JPH07138369A - オルガノポリシロキサンとその製造法 - Google Patents
オルガノポリシロキサンとその製造法Info
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Abstract
ロキサンとその新規な製造法の提供。 【構成】 四アルコキシ官能シランと3−グリシドキシ
プロピルアルキルジアルコキシシランとを親水性溶媒
中、縮合触媒と加水分解触媒と水の共存下に、加水分
解、縮合反応せしめて化1で示される目的物を得る。 【化1】 【効果】 通常のシリコーンオイルとしての用途の他に
変性シリコーンシーラント等広範囲に使用できる。
Description
ンとその製造法に関する。更に詳しくは、四アルコキシ
官能シランと3−グリシドキシプロピルアルキルジアル
コキシシランを縮合触媒と加水分解触媒の存在下に共加
水分解および縮合反応せしめてなるオルガノポリシロキ
サンとその製造法に関する。
ラス強化FRP用途に1947年頃より実用化されダウ
コニング社のプルードマン(E.P.Plueddem
ane)等により応用展開がはかられたシラン化合物で
ある。現在でも主として熱硬化樹脂とフィーラ間に作用
して耐熱水強度向上や電気特性のダウンを抑えるバイン
ダーとして広く使用されている。最近では、強度向上目
的以外に繊維処理剤としてヌメリ感や反発弾性を与える
薬剤としての使い方やプラスチックマグネット製造時に
添加されて配向性と強度向上目的で使われている。また
ビニルシランカップリング剤ではポリエチレンの簡便な
架橋剤として電線被覆に適応されている。3−グリシド
キシプロピル基を有するシランカップリング剤はエポキ
シ樹脂コンパウンドに添加されてIC封止剤の特性維持
に効果的に使われたり、プラスチックレンズの染色タイ
プのハードコート剤にも使われている。また、テトラメ
トキシシランと3−グリシドキシプロピルトリメトキシ
シランの共加水分解物が試作されているが、後述の本発
明とは異なってアルコキシ基を相当量残した極低粘度の
オイルである。これは、いわゆるポリマー化シランカッ
プリング剤としての展開を模索するものであり、構造的
にも機能的にも全く似て否なるものである。ポリメチル
シロキサン主鎖にペンダントとしてアルコキシ基を持た
せたものも提案されているが、いずれも有機樹脂との相
溶性の問題が大きなネックとなり応用展開がはかられな
いままである。
の結果、次の諸事実を見出し、これらの知見に基づいて
本発明を完成した。すなわち、テトラアルコキシシラン
とオルガノ官能性アルコキシシランカップリング剤の共
加水分解でアルコキシ基を残留させず、シラノール基に
変換させる為にはシランのモル数の少なくとも3倍モル
の水、好ましくは3.5倍モル以上の水を反応させる必
要がある。この為には使用する親水性溶媒は添加される
水を充分溶解し得る量が必要である。かかる条件を満た
しS520の如く酸触媒のみでは加水分解が長期間かか
るシランカップリング剤では有機錫化合物の様な縮合触
媒を添加する事で解決し得る事を見いだした。本発明に
関わる反応原料の内の正珪酸エチルはこれ単独での加水
分解速度は常温で30分以内にモノマー消失する早さで
あるが、S520との混合で加水分解をスタートさせる
と著しい遅延反応が生じる。本発明ではこの問題も二段
加水分解縮合反応方法にて解決した。以上の記述から明
らかなように本発明は従来より提案されてきた残留アル
コキシ基を利用するのでなく、架橋性、反応性に富み、
かつ常温では安定なシラノール基を含み三次元構造を含
む3−グリシドキシプロピル基官能性のポリシロキサン
とその製造法を提供することを目的とする。このシラノ
ール基はメチル系ポリマーとの縮重合やポリシロキサン
架橋による硬化物を得る事も可能である。含有するエポ
キシ基は勿論通常のポリマー化反応をさせる事が出来る
し、エポキシ樹脂との良相溶性から従来のポリシロキサ
ンでは出来なかった均質なポリマー化が出来るので新た
な需要を創設可能である。
いし(5)の各構成を有する。 (1)四アルコキシ官能シランと3−グリシドキシプロ
ピルアルキルジアルコキシシランを親水性溶剤ないし親
水性溶剤を含む混合溶剤中で有機錫縮合触媒と酸加水分
解触媒存在下にシラン総モルの3〜4倍モルの水で加水
分解、縮合反応せしめて[化5]で示されるオルガノポ
リシロキサンオイルを得ることを特徴とする該オイルの
製造法。
0の整数、Rは炭素数1〜8の飽和炭化水素基またはア
ルケニル基である。) (2)一般式Si(OR1 )4 で示されるテトラアルコ
キシシランと一般式[化6]で示される3−グリシドキ
シプロピルアルキルジアルコキシシランを有機錫縮合触
媒の存在下で親水性溶剤叉は親水性溶剤を含む混合溶剤
中にて酸触媒にてシラン総モルの3〜4倍モルの水を用
いて共加水分解、縮合反応せしめてなるとするオルガノ
ポリシロキサン。
るいはアルケニル基である。) (3)前記(2)のテトラアルコキシシランと3−グリ
シドキシプロピルアルキルジアルコキシシランのモル比
を1/1以下で反応させた次に示す[化7]であるオル
ガノポリシロキサン。
マー末端基はシラノール基である。) (4)テトラアルコキシシランと3−グリシドキシプロ
ピルアルキルジアルコキシシランの共加水分解、縮合反
応に先だってテトラアルコキシシランを酸触媒及び総シ
ランモルの3〜4倍モルの水を加えて加水分解させた後
に有機錫触媒と所定モル比の3−グリシドキシプロピル
アルキルジアルコキシシランを加えて共加水分解縮合反
応せしめる二段加水分解縮合方法による[化8]で示さ
れるオルガノポリシロキサン化合物の製造法。
またはテトラエトキサシランであり、3−グリシドキシ
プロピルジアルコキシシランが3−グリシドキシプロピ
ルメチルジメトキシシランもしくは3−グリシドキシプ
ロピルメチルジエトキシシランのいずれかの組み合わせ
で前記(4)の化合物の製造法。
る。本発明に使用するテトラアルコキシシランとして
は、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テ
トラn−プロキシシラン等をあげることができる。これ
らの中では、加水分解速度とSi含有率から判断してテ
トラメトキシシランあるいはテトラエトキシシランが有
利に使用される。すなわち、テトラエトキシシランとし
ては多摩化学社製正珪酸エチル等の市販品が利用出来
る。他方、3−グリシドキシプロピル基を含むジアルコ
キシのシランカップリング剤としてはアルキル基RはC
1 〜C8 の飽和炭化水素基あるいはアルケニル基が適応
されるが、特に好適にはC1 〜C2 の飽和炭化水素基あ
るいはビニル基が使用出来る。2つのアルコキシ基もC
1 〜C8 の飽和アルコールより製したものが適当で、特
に好適にはその加水分解速度よりメトキシ基あるいはエ
トキシ基が挙げられる。すなわち3−グリシドキシプロ
ピルメチルジメトキシシラン(チッソ株式会社製サイラ
エースS520)や3−グリシドキシプロピルメチルジ
エトキシシラン(信越化学社製CFシランKBE40
2)等の市販品が利用出来る。
用量としては触媒量の酸があればよく酸濃度は特に規定
しない。例えば希釈した酸を規定量の水の分だけ添加す
る方法もある。酸の種類としては酢酸等の有機酸や塩
酸、硫酸等の無機酸あるいは強酸性イオン交換樹脂のい
ずれも使用出来るが好ましくは加水分解速度の早い無機
酸が推奨される。
種類の物質のいずれもが本発明に用いる事が出来る。か
かる物質には、例えば、ジブチル錫ジラウレート、酢酸
第一錫、オクタン酸第一錫の様な有機錫化合物、あるい
はナフテン酸亜鉛、オクタン酸亜鉛、2−エチルヘキサ
ン酸及びナフテン酸コバルトの如き金属カルボキシレー
ト、チタニウムエステル及びキレートが挙げられる。好
ましい化合物は有機錫化合物で特に錫カルボキシレー
ト、例えばジブチル錫ジラウレート、ジブチル錫ジアセ
テートがある。縮合触媒量は触媒量であれば特に規定し
ないが一般的にはシラン総量の0.05%以下で行われ
る。加水分解を充分行わせる為の水の量は総シランモル
に対して3〜4倍モル、好ましくは3.5倍モル以上の
添加が必要である。
が、親水性溶媒の混合溶媒や親油性と親水溶媒の混合溶
媒も適応出来る。例えば、メタノール、エタノール、ア
セトン、ターシャリブタノール、ジアセトンアルコール
等の親水性溶媒、あるいはキシレン/アルコール、トル
エン/アルコール等の混合溶媒も使用できる。
造では二段加水分解縮合方法が発明の重要な位置を占め
ている。すなわち、正珪酸エチルの如きテトラアルコキ
シシランは単独で酸触媒下の加水分解をガスクロマグラ
フィー(GC)でのチェック方法で測定すると室温で数
十分でモノマーが消失する。一方S520の如きジアル
コキシのシランカップリング剤は加水分解時間がテトラ
アルコキシシランに比べ著しく長く2日間で40%弱が
加水分解したに過ぎない程である。これを早めるには前
記した縮合触媒添加が有効である事を見いだした。しか
しながら、正珪酸エチルとS520を混合一括仕込にて
共加水分解縮合反応を行おうとした場合、縮合触媒なし
の条件下で正珪酸エチルの加水分解には数日間を要する
という著しい遅延が生じる。勿論S520の加水分解も
遅い。縮合触媒を添加するとS520の加水分解は促進
されて数時間で加水分解する。しかしやはり正珪酸エチ
ルは3日後でも仕込の約40%が残存する遅さである。
何故この様な大幅な反応遅延が起こるのかは不明であ
る。
エチルを酸触媒下に規定量の水で加水分解後に縮合触媒
と規定モルのS520を加えて共加水分解縮合反応せし
める。この二段加水分解縮合反応によれば室温条件にて
数時間内に反応を完結出来る。従ってポリマーの構造形
態はブロックコポリマーをとる事が予想される。
オルガノポリシロキサンを常温にて安定なシラノール基
を有し、仕込モル相当のエポキシ酸素量を持つ新規化合
物を単離する事に成功した。単離には使用した有機溶媒
を低温で親水性溶媒、中温で親油性溶媒及びこれら溶媒
の水共沸混合物として留去せしめる。残った水を除くた
めにバス温140〜150℃で加熱乾燥する。
オイルの溶解性の測定はガラスサンプル管に本発明のシ
リコーンオイルサンプル100mgを採り、これに1m
lの各溶媒を加えて肉眼観察により溶け易さを判定する
方法で行った。その結果は易溶、溶解、微溶(微白
濁)、難溶(白濁)、不溶の5段階表示で行った。本発
明によるオロガノポリシロキサンオイルはトルエン、ア
ルコール等の多くの溶剤に溶ける。この特性はメチル系
シリコーンオイルに無い性質である。
一般に次の(a)〜(d)の様な手段で上記一般式で示
される化合物である事を確認出来る。 (a)赤外吸収スペクトル(IR)の解析 3450cm-1付近のSi−OHの特徴的吸収、300
0〜2900cm-1付近のCH結合に基づく数本の吸
収、1100〜1000cm-1付近のSi−O−Siの
ブロードな吸収が現れる。3450cm-1付近の吸収ピ
ークと2940cm-1付近の吸収ピークとの吸光度(l
ogI0 /I)比はシラノール基含有率の相対値の指標
となる。すなわち、この値が1.0以下であれば常温で
安定なシラノール基を有したオイルである。この値が
1.0以上では数十℃の加熱で樹脂状態の固体を呈する
オルガノポリシロキサンポリマーである。 (b)1 H−核磁気共鳴スペクトル(1 H−NMR) 本発明のオルガノポリシロキサン化合物中の水素原子の
個数や結合様式、更に重水素置換により(Si)−OH
である確認、水素原子の比から(Si)−OHの個数を
知る事が出来る。後述の実施例1の構造式とシグナルの
関係は下記の如くである。
元滴定法により求める。 (d)炭素、水素(CH)元素分析 ミクロ元素分析法により炭素、水素含有率を知る事が出
来る。
転粘度計‘VISCONIC’を用いて25℃恒温で行
った。本発明の実施例1〜実施例3のオルガノポリシロ
キサンでは粘度は約1000cp〜8000cpの範囲
でS520/正珪酸エチルのモル比に比例的に変化し
た。すなわち正珪酸エチルのモル比が高い程粘度が高く
なり、これと同様な関係が赤外吸収(IR)でも観察さ
れた。すなわち、シラノールに基づく3450cm-1吸
収ピークとCHに基づく2950cm-1吸収ピークの強
度につきlogI0 /I吸光光度で両ピークの比をとっ
てモル比との関係をプロットすると正珪酸エチルが多く
なるにつれて相対シラノール量も多くなる。これは三次
元の立体構造性の正珪酸エチル成分が多くなり、線状ポ
リマー成分であるS520成分が相対的に減るのである
から、正珪酸エチル増大が粘度上昇とシラノール基の増
加をもたらすのは容易に理解出来る。また、本発明の二
段加水分解縮合反応方法による製造方法では、一段目の
正珪酸エチル単独での加水分解反応によりGC測定でモ
ノマー及びオリゴマーが検出されない事から少なくも5
量体以上のオリゴマ−ブロック形成しているものと推察
される。二段目の反応で上述の粘度、シラノール挙動か
らしてブロック状コポリマーであると考察される。
述した実施例において証明されている如く、ポリマー中
に常温にて安定なシラノール基をテトラアルコキシシラ
ンと3−グリシドキシプロピルアルキルジアルコキシシ
ランの仕込みモル比に応じて一ユニット当たり0.5個
から1.5個有している。また3−グリシドキシプロピ
ルアルキルジアルコキシシランの仕込みモル比分のグリ
シジルタイプのエポキシ基を有機官能基として有してい
る。それ故に大抵のメチル系ポリシロキサンが有機溶媒
や有機樹脂に溶解ないし親和性を持つていないのに対し
て本発明のオルガノポリシロキサンは多種類の有機溶媒
に溶解する。また多種類の有機樹脂に親和性を示す。こ
れら特徴より変性シリコーンオイルとしての用途は勿
論、その他離型剤、剥離紙用シリコーン、パーソナルケ
ア用シリコーン、塗料添加剤、シリコーン粘着剤、接着
シール材、変性シリコーンシラント他広範囲の用途に展
開出来る有用な化合物である。本発明を更に具体的に説
明する為に以下実施例をあげて説明するが、本発明はこ
れらの実施例に限定されるものではない。
ロピルメチルポリシロキサン共重合オイルの合成S52
0/正珪酸エチル=2/1(モル) 1Lの三口フラスコに多摩化学(株)製の正珪酸エチル
70gを採り、反応溶剤としてトルエン/メタノール=
60/40の混合溶媒500mlを加える。加水分解触
媒として塩酸を触媒量と3.5倍モルの水64mlを加
えて常温下に30分間攪拌反応せしめる。ガスクロマト
グラフィー(GC)にて正珪酸エチルのピークの消失を
確認する。チッソ(株)製S520の148gと縮合触
媒としてジブチル錫ジラウレートの0.05gを添加
し、常温にて攪拌下に3〜5時間加水分解縮合反応させ
る。GCにてS520及びこれのオリゴマーピーク消失
を確認して反応終了とする。ウオーターバスにて加温し
強攪拌下でメタノール及び共沸溶剤を留去する。残留液
を300mlフラスコに移し、オイルバスにて加温し強
攪拌下で残留トルエン及び塩酸を含む水を留去せしめ
る。こうして得られたオイルは119gで理論収率の9
8%、無色微かに甘い香りのする透明粘性液体、オキシ
ラン酸素含有8.7%、C46.3%、H8.15%で
あった。実験式C14H29O5 Si3 に対する計算値であ
るオキシラン酸素8.9%、C46.5%,H8.1
%、O22.1%、Si24.1%によく一致した。粘
度は7,800センチポイズ(25℃)であった。IR
チャート及びNMRチャートを図1、図2に示した。な
おNMRで1.96ppmのシグナルがOHに基ずく事
の証明は図3に示した重水素置換により確認した。肉眼
観察による溶け易さの判定結果は、トルエン、ヘキサ
ン、アセトンに易溶、メタノール、酢酸エチル、メチル
エチルケトン、クロロホルムに溶解、エタノールに微溶
(微白濁)、イソプロパノールに難溶(白濁)、水に不
溶であった。前記、3450cm-1付近の吸収ピークと
2940cm-1付近の吸収ピークとの吸光度(logI
0 /I)比は繰り返し実験でそれぞれ0.70、0.8
2であった。
ロピルメチルポリシロキサン共重合オイルの合成S52
0/正珪酸エチル=4/1(モル) 実施例1と同様に二段加水分解縮合反応にて製造する。
但し仕込量は正珪酸エチル17.6g、トルエン/メタ
ノール=60/40の混合溶媒250ml、10分の1
規定塩酸溶液28.3ml(一段目)、S520の7
4.0gとジブチル錫ジラウレートの0.01g(二段
目)数時間後、GCにてモノマー消失確認して溶媒及び
水等を留去せしめる。こうして得られたオイルは55g
で理論収率の95%、無色微かに甘い香りのする透明粘
性液体、オキシラン酸素含有9.1%、C47.9%、
H8.21%であった。実験式C28H56.8O9.9 Si5
に対する計算値であるオキシラン酸素9.3%、C4
8.6%,H8.2%、O22.9%、Si20.3%
によく一致した。粘度は1570センチポイズ(25
℃)であった。IRチャート及びNMRチャートを図
4、図5に示した。なおNMRでメチレン基に重なった
1.63ppmのシグナルがOHに基ずく事の証明は図
6に示した重水素置換により確認した。前記、3450
cm-1付近の吸収ピークと2940cm-1付近の吸収ピ
ークとの吸光度(logI0 /I)比は0.30であっ
た。
ロピルメチルポリシロキサン共重合オイルの合成S52
0/正珪酸エチル=8/1(モル) 実施例1と同様に二段加水分解縮合反応にて製造する。
但し仕込量は正珪酸エチル8.8g、トルエン/メタノ
ール=60/40の混合溶媒250ml、10分の1規
定塩酸溶液26.0ml(一段目)、S520の74.
0gとジブチル錫ジラウレートの0.01g(二段目)
数時間後、GCにてモノマー消失確認して溶媒及び水等
を留去せしめる。こうして得られたオイルは53gで理
論収率の96%、無色微かに甘い香りのする透明粘性液
体、オキシラン酸素含有9.7%、C50.9%、H
8.05%であった。実験式C56H112.6 O17.8Si9
に対する計算値であるオキシラン酸素9.7%、C5
0.8%,H8.6%、O21.5%、Si19.1%
によく一致した。粘度は1210センチポイズ(25
℃)であった。IRチャート及びNMRチャートを図
7、図8に示した。なおNMRでメチレン基に重なった
1.63ppmのシグナルがOHに基ずく事の証明は図
9に示した重水素置換により確認した。前記、3450
cm-1付近の吸収ピークと2940cm-1付近の吸収ピ
ークとの吸光度(logI0 /I)比は0.23であっ
た。
Claims (5)
- 【請求項1】 四アルコキシ官能シランと3−グリシド
キシプロピルアルキルジアルコキシシランを親水性溶剤
ないし親水性溶剤を含む混合溶剤中で有機錫縮合触媒と
酸加水分解触媒の存在下にシラン総モルの3〜4倍モル
の水で加水分解、縮合反応せしめて[化1]で示される
オルガノポリシロキサンオイルを得ることを特徴とする
該オイルの製造法。 【化1】 (ここでxは1.5〜0.5、n,mはそれぞれ1〜1
0の整数、Rは炭素数1〜8の飽和炭化水素基またはア
ルケニル基である。) - 【請求項2】 一般式Si(OR1 )4 で示されるテト
ラアルコキシシランと一般式[化2]で示される3−グ
リシドキシプロピルアルキルジアルコキシシランを有機
錫縮合触媒の存在下で親水性溶剤又は親水性溶剤を含む
混合溶剤中にて酸触媒にてシラン総モルの3〜4倍モル
の水を用いて共加水分解、縮合反応せしめてなるとする
オルガノポリシロキサン。 【化2】 (ここでアルキル基RはC1 〜C8 の飽和炭化水素基あ
るいはアルケニル基である。) - 【請求項3】 請求項2のテトラアルコキシシランと3
−グリシドキシプロピルメチルジアルコキシシランのモ
ル比を1/1以下で反応させた次に示す[化3]である
オルガノポリシロキサン。 【化3】 (シラノール基xは1.5〜0.5の範囲であってポリ
マー末端基はシラノール基である。) - 【請求項4】 テトラアルコキシシランと3−グリシド
キシプロピルアルキルジアルコキシシランの共加水分
解、縮合反応に先だってテトラアルコキシシランを酸触
媒及び総シランモルの3〜4倍モルの水を加えて加水分
解させた後に有機錫触媒と所定モル比の3−グリシドキ
シプロピルアルキルジアルコキシシランを加えて共加水
分解縮合反応せしめる二段加水分解縮合方法による[化
4]で示されるオルガノポリシロキサン化合物の製造
法。 【化4】 - 【請求項5】 テトラアルコキシシランがテトラメトキ
シシランまたはテトラエトキサシランであり、3−グリ
シドキシプロピルジアルコキシシランが3−グリシドキ
シプロピルメチルジメトキシシランもしくは3−グリシ
ドキシプロピルメチルジエトキシシランのいずれかの組
み合わせで請求項4の化合物の製造法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP30989793A JP3844788B2 (ja) | 1993-11-16 | 1993-11-16 | オルガノポリシロキサンとその製造法 |
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JP30989793A JP3844788B2 (ja) | 1993-11-16 | 1993-11-16 | オルガノポリシロキサンとその製造法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH07138369A true JPH07138369A (ja) | 1995-05-30 |
JP3844788B2 JP3844788B2 (ja) | 2006-11-15 |
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ID=17998645
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JP (1) | JP3844788B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112538333A (zh) * | 2020-12-10 | 2021-03-23 | 江西晨光新材料股份有限公司 | 一种双组分室温硫化硅橡胶及其制备方法和应用 |
-
1993
- 1993-11-16 JP JP30989793A patent/JP3844788B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN112538333A (zh) * | 2020-12-10 | 2021-03-23 | 江西晨光新材料股份有限公司 | 一种双组分室温硫化硅橡胶及其制备方法和应用 |
CN112538333B (zh) * | 2020-12-10 | 2022-04-29 | 江西晨光新材料股份有限公司 | 一种双组分室温硫化硅橡胶及其制备方法和应用 |
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Publication number | Publication date |
---|---|
JP3844788B2 (ja) | 2006-11-15 |
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