JP3128782B2 - Method for producing crosslinked polymer thin film - Google Patents

Method for producing crosslinked polymer thin film

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JP3128782B2
JP3128782B2 JP04179301A JP17930192A JP3128782B2 JP 3128782 B2 JP3128782 B2 JP 3128782B2 JP 04179301 A JP04179301 A JP 04179301A JP 17930192 A JP17930192 A JP 17930192A JP 3128782 B2 JP3128782 B2 JP 3128782B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、強度及び安定性に優れ
た架橋高分子薄膜を製造する方法に関する。
The present invention relates to a method for producing a crosslinked polymer thin film having excellent strength and stability.

【0002】[0002]

【従来の技術】分子レベルで構造制御された有機質薄膜
を製造する方法として、LB法が知られている。LB法
においては、両親媒性物質を有機溶媒に溶解して展開液
を調製し、展開液を水等のサブフェーズ上に展開する。
両親媒性物質は、親水性基及び疎水性基をそれぞれ液相
側及び気相側に配向した分子集合体となり、気水界面に
単分子膜を形成する。この単分子膜をガラス板等の適宜
の基板上に移し取るとき、単分子膜単位で積層された薄
膜が形成される。なお、本願明細書においては、単分子
膜及び累積膜の両者を包含する意味で「薄膜」を使用し
ている。
2. Description of the Related Art The LB method is known as a method for producing an organic thin film whose structure is controlled at a molecular level. In the LB method, a developing solution is prepared by dissolving an amphiphilic substance in an organic solvent, and the developing solution is developed on a subphase such as water.
The amphiphilic substance becomes a molecular aggregate in which a hydrophilic group and a hydrophobic group are oriented toward the liquid phase and the gas phase, respectively, and forms a monomolecular film at the air-water interface. When this monomolecular film is transferred onto an appropriate substrate such as a glass plate, a thin film laminated in monomolecular film units is formed. In the specification of the present application, "thin film" is used to mean both a monomolecular film and a cumulative film.

【0003】両親媒性物質の代表的なものに、長鎖アル
キルカルボン酸がある。しかし、長鎖アルキルカルボン
酸から作製された有機質薄膜は、十分な強度をもたな
い。たとえば、有機溶媒に浸漬した場合に膜構造が乱れ
易く、薄膜の安定性に問題がある。
A typical example of the amphiphile is a long-chain alkyl carboxylic acid. However, organic thin films made from long-chain alkyl carboxylic acids do not have sufficient strength. For example, when immersed in an organic solvent, the film structure is easily disturbed, and there is a problem in the stability of the thin film.

【0004】薄膜の強度を改善するため、重合性をもっ
た両親媒性物質として高分子化合物を使用し、気水界面
で予め重合させた後で基板に移し取る方法[R.R.M
cCaffery他 J.Polym.Phys.Ed
23 1523(1985)],単量体のままで基板
に移し取り、基板上で重合反応を行わせる方法[A.C
emel他 J.Polym.Sci.A−1 10
2061(1972)]等によって、薄膜をポリマー化
すると共に安定化させることが提案されている。また、
両親媒性の高分子化合物を使用することにより強度の高
い薄膜を作製する方法[R.Elbert他 J.A
m.Chem.Soc.107 4134(198
5)]や、両親媒性の3級アミンとポリアニオンとのイ
オンコンプレックスを累積する方法[Masa−aki
KAKIMOTO他 Chem.Lett.,823
(1986)]も知られている。
In order to improve the strength of a thin film, a method is used in which a polymer compound is used as an amphipathic substance having polymerizability, polymerized in advance at an air-water interface, and then transferred to a substrate [R. R. M
cCaffery et al. Polym. Phys. Ed
23 1523 (1985)], a method of transferring a monomer as it is to a substrate and causing a polymerization reaction on the substrate [A. C
emel et al. Polym. Sci. A-1 10
2061 (1972)] and the like, it has been proposed to polymerize and stabilize a thin film. Also,
A method for producing a high-strength thin film by using an amphiphilic polymer compound [R. J. Elbert et al. A
m. Chem. Soc. 107 4134 (198
5)] and a method of accumulating an ion complex of an amphiphilic tertiary amine and a polyanion [Masa-aki
KAKIMOTO et al. Chem. Lett., 823
(1986)].

【0005】更には、不飽和結合を有する両親媒性ポリ
マーを水面上に展開した後、ポリマーを架橋し累積する
方法によっても、強度が高い薄膜が作製することが報告
されている[R.JIONES他 Thin Soli
d Films,186(1990)]。
Further, it has been reported that a thin film having a high strength can be produced by a method in which an amphiphilic polymer having an unsaturated bond is spread on a water surface, and then the polymer is crosslinked and accumulated [R. JIONES and others Thin Soli
d Films, 186 (1990)].

【0006】本発明者等も、親水部にカチオン性又はア
ニオン性の基をもつ両親媒性高分子とアニオン性又はカ
チオン性の水溶性高分子との間でポリイオンコンプレッ
クスを形成させ、二次元的に塩架橋した高分子薄膜を作
製する方法を紹介した[国武豊喜他 Macromol
ecules 22 485(1984)]。また、親
水部にアニオン性の基をもつ両親媒性高分子とカチオン
性の水溶性高分子を使用して高分子間のポリイオンコン
プレックスを形成させ、二次元的に塩架橋し累積した後
で、ポリマー間に共有結合による架橋を形成することに
より、薄膜を安定化することも紹介した[国武豊喜他
Chem.Lett.,1927(1990)]。
[0006] The present inventors also formed a two-dimensional polyion complex between an amphiphilic polymer having a cationic or anionic group in the hydrophilic part and an anionic or cationic water-soluble polymer. On how to fabricate a salt-crosslinked polymer thin film [Toyoyoshi Kunitake et al. Macromol
ecules 22 485 (1984)]. In addition, after forming a polyion complex between the polymers using an amphiphilic polymer having an anionic group in the hydrophilic part and a cationic water-soluble polymer, two-dimensionally salt-crosslinking and accumulating, He also introduced stabilization of thin films by forming covalent crosslinks between polymers [Toyoki Kunitake et al.
Chem. Lett., 1927 (1990)].

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】重合性の両親媒性物質
を使用して気水界面で予め重合させた後で二分子膜を基
板に移し取る方法,単量体のままで基板に移し取った二
分子膜を基板上で重合させる方法,両親媒性の高分子化
合物を累積する方法,両親媒性の3級アミンとポリアニ
オンとのイオンコンプレックスを累積する方法等では、
得られた薄膜は何れも線状高分子であり、依然として十
分な強度をもたない。そのため、数μm径の多孔質基板
に薄膜を移し取るとき、基板上の細孔を薄膜で覆うこと
ができない。或いは、細孔が薄膜で覆われたとしても、
溶媒浸漬時に膜構造の保持が十分でないため、移し取ら
れた薄膜を溶媒に浸漬すると欠陥が発生してしまう。
SUMMARY OF THE INVENTION A method of transferring a bilayer film to a substrate after preliminarily polymerizing at a gas-water interface using a polymerizable amphiphilic substance, and transferring the bilayer film to a substrate in a monomer state. The method of polymerizing a bilayer film on a substrate, the method of accumulating an amphiphilic polymer compound, the method of accumulating an ion complex of an amphiphilic tertiary amine and a polyanion, etc.
All of the obtained thin films are linear polymers and do not yet have sufficient strength. Therefore, when transferring a thin film to a porous substrate having a diameter of several μm, the pores on the substrate cannot be covered with the thin film. Or even if the pores are covered with a thin film,
Since the film structure is not sufficiently maintained at the time of immersion in the solvent, a defect occurs when the transferred thin film is immersed in the solvent.

【0008】他方、不飽和結合を有する両親媒性ポリマ
ーを気水界面に展開した後でポリマーを架橋し累積する
方法,両親媒性高分子と水溶性高分子との間でポリイオ
ンコンプレックスを形成する方法等で作製された薄膜
や、更に共有結合で架橋された薄膜は、多孔質基板に対
する被覆性に優れ、溶媒浸漬時のバリヤ性等においても
優れた性質を呈する。しかし、ポリイオンコンプレック
スを形成する系では、ポリカチオン又はポリアニオンの
何れか一方が疎水性部位と親水性部位とを併せ持つ両親
媒性ポリマーであることが必要とされる。また、両親媒
性ポリマーを気水界面に展開した後、ポリマーを架橋し
累積する方法では、ポリマーが両親媒性であることは勿
論、更に不飽和結合を持たなければならない等の理由か
ら、薄膜を形成できるポリマーが非常に限られてしま
う。
On the other hand, a method in which an amphiphilic polymer having an unsaturated bond is developed at an air-water interface and then the polymer is cross-linked and accumulated, and a polyion complex is formed between the amphiphilic polymer and the water-soluble polymer. A thin film produced by a method or the like, or a thin film crosslinked by a covalent bond, has excellent coatability on a porous substrate and exhibits excellent properties such as barrier properties when immersed in a solvent. However, in a system for forming a polyion complex, either the polycation or the polyanion is required to be an amphiphilic polymer having both a hydrophobic site and a hydrophilic site. In addition, in the method of cross-linking and accumulating the polymer after the amphiphilic polymer is developed at the air-water interface, the polymer is not only amphiphilic, but also needs to have an unsaturated bond. Are very limited.

【0009】本発明は、このような問題を解消すべく案
出されたものであり、水溶性のポリカチオン及びポリア
ニオンとは別個に両親媒性物質を使用することにより、
使用可能なポリカチオン及びポリアニオンに対する制約
を緩和し、多孔質基板に対する被覆性が良好であり、強
度及び安定性に優れた架橋高分子薄膜を得ることを目的
とする。
[0009] The present invention has been devised to solve such a problem, and by using an amphipathic substance separately from a water-soluble polycation and polyanion,
An object of the present invention is to provide a crosslinked polymer thin film which relaxes restrictions on usable polycations and polyanions, has good coatability on a porous substrate, and has excellent strength and stability.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明の架橋高分子薄膜
製造方法は、その目的を達成するため、両親媒性物質,
水溶性のポリアニオン及び水溶性のポリカチオンからな
るイオンコンプレックスを気水界面で生成させ、前記イ
オンコンプレックスを基板上に移し取った後、イオンコ
ンプレックスを構成する前記ポリアニオンと前記ポリカ
チオンとの間に共有結合による架橋を形成することを特
徴とする。
According to the present invention, there is provided a method for producing a crosslinked polymer thin film, comprising the steps of:
An ion complex consisting of a water-soluble polyanion and a water-soluble polycation is generated at the air-water interface, and after transferring the ion complex onto a substrate, a shared ion is formed between the polyanion and the polycation constituting the ion complex. It is characterized by forming crosslinks by bonding.

【0011】両親媒性物質,水溶性ポリアニオン及び水
溶性ポリカチオンとして、それぞれ長鎖アルキル基を持
つ3級アミン,カルボキシル基を有するポリアニオン及
び1級又は2級アミンを有するポリカチオンを使用する
とき、ポリイオンコンプレックスを累積させた後、加熱
処理によって両親媒性物質を除去する。そして、カルボ
ン酸とアミンとの縮合反応を行わせることにより、二次
元的に架橋した高分子薄膜が得られる。
When a tertiary amine having a long-chain alkyl group, a polyanion having a carboxyl group and a polycation having a primary or secondary amine are used as the amphiphilic substance, the water-soluble polyanion and the water-soluble polycation, After accumulating the polyion complex, the amphiphile is removed by heat treatment. Then, by performing a condensation reaction between the carboxylic acid and the amine, a two-dimensionally crosslinked polymer thin film can be obtained.

【0012】[0012]

【作 用】本発明においては、両親媒性物質,水溶性ポ
リアニオン及び水溶性ポリカチオンからなるポリイオン
コンプレックスが気水界面に形成される。このポリイオ
ンコンプレックスを基板に移し取り、ポリアニオンとポ
リカチオンとの間に共有結合による架橋を形成する。得
られた薄膜は、基板上で共有結合によって二次元的に架
橋した構造をもっており、非常に安定したものとなる。
また、気水界面の薄膜は、高分子間でイオン架橋した安
定な膜として基板上に移し取られるため、基板表面の細
孔に対する被覆性が優れ、多孔質基板であっても欠陥の
ない皮膜が形成される。
In the present invention, a polyion complex comprising an amphiphilic substance, a water-soluble polyanion and a water-soluble polycation is formed at the air-water interface. The polyion complex is transferred to a substrate to form a covalent crosslink between the polyanion and the polycation. The obtained thin film has a two-dimensionally crosslinked structure by covalent bonds on the substrate, and is very stable.
In addition, since the thin film at the air-water interface is transferred onto the substrate as a stable film that is ion-crosslinked between polymers, it has excellent coverage on the pores on the substrate surface, and is free from defects even on a porous substrate. Is formed.

【0013】両親媒性物質の使用は、水溶性ポリアニオ
ンと水溶性ポリカチオンからなるポリイオンコンプレッ
クスを気水界面で安定させる。そのため、両親媒性高分
子と水溶性高分子との間でポリイオンコンプレックスを
形成させる方法では使用することができなかったポリマ
ーから薄膜を作製することが可能となる。
The use of an amphiphile stabilizes a polyion complex consisting of a water-soluble polyanion and a water-soluble polycation at the air-water interface. Therefore, a thin film can be formed from a polymer that cannot be used in the method of forming a polyion complex between an amphiphilic polymer and a water-soluble polymer.

【0014】本発明で使用される両親媒性物質は、配向
性に優れた疎水鎖とアニオン性又はカチオン性の親水部
をもつ。たとえば、疎水鎖としては炭素数10以上のア
ルキル鎖が1本又は2本以上持つものがあり、カチオン
性の親水部としては1級,2級又は3級アミン等があ
り、アニオン性の親水部としてはカルボキシル基,スル
ホン基及び燐酸基等がある。
The amphiphilic substance used in the present invention has a hydrophobic chain having excellent orientation and an anionic or cationic hydrophilic part. For example, there is a hydrophobic chain having one or more alkyl chains having 10 or more carbon atoms, a cationic hydrophilic portion includes a primary, secondary or tertiary amine, and an anionic hydrophilic portion. Examples include a carboxyl group, a sulfone group and a phosphoric acid group.

【0015】このような両親媒性物質として、次の構造
式(1)〜(4)で示されるものがある。ただし、式中
のR1 は、アルキル鎖,フルオロカーボン鎖等の疎水性
基を含むものであり、両親媒性物質が気水界面に安定な
膜を形成する限り、エーテル結合,エステル結合,アミ
ノ結合等の結合を含んでいても良い。また、R1 は、こ
れらの結合を介して、2本以上のアルキル鎖又はフルオ
ロカーボン鎖をもつことができる。更に、両親媒性物質
は、気水界面に安定な膜を形成する限り、塩の状態であ
っても良い。なお、R2 及びR3 は、水素又はメチル基
を示す。
Such amphiphilic substances include those represented by the following structural formulas (1) to (4). However, R 1 in the formula contains a hydrophobic group such as an alkyl chain or a fluorocarbon chain, and as long as the amphiphilic substance forms a stable film at the air-water interface, an ether bond, an ester bond, an amino bond Etc. may be included. R 1 can have two or more alkyl chains or fluorocarbon chains through these bonds. Further, the amphiphilic substance may be in a salt state as long as a stable film is formed at the air-water interface. R 2 and R 3 represent hydrogen or a methyl group.

【化1】 Embedded image

【0016】また、次式の両親媒性物質も使用可能であ
る。
Further, an amphiphilic substance represented by the following formula can also be used.

【化2】 Embedded image

【0017】水溶性ポリアニオンには、側鎖にカルボキ
シル基等のアニオン性基をもつものが使用される。たと
えば、次式(5)〜(7)に示す構造をもつ水溶性ポリ
アニオンが掲げられる。ただし、式(5)〜(7)中の
1 は、水素,フェニル基,アルコキシル基又はアルキ
ル基である。また、m及びnは個々の基の分率(%)を
示し、nはn+m=1の条件を満たす0以上の数値であ
る。
As the water-soluble polyanion, those having an anionic group such as a carboxyl group in the side chain are used. For example, water-soluble polyanions having the structures represented by the following formulas (5) to (7) are listed. Here, R 1 in the formulas (5) to (7) is hydrogen, a phenyl group, an alkoxyl group or an alkyl group. Further, m and n indicate the fraction (%) of each group, and n is a numerical value of 0 or more that satisfies the condition of n + m = 1.

【化3】 Embedded image

【0018】水溶性ポリカチオンとしては、側鎖に1級
アミン,2級アミン等のカチオン性基をもち、イオンコ
ンプレックスを形成した状態で水に可溶なものが使用さ
れる。具体的には、ポリビニルアミン,ポリエチレンイ
ミン,ポリアリルアミン等がある。
As the water-soluble polycation, those having a cationic group such as a primary amine or a secondary amine in a side chain and being soluble in water while forming an ion complex are used. Specifically, there are polyvinylamine, polyethyleneimine, polyallylamine and the like.

【0019】両親媒性物質,水溶性ポリアニオン及び水
溶性ポリカチオンからなるポリイオンコンプレックス
は、カチオン性の両親媒性物質を使用する場合、両親媒
性物質及びアニオン性の水溶性高分子を含む有機溶媒溶
液を調製し、カチオン性の水溶性高分子を含む水溶液上
に有機溶媒溶液を展開することにより、気水界面に形成
される。また、アニオン性の両親媒性物質を使用する場
合、両親媒性物質及びカチオン性の水溶性高分子を含む
有機溶媒溶液を調製し、アニオン性の水溶性高分子を含
む水溶液上に有機溶媒溶液を展開する。
When a cationic amphiphile is used, a polyion complex comprising an amphiphile, a water-soluble polyanion and a water-soluble polycation is used in an organic solvent containing the amphiphile and an anionic water-soluble polymer. A solution is prepared, and an organic solvent solution is developed on an aqueous solution containing a cationic water-soluble polymer, whereby the solution is formed at the air-water interface. When an anionic amphiphilic substance is used, an organic solvent solution containing an amphiphilic substance and a cationic water-soluble polymer is prepared, and the organic solvent solution is placed on an aqueous solution containing an anionic water-soluble polymer. To expand.

【0020】気水界面に形成されたポリイオンコンプレ
ックスの単分子膜は、適宜の方法で基板に移し取られ
る。移し取りには、LB法として知られている種々の方
法を採用することができる。これによって、基板表面に
1層又は2層以上の単分子膜が積み重ねられた累積膜が
得られる。
The monomolecular film of the polyion complex formed at the air-water interface is transferred to a substrate by an appropriate method. For the transfer, various methods known as the LB method can be adopted. As a result, a cumulative film in which one or two or more monomolecular films are stacked on the substrate surface is obtained.

【0021】両親媒性物質,水溶性ポリアニオン及び水
溶性ポリカチオンとしてそれぞれ長鎖アルキル基を持つ
3級アミン,カルボキシル基を有するポリアニオン及び
1級又は2級アミンを有するポリカチオンを使用すると
き、基板に移し取った薄膜を加熱することにより両親媒
性物質を除去する。そして、カルボン酸とアミンとの縮
合反応を行わせ、アミド結合,イミド結合等によって二
次元的に架橋した高分子薄膜に変換することができる。
また、この変換は、カルボジイミド等の縮合剤を含む溶
液に薄膜を浸漬することによっても行うことができる。
When a tertiary amine having a long-chain alkyl group, a polyanion having a carboxyl group and a polycation having a primary or secondary amine are used as the amphiphile, water-soluble polyanion and water-soluble polycation, respectively, The amphiphile is removed by heating the thin film transferred to. Then, a condensation reaction between the carboxylic acid and the amine is performed to convert the polymer thin film into a two-dimensionally crosslinked polymer thin film by an amide bond, an imide bond, or the like.
This conversion can also be performed by immersing the thin film in a solution containing a condensing agent such as carbodiimide.

【0022】[0022]

【実施例】【Example】

実施例1:次式(8)の構造をもつ両親媒性物質を使用
し、次式(9)の構造をもつ市販のポリマーを精製した
ものを水溶性ポリアニオンとして使用した。また、水溶
性ポリカチオンとしては、市販のポリアリルアミン塩酸
塩を中和した式(10)の構造をもつものを使用した。
Example 1 An amphiphilic substance having the structure of the following formula (8) was used, and a commercially available polymer having a structure of the following formula (9) was purified and used as a water-soluble polyanion. As the water-soluble polycation, a commercially available polyallylamine hydrochloride having a structure of the formula (10) neutralized was used.

【化4】 Embedded image

【0023】テトラヒドロフランとジメチルスルフォキ
シドとを7:3の割合で混合した溶媒に、両親媒性物質
(8)及び水溶性ポリアニオン(9)を溶解して展開液
を調製した。水溶性ポリアニオン(9)と両親媒性物質
(8)との比率は、水溶性ポリアニオン(9)の繰返し
単位一つに対して両親媒性物質(8)が1分子となるよ
うに設定した。展開液を、水溶性ポリカチオン(10)
を11.4mg/lの割合で含む水溶液上に展開し、気
水界面にイオンコンプレックスを形成した。
An amphiphilic substance (8) and a water-soluble polyanion (9) were dissolved in a solvent in which tetrahydrofuran and dimethyl sulfoxide were mixed at a ratio of 7: 3 to prepare a developing solution. The ratio of the water-soluble polyanion (9) to the amphipathic substance (8) was set such that the repeating unit of the water-soluble polyanion (9) contained one molecule of the amphipathic substance (8). The developing solution is water-soluble polycation (10)
Was spread on an aqueous solution containing 11.4 mg / l to form an ion complex at the air-water interface.

【0024】図1は、形成されたイオンコンプレックス
薄膜の表面圧−占有面積曲線(π−A曲線)を示す。図
1から明らかなように、約0.5nm2 /繰返し単位以
上の領域で表面圧が急激に立ち上がっており、気水界面
に単分子膜が形成されていることが判る。
FIG. 1 shows a surface pressure-occupied area curve (π-A curve) of the formed ion complex thin film. As is clear from FIG. 1, the surface pressure sharply rises in a region of about 0.5 nm 2 / repeated unit or more, and it can be seen that a monomolecular film is formed at the air-water interface.

【0025】次いで、垂直累積法によって表面圧30m
N/mでポリイオンコンプレックス薄膜をフッ化カルシ
ウム板,多孔質フルオロカーボン膜及びシリコンウエハ
ー上にそれぞれ移し取った。何れの基板を使用した場合
でも、基板が水溶液に浸漬される下降時及び水溶液から
引き上げられる上昇時の両工程で、基板表面に単分子膜
が累積され、Y型累積膜が得られた。
Next, a surface pressure of 30 m was obtained by the vertical accumulation method.
At N / m, the polyion complex thin film was transferred onto a calcium fluoride plate, a porous fluorocarbon film and a silicon wafer, respectively. Regardless of which substrate was used, the monomolecular film was accumulated on the substrate surface in both the lowering step when the substrate was immersed in the aqueous solution and the rising step when the substrate was pulled up from the aqueous solution, and a Y-type cumulative film was obtained.

【0026】作製された薄膜中のカルボン酸と1級アミ
ンの塩を共有結合に変換するため、基板上に形成された
薄膜を減圧下で180℃に10時間加熱することにより
縮合反応を促進させた。フッ化カルシウム基板上に23
層累積した薄膜は、加熱処理の前後で図2に示すように
FT−IRスペクトルが異なっていた。すなわち、図2
から、加熱処理によってカルボキシル基と1級アミンと
のアンモニウム塩がイミド結合に変換され、1703c
-1に吸収が生じていることが確認される。なお、図2
の吸光度は、透過法で200回測定した結果を積算した
値である。
In order to convert the salt of the carboxylic acid and the primary amine in the formed thin film into a covalent bond, the condensation reaction is promoted by heating the thin film formed on the substrate to 180 ° C. under reduced pressure for 10 hours. Was. 23 on calcium fluoride substrate
As shown in FIG. 2, the FT-IR spectrum of the thin film having accumulated layers was different before and after the heat treatment. That is, FIG.
, The ammonium salt of a carboxyl group and a primary amine is converted into an imide bond by heat treatment,
It is confirmed that absorption occurs at m -1 . Note that FIG.
Is the value obtained by integrating the results of 200 measurements by the transmission method.

【0027】多孔質フルオロカーボン膜上に4層累積し
た薄膜を、加熱処理する前に走査型電子顕微鏡で薄膜を
観察したところ、図3に示す構造をもっていた。なお、
測定は、Pt−Pdスパッタリング処理を施した薄膜を
観察対象とした。図3から、基板に存在している細孔が
薄膜で完全に被覆されていることが判る。
When the thin film obtained by accumulating the four thin films on the porous fluorocarbon film was observed by a scanning electron microscope before the heat treatment, the thin film had a structure shown in FIG. In addition,
The measurement was performed on a thin film subjected to Pt-Pd sputtering. From FIG. 3, it can be seen that the pores present in the substrate are completely covered with the thin film.

【0028】多孔質フルオロカーボン膜上に6層累積し
た薄膜は、加熱処理後に図4に示す構造をもっていた。
図4からも、基板に存在している細孔が薄膜で完全に被
覆されていることが判る。シリコンウエハー上に累積し
た薄膜の膜厚を測定したところ、1層当りの膜厚は、加
熱処理前で44.9Å、加熱処理後で21.8Åであっ
た。
The thin film obtained by accumulating six layers on the porous fluorocarbon film had the structure shown in FIG. 4 after the heat treatment.
FIG. 4 also shows that the pores present on the substrate are completely covered with the thin film. When the film thickness of the thin film accumulated on the silicon wafer was measured, the film thickness per layer was 44.9 ° before the heat treatment and 21.8 ° after the heat treatment.

【0029】実施例2:構造式(11)の繰返し単位を
もつ水溶性ポリアニオンを使用し、水溶性ポリアニオン
(11)の繰返し単位2つに対し両親媒性物質(8)が
1分子となる割合で両親媒性物質(8)及び水溶性ポリ
アニオン(11)を含む展開液を調製した。この展開液
を、実施例1と同様に水溶性ポリカチオン(10)を含
む水溶液上に展開し、気水界面に形成されたポリイオン
コンプレックス薄膜をフルオロカーボン基板に移し取
り、基板表面に6層累積した薄膜を作製した。
Example 2: Using a water-soluble polyanion having a repeating unit of the structural formula (11), the ratio of one molecule of the amphiphilic substance (8) to two repeating units of the water-soluble polyanion (11) A developing solution containing the amphiphile (8) and the water-soluble polyanion (11) was prepared. This developing solution was spread on an aqueous solution containing a water-soluble polycation (10) in the same manner as in Example 1, and the polyion complex thin film formed at the air-water interface was transferred to a fluorocarbon substrate, and six layers were accumulated on the substrate surface. A thin film was prepared.

【化5】 得られた薄膜は、加熱処理前の状態で図5に示す構造を
もっていた。この場合も、基板に存在している細孔は、
薄膜で完全に覆われていた。
Embedded image The obtained thin film had a structure shown in FIG. 5 before the heat treatment. Also in this case, the pores existing in the substrate are:
It was completely covered with a thin film.

【0030】実施例3:構造式(12)の繰返し単位を
もつ水溶性ポリアニオンを使用し、実施例1と同様に水
溶性ポリカチオン(10)を含む水溶液上に展開し、気
水界面に形成されたポリイオンコンプレックス薄膜をフ
ルオロカーボン基板に移し取り、基板表面に4層累積し
た薄膜を作製した。得られた薄膜は、加熱処理前の状態
で図6に示す構造をもっていた。この場合も、基板に存
在している細孔は、薄膜で完全に覆われていた。
Example 3 A water-soluble polyanion having a repeating unit represented by the structural formula (12) was used and developed on an aqueous solution containing a water-soluble polycation (10) in the same manner as in Example 1 to form an air-water interface. The obtained polyion complex thin film was transferred to a fluorocarbon substrate, and a thin film in which four layers were accumulated on the substrate surface was produced. The obtained thin film had a structure shown in FIG. 6 before the heat treatment. Also in this case, the pores existing in the substrate were completely covered with the thin film.

【化6】 Embedded image

【0031】実施例4:構造式(13)の繰返し単位を
もつ水溶性ポリアニオンを使用し、実施例1と同様に水
溶性ポリカチオン(10)を含む水溶液上に展開し、気
水界面に形成されたポリイオンコンプレックス薄膜をフ
ルオロカーボン基板に移し取り、基板表面に4層累積し
た薄膜を作製した。得られた薄膜は、加熱処理前の状態
で図7に示す構造をもっていた。この場合も、基板の細
孔は、薄膜で完全に覆われていた。
Example 4: Using a water-soluble polyanion having a repeating unit represented by the structural formula (13), it was developed on an aqueous solution containing a water-soluble polycation (10) in the same manner as in Example 1 to form an air-water interface. The obtained polyion complex thin film was transferred to a fluorocarbon substrate, and a thin film in which four layers were accumulated on the substrate surface was produced. The obtained thin film had a structure shown in FIG. 7 before the heat treatment. Also in this case, the pores of the substrate were completely covered with the thin film.

【化7】 Embedded image

【0032】実施例5:構造式(14)の繰返し単位を
もつ水溶性ポリアニオンを使用し、実施例1と同様に気
水界面に形成されたポリイオンコンプレックス薄膜をフ
ルオロカーボン基板に移し取り、基板表面に6層累積し
た薄膜を作製した。得られた薄膜は、加熱処理前の状態
で図8に示す構造をもっていた。この場合も、基板の細
孔は、薄膜で完全に覆われていた。
Example 5: Using a water-soluble polyanion having a repeating unit represented by the structural formula (14), a polyion complex thin film formed at the air-water interface was transferred to a fluorocarbon substrate in the same manner as in Example 1, and was applied to the substrate surface. A thin film in which six layers were accumulated was produced. The obtained thin film had a structure shown in FIG. 8 before the heat treatment. Also in this case, the pores of the substrate were completely covered with the thin film.

【化8】 Embedded image

【0033】実施例6:構造式(15)の繰返し単位を
もつ水溶性ポリアニオンを使用し、実施例1と同様に気
水界面に形成されたポリイオンコンプレックス薄膜をフ
ルオロカーボン基板に移し取り、基板表面に4層累積し
た薄膜を作製した。得られた薄膜は、加熱処理前の状態
で図9に示す構造をもっていた。この場合も、基板の細
孔は、薄膜で完全に覆われていた。
Example 6: Using a water-soluble polyanion having a repeating unit represented by the structural formula (15), a polyion complex thin film formed at an air-water interface was transferred to a fluorocarbon substrate in the same manner as in Example 1, and was applied to the surface of the substrate. A thin film in which four layers were accumulated was produced. The obtained thin film had a structure shown in FIG. 9 before the heat treatment. Also in this case, the pores of the substrate were completely covered with the thin film.

【化9】 Embedded image

【0034】実施例7:構造式(16)をもつ両親媒性
物質を使用し、水溶性ポリカチオン(10)の繰返し単
位1つに対し両親媒性物質(16)が1分子となる割合
で、両親媒性物質(16)及び水溶性ポリカチオン(1
0)をイソプロピルアルコールとベンゼンの2:3混合
溶媒に溶解することにより展開液を調製した。水溶性ポ
リアニオン(9)を34.8mg/l含む水溶液に30
℃で展開液を展開し、気水界面にイオンコンプレックス
を形成した。
Example 7: An amphipathic substance having the structural formula (16) was used at a ratio of one molecule of the amphipathic substance (16) to one repeating unit of the water-soluble polycation (10). , Amphiphile (16) and water-soluble polycation (1
0) was dissolved in a 2: 3 mixed solvent of isopropyl alcohol and benzene to prepare a developing solution. 30 to an aqueous solution containing 34.8 mg / l of a water-soluble polyanion (9)
The developing solution was developed at ℃ to form an ion complex at the air-water interface.

【化10】 Embedded image

【0035】気水界面に形成されたイオンコンプレック
ス薄膜を実施例1と同様にフルオロカーボン基板に移し
取り、基板上に6層累積した薄膜を作製した。得られた
薄膜は、加熱処理前の状態を走査型電子顕微鏡で観察し
たところ、図10に示す構造をもっていた。図10か
ら、基板表面の細孔が薄膜で完全に被覆されていること
が判る。
The ion complex thin film formed at the air / water interface was transferred to a fluorocarbon substrate in the same manner as in Example 1, and six thin films were formed on the substrate. When the state of the obtained thin film before the heat treatment was observed with a scanning electron microscope, it had the structure shown in FIG. FIG. 10 shows that the pores on the substrate surface are completely covered with the thin film.

【0036】実施例8:構造式(17)をもつ両親媒性
物質を使用し、実施例7と同様に気水界面に形成された
イオンコンプレックス薄膜をフルオロカーボン基板に移
し取り、基板上に6層累積した薄膜を作製した。得られ
た薄膜は、加熱処理前の状態で図11に示す構造をもっ
ていた。図11から、基板表面の細孔が薄膜で完全に被
覆されていることが判る。また、この薄膜を減圧下で1
80℃に10時間加熱した後、クロロホルムに6時間浸
漬したとき、図12に示す構造をもつものとなった。こ
の加熱処理後の薄膜も、基板表面の細孔を完全に覆って
いた。
Example 8 Using an amphiphilic substance having the structural formula (17), an ion complex thin film formed at the air-water interface was transferred to a fluorocarbon substrate in the same manner as in Example 7, and six layers were formed on the substrate. An accumulated thin film was prepared. The obtained thin film had a structure shown in FIG. 11 before the heat treatment. FIG. 11 shows that the pores on the substrate surface are completely covered with the thin film. Further, this thin film is subjected to 1
After heating at 80 ° C. for 10 hours and immersing in chloroform for 6 hours, the structure shown in FIG. 12 was obtained. The thin film after the heat treatment also completely covered the pores on the substrate surface.

【化11】 Embedded image

【0037】実施例9:構造式(18)をもつ両親媒性
物質を使用し、水溶性ポリカチオン(10)の繰返し単
位15個に対し両親媒性物質(18)が1分子となる割
合で、両親媒性物質(16)及び水溶性ポリカチオン
(10)をイソプロピルアルコールとベンゼンの2:3
混合溶媒に溶解することにより展開液を調製した。
Example 9: An amphipathic substance having the structural formula (18) was used, and the amount of the amphiphilic substance (18) was one molecule per 15 repeating units of the water-soluble polycation (10). , An amphiphile (16) and a water-soluble polycation (10) in a ratio of 2: 3 of isopropyl alcohol and benzene.
A developing solution was prepared by dissolving in a mixed solvent.

【化12】 Embedded image

【0038】展開液を実施例7と同様に水溶性ポリアニ
オン(9)を含む水溶液に30℃で展開し、気水界面に
形成されたイオンコンプレックス薄膜をフルオロカーボ
ン基板に移し取り、基板上に2層累積した薄膜を作製し
た。得られた薄膜を加熱処理した後、クロロホルムに6
時間浸漬した。加熱処理された薄膜は、図13に示す構
造をもっていた。図13から、基板表面の細孔が薄膜で
完全に被覆されていることが判る。
The developing solution was spread at 30 ° C. in an aqueous solution containing a water-soluble polyanion (9) in the same manner as in Example 7, and the ion complex thin film formed at the air-water interface was transferred to a fluorocarbon substrate, and two layers were formed on the substrate. An accumulated thin film was prepared. After heat treatment of the obtained thin film, chloroform
Soaked for hours. The heat-treated thin film had the structure shown in FIG. FIG. 13 shows that the pores on the substrate surface are completely covered with the thin film.

【0039】[0039]

【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、両親媒性物質の分子集合体が形成する反応場を利用
して水溶性ポリアニオンと水溶性ポリカチオンとのイオ
ンコンプレックスを気水界面に形成し、このイオンコン
プレックスを基板上に移し取った後で共有結合による架
橋を形成することにより、強度及び安定性に優れた架橋
高分子薄膜を製造している。この方法によるとき、使用
可能な水溶性ポリアニオンと水溶性ポリカチオンに対す
る制約が緩和され、種々の要求に応じた機能を備えた薄
膜を作製することが可能となる。
As described above, in the present invention, an ion complex of a water-soluble polyanion and a water-soluble polycation is formed by utilizing a reaction field formed by a molecular assembly of an amphipathic substance. By transferring the ion complex onto a substrate and forming a crosslink by a covalent bond, a crosslinked polymer thin film having excellent strength and stability is manufactured. According to this method, restrictions on usable water-soluble polyanions and water-soluble polycations are relaxed, and it becomes possible to produce a thin film having functions according to various requirements.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 実施例1で気水界面に形成されたイオンコン
プレックス薄膜の表面圧−分子占有面積曲線
FIG. 1 is a surface pressure-molecule occupation area curve of an ion complex thin film formed at an air-water interface in Example 1.

【図2】 実施例1で作製された薄膜の加熱処理前後の
FT−IRスペクトル
FIG. 2 is an FT-IR spectrum of a thin film produced in Example 1 before and after a heat treatment.

【図3】 実施例1で作製された加熱処理前の薄膜の構
FIG. 3 shows a structure of a thin film before heat treatment manufactured in Example 1.

【図4】 実施例1で作製された加熱処理後の薄膜の構
FIG. 4 shows the structure of a thin film after heat treatment produced in Example 1.

【図5】 実施例2で作製された加熱処理前の薄膜の構
FIG. 5 shows a structure of a thin film before heat treatment manufactured in Example 2.

【図6】 実施例3で作製された加熱処理前の薄膜の構
FIG. 6 shows the structure of a thin film before heat treatment manufactured in Example 3.

【図7】 実施例4で作製された加熱処理前の薄膜の構
FIG. 7 shows the structure of a thin film before heat treatment manufactured in Example 4.

【図8】 実施例5で作製された加熱処理前の薄膜の構
FIG. 8 shows a structure of a thin film before heat treatment manufactured in Example 5.

【図9】 実施例6で作製された加熱処理前の薄膜の構
FIG. 9 shows a structure of a thin film before heat treatment manufactured in Example 6.

【図10】 実施例7で作製された加熱処理前の薄膜の
構造
FIG. 10 shows a structure of a thin film before heat treatment manufactured in Example 7.

【図11】 実施例8で作製された加熱処理前の薄膜の
構造
FIG. 11 shows a structure of a thin film before heat treatment manufactured in Example 8.

【図12】 実施例8で作製された加熱処理後の薄膜の
構造
FIG. 12 shows the structure of a thin film after heat treatment produced in Example 8.

【図13】 実施例9で作製された加熱処理後の薄膜の
構造
FIG. 13 shows the structure of a thin film after heat treatment produced in Example 9.

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−15231(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08J 5/18 - 5/22 Continuation of front page (56) References JP-A-4-15231 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) C08J 5/18-5/22

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 両親媒性物質,水溶性のポリアニオン及
び水溶性のポリカチオンからなるイオンコンプレックス
を気水界面で生成させ、前記イオンコンプレックスを基
板上に移し取った後、前記ポリアニオンと前記ポリカチ
オンとの間に共有結合による架橋を形成することを特徴
とする架橋高分子薄膜の製造方法。
1. An ion complex comprising an amphiphilic substance, a water-soluble polyanion, and a water-soluble polycation is formed at an air-water interface, and the ion complex is transferred onto a substrate. A method for producing a cross-linked polymer thin film, comprising forming a cross-link by a covalent bond between the polymer film and
【請求項2】 請求項1記載のポリアニオンのイオン性
基がカルボキシル基であり、ポリカチオンのイオン性基
が1級又は2級アミンであることを特徴とする架橋高分
子薄膜の製造方法。
2. The method for producing a crosslinked polymer thin film according to claim 1, wherein the ionic group of the polyanion is a carboxyl group and the ionic group of the polycation is a primary or secondary amine.
【請求項3】 請求項1記載の共有結合は、カルボン酸
とアミンとの間の縮合反応であることを特徴とする架橋
高分子薄膜の製造方法。
3. The method for producing a crosslinked polymer thin film according to claim 1, wherein the covalent bond is a condensation reaction between a carboxylic acid and an amine.
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