JP2016121042A - 2相共連続型シリカ−有機高分子複合構造体および2相共連続型有機高分子構造体、並びにこれらの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
2相共連続型シリカ−有機高分子複合構造体は、シリカおよび有機高分子を含む複合相と空気相とを有する。この際、前記有機高分子が、前記シリカの表面の少なくとも一部に層状に配置されることを特徴とする。
複合相は、シリカおよび有機高分子を含む。
シリカとしては、2相共連続型構造を有するものであれば特に制限されず、公知のものが使用されうる。ただし、「シリカ」は、2相共連続型構造を有することから、その構造中に少なくとも1つのシロキサン構造「−Si−O−Si−」を有する。
有機高分子は、上述のシリカ表面の少なくとも一部に層状に配置される。これにより、2相共連続型シリカ−有機高分子複合構造体は優れた機械的強度を有する。
上述の有機高分子は、シリカ表面の少なくとも一部に層状に配置され、有機高分子層を構成する。この際、「シリカ表面の少なくとも一部」とは、有機高分子層が、シリカの外表面全体の50%以上、好ましくは70%以上、より好ましくは90以上%を占めることを意味する。有機高分子層が2以上ある場合には、これらの有機高分子層のシリカを占める面積の総和が上記範囲にあればよい。
2相共連続型シリカ−有機高分子複合構造体の複合相のシリカは、モリブデンを含んでいてもよい。
空気相は、上記三次元ネットワーク骨格を有する複合相の貫通孔からなる相である。したがって、空気相は、複合相と互いに連続相を形成し、得られるシリカ−有機高分子複合構造体は、2相共連続構造体となる。
本発明の一形態によれば、2相共連続型有機高分子構造体が提供される。当該2相共連続型有機高分子構造体は、上述の2相共連続型シリカ−有機高分子複合構造体のシリカを除去して得ることができる。
2相共連続型シリカ−有機高分子複合構造体の製造方法は、特に制限されず、公知の技術が適宜適用されうる。例えば、公知の方法により2相共連続型シリカ構造体を合成し、次いで、得られた2相共連続型シリカ構造体表面に有機高分子層を形成する方法が挙げられる。この際、前記得られた2相共連続型シリカ構造体がQ1構造のケイ素原子、Q2構造のケイ素原子、およびQ3構造のケイ素原子の少なくとも1つを含む場合には、有機高分子層を形成する前に、シラノール基の少なくとも1つを修飾基で修飾してもよい。
工程(1)は、シリコン化合物をモリブデン化合物存在下で焼成して2相共連続型シリカ構造体を得る工程である。
シリコン化合物としては、特に制限されず、公知のものが使用されうる。シリコン化合物の具体例としては、シリカゲル、シリカナノ粒子、メソポーラスシリカ等の人工合成シリコン化合物;バイオシリカ等の天然シリコン化合物等が挙げられる。これらのうち、人工合成シリコン化合物を用いることが好ましく、シリカゲルを用いることがより好ましい。なお、シリコン化合物は、単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
モリブデン化合物は、後述するように、シラノール基の脱水反応触媒としての機能を有する。
シリコン化合物をモリブデン化合物存在下で焼成することにより、2相共連続型シリカ構造体を得ることができる。この際、得られるシリカ構造体は、好ましくはQ4構造のケイ素原子を含むシリカであり、より好ましくは実質的にQ4構造のケイ素原子からなるシリカであり、さらに好ましくはQ4構造のケイ素原子からなるシリカである。
シリコン化合物をモリブデン化合物存在下で焼成して得られるシリカは、2相共連続構造を有する。なお、2相共連続構造(シリカ中のシラノール基の含有率、比表面積、シリカ骨格の厚み等)については、使用するシリコン化合物およびモリブデン化合物の種類、これらの使用量、焼成温度、焼成時間等を適宜調整することで、制御することができる。
工程(2)は、工程(1)で得られた2相共連続型シリカ構造体表面の少なくとも一部に有機高分子層を形成する工程である。
有機高分子層の形成方法については、特に制限されず、公知の方法を適宜採用することができる。
2相共連続型有機高分子構造体は、通常、上述の2相共連続型シリカ−有機高分子複合構造体のシリカを除去して得ることができる。すなわち、2相共連続型有機高分子構造体の製造方法は、2相共連続型シリカ−有機高分子複合構造体からシリカを除去する工程(3)を含む。
工程(3)は、2相共連続型シリカ−有機高分子複合構造体、好ましくは上述の工程(2)で得られた2相共連続型シリカ−有機高分子複合構造体からシリカを除去する工程である。
シリカの除去方法としては、特に制限されず、シリカを溶解する公知の方法を適宜採用することができる。例えば、2相共連続型シリカ−有機高分子複合構造体をフッ化水素、フッ化水素の水溶液、水酸化ナトリウムなどアルカリ水溶液と接触させる方法が挙げられる。
[実施例1]
(工程(1))
フラックス法により2相共連続型シリカ構造体を合成した。
0.5gのポリメタクリル酸メチル樹脂(Mw550000、融点>150℃、和光純薬工業株式会社製)を10mLのクロロホルム(CHCl3)に溶解した。得られた溶液に、工程(1)で得られた2相共連続型シリカ構造体を1g分散し、分散液を室温(25℃)で10時間静置し、クロロホルムを自然蒸発させた。その結果、2相共連続型シリカ構造体の表面にポリメタクリル酸メチル樹脂の層を有する2相共連続型シリカ−有機高分子複合構造体1.48gを得た。
(工程(1))
実施例1と同様の方法で2相共連続型シリカ構造体を合成した。
1gポリアクリロニトリル樹脂(Mw15000、和光純薬工業株式会社製試薬)を10mLのジメチルスルホキシド(DMSO)に溶解した。得られた溶液に、工程(1)で得られた2相共連続型シリカ構造体を1g分散し、分散液を80℃で3時間撹拌した。撹拌しながら加熱によりDMSOを除去することで、2相共連続型シリカ構造体の表面にポリアクリロニトリル樹脂の層を有する2相共連続型シリカ−有機高分子複合構造体2gを得た。
実施例1の工程(1)と同様の方法で、2相共連続型シリカ構造体を合成した。
実施例1および2で得られた2相共連続型シリカ−有機高分子複合構造体並びに比較例1で得られた2相共連続型シリカ構造体を用いて、機械的強度の評価を行った。
[実施例3]
(工程(1)および(2))
実施例1と同様の方法で2相共連続型シリカ−有機高分子複合構造体を製造した。
工程2で得られた2相共連続型シリカ−有機高分子複合構造体0.5gを、20%のフッ化水素の水溶液中に5時間浸漬した。次いで、水洗浄を行い、乾燥することで、0.23gの2相共連続型ポリメタクリル酸メチル構造体を得た。
フラックス法により2相共連続型シリカ構造体を合成し、その構成を確認した。
Claims (6)
- シリカおよび有機高分子を含む複合相と空気相とを有する2相共連続型シリカ−有機高分子複合構造体であって、
前記有機高分子が、前記シリカの表面の少なくとも一部に層状に配置される、2相共連続型シリカ−有機高分子複合構造体。 - 前記シリカが、Q4構造を有するケイ素からなる、請求項1に記載の2相共連続型シリカ−有機高分子複合構造体。
- 前記複合相が、さらにモリブデンを含む、請求項1または2に記載の2相共連続型シリカ−有機高分子複合構造体。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載の2層共連続型シリカ−有機高分子複合構造体のシリカを除去して得られる、2層共連続型有機高分子構造体。
- シリコン化合物をモリブデン化合物存在下で焼成して2相共連続型シリカ構造体を得る工程(1)と、
前記2相共連続型シリカ構造体表面の少なくとも一部に有機高分子層を形成する工程(2)と、
を含む、2相共連続型シリカ−有機高分子複合構造体の製造方法。 - 請求項5に記載の方法で得られた2層共連続型シリカ−有機高分子複合構造体からシリカを除去する工程(3)を含む、2層共連続型有機高分子構造体の製造方法。
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