JP2589845B2 - フォトクロミック薄膜の製造方法 - Google Patents

フォトクロミック薄膜の製造方法

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【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、調光ガラスや情報記録用記録媒体などに利
用されるフォトクロミック薄膜の製造方法に関する。
従来の技術 従来より、可逆的な色の変化を生じる材料としてフォ
トクロミック物質が知られている。中でも有機化合物か
らなるフォトクロミック物質には、シス−トランス異性
化、光開環反応、光閉環反応や光二量化など種々の光反
応を行なう物質が数多く存在する。応用としては、紫外
線によって色が変化するサングラス、光屈折率変化によ
る光スイッチ素子や書換え可能型光メモリなどが考えら
れている。
有機化合物からなるフォトクロミック物質の薄膜化技
術としてはキャスト法、高分子分散キャスト法、真空蒸
着法、およびラングミュアーブロジェット法(以下、LB
法と略す。)などが知られている。
発明が解決しようとする課題 上記薄膜化方法のうち、キャスト法、高分子分散キャ
スト法、真空蒸着法等の場合において、溶液中で良好な
フォトクロミック反応を示していたフォトクロミック物
質が、薄膜中では安定なフォトクロミック反応を示さな
くなる場合がある。この原因としては、(1)薄膜中に
おいてフォトクロミック物質が結晶化を生じたり、会合
状態を形成して、フォトクロミック反応を生じにくい状
態を形成してしまうため、(2)フォトクロミック反応
を生じにくい状態を薄膜中で部分的に生じるため、
(3)フォトクロミック物質が均一に分散されず均一な
膜質が形成されないため等が考えられる。
また、LB法は気液界面において単分子膜を形成するた
め膜質が均一で上記の問題を発生しない長所を有する
が、気液界面において単分子膜を形成するためにはフォ
トクロミック物質に界面活性が不可欠であるため、長鎖
炭化水素鎖を有さないフォトクロミック分子や水溶性の
フォトクロミック分子が適用できないなどの制限が存在
した。
そこで本発明は、均一な膜質を有し、薄膜においても
良好なフォトクロミック反応を示すフォトクロミック薄
膜の製造方法を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段 本発明は上記課題を解決するため、N位にスルホン酸
基を有するスピロピラン化合物と第4級アンモニウム基
を有するカチオン性界面活性物質とを混合してイオンコ
ンプレックスを形成させるすることによって、そのイオ
ンコンプレックスを薄膜形成してフォトクロミック薄膜
を製造する方法を提供する。上記手段により本発明は、
良好なフォトクロミック反応を示し、かつ均一な膜質の
スピロピラン化合物からなるフォトクロミック薄膜を実
現できるものである。
作用 本発明は、アニオン性基としてN位にスルホン酸基を
有するスピロピラン化合物と、第4級アンモニウム基を
有するカチオン性界面活性物質とを混合してイオンコン
プレックスを形成してフォトクロミック薄膜を製造する
ことによって、前記カチオン性界面活性物質の持ってい
る自己組織的な分子集合体構造形状によって、均一な膜
質の薄膜を作製できるものである。かつ、均一な膜質で
あり、本発明のイオンコンプレックスの組合せでは、フ
ォトクロミック反応を示す分子骨格がイオンコンプレッ
クスを形成するわけではなく、かつ共有結合と異なり結
合の自由度の大きいイオン結合部の容積が大きいため、
分子の光反応による構造変化の自由度が高く容易になっ
て、良好なフォトクロミック反応を示すようになるもの
である。
実施例 以下に本発明を実施例を用いてさらに詳細に説明す
る。
本実施例に用いたアニオン性基を有するフォトクロミ
ック物質は、下記化学構造式で示すN位にスルホン酸基
を有したスピロピラン分子である。
上記構造のフォトクロミック物質は、長鎖炭化水素鎖
を有さず、スルホン酸基を有するため、水溶性であり、
従来のLB法が適用できなかったものである。また、スピ
ロピラン以外のフォトクロミック物質であっても、アニ
オン性を有するフォトクロミック物質であれば同様の効
果が期待できる。
カチオン性界面活性物質として、下記に示す第4級ア
ンモニウムやジオクタデシル−ジメチル−アンモニウム
やオクタデシルアミンを用いた。
CH3(CH217N+H2 界面活性物質D カチオン性界面活性物質は、炭化水素鎖の少なくとも
1つが炭素数8〜30の長鎖炭化水素鎖であるアミンやア
ンモニウムを使用した。また、これら以外にもピリジに
ウム基、イミダゾール基などのようなカチオン性基を有
する界面活性分子が適用できる。特に、界面活性物質C
のように自己組織的に二分子膜形成可能な界面活性物質
は均質な薄膜を形成できる。
実施例1 スピロピランAと界面活性物質Cを等モル量とり、エ
チルアルコール中で混合してイオンコンプレックスを形
成する。前記溶液は,366nmの紫外線照射によって、無色
から540nm付近にに吸収極大を有する着色体に変化し、
良好なフォトクロミック反応を示す。次に、上記溶液を
用いてスピンコーティング法(スピン回転数は2000rp
m、回転時間20秒間)により基板上にフォトクロミック
薄膜を製膜する。上記方法により作成した薄膜のフォト
クロミック特性を第1図に示す 第1図から、作製した薄膜は紫外線照射によって無色
から吸収極大波長580nmの着色体に変化し、良好なフォ
トクロミック反応を示すことが確認された。また、作成
された膜はX線解析により二分子膜構造を有しているこ
とが確認され、均一な膜質であることがわかった。
比較例1 スピロピランAのエタノール溶液は、366nmの紫外線
照射によって、無色から540nm付近に吸収極大を有する
着色体に変化し、良好なフォトクロミック反応を示す。
しかし、上記溶液を実施例1と同様のスピンコーティン
グ法で基板上に製膜した薄膜は、紫外線照射後も無色の
ままでフォトクロミック反応を示さなかった。
実施例2 スピロピランBと界面活性物質Cを等モル量とり、メ
チルアルコールとクロロホルムの等量混合溶媒中で混合
し、イオンコンプレックスを形成する。次に、イオン交
換水を1回蒸留した純水を用いた水温18℃の水槽の気液
界面上に上記溶液を展開する。気液界面における単分子
膜の形成は、圧縮速度10mm/minで行なった。
スピロピランBは、単独では水溶性であるため単分子
膜を形成することができないが、カチオン性界面活性物
質Cとイオンコンプレックスを形成することによって界
面活性が付加され、気液界面において安定な単分子膜を
形成することができる。
単分子膜の累積条件は、表面圧30mN/m、累積速度10mm
/minで、石英板基板上に5層の累積を行なった。前記イ
オンコンプレックスの累積膜の光吸収特性を第2図に示
す。第2図から、スピロピランBとカチオン性界面活性
物質Cのイオンコンプレックス累積膜は610nm付近に吸
収極大を有する光吸収特性を示すことが確認された。
以上のように本実施例から、界面活性を有しないフォ
トクロミック物質がカチオン性界面活性物質とイオンコ
ンプレックス形成することによって、フォトクロミック
物質に界面活性が付与されフォトクロミック物質の単分
子膜が気液界面において形成できることが確認された。
これにより、水溶性であったり、長鎖炭化水素鎖がない
ためにLB法を適用できなかったアニオン性基を有するフ
ォトクロミック物質についてもLB法の適用を可能にし、
均質な薄膜の製造を可能とした。また、紫外線照射によ
り吸収強度の増大を示し、可視光照射により吸収強度の
減少を示す良好なフォトクロミック反応を示した。
比較例2 スピロピランBはエタノール溶液中では570nm付近に
吸収極大を持ち、着色体が安定でかつ良好なフォトクロ
ミック反応を示した。しかし、前記溶液を用いてキャス
ト法で製膜した薄膜は、吸収極大波長約480nmの着色体
で、紫外線を照射してもフォトクロミック反応を示さな
いものであった。
実施例3 スピロピランBを1μMの濃度で溶解した水溶液を水
相とし、前記水相の気液界面にカチオン性界面活性物質
Dを展開して単分子膜を形成した。表面圧30mN/mまで10
mm/minで圧縮した後に、30分間定圧放置して界面活性物
質Dの単分子膜にスピロピランBを吸着させ、イオンコ
ンプレックスの単分子膜を形成した。
前記イオンコンプレックスの単分子膜をLB法により製
膜した。製膜条件は、表面圧30mN/m、累積速度10mm/min
で、石英板基板上に5層累積を行なった。イオンコンプ
レックスを形成しているスピロピランBのLB膜は深い青
色を呈しており、吸収極大波長は約610nmであった。ま
た、均一な膜質で、良好なフォトクロミック特性を示し
た。
実施例4 5mMのカチオン性界面活性物質Cを1回蒸留した純水
に加え、超音波を照射することで水中で二分子膜分散さ
せた。前記溶液に5mMのスピロピランAの水溶液を加
え、二分子膜表面にスピロピランが吸着したイオンコン
プレックス化合物を得た。この水溶液を石英基板上に塗
布して1晩乾燥させ、透明で均質なキャスト薄膜を得
た。
上記薄膜はX線解析により二分子膜構造を有している
ことが確認され、また製膜時には無色であるが、紫外線
を照射することによって濃いピンク色を呈するフォトク
ロミック反応を示した。第3図に上記薄膜の光吸収特性
を示す。第3図から、着色体は570nm付近に吸収極大を
示し、可視光照射によって吸収強度が減少する良好なフ
ォトクロミック特性を示すことが確認された。
発明の効果 本発明により、N位にスルホン酸基を有するスピロピ
ラン化合物と、第4級アンモニウム基を有するカチオン
性界面活性物質がイオンコンプレックスを形成してなる
ことで、均質で、かつ良好なフォトクロミック反応を示
す薄膜を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は実施例1で作製したフォトクロミック薄膜の吸
収スペクトル図、第2図は実施例2で作製したフォトク
ロミック薄膜の吸収スペクトル図、第3図は実施例4で
作製したフォトクロミック薄膜の吸収スペクトル図であ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−102254(JP,A) 特開 昭64−26848(JP,A) 特開 昭47−27189(JP,A) 特公 平1−22811(JP,B2)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】N位にスルホン酸基を有するスピロピラン
    化合物と4級アンモニウム基を有するカチオン性界面活
    性物質のイオンコンプレックスを形成させる第1の工程
    と、前記イオンコンプレックスからなる薄膜層を基板上
    に形成する第2の工程を含むことを特徴とするフォトク
    ロミック薄膜の製造方法。
  2. 【請求項2】N位にスルホン酸基を有するスピロピラン
    化合物が下記一般式で示される化学構造であることを特
    徴とする請求項1に記載のフォトクロミック薄膜の製造
    方法。 X=H+,HN+(C2H5 R1=NO2 R2=H,OCH3
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