JP2013230954A - Method for producing mesoporous silica - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a convenient method for producing mesoporous silica with large specific surface area, suitable to adsorptive separation of protein or the like and to applications of DDS (drug delivery system).SOLUTION: A production method of mesoporous silica includes a first step of preparing a silica precursor aqueous solution by dissolving alkoxysilane into an acidic aqueous solution; a second step of preparing a block copolymer solution by dissolving a block copolymer (Z) into an organic solvent, where the block copolymer (Z) including a hydrophilic polymer block (S) containing a structural unit derived from an aromatic vinyl compound and having a sulfonate group, and a hydrophobic polymer block (T) comprising an amorphous polymer containing a structural unit derived from an unsaturated hydrocarbon compound, as structural components; a third step of mixing the silica precursor aqueous solution and the block copolymer solution; a fourth step of obtaining a solid content by removing the organic solvent and water from the mixed liquid obtained in the third step; and a fifth step of firing the solid content obtained in the fourth step.

Description

本発明はメソポーラスシリカの製造方法、詳細にはタンパク質等の吸着分離や、ドラッグデリバリーシステム等に有用なメソポーラスシリカの製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing mesoporous silica, and more particularly to a method for producing mesoporous silica useful for adsorption separation of proteins, drug delivery systems, and the like.

近年、多孔質シリカの研究が進められている。特に細孔径2〜50nmの細孔を有する多孔質シリカはメソポーラスシリカと呼ばれ、タンパク質等の吸着分離や、ドラッグデリバリーシステム(DDS)の用途への利用が検討されている。これらの用途では比表面積が大きいメソポーラスシリカが望ましいとされている。   In recent years, research on porous silica has been conducted. In particular, porous silica having pores with a pore diameter of 2 to 50 nm is called mesoporous silica, and its use for adsorption separation of proteins and drug delivery systems (DDS) is being studied. In these applications, mesoporous silica having a large specific surface area is considered desirable.

一般に多孔質シリカは界面活性剤を水性溶媒中に分散させたミセル分散液を利用して製造される。界面活性剤は親水性部と疎水性部とを有しており、水性溶媒中で、親水性部を外側に、疎水性部を内側に配向した直径が均等な(すなわち、粒径が揃った)球状のミセルを形成し、均一に分散する。後述する種々のシリカ前駆体をミセル分散液と混合し、溶媒を除去すると、シリカ前駆体中に界面活性剤が均一に分散した有機−無機複合体が形成され、さらに焼成によって界面活性剤が除去されるとともにシリカが生成され、メソポーラスシリカが得られる。   In general, porous silica is produced using a micelle dispersion in which a surfactant is dispersed in an aqueous solvent. The surfactant has a hydrophilic part and a hydrophobic part, and in an aqueous solvent, the diameter is uniform (that is, the particle diameters are uniform) with the hydrophilic part oriented outward and the hydrophobic part oriented inward. ) Spherical micelles are formed and dispersed uniformly. When various silica precursors described later are mixed with the micelle dispersion and the solvent is removed, an organic-inorganic composite in which the surfactant is uniformly dispersed in the silica precursor is formed, and the surfactant is removed by firing. At the same time, silica is produced to obtain mesoporous silica.

例えば、珪酸ナトリウムを酸性溶媒で処理して得られたシリカ前駆体を、長鎖アルキルアンモニウムのハロゲン化物等のカチオン系界面活性剤と混合させることで、細孔径2〜5nmのメソポーラスシリカの粉体が得られることが知られている(特許文献1参照)。   For example, a silica precursor obtained by treating sodium silicate with an acidic solvent is mixed with a cationic surfactant such as a long-chain alkylammonium halide to obtain mesoporous silica powder having a pore diameter of 2 to 5 nm. Is known (see Patent Document 1).

また、アルコキシシランの加水分解反応から得られたシリカ前駆体を、2つのエチレンオキサイド重合体ブロックの間にプロピレンオキサイド重合体ブロックを有する非イオン性トリブロック共重合体と混合させることで、細孔径5〜26nmのメソポーラスシリカが得られることが知られている(特許文献2参照)。   In addition, the silica precursor obtained from the hydrolysis reaction of alkoxysilane is mixed with a nonionic triblock copolymer having a propylene oxide polymer block between two ethylene oxide polymer blocks, thereby reducing the pore diameter. It is known that 5-26 nm mesoporous silica is obtained (see Patent Document 2).

また、スチレン重合体ブロックとエチレンオキサイド重合体ブロックのブロック共重合体を用いて、細孔径30nm程度の比表面積が高いメソポーラスシリカを得る方法が知られている(非特許文献1参照)。さらに、細孔径10nm程度の球状の細孔を有するメソポーラスシリカからなる薄膜の製造が報告されている(非特許文献2参照)。   Further, a method is known in which mesoporous silica having a pore surface diameter of about 30 nm and a high specific surface area is obtained using a block copolymer of a styrene polymer block and an ethylene oxide polymer block (see Non-Patent Document 1). Furthermore, production of a thin film made of mesoporous silica having spherical pores with a pore diameter of about 10 nm has been reported (see Non-Patent Document 2).

特開平8−259220号公報JP-A-8-259220 特表2003−531083号公報Japanese translation of PCT publication No. 2003-531083

ジャーナル オブ アメリカン ケミカル ソサエティ(J. of Am. Chem. Soc. ), 1690頁(2007年).Journal of American Chemical Society (J. of Am. Chem. Soc.), 1690 (2007). アドバンスド ファンクショナル マテリアルズ(Adv. Funct. Mater. ), 47頁(2003年).Advanced Functional Materials (Adv. Funct. Mater.), 47 (2003).

特許文献1に記載の細孔径2〜5nmのメソポーラスシリカは、細孔径が比較的小さいため、用途が限定される。また、特許文献2に記載の方法でメソポーラスシリカを得るには、シリカ前駆体と非イオン性トリブロック共重合体との溶液に、有機膨張剤を添加し、反応溶液を高温(100〜140℃)にて長時間(11〜72時間)、加熱する必要がある。また、非特許文献1に記載の方法では、比表面積を高めるためには、作製したメソポーラスシリカを、さらに高温(100℃)の水中で長時間(72時間)加熱する必要がある。また、非特許文献2に記載の方法で得られるメソポーラスシリカからなる薄膜は比表面積が小さい。   Since mesoporous silica having a pore diameter of 2 to 5 nm described in Patent Document 1 has a relatively small pore diameter, its application is limited. Moreover, in order to obtain mesoporous silica by the method described in Patent Document 2, an organic swelling agent is added to a solution of a silica precursor and a nonionic triblock copolymer, and the reaction solution is heated to a high temperature (100 to 140 ° C. ) For a long time (11 to 72 hours). Further, in the method described in Non-Patent Document 1, in order to increase the specific surface area, it is necessary to heat the produced mesoporous silica in water at a higher temperature (100 ° C.) for a long time (72 hours). A thin film made of mesoporous silica obtained by the method described in Non-Patent Document 2 has a small specific surface area.

したがって、本発明の目的は、タンパク質等の吸着分離や、DDSの用途に好適な比表面積が大きいメソポーラスシリカを低温、短時間で製造できる工業的に有利な製造方法を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide an industrially advantageous production method capable of producing mesoporous silica having a large specific surface area suitable for adsorption separation of proteins and the like and DDS applications at a low temperature in a short time.

上記の目的を達成するため、本発明は、
アルコキシシランを酸性水溶液中に溶解させて、シリカ前駆体水溶液を調製する第1工程;
芳香族ビニル化合物に由来する構造単位を含み、スルホン酸基を有する親水性重合体ブロック(S)、及び不飽和炭化水素化合物に由来する構造単位を含有する非晶性重合体からなる疎水性重合体ブロック(T)を構成成分とするブロック共重合体(Z)を、有機溶媒に溶解させてブロック共重合体溶液を調製する第2工程;
前記シリカ前駆体水溶液とブロック共重合体溶液とを混合する第3工程;
前記第3工程で得られた混合液から、有機溶媒と水とを除去して固形分を得る第4工程;および
前記第4工程で得られた固形分を焼成する第5工程;を含むメソポーラスシリカの製造方法を提供する。
In order to achieve the above object, the present invention provides:
A first step of preparing an aqueous silica precursor solution by dissolving an alkoxysilane in an acidic aqueous solution;
Hydrophobic polymer comprising a hydrophilic polymer block (S) having a structural unit derived from an aromatic vinyl compound and having a sulfonic acid group, and an amorphous polymer containing a structural unit derived from an unsaturated hydrocarbon compound A second step of preparing a block copolymer solution by dissolving the block copolymer (Z) having the combined block (T) as a constituent component in an organic solvent;
A third step of mixing the silica precursor aqueous solution and the block copolymer solution;
A mesoporous solution comprising: a fourth step of obtaining a solid content by removing an organic solvent and water from the mixed solution obtained in the third step; and a fifth step of firing the solid content obtained in the fourth step. A method for producing silica is provided.

本発明によれば、タンパク質等の吸着分離や、DDSの用途に好適なメソポーラスシリカを低温、短時間で製造できるので、工業的に有利となる。   According to the present invention, mesoporous silica suitable for adsorption separation of proteins and the like and DDS applications can be produced at low temperature in a short time, which is industrially advantageous.

実施例1、2、4で得られたメソポーラスシリカの焼成後のGI−SAXSによるX線回折パターンである。It is an X-ray diffraction pattern by GI-SAXS after baking of the mesoporous silica obtained in Examples 1, 2, and 4. 実施例1〜6で得られたメソポーラスシリカの走査型電子顕微鏡写真であり、図Aが実施例1、図Bが実施例2、図Cが実施例3、図Dが実施例4、図Eが実施例5、図Fが実施例6である。It is a scanning electron micrograph of the mesoporous silica obtained in Examples 1-6, FIG. A is Example 1, FIG. B is Example 2, FIG. C is Example 3, FIG. D is Example 4, FIG. Is Example 5, and FIG. 実施例2、5で得られたメソポーラスシリカの透過型電子顕微鏡写真であり、図Aが実施例2、図Bが実施例5である。FIG. 2 is a transmission electron micrograph of mesoporous silica obtained in Examples 2 and 5. FIG. A is Example 2 and FIG. 実施例1〜6で得られたメソポーラスシリカの窒素吸着等温線であり、図(A)中、Aが実施例1、Bが実施例2、Cが実施例3であり、図(B)中、Dが実施例4、Eが実施例5、Fが実施例6である。It is a nitrogen adsorption isotherm of the mesoporous silica obtained in Examples 1-6. In FIG. (A), A is Example 1, B is Example 2, C is Example 3, and in FIG. (B). , D is Example 4, E is Example 5, and F is Example 6. 実施例1〜6で得られたメソポーラスシリカの細孔分布曲線であり、図中、Aが実施例1、Bが実施例2、Cが実施例3、Dが実施例4、Eが実施例5、Fが実施例6である。It is a pore distribution curve of the mesoporous silica obtained in Examples 1-6. In the figure, A is Example 1, B is Example 2, C is Example 3, D is Example 4, and E is Example. 5 and F are Example 6.

以下、本発明をその好適な実施形態に即して詳しく説明する。
本発明のメソポーラスシリカの製造方法は、
第1工程:アルコキシシランを酸性水溶液中に溶解させて、シリカ前駆体水溶液を調製する工程;
第2工程:芳香族ビニル化合物に由来する構造単位を含み、スルホン酸基を有する親水性重合体ブロック(S)、及び不飽和炭化水素化合物に由来する構造単位を含有する非晶性重合体からなる疎水性重合体ブロック(T)を構成成分とするブロック共重合体(Z)を、有機溶媒に溶解させてブロック共重合体溶液を調製する工程;
第3工程:シリカ前駆体水溶液とブロック共重合体溶液とを混合する工程;
第4工程:第3工程で得られた混合液から、有機溶媒と水とを除去して固形分を得る工程;および
第5工程:第4工程で得られた固形分を焼成する工程;を少なくとも含む。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to preferred embodiments thereof.
The method for producing the mesoporous silica of the present invention comprises:
1st process: The process which dissolves alkoxysilane in acidic aqueous solution, and prepares silica precursor aqueous solution;
2nd process: From the amorphous polymer containing the structural unit derived from the hydrophilic polymer block (S) which has a structural unit derived from an aromatic vinyl compound, and has a sulfonic acid group, and an unsaturated hydrocarbon compound A step of preparing a block copolymer solution by dissolving a block copolymer (Z) comprising a hydrophobic polymer block (T) as a constituent component in an organic solvent;
3rd process: The process of mixing a silica precursor aqueous solution and a block copolymer solution;
Fourth step: a step of removing the organic solvent and water from the liquid mixture obtained in the third step to obtain a solid content; and a fifth step: a step of firing the solid content obtained in the fourth step; Including at least.

[第1工程]
アルコキシシランを酸性水溶液中に溶解させることによって、アルコキシシランが有するアルコキシル基(−OR)は酸性水溶液中で加水分解を受け水酸基(−OH)に変換され、さらに脱水縮合して高分子量化して、シリカ前駆体となると推定される。
アルコキシシランとしては、例えば下記一般式(1)で示されるものを用いることができる。
[First step]
By dissolving the alkoxysilane in the acidic aqueous solution, the alkoxyl group (—OR) of the alkoxysilane is hydrolyzed and converted into a hydroxyl group (—OH) in the acidic aqueous solution, and further dehydrated and condensed to have a high molecular weight. Presumed to be a silica precursor.
As alkoxysilane, what is shown, for example by following General formula (1) can be used.

(式中、Rはアルキル基を表し、Yは水素原子、ハロゲン原子、水酸基又は炭化水素基を表し、nは1以上4以下の整数を表す。) (In the formula, R represents an alkyl group, Y represents a hydrogen atom, a halogen atom, a hydroxyl group or a hydrocarbon group, and n represents an integer of 1 or more and 4 or less.)

上記一般式(1)におけるRが表すアルキル基に特に制限はなく、直鎖状でも分岐鎖状でもよい。炭素数1〜5のアルキル基が好ましく、メチル基またはエチル基がより好ましい。また、Yが表す炭化水素基としては、例えば、メチル基等の炭素数1〜10のアルキル基;アリル基等の炭素数2〜10のアルケニル基;フェニル基、アルキル置換フェニル基等のアリール基;ベンジル基などのアラルキル基が挙げられる。また、Yが表すハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子および臭素原子が好ましい。   The alkyl group represented by R in the general formula (1) is not particularly limited, and may be linear or branched. An alkyl group having 1 to 5 carbon atoms is preferable, and a methyl group or an ethyl group is more preferable. The hydrocarbon group represented by Y is, for example, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms such as a methyl group; an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms such as an allyl group; an aryl group such as a phenyl group or an alkyl-substituted phenyl group; An aralkyl group such as a benzyl group; Moreover, as a halogen atom which Y represents, a fluorine atom, a chlorine atom, and a bromine atom are preferable.

nが2〜4である場合、n個の(OR)は同一または異なっていてもよいが、同一であることが好ましい。nは3または4が好ましい。また、(4−n)が2以上である場合、複数個のYは同一または異なっていてもよい。   When n is 2 to 4, n (OR) s may be the same or different, but are preferably the same. n is preferably 3 or 4. When (4-n) is 2 or more, the plurality of Y may be the same or different.

上記一般式(1)で表されるアルコキシシランのなかでも、結晶性の良好なメソポーラスシリカを得ることができることから、テトラメチルオルソシリケート(TMOS)(別称:テトラメトキシシラン)、テトラエチルオルソシリケート(TEOS)(別称:テトラエトキシシラン)、およびトリエトキシメチルシランが好ましい。   Among the alkoxysilanes represented by the general formula (1), mesoporous silica having good crystallinity can be obtained. (Alternative name: tetraethoxysilane) and triethoxymethylsilane are preferred.

アルコキシシランは1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。   An alkoxysilane may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together.

第1工程において用いる酸性水溶液としては、塩酸、硝酸、ホウ酸、臭素酸、フッ素酸、硫酸、リン酸等の無機酸の水溶液が挙げられ、これらは1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。酸性水溶液のpHは、アルコキシシランの加水分解反応を円滑に進める観点から、3以下であることが好ましく、2以下であることがより好ましい。また、前記加水分解反応を阻害しない範囲でアルコール等の有機物を含んでもよい。   Examples of the acidic aqueous solution used in the first step include aqueous solutions of inorganic acids such as hydrochloric acid, nitric acid, boric acid, bromic acid, fluoric acid, sulfuric acid, and phosphoric acid. You may use the above together. The pH of the acidic aqueous solution is preferably 3 or less, more preferably 2 or less, from the viewpoint of smoothly proceeding the hydrolysis reaction of alkoxysilane. Moreover, you may contain organic substances, such as alcohol, in the range which does not inhibit the said hydrolysis reaction.

第1工程は攪拌下にアルコキシシランを酸性水溶液へ溶解させるのが好ましく、溶解させる際の温度は、0〜80℃の範囲とすることが好ましく、5〜50℃の範囲とすることがより好ましく、10〜30℃の範囲とすることがさらに好ましい。また、アルコキシシランが酸性水溶液に溶解するのに要する調製時間は通常1〜90分の範囲である。また、第1工程は、大気雰囲気下で行うことが好ましい。   In the first step, the alkoxysilane is preferably dissolved in the acidic aqueous solution with stirring, and the temperature at the time of dissolution is preferably in the range of 0 to 80 ° C, more preferably in the range of 5 to 50 ° C. More preferably, the temperature is in the range of 10 to 30 ° C. The preparation time required for the alkoxysilane to dissolve in the acidic aqueous solution is usually in the range of 1 to 90 minutes. The first step is preferably performed in an air atmosphere.

[第2工程]
第2工程において、芳香族ビニル化合物に由来する構造単位を含有するスルホン酸基を有する親水性重合体ブロック(S)(以下、「芳香族ビニル化合物に由来する構造単位を含有するスルホン酸基を有する親水性重合体ブロック(S)」を単に「親水性重合体ブロック(S)」と称する)、及び不飽和炭化水素化合物に由来する構造単位を含有する非晶性重合体からなる疎水性重合体ブロック(T)(以下、「不飽和炭化水素化合物に由来する構造単位を含有する非晶性重合体である疎水性重合体ブロック(T)」を単に「疎水性重合体ブロック(T)」と称する)を構成成分とするブロック共重合体(Z)を、有機溶媒に溶解させてブロック共重合体溶液を調製する。当該ブロック共重合体溶液において、ブロック共重合体(Z)は、親水性重合体ブロック(S)を外側に、疎水性重合体ブロック(T)を内側に配向した均等な直径のミセルを形成して均一に分散していると考えている。
[Second step]
In the second step, the hydrophilic polymer block (S) having a sulfonic acid group containing a structural unit derived from an aromatic vinyl compound (hereinafter referred to as “a sulfonic acid group containing a structural unit derived from an aromatic vinyl compound. Hydrophilic polymer block (S) ”is simply referred to as“ hydrophilic polymer block (S) ”), and an amorphous polymer containing a structural unit derived from an unsaturated hydrocarbon compound. Combined block (T) (hereinafter, “hydrophobic polymer block (T) which is an amorphous polymer containing a structural unit derived from an unsaturated hydrocarbon compound” is simply referred to as “hydrophobic polymer block (T)”. A block copolymer solution is prepared by dissolving a block copolymer (Z) having a component as a constituent in an organic solvent. In the block copolymer solution, the block copolymer (Z) forms micelles of equal diameter with the hydrophilic polymer block (S) oriented outward and the hydrophobic polymer block (T) oriented inward. Are considered to be evenly distributed.

第2工程において、ブロック共重合体(Z)を溶解させる有機溶媒としては、安定なミセルを形成する観点から、メタノール、エタノール、n−プロパノール、2−プロパノール、2−メチル−1−プロパノールなどのアルコール;テトラヒドロフラン(THF)などのエーテル;アセトン、シクロヘキサノン等のケトン等の極性有機溶媒が好ましい。また、これらの極性有機溶媒はそれぞれ単独で用いても2種以上組み合わせて用いてもよい。また、ブロック共重合体(Z)の溶解性を向上させる目的でトルエンなどの非極性有機溶媒を極性有機溶媒と混合して用いてもよい。上記した有機溶媒のなかでもシリカ前駆体水溶液との混和性の高さから、THF、THFとエタノールの混合溶媒、THFとn−プロパノールの混合溶媒、シクロヘキサノン、シクロヘキサノンとエタノールの混合溶媒、トルエンと2−プロパノールの混合溶媒、トルエンと2−メチル−1−プロパノールの混合溶媒等が好ましい。   In the second step, as an organic solvent for dissolving the block copolymer (Z), from the viewpoint of forming stable micelles, methanol, ethanol, n-propanol, 2-propanol, 2-methyl-1-propanol, etc. Preference is given to alcohols; ethers such as tetrahydrofuran (THF); polar organic solvents such as ketones such as acetone and cyclohexanone. These polar organic solvents may be used alone or in combination of two or more. Moreover, you may use nonpolar organic solvents, such as toluene, mixing with a polar organic solvent in order to improve the solubility of a block copolymer (Z). Among the above organic solvents, THF, a mixed solvent of THF and ethanol, a mixed solvent of THF and n-propanol, a cyclohexanone, a mixed solvent of cyclohexanone and ethanol, toluene and 2 from the high miscibility with the aqueous silica precursor solution. A mixed solvent of -propanol, a mixed solvent of toluene and 2-methyl-1-propanol, and the like are preferable.

第2工程は、大気雰囲気下で行われることが好ましい。ブロック共重合体(Z)に前記有機溶媒を添加し、通常30分〜3時間撹拌することで、ブロック共重合体溶液を調製できる。調製温度は、ブロック共重合体(Z)が分解しない範囲であれば特に限定はなく、ブロック共重合体(Z)の溶解速度を高める観点から、25〜100℃の範囲が好ましく、40〜70℃の範囲がより好ましい。   The second step is preferably performed in an air atmosphere. A block copolymer solution can be prepared by adding the organic solvent to the block copolymer (Z) and stirring usually for 30 minutes to 3 hours. The preparation temperature is not particularly limited as long as the block copolymer (Z) is not decomposed. From the viewpoint of increasing the dissolution rate of the block copolymer (Z), a range of 25 to 100 ° C. is preferable, and 40 to 70 is preferable. A range of ° C is more preferred.

調製するブロック共重合体溶液の固形分濃度は、0.5〜30質量%とすることが好ましく、1〜20質量%とすることがより好ましい。0.5質量%よりも低いと生産性が悪くなる傾向があり、30質量%よりも高いと得られるブロック共重合体溶液の粘度が上昇して取り扱いが困難になる場合がある。調製するブロック共重合体溶液の粘度は、例えば20Pa・s以下とすることが好ましく、10Pa・s以下とすることがより好ましい。ブロック共重合体溶液の粘度が20Pa・sを超えると取り扱いが困難になる傾向がある。   The solid content concentration of the prepared block copolymer solution is preferably 0.5 to 30% by mass, and more preferably 1 to 20% by mass. If it is lower than 0.5% by mass, the productivity tends to be poor, and if it is higher than 30% by mass, the viscosity of the resulting block copolymer solution may increase and handling may be difficult. The viscosity of the block copolymer solution to be prepared is, for example, preferably 20 Pa · s or less, and more preferably 10 Pa · s or less. When the viscosity of the block copolymer solution exceeds 20 Pa · s, handling tends to be difficult.

以下、ブロック共重合体(Z)について説明する。
<親水性重合体ブロック(S)>
ブロック共重合体(Z)の構成成分である親水性重合体ブロック(S)は、芳香族ビニル化合物に由来する構造単位を含みスルホン酸基を有していない重合体ブロック(S)(以下「芳香族ビニル化合物に由来する構造単位を含みスルホン酸基を有していない重合体ブロック(S)」を単に「重合体ブロック(S)」と称する)の芳香環にスルホン酸基を導入することで得られる。かかる芳香族ビニル化合物が有する芳香環は炭素環式芳香環であるのが好ましく、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、ピレン環等が挙げられる。
Hereinafter, the block copolymer (Z) will be described.
<Hydrophilic polymer block (S)>
The hydrophilic polymer block (S) which is a constituent component of the block copolymer (Z) is a polymer block (S 0 ) (hereinafter referred to as a polymer block containing a structural unit derived from an aromatic vinyl compound and having no sulfonic acid group). The “polymer block (S 0 ) containing a structural unit derived from an aromatic vinyl compound and having no sulfonic acid group” is simply referred to as “polymer block (S 0 )”). It is obtained by introducing. The aromatic ring of the aromatic vinyl compound is preferably a carbocyclic aromatic ring, and examples thereof include a benzene ring, a naphthalene ring, an anthracene ring, and a pyrene ring.

前記重合体ブロック(S)を形成できる単量体としては、例えばスチレン、2−メチルスチレン、3−メチルスチレン、4−メチルスチレン、4−エチルスチレン、2,4−ジメチルスチレン、2,5−ジメチルスチレン、3,5−ジメチルスチレン、2−メトキシスチレン、3−メトキシスチレン、4−メトキシスチレン、ビニルビフェニル、ビニルターフェニル、ビニルナフタレン、ビニルアントラセン、4−フェノキシスチレン等の芳香族ビニル化合物が挙げられる。 Examples of the monomer capable of forming the polymer block (S 0 ) include styrene, 2-methylstyrene, 3-methylstyrene, 4-methylstyrene, 4-ethylstyrene, 2,4-dimethylstyrene, 2,5. -Aromatic vinyl compounds such as dimethyl styrene, 3,5-dimethyl styrene, 2-methoxy styrene, 3-methoxy styrene, 4-methoxy styrene, vinyl biphenyl, vinyl terphenyl, vinyl naphthalene, vinyl anthracene, 4-phenoxy styrene, etc. Can be mentioned.

また、上記の芳香族ビニル化合物の、芳香環のα位の炭素(α−炭素)は、4級炭素であってもよい。α−炭素が4級炭素である場合に、α−炭素に結合している置換基としては、炭素数1〜4のアルキル基(メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、もしくはtert−ブチル基)、炭素数1〜4のハロゲン化アルキル基(クロロメチル基、2−クロロエチル基、3−クロロエチル基等)、フェニル基を挙げることができる。該置換基を有する芳香族ビニル化合物としては、α−メチルスチレン、α−メチル−4−メチルスチレン、α−メチル−4−エチルスチレン、1,1−ジフェニルエチレンが好ましい。   Further, in the aromatic vinyl compound, the α-position carbon (α-carbon) of the aromatic ring may be a quaternary carbon. When the α-carbon is a quaternary carbon, examples of the substituent bonded to the α-carbon include an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms (methyl group, ethyl group, n-propyl group, isopropyl group, n- A butyl group, an isobutyl group, a sec-butyl group, or a tert-butyl group), a halogenated alkyl group having 1 to 4 carbon atoms (chloromethyl group, 2-chloroethyl group, 3-chloroethyl group, etc.), and a phenyl group. Can do. As the aromatic vinyl compound having the substituent, α-methylstyrene, α-methyl-4-methylstyrene, α-methyl-4-ethylstyrene, and 1,1-diphenylethylene are preferable.

重合体ブロックSの芳香環にスルホン酸基を導入する観点から、上記の芳香族ビニル化合物の芳香環上にはスルホン酸基を導入する反応を阻害する官能基がないことが望ましい。例えば、スチレンの芳香環上の水素(特に4位の水素)がアルキル基(特に炭素数3以上のアルキル基)等で置換されているとスルホン酸基の導入が困難な場合があるので、該芳香環は他の官能基で置換されていないか、アリール基等の、それ自体がスルホン酸基を導入可能な置換基で置換されていることが好ましく、スルホン酸基の導入容易性、スルホン酸基の高密度化等の観点から、スチレン、α−メチルスチレン、4−メチルスチレン、4−エチルスチレン、ビニルビフェニルがより好ましい。 From the viewpoint of introducing an aromatic ring sulfonic acid groups of the polymer block S 0, it is on the aromatic ring of the aromatic vinyl compound is desirably no functional groups which interfere with the reaction of introducing a sulfonic acid group. For example, if hydrogen on the aromatic ring of styrene (particularly hydrogen at the 4-position) is substituted with an alkyl group (particularly an alkyl group having 3 or more carbon atoms) or the like, it may be difficult to introduce a sulfonic acid group. It is preferable that the aromatic ring is not substituted with another functional group, or is substituted with a substituent capable of introducing a sulfonic acid group itself, such as an aryl group. Styrene, α-methylstyrene, 4-methylstyrene, 4-ethylstyrene, and vinylbiphenyl are more preferable from the viewpoint of increasing the density of the group.

重合体ブロック(S)は、本発明の効果を損なわない範囲内で芳香族ビニル化合物以外の1種以上の他の単量体由来の構造単位を含んでいてもよい。かかる他の単量体としては、例えば、炭素数4〜8の共役ジエン(1,3−ブタジエン、1,3−ペンタジエン、イソプレン、1,3−ヘキサジエン、2,4−ヘキサジエン、2,3−ジメチル−1,3−ブタジエン、2−エチル−1,3−ブタジエン、1,3−ヘプタジエン等)、炭素数2〜8のアルケン(エチレン、プロピレン、1−ブテン、2−ブテン、イソブテン、1−ペンテン、2−ペンテン、1−ヘキセン、2−ヘキセン、1−ヘプテン、2−ヘプテン、1−オクテン、2−オクテン等)、(メタ)アクリル酸エステル((メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸ブチル等)、ビニルエステル(酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、ピバリン酸ビニル等)、ビニルエーテル(メチルビニルエーテル、イソブチルビニルエーテル等)等が挙げられる。芳香族ビニル化合物と、上記他の単量体との共重合形態はランダム共重合であることが望ましい。これら他の単量体は、重合体ブロック(S)を形成できる単量体の10質量%以下であることが好ましく、5質量%以下であることがより好ましい。 The polymer block (S 0 ) may contain a structural unit derived from one or more other monomers other than the aromatic vinyl compound as long as the effects of the present invention are not impaired. Examples of such other monomers include conjugated dienes having 4 to 8 carbon atoms (1,3-butadiene, 1,3-pentadiene, isoprene, 1,3-hexadiene, 2,4-hexadiene, 2,3- Dimethyl-1,3-butadiene, 2-ethyl-1,3-butadiene, 1,3-heptadiene, etc.), alkenes having 2 to 8 carbon atoms (ethylene, propylene, 1-butene, 2-butene, isobutene, 1- Pentene, 2-pentene, 1-hexene, 2-hexene, 1-heptene, 2-heptene, 1-octene, 2-octene, etc.), (meth) acrylic acid esters (methyl (meth) acrylate, (meth) acrylic) Ethyl acetate, butyl (meth) acrylate, etc.), vinyl esters (vinyl acetate, vinyl propionate, vinyl butyrate, vinyl pivalate, etc.), vinyl ether (methyl) Vinyl ether, isobutyl vinyl ether, etc.), and the like. The copolymerization form of the aromatic vinyl compound and the other monomer is desirably random copolymerization. These other monomers are preferably 10% by mass or less, more preferably 5% by mass or less of the monomer capable of forming the polymer block (S 0 ).

重合体ブロック(S)1つあたりの数平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)法により測定された標準ポリスチレン換算の数平均分子量として、1,000〜50,000の範囲が好ましく、3,000〜40,000の範囲がより好ましく、5,000〜25,000の範囲がさらに好ましい。上記数平均分子量が、1,000未満または50,000を超えると、ブロック共重合体(Z)から誘導されるブロック共重合体(Z)のミセルの形成が困難となる場合がある。 The number average molecular weight per polymer block (S 0 ) is preferably in the range of 1,000 to 50,000 as the number average molecular weight in terms of standard polystyrene measured by gel permeation chromatography (GPC) method, The range of 3,000 to 40,000 is more preferable, and the range of 5,000 to 25,000 is more preferable. When the number average molecular weight is less than 1,000 or exceeds 50,000, it may be difficult to form micelles of the block copolymer (Z) derived from the block copolymer (Z 0 ).

細孔径のバラつきが小さいメソポーラスシリカを再現よく得るためには、重合体ブロック(S)へのスルホン酸基の導入量が重要である。本発明のメソポーラスシリカの製造において、ブロック共重合体(Z)の単位質量あたりのスルホン酸基の当量数(以下「イオン交換容量」と称する)は0.10meq/g以上であることが好ましく、0.30meq/g以上であることがより好ましく、0.75meq/g以上であることが特に好ましい。イオン交換容量の上限については、イオン交換容量が大きくなりすぎると親水/疎水性のバランスが崩れることで、再現よくメソポーラスシリカが得られなくなることから、5.00meq/g以下であることが好ましく、2.5meq/g以下であることがより好ましく、1.1meq/g以下であることがさらに好ましい。スルホン化されたブロック共重合体(Z)のイオン交換容量は、酸価滴定法を用いて算出することができる。 In order to obtain mesoporous silica with small variations in pore diameter with good reproducibility, the amount of sulfonic acid groups introduced into the polymer block (S 0 ) is important. In the production of the mesoporous silica of the present invention, the equivalent number of sulfonic acid groups per unit mass of the block copolymer (Z) (hereinafter referred to as “ion exchange capacity”) is preferably 0.10 meq / g or more, It is more preferably 0.30 meq / g or more, and particularly preferably 0.75 meq / g or more. The upper limit of the ion exchange capacity is preferably 5.00 meq / g or less because mesoporous silica cannot be obtained with good reproducibility because the balance of hydrophilicity / hydrophobicity is lost if the ion exchange capacity becomes too large. It is more preferably 2.5 meq / g or less, and further preferably 1.1 meq / g or less. The ion exchange capacity of the sulfonated block copolymer (Z) can be calculated using an acid value titration method.

<疎水性重合体ブロック(T)>
ブロック共重合体(Z)の構成成分である疎水性重合体ブロック(T)は不飽和炭化水素化合物に由来する構造単位を含有する非晶性の重合体ブロックである。ここで「非晶性」とは、ブロック共重合体(Z)の動的粘弾性を測定して、結晶性オレフィン重合体由来の貯蔵弾性率の変化がないことによって確認できる。
<Hydrophobic polymer block (T)>
The hydrophobic polymer block (T) which is a constituent component of the block copolymer (Z) is an amorphous polymer block containing a structural unit derived from an unsaturated hydrocarbon compound. Here, “amorphous” can be confirmed by measuring the dynamic viscoelasticity of the block copolymer (Z) and confirming that there is no change in the storage elastic modulus derived from the crystalline olefin polymer.

疎水性重合体ブロック(T)を形成できる単量体は、重合性の炭素−炭素二重結合を有する不飽和炭化水素化合物であれば特に限定されないが、鎖式不飽和炭化水素化合物が好ましく、例えば、炭素数2〜8のオレフィン(エチレン、プロピレン、1−ブテン、2−ブテン、イソブテン、1−ペンテン、2−ペンテン、1−ヘキセン、2−ヘキセン、1−ヘプテン、2−ヘプテン、1−オクテン、2−オクテン等)、炭素数4〜8の共役ジエン化合物(1,3−ブタジエン、1,3−ペンタジエン、イソプレン、1,3−ヘキサジエン、2,4−ヘキサジエン、2,3−ジメチル−1,3−ブタジエン、2−エチル−1,3−ブタジエン、1,3−ヘプタジエン等)等が挙げられる。上記単量体が重合性の炭素−炭素二重結合を複数有する場合にはそのいずれが重合に用いられてもよく、例えば、共役ジエン化合物の場合には1,2−結合であっても1,4−結合であっても、これらが混ざっていてもよい。   The monomer capable of forming the hydrophobic polymer block (T) is not particularly limited as long as it is an unsaturated hydrocarbon compound having a polymerizable carbon-carbon double bond, but is preferably a chain unsaturated hydrocarbon compound, For example, an olefin having 2 to 8 carbon atoms (ethylene, propylene, 1-butene, 2-butene, isobutene, 1-pentene, 2-pentene, 1-hexene, 2-hexene, 1-heptene, 2-heptene, 1- Octene, 2-octene, etc.), conjugated diene compounds having 4 to 8 carbon atoms (1,3-butadiene, 1,3-pentadiene, isoprene, 1,3-hexadiene, 2,4-hexadiene, 2,3-dimethyl- 1,3-butadiene, 2-ethyl-1,3-butadiene, 1,3-heptadiene, etc.). When the monomer has a plurality of polymerizable carbon-carbon double bonds, any of them may be used for polymerization. For example, in the case of a conjugated diene compound, a 1,2-bond may be used. , 4-bonds or these may be mixed.

疎水性重合体ブロック(T)を形成できる上記単量体は1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。2種以上を併用する場合は、疎水性重合体ブロック(T)を構成する構造単位の配列はランダムであることが好ましい。   The said monomer which can form a hydrophobic polymer block (T) may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together. When using 2 or more types together, it is preferable that the arrangement | sequence of the structural unit which comprises a hydrophobic polymer block (T) is random.

また、疎水性重合体ブロック(T)は、上記単量体以外に、本発明の効果を損わない範囲内で他の単量体由来の構造単位を含有してもよい。かかる他の単量体としては、例えばスチレン、ビニルナフタレン等の芳香族ビニル化合物、塩化ビニル等のハロゲン含有ビニル化合物、ビニルエステル(酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、ピバリン酸ビニル等)、ビニルエーテル(メチルビニルエーテル、イソブチルビニルエーテル等)等が挙げられる。この場合、疎水性重合体ブロック(T)を形成する構造単位の配列はランダムであることが好ましい。上記した他の単量体由来の構造単位は、疎水性重合体ブロック(T)の5質量%以下であることが好ましい。   Further, the hydrophobic polymer block (T) may contain a structural unit derived from another monomer within the range not impairing the effects of the present invention, in addition to the monomer. Examples of such other monomers include aromatic vinyl compounds such as styrene and vinyl naphthalene, halogen-containing vinyl compounds such as vinyl chloride, vinyl esters (vinyl acetate, vinyl propionate, vinyl butyrate, vinyl pivalate, etc.), vinyl ethers. (Methyl vinyl ether, isobutyl vinyl ether, etc.) and the like. In this case, the arrangement of the structural units forming the hydrophobic polymer block (T) is preferably random. The structural unit derived from the other monomer is preferably 5% by mass or less of the hydrophobic polymer block (T).

重合体ブロック(T)1つあたりの数平均分子量は、小さすぎるとミセルの安定性が低下する傾向となり、大きすぎると細孔径が拡張されタンパク質やドラッグの吸着量が逆に低下する傾向となる。このためゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)法により測定された標準ポリスチレン換算の数平均分子量として、3,000〜150,000の範囲が好ましく、20,000〜100,000の範囲がより好ましく、30,000〜75,000の範囲がさらに好ましい。   If the number average molecular weight per polymer block (T) is too small, the stability of the micelle tends to decrease, and if too large, the pore diameter is expanded and the adsorption amount of proteins and drugs tends to decrease. . For this reason, the number average molecular weight in terms of standard polystyrene measured by gel permeation chromatography (GPC) is preferably in the range of 3,000 to 150,000, more preferably in the range of 20,000 to 100,000. The range of 5,000 to 75,000 is more preferable.

<ブロック共重合体(Z)>
ブロック共重合体(Z)は、親水性重合体ブロック(S)と疎水性重合体ブロック(T)とを、それぞれ1個以上有している。親水性重合体ブロック(S)を複数個有する場合、それらの構造(構成する単量体の種類、重合度、スルホン酸基の種類や導入割合等)は、互いに同じであってもよく、異なっていてもよい。また、疎水性重合体ブロック(T)を複数個有する場合、それらの構造(構成する単量体の種類、重合度等)は、互いに同じであってもよく、異なっていてもよい。
<Block copolymer (Z)>
The block copolymer (Z) has at least one hydrophilic polymer block (S) and one hydrophobic polymer block (T). In the case of having a plurality of hydrophilic polymer blocks (S), their structures (type of monomer constituting, degree of polymerization, type of sulfonic acid group, introduction ratio, etc.) may be the same or different from each other. It may be. Moreover, when it has two or more hydrophobic polymer blocks (T), those structures (a kind of monomer to comprise, a polymerization degree, etc.) may mutually be the same, and may differ.

当該ブロック共重合体(Z)における、親水性重合体ブロック(S)と疎水性重合体ブロック(T)の配列の例として、S−T型ジブロック共重合体(S、Tはそれぞれ、親水性重合体ブロック(S)、疎水性重合体ブロック(T)を表す)、S−T−S型トリブロック共重合体、T−S−T型トリブロック共重合体、S−T−S型トリブロック共重合体あるいはT−S−T型トリブロック共重合体とS−T型ジブロック共重合体との混合物等が挙げられる。本発明のメソポーラスシリカにおいては、これらのブロック共重合体は、それぞれ単独で用いても2種以上組み合わせて用いてもよい。   As an example of the arrangement of the hydrophilic polymer block (S) and the hydrophobic polymer block (T) in the block copolymer (Z), an S-T type diblock copolymer (S and T are respectively hydrophilic Reactive polymer block (S), hydrophobic polymer block (T)), STS type triblock copolymer, TST type triblock copolymer, STS type Examples thereof include a triblock copolymer or a mixture of a TST type triblock copolymer and a S type diblock copolymer. In the mesoporous silica of the present invention, these block copolymers may be used alone or in combination of two or more.

本発明のメソポーラスシリカを形成する前記ブロック共重合体(Z)においては、親水性重合体ブロック(S)の合計量と、疎水性重合体ブロック(T)の合計量の割合は、質量比で10:90〜50:50であるのが好ましく、細孔径のバラつきが小さいメソポーラスシリカを再現よく得る観点から20:80〜40:60であるのがより好ましい。   In the block copolymer (Z) forming the mesoporous silica of the present invention, the ratio of the total amount of the hydrophilic polymer block (S) and the total amount of the hydrophobic polymer block (T) is expressed in mass ratio. The ratio is preferably 10:90 to 50:50, and more preferably 20:80 to 40:60 from the viewpoint of reproducible mesoporous silica having a small variation in pore diameter.

<ブロック共重合体(Z)の製造>
本発明のメソポーラスシリカを形成するブロック共重合体(Z)は、重合体ブロック(S)と疎水性重合体ブロック(T)とからなるブロック共重合体(Z)を製造した後、重合体ブロック(S)にスルホン酸基を導入する方法を用いることができる。
<Production of block copolymer (Z 0 )>
The block copolymer (Z) for forming the mesoporous silica of the present invention is prepared by producing a block copolymer (Z 0 ) comprising a polymer block (S 0 ) and a hydrophobic polymer block (T), A method of introducing a sulfonic acid group into the combined block (S 0 ) can be used.

ブロック共重合体(Z)の製造方法は、構成する単量体の種類、分子量等によって、ラジカル重合法、アニオン重合法、カチオン重合法、配位重合法等から適宜選択されるが、工業的な容易さから、ラジカル重合法、アニオン重合法あるいはカチオン重合法が好ましく選択される。特に、分子量、分子量分布等の観点からいわゆるリビング重合法が好ましく、具体的にはリビングラジカル重合法、リビングアニオン重合法、およびリビングカチオン重合法が好ましい。 The production method of the block copolymer (Z 0 ) is appropriately selected from radical polymerization method, anion polymerization method, cationic polymerization method, coordination polymerization method, etc. depending on the kind of monomer constituting, molecular weight, etc. The radical polymerization method, the anionic polymerization method, or the cationic polymerization method is preferably selected from the viewpoint of practical ease. In particular, a so-called living polymerization method is preferable from the viewpoint of molecular weight, molecular weight distribution, and the like, and specifically, a living radical polymerization method, a living anion polymerization method, and a living cation polymerization method are preferable.

重合体ブロック(S)と疎水性重合体ブロック(T)とからなるブロック共重合体(Z)の製造方法の具体例として、重合体ブロック(S)がスチレン、α−メチルスチレン、t−ブチルスチレン等の芳香族ビニル化合物から形成され、疎水性重合体ブロック(T)が共役ジエン又はイソブテンから形成されてなるブロック共重合体(Z)の製造方法について述べる。この場合、工業的容易さ、分子量、分子量分布、重合体ブロック(S)、疎水性重合体ブロック(T)との結合の容易さ等からリビングアニオン重合法またはリビングカチオン重合法で製造するのが好ましく、次のような具体的な合成例が示される。 As a specific example of the method for producing a block copolymer (Z 0 ) composed of a polymer block (S 0 ) and a hydrophobic polymer block (T), the polymer block (S 0 ) is styrene, α-methylstyrene, A method for producing a block copolymer (Z 0 ) formed from an aromatic vinyl compound such as t-butylstyrene and having a hydrophobic polymer block (T) formed from a conjugated diene or isobutene will be described. In this case, it is produced by a living anionic polymerization method or a living cationic polymerization method from the viewpoint of industrial ease, molecular weight, molecular weight distribution, polymer block (S 0 ), ease of bonding with a hydrophobic polymer block (T), and the like. The following specific examples of synthesis are shown.

ブロック共重合体(Z)をリビングアニオン重合によって製造するにあたっては、
(1)シクロヘキサン等の非極性溶媒中でアニオン重合開始剤の存在下、20〜100℃の温度条件下で、芳香族ビニル化合物、共役ジエン、芳香族ビニル化合物を逐次重合させS−T−S型ブロック共重合体(Z)を得る方法;
(2)シクロヘキサン等の非極性溶媒中でアニオン重合開始剤の存在下、20〜100℃の温度条件下で芳香族ビニル化合物、共役ジエンを逐次重合させた後、安息香酸フェニル等のカップリング剤を添加してS−T−S型ブロック共重合体(Z)を得る方法;
(3)シクロヘキサン等の非極性溶媒中でアニオン重合開始剤として有機リチウム化合物の存在下、0.1〜10質量%濃度の極性化合物の存在下、−30〜30℃の温度にて、5〜50質量%濃度の芳香族ビニル化合物を重合させ、得られるリビングポリマーに共役ジエンを重合させた後、安息香酸フェニル等のカップリング剤を添加して、S−T−S型ブロック共重合体(Z)を得る方法;
(4)シクロヘキサン等の非極性溶媒中でアニオン重合開始剤の存在下、20〜100℃の温度条件下で、t−ブチルスチレン、スチレン、共役ジエンを所望の順番で各1回以上逐次添加し、3種類以上の重合体ブロックからなるブロック共重合体(Z)を得る方法;
等が採用される。
In producing the block copolymer (Z 0 ) by living anionic polymerization,
(1) In the presence of an anionic polymerization initiator in a nonpolar solvent such as cyclohexane, an aromatic vinyl compound, a conjugated diene, and an aromatic vinyl compound are sequentially polymerized under a temperature condition of 20 to 100 ° C., so that S 0 -T— A method for obtaining an S 0 type block copolymer (Z 0 );
(2) A coupling agent such as phenyl benzoate after sequential polymerization of an aromatic vinyl compound and a conjugated diene in the presence of an anionic polymerization initiator in a nonpolar solvent such as cyclohexane at a temperature of 20 to 100 ° C. To obtain a S 0 -T—S 0 type block copolymer (Z 0 );
(3) In the presence of an organic lithium compound as an anionic polymerization initiator in a nonpolar solvent such as cyclohexane, in the presence of a polar compound having a concentration of 0.1 to 10% by mass, at a temperature of −30 to 30 ° C., After polymerizing an aromatic vinyl compound having a concentration of 50% by mass and polymerizing a conjugated diene to the resulting living polymer, a coupling agent such as phenyl benzoate is added, and S 0 -TS 0 type block copolymer A method for obtaining a coalescence (Z 0 );
(4) In the presence of an anionic polymerization initiator in a non-polar solvent such as cyclohexane, t-butylstyrene, styrene, and conjugated diene are sequentially added one or more times in the desired order under a temperature condition of 20 to 100 ° C. A method of obtaining a block copolymer (Z 0 ) comprising three or more polymer blocks;
Etc. are adopted.

ブロック共重合体(Z)をリビングカチオン重合によって製造するにあたっては、
(5)ハロゲン化炭化水素および炭化水素の混合溶媒中、−78℃で、2官能性ハロゲン化開始剤を用いて、ルイス酸存在下、イソブテンをカチオン重合させた後、スチレン等の芳香族ビニル化合物を重合させて、S−T−S型ブロック共重合体(Z)を得る方法(Macromol.Chem.,Macromol.Symp.32,119(1990).)等が採用される。
In producing the block copolymer (Z 0 ) by living cationic polymerization,
(5) Cationic polymerization of isobutene in the presence of Lewis acid using a bifunctional halogenated initiator at -78 ° C in a mixed solvent of halogenated hydrocarbon and hydrocarbon, and then aromatic vinyl such as styrene. A method (Macromol. Chem., Macromol. Symp. 32, 119 (1990).), Etc., for polymerizing the compound to obtain an S 0 -TS 0 type block copolymer (Z 0 ) is employed.

疎水性重合体ブロック(T)を形成する単量体である不飽和炭化水素化合物が炭素−炭素二重結合(不飽和結合)を複数有する場合、通常、重合したのちに、不飽和結合が残存している。この場合、残存する不飽和結合の一部または全部を、公知の水素添加反応によって飽和結合に変換してもよい。炭素−炭素二重結合の水素添加率は、一般に用いられている方法、例えば、1H−NMR測定によって算出することができる。炭素−炭素二重結合の水素添加率は、50モル%以上が好ましく、80モル%以上がより好ましい。 When the unsaturated hydrocarbon compound, which is a monomer that forms the hydrophobic polymer block (T), has a plurality of carbon-carbon double bonds (unsaturated bonds), the unsaturated bond usually remains after polymerization. doing. In this case, some or all of the remaining unsaturated bonds may be converted to saturated bonds by a known hydrogenation reaction. The hydrogenation rate of the carbon-carbon double bond can be calculated by a commonly used method, for example, 1 H-NMR measurement. The hydrogenation rate of the carbon-carbon double bond is preferably 50 mol% or more, and more preferably 80 mol% or more.

ブロック共重合体(Z)の数平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)法により測定された標準ポリスチレン換算の数平均分子量として、通常5,000〜200,000が好ましく、30,000〜150,000がより好ましく、50,000〜100,000がさらに好ましい。ブロック共重合体(Z)の数平均分子量が5000よりも小さいと、これから得られるブロック共重合体(Z)を有機溶媒に溶解させてなるブロック共重合体溶液において、ミセルの安定性が低下する傾向となり、150,000より大きいと、得られるメソポーラスシリカの細孔径が拡張されタンパク質やドラッグの吸着量が低下する傾向となる。 The number average molecular weight of the block copolymer (Z 0 ) is usually preferably 5,000 to 200,000 as the number average molecular weight in terms of standard polystyrene measured by a gel permeation chromatography (GPC) method, preferably 30,000. ˜150,000 is more preferable, and 50,000 to 100,000 is more preferable. When the number average molecular weight of the block copolymer (Z 0 ) is smaller than 5000, the stability of micelles is reduced in the block copolymer solution obtained by dissolving the block copolymer (Z) obtained therefrom in an organic solvent. If it is larger than 150,000, the pore diameter of the obtained mesoporous silica is expanded and the amount of protein or drug adsorbed tends to decrease.

<ブロック共重合体(Z)の製造>
次に、ブロック共重合体(Z)にスルホン酸基を導入してブロック共重合体(Z)を製造する方法について述べる。スルホン酸基の導入(スルホン化)は、公知の方法で行える。例えば、ブロック共重合体(Z)の溶液や懸濁液を調製したのち、後述するスルホン化剤を添加し混合する方法や、ブロック共重合体(Z)に直接ガス状のスルホン化剤を添加する方法が挙げられる。
<Production of block copolymer (Z)>
Next, a method for producing a block copolymer (Z) by introducing a sulfonic acid group into the block copolymer (Z 0 ) will be described. Introduction of a sulfonic acid group (sulfonation) can be performed by a known method. For example, after preparing a solution or suspension of the block copolymer (Z 0 ), a sulfonating agent described later is added and mixed, or a gaseous sulfonating agent is directly added to the block copolymer (Z 0 ). The method of adding is mentioned.

スルホン化剤としては、硫酸;硫酸と脂肪族酸無水物との混合物系;クロロスルホン酸;クロロスルホン酸と塩化トリメチルシリルとの混合物系;三酸化硫黄;三酸化硫黄とトリエチルホスフェートとの混合物系;2,4,6−トリメチルベンゼンスルホン酸に代表される芳香族有機スルホン酸等が例示される。また、使用する有機溶媒としては、塩化メチレン等のハロゲン化炭化水素、ヘキサン等の直鎖脂肪族炭化水素、シクロヘキサン等の環状脂肪族炭化水素等が例示でき、必要に応じて複数の組み合わせから、適宜選択して使用してもよい。   As the sulfonating agent, sulfuric acid; a mixed system of sulfuric acid and an aliphatic acid anhydride; a chlorosulfonic acid; a mixed system of chlorosulfonic acid and trimethylsilyl chloride; a sulfur trioxide; a mixed system of sulfur trioxide and triethyl phosphate; Examples include aromatic organic sulfonic acid represented by 2,4,6-trimethylbenzenesulfonic acid. Examples of the organic solvent to be used include halogenated hydrocarbons such as methylene chloride, linear aliphatic hydrocarbons such as hexane, cyclic aliphatic hydrocarbons such as cyclohexane, and the like. You may select and use suitably.

[第3工程]
前記第1工程で得られたシリカ前駆体水溶液と、第2工程で得られたブロック共重合体溶液とを混合する。混合方法に制限はなく、シリカ前駆体水溶液中にブロック共重合体溶液を供給する方法、ブロック共重合体溶液中にシリカ前駆体水溶液を供給する方法、シリカ前駆体水溶液とブロック共重合体溶液とを同時に容器内に供給する方法のいずれであってもよい。なお、混合に際しては、公知の攪拌装置を用いて、攪拌しながら行うことが好ましい。
[Third step]
The silica precursor aqueous solution obtained in the first step and the block copolymer solution obtained in the second step are mixed. There is no limitation on the mixing method, a method of supplying a block copolymer solution into a silica precursor aqueous solution, a method of supplying a silica precursor aqueous solution into a block copolymer solution, a silica precursor aqueous solution and a block copolymer solution, Any of the methods of simultaneously supplying the liquid into the container may be used. The mixing is preferably carried out with stirring using a known stirring device.

シリカ前駆体水溶液とブロック共重合体溶液の量比は、得られるメソポーラスシリカの細孔径のバラつきを低下させる観点から、ブロック共重合体(Z)とアルコキシシランの質量比が0.01:1〜25:1となる割合であることが好ましく、0.05:1〜9:1の割合であることがより好ましい。   The amount ratio of the aqueous silica precursor solution and the block copolymer solution is such that the mass ratio of the block copolymer (Z) to the alkoxysilane is 0.01: 1 from the viewpoint of reducing the pore size variation of the obtained mesoporous silica. The ratio is preferably 25: 1, and more preferably 0.05: 1 to 9: 1.

第3工程は、大気雰囲気下で行われることが好ましい。第3工程で用いるシリカ前駆体水溶液は、得られるメソポーラスシリカの結晶性を高める観点から、第1工程で調製後、1時間以内に第3工程に供することが好ましく、30分以内に第3工程に供することがより好ましい。混合する際の温度は0〜80℃の範囲が好ましく、5〜50℃の範囲がより好ましく、10〜30℃の範囲がさらに好ましい。また、結晶性の高いメソポーラスシリカが得られることから、混合時間は1〜300分の範囲とすることが好ましく、30〜90分の範囲とすることがより好ましい。   The third step is preferably performed in an air atmosphere. From the viewpoint of increasing the crystallinity of the obtained mesoporous silica, the aqueous silica precursor solution used in the third step is preferably subjected to the third step within 1 hour after being prepared in the first step, and the third step within 30 minutes. More preferably, it is used. The temperature at the time of mixing has the preferable range of 0-80 degreeC, The range of 5-50 degreeC is more preferable, The range of 10-30 degreeC is further more preferable. Moreover, since highly crystalline mesoporous silica is obtained, the mixing time is preferably in the range of 1 to 300 minutes, and more preferably in the range of 30 to 90 minutes.

[第4工程]
前記第3工程で得られた混合液から有機溶媒と水とを除去して固形分を得る。得られるメソポーラスシリカの結晶性を高める観点から、第3工程で調製後、1時間以内に第4工程に供することが好ましく、30分以内に第4工程に供することがより好ましい。
[Fourth step]
The organic solvent and water are removed from the mixed solution obtained in the third step to obtain a solid content. From the viewpoint of increasing the crystallinity of the obtained mesoporous silica, it is preferably provided in the fourth step within 1 hour after preparation in the third step, and more preferably provided in the fourth step within 30 minutes.

第4工程は、大気雰囲気下で行うことが好ましい。第4工程の温度は20〜80℃の範囲が好ましい。第4工程に要する時間は10分〜6時間の範囲が好ましく、より好ましくは30分〜3時間である。市販の赤外線水分計を用いて前記固形分を100℃に保持した際、質量減少率が1分間あたり0.1%以下になるまで有機溶媒と水とを除去することが好ましい。   The fourth step is preferably performed in an air atmosphere. The temperature in the fourth step is preferably in the range of 20 to 80 ° C. The time required for the fourth step is preferably in the range of 10 minutes to 6 hours, more preferably 30 minutes to 3 hours. When the solid content is held at 100 ° C. using a commercially available infrared moisture meter, it is preferable to remove the organic solvent and water until the mass reduction rate is 0.1% or less per minute.

[第5工程]
前記第4工程で得られた固形分を焼成して、ブロック共重合体(Z)を除去し、細孔径2〜50nmの多数の細孔が周期的に形成されたメソポーラスシリカが得られる。
[Fifth step]
The solid content obtained in the fourth step is baked to remove the block copolymer (Z), and mesoporous silica in which a large number of pores having a pore diameter of 2 to 50 nm are periodically formed is obtained.

焼成は、300〜1000℃、好ましくは400〜700℃で加熱する。加熱時間は30分〜12時間の範囲が好ましい。   Firing is performed at 300 to 1000 ° C., preferably 400 to 700 ° C. The heating time is preferably in the range of 30 minutes to 12 hours.

タンパク質等の吸着分離やDDSで用いられるメソポーラスシリカの細孔径は、2〜50nmの範囲であり、5〜30nmの範囲であることが好ましい。ここで細孔径とは、図5に示す細孔分布曲線における最大ピークを示す細孔径を指す。細孔分布曲線は、測定対象のメソポーラスシリカを液体窒素温度(−196℃)に冷却して窒素ガスによって徐々に加圧し、定容量法により窒素ガスの平衡圧力に対する窒素ガスの吸着量をプロットして得られる図4に示すような吸着等温線の吸着曲線から、BJH法により算出される。BJH法とは、他の細孔と連結していない円筒形の細孔をモデルとして計算したもので、窒素ガスの毛管凝縮と多分子層吸着から細孔分布を求める方法である。その詳細は、「島津評論」(第48巻、第1号、第35〜44頁、1991年発行)に記載されている。   The pore diameter of mesoporous silica used for adsorption separation of proteins and the like and DDS is in the range of 2 to 50 nm, and preferably in the range of 5 to 30 nm. Here, the pore diameter refers to the pore diameter showing the maximum peak in the pore distribution curve shown in FIG. The pore distribution curve is obtained by cooling the mesoporous silica to be measured to liquid nitrogen temperature (−196 ° C.), gradually pressurizing with nitrogen gas, and plotting the adsorption amount of nitrogen gas against the equilibrium pressure of nitrogen gas by the constant volume method. It is calculated by the BJH method from the adsorption isotherm adsorption curve as shown in FIG. The BJH method is calculated by using cylindrical pores that are not connected to other pores as a model, and is a method for obtaining pore distribution from capillary condensation of nitrogen gas and multi-layer adsorption. The details are described in “Shimadzu review” (Vol. 48, No. 1, pp. 35-44, published in 1991).

本発明の製造方法により得られるメソポーラスシリカのX線回折パターンを測定したとき、そのX線回折パターンにおいて1nm以上のd値に相当する回折角度に1本以上のピークを有することが好ましい。X線回折ピークはそのピーク角度に相当するd値の周期構造が試料中にあることを意味する。したがって、1nm以上のd値に相当する回折角度に1本以上のピークがあることは、細孔が1nm以上の間隔で規則的に配列していることを意味する。   When the X-ray diffraction pattern of the mesoporous silica obtained by the production method of the present invention is measured, it is preferable that the X-ray diffraction pattern has one or more peaks at a diffraction angle corresponding to a d value of 1 nm or more. The X-ray diffraction peak means that a periodic structure having a d value corresponding to the peak angle is present in the sample. Therefore, having one or more peaks at a diffraction angle corresponding to a d value of 1 nm or more means that the pores are regularly arranged at intervals of 1 nm or more.

以上説明したように、本発明におけるスルホン酸基を有する親水性重合体ブロック(S)及び疎水性重合体ブロック(T)を構成成分とするブロック共重合体(Z)においては、親水性重合体ブロック(S)と疎水性重合体ブロック(T)の親水、疎水性の差が極端に大きいため、安定したミセルを形成することが可能になる。また、親水性重合体ブロック(S)が嵩高い芳香族ビニル化合物に由来する構造単位で構成されているため、焼成後に細孔同士を連結する細孔として機能すると考えている。この結果、細孔同士が連結した細孔径の大きいメソポーラスシリカを低温、短時間で製造できるので、工業的に有利な製造プロセスである。   As described above, in the block copolymer (Z) comprising the hydrophilic polymer block (S) having a sulfonic acid group and the hydrophobic polymer block (T) in the present invention, the hydrophilic polymer Since the difference in hydrophilicity and hydrophobicity between the block (S) and the hydrophobic polymer block (T) is extremely large, stable micelles can be formed. Moreover, since the hydrophilic polymer block (S) is composed of structural units derived from bulky aromatic vinyl compounds, it is considered that the hydrophilic polymer block (S) functions as pores that connect the pores after firing. As a result, mesoporous silica having a large pore diameter in which pores are connected can be produced at a low temperature in a short time, which is an industrially advantageous production process.

以下に、本発明について更に詳細に説明する。なお、本発明はここに説明する実施例に限定されるものではない。まず、用いた測定方法、条件を示す。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail. In addition, this invention is not limited to the Example demonstrated here. First, the measurement method and conditions used are shown.

1.GPCによるブロック共重合体(Z)の数平均分子量の測定;
GPCシステム :東ソー株式会社製HLC-8220GPC
カラム :TSKgel Super Multipore HZ-M
TSK guard Column Super MP-M
TSK gel G3000H
RI検出器 :HLC-8220GPC
カラムオーブン温度:40℃
溶離液 :テトラヒドロフラン
標準サンプル:標準ポリスチレンの較正曲線を用いて、換算した
1. Measurement of the number average molecular weight of the block copolymer (Z 0 ) by GPC;
GPC system: HLC-8220GPC manufactured by Tosoh Corporation
Column: TSKgel Super Multipore HZ-M
TSK guard Column Super MP-M
TSK gel G3000H
RI detector: HLC-8220GPC
Column oven temperature: 40 ° C
Eluent: Tetrahydrofuran Standard sample: Converted using standard polystyrene calibration curve

2.H−NMRによるブロック共重合体(Z)の水素添加率およびブロック共重合体(Z)のスルホン化率の測定;
NMRシステム :日本電子製JNM-ECX400
溶媒 :重水素化クロロホルム
基準ピーク :テトラメチルシラン
2. Measurement of hydrogenation rate of block copolymer (Z 0 ) and sulfonation rate of block copolymer (Z) by 1 H-NMR;
NMR system: JEOL JNM-ECX400
Solvent: Deuterated chloroform Standard peak: Tetramethylsilane

3.貯蔵弾性率の測定
ブロック共重合体(Z)の20質量%トルエン/イソプロピルアルコール(質量比5/5)溶液を調製し、離型処理済PETフィルム[三菱樹脂(株)製、MRV(商品名)]上に約350μmの厚みでコートし、熱風乾燥機にて、100℃で4分間乾燥後、25℃で離型処理済PETフィルムから剥離させて、厚さ30μmの膜を得た。得られた膜を、広域動的粘弾性測定装置(レオロジ社製「DVE−V4FTレオスペクトラー」)を使用して、引張りモード(周波数:11Hz)で、昇温速度を3℃/分、−80℃から250℃まで昇温して、貯蔵弾性率(E’)、損失弾性率(E’’)及び損失正接(tanδ)を測定した。結晶化オレフィン重合体に由来する80〜100℃における貯蔵弾性率の変化がないことに基づき、疎水性重合体ブロック(T)の非晶性を判断した。この結果、下記実施例、比較例で得られたすべてのブロック共重合体(Z)について、疎水性重合体ブロック(T)は非晶性であった。
3. Measurement of storage modulus A 20% by weight toluene / isopropyl alcohol (mass ratio 5/5) solution of the block copolymer (Z) was prepared, and a release-treated PET film [Mitsubishi Resin Co., Ltd., MRV (trade name) ]] Was coated at a thickness of about 350 μm, dried with a hot air dryer at 100 ° C. for 4 minutes, and then peeled off from the release-treated PET film at 25 ° C. to obtain a film with a thickness of 30 μm. Using the wide-range dynamic viscoelasticity measuring device ("DVE-V4FT Rheospectr" manufactured by Rheology Co., Ltd.), the resulting film was heated in a tensile mode (frequency: 11 Hz) at a heating rate of 3 ° C / min,- The temperature was raised from 80 ° C. to 250 ° C., and the storage elastic modulus (E ′), loss elastic modulus (E ″), and loss tangent (tan δ) were measured. Based on the fact that there was no change in the storage elastic modulus at 80 to 100 ° C. derived from the crystallized olefin polymer, the amorphous nature of the hydrophobic polymer block (T) was judged. As a result, the hydrophobic polymer block (T) was amorphous for all the block copolymers (Z) obtained in the following Examples and Comparative Examples.

4.メソポーラスシリカの細孔径および比表面積の測定
日本ベル株式会社製、自動比表面積/細孔分布測定装置、商品名「BELSORP-miniII」」を使用し、液体窒素を用いて多点法でBET比表面積を測定し、パラメータCが正になる範囲で値を導出した。細孔分布は、前記のBJH 法を採用し、ピークトップを細孔径とした。前処理は100℃で24時間行った。
4). Measurement of pore size and specific surface area of mesoporous silica BEL specific surface area by multipoint method using liquid nitrogen and using an automatic specific surface area / pore distribution measuring device, trade name “BELSORP-miniII”, manufactured by Nippon Bell Co., Ltd. And the value was derived in the range where the parameter C becomes positive. For the pore distribution, the BJH method described above was adopted, and the peak top was the pore diameter. Pretreatment was performed at 100 ° C. for 24 hours.

[合成例1:ポリα−メチルスチレンと水添ポリブタジエンとからなるブロック共重合体(Z−1)の合成]
撹拌装置付き耐圧容器を十分に窒素置換を行った後、充分に脱水したα−メチルスチレン、シクロヘキサン、n−ヘキサンおよびテトラヒドロフランを、各々172g、258.1g、28.8gおよび5.9g投入した。続いてsec−ブチルリチウム(1.3M、シクロヘキサン溶液)17.5mlを添加し、−10℃で5時間重合した。5時間重合後のポリα−メチルスチレンの数平均分子量をGPCにより測定したところ、ポリスチレン換算で6,400であった。次いで、1,3−ブタジエン27gを添加し、30分間撹拌後、シクロヘキサン1,703gを加えた。ポリ1,3−ブタジエンブロック(b1)の数平均分子量は3640であった。次に1,3−ブタジエンを303g加え、温度を60℃まで上昇させながら2時間重合をした。さらに、耐圧容器中の重合溶液に、α,α′−ジクロロ−p−キシレン(0.3M、トルエン溶液)27.0mlを加え、60℃で1時間撹拌し、カップリング反応を行い、ポリ( α−メチルスチレン)−ポリブタジエン−ポリ(α−メチルスチレン)型共重合体(以下mSEBmSと略記する)を合成した。得られたmSEBmSの数平均分子量は74000であり、H−NMR測定から求めた1、2−結合量は43.9% 、α−メチルスチレン単位の含有量は28質量%であった。また、ポリブタジエンブロック中には、α−メチルスチレンが実質的に共重合されていないことが、H−NMRスペクトル測定による組成分析により判明した。
[Synthesis Example 1: Synthesis of block copolymer (Z 0 -1) comprising poly α-methylstyrene and hydrogenated polybutadiene]
After sufficiently substituting the pressure vessel equipped with a stirrer with nitrogen, 172 g, 258.1 g, 28.8 g and 5.9 g of α-methylstyrene, cyclohexane, n-hexane and tetrahydrofuran, which were sufficiently dehydrated, were added, respectively. Subsequently, 17.5 ml of sec-butyllithium (1.3 M, cyclohexane solution) was added, and polymerization was performed at −10 ° C. for 5 hours. When the number average molecular weight of the poly α-methylstyrene after polymerization for 5 hours was measured by GPC, it was 6,400 in terms of polystyrene. Next, 27 g of 1,3-butadiene was added, and after stirring for 30 minutes, 1,703 g of cyclohexane was added. The number average molecular weight of the poly 1,3-butadiene block (b1) was 3640. Next, 303 g of 1,3-butadiene was added, and polymerization was carried out for 2 hours while raising the temperature to 60 ° C. Furthermore, 27.0 ml of α, α′-dichloro-p-xylene (0.3 M, toluene solution) was added to the polymerization solution in the pressure vessel, and the mixture was stirred at 60 ° C. for 1 hour to conduct a coupling reaction. An α-methylstyrene) -polybutadiene-poly (α-methylstyrene) type copolymer (hereinafter abbreviated as mSEBmS) was synthesized. The number average molecular weight of the obtained mSEBmS was 74000, the 1,2-bond amount determined from 1 H-NMR measurement was 43.9%, and the content of α-methylstyrene unit was 28% by mass. Further, it was found by composition analysis by 1 H-NMR spectrum measurement that α-methylstyrene was not substantially copolymerized in the polybutadiene block.

合成したmSEBmSのシクロヘキサン溶液を調製し、十分に窒素置換を行った耐圧容器に仕込んだ後、Ni/Al系のZiegler系水素添加触媒を用いて、水素雰囲気下において8 0 ℃ で5時間水素添加反応を行い、ポリα−メチルスチレン−b−水添ポリブタジエン−b−ポリα−メチルスチレン型トリブロック共重合体(以下、ブロック共重合体(Z−1)と称する)を得た。得られたブロック共重合体(Z−1)の水素添加率をH−NMRスペクトル測定により算出したところ、99.6%であった。 Prepare a synthesized cyclohexane solution of mSEBmS, charge it in a pressure-resistant vessel with sufficient nitrogen substitution, and then hydrogenate it at 80 ° C. for 5 hours in a hydrogen atmosphere using a Ni / Al Ziegler hydrogenation catalyst. The reaction was carried out to obtain a poly α-methylstyrene-b-hydrogenated polybutadiene-b-polyα-methylstyrene type triblock copolymer (hereinafter referred to as a block copolymer (Z 0 -1)). The resulting block copolymer hydrogenation rate of (Z 0 -1) was calculated by 1 H-NMR spectrum measurement, it was 99.6%.

[合成例2:ブロック共重合体(Z−1)の合成]
合成例1で得られたブロック共重合体(Z−1)100gを、攪拌機付きのガラス製反応容器中にて1時間真空乾燥し、ついで窒素置換した後、塩化メチレン1000mlを加え、35℃にて2時間攪拌して溶解させた。溶解後、塩化メチレン41.8ml中、0℃ にて無水酢酸21.0mlと硫酸9.34mlとを反応させて得られた硫酸化試薬を、20分かけて徐々に滴下した。35℃にて0.5時間攪拌後、2Lの蒸留水の中に攪拌しながら重合体溶液を注ぎ、重合体を凝固析出させた。析出した固形分を90℃の蒸留水で30分間洗浄し、ついでろ過した。この洗浄及びろ過の操作を洗浄水のpHに変化がなくなるまで繰り返し、最後にろ取した重合体を真空乾燥してスルホン化物を得た(以下、ブロック共重合体(Z−1)と称する)。得られたブロック共重合体(Z−1)のα−メチルスチレン単位のベンゼン環のスルホン化率はH−NMR分析から27mol%、酸価滴定によって求めたイオン交換容量は0.8meq/gであった。
[Synthesis Example 2: Synthesis of block copolymer (Z-1)]
100 g of the block copolymer (Z 0 -1) obtained in Synthesis Example 1 was vacuum-dried for 1 hour in a glass reaction vessel equipped with a stirrer, and then purged with nitrogen. Then, 1000 ml of methylene chloride was added, and 35 ° C. And stirred for 2 hours to dissolve. After dissolution, a sulfating reagent obtained by reacting 21.0 ml of acetic anhydride and 9.34 ml of sulfuric acid at 0 ° C. in 41.8 ml of methylene chloride was gradually added dropwise over 20 minutes. After stirring at 35 ° C. for 0.5 hour, the polymer solution was poured into 2 L of distilled water while stirring to coagulate and precipitate the polymer. The precipitated solid was washed with distilled water at 90 ° C. for 30 minutes and then filtered. This washing and filtration operation was repeated until there was no change in the pH of the washing water, and the polymer collected by filtration at the end was vacuum dried to obtain a sulfonated product (hereinafter referred to as block copolymer (Z-1)). . The sulfonation rate of the benzene ring of the α-methylstyrene unit of the obtained block copolymer (Z-1) was 27 mol% from 1 H-NMR analysis, and the ion exchange capacity determined by acid value titration was 0.8 meq / g. Met.

[合成例3:ブロック共重合体(Z−2)の合成]
合成例2の反応温度を25℃に、反応時間を3時間に変更した以外は、合成例2と同様に行った。得られたスルホン化物(以下、ブロック共重合体(Z−2)と称する)のα−メチルスチレン単位のベンゼン環のスルホン化率はH−NMR分析から36mol%、酸価滴定によって求めたイオン交換容量は0.88meq/gであった。
[Synthesis Example 3: Synthesis of block copolymer (Z-2)]
The reaction was performed in the same manner as in Synthesis Example 2 except that the reaction temperature of Synthesis Example 2 was changed to 25 ° C. and the reaction time was changed to 3 hours. The sulfonation rate of the benzene ring of the α-methylstyrene unit of the obtained sulfonated product (hereinafter referred to as block copolymer (Z-2)) was 36 mol% from 1 H-NMR analysis, and the ion obtained by acid value titration. The exchange capacity was 0.88 meq / g.

[合成例4:ブロック共重合体(Z−3)の合成]
合成例3の反応時間を7時間に変更した以外は、合成例3と同様に行った。得られたスルホン化物(以下、ブロック共重合体(Z−3)と称する)のα−メチルスチレン単位のベンゼン環のスルホン化率はH−NMR分析から50mol%、酸価滴定によって求めたイオン交換容量は1.06meq/gであった。
[Synthesis Example 4: Synthesis of block copolymer (Z-3)]
The same procedure as in Synthesis Example 3 was performed except that the reaction time in Synthesis Example 3 was changed to 7 hours. The sulfonation rate of the benzene ring of the α-methylstyrene unit of the obtained sulfonated product (hereinafter referred to as block copolymer (Z-3)) was 50 mol% from 1 H-NMR analysis, and the ion determined by acid value titration. The exchange capacity was 1.06 meq / g.

[合成例5:スチレン重合体ブロックとエチレンオキサイド重合体ブロックのブロック共重合体(以下、ブロック共重合体(Q)と称する)の合成]
モノメトキシポリエチレンオキサイド(Acros社製PEG5000)20gをTHF60mlに溶解させた。これにピリジン40mlを添加し、均一な溶液を得た。この溶液を氷浴で冷却し、2−ブロモイソブチリルブロマイド(Acros社製)13mmolを30分かけて滴下した後、更に30℃で12時間撹拌した。室温に冷却後、冷却したジメチルエーテル200mlを溶液に添加して、沈殿物として白色のPEO−Brを得た。PEO−Brは冷却したジメチルエーテルで洗浄し、真空乾燥した。次に、PEO−Br3g、CuBr0.08g、N,N,N’、N’−ペンタメチルジエチレントリアミン(Acros社製)0.10g、スチレン(和光純薬工業製)15gをアンプル管に入れて、脱酸素処理を行った後、110℃、3時間かけて重合反応を実施した。得られたゲル状の生成物をTHF50mlに溶解させ、アルミナカラムに通すことでCu錯体を除去した。これに石油エーテル200mlを添加して再沈殿処理を行うことで、ブロック共重合体(Q)を得た。得られたブロック共重合体(Q)の数平均分子量は36100であった。
[Synthesis Example 5: Synthesis of block copolymer of styrene polymer block and ethylene oxide polymer block (hereinafter referred to as block copolymer (Q)]]
20 g of monomethoxypolyethylene oxide (PEG 5000 manufactured by Acros) was dissolved in 60 ml of THF. To this, 40 ml of pyridine was added to obtain a uniform solution. The solution was cooled in an ice bath, 13 mmol of 2-bromoisobutyryl bromide (Acros) was added dropwise over 30 minutes, and the mixture was further stirred at 30 ° C. for 12 hours. After cooling to room temperature, 200 ml of cooled dimethyl ether was added to the solution to obtain white PEO-Br as a precipitate. PEO-Br was washed with cooled dimethyl ether and dried in vacuo. Next, PEO-Br 3 g, CuBr 0.08 g, N, N, N ′, N′-pentamethyldiethylenetriamine (manufactured by Acros) 0.10 g, and styrene (manufactured by Wako Pure Chemical Industries) 15 g are put into an ampule tube and removed. After the oxygen treatment, a polymerization reaction was carried out at 110 ° C. for 3 hours. The obtained gel-like product was dissolved in 50 ml of THF and passed through an alumina column to remove the Cu complex. The block copolymer (Q) was obtained by adding 200 ml of petroleum ether to this and performing a reprecipitation process. The number average molecular weight of the obtained block copolymer (Q) was 36100.

<メソポーラスシリカの合成> <Synthesis of mesoporous silica>

0.1M塩酸水溶液0.15gをテトラエトキシシラン0.5g(Aldrich製)に添加して、大気雰囲気下、25℃にて、5分間、マグネティックスターラーを用いて撹拌することでシリカ前駆体水溶液を調製した。次に、合成例4で合成したブロック共重合体(Z−3)0.0556gにTHF2.5mlを添加し、大気雰囲気下において25℃、1時間、マグネティックスターラーを用いて攪拌することでブロック共重合体溶液を調製した。ついで、先に調製したシリカ前駆体水溶液を添加し、1時間攪拌した。得られた混合液を大気雰囲気下で25℃、1時間乾燥することで固形分を得、電気炉(光洋サーモシステム製 KBF442N1)に移して、大気雰囲気下にて1℃/minの昇温速度で600℃まで昇温し、4時間保持した後、電源を切り室温まで冷却することでメソポーラスシリカを得た。   0.15 g of 0.1M hydrochloric acid aqueous solution is added to 0.5 g of tetraethoxysilane (manufactured by Aldrich), and the silica precursor aqueous solution is prepared by stirring with a magnetic stirrer at 25 ° C. for 5 minutes in an air atmosphere. Prepared. Next, 2.5 ml of THF was added to 0.0556 g of the block copolymer (Z-3) synthesized in Synthesis Example 4, and the block copolymer was stirred by using a magnetic stirrer at 25 ° C. for 1 hour in an air atmosphere. A polymer solution was prepared. Next, the previously prepared silica precursor aqueous solution was added and stirred for 1 hour. The obtained liquid mixture was dried at 25 ° C. for 1 hour in an air atmosphere to obtain a solid content, transferred to an electric furnace (KBF442N1 manufactured by Koyo Thermo Systems), and heated at a rate of 1 ° C./min in the air atmosphere. The temperature was raised to 600 ° C. and maintained for 4 hours, and then the power was turned off and cooled to room temperature to obtain mesoporous silica.

実施例1のブロック共重合体(Z−3)の添加量を0.125gに変更した以外は、実施例1と同様に行い、メソポーラスシリカを得た。   Except having changed the addition amount of the block copolymer (Z-3) of Example 1 into 0.125g, it carried out similarly to Example 1 and obtained mesoporous silica.

実施例1のブロック共重合体(Z−3)の添加量を0.2143gに変更した以外は、実施例1と同様に行い、メソポーラスシリカを得た。   Except having changed the addition amount of the block copolymer (Z-3) of Example 1 into 0.2143g, it carried out similarly to Example 1 and obtained mesoporous silica.

実施例1のブロック共重合体(Z−3)の添加量を0.3333gに変更した以外は、実施例1と同様に行い、メソポーラスシリカを得た。   Except having changed the addition amount of the block copolymer (Z-3) of Example 1 into 0.3333 g, it carried out similarly to Example 1 and obtained mesoporous silica.

実施例1のブロック共重合体(Z−3)の添加量を0.5gに変更した以外は、実施例1と同様に行い、メソポーラスシリカを得た。   Except having changed the addition amount of the block copolymer (Z-3) of Example 1 into 0.5 g, it carried out similarly to Example 1 and obtained mesoporous silica.

実施例1のブロック共重合体(Z−3)の添加量を0.75gに変更した以外は、実施例1と同様に行い、メソポーラスシリカを得た。   Except having changed the addition amount of the block copolymer (Z-3) of Example 1 into 0.75g, it carried out similarly to Example 1 and obtained mesoporous silica.

合成例2で合成したブロック共重合体(Z−1)を0.125g添加した以外は、実施例1と同様に行い、メソポーラスシリカを得た。   A mesoporous silica was obtained in the same manner as in Example 1 except that 0.125 g of the block copolymer (Z-1) synthesized in Synthesis Example 2 was added.

合成例2で合成したブロック共重合体(Z−1)を0.2143g添加した以外は、実施例1と同様に行い、メソポーラスシリカを得た。   Mesoporous silica was obtained in the same manner as in Example 1 except that 0.2143 g of the block copolymer (Z-1) synthesized in Synthesis Example 2 was added.

合成例2で合成したブロック共重合体(Z−1)を0.3333g添加した以外は、実施例1と同様に行い、メソポーラスシリカを得た。   Mesoporous silica was obtained in the same manner as in Example 1 except that 0.3333 g of the block copolymer (Z-1) synthesized in Synthesis Example 2 was added.

合成例3で合成したブロック共重合体(Z−2)を0.125g添加した以外は、実施例1と同様に行い、メソポーラスシリカを得た。   Mesoporous silica was obtained in the same manner as in Example 1 except that 0.125 g of the block copolymer (Z-2) synthesized in Synthesis Example 3 was added.

合成例3で合成したブロック共重合体(Z−2)を0.2143g添加した以外は、実施例1と同様に行い、メソポーラスシリカを得た。   Mesoporous silica was obtained in the same manner as in Example 1 except that 0.2143 g of the block copolymer (Z-2) synthesized in Synthesis Example 3 was added.

合成例3で合成したブロック共重合体(Z−2)を0.3333g添加した以外は、実施例1と同様に行い、メソポーラスシリカを得た。   Mesoporous silica was obtained in the same manner as in Example 1 except that 0.3333 g of the block copolymer (Z-2) synthesized in Synthesis Example 3 was added.

比較例1Comparative Example 1

2つのエチレンオキサイド重合体ブロックの間にプロピレンオキサイド重合体ブロックを有する非イオン性トリブロック共重合体4g(BASF製 P123銘柄;分子量5900)に水30mlを添加して、大気雰囲気下、25℃にて、1時間、マグネティックスターラーを用いて撹拌することでブロック共重合体溶液を調製、ついで、2M 塩酸120gを添加し、35℃に昇温し、5分間撹拌した。ついで、テトラエトキシシラン8.5gを添加して、35℃にて、20時間、マグネティックスターラーを用いて撹拌した。得られた混合液を、テフロン(登録商標)コートした耐圧容器に移し入れ、80℃にて、12時間加熱したところ、沈殿物として固形分を得た。かかる固形分をろ過により、回収し、さらに水50mlでリンスしたのち、大気雰囲気下、25℃にて、12時間乾燥した。これを電気炉(光洋サーモシステム製 KBF442N1)に移して、大気雰囲気下にて1℃/minの昇温速度で600℃まで昇温し、4時間保持した後、電源を切り室温まで冷却することでメソポーラスシリカを得た。   30 g of water was added to 4 g of a nonionic triblock copolymer having a propylene oxide polymer block between two ethylene oxide polymer blocks (BASF P123 brand; molecular weight 5900), and the temperature was increased to 25 ° C. in an air atmosphere. Then, a block copolymer solution was prepared by stirring with a magnetic stirrer for 1 hour, then 120 g of 2M hydrochloric acid was added, the temperature was raised to 35 ° C., and the mixture was stirred for 5 minutes. Next, 8.5 g of tetraethoxysilane was added and stirred at 35 ° C. for 20 hours using a magnetic stirrer. The obtained mixed liquid was transferred to a pressure-resistant container coated with Teflon (registered trademark) and heated at 80 ° C. for 12 hours to obtain a solid as a precipitate. The solid content was recovered by filtration, rinsed with 50 ml of water, and then dried at 25 ° C. for 12 hours in an air atmosphere. Transfer this to an electric furnace (KBF442N1 manufactured by Koyo Thermo Systems Co., Ltd.), raise the temperature to 600 ° C. at a temperature increase rate of 1 ° C./min in an air atmosphere, hold it for 4 hours, then turn off the power and cool to room temperature. To obtain mesoporous silica.

比較例2Comparative Example 2

2M 塩酸60g、2つのエチレンオキサイド重合体ブロックの間にプロピレンオキサイド重合体ブロックを有する非イオン性トリブロック共重合体1.01g(BASF製F127銘柄;分子量12600)、KCl1.42g、1、3、5−トリメチルベンゼン2.16gを混合し、大気雰囲気下、15℃にて、24時間、マグネティックスターラーを用いて撹拌した。ついで、テトラエトキシシラン3.96gを加え、24時間撹拌した。得られた混合液を、テフロン(登録商標)コートした耐圧容器に移し入れ、100℃にて、72時間加熱したところ、沈殿物として固形分を得た。かかる固形分をろ過により、回収し、さらに水50mlでリンスした。この固形分を、大気雰囲気下、25℃にて、12時間乾燥したのち、電気炉(光洋サーモシステム製 KBF442N1)に移して、大気雰囲気下にて1℃/minの昇温速度で600℃まで昇温し、4時間保持した後、電源を切り室温まで冷却することでメソポーラスシリカを得た。   2M hydrochloric acid 60 g, nonionic triblock copolymer 1.01 g (BASF F127 brand; molecular weight 12600) having a propylene oxide polymer block between two ethylene oxide polymer blocks, KCl 1.42 g, 1, 3, 2.16 g of 5-trimethylbenzene was mixed and stirred using a magnetic stirrer at 15 ° C. for 24 hours in an air atmosphere. Then, 3.96 g of tetraethoxysilane was added and stirred for 24 hours. The obtained mixed liquid was transferred to a pressure-resistant container coated with Teflon (registered trademark) and heated at 100 ° C. for 72 hours to obtain a solid as a precipitate. The solid content was collected by filtration and further rinsed with 50 ml of water. After drying this solid content at 25 ° C. for 12 hours in an air atmosphere, the solid content is transferred to an electric furnace (KBF442N1 manufactured by Koyo Thermo Systems Co., Ltd.) to 600 ° C. at a temperature increase rate of 1 ° C./min in the air atmosphere. The temperature was raised and held for 4 hours, and then the power supply was turned off and cooled to room temperature to obtain mesoporous silica.

比較例3Comparative Example 3

0.1M塩酸0.3gをテトラエトキシシラン1g(Aldrich製)に添加して、大気雰囲気下において25℃、5分間、マグネティックスターラーを用いて撹拌することでシリカ前駆体水溶液を調製した。次に、合成例5で合成したブロック共重合体(Q)0.1gにTHF2.5mlを添加し、大気雰囲気下において25℃、1時間、マグネティックスターラーを用いて攪拌することでブロック共重合体溶液を調製した。前記ブロック共重合体溶液に前記シリカ前駆体水溶液を添加した後、大気雰囲気下、25℃にて、1時間、マグネティックスターラーを用いて攪拌した。得られた混合液を大気雰囲気下、25℃にて1時間乾燥することで固形分を得たのち、電気炉(光洋サーモシステム製 KBF442N1)に移して、大気雰囲気下にて1℃/minの昇温速度で600℃まで昇温し、4時間保持した後、電源を切り室温まで冷却することでメソポーラスシリカを得た。   A silica precursor aqueous solution was prepared by adding 0.3 g of 0.1M hydrochloric acid to 1 g of tetraethoxysilane (manufactured by Aldrich) and stirring the mixture using a magnetic stirrer at 25 ° C. for 5 minutes in an air atmosphere. Next, 2.5 ml of THF was added to 0.1 g of the block copolymer (Q) synthesized in Synthesis Example 5, and the block copolymer was stirred by using a magnetic stirrer at 25 ° C. for 1 hour in an air atmosphere. A solution was prepared. After the silica precursor aqueous solution was added to the block copolymer solution, the mixture was stirred with a magnetic stirrer at 25 ° C. for 1 hour in an air atmosphere. The obtained liquid mixture was dried at 25 ° C. for 1 hour in an air atmosphere to obtain a solid content, and then transferred to an electric furnace (KBF442N1 manufactured by Koyo Thermo Systems). The temperature was raised to 600 ° C. at a rate of temperature rise and held for 4 hours, and then the power was turned off and cooled to room temperature to obtain mesoporous silica.

実施例1、2、4で得られたメソポーラスシリカの焼成後のGI−SAXSによるX線回折パターンを図1に示す。また、実施例1〜6で得られたメソポーラスシリカの走査型電子顕微鏡写真を図2に、実施例2、5で得られたメソポーラスシリカの透過型電子顕微鏡写真を図3に示す。図1、2、3より実施例で得られたメソポーラスシリカは、球状の細孔形状であることが解った。   The X-ray diffraction pattern by GI-SAXS after firing of the mesoporous silica obtained in Examples 1, 2, and 4 is shown in FIG. Moreover, the scanning electron micrograph of the mesoporous silica obtained in Examples 1-6 is shown in FIG. 2, and the transmission electron micrograph of the mesoporous silica obtained in Examples 2 and 5 is shown in FIG. 1, 2 and 3, it was found that the mesoporous silica obtained in the example has a spherical pore shape.

実施例1〜6で得られたメソポーラスシリカの窒素吸着等温線を図4に示す。この窒素吸着等温線のヒステリシスからメソポーラスシリカが得られたと考えている。図5には図4の窒素吸着等温線からBJH法を用いて算出した細孔分布曲線を示す。   The nitrogen adsorption isotherm of the mesoporous silica obtained in Examples 1 to 6 is shown in FIG. It is believed that mesoporous silica was obtained from the hysteresis of this nitrogen adsorption isotherm. FIG. 5 shows a pore distribution curve calculated using the BJH method from the nitrogen adsorption isotherm of FIG.

表1に実施例及び比較例で得られたメソポーラスシリカの細孔径、比表面積、細孔容積のデータを記載した。比表面積は図4の吸着等温線の吸着曲線からBET法を用いて算出した。また、細孔容積は図4の吸着等温線の吸着曲線からt法を用いて算出した。比較例1の細孔径は4.7nmであり、タンパク質やドラッグ等の巨大な分子サイズの吸着に好適な細孔径ではない。比較例2において有機膨張剤を添加し、水熱処理を施すことで細孔径は26nmに拡張され、比表面積、細孔容積共に大きく、巨大分子の吸着に好適なメソポーラスシリカとなる。一方で、比較例3においては、XRD回折、走査型電子顕微鏡写真から31nm近くの球状の細孔が観測されたが、窒素ガスの吸着量が少なく、比表面積も低い値であった。このためタンパク質やドラッグ等の巨大な分子サイズの吸着は期待できない。比較例3以外のメソポーラスシリカは白色であるのに対し、比較例3のメソポーラスシリカは灰色であり、孤立した細孔にブロック共重合体由来の残渣が封じ込められている可能性が示唆され、比表面積が低い一因と推測される。本実施例においては有機膨張剤の添加や、水熱処理を施すことなく16.9〜27.1nmの細孔径が得られ、比表面積、細孔容積共に大きいメソポーラスシリカが得られた。   Table 1 shows data on the pore diameter, specific surface area, and pore volume of the mesoporous silica obtained in Examples and Comparative Examples. The specific surface area was calculated from the adsorption isotherm curve of FIG. 4 using the BET method. The pore volume was calculated from the adsorption curve of the adsorption isotherm in FIG. 4 using the t method. The pore diameter of Comparative Example 1 is 4.7 nm, which is not a pore diameter suitable for adsorption of a huge molecular size such as protein or drug. In Comparative Example 2, by adding an organic swelling agent and applying a hydrothermal treatment, the pore diameter is expanded to 26 nm, the specific surface area and the pore volume are both large, and mesoporous silica suitable for macromolecule adsorption is obtained. On the other hand, in Comparative Example 3, spherical pores near 31 nm were observed from XRD diffraction and scanning electron micrographs, but the amount of nitrogen gas adsorbed was small and the specific surface area was also low. For this reason, adsorption of huge molecules such as proteins and drugs cannot be expected. The mesoporous silica other than Comparative Example 3 is white, whereas the mesoporous silica of Comparative Example 3 is gray, suggesting the possibility that residues derived from the block copolymer are contained in isolated pores. This is presumed to be due to the low surface area. In this example, a pore diameter of 16.9 to 27.1 nm was obtained without adding an organic swelling agent or hydrothermal treatment, and mesoporous silica having a large specific surface area and pore volume was obtained.


Claims (3)

アルコキシシランを酸性水溶液中に溶解させて、シリカ前駆体水溶液を調製する第1工程;
芳香族ビニル化合物に由来する構造単位を含み、スルホン酸基を有する親水性重合体ブロック(S)、及び不飽和炭化水素化合物に由来する構造単位を含有する非晶性重合体からなる疎水性重合体ブロック(T)を構成成分とするブロック共重合体(Z)を、有機溶媒に溶解させてブロック共重合体溶液を調製する第2工程;
前記シリカ前駆体水溶液とブロック共重合体溶液とを混合する第3工程;
前記第3工程で得られた混合液から、有機溶媒と水とを除去して固形分を得る第4工程;および
前記第4工程で得られた固形分を焼成する第5工程;を含むことを特徴とする、メソポーラスシリカの製造方法。
A first step of preparing an aqueous silica precursor solution by dissolving an alkoxysilane in an acidic aqueous solution;
Hydrophobic polymer comprising a hydrophilic polymer block (S) having a structural unit derived from an aromatic vinyl compound and having a sulfonic acid group, and an amorphous polymer containing a structural unit derived from an unsaturated hydrocarbon compound A second step of preparing a block copolymer solution by dissolving the block copolymer (Z) having the combined block (T) as a constituent component in an organic solvent;
A third step of mixing the silica precursor aqueous solution and the block copolymer solution;
A fourth step of removing the organic solvent and water from the liquid mixture obtained in the third step to obtain a solid content; and a fifth step of firing the solid content obtained in the fourth step. A process for producing mesoporous silica, characterized by
ブロック共重合体(Z)の単位質量あたりのスルホン酸基の当量数が0.10meq/g以上、5.00meq/g以下である、請求項1記載の製造方法。   The manufacturing method of Claim 1 whose equivalent number of the sulfonic acid group per unit mass of a block copolymer (Z) is 0.10 meq / g or more and 5.00 meq / g or less. 第3工程で得られた混合液中のブロック共重合体(Z)とアルコキシシランとの質量比が0.01:1〜25:1である、請求項1または2記載の製造方法。
The manufacturing method of Claim 1 or 2 whose mass ratio of the block copolymer (Z) and alkoxysilane in the liquid mixture obtained at the 3rd process is 0.01: 1-25: 1.
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