JP3741395B2 - 高分子超微粒子吸着構造体及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高分子超微粒子吸着構造体及びその製造方法に関し、特に帯電防止性、低摩擦性、耐摩耗性等の表面特性に優れ、かつ表面積が大きいことから、センサーや診断用の試験担体等に応用可能な高分子超微粒子吸着構造体、及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
表面積の大きな高分子超微粒子は、塗料、接着剤、クロマトグラフィーの固定相、化粧品、医薬品等多くの材料分野において応用の可能性がある。高分子超微粒子の集積体として、高分子超微粒子の乳化・分散液を基板上に塗工したものや、電着塗装により高分子超微粒子を基板上に吸着あるいは堆積させたもの等が使用されている。しかしながら、このような方法で作製された高分子超微粒子の集積体には、超微粒子の形態が崩れ、機能的にも超微粒子としての特性が発揮されないという問題がある。
【０００３】
このような高分子超微粒子として、本発明者等は、極性溶媒中で乳化剤なしで親水性マクロモノマーと疎水性モノマーとをフリーラジカル重合させるいわゆるマクロモノマー法により、表面に親水性マクロモノマーが集積し、内部は実質的に疎水性ポリマーからなる高分子超微粒子を合成した（「ケミカル・エンジニヤリング」、1994年６月号、505 頁、J. Polym. Sci. Part.A: Polym. Chem., 34 巻，2213頁, 1996年）。この高分子超微粒子は水中に単独で分散する。
【０００４】
マクロモノマー法により、高分子超微粒子の表面に機能性を与える種々の親水性マクロモノマーを集積化することができ、かつ超微粒子のサイズも制御することができた。この高分子超微粒子の応用について、医療診断用微粒子（「高分子加工」, 44 巻, 6号, 242 頁, 1995年）、ドラッグキャリヤー等の用途検討を行ってきた。このような高分子超微粒子の特徴は、粒子表面に他の分子を容易に導入できるために機能性マクロモノマー鎖を有するようにできるとともに、各粒子が会合せず分散安定性があるので単分散性が高いことである。
【０００５】
一方、超微粒子の積層技術としては、荷電ポリマーの静電複合化法を使って、超薄膜を作製する技術が開発され、具体的には鎖状ポリマー、タンパク質又は金属アルコキシド（Chem. Lett. , 125 頁, 1996年）や、シリカ等の酸化物粒子（Chem. Lett., 125頁,1997 年）を静電相互作用を利用して積層する技術が報告されている。
【０００６】
ところがマクロモノマー法により合成したマクロモノマー鎖が表面に集積した高分子超微粒子（以下単に「マクロモノマー鎖表面集積型高分子超微粒子」という）は、無機超微粒子に比較して多様な表面構造の形成が可能であり、単分散性であるという利点を有する反面、基板上に吸着させて複合体を製造するのは困難であるという問題がある。そのためマクロモノマー法により合成したマクロモノマー鎖表面集積型高分子超微粒子が吸着された複合体はまだ実現していない。
【０００７】
従って本発明の目的は上記問題点を解消し、軽量で、化学修飾が容易で、種々のモノマーの使用が可能なマクロモノマー鎖表面集積型高分子超微粒子を基板上に吸着あるいは積層した高分子超微粒子吸着構造体を提供することである。
【０００８】
本発明のもう１つの目的は、上記高分子超微粒子吸着構造体の製造方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的に鑑み鋭意研究の結果、本発明者等は、荷電性のマクロモノマー鎖表面集積型高分子超微粒子を、基材上に形成された荷電性高分子薄膜に吸着させることにより、表面の帯電防止性、低摩擦性、耐摩耗性等の特性に優れているとともに、高分子超微粒子の形態及び機能が保たれているためにセンサー等に応用可能な高分子超微粒子吸着構造体が得られることを発見し、本発明を完成した。
【００１０】
すなわち本発明の高分子超微粒子吸着構造体は、基板表面に形成された荷電性高分子薄膜上に、マクロモノマー法により合成された荷電性高分子超微粒子が吸着していることを特徴とする。
【００１１】
本発明の好ましい実施例では、前記荷電性高分子超微粒子は表面に荷電性のマクロモノマー鎖を有し、かつ平均粒径が10nm〜５μm である。また前記荷電性高分子薄膜は、カチオン性の電荷を有する水溶性高分子と、アニオン性の電荷を有する水溶性高分子とが少なくとも一層ずつ交互に積層してなるのが好ましい。
【００１２】
さらに高分子超微粒子吸着構造体を製造する本発明の方法は、荷電性高分子薄膜を有する基板を、マクロモノマー法により合成した荷電性高分子超微粒子が分散した溶液中に浸漬し、前記薄膜上に前記荷電性高分子超微粒子を吸着させることを特徴とする。
【００１３】
本発明の好ましい実施例では、前記荷電性高分子超微粒子を分散させた溶液中に、電解質を存在させるのが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を詳細に説明する。
【００１５】
[1] 高分子超微粒子吸着構造体の構成
(1) マクロモノマー鎖表面集積型高分子超微粒子
荷電性を有するマクロモノマー鎖が表面に集積した高分子超微粒子は、例えば以下のようなマクロモノマー法により合成することができる。
【００１６】
(a) カチオン性のマクロモノマー鎖表面集積型高分子超微粒子の場合
N-ビニルアセトアミド等のN-ビニルアミド誘導体（CH2 ＝CH-NH-CO-R、ただしＲはアルキル基、置換又は無置換のベンゼン基等）を、連鎖移動剤及びアゾビスイソブチロニトリル（AIBN）等の重合開始剤の存在下で、エタノール等のアルコールのような極性溶媒中でラジカル重合させ、末端に水酸基、アミノ基、カルボキシル基等の官能基を有するオリゴ（N-ビニルアミド誘導体）を合成する。連鎖移動剤としては、末端にチオール基を有するアルキルアルコール、アルキルアミン、アルキルカルボン酸等が好ましく、2-メルカプトエタノールが特に好ましい。
【００１７】
次いでオリゴ（N-ビニルアミド誘導体）をクロルメチルスチレン等のビニルベンジルハライドと縮合させてビニルベンジル基を導入したマクロモノマーを合成する。この反応は、ジメチルホルムアミド（DMF ）等の極性溶媒中において、水酸化カリウム等の塩基や、テトラブチルホスホニウムブロミド等の相間移動触媒の存在下で加熱することによって行うことができる。
【００１８】
得られたマクロモノマーをアゾビスイソブチロニトリル（AIBN）等の重合開始剤の存在下で、エタノール等のアルコールのような極性溶媒中でスチレン系モノマー又はアクリル系モノマー等のコモノマーとラジカル共重合させる。スチレン系モノマーとしてはスチレン、モノメチルスチレン、ジメチルスチレン、クロルスチレン、ハロゲン化アルキルスチレン等が挙げられ、またアクリル系モノマーとしてはアクリル酸アルキルエステル、メタクリル酸アルキルエステル、アクリルアミド、メタクリルアミド等が挙げられる。
【００１９】
続いて塩酸等の酸の存在下で、アルコールのような極性溶媒中でアセトアミド基を加水分解することにより、カチオン性のアミノ基を有する表面マクロモノマー鎖を有する高分子超微粒子が得られる。
【００２０】
図１は、マクロモノマーに対してラジカル共重合用コモノマーとして例えばスチレンを使用した場合に、高分子超微粒子が得られる典型的なメカニズムを図式的に表したものである。各マクロモノマー１はN-ビニルアセトアミド単位１ａとビニルベンジル基１ｂとからなる。まずマクロモノマー１とスチレンモノマー２とを混合し（工程Ａ）、スチレンモノマーを重合させると、スチレンモノマーの単独重合（工程Ｂ）が部分的に起こるが、ビニルベンジル基１ｂとの共重合（工程Ｃ）が同時に起こる。共重合の結果、あたかもスチレン重合体にマクロモノマー鎖がグラフト化したかのような構造を有する高分子が得られる。反応は極性溶媒中で行われるので、疎水性のスチレン重合体部分は内側に親水性のマクロモノマー１は外側に選択的に集積する（工程Ｄ）。このようにして重合が完了すると、スチレン単位のコア部３の表面にマクロモノマー鎖４が位置する高分子超微粒子10が得られる（工程Ｅ）。これに加水分解処理を施すと、マクロモノマー鎖４のアミド基はアミノ基に転化する（工程Ｆ）。
【００２１】
(b) アニオン性のマクロモノマー鎖表面集積型高分子超微粒子の場合
N-ビニルアミド誘導体の代わりに（メタ）アクリル酸アルキルエステルを使用する以外カチオン性のマクロモノマー鎖表面集積型高分子超微粒子の製造方法と同じ方法により、アニオン性の官能基（カルボキシル基）を有するマクロモノマー鎖を表面に有する高分子超微粒子が得られる。
【００２２】
(c) 粒径
高分子超微粒子の平均粒径は一般に数nm〜数十μm とすることができるが、反応条件や使用する試薬のモル比を変えることで、この範囲内で粒径を変えたり粒径分布を狭くしたりすることができる。実際の使用時の作業性等の観点から、荷電性高分子超微粒子の平均粒径は10nm〜５μm の範囲が好ましく、50nm〜３μm の範囲がより好ましい。なお粒径は電子顕微鏡、レーザー光散乱法等により測定する。
【００２３】
(2) 荷電性高分子薄膜
荷電性高分子薄膜はある程度の厚みがあるように、あるいは表面上の荷電分布が均一であるように、カチオン性の水溶性高分子とアニオン性の水溶性高分子とをそれぞれ少なくとも一層ずつ交互に積層することにより形成するのが好ましい。得られた積層体はコンプレックスを形成して水に不溶化しており、安定な薄膜が形成される。荷電性高分子薄膜の厚さは３nm〜１μm とするのが好ましく、５nm〜0.1 μm とするのがより好ましい。
【００２４】
薄膜を形成する荷電性高分子は、ポリビニル系、ポリアクリル酸エステル系、ポリメタクリル酸エステル系、ポリスチレン系等の高分子にイオン性官能基が結合したものであり、イオン性官能基としては、▲１▼スルホン酸基、カルボキシル基、リン酸基等のアルカリ金属塩又はアルカリ土族金属塩（カチオン性）、又は▲２▼１級〜３級のアミノ基の塩酸塩、４級アンモニウム塩基（アニオン性）等が挙げられる。このような荷電性高分子の具体例としては以下に例示する水溶性高分子が挙げられる。
【００２５】
(イ) 下記式(1) ：
【化１】
（ただし、ｎは重合度を表す整数である。）により表されるポリアリルアミン塩酸塩。
【００２６】
(ロ) 下記式(2) ：
【化２】
（ただし、ｎは重合度を表す整数である。）により表されるポリトリメチルアミノメチルスチレン塩酸塩。
【００２７】
(ハ) 下記式(3) ：
【化３】
（ただし、ｎは重合度を表す整数である。）により表されるポリアクリル酸2-トリメチルアミノエチルエステル塩酸塩。
【００２８】
(ニ) 下記式(4) ：
【化４】
（ただし、ｎは重合度を表す整数である。）により表されるポリスチレンスルホン酸ナトリウム。
【００２９】
(ホ) 下記式(5) ：
【化５】
（ただし、ｎは重合度を表す整数である。）により表されるポリアミンサルホン。
【００３０】
上記荷電性高分子薄膜の形成方法としては、▲１▼基板の表面上に前記荷電性高分子を塗布する方法、好ましくはカチオン性とアニオン性それぞれの荷電性高分子溶液を交互に基板の表面上に塗布（乾燥）する方法、▲２▼他のプラスチック材料に荷電性高分子を混練し成形する方法等が挙げられる。
【００３１】
(3) 基板
基板としては、例えばガラス、プラスチック、金属、セラミックス、これらの複合体等が挙げられる。
【００３２】
[2] 高分子超微粒子吸着構造体の製造方法
高分子超微粒子吸着構造体を製造するには、マクロモノマー法により合成した荷電性高分子超微粒子が分散した液中に荷電性高分子薄膜を形成した基板を浸漬する方法が好ましい。例えばカチオン性の高分子超微粒子を使用する場合、それを分散した水中に、アニオン性の水溶性高分子からなる薄膜（又はその表面層）を有する基板を浸漬すると、荷電性高分子超微粒子が静電相互作用により表面に吸着する。またアニオン性の高分子超微粒子を使用する場合には、カチオン性の水溶性高分子からなる薄膜（又はその表面層）を有する基板を浸漬すると、同様に静電相互作用により荷電性高分子超微粒子が表面に吸着する。
【００３３】
高分子超微粒子の分散濃度は１×107 〜1018個／mlの範囲が好ましい。分散媒は水、特に純水が好ましいが、荷電性を損なわず高分子超微粒子を浸潤しないものであれば他の極性溶媒でも使用することができる。
【００３４】
高分子超微粒子の吸着性を促進するために、浸漬温度は10〜60℃程度の範囲が好ましく、20〜40℃程度の範囲がより好ましい。また浸漬時間は３〜30時間の範囲が好ましい。高分子超微粒子の吸着量は浸漬時間と共に増加し、また分散濃度が増すことによっても増加する。
【００３５】
浸漬時に高分子超微粒子の表面マクロモノマー鎖電荷が水中で分離するのを促進させるとともに、薄膜表面へ吸着及び堆積する速度を向上させるために、アルカリ金属やアルカリ土類金属のハロゲン化物等の電解質を共存させるのが好ましい。電解質の具体例としては、LiCl, LiBr, LiI, NaCl, NaBr, NaI, KCl, KBr, KI, MgCl2 , MgBr2 , MgI2 , CaCl2 , CaBr2 , CaI2 等が挙げられるが、NaCl, NaBr, KCl, KBr等の１価の塩が好ましい。電解質の濃度は0.1 〜10Ｍの範囲であるのが好ましく、0.5 〜５Ｍの範囲であるのがより好ましい。
【００３６】
基板を荷電性高分子超微粒子の分散水中に所定時間浸漬した後、取り出し、室温あるいは加熱下で、静置あるいは送風して乾燥する。
【００３７】
上述の10nm〜５μm の平均粒径を有するマクロモノマー鎖表面集積型高分子超微粒子は比表面積が大きいため、本発明の高分子超微粒子吸着構造体の表面積も、その高分子超微粒子の吸着量に応じて大きくなる。
【００３８】
【実施例】
以下実施例に基づいて本発明を具体的に説明するが、これらに限定されるものではない。
【００３９】
製造例１
カチオン性のマクロモノマー鎖を表面に有する高分子超微粒子Ｉの製造
N-ビニルアセトアミド20ｇ（234mmol ）をエタノール100ml に溶解し、2-メルカプトエタノール4.579 ｇ（58.6mmol）及びアゾビスイソブチロニトリル（AIBN）0.481 ｇ（2.93mmol）を加え、窒素気流下60℃で６時間反応させ、末端に水酸基を有するN-ビニルアセトアミドオリゴマー（NVA オリゴマー）を得た。反応終了後、ジエチルエーテルで再沈殿を数回行ってNVA オリゴマーを精製した。得られたNVA オリゴマーの数平均分子量（Mn）は3,900 であった。
【００４０】
NVA オリゴマー6.0 ｇ［1.54mmol（数平均分子量より求めた）］をジメチルホルムアミド（DMF ）100ml に溶解し、50重量％濃度の水酸化カリウム水溶液1.73ｇ（15.4mmol）、テトラブチルホスホニウムブロミド0.523 ｇ（1.54mmol）、及びp-クロルメチルスチレン2.35ｇ（15.4mmol）を加え、60℃で６時間反応させ、NVA マクロモノマーを得た。反応終了後、ジエチルエーテルで再沈殿を数回行いNVA マクロモノマーを精製した。1 Ｈ-NMR測定の結果、末端へのビニルベンジル基導入率はほぼ100 ％であることが分かった。またゲルパーミエーションクロマトグラフィー（GPC ）により測定したNVA マクロモノマーの数平均分子量（Mn）は4,000 であった。
【００４１】
次にNVA マクロモノマー0.576 ｇ［0.144mmol （数平均分子量より求めた）］とスチレン0.6 ｇ（5.76mmol）をエタノール10mlに溶解し、AIBN 9.7mg（0.059mmol ）を加え、脱気封管後60℃で24時間共重合させた。反応終了後メタノール及び水でそれぞれ透析し、精製した。
【００４２】
得られた高分子超微粒子の粒径をコールター社製N4SDを使用してレーザー光散乱法により測定したところ、平均粒径は330nm であった。この高分子超微粒子をエタノールに分散させ、塩酸を加えて２Ｎとして95℃で12時間反応させ、アセトアミド基をアミノ基に転化した。加水分解後反応液の上澄みを除去し、水で透析することにより精製した。このようにして得られたポリビニルアミン（マクロモノマー鎖）が結合したポリスチレン（PVAmPS）超微粒子の平均粒径は570nm であった。この高分子超微粒子を生成する反応式(6) は
【化６】
（ただし、ｌ、ｍ、ｎは重合度を表す整数である。）により表されると考えられる。
【００４３】
製造例２
カチオン性のマクロモノマー鎖を表面に有する高分子超微粒子 II の製造
2-メルカプトエタノールを2.29ｇ（29.3mmol）とした以外は製造例１と同様に反応を行った。得られたNVA オリゴマーの数平均分子量（Mn）は4,800 で、NVA マクロモノマーの数平均分子量（Mn）は4,900 であった。また得られたポリビニルアミン（マクロモノマー鎖）が結合したポリスチレン（PVAmPS）超微粒子の平均粒径は220nm であった。
【００４４】
製造例３
アニオン性のマクロモノマー鎖を表面に有する高分子超微粒子の製造
t-ブチルメタクリレート(t-BMA) 20ｇ（141 mmol）をテトラヒドロフラン(THF) 60mlに溶解し、2-メルカプトエタノール0.22ｇ（2.82mmol）及びAIBN0.236 ｇ（1.438 mmol）を加え、窒素気流下60℃で６時間反応させ、末端に水酸基を有するt-BMA オリゴマーを得た。反応終了後、水／メタノール（容量比１／１）の混合液に沈殿させ、イソプロパノール溶液から水／メタノールへの再沈殿を数回行い精製した。得られたt-BMA オリゴマーの数平均分子量（Mn）は3,100 であった。
【００４５】
t-BMA オリゴマー6.45ｇ［2.08mmol（数平均分子量より求めた）］をDMF 100 mlに溶解し、50重量％濃度の水酸化カリウム水溶液2.34ｇ（20.8mmol）、テトラブチルホスホニウムブロミド0.706 ｇ（2.08mmol）とp-クロルメチルスチレン3.18ｇ（20.8mmol）を加え、60℃で６時間反応させ、t-BMA マクロモノマーを得た。反応終了後、ジエチルエーテルで再沈殿を数回行いt-BMA マクロモノマーを精製した。 1Ｈ-NMR測定により、末端へのビニルベンジル基導入率は約65％であることを確認した。またGPC により測定したt-BMA マクロモノマーの数平均分子量（Mn）は3,300 であった。
【００４６】
次にt-BMA マクロモノマー0.528 ｇ［0.160 mmol（数平均分子量より求めた）］とスチレン0.667 ｇ（6.40mmol）をエタノール10mlに溶解し、AIBN10.8mg（0.0656mmol）を加え、脱気封管後60℃で24時間共重合させた。反応終了後、メタノール中で透析し、精製した。
【００４７】
得られた高分子超微粒子の粒径を光散乱法により測定したところ、平均粒径は365 nmであった。この高分子超微粒子をエタノールに分散させ、塩酸を加えて２Ｎとし、70℃で48時間反応させ、t-ブチルエステル基をカルボキシル基に転化した。加水分解後、反応液の上澄みを除去し、水で透析することにより精製した。このようにして得られたポリメタクリル酸（マクロモノマー鎖）が結合したポリスチレン（PMAAPS）超微粒子の平均粒径は395 nmであった。
【００４８】
実施例１
基板として水晶発振子マイクロバランス（QCM,９MHz ）を用い、この基板をカチオン性の水溶性高分子としてポリアリルアミン塩酸塩（重量平均分子量Mw：8,500 〜11,000）の0.02mol ％水溶液、及びアニオン性の水溶性高分子としてポリスチレンスルホン酸ナトリウム（重量平均分子量Mw：70,000）の0.02mol ％水溶液に交互に20℃で10回浸漬し、QCM の金電極表面に厚さ約10nmの高分子薄膜を形成した。高分子薄膜表面がアニオン性になるように、最後はポリスチレンスルホン酸ナトリウムの水溶液に浸漬した。
【００４９】
次に製造例１で得たPVAmPS超微粒子を５×1010個／mlの濃度で分散した水中に、それぞれ20℃で(a) ２ＭのNaClの共存下、(b)0.5ＭのNaClの共存下、及び(c)NaCl 無添加の条件で、高分子薄膜被覆電極を０〜20時間浸漬し、基板表面の振動数変化ΔＦをQCM によりモニターした。電極表面の単位面積当たりのマクロモノマー鎖表面集積型高分子超微粒子の吸着重量Δｍ／S （ng／cm 2）は、QCM によりモニターした振動数変化ΔＦをもとに、以下の関係式(7) ：
−ΔＦ= 0.87×Δｍ ・・・(7)
（但しΔＦは振動数変化を表し、Δｍは吸着重量（ng）を表す。）と電極表面積S （0.159 cm2 ）とから算出した。結果を図２に示す。
【００５０】
図２から明らかなように、マクロモノマー鎖表面集積型高分子超微粒子を分散した水中にNaClを共存させることによってマクロモノマー鎖表面集積型高分子超微粒子の吸着量が増加し、またその吸着量は、共存させるNaClの濃度に依存して変化した。
【００５１】
２ＭNaClの共存下で20時間浸漬して作製した高分子超微粒子吸着構造体を乾燥後、表面の粒子をＳＥＭ観察した。結果を図３に示す。図３より高分子超微粒子の吸着量（吸着面積）は、基板表面積の約30％と見積もられた。
【００５２】
実施例２
製造例２で得たPVAmPS超微粒子を２×1012個／mlの濃度で分散した水中に、２ＭのNaClの共存下22℃で、実施例１で使用したのと同じ高分子薄膜被覆電極を０〜18時間浸漬し、実施例１と同様にして基板表面の振動数変化ΔＦをQCM によりモニターし、マクロモノマー鎖表面集積型高分子超微粒子の吸着重量（ng／cm 2）を実施例１と同様にして算出した。結果を図４に示す。
【００５３】
図４から明らかなように、２ＭのNaClの共存下で行った実施例１(a) と比較すると、PVAmPS超微粒子の粒径が異なるために傾向はやや異なるが、同様に浸漬時間の経過と共に吸着量が増加することが分かった。
【００５４】
実施例３
製造例１で得たPVAmPS超微粒子の分散濃度及び電解質を表１に示す通りとし、浸漬時間を20時間とした以外は実施例１と同様にして、高分子超微粒子吸着構造体を作製し、表面の振動数変化をQCM によりモニターし、また上記式(7) により吸着重量（ng／cm 2）を実施例１と同様にして算出した。結果を図５に示す。
【００５５】
【００５６】
図５から明らかなように、PVAmPS超微粒子の分散濃度の増加に伴い、その吸着量が増加した。
【００５７】
実施例４
基板として水晶発振子マイクロバランス（QCM,９MHz ）を用い、この基板をカチオン性の水溶性高分子としてポリアリルアミン塩酸塩（重量平均分子量Mw：8,500 〜11,000）の0.02mol ％水溶液、及びアニオン性の水溶性高分子としてポリスチレンスルホン酸ナトリウム（重量平均分子量Mw：70,000）の0.02mol ％水溶液に交互に18℃で10回浸漬し、QCM の金電極表面に厚さが約10nmの高分子薄膜を形成した。高分子薄膜表面がカチオン性になるように、最後はポリアリルアミン塩酸塩の水溶液に浸漬した。
【００５８】
次に製造例３で得たPMAAPS超微粒子を５×1010個／mlの濃度で分散した水中に、それぞれ22℃で(a) ２ＭのNaClの共存下、(b)0.5ＭのNaClの共存下、及び(c)NaCl 無添加の条件で高分子薄膜被覆電極を０〜20時間浸漬し、基板表面の振動数変化をQCM によりモニターし、また上記式(7) により吸着重量（ng／cm 2）を実施例１と同様にして算出した。結果を図６に示す。
【００５９】
図６から明らかなように、マクロモノマー鎖表面集積型高分子超微粒子の分散水中にNaClを共存させることによってマクロモノマー鎖表面集積型高分子超微粒子の吸着量が増加し、またその吸着量は共存させるNaClの濃度に依存して変化した。
【００６０】
実施例５
基板として厚さ１mmのポリエチレンテレフタレート（PET ）を使用し、２ＭのNaClを共存させたPVAmPS超微粒子を１×1015個／mlの濃度で分散した水中に20時間浸漬した以外は実施例１と同様にして、高分子超微粒子吸着基板を作製した。
【００６１】
作製した高分子超微粒子吸着構造体と未処理基板について、帯電防止性及び低摩擦性を評価した。帯電防止性はアドバンステスト（株）製R8340 を用いて測定した表面抵抗値から評価し、低摩擦性はヘイドン社製表面性試験機14D を用いて測定した動摩擦係数値（未処理PET 基板表面に対する値）から評価した。測定環境はいずれも温度20℃及び相対湿度60％であった。結果を表２に示す。
【００６２】
【００６３】
表２から明らかなように、実施例の高分子超微粒子吸着基板は、未処理基板に比較して帯電防止性及び低摩擦性ともに優れている。
【００６４】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明においては、基板表面に形成した荷電性高分子薄膜上にマクロモノマー法により合成したマクロモノマー鎖表面集積型高分子超微粒子を吸着させることにより、高分子超微粒子吸着構造体を形成するが、荷電性高分子超微粒子は軽量で、化学修飾が容易で、種々のモノマーの使用が可能なため、多様な表面構造の形成が可能である。また単分散性の高い本発明のマクロモノマー鎖表面集積型高分子超微粒子を吸着させた高分子超微粒子吸着構造体は低摩擦性や耐摩耗性等の表面特性に優れているので、これらの特性が要求される摺動部材等への応用に好適であり、またその広い表面積からセンサーや診断用の試験担体等への応用に好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 高分子超微粒子が得られるメカニズムを表す概略図である。
【図２】 実施例１で得られた高分子超微粒子吸着構造体において、マクロモノマー鎖表面集積型高分子超微粒子の分散水への浸漬時間と振動数変化及び吸着重量との関係を示すグラフである。
【図３】 実施例１(a) で得られた高分子超微粒子吸着構造体の表面のＳＥＭ写真（倍率５千倍）である。
【図４】 実施例２で得られた高分子超微粒子吸着構造体において、マクロモノマー鎖表面集積型高分子超微粒子の分散水への浸漬時間と振動数変化及び吸着重量との関係を示すグラフである。
【図５】 実施例３で得られた高分子超微粒子吸着構造体において、マクロモノマー鎖表面集積型高分子超微粒子の分散水への浸漬時間と振動数変化及び吸着重量との関係を示すグラフである。
【図６】 実施例４で得られた高分子超微粒子吸着構造体において、マクロモノマー鎖表面集積型高分子超微粒子の分散水への浸漬時間と振動数変化及び吸着重量との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１・・・マクロモノマー
１ａ・・N-ビニルアセトアミド単位
１ｂ・・ビニルベンジル基
２・・・スチレンモノマー
３・・・スチレン単位のコア部
４・・・マクロモノマー鎖
10・・・高分子超微粒子
【発明の属する技術分野】
本発明は、高分子超微粒子吸着構造体及びその製造方法に関し、特に帯電防止性、低摩擦性、耐摩耗性等の表面特性に優れ、かつ表面積が大きいことから、センサーや診断用の試験担体等に応用可能な高分子超微粒子吸着構造体、及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
表面積の大きな高分子超微粒子は、塗料、接着剤、クロマトグラフィーの固定相、化粧品、医薬品等多くの材料分野において応用の可能性がある。高分子超微粒子の集積体として、高分子超微粒子の乳化・分散液を基板上に塗工したものや、電着塗装により高分子超微粒子を基板上に吸着あるいは堆積させたもの等が使用されている。しかしながら、このような方法で作製された高分子超微粒子の集積体には、超微粒子の形態が崩れ、機能的にも超微粒子としての特性が発揮されないという問題がある。
【０００３】
このような高分子超微粒子として、本発明者等は、極性溶媒中で乳化剤なしで親水性マクロモノマーと疎水性モノマーとをフリーラジカル重合させるいわゆるマクロモノマー法により、表面に親水性マクロモノマーが集積し、内部は実質的に疎水性ポリマーからなる高分子超微粒子を合成した（「ケミカル・エンジニヤリング」、1994年６月号、505 頁、J. Polym. Sci. Part.A: Polym. Chem., 34 巻，2213頁, 1996年）。この高分子超微粒子は水中に単独で分散する。
【０００４】
マクロモノマー法により、高分子超微粒子の表面に機能性を与える種々の親水性マクロモノマーを集積化することができ、かつ超微粒子のサイズも制御することができた。この高分子超微粒子の応用について、医療診断用微粒子（「高分子加工」, 44 巻, 6号, 242 頁, 1995年）、ドラッグキャリヤー等の用途検討を行ってきた。このような高分子超微粒子の特徴は、粒子表面に他の分子を容易に導入できるために機能性マクロモノマー鎖を有するようにできるとともに、各粒子が会合せず分散安定性があるので単分散性が高いことである。
【０００５】
一方、超微粒子の積層技術としては、荷電ポリマーの静電複合化法を使って、超薄膜を作製する技術が開発され、具体的には鎖状ポリマー、タンパク質又は金属アルコキシド（Chem. Lett. , 125 頁, 1996年）や、シリカ等の酸化物粒子（Chem. Lett., 125頁,1997 年）を静電相互作用を利用して積層する技術が報告されている。
【０００６】
ところがマクロモノマー法により合成したマクロモノマー鎖が表面に集積した高分子超微粒子（以下単に「マクロモノマー鎖表面集積型高分子超微粒子」という）は、無機超微粒子に比較して多様な表面構造の形成が可能であり、単分散性であるという利点を有する反面、基板上に吸着させて複合体を製造するのは困難であるという問題がある。そのためマクロモノマー法により合成したマクロモノマー鎖表面集積型高分子超微粒子が吸着された複合体はまだ実現していない。
【０００７】
従って本発明の目的は上記問題点を解消し、軽量で、化学修飾が容易で、種々のモノマーの使用が可能なマクロモノマー鎖表面集積型高分子超微粒子を基板上に吸着あるいは積層した高分子超微粒子吸着構造体を提供することである。
【０００８】
本発明のもう１つの目的は、上記高分子超微粒子吸着構造体の製造方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的に鑑み鋭意研究の結果、本発明者等は、荷電性のマクロモノマー鎖表面集積型高分子超微粒子を、基材上に形成された荷電性高分子薄膜に吸着させることにより、表面の帯電防止性、低摩擦性、耐摩耗性等の特性に優れているとともに、高分子超微粒子の形態及び機能が保たれているためにセンサー等に応用可能な高分子超微粒子吸着構造体が得られることを発見し、本発明を完成した。
【００１０】
すなわち本発明の高分子超微粒子吸着構造体は、基板表面に形成された荷電性高分子薄膜上に、マクロモノマー法により合成された荷電性高分子超微粒子が吸着していることを特徴とする。
【００１１】
本発明の好ましい実施例では、前記荷電性高分子超微粒子は表面に荷電性のマクロモノマー鎖を有し、かつ平均粒径が10nm〜５μm である。また前記荷電性高分子薄膜は、カチオン性の電荷を有する水溶性高分子と、アニオン性の電荷を有する水溶性高分子とが少なくとも一層ずつ交互に積層してなるのが好ましい。
【００１２】
さらに高分子超微粒子吸着構造体を製造する本発明の方法は、荷電性高分子薄膜を有する基板を、マクロモノマー法により合成した荷電性高分子超微粒子が分散した溶液中に浸漬し、前記薄膜上に前記荷電性高分子超微粒子を吸着させることを特徴とする。
【００１３】
本発明の好ましい実施例では、前記荷電性高分子超微粒子を分散させた溶液中に、電解質を存在させるのが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を詳細に説明する。
【００１５】
[1] 高分子超微粒子吸着構造体の構成
(1) マクロモノマー鎖表面集積型高分子超微粒子
荷電性を有するマクロモノマー鎖が表面に集積した高分子超微粒子は、例えば以下のようなマクロモノマー法により合成することができる。
【００１６】
(a) カチオン性のマクロモノマー鎖表面集積型高分子超微粒子の場合
N-ビニルアセトアミド等のN-ビニルアミド誘導体（CH2 ＝CH-NH-CO-R、ただしＲはアルキル基、置換又は無置換のベンゼン基等）を、連鎖移動剤及びアゾビスイソブチロニトリル（AIBN）等の重合開始剤の存在下で、エタノール等のアルコールのような極性溶媒中でラジカル重合させ、末端に水酸基、アミノ基、カルボキシル基等の官能基を有するオリゴ（N-ビニルアミド誘導体）を合成する。連鎖移動剤としては、末端にチオール基を有するアルキルアルコール、アルキルアミン、アルキルカルボン酸等が好ましく、2-メルカプトエタノールが特に好ましい。
【００１７】
次いでオリゴ（N-ビニルアミド誘導体）をクロルメチルスチレン等のビニルベンジルハライドと縮合させてビニルベンジル基を導入したマクロモノマーを合成する。この反応は、ジメチルホルムアミド（DMF ）等の極性溶媒中において、水酸化カリウム等の塩基や、テトラブチルホスホニウムブロミド等の相間移動触媒の存在下で加熱することによって行うことができる。
【００１８】
得られたマクロモノマーをアゾビスイソブチロニトリル（AIBN）等の重合開始剤の存在下で、エタノール等のアルコールのような極性溶媒中でスチレン系モノマー又はアクリル系モノマー等のコモノマーとラジカル共重合させる。スチレン系モノマーとしてはスチレン、モノメチルスチレン、ジメチルスチレン、クロルスチレン、ハロゲン化アルキルスチレン等が挙げられ、またアクリル系モノマーとしてはアクリル酸アルキルエステル、メタクリル酸アルキルエステル、アクリルアミド、メタクリルアミド等が挙げられる。
【００１９】
続いて塩酸等の酸の存在下で、アルコールのような極性溶媒中でアセトアミド基を加水分解することにより、カチオン性のアミノ基を有する表面マクロモノマー鎖を有する高分子超微粒子が得られる。
【００２０】
図１は、マクロモノマーに対してラジカル共重合用コモノマーとして例えばスチレンを使用した場合に、高分子超微粒子が得られる典型的なメカニズムを図式的に表したものである。各マクロモノマー１はN-ビニルアセトアミド単位１ａとビニルベンジル基１ｂとからなる。まずマクロモノマー１とスチレンモノマー２とを混合し（工程Ａ）、スチレンモノマーを重合させると、スチレンモノマーの単独重合（工程Ｂ）が部分的に起こるが、ビニルベンジル基１ｂとの共重合（工程Ｃ）が同時に起こる。共重合の結果、あたかもスチレン重合体にマクロモノマー鎖がグラフト化したかのような構造を有する高分子が得られる。反応は極性溶媒中で行われるので、疎水性のスチレン重合体部分は内側に親水性のマクロモノマー１は外側に選択的に集積する（工程Ｄ）。このようにして重合が完了すると、スチレン単位のコア部３の表面にマクロモノマー鎖４が位置する高分子超微粒子10が得られる（工程Ｅ）。これに加水分解処理を施すと、マクロモノマー鎖４のアミド基はアミノ基に転化する（工程Ｆ）。
【００２１】
(b) アニオン性のマクロモノマー鎖表面集積型高分子超微粒子の場合
N-ビニルアミド誘導体の代わりに（メタ）アクリル酸アルキルエステルを使用する以外カチオン性のマクロモノマー鎖表面集積型高分子超微粒子の製造方法と同じ方法により、アニオン性の官能基（カルボキシル基）を有するマクロモノマー鎖を表面に有する高分子超微粒子が得られる。
【００２２】
(c) 粒径
高分子超微粒子の平均粒径は一般に数nm〜数十μm とすることができるが、反応条件や使用する試薬のモル比を変えることで、この範囲内で粒径を変えたり粒径分布を狭くしたりすることができる。実際の使用時の作業性等の観点から、荷電性高分子超微粒子の平均粒径は10nm〜５μm の範囲が好ましく、50nm〜３μm の範囲がより好ましい。なお粒径は電子顕微鏡、レーザー光散乱法等により測定する。
【００２３】
(2) 荷電性高分子薄膜
荷電性高分子薄膜はある程度の厚みがあるように、あるいは表面上の荷電分布が均一であるように、カチオン性の水溶性高分子とアニオン性の水溶性高分子とをそれぞれ少なくとも一層ずつ交互に積層することにより形成するのが好ましい。得られた積層体はコンプレックスを形成して水に不溶化しており、安定な薄膜が形成される。荷電性高分子薄膜の厚さは３nm〜１μm とするのが好ましく、５nm〜0.1 μm とするのがより好ましい。
【００２４】
薄膜を形成する荷電性高分子は、ポリビニル系、ポリアクリル酸エステル系、ポリメタクリル酸エステル系、ポリスチレン系等の高分子にイオン性官能基が結合したものであり、イオン性官能基としては、▲１▼スルホン酸基、カルボキシル基、リン酸基等のアルカリ金属塩又はアルカリ土族金属塩（カチオン性）、又は▲２▼１級〜３級のアミノ基の塩酸塩、４級アンモニウム塩基（アニオン性）等が挙げられる。このような荷電性高分子の具体例としては以下に例示する水溶性高分子が挙げられる。
【００２５】
(イ) 下記式(1) ：
【化１】
【００２６】
(ロ) 下記式(2) ：
【化２】
【００２７】
(ハ) 下記式(3) ：
【化３】
【００２８】
(ニ) 下記式(4) ：
【化４】
【００２９】
(ホ) 下記式(5) ：
【化５】
【００３０】
上記荷電性高分子薄膜の形成方法としては、▲１▼基板の表面上に前記荷電性高分子を塗布する方法、好ましくはカチオン性とアニオン性それぞれの荷電性高分子溶液を交互に基板の表面上に塗布（乾燥）する方法、▲２▼他のプラスチック材料に荷電性高分子を混練し成形する方法等が挙げられる。
【００３１】
(3) 基板
基板としては、例えばガラス、プラスチック、金属、セラミックス、これらの複合体等が挙げられる。
【００３２】
[2] 高分子超微粒子吸着構造体の製造方法
高分子超微粒子吸着構造体を製造するには、マクロモノマー法により合成した荷電性高分子超微粒子が分散した液中に荷電性高分子薄膜を形成した基板を浸漬する方法が好ましい。例えばカチオン性の高分子超微粒子を使用する場合、それを分散した水中に、アニオン性の水溶性高分子からなる薄膜（又はその表面層）を有する基板を浸漬すると、荷電性高分子超微粒子が静電相互作用により表面に吸着する。またアニオン性の高分子超微粒子を使用する場合には、カチオン性の水溶性高分子からなる薄膜（又はその表面層）を有する基板を浸漬すると、同様に静電相互作用により荷電性高分子超微粒子が表面に吸着する。
【００３３】
高分子超微粒子の分散濃度は１×107 〜1018個／mlの範囲が好ましい。分散媒は水、特に純水が好ましいが、荷電性を損なわず高分子超微粒子を浸潤しないものであれば他の極性溶媒でも使用することができる。
【００３４】
高分子超微粒子の吸着性を促進するために、浸漬温度は10〜60℃程度の範囲が好ましく、20〜40℃程度の範囲がより好ましい。また浸漬時間は３〜30時間の範囲が好ましい。高分子超微粒子の吸着量は浸漬時間と共に増加し、また分散濃度が増すことによっても増加する。
【００３５】
浸漬時に高分子超微粒子の表面マクロモノマー鎖電荷が水中で分離するのを促進させるとともに、薄膜表面へ吸着及び堆積する速度を向上させるために、アルカリ金属やアルカリ土類金属のハロゲン化物等の電解質を共存させるのが好ましい。電解質の具体例としては、LiCl, LiBr, LiI, NaCl, NaBr, NaI, KCl, KBr, KI, MgCl2 , MgBr2 , MgI2 , CaCl2 , CaBr2 , CaI2 等が挙げられるが、NaCl, NaBr, KCl, KBr等の１価の塩が好ましい。電解質の濃度は0.1 〜10Ｍの範囲であるのが好ましく、0.5 〜５Ｍの範囲であるのがより好ましい。
【００３６】
基板を荷電性高分子超微粒子の分散水中に所定時間浸漬した後、取り出し、室温あるいは加熱下で、静置あるいは送風して乾燥する。
【００３７】
上述の10nm〜５μm の平均粒径を有するマクロモノマー鎖表面集積型高分子超微粒子は比表面積が大きいため、本発明の高分子超微粒子吸着構造体の表面積も、その高分子超微粒子の吸着量に応じて大きくなる。
【００３８】
【実施例】
以下実施例に基づいて本発明を具体的に説明するが、これらに限定されるものではない。
【００３９】
製造例１
カチオン性のマクロモノマー鎖を表面に有する高分子超微粒子Ｉの製造
N-ビニルアセトアミド20ｇ（234mmol ）をエタノール100ml に溶解し、2-メルカプトエタノール4.579 ｇ（58.6mmol）及びアゾビスイソブチロニトリル（AIBN）0.481 ｇ（2.93mmol）を加え、窒素気流下60℃で６時間反応させ、末端に水酸基を有するN-ビニルアセトアミドオリゴマー（NVA オリゴマー）を得た。反応終了後、ジエチルエーテルで再沈殿を数回行ってNVA オリゴマーを精製した。得られたNVA オリゴマーの数平均分子量（Mn）は3,900 であった。
【００４０】
NVA オリゴマー6.0 ｇ［1.54mmol（数平均分子量より求めた）］をジメチルホルムアミド（DMF ）100ml に溶解し、50重量％濃度の水酸化カリウム水溶液1.73ｇ（15.4mmol）、テトラブチルホスホニウムブロミド0.523 ｇ（1.54mmol）、及びp-クロルメチルスチレン2.35ｇ（15.4mmol）を加え、60℃で６時間反応させ、NVA マクロモノマーを得た。反応終了後、ジエチルエーテルで再沈殿を数回行いNVA マクロモノマーを精製した。1 Ｈ-NMR測定の結果、末端へのビニルベンジル基導入率はほぼ100 ％であることが分かった。またゲルパーミエーションクロマトグラフィー（GPC ）により測定したNVA マクロモノマーの数平均分子量（Mn）は4,000 であった。
【００４１】
次にNVA マクロモノマー0.576 ｇ［0.144mmol （数平均分子量より求めた）］とスチレン0.6 ｇ（5.76mmol）をエタノール10mlに溶解し、AIBN 9.7mg（0.059mmol ）を加え、脱気封管後60℃で24時間共重合させた。反応終了後メタノール及び水でそれぞれ透析し、精製した。
【００４２】
得られた高分子超微粒子の粒径をコールター社製N4SDを使用してレーザー光散乱法により測定したところ、平均粒径は330nm であった。この高分子超微粒子をエタノールに分散させ、塩酸を加えて２Ｎとして95℃で12時間反応させ、アセトアミド基をアミノ基に転化した。加水分解後反応液の上澄みを除去し、水で透析することにより精製した。このようにして得られたポリビニルアミン（マクロモノマー鎖）が結合したポリスチレン（PVAmPS）超微粒子の平均粒径は570nm であった。この高分子超微粒子を生成する反応式(6) は
【化６】
【００４３】
製造例２
カチオン性のマクロモノマー鎖を表面に有する高分子超微粒子 II の製造
2-メルカプトエタノールを2.29ｇ（29.3mmol）とした以外は製造例１と同様に反応を行った。得られたNVA オリゴマーの数平均分子量（Mn）は4,800 で、NVA マクロモノマーの数平均分子量（Mn）は4,900 であった。また得られたポリビニルアミン（マクロモノマー鎖）が結合したポリスチレン（PVAmPS）超微粒子の平均粒径は220nm であった。
【００４４】
製造例３
アニオン性のマクロモノマー鎖を表面に有する高分子超微粒子の製造
t-ブチルメタクリレート(t-BMA) 20ｇ（141 mmol）をテトラヒドロフラン(THF) 60mlに溶解し、2-メルカプトエタノール0.22ｇ（2.82mmol）及びAIBN0.236 ｇ（1.438 mmol）を加え、窒素気流下60℃で６時間反応させ、末端に水酸基を有するt-BMA オリゴマーを得た。反応終了後、水／メタノール（容量比１／１）の混合液に沈殿させ、イソプロパノール溶液から水／メタノールへの再沈殿を数回行い精製した。得られたt-BMA オリゴマーの数平均分子量（Mn）は3,100 であった。
【００４５】
t-BMA オリゴマー6.45ｇ［2.08mmol（数平均分子量より求めた）］をDMF 100 mlに溶解し、50重量％濃度の水酸化カリウム水溶液2.34ｇ（20.8mmol）、テトラブチルホスホニウムブロミド0.706 ｇ（2.08mmol）とp-クロルメチルスチレン3.18ｇ（20.8mmol）を加え、60℃で６時間反応させ、t-BMA マクロモノマーを得た。反応終了後、ジエチルエーテルで再沈殿を数回行いt-BMA マクロモノマーを精製した。 1Ｈ-NMR測定により、末端へのビニルベンジル基導入率は約65％であることを確認した。またGPC により測定したt-BMA マクロモノマーの数平均分子量（Mn）は3,300 であった。
【００４６】
次にt-BMA マクロモノマー0.528 ｇ［0.160 mmol（数平均分子量より求めた）］とスチレン0.667 ｇ（6.40mmol）をエタノール10mlに溶解し、AIBN10.8mg（0.0656mmol）を加え、脱気封管後60℃で24時間共重合させた。反応終了後、メタノール中で透析し、精製した。
【００４７】
得られた高分子超微粒子の粒径を光散乱法により測定したところ、平均粒径は365 nmであった。この高分子超微粒子をエタノールに分散させ、塩酸を加えて２Ｎとし、70℃で48時間反応させ、t-ブチルエステル基をカルボキシル基に転化した。加水分解後、反応液の上澄みを除去し、水で透析することにより精製した。このようにして得られたポリメタクリル酸（マクロモノマー鎖）が結合したポリスチレン（PMAAPS）超微粒子の平均粒径は395 nmであった。
【００４８】
実施例１
基板として水晶発振子マイクロバランス（QCM,９MHz ）を用い、この基板をカチオン性の水溶性高分子としてポリアリルアミン塩酸塩（重量平均分子量Mw：8,500 〜11,000）の0.02mol ％水溶液、及びアニオン性の水溶性高分子としてポリスチレンスルホン酸ナトリウム（重量平均分子量Mw：70,000）の0.02mol ％水溶液に交互に20℃で10回浸漬し、QCM の金電極表面に厚さ約10nmの高分子薄膜を形成した。高分子薄膜表面がアニオン性になるように、最後はポリスチレンスルホン酸ナトリウムの水溶液に浸漬した。
【００４９】
次に製造例１で得たPVAmPS超微粒子を５×1010個／mlの濃度で分散した水中に、それぞれ20℃で(a) ２ＭのNaClの共存下、(b)0.5ＭのNaClの共存下、及び(c)NaCl 無添加の条件で、高分子薄膜被覆電極を０〜20時間浸漬し、基板表面の振動数変化ΔＦをQCM によりモニターした。電極表面の単位面積当たりのマクロモノマー鎖表面集積型高分子超微粒子の吸着重量Δｍ／S （ng／cm 2）は、QCM によりモニターした振動数変化ΔＦをもとに、以下の関係式(7) ：
−ΔＦ= 0.87×Δｍ ・・・(7)
（但しΔＦは振動数変化を表し、Δｍは吸着重量（ng）を表す。）と電極表面積S （0.159 cm2 ）とから算出した。結果を図２に示す。
【００５０】
図２から明らかなように、マクロモノマー鎖表面集積型高分子超微粒子を分散した水中にNaClを共存させることによってマクロモノマー鎖表面集積型高分子超微粒子の吸着量が増加し、またその吸着量は、共存させるNaClの濃度に依存して変化した。
【００５１】
２ＭNaClの共存下で20時間浸漬して作製した高分子超微粒子吸着構造体を乾燥後、表面の粒子をＳＥＭ観察した。結果を図３に示す。図３より高分子超微粒子の吸着量（吸着面積）は、基板表面積の約30％と見積もられた。
【００５２】
実施例２
製造例２で得たPVAmPS超微粒子を２×1012個／mlの濃度で分散した水中に、２ＭのNaClの共存下22℃で、実施例１で使用したのと同じ高分子薄膜被覆電極を０〜18時間浸漬し、実施例１と同様にして基板表面の振動数変化ΔＦをQCM によりモニターし、マクロモノマー鎖表面集積型高分子超微粒子の吸着重量（ng／cm 2）を実施例１と同様にして算出した。結果を図４に示す。
【００５３】
図４から明らかなように、２ＭのNaClの共存下で行った実施例１(a) と比較すると、PVAmPS超微粒子の粒径が異なるために傾向はやや異なるが、同様に浸漬時間の経過と共に吸着量が増加することが分かった。
【００５４】
実施例３
製造例１で得たPVAmPS超微粒子の分散濃度及び電解質を表１に示す通りとし、浸漬時間を20時間とした以外は実施例１と同様にして、高分子超微粒子吸着構造体を作製し、表面の振動数変化をQCM によりモニターし、また上記式(7) により吸着重量（ng／cm 2）を実施例１と同様にして算出した。結果を図５に示す。
【００５５】
図５から明らかなように、PVAmPS超微粒子の分散濃度の増加に伴い、その吸着量が増加した。
【００５７】
実施例４
基板として水晶発振子マイクロバランス（QCM,９MHz ）を用い、この基板をカチオン性の水溶性高分子としてポリアリルアミン塩酸塩（重量平均分子量Mw：8,500 〜11,000）の0.02mol ％水溶液、及びアニオン性の水溶性高分子としてポリスチレンスルホン酸ナトリウム（重量平均分子量Mw：70,000）の0.02mol ％水溶液に交互に18℃で10回浸漬し、QCM の金電極表面に厚さが約10nmの高分子薄膜を形成した。高分子薄膜表面がカチオン性になるように、最後はポリアリルアミン塩酸塩の水溶液に浸漬した。
【００５８】
次に製造例３で得たPMAAPS超微粒子を５×1010個／mlの濃度で分散した水中に、それぞれ22℃で(a) ２ＭのNaClの共存下、(b)0.5ＭのNaClの共存下、及び(c)NaCl 無添加の条件で高分子薄膜被覆電極を０〜20時間浸漬し、基板表面の振動数変化をQCM によりモニターし、また上記式(7) により吸着重量（ng／cm 2）を実施例１と同様にして算出した。結果を図６に示す。
【００５９】
図６から明らかなように、マクロモノマー鎖表面集積型高分子超微粒子の分散水中にNaClを共存させることによってマクロモノマー鎖表面集積型高分子超微粒子の吸着量が増加し、またその吸着量は共存させるNaClの濃度に依存して変化した。
【００６０】
実施例５
基板として厚さ１mmのポリエチレンテレフタレート（PET ）を使用し、２ＭのNaClを共存させたPVAmPS超微粒子を１×1015個／mlの濃度で分散した水中に20時間浸漬した以外は実施例１と同様にして、高分子超微粒子吸着基板を作製した。
【００６１】
作製した高分子超微粒子吸着構造体と未処理基板について、帯電防止性及び低摩擦性を評価した。帯電防止性はアドバンステスト（株）製R8340 を用いて測定した表面抵抗値から評価し、低摩擦性はヘイドン社製表面性試験機14D を用いて測定した動摩擦係数値（未処理PET 基板表面に対する値）から評価した。測定環境はいずれも温度20℃及び相対湿度60％であった。結果を表２に示す。
【００６２】
表２から明らかなように、実施例の高分子超微粒子吸着基板は、未処理基板に比較して帯電防止性及び低摩擦性ともに優れている。
【００６４】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明においては、基板表面に形成した荷電性高分子薄膜上にマクロモノマー法により合成したマクロモノマー鎖表面集積型高分子超微粒子を吸着させることにより、高分子超微粒子吸着構造体を形成するが、荷電性高分子超微粒子は軽量で、化学修飾が容易で、種々のモノマーの使用が可能なため、多様な表面構造の形成が可能である。また単分散性の高い本発明のマクロモノマー鎖表面集積型高分子超微粒子を吸着させた高分子超微粒子吸着構造体は低摩擦性や耐摩耗性等の表面特性に優れているので、これらの特性が要求される摺動部材等への応用に好適であり、またその広い表面積からセンサーや診断用の試験担体等への応用に好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 高分子超微粒子が得られるメカニズムを表す概略図である。
【図２】 実施例１で得られた高分子超微粒子吸着構造体において、マクロモノマー鎖表面集積型高分子超微粒子の分散水への浸漬時間と振動数変化及び吸着重量との関係を示すグラフである。
【図３】 実施例１(a) で得られた高分子超微粒子吸着構造体の表面のＳＥＭ写真（倍率５千倍）である。
【図４】 実施例２で得られた高分子超微粒子吸着構造体において、マクロモノマー鎖表面集積型高分子超微粒子の分散水への浸漬時間と振動数変化及び吸着重量との関係を示すグラフである。
【図５】 実施例３で得られた高分子超微粒子吸着構造体において、マクロモノマー鎖表面集積型高分子超微粒子の分散水への浸漬時間と振動数変化及び吸着重量との関係を示すグラフである。
【図６】 実施例４で得られた高分子超微粒子吸着構造体において、マクロモノマー鎖表面集積型高分子超微粒子の分散水への浸漬時間と振動数変化及び吸着重量との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１・・・マクロモノマー
１ａ・・N-ビニルアセトアミド単位
１ｂ・・ビニルベンジル基
２・・・スチレンモノマー
３・・・スチレン単位のコア部
４・・・マクロモノマー鎖
10・・・高分子超微粒子
Claims (7)
- 基板表面に形成された荷電性高分子薄膜上に、マクロモノマー法により合成された荷電性高分子超微粒子が吸着していることを特徴とする高分子超微粒子吸着構造体。
- 請求項１に記載の高分子超微粒子吸着構造体において、前記荷電性高分子超微粒子は表面に荷電性のマクロモノマー鎖を有し、かつ平均粒径が10nm〜５μm であることを特徴とする高分子超微粒子吸着構造体。
- 請求項１又は２に記載の高分子超微粒子吸着構造体において、前記荷電性高分子薄膜は、カチオン性の電荷を有する水溶性高分子と、アニオン性の電荷を有する水溶性高分子とが少なくとも一層ずつ交互に積層してなることを特徴とする高分子超微粒子吸着構造体。
- 荷電性高分子薄膜を有する基板を、マクロモノマー法により合成した荷電性高分子超微粒子が分散した溶液中に浸漬し、前記薄膜上に前記荷電性高分子超微粒子を吸着させることを特徴とする高分子超微粒子吸着構造体の製造方法。
- 請求項４に記載の高分子超微粒子吸着構造体の製造方法において、前記荷電性高分子超微粒子は表面に荷電性のマクロモノマー鎖を有し、かつ平均粒径が10nm〜５μm であることを特徴とする方法。
- 請求項４又は５に記載の高分子超微粒子吸着構造体の製造方法において、前記荷電性高分子超微粒子を分散させた溶液中に、電解質を存在させることを特徴とする方法。
- 請求項４〜６のいずれかに記載の高分子超微粒子吸着構造体の製造方法において、前記基板上の荷電性高分子薄膜は、カチオン性の電荷を有する水溶性高分子と、アニオン性の電荷を有する水溶性高分子とを少なくとも一層ずつ交互に積層させてなることを特徴とする方法。
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-
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- 1997-06-06 JP JP16529397A patent/JP3741395B2/ja not_active Expired - Lifetime
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