JP4026664B1 - 金属ナノ粒子分散体、およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 直鎖状ポリアルキレンイミン鎖(a)と、親水性セグメント(b)と、エポキシ樹脂残基(c)とを有する高分子化合物(X)の分散体と、金属ナノ粒子(Y)とを含有することを特徴とする金属ナノ粒子分散体、及び、直鎖状ポリアルキレンイミン鎖と、親水性セグメントと、エポキシ樹脂残基とを有する高分子化合物を溶媒中で分散体とした後、金属の塩又は金属のイオン溶液を加え、金属イオンを還元し金属ナノ粒子とすることを特徴とする金属ナノ粒子分散体の製造方法。
【選択図】 なし
Description
PEG : ポリエチレングリコール
PEGM : ポリエチレングリコールモノメチルエーテル
PAEI : ポリアセチルエチレンイミン
EP : エポキシ樹脂
BisAEP : ビスフェノールA型エポキシ樹脂
MOZ : 2−メチルオキサゾリン
DMA : N,N−ジメチルアセトアミド
1H−NMR:日本電子株式会社製、AL300、300Hz
粒子径測定:大塚電子株式会社製、FPAR−1000
プラズモン吸収スペクトル:日立製作所株式会社製、UV−3500
透析:Spectrum社製、Spectra/Por RC透析チューブ、MWCO3500
合成例1 PEG−直鎖PEI(HCl)−テトラキスフェノールエタン型EP構造を有する高分子化合物(X−1)の合成
1−1 [ヒドロキシル基を有する変性エポキシ樹脂]
テトラキスフェノールエタン型エポキシ樹脂jER1031S[テトラキス(グリシジルオキシアリル)エタン、ジャパンエポキシレジン株式会社製]9.8g(50m当量、エポキシ当量196)、4−フェニルフェノール11.9g(70mmol)、65%酢酸エチルトリフェニルホスホニウムエタノール溶液0.21ml(0.1mol%)及びDMA40mlを、窒素雰囲気下、160℃で4時間反応させた。放冷後、水100ml中に滴下し、得られた沈殿物をメタノールで2回洗浄した後、70℃で減圧乾燥して、ビフェニレン型の側鎖にヒドロキシル基を有する変性エポキシ樹脂を得た。得られた生成物の収量は17.6g、収率は96%であった。1H−NMRスペクトルにより各ピークの帰属を行い生成物の構造を確認した。(δ(ppm):7.53〜7.25(m),7.13〜6.60(m),4.50〜3.75(m))
上記1−1で合成した側鎖にヒドロキシル基を有するビフェニレン型の変性エポキシ樹脂9.15g(25m当量)、ピリジン20g(250mmol)及びクロロホルム30mlの溶液に、p−トルエンスルホン酸クロライド14.3g(75mmol)を含むクロロホルム(30ml)溶液を、窒素雰囲気下、氷冷撹拌しながら30分間滴下した。滴下終了後、浴槽温度40℃でさらに4時間攪拌した。反応終了後、クロロホルム60mlを加えて反応液を希釈した。引き続き、5%塩酸100ml、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液、そして飽和食塩水溶液で順次に洗浄した後、硫酸マグネシウムで乾燥し、濾過、減圧濃縮した。得られた固形物をメタノールで数回洗浄した後、濾過、70℃で減圧乾燥して、変性エポキシ樹脂を得た。収量は13g、収率は98%であった。1H−NMRスペクトルにより各ピークの帰属を行い、(δ(ppm):7.94〜7.74(m),7.55〜6.30(m),4.40〜3.80(m),2.40〜2.34(m))、これらより、得られた変性エポキシ樹脂は、側鎖にp−トルエンスルホニルオキシ基を有するスルホニル変性エポキシ樹脂であることを確認した。
上記1−2で得られたスルホニル変性エポキシ化合物1.56g(3m当量)、MOZ5.1g(60mmol)及びDMA40mlを、窒素雰囲気下、100℃で24時間攪拌した。反応混合物のままの1H−NMR分析より重合反応を確認した後、引き続き、上記反応混合物中に、PEGM(Mn=750)6.75g(9mmol)、及び炭酸カリウム4.1g(30mmol)を加え、窒素雰囲気下、100℃で24時間攪拌した。反応終了後、得られた反応混合物に酢酸エチル100mlとヘキサン100mlの混合溶液を加え、室温で強力攪拌した後、固形物を濾過、酢酸エチルで2回洗浄した。引き続き、固形物にクロロホルム150mlを加えて不溶解成分の炭酸カリウムを濾過した後、減圧濃縮して淡黄色固体を得た。収率は90%であった。1H−NMRスペクトルにより各ピークの帰属を行い、得られた上記固体は、テトラキスフェノールエタン型のエポキシ樹脂残基を中心部(δ:6.45〜7.90ppm)とし、PAEIとPEGを側鎖[PAEIのエチレン水素(δ:3.36ppm)、PEGのエチレン水素(δ:3.62ppm)、プロピオニル水素(δ:2.50ppm、0.97ppm)、アセチル水素(δ:2.00ppm)]とし、また、反応物と生成物の定量的な計算から数平均重合度20のPAEIと数平均重合度20のPEGの星型の高分子化合物であることを確認した。
上記1−3で得られた星型の高分子化合物3.8gを、5mol/%塩酸15.2g中、90℃で6時間攪拌し、加水分解反応を行った。放冷後、時間とともに生成してきた白色沈殿を含む反応混合溶液をアセトン約150mlに加え、室温で約30分間攪拌した後、生成物の固形物を濾過、アセトンで2回洗浄、減圧乾燥して白色固体3.3gを得た。その収率は99%だった。1H−NMRによる分析から、加水分解反応によりPAEIの側鎖アセチル水素(δ:2.00ppm)]がなく、得られた固体は、PEG−直鎖PEI(HCl)−テトラキスフェノールエタン型EP構造を有する高分子化合物(X−1)であることを確認した。
合成例1で得られたPEG−直鎖PEI(HCl)−テトラキスフェノールエタン型EP構造を有する高分子化合物(X−1)2.0gを水5gに溶かし透析チューブに入れ、0.5%アンモニア水で一晩透析処理を行い、引き続き水中で透析を行い、5〜6回水を取替えた後、透析チューブ中の水溶液にエタノールを加えてエバポレータで溶媒を留去し、さらに80℃で15時間真空乾燥し、PEG−直鎖PEI−テトラキスフェノールエタン型EP構造を有する高分子化合物(X−2)を得た。
3−1 [ヒドロキシル基を有するエポキシ樹脂の合成]
EPICLON HP−4700 15.8g(100m当量)、4−フェニルフェノール23.8g(140mmol)、65%酢酸エチルトリフェニルホスホニウムエタノール溶液0.42ml(0.1mol%)及びDMA80mlを、窒素雰囲気下、120℃で6時間反応させた。放冷後、水200ml中に滴下し、得られた沈殿物をメタノールで2回洗浄した後、70℃で減圧乾燥して、ビフェニル基と、二級炭素に結合するヒドロキシル基とを有する変性エポキシ樹脂を得た。得られた生成物の収量は31.8g、収率は97%であった。
上記3−1で得られた変性エポキシ樹脂16.40g(50.0m当量)、ピリジン40.0g(500mmol)及びクロロホルム60mlの溶液に、p−トルエンスルホン酸クロライド28.6g(150mmol)を含むクロロホルム(60ml)溶液を、窒素雰囲気下、氷冷撹拌しながら30分間滴下した。滴下終了後、浴槽温度40℃でさらに4時間攪拌した。反応終了後、クロロホルム120mlを加えて反応液を希釈した。引き続き、5%塩酸200ml、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液、そして飽和食塩水溶液で順次に洗浄した後、硫酸マグネシウムで乾燥し、濾過、減圧濃縮した。得られた固形物をメタノールで数回洗浄した後、濾過、70℃で減圧乾燥して、スルホニル化した変性エポキシ化合物を得た。収量は23.6g、収率は98%であった。
上記3−2で得られたスルホニル化した変性エポキシ樹脂3.86g(8.0m当量)、MOZ13.6g(160mmol)及びDMA60mlを、窒素雰囲気下、100℃で18時間攪拌した。引き続き、PEGM(Mn=750)6.0g(8mmol)、炭酸カリウム2.8g(20mmol)及びDMA30mlを、窒素雰囲気下、100℃で24時間攪拌した。反応終了後、得られた反応混合物に酢酸エチル100mlとヘキサン100mlの混合溶液を加え、強力攪拌した後、固形物を濾過、酢酸エチルで2回洗浄した。引き続き、固形物にクロロホルム150mlを加えて不溶解成分の炭酸カリウムを濾過した後、減圧濃縮して淡黄色固体10.5gを得た。1H−NMRによる分析から、得られた上記固体は、ジナフタレン構造の変性エポキシを主骨格とし、数平均重合度20のPAEIとPEGMからなるポリマーを鎖[エチレングリコール水素(δ:3.57ppm)、エチレン水素(δ:3.20〜3.55ppm)、メトキシ水素(δ:3.25ppm)、アセチル水素(δ:1.86〜1.98ppm)]とする星型の高分子化合物であることを確認した。
上記3−3で得られた高分子化合物10.5gを、5mol/L塩酸32.5g中、90℃で6時間攪拌し、加水分解反応を行った。放冷後、時間とともに生成してきた白色沈殿を含む反応混合溶液をアセトン150mlに加え、室温で30分間攪拌した後、生成物の固形物を濾過、アセトンで2回洗浄、減圧乾燥して白色固体9.6gを得た。1H−NMRによる分析から、加水分解反応によりPAEIの側鎖アセチル水素(δ:1.86〜1.98ppm)]がなく、得られた固体が、PEG−直鎖PEI(HCl)−ナフタレン型EP構造を有する高分子化合物(X−3)であることを確認した。
合成例3で得られた高分子化合物(X−3)2.0gを水5gに溶かし透析チューブに入れ、0.5%アンモニア水で一晩透析処理を行い、引き続き水中で透析を行い、5〜6回水を取替えた後、透析チューブ中の水溶液にエタノールを加えてエバポレータで溶媒を留去し、さらに80℃で15時間真空乾燥することにより、PEG−直鎖PEI−ナフタレン型EP構造を有する高分子化合物(X−4)を得た。得られた高分子化合物(X−4)30mgを水10mlに加えて攪拌し溶解させたところ、安定な分散体が得られた。
5−1 [スルホニル変性エポキシ化合物のリビングラジカル重合反応]
合成例3−2で得られたスルホニル化した変性エポキシ樹脂1.93g(4.0m当量)、MOZ17.0g(200mmol)及びDMA60mlを、窒素雰囲気下、100℃で18時間攪拌した。引き続き、PEGM(Mn=2,000)8.0g(4mmol)、及び炭酸カリウム1.4g(10mmol)を加え、窒素雰囲気下、100℃で24時間攪拌した。反応終了後、得られた反応混合物に酢酸エチル100mlとヘキサン100mlの混合溶液を加え、攪拌した後、固形物を濾過、酢酸エチルで2回洗浄した。引き続き、固形物にクロロホルム150mlを加えて不溶解成分の炭酸カリウムを濾過した後、減圧濃縮して淡黄色固体12.1gを得た。1H−NMRによる分析から、得られた固体は、ナフタレン型4官能エポキシ樹脂を主骨格とし、数平均重合度50のPAEIとPEGMからなるポリマーを鎖[エチレングリコール水素(δ:3.57ppm)、エチレン水素(δ:3.20〜3.55ppm)、メトキシ水素(δ:3.25ppm)、アセチル水素(δ:1.85〜1.98ppm)]とする星型の高分子化合物であることを確認した。
5−1で得られた星型の高分子化合物12.1gを、5mol/%塩酸32.5g中、90℃で6時間攪拌し、加水分解反応を行った。放冷後、時間とともに生成してきた白色沈殿を含む反応混合溶液をアセトン150mlに加え、室温で30分間攪拌した後、生成物の固形物を濾過、アセトンで2回洗浄、減圧乾燥して白色固体11.2gを得た。1H−NMRによる分析から、加水分解反応によりPAEIの側鎖アセチル水素(δ:1.85〜1.98ppm)]がなく、得られた上記固体は、PEG−直鎖PEI(HCl)−ナフタレン骨格EP構造を有する高分子化合物(X−5)であることを確認した。
合成例5で得られた高分子化合物(X−5)2.0gを水5gに溶かし透析チューブに入れ、0.5%アンモニア水で一晩透析処理を行い、引き続き水中で透析を行い、5〜6回水を取替えた後、透析チューブ中の水溶液にエタノールを加えてエバポレータで溶媒を留去し、さらに80℃で15時間真空乾燥し、PEG−直鎖PEI−ナフタレン型EP構造を有する高分子化合物(X−6)を得た。
合成例1で得た高分子化合物(X−1)10.9mg(EIユニット:0.15mmol)を水2.39gに溶かした溶液1A、硝酸銀0.16g(0.97mmol)を水1.30gに溶かした溶液1B、クエン酸ナトリウム0.12g(0.48mmol)を水0.25gに溶かした溶液1Cをそれぞれ調製した。25℃で攪拌しながら、溶液1Aに溶液1Bを加え、続いて溶液1Cを加えた。分散液は次第に焦げ茶色へと変化した。7日間攪拌後、透析により精製し、水分散液を得た。
実施例1において、溶液1Aの代わりに、合成例2で得た高分子化合物(X−2)14.5mg(EIユニット:0.15mmol)を水2.39gに溶かした溶液を使用したこと以外は実施例1の通りに行い、水分散体を得た。得られた水分散液は安定であり、分散液を1部サンプリングし、10倍希釈液の可視吸収スペクトル測定により400nmにプラズモン吸収スペクトルのピークが認められ、銀ナノ粒子の生成を確認した。
実施例1において、溶液1Aの代わりに、合成例3で得た高分子化合物(X−3)10.8mg(EIユニット:0.15mmol)を水2.39gに溶かした溶液を使用したこと以外は実施例1の通りに行い、水分散体を得た。得られた水分散液は安定であり、分散液を1部サンプリングし、10倍希釈液の可視吸収スペクトル測定により400nmにプラズモン吸収スペクトルのピークが認められ、銀ナノ粒子の生成を確認した。
実施例1において、溶液1Aの代わりに、合成例4で得た高分子化合物(X−4)14.4mg(EIユニット:0.15mmol)を水2.39gに溶かした溶液を使用したこと以外は実施例1の通りに行い、水分散体を得た。得られた水分散液は安定であり、分散液を1部サンプリングし、10倍希釈液の可視吸収スペクトル測定により400nmにプラズモン吸収スペクトルのピークが認められ、銀ナノ粒子の生成を確認した。
実施例1において、溶液1Aの代わりに、合成例5で得た高分子化合物(X−5)10.3mg(EIユニット:0.15mmol)を水2.39gに溶かした溶液を使用したこと以外は実施例1の通りに行い、水分散体を得た。得られた水分散液は安定であり、分散液を1部サンプリングし、10倍希釈液の可視吸収スペクトル測定により400nmにプラズモン吸収スペクトルのピークが認められ、銀ナノ粒子の生成を確認した。
実施例1において、溶液1Aの代わりに、合成例6で得た高分子化合物(X−6)13.5mg(EIユニット:0.15mmol)を水2.39gに溶かした溶液を使用したこと以外は実施例1の通りに行い、水分散体を得た。得られた水分散液は安定であり、分散液を1部サンプリングし、10倍希釈液の可視吸収スペクトル測定により400nmにプラズモン吸収スペクトルのピークが認められ、銀ナノ粒子の生成を確認した。
合成例2で得た高分子化合物(X−2)14.5mg(EIユニット:0.15mmol)を水2.39gに溶かした溶液2Aと、硝酸銀7.7mg(0.045mmol)を水1.55gに溶かした溶液2Bをそれぞれ調製した。25℃で攪拌しながら、溶液2Aに溶液2Bを加えた。分散液は次第に茶色へと変化した。7日間攪拌後、透析により精製し、水分散液を得た。
実施例7において、溶液2Aの代わりに、合成例6で得られた高分子化合物(X−6)13.5mg(EIユニット:0.15mmol)を水2.39gに溶かした溶液を使用したこと以外は実施例7の通りに行った。得られた水分散液は安定であり、分散液を1部サンプリングし、10倍希釈液の可視吸収スペクトル測定により400nmにプラズモン吸収スペクトルのピークが認められ、銀ナノ粒子の生成を確認した。
[エポキシ樹脂の変性]
ビスフェノールA型エポキシ樹脂EPICLON AM−040−P(大日本インキ化学工業株式会社製) 37.4g(20mmol)、4−フェニルフェノール2.72g(16mmol)をDMA100mlに溶解後、65%酢酸エチルトリフェニルホスホニウムエタノール溶液0.52mlを加え、窒素雰囲気下、120℃で6時間反応させた。放冷後、多量の水中に滴下し、得られた沈殿物をさらに多量の水で洗浄した。再沈精製物をろ過後減圧乾燥し、変性ビスフェノールA型エポキシ樹脂を得た。得られた生成物の収率は100%であった。
分岐PEI(日本触媒株式会社製、エポミン SP200)5g(0.5mmol)をメタノール150mlに溶解した溶液に、上記で得られたビスフェノールA型の単官能性のエポキシ樹脂3.0g(1.5mmol)をアセトン60mlに溶解した溶液を、窒素雰囲気下で滴下後、50℃で2時間攪拌することで反応を行った。反応終了後、減圧乾燥することにより、BisAEP−分岐PEI構造を有する高分子化合物(収率100%)を得た。
Claims (6)
- 重合度3〜3,000の直鎖状ポリエチレンイミン鎖(a)に、
ポリオキシエチレン鎖、ポリオキシプロピレン鎖、ポリビニルアルコール、部分けん化ポリビニルアルコール、ポリヒドロキシエチルアクリレート、ポリヒドロキシエチルメタクリレート、ジメチルアミノエチルアクリレート、ジメチルアミノエチルメタクリレート、ポリアセチルエチレンイミン、ポリアセチルプロピレンイミン、ポリプロピオニルエチレンイミン、ポリプロピオニルプロピレンイミン、ポリアクリルアミド、ポリイソプロピルアクリルアミド、及びポリビニルピロリドンからなる群から選ばれる一種以上のポリマー鎖からなる重合度3〜3,000の親水性セグメント(b)と、
下記構造式(i)、(ii)、(iii)
及び下記構造式(iv)
粒子径が1〜50nmのCr,Co,Ni,Cu,Pd,Ag,Pt及びAuからなる群から選ばれる1種以上の遷移金属のナノ粒子(Y)と、を含有することを特徴とする金属ナノ粒子分散体。 - 前記エポキシ樹脂(c)が前記構造式(i)、(ii)で表されるテトラキスフェノールエタン型エポキシ樹脂、又は前記構造式(iv)で表されるナフタレン型4官能エポキシ樹脂である請求項1記載の金属ナノ粒子分散体。
- 前記親水性セグメント(b)が、ポリオキシアルキレン鎖である請求項1記載の金属ナノ粒子分散体。
- 前記遷移金属ナノ粒子(Y)が、銀、金、及び白金からなる群から選ばれる1種以上の金属である請求項1記載の金属ナノ粒子分散体。
- 重合度3〜3,000の直鎖状ポリエチレンイミン鎖(a)に、
ポリオキシエチレン鎖、ポリオキシプロピレン鎖、ポリビニルアルコール、部分けん化ポリビニルアルコール、ポリヒドロキシエチルアクリレート、ポリヒドロキシエチルメタクリレート、ジメチルアミノエチルアクリレート、ジメチルアミノエチルメタクリレート、ポリアセチルエチレンイミン、ポリアセチルプロピレンイミン、ポリプロピオニルエチレンイミン、ポリプロピオニルプロピレンイミン、ポリアクリルアミド、ポリイソプロピルアクリルアミド、及びポリビニルピロリドンからなる群から選ばれる一種以上のポリマー鎖からなる重合度3〜3,000の親水性セグメント(b)と、
下記構造式(i)、(ii)、(iii)
及び下記構造式(iv)
- 金属イオンを還元させる際に、還元剤を用いる請求項5記載の金属ナノ粒子分散体の製造方法。
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