JP2008056864A - Fullerene polymer composite and its production process - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fullerene-containing polymer material without chemical modification of fullerene, and a slightly soluble fullerene homogenously and massively dispersed in a synthetic polymer without phase separation, and a process for its production. <P>SOLUTION: The composite of the synthetic polymer and fullerene, and its production are disclosed. Particularly, the fullerene/polymer composite clathrating fullerene in a syndiotactic polymethacrylate polymer or a spiral conformation of the syndiotactic polymethacrylate polymer, and its production process. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、合成高分子とフラーレンとの複合体とその製造法に関する。特にシンジオタクチックポリメタクリレート系ポリマー、又はシンジオタクチックポリアクリレート系ポリマーのらせんコンフォメーションの内部にフラーレンを包接したフラーレン高分子複合体、及びその製造法に関する。   The present invention relates to a composite of a synthetic polymer and fullerene and a method for producing the same. In particular, the present invention relates to a fullerene polymer composite in which fullerene is included in a helical conformation of a syndiotactic polymethacrylate polymer or a syndiotactic polyacrylate polymer, and a method for producing the same.

フラーレンは化学的、熱的に安定な球状分子であり、光エネルギーを吸収し易い、良好な電子受容性を示す、高いラジカル補足能を有する等の特徴がある。電子移動能を利用したエネルギーデバイス分野、感光性を利用した電子材料分野、樹脂やフィルムへの添加による熱特性や機械特性を利用した材料への応用など、ナノテクノロジーの中心材料として多くの用途分野への適用が活発に行なわれている。
フラーレンを産業用の材料として用いる場合には、フラーレンを分散させるために高分子材料との複合化が重要となり、多くの検討が行なわれている。例えば、フラーレンを種々の合成高分子にドープすることで、電気特性、光特性、磁気的特性、機械特性、熱安定性等が劇的に変化することが報告されている(非特許文献1参照)。
Fullerene is a chemically and thermally stable spherical molecule, and has features such as easy absorption of light energy, good electron acceptability, and high radical scavenging ability. Many application fields as the core material of nanotechnology, such as energy device field utilizing electron mobility, electronic material field utilizing photosensitivity, and application to materials utilizing thermal and mechanical properties by addition to resin and film The application to is active.
When fullerene is used as an industrial material, in order to disperse fullerene, it is important to combine it with a polymer material, and many studies have been conducted. For example, it has been reported that electrical properties, optical properties, magnetic properties, mechanical properties, thermal stability, and the like change dramatically by doping fullerenes into various synthetic polymers (see Non-Patent Document 1). ).

しかしながら、フラーレンは凝集力が強く、一般にフラーレンと高分子を混合するだけでは、フラーレンは高分子中で相分離して不定形の凝集体を形成してしまい、高濃度で配合することは困難であり、フラーレンの優れた電気、光、磁気特性を高度に活用することができない。そこで、フラーレンを高濃度で溶解させ、規則正しい構造に配列するために、フラーレンの化学修飾や高分子に化学結合させることが検討されて来た(非特許文献2参照)。例えば、フラーレンに(メタ)アクリロイル基などの不飽和結合を有する基を導入して、これを共重合させる方法(特許文献1及び2参照)、フラーレン化合物とヘテロ環を側鎖に有する高分子化合物とをディールスアルダー反応させることによりフラーレン含有高分子化合物とする方法(特許文献3参照)、ポリエチレングリコールのポリマー鎖セグメントをコア部とし、ポリ(メタクリル酸アルキルアミノエチル)のポリマー鎖セグメントをシェル部とするブロックコポリマーをベースとする微小粒子にフラーレンを内包させる方法(特許文献4参照)、ポリチオフェン、ポリピロール又はポリフランから選ばれる立体規則性ポリマーと、エステル基、イミノ基、アルキル基、アラルキル基、チオフェニル基から選ばれた官能基を少なくとも1つ以上含有する基で変性されたフラーレン変性物とを含有してなる電荷輸送性複素環高分子からなる固体層を有する光電変換素子に関するもの(特許文献5参照)、重合性単量体残基にアルキル化されたフラーレン結合させ、これを共重合してなるフラーレン共重合体に関するもの(特許文献6参照)などが報告されている。
これらの方法は、化学結合などでフラーレンを高分子中に固定化しようとするものであるが、このためには繁雑な化学反応が必要であり、必然的にコストが高くなるという問題があった。
However, fullerene has a strong cohesive force. Generally, just mixing fullerene and polymer will cause phase separation in the polymer to form amorphous aggregates, which makes it difficult to blend at high concentrations. Yes, the excellent electrical, optical, and magnetic properties of fullerene cannot be utilized to a high degree. Therefore, in order to dissolve fullerenes at a high concentration and arrange them in a regular structure, chemical modification of fullerenes and chemical bonding to polymers have been studied (see Non-Patent Document 2). For example, a method of introducing a group having an unsaturated bond such as a (meth) acryloyl group into fullerene and copolymerizing the group (see Patent Documents 1 and 2), a polymer compound having a fullerene compound and a hetero ring in the side chain And a Diels-Alder reaction to obtain a fullerene-containing polymer compound (see Patent Document 3), a polymer chain segment of polyethylene glycol as a core part, and a polymer chain segment of poly (alkylaminoethyl methacrylate) as a shell part A method of encapsulating fullerene in fine particles based on a block copolymer (see Patent Document 4), a stereoregular polymer selected from polythiophene, polypyrrole or polyfuran, an ester group, an imino group, an alkyl group, an aralkyl group, a thiophenyl group Less functional groups selected from A photoelectric conversion element having a solid layer made of a charge transporting heterocyclic polymer containing a modified fullerene modified with a group containing at least one group (see Patent Document 5), a polymerizable monomer A fullerene copolymer obtained by bonding an alkylated fullerene to a residue and copolymerizing it (see Patent Document 6) has been reported.
These methods attempt to immobilize fullerenes in a polymer by chemical bonding or the like, but this requires a complicated chemical reaction, which inevitably increases costs. .

また、近年になって、天然物由来の高分子であるシゾフィランは、フラーレン等をらせん構造の内側に取り込むことが報告されてきた(非特許文献3参照)。しかし、どのような機構で取り込まれるか、また他の材料においてもフラーレンの取り込みが可能であるかということについては言及されておらず、しかも非特許文献3の方法は、天然物由来の高分子であるシゾフィランを使用するものであり、天然高分子では加工性や安定性に課題があり、産業用の材料としての応用には制約が多い。
一方、シンジオタクチックポリメタクリル酸メチル(以下、st−PMMAと標記する。)はトルエン中で18/1程度のゆるく巻いたらせん構造を取り、その内側の直径約1nmの空間にトルエンやアセトンなどの低分子の溶媒分子を取り込んだらせん構造を形成して、ゲル化・結晶化することが知られている。このst−PMMA−溶媒複合体はその溶媒を除去すると、st−PMMAがらせん構造を保持できなくなり、結晶構造が壊れ、アモルファスになることも報告されている(非特許文献4、5参照)。
In recent years, it has been reported that schizophyllan, which is a polymer derived from natural products, incorporates fullerene or the like inside the helical structure (see Non-Patent Document 3). However, there is no mention of the mechanism by which it is taken up and whether fullerenes can be taken in other materials, and the method of Non-Patent Document 3 is a polymer derived from natural products. The natural polymer has problems in processability and stability, and there are many restrictions on its application as an industrial material.
On the other hand, syndiotactic polymethyl methacrylate (hereinafter referred to as st-PMMA) takes a loosely wound helical structure of about 18/1 in toluene, and toluene, acetone, etc. are in the space of about 1 nm in diameter inside. It is known that a low molecular weight solvent molecule is incorporated to form a helical structure and gel and crystallize. It has also been reported that when the solvent is removed from this st-PMMA-solvent complex, st-PMMA cannot retain the helical structure, the crystal structure is broken, and becomes amorphous (see Non-Patent Documents 4 and 5).

特開平8−283199号公報JP-A-8-283199 特開平8−239209号公報JP-A-8-239209 特開平9−188726号公報JP-A-9-188726 特開2005−113090号公報JP 2005-1113090 A 特開2005−116617号公報JP 2005-116617 A 特開2006−56966号公報JP 2006-56966 A C. Wang, et al., Prog. Polym. Sci. 29, 1079−1141, 2004C. Wang, et al., Prog. Polym. Sci. 29, 1079-1141, 2004 Ball, Z. T.; Sivula, K.; Frechet, J. M. J., Macromolecules 2006, 39, 70−72.Ball, Z. T .; Sivula, K .; Frechet, J. M. J., Macromolecules 2006, 39, 70-72. 池田,伊藤ら,第55回高分子年次大会予稿集, 第1888頁.Ikeda, Ito et al., Proceedings of the 55th Annual Meeting of Polymer Science, page 1888. Kusuyama, H.; Takase, M.,et al, Polymer 1982, 23, 1256−1258.Kusuyama, H .; Takase, M., et al, Polymer 1982, 23, 1256-1258. Kusuyama, H.; Miyamoto, N., et al., Polymer 1983, 24, 119−122.Kusuyama, H .; Miyamoto, N., et al., Polymer 1983, 24, 119-122.

本発明は、フラーレンを化学修飾すること無しに、難溶性であるフラーレンを相分離することなく合成高分子中に均一に多量に分散させたフラーレン含有高分子材料、及びその製造方法を提供する。さらに、本発明は、フラーレンが高分子の分子鎖の方向に一次元的に規則的に配列したフラーレン含有高分子材料、及びその製造方法を提供する。   The present invention provides a fullerene-containing polymer material in which a poorly soluble fullerene is dispersed uniformly and in a large amount in a synthetic polymer without chemically modifying the fullerene, and a method for producing the same. Furthermore, the present invention provides a fullerene-containing polymer material in which fullerenes are regularly arranged one-dimensionally in the direction of the molecular chain of the polymer, and a method for producing the same.

本発明者らは、高分子材料にフラーレンを含有させたフラーレン含有高分子複合体を形成させる方法を検討してきたが、フラーレンは凝集力が強く、フラーレンを化学修飾や表面処理することなく、フラーレンを単独でそのまま高分子材料に大量に分散させることは極めて困難であった。本発明者らは、さらに鋭意検討してきたところ、驚くべきことに、シンジオタクチックポリメタクリレートや、シンジオタクチックポリアクリレートと、フラーレンを溶媒中で混合すると、これらの高分子材料が大量のフラーレンをその内部に分散して包含する結晶性の錯体を形成することを見出した。さらに、本発明者らは、この機構を検討してきたところ、シンジオタクチックポリメタクリレート系ポリマーやシンジオタクチックポリアクリレート系ポリマーは緩いらせん構造を有しており、このらせん構造の内部にフラーレンが包接され、大量のフラーレンが安定に分散されていることがわかった。
即ち、本発明は、らせん構造を有する合成高分子化合物のらせん構造に、フラーレンを包接させて、大量のフラーレンを当該合成高分子化合物中に含有させることができることを見出したことに基づくものである。
したがって、本発明は、らせん構造を有する高分子化合物の内部にフラーレンを包接させてなるフラーレン含有高分子複合体に関するものであり、より詳細には、シンジオタクチックポリメタクリレート系ポリマー又はシンジオタクチックポリアクリレート系ポリマーの内部にフラーレンを包接させてなるフラーレン含有高分子複合体に関する。
また、本発明は、シンジオタクチックポリメタクリレート系ポリマー又はシンジオタクチックポリアクリレート系ポリマーと、フラーレンを共通溶媒に溶解させた後、溶媒を除去することからなるフラーレン含有高分子複合体を製造する方法に関する。
さらに、本発明は、フラーレン、シンジオタクチックポリメタクリレート系ポリマー又はシンジオタクチックポリアクリレート系ポリマー、及びフラーレンをそれぞれ別の溶媒に溶解した後、両者を混合させた後、溶媒を除去することからなるフラーレン含有高分子複合体を製造する方法に関する。
また、本発明は、前記した本発明のフラーレン含有高分子複合体を含有してなる工業製品に関する。
The present inventors have studied a method for forming a fullerene-containing polymer composite in which fullerene is contained in a polymer material. However, fullerene has a strong cohesive force, and fullerene is not chemically modified or subjected to surface treatment. It was extremely difficult to disperse a large amount in the polymer material alone. The inventors of the present invention have further studied diligently, and surprisingly, when syndiotactic polymethacrylate or syndiotactic polyacrylate and fullerene are mixed in a solvent, these polymer materials generate a large amount of fullerene. It has been found that a crystalline complex dispersed therein is formed. Furthermore, the present inventors have studied this mechanism. As a result, syndiotactic polymethacrylate polymers and syndiotactic polyacrylate polymers have a loose helical structure, and fullerenes are encapsulated inside the helical structure. It was found that a large amount of fullerene was stably dispersed.
That is, the present invention is based on the discovery that a large amount of fullerene can be contained in a synthetic polymer compound by including fullerene in the helical structure of a synthetic polymer compound having a helical structure. is there.
Accordingly, the present invention relates to a fullerene-containing polymer composite in which fullerene is included in a polymer compound having a helical structure, and more specifically, syndiotactic polymethacrylate polymer or syndiotactic. The present invention relates to a fullerene-containing polymer composite comprising a fullerene clathrated inside a polyacrylate polymer.
The present invention also provides a method for producing a fullerene-containing polymer composite comprising syndiotactic polymethacrylate-based polymer or syndiotactic polyacrylate-based polymer and fullerene dissolved in a common solvent and then removing the solvent. About.
Further, the present invention comprises dissolving fullerene, syndiotactic polymethacrylate-based polymer or syndiotactic polyacrylate-based polymer, and fullerene in different solvents, mixing them, and then removing the solvent. The present invention relates to a method for producing a fullerene-containing polymer composite.
The present invention also relates to an industrial product containing the above-described fullerene-containing polymer composite of the present invention.

本発明をより詳細に説明すれば、以下のとおりとなる。
(1)シンジオタクチックポリメタクリレート系ポリマー又はシンジオタクチックポリアクリレート系ポリマーの内部にフラーレンを包接させてなるフラーレン含有高分子複合体。
(2)フラーレンが、シンジオタクチックポリメタクリレート系ポリマー又はシンジオタクチックポリアクリレート系ポリマーのらせん構造に包接されたものである前記(1)に記載のフラーレン含有高分子複合体。
(3)シンジオタクチックポリメタクリレート系ポリマーが、シンジオタクチックポリメチルメタクリレートである前記(1)又は(2)に記載のフラーレン含有高分子複合体。
(4)フラーレン含有高分子複合体が、それぞれの単体とは異なる融点、及び/又はそれぞれの単体とは異なる結晶構造を持つことを特徴とする前記(1)〜(3)のいずれかに記載のフラーレン含有高分子複合体。
(5)フラーレンの含有量が、1重量%以上である前記(1)〜(4)のいずれかに記載のフラーレン含有高分子複合体。
(6)フラーレンが、炭素数60以上のフラーレンである前記(1)〜(5)のいずれかに記載のフラーレン含有高分子複合体。
(7)シンジオタクチックポリメタクリレート系ポリマー又はシンジオタクチックポリアクリレート系ポリマーと、フラーレンを共通溶媒に溶解させた後、溶媒を除去することからなるフラーレン含有高分子複合体を製造する方法。
(8)シンジオタクチックポリメタクリレート系ポリマー又はシンジオタクチックポリアクリレート系ポリマーの良溶媒であり、当該ポリマーの溶液が時間経過又は温度変化でゲル化することを特徴とする溶媒を共通溶媒として用いる前記(7)に記載の方法。
(9)フラーレン、シンジオタクチックポリメタクリレート系ポリマー又はシンジオタクチックポリアクリレート系ポリマー、及びフラーレンをそれぞれ別の溶媒に溶解した後、両者を混合させた後、溶媒を除去することからなるフラーレン含有高分子複合体を製造する方法。
(10)溶媒又は共通溶媒が、トルエン、1,2−ジクロロベンゼン、クロロベンゼン、ブロモベンゼン、ベンゼン、酢酸ブチル、及びジメチルホルムアミドからなる群から選ばれる少なくとも1種又はこれらの混合物である前記(7)〜(9)のいずれかに記載の方法。
(11)シンジオタクチックポリメタクリレート系ポリマー又はシンジオタクチックポリアクリレート系ポリマーの内部にフラーレンを包接させてなるフラーレン含有高分子複合体を含有してなる工業製品。
The present invention will be described in detail as follows.
(1) A fullerene-containing polymer composite comprising a fullerene encapsulated in a syndiotactic polymethacrylate polymer or a syndiotactic polyacrylate polymer.
(2) The fullerene-containing polymer composite according to (1), wherein the fullerene is included in a helical structure of a syndiotactic polymethacrylate polymer or a syndiotactic polyacrylate polymer.
(3) The fullerene-containing polymer composite according to (1) or (2), wherein the syndiotactic polymethacrylate polymer is syndiotactic polymethyl methacrylate.
(4) The fullerene-containing polymer composite has a melting point different from each simple substance and / or a crystal structure different from each simple substance, described in any one of (1) to (3) above Fullerene-containing polymer composite.
(5) The fullerene-containing polymer composite according to any one of (1) to (4), wherein the fullerene content is 1% by weight or more.
(6) The fullerene-containing polymer composite according to any one of (1) to (5), wherein the fullerene is a fullerene having 60 or more carbon atoms.
(7) A method for producing a fullerene-containing polymer composite comprising dissolving a syndiotactic polymethacrylate polymer or a syndiotactic polyacrylate polymer and a fullerene in a common solvent and then removing the solvent.
(8) A good solvent for a syndiotactic polymethacrylate-based polymer or a syndiotactic polyacrylate-based polymer, wherein the solvent of the polymer gels with time or temperature change. The method according to (7).
(9) Fullerene, syndiotactic polymethacrylate-based polymer or syndiotactic polyacrylate-based polymer, and fullerene are dissolved in different solvents, mixed together, and then the solvent is removed. A method for producing a molecular complex.
(10) The above (7), wherein the solvent or common solvent is at least one selected from the group consisting of toluene, 1,2-dichlorobenzene, chlorobenzene, bromobenzene, benzene, butyl acetate, and dimethylformamide, or a mixture thereof. -The method in any one of (9).
(11) An industrial product comprising a fullerene-containing polymer composite obtained by including a fullerene in a syndiotactic polymethacrylate polymer or a syndiotactic polyacrylate polymer.

本発明は、フラーレンが、らせん構造を有する合成高分子化合物のらせん構造の中に包接されることを初めて見出したことを特徴とするものであり、そして、当該らせん構造へフラーレンを包接させることにより、当該合成高分子化合物の中に大量のフラーレンを安定に分散させることができ、安定に大量のフラーレンが分散されたフラーレン含有高分子複合体を提供することができることを初めて見出したものである。
次に、本発明を図面に基づいてより具体的に説明する。
図1は、本発明のフラーレン含有高分子複合体の製造方法を、高分子化合物としてシンジオタクチックポリメチルメタクリレート(以下、st−PMMAという。)を用いた例でより具体的に説明したものである。C60フラーレンのトルエン溶液(図1の(a))の中に、st−PMMAを添加し、これを加熱攪拌した後、室温まで放置するとゲル化する(図1の(b))。このゲルを遠心分離することによりC60フラーレンを包接したst−PMMAを製造することができる(図1の(c))。図1の(c)の下は、C60フラーレンを包接したst−PMMAのらせん構造を模式的に示したものである。フラーレンは、高分子化合物が形成するらせん構造の中に1次元的に直線上に配列している。
次に本発明者らは、st−PMMAに対してどのくらいのフラーレンが包接されるかを検討した。図2は、st−PMMA添加量に対して取り込まれたC60フラーレンの量をプロットしたものである。C60フラーレンのトルエン溶液(濃度2mg/mL)1mLに、st−PMMAを所定量添加し、ゲル化させた。得られたゲルを遠心分離によりポリマー部と上澄み部に分離し、上澄み部に残ったC60フラーレンを紫外可視吸収スペクトルにより定量することで取り込まれたC60フラーレンの量を算出して、図2に示すグラフにプロットした。図2のグラフから、溶媒にトルエンを用いた場合、約10重量%のフラーレンを取り込むことができることがわかる。
The present invention is characterized by the first discovery that fullerene is included in the helical structure of a synthetic polymer compound having a helical structure, and the fullerene is included in the helical structure. It has been found for the first time that a large amount of fullerene can be stably dispersed in the synthetic polymer compound, and a fullerene-containing polymer composite in which a large amount of fullerene is stably dispersed can be provided. is there.
Next, the present invention will be described more specifically based on the drawings.
FIG. 1 is a more detailed explanation of the method for producing a fullerene-containing polymer composite of the present invention using an example in which syndiotactic polymethyl methacrylate (hereinafter referred to as st-PMMA) is used as a polymer compound. is there. St-PMMA is added to a toluene solution of C60 fullerene (FIG. 1 (a)), heated and stirred, and then allowed to stand at room temperature to gel (FIG. 1 (b)). By centrifuging this gel, st-PMMA including C60 fullerene can be produced ((c) of FIG. 1). The lower part of FIG. 1C schematically shows the helical structure of st-PMMA enclosing C60 fullerene. Fullerenes are arranged linearly in a one-dimensional manner in a helical structure formed by a polymer compound.
Next, the present inventors examined how much fullerene was included in st-PMMA. FIG. 2 is a plot of the amount of C60 fullerene incorporated against the added amount of st-PMMA. A predetermined amount of st-PMMA was added to 1 mL of a C60 fullerene toluene solution (concentration 2 mg / mL) to cause gelation. The obtained gel was separated into a polymer part and a supernatant part by centrifugation, and the amount of C60 fullerene incorporated was calculated by quantifying the C60 fullerene remaining in the supernatant part with an ultraviolet-visible absorption spectrum, as shown in FIG. Plotted on a graph. From the graph of FIG. 2, it can be seen that when toluene is used as the solvent, about 10% by weight of fullerene can be incorporated.

次に得られるゲルについて検討した。
重トルエン中で調製したst−PMMA−C60フラーレンのゲルの25℃及び100℃における1H−NMRスペクトル(ポリマー濃度10mg/mL、C60フラーレン濃度2mg/mL)を測定した。その結果を図3の(A)に示す。図3の(A)中の*で示されるシグナルは溶媒に由来するものである。100℃における均一溶液状態ではポリマーのNMRシグナルが観測されるが、25℃に降温によりゲル化が起こるとシグナルが観測されなくなった(図3の(A)参照)。
そこで、本発明者らは、ポリマーのシグナル強度を温度に対してプロットし、ゲル化温度を測定した。昇温時及び降温時における各温度のポリマーのα−CH3基のNMRのシグナル強度(I)を測定し、ゲル化が起こっていない均一溶液状態である110℃におけるNMRのシグナル強度(I0)に基づいて、ゲル化しているst−PMMAのユニットの割合を次の計算式により算出した。
ゲル化しているst−PMMAのユニットの割合=(1 − I/I0)
この結果を図3の(B)に示す。図3の(Bの)横軸は温度(℃)を示し、縦軸はゲル化しているst−PMMAのユニットの割合の比を示す。グラフ中の左側(原図では黒)はC60フラーレンを添加していないst−PMMAゲル化の場合を示し、右側(原図では赤)はst−PMMA−C60フラーレンのゲル化の場合を示す。それぞれの黒丸印(●)は昇温時の測定結果を示し、白丸印(○)は降温時の測定結果を示す。この結果、st−PMMA−C60フラーレンのゲルはC60フラーレンを加えない場合よりも約20℃ほどゲル化温度が高温側にシフトしていることがわかった(図3の(B)参照)。このことは、トルエンのみを取り込んだst−PMMAゲルよりもC60フラーレンを取り込んだゲルの方が安定であることを示しており、C60フラーレンが単なる挟雑物として存在しているのでは無いことを示している。
Next, the obtained gel was examined.
A 1H-NMR spectrum (polymer concentration: 10 mg / mL, C60 fullerene concentration: 2 mg / mL) of a gel of st-PMMA-C60 fullerene prepared in deuterated toluene at 25 ° C. and 100 ° C. was measured. The result is shown in FIG. The signal indicated by * in FIG. 3A is derived from the solvent. In the homogeneous solution state at 100 ° C., the NMR signal of the polymer was observed, but when gelation occurred at 25 ° C. due to the temperature drop, the signal was not observed (see FIG. 3A).
Therefore, the present inventors plotted the signal intensity of the polymer against the temperature, and measured the gelation temperature. The NMR signal intensity (I) of the α-CH 3 group of the polymer at each temperature at the time of temperature increase and temperature decrease was measured, and the NMR signal intensity (I 0) at 110 ° C. in a homogeneous solution state in which gelation did not occur. Based on this, the ratio of the gelled st-PMMA unit was calculated by the following formula.
Percentage of gelled st-PMMA units = (1−I / I0)
The result is shown in FIG. In FIG. 3, the horizontal axis (B) indicates the temperature (° C.), and the vertical axis indicates the ratio of the proportion of the st-PMMA unit that is gelled. The left side of the graph (black in the original figure) shows the case of st-PMMA gelation without addition of C60 fullerene, and the right side (red in the original figure) shows the case of gelation of st-PMMA-C60 fullerene. Each black circle (●) indicates the measurement result when the temperature is raised, and the white circle (◯) indicates the measurement result when the temperature is lowered. As a result, it was found that the gel of st-PMMA-C60 fullerene was shifted to a higher temperature side by about 20 ° C. than the case where C60 fullerene was not added (see FIG. 3B). This indicates that the gel incorporating C60 fullerene is more stable than the st-PMMA gel incorporating toluene alone, and that C60 fullerene does not exist as a simple interstitial material. Show.

次にst−PMMA−C60フラーレン複合体のフィルムを作成して観察した。
このフィルムを光学顕微鏡で観察した結果を図4に図面に代わるカラー写真で示す。図4の(a)、(c)、及び(e)は光学顕微鏡写真であり、(b)及び(d)は偏光顕微鏡写真である。図4の(a)及び(b)は、C60フラーレンを含有していないst−PMMAフィルムの場合であり、(c)及び(d)はst−PMMA−C60フラーレン複合体のフィルムの場合であり、(e)はイソタクティックポリメチルメタクリレート(以下、it−PMMAという。)に4.8重量%のC60フラーレンを添加した場合のものである。各写真のスケールバーは200μmを示す。
この結果、st−PMMA−C60フラーレン複合体のフィルムでは、ポリマーとC60フラーレンが複合体を形成しているため、C60フラーレンの含量が25.2重量%と高濃度にも関わらず、溶媒を除去しても相分離は見られなかった(図4の(c)参照)。また、st−PMMA−C60フラーレン複合体のフィルムの偏光顕微鏡による観察では、複屈折が見られ、複合体が結晶化していることが示された(図4の(d)参照)。
次に、得られたst−PMMA−C60フラーレン複合体のフィルム示差走査熱量測定(DSC)を行った。この結果を図5に示す。図5の(a)は、トルエンから作成したst−PMMAのフィルムの場合を示し、図5の(b)は、トルエンから作成したst−PMMA−C60フラーレン複合体のフィルム(C60フラーレンの含量11.7重量%)の場合を示し、図5の(c)はトルエン/1,2−ジクロロベンゼン(以下、DCBと略す。)混合溶媒から作成したst−PMMA−C60フラーレン複合体のフィルム(C60フラーレンの含量25.2重量%)のそれぞれのDSCの測定結果を示す。トルエンから作成したst−PMMA−C60フラーレン複合体のフィルムでは、224.9℃に複合体の結晶構造の融解によると思われる吸熱ピークが示された(図5の(b)参照)。これは、C60フラーレンを包接してst−PMMAがらせん構造を形成しているため、溶媒を除去してもらせん構造が壊れず、結晶構造を保持していたものと考えられる。また、トルエン/DCB混合溶媒から作成したst−PMMA−C60フラーレン複合体のフィルムの場合では、ガラス転移点はほとんど観測されなくなり、結晶融解の吸熱ピークのΔHが増加した(図5の(c)参照)。C60フラーレンの含量が増加することで、複合体の結晶化度が増加したためであると考えられる。
さらに、得られたフィルムのX線回折を測定した。結果を図6に示す。図6の(a)はトルエンから作成したst−PMMAフィルムの場合を示し、図6の(b)はトルエンから作成したst−PMMA−C60フラーレン複合体のフィルム(C60フラーレンの含量11.7重量%)の場合を示し、図6の(c)はトルエン/DCB混合溶媒から作成したst−PMMA−C60フラーレン複合体のフィルム(C60フラーレンの含量25.2重量%)の場合を示し、図6の(d)はトルエン溶液から析出させたC60フラーレン単体の場合をそれぞれ示す。この結果、st−PMMA−C60フラーレン複合体のフィルムでは結晶構造に由来する反射が観測された(図6の(b)、及び(c)参照)。X線回折の回折パターンはst−PMMAフィルムの場合(図6の(a)参照)やC60フラーレン単体の場合(図6の(d))とは異なっており、st−PMMA−C60フラーレン複合体が、これらとは全く異なるものであることが示された。
Next, a film of st-PMMA-C60 fullerene complex was prepared and observed.
The result of observing this film with an optical microscope is shown in FIG. 4 as a color photograph in place of the drawing. (A), (c), and (e) of FIG. 4 are optical micrographs, and (b) and (d) are polarization micrographs. 4A and 4B show the case of a st-PMMA film not containing C60 fullerene, and FIGS. 4C and 4D show the case of a film of st-PMMA-C60 fullerene complex. (E) shows the case where 4.8 wt% of C60 fullerene is added to isotactic polymethyl methacrylate (hereinafter referred to as it-PMMA). The scale bar of each photograph shows 200 μm.
As a result, in the film of st-PMMA-C60 fullerene complex, since the polymer and C60 fullerene form a complex, the solvent is removed even though the content of C60 fullerene is as high as 25.2% by weight. However, no phase separation was observed (see (c) of FIG. 4). In addition, when the film of the st-PMMA-C60 fullerene complex was observed with a polarizing microscope, birefringence was observed, indicating that the complex was crystallized (see FIG. 4D).
Next, film differential scanning calorimetry (DSC) of the obtained st-PMMA-C60 fullerene complex was performed. The result is shown in FIG. 5A shows the case of st-PMMA film prepared from toluene, and FIG. 5B shows the film of st-PMMA-C60 fullerene composite prepared from toluene (content of C60 fullerene 11). (C) in FIG. 5 is a film of st-PMMA-C60 fullerene complex (C60) prepared from a toluene / 1,2-dichlorobenzene (hereinafter abbreviated as DCB) mixed solvent. The measurement result of each DSC of the fullerene content (25.2 wt%) is shown. The film of the st-PMMA-C60 fullerene complex prepared from toluene showed an endothermic peak that was considered to be due to melting of the crystal structure of the complex at 224.9 ° C. (see FIG. 5B). This is probably because st-PMMA formed a helical structure by including C60 fullerene, so that the helical structure was not broken even when the solvent was removed, and the crystal structure was maintained. Further, in the case of the film of the st-PMMA-C60 fullerene complex prepared from the toluene / DCB mixed solvent, the glass transition point was hardly observed, and ΔH of the endothermic peak of crystal melting increased ((c) in FIG. 5). reference). It is thought that this is because the crystallinity of the composite increased as the content of C60 fullerene increased.
Furthermore, X-ray diffraction of the obtained film was measured. The results are shown in FIG. FIG. 6 (a) shows the case of st-PMMA film prepared from toluene, and FIG. 6 (b) shows the film of st-PMMA-C60 fullerene complex prepared from toluene (C60 fullerene content 11.7 wt. (C) of FIG. 6 shows the case of a film of st-PMMA-C60 fullerene composite (C60 fullerene content 25.2 wt%) prepared from a toluene / DCB mixed solvent. (D) shows the case of C60 fullerene alone precipitated from a toluene solution. As a result, in the film of the st-PMMA-C60 fullerene complex, reflection derived from the crystal structure was observed (see (b) and (c) of FIG. 6). The diffraction pattern of X-ray diffraction is different from that of the st-PMMA film (see FIG. 6A) or the C60 fullerene alone (FIG. 6D), and the st-PMMA-C60 fullerene complex. However, these were shown to be completely different.

次にst−PMMA−C60フラーレンを水面に展開し、単分子膜一層(LB膜)を作成し、原子間力顕微鏡(AFM)による観察を行なった。その結果を図面に代わるカラー写真で図7に示す。図7の(A)の左側は、st−PMMA−C60フラーレン複合体のLB膜(10mN/m)の低倍AFM像(高さ像、サイズ:2μm×2μm)を示し、右側は左側の写真の赤線の部分に沿って測定した高さのプロファイルを示している。図7の(B)の左側は同じサンプルを高倍で観察した高さ像(サイズ:75nm×75nm)を示し、その右側はその位相像を示している。図7の(Bの)右上は、位相像に基づく結果を模式的に示したものである。原子間力顕微鏡像からは、5nm程度の厚さのC60フラーレンの凝集体以外に、厚み1nm以下の均一な結晶構造が観察できた(図7の(A)参照)。st−PMMA単体及びC60フラーレン単体ではこのような結晶構造は観測されず、st−PMMA−C60フラーレン複合体の単分子膜の結晶構造であると考えられ、この結晶構造中にC60フラーレンが包接されて配列している。
次に、st−PMMA−C60フラーレン複合体の分子動力学の計算を行った。この結果を図8の模式図で示す。図8の(a)は1回転あたり9.2オングストローム(A)のらせんピッチで10回転させたst−PMMA180量体のらせんの内部に、C60フラーレンを9.2オングストローム間隔で10個配置した初期構造のモデルを示し、その右側は内部のC60フラーレンのみを書き出して示した。図8の(b)は、初期構造モデルから温度10Kで時間100ps後の計算結果を示し、図8の(c)は、さらに温度400Kで時間1ns後の計算結果を示す。この結果、初期モデルから温度10Kで時間100ps(図8の(b)参照)、さらに温度400Kで時間1ns(図8の(c))における分子動力学計算でもst−PMMAらせん内にC60フラーレンを包接した構造が保持しており、この構造が安定であることが示された。
Next, st-PMMA-C60 fullerene was spread on the water surface, a monomolecular film layer (LB film) was prepared, and observed with an atomic force microscope (AFM). The result is shown in FIG. 7 as a color photograph replacing the drawing. The left side of FIG. 7A shows a low magnification AFM image (height image, size: 2 μm × 2 μm) of the LB film (10 mN / m) of the st-PMMA-C60 fullerene complex, and the right side is a photograph on the left side. The profile of the height measured along the red line part of is shown. The left side of FIG. 7B shows a height image (size: 75 nm × 75 nm) of the same sample observed at a high magnification, and the right side shows the phase image. The upper right of FIG. 7 (B) schematically shows the result based on the phase image. From the atomic force microscope image, in addition to the C60 fullerene aggregate having a thickness of about 5 nm, a uniform crystal structure having a thickness of 1 nm or less could be observed (see FIG. 7A). Such a crystal structure is not observed in the st-PMMA simple substance and the C60 fullerene simple substance, and is considered to be a crystal structure of a monomolecular film of the st-PMMA-C60 fullerene complex, and the C60 fullerene is included in the crystal structure. Have been arranged.
Next, the molecular dynamics of the st-PMMA-C60 fullerene complex was calculated. The result is shown in the schematic diagram of FIG. (A) in FIG. 8 is an initial stage in which 10 C60 fullerenes are arranged at intervals of 9.2 angstroms inside the helix of the st-PMMA 180-mer rotated 10 times at a helical pitch of 9.2 angstroms (A) per revolution. A model of the structure is shown, and only the internal C60 fullerene is written on the right side. FIG. 8B shows a calculation result after 100 ps at a temperature of 10 K from the initial structure model, and FIG. 8C shows a calculation result after a further 1 ns at a temperature of 400 K. As a result, from the initial model, C60 fullerene was found in the st-PMMA helix by molecular dynamics calculation at a temperature of 10 ps at a temperature of 100 ps (see FIG. 8B) and at a temperature of 400 K at a time of 1 ns (FIG. 8c). The inclusion structure is retained, indicating that this structure is stable.

このように、本発明は、フラーレンを安定に、かつ大量に分散して含有することができるフラーレン−高分子複合体を提供するものである。
本発明におけるフラーレンとしては、一般的にフラーレンと称される範疇に属するものであれば如何なるものでもよく、例えばC60フラーレン、C70フラーレン、C74フラーレン、C76フラーレン、C78フラーレン、C82フラーレンなどが挙げられる。これらのフラーレンは、化学修飾、表面処理、フラーレン内部への気体や金属を内包したものであってもよい。これらの処理を施したフラーレン、金属等を内包したフラーレン、及び高次フラーレンを用いたものも、本発明に包含される。ヘリウム、アルゴンなどの不活性ガスや、リチウム、カルシウムなどの金属原子を内包するフラーレンは、光学的性質及び/又は電気的性質に優れるフラーレンとして知られており、このような不活性ガスや金属原子を内包するフラーレンの使用が好ましい。
本発明における高分子としては、らせん構造にフラーレンを取り込むことができる合成可能な高分子が挙げられる。好ましい合成高分子としては、シンジオタクチックポリメタクリレート系ポリマーやシンジオタクチックポリアクリレート系ポリマー(両者を併せ、以下、st−PMMAsと表示する。)が挙げられる。st−PMMAsにおけるエステルとしては、炭素数1から30,好ましくは1から20、1から10,さらには1から5の直鎖状又は分岐状のアルキル基が挙げられる。これらのアルキル基は、アルコキシ基、ハロゲンなどの汎用されている置換基で置換されていてもよい。また、高分子の立体規則性はシンジオタクチック3連子含量(rr含量)で60%以上が好ましく用いられる。シンジオタクチシチーが高いほどポリマーがらせん構造をとり易く、取り込むフラーレン含量が増加するので好ましい。より好ましくはrr含量80%以上、さらに好ましくは90%以上、最も好ましくは93%以上である。
本発明の効果を損なわない範囲であれば共重合体を使用してもよく、その構造は、ランダム、ブロック、グラフト共重合体でもよい。また、2種以上のポリマーをブレンドして用いてもよい。
また、本発明のフラーレン含有高分子複合体は、原料であるフラーレン、高分子、各々の単体と異なる融点を持ち、その結晶構造も異なっているので、その生成は、種々の分析手法により容易に確認することができる。例えば、示差走査熱量計(DSC)による融点の測定、X線回折による結晶構造の解析、偏光顕微鏡による結晶相の観察、原子間力顕微鏡(AFM)による結晶表面の観察などにより確認することができる。
As described above, the present invention provides a fullerene-polymer composite capable of containing a fullerene stably and in a large amount dispersed.
The fullerene in the present invention may be any fullerene as long as it belongs to a category generally referred to as fullerene, and examples thereof include C60 fullerene, C70 fullerene, C74 fullerene, C76 fullerene, C78 fullerene, and C82 fullerene. These fullerenes may include chemical modification, surface treatment, gas or metal inside the fullerene. The fullerenes subjected to these treatments, fullerenes containing a metal or the like, and those using higher-order fullerenes are also included in the present invention. Fullerenes containing an inert gas such as helium and argon and metal atoms such as lithium and calcium are known as fullerenes having excellent optical properties and / or electrical properties. Such inert gases and metal atoms It is preferable to use fullerene encapsulating.
Examples of the polymer in the present invention include a synthesizable polymer that can incorporate fullerene into a helical structure. Preferable synthetic polymers include syndiotactic polymethacrylate polymers and syndiotactic polyacrylate polymers (both are hereinafter referred to as st-PMMAs). Examples of the ester in st-PMMAs include linear or branched alkyl groups having 1 to 30, preferably 1 to 20, 1 to 10, and further 1 to 5 carbon atoms. These alkyl groups may be substituted with a commonly used substituent such as an alkoxy group or halogen. Further, the stereoregularity of the polymer is preferably 60% or more in terms of syndiotactic triad content (rr content). Higher syndiotacticity is preferable because the polymer tends to have a helical structure and the content of fullerene to be incorporated increases. More preferably, the rr content is 80% or more, further preferably 90% or more, and most preferably 93% or more.
A copolymer may be used as long as the effects of the present invention are not impaired, and the structure may be a random, block, or graft copolymer. Two or more polymers may be blended and used.
In addition, the fullerene-containing polymer composite of the present invention has a melting point different from that of the fullerenes and polymers as raw materials, and their crystal structures are also different. Can be confirmed. For example, it can be confirmed by measuring the melting point with a differential scanning calorimeter (DSC), analyzing the crystal structure by X-ray diffraction, observing the crystal phase with a polarizing microscope, observing the crystal surface with an atomic force microscope (AFM), etc. .

本発明のフラーレン含有高分子複合体のフラーレンの含有量としては、らせん構造に包接されているものであれば特に制限はなく、僅かな含有量であっても前記した種々の分析手法のいずれかにより確認することができる場合には、本発明のフラーレン含有高分子複合体に包含されるものになる。好ましい含有量としては、ポリマーとの総重量に対して1%以上が挙げられ、さらに効果を確実にするため、好ましくは2%以上、更に好ましくは5%以上の含有があれば良い。一方、上限については、多いほど好ましく、限定を要しない。
さらに、本発明のフラーレン含有高分子複合体の単分子膜(LB膜)のAFM観察、ならびに分子動力学計算による構造の安定性の検証から、本発明のフラーレン含有高分子複合体は、高分子らせん内部にフラーレンが1次元的に配列していることが示された。したがって、本発明は、ポリマーのらせん軸に沿ってフラーレンが一次元的に配列したフラーレン含有高分子複合体を提供するものでもある。
The fullerene content of the fullerene-containing polymer composite of the present invention is not particularly limited as long as it is included in a helical structure. If it can be confirmed, it will be included in the fullerene-containing polymer composite of the present invention. The preferable content is 1% or more based on the total weight with the polymer, and in order to further secure the effect, the content is preferably 2% or more, more preferably 5% or more. On the other hand, the upper limit is preferably as many as possible, and no limitation is required.
Furthermore, from the AFM observation of the monomolecular film (LB film) of the fullerene-containing polymer complex of the present invention and the verification of the structural stability by molecular dynamics calculation, the fullerene-containing polymer complex of the present invention is a polymer It was shown that fullerenes are arranged one-dimensionally inside the helix. Therefore, the present invention also provides a fullerene-containing polymer composite in which fullerenes are arranged one-dimensionally along the helical axis of the polymer.

本発明のフラーレン含有高分子複合体を製造する方法としては、らせん構造を有する合成高分子化合物、好ましくはシンジオタクチックポリメタクリレート系ポリマー又はシンジオタクチックポリアクリレート系ポリマーと、フラーレンを共通溶媒に溶解させた後、溶媒を除去する方法が挙げられる。より具体的には、フラーレンを溶解した溶液に、らせん構造を有する合成高分子化合物、好ましくはシンジオタクチックポリメタクリレート系ポリマー又はシンジオタクチックポリアクリレート系ポリマーを添加し、これらを加熱溶解させた後、これを室温付近まで冷却してゲル化させ、これを遠心分離などにより溶媒と分離することからなる方法が挙げられる。また、ポリマーとフラーレンを混合する順番は限定されない。ポリマーの溶液に後からフラーレンを可溶化、もしくはフラーレンの溶液を添加してもよい。さらに、ポリマーを溶媒に加熱溶解させ、室温まで冷却してあらかじめゲル化させた後にフラーレン溶液を添加してもフラーレン含有高分子複合体を得ることが可能である。
この方法における溶媒としては、フラーレン及びポリマーを溶解することができる溶媒であれば、特に限定されるものではないが、好ましい溶媒としては、例えば、トルエン、1,2−ジクロロベンゼン、クロロベンゼン、ブロモベンゼン、ベンゼン、酢酸ブチル、ジメチルホルムアミドなどの1種またはこれらの混合物が挙げられる。
これらを加熱する温度としては、これらが溶解する温度であれば充分であり、例えば、60℃から150℃程度であり、溶媒の沸点までの任意の温度を設定することができる。使用される溶媒の量としては、加熱溶解の後の冷却により、ゲル化又は固体状となる量であればよく、多量に使用することもできるが、溶媒の除去に労力を必要するの、できるだけ少量とするのが好ましい。
さらに、フラーレンの包接量を増やす手段として、フラーレンの溶解度の高い溶媒と、ポリマーの溶解度の高い溶媒を組み合わせて、それぞれ別の溶媒に溶解した後、両者を混合させた後、溶媒を除去する方法も可能である。例えば、フラーレンの溶解度が高いジクロロベンゼンにフラーレンを、ポリマーの溶解度の高いトルエンにポリマーを、それぞれ溶解した後、両者を混合、高濃度のフラーレンを含有するフラーレン高分子複合体を得ることもできる。この場合のジクロロベンゼンとトルエンの体積比は、ジクロロベンゼン対トルエン=5/95から85/15が好ましく、更に好ましくは10/90から55/45である。
本発明のフラーレン含有高分子複合体は、結晶性の錯体として得ることができるので、遠心分離や濾過などにより、これを溶媒と分離することができる。また、溶媒の留去により、溶媒を分離してもよいが、この場合には未包接のフラーレンが混入することもあるので、必要により、さらに精製するのが好ましい。
The method for producing the fullerene-containing polymer composite of the present invention includes a synthetic polymer compound having a helical structure, preferably a syndiotactic polymethacrylate polymer or a syndiotactic polyacrylate polymer, and fullerene dissolved in a common solvent. And a method of removing the solvent after the treatment. More specifically, a synthetic polymer compound having a helical structure, preferably a syndiotactic polymethacrylate polymer or a syndiotactic polyacrylate polymer is added to a solution in which fullerene is dissolved, and these are heated and dissolved. And a method of cooling it to near room temperature to gelate it and separating it from a solvent by centrifugation or the like. The order of mixing the polymer and fullerene is not limited. The fullerene may be solubilized later in the polymer solution, or the fullerene solution may be added. Furthermore, it is possible to obtain a fullerene-containing polymer composite by adding a fullerene solution after the polymer is heated and dissolved in a solvent, cooled to room temperature and gelled in advance.
The solvent in this method is not particularly limited as long as it is a solvent capable of dissolving fullerene and polymer, but preferred solvents include, for example, toluene, 1,2-dichlorobenzene, chlorobenzene, bromobenzene. , Benzene, butyl acetate, dimethylformamide and the like, or a mixture thereof.
The temperature at which these are heated is sufficient as long as they are dissolved. For example, the temperature is about 60 ° C. to 150 ° C., and an arbitrary temperature up to the boiling point of the solvent can be set. The amount of the solvent used may be an amount that becomes a gel or a solid by cooling after heating and dissolution, and can be used in a large amount, but it requires labor to remove the solvent as much as possible. A small amount is preferable.
Furthermore, as a means of increasing the inclusion amount of fullerene, a solvent having a high solubility of fullerene and a solvent having a high solubility of polymer are combined, dissolved in different solvents, and then mixed together, and then the solvent is removed. A method is also possible. For example, fullerene can be obtained by dissolving fullerene in dichlorobenzene having a high solubility of fullerene and a polymer in toluene having a high solubility of the polymer, and then mixing them together to obtain a fullerene polymer complex containing a high concentration of fullerene. In this case, the volume ratio of dichlorobenzene to toluene is preferably dichlorobenzene to toluene = 5/95 to 85/15, more preferably 10/90 to 55/45.
Since the fullerene-containing polymer complex of the present invention can be obtained as a crystalline complex, it can be separated from the solvent by centrifugation or filtration. Further, the solvent may be separated by distilling off the solvent, but in this case, unencapsulated fullerene may be mixed, and therefore, it is preferable to further purify as necessary.

本発明のフラーレン含有高分子複合体は、通常の高分子材料と同様に、膜状(フィルム状)などに成形することができる。また、単分子膜(LB膜)とすることも可能である。
本発明のフラーレン含有高分子複合体は、機能性のフラーレンを含有するものであり、当該フラーレンの光学的性質や電気的性質などの機能を発現させることができる高分子材料として応用することができる。例えば、光電変換素子、レジスト材料、量子ドット素子などの工業製品として利用することができる。
The fullerene-containing polymer composite of the present invention can be formed into a film shape (film shape) or the like in the same manner as a normal polymer material. A monomolecular film (LB film) can also be used.
The fullerene-containing polymer composite of the present invention contains a functional fullerene, and can be applied as a polymer material capable of expressing functions such as optical properties and electrical properties of the fullerene. . For example, it can be used as industrial products such as photoelectric conversion elements, resist materials, and quantum dot elements.

本発明のフラーレン含有高分子複合体は、安定に、かつ大量に、しかも一次元的な配列でフラーレンを分散して含有することができる高分子材料であり、高分子材料として任意の形状に成形可能であるから、光電変換素子、レジスト材料、量子ドット素子等の工業製品として用いることができる。また、本発明のフラーレン含有高分子複合体は、大型の製造設備なしに簡便かつ安価に製造することができ、フラーレンを用いる各種の分子素子を簡便で、かつ安価で、しかも大量の容易に製造することができる。   The fullerene-containing polymer composite of the present invention is a polymer material that can stably contain a large amount of dispersed fullerene in a one-dimensional arrangement, and can be molded into any shape as a polymer material. Since it is possible, it can be used as industrial products, such as a photoelectric conversion element, a resist material, and a quantum dot element. In addition, the fullerene-containing polymer composite of the present invention can be easily and inexpensively manufactured without a large-scale manufacturing facility, and various molecular devices using fullerene can be easily and inexpensively manufactured in large quantities easily. can do.

以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれら実施例により何ら限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention more concretely, this invention is not limited at all by these Examples.

シンジオタクチックポリメタクリル酸メチル(以下、st−PMMAと標記)と[60]フラーレン(以下、C60フラーレンと標記)を原料とするフラーレン含有高分子複合体の製造
C60フラーレンのトルエン溶液(1mg/mL,図1の(a)参照)1mLに、st−PMMA(数平均分子量46万、シンジオタクチック3連子含量(rr含量) 93.5%)10mgを加え、110℃に加熱して均一溶液とした。
この溶液は、このまま、室温まで徐冷するとゲル化が起こる(図1の(b)参照)。このゲルを遠心分離(1700gで10分間(gは重力加速度))により沈降させると、上澄み液は無色透明で、下層のゲル部のみが濃紫色に着色していた(図1の(c)参照)。この濃紫色の着色は、st−PMMAとC60フラーレンが錯体を形成していることを示しており、これを確認するために、添加するポリマー量と、取り込まれるC60フラーレン量の関係について紫外可視分光光度計を用いて調べた。
ポリマー添加量の増加に従い、上澄みに残存するC60フラーレン濃度が減少し、ゲルに取り込まれるC60フラーレン量が増加していた。ポリマー濃度10mg/mL、C60フラーレン濃度2mg/mLにおいてはst−PMMA10mgあたり約1.3mgのC60フラーレンが取り込まれていることがわかった(図2参照)。この結果より、ゲル中にフラーレンが取り込まれていることが確認できた。
さらに、本発明者らは以下に述べる結果から、C60フラーレンが単なる夾雑物としてではなく、st−PMMAらせんの内孔に包接された複合体を形成していることを確認した。
Production of Fullerene-Containing Polymer Complex Using Syndiotactic Polymethyl Methacrylate (hereinafter referred to as st-PMMA) and [60] Fullerene (hereinafter referred to as C60 Fullerene) as Raw Materials C60 Fullerene in Toluene Solution (1 mg / mL , See (a) of FIG. 1) To 1 mL of st-PMMA (number average molecular weight 460,000, syndiotactic triad content (rr content) 93.5%) 10 mg was added and heated to 110 ° C. to obtain a homogeneous solution It was.
When this solution is cooled as it is to room temperature, gelation occurs (see FIG. 1B). When this gel was sedimented by centrifugation (1700 g for 10 minutes (g is gravitational acceleration)), the supernatant liquid was colorless and transparent, and only the lower gel part was colored deep purple (see FIG. 1 (c)). ). This dark purple coloration indicates that st-PMMA and C60 fullerene form a complex. To confirm this, the relationship between the amount of added polymer and the amount of C60 fullerene incorporated is determined by UV-visible spectroscopy. It investigated using the photometer.
As the amount of polymer added increased, the concentration of C60 fullerene remaining in the supernatant decreased and the amount of C60 fullerene incorporated into the gel increased. It was found that about 1.3 mg of C60 fullerene was incorporated per 10 mg of st-PMMA at a polymer concentration of 10 mg / mL and a C60 fullerene concentration of 2 mg / mL (see FIG. 2). From this result, it was confirmed that fullerene was incorporated in the gel.
Furthermore, the present inventors confirmed from the results described below that C60 fullerene was not merely a contaminant, but formed a complex that was included in the inner pore of the st-PMMA helix.

st−PMMA−C60フラーレン複合体のゲルの熱安定性について
重水素置換トルエン中で形成させたst−PMMA−C60フラーレン複合体のゲル(st−PMMA濃度10mg/mL、C60フラーレン濃度2mg/mL)の熱安定性を、1H−NMRにより調べた。高温の均一溶液状態ではポリマーのNMRシグナルが観測されるが、降温によりゲル化が起こると当該シグナルが観測されなくなる(図3の(A)参照)。
そこで、ポリマーのシグナル強度を温度に対してプロットし、ゲル化温度を見積もったところ、st−PMMA−C60ゲルはC60フラーレンを加えない場合よりも約20 ℃ほどゲル化温度が高温側にシフトしていることがわかった(図3の(B)参照)。この結果は、トルエンのみを取り込んだst−PMMAゲルよりもC60フラーレンを取り込んだゲルの方が安定であることを示しており、C60フラーレンが単なる挟雑物として存在しているのでは無いことを示している。
St-PMMA-C60 fullerene complex gel thermal stability st-PMMA-C60 fullerene complex gel formed in deuterium-substituted toluene (st-PMMA concentration 10 mg / mL, C60 fullerene concentration 2 mg / mL) The thermal stability of was examined by 1H-NMR. Although the NMR signal of the polymer is observed in a high-temperature uniform solution state, the signal is not observed when gelation occurs due to a temperature drop (see FIG. 3A).
Therefore, when the signal intensity of the polymer was plotted against the temperature and the gelation temperature was estimated, the gelation temperature of the st-PMMA-C60 gel shifted to the higher temperature side by about 20 ° C. than when C60 fullerene was not added. (See FIG. 3B). This result shows that the gel incorporating C60 fullerene is more stable than the st-PMMA gel incorporating toluene alone, and that C60 fullerene does not exist as a simple interstitial material. Show.

トルエンと1,2−ジクロロベンゼンを溶媒とするst−PMMA−C60フラーレン複合体のゲルの製造
1,2−ジクロロベンゼン(以下、DCBと標記する。)を溶媒に用いることで、C60フラーレン濃度が高い条件でst−PMMAをゲル化させることができる(DCBのC60フラーレン溶解度はトルエンの約10倍)。しかしながら、DCBのみでは包接されるC60フラーレン量は減少したので、トルエンとDCBの混合溶媒について検討した。結果を次の表1に示す。
Production of gel of st-PMMA-C60 fullerene complex using toluene and 1,2-dichlorobenzene as a solvent By using 1,2-dichlorobenzene (hereinafter referred to as DCB) as a solvent, the concentration of C60 fullerene was reduced. St-PMMA can be gelled under high conditions (DCB C60 fullerene solubility is about 10 times that of toluene). However, since the amount of C60 fullerene included by DCB alone decreased, a mixed solvent of toluene and DCB was examined. The results are shown in Table 1 below.

C60フラーレンのトルエンとDCBの混合溶液は、C60フラーレン/トルエン溶液(2mg/mL)とC60フラーレン/DCB溶液(20mg/mL)を適宜混合して作成した。st−PMMA(数平均分子量46万、シンジオタクチック3連子(rr含量) 93.5%)10mgに、C60フラーレン混合溶液1mLを加えた後、110℃に加熱して均一溶液とした。室温まで徐冷してゲル化させ、トルエンとDCBを溶媒とするst−PMMA−C60フラーレン複合体ゲルを作成した。得られたサンプルを遠心分離(1700gで10分間)によりゲル部と上澄み部に分離し、上澄み部の紫外可視吸収スペクトルを測定することでゲルに取り込まれたC60量を算出した。
この結果、トルエンのみでは取り込まれるC60フラーレンの量は、ポリマー10mgあたり1.32mgにしかならないが、C60フラーレンのDCB溶液を混合することでC60フラーレン濃度を上げることができ、それに従い取り込まれるC60フラーレンの量も増加し、トルエン/DCB=50/50 (v/v)ではポリマー10mgあたり3.37mgのC60フラーレンを取り込んでいることがわかった。
A mixed solution of C60 fullerene in toluene and DCB was prepared by appropriately mixing a C60 fullerene / toluene solution (2 mg / mL) and a C60 fullerene / DCB solution (20 mg / mL). 1 mL of a C60 fullerene mixed solution was added to 10 mg of st-PMMA (number average molecular weight 460,000, syndiotactic triad (rr content) 93.5%), and then heated to 110 ° C. to obtain a uniform solution. The mixture was gradually cooled to room temperature and gelled to prepare a st-PMMA-C60 fullerene complex gel using toluene and DCB as solvents. The obtained sample was separated into a gel part and a supernatant part by centrifugation (1700 g for 10 minutes), and the amount of C60 taken into the gel was calculated by measuring the ultraviolet-visible absorption spectrum of the supernatant part.
As a result, the amount of C60 fullerene incorporated by toluene alone is only 1.32 mg per 10 mg of polymer, but the C60 fullerene concentration can be increased by mixing the DCB solution of C60 fullerene, and the C60 fullerene incorporated accordingly. It was found that 3.37 mg of C60 fullerene was incorporated per 10 mg of polymer at toluene / DCB = 50/50 (v / v).

st−PMMA−C60フラーレン複合体フィルムの製造
C60フラーレンのトルエン溶液(濃度2mg/mL)からポリマー濃度10mg/mLでst−PMMA−C60フラーレン複合体ゲルを調製した。トルエンでゲルを洗浄することで過剰量のC60フラーレンを除去した。得られたゲルを室温で12時間、さらに160℃で12時間減圧乾燥を行ない、溶媒を除去し、C60フラーレンの含量が11.7重量%のst−PMMA−C60フラーレン複合体フィルムを製造した。同様に、包接されるC60フラーレンの量が増加するトルエン/DCB混合溶媒を用いて、C60フラーレンの含量25.2重量%のst−PMMA−C60フラーレン複合体のフィルムを製造した。
得られたフィルムの光学顕微鏡観察を行なったところ、st−PMMA−C60フラーレン複合体フィルムでは、ポリマーとC60フラーレンが複合体を形成しているため、C60フラーレン含量25.2重量%と高濃度にも関わらず、溶媒を除去しても相分離は見られなかった(図4の(c)参照)。また、st−PMMA−C60フラーレン複合体のフィルムの偏光顕微鏡観察を行ったところ、複屈折が見られ、複合体が結晶化していることが示された(図4の(d)参照)。
次に、フィルムの示差走査熱量測定(DSC)を窒素雰囲気下、昇温速度10℃/分で行った。トルエンから作成したst−PMMA−C60フラーレン複合体のフィルム(C60フラーレン含量11.7重量%)では、224.9℃に複合体の結晶構造の融解によると思われる吸熱ピークを示した(図5の(b)参照)。C60フラーレンを包接してst−PMMAがらせん構造を形成しているため、溶媒を除去してもらせん構造が壊れず、結晶構造を保持していたものと考えられる。さらに、トルエン/DCB混合溶媒から作成したst−PMMA−C60フラーレン複合体のフィルム(C60フラーレン含量25.2重量%)では、ガラス転移点はほとんど観測されなくなり、結晶融解の吸熱ピークのΔHが増加した(図5の(c)参照)。C60フラーレン含量が増加することで、複合体の結晶化度が増加したためであると考えられる。
さらに、得られたフィルムのX線回折を測定したところ、st−PMMA−C60フラーレン複合体フィルムでは結晶構造に由来する反射が観測された(図6の(b)、及び(c)参照)。得られた回折パターンは公知のst−PMMA−溶媒複合体(非特許文献4参照)、及びC60フラーレン単体(図6の(d)参照)とは異なっており、st−PMMAとC60フラーレンとの複合体が形成していることが示された。
Production of st-PMMA-C60 Fullerene Composite Film A st-PMMA-C60 fullerene composite gel was prepared from a C60 fullerene toluene solution (concentration 2 mg / mL) at a polymer concentration of 10 mg / mL. An excessive amount of C60 fullerene was removed by washing the gel with toluene. The obtained gel was dried under reduced pressure at room temperature for 12 hours and further at 160 ° C. for 12 hours to remove the solvent, thereby producing a st-PMMA-C60 fullerene composite film having a C60 fullerene content of 11.7 wt%. Similarly, a film of st-PMMA-C60 fullerene complex having a C60 fullerene content of 25.2% by weight was produced using a toluene / DCB mixed solvent in which the amount of C60 fullerene included was increased.
When the obtained film was observed with an optical microscope, in the st-PMMA-C60 fullerene composite film, since the polymer and C60 fullerene formed a composite, the C60 fullerene content was as high as 25.2% by weight. Nevertheless, no phase separation was observed even when the solvent was removed (see FIG. 4C). When the film of the st-PMMA-C60 fullerene complex was observed with a polarizing microscope, birefringence was observed, indicating that the complex was crystallized (see FIG. 4D).
Next, differential scanning calorimetry (DSC) of the film was performed at a heating rate of 10 ° C./min in a nitrogen atmosphere. The film of st-PMMA-C60 fullerene complex (C60 fullerene content 11.7% by weight) prepared from toluene showed an endothermic peak at 224.9 ° C., which is probably due to melting of the crystal structure of the complex (FIG. 5). (See (b)). Since st-PMMA forms a helical structure by including C60 fullerene, it is considered that the helical structure was not broken even when the solvent was removed, and the crystal structure was maintained. Furthermore, in the film of st-PMMA-C60 fullerene complex (C60 fullerene content 25.2 wt%) prepared from a toluene / DCB mixed solvent, almost no glass transition point is observed, and ΔH of the endothermic peak of crystal melting increases. (See (c) of FIG. 5). It is thought that this is because the crystallinity of the composite increased as the C60 fullerene content increased.
Furthermore, when the X-ray diffraction of the obtained film was measured, reflection derived from the crystal structure was observed in the st-PMMA-C60 fullerene composite film (see FIGS. 6B and 6C). The obtained diffraction pattern is different from the known st-PMMA-solvent complex (see Non-Patent Document 4) and the C60 fullerene alone (see (d) of FIG. 6). It was shown that a complex was formed.

比較例1
C60フラーレンを含まない他は実施例1と全く同様の方法で、st−PMMAゲルをトルエン中で作成した。これを室温で12時間、さらに160℃で12時間減圧乾燥することでトルエンを除去し、C60フラーレンを含まないst−PMMAフィルムを調製した。この、st−PMMAゲルから作成したフィルムの偏光顕微鏡観察を行ったところ、複屈折性を示さなかった(図4の(b)参照)。次に、フィルムの示差走査熱量測定(DSC)を窒素雰囲気下、昇温速度10℃/分で行なった。st−PMMAフィルムは126.7℃にガラス転移点のみを示した(図5の(a)参照)。トルエンを除去することでst−PMMAがらせん構造を保持できず、結晶構造が残っていないためと考えられる。また、得られたフィルムのX線回折を測定したところ、st−PMMAフィルムはアモルファスハローのみを示した(図6の(a)参照)。
Comparative Example 1
A st-PMMA gel was prepared in toluene in the same manner as in Example 1 except that it did not contain C60 fullerene. This was dried under reduced pressure at room temperature for 12 hours and further at 160 ° C. for 12 hours to remove toluene, and a st-PMMA film containing no C60 fullerene was prepared. When the film prepared from the st-PMMA gel was observed with a polarizing microscope, it did not show birefringence (see FIG. 4B). Next, differential scanning calorimetry (DSC) of the film was performed in a nitrogen atmosphere at a heating rate of 10 ° C./min. The st-PMMA film showed only the glass transition point at 126.7 ° C. (see FIG. 5A). This is probably because st-PMMA cannot retain the helical structure by removing toluene, and the crystal structure does not remain. Moreover, when the X-ray diffraction of the obtained film was measured, the st-PMMA film showed only an amorphous halo (see FIG. 6A).

比較例2
トルエン中においてらせん構造を形成しないイソタクチックPMMA(it−PMMA)を用いて、it−PMMA−C60フラーレンフィルムを作成した。C60フラーレンのトルエン溶液(濃度2mg/mL)0.5mLにit−PMMA(数平均分子量49万、イソタクチック3連子(mm含量) 97.5%)20mgを室温で溶解させた。it−PMMAではゲル化は起こらず、溶液が得られた。室温減圧下で溶媒を除去し、C60フラーレン含量4.8重量%のit−PMMA−C60フラーレンのフィルムを得た。
得られたフィルムの光学顕微鏡観察を行ったところ、it−PMMA−C60フラーレンは複合体を形成していないため、C60フラーレン含量4.8重量%でも相分離が起こり、C60フラーレンの析出が観測された(図4の(e)参照)。
Comparative Example 2
It-PMMA-C60 fullerene film was prepared using isotactic PMMA (it-PMMA) which does not form a helical structure in toluene. 20 mg of it-PMMA (number average molecular weight 490,000, isotactic triplet (mm content) 97.5%) was dissolved in 0.5 mL of a C60 fullerene toluene solution (concentration 2 mg / mL) at room temperature. With it-PMMA, gelation did not occur and a solution was obtained. The solvent was removed under reduced pressure at room temperature to obtain a film of it-PMMA-C60 fullerene having a C60 fullerene content of 4.8% by weight.
When the obtained film was observed with an optical microscope, it-PMMA-C60 fullerene did not form a complex. Therefore, phase separation occurred even when the C60 fullerene content was 4.8% by weight, and precipitation of C60 fullerene was observed. (See (e) of FIG. 4).

水面上でのst−PMMA−C60フラーレン複合体を形成した。st−PMMA−C60フラーレン複合体は水面上の単分子膜でも形成可能であった。st−PMMAとC60フラーレン複合体の希薄ベンゼン混合溶液(st−PMMA濃度6.6x10−3mg/mL、C60フラーレンの濃度7.3x10−4mg/mL)を水面に展開し、圧縮後マイカ基板上に単分子膜一層(LB膜)を移しとり、原子間力顕微鏡観察を行なった。図7にその原子間力顕微鏡像を示している。5nm程度の厚さのC60フラーレンの凝集体以外に、厚み1nm以下の均一な結晶構造が観察できた。st−PMMA単体およびC60単体ではこのような結晶構造は観測されず、st−PMMA−C60フラーレン複合体単分子膜の結晶構造であると考えられ、この結晶構造中にC60フラーレンが包接されて配列している。   A st-PMMA-C60 fullerene complex was formed on the water surface. The st-PMMA-C60 fullerene complex could also be formed by a monomolecular film on the water surface. A dilute benzene mixed solution of st-PMMA and C60 fullerene complex (st-PMMA concentration 6.6 × 10 −3 mg / mL, C60 fullerene concentration 7.3 × 10 −4 mg / mL) is spread on the water surface and after compression on the mica substrate The monomolecular layer (LB film) was transferred and observed with an atomic force microscope. FIG. 7 shows an atomic force microscope image thereof. In addition to the C60 fullerene aggregate having a thickness of about 5 nm, a uniform crystal structure having a thickness of 1 nm or less could be observed. Such a crystal structure is not observed in the st-PMMA simple substance and the C60 simple substance, but is considered to be a crystal structure of the st-PMMA-C60 fullerene complex monomolecular film, and the C60 fullerene is included in the crystal structure. Arranged.

st−PMMA−C60フラーレン複合体の動力学計算を行なった。st−PMMAらせん内にC60フラーレンが包接された構造の安定性について、分子動力学計算による検証を行なった。st−PMMA−溶媒複合体で報告されている結晶構造を基にst−PMMAのらせん構造を作成し、その内部にC60フラーレンを0.92nm間隔で配置した初期モデルを構築した(図8の(a)参照)。この初期モデルから温度10Kで時間100ps(図8の(b)参照)、さらに温度400Kで時間1ns(図8の(c)参照)、分子動力学計算を行ったが、st−PMMAらせん内にC60フラーレンを包接した構造を保持しており、この構造が安定であることが示唆された。   The kinetic calculation of the st-PMMA-C60 fullerene complex was performed. The stability of the structure in which C60 fullerene was included in the st-PMMA helix was verified by molecular dynamics calculation. Based on the crystal structure reported for the st-PMMA-solvent complex, a helical structure of st-PMMA was created, and an initial model was constructed in which C60 fullerenes were arranged at 0.92 nm intervals ((( a)). From this initial model, molecular dynamics calculations were performed at a temperature of 10 K for a time of 100 ps (see FIG. 8B) and at a temperature of 400 K for a time of 1 ns (see FIG. 8C). The structure including C60 fullerene was retained, suggesting that this structure is stable.

本発明のフラーレン含有高分子複合体は、安定に、かつ大量に、しかも一次元的な配列でフラーレンを分散して含有することができる高分子材料であり、高分子材料として膜状(フィルム状)などの任意の形状に成形可能であるから、光電変換素子、レジスト材料、量子ドット素子等の工業製品として用いることができ、産業上の利用可能性を有する。   The fullerene-containing polymer composite of the present invention is a polymer material that can stably contain a large amount of fullerenes in a one-dimensional arrangement in a large amount. ) And the like, it can be used as an industrial product such as a photoelectric conversion element, a resist material, a quantum dot element, and has industrial applicability.

図1は、C60フラーレンのトルエン溶液(a)、トルエン中で製造した本発明のst−PMMA−C60フラーレンゲルの遠心分離前(b)、及び遠心分離後(c)の状態を示した図面に代わる写真である。FIG. 1 is a drawing showing a state of a C60 fullerene toluene solution (a), a st-PMMA-C60 fullerene gel of the present invention prepared in toluene before centrifugation (b), and after centrifugation (c). This is a substitute photo. 図2は、st−PMMA添加量に対して取り込まれたC60フラーレンの量をプロットしたグラフである。FIG. 2 is a graph plotting the amount of C60 fullerene incorporated against the added amount of st-PMMA. 図3は、(A)重トルエン中で調製した本発明のst−PMMA−C60フラーレンゲルの25℃及び100℃における、ポリマー濃度10mg/mL、C60フラーレン濃度2mg/mLでの1H−NMRスペクトルである。*で示したシグナルは、溶媒由来のシグナルである。(B)ゲル化しているMMAユニットの割合を測定温度に対してプロットしたグラフである。右側(赤)で示したプロットが本発明のst−PMMA−C60フラーレンのゲルのもので(○:降温測定,●:昇温測定)、黒で示したプロットがC60フラーレンを添加していないst−PMMAゲルのもの(○:降温測定,●:昇温測定)である。FIG. 3 is a 1H-NMR spectrum of a st-PMMA-C60 fullerene gel of the present invention prepared in (A) heavy toluene at 25 ° C. and 100 ° C. with a polymer concentration of 10 mg / mL and a C60 fullerene concentration of 2 mg / mL. is there. The signal indicated by * is a signal derived from a solvent. (B) It is the graph which plotted the ratio of the MMA unit which has gelatinized with respect to measurement temperature. The plot shown on the right side (red) is that of the gel of the st-PMMA-C60 fullerene of the present invention (◯: temperature drop measurement, ●: temperature rise measurement), and the plot shown in black is the st with no C60 fullerene added. -It is a thing of a PMMA gel ((circle): temperature fall measurement, (circle): temperature rise measurement). 図4は、st−PMMAフィルム(a)及び(b)、本発明のst−PMMA−C60フラーレン複合体フィルム(C60フラーレン含量25.2重量%)(c)及び(d)、並びにit−PMMA−C60フラーレンフィルム(C60含量4.8重量%)(e)の光学顕微鏡写真。(a)、(c)及び(e)はオープンニコル、(b)及び(d)はクロスニコル下で撮影。スケールバーは200μmである。FIG. 4 shows st-PMMA films (a) and (b), st-PMMA-C60 fullerene composite film of the present invention (C60 fullerene content 25.2 wt%) (c) and (d), and it-PMMA. -Photomicrograph of C60 fullerene film (C60 content 4.8 wt%) (e). (A), (c) and (e) are taken under open nicols, and (b) and (d) are taken under crossed nicols. The scale bar is 200 μm. 図5は、(a)トルエンから作成したst−PMMAフィルム、(b)トルエンから製造した本発明のst−PMMA−C60フラーレン複合体フィルム(C60フラーレン含量11.7重量%)、及び(c)トルエン/DCB混合溶媒から製造した本発明のst−PMMA−C60フラーレン複合体フィルム(C60フラーレン含量25.2重量%)のDSC測定結果。サンプル約6mgをアルミニウム製容器に入れ、窒素雰囲気下、室温から300℃までを昇温速度10℃/分で測定を行った。また、Tgはガラス転移点、Tmは結晶の融点、ΔHmはその融点における融解エンタルピーを示している。FIG. 5 shows (a) a st-PMMA film prepared from toluene, (b) a st-PMMA-C60 fullerene composite film of the present invention (C60 fullerene content 11.7% by weight) manufactured from toluene, and (c) The DSC measurement result of the st-PMMA-C60 fullerene composite film (C60 fullerene content 25.2 weight%) of this invention manufactured from the toluene / DCB mixed solvent. About 6 mg of the sample was put in an aluminum container and measured from room temperature to 300 ° C. in a nitrogen atmosphere at a heating rate of 10 ° C./min. Tg is the glass transition point, Tm is the melting point of the crystal, and ΔHm is the melting enthalpy at that melting point. 図6は、(a)トルエンから作成したst−PMMAフィルム、(b)トルエンから製造した本発明のst−PMMA−C60フラーレン複合体フィルム(C60フラーレン含量11.7重量%)、(c)トルエン/DCB混合溶媒から製造した本発明のst−PMMA−C60フラーレン複合体フィルム(C60フラーレン含量25.2重量%)、及び(d)トルエン溶液から析出させたC60フラーレン単体のX線回折の測定結果を示す。FIG. 6 shows (a) a st-PMMA film prepared from toluene, (b) a st-PMMA-C60 fullerene composite film (C60 fullerene content 11.7% by weight) of the present invention manufactured from toluene, and (c) toluene. X-ray diffraction measurement results of the st-PMMA-C60 fullerene composite film of the present invention (C60 fullerene content 25.2 wt%) produced from a DC / DCB mixed solvent, and (d) C60 fullerene alone precipitated from a toluene solution Indicates. 図7は、(A)本発明のst−PMMA−C60フラーレン複合体のLB膜(10mN/m)の低倍AFM像(高さ像、サイズ:2μm×2μm)(左)と赤線に沿って測定した高さプロファイル(右)、(B)同じサンプルを高倍で観察した高さ像(サイズ:75nm×75nm)(左)と位相像(右)を示す図面に代わる写真である。FIG. 7: (A) Low-magnification AFM image (height image, size: 2 μm × 2 μm) (left) and red line of LB film (10 mN / m) of the st-PMMA-C60 fullerene complex of the present invention The height profiles (right) and (B) measured in this manner are photographs instead of a drawing showing height images (size: 75 nm × 75 nm) (left) and phase images (right) of the same sample observed at high magnification. 図8は、st−PMMA−C60複合体の分子動力学計算の結果を模式的に示したものである。(a)1回転あたり9.2オングストロームのらせんピッチで10回転させたst−PMMA180量体のらせんの内部に、C60フラーレンを9.2オングストローム間隔で10個配置した初期構造モデルで、その右側には内部のC60フラーレンのみを書き出している。(b)初期構造モデルから温度10Kで時間100ps後の計算結果。(c)さらに温度400Kで時間1ns後の計算結果。原子数(3305原子)、体積を一定とし、時間刻み幅0.5fsで計算を行なっている。FIG. 8 schematically shows the results of molecular dynamics calculation of the st-PMMA-C60 complex. (A) An initial structural model in which ten C60 fullerenes are arranged at intervals of 9.2 angstroms inside a st-PMMA 180-mer spiral which is rotated 10 times at a helical pitch of 9.2 angstroms per revolution. Only writes internal C60 fullerenes. (B) Calculation result after 100 ps at a temperature of 10 K from the initial structure model. (C) Calculation results after 1 ns at a temperature of 400K. The calculation is performed with the number of atoms (3305 atoms) and volume being constant, and with a time step width of 0.5 fs.

Claims (10)

シンジオタクチックポリメタクリレート系ポリマー又はシンジオタクチックポリアクリレート系ポリマーの内部にフラーレンを包接させてなるフラーレン含有高分子複合体。   A fullerene-containing polymer composite comprising a fullerene encapsulated in a syndiotactic polymethacrylate polymer or a syndiotactic polyacrylate polymer. フラーレンが、シンジオタクチックポリメタクリレート系ポリマー又はシンジオタクチックポリアクリレート系ポリマーのらせん構造に包接されたものである請求項1に記載のフラーレン含有高分子複合体。   The fullerene-containing polymer composite according to claim 1, wherein the fullerene is encapsulated in a helical structure of a syndiotactic polymethacrylate polymer or a syndiotactic polyacrylate polymer. シンジオタクチックポリメタクリレート系ポリマーが、シンジオタクチックポリメチルメタクリレートである請求項1又は2に記載のフラーレン含有高分子複合体。   The fullerene-containing polymer composite according to claim 1 or 2, wherein the syndiotactic polymethacrylate polymer is syndiotactic polymethyl methacrylate. フラーレン含有高分子複合体が、それぞれの単体とは異なる融点、及び/又はそれぞれの単体とは異なる結晶構造を持つことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のフラーレン含有高分子複合体。   The fullerene-containing polymer composite according to any one of claims 1 to 3, wherein the fullerene-containing polymer composite has a melting point different from each simple substance and / or a crystal structure different from each simple substance. body. フラーレンの含有量が、1重量%以上である請求項1〜4のいずれかに記載のフラーレン含有高分子複合体。   The fullerene-containing polymer composite according to claim 1, wherein the fullerene content is 1% by weight or more. フラーレンが、炭素数60以上のフラーレンである請求項1〜5のいずれかに記載のフラーレン含有高分子複合体。   The fullerene-containing polymer composite according to any one of claims 1 to 5, wherein the fullerene is a fullerene having 60 or more carbon atoms. シンジオタクチックポリメタクリレート系ポリマー又はシンジオタクチックポリアクリレート系ポリマーと、フラーレンを共通溶媒に溶解させた後、溶媒を除去することからなるフラーレン含有高分子複合体を製造する方法。   A method for producing a fullerene-containing polymer composite comprising dissolving a syndiotactic polymethacrylate polymer or a syndiotactic polyacrylate polymer and a fullerene in a common solvent and then removing the solvent. シンジオタクチックポリメタクリレート系ポリマー又はシンジオタクチックポリアクリレート系ポリマーの良溶媒であり、当該ポリマーの溶液が時間経過又は温度変化でゲル化することを特徴とする溶媒を共通溶媒として用いる請求項7に記載の方法。   The solvent is a good solvent for a syndiotactic polymethacrylate-based polymer or a syndiotactic polyacrylate-based polymer, and the solvent of the polymer gels with time or temperature change. The method described. フラーレン、シンジオタクチックポリメタクリレート系ポリマー又はシンジオタクチックポリアクリレート系ポリマー、及びフラーレンをそれぞれ別の溶媒に溶解した後、両者を混合させた後、溶媒を除去することからなるフラーレン含有高分子複合体を製造する方法。   Fullerene, syndiotactic polymethacrylate-based polymer or syndiotactic polyacrylate-based polymer, and fullerene are dissolved in different solvents, mixed together, and then the solvent is removed. How to manufacture. 溶媒又は共通溶媒が、トルエン、1,2−ジクロロベンゼン、クロロベンゼン、ブロモベンゼン、ベンゼン、酢酸ブチル、及びジメチルホルムアミドからなる群から選ばれる少なくとも1種又はこれらの混合物である請求項7〜9のいずれかに記載の方法。
The solvent or common solvent is at least one selected from the group consisting of toluene, 1,2-dichlorobenzene, chlorobenzene, bromobenzene, benzene, butyl acetate, and dimethylformamide, or a mixture thereof. The method of crab.
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