JP2010162788A - Tubular structure for transferring aqueous solution, and method for producing the same - Google Patents

Tubular structure for transferring aqueous solution, and method for producing the same Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a tubular structure requiring no washing by making the internal wall of the tubular structure completely super-hydrophobic, and a method for easily and efficiently producing the tubular structure. <P>SOLUTION: The tubular structure for transferring an aqueous solution is formed by coating the internal wall surface of a tubular solid base material (X) with a super-hydrophobic coat made of a nano-structure (Y) obtained by bonding a hydrophobic group (C) to silica nano-fiber (B). The method for producing the tubular structure for transferring the aqueous solution includes forming a polymer layer with a polyethylene-imine skeleton on the inner surface of the tubular solid base material (X), bringing the polymer layer into contact with a silica source liquid, and then performing hydrophobic treatment to form the internal wall of the base material (X) into a super-hydrophobic surface. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、水性溶液移動に用いる管状構造物に関するものであり、詳しくはその内壁が完全に水を弾く超疎水性被膜で覆われることにより、水性溶液を流した後でも当該管状構造物の内壁を洗浄することなく、そのまま繰り返し使用可能な管状構造物とその製造方法に関する。   The present invention relates to a tubular structure used for aqueous solution movement, and more specifically, the inner wall of the tubular structure is covered with a superhydrophobic coating that completely repels water, so that the inner wall of the tubular structure is flowed even after flowing an aqueous solution. The present invention relates to a tubular structure that can be used as it is without washing, and a method for manufacturing the same.

固体表面を超疎水性化する、即ち水滴の接触角を大きくすることによって、水が該固体表面で付着出来なくなり、自己洗浄とも言える表面機能を発現させることができる。特に、水接触角が170°以上の固体表面では、水滴は該表面で転がり、水との接触痕跡を残さずに清浄な状態を長く維持することになる。言い換えれば、超疎水性表面を有する容器などに水性溶液を流した後でも、その容器の内壁には該溶液の液滴すら残さず完全に清潔な状態を保つことができる。従って、容器を洗浄することなく繰り返し使用することができる。   By making the solid surface superhydrophobic, that is, by increasing the contact angle of water droplets, water cannot adhere to the solid surface, and a surface function that can be called self-cleaning can be expressed. In particular, on a solid surface having a water contact angle of 170 ° or more, the water droplets roll on the surface and maintain a clean state for a long time without leaving traces of contact with water. In other words, even after an aqueous solution is poured into a container having a superhydrophobic surface, even the droplets of the solution are not left on the inner wall of the container and can be kept completely clean. Therefore, the container can be used repeatedly without washing.

自然界の蓮の葉は自己洗浄機能を有する最も代表的な例である。蓮の葉は超疎水性(超撥水性とも言う)を有するが、その機能は葉っぱの表面構造と深く関係している。即ち、ナノファイバーが表面全体に広がりながら表層を形成し、その上にナノファイバーの会合体のようなミクロンサイズの凸起物が一定距離で最表面層を作りあげており、且つこれらのナノファイバーの表面に疎水性ワックスが存在する。このことで、水は表面付着できずに蓮の葉の表面で転がり、その転がりの力で表面汚れ等を落とす、所謂自己洗浄機能を発現する。   The lotus leaf in nature is the most typical example with a self-cleaning function. Lotus leaves are superhydrophobic (also called superhydrophobic), but their functions are closely related to the leaf surface structure. That is, the surface layer is formed while the nanofibers are spread over the entire surface, and micron-sized protrusions such as nanofiber aggregates are formed on the outermost surface layer at a certain distance. Hydrophobic wax is present on the surface. As a result, water does not adhere to the surface but rolls on the surface of the lotus leaf, and a so-called self-cleaning function is developed that removes surface dirt and the like by the rolling force.

蓮の葉を模倣することで、超疎水性を示すフラットな固体表面構築は多く検討されて来ている。例えば、カーボンナノチューブを基材表面に規則的に配列させることで、接触角を170°以上に上げることが報告されている(例えば、非特許文献1参照。)。また、白金コートされたシリコン表面に、電気化学プロセスでポリピロールのナノファイバーを成長させ、表面接触角を170°以上にすることが報告されている(例えば、非特許文献2参照。)。また、ガラス基材表面に400℃以上の温度で、酸化亜鉛のナノ結晶シーズ膜を形成させた後、その上でロッド状の酸化亜鉛のナノファイバーを無数に成長させることで超疎水性を発現している(例えば、非特許文献3参照。)。   Many attempts have been made to construct a flat solid surface that exhibits superhydrophobicity by imitating a lotus leaf. For example, it has been reported that the contact angle is increased to 170 ° or more by regularly arranging the carbon nanotubes on the surface of the substrate (see, for example, Non-Patent Document 1). In addition, it has been reported that polypyrrole nanofibers are grown on a platinum-coated silicon surface by an electrochemical process to increase the surface contact angle to 170 ° or more (see, for example, Non-Patent Document 2). In addition, after forming a zinc oxide nanocrystal seed film on the surface of a glass substrate at a temperature of 400 ° C. or higher, super-hydrophobicity is manifested by growing an infinite number of rod-shaped zinc oxide nanofibers on the film. (For example, see Non-Patent Document 3).

単純な方法としては、例えば、ポリプロピレンの溶液に一定の貧溶剤を加え、それを基材表面にキャストし、温度調整することにより、ポリプロピレンのナノ粒子からなるネットワーク構造を形成させ、それにより接触角を160°まで上げたことが報告されている(例えば、非特許文献4参照。)。また、ケイ素、ホウ素、ナトリウムの酸化物からなるガラスに相分離構造を持たせ、それをさらに化学処理でエッチングすることにより、その表面に凹凸構造を誘導した後、最後に、表面にフッ素化合物を反応させることで超疎水性を発現できることも示されている(例えば、特許文献1参照。)。さらに、ポリアリールアミンとポリアクリル酸との積層膜を作製したのち、その表面を化学法で処理することで表面ポーラス構造を誘導し、その上にシリカナノ粒子を固定した後、最後にフッ素化アルキル残基を有するシランカップリング剤で処理することで、超疎水性表面を構築することも知られている(例えば、特許文献2参照。)。   As a simple method, for example, a certain poor solvent is added to a solution of polypropylene, and it is cast on the surface of a substrate, and the temperature is adjusted, thereby forming a network structure composed of polypropylene nanoparticles, and thereby a contact angle. Has been reported to be increased to 160 ° (for example, see Non-Patent Document 4). In addition, a glass composed of oxides of silicon, boron, and sodium has a phase separation structure, and it is further etched by chemical treatment to induce a concavo-convex structure on the surface, and finally a fluorine compound is applied to the surface. It has also been shown that superhydrophobicity can be expressed by reaction (see, for example, Patent Document 1). Furthermore, after producing a laminated film of polyarylamine and polyacrylic acid, the surface is treated with a chemical method to induce a surface porous structure, and silica nanoparticles are fixed thereon, and finally a fluorinated alkyl. It is also known to construct a superhydrophobic surface by treating with a silane coupling agent having a residue (see, for example, Patent Document 2).

上記で提案されている方法の中で、無機材質をベースにする超疎水性表面の場合、ナノ構造を備える表面荒さを作製する工程は煩雑であり、コストも高い。また、有機ポリマーをベースにする超疎水性表面の場合、コストは低いが、得られた超疎水性表面の耐溶剤性、耐腐食性が低く、実用上の問題がある。更に上記で提案されている方法は平面状固体表面で作製されることを特徴とするが、管状基材の内壁という限られた空間を無機材質系超疎水性表面で被覆させた例はない。   Among the methods proposed above, in the case of a superhydrophobic surface based on an inorganic material, the process of producing the surface roughness provided with the nanostructure is complicated and expensive. Further, in the case of a superhydrophobic surface based on an organic polymer, the cost is low, but the solvent resistance and corrosion resistance of the obtained superhydrophobic surface are low, which causes a practical problem. Furthermore, the method proposed above is characterized in that it is produced on a planar solid surface, but there is no example in which a limited space called an inner wall of a tubular base material is covered with an inorganic material-based superhydrophobic surface.

特表2008−508181号公報Special table 2008-508181 米国特許出願公開第2006/029808号明細書US Patent Application Publication No. 2006/029808

Sun et al.,Acc.Chem.Res.,2005,38,644−652Sun et al. , Acc. Chem. Res. 2005, 38, 644-652. Li et al.,J.Mater.Chem.,2008,18,2276−2280Li et al. , J .; Mater. Chem. , 2008, 18, 2276-2280 Feng et al.,J.Am.Chem.Soc.,2004,126,62−63Feng et al. , J .; Am. Chem. Soc. , 2004, 126, 62-63 Erbil et al.,Science,2003,299,1377−1380Erbil et al. , Science, 2003, 299, 1377-1380

上記実情を鑑み、本発明が解決しようとする課題は、管状構造物の内壁を完全に超疎水化することによる洗浄不要の管状構造物、およびその簡便且つ効率的な製造方法を提供することにある。   In view of the above circumstances, the problem to be solved by the present invention is to provide a tubular structure that does not require cleaning by completely superhydrophobizing the inner wall of the tubular structure, and a simple and efficient manufacturing method thereof. is there.

本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、有機物であるポリマーと無機物であるシリカとがナノメートルオーダーで複合化されてなるファイバー状のナノ構造体が管状基材内表面全体に広がり、それが内壁を完全に被覆するほどの被膜として基材上に複雑構造のナノ界面を形成させた後、その表面を疎水化処理することにより、超疎水性表面を有する管状構造物が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors have found that a fiber-like nanostructure obtained by combining an organic polymer and an inorganic silica on the nanometer order is a tubular substrate. Tubular with a superhydrophobic surface by forming a nanostructure of complex structure on the substrate as a coating that spreads over the entire inner surface and completely covers the inner wall, and then hydrophobizing the surface The present inventors have found that a structure can be obtained and have completed the present invention.

即ち、本発明は、管状基材の内壁表面が、管状固体基材の内壁表面が超疎水性被膜で被覆されてなる管状構造物であって、該超疎水性被膜が、シリカナノファイバーに疎水性基が結合してなるナノ構造体からなるものであることを特徴とする水性溶液移動用管状構造物とその製造方法を提供するものである。   That is, the present invention provides a tubular structure in which the inner wall surface of a tubular substrate is coated with the superhydrophobic coating on the inner wall surface of a tubular solid substrate, and the superhydrophobic coating is hydrophobic on silica nanofibers. The present invention provides a tubular structure for transferring an aqueous solution characterized by comprising a nanostructure formed by bonding groups, and a method for producing the same.

本発明の超疎水性表面を有する管状構造物は、ガラス、無機金属酸化物、プラスチックなどの基材を主とし、水性溶液を流した後であっても該溶液が付着することがないため、洗浄・乾燥等の後処理を必要としないものである。又、該構造物の製造方法は汎用の設備で実施可能であり、簡便且つ低コストで製造することができる。従って、本発明で提供する水性溶液移動用管状構造物は、精密合成装置を用いる化学産業をはじめとし、医療などの分野へも応用することができる。   The tubular structure having a superhydrophobic surface of the present invention is mainly composed of a substrate such as glass, inorganic metal oxide, plastic, etc., and the solution does not adhere even after flowing an aqueous solution. It does not require post-treatment such as washing and drying. Moreover, the manufacturing method of this structure can be implemented with a general purpose equipment, and can be manufactured simply and at low cost. Therefore, the tubular structure for moving an aqueous solution provided by the present invention can be applied not only to the chemical industry using a precision synthesizer but also to medical fields.

実施例1で得た疎水化処理前の走査型電子顕微鏡写真である。2 is a scanning electron micrograph obtained in Example 1 before hydrophobization treatment. 実施例1で得た、疎水化処理後のガラスチューブ管内を流れる水滴の一瞬一瞬の高速カメラ写真である。図2の3番目では水滴接触角の計算を示した。It is the high-speed camera photograph of the moment of the water droplet which flows in the glass tube tube after the hydrophobization process obtained in Example 1. FIG. The third part of FIG. 2 shows the calculation of the water droplet contact angle. 実施例2で硝酸銅溶液を流した後、ピペットを洗浄して得た溶液のデジタル写真である。aは超疎水性内壁のピペットからの洗浄液、bは普通ガラスピペットからの洗浄液。2 is a digital photograph of a solution obtained by washing a pipette after flowing a copper nitrate solution in Example 2. FIG. a is the cleaning solution from the pipette of the superhydrophobic inner wall, and b is the cleaning solution from the ordinary glass pipette. 実施例2で硝酸銅溶液を流した後、ピペットを洗浄して得た溶液のUV−Visスペクトルである。aは超疎水性内壁のピペットからの洗浄液、bは普通ガラスピペットからの洗浄液。It is a UV-Vis spectrum of the solution obtained by flowing a copper nitrate solution in Example 2 and then washing the pipette. a is the cleaning solution from the pipette of the superhydrophobic inner wall, and b is the cleaning solution from the ordinary glass pipette. 実施例3で硝酸コバルト溶液を流した後、ピペットを洗浄して得た溶液のUV−Visスペクトルである。aは超疎水性内壁のピペットからの洗浄液、bは普通ガラスピペットからの洗浄液。FIG. 4 is a UV-Vis spectrum of a solution obtained by washing a pipette after flowing a cobalt nitrate solution in Example 3. FIG. a is the cleaning solution from the pipette of the superhydrophobic inner wall, and b is the cleaning solution from the ordinary glass pipette.

本発明者らは既に、直鎖状ポリエチレンイミン骨格を有するポリマーが水性媒体中で自己組織化的に成長する結晶性会合体を反応場にし、溶液中でその会合体表面にてアルコキシシランを加水分解的に縮合させ、シリカを析出させることで得られる、ナノファイバーを基本ユニットにした複雑形状のシリカ含有ナノ構造体を提供した(特開2005−264421号公報、特開2005−336440号公報、特開2006−063097号公報、特開2007−051056号公報参照。)。   The present inventors have already used a crystalline aggregate in which a polymer having a linear polyethyleneimine skeleton grows in an aqueous medium in a self-organizing manner as a reaction field, and hydrolyzes alkoxysilane on the surface of the aggregate in a solution. Provided is a silica-containing nanostructure having a complicated shape having a nanofiber as a basic unit, which is obtained by decomposing condensation and precipitating silica (Japanese Patent Laid-Open No. 2005-264421, Japanese Patent Laid-Open No. 2005-336440, (See JP 2006-063097 A and JP 2007-051056 A.)

この技術の基本原理は、溶液中で直鎖状ポリエチレンイミン骨格含有ポリマーの結晶性会合体を自発的に生長させることであり、一旦結晶性会合体ができたら、後は単に該結晶性会合体の分散液中にシリカソースを混合して、結晶性会合体表面上だけでのシリカの析出を自然に任せることになる(いわゆる、ゾルゲル反応)。この手法で得られるシリカ含有ナノ構造体は基本的にナノファイバーを構造形成のユニットとするものであり、それらユニットの空間的配列によって全体の構造体の形状を誘導するため、ナノレベルの隙間が多く、表面積が大きい。これはちょうどナノレベルで荒い表面構造形成を満たす効率的なプロセスになるものと考えられる。   The basic principle of this technique is to spontaneously grow a crystalline aggregate of a linear polyethyleneimine skeleton-containing polymer in a solution. Once a crystalline aggregate is formed, the crystalline aggregate is then simply used. A silica source is mixed in the dispersion liquid, and the deposition of the silica only on the surface of the crystalline aggregate is allowed to leave naturally (so-called sol-gel reaction). The silica-containing nanostructures obtained by this method basically have nanofibers as units for structure formation, and the spatial arrangement of these units induces the shape of the entire structure, so that nano-level gaps are not generated. Many have a large surface area. This is considered to be an efficient process that satisfies the rough surface structure formation at the nano level.

上記で提案した溶液中での直鎖状ポリエチレンイミン骨格含有ポリマーの結晶性会合体の生長を、任意形状の固体基材の表面にて進行させ、基材上にポリマーの結晶性会合体の層が形成できれば、その固体基材上にシリカとポリマーとが複合化された新しい表面を有するナノ構造物を構築することができると考えられる。   The growth of the crystalline aggregate of the linear polyethyleneimine skeleton-containing polymer in the solution proposed above proceeds on the surface of a solid substrate of an arbitrary shape, and the layer of the crystalline association of the polymer on the substrate If it can form, it is thought that the nanostructure which has a new surface by which the silica and the polymer were compounded on the solid substrate can be constructed.

従って、上記課題解決の根本的な問題は、如何に固体基材の表面に直鎖状ポリエチレンイミン骨格含有ポリマーの自己組織化会合体の安定な層(被膜)を形成させるかだけになる。ポリエチレンイミン骨格含有ポリマーの重要な特徴は、塩基性であること、そして極めて高い極性を有することである。従って、直鎖状ポリエチレンイミン骨格含有ポリマーは金属基材、ガラス基材、無機金属酸化物基材、極性表面を有するプラスチック基材、セルロース基材など多くの電子受容体基材類や、ルイス酸性基材類、酸性基材類、極性基材類、水素結合性基材類等の様々な表面と強い相互作用力(吸着力)を有する。本発明者らは、直鎖状ポリエチレンイミン骨格含有ポリマーのこの特徴を生かし、管状固体基材内表面と一定濃度、一定温度のポリエチレンイミン骨格含有ポリマーとの分子溶液と接触(浸漬)させることにより、溶液中の該ポリマーが管状固体基材内表面に吸引され、結果的には該ポリマーの分子会合体からなる層が、固体基材内表面の接触させた部分の全面に渡り容易に形成できることを見出した。更にこのようにして得られたポリマー層を内壁に有する管状固体基材とシリカソース液とを接触させることで、管状固体基材内面を複雑な構造を有するシリカとポリマーとが複合してなるナノ構造体で被覆させることができ、そのナノ構造体のシリカの部分に疎水性基を有するシラン類を化学結合させることにより、管状固体基材内面に超疎水性を発現する表面を構築した。   Therefore, the fundamental problem in solving the above problem is only how to form a stable layer (film) of a self-assembled aggregate of linear polyethyleneimine skeleton-containing polymers on the surface of the solid substrate. An important feature of a polymer containing a polyethyleneimine skeleton is that it is basic and has a very high polarity. Therefore, the linear polyethyleneimine skeleton-containing polymer is a metal substrate, a glass substrate, an inorganic metal oxide substrate, a plastic substrate having a polar surface, a cellulose substrate, many electron acceptor substrates, Lewis acid It has a strong interaction force (adsorption force) with various surfaces such as base materials, acidic base materials, polar base materials, and hydrogen-bonding base materials. Taking advantage of this feature of the linear polyethyleneimine skeleton-containing polymer, the present inventors contacted (immersed) the inner surface of the tubular solid substrate with a molecular solution of the polyethyleneimine skeleton-containing polymer having a constant concentration and a constant temperature. The polymer in the solution is sucked to the inner surface of the tubular solid substrate, and as a result, a layer composed of molecular aggregates of the polymer can be easily formed over the entire contacted portion of the inner surface of the solid substrate. I found. Furthermore, the tubular solid base material having the polymer layer thus obtained on the inner wall is brought into contact with the silica source liquid, so that the inner surface of the tubular solid base material is a composite of silica and polymer having a complicated structure. A surface that exhibits superhydrophobicity was constructed on the inner surface of the tubular solid substrate by chemically bonding silanes having hydrophobic groups to the silica part of the nanostructure.

なお、本発明においてナノ構造体とは、ナノメートルオーダーの繰り返し単位(ユニット)からなるファイバー形状を有する構造体のことを言うものである。ナノ構造体(y1)は上記したポリマーとシリカとを主構成成分とするナノファイバーからなる構造体であり、ナノ構造体(y2)はシリカを主構成成分とするナノファイバーからなる構造体である。このナノ構造体(y1)、(y2)を疎水化処理することによって、超疎水性被膜を形成するナノ構造体(Y)を得ることができる。   In addition, in this invention, a nanostructure means the structure which has a fiber shape which consists of a repeating unit (unit) of nanometer order. The nanostructure (y1) is a structure made of nanofibers having the above-mentioned polymer and silica as main constituent components, and the nanostructure (y2) is a structure made of nanofibers having silica as main constituent components. . By subjecting these nanostructures (y1) and (y2) to a hydrophobic treatment, a nanostructure (Y) that forms a superhydrophobic film can be obtained.

本発明の水性溶液移動用管状構造物(以下構造物と略す)は、管状固体基材(X)の内壁表面が超疎水性被膜で被覆されてなり、超疎水性被膜がシリカナノファイバー(B)に疎水性基(C)が結合してなるナノ構造体(Y)からなるものである。詳しくは、管状固体基材(X)の内壁表面がポリエチレンイミン骨格(a)を有するポリマー(A)とシリカとを含有するファイバー形状のナノ構造材(y1)、または該ナノ構造体(y1)中のポリマー(A)を焼成により除去して得られるファイバー状のナノ構造材(y2)によって被覆され、その構造体表面に疎水性基(C)が結合したものである。   The tubular structure for aqueous solution transfer (hereinafter abbreviated as structure) of the present invention is such that the inner wall surface of the tubular solid substrate (X) is coated with a superhydrophobic coating, and the superhydrophobic coating is silica nanofiber (B). It consists of a nanostructure (Y) formed by bonding a hydrophobic group (C). Specifically, a fiber-shaped nanostructure material (y1) in which the inner wall surface of the tubular solid substrate (X) contains a polymer (A) having a polyethyleneimine skeleton (a) and silica, or the nanostructure (y1) The polymer (A) in the inside is coated with a fiber-like nanostructure material (y2) obtained by removing by baking, and a hydrophobic group (C) is bonded to the surface of the structure.

[管状固体基材(X)]
本発明において使用する管状固体基材(X)としては、後述する直鎖状ポリエチレンイミン骨格(a)を有するポリマー(A)が吸着できるものであれば、素材・大きさ等は特に限定されず、例えば、ガラス、金属、金属酸化物などの無機材料系基材、樹脂(プラスチック)、セルロース、繊維、紙などの有機材料系基材等、更にはガラス、金属、金属酸化物、プラスチック表面を化学処理した基材などを使用できる。
[Tubular solid substrate (X)]
The tubular solid substrate (X) used in the present invention is not particularly limited as long as the polymer (A) having a linear polyethyleneimine skeleton (a) described later can be adsorbed. For example, inorganic material base materials such as glass, metal, metal oxide, organic material base materials such as resin (plastic), cellulose, fiber, paper, etc. Furthermore, glass, metal, metal oxide, plastic surface Chemically treated substrates can be used.

無機材料系ガラス基材としては、特に限定することではないが、例えば、耐熱ガラス(ホウケイ酸ガラス)、ソーダライムガラス、クリスタルガラス、鉛や砒素を含まない光学ガラスなどのガラスを好適に用いることができる。ガラス基材の使用においては、必要に応じ、表面を水酸化ナトリウムなどのアルカリ溶液でエッチングして用いることができる。   Although it does not specifically limit as an inorganic material type glass substrate, For example, glass, such as heat resistant glass (borosilicate glass), soda-lime glass, crystal glass, optical glass which does not contain lead and arsenic, is used suitably. Can do. In the use of a glass substrate, the surface can be used by etching with an alkaline solution such as sodium hydroxide, if necessary.

無機材料系金属基材としては特に限定しないが、例えば、鉄、銅、アルミ、ステンレス、亜鉛、銀、金、白金、またはこれらの合金などからなる基材を好適に用いることができる。   Although it does not specifically limit as an inorganic material type metal base material, For example, the base material which consists of iron, copper, aluminum, stainless steel, zinc, silver, gold | metal | money, platinum, or these alloys etc. can be used suitably.

無機材料系金属酸化物基材としては、特に限定することではないが、例えば、酸化スズ、酸化銅、酸化チタン、酸化亜鉛、アルミナなどを好適に用いることができる。   Although it does not specifically limit as an inorganic material type metal oxide base material, For example, a tin oxide, copper oxide, a titanium oxide, a zinc oxide, an alumina etc. can be used suitably.

樹脂基材としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカボナート、ポリエステル、ポリスチレン、ポリメタクリレート、ポリ塩化ビニール、ポリエチレンアルコール、ポリイミド、ポリアミド、ポリウレタン、エポキシ樹脂、セルロースなどの各種ポリマーの加工品を用いることができる。各種ポリマーの使用においては、必要に応じ、内壁表面を化学処理したものであっても、硫酸またはアルカリ等で処理したものであっても良い。   As the resin base material, for example, processed products of various polymers such as polyethylene, polypropylene, polycarbonate, polyester, polystyrene, polymethacrylate, polyvinyl chloride, polyethylene alcohol, polyimide, polyamide, polyurethane, epoxy resin, and cellulose can be used. it can. In the use of various polymers, the inner wall surface may be chemically treated or treated with sulfuric acid or alkali as necessary.

管状固体基材(X)の最小内径は、その内表面に後述する超疎水性被膜を形成させる必要があるため10μmであり、それ以上のものであれば特に制限することなく好適に用いることができる。本発明における管状構造物とは、必ずしもその内径は均一な管状固体基材を用いる必要はなく、更に、水性溶液の出入り口として2箇所以上を有する形状である必要もなく、例えば、フラスコ・ビーカー等の水性溶液を一時的に保持してからその他の容器等に移し変えるために用いる水性溶液移動用管状構造物であっても良い。   The minimum inner diameter of the tubular solid substrate (X) is 10 μm because it is necessary to form a superhydrophobic film, which will be described later, on the inner surface thereof. it can. The tubular structure in the present invention does not necessarily need to use a tubular solid base material having a uniform inner diameter, and does not need to have a shape having two or more outlets for an aqueous solution, such as a flask and a beaker. An aqueous solution moving tubular structure used for temporarily holding the aqueous solution and then transferring it to another container or the like may be used.

後述する、本発明の構造物の製造方法において、焼成工程によりポリマー(A)を除去する場合には、焼成温度において変質しない素材からなる管状固体基材を用いる必要があることは勿論である。   In the method for producing the structure of the present invention, which will be described later, when removing the polymer (A) by the firing step, it is needless to say that a tubular solid substrate made of a material that does not deteriorate at the firing temperature must be used.

[ポリエチレンイミン骨格(a)を有するポリマー(A)]
本発明において、管状固体基材(X)上に形成するポリマー層には、直鎖状ポリエチレンイミン骨格(a)を有するポリマー(A)を用いることを必須とする。該直鎖状ポリエチレンイミン骨格(a)を有するポリマー(A)としては、線状、星状、櫛状構造の単独重合体であっても、他の繰り返し単位を有する共重合体であっても良い。共重合体の場合には、該ポリマー(A)中の直鎖状ポリエチレンイミン骨格(a)のモル比が20%以上であることが、安定なポリマー層を形成できる点から好ましく、該直鎖状ポリエチレンイミン骨格(a)の繰り返し単位数が10以上である、ブロック共重合体であることがより好ましい。
[Polymer having Polyethyleneimine Skeleton (a) (A)]
In the present invention, it is essential to use the polymer (A) having the linear polyethyleneimine skeleton (a) for the polymer layer formed on the tubular solid substrate (X). The polymer (A) having the linear polyethyleneimine skeleton (a) may be a linear, star-like or comb-like homopolymer, or a copolymer having other repeating units. good. In the case of a copolymer, the molar ratio of the linear polyethyleneimine skeleton (a) in the polymer (A) is preferably 20% or more from the viewpoint that a stable polymer layer can be formed. A block copolymer having a repeating polyethyleneimine skeleton (a) having 10 or more repeating units is more preferable.

前記直鎖状ポリエチレンイミン骨格(a)を有するポリマーとしては、単独重合体であっても共重合体であっても、ポリエチレンイミン骨格部分に相当する分子量が500〜1,000,000の範囲であると、安定なポリマー層を基材(X)上に形成することができる点から好ましい。これら直鎖状ポリエチレンイミン骨格(a)を有するポリマー(A)は市販品または本発明者らがすでに開示した合成法(前記特許文献参照。)により得ることができる。   The polymer having the linear polyethyleneimine skeleton (a) may be a homopolymer or a copolymer, and the molecular weight corresponding to the polyethyleneimine skeleton portion is in the range of 500 to 1,000,000. When it exists, it is preferable from the point which can form a stable polymer layer on base material (X). The polymer (A) having the linear polyethyleneimine skeleton (a) can be obtained from a commercially available product or a synthesis method already disclosed by the present inventors (see the above-mentioned patent document).

後述するように、前記ポリマー(A)は様々な溶液に溶解して用いることができるが、この時、直鎖状ポリエチレンイミン骨格(a)を有するポリマー(A)以外に、該ポリマー(A)と相溶するその他のポリマーと混合して用いることができる。その他のポリマーとしては、例えば、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリアクリルアミド、ポリ(N−イソプロピルアクリルアミド)、ポリヒドロキシエチルアクリレート、ポリメチルオキサゾリン、ポリエチルオキサゾリン、ポリプロピレンイミンなどを挙げることができる。これらのその他のポリマーを用いることにより、得られる構造物中の表面にあるナノ構造体(Y)の厚み、即ち超疎水性被膜の厚みを容易に調整することが可能となる。   As will be described later, the polymer (A) can be used by dissolving in various solutions. At this time, in addition to the polymer (A) having a linear polyethyleneimine skeleton (a), the polymer (A) It can be used by mixing with other polymers that are compatible with. Examples of the other polymer include polyethylene glycol, polyvinyl alcohol, polyvinyl pyrrolidone, polyacrylamide, poly (N-isopropylacrylamide), polyhydroxyethyl acrylate, polymethyloxazoline, polyethyloxazoline, and polypropyleneimine. By using these other polymers, it is possible to easily adjust the thickness of the nanostructure (Y) on the surface of the resulting structure, that is, the thickness of the superhydrophobic coating.

[シリカナノファイバー(B)]
本発明で得られる管状構造物の内壁表面は、前記ポリマー(A)とシリカとを主構成成分とするシリカナノファイバー〔以下、ナノ構造体(y1)という〕、またはシリカを主構成成分とするシリカナノファイバー〔以下、ナノ構造体(y2)という〕で被覆されてなるものであることが大きな特徴である。シリカ形成に必要なシリカソースとしては、例えば、アルコキシシラン類、水ガラス、ヘキサフルオロシリコンアンモニウム等を用いることができる。尚、「主構成成分とする」とは、意図的に第三成分を混在させない限り、原料中の不純物や副反応等に由来する物質以外に、その他の成分を含まないことを言うものである。
[Silica nanofiber (B)]
The inner wall surface of the tubular structure obtained by the present invention has silica nanofibers (hereinafter referred to as nanostructure (y1)) containing the polymer (A) and silica as main constituents, or silica nanofibers containing silica as the main constituent. It is a great feature that it is coated with a fiber (hereinafter referred to as nanostructure (y2)). As a silica source required for silica formation, for example, alkoxysilanes, water glass, hexafluorosilicon ammonium and the like can be used. The term “main component” means that other components are not included in addition to substances derived from impurities or side reactions in the raw material unless the third component is intentionally mixed. .

アルコキシシラン類としては、テトラメトキシシラン、メトキシシラン縮合体のオリゴマー、テトラエトキシシラン、エトキシシラン縮合体のオリゴマーを好適に用いることができる。さらに、アルキル置換アルコキシシラン類の、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、n−プロピルトリメトキシシラン、n−プロピルトリエトキシシラン、iso−プロピルトリメトキシシラン、iso−プロピルトリエトキシシラン等、更に、3−クロロプロピルトリメトキシシラン、3−クロロプロピルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3−メルカプトトリエトキシシラン、3,3,3−トリフルオロプロピルトリメトキシシラン、3,3,3−トリフルオロプロピルトリエトキシシラン、3−メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリルオキシプロピルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、p−クロロメチルフェニルトリメトキシシラン、p−クロロメチルフェニルトリエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジエチルジメトキシシラン、ジエチルジエトキシシラン等を、単一で、又は混合して用いることができる。   As the alkoxysilanes, tetramethoxysilane, oligomers of methoxysilane condensates, tetraethoxysilane, oligomers of ethoxysilane condensates can be suitably used. Further, alkyl-substituted alkoxysilanes such as methyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, ethyltrimethoxysilane, ethyltriethoxysilane, n-propyltrimethoxysilane, n-propyltriethoxysilane, iso-propyltrimethoxysilane, iso-propyltriethoxysilane, etc., 3-chloropropyltrimethoxysilane, 3-chloropropyltriethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, 3-glycid Xylpropyltriethoxysilane, 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane, 3-mercaptopropyltrimethoxysilane, 3-mercaptotriethoxysilane, 3,3 -Trifluoropropyltrimethoxysilane, 3,3,3-trifluoropropyltriethoxysilane, 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane, 3-methacryloxypropyltriethoxysilane, phenyltrimethoxysilane, phenyltriethoxysilane, p -Chloromethylphenyltrimethoxysilane, p-chloromethylphenyltriethoxysilane, dimethyldimethoxysilane, dimethyldiethoxysilane, diethyldimethoxysilane, diethyldiethoxysilane and the like can be used alone or in combination.

また、上記シリカソースに、他のアルコキシ金属化合物を混合して用いることもできる。例えば、テトラブトキシチタン、テトライソプロポキシチタン、または水性媒体中安定なチタニウムビス(アンモニウムラクテート)ジヒドロキシド水溶液、チタニウムビス(ラクテート)の水溶液、チタニウムビス(ラクテート)のプロパノール/水混合液、チタニウム(エチルアセトアセテート)ジイソプロポオキシド、硫酸チタン、ヘキサフルオロチタンアンモニウム等を用いることができる。   In addition, other silica metal compounds may be mixed with the silica source. For example, tetrabutoxytitanium, tetraisopropoxytitanium, or an aqueous solution of titanium bis (ammonium lactate) dihydroxide stable in an aqueous medium, an aqueous solution of titanium bis (lactate), a propanol / water mixture of titanium bis (lactate), titanium (ethyl) Acetoacetate) diisopropoxide, titanium sulfate, hexafluorotitanium ammonium and the like can be used.

[ポリマー(A)とシリカとを含有するナノ構造体(y1)]
ポリマー(A)とシリカとを含有するナノ構造体(y1)は、基本的にはポリマー(A)がシリカでコートされた構造のシリカナノファイバー(B)であり、それが基材表面での空間配列を変えながら、全体を覆った状態を構成し、複雑構造を形成する。例えば、ナノファバーが管状固体基材(X)上の内表面全体に主として該ファイバーの長軸が垂直方向を向いて生えているような芝状(ナノ芝)または若干垂直方向よりも倒れている田んぼ状(ナノ田んぼ)、ナノファイバーが基材上全面で横倒れているような畳状(ナノ畳)、ナノファイバーが基材上の全面でネットワークを形成し、ネット状構造になっているスポンジ状(ナノスポンジ)など、多様多種の階層構造を構成することができる。
[Nanostructure (y1) containing polymer (A) and silica]
The nanostructure (y1) containing the polymer (A) and silica is basically a silica nanofiber (B) having a structure in which the polymer (A) is coated with silica, and this is a space on the substrate surface. While changing the arrangement, a state of covering the whole is formed, and a complicated structure is formed. For example, a rice field in which nanofabrics are formed on the entire inner surface on the tubular solid substrate (X) mainly with the long axis of the fiber growing in the vertical direction (nano turf) or slightly tilted from the vertical direction Shape (nano rice field), tatami shape (nano tatami mat) in which nanofibers lie down on the entire surface of the substrate, sponge shape in which the nanofibers form a network on the entire surface of the substrate and have a net-like structure A wide variety of hierarchical structures such as (nano sponge) can be formed.

上記ナノ芝状またはナノ田んぼ状、ナノ畳状、ナノスポンジ状等の高次構造における、基本ユニットのシリカナノファイバー(B)の太さは10〜200nmの範囲であり、そのアスペクト比は2以上である。ナノ芝状、ナノ田んぼ状におけるナノファイバーの長さ(長軸方向)は50nm〜2μm範囲に制御することができる。   The thickness of the silica nanofiber (B) of the basic unit in the higher-order structure such as the nano turf shape, the nano rice field shape, the nano tatami shape, or the nano sponge shape is in the range of 10 to 200 nm, and the aspect ratio is 2 or more. is there. The length (major axis direction) of the nanofiber in the nano turf shape or the nano rice field shape can be controlled in the range of 50 nm to 2 μm.

管状固体基材(X)内面を被覆する際の厚さは、シリカナノファイバー(B)の空間配列状態とも関連するが、概ね50nm〜20μm範囲で変化させることができ、用いる管状固体基材の内径等によって調整することが好ましい。ナノ芝状では、ナノファイバーが真っすぐ立ち伸びる傾向が強く、ファイバーの長さが基本的に厚みを構成し、一本一本のファイバーの長さはかなり揃った状態であることが特徴である。ナノ田んぼ状では、ナノファイバーが斜めに伸びる傾向が強く、被膜厚みはファイバーの長さよりは小さい。また、ナノ田んぼ状の層の厚さは、ナノファイバーの横倒れの重なり状態で決定されることが特徴である。ナノスポンジ状の層の厚さはナノファイバーが規則性を有する複雑な絡みで盛り上がる度合いにより決まることが特徴である。ネットワークを形成している場合には、その重なり状態等によって厚みが決定される。   The thickness when coating the inner surface of the tubular solid substrate (X) is related to the spatial arrangement state of the silica nanofiber (B), but can be varied in the range of approximately 50 nm to 20 μm. It is preferable to adjust by such as. Nano-turf shape is characterized by a strong tendency of nanofibers to stand upright, the length of the fibers basically constituting the thickness, and the length of each fiber is fairly uniform. In the nano rice field, the nanofibers tend to extend obliquely, and the coating thickness is smaller than the fiber length. In addition, the thickness of the nano rice field-like layer is characterized by being determined by the overlaid state of the nanofibers. The thickness of the nanosponge-like layer is characterized in that it is determined by the degree to which the nanofibers are swelled by complex entanglements having regularity. When a network is formed, the thickness is determined depending on the overlapping state.

ナノ構造体(y1)中、ポリマー(A)の成分は5〜30質量%で調整可能である。ポリマー(A)成分の含有量を変えることで、空間配列構造(高次構造)を変えることもできる。   In the nanostructure (y1), the component of the polymer (A) can be adjusted at 5 to 30% by mass. The spatial arrangement structure (higher order structure) can be changed by changing the content of the polymer (A) component.

[シリカを主構成成分とするナノ構造体(y2)]
上記で得られるポリマー(A)とシリカとを含有するナノ構造体(y1)を、管状固体基材(X)ごと焼成することで、ポリマー(A)が除去された、シリカを主構成成分とするナノ構造体(y2)であるシリカナノファイバー(B)で被覆された構造物を得ることができる。このとき、焼成によりポリマー(A)は消失するが、シリカはその構造を維持したままである。従って、ナノ構造体(y1)の空間配置によってナノ構造体(y2)の形状も決定される。すなわち、例えば、ナノファバーが固体基材上の全面に主として該ファイバーの長軸が垂直方向を向いて生えているような芝状(ナノ芝)または若干垂直方向よりも倒れている田んぼ状(ナノ田んぼ)、ナノファイバーが基材上全面で横倒れているような畳状(ナノ畳)、ナノファイバーが基材上の全面でネットワークを形成しているスポンジ状(ナノスポンジ)など、多様多種の階層構造を構成している。
[Nanostructure comprising silica as main component (y2)]
The nanostructure (y1) containing the polymer (A) obtained above and silica is baked together with the tubular solid substrate (X), so that the silica from which the polymer (A) has been removed is the main component. The structure covered with the silica nanofiber (B) which is the nanostructure (y2) to be obtained can be obtained. At this time, the polymer (A) disappears by firing, but the silica maintains its structure. Accordingly, the shape of the nanostructure (y2) is also determined by the spatial arrangement of the nanostructure (y1). That is, for example, the nanofabric is a turf shape (nano turf) in which the major axis of the fiber grows mainly on the entire surface of the solid substrate, or a rice field that is slightly tilted from the vertical direction (nano rice field) ), Tatami shape (nano tatami mat) in which nanofibers lie down on the entire surface of the substrate, and sponge shape (nano sponge) in which nanofibers form a network on the entire surface of the substrate. Make up structure.

[疎水化処理]
本発明では、超疎水性表面とするために疎水性基でシリカナノファイバー(B)であるナノ構造体(y1)又はナノ構造体(y2)の表面を修飾しなければならない。当該修飾は、疎水性基を有する化合物との接触で容易に行なうことができる。
[Hydrophobic treatment]
In the present invention, the surface of the nanostructure (y1) or nanostructure (y2), which is a silica nanofiber (B), must be modified with a hydrophobic group in order to obtain a superhydrophobic surface. The modification can be easily performed by contact with a compound having a hydrophobic group.

前記疎水性基としては、例えば、炭素数1〜22のアルキル基、置換基を有していても良い芳香族基(置換基としては、炭素数1〜22のアルキル基、フッ素化アルキル基、部分フッ素化アルキル基等の疎水性基)、炭素数1〜22のフッ素化アルキル基、炭素数1〜22の部分フッ素化アルキル基等が挙げられる。   Examples of the hydrophobic group include an alkyl group having 1 to 22 carbon atoms and an aromatic group which may have a substituent (as the substituent, an alkyl group having 1 to 22 carbon atoms, a fluorinated alkyl group, Hydrophobic groups such as partially fluorinated alkyl groups), fluorinated alkyl groups having 1 to 22 carbon atoms, and partially fluorinated alkyl groups having 1 to 22 carbon atoms.

これらの疎水性基を効率的に前記シリカナノファイバー(B)に修飾させるためには、当該疎水性基を有するシランカップリング剤を単独、又は混合して用いることが好ましい。   In order to efficiently modify these hydrophobic groups on the silica nanofiber (B), it is preferable to use a silane coupling agent having the hydrophobic group alone or in combination.

前記シランカップリング剤として、例えば、メチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、n−プロピルトリメトキシシラン、n−プロピルトリエトキシシラン、iso−プロピルトリメトキシシラン、iso−プロピルトリエトキシシラン、ペンチルトリメトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン等のアルキル基の炭素数が1〜22までのアルキルトリメトキシシランまたはアルキルトリクロロシラン類が挙げられる。   Examples of the silane coupling agent include methyltrimethoxysilane, dimethyldimethoxysilane, ethyltrimethoxysilane, ethyltriethoxysilane, n-propyltrimethoxysilane, n-propyltriethoxysilane, iso-propyltrimethoxysilane, iso Examples thereof include alkyltrimethoxysilanes or alkyltrichlorosilanes having an alkyl group having 1 to 22 carbon atoms such as propyltriethoxysilane, pentyltrimethoxysilane, and hexyltrimethoxysilane.

また、表面張力低下に有効なフッ素原子を有するものとして、(部分)フッ素化アルキル基を有するシランカップリング剤、例えば、3,3,3−トリフルオロプロピルトリメトキシシラン、トリデカフルオロ−1,1,2,2−テトラヒドロオクチル)トリクロロシラン等を用いることもできる。   Further, as having a fluorine atom effective for lowering the surface tension, a (partially) silane coupling agent having a fluorinated alkyl group, such as 3,3,3-trifluoropropyltrimethoxysilane, tridecafluoro-1, 1,2,2-tetrahydrooctyl) trichlorosilane and the like can also be used.

また、芳香族基を有するシランカップリング剤として、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、p−クロロメチルフェニルトリメトキシシラン、p−クロロメチルフェニルトリエトキシシラン等を、取り上げることができる。   Moreover, as a silane coupling agent having an aromatic group, phenyltrimethoxysilane, phenyltriethoxysilane, p-chloromethylphenyltrimethoxysilane, p-chloromethylphenyltriethoxysilane, and the like can be taken up.

又、上記化学結合による疎水性基の導入以外、水中不溶性のポリアクリレート類ポリマー、ポリアミド類ポリマー、炭素数1〜22のアルキル基を有する長鎖アルキルアミン類化合物などをシリカナノファイバー(B)に物理吸着させることで、疎水性基を導入することもできる。   In addition to the introduction of hydrophobic groups by the above chemical bonds, silica nanofibers (B) can be used to physically apply water-insoluble polyacrylate polymers, polyamide polymers, long-chain alkylamine compounds having an alkyl group having 1 to 22 carbon atoms, and the like. Hydrophobic groups can also be introduced by adsorption.

[超疎水性表面を有する管状構造物の製造方法]
本発明の構造物の製造方法は、管状固体基材(X)の内壁に、ポリエチレンイミン骨格(a)を有するポリマー(A)を含有する溶液を接触させ、該管状固体基材(X)の内表面にポリマー層を形成させる工程(1)と、前記で得られたポリマー層を有する管状固体基材(X)と、シリカソース液(B’)とを接触させ、管状固体基材(X)内表面のポリマー層中にシリカナノファイバー(B)を生成させる工程(2)と、前記工程(2)で得た管状固体基材(X)内表面のシリカナノファイバー(B)を、疎水性基を有するシランカップリング剤(C’)で処理する工程(3)と、を有することを特徴とし、これらの工程を経て、ポリエチレンイミンが表面組成に含まれた超疎水性表面をする管状構造物を製造することができる。
[Method for producing tubular structure having superhydrophobic surface]
In the method for producing a structure of the present invention, the inner wall of the tubular solid substrate (X) is contacted with a solution containing the polymer (A) having a polyethyleneimine skeleton (a), and the tubular solid substrate (X) The step (1) of forming a polymer layer on the inner surface, the tubular solid substrate (X) having the polymer layer obtained above, and the silica source liquid (B ′) are contacted to form a tubular solid substrate (X ) Step (2) for producing silica nanofibers (B) in the polymer layer on the inner surface, and silica nanofibers (B) on the inner surface of the tubular solid substrate (X) obtained in the step (2) A tubular structure having a superhydrophobic surface in which polyethyleneimine is contained in the surface composition after the step (3) of treating with a silane coupling agent (C ′) having Can be manufactured.

更に、本発明の構造物の製造方法は、前記工程(2)の後、シリカナノファイバー(B)でその内表面が被覆されている管状固体基材(X)を焼成し、ポリエチレンイミン骨格(a)を有するポリマー(A)を加熱除去する工程(3’)を行なってから、疎水性基を有するシランカップリング剤(C’)で処理する工程(4)を行なうことを特徴とするものであり、ポリエチレンイミンが表面組成に含まれていない超疎水性表面を有する構造物を製造することができる。   Furthermore, in the method for producing a structure of the present invention, after the step (2), the tubular solid substrate (X) whose inner surface is coated with the silica nanofiber (B) is fired, and the polyethyleneimine skeleton (a ) Having a step (3 ′) of removing the polymer (A) having heat treatment, followed by a step (4) of treating with a silane coupling agent (C ′) having a hydrophobic group. Yes, it is possible to produce a structure having a superhydrophobic surface in which polyethyleneimine is not included in the surface composition.

工程(1)において使用するポリエチレンイミン骨格(a)を有するポリマー(A)は前述のポリマーを使用できる。また、該ポリマー(A)の溶液を得る際に使用可能な溶媒としては、該ポリマー(A)が溶解するものであれば特に制限されず、例えば、水、メタノールやエタノールなどの有機溶剤、あるいはこれらの混合溶媒などを適宜使用できる。   As the polymer (A) having the polyethyleneimine skeleton (a) used in the step (1), the aforementioned polymer can be used. In addition, the solvent that can be used for obtaining the solution of the polymer (A) is not particularly limited as long as the polymer (A) can be dissolved, and examples thereof include water, organic solvents such as methanol and ethanol, These mixed solvents can be used as appropriate.

溶液中における該ポリマー(A)の濃度としては、管状固体基材(X)上にポリマー層を形成できる濃度であれば良いが、所望のパターン形成や、基材表面へ吸着するポリマー密度を高くする場合には、0.5質量%〜50質量%の範囲であることが好ましく、5質量%〜50質量%の範囲であるとより好ましい。   The concentration of the polymer (A) in the solution is not particularly limited as long as the polymer layer can be formed on the tubular solid substrate (X). When it does, it is preferable that it is the range of 0.5 mass%-50 mass%, and it is more preferable in it being the range of 5 mass%-50 mass%.

ポリエチレンイミン骨格(a)を有するポリマー(A)の溶液中には、該溶剤に可溶でポリマー(A)と相溶可能な前述のその他のポリマーを混合することもできる。その他のポリマーの混合量としては、ポリエチレンイミン骨格(a)を有するポリマー(A)の濃度より高くても低くても良い。   In the solution of the polymer (A) having a polyethyleneimine skeleton (a), the above-mentioned other polymers that are soluble in the solvent and compatible with the polymer (A) can be mixed. The mixing amount of the other polymer may be higher or lower than the concentration of the polymer (A) having the polyethyleneimine skeleton (a).

また、工程(1)においてポリマー層を作製するには、管状固体基材(X)をポリマー(A)の溶液と接触させる。接触法としては、所望の管状固体基材(X)をポリマー(A)の溶液に浸漬することが好適である。   Moreover, in order to produce a polymer layer in a process (1), tubular solid base material (X) is made to contact with the solution of a polymer (A). As the contact method, it is preferable to immerse the desired tubular solid substrate (X) in the solution of the polymer (A).

浸漬法では、基材状態により、基材を溶液中に入れる、または溶液を基材中に入れる方式で、基材と溶液を接触させることができる。浸漬の際、ポリマー(A)の溶液の温度は加熱状態であることが好ましく、概ね50〜90℃の温度であれば好適である。管状固体基材(X)をポリマー(A)の溶液と接触させる時間は特に制限されず、基材(X)の材質に合わせて、数秒から1時間で選択することが好ましい。基材の材質がポリエチレンイミンと強い結合能力を有する場合、例えば、ガラス、金属などでは数秒〜数分でよく、基材の材質がポリエチレンイミンと結合能力が弱い場合は数十分から1時間でも良い。   In the dipping method, the substrate and the solution can be brought into contact with each other in a manner in which the substrate is placed in the solution or the solution is placed in the substrate depending on the state of the substrate. During the immersion, the temperature of the polymer (A) solution is preferably in a heated state, and a temperature of about 50 to 90 ° C. is suitable. The time for contacting the tubular solid substrate (X) with the solution of the polymer (A) is not particularly limited, and is preferably selected within a few seconds to 1 hour according to the material of the substrate (X). When the material of the base material has a strong binding ability with polyethyleneimine, for example, it may be several seconds to several minutes for glass, metal, etc. good.

管状固体基材(X)とポリマー(A)の溶液を接触した後、該基材をポリマー(A)の溶液から取り出し、室温(25℃前後)に放置すると、自発的にポリマー(A)の集合体層が該基材(X)の表面に形成される。あるいは、該基材(X)をポリマー(A)の溶液から取り出してから、ただちに4〜30℃の蒸留水中、または室温〜氷点下温度のアンモニア水溶液中に入れることにより、自発的なポリマー(A)の集合体層を形成させても良い。   After contacting the tubular solid substrate (X) with the polymer (A) solution, the substrate is removed from the polymer (A) solution and allowed to stand at room temperature (around 25 ° C.). An aggregate layer is formed on the surface of the substrate (X). Alternatively, the substrate (X) is taken out from the solution of the polymer (A), and then immediately put into distilled water at 4 to 30 ° C. or an aqueous ammonia solution at a room temperature to a freezing temperature, whereby the spontaneous polymer (A) An aggregate layer may be formed.

工程(2)においては、工程(1)経由で形成したポリマー層とシリカソース液(B’)とを接触させ、ポリマー層表面にシリカ(B)を析出し、ポリマー(A)とシリカ(B)とのナノ構造体(y1)を形成させる。   In the step (2), the polymer layer formed via the step (1) is brought into contact with the silica source liquid (B ′) to deposit silica (B) on the surface of the polymer layer, and the polymer (A) and silica (B ) And a nanostructure (y1).

この時用いる、シリカソース液(B’)としては、前述した各種のシリカソースの水溶液や、アルコール類溶剤、例えば、メタノール、エタノール、プロパノールなどの水性有機溶剤溶液、またはこれらと水との混合溶剤溶液を用いることができる。また、pH値が9〜11の範囲に調整した水ガラス水溶液も用いることができる。用いるシリカソース液(B’)には、シリカ以外の金属アルコキシドを混合することもできる。   As the silica source liquid (B ′) used at this time, the above-mentioned various silica source aqueous solutions, alcohol solvents, for example, aqueous organic solvent solutions such as methanol, ethanol and propanol, or mixed solvents of these with water A solution can be used. Moreover, the water glass aqueous solution which adjusted the pH value to the range of 9-11 can also be used. The silica source liquid (B ′) to be used can be mixed with a metal alkoxide other than silica.

また、シリカソースとしてのアルコキシシラン類化合物は、無溶剤のバルク液のままでも使用可能である。   Moreover, the alkoxysilane compound as a silica source can be used even in a solvent-free bulk liquid.

ポリマー層が形成した固体基材をシリカソース液(B’)と接触させる方法としては、浸漬法を好ましく用いることができる。浸漬する時間は5〜60分であれば十分であるが、必要に応じ時間を更に長くすることもできる。シリカソース液(B’)の温度は室温でもよく、加熱状態でも良い。加熱の場合、シリカを管状固体基材(X)の表面にて規則的に析出させるため、温度を70℃以下に設定することが望ましい。   As a method for bringing the solid substrate formed with the polymer layer into contact with the silica source liquid (B ′), an immersion method can be preferably used. It is sufficient that the immersion time is 5 to 60 minutes, but the time can be further increased as necessary. The temperature of the silica source liquid (B ′) may be room temperature or a heated state. In the case of heating, it is desirable to set the temperature to 70 ° C. or lower in order to regularly precipitate silica on the surface of the tubular solid substrate (X).

シリカソースの種類、濃度などの選定により、析出されるシリカとポリマー(A)とのナノ構造体(y1)の構造を調整することができ、目的に応じて、シリカソースの種類や濃度を適宜に選定することが好ましい。   By selecting the type and concentration of the silica source, the structure of the nanostructure (y1) of the precipitated silica and the polymer (A) can be adjusted, and the type and concentration of the silica source are appropriately selected according to the purpose. It is preferable to select.

ナノ構造体(y1)中のポリマー(B)を加熱焼成によって除去し、ナノ構造体(y2)とする場合、焼成温度は300〜600℃に設定することができる。この工程を行なう場合には、管状固体基材(X)はガラス、金属酸化物、金属など耐熱性無機材質から選択することになる。   When the polymer (B) in the nanostructure (y1) is removed by heating and baking to obtain the nanostructure (y2), the baking temperature can be set to 300 to 600 ° C. When this step is performed, the tubular solid substrate (X) is selected from heat-resistant inorganic materials such as glass, metal oxide, and metal.

加熱焼成時間としては1〜7時間の範囲であることが望ましいが、温度が高い時は短時間焼成でよく、温度が低い時は、時間を長くすること等、適宜調整することが好ましい。   The heating and firing time is desirably in the range of 1 to 7 hours, but it may be fired for a short time when the temperature is high, and it is preferable to appropriately adjust the time such as increasing the time when the temperature is low.

上記で得られたナノ構造体(y1)又はナノ構造体(y2)で被覆されている管状固体基材(X)を、前述した疎水性基を有するシランカップリング剤と接触させる工程を経て、表面を超疎水性に変換する。   Through the step of bringing the tubular solid substrate (X) coated with the nanostructure (y1) or nanostructure (y2) obtained above into contact with the silane coupling agent having a hydrophobic group described above, Convert the surface to superhydrophobic.

このとき、疎水性基を有するシランカップリング剤はクロロホルム、塩化メチレン、シクロヘキサノン、キシレン、トルエン、エタノール、メタノールなどの溶剤に溶解させて用いることができる。これらの溶剤は単独または混合して用いることもでき、またシランカップリング剤の濃度は1〜5wt%に調整することが好ましい。   At this time, the silane coupling agent having a hydrophobic group can be used by dissolving in a solvent such as chloroform, methylene chloride, cyclohexanone, xylene, toluene, ethanol, methanol and the like. These solvents can be used alone or in combination, and the concentration of the silane coupling agent is preferably adjusted to 1 to 5 wt%.

さらに、上記溶液は、1〜5wt%のアンモニア水のエタノール溶液と混合して用いることが望ましい。混合の際の体積比としては、シランカップリング剤溶液の1当量に対し、アンモニア水エタノール溶液を5〜10当量の範囲にすることが好適である。   Furthermore, it is desirable to use the above solution by mixing it with an ethanol solution of 1-5 wt% ammonia water. As a volume ratio at the time of mixing, it is suitable to make the ammonia water ethanol solution into the range of 5-10 equivalent with respect to 1 equivalent of a silane coupling agent solution.

シランカップリング剤との接触は、上記で得られた混合溶液中に浸漬する方法によることが好ましく、シランカップリング剤のアルキルシランがナノ構造体(y1)又はナノ構造体(y2)であるシリカナノファイバー(B)表面にSi−O−Si結合で導入され、最終のナノ構造体(Y)からなる超疎水性表面を有する管状構造物に変換できる。   The contact with the silane coupling agent is preferably carried out by a method of immersing in the mixed solution obtained above, and the silica nano where the alkylsilane of the silane coupling agent is the nanostructure (y1) or nanostructure (y2). It can be converted into a tubular structure having a superhydrophobic surface composed of the final nanostructure (Y), introduced by Si—O—Si bond to the surface of the fiber (B).

上記溶液中に浸漬する時間は1時間〜3日の範囲で、溶液中のシランカップリング剤の濃度やアンモニアの濃度などにより適宜選択することが好ましい。一定濃度の溶液中、浸漬時間を長くするにつれて、接触角を徐々に大きくすることができ、一定時間経過後では接触角は最高の数値180°近くなる。この数値が現れる時点で、表面の疎水性残基導入が飽和状態であるとみなすことができる。目的とする疎水性のレベルによって、浸漬時間を選択することができる。   The immersion time in the solution is preferably in the range of 1 hour to 3 days, and is suitably selected depending on the concentration of the silane coupling agent and the concentration of ammonia in the solution. The contact angle can be gradually increased as the immersion time is increased in the solution having a constant concentration, and the contact angle becomes close to the maximum value of 180 ° after the fixed time. When this number appears, the introduction of hydrophobic residues on the surface can be considered saturated. Depending on the desired level of hydrophobicity, the immersion time can be selected.

[水性溶液]
本発明で得られる管状構造物は、水性溶液を流した状態での内壁にその水性溶液が一切残存しないことが大きな特徴であり、使用後の洗浄を一切必要としない。水性溶液としては、水溶性無機化合物、特に、金属イオン類を含む水溶液を好適に用いることができる。
[Aqueous solution]
The tubular structure obtained by the present invention is characterized in that the aqueous solution does not remain at all on the inner wall in a state where the aqueous solution is flowed, and does not require any cleaning after use. As the aqueous solution, an aqueous solution containing a water-soluble inorganic compound, particularly, a metal ion can be suitably used.

また、水性溶液としては、水溶性有機色素、水溶性アミノ酸、水溶性糖類、水溶性ビタミン、水溶性タンパク質、DNA、水溶性薬物などを含む水溶液も用いることができる。更にまた、水溶性有機化合物、例えば、水酸基を含むアルコール化合物、カルボン酸基を含む有機酸化合物、アミノ基を含むアミン化合物、アミド化合物などを含む水溶液であっても、好適に用いることができる。   As the aqueous solution, an aqueous solution containing a water-soluble organic dye, a water-soluble amino acid, a water-soluble saccharide, a water-soluble vitamin, a water-soluble protein, DNA, a water-soluble drug and the like can also be used. Furthermore, even an aqueous solution containing a water-soluble organic compound, for example, an alcohol compound containing a hydroxyl group, an organic acid compound containing a carboxylic acid group, an amine compound containing an amino group, an amide compound, etc. can be suitably used.

以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明する。なお、特に断わりがない限り、「%」は「質量%」を表わす。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. Unless otherwise specified, “%” represents “mass%”.

[走査電子顕微鏡によるナノ構造体の形状分析]
単離乾燥したナノ構造体を両面テープにてサンプル支持台に固定し、それをキーエンス製表面観察装置VE−9800にて観察した。
[Shape analysis of nanostructures by scanning electron microscope]
The isolated and dried nanostructure was fixed to a sample support with a double-sided tape, and observed with a surface observation device VE-9800 manufactured by Keyence.

[管内表面での水滴の接触角測定]
管状基材内壁表面での水の接触角は、水滴が管内を移動する時の高速カメラ(MotionPro X4, Integrated Design Tools, Inc.社製)イメージ図から測定した。
[Measurement of the contact angle of water droplets on the tube inner surface]
The contact angle of water on the inner wall surface of the tubular substrate was measured from an image diagram of a high-speed camera (MotionPro X4, Integrated Design Tools, Inc.) when a water droplet moves in the tube.

[板状ガラス表面での水滴の接触角測定]
超疎水性表面を有するガラス表面の接触角はOCA20, DataPhysics, Germany社製の接触角測定機器により測定した。
[Measurement of contact angle of water droplets on the surface of glass sheet]
The contact angle of the glass surface having a superhydrophobic surface was measured with a contact angle measuring device manufactured by OCA20, DataPhysics, Germany.

合成例1
<直鎖状のポリエチレンイミン(L−PEI)の合成>
市販のポリエチルオキサゾリン(数平均分子量50,000,平均重合度5,000,Aldrich社製)3gを、5モル/Lの塩酸15mLに溶解させた。その溶液をオイルバスにて90℃に加熱し、その温度で10時間攪拌した。反応液にアセトン50mLを加え、ポリマーを完全に沈殿させ、それを濾過し、メタノールで3回洗浄し、白色のポリエチレンイミンの粉末を得た。得られた粉末をH−NMR(重水、日本電子株式会社製、AL300、300MHz)にて同定したところ、ポリエチルオキサゾリンの側鎖エチル基に由来したピーク1.2ppm(CH)と2.3ppm(CH)が完全に消失していることが確認された。即ち、ポリエチルオキサゾリンが完全に加水分解され、ポリエチレンイミンに変換されたことが示された。
Synthesis example 1
<Synthesis of linear polyethyleneimine (L-PEI)>
3 g of commercially available polyethyloxazoline (number average molecular weight 50,000, average polymerization degree 5,000, manufactured by Aldrich) was dissolved in 15 mL of 5 mol / L hydrochloric acid. The solution was heated to 90 ° C. in an oil bath and stirred at that temperature for 10 hours. Acetone 50 mL was added to the reaction solution to completely precipitate the polymer, which was filtered and washed three times with methanol to obtain a white polyethyleneimine powder. When the obtained powder was identified by 1 H-NMR (heavy water, manufactured by JEOL Ltd., AL300, 300 MHz), the peak derived from the side chain ethyl group of polyethyloxazoline was 1.2 ppm (CH 3 ) and 2. It was confirmed that 3 ppm (CH 2 ) disappeared completely. That is, it was shown that polyethyloxazoline was completely hydrolyzed and converted to polyethyleneimine.

その粉末を5mLの蒸留水に溶解し、攪拌しながら、その溶液に15%のアンモニア水50mLを滴下した。その混合液を一晩放置した後、沈殿したポリマー会合体粉末を濾過し、そのポリマー会合体粉末を冷水で3回洗浄した。洗浄後の結晶粉末をデシケータ中で室温乾燥し、線状のポリエチレンイミン(L−PEI)を得た。収量は2.2g(結晶水含有)であった。ポリオキサゾリンの加水分解により得られるポリエチレンイミンは、側鎖だけが反応し、主鎖には変化がない。従って、L−PEIの重合度は加水分解前の5,000と同様である。   The powder was dissolved in 5 mL of distilled water, and 50 mL of 15% aqueous ammonia was added dropwise to the solution while stirring. The mixture was allowed to stand overnight, and then the precipitated polymer aggregate powder was filtered, and the polymer aggregate powder was washed three times with cold water. The crystal powder after washing was dried in a desiccator at room temperature to obtain linear polyethyleneimine (L-PEI). The yield was 2.2 g (including crystal water). In polyethyleneimine obtained by hydrolysis of polyoxazoline, only the side chain reacts and the main chain does not change. Therefore, the polymerization degree of L-PEI is the same as 5,000 before hydrolysis.

実施例1[超疎水性表面を有する管状構造物]
上記合成例1で得たポリマーL−PEIを蒸留水中に加え、90℃まで加熱し、4%の水溶液を調製した。ソーダライム材質のガラスピペット(内径6mm、長さ5cm)とシリンジをゴム管で連結し、該ガラス管中に一定目安のところまで前記加温したポリマー水溶液を吸い取ってから、30秒間静置した後、該ポリマー水溶液をシリンジの押し力で排出した。この操作でガラス管内壁にL−PEIポリマー層が形成された。該ガラス管を室温にて5分間静置したのち、ガラス管を20mLのMS51/水(体積比1/1)のシリカソース液中に30分間浸けた。ガラス管を取り出し、ガラス管内壁をエタノールで洗浄した後、それを室温で乾燥した。この作業後、ガラス管に薄青色の反射色が見えた。
MS51:テトラメトキシシランの4量体(コルコート社製)
Example 1 [Tubular structure with superhydrophobic surface]
Polymer L-PEI obtained in Synthesis Example 1 was added to distilled water and heated to 90 ° C. to prepare a 4% aqueous solution. After connecting a glass pipette made of soda lime (inner diameter 6 mm, length 5 cm) and a syringe with a rubber tube, and sucking the heated polymer aqueous solution up to a certain standard in the glass tube, it was allowed to stand for 30 seconds. The polymer aqueous solution was discharged by a pushing force of a syringe. By this operation, an L-PEI polymer layer was formed on the inner wall of the glass tube. The glass tube was allowed to stand at room temperature for 5 minutes, and then the glass tube was immersed in 20 mL of a silica source solution of MS51 / water (volume ratio 1/1) for 30 minutes. After the glass tube was taken out and the inner wall of the glass tube was washed with ethanol, it was dried at room temperature. After this operation, a light blue reflected color was seen on the glass tube.
MS51: Tetramethoxysilane tetramer (Colcoat)

上記過程を経て得られたガラス管末端を少々潰し、その破片をSEMにて観察した。図1にはガラス管内壁表面のSEM写真の結果を示した。内壁には、ナノファイバーをユニット構造とする緻密な配列膜が形成した。上記方法で得たガラスピペットを3mLの20%濃度のデシルトリメトキシシラン(DTMS)のクロロホルム溶液、30mLエタノール、0.6mLのアンモニア水(濃度28%)で調製された混合溶液に室温下24時間浸漬した。ピペットを取り出し、表面をエタノールで洗浄後、窒素ガスを流しながら乾燥させた。このようにして得たピペットを27°の傾きで固定し、その中に水滴80μLを落としたところ、水滴は一瞬で管内を流れ出た。水滴の流れを超高速カメラで観察したところ(図2)、水滴は丸々の球状で管内を転がりながら流れた。この時の水滴流れる速度は55.2cm/秒であった。高速カメラ写真における水滴が流れる時、即ち動的過程での一瞬の接触角を図2−3の方法で計算したところ、175°であった。尚、同様な方法により板状ガラス表面で作製した皮膜上での静的接触角は179.6°であった。   The glass tube end obtained through the above process was slightly crushed, and the fragments were observed with SEM. FIG. 1 shows the results of SEM photographs of the inner surface of the glass tube. On the inner wall, a dense array film having nanofibers as a unit structure was formed. The glass pipette obtained by the above method was added to a mixed solution prepared with 3 mL of 20% strength decyltrimethoxysilane (DTMS) chloroform solution, 30 mL ethanol, 0.6 mL aqueous ammonia (concentration 28%) at room temperature for 24 hours. Soaked. The pipette was taken out, the surface was washed with ethanol, and dried while flowing nitrogen gas. The pipette thus obtained was fixed at an inclination of 27 °, and when 80 μL of water droplet was dropped therein, the water droplet flowed out of the tube instantly. When the flow of water droplets was observed with an ultra-high speed camera (FIG. 2), the water droplets flowed in a round shape in a circular shape. At this time, the speed of water droplet flow was 55.2 cm / sec. When the water droplets in the high-speed camera photograph flow, that is, the instantaneous contact angle in the dynamic process was calculated by the method of FIG. 2-3, it was 175 °. The static contact angle on the film prepared on the surface of the sheet glass by the same method was 179.6 °.

[超疎水性表面からなる管状構造物を用いる塩化ナトリウム水溶液移動]
この超疎水性を示すピペットを用い、10%の塩化ナトリウム水溶液移動試験を行なった。毎回一定重さ(十数mg単位)の溶液を吸い取り、その溶液を他のガラス管に移し、溶液移動に伴う液体の重さ変化を調べた。20回繰り返した時の溶液移動でも、移動された溶液の重さには全く変化がなかった。即ち、超疎水性内壁を有するピペットを用いた場合、吸い取った溶液をピペット中付着などのロスなしに完璧に移すことができた。
[Movement of sodium chloride aqueous solution using tubular structure with superhydrophobic surface]
Using this pipette exhibiting superhydrophobicity, a 10% sodium chloride aqueous solution migration test was performed. Each time, a solution having a constant weight (unit of several tens of mg) was sucked, the solution was transferred to another glass tube, and the change in the weight of the liquid accompanying the solution movement was examined. Even when the solution was transferred 20 times, the weight of the transferred solution did not change at all. That is, when a pipette having a superhydrophobic inner wall was used, the sucked solution could be completely transferred without any loss such as adhesion in the pipette.

比較として、普通のピペットで同様な試験を行なったところ、溶液移動後ピペット内壁には必ず液滴が付着残存し、その残存量は吸い取った溶液の2wt%に相当した。   As a comparison, when a similar test was performed with an ordinary pipette, droplets always adhered and remained on the inner wall of the pipette after the solution was moved, and the remaining amount corresponded to 2 wt% of the sucked solution.

この結果は超疎水性内壁表面を有するピペットは塩化ナトリウム水溶液の輸送後でも洗浄の必要がなく、そのまま繰り返し使用できることを示唆する。   This result suggests that a pipette having a superhydrophobic inner wall surface does not need to be washed even after transport of an aqueous sodium chloride solution and can be used repeatedly as it is.

実施例2 [ガラス管内壁が超疎水性表面からなる管状構造物]
上記実施例1と同様にして、ピペット内壁にポリマー層を形成させた後、シリカソース液中に30分間浸けることにより、ガラス製のピペット管内にシリカナノファイバーからなる被膜を形成させた。
Example 2 [Tubular structure whose inner wall of glass tube is made of superhydrophobic surface]
In the same manner as in Example 1, a polymer layer was formed on the inner wall of the pipette and then immersed in a silica source solution for 30 minutes to form a coating made of silica nanofibers in a glass pipette tube.

このガラス管を500℃で1時間焼成し、内壁被膜中のポリマーを除去した後、3mLの20%濃度のデシルトリメトキシシラン(DTMS)のクロロホルム溶液、30mLエタノール、0.6mLのアンモニア水(濃度28%)で調製された混合溶液に室温下24時間浸漬した。ピペットを取り出し、表面をエタノールで洗浄後、窒素ガスを流しながら乾燥させた。このようにして得たピペットを27°の傾きで固定し、その中を流れる水滴の動的過程での一瞬の接触角を実施例1と同様な方法で計算したところ、176°であった。   This glass tube was baked at 500 ° C. for 1 hour to remove the polymer in the inner wall coating, and then 3 mL of 20% decyltrimethoxysilane (DTMS) in chloroform, 30 mL ethanol, 0.6 mL of ammonia water (concentration) 28%) was immersed for 24 hours at room temperature. The pipette was taken out, the surface was washed with ethanol, and dried while flowing nitrogen gas. The pipette thus obtained was fixed at an inclination of 27 °, and the instantaneous contact angle in the dynamic process of water droplets flowing through the pipette was calculated in the same manner as in Example 1 and found to be 176 °.

[超疎水性表面からなる管状構造物を用いる硝酸銅水溶液移動]
上記実施例2で得たピペット中に20wt%の硝酸銅水溶液2mLを吸い取り、それを室温下1時間静置させた後、吸い取った溶液を押し出した。この際、ピペット内壁には水滴残存が一切なかった。ピペット内壁を1mLの蒸留水で洗浄し、その洗浄液を集めて1滴のエチレンジアミンを加えた後、吸収スペクトル測定を行なった。銅イオン由来の吸収は全く観察されなかった。
[Movement of copper nitrate aqueous solution using tubular structure with superhydrophobic surface]
Into the pipette obtained in Example 2, 2 mL of 20 wt% aqueous copper nitrate solution was sucked and allowed to stand at room temperature for 1 hour, and then the sucked solution was extruded. At this time, no water droplets remained on the inner wall of the pipette. The inner wall of the pipette was washed with 1 mL of distilled water, the washings were collected and a drop of ethylenediamine was added, and then the absorption spectrum was measured. No absorption derived from copper ions was observed.

比較に、通常のピペットを用い、同様な実験を行なった。洗浄後の液から、銅イオン由来の強い吸収が625nmに現れた。   For comparison, a normal pipette was used and the same experiment was performed. From the liquid after washing, strong absorption derived from copper ions appeared at 625 nm.

図3に集めた液のデジタル写真、図4にUV−Visスペクトルを示した。上記結果は、超疎水性内壁表面を有するピペットに高濃度の硝酸銅水溶液を流しても、銅イオンの残留が一切起こらないことを強く示唆するものである。   FIG. 3 shows a digital photograph of the collected liquid, and FIG. 4 shows a UV-Vis spectrum. The above results strongly suggest that no copper ions remain even when a high concentration aqueous copper nitrate solution is passed through a pipette having a superhydrophobic inner wall surface.

実施例3 [洗浄不要のガラス管内壁が超疎水性表面からなる管状構造物を用いる硝酸コバルト水溶液の移動]
実施例2と同様な方法で得た超疎水性のピペットを用い、20wt%の硝酸コバルト水溶液2mLを吸い取り、それを室温下1時間静置させた後、吸い取った溶液を押し出した。この際、ピペット内壁には水滴残存が一切なかった。ピペット内壁を1mLの蒸留水で洗浄し、その洗浄液を集めて1滴のエチレンジアミンを加えた後、吸収スペクトル測定を行なった。コバルトイオン由来の吸収は全く観察されなかった。
Example 3 [Transfer of Cobalt Nitrate Aqueous Solution Using Tubular Structure with Inner Wall of Glass Tube Needless to Clean Made of Superhydrophobic Surface]
Using a superhydrophobic pipette obtained in the same manner as in Example 2, 2 mL of a 20 wt% cobalt nitrate aqueous solution was sucked and allowed to stand at room temperature for 1 hour, and then the sucked solution was extruded. At this time, no water droplets remained on the inner wall of the pipette. The inner wall of the pipette was washed with 1 mL of distilled water, the washings were collected and a drop of ethylenediamine was added, and then the absorption spectrum was measured. No absorption derived from cobalt ions was observed.

比較に、通常のピペットを用い、同様な実験を行なった。洗浄後の液から、コバルトイオン由来の吸収が300〜800nm渡りに広く現れた。図5にはUV−Visスペクトルを示した。   For comparison, a normal pipette was used and the same experiment was performed. From the liquid after washing, absorption derived from cobalt ions appeared widely over 300 to 800 nm. FIG. 5 shows a UV-Vis spectrum.

実施例4 [ガラス管内壁が超疎水性表面からなる管状構造物]
焼成処理ところまでは、上記実施例2と同様な方法で行なった。焼成処理後のピペットを3mLの20%濃度の3−ヘプタフルオロプロピルオキシプロピルトリメトキシシランのクロロホルム溶液、30mLエタノール、0.6mLのアンモニア水(濃度28%)で調製された混合溶液に室温下24時間浸漬した。ピペットを取り出し、表面をエタノールで洗浄後、窒素ガスを流しながら乾燥させた。このようにして得たピペットを27°の傾きで固定し、その中を流れる水滴の動的過程での一瞬の接触角を実施例1と同様な方法で計算したところ、178°であった。
Example 4 [Tubular structure with inner surface of glass tube made of superhydrophobic surface]
Up to the firing treatment, the same method as in Example 2 was performed. The pipette after the baking treatment was added to a mixed solution prepared with 3 mL of 20% strength 3-heptafluoropropyloxypropyltrimethoxysilane in chloroform, 30 mL ethanol, 0.6 mL aqueous ammonia (concentration 28%) at room temperature. Soaked for hours. The pipette was taken out, the surface was washed with ethanol, and dried while flowing nitrogen gas. The pipette thus obtained was fixed at an inclination of 27 °, and the instantaneous contact angle in the dynamic process of water droplets flowing through the pipette was calculated in the same manner as in Example 1, and found to be 178 °.

[超疎水性表面からなる管状構造物を用いる有機色素水溶液移動]
上記実施例4で得たピペット中に0.5wt%のテトラ(p−スルホン酸フェニル)ポルフィリンの水溶液2mLを吸い取り、それを室温下1時間静置させた後、吸い取った溶液を押し出した。この際、ピペット内壁には水滴残存が一切なかった。ピペット内壁を2mLの蒸留水で洗浄し、その洗浄液を集めて吸収スペクトル測定を行なった。テトラ(p−スルホン酸フェニル)ポルフィリン由来の吸収は全く観察されなかった。
[Transfer of organic dye aqueous solution using tubular structure with superhydrophobic surface]
Into the pipette obtained in Example 4, 2 mL of an aqueous solution of 0.5 wt% tetra (p-sulfonic acid phenyl) porphyrin was sucked and allowed to stand at room temperature for 1 hour, and then the sucked solution was extruded. At this time, no water droplets remained on the inner wall of the pipette. The inner wall of the pipette was washed with 2 mL of distilled water, and the washing solution was collected and the absorption spectrum was measured. No absorption derived from tetra (p-sulfonic acid phenyl) porphyrin was observed.

比較に、通常のピペットを用い、同様な実験を行なった。洗浄後の液から、テトラ(p−スルホン酸フェニル)ポルフィリン由来の強い吸収が440nmに現れた。上記結果は、超疎水性内壁表面を有するピペットに有機色素水溶液を流しても、色素の残留が一切起こらないことを強く示唆するものである。   For comparison, a normal pipette was used and the same experiment was performed. From the washed liquid, strong absorption derived from tetra (p-sulfonic acid phenyl) porphyrin appeared at 440 nm. The above results strongly suggest that no dye remains even when an organic dye aqueous solution is passed through a pipette having a superhydrophobic inner wall surface.

本発明で提供する水性溶液移動用管状構造物は、その内壁に水性溶液を一切付着することがないため、マイクロ流路、マイクロリアクター、水性溶液輸送/移動装置、血液循環装置、精密分析測定装置、医療器具など、産業及び医療など幅広い分野への応用展開が可能である。   The tubular structure for aqueous solution transfer provided by the present invention does not attach any aqueous solution to the inner wall of the tubular structure. Therefore, the microchannel, microreactor, aqueous solution transport / transfer device, blood circulation device, precision analysis measurement device It can be applied to a wide range of fields such as medical equipment, industry and medicine.

Claims (6)

管状固体基材(X)の内壁表面が超疎水性被膜で被覆されてなる管状構造物であって、
該超疎水性被膜が、シリカナノファイバー(B)に疎水性基(C)が結合してなるナノ構造体(Y)からなるものであることを特徴とする水性溶液移動用管状構造物。
A tubular structure in which the inner wall surface of the tubular solid substrate (X) is coated with a superhydrophobic coating,
A tubular structure for moving aqueous solution, wherein the superhydrophobic coating is composed of a nanostructure (Y) formed by bonding a hydrophobic group (C) to silica nanofiber (B).
前記シリカナノファイバー(B)の太さが10〜200nmの範囲で、且つ長さが50nm〜2μmの範囲で、アスペクト比が2以上である請求項1記載の水性溶液移動用管状構造物。 The tubular structure for moving an aqueous solution according to claim 1, wherein the silica nanofiber (B) has a thickness in the range of 10 to 200 nm, a length in the range of 50 nm to 2 µm, and an aspect ratio of 2 or more. 前記疎水性基(C)が、炭素数1〜22のアルキル基、置換基を有していても良い芳香族基(置換基としては、炭素数1〜22のアルキル基、フッ素化アルキル基、部分フッ素化アルキル基等の疎水性基)、炭素数1〜22のフッ素化アルキル基及び炭素数1〜22の部分フッ素化アルキル基からなる群から選ばれる1種以上の疎水性基である請求項1又は2記載の水性溶液移動用管状構造物。 The hydrophobic group (C) is an alkyl group having 1 to 22 carbon atoms and an aromatic group which may have a substituent (as the substituent, an alkyl group having 1 to 22 carbon atoms, a fluorinated alkyl group, A hydrophobic group such as a partially fluorinated alkyl group), one or more hydrophobic groups selected from the group consisting of a fluorinated alkyl group having 1 to 22 carbon atoms and a partially fluorinated alkyl group having 1 to 22 carbon atoms. Item 3. The tubular structure for moving an aqueous solution according to Item 1 or 2. 前記管状固体基材(X)が、ガラス又はプラスチックからなるものである請求項1〜3の何れか1項記載の水性溶液移動用管状構造物。 The tubular structure for moving an aqueous solution according to any one of claims 1 to 3, wherein the tubular solid substrate (X) is made of glass or plastic. 管状固体基材(X)の内壁に、ポリエチレンイミン骨格(a)を有するポリマー(A)を含有する溶液を接触させ、該管状固体基材(X)の内表面にポリマー層を形成させる工程(1)と、
前記で得られたポリマー層を有する管状固体基材(X)と、シリカソース液(B’)とを接触させ、管状固体基材(X)内表面のポリマー層中にシリカナノファイバー(B)を生成させる工程(2)と、
前記工程(2)で得た管状固体基材(X)内表面のシリカナノファイバー(B)を、疎水性基を有するシランカップリング剤(C’)で処理する工程(3)と、
を有することを特徴とする水性溶液移動用管状構造物の製造方法。
A step of bringing the inner wall of the tubular solid substrate (X) into contact with a solution containing the polymer (A) having a polyethyleneimine skeleton (a) to form a polymer layer on the inner surface of the tubular solid substrate (X) ( 1) and
The tubular solid substrate (X) having the polymer layer obtained above is brought into contact with the silica source liquid (B ′), and silica nanofibers (B) are placed in the polymer layer on the inner surface of the tubular solid substrate (X). Generating (2),
A step (3) of treating the silica nanofiber (B) on the inner surface of the tubular solid substrate (X) obtained in the step (2) with a silane coupling agent (C ′) having a hydrophobic group;
The manufacturing method of the tubular structure for aqueous solution movement characterized by having.
管状固体基材(X)の内壁に、ポリエチレンイミン骨格(a)を有するポリマー(A)を含有する溶液を接触させ、該管状固体基材(X)の内表面にポリマー層を形成させる工程(1)と、
前記で得られたポリマー層を有する管状固体基材(X)と、シリカソース液(B’)とを接触させ、管状固体基材(X)内表面のポリマー層中にシリカナノファイバー(B)を生成させる工程(2)と、
前記工程(2)で得たシリカナノファイバー(B)でその内表面が被覆されている管状固体基材(X)を焼成し、ポリエチレンイミン骨格(a)を有するポリマー(A)を加熱除去する工程(3’)と、
前記工程(3’)で得た焼成後の管状固体基材(X)内表面のシリカナノファイバー(B)を、疎水性基を有するシランカップリング剤(C’)で処理する工程(4)と、
を有することを特徴とする水性溶液移動用管状構造物の製造方法。
A step of bringing the inner wall of the tubular solid substrate (X) into contact with a solution containing the polymer (A) having a polyethyleneimine skeleton (a) to form a polymer layer on the inner surface of the tubular solid substrate (X) ( 1) and
The tubular solid substrate (X) having the polymer layer obtained above is brought into contact with the silica source liquid (B ′), and silica nanofibers (B) are placed in the polymer layer on the inner surface of the tubular solid substrate (X). Generating (2),
A step of firing the tubular solid substrate (X) whose inner surface is coated with the silica nanofiber (B) obtained in the step (2) and heating and removing the polymer (A) having the polyethyleneimine skeleton (a). (3 ')
A step (4) of treating the silica nanofiber (B) on the inner surface of the tubular solid substrate (X) after firing obtained in the step (3 ′) with a silane coupling agent (C ′) having a hydrophobic group; ,
The manufacturing method of the tubular structure for aqueous solution movement characterized by having.
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