JP2014077102A - 有機無機複合体膜、及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】エネルギー線の照射により重合可能な重合性組成物(A)の重合体(PA)と金属ナノ粒子との複合体であって、その表面が撥水性を示すことを特徴とする有機無機複合体膜により上記課題を解決した。
【選択図】図1
Description
このため、触媒分散溶液を金属などの支持体上に塗布、乾燥して触媒層を形成したり、
さらに形状加工して、固定床方式に最適なハニカム構造体に加工したりする触媒の製造方
法も提案されている(特許文献2)。
本発明が解決しようとする課題は、金属含有量が高く、簡便に調製することのできる多孔性樹脂からなる有機無機複合体膜を提供することであり、且つ、クロスカップリング反応を含む有機合成反応に対して高活性・高耐久性で、反応系内に漏出する金属量の少ない不溶性固体触媒として機能する有機無機複合体膜、及びその製造方法を提供することにある。
1.エネルギー線の照射により重合可能な重合性組成物(A)の重合体(PA)と金属ナノ粒子との複合体であって、その表面が撥水性を示すことを特徴とする有機無機複合体膜、
2.前記重合性組成物(A)が、アミノ基、イミノ基、ウレア結合又はアミド結合と、ビニル基とを有する重合性化合物(a)を含むことを特徴とする1.記載の有機無機複合体膜、
3.前記重合性化合物(a)が、
(1)3級アミノ基及び反応性官能基(Q1)を有するデンドリマー(a1)、又は反応性官能基(Q1)を有するポリエチレンイミン(a2)と、
(2)該反応性官能基(Q1)と反応可能な反応性官能基(Q2)と、ビニル基とを有する化合物(a3)と、
を反応して得た化合物である2.記載の有機無機複合体膜、
4.前記反応性官能基(Q1)が、1級アミノ基、2級アミノ基、水酸基又はカルボキシ基であり、前記反応性官能基(Q2)が、イソシアナト基、エポキシ基、1級アミノ基、2級アミノ基、水酸基、カルボキシ基又はハロゲン化アシル基である3.記載の有機無機複合体膜、
5.前記デンドリマー(a1)が、式(1)
で表される構造を繰り返し単位とする1.〜4.のいずれか1つに記載の有機無機複合体膜、
6.前記金属ナノ粒子がパラジウム、白金、ルテニウム、ロジウム、金、銀、及びレニウムから選択される1種以上からなる金属ナノ粒子である1.〜5.のいずれか1つに記載の有機無機複合体膜、
7.触媒として使用する1.〜6.のいずれか1つに記載の有機無機複合体膜、
8.クロスカップリング反応触媒として使用する7.に記載の有機無機複合体膜、
9.エネルギー線の照射により重合可能な重合性組成物(A)、金属化合物(b)、及びこれらと相溶するが該重合性組成物(A)の重合体(PA)を溶解又は膨潤させない溶剤(M)とを混合した膜形成用組成物(X)を製造する工程、
該膜形成用組成物(X)の層を形成する工程、
エネルギー線の照射により該膜形成用組成物(X)中の重合性化合物(A)を重合させると同時に金属化合物(b)を還元し、金属ナノ粒子を生成させ、その後、溶剤(M)を除去する工程、
を含むことを特徴とする1.〜6.のいずれか1つに記載の有機無機複合体膜の製造方法、
10.9.に記載の各工程を行なった後得られた有機無機複合体膜を、還元剤(c)を含む溶液(H)に接触させ、その後、該有機無機複合体膜を溶液(H)から分離する工程を行なう有機無機複合体膜の製造方法、
11.エネルギー線の照射により重合可能な重合性組成物(A)、及びこれらと相溶するが該重合性組成物(A)の重合体(PA)を溶解又は膨潤させない溶剤(N)とを混合した膜形成用組成物(Y)を製造する工程、
該膜形成用組成物(Y)の層を形成する工程、
エネルギー線の照射により該膜形成用組成物(Y)中の重合性化合物(A)を重合させ、その後、溶剤(N)を除去する工程、
前記重合体(PA)を、金属化合物(b)を含む溶液(I)に接触させることにより金属化合物(b)を重合体(PA)に吸着させ、その後、重合体(PA)を溶液(I)から分離する工程、
前記金属化合物(b)を含む重合体(PA)を、還元剤(c)を含む溶液(H)に接触させることにより金属化合物(b)を還元し、金属ナノ粒子を生成させ、その後、生成した金属ナノ粒子を含む重合体(PA)を溶液(H)から分離する工程、
を順次行なうことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1つに記載の有機無機複合体膜の製造方法、
12.前記溶剤(M)又は(N)が、分子量が500以下であり、且つ25℃における飽和蒸気圧が600Pa以下の化合物であることを特徴とする9.〜11.のいずれか1つに記載の有機無機複合体膜の製造方法、
13.前記溶剤(M)又は(N)が、式(3)、式(4)、式(5)、式(6)で表される化合物、及び炭素数10〜22の分岐していてもよいアルカンからなる群から選ばれる1種以上の溶剤であることを特徴とする9.〜12.のいずれか1つに記載の有機無機複合体膜の製造方法、
14.膜形成用組成物(X)中に、重合性組成物(A)、金属化合物(b)、及び溶剤(M)と相溶し、且つエネルギー線に対して不活性なポリマー(B)を含有することを特徴とする9.、10.、12.、13.のいずれか1つに記載の有機無機複合体膜の製造方法。
15.膜形成用組成物(Y)中に、重合性組成物(A)、及び溶剤(N)と相溶し、且つエネルギー線に対して不活性なポリマー(C)を含有することを特徴とする11.〜13.のいずれか1つに記載の有機無機複合体膜の製造方法、
16.前記ポリマー(B)又はポリマー(C)が、アクリル系共重合体又はスチレン系共重合体である14.又は15.に記載の有機無機複合体膜の製造方法、
17.前記ポリマー(B)又はポリマー(C)の分子量が、10,000〜1,000,000の範囲にある14.〜16.のいずれか1つに記載の有機無機複合体膜の製造方法、
18.膜表面における水との接触角が150°以上である超撥水性膜を製造する9.〜17.のいずれか1つに記載の有機無機複合体膜の製造方法、を提供するものである。
[有機無機複合体膜の構造]
本発明の有機無機複合体膜は、エネルギー線の照射により重合可能な重合性組成物(A)の重合体(PA)と金属ナノ粒子との複合体であって、その表面が撥水性を示すことを特徴とする。
本発明に用いられるエネルギー線の照射により重合可能な重合性組成物(A)は、アミノ基、イミノ基、ウレア結合又はアミド結合と、ビニル基とを有する重合性化合物(a)を含むことが好ましい。アミノ基、イミノ基、ウレア結合又はアミド結合と、ビニル基とを有する重合性化合物(a)としては、エネルギー線の照射により重合が進行すれば、任意の化合物であって良い。ただし、この中で、ラジカル重合性を有する化合物が好ましく用いられ、ビニル基としては、(メタ)アクリロキシ基、または(メタ)アクリルアミド基が好ましく選択される。アミノ基、イミノ基、ウレア結合及びアミド結合は、有機無機複合体中において、金属との相互作用部位として作用する。アミノ基としては、1級アミノ基、2級アミノ基、及び、3級アミノ基が任意に用いられるが、3級アミノ基が金属との相互作用以外の副反応を起こしにくいため、好ましく用いられる。そのような重合性化合物としては、ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、3−アミノプロピル(メタ)アクリルアミド、2−アミノエチル(メタ)アクリレートなどが挙げられる。
前記デンドリマーは、試薬として市販されているものを用いることができる。また、適宜、目的に応じて、合成して用いることができる。
本発明の製造方法では、「超撥水性」、「高撥水性」及び「通常の撥水性」表面を有する有機無機複合体膜の製造まで、原料の選択、配合量の調整、製膜条件の調整等で制御可能であるが、特に、「超撥水性」、及び「高撥水性」表面を有する膜の製造に適しており、「超撥水性」表面を有する膜の製造に最も適している。したがって、以下では超撥水性表面を有する有機無機複合体膜の製造方法を主体に説明を行う。
第1の方法は、エネルギー線の照射により重合可能な重合性組成物(A)、金属化合物(b)、及びこれらと相溶するが該重合性組成物(A)の重合体(PA)を溶解又は膨潤させない溶剤(M)とを混合した膜形成用組成物(X)を調製し、該組成物(X)の層を形成させ、エネルギー線の照射により該組成物(X)中の重合性化合物(A)を重合させると同時に金属化合物(b)を還元し、金属ナノ粒子を生成させ、その後、溶剤(M)を除去することにより有機無機複合体膜を製造する方法である(工程(α−1))。
前記金属化合物(b)を含む重合体(PA)を、還元剤(c)を含む溶液(H)に接触させることにより金属化合物(b)を還元し、金属ナノ粒子を生成させ、その後、生成した金属ナノ粒子を含む重合体(PA)を溶液(H)から分離する工程(α−5)、を順次行なう方法である。
<第1の方法>
この方法では、組成物(X)中、重合性組成物(A)の重合により生成した重合体(PA)と溶剤(M)が部分的に相溶するか、又は非相溶となり、重合体(PA)と溶剤(M)とが相分離状態を生じ、重合体(PA)内部や重合体(PA)間に溶剤(M)が取り込まれた状態になる。この溶剤(M)を除去することにより、溶剤(M)が占めていた領域が孔となり、膜表面に微細凹凸構造が誘起され撥水性の有機無機複合体膜を形成できる。
式(3)及び式(4)中、R1及びR4は炭素数が7〜18のアルキル基であることが好ましく、炭素数8〜16のアルキル基であることがより好ましい。また、式(5)中、R5〜R10は、少なくとも1つが炭素数3〜7のアルキル基であることが好ましく、炭素数3〜6のアルキル基であることがより好ましい。この場合、残りの他の基は水素原子であることが好ましい。また、R5〜R10中の炭素数の合計は10以下であることが好ましい。更に、式(6)中、R11及びR12は、それぞれ独立して炭素数2〜7のアルキル基であることが好ましく、炭素数2〜6のアルキル基であることがより好ましい。そして、アルカンとしては炭素数12〜20のアルカンであることが好ましく、炭素数12〜18のアルカンであることがより好ましい。
有機無機複合体膜を製造する第2の方法は、第1の方法で示した工程(α−1)を行った後、有機無機複合体膜を還元剤(c)を含む溶液(H)に接触させ、その後、該有機無機複合体膜を溶液(H)から分離する工程(α−2)を行なう。この工程を行うことにより、第1の方法を行った後、金属化合物(b)が残存している場合はそのすべてを還元して、金属ナノ粒子の生成を促すことができる。
有機無機複合体を製造する第3の方法の工程において、膜形成用組成物(Y)を重合させる工程(α−3)は、金属化合物(b)を共存させないこと以外は、前記の方法1において説明した、膜形成用組成物(X)を重合させる工程(α−1)の方法に準じて、重合を行い、重合体(PA)を調製することができる。ただし、膜形成用組成物(Y)中に含まれる溶剤(N)は、金属化合物(b)と相溶する必要がないため、膜形成用組成物(X)中に含まれる溶剤(M)と比較して、使用できる溶媒の種類は多い。
膜形成用組成物(X)は、更に、該重合性組成物(A)、金属化合物(b)、及び溶剤(M)と相溶し、且つエネルギー線に対して不活性なポリマー(B)を含有することができる。
測定モード:AFM
走査エリア:10μm×10μm
[有機無機複合体膜を用いた触媒反応]
本発明の有機無機複合体膜を用いた触媒反応について説明する。
〔重合性化合物の合成〕
N,N−ジメチルエチレンジアミン4.6g(5.0mmol)のDMF溶液(10mL)に、2−イソシアナトエチルメタクリレート7.8g (5.0mmol)を加え、マグネチックスターラーを用い、室温で1日撹拌した。その後、溶媒を留去し、目的の重合性化合物[a−1]を得た。重合性化合物[a−1]は、分子中に3級アミノ基、ウレア結合及びビニル基を有する。
〔有機無機複合体膜の調製〕
重合性化合物[a−1]30mgを、N,N−ジメチルホルムアミド(以下、「DMF」と略す。)0.2mLに溶解させた。これに、酢酸パラジウム37mgを加え、マグネチックスターラーを用い、室温で30分間撹拌した。続いて、これに、共栄社化学株式会社製エチレングリコールジメタクリレート「ライトエステルEG」0.44g、デカン酸メチル0.40g、Aldrich社製ポリイソブチルメタクリレート(重量平均分子量300,000)0.04g、及び、光重合開始剤としてチバガイギー社製1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン「イルガキュア184」0.02gを均一に混合して膜形成用組成物[X−1]を調製した。
〔有機無機複合体膜の分析〕
(1)金属含有量:0.16mmol/g.
(2)金属ナノ粒子の形態:透過型電子顕微鏡像を図1に示す。
装置:透過型電子顕微鏡JEM−2200FS(日本電子)
加速電圧:200kV
(3)金属ナノ粒子の平均粒径:5.0nm
測定装置:小角X線回折(リガク製X線解析装置TTRII)
測定条件:50kV,300mA
(4)水接触角:152°
測定装置:協和界面化学自動接触角計DM500
水滴量:4.0μl(水滴写真を図2に示す。)
(5)表面形態:膜表面の走査型電子顕微鏡写真を図3に示す。
測定装置:キーエンスリアルサーフェスビュー顕微鏡VE−9800
(6)平均表面粗さ(Ra):280nm
測定装置(機器(I)):エスアイアイ・ナノテクノロジーズ走査型プローブ顕微鏡(SPI3800N/SPA400)
測定モード:AFM
走査エリア:10μm×10μm
4−ブロモアセトフェノン0.65mmol、フェニルボロン酸0.86mmol、炭酸カリウム2.0mmol、及び、水3mLを混合して反応液(Y1)を調製した。これに、前記の有機無機複合体膜[P−1](Pd当量:6.5μmol)を加え、80℃で4時間、反応させた。ガスクロマトグラフィによる分析の結果、95%以上の反応率で、目的物の4−アセチルビフェニルが生成したことが確認された。
〔基材の調製〕
松浪硝子工業株式会社製ガラス製平板S−1111(26mm×38mm(半分のサイズに切り出し)、厚さ1mm)を、東京化成工業株式会社製メタクリル酸3−(トリメトキシシリル)プロピルエステル「M0725」の5mmol/Lのメタノール溶液に50℃にて3時間浸漬した後、メタノール中で超音波洗浄し、100℃の恒温槽で減圧下(0.01Pa以下)1時間加熱し、基材[S−1]を調製した。
基材として、ポリプロピレン樹脂板の代わりに[S−1]を用いる以外は実施例1と同様にして、基材上に形成された厚さ1.9μmの有機無機複合体膜[P−2]を得た。
〔有機無機複合体膜の分析〕
(1)金属含有量:0.16mmol/g.
(2)金属ナノ粒子の形態:透過型電子顕微鏡観察
(3)金属ナノ粒子の平均粒径:5.2nm
(4)水接触角:151°
(5)表面形態:走査型電子顕微鏡観察
(6)平均表面粗さ(Ra):240nm
測定装置及び測定条件は、実施例1に記載の通りである。
〔有機無機複合体膜を用いた触媒反応試験〕
有機無機複合体膜[P−1]を用いる代わりに、有機無機複合体膜[P−2]を用いる以外は実施例1と同様にして、触媒反応を行った。ガスクロマトグラフィによる分析の結果、95%以上の反応率で、目的物の4−アセチルビフェニルが生成したことが確認された。
〔有機無機複合体膜の調製〕
重合性化合物[a−1]の代わりに、3級アミノ基を有する重合性化合物であるジメチルアミノエチルメタクリレート(共栄社化学製、製品名:ライトエステルDM)を用いる以外は実施例1と同様にして、基材上に形成された厚さ2.1μmの有機無機複合体膜[P−3]を得た。
〔有機無機複合体膜の分析〕
(1)金属含有量:0.16mmol/g.
(2)金属ナノ粒子の形態:透過型電子顕微鏡観察
(3)金属ナノ粒子の平均粒径:4.8nm
(4)水接触角:152°
(5)表面形態:走査型電子顕微鏡観察
(6)平均表面粗さ(Ra):260nm
測定装置及び測定条件は、実施例1に記載の通りである。
〔有機無機複合体膜を用いた触媒反応試験〕
有機無機複合体膜[P−1]を用いる代わりに、有機無機複合体膜[P−3]を用いる以外は実施例1と同様にして、触媒反応を行った。ガスクロマトグラフィによる分析の結果、95%以上の反応率で、目的物の4−アセチルビフェニルが生成したことが確認された。
〔重合性化合物の合成〕
エチルアミンの2.0mol/Lテトラヒドロフラン(THF)溶液16.1mL(32.2mmol)に、2−イソシアナトエチルメタクリレート(昭和電工製、製品名:カレンズMOI)5.0g (32.2mol)のTHF溶液(40mL)を加え、マグネチックスターラーを用い、室温で1日撹拌した。その後、溶媒を留去し、目的の重合性化合物[a−2]を得た。重合性化合物[a−2]は、分子中にウレア結合とビニル基を有する。
〔有機無機複合体膜の調製〕
重合性化合物[a−1]の代わりに、重合性化合物[a−2]を用いる以外は実施例1と同様にして、基材上に形成された厚さ2.0μmの有機無機複合体膜[P−4]を得た。
〔有機無機複合体膜の分析〕
(1)金属含有量:0.16mmol/g.
(2)金属ナノ粒子の形態:透過型電子顕微鏡観察
(3)金属ナノ粒子の平均粒径:5.5nm
(4)水接触角:150°
(5)表面形態:走査型電子顕微鏡観察
(6)平均表面粗さ(Ra):220nm
測定装置及び測定条件は、実施例1に記載の通りである。
〔有機無機複合体膜を用いた触媒反応試験〕
有機無機複合体膜[P−1]を用いる代わりに、有機無機複合体膜[P−4]を用いる以外は実施例1と同様にして、触媒反応を行った。ガスクロマトグラフィによる分析の結果、95%以上の反応率で、目的物の4−アセチルビフェニルが生成したことが確認された。
〔重合性化合物の合成〕
反応性官能基として1級アミノ基を有する第4世代(G4)ポリアミドアミン(PAMAM)デンドリマー(10質量%メタノール溶液、アルドリッチ社製、分子量:14214.4、製品コード:412449)1.14g(8.02μmol、末端1級アミン当量:5.13x102μmol)に、2−イソシアナトエチルメタクリレート79.6mg (5.13x102μmol)を加え、マグネチックスターラーを用い、室温で1日撹拌した。その後、溶媒を留去し、目的の重合性化合物[a−3]を得た。重合性化合物[a−3]は、分子中に62個の3級アミノ基、及び、64個のビニル基を有する。
〔有機無機複合体膜の調製〕
重合性化合物[a−1]の代わりに、重合性化合物[a−3]を用いる以外は実施例1と同様にして、基材上に形成された厚さ2.2μmの有機無機複合体膜[P−5]を得た。
〔有機無機複合体膜の分析〕
(1)金属含有量:0.16mmol/g.
(2)金属ナノ粒子の形態:透過型電子顕微鏡観察
(3)金属ナノ粒子の平均粒径:4.6nm
(4)水接触角:153°
(5)表面形態:走査型電子顕微鏡観察
(6)平均表面粗さ(Ra):270nm
測定装置及び測定条件は、実施例1に記載の通りである。
〔有機無機複合体膜を用いた触媒反応試験〕
有機無機複合体膜[P−1]を用いる代わりに、有機無機複合体膜[P−5]を用いる以外は実施例1と同様にして、触媒反応を行った。ガスクロマトグラフィによる分析の結果、95%以上の反応率で、目的物の4−アセチルビフェニルが生成したことが確認された。
〔重合性化合物の合成〕
反応性官能基として水酸基を有する第4世代(G4)ポリアミドアミン(PAMAM)デンドリマー(10質量%メタノール溶液、アルドリッチ社製、分子量:14277.4、製品コード:477850)570mg(4.0μmol、末端水酸基当量:2.60x102μmol)に、2−イソシアナトエチルメタクリレート40mg (2.56x102μmol)を加え、マグネチックスターラーを用い、室温で1日撹拌した。その後、溶媒を留去し、目的の重合性化合物[a−4]を得た。重合性化合物[a−4]は、分子中に62個の3級アミノ基、及び、64個のビニル基を有する。
〔有機無機複合体膜の調製〕
重合性化合物[a−1]の代わりに、重合性化合物[a−4]を用いる以外は実施例1と同様にして、基材上に形成された厚さ2.2μmの有機無機複合体膜[P−6]を得た。
(1)金属含有量:0.16mmol/g.
(2)金属ナノ粒子の形態:透過型電子顕微鏡観察
(3)金属ナノ粒子の平均粒径:4.9nm
(4)水接触角:151°
(5)表面形態:走査型電子顕微鏡観察
(6)平均表面粗さ(Ra):250nm
測定装置及び測定条件は、実施例1に記載の通りである。
〔有機無機複合体膜を用いた触媒反応試験〕
有機無機複合体膜[P−1]を用いる代わりに、有機無機複合体膜[P−6]を用いる以外は実施例1と同様にして、触媒反応を行った。ガスクロマトグラフィによる分析の結果、95%以上の反応率で、目的物の4−アセチルビフェニルが生成したことが確認された。
〔重合性化合物の合成〕
2−イソシアナトエチルメタクリレートを79.6mg (5.13x102μmol)用いる代わりに、グリシジルメタクリレートを72mg (5.13x102μmol)用いる以外は、実施例5と同様にして、重合性化合物[a−5]を得た。重合性化合物[a−5]は、分子中に62個の3級アミノ基、及び、64個のビニル基を有する。
〔有機無機複合体膜の調製〕
重合性化合物[a−1]の代わりに、重合性化合物[a−5]を用いる以外は実施例1と同様にして、基材上に形成された厚さ1.8μmの有機無機複合体膜[P−7]を得た。
〔有機無機複合体膜の分析〕
(1)金属含有量:0.16mmol/g.
(2)金属ナノ粒子の形態:透過型電子顕微鏡観察
(3)金属ナノ粒子の平均粒径:5.3nm
(4)水接触角:150°
(5)表面形態:走査型電子顕微鏡観察
(6)平均表面粗さ(Ra):240nm
測定装置及び測定条件は、実施例1に記載の通りである。
〔有機無機複合体膜を用いた触媒反応試験〕
有機無機複合体膜[P−1]を用いる代わりに、有機無機複合体膜[P−7]を用いる以外は実施例1と同様にして、触媒反応を行った。ガスクロマトグラフィによる分析の結果、95%以上の反応率で、目的物の4−アセチルビフェニルが生成したことが確認された。
〔重合性化合物の合成〕
ポリエチレンイミン(平均分子量10,000、和光純薬製、製品コード:164−17821)0.20g(1級アミン当量:1.16mmol、2級アミン当量:2.33mmol)に、2−イソシアナトエチルメタクリレート0.54g (3.49mmol)を加え、マグネチックスターラーを用い、室温で1日撹拌した。その後、溶媒を留去し、目的の重合性化合物[a−6]を得た。重合性化合物[a−6]は、平均的に、分子中に58個の3級アミノ基、及び、174個のビニル基を有する。
〔有機無機複合体膜の調製〕
重合性化合物[a−1]の代わりに、重合性化合物[a−6]を用いる以外は実施例1と同様にして、基材上に形成された厚さ1.9μmの有機無機複合体膜[P−8]を得た。
〔有機無機複合体膜の分析〕
(1)金属含有量:0.16mmol/g.
(2)金属ナノ粒子の形態:透過型電子顕微鏡観察
(3)金属ナノ粒子の平均粒径:5.0nm
(4)水接触角:150°
(5)表面形態:走査型電子顕微鏡観察
(6)平均表面粗さ(Ra):250nm
測定装置及び測定条件は、実施例1に記載の通りである。
〔有機無機複合体膜を用いた触媒反応試験〕
有機無機複合体膜[P−1]を用いる代わりに、有機無機複合体膜[P−8]を用いる以外は実施例1と同様にして、触媒反応を行った。ガスクロマトグラフィによる分析の結果、95%以上の反応率で、目的物の4−アセチルビフェニルが生成したことが確認された。
〔重合性化合物の合成〕
トリス(2−アミノエチル)アミン0.73g(5.0mmol)のDMF溶液(5.0mL)に、2−イソシアナトエチルメタクリレート0.23g (15.0mmol)を加え、マグネチックスターラーを用い、室温で1日撹拌した。その後、溶媒を留去し、目的の重合性化合物[a−7]を得た。重合性化合物[a−7]は、分子中に3級アミノ基1個、ウレア結合3個及びビニル基3個を有する。
〔有機無機複合体膜の調製〕
重合性化合物[a−1]の代わりに、重合性化合物[a−7]を用いる以外は実施例1と同様にして、基材上に形成された厚さ1.7μmの有機無機複合体膜[P−9]を得た。
(1)金属含有量:0.16mmol/g.
(2)金属ナノ粒子の形態:透過型電子顕微鏡観察
(3)金属ナノ粒子の平均粒径:5.2nm
(4)水接触角:151°
(5)表面形態:走査型電子顕微鏡観察
(6)平均表面粗さ(Ra):260nm
測定装置及び測定条件は、実施例1に記載の通りである。
〔有機無機複合体膜を用いた触媒反応試験〕
有機無機複合体膜[P−1]を用いる代わりに、有機無機複合体膜[P−9]を用いる以外は実施例1と同様にして、触媒反応を行った。ガスクロマトグラフィによる分析の結果、95%以上の反応率で、目的物の4−アセチルビフェニルが生成したことが確認された。
〔重合性化合物の合成〕
反応性官能基として1級アミノ基を有する第1世代(G1)ポリアミドアミン(PAMAM)デンドリマー(20質量%メタノール溶液、アルドリッチ社製、分子量:1429.8、製品コード:412384)0.59g(82.5μmol、末端1級アミン当量:6.63x102μmol)に、2−イソシアナトエチルメタクリレート103mg (6.63x102μmol)を加え、マグネチックスターラーを用い、室温で1日撹拌した。その後、溶媒を留去し、目的の重合性化合物[a−8]を得た。重合性化合物[a−8]は、分子中に6個の3級アミノ基、8個のウレア結合及び、8個のビニル基を有する。
〔有機無機複合体膜の調製〕
重合性化合物[a−1]の代わりに、重合性化合物[a−8]を用いる以外は実施例1と同様にして、基材上に形成された厚さ1.7μmの有機無機複合体膜[P−10]を得た。
〔有機無機複合体膜の分析〕
(1)金属含有量:0.16mmol/g.
(2)金属ナノ粒子の形態:透過型電子顕微鏡観察
(3)金属ナノ粒子の平均粒径:5.3nm
(4)水接触角:153°
(5)表面形態:走査型電子顕微鏡観察
(6)平均表面粗さ(Ra):230nm
測定装置及び測定条件は、実施例1に記載の通りである。
〔有機無機複合体膜を用いた触媒反応試験〕
有機無機複合体膜[P−1]を用いる代わりに、有機無機複合体膜[P−10]を用いる以外は実施例1と同様にして、触媒反応を行った。ガスクロマトグラフィによる分析の結果、95%以上の反応率で、目的物の4−アセチルビフェニルが生成したことが確認された。
〔重合性化合物の合成〕
実施例1と同様にして、重合性化合物[a−1]を得た。重合性化合物[a−1]は、分子中に3級アミノ基、ウレア結合及びビニル基を有する。
〔有機無機複合体膜の調製〕
ライトエステルEG0.44gを用いる代わりに、1,6−ヘキサンジオールジメタクリレート(共栄社化学製、製品名:ライトエステル1.6HX)0.44gを用いる以外は実施例1と同様にして、膜形成用組成物[X−2]を調製した。
〔有機無機複合体膜の分析〕
(1)金属含有量:0.16mmol/g.
(2)金属ナノ粒子の形態:透過型電子顕微鏡観察
(3)金属ナノ粒子の平均粒径:5.6nm
(4)水接触角:150°
(5)表面形態:走査型電子顕微鏡観察
(6)平均表面粗さ(Ra):270nm
測定装置及び測定条件は、実施例1に記載の通りである。
〔有機無機複合体膜を用いた触媒反応試験〕
有機無機複合体膜[P−1]を用いる代わりに、有機無機複合体膜[P−11]を用いる以外は実施例1と同様にして、触媒反応を行った。ガスクロマトグラフィによる分析の結果、95%以上の反応率で、目的物の4−アセチルビフェニルが生成したことが確認された。
〔重合性化合物の合成〕
実施例1と同様にして、重合性化合物[a−1]を得た。重合性化合物[a−1]は、分子中に3級アミノ基、ウレア結合及びビニル基を有する。
〔有機無機複合体膜の調製〕
ライトエステルEG0.44gを用いる代わりに、トリメチロールプロパントリメタクリレート(共栄社化学製、製品名:ライトエステルTMP)0.44gを用いる以外は実施例1と同様にして、膜形成用組成物[X−3]を調製した。
〔有機無機複合体膜の分析〕
(1)金属含有量:0.16mmol/g.
(2)金属ナノ粒子の形態:透過型電子顕微鏡観察
(3)金属ナノ粒子の平均粒径:5.4nm
(4)水接触角:151°
(5)表面形態:走査型電子顕微鏡観察
(6)平均表面粗さ(Ra):260nm
測定装置及び測定条件は、実施例1に記載の通りである。
〔有機無機複合体膜を用いた触媒反応試験〕
有機無機複合体膜[P−1]を用いる代わりに、有機無機複合体膜[P−12]を用いる以外は実施例1と同様にして、触媒反応を行った。ガスクロマトグラフィによる分析の結果、95%以上の反応率で、目的物の4−アセチルビフェニルが生成したことが確認された。
〔重合性化合物の合成〕
実施例1と同様にして、重合性化合物[a−1]を得た。重合性化合物[a−1]は、分子中に3級アミノ基、ウレア結合及びビニル基を有する。
〔有機無機複合体膜の調製〕
デカン酸メチル0.40gとポリイソブチルメタクリレート(重量平均分子量300,000)0.04gを用いる代わりに、テトラデカン酸メチル0.40gを用いる以外は実施例1と同様にして、膜形成用組成物[X−4]を調製した。
〔有機無機複合体膜の分析〕
(1)金属含有量:0.16mmol/g.
(2)金属ナノ粒子の形態:透過型電子顕微鏡観察
(3)金属ナノ粒子の平均粒径:5.1nm
(4)水接触角:147°
(5)表面形態:走査型電子顕微鏡観察
(6)平均表面粗さ(Ra):210nm
測定装置及び測定条件は、実施例1に記載の通りである。
〔有機無機複合体膜を用いた触媒反応試験〕
有機無機複合体膜[P−1]を用いる代わりに、有機無機複合体膜[P−13]を用いる以外は実施例1と同様にして、触媒反応を行った。ガスクロマトグラフィによる分析の結果、95%以上の反応率で、目的物の4−アセチルビフェニルが生成したことが確認された。
〔重合性化合物の合成〕
実施例1と同様にして、重合性化合物[a−1]を得た。重合性化合物[a−1]は、分子中に3級アミノ基、ウレア結合及びビニル基を有する。
〔有機無機複合体膜の調製〕
デカン酸メチル0.40gとポリイソブチルメタクリレート(重量平均分子量300,000)0.04gを用いる代わりに、ヘキサデカン0.40gを用いる以外は実施例1と同様にして、膜形成用組成物[X−5]を調製した。
〔有機無機複合体膜の分析〕
(1)金属含有量:0.16mmol/g.
(2)金属ナノ粒子の形態:透過型電子顕微鏡観察
(3)金属ナノ粒子の平均粒径:5.5nm
(4)水接触角:146°
(5)表面形態:走査型電子顕微鏡観察
(6)平均表面粗さ(Ra):200nm
測定装置及び測定条件は、実施例1に記載の通りである。
〔有機無機複合体膜を用いた触媒反応試験〕
有機無機複合体膜[P−1]を用いる代わりに、有機無機複合体膜[P−14]を用いる以外は実施例1と同様にして、触媒反応を行った。ガスクロマトグラフィによる分析の結果、95%以上の反応率で、目的物の4−アセチルビフェニルが生成したことが確認された。
〔重合性化合物の合成〕
実施例1と同様にして、重合性化合物[a−1]を得た。重合性化合物[a−1]は、分子中に3級アミノ基、ウレア結合及びビニル基を有する。
〔有機無機複合体膜の調製〕
実施例1と同様にして、重合性化合物[a−1]を用い、基材上に形成された厚さ2.0μmの有機無機複合体膜[P−1]を得た。これを、ヒドラジン(還元剤)のメタノール溶液(0.1mol/l)に室温で5分間浸せきさせ、溶液から分離後、十分にメタノールで洗浄することにより、有機無機複合体膜[P−15]を得た。
〔有機無機複合体膜の分析〕
(1)金属含有量:0.16mmol/g.
(2)金属ナノ粒子の形態:透過型電子顕微鏡観察
(3)金属ナノ粒子の平均粒径:5.1nm
(4)水接触角:152°
(5)表面形態:走査型電子顕微鏡観察
(6)平均表面粗さ(Ra):260nm
測定装置及び測定条件は、実施例1に記載の通りである。
〔有機無機複合体膜を用いた触媒反応試験〕
有機無機複合体膜[P−1]を用いる代わりに、有機無機複合体膜[P−15]を用いる以外は実施例1と同様にして、触媒反応を行った。ガスクロマトグラフィによる分析の結果、95%以上の反応率で、目的物の4−アセチルビフェニルが生成したことが確認された。
〔重合性化合物の合成〕
実施例1と同様にして、重合性化合物[a−1]を得た。重合性化合物[a−1]は、分子中に3級アミノ基、ウレア結合及びビニル基を有する。
〔有機無機複合体膜の調製〕
重合性化合物[a−1]30mgを、前記エチレングリコールジメタクリレート「ライトエステルEG」0.44g、デカン酸メチル0.40g、ポリイソブチルメタクリレート(重量平均分子量300,000)0.04g、及び、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン「イルガキュア184」0.02gとともに均一に混合して膜形成用組成物[X−6]を調製した。
〔有機無機複合体膜の分析〕
(1)金属含有量:0.16mmol/g.
(2)金属ナノ粒子の形態:透過型電子顕微鏡観察
(3)金属ナノ粒子の平均粒径:5.0nm
(4)水接触角:150°
(5)表面形態:走査型電子顕微鏡観察
(6)平均表面粗さ(Ra):250nm
測定装置及び測定条件は、実施例1に記載の通りである。
〔有機無機複合体膜を用いた触媒反応試験〕
有機無機複合体膜[P−1]を用いる代わりに、有機無機複合体膜[P−16]を用いる以外は実施例1と同様にして、触媒反応を行った。ガスクロマトグラフィによる分析の結果、95%以上の反応率で、目的物の4−アセチルビフェニルが生成したことが確認された。
〔重合性化合物の合成〕
実施例1と同様にして、重合性化合物[a−1]を得た。重合性化合物[a−1]は、分子中に3級アミノ基、ウレア結合及びビニル基を有する。
〔有機無機複合体膜の調製〕
デカン酸メチル0.40gを用いる代わりに、イソブチルベンゼン0.40gを用いる以外は実施例1と同様にして、膜形成用組成物[X−7]を調製した。
〔有機無機複合体膜の分析〕
(1)金属含有量:0.16mmol/g.
(2)金属ナノ粒子の形態:透過型電子顕微鏡観察
(3)金属ナノ粒子の平均粒径:5.1nm
(4)水接触角:150°
(5)表面形態:走査型電子顕微鏡観察
(6)平均表面粗さ(Ra):240nm
測定装置及び測定条件は、実施例1に記載の通りである。
〔有機無機複合体膜を用いた触媒反応試験〕
有機無機複合体膜[P−1]を用いる代わりに、有機無機複合体膜[P−17]を用いる以外は実施例1と同様にして、触媒反応を行った。ガスクロマトグラフィによる分析の結果、95%以上の反応率で、目的物の4−アセチルビフェニルが生成したことが確認された。
〔重合性化合物の合成〕
実施例1と同様にして、重合性化合物[a−1]を得た。重合性化合物[a−1]は、分子中に3級アミノ基、ウレア結合及びビニル基を有する。
〔有機無機複合体膜の調製〕
デカン酸メチル0.40gを用いる代わりに、ジエチレングリコールジブチルエーテル0.40gを用いる以外は実施例1と同様にして、膜形成用組成物[X−8]を調製した。
〔有機無機複合体膜の分析〕
(1)金属含有量:0.16mmol/g.
(2)金属ナノ粒子の形態:透過型電子顕微鏡観察
(3)金属ナノ粒子の平均粒径:4.5nm
(4)水接触角:152°
(5)表面形態:走査型電子顕微鏡観察
(6)平均表面粗さ(Ra):270nm
測定装置及び測定条件は、実施例1に記載の通りである。
〔有機無機複合体膜を用いた触媒反応試験〕
有機無機複合体膜[P−1]を用いる代わりに、有機無機複合体膜[P−18]を用いる以外は実施例1と同様にして、触媒反応を行った。ガスクロマトグラフィによる分析の結果、95%以上の反応率で、目的物の4−アセチルビフェニルが生成したことが確認された。
〔重合性化合物の合成〕
実施例1と同様にして、重合性化合物[a−1]を得た。重合性化合物[a−1]は、分子中に3級アミノ基、ウレア結合及びビニル基を有する。
〔有機無機複合体膜の調製〕
デカン酸メチル0.40g及びポリイソブチルメタクリレート(重量平均分子量300,000)0.04gを用いる代わりに、ジエチレングリコールジメチルエーテル0.40g及びAldrich社製ポリ酢酸ビニル(重量平均分子量140,000)0.04gを用いる以外は実施例1と同様にして、膜形成用組成物[XR−1]を調製した。
〔有機無機複合体膜の分析〕
(1)金属含有量:0.16mmol/g.
(2)金属ナノ粒子の形態:透過型電子顕微鏡観察
(3)金属ナノ粒子の平均粒径:4.6nm
(4)水接触角:57°(水滴写真を図4に示す。)
(5)表面形態:膜表面の走査型電子顕微鏡写真を図5に示す。
(6)平均表面粗さ(Ra):180nm
測定装置及び測定条件は、実施例1に記載の通りである。
〔有機無機複合体膜を用いた触媒反応試験〕
有機無機複合体膜[P−1]を用いる代わりに、有機無機複合体膜[PR−1]を用いる以外は実施例1と同様にして、触媒反応を行った。ガスクロマトグラフィによる分析の結果、33%以上の反応率で、目的物の4−アセチルビフェニルが生成したことが確認された。有機無機複合体膜[P−14]を反応溶液からろ別した後、水、およびジエチルエーテルで交互に各4回洗浄し、乾燥した後、前記と同様の触媒反応試験を行ったが、反応率は22%へ低下したことが確認された。
Claims (18)
- エネルギー線の照射により重合可能な重合性組成物(A)の重合体(PA)と金属ナノ粒子との複合体であって、その表面が撥水性を示すことを特徴とする有機無機複合体膜。
- 前記重合性組成物(A)が、アミノ基、イミノ基、ウレア結合又はアミド結合と、ビニル基とを有する重合性化合物(a)を含むことを特徴とする請求項1記載の有機無機複合体膜。
- 前記重合性化合物(a)が、
(1)3級アミノ基及び反応性官能基(Q1)を有するデンドリマー(a1)、又は反応性官能基(Q1)を有するポリエチレンイミン(a2)と、
(2)該反応性官能基(Q1)と反応可能な反応性官能基(Q2)と、ビニル基とを有する化合物(a3)と、
を反応して得た化合物である請求項2記載の有機無機複合体膜。 - 前記反応性官能基(Q1)が、1級アミノ基、2級アミノ基、水酸基又はカルボキシ基であり、前記反応性官能基(Q2)が、イソシアナト基、エポキシ基、1級アミノ基、2級アミノ基、水酸基、カルボキシ基又はハロゲン化アシル基である請求項3記載の有機無機複合体膜。
- 前記金属ナノ粒子がパラジウム、白金、ルテニウム、ロジウム、金、銀、及びレニウムから選択される1種以上からなる金属ナノ粒子である請求項1〜5のいずれか1つに記載の有機無機複合体膜。
- 触媒として使用する請求項1〜6のいずれか1つに記載の有機無機複合体膜。
- クロスカップリング反応触媒として使用する請求項7に記載の有機無機複合体膜。
- エネルギー線の照射により重合可能な重合性組成物(A)、金属化合物(b)、及びこれらと相溶するが該重合性組成物(A)の重合体(PA)を溶解又は膨潤させない溶剤(M)とを混合した膜形成用組成物(X)を製造する工程、
該膜形成用組成物(X)の層を形成する工程、
エネルギー線の照射により該膜形成用組成物(X)中の重合性化合物(A)を重合させると同時に金属化合物(b)を還元し、金属ナノ粒子を生成させ、その後、溶剤(M)を除去する工程、
を含むことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1つに記載の有機無機複合体膜の製造方法。 - 請求項9に記載の各工程を行なった後得られた有機無機複合体膜を、還元剤(c)を含む溶液(H)に接触させ、その後、該有機無機複合体膜を溶液(H)から分離する工程を行なう有機無機複合体膜の製造方法。
- エネルギー線の照射により重合可能な重合性組成物(A)、及びこれらと相溶するが該重合性組成物(A)の重合体(PA)を溶解又は膨潤させない溶剤(N)とを混合した膜形成用組成物(Y)を製造する工程、
該膜形成用組成物(Y)の層を形成する工程、
エネルギー線の照射により該膜形成用組成物(Y)中の重合性化合物(A)を重合させ、その後、溶剤(N)を除去する工程、
前記重合体(PA)を、金属化合物(b)を含む溶液(I)に接触させることにより金属化合物(b)を重合体(PA)に吸着させ、その後、重合体(PA)を溶液(I)から分離する工程、
前記金属化合物(b)を含む重合体(PA)を、還元剤(c)を含む溶液(H)に接触させることにより金属化合物(b)を還元し、金属ナノ粒子を生成させ、その後、生成した金属ナノ粒子を含む重合体(PA)を溶液(H)から分離する工程、
を順次行なうことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1つに記載の有機無機複合体膜の製造方法。 - 前記溶剤(M)又は(N)が、分子量が500以下であり、且つ25℃における飽和蒸気圧が600Pa以下の化合物であることを特徴とする請求項9〜11のいずれか1つに記載の有機無機複合体膜の製造方法。
- 前記溶剤(M)又は(N)が、式(3)、式(4)、式(5)、式(6)で表される化合物、及び炭素数10〜22の分岐していてもよいアルカンからなる群から選ばれる1種以上の溶剤であることを特徴とする請求項9〜12のいずれか1つに記載の有機無機複合体膜の製造方法。
- 膜形成用組成物(X)中に、重合性組成物(A)、金属化合物(b)、及び溶剤(M)と相溶し、且つエネルギー線に対して不活性なポリマー(B)を含有することを特徴とする請求項9、10、12、13のいずれか1つに記載の有機無機複合体膜の製造方法。
- 膜形成用組成物(Y)中に、重合性組成物(A)、及び溶剤(N)と相溶し、且つエネルギー線に対して不活性なポリマー(C)を含有することを特徴とする請求項11〜13のいずれか1つに記載の有機無機複合体膜の製造方法。
- 前記ポリマー(B)又はポリマー(C)が、アクリル系共重合体又はスチレン系共重合体である請求項14又は15に記載の有機無機複合体膜の製造方法。
- 前記ポリマー(B)又はポリマー(C)の分子量が、10,000〜1,000,000の範囲にある請求項14〜16のいずれか1つに記載の有機無機複合体膜の製造方法。
- 膜表面における水との接触角が150°以上である超撥水性膜を製造する請求項9〜17のいずれか1つに記載の有機無機複合体膜の製造方法。
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