JP2015048299A - METHOD FOR PRODUCING MESOPOROUS SILICA AND METHOD FOR PRODUCING Si-CONTAINING AQUEOUS DISPERSION - Google Patents

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裕史 田邊
Yasushi Tanabe
裕史 田邊
一彦 前川
Kazuhiko Maekawa
一彦 前川
幹也 松浦
Mikiya Matsuura
幹也 松浦
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing a Si-containing aqueous dispersion which can suppress dissolution of a substrate comprising a resin such as triacetyl cellulose and the like, and from which homogeneous mesoporous silica can be produced; and to provide a method for producing mesoporous silica using the Si-containing aqueous dispersion.SOLUTION: A method for producing mesoporous silica comprises: a first step of obtaining a Si-containing aqueous dispersion by adding a Si-containing compound having a structure represented by Si-O into an aqueous dispersion of a block copolymer (Z) containing a polymer block (S), which contains a structural unit derived from an aromatic vinyl compound and having a sulfonic acid group, and an amorphous polymer block (T) containing a structural unit derived from an unsaturated aliphatic hydrocarbon as constituent components; a second step of obtaining a solid by removing water from the Si-containing aqueous dispersion obtained; and a third step of removing the block copolymer (Z) from the solid.

Description

本発明はメソポーラスシリカの製造方法およびSi含有水分散液の製造方法に関する。詳細には、本発明は液晶表示素子用の反射防止膜などに有用なメソポーラスシリカの製造に用いることができる、Si含有水分散液の製造方法および該Si含有水分散液を用いた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 a method for producing a Si-containing aqueous dispersion. Specifically, the present invention can be used for the production of mesoporous silica useful for an antireflection film for a liquid crystal display element, etc., a method for producing a Si-containing aqueous dispersion, and a mesoporous silica using the Si-containing aqueous dispersion. It relates to a manufacturing method.

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、近年、反射防止膜などの用途への利用が検討されている。   Porous silica having pores with a pore diameter of 2 to 50 nm is called mesoporous silica, and its use for applications such as an antireflection film has been studied in recent years.

メソポーラスシリカを得る手段としては、数平均分子量が2.5×10以下の末端分岐型共重合体からなる粒子の存在下でアルコキシシランおよび/またはその部分加水分解縮合物から選ばれる前駆体を酸触媒の存在下でゾル−ゲル反応させることにより有機無機複合体を得た後、該有機無機複合体から、焼成、エネルギー線(真空紫外光、遠赤外線、マイクロ波、プラズマなど)照射、溶媒洗浄などの方法で末端分岐型共重合体を除去することによって、平均孔径が5〜30nm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1参照)。この方法では、ゾル−ゲル反応に用いる酸触媒の分散が不均一となり、得られるメソポーラスシリカの均質性が低下する場合があった。 As a means for obtaining mesoporous silica, a precursor selected from alkoxysilane and / or a partially hydrolyzed condensate thereof in the presence of particles composed of a terminal branched copolymer having a number average molecular weight of 2.5 × 10 4 or less is used. After obtaining an organic-inorganic composite by carrying out a sol-gel reaction in the presence of an acid catalyst, the organic-inorganic composite is calcined, irradiated with energy rays (vacuum ultraviolet light, far-infrared light, microwave, plasma, etc.), solvent It is known that mesoporous silica having an average pore diameter of 5 to 30 nm can be obtained by removing the terminal branched copolymer by a method such as washing (see Patent Document 1). In this method, the dispersion of the acid catalyst used for the sol-gel reaction becomes non-uniform, and the homogeneity of the obtained mesoporous silica sometimes decreases.

また、アルコキシシランを酸性水溶液中に溶解させて調製したシリカ前駆体水溶液を、芳香族ビニル化合物に由来する構造単位を含有し、スルホン酸基を有する重合体ブロック(S)および不飽和脂肪族炭化水素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(T)を構成成分とするブロック共重合体(Z)の有機溶媒溶液に混合して得られた流動性組成物を、基材に塗布して、焼成することで25nm前後のメソポーラスシリカが得られることが知られている(非特許文献1参照)。この方法では、流動性組成物中の有機溶媒によって基材が溶解する場合がある。例えば、液晶表示素子用の反射防止膜を製造する場合、通常トリアセチルセルロースなどの樹脂からなる基材を用いることが望ましいと考えられるが、該樹脂からなる基材は、上記流動性組成物の塗布によって溶解または膨潤し、所望の反射防止膜が得られない場合がある。   Further, a silica precursor aqueous solution prepared by dissolving alkoxysilane in an acidic aqueous solution contains a structural unit derived from an aromatic vinyl compound, a polymer block (S) having a sulfonic acid group, and unsaturated aliphatic carbonization. A fluid composition obtained by mixing an organic solvent solution of a block copolymer (Z) containing an amorphous polymer block (T) containing a structural unit derived from hydrogen as a constituent, It is known that mesoporous silica having a thickness of about 25 nm can be obtained by applying to sinter and baking (see Non-Patent Document 1). In this method, the substrate may be dissolved by the organic solvent in the fluid composition. For example, when manufacturing an antireflection film for a liquid crystal display element, it is considered desirable to use a base material usually made of a resin such as triacetyl cellulose, but the base material made of the resin is made of the fluid composition. In some cases, the desired antireflection film may not be obtained due to dissolution or swelling by application.

国際公開第2010−103856号International Publication No. 2010-103856

ジャーナル オブ マテリアル ケミストリー(J. Mater. Chem.)、第22巻、20008頁(2012)Journal of Material Chemistry (J. Mater. Chem.), Vol. 22, p. 20008 (2012)

したがって、本発明の目的は、樹脂からなる基材に塗布しても基材の膨潤や溶解を抑制でき、かつ均質なメソポーラスシリカを製造できるSi含有水分散液の製造方法、および該Si含有水分散液を用いたメソポーラスシリカの製造方法を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for producing an Si-containing aqueous dispersion that can suppress swelling and dissolution of a substrate even when applied to a substrate made of a resin and that can produce homogeneous mesoporous silica, and the Si-containing water. An object of the present invention is to provide a method for producing mesoporous silica using a dispersion.

上記の目的を達成するため、本発明は、
[1]芳香族ビニル化合物に由来する構造単位を含有し、スルホン酸基を有する重合体ブロック(S)および不飽和脂肪族炭化水素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(T)を構成成分とするブロック共重合体(Z)(以下、単に「ブロック共重合体(Z)」と称する)の水分散液中(以下、「重合体水分散液」と称する)に、Si−Oで示される構造を有するSi含有化合物(以下、単に「Si含有化合物」と称する)を添加してSi含有水分散液を得る第1工程、
得られたSi含有水分散液から水を除去して固形分を得る第2工程、並びに
前記固形分からブロック共重合体(Z)を除去する第3工程、を含むメソポーラスシリカの製造方法;
[2]第1工程において、Si含有化合物の添加量がブロック共重合体(Z)の0.3〜20質量倍の範囲である、上記[1]のメソポーラスシリカの製造方法;
[3]第3工程において、固形分に真空紫外光を照射する、上記[1]または[2]のメソポーラスシリカの製造方法;並びに
[4]上記重合体水分散液に、Si−Oで示される構造を有するSi含有化合物を添加するSi含有水分散液の製造方法;を提供する。
In order to achieve the above object, the present invention provides:
[1] A polymer block (S) containing a structural unit derived from an aromatic vinyl compound and having a sulfonic acid group and an amorphous polymer block containing a structural unit derived from an unsaturated aliphatic hydrocarbon ( In an aqueous dispersion (hereinafter referred to as “polymer aqueous dispersion”) of a block copolymer (Z) having T) as a constituent component (hereinafter simply referred to as “block copolymer (Z)”), A first step of adding a Si-containing compound having a structure represented by Si—O (hereinafter simply referred to as “Si-containing compound”) to obtain a Si-containing aqueous dispersion;
A method for producing mesoporous silica, comprising: a second step of removing water from the obtained Si-containing aqueous dispersion to obtain a solid content; and a third step of removing the block copolymer (Z) from the solid content;
[2] The method for producing mesoporous silica according to the above [1], wherein in the first step, the addition amount of the Si-containing compound is in the range of 0.3 to 20 times by mass of the block copolymer (Z);
[3] The method for producing mesoporous silica according to [1] or [2] above, wherein in the third step, the solid content is irradiated with vacuum ultraviolet light; and [4] The polymer aqueous dispersion is represented by Si—O. A method for producing a Si-containing aqueous dispersion in which a Si-containing compound having a structure is added.

本発明の方法によって得られるSi含有水分散液を用いた、本発明のメソポーラスシリカの製造方法によれば、樹脂からなる基材に塗布しても基材の溶解や膨潤を抑制でき、かつ均質なメソポーラスシリカを製造できる。   According to the method for producing mesoporous silica of the present invention using the Si-containing aqueous dispersion obtained by the method of the present invention, the dissolution and swelling of the substrate can be suppressed even when applied to the substrate made of a resin, and homogeneous. New mesoporous silica can be produced.

実施例1で得られたメソポーラスシリカの断面SEM像である。2 is a cross-sectional SEM image of mesoporous silica obtained in Example 1. FIG.

以下、発明を実施するための形態をメソポーラスシリカの製造方法における各工程に沿って説明する。
[第1工程]
以下、第1工程について説明する。なお、本発明のSi含有水分散液の製造方法では、該第1工程と同じ方法でSi含有水分散液が得られる。
第1工程は、重合体水分散液中に、Si含有化合物を添加する。
本明細書において「Si含有水分散液」とは、Si原子を含む化合物を含有する水溶液中にブロック共重合体(Z)が形成するミセルが分散している液を意味する。かかるSi原子を含む化合物は、本発明の製造方法で用いるSi含有化合物および/またはその反応物である。
Hereinafter, the form for inventing is demonstrated along each process in the manufacturing method of mesoporous silica.
[First step]
Hereinafter, the first step will be described. In addition, in the manufacturing method of Si containing water dispersion liquid of this invention, Si containing water dispersion liquid is obtained by the same method as this 1st process.
In the first step, a Si-containing compound is added to the polymer aqueous dispersion.
In this specification, “Si-containing aqueous dispersion” means a liquid in which micelles formed by the block copolymer (Z) are dispersed in an aqueous solution containing a compound containing Si atoms. Such a compound containing Si atoms is a Si-containing compound and / or a reaction product thereof used in the production method of the present invention.

(重合体水分散液)
本発明のSi含有水分散液の製造方法に用いる重合体水分散液は、水を主体とする分散媒中にブロック共重合体(Z)が分散している液である。かかる重合体水分散液における水の含有量は、85〜99.5質量%の範囲が好ましく、93〜99質量%の範囲がより好ましい。
(Polymer aqueous dispersion)
The polymer aqueous dispersion used in the method for producing an Si-containing aqueous dispersion of the present invention is a liquid in which the block copolymer (Z) is dispersed in a dispersion medium mainly composed of water. The water content in the polymer aqueous dispersion is preferably in the range of 85 to 99.5% by mass, and more preferably in the range of 93 to 99% by mass.

かかる重合体水分散液におけるブロック共重合体(Z)の含有量は、0.5〜15質量%の範囲が好ましく、1〜7質量%の範囲がより好ましい。   The content of the block copolymer (Z) in the polymer aqueous dispersion is preferably in the range of 0.5 to 15% by mass, and more preferably in the range of 1 to 7% by mass.

かかる重合体水分散液におけるブロック共重合体(Z)の平均分散粒径は、1〜300nmの範囲が好ましく、2〜100nmの範囲がより好ましく、5〜50nmの範囲がさらに好ましい。   The average dispersed particle size of the block copolymer (Z) in the polymer aqueous dispersion is preferably in the range of 1 to 300 nm, more preferably in the range of 2 to 100 nm, and still more preferably in the range of 5 to 50 nm.

かかる重合体水分散液の調製方法としては、例えば前記ブロック共重合体(Z)の有機溶媒溶液に水を添加して強攪拌し、その後に該有機溶媒を除去する方法(転送乳化法)などが挙げられる。   As a method for preparing such a polymer aqueous dispersion, for example, water is added to the organic solvent solution of the block copolymer (Z) and the mixture is vigorously stirred, and then the organic solvent is removed (transfer emulsification method). Is mentioned.

(ブロック共重合体(Z))
本発明で用いるブロック共重合体(Z)は、芳香族ビニル化合物に由来する構造単位を含有し、スルホン酸基を有する重合体ブロック(S)(以下、「重合体ブロック(S)」と称する)、および不飽和脂肪族炭化水素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(T)(以下、「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)は、芳香族ビニル化合物に由来する構造単位を含有し、スルホン酸基を有さない重合体ブロック(以下、「重合体ブロック(S)」と称する)と、重合体ブロック(T)を構成成分とするブロック共重合体(以下、「ブロック共重合体(Z)」と称する)の、重合体ブロック(S)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、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、ピレン環などの炭素環式芳香環であることが好ましい。
(Block copolymer (Z))
The block copolymer (Z) used in the present invention contains a polymer unit (S) containing a structural unit derived from an aromatic vinyl compound and having a sulfonic acid group (hereinafter referred to as “polymer block (S)”). ) And an amorphous polymer block (T) containing a structural unit derived from an unsaturated aliphatic hydrocarbon (hereinafter referred to as “polymer block (T)”). The block copolymer (Z) contains a structural unit derived from an aromatic vinyl compound and has no sulfonic acid group (hereinafter referred to as “polymer block (S 0 )”), It is obtained by introducing a sulfonic acid group into a polymer block (S 0 ) of a block copolymer (hereinafter referred to as “block copolymer (Z 0 )”) comprising a combined block (T) as a constituent component. . The aromatic ring included in the aromatic vinyl compound is preferably a carbocyclic aromatic ring such as a benzene ring, a naphthalene ring, an anthracene ring, or a pyrene ring.

前記重合体ブロック(S)を形成できる芳香族ビニル化合物としては、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などが挙げられる。 Examples of the aromatic vinyl compound that can form the polymer block (S 0 ) include styrene, 2-methylstyrene, 3-methylstyrene, 4-methylstyrene, 4-ethylstyrene, 2,4-dimethylstyrene, 2, Examples include 5-dimethylstyrene, 3,5-dimethylstyrene, 2-methoxystyrene, 3-methoxystyrene, 4-methoxystyrene, vinylbiphenyl, vinylterphenyl, vinylnaphthalene, vinylanthracene, and 4-phenoxystyrene.

また、上記の芳香族ビニル化合物のビニル基上の水素原子のうち、芳香環のα位の炭素(α−炭素)に結合した水素原子が他の置換基で置換されていてもよい。置換基としては、炭素数1〜4の直鎖状または分岐鎖状のアルキル基(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、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−クロロエチル基など)、アリール基(フェニル基など)が挙げられ、該置換基を有する芳香族ビニル化合物としては、例えば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などが挙げられる。   Of the hydrogen atoms on the vinyl group of the aromatic vinyl compound, the hydrogen atom bonded to the α-position carbon (α-carbon) of the aromatic ring may be substituted with another substituent. Examples of the substituent include linear or branched alkyl groups having 1 to 4 carbon atoms (methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, n-butyl, isobutyl, sec-butyl, tert -Butyl group), halogenated alkyl groups having 1 to 4 carbon atoms (chloromethyl group, 2-chloroethyl group, 3-chloroethyl group etc.), aryl groups (phenyl group etc.), and aromatic having such substituents Examples of the vinyl compound include α-methylstyrene, α-methyl-4-methylstyrene, α-methyl-4-ethylstyrene, 1,1-diphenylethylene, and the like.

重合体ブロック(S)を構成する芳香族ビニル化合物の芳香環にはスルホン酸基の導入(スルホン化)を阻害する置換基を有さないことが好ましい。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)などで置換されていると、スルホン化が困難な場合があるので、該芳香環上の水素は置換されていないか、アリール基などの、それ自体がスルホン化できる置換基で置換されていることが好ましく、スルホン化の容易性などの観点から、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好ましい。これら芳香族ビニル化合物は1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。上記した芳香族ビニル化合物に由来する構造単位の含有量は、重合体ブロック(S)の90質量%以上であることが好ましく、95質量%以上であることがより好ましい。 It is preferable that the aromatic ring of the aromatic vinyl compound constituting the polymer block (S 0 ) does not have a substituent that inhibits introduction (sulfonated) of a sulfonic acid group. For example, when hydrogen (especially hydrogen at the 4-position) on the aromatic ring of styrene is substituted with an alkyl group (particularly an alkyl group having 3 or more carbon atoms) or the like, sulfonation may be difficult. The above hydrogen is preferably not substituted or substituted with a substituent that can itself be sulfonated, such as an aryl group. From the viewpoint of easiness of sulfonation, styrene, α-methylstyrene, 4 -Methyl styrene, 4-ethyl styrene and vinyl biphenyl are preferred. These aromatic vinyl compounds may be used alone or in combination of two or more. The content of the structural unit derived from the above aromatic vinyl compound is preferably 90% by mass or more, more preferably 95% by mass or more of the polymer block (S 0 ).

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他の化合物に由来する構造単位を含有してもよい。かかる他の化合物としては、例えばエチレン、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−オクテンなどの炭素数2〜8のアルケン;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−ヘプタジエンなどの炭素数4〜8の共役ジエン;(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸ブチルなどの(メタ)アクリル酸エステル;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、ピバリン酸ビニルなどのビニルエステル;メチルビニルエーテル、イソブチルビニルエーテルなどのビニルエーテル;などの重合性化合物が挙げられる。これら他の化合物は、1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。上記した他の化合物に由来する構造単位の含有量は、重合体ブロック(S)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 another compound other than the aromatic vinyl compound as long as the effects of the present invention are not impaired. Examples of such other compounds include ethylene, propylene, 1-butene, 2-butene, isobutene, 1-pentene, 2-pentene, 1-hexene, 2-hexene, 1-heptene, 2-heptene, 1-octene, Alkene having 2 to 8 carbon atoms such as 2-octene; butadiene, 1,3-pentadiene, isoprene, 1,3-hexadiene, 2,4-hexadiene, 2,3-dimethyl-1,3-butadiene, 2-ethyl C4-C8 conjugated dienes such as 1,3-butadiene and 1,3-heptadiene; (meth) acrylic acid such as methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, and butyl (meth) acrylate Esters: Vinyl esters such as vinyl acetate, vinyl propionate, vinyl butyrate and vinyl pivalate; methyl vinyl ether, isobutyl Vinyl ethers such as vinyl ether; include polymerizable compounds such as. These other compounds may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together. The content of structural units derived from the other compounds described above is preferably 10% by mass or less, more preferably 5% by mass or less, based on the polymer block (S 0 ).

重合体ブロック(S)は、上記した芳香族ビニル化合物および任意成分である他の化合物を単量体として重合することで製造できる。重合体ブロック(S)が含有する構造単位が2種以上の単量体に由来する場合、通常、該2種以上の単量体を混合した単量体混合物として重合に供することで重合体ブロック(S)を製造する。 The polymer block (S 0 ) can be produced by polymerizing the above-described aromatic vinyl compound and other compounds as optional components as monomers. When the structural unit contained in the polymer block (S 0 ) is derived from two or more types of monomers, the polymer is usually subjected to polymerization as a monomer mixture obtained by mixing the two or more types of monomers. The block (S 0 ) is manufactured.

重合体ブロック(S)1つあたりの数平均分子量は、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1,000〜50,000の範囲であることで、Si含有水分散液中におけるブロック共重合体(Z)が形成するミセルの安定性が高まり、得られるメソポーラスシリカの均質性を高める観点から好ましい。
なお本明細書において、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を意味する。
The number average molecular weight per polymer block (S 0 ) is preferably in the range of 1,000 to 50,000, more preferably in the range of 3,000 to 40,000, and in the range of 5,000 to 25,000. Is more preferable. When the number average molecular weight is in the range of 1,000 to 50,000, the stability of the micelle formed by the block copolymer (Z) in the Si-containing aqueous dispersion is increased, and the homogeneity of the obtained mesoporous silica is increased. From the viewpoint of increasing
In addition, in this specification, a number average molecular weight means the number average molecular weight of standard polystyrene conversion measured by the gel permeation chromatography (GPC) method.

ブロック共重合体(Z)の構成成分である重合体ブロック(T)は、不飽和脂肪族炭化水素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。   The polymer block (T) that is a constituent component of the block copolymer (Z) is an amorphous polymer block containing a structural unit derived from an unsaturated aliphatic hydrocarbon. 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.

重合体ブロック(T)を形成できる不飽和脂肪族炭化水素は、重合性の炭素−炭素二重結合を有する鎖式不飽和脂肪族炭化水素が好ましく、例えばエチレン、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−オクテンなどの炭素数2〜8のアルケン;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−ヘプタジエンなどの炭素数4〜8の共役ジエン;などが挙げられる。上記不飽和脂肪族炭化水素が重合性の炭素−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、該不飽和脂肪族炭化水素が共役ジエンである場合には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。これら不飽和脂肪族炭化水素は1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。上記した不飽和脂肪族炭化水素に由来する構造単位の含有量は、重合体ブロック(T)の90質量%以上であることが好ましく、95質量%以上であることがより好ましい。   The unsaturated aliphatic hydrocarbon capable of forming the polymer block (T) is preferably a chain unsaturated aliphatic hydrocarbon having a polymerizable carbon-carbon double bond, such as ethylene, propylene, 1-butene, 2- Alkenes having 2 to 8 carbon atoms such as butene, isobutene, 1-pentene, 2-pentene, 1-hexene, 2-hexene, 1-heptene, 2-heptene, 1-octene, 2-octene; butadiene, 1, 3 -C4-C4 such as pentadiene, isoprene, 1,3-hexadiene, 2,4-hexadiene, 2,3-dimethyl-1,3-butadiene, 2-ethyl-1,3-butadiene, 1,3-heptadiene 8 conjugated dienes; and the like. When the unsaturated aliphatic hydrocarbon has a plurality of polymerizable carbon-carbon double bonds, any of them may be used for polymerization, for example, when the unsaturated aliphatic hydrocarbon is a conjugated diene. These may be 1,2-bonds or 1,4-bonds, or a mixture thereof. These unsaturated aliphatic hydrocarbons may be used alone or in combination of two or more. The content of the structural unit derived from the unsaturated aliphatic hydrocarbon described above is preferably 90% by mass or more, and more preferably 95% by mass or more of the polymer block (T).

重合体ブロック(T)は、本発明の効果を損なわない範囲内で、不飽和脂肪族炭化水素以外の他の化合物に由来する構造単位を含有してもよい。かかる他の化合物としては、例えばスチレン、ビニルナフタレンなどの芳香族ビニル化合物;塩化ビニルなどのハロゲン含有ビニル化合物;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、ピバリン酸ビニルなどのビニルエステル;メチルビニルエーテル、イソブチルビニルエーテルなどのビニルエーテル;などの重合性化合物が挙げられる。これら他の化合物は、1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。上記した他の化合物に由来する構造単位は、重合体ブロック(T)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 (T) may contain a structural unit derived from another compound other than the unsaturated aliphatic hydrocarbon as long as the effects of the present invention are not impaired. Examples of such other compounds include aromatic vinyl compounds such as styrene and vinyl naphthalene; halogen-containing vinyl compounds such as vinyl chloride; vinyl esters such as vinyl acetate, vinyl propionate, vinyl butyrate, and vinyl pivalate; methyl vinyl ether, isobutyl And polymerizable compounds such as vinyl ethers such as vinyl ethers. These other compounds may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together. The structural unit derived from the other compound described above is preferably 10% by mass or less, more preferably 5% by mass or less, based on the polymer block (T).

重合体ブロック(T)は、上記した不飽和脂肪族炭化水素および任意成分である他の化合物を単量体として重合することで製造できる。重合体ブロック(T)が含有する構造単位が2種以上の単量体に由来する場合、通常、該2種以上の単量体を混合した単量体混合物として重合に供することで重合体ブロック(T)を製造する。   The polymer block (T) can be produced by polymerizing the above unsaturated aliphatic hydrocarbon and other compounds as optional components as monomers. When the structural unit contained in the polymer block (T) is derived from two or more types of monomers, the polymer block is usually subjected to polymerization as a monomer mixture obtained by mixing the two or more types of monomers. (T) is manufactured.

重合体ブロック(T)を形成する不飽和脂肪族炭化水素が炭素−炭素二重結合を複数有する場合、通常、重合後に、炭素−炭素二重結合が残存する。この場合、かかる残存する炭素−炭素二重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たものを重合体ブロック(T)としてもよい。炭素−炭素二重結合の水素添加率は、1H−NMR測定によって算出することができる。水素添加された疎水性重合体ブロックにおける炭素−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%以上がより好ましく、95%以上がさらに好ましい。 When the unsaturated aliphatic hydrocarbon that forms the polymer block (T) has a plurality of carbon-carbon double bonds, the carbon-carbon double bonds usually remain after polymerization. In this case, a polymer block (T) obtained by converting a part or all of the remaining carbon-carbon double bond to a saturated bond by a known hydrogenation reaction may be used. The hydrogenation rate of the carbon-carbon double bond can be calculated by 1 H-NMR measurement. The hydrogenation rate of the carbon-carbon double bond in the hydrogenated hydrophobic polymer block is preferably 50 mol% or more, more preferably 80 mol% or more, and further preferably 95% or more.

重合体ブロック(T)1つあたりの数平均分子量は、3,000〜150,000の範囲が好ましく、20,000〜10,0000の範囲がより好ましく、30,000〜78,000の範囲がさらに好ましい。   The number average molecular weight per polymer block (T) is preferably in the range of 3,000 to 150,000, more preferably in the range of 20,000 to 10,000, and in the range of 30,000 to 78,000. Further preferred.

ブロック共重合体(Z)は、重合体ブロック(S)と重合体ブロック(T)をそれぞれ1個以上有する。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、スルホン酸基の導入割合など)は、互いに同じであってもよく、異なっていてもよい。また、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、重合度など)は、互いに同じであっても、異なっていてもよい。   The block copolymer (Z) has at least one polymer block (S) and one polymer block (T). In the case of having a plurality of polymer blocks (S), their structures (type of monomer constituting, degree of polymerization, introduction ratio of sulfonic acid group, etc.) may be the same or different from each other. . Moreover, when it has two or more polymer blocks (T), those structures (a kind of monomer to comprise, a polymerization degree, etc.) may mutually be the same, or may differ.

ブロック共重合体(Z)における重合体ブロック(S)と重合体ブロック(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、重合体ブロック(S)、重合体ブロック(T)を表す。以下同じ)、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などが挙げられる。これらのブロック共重合体は、1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。   As an example of the arrangement of the polymer block (S) and the polymer block (T) in the block copolymer (Z), an S-T type diblock copolymer (S and T are the polymer block (S), A polymer block (T), the same applies hereinafter), an STS type triblock copolymer, a TST type triblock copolymer, and the like. These block copolymers may be used alone or in combination of two or more.

重合体ブロック(S)の合計量と重合体ブロック(T)の合計量との質量比(重合体ブロック(S)の合計質量:重合体ブロック(T)の合計質量)は、10:90〜50:50であるのが好ましく、生産安定性の観点から20:80〜40:60であるのがより好ましい。   The mass ratio of the total amount of the polymer block (S) and the total amount of the polymer block (T) (total mass of the polymer block (S): total mass of the polymer block (T)) is 10:90 to The ratio is preferably 50:50, and more preferably 20:80 to 40:60 from the viewpoint of production stability.

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、分子量などによって、ラジカル重合法、アニオン重合法、カチオン重合法、配位重合法などから適宜選択することができる。工業的には、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い。特に、分子量および分子量分布など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、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 ) can be appropriately selected from a radical polymerization method, an anionic polymerization method, a cationic polymerization method, a coordination polymerization method, and the like depending on the type and molecular weight of the constituent monomers. Industrially, a radical polymerization method, an anionic polymerization method or a cationic polymerization method is preferable. In particular, a so-called living polymerization method is preferable from the viewpoint of molecular weight and molecular weight distribution, and specifically, a living radical polymerization method, a living anion polymerization method, and a living cation polymerization method are preferable.

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−ブチルスチレンなど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)が共役ジエンから形成されてなるブロック共重合体(Z)をリビングアニオン重合によって製造する方法と、重合体ブロック(S)がスチレン、α−メチルスチレン、t−ブチルスチレンなど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)がイソブテンから形成されてなるブロック共重合体(Z)をリビングカチオン重合によって製造する方法とを以下に示す。 As a specific example of the method for producing the block copolymer (Z 0 ), the polymer block (S 0 ) is formed from an aromatic vinyl compound such as styrene, α-methyl styrene, t-butyl styrene, and the like. A method of producing a block copolymer (Z 0 ) in which (T) is formed from a conjugated diene by living anion polymerization, and a polymer block (S 0 ) such as styrene, α-methylstyrene, t-butylstyrene, etc. A method for producing a block copolymer (Z 0 ) formed from an aromatic vinyl compound and having a hydrophobic polymer block (T) formed from isobutene by living cationic polymerization is described below.

重合体ブロック(S)がスチレン、α−メチルスチレン、t−ブチルスチレンなど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)が共役ジエンから形成されてなるブロック共重合体(Z)をリビングアニオン重合によって製造する方法としては、
(I)シクロヘキサンなどの非極性溶媒中でアニオン重合開始剤の存在下、20〜100℃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;
(II)シクロヘキサンなどの非極性溶媒中でアニオン重合開始剤を用いて、20〜100℃で芳香族ビニル化合物、共役ジエンを逐次重合させた後、安息香酸フェニルなど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;
(III)シクロヘキサンなどの非極性溶媒中、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℃で、5〜50質量%のα−メチルスチレンなど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、安息香酸フェニルなど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;
(IV)シクロヘキサンなどの非極性溶媒中でアニオン重合開始剤の存在下、20〜100℃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;
などが挙げられる。
A block copolymer in which a polymer block (S 0 ) is formed from an aromatic vinyl compound such as styrene, α-methylstyrene, or t-butylstyrene, and a hydrophobic polymer block (T) is formed from a conjugated diene ( As a method for producing Z 0 ) by living anionic polymerization,
(I) 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 successively polymerized at 20 to 100 ° C. to form an S 0 -TS 0 type block A method of obtaining a copolymer (Z 0 );
(II) After an aromatic vinyl compound and a conjugated diene are sequentially polymerized at 20 to 100 ° C. using an anionic polymerization initiator in a nonpolar solvent such as cyclohexane, a coupling agent such as phenyl benzoate is added. A method of obtaining a S 0 -T-S 0 type block copolymer (Z 0 );
(III) In a nonpolar solvent such as cyclohexane, in the presence of an organic lithium compound as an anionic polymerization initiator, in the presence of a polar compound having a concentration of 0.1 to 10% by mass, at −30 to 30 ° C., 5 to 50% by mass. After polymerizing an aromatic vinyl compound such as α-methylstyrene and polymerizing a conjugated diene to the resulting living polymer, a coupling agent such as phenyl benzoate is added to form an S 0 -TS 0 type block A method of obtaining a copolymer (Z 0 );
(IV) In the presence of an anionic polymerization initiator in a nonpolar solvent such as cyclohexane, at 20 to 100 ° C., t-butylstyrene, styrene, and conjugated diene are sequentially added one or more times in a desired order, and three or more types are added. A method of obtaining a block copolymer (Z 0 ) comprising polymer blocks of
Etc.

また、重合体ブロック(S)がスチレン、α−メチルスチレン、t−ブチルスチレンなど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)がイソブテンから形成されてなるブロック共重合体(Z)をリビングカチオン重合によって製造する方法としては、ハロゲン化炭化水素/炭化水素混合溶媒中、−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、次いで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(マクロモレキュル ケミー マクロモレキュラー シンポジウム(Macromol.Chem.,Macromol.Symp.)第32巻,119号(1990)参照)などが挙げられる。 Also, a block copolymer in which the polymer block (S 0 ) is formed from an aromatic vinyl compound such as styrene, α-methylstyrene, t-butylstyrene, and the hydrophobic polymer block (T) is formed from isobutene. As a method for producing (Z 0 ) by living cationic polymerization, isobutene is cationically polymerized in the presence of a Lewis acid in a halogenated hydrocarbon / hydrocarbon mixed solvent at −78 ° C. using a bifunctional halogenated initiator. Then, the aromatic vinyl compound is polymerized to obtain a S 0 -T-S 0 type block copolymer (Z 0 ) (Macromolecular Chemie Macromolecular Symposium (Macromol. Chem., Macromol. Symp.)) 32, No. 119 (1990)).

ブロック共重合体(Z)の数平均分子量は、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。 The number average molecular weight of the block copolymer (Z 0 ) is usually preferably from 5,000 to 200,000, more preferably from 30,000 to 150,000, still more preferably from 50,000 to 100,000.

ブロック共重合体(Z)をスルホン化してブロック共重合体(Z)を製造する方法に特に制限はなく、ブロック共重合体(Z)を公知のスルホン化剤と反応させる方法が用いられる。この際、有機溶媒を用いて、ブロック共重合体(Z)の溶液または懸濁液を調製したのちスルホン化剤と反応させてもよい。 There is no particular limitation on the method for producing the block copolymer (Z) block copolymer (Z 0) and sulfonated, method for reacting the block copolymer (Z 0) with known sulfonating agent is used . At this time, a solution or suspension of the block copolymer (Z 0 ) may be prepared using an organic solvent and then reacted with a sulfonating agent.

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などの芳香族化合物のスルホン酸化物などが挙げられる。   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 thereof include sulfone oxides of aromatic compounds such as 2,4,6-trimethylbenzenesulfonic acid.

スルホン化において使用できる有機溶媒としては、塩化メチレンなどのハロゲン化炭化水素、ヘキサンなどの直鎖脂肪族炭化水素、シクロヘキサンなどの環状脂肪族炭化水素などが挙げられる。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。   Examples of the organic solvent that can be used in the sulfonation include halogenated hydrocarbons such as methylene chloride, linear aliphatic hydrocarbons such as hexane, and cyclic aliphatic hydrocarbons such as cyclohexane. These may be used alone or in combination of two or more.

(Si含有化合物)
第1工程で用いるSi含有化合物は、Si−Oで示される構造を有する。かかるSi含有化合物としては、アルコキシシラン、シラノール、ポリシロキサンなどが挙げられる。
(Si-containing compound)
The Si-containing compound used in the first step has a structure represented by Si—O. Such Si-containing compounds include alkoxysilanes, silanols, polysiloxanes and the like.

これらSi含有化合物は、重合体水分散液中に添加することで、通常、加水分解および/または縮重合しつつ重合体水分散液に溶解する。例えば、Si含有化合物としてアルコキシシランを用いると、当初アルコキシシランが重合体水分散液と分離するが、混合を続けると、ブロック共重合体(Z)が有するスルホン酸基を酸触媒とするゾル−ゲル反応が進行し、アルコキシシランが加水分解、縮重合しつつ重合体水分散液に溶解する。   When these Si-containing compounds are added to the polymer aqueous dispersion, they are usually dissolved in the polymer aqueous dispersion while undergoing hydrolysis and / or condensation polymerization. For example, when alkoxysilane is used as the Si-containing compound, the alkoxysilane is initially separated from the polymer aqueous dispersion, but if mixing is continued, the sol having the sulfonic acid group of the block copolymer (Z) as an acid catalyst. The gel reaction proceeds, and the alkoxysilane is dissolved in the polymer aqueous dispersion while undergoing hydrolysis and condensation polymerization.

上記Si含有化合物として用いることができるアルコキシシランとしては、例えば下記一般式(1)で示されるアルコキシシランが挙げられる。   Examples of the alkoxysilane that can be used as the Si-containing compound include alkoxysilanes represented by the following general formula (1).

SiY(4−n)(OR) (1)
(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。)
SiY (4-n) (OR) n (1)
(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.)

一般式(1)におけるRが表すアルキル基は、直鎖状でも分岐鎖状でもよく、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。   The alkyl group represented by R in the general formula (1) may be linear or branched, is preferably an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, and more preferably a methyl group or an ethyl group.

一般式(1)におけるYが表す炭化水素基としては、例えばメチル基などの炭素数1〜10のアルキル基;アリル基などの炭素数2〜10のアルケニル基;フェニル基、炭素数1〜6のアルキル基で少なくとも1個の水素原子を置換したフェニル基(例えば、メチルフェニル基、ジメチルフェニル基、トリメチルフェニル基、エチルフェニル基、ジエチルフェニル基、プロピルフェニル基などが挙げられる)などのアリール基;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、臭素原子などが挙げられる。Yは炭化水素基であることが好ましく、炭素数1〜10のアルキル基であることが特に好ましい。   Examples of the hydrocarbon group represented by Y in the general formula (1) include 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; a phenyl group and 1 to 6 carbon atoms. An aryl group such as a phenyl group (for example, a methylphenyl group, a dimethylphenyl group, a trimethylphenyl group, an ethylphenyl group, a diethylphenyl group, or a propylphenyl group) in which at least one hydrogen atom is substituted with an alkyl group of An aralkyl group such as a benzyl group; Moreover, as a halogen atom which Y represents, a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, etc. are mentioned. Y is preferably a hydrocarbon group, particularly preferably an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms.

一般式(1)における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 in the general formula (1) 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中でも、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、トリエトキシメチルシランが好ましい。かかる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。   Among the alkoxysilanes represented by the general formula (1), tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, and triethoxymethylsilane are preferable. Such alkoxysilane may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together.

上記Si含有化合物として用いることができるシラノールとしては、上記したアルコキシシランが加水分解した構造からなるものが挙げられる。   Examples of the silanol that can be used as the Si-containing compound include those having a structure in which the above alkoxysilane is hydrolyzed.

上記Si含有化合物として用いることができるポリシロキサンとしては、上記したシラノールが縮重合した構造からなるものが挙げられる。本明細書において「ポリシロキサン」とは、シラノールの低重合度のオリゴマーおよび高重合度のシリカを包含する概念である。   Examples of the polysiloxane that can be used as the Si-containing compound include those having a structure in which the above-mentioned silanol is polycondensed. In the present specification, “polysiloxane” is a concept including a low polymerization degree oligomer of silanol and a high polymerization degree silica.

Si含有化合物の添加量は、得られるメソポーラスシリカの細孔径および細孔周期の均一性を高める観点から、前記ブロック共重合体(Z)の0.3〜20質量倍の範囲であることが好ましい。   The addition amount of the Si-containing compound is preferably in the range of 0.3 to 20 times the mass of the block copolymer (Z) from the viewpoint of enhancing the uniformity of the pore diameter and pore period of the obtained mesoporous silica. .

Si含有水分散液を速やかに形成させる観点から、Si含有化合物は重合体水分散液とともに撹拌するのが好ましい。時間とともに、Si含有化合物はポリシロキサンを形成するが、重合度が上がり過ぎるとポリシロキサンが析出する場合があるため、Si含有化合物を添加、撹拌する温度は−20〜80℃の範囲が好ましく、10〜40℃の範囲がより好ましい。   From the viewpoint of promptly forming the Si-containing aqueous dispersion, the Si-containing compound is preferably stirred together with the polymer aqueous dispersion. Over time, the Si-containing compound forms a polysiloxane, but if the degree of polymerization is too high, the polysiloxane may precipitate, so the temperature at which the Si-containing compound is added and stirred is preferably in the range of -20 to 80 ° C. The range of 10-40 degreeC is more preferable.

(任意成分)
第1工程においては、極性有機溶媒を用いてもよい。かかる極性有機溶媒としては、水溶性のものが好ましく、具体的にはテトラヒドロフランなどのエーテル;アセトン、シクロヘキサノンなどのケトン;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;が挙げられ、メタノール、エタノール、n−プロパノール、2−プロパノールがより好ましい。上記した極性有機溶媒は1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。極性有機溶媒を添加する方法に特に制限はなく、重合体水分散液を調製する際に併せて添加しても、Si含有化合物とともに添加しても、Si含有化合物の添加後に添加してもよい。かかる極性溶媒を用いることで、重合体水分散液でのSi含有化合物の反応速度を制御したり、得られるSi含有水分散液からメソポーラスシリカを製造する場合の水の除去を促進したりできる。かかる極性有機溶媒の使用量は、通常、用いる水の量の0.05〜1質量倍が好ましく、0.1〜0.5質量倍がより好ましい。極性有機溶媒の使用量を、用いる水の量の1質量倍以下とすることで、Si含有水分散液中でのブロック共重合体(Z)の分散安定性が良好となる。
(Optional component)
In the first step, a polar organic solvent may be used. Such polar organic solvents are preferably water-soluble, specifically ethers such as tetrahydrofuran; ketones such as acetone and cyclohexanone; methanol, ethanol, n-propanol, 2-propanol, 2-methyl-1-propanol and the like. Alcohol, and methanol, ethanol, n-propanol, and 2-propanol are more preferable. The above-mentioned polar organic solvents may be used alone or in combination of two or more. The method for adding the polar organic solvent is not particularly limited, and may be added together with the preparation of the polymer aqueous dispersion, may be added together with the Si-containing compound, or may be added after the addition of the Si-containing compound. . By using such a polar solvent, the reaction rate of the Si-containing compound in the polymer aqueous dispersion can be controlled, and the removal of water when producing mesoporous silica from the obtained Si-containing aqueous dispersion can be promoted. The amount of the polar organic solvent used is usually preferably 0.05 to 1 times by mass of the amount of water used, more preferably 0.1 to 0.5 times by mass. By making the usage-amount of a polar organic solvent 1 mass times or less of the quantity of the water to be used, the dispersion stability of the block copolymer (Z) in Si containing water dispersion liquid becomes favorable.

[第2工程]
以下、第2工程について説明する。
第2工程では、前記Si含有水分散液から水を除去して固形分を得る。水の除去は、得られる固形分の流動性を抑制する観点から、含水率20質量%以下になるまで除去することが好ましく、10質量%以下になるまで除去することが好ましい。かかる含水率は、使用した水の量と、第2工程において減少する質量から算出できる。
[Second step]
Hereinafter, the second step will be described.
In the second step, the solid content is obtained by removing water from the Si-containing aqueous dispersion. The removal of water is preferably performed until the water content is 20% by mass or less, and preferably 10% by mass or less, from the viewpoint of suppressing the fluidity of the obtained solid content. Such moisture content can be calculated from the amount of water used and the mass that decreases in the second step.

かかる第2工程は、通常、大気雰囲気下で行うことが好ましい。水を除去する方法は特に限定されないが、Si含有水分散液を基板などの表面に塗布して得られた薄膜の表面から水を蒸発させる方法が挙げられる。この場合、薄膜の厚さは、Si含有水分散液を塗布した直後の段階で100nm〜1μmの範囲が好ましい。Si含有水分散液を塗布する方法としては、バーコーター、ロールコーター、グラビアコーターなどを用いる方法、ディップコーティング法、スピンコーティング法、スプレーコーティング法などが挙げられる。得られる薄膜の平滑性の観点から、Si含有水分散液を塗布する温度は、10〜80℃の範囲が好ましく、15〜40℃の範囲がより好ましい。かかる方法で水を除去したのちの薄膜の厚さは、通常、80〜900nmの範囲が好ましい。   Such a second step is usually preferably performed in an air atmosphere. The method for removing water is not particularly limited, and examples thereof include a method for evaporating water from the surface of a thin film obtained by applying a Si-containing aqueous dispersion on the surface of a substrate or the like. In this case, the thickness of the thin film is preferably in the range of 100 nm to 1 μm immediately after the Si-containing aqueous dispersion is applied. Examples of the method for applying the Si-containing aqueous dispersion include a method using a bar coater, a roll coater, a gravure coater, a dip coating method, a spin coating method, and a spray coating method. From the viewpoint of the smoothness of the resulting thin film, the temperature at which the Si-containing aqueous dispersion is applied is preferably in the range of 10 to 80 ° C, more preferably in the range of 15 to 40 ° C. The thickness of the thin film after removing water by such a method is usually preferably in the range of 80 to 900 nm.

水を除去する上で、ホットプレート、熱風乾燥機、電気炉、真空乾燥機、赤外線ヒーターなどの公知の加熱機を用いてもよい。これら加熱機を用いる場合の設定温度は、20〜200℃の範囲が好ましい。20℃より低いと得られる固形分に水が残留しやすく、また200℃を超えると得られるメソポーラスシリカの細孔周期の均一性が低下し、細孔径が小さくなる傾向がある。また、加熱機を用いる時間は1分〜5時間の範囲が好ましく、5分〜1時間の範囲がより好ましい。   In removing water, a known heater such as a hot plate, a hot air dryer, an electric furnace, a vacuum dryer, or an infrared heater may be used. The set temperature when using these heaters is preferably in the range of 20 to 200 ° C. If it is lower than 20 ° C., water tends to remain in the obtained solid content, and if it exceeds 200 ° C., the uniformity of the pore period of the obtained mesoporous silica tends to be reduced, and the pore diameter tends to be reduced. Moreover, the time which uses a heater has the preferable range of 1 minute-5 hours, and the range of 5 minutes-1 hour is more preferable.

[第3工程]
以下、第3工程について説明する。
第3工程では、第2工程で得られる固形分から、ブロック共重合体(Z)を除去する。この結果、均一な細孔径の細孔を有するメソポーラスシリカを製造することができる。
[Third step]
Hereinafter, the third step will be described.
In the third step, the block copolymer (Z) is removed from the solid content obtained in the second step. As a result, mesoporous silica having pores with a uniform pore diameter can be produced.

ブロック共重合体(Z)の除去方法としては、焼成、エネルギー線(真空紫外光、遠赤外線、マイクロ波、プラズマなど)の照射、溶媒洗浄などの方法が挙げられ、生産性の観点から焼成、真空紫外光照射が好ましく、樹脂からなる基材上でメソポーラスシリカを形成させる観点からは真空紫外光を照射する方法がより好ましい。なお本明細書において、真空紫外光とは波長200nm以下に中心発光波長を有する光を指す。かかる真空紫外光を発するランプとしては、例えばアルゴンエキシマランプ(中心発光波長:126nm)、クリプトンエキシマランプ(中心発光波長:146nm)、キセノンエキシマランプ(中心発光波長:172nm)がある。   Examples of the method for removing the block copolymer (Z) include methods such as firing, irradiation with energy rays (vacuum ultraviolet light, far infrared rays, microwaves, plasma, etc.), solvent washing, and the like. Vacuum ultraviolet light irradiation is preferable, and from the viewpoint of forming mesoporous silica on a resin substrate, a method of irradiating vacuum ultraviolet light is more preferable. In this specification, vacuum ultraviolet light refers to light having a central emission wavelength at a wavelength of 200 nm or less. Examples of such a lamp that emits vacuum ultraviolet light include an argon excimer lamp (center emission wavelength: 126 nm), a krypton excimer lamp (center emission wavelength: 146 nm), and a xenon excimer lamp (center emission wavelength: 172 nm).

ブロック共重合体(Z)の除去を焼成によって行う場合、電気炉、管状炉、フラッシュランプ加熱などの公知の焼成装置を用いて実施できる。かかる焼成は、ブロック共重合体(Z)を除去する観点から、酸素存在下で行う必要があり、大気中で行うことが好ましい。焼成は、通常、焼成温度まで昇温し、一定時間保持し、降温する。昇温速度は1〜50℃/分の範囲が好ましい。Si含有水分散液を適当な昇温速度で昇温することで、第2工程と第3工程を連続的に行うことができる。焼成温度は300〜1000℃の範囲が好ましく、400〜700℃の範囲がより好ましい。焼成時間は30分〜12時間の範囲が好ましい。降温速度は、1〜50℃/分が好ましい。降温速度が50℃/分以下であることで、降温中にメソポーラスシリカの割れを抑制できる。   When removing the block copolymer (Z) by firing, it can be carried out using a known firing apparatus such as an electric furnace, a tubular furnace, or a flash lamp heating. Such calcination needs to be performed in the presence of oxygen from the viewpoint of removing the block copolymer (Z), and is preferably performed in the air. In the firing, the temperature is usually raised to the firing temperature, held for a certain time, and the temperature is lowered. The temperature rising rate is preferably in the range of 1 to 50 ° C./min. By raising the temperature of the Si-containing aqueous dispersion at an appropriate rate of temperature rise, the second step and the third step can be performed continuously. The firing temperature is preferably in the range of 300 to 1000 ° C, more preferably in the range of 400 to 700 ° C. The firing time is preferably in the range of 30 minutes to 12 hours. The cooling rate is preferably 1 to 50 ° C./min. When the temperature decreasing rate is 50 ° C./min or less, cracking of mesoporous silica can be suppressed during the temperature decreasing.

ブロック共重合体(Z)を除去する工程において、真空紫外光を照射する場合、生産性の観点から0〜100℃の温度範囲で行うことが好ましい。0℃未満であると、ブロック共重合体(Z)の除去速度が低下する傾向になり、100℃を超えると、得られるメソポーラスシリカの表面に亀裂が発生する場合がある。
また、酸素による真空紫外光の吸収を抑制する観点から、照射時における酸素濃度は10%以下であることが好ましく、6%以下であることがさらに好ましい。
真空紫外光の照射量に特に制限はないが、トリアセチルセルロースなどの樹脂からなる基材上で照射する場合、基板の劣化を抑制する観点から、ランプの照度として10〜150mW/cm、照射時間として10〜3000s、照射量として100〜30000mJ/cmが好ましい。
In the step of removing the block copolymer (Z), when irradiation with vacuum ultraviolet light is performed, it is preferably performed in a temperature range of 0 to 100 ° C. from the viewpoint of productivity. When the temperature is lower than 0 ° C., the removal rate of the block copolymer (Z) tends to decrease. When the temperature exceeds 100 ° C., cracks may occur on the surface of the obtained mesoporous silica.
Further, from the viewpoint of suppressing absorption of vacuum ultraviolet light by oxygen, the oxygen concentration during irradiation is preferably 10% or less, and more preferably 6% or less.
Although there is no restriction | limiting in particular in the irradiation amount of a vacuum ultraviolet light, When irradiating on the base material which consists of resin, such as a triacetyl cellulose, from a viewpoint of suppressing deterioration of a board | substrate, 10-150 mW / cm < 2 > is irradiated as illumination intensity of a lamp. The time is preferably 10 to 3000 s and the irradiation amount is preferably 100 to 30000 mJ / cm 2 .

以下に、本発明について、実施例および比較例を用いて説明するが、本発明はかか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、測定条件を示す。   Hereinafter, the present invention will be described using examples and comparative examples, but the present invention is not limited to such examples. First, the measurement method and measurement conditions used are shown.

1.GPCによるブロック共重合体(Z−1)の数平均分子量の測定条件
GPCシステム :東ソー株式会社製HLC-8220GPC
カラム :TSK guard Column Super MP-M;
TSK gel G3000H;
TSKgel Super Multipore HZ-M;
の順に直列で連結した。
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 conditions for number average molecular weight of block copolymer (Z 0 -1) by GPC GPC system: HLC-8220GPC manufactured by Tosoh Corporation
Column: TSK guard Column Super MP-M;
TSK gel G3000H;
TSKgel Super Multipore HZ-M;
Were connected in series.
RI detector: HLC-8220GPC
Column oven temperature: 40 ° C
Eluent: Tetrahydrofuran Standard sample: Conversion was performed using a calibration curve of standard polystyrene.

2.H−NMRの測定条件
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 conditions of 1 H-NMR NMR system: JNM-ECX400 manufactured by JEOL
Solvent: Deuterated chloroform Standard peak: Tetramethylsilane

3.貯蔵弾性率の測定方法
合成例2で得られたブロック共重合体(Z−1)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の高分子フィルムを得た。該高分子フィルムを、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’’)および損失正接(tanδ)を測定した。
3. Storage modulus measurement method A 20% by weight toluene / isopropyl alcohol (mass ratio 5/5) solution of the block copolymer (Z-1) obtained in Synthesis Example 2 was prepared, and a release-treated PET film [Mitsubishi Resin Co., Ltd., MRV (trade name)] with a thickness of about 350 μm, dried in a hot air dryer at 100 ° C. for 4 minutes, and then peeled off from the release-treated PET film at 25 ° C. A polymer film having a thickness of 30 μm was obtained. Using the wide-range dynamic viscoelasticity measuring device (“DVE-V4FT Rheospectr” manufactured by Rheology Co., Ltd.), the polymer film was heated at a rate of temperature increase of 3 ° C./min in a tensile mode (frequency: 11 Hz), − 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.

4.重合体水分散液における平均分散粒径の測定方法
動的光散乱法による粒径測定装置(大塚電子(株)製「FPAR−1000」)を用いて、重合体水分散液における重合体の平均分散粒径を測定した。
4). Method for Measuring Average Dispersion Particle Size in Polymer Water Dispersion Using a dynamic light scattering method particle size measuring device (“FPAR-1000” manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.), the average of the polymer in the polymer water dispersion The dispersed particle size was measured.

5.メソポーラスシリカの厚さの測定方法
実施例1〜3で得られた膜状のメソポーラスシリカの厚さは、触針式段差計(ULVAC製 DEKTAK−150)を用いて、操作長1000μm、測定時間30秒、押し込み強さ5mgに設定し、測定を行った。
実施例4で得られた膜状のメソポーラスシリカの厚さは、断面SEM像から測定した。
5. Method for measuring the thickness of mesoporous silica The thickness of the mesoporous silica film obtained in Examples 1 to 3 was measured using a stylus-type step gauge (DEKTAK-150 manufactured by ULVAC) with an operation length of 1000 μm and a measurement time of 30 μm. Second, the indentation strength was set to 5 mg, and the measurement was performed.
The thickness of the membranous mesoporous silica obtained in Example 4 was measured from a cross-sectional SEM image.

6.メソポーラスシリカの平均細孔径の測定方法
得られたメソポーラスシリカの断面SEM像から細孔を10点抽出し、基板に平行方向の長さを計測することで平均細孔径を測定した。
6). Method for Measuring Average Pore Diameter of Mesoporous Silica Ten pores were extracted from the cross-sectional SEM image of the obtained mesoporous silica, and the average pore diameter was measured by measuring the length in the direction parallel to the substrate.

7.メソポーラスシリカの細孔の均質性評価
得られたメソポーラスシリカの断面SEM像から、任意に抽出した10点の細孔において最近傍に隣接する細孔との距離(細孔間距離)を測定し、平均距離を算出した。測定したすべての細孔間距離が、平均距離の0.5倍から1.5倍の間であれば均質性が高いと判断した。
7). Evaluation of homogeneity of pores of mesoporous silica From the cross-sectional SEM image of the obtained mesoporous silica, the distance between adjacent pores (inter-pore distance) in 10 arbitrarily extracted pores was measured, Average distance was calculated. It was judged that the homogeneity was high when the distance between all the measured pores was between 0.5 and 1.5 times the average distance.

[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、次いでブタジエン27gを添加し、30分間撹拌後、シクロヘキサン1,703gを加え、次いでブタジエンを303g加え、温度を60℃まで上昇させながらさらに2時間重合した。その後、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(GPC測定、ポリスチレン換算)は74,000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。
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80℃で5時間水素添加反応を行い、α−メチルスチレンブロック(重合体ブロック(S))−水添ポリブタジエンブロック(重合体ブロック(T))−α−メチルスチレンブロック(重合体ブロック(S))からなるS−T−S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。
Synthesis Example 1 Synthesis of Block Copolymer (Z 0 -1) Consisting of Poly α-Methylstyrene and Hydrogenated Polybutadiene A pressure-resistant vessel equipped with a stirrer was sufficiently purged with nitrogen and then sufficiently dehydrated α -172 g, 258.1 g, 28.8 g and 5.9 g of methylstyrene, cyclohexane, n-hexane and tetrahydrofuran were added, respectively. Subsequently, 17.5 ml of sec-butyllithium (1.3 M, cyclohexane solution) was added, polymerized at −10 ° C. for 5 hours, then 27 g of butadiene was added, and after stirring for 30 minutes, 1,703 g of cyclohexane was added, 303 g of butadiene was added, and the polymerization was continued for another 2 hours while raising the temperature to 60 ° C. Thereafter, 27.0 ml of α, α′-dichloro-p-xylene (0.3 M, toluene solution) was added, and the mixture was stirred at 60 ° C. for 1 hour to carry out a coupling reaction. Poly (α-methylstyrene) -polybutadiene- A poly (α-methylstyrene) type copolymer (hereinafter abbreviated as mSEBmS) was synthesized. The number average molecular weight (GPC measurement, polystyrene conversion) of the obtained mSEBmS is 74,000, the 1,2-bond amount determined from 1 H-NMR measurement is 43.9%, and the content of α-methylstyrene unit Was 28 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.
A cyclohexane solution of synthesized mSEBmS was prepared and charged into a pressure-resistant vessel that had been sufficiently purged with nitrogen. Then, a hydrogenation reaction was performed at 80 ° C. for 5 hours in a hydrogen atmosphere using a Ni / Al Ziegler hydrogenation catalyst. S 0- consisting of α-methylstyrene block (polymer block (S 0 ))-hydrogenated polybutadiene block (polymer block (T))-α-methylstyrene block (polymer block (S 0 )) A T-S 0 type triblock copolymer (hereinafter referred to as a block copolymer (Z 0 -1)) was obtained. 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、撹拌機付きのガラス製反応容器中にて1時間真空乾燥し、次いで窒素置換した後、塩化メチレン1000mlを加え、35℃にて2時間撹拌して溶解させた。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。25℃にて7時間撹拌後、2Lの蒸留水の中に撹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、次いでろ過した。この洗浄およ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ブロック共重合体(Z)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50mol%であった。また、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、重合体ブロック(T)は非晶性であると判断した。
[Synthesis Example 2] Synthesis of Block Copolymer (Z-1) 100 g of the block copolymer (Z 0 -1) obtained in Synthesis Example 1 was vacuumed for 1 hour in a glass reaction vessel equipped with a stirrer. After drying and then purging with nitrogen, 1000 ml of methylene chloride was added and stirred at 35 ° C. 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 25 ° C. for 7 hours, 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 block copolymer (Z) (hereinafter referred to as block copolymer (Z- 1)). The sulfonation rate of the benzene ring of the α-methylstyrene unit in the obtained block copolymer (Z-1) was 50 mol% from 1 H-NMR analysis. Moreover, based on the fact that there was no change in storage elastic modulus at 80 to 100 ° C. derived from the crystallized olefin polymer, the polymer block (T) was judged to be amorphous.

[製造例1]
合成例2で合成したブロック共重合体(Z−1)30gをテトラヒドロフラン/イソブチルアルコール=質量比50/50混合溶媒270gに溶解し、次いで、300gのメタノールを添加し、さらに1800gの水を数回に分けて添加しつつ、エバポレータで有機溶媒を水とともに除去し、ブロック共重合体(Z−1)の含有量が2.5質量%である重合体水分散液1200gを調製した。得られた重合体水分散液中のブロック共重合体(Z−1)の平均分散粒径は32nmであった。
[Production Example 1]
30 g of the block copolymer (Z-1) synthesized in Synthesis Example 2 was dissolved in 270 g of a mixed solvent of tetrahydrofuran / isobutyl alcohol = mass ratio 50/50, then 300 g of methanol was added, and 1800 g of water was added several times. While adding in portions, the organic solvent was removed together with water by an evaporator to prepare 1200 g of a polymer aqueous dispersion having a content of the block copolymer (Z-1) of 2.5% by mass. The average dispersed particle diameter of the block copolymer (Z-1) in the obtained polymer aqueous dispersion was 32 nm.

[製造例2]
有機溶媒と水の除去量を変更した以外は製造例1と同様に、ブロック共重合体(Z−1)の含有量が1.9質量%である重合体水分散液1580gを調製した。得られた重合体水分散液中のブロック共重合体(Z−1)の平均分散粒径は32nmであった。
[Production Example 2]
Except having changed the removal amount of an organic solvent and water, it carried out similarly to manufacture example 1, and prepared 1580 g of polymer water dispersion liquids whose content of a block copolymer (Z-1) is 1.9 mass%. The average dispersed particle diameter of the block copolymer (Z-1) in the obtained polymer aqueous dispersion was 32 nm.

[製造例3]
有機溶媒と水の除去量を変更した以外は製造例1と同様に、ブロック共重合体(Z−1)の含有量が3.7質量%である重合体水分散液811gを調製した。得られた重合体水分散液中のブロック共重合体(Z−1)の平均分散粒径は32nmであった。
[Production Example 3]
Except having changed the removal amount of an organic solvent and water, it carried out similarly to manufacture example 1, and prepared the polymer aqueous dispersion 811g whose content of a block copolymer (Z-1) is 3.7 mass%. The average dispersed particle diameter of the block copolymer (Z-1) in the obtained polymer aqueous dispersion was 32 nm.

[実施例1]
(1)Si含有水分散液の製造
製造例1で得た重合体水分散液4.2gを、大気雰囲気下で25℃にて、マグネティックスターラーを用いて攪拌した後、n−プロパノールを1g添加してさらに攪拌した。次に、テトラエトキシシラン(Aldrich製)を0.42g(ブロック共重合体(Z−1)の4質量倍相当)を添加し、さらに25℃で1時間撹拌を続け、Si含有水分散液を得た。
(2)メソポーラスシリカの製造
かかるSi含有水分散液を、大気下でスピンコーター(アクテス株式会社製ASC−4000W)を用いて、回転数1500rpm、回転時間60秒に設定してガラス基板上に成膜した。触針式段差計を用いて測定した成膜後の膜の厚さは111nmであった。得られた膜を、電気炉(ヤマト科学製高温電気炉FJ31)を用いて大気雰囲気下にて30℃/分の昇温速度で600℃まで昇温し、1時間保持した後、室温まで冷却することで、厚さ90nmの膜状のメソポーラスシリカを得た。得られたメソポーラスシリカの断面SEM像を図1に示した。かかる断面SEM像から得られたメソポーラスシリカの均質性は高いと判断した。また平均細孔径は15nmであった。
[Example 1]
(1) Production of Si-containing aqueous dispersion After stirring 4.2 g of the polymer aqueous dispersion obtained in Production Example 1 at 25 ° C. in an air atmosphere using a magnetic stirrer, 1 g of n-propanol was added. And stirred further. Next, 0.42 g of tetraethoxysilane (manufactured by Aldrich) (equivalent to 4 times the mass of the block copolymer (Z-1)) is added, and stirring is further continued for 1 hour at 25 ° C. Obtained.
(2) Production of mesoporous silica This Si-containing aqueous dispersion was formed on a glass substrate by using a spin coater (ASC-4000W manufactured by Actes Co., Ltd.) under the atmosphere and setting the rotation speed to 1500 rpm and the rotation time to 60 seconds. Filmed. The film thickness after film formation measured using a stylus profilometer was 111 nm. The obtained film was heated to 600 ° C. at a heating rate of 30 ° C./min in an air atmosphere using an electric furnace (Yamato Scientific high temperature electric furnace FJ31), held for 1 hour, and then cooled to room temperature. As a result, a mesoporous silica film having a thickness of 90 nm was obtained. A cross-sectional SEM image of the obtained mesoporous silica is shown in FIG. It was judged that the mesoporous silica obtained from the cross-sectional SEM image had high homogeneity. The average pore diameter was 15 nm.

[実施例2]
(1)Si含有水分散液の製造
製造例1で得た重合体水分散液に代えて製造例2で得た重合体水分散液4.2gを用いた点、テトラエトキシシランの使用量を0.71g(ブロック共重合体(Z−1)の9質量倍相当)とした点以外は実施例(1)と同様にして、Si含有水分散液を得た。
(2)メソポーラスシリカの製造
かかるSi含有水分散液を用いて、実施例1(2)と同様にして、厚さは99nmの膜状のメソポーラスシリカを得た。なお、Si含有水分散液を、スピンコーターで成膜した後の膜の厚さは116nmであった。また、得られたメソポーラスシリカの断面SEM像を観察したところ、均質性が高く、平均細孔径は15nmであった。
[Example 2]
(1) Production of Si-containing aqueous dispersion The amount of tetraethoxysilane used was changed to 4.2 g of the polymer aqueous dispersion obtained in Production Example 2 instead of the polymer aqueous dispersion obtained in Production Example 1. A Si-containing aqueous dispersion was obtained in the same manner as in Example (1) except that the amount was 0.71 g (corresponding to 9 times the mass of the block copolymer (Z-1)).
(2) Production of mesoporous silica Using this Si-containing aqueous dispersion, a mesoporous silica film having a thickness of 99 nm was obtained in the same manner as in Example 1 (2). The thickness of the film after the Si-containing aqueous dispersion was formed with a spin coater was 116 nm. Moreover, when the cross-sectional SEM image of the obtained mesoporous silica was observed, the homogeneity was high and the average pore diameter was 15 nm.

[実施例3]
(1)Si含有水分散液の製造
製造例1で得た重合体水分散液に代えて製造例3で得た重合体水分散液3.5gを用いた点、n−プロパノールの使用量を0.9gとした点、テトラエトキシシランの使用量を0.31g(ブロック共重合体(Z−1)の2.3質量倍相当)とした以外は実施例(1)と同様にして、Si含有水分散液を得た。
(2)メソポーラスシリカの製造
かかるSi含有水分散液を用いて、実施例1(2)と同様にして、厚さ133nmの膜状のメソポーラスシリカを得た。なお、Si含有水分散液を、スピンコーターで成膜した後の膜の厚さは164nmであった。また、得られたメソポーラスシリカの断面SEM像を観察したところ、均質性が高く、平均細孔径は15nmであった。
[Example 3]
(1) Manufacture of Si-containing aqueous dispersion In place of the polymer aqueous dispersion obtained in Production Example 1, 3.5 g of the polymer aqueous dispersion obtained in Production Example 3 was used, and the amount of n-propanol used was In the same manner as in Example (1) except that the amount was 0.9 g and the amount of tetraethoxysilane used was 0.31 g (equivalent to 2.3 times the mass of the block copolymer (Z-1)), Si A containing aqueous dispersion was obtained.
(2) Production of mesoporous silica Using this Si-containing aqueous dispersion, a mesoporous silica film having a thickness of 133 nm was obtained in the same manner as in Example 1 (2). The thickness of the film after the Si-containing aqueous dispersion was formed with a spin coater was 164 nm. Moreover, when the cross-sectional SEM image of the obtained mesoporous silica was observed, the homogeneity was high and the average pore diameter was 15 nm.

[実施例4]
実施例1と同様に調製したSi含有水分散液を、大気下でスピンコーター(アクテス株式会社製ASC−4000W)を用いて、回転数2000rpm、回転時間60秒に設定して、トリアセチルセルロースフィルム(厚さ80μm)上に成膜した。エキシマUV照射機(エム・ディ・エキシマ社製、MEIRH−M−1−200−HK)を用いて、ランプ基板間距離2mm、酸素濃度1%、基板加熱80℃に設定し、中心発光波長172nmの真空紫外光を、ランプ照度40mW/cm、照射時間180s、照射量7200mJ/cm照射することでブロック共重合体(Z−1)を除去することで、厚さ150nmの膜状のメソポーラスシリカを得た。得られたメソポーラスシリカの断面SEM像から得られたメソポーラスシリカの均質性が高いと判断した。また平均細孔径は15nmであった。
[Example 4]
A triacetyl cellulose film was prepared by setting the Si-containing aqueous dispersion prepared in the same manner as in Example 1 to 2000 rpm at a rotation speed of 60 seconds using a spin coater (ASC-4000W manufactured by Actes Co., Ltd.) in the atmosphere. A film was formed on (thickness 80 μm). Using an excimer UV irradiator (MEIR-M-1-200-HK, manufactured by MDI Excimer), the distance between the lamp substrates is set to 2 mm, the oxygen concentration is 1%, the substrate heating is 80 ° C., and the central emission wavelength is 172 nm. The block copolymer (Z-1) is removed by irradiating the vacuum ultraviolet light with a lamp illuminance of 40 mW / cm 2 , an irradiation time of 180 s, and an irradiation amount of 7200 mJ / cm 2, thereby forming a mesoporous film having a thickness of 150 nm. Silica was obtained. From the cross-sectional SEM image of the obtained mesoporous silica, it was judged that the homogeneity of the mesoporous silica obtained was high. The average pore diameter was 15 nm.

本発明の方法にて得られるSi含有水分散液は、本発明のメソポーラスシリカの製造方法に有用であり、かかるメソポーラスシリカの製造方法は、樹脂製の基板上にメソポーラスシリカを形成する上で有用である。樹脂製の基板上にメソポーラスシリカを形成する用途としては、液晶表示素子用の反射防止膜が挙げられる。   The Si-containing aqueous dispersion obtained by the method of the present invention is useful for the method for producing mesoporous silica of the present invention, and this method for producing mesoporous silica is useful for forming mesoporous silica on a resin substrate. It is. An application for forming mesoporous silica on a resin substrate includes an antireflection film for a liquid crystal display element.

1.メソポーラスシリカ
2.基板
3.細孔
1. 1. Mesoporous silica Substrate 3. pore

Claims (4)

芳香族ビニル化合物に由来する構造単位を含有し、スルホン酸基を有する重合体ブロック(S)および不飽和脂肪族炭化水素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(T)を構成成分とするブロック共重合体(Z)の水分散液中に、Si−Oで示される構造を有するSi含有化合物を添加してSi含有水分散液を得る第1工程、
得られたSi含有水分散液から水を除去して固形分を得る第2工程、並びに
前記固形分からブロック共重合体(Z)を除去する第3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 polymer block (S) containing a structural unit derived from an aromatic vinyl compound and having a sulfonic acid group and an amorphous polymer block (T) containing a structural unit derived from an unsaturated aliphatic hydrocarbon A first step of obtaining a Si-containing aqueous dispersion by adding a Si-containing compound having a structure represented by Si-O to the aqueous dispersion of the block copolymer (Z) as a constituent component;
A mesoporous silica comprising: a second step of removing water from the obtained Si-containing aqueous dispersion to obtain a solid content; and a third step of removing the block copolymer (Z) from the solid content. Production method.
前記第1工程において、Si−Oで示される構造を有するSi含有化合物の添加量がブロック共重合体(Z)の0.3〜20質量倍の範囲である、請求項1に記載のメソポーラスシリカの製造方法。   2. The mesoporous silica according to claim 1, wherein in the first step, the amount of the Si-containing compound having a structure represented by Si—O is in the range of 0.3 to 20 times by mass of the block copolymer (Z). Manufacturing method. 前記第3工程において、固形分に真空紫外光を照射することを特徴とする、請求項1または2に記載のメソポーラスシリカの製造方法。   3. The method for producing mesoporous silica according to claim 1, wherein in the third step, the solid content is irradiated with vacuum ultraviolet light. 4. 芳香族ビニル化合物に由来する構造単位を含有し、スルホン酸基を有する重合体ブロック(S)および不飽和脂肪族炭化水素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(T)を構成成分とするブロック共重合体(Z)の水分散液中に、Si−Oで示される構造を有するSi含有化合物を添加することを特徴とするSi含有水分散液の製造方法。   A polymer block (S) containing a structural unit derived from an aromatic vinyl compound and having a sulfonic acid group and an amorphous polymer block (T) containing a structural unit derived from an unsaturated aliphatic hydrocarbon A method for producing an Si-containing aqueous dispersion, comprising adding an Si-containing compound having a structure represented by Si-O to an aqueous dispersion of a block copolymer (Z) as a constituent component.
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JPWO2015156087A1 (en) * 2014-04-11 2017-04-13 日本メクトロン株式会社 Composition

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