JP2009215337A

JP2009215337A - 多成分複合型ゲル化剤

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Publication number: JP2009215337A
Application number: JP2008057214A
Authority: JP
Inventors: Masaya Moriyama; 守山雅也; Seiji Ujiie; 氏家誠司
Original assignee: Oita University
Current assignee: Oita University
Priority date: 2008-03-07
Filing date: 2008-03-07
Publication date: 2009-09-24
Anticipated expiration: 2028-03-07
Also published as: JP5205626B2

Abstract

【課題】
複雑な合成段階を踏まずして混合するだけで簡便に調製可能なイオン性複合体からなる水や有機溶剤の多成分複合型ゲル化剤を提供すること。
【解決手段】
1).少なくとも１種類以上の脂肪族アミンと、少なくとも１種類以上の脂肪族カルボン酸を混合してなるイオン性複合体であることを特徴とする水や有機溶剤の多成分複合型ゲル化剤。
2).１分子あたり炭素数１〜２２および窒素数１〜５の脂肪族アミンを少なくとも一種類以上用い、１分子あたり炭素数４〜４５の脂肪族カルボン酸を少なくとも一種類以上用いることを特徴とする請求項１に記載の水や有機溶剤の多成分複合型ゲル化剤。
【選択図】なし

Description

本発明は、水や有機溶剤の多成分複合型ゲル化剤に関するものである。

ゲル化剤と呼ばれる低分子物理ゲル化剤は、近年、油固化剤、化粧品、インク、食品用増粘剤などをはじめとしてその使用範囲が広がっている。また、発色性、発光性、電子・イオン伝導性、熱または光などの外部刺激に応答してそのゲル状態が変化するなどの外場応答性を有する機能性ゲルを形成させるためのゲル化剤についても興味がもたれており、研究開発がなされている。現在、これらゲル化剤として利用されているものは、コレステロールや糖などの分子凝集能力の高いユニット又は水素結合形成に有利なアミド基、ウレタン基、カルボキシル基、ヒドロキシ基などを有する単一化合物が一般的である。よって、溶媒を固化させるゲル化剤としての基本機能を持たせるため、さらには発色性、発光性、電子・イオン伝導性、外場応答性などの付加機能を有するゲル化剤を得るためには、通常、複数段階の有機合成手法が必要となる(特許文献１、非特許文献１)。しかしながら、ゲルの用途拡大および高機能・多機能化には、複雑な合成手法を用いず、簡便に、用途に応じたゲル化剤を調製できることが望まれる。

一方で、二種類以上の化合物を混合したイオン性複合体を含むゲルに関する報告もあるが、イオン性複合体自体にゲル化能はなく，系全体をゲル化させるために前述の水素結合性低分子ゲル化剤を共存させなければならない（特許文献２）．また、イオン性複合体がゲル化能を示す場合でも、混合・複合化する化合物は特定のものに限定されることや、ゲル化対象物である主な溶媒が有機溶剤または水のどちらかに限定される（特許文献３、４、非特許文献２）。

特表２００７−５１０７９１号公報特開２００７−２２０４４８号公報特開２００６−３６９５５号公報特開２００５−３３６３２８号公報 K. Hanabusa et al., Journal of Colloid and Interface Science 224, 231244 (2000). R. Oda, et al., Angewandte Chemie International Edition, 37, 2689-2691 (1998).

本発明は、複雑な合成段階を踏まずして混合するだけで簡便に調製可能なイオン性複合体からなる水や有機溶剤の多成分複合型ゲル化剤を提供することを目的とする。

上記課題を解決する技術的手段は、次の（１）〜（４）の通りである。
（１）、少なくとも１種類以上の脂肪族アミンと、少なくとも１種類以上の脂肪族カルボン酸を混合してなるイオン性複合体であることを特徴とする水や有機溶剤の多成分複合型ゲル化剤。
（２）、１分子あたり炭素数１〜２２および窒素数１〜５の脂肪族アミンを少なくとも一種類以上用い、１分子あたり炭素数４〜４５の脂肪族カルボン酸を少なくとも一種類以上用いることを特徴とする上記（１）に記載の水や有機溶剤の多成分複合型ゲル化剤。
（３）、メチル基、エチル基、ヒドロキシメチル基、ヒドロキシエチル基、メチレン基、エチレン基のうち、一種類又は二種類が置換した２級または３級のアミノ基を有する脂肪族アミンと、カルボキシル基にアルキル基またはアルケニル基が置換した脂肪族カルボン酸を用いることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の水や有機溶剤の多成分複合型ゲル化剤。
（４）、カルボキシル基から少なくとも１つ以上の炭素鎖を介してアゾベンゼン類、スチバゾール類、スチルベン類、ベンジリデンアニリン類、スピロピラン類、フルギド類、ジアリールエテン類、メチルビオロゲン類、アントラセン類、ピレン類、ペリレン類、カルバゾール類が結合した脂肪族カルボン酸を用いることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の水や有機溶剤の多成分複合型ゲル化剤。

本発明の多成分複合型ゲル化剤は、脂肪族アミンと脂肪族カルボン酸を溶解混合または融解混合して複合化するだけで得られるため、複雑な合成段階を踏まずして簡便に調製できる。また、脂肪族アミン中のアミノ基単位に対して０．５〜２．０モル等量のカルボキシル基を有する脂肪族カルボン酸を混合する条件を満たせば、複数の種類の脂肪族アミンと脂肪族カルボン酸が混在してもよい。従って、一種類で複合化した場合には水や有機溶剤に対してゲル化能を示さない発色性、発光性、電子・イオン伝導性、外場応答性原子団が結合した脂肪族アミンまたは脂肪族カルボン酸の組み合わせでも、ゲル化能示す脂肪族アミンと脂肪族カルボン酸の組み合わせに組み入れて複合化することで簡便に発色性、発光性、電子・イオン伝導性、外場応答性を有する機能性ゲルを調製することができる。

本発明の多成分複合型ゲル化剤には、芳香環が直接アミノ基およびカルボキシル基に結合していない脂肪族アミン、脂肪族カルボン酸を用いる。複合化は脂肪族アミンと脂肪族カルボン酸をメタノール、テトラヒドロフラン、水などの溶媒に均一溶解混合した後に溶媒を除去する方法と脂肪族アミンと脂肪族カルボン酸を融解混合する方法がある。この際、脂肪族アミンと脂肪族カルボン酸の間でプロトン移動反応が起こり、イオン性複合体が生成する。この生成したイオン部位に直接芳香環が結合している場合は、適度な分子運動が阻害され、その複合体はゲル化能を示しにくい。

また、混合量に関しては、混合する脂肪族アミンと脂肪族カルボン酸にもよるが、混合する１種類以上の脂肪族アミン中のアミノ基に対して０．５〜２．０モル等量のカルボキシル基を有するように、少なくとも１種類以上の脂肪族カルボン酸を混合することが好ましい。より好ましくは、１．０モル等量である。

使用できる脂肪族アミンとして１分子あたり炭素が１〜２２および窒素が１〜５で構成されているものであれば、他にヒドロキシ基やエーテル結合に含まれる酸素などの他の原子が含まれていてもよい。これらの条件を満たす第１級〜第３級脂肪族アミンが使用できるが、好ましくはメチル基、エチル基、ヒドロキシメチル基、ヒドロキシエチル基、メチレン基、エチレン基のうち、一種類又は二種類が置換した２級または３級のアミノ基を有する脂肪族アミンである。具体的には、ヘキサメチレンテトラミン、ペンタメチルジエチレントリアミン、エチレンジアミンテトラエタノール、エチレンジアミントリエタノール、エチレンジアミンジエタノール、テトラエチルエチレンジアミン、トリエチルエチレンジアミン、ジエチルエチレンジアミン、テトラメチルエチレンジアミン、トリメチルエチレンジアミン、ジメチルエチレンジアミン、１−ピペラジンエタノール、１−エチルピペラジン、１，４−ジメチルピペラジン、１−メチルピペラジン、１，４−ジアザビシクロ[２，２，２]オクタン、トリエタノールアミン、ジエタノールアミン、N−メチルジエタノールアミン、２−[（ヒドロキシメチル）アミノ]エタノール、N,N−ジエチルエタノールアミン、N−エチルエタノールアミン、N,N−ジメチルエタノールアミン、N−メチルエタノールアミン、トリエチルアミン、N−メチルジエチルアミン、N,N−ジメチルエチルアミン、トリメチルアミン、ジエチルアミン、N−エチルメチルアミン、ジメチルアミンを用いることが好ましい。

一方、脂肪族カルボン酸としては１分子あたり炭素数４〜４５の脂肪族カルボン酸が使用でき、酸素やハロゲンなどが含まれていてもよい。このうち炭素数１２以上のアルカン酸またはアルケニル酸、具体的には、ラウリン酸、トリデカン酸、ミリスチン酸、ペンタデカン酸、パルミチン酸、マルガリン酸、ステアリン酸、ノナデカン酸、アラキジン酸、ヘンイコサン酸、ベヘン酸、トリコサン酸、リグノセリン酸、ミリストレイン酸、パルミトレイン酸、エライジン酸、オレイン酸、バクセン酸を用いるのが好ましい。

また、本発明の多成分複合型ゲル化剤が発色性、発光性、電子・イオン伝導性、外場応答性の機能を示す場合には、それぞれの機能原子団が結合した脂肪族アミンまたは脂肪族カルボン酸を混合すればよい。具体的には、発色性、光応答性の場合、アゾベンゼン類、スチバゾール類、スチルベン類、ベンジリデンアニリン類、スピロピラン類、フルギド類、ジアリールエテン類、メチルビオロゲン類などの色素原子団を、発光性の場合は、アントラセン類、ピレン類、ペリレン類、カルバゾール類などの蛍光性原子団が結合した脂肪族アミンまたは脂肪族カルボン酸を用いることができる。これらは、一種類で複合化した場合には水や有機溶剤に対してゲル化能を示さない場合でも、ゲル化能示す脂肪族アミンと脂肪族カルボン酸の組み合わせに組み入れて混合することで使用してもよい。ただし、脂肪族アミンにメチル基、エチル基、ヒドロキシメチル基、ヒドロキシエチル基、メチレン基、エチレン基のうち、一種類又は二種類が置換した２級または３級のアミノ基を有する脂肪族アミンを用いた場合、上記機能性原子団は脂肪族カルボン酸に含まれることが好ましい。

本発明の多成分複合型ゲル化剤が適用できるゲル化対象物、つまり溶媒としては、複合化する脂肪族アミンと脂肪族カルボン酸の組み合わせにも依存するが、水および種々の有機溶剤である。有機溶剤としては、例えば、ヘキサン、シクロヘキサン、酢酸エチル、メタノール、エタノール、ブタノール、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシドなどを挙げることができる。

また、ゲル化が起こる場合のゲル化剤の溶媒に対する重量％濃度は、複合化する脂肪族アミンと脂肪族カルボン酸の組み合わせおよび溶媒の種類にも依存するが、ほとんどの場合、４重量％以上であればよい。
以下に実施例を挙げて本発明の多成分複合型ゲル化剤をさらに具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

表１に示す脂肪族アミンと脂肪族カルボン酸の組み合わせで、脂肪族アミン中のアミノ基に対して脂肪族カルボン酸のカルボキシル基が１．０モル等量になるようにそれぞれを量り取り、ガラス製サンプル管に入れた。なお、混合総重量が５０ｍｇになるようにした。そのサンプル管にメタノール1ｍｌ加えて均一に溶解後、メタノールを減圧除去しイオン性複合体(ゲル化剤)を得た。その後、サンプル管にゲル化対象物である水を０．５ｍｌ加え、ホットプレート上で加熱溶解後、室温まで放冷し、２時間静置した後にゲルの形成を観察した。なお、ゲル化剤の濃度は９重量％である。評価結果も表１に示す（NG：ゲル化せず，G：ゲル化）。

表２に示す脂肪族アミンと脂肪族カルボン酸としてパルミチン酸の組み合わせで、脂肪族アミン中のアミノ基に対してパルミチン酸のカルボキシル基が１．０モル等量になるようにそれぞれを量り取り、ガラス製サンプル管に入れた。なお、混合総重量が５０ｍｇになるようにした。そのサンプル管にメタノール1ｍｌ加えて均一に溶解後、メタノールを減圧除去しイオン性複合体(ゲル化剤)を得た。その後、サンプル管に表2に示すゲル化対象物の溶媒０．５ｍｌを加え、ホットプレート上で加熱溶解させた後、室温まで放冷、２時間静置し、ゲルの形成を観察した。なお、ゲル化剤の濃度はおおむね９重量％である。評価結果も表２に示す（NG：ゲル化せず，G：ゲル化）。

表３に示す脂肪族アミンと脂肪族カルボン酸の組み合わせで、脂肪族アミン中のアミノ基に対して脂肪族カルボン酸のカルボキシル基が１．０モル等量になるようにそれぞれを量り取り、ガラス製サンプル管に入れた。なお、混合総重量が５０ｍｇになるようにした。そのサンプル管にメタノール1ｍｌ加えて均一に溶解後、メタノールを減圧除去しイオン性複合体(ゲル化剤)を得た。その後、ゲル化剤の濃度がサンプル管に表３に示す重量％濃度になるようにゲル化対象物である溶媒を加え、ホットプレート上で加熱溶解させた後、室温まで放冷、２時間静置し、ゲルの形成を観察した。結果を表３に示す（NG：ゲル化せず，G：ゲル化）。

表４に示す脂肪族アミンと下記の構造式（１）または（２）で示されるアゾベン類が結合した脂肪族カルボン酸の組み合わせで、脂肪族アミン中のアミノ基に対して脂肪族カルボン酸のカルボキシル基が１．０モル等量になるようにそれぞれを量り取り、ガラス製サンプル管に入れた。なお、混合総重量が５０ｍｇになるようにした。そのサンプル管にメタノール1ｍｌ加えて均一に溶解後、メタノールを減圧除去しイオン性複合体を得た。その後、サンプル管にゲル化対象物である水を０．５ｍｌ加え、ホットプレート上で加熱溶解させた後、室温まで放冷、２時間静置し、ゲルの形成を観察した。結果を表４に示す（NG：ゲル化せず，G：ゲル化，カッコ内はゲルの色）。
構造式（１）

構造式（２）

脂肪族アミンとしてのエチレンジアミンジエタノールと、脂肪族カルボン酸としてステアリン酸および下記構造式（３）で示されるピレンが結合した脂肪族カルボン酸を、モル比が1：１．８：０．１になるようにそれぞれを量り取り、ガラス製サンプル管に入れた。これはエチレンジアミンジエタノール中のアミノ基に対して両脂肪族カルボン酸の総カルボキシル基が１．０モル等量になる量比である。また、混合総重量が３１ｍｇになるようにした。そのサンプル管にメタノール1ｍｌ加えて均一に溶解後、メタノールを減圧除去しイオン性複合体を得た。その後、サンプル管にゲル化対象物であるジメチルスルホキシド０．５ｍｌを加え、ホットプレート上で加熱溶解させた後、室温まで放冷、２時間静置し、ゲルの形成を観察した。結果を表５に示す（NG：ゲル化せず，G：ゲル化）。また、このゲルはブラックライト照射下で青緑色に発光した。
構造式（３）

本発明の多成分複合型ゲル化剤は、脂肪族アミンと脂肪族カルボン酸を溶解混合または融解混合して複合化するだけで得られるため、複雑な合成段階を踏まずして簡便に調製でき、脂肪族アミンと脂肪族カルボン酸の組み合わせ等によってゲル化する溶媒等の性能を用途に応じて変化させられる。よって、適当な組み合わせを用いることで、新規な油固化剤、化粧品、インク、食品用増粘剤などへの利用も可能である。また、発色性、発光性、電子・イオン伝導性、外場応答性原子団を簡便にゲル内に組み込むことができるため、情報記録デバイス、照明、電池、センサーなどへの利用も可能である。

Claims

少なくとも１種類以上の脂肪族アミンと、少なくとも１種類以上の脂肪族カルボン酸を混合してなるイオン性複合体であることを特徴とする水や有機溶剤の多成分複合型ゲル化剤。
１分子あたり炭素数１〜２２および窒素数１〜５の脂肪族アミンを少なくとも一種類以上用い、１分子あたり炭素数４〜４５の脂肪族カルボン酸を少なくとも一種類以上用いることを特徴とする請求項１に記載の水や有機溶剤の多成分複合型ゲル化剤。
メチル基、エチル基、ヒドロキシメチル基、ヒドロキシエチル基、メチレン基、エチレン基のうち、一種類又は二種類が置換した２級または３級のアミノ基を有する脂肪族アミンを用い、カルボキシル基にアルキル基、アルケニル基が置換した脂肪族カルボン酸を用いることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の水や有機溶剤の多成分複合型ゲル化剤。
カルボキシル基から少なくとも１つ以上の炭素鎖を介してアゾベンゼン類、スチバゾール類、スチルベン類、ベンジリデンアニリン類、スピロピラン類、フルギド類、ジアリールエテン類、メチルビオロゲン類、アントラセン類、ピレン類、ペリレン類、カルバゾール類が結合した脂肪族カルボン酸を用いることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の水や有機溶剤の多成分複合型ゲル化剤。