メラミン官能性有機ケイ素化合物及びその製造方法
【課題】トリアジン構造を有する被膜形成性、水溶性、樹脂との相溶性に優れた有機ケイ素化合物及びその製造方法を提供する。
【解決手段】式（１）
〔Ｒ0は水素原子、ヘテロ原子又はカルボニル炭素を間に挟んでも、置換基を有してもよい１価の炭化水素基で、少なくとも１つが-----Ｘ−Si(ＯＲ1)n(Ｒ2)3-n構造の基である。（鎖線は結合手、Ｘは２価の炭化水素基、Ｒ1は独立に水素原子又はアルキル基、Ｒ2はアルキル基、ｎは１〜３。）〕で示されるメラミン骨格を有する有機ケイ素化合物。
【解決手段】式（１）
〔Ｒ0は水素原子、ヘテロ原子又はカルボニル炭素を間に挟んでも、置換基を有してもよい１価の炭化水素基で、少なくとも１つが-----Ｘ−Si(ＯＲ1)n(Ｒ2)3-n構造の基である。（鎖線は結合手、Ｘは２価の炭化水素基、Ｒ1は独立に水素原子又はアルキル基、Ｒ2はアルキル基、ｎは１〜３。）〕で示されるメラミン骨格を有する有機ケイ素化合物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メラミン官能性有機ケイ素化合物に関し、より詳しくは、分子内にメラミン骨格を有する多官能シリル化合物であるため、水溶性に優れ、加水分解縮合させた際にメラミン骨格とシロキサン構造の複合により優れた被膜物性を発現する有機ケイ素化合物及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機ケイ素化合物の中で代表的なものにはシランカップリング剤が挙げられる。シランカップリング剤は分子中に２つ以上の異なる官能基を有し、通常では結合させにくい有機質材料と無機質材料とを連結させる仲介役として作用している。この場合、官能基の一方は加水分解性シリル基であり、水の存在によりシラノール基を生成し、このシラノール基が無機材質表面の水酸基と反応することで、無機材質表面と化学結合を形成する。また、他の官能基は、各種合成樹脂のような有機質材料と化学結合を形成するビニル基、エポキシ基、アミノ基、（メタ）アクリル基、メルカプト基や、化学結合を形成しないが、水素結合や官能基の極性による相互作用を起こすウレイド基、イソシアヌレート基などが挙げられる。このような特性を用いて有機・無機樹脂の改質剤及び接着助剤、各種添加剤などとして幅広く用いられている。
【０００３】
その中でもウレイド基やイソシアヌレート基を有するシランカップリング剤は非結合性官能基を有するシランカップリング剤として樹脂の改質剤、塗料添加剤として用いられている。一般にイソシアヌレート型シランカップリング剤はトリスシリル型のシランカップリング剤であるため加水分解縮合物は高い被膜形成性を有し、極性基を有するため樹脂との相溶性に優れる。しかしながら、該シランは水溶性が低いため、水系用途への応用には限界があった。
【０００４】
イソシアヌレートと類似のヘテロ環構造としてはトリアジン構造が挙げられ、該構造を含むシランカップリング剤はモノシリル型が、特開２００６−２１３６７７号、２００７−１３１５５６号公報（特許文献１，２）に開示されているが、該公報ではトリアジン構造にチオール基を導入した有機ケイ素化合物に関する技術のみであり、その場合、本発明のようなメラミン骨格を形成できない。また、チオール基を導入する関係から本発明のようなトリスシリル型の構造を形成することができない。
【０００５】
また、メラミン樹脂をシリコーン変性させた材料を用いた接着剤に関する技術が、特開平７−２６２４２号公報（特許文献３）に記載されているが、該公報の材料は、メラミン樹脂誘導体とシリコーンの結合方法が水酸基とシラノールの縮合によるものであるため、水やアルコールが存在する系では容易に切断されてしまうという問題があり、また、シランカップリング剤については何ら記載されていない。また、特開平１１−１００２３７号公報（特許文献４）には、メラミン樹脂と反応性シランカップリング剤を含む組成物を用いたガラス繊維の集束剤に関する技術が開示されているが、これらの材料は配合物であり、化合物として単離・構造同定不能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２１３６７７号公報
【特許文献２】特開２００７−１３１５５６号公報
【特許文献３】特開平７−２６２４２号公報
【特許文献４】特開平１１−１００２３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、トリアジン構造を有し、より詳しくはメラミン構造を有する被膜形成性、水溶性、樹脂との相溶性に優れた有機ケイ素化合物及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、シアヌル酸クロリドと、下記一般式（３）で示される１級アミノ基及び／又は２級アミノ基を含有する有機ケイ素化合物とを反応させることで、所望の特徴を満足する有機ケイ素化合物が得られることを見出し、本発明をなすに至った。
【０００９】
従って、本発明は、下記のメラミン官能性有機ケイ素化合物及びその製造方法を提供する。
〔請求項１〕
下記一般式（１）
【化１】
〔式中、Ｒ0は独立に水素原子、又は酸素原子、硫黄原子、窒素原子から選ばれるヘテロ原子又はカルボニル炭素を間に挟んでもよく、置換基を有してもよい１価の炭化水素基であり、少なくとも１つが下記構造（Ａ）である。
【化２】
（式中、鎖線は結合手を示す。Ｘは酸素原子、硫黄原子、窒素原子から選ばれるヘテロ原子又はカルボニル炭素を間に挟んでもよく、置換基を有してもよい２価の炭化水素基であり、一端の炭素原子が窒素原子と結合し、他端の炭素原子がケイ素原子と結合している。Ｒ1は独立に水素原子、又は非置換もしくは置換の炭素原子数１〜４のアルキル基であり、Ｒ2は独立に非置換又は置換の炭素原子数１〜４のアルキル基であり、ｎは１〜３の整数である。）〕
で示されるメラミン骨格を有する有機ケイ素化合物。
〔請求項２〕
下記一般式（２）
【化３】
（式中、Ｘは酸素原子、硫黄原子、窒素原子から選ばれるヘテロ原子又はカルボニル炭素を間に挟んでもよく、置換基を有してもよい２価の炭化水素基であり、一端の炭素原子が窒素原子と結合し、他端の炭素原子がケイ素原子と結合している。Ｒ1は独立に水素原子、又は非置換もしくは置換の炭素原子数１〜４のアルキル基であり、Ｒ2は独立に非置換又は置換の炭素原子数１〜４のアルキル基であり、Ｒ3は独立に水素原子、又は酸素原子、硫黄原子、窒素原子から選ばれるヘテロ原子又はカルボニル炭素を間に挟んでもよく、置換基を有してもよい１価の炭化水素基であり、ｎは１〜３の整数である。）
で示される請求項１記載の有機ケイ素化合物。
〔請求項３〕
シアヌル酸クロリドと、下記一般式（３）
【化４】
（式中、Ｘは酸素原子、硫黄原子、窒素原子から選ばれるヘテロ原子又はカルボニル炭素を間に挟んでもよく、置換基を有してもよい２価の炭化水素基であり、一端の炭素原子が窒素原子と結合し、他端の炭素原子がケイ素原子と結合している。Ｒ1は独立に水素原子、又は非置換もしくは置換の炭素原子数１〜４のアルキル基であり、Ｒ2は独立に非置換又は置換の炭素原子数１〜４のアルキル基であり、Ｒ3は独立に水素原子、又は酸素原子、硫黄原子、窒素原子から選ばれるヘテロ原子又はカルボニル炭素を間に挟んでもよく、置換基を有してもよい１価の炭化水素基であり、ｎは１〜３の整数である。）
で示される有機ケイ素化合物を必須とする１級及び／又は２級アミン化合物を反応させた後に塩基で中和することを特徴とする請求項１又は２記載の有機ケイ素化合物の製造方法。
〔請求項４〕
シアヌル酸クロリドに対する式（３）で示される有機ケイ素化合物の反応比がシアヌル酸クロリド１モルに対し、有機ケイ素化合物４モル以上であり、反応温度が２５〜１５０℃であることを特徴とする請求項３記載の有機ケイ素化合物の製造方法。
〔請求項５〕
中和に用いる塩基が、エチレンジアミンであることを特徴とする請求項３又は４記載の有機ケイ素化合物の製造方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の有機ケイ素化合物は、シランカップリング剤として好適に使用され、メラミンのような極性構造を有しており、これにより樹脂との相溶性が高く、アミン官能性のため水溶性に優れ、水系塗料添加剤として使用した際の効果に優れる。また、多官能シリル型メラミンである場合は加水分解縮合物が高い被膜形成性を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例１の反応生成物の1Ｈ ＮＭＲスペクトルを示す図である。
【図２】実施例１の反応生成物の13Ｃ ＮＭＲスペクトルを示す図である。
【図３】実施例１の反応生成物の29Ｓｉ ＮＭＲスペクトルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明について具体的に説明する。なお、本発明において「シランカップリング剤」は「有機ケイ素化合物」に含まれる。
【００１３】
本発明の有機ケイ素化合物の構造は、下記一般式（１）
【化５】
〔式中、Ｒ0は独立に水素原子、又は酸素原子、硫黄原子、窒素原子から選ばれるヘテロ原子又はカルボニル炭素を間に挟んでもよく、置換基を有してもよい１価の炭化水素基であり、少なくとも１つが下記構造（Ａ）である。
【化６】
（式中、鎖線は結合手を示す。Ｘは酸素原子、硫黄原子、窒素原子から選ばれるヘテロ原子又はカルボニル炭素を間に挟んでもよく、置換基を有してもよい２価の炭化水素基であり、一端の炭素原子が窒素原子と結合し、他端の炭素原子がケイ素原子と結合している。Ｒ1は独立に水素原子、又は非置換もしくは置換の炭素原子数１〜４のアルキル基であり、Ｒ2は独立に非置換又は置換の炭素原子数１〜４のアルキル基であり、ｎは１〜３の整数である。）〕
で示され、好ましくは、下記一般式（２）
【化７】
（式中、Ｘ，Ｒ1，Ｒ2，ｎは上記と同じである。Ｒ3は独立に水素原子、又は酸素原子、硫黄原子、窒素原子から選ばれるヘテロ原子又はカルボニル炭素を間に挟んでもよく、置換基を有してもよい１価の炭化水素基であり、好ましくは水素原子及びアルキル基であり、特に好ましくは水素原子である。）
で示されるものである。
【００１４】
上記式（１），（２）中、Ｒ0及びＲ3の酸素原子、硫黄原子、窒素原子から選ばれるヘテロ原子又はカルボニル炭素を間に挟んでもよく、置換基を有してもよい１価の炭化水素基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基、オクチル基、ノニル基、デシル基等のアルキル基、フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基等のアリール基、ベンジル基、フェニルエチル基、フェニルプロピル基等のアラルキル基、ビニル基、アリル基、プロペニル基、イソプロペニル基、ブテニル基、ヘキセニル基、シクロヘキセニル基、オクテニル基等のアルケニル基、
【化８】
（式中、Ａは１価炭化水素基であり、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基等のアルキル基が例示できる。またＢは２価炭化水素基であり、メチレン基、エチレン基、プロピレン基等のアルキレン基が例示できる。）
等が挙げられる。
【００１５】
なおここで、上記構造において、置換基としては、アルキル基、アリール基、パーフルオロアルキル基、ポリエーテル基、パーフルオロポリエーテル基、加水分解性シリル基からなる群より選択される１種であり、その中でも、好ましくはアルキル基、アリール基等が挙げられる。また、この置換部位が先に記述したシリコーンオイル、シリコーンレジンに代表されるポリシロキサン構造や有機ポリマー構造であってもよい。
【００１６】
また、上記式（１），（２）中、Ｒ1及びＲ2の非置換又は置換の炭素原子数１〜４のアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、イソブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、及びこれらの基の水素原子の一部又は全部がハロゲン原子等で置換された基、例えば、クロロメチル基、３，３，３−トリフルオロプロピル基等が挙げられる。Ｒ1として、好ましくはメチル基、エチル基であり、Ｒ2として、好ましくはメチル基、エチル基である。
【００１７】
上記式（１），（２）中、Ｘは、酸素原子、硫黄原子、窒素原子から選ばれるヘテロ原子又はカルボニル炭素を間に挟んでもよく、置換基を有してもよい２価の炭化水素基であり、一端の炭素原子が窒素原子と結合し、他端の炭素原子がケイ素原子と結合しているものであり、この２価の炭化水素基としては、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、１−メチル−プロピレン基、２−メチル−プロピレン基、３−メチル−プロピレン基、ブチレン基等が挙げられるが、ここに例示したものに限らない。
ｎは１〜３の整数であり、好ましくは２，３であり、特に好ましくは３である。
【００１８】
本発明のメラミン官能性有機ケイ素化合物のより具体的な例は、下記構造式（４）〜（７）で示される。なお、下記において、Ｍｅはメチル基、Ｅｔはエチル基を表す。
【００１９】
【化９】
【００２０】
本発明の有機ケイ素化合物は、シアヌル酸クロリドと、１級及び／又は２級アミン化合物とを反応させた後、中和させることにより得ることができる。ここで、本発明においては、１級及び／又は２級アミン化合物として、下記一般式（３）で示される１級アミノ基及び／又は２級アミノ基と加水分解性シリル基を共に含有する有機ケイ素化合物を必須に含有するものである。
【００２１】
【化１０】
（式中、Ｘ，Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3，ｎは上記と同じである。）
【００２２】
なお、上記反応の際、シアヌル酸クロリドと、１級アミノ基及び／又は２級アミノ基と加水分解性シリル基を共に含有する有機ケイ素化合物が必須原料であるが、他にも１級アミノ基及び／又は２級アミノ基を含有する反応原料、例えば炭化水素系１級及び／又は２級アミン化合物、１級アミノ基及び／又は２級アミノ基を含有するポリシロキサン等を併用しても、本発明のメラミン骨格を１分子中に有することを特徴とする有機ケイ素化合物を製造することが可能である。
【００２３】
上記１級及び／又は２級アミン化合物としては特に限定されないが、具体的には、α−アミノメチルトリメトキシシラン、α−アミノメチルメチルジメトキシシラン、α−アミノメチルジメチルメトキシシラン、α−アミノメチルトリエトキシシラン、α−アミノメチルメチルジエトキシシラン、α−アミノメチルジメチルエトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ−アミノプロピルジメチルメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−アミノプロピルメチルジエトキシシラン、γ−アミノプロピルジメチルエトキシシラン、Ｎ−２（アミノエチル）α−アミノメチルトリメトキシシラン、Ｎ−２（アミノエチル）α−アミノメチルメチルジメトキシシラン、Ｎ−２（アミノエチル）α−アミノメチルジメチルメトキシシラン、Ｎ−２（アミノエチル）α−アミノメチルトリエトキシシラン、Ｎ−２（アミノエチル）α−アミノメチルメチルジエトキシシラン、Ｎ−２（アミノエチル）α−アミノメチルジメチルエトキシシラン、Ｎ−２（アミノエチル）γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−２（アミノエチル）γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、Ｎ−２（アミノエチル）γ−アミノプロピルジメチルメトキシシラン、Ｎ−２（アミノエチル）γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−２（アミノエチル）γ−アミノプロピルメチルジエトキシシラン、Ｎ−２（アミノエチル）γ−アミノプロピルジメチルエトキシシラン、ビス−（トリメトキシシリルプロピル）アミン、ビス−（メチルジメトキシシリルプロピル）アミン、ビス−（ジメチルメトキシシリルプロピル）アミン、ビス−（トリエトキシシリルプロピル）アミン、ビス−（メチルジエトキシシリルプロピル）アミン、ビス−（ジメチルエトキシシリルプロピル）アミン、Ｎ−フェニルγ−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−フェニルγ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、Ｎ−フェニルγ−アミノプロピルジメチルメトキシシラン、Ｎ−フェニルγ−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−フェニルγ−アミノプロピルメチルジエトキシシラン、Ｎ−フェニルγ−アミノプロピルジメチルエトキシシラン、Ｎ−フェニルα−アミノメチルトリメトキシシラン、Ｎ−フェニルα−アミノメチルメチルジメトキシシラン、Ｎ−フェニルα−アミノメチルジメチルメトキシシラン、Ｎ−フェニルα−アミノメチルトリエトキシシラン、Ｎ−フェニルα−アミノメチルメチルジエトキシシラン、Ｎ−フェニルα−アミノメチルジメチルエトキシシラン等の１級アミノ基及び／又は２級アミノ基と加水分解性シリル基を共に含有する有機ケイ素化合物、上記と同様の１級及び／又は２級アミノ基を有するシリコーンアルコキシオリゴマー等の１級アミノ基及び／又は２級アミノ基を含有する有機ケイ素化合物などが挙げられる。
【００２４】
本発明の有機ケイ素化合物を製造するにあたり、シアヌル酸クロリドと、１級アミノ基及び／又は２級アミノ基と加水分解性シリル基を共に含有する有機ケイ素化合物との配合比は特に限定されないが、特に、トリス−トリアルコキシシリル型のメラミン化合物を製造するにあたり、反応性、生産性の点から、シアヌル酸クロリド１モルに対し、１級アミノ基及び／又は２級アミノ基と加水分解性シリル基を共に含有する有機ケイ素化合物を４〜２０モル、特に４．５〜１０モルの範囲で反応させることが好ましい。１級アミノ基及び／又は２級アミノ基と加水分解性シリル基を共に含有する有機ケイ素化合物の配合量が少なすぎると反応により発生する塩化水素がアミノ基と塩を形成するため反応性が低下し、結果として生産性が低下する他、未反応物が不純物となり、トリス−トリアルコキシシリル体の純度が低下する場合がある。逆に多すぎると反応性が飽和するため、生産コストが高くなってしまう場合がある。
【００２５】
また、他の１級アミノ基及び／又は２級アミノ基を含有する反応原料を使用する場合の配合量は、シアヌル酸クロリド１モルに対し、１級アミノ基及び／又は２級アミノ基と加水分解性シリル基を共に含有する有機ケイ素化合物と他の１級アミノ基及び／又は２級アミノ基を含有する反応原料の総量が４〜２０モル、特に４．５〜１０モルの範囲で反応させることが好ましい。その際、有機ケイ素化合物とその他の反応原料の配合比は、０＜（他の反応原料／有機ケイ素化合物）≦２、特に０．５≦（他の反応原料／有機ケイ素化合物）≦２であることが好ましい。
【００２６】
本発明の有機ケイ素化合物製造時には、必要に応じて溶媒を使用してもよく、溶媒は原料であるシアヌル酸クロリド並びに１級及び／又は２級アミン化合物と非反応性であれば特に限定されないが、具体的にはペンタン、ヘキサン、ヘプタン、デカンなどの脂肪族炭化水素系溶媒、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、１，４−ジオキサンなどのエーテル系溶媒、ベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素系溶媒などが挙げられる。
【００２７】
本発明の有機ケイ素化合物製造時において、反応は発熱反応であり、不要に高温となると副反応が生じるおそれがある。そのため、製造にあたり好ましい反応温度は２５〜１５０℃であり、より好ましくは３５〜１２０℃、更に好ましくは５０〜１２０℃の範囲である。２５℃未満である場合は、反応速度が遅くなり生産性が低下する他、それに起因する副反応物が生成し純度の低下を引き起こすおそれがある。一方、１５０℃を超える温度である場合には、熱分解が生じるおそれがあり、純度の低下を引き起こしかねない。
【００２８】
本発明の有機ケイ素化合物製造時に必要とされる反応時間は、上記に述べたような発熱反応による温度管理が可能であり、且つ反応が終了していれば特に限定されないが、好ましくは１０分〜２４時間、より好ましくは１時間〜２０時間程度である。
【００２９】
本発明の有機ケイ素化合物製造においては、反応により塩酸が発生するため、反応後に中和反応工程を設ける必要がある。
ここで、中和に用いる塩基としては、一般に塩化水素と塩を形成し、不溶物の固体又は液体となり、分離精製可能になるものであればよく、トリアルキルアミン、エチレンジアミン、尿素、金属アルコキシド等が例示され、より好ましくは塩酸塩の形成能が高く、塩酸塩が液体となり、分離効率に優れるエチレンジアミンが特に好ましい。
【００３０】
本発明の有機ケイ素化合物を製造するにあたり、中和に用いる塩基の配合量は、発生する塩化水素の理論量１モルに対し、好ましくは１〜３モル、より好ましくは１．２〜２モルである。塩基の配合量が少なすぎると塩酸の捕捉が不十分となるため化合物中の塩化物イオン含有量が増加してしまう場合がある。逆に多すぎる場合には反応が飽和するため、生産コストが高くなってしまう。
【００３１】
中和反応工程の反応温度は、２５〜１５０℃であり、より好ましくは３５〜１２０℃、更に好ましくは５０〜１２０℃の範囲である。２５℃未満である場合は、反応速度が低くなり生産性が低下するおそれがある。一方、１５０℃を超える温度である場合には、熱分解が生じるおそれがあり、純度の低下を引き起こしかねない。また、中和反応時間は、好ましくは１０分〜２４時間、より好ましくは１時間〜２０時間程度である。
【実施例】
【００３２】
以下、実施例を示して本発明をより詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、下記例中、粘度、比重、屈折率は、２５℃において測定した値である。また、ＮＭＲは核磁気共鳴分光法の略である。粘度は毛細管式動粘度計による２５℃における測定に基づく。例中の記載としてＭｅはメチル基、Ｅｔはエチル基を指す。
【００３３】
［実施例１］Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリス−（トリメトキシシリルプロピル）メラミンの製造
撹拌機、還流冷却器、滴下ロート及び温度計を備えた１Ｌセパラブルフラスコに、シアヌル酸クロリド５５．３ｇ（０．３ｍｏｌ）、トルエン３００ｇを納め、内温５０℃となるように加熱しながら撹拌した。その中にγ−アミノプロピルトリメトキシシラン（信越化学工業社製ＫＢＭ−９０３）４０３．３ｇ（２．２ｍｏｌ）を滴下し、発熱反応により内温が上昇して８０℃となった。その後、内温が１１０℃となるように加熱しながら８時間加熱撹拌した。反応後、内温が８０℃となるように温度を調整し、その中にエチレンジアミン８１ｇ（１．３ｍｏｌ）を滴下し、４時間中和反応を行った。反応液は２層に分離し、上層を分取した後、溶媒及び未反応物を減圧留去した。これにより得られた反応生成物は淡黄色液体であり、粘度１，６９０ｍｍ2／ｓ、比重１．１５、屈折率１．４８９であり、ＮＭＲスペクトルにより反応生成物は単一の生成物であり、下記化学構造式（４）に示す構造であることを確認した。この化合物のプロトンＮＭＲスペクトルを図１に、カーボンＮＭＲスペクトルを図２に、シリコンＮＭＲスペクトルを図３にそれぞれ示す。
【００３４】
【化１１】
【００３５】
［実施例２］Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリス−（トリエトキシシリルプロピル）メラミンの製造
撹拌機、還流冷却器、滴下ロート及び温度計を備えた１Ｌセパラブルフラスコに、シアヌル酸クロリド５５．３ｇ（０．３ｍｏｌ）、トルエン３００ｇを納め、内温５０℃となるように加熱しながら撹拌した。その中にγ−アミノプロピルトリエトキシシラン（信越化学工業社製ＫＢＥ−９０３）４８６．９ｇ（２．２ｍｏｌ）を滴下し、発熱反応により内温が上昇して８０℃となった。その後、内温が１１０℃となるように加熱しながら８時間加熱撹拌した。反応後、内温が８０℃となるように温度を調整し、その中にエチレンジアミン８１ｇ（１．３ｍｏｌ）を滴下し、４時間中和反応を行った。反応液は２層に分離し、上層を分取した後、溶媒及び未反応物を減圧留去した。これにより得られた反応生成物は淡黄色液体であり、粘度１，７３０ｍｍ2／ｓ、比重１．０８、屈折率１．４８５であり、ＮＭＲスペクトルにより反応生成物は単一の生成物であり、下記化学構造式（５）に示す構造であることを確認した。この化合物のＮＭＲスペクトルデータは以下の通りである。
【００３６】
1Ｈ ＮＭＲ（３００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ3，δ（ｐｐｍ））：０．５８（ｔ，６Ｈ），０．８２（ｔ，２７Ｈ），１．６３（ｑｕｉｎｔ，６Ｈ），３．３０（ｔ，６Ｈ），３．４５（ｑ，１８Ｈ），４．８８（ｓ，３Ｈ）．
13Ｃ ＮＭＲ（７５ＭＨｚ，ＣＤＣｌ3，δ（ｐｐｍ））：６．２，１８．１，２３．３，４３．５，５０．９，１６６．８．
29Ｓｉ ＮＭＲ（６０ＭＨｚ，ＣＤＣｌ3，δ（ｐｐｍ））：−４１．８．
【００３７】
【化１２】
【００３８】
［実施例３］Ｎ，Ｎ−ビス−（トリメトキシシリルプロピル）−Ｎ−フェニルメラミンの製造
撹拌機、還流冷却器、滴下ロート及び温度計を備えた１Ｌセパラブルフラスコに、シアヌル酸クロリド５５．３ｇ（０．３ｍｏｌ）、トルエン３００ｇを納め、内温５０℃となるように加熱しながら撹拌した。その中にγ−アミノプロピルトリメトキシシラン（信越化学工業社製ＫＢＭ−９０３）１７９．３ｇ（１．４ｍｏｌ）とアニリン６５．１ｇ（０．７ｍｏｌ）の混合物を滴下し、発熱反応により内温が上昇して８０℃となった。その後、内温が１１０℃となるように加熱しながら８時間加熱撹拌した。反応後、内温が８０℃となるように温度を調整し、その中にエチレンジアミン８１ｇ（１．３ｍｏｌ）を滴下し、４時間中和反応を行った。反応液は２層に分離し、上層を分取した後、溶媒及び未反応物を減圧留去した。これにより得られた反応生成物は淡黄色液体、粘度２，２１０ｍｍ2／ｓ、比重１．０５、屈折率１．４９３であり、ＮＭＲスペクトルにより反応物はアルコキシシリル基とフェニル基の比率が２：１である下記化学構造式（６）に示す構造であった。この化合物の1Ｈ ＮＭＲスペクトルデータは以下の通りである。
【００３９】
1Ｈ ＮＭＲ（３００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ3，δ（ｐｐｍ））：０．６１（ｔ，４Ｈ），１．６９（ｑｕｉｎｔ，４Ｈ），３．２２（ｔ，４Ｈ），３．５６（ｓ，１８Ｈ），４．９１−５．０４（ｓ，３Ｈ），６．６４−７．１１（ｍ，５Ｈ）．
【００４０】
【化１３】
【００４１】
［実施例４］Ｎ，Ｎ−ビス−（トリメトキシシリルプロピル）−Ｎ−ブチルメラミンの製造
撹拌機、還流冷却器、滴下ロート及び温度計を備えた１Ｌセパラブルフラスコに、シアヌル酸クロリド５５．３ｇ（０．３ｍｏｌ）、トルエン３００ｇを納め、内温５０℃となるように加熱しながら撹拌した。その中にγ−アミノプロピルトリメトキシシラン（信越化学工業社製ＫＢＭ−９０３）１７９．３ｇ（１．４ｍｏｌ）とｎ−ブチルアミン５１．１ｇ（０．７ｍｏｌ）の混合物を滴下し、発熱反応により内温が上昇して８０℃となった。その後、内温が１１０℃となるように加熱しながら８時間加熱撹拌した。反応後、内温が８０℃となるように温度を調整し、その中にエチレンジアミン８１ｇ（１．３ｍｏｌ）を滴下し、４時間中和反応を行った。反応液は２層に分離し、上層を分取した後、溶媒及び未反応物を減圧留去した。これにより得られた反応生成物は淡黄色液体、粘度１，４５０ｍｍ2／ｓ、比重１．１２、屈折率１．４５４であり、ＮＭＲスペクトルにより反応物はアルコキシシリル基とブチル基の比率が２：１である下記化学構造式（７）に示す構造であった。この化合物の1Ｈ ＮＭＲスペクトルデータは以下の通りである。
【００４２】
1Ｈ ＮＭＲ（３００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ3，δ（ｐｐｍ））：０．６３（ｔ，４Ｈ），０．８３（ｔ，３Ｈ），１．６０−１．６９（ｍ，８Ｈ），３．２２−３．３１（ｍ，６Ｈ），３．６１（ｓ，１８Ｈ），４．８８−５．０１（ｓ，３Ｈ）．
【００４３】
【化１４】
【００４４】
［実施例５］Ｎ，Ｎ−ビス−（トリメトキシシリルプロピル）−Ｎ−（ポリジメチルシロキシプロピル）メラミンの製造
撹拌機、還流冷却器、滴下ロート及び温度計を備えた１Ｌセパラブルフラスコに、シアヌル酸クロリド５５．３ｇ（０．３ｍｏｌ）、トルエン３００ｇを納め、内温５０℃となるように加熱しながら撹拌した。その中にγ−アミノプロピルトリメトキシシラン（信越化学工業社製ＫＢＭ−９０３）１７９．３ｇ（１．４ｍｏｌ）と末端１級アミノ基含有ポリジメチルシロキサン（信越化学工業社製ＫＦ−８０１０）１３５ｇ（アミノ基量として０．３ｍｏｌ）の混合物を滴下し、発熱反応により内温が上昇して８０℃となった。その後、内温が１１０℃となるように加熱しながら８時間加熱撹拌した。反応後、内温が８０℃となるように温度を調整し、その中にエチレンジアミン８１ｇ（１．３ｍｏｌ）を滴下し、４時間中和反応を行った。反応液は２層に分離し、上層を分取した後、溶媒及び未反応物を減圧留去した。これにより得られた反応生成物は淡黄色液体、粘度１，９３０ｍｍ2／ｓ、比重１．０５、屈折率１．４３３であり、ＮＭＲスペクトルにより反応物の官能基比率はアルコキシシリル基とポリジメチルシロキサン基の比率が平均で２：１であった。この化合物の1Ｈ ＮＭＲスペクトルデータは以下の通りである。
【００４５】
1Ｈ ＮＭＲ（３００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ3，δ（ｐｐｍ））：０．０２−０．１１（ｍ，５３Ｈ），０．６１−０．６４（ｍ，４Ｈ），１．６３−１．６８（ｍ，６Ｈ），３．２０−３．２５（ｍ，６Ｈ），３．５８−３．６４（ｍ，１８Ｈ），４．８８−５．０１（ｓ，３Ｈ）．
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メラミン官能性有機ケイ素化合物に関し、より詳しくは、分子内にメラミン骨格を有する多官能シリル化合物であるため、水溶性に優れ、加水分解縮合させた際にメラミン骨格とシロキサン構造の複合により優れた被膜物性を発現する有機ケイ素化合物及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機ケイ素化合物の中で代表的なものにはシランカップリング剤が挙げられる。シランカップリング剤は分子中に２つ以上の異なる官能基を有し、通常では結合させにくい有機質材料と無機質材料とを連結させる仲介役として作用している。この場合、官能基の一方は加水分解性シリル基であり、水の存在によりシラノール基を生成し、このシラノール基が無機材質表面の水酸基と反応することで、無機材質表面と化学結合を形成する。また、他の官能基は、各種合成樹脂のような有機質材料と化学結合を形成するビニル基、エポキシ基、アミノ基、（メタ）アクリル基、メルカプト基や、化学結合を形成しないが、水素結合や官能基の極性による相互作用を起こすウレイド基、イソシアヌレート基などが挙げられる。このような特性を用いて有機・無機樹脂の改質剤及び接着助剤、各種添加剤などとして幅広く用いられている。
【０００３】
その中でもウレイド基やイソシアヌレート基を有するシランカップリング剤は非結合性官能基を有するシランカップリング剤として樹脂の改質剤、塗料添加剤として用いられている。一般にイソシアヌレート型シランカップリング剤はトリスシリル型のシランカップリング剤であるため加水分解縮合物は高い被膜形成性を有し、極性基を有するため樹脂との相溶性に優れる。しかしながら、該シランは水溶性が低いため、水系用途への応用には限界があった。
【０００４】
イソシアヌレートと類似のヘテロ環構造としてはトリアジン構造が挙げられ、該構造を含むシランカップリング剤はモノシリル型が、特開２００６−２１３６７７号、２００７−１３１５５６号公報（特許文献１，２）に開示されているが、該公報ではトリアジン構造にチオール基を導入した有機ケイ素化合物に関する技術のみであり、その場合、本発明のようなメラミン骨格を形成できない。また、チオール基を導入する関係から本発明のようなトリスシリル型の構造を形成することができない。
【０００５】
また、メラミン樹脂をシリコーン変性させた材料を用いた接着剤に関する技術が、特開平７−２６２４２号公報（特許文献３）に記載されているが、該公報の材料は、メラミン樹脂誘導体とシリコーンの結合方法が水酸基とシラノールの縮合によるものであるため、水やアルコールが存在する系では容易に切断されてしまうという問題があり、また、シランカップリング剤については何ら記載されていない。また、特開平１１−１００２３７号公報（特許文献４）には、メラミン樹脂と反応性シランカップリング剤を含む組成物を用いたガラス繊維の集束剤に関する技術が開示されているが、これらの材料は配合物であり、化合物として単離・構造同定不能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２１３６７７号公報
【特許文献２】特開２００７−１３１５５６号公報
【特許文献３】特開平７−２６２４２号公報
【特許文献４】特開平１１−１００２３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、トリアジン構造を有し、より詳しくはメラミン構造を有する被膜形成性、水溶性、樹脂との相溶性に優れた有機ケイ素化合物及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、シアヌル酸クロリドと、下記一般式（３）で示される１級アミノ基及び／又は２級アミノ基を含有する有機ケイ素化合物とを反応させることで、所望の特徴を満足する有機ケイ素化合物が得られることを見出し、本発明をなすに至った。
【０００９】
従って、本発明は、下記のメラミン官能性有機ケイ素化合物及びその製造方法を提供する。
〔請求項１〕
下記一般式（１）
【化１】
〔式中、Ｒ0は独立に水素原子、又は酸素原子、硫黄原子、窒素原子から選ばれるヘテロ原子又はカルボニル炭素を間に挟んでもよく、置換基を有してもよい１価の炭化水素基であり、少なくとも１つが下記構造（Ａ）である。
【化２】
（式中、鎖線は結合手を示す。Ｘは酸素原子、硫黄原子、窒素原子から選ばれるヘテロ原子又はカルボニル炭素を間に挟んでもよく、置換基を有してもよい２価の炭化水素基であり、一端の炭素原子が窒素原子と結合し、他端の炭素原子がケイ素原子と結合している。Ｒ1は独立に水素原子、又は非置換もしくは置換の炭素原子数１〜４のアルキル基であり、Ｒ2は独立に非置換又は置換の炭素原子数１〜４のアルキル基であり、ｎは１〜３の整数である。）〕
で示されるメラミン骨格を有する有機ケイ素化合物。
〔請求項２〕
下記一般式（２）
【化３】
（式中、Ｘは酸素原子、硫黄原子、窒素原子から選ばれるヘテロ原子又はカルボニル炭素を間に挟んでもよく、置換基を有してもよい２価の炭化水素基であり、一端の炭素原子が窒素原子と結合し、他端の炭素原子がケイ素原子と結合している。Ｒ1は独立に水素原子、又は非置換もしくは置換の炭素原子数１〜４のアルキル基であり、Ｒ2は独立に非置換又は置換の炭素原子数１〜４のアルキル基であり、Ｒ3は独立に水素原子、又は酸素原子、硫黄原子、窒素原子から選ばれるヘテロ原子又はカルボニル炭素を間に挟んでもよく、置換基を有してもよい１価の炭化水素基であり、ｎは１〜３の整数である。）
で示される請求項１記載の有機ケイ素化合物。
〔請求項３〕
シアヌル酸クロリドと、下記一般式（３）
【化４】
（式中、Ｘは酸素原子、硫黄原子、窒素原子から選ばれるヘテロ原子又はカルボニル炭素を間に挟んでもよく、置換基を有してもよい２価の炭化水素基であり、一端の炭素原子が窒素原子と結合し、他端の炭素原子がケイ素原子と結合している。Ｒ1は独立に水素原子、又は非置換もしくは置換の炭素原子数１〜４のアルキル基であり、Ｒ2は独立に非置換又は置換の炭素原子数１〜４のアルキル基であり、Ｒ3は独立に水素原子、又は酸素原子、硫黄原子、窒素原子から選ばれるヘテロ原子又はカルボニル炭素を間に挟んでもよく、置換基を有してもよい１価の炭化水素基であり、ｎは１〜３の整数である。）
で示される有機ケイ素化合物を必須とする１級及び／又は２級アミン化合物を反応させた後に塩基で中和することを特徴とする請求項１又は２記載の有機ケイ素化合物の製造方法。
〔請求項４〕
シアヌル酸クロリドに対する式（３）で示される有機ケイ素化合物の反応比がシアヌル酸クロリド１モルに対し、有機ケイ素化合物４モル以上であり、反応温度が２５〜１５０℃であることを特徴とする請求項３記載の有機ケイ素化合物の製造方法。
〔請求項５〕
中和に用いる塩基が、エチレンジアミンであることを特徴とする請求項３又は４記載の有機ケイ素化合物の製造方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の有機ケイ素化合物は、シランカップリング剤として好適に使用され、メラミンのような極性構造を有しており、これにより樹脂との相溶性が高く、アミン官能性のため水溶性に優れ、水系塗料添加剤として使用した際の効果に優れる。また、多官能シリル型メラミンである場合は加水分解縮合物が高い被膜形成性を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例１の反応生成物の1Ｈ ＮＭＲスペクトルを示す図である。
【図２】実施例１の反応生成物の13Ｃ ＮＭＲスペクトルを示す図である。
【図３】実施例１の反応生成物の29Ｓｉ ＮＭＲスペクトルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明について具体的に説明する。なお、本発明において「シランカップリング剤」は「有機ケイ素化合物」に含まれる。
【００１３】
本発明の有機ケイ素化合物の構造は、下記一般式（１）
【化５】
〔式中、Ｒ0は独立に水素原子、又は酸素原子、硫黄原子、窒素原子から選ばれるヘテロ原子又はカルボニル炭素を間に挟んでもよく、置換基を有してもよい１価の炭化水素基であり、少なくとも１つが下記構造（Ａ）である。
【化６】
（式中、鎖線は結合手を示す。Ｘは酸素原子、硫黄原子、窒素原子から選ばれるヘテロ原子又はカルボニル炭素を間に挟んでもよく、置換基を有してもよい２価の炭化水素基であり、一端の炭素原子が窒素原子と結合し、他端の炭素原子がケイ素原子と結合している。Ｒ1は独立に水素原子、又は非置換もしくは置換の炭素原子数１〜４のアルキル基であり、Ｒ2は独立に非置換又は置換の炭素原子数１〜４のアルキル基であり、ｎは１〜３の整数である。）〕
で示され、好ましくは、下記一般式（２）
【化７】
（式中、Ｘ，Ｒ1，Ｒ2，ｎは上記と同じである。Ｒ3は独立に水素原子、又は酸素原子、硫黄原子、窒素原子から選ばれるヘテロ原子又はカルボニル炭素を間に挟んでもよく、置換基を有してもよい１価の炭化水素基であり、好ましくは水素原子及びアルキル基であり、特に好ましくは水素原子である。）
で示されるものである。
【００１４】
上記式（１），（２）中、Ｒ0及びＲ3の酸素原子、硫黄原子、窒素原子から選ばれるヘテロ原子又はカルボニル炭素を間に挟んでもよく、置換基を有してもよい１価の炭化水素基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基、オクチル基、ノニル基、デシル基等のアルキル基、フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基等のアリール基、ベンジル基、フェニルエチル基、フェニルプロピル基等のアラルキル基、ビニル基、アリル基、プロペニル基、イソプロペニル基、ブテニル基、ヘキセニル基、シクロヘキセニル基、オクテニル基等のアルケニル基、
【化８】
（式中、Ａは１価炭化水素基であり、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基等のアルキル基が例示できる。またＢは２価炭化水素基であり、メチレン基、エチレン基、プロピレン基等のアルキレン基が例示できる。）
等が挙げられる。
【００１５】
なおここで、上記構造において、置換基としては、アルキル基、アリール基、パーフルオロアルキル基、ポリエーテル基、パーフルオロポリエーテル基、加水分解性シリル基からなる群より選択される１種であり、その中でも、好ましくはアルキル基、アリール基等が挙げられる。また、この置換部位が先に記述したシリコーンオイル、シリコーンレジンに代表されるポリシロキサン構造や有機ポリマー構造であってもよい。
【００１６】
また、上記式（１），（２）中、Ｒ1及びＲ2の非置換又は置換の炭素原子数１〜４のアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、イソブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、及びこれらの基の水素原子の一部又は全部がハロゲン原子等で置換された基、例えば、クロロメチル基、３，３，３−トリフルオロプロピル基等が挙げられる。Ｒ1として、好ましくはメチル基、エチル基であり、Ｒ2として、好ましくはメチル基、エチル基である。
【００１７】
上記式（１），（２）中、Ｘは、酸素原子、硫黄原子、窒素原子から選ばれるヘテロ原子又はカルボニル炭素を間に挟んでもよく、置換基を有してもよい２価の炭化水素基であり、一端の炭素原子が窒素原子と結合し、他端の炭素原子がケイ素原子と結合しているものであり、この２価の炭化水素基としては、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、１−メチル−プロピレン基、２−メチル−プロピレン基、３−メチル−プロピレン基、ブチレン基等が挙げられるが、ここに例示したものに限らない。
ｎは１〜３の整数であり、好ましくは２，３であり、特に好ましくは３である。
【００１８】
本発明のメラミン官能性有機ケイ素化合物のより具体的な例は、下記構造式（４）〜（７）で示される。なお、下記において、Ｍｅはメチル基、Ｅｔはエチル基を表す。
【００１９】
【化９】
【００２０】
本発明の有機ケイ素化合物は、シアヌル酸クロリドと、１級及び／又は２級アミン化合物とを反応させた後、中和させることにより得ることができる。ここで、本発明においては、１級及び／又は２級アミン化合物として、下記一般式（３）で示される１級アミノ基及び／又は２級アミノ基と加水分解性シリル基を共に含有する有機ケイ素化合物を必須に含有するものである。
【００２１】
【化１０】
（式中、Ｘ，Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3，ｎは上記と同じである。）
【００２２】
なお、上記反応の際、シアヌル酸クロリドと、１級アミノ基及び／又は２級アミノ基と加水分解性シリル基を共に含有する有機ケイ素化合物が必須原料であるが、他にも１級アミノ基及び／又は２級アミノ基を含有する反応原料、例えば炭化水素系１級及び／又は２級アミン化合物、１級アミノ基及び／又は２級アミノ基を含有するポリシロキサン等を併用しても、本発明のメラミン骨格を１分子中に有することを特徴とする有機ケイ素化合物を製造することが可能である。
【００２３】
上記１級及び／又は２級アミン化合物としては特に限定されないが、具体的には、α−アミノメチルトリメトキシシラン、α−アミノメチルメチルジメトキシシラン、α−アミノメチルジメチルメトキシシラン、α−アミノメチルトリエトキシシラン、α−アミノメチルメチルジエトキシシラン、α−アミノメチルジメチルエトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ−アミノプロピルジメチルメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−アミノプロピルメチルジエトキシシラン、γ−アミノプロピルジメチルエトキシシラン、Ｎ−２（アミノエチル）α−アミノメチルトリメトキシシラン、Ｎ−２（アミノエチル）α−アミノメチルメチルジメトキシシラン、Ｎ−２（アミノエチル）α−アミノメチルジメチルメトキシシラン、Ｎ−２（アミノエチル）α−アミノメチルトリエトキシシラン、Ｎ−２（アミノエチル）α−アミノメチルメチルジエトキシシラン、Ｎ−２（アミノエチル）α−アミノメチルジメチルエトキシシラン、Ｎ−２（アミノエチル）γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−２（アミノエチル）γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、Ｎ−２（アミノエチル）γ−アミノプロピルジメチルメトキシシラン、Ｎ−２（アミノエチル）γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−２（アミノエチル）γ−アミノプロピルメチルジエトキシシラン、Ｎ−２（アミノエチル）γ−アミノプロピルジメチルエトキシシラン、ビス−（トリメトキシシリルプロピル）アミン、ビス−（メチルジメトキシシリルプロピル）アミン、ビス−（ジメチルメトキシシリルプロピル）アミン、ビス−（トリエトキシシリルプロピル）アミン、ビス−（メチルジエトキシシリルプロピル）アミン、ビス−（ジメチルエトキシシリルプロピル）アミン、Ｎ−フェニルγ−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−フェニルγ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、Ｎ−フェニルγ−アミノプロピルジメチルメトキシシラン、Ｎ−フェニルγ−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−フェニルγ−アミノプロピルメチルジエトキシシラン、Ｎ−フェニルγ−アミノプロピルジメチルエトキシシラン、Ｎ−フェニルα−アミノメチルトリメトキシシラン、Ｎ−フェニルα−アミノメチルメチルジメトキシシラン、Ｎ−フェニルα−アミノメチルジメチルメトキシシラン、Ｎ−フェニルα−アミノメチルトリエトキシシラン、Ｎ−フェニルα−アミノメチルメチルジエトキシシラン、Ｎ−フェニルα−アミノメチルジメチルエトキシシラン等の１級アミノ基及び／又は２級アミノ基と加水分解性シリル基を共に含有する有機ケイ素化合物、上記と同様の１級及び／又は２級アミノ基を有するシリコーンアルコキシオリゴマー等の１級アミノ基及び／又は２級アミノ基を含有する有機ケイ素化合物などが挙げられる。
【００２４】
本発明の有機ケイ素化合物を製造するにあたり、シアヌル酸クロリドと、１級アミノ基及び／又は２級アミノ基と加水分解性シリル基を共に含有する有機ケイ素化合物との配合比は特に限定されないが、特に、トリス−トリアルコキシシリル型のメラミン化合物を製造するにあたり、反応性、生産性の点から、シアヌル酸クロリド１モルに対し、１級アミノ基及び／又は２級アミノ基と加水分解性シリル基を共に含有する有機ケイ素化合物を４〜２０モル、特に４．５〜１０モルの範囲で反応させることが好ましい。１級アミノ基及び／又は２級アミノ基と加水分解性シリル基を共に含有する有機ケイ素化合物の配合量が少なすぎると反応により発生する塩化水素がアミノ基と塩を形成するため反応性が低下し、結果として生産性が低下する他、未反応物が不純物となり、トリス−トリアルコキシシリル体の純度が低下する場合がある。逆に多すぎると反応性が飽和するため、生産コストが高くなってしまう場合がある。
【００２５】
また、他の１級アミノ基及び／又は２級アミノ基を含有する反応原料を使用する場合の配合量は、シアヌル酸クロリド１モルに対し、１級アミノ基及び／又は２級アミノ基と加水分解性シリル基を共に含有する有機ケイ素化合物と他の１級アミノ基及び／又は２級アミノ基を含有する反応原料の総量が４〜２０モル、特に４．５〜１０モルの範囲で反応させることが好ましい。その際、有機ケイ素化合物とその他の反応原料の配合比は、０＜（他の反応原料／有機ケイ素化合物）≦２、特に０．５≦（他の反応原料／有機ケイ素化合物）≦２であることが好ましい。
【００２６】
本発明の有機ケイ素化合物製造時には、必要に応じて溶媒を使用してもよく、溶媒は原料であるシアヌル酸クロリド並びに１級及び／又は２級アミン化合物と非反応性であれば特に限定されないが、具体的にはペンタン、ヘキサン、ヘプタン、デカンなどの脂肪族炭化水素系溶媒、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、１，４−ジオキサンなどのエーテル系溶媒、ベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素系溶媒などが挙げられる。
【００２７】
本発明の有機ケイ素化合物製造時において、反応は発熱反応であり、不要に高温となると副反応が生じるおそれがある。そのため、製造にあたり好ましい反応温度は２５〜１５０℃であり、より好ましくは３５〜１２０℃、更に好ましくは５０〜１２０℃の範囲である。２５℃未満である場合は、反応速度が遅くなり生産性が低下する他、それに起因する副反応物が生成し純度の低下を引き起こすおそれがある。一方、１５０℃を超える温度である場合には、熱分解が生じるおそれがあり、純度の低下を引き起こしかねない。
【００２８】
本発明の有機ケイ素化合物製造時に必要とされる反応時間は、上記に述べたような発熱反応による温度管理が可能であり、且つ反応が終了していれば特に限定されないが、好ましくは１０分〜２４時間、より好ましくは１時間〜２０時間程度である。
【００２９】
本発明の有機ケイ素化合物製造においては、反応により塩酸が発生するため、反応後に中和反応工程を設ける必要がある。
ここで、中和に用いる塩基としては、一般に塩化水素と塩を形成し、不溶物の固体又は液体となり、分離精製可能になるものであればよく、トリアルキルアミン、エチレンジアミン、尿素、金属アルコキシド等が例示され、より好ましくは塩酸塩の形成能が高く、塩酸塩が液体となり、分離効率に優れるエチレンジアミンが特に好ましい。
【００３０】
本発明の有機ケイ素化合物を製造するにあたり、中和に用いる塩基の配合量は、発生する塩化水素の理論量１モルに対し、好ましくは１〜３モル、より好ましくは１．２〜２モルである。塩基の配合量が少なすぎると塩酸の捕捉が不十分となるため化合物中の塩化物イオン含有量が増加してしまう場合がある。逆に多すぎる場合には反応が飽和するため、生産コストが高くなってしまう。
【００３１】
中和反応工程の反応温度は、２５〜１５０℃であり、より好ましくは３５〜１２０℃、更に好ましくは５０〜１２０℃の範囲である。２５℃未満である場合は、反応速度が低くなり生産性が低下するおそれがある。一方、１５０℃を超える温度である場合には、熱分解が生じるおそれがあり、純度の低下を引き起こしかねない。また、中和反応時間は、好ましくは１０分〜２４時間、より好ましくは１時間〜２０時間程度である。
【実施例】
【００３２】
以下、実施例を示して本発明をより詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、下記例中、粘度、比重、屈折率は、２５℃において測定した値である。また、ＮＭＲは核磁気共鳴分光法の略である。粘度は毛細管式動粘度計による２５℃における測定に基づく。例中の記載としてＭｅはメチル基、Ｅｔはエチル基を指す。
【００３３】
［実施例１］Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリス−（トリメトキシシリルプロピル）メラミンの製造
撹拌機、還流冷却器、滴下ロート及び温度計を備えた１Ｌセパラブルフラスコに、シアヌル酸クロリド５５．３ｇ（０．３ｍｏｌ）、トルエン３００ｇを納め、内温５０℃となるように加熱しながら撹拌した。その中にγ−アミノプロピルトリメトキシシラン（信越化学工業社製ＫＢＭ−９０３）４０３．３ｇ（２．２ｍｏｌ）を滴下し、発熱反応により内温が上昇して８０℃となった。その後、内温が１１０℃となるように加熱しながら８時間加熱撹拌した。反応後、内温が８０℃となるように温度を調整し、その中にエチレンジアミン８１ｇ（１．３ｍｏｌ）を滴下し、４時間中和反応を行った。反応液は２層に分離し、上層を分取した後、溶媒及び未反応物を減圧留去した。これにより得られた反応生成物は淡黄色液体であり、粘度１，６９０ｍｍ2／ｓ、比重１．１５、屈折率１．４８９であり、ＮＭＲスペクトルにより反応生成物は単一の生成物であり、下記化学構造式（４）に示す構造であることを確認した。この化合物のプロトンＮＭＲスペクトルを図１に、カーボンＮＭＲスペクトルを図２に、シリコンＮＭＲスペクトルを図３にそれぞれ示す。
【００３４】
【化１１】
【００３５】
［実施例２］Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリス−（トリエトキシシリルプロピル）メラミンの製造
撹拌機、還流冷却器、滴下ロート及び温度計を備えた１Ｌセパラブルフラスコに、シアヌル酸クロリド５５．３ｇ（０．３ｍｏｌ）、トルエン３００ｇを納め、内温５０℃となるように加熱しながら撹拌した。その中にγ−アミノプロピルトリエトキシシラン（信越化学工業社製ＫＢＥ−９０３）４８６．９ｇ（２．２ｍｏｌ）を滴下し、発熱反応により内温が上昇して８０℃となった。その後、内温が１１０℃となるように加熱しながら８時間加熱撹拌した。反応後、内温が８０℃となるように温度を調整し、その中にエチレンジアミン８１ｇ（１．３ｍｏｌ）を滴下し、４時間中和反応を行った。反応液は２層に分離し、上層を分取した後、溶媒及び未反応物を減圧留去した。これにより得られた反応生成物は淡黄色液体であり、粘度１，７３０ｍｍ2／ｓ、比重１．０８、屈折率１．４８５であり、ＮＭＲスペクトルにより反応生成物は単一の生成物であり、下記化学構造式（５）に示す構造であることを確認した。この化合物のＮＭＲスペクトルデータは以下の通りである。
【００３６】
1Ｈ ＮＭＲ（３００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ3，δ（ｐｐｍ））：０．５８（ｔ，６Ｈ），０．８２（ｔ，２７Ｈ），１．６３（ｑｕｉｎｔ，６Ｈ），３．３０（ｔ，６Ｈ），３．４５（ｑ，１８Ｈ），４．８８（ｓ，３Ｈ）．
13Ｃ ＮＭＲ（７５ＭＨｚ，ＣＤＣｌ3，δ（ｐｐｍ））：６．２，１８．１，２３．３，４３．５，５０．９，１６６．８．
29Ｓｉ ＮＭＲ（６０ＭＨｚ，ＣＤＣｌ3，δ（ｐｐｍ））：−４１．８．
【００３７】
【化１２】
【００３８】
［実施例３］Ｎ，Ｎ−ビス−（トリメトキシシリルプロピル）−Ｎ−フェニルメラミンの製造
撹拌機、還流冷却器、滴下ロート及び温度計を備えた１Ｌセパラブルフラスコに、シアヌル酸クロリド５５．３ｇ（０．３ｍｏｌ）、トルエン３００ｇを納め、内温５０℃となるように加熱しながら撹拌した。その中にγ−アミノプロピルトリメトキシシラン（信越化学工業社製ＫＢＭ−９０３）１７９．３ｇ（１．４ｍｏｌ）とアニリン６５．１ｇ（０．７ｍｏｌ）の混合物を滴下し、発熱反応により内温が上昇して８０℃となった。その後、内温が１１０℃となるように加熱しながら８時間加熱撹拌した。反応後、内温が８０℃となるように温度を調整し、その中にエチレンジアミン８１ｇ（１．３ｍｏｌ）を滴下し、４時間中和反応を行った。反応液は２層に分離し、上層を分取した後、溶媒及び未反応物を減圧留去した。これにより得られた反応生成物は淡黄色液体、粘度２，２１０ｍｍ2／ｓ、比重１．０５、屈折率１．４９３であり、ＮＭＲスペクトルにより反応物はアルコキシシリル基とフェニル基の比率が２：１である下記化学構造式（６）に示す構造であった。この化合物の1Ｈ ＮＭＲスペクトルデータは以下の通りである。
【００３９】
1Ｈ ＮＭＲ（３００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ3，δ（ｐｐｍ））：０．６１（ｔ，４Ｈ），１．６９（ｑｕｉｎｔ，４Ｈ），３．２２（ｔ，４Ｈ），３．５６（ｓ，１８Ｈ），４．９１−５．０４（ｓ，３Ｈ），６．６４−７．１１（ｍ，５Ｈ）．
【００４０】
【化１３】
【００４１】
［実施例４］Ｎ，Ｎ−ビス−（トリメトキシシリルプロピル）−Ｎ−ブチルメラミンの製造
撹拌機、還流冷却器、滴下ロート及び温度計を備えた１Ｌセパラブルフラスコに、シアヌル酸クロリド５５．３ｇ（０．３ｍｏｌ）、トルエン３００ｇを納め、内温５０℃となるように加熱しながら撹拌した。その中にγ−アミノプロピルトリメトキシシラン（信越化学工業社製ＫＢＭ−９０３）１７９．３ｇ（１．４ｍｏｌ）とｎ−ブチルアミン５１．１ｇ（０．７ｍｏｌ）の混合物を滴下し、発熱反応により内温が上昇して８０℃となった。その後、内温が１１０℃となるように加熱しながら８時間加熱撹拌した。反応後、内温が８０℃となるように温度を調整し、その中にエチレンジアミン８１ｇ（１．３ｍｏｌ）を滴下し、４時間中和反応を行った。反応液は２層に分離し、上層を分取した後、溶媒及び未反応物を減圧留去した。これにより得られた反応生成物は淡黄色液体、粘度１，４５０ｍｍ2／ｓ、比重１．１２、屈折率１．４５４であり、ＮＭＲスペクトルにより反応物はアルコキシシリル基とブチル基の比率が２：１である下記化学構造式（７）に示す構造であった。この化合物の1Ｈ ＮＭＲスペクトルデータは以下の通りである。
【００４２】
1Ｈ ＮＭＲ（３００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ3，δ（ｐｐｍ））：０．６３（ｔ，４Ｈ），０．８３（ｔ，３Ｈ），１．６０−１．６９（ｍ，８Ｈ），３．２２−３．３１（ｍ，６Ｈ），３．６１（ｓ，１８Ｈ），４．８８−５．０１（ｓ，３Ｈ）．
【００４３】
【化１４】
【００４４】
［実施例５］Ｎ，Ｎ−ビス−（トリメトキシシリルプロピル）−Ｎ−（ポリジメチルシロキシプロピル）メラミンの製造
撹拌機、還流冷却器、滴下ロート及び温度計を備えた１Ｌセパラブルフラスコに、シアヌル酸クロリド５５．３ｇ（０．３ｍｏｌ）、トルエン３００ｇを納め、内温５０℃となるように加熱しながら撹拌した。その中にγ−アミノプロピルトリメトキシシラン（信越化学工業社製ＫＢＭ−９０３）１７９．３ｇ（１．４ｍｏｌ）と末端１級アミノ基含有ポリジメチルシロキサン（信越化学工業社製ＫＦ−８０１０）１３５ｇ（アミノ基量として０．３ｍｏｌ）の混合物を滴下し、発熱反応により内温が上昇して８０℃となった。その後、内温が１１０℃となるように加熱しながら８時間加熱撹拌した。反応後、内温が８０℃となるように温度を調整し、その中にエチレンジアミン８１ｇ（１．３ｍｏｌ）を滴下し、４時間中和反応を行った。反応液は２層に分離し、上層を分取した後、溶媒及び未反応物を減圧留去した。これにより得られた反応生成物は淡黄色液体、粘度１，９３０ｍｍ2／ｓ、比重１．０５、屈折率１．４３３であり、ＮＭＲスペクトルにより反応物の官能基比率はアルコキシシリル基とポリジメチルシロキサン基の比率が平均で２：１であった。この化合物の1Ｈ ＮＭＲスペクトルデータは以下の通りである。
【００４５】
1Ｈ ＮＭＲ（３００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ3，δ（ｐｐｍ））：０．０２−０．１１（ｍ，５３Ｈ），０．６１−０．６４（ｍ，４Ｈ），１．６３−１．６８（ｍ，６Ｈ），３．２０−３．２５（ｍ，６Ｈ），３．５８−３．６４（ｍ，１８Ｈ），４．８８−５．０１（ｓ，３Ｈ）．
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記一般式（１）
【化１】
〔式中、Ｒ0は独立に水素原子、又は酸素原子、硫黄原子、窒素原子から選ばれるヘテロ原子又はカルボニル炭素を間に挟んでもよく、置換基を有してもよい１価の炭化水素基であり、少なくとも１つが下記構造（Ａ）である。
【化２】
（式中、鎖線は結合手を示す。Ｘは酸素原子、硫黄原子、窒素原子から選ばれるヘテロ原子又はカルボニル炭素を間に挟んでもよく、置換基を有してもよい２価の炭化水素基であり、一端の炭素原子が窒素原子と結合し、他端の炭素原子がケイ素原子と結合している。Ｒ1は独立に水素原子、又は非置換もしくは置換の炭素原子数１〜４のアルキル基であり、Ｒ2は独立に非置換又は置換の炭素原子数１〜４のアルキル基であり、ｎは１〜３の整数である。）〕
で示されるメラミン骨格を有する有機ケイ素化合物。
【請求項２】
下記一般式（２）
【化３】
（式中、Ｘは酸素原子、硫黄原子、窒素原子から選ばれるヘテロ原子又はカルボニル炭素を間に挟んでもよく、置換基を有してもよい２価の炭化水素基であり、一端の炭素原子が窒素原子と結合し、他端の炭素原子がケイ素原子と結合している。Ｒ1は独立に水素原子、又は非置換もしくは置換の炭素原子数１〜４のアルキル基であり、Ｒ2は独立に非置換又は置換の炭素原子数１〜４のアルキル基であり、Ｒ3は独立に水素原子、又は酸素原子、硫黄原子、窒素原子から選ばれるヘテロ原子又はカルボニル炭素を間に挟んでもよく、置換基を有してもよい１価の炭化水素基であり、ｎは１〜３の整数である。）
で示される請求項１記載の有機ケイ素化合物。
【請求項３】
シアヌル酸クロリドと、下記一般式（３）
【化４】
（式中、Ｘは酸素原子、硫黄原子、窒素原子から選ばれるヘテロ原子又はカルボニル炭素を間に挟んでもよく、置換基を有してもよい２価の炭化水素基であり、一端の炭素原子が窒素原子と結合し、他端の炭素原子がケイ素原子と結合している。Ｒ1は独立に水素原子、又は非置換もしくは置換の炭素原子数１〜４のアルキル基であり、Ｒ2は独立に非置換又は置換の炭素原子数１〜４のアルキル基であり、Ｒ3は独立に水素原子、又は酸素原子、硫黄原子、窒素原子から選ばれるヘテロ原子又はカルボニル炭素を間に挟んでもよく、置換基を有してもよい１価の炭化水素基であり、ｎは１〜３の整数である。）
で示される有機ケイ素化合物を必須とする１級及び／又は２級アミン化合物を反応させた後に塩基で中和することを特徴とする請求項１又は２記載の有機ケイ素化合物の製造方法。
【請求項４】
シアヌル酸クロリドに対する式（３）で示される有機ケイ素化合物の反応比がシアヌル酸クロリド１モルに対し、有機ケイ素化合物４モル以上であり、反応温度が２５〜１５０℃であることを特徴とする請求項３記載の有機ケイ素化合物の製造方法。
【請求項５】
中和に用いる塩基が、エチレンジアミンであることを特徴とする請求項３又は４記載の有機ケイ素化合物の製造方法。
【請求項１】
下記一般式（１）
【化１】
〔式中、Ｒ0は独立に水素原子、又は酸素原子、硫黄原子、窒素原子から選ばれるヘテロ原子又はカルボニル炭素を間に挟んでもよく、置換基を有してもよい１価の炭化水素基であり、少なくとも１つが下記構造（Ａ）である。
【化２】
（式中、鎖線は結合手を示す。Ｘは酸素原子、硫黄原子、窒素原子から選ばれるヘテロ原子又はカルボニル炭素を間に挟んでもよく、置換基を有してもよい２価の炭化水素基であり、一端の炭素原子が窒素原子と結合し、他端の炭素原子がケイ素原子と結合している。Ｒ1は独立に水素原子、又は非置換もしくは置換の炭素原子数１〜４のアルキル基であり、Ｒ2は独立に非置換又は置換の炭素原子数１〜４のアルキル基であり、ｎは１〜３の整数である。）〕
で示されるメラミン骨格を有する有機ケイ素化合物。
【請求項２】
下記一般式（２）
【化３】
（式中、Ｘは酸素原子、硫黄原子、窒素原子から選ばれるヘテロ原子又はカルボニル炭素を間に挟んでもよく、置換基を有してもよい２価の炭化水素基であり、一端の炭素原子が窒素原子と結合し、他端の炭素原子がケイ素原子と結合している。Ｒ1は独立に水素原子、又は非置換もしくは置換の炭素原子数１〜４のアルキル基であり、Ｒ2は独立に非置換又は置換の炭素原子数１〜４のアルキル基であり、Ｒ3は独立に水素原子、又は酸素原子、硫黄原子、窒素原子から選ばれるヘテロ原子又はカルボニル炭素を間に挟んでもよく、置換基を有してもよい１価の炭化水素基であり、ｎは１〜３の整数である。）
で示される請求項１記載の有機ケイ素化合物。
【請求項３】
シアヌル酸クロリドと、下記一般式（３）
【化４】
（式中、Ｘは酸素原子、硫黄原子、窒素原子から選ばれるヘテロ原子又はカルボニル炭素を間に挟んでもよく、置換基を有してもよい２価の炭化水素基であり、一端の炭素原子が窒素原子と結合し、他端の炭素原子がケイ素原子と結合している。Ｒ1は独立に水素原子、又は非置換もしくは置換の炭素原子数１〜４のアルキル基であり、Ｒ2は独立に非置換又は置換の炭素原子数１〜４のアルキル基であり、Ｒ3は独立に水素原子、又は酸素原子、硫黄原子、窒素原子から選ばれるヘテロ原子又はカルボニル炭素を間に挟んでもよく、置換基を有してもよい１価の炭化水素基であり、ｎは１〜３の整数である。）
で示される有機ケイ素化合物を必須とする１級及び／又は２級アミン化合物を反応させた後に塩基で中和することを特徴とする請求項１又は２記載の有機ケイ素化合物の製造方法。
【請求項４】
シアヌル酸クロリドに対する式（３）で示される有機ケイ素化合物の反応比がシアヌル酸クロリド１モルに対し、有機ケイ素化合物４モル以上であり、反応温度が２５〜１５０℃であることを特徴とする請求項３記載の有機ケイ素化合物の製造方法。
【請求項５】
中和に用いる塩基が、エチレンジアミンであることを特徴とする請求項３又は４記載の有機ケイ素化合物の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１１−１２００２（Ｐ２０１１−１２００２Ａ）
【公開日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１５６４６３（Ｐ２００９−１５６４６３）
【出願日】平成２１年７月１日（２００９．７．１）
【出願人】（０００００２０６０）信越化学工業株式会社 (3,361)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月１日（２００９．７．１）
【出願人】（０００００２０６０）信越化学工業株式会社 (3,361)
【Ｆターム（参考）】
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