JP2009107891A - 窒化ホウ素系ナノチューブ及びその製造方法並びに窒化ホウ素ナノチューブゲル - Google Patents
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Abstract
【解決手段】窒化ホウ素ナノチューブ上に存在するNH基の水素原子をアルキル基で置換した窒化ホウ素系ナノチューブとその製造方法並びに窒化ホウ素系ナノチューブの製造に用いる窒化ホウ素ナノチューブゲルを開示する。窒化ホウ素系ナノチューブは、窒化ホウ素ナノチューブとイオン性液体とを混合して得られる窒化ホウ素ナノチューブゲルとハロゲン化アルキルとを反応させて製造できる。
【選択図】図6
Description
すなわち、本発明は、窒化ホウ素ナノチューブに存在するNH基の水素原子がアルキル基で置換されている窒化ホウ素系ナノチューブを提供する。
また、本発明は、窒化ホウ素系ナノチューブが有機溶媒に均一に分散する窒化ホウ素系ナノチューブ分散液も提供する。
上述したように、窒化ホウ素系ナノチューブを有機溶媒に溶解したときの分散性は良好であり、長期間放置しても沈殿を生じることがなく、安定して溶液状態を維持することができる。この窒化ホウ素系ナノチューブ分散液を用いることで成形物が容易に得られる。たとえば、基板やベルト状物の上に窒化ホウ素系ナノチューブの有機溶媒分散液を流延し、加熱して有機溶媒を蒸発させることにより、窒化ホウ素系ナノチューブからなるフィルム状物を容易に、かつ、効率よく製造することができる。
本発明の窒化ホウ素系ナノチューブは、窒化ホウ素ナノチューブに存在するNH基の水素原子がアルキル基で置換されたものである。
ここで、アルキル基とは、炭素数10以上24以下の直鎖あるいは分鎖のアルキル基をいい、芳香族環と置換されていてもよいが、好ましくは、芳香族環を含まない直鎖アルキル基(CnH2n+1)である。具体的には、デカン残基、ウンデカン残基、ドデカン残基、トリデカン残基、テトラデカン残基、ペンタデカン残基、ヘキサデカン残基、ヘプタデカン残基、オクタデカン残基、ノナデカン残基、アイコサン残基、エイコサン残基、ヘンイコサン残基、ヘンアイコサン残基、ドコサン残基、トリコサン残基、テトラコサン残基を挙げることができる。特に好ましくは、ドデカン残基、テトラデカン残基、オクタデカン残基、アイコサン残基、ドコサン残基である。
なお、窒化ホウ素ナノチューブ上にはNH基がダングリング−ボンド欠陥(dangling-bond defect)として存在することが報告されている(非特許文献8参照)。
有機溶媒は、特に限定されるものではないが、エチルアルコール、アセトン、クロロホルムやN,N-ジメチルホルムアミドやこれらの混合溶媒を挙げることができる。
本発明の窒化ホウ素系ナノチューブは、窒化ホウ素ナノチューブとイオン性液体とからなる窒化ホウ素ナノチューブゲルをルイス酸の存在下でハロゲン化アルキルと反応させることで得ることができる。
得られた窒化ホウ素ナノチューブは、硝酸で処理することにより、触媒として使用したマグネシウムや鉄を除く。この方法により、直径が20〜50nmの均一な窒化ホウ素ナノチューブを得ることができる。この方法において、反応温度を1700℃以上、特に1900℃以上に上げると収量は増加するが、直径20〜50nmの窒化ホウ素ナノチューブのほかに、多くの粒子、薄片、数百nm以上の直径を有する繊維状物質が不純物として生成するので好ましくない。逆に、1100℃未満では、窒化ホウ素ナノチューブの収率が低下する。
イオン性液体は、特に限定されるものではなく、イミダゾリウム系、ピリジニウム系、脂肪族系イオン液体を用いることができる。好ましくは、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホナート、1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスフェート、1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムテトラフルオロボラートのようなイミダゾリウム系のイオン性液体である。これらのイオン性液体は沸点が高く、不揮発性であるため、空気中へ飛散しにくく公害問題のない環境にやさしい溶媒である。
この反応で用いるルイス酸は、特に限定されるものではないが、例えば、三フッ化ホウ素、三塩化ホウ素、三臭化ホウ素、塩化マグネシウム、臭化マグネシウム、塩化アルミニウム、塩化第二鉄等を使用することできる。反応に用いるルイス酸の量は、例えば塩化アルミニウムの場合、その重量比は、好ましくは、窒化ホウ素ナノチューブ1重量部に対し、塩化アルミニウム1/5重量部以上である。塩化アルミニウムが1/5重量部以下の場合は、アルキル化反応が十分に進行しない。
すなわち、NH+XR→ NR (ここで、Xはハロゲン原子を、Rはアルキル基を示す。)
の反応である。
図6は、この窒化ホウ素ナノチューブ上に存在するNH基とハロゲン化アルキルとの反応を模式的に示したものである。NH基の水素原子とアルキル基の置換反応により、窒化ホウ素系ナノチューブが得られる。
以下、実施例に従って本発明をさらに詳細に説明する。
一番下の窒化ホウ素ナノチューブ単独のスペクトルには、1363cm-1にメインピークが現れている。3種類のイオン性液体単独には、1021cm-1と1416cm-1にイミダゾール環に基づくピークがある。そして3種類の窒化ホウ素ナノチューブゲルには、この両方のピークがあり、かつ、シフトの位置が変化していないことから、窒化ホウ素とイオン性液体との間には、化学反応は生じておらず、窒化ホウ素ナノチューブゲルは物理的相互作用に基づいて形成されていることが分かった。
Claims (17)
- 窒化ホウ素ナノチューブに存在するNH基の水素原子がアルキル基で置換されている、窒化ホウ素系ナノチューブ。
- 前記アルキル基は、炭素数が10以上24以下の範囲である、請求項1に記載の窒化ホウ素系ナノチューブ。
- 前記窒化ホウ素ナノチューブに存在するNH基は、窒化ホウ素ナノチューブの表面及び/又は両端に存在するものである、請求項1又は2に記載の窒化ホウ素系ナノチューブ。
- 前記窒化ホウ素ナノチューブに存在するNH基の水素原子は、その一部又は全部がアルキル基で置換されている、請求項3に記載の窒化ホウ素系ナノチューブ。
- 前記窒化ホウ素系ナノチューブが有機溶媒に分散している窒化ホウ素系ナノチューブ分散液。
- 前記アルキル基は、炭素数が10以上24以下の範囲である、請求項5に記載の窒化ホウ素系ナノチューブ分散液。
- 前記有機溶媒は、エチルアルコール、アセトン、クロロホルムおよびN,N-ジメチルホルムアミドまたはそれらの混合物である、請求項5又は6に記載の窒化ホウ素系ナノチューブ分散液。
- 窒化ホウ素ナノチューブとイオン性液体とからなる窒化ホウ素ナノチューブゲルをルイス酸の存在下でハロゲン化アルキルと反応させることを特徴とする、窒化ホウ素系ナノチューブの製造方法。
- 前記イオン性液体は、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホナート、1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスフェート及び1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムテトラフルオロボラートの何れかである、請求項8に記載の窒化ホウ素系ナノチューブの製造方法。
- 前記ルイス酸は、塩化アルミニウムである請求項8に記載の窒化ホウ素系ナノチューブの製造方法。
- 前記窒化ホウ素ナノチューブとイオン性液体との混合物がすりつぶされ糊状化されたものである、請求項8に記載の窒化ホウ素系ナノチューブの製造方法。
- 前記窒化ホウ素ナノチューブ1重量部に対し、ハロゲン化アルキルが3重量部以上であり、塩化アルミニウムが1/5重量部以上である、請求項8に記載の窒化ホウ素系ナノチューブの製造方法。
- 前記ハロゲン化アルキルは、1-ブロモアイコサン、1-クロロオクタデカン、1-ブロモオクタデカン、1-ブロモドコサン、1-ブロモテトラデカン、1-クロロテトラデカン、1-ブロモドデカンの何れかである、請求項8〜12の何れかに記載の窒化ホウ素系ナノチューブの製造方法。
- 窒化ホウ素ナノチューブとイオン性液体とからなる、窒化ホウ素ナノチューブゲル。
- 前記イオン性液体は、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホナート、1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスフェート及び1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムテトラフルオロボラートの何れかである、請求項14に記載の窒化ホウ素ナノチューブゲル。
- 前記窒化ホウ素ナノチューブゲルは、前記窒化ホウ素ナノチューブ1重量部と前記イオン性液体99〜32重量部とからなる、請求項15に記載の窒化ホウ素ナノチューブゲル。
- 窒化ホウ素ナノチューブとイオン性液体とを混合し、該混合物をすりつぶして糊状化した後、遠心分離を行うことを特徴とする、窒化ホウ素ナノチューブゲルの製造方法。
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