JP4461298B2 - Process for producing inorganic and organic-inorganic hybrid coatings - Google Patents

Process for producing inorganic and organic-inorganic hybrid coatings Download PDF

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Description

本発明は無機系および有機無機ハイブリッドコーティングの新規な製造方法に関する。   The present invention relates to a novel process for producing inorganic and organic-inorganic hybrid coatings.

上述したような用途に用いられる無機系および有機無機ハイブリッド系コーティング材料としては、従来より、ポリシロキサンなどのポリメタロキサン結合を有する組成から成るものがよく知られており、一般に、平面状材料への塗布、多孔質材料への内面コートの形態で用いられる。
平面状材料への無機系および有機無機ハイブリッド系コーティングは、反応溶液の塗布、ディップ法、スピン法などによる、比較的簡易なコーティング作製法が知られている(例えば、特許文献1,2など)。
他方、多孔質材料の内表面へのコーティングは、シランカップリング反応に代表されるように、低分子物質を溶解した希薄な反応溶液を部材の内部に浸透させて、低分子物質と表面サイトとの分子レベルの反応を起こす手法が一般的であり、その作製プロセス、特にコーティング層の厚さを増すことは長時間を要する。
As inorganic-type and organic-inorganic hybrid-type coating materials used for the above-mentioned applications, those having a composition having a polymetalloxane bond such as polysiloxane have been well known. It is used in the form of coating of the inner surface of the porous material.
For inorganic and organic-inorganic hybrid coatings on planar materials, a relatively simple coating preparation method is known by applying a reaction solution, a dipping method, a spin method, and the like (for example, Patent Documents 1 and 2). .
On the other hand, the coating on the inner surface of the porous material, as represented by the silane coupling reaction, allows a dilute reaction solution in which the low molecular weight substance is dissolved to penetrate into the inside of the member so that the low molecular weight substance, the surface site, In general, a method of causing a molecular level reaction is required, and it takes a long time to increase the thickness of the manufacturing process, particularly the coating layer.

特開平6−328037号公報JP-A-6-328037 特表2002−536630号公報JP 2002-536630 A

相分離によって反応溶液中に生成する、無機系および有機無機ハイブリッド系重合体に富む微小領域が、近傍にある部材の内部表面に優先的に濡れ広がることによって、均一なコーティングを形成する。
液体が特定の材料の表面に濡れ広がって均一な膜を形成する現象は、一般的に濡れ転移として知られているが、本発明においては反応溶液が多孔体内部表面において濡れ転移を起こして均一に広がった後、ゲル化が起こることによって安定なコーティング膜となる。
一般にシリカゲル等の無機系多孔体およびシロキサン結合を含む有機無機ハイブリッドは、液相反応であるゾル−ゲル法によって作製される。ゾル−ゲル法とは、よく知られているように、加水分解性の官能基を有する無機低分子化合物を出発物質とし、ゾル−ゲル反応、すなわち、加水分解とその後の重合(重縮合)反応により、最終的に無機低分子化合物から酸化物の凝集体や重合体を得る方法一般のことを指す。出発物質となる無機低分子化合物としては、金属アルコキシドが最もよく知られており、このほか、金属塩化物、カルボキシル基やβ−ジケトンのような加水分解性の官能基を持つ金属塩もしくは配位化合物、さらには金属アミン類等が挙げられる。
A microscopic region rich in inorganic and organic-inorganic hybrid polymers produced in the reaction solution by phase separation preferentially wets and spreads on the inner surface of a nearby member, thereby forming a uniform coating.
The phenomenon in which a liquid wets and spreads on the surface of a specific material to form a uniform film is generally known as wetting transition, but in the present invention, the reaction solution causes uniform wetting transition on the inner surface of the porous body. After spreading, the gelation occurs to form a stable coating film.
In general, an inorganic porous material such as silica gel and an organic-inorganic hybrid containing a siloxane bond are produced by a sol-gel method which is a liquid phase reaction. As is well known, the sol-gel method is based on an inorganic low molecular weight compound having a hydrolyzable functional group as a starting material, and a sol-gel reaction, that is, hydrolysis and subsequent polymerization (polycondensation) reaction. The general method for finally obtaining an oxide aggregate or polymer from an inorganic low molecular weight compound. Metal alkoxides are the most well-known inorganic low-molecular compounds used as starting materials. In addition, metal salts or coordination with hydrolyzable functional groups such as metal chlorides, carboxyl groups and β-diketones. Examples of the compound include metal amines.

本発明の目的は、多孔質部材の内部表面あるいは微細加工された溝状流路あるいは毛細管内に、無機系および有機無機ハイブリッド系コーティングを製造することのできる新しい製造方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a new production method capable of producing inorganic and organic-inorganic hybrid coatings on the inner surface of a porous member, or in a microfabricated groove-like channel or capillary.

本発明者は、ゾル−ゲル法により無機系および有機無機ハイブリッド系コーティングを製造するに当って、相分離に基づく界面への濡れ転移と反応液体を固化させるゾル−ゲル転移が同時に起こるようにし、相分離によって自発的に発達する多相構造界面の特性長がコーティング基材となる多孔質部材の細孔径や微細加工された溝状流路の幅よりも大きくなる条件を選ぶことによって、上記の目的が達成されることを見出した。
かくして、本発明に従えば、多孔質部材の細孔表面や微細加工された溝状流路表面への、無機系および有機無機ハイブリッド系コーティングの製造方法が提供される。
具体的には、本発明は、相分離に基づく界面への濡れ転移と反応液体を固化させるゾル−ゲル転移が同時に起こるようにして、少なくとも1次元が制限された大きさをもつ中空部材あるいは多孔質部材の内壁に形成される、無機系および有機無機ハイブリッド系コーティングの作製法である。
ここで、中空部材としては、例えば十分に広い平板に挟まれた薄板状空間、微細加工された溝状流路、十分に長い円筒(毛細管内)を挙げることができる。また、多孔質部材としては、例えばネットワーク状に連結した連続貫通孔をもつ部材である。
なお、少なくとも1次元が制限された大きさとは、多孔質部材あるいは中空部材の孔径が、0.1〜100ミクロン、好ましくは、0.5〜40ミクロン、厚さが、2〜10000ナノメートル、好ましくは10〜5000ナノメートルの範囲である。
また、本発明の濡れ転移とは、例えば10μ内径の毛細管内に10μ以上の孔ができるような組成のゾルを充填してゲルを作ると、絡み合い構造はできずに毛細管内面に均一な厚さでシリカゲルがコートされるという現象をいう。
In producing inorganic and organic-inorganic hybrid coatings by the sol-gel method, the present inventor made the sol-gel transition that solidifies the reaction liquid and the wetting transition to the interface based on the phase separation occur simultaneously. By selecting a condition in which the characteristic length of the multiphase structure interface that spontaneously develops by phase separation is larger than the pore diameter of the porous member serving as the coating substrate and the width of the microfabricated groove-shaped flow path, We found that the objective was achieved.
Thus, according to the present invention, there is provided a method for producing inorganic and organic-inorganic hybrid coatings on the surface of the pores of a porous member and the surface of a finely processed groove.
Specifically, the present invention relates to a hollow member or porous material having a size limited in at least one dimension so that wetting transition to the interface based on phase separation and sol-gel transition for solidifying the reaction liquid occur simultaneously. This is a method for producing inorganic and organic-inorganic hybrid coatings formed on the inner wall of a material member.
Here, examples of the hollow member include a thin plate-like space sandwiched between sufficiently wide flat plates, a finely processed groove-like flow path, and a sufficiently long cylinder (in a capillary tube). The porous member is a member having continuous through holes connected in a network, for example.
Note that the size of at least one dimension is limited. The porous member or the hollow member has a pore diameter of 0.1 to 100 microns, preferably 0.5 to 40 microns, and a thickness of 2 to 10000 nanometers, preferably It is in the range of 10 to 5000 nanometers.
In addition, the wetting transition of the present invention means that, for example, when a gel is formed by filling a sol having a composition with a diameter of 10 μm or more into a capillary having a diameter of 10 μm, an entangled structure is not formed and a uniform thickness is formed on the capillary inner surface. This is a phenomenon in which silica gel is coated.

本発明によれば、多孔質部材の内部表面あるいは微細加工された溝状流路あるいは毛細管内に、無機系および有機無機ハイブリッド系コーティングを製造することができる。   According to the present invention, inorganic and organic-inorganic hybrid coatings can be produced on the inner surface of a porous member, or in a microfabricated groove-like channel or capillary.

本発明の原理は、既述したようなゾル−ゲル法により低分子化合物から無機系あるいは有機無機ハイブリッド系の重合体を生成し得るものとして知られた各種の無機系および有機無機ハイブリッド化合物に適用することができるが、本発明の方法が特に好ましく適用されるのは、多孔質体を構成する無機系および有機無機ハイブリッド系重合体が、シリカおよび/または有機官能基含有シロキサン重合体の場合である。
本発明に従いシリカやシロキサン重合体から成り、多孔質部材表面や微細加工された溝状流路に均一なコーティングを製造するには、ゾル−ゲル反応工程を少なくともその反応初期において酸性領域で行い、且つ、該ゾル−ゲル反応において触媒成分を含有する水の量が反応系中のシリカ1.0g(無水シリカ換算重量として)に対して2.0〜40.0gの範囲にあるように反応条件を調整することが必要であり、これによって、ゾル−ゲル転移と相分離が同時に起こり、溶媒リッチ相と骨格相とから成るゲルが生成する。
かくして、本発明の方法に従い多孔質部材表面や微細加工された溝状流路に均一なコーティングを製造するには、先ず、ゾル−ゲル反応触媒成分を含有する水溶液に相分離を誘起する成分を溶かして均一溶液を調製する。この均一溶液に、加水分解性の官能基を有する無機低分子化合物を添加して、ゾル−ゲル反応を行うと、上述したように、溶媒リッチ相と骨格相とに分離するゲルが生成する。
なお、本発明では、コーティングされる多孔質部材あるいは微細加工された溝状流路あるいは毛細管の中身はは二重細孔を持つ必要がないので、メソ孔形成のための熟成の後乾燥・熱処理過程は必須ではない。
The principle of the present invention is applied to various inorganic and organic-inorganic hybrid compounds known to be able to produce inorganic or organic-inorganic hybrid polymers from low-molecular compounds by the sol-gel method as described above. However, the method of the present invention is particularly preferably applied when the inorganic and organic-inorganic hybrid polymers constituting the porous body are silica and / or organic functional group-containing siloxane polymers. is there.
In order to produce a uniform coating consisting of a silica or siloxane polymer according to the present invention, on the surface of a porous member or a finely processed groove-like flow path, the sol-gel reaction step is performed at least in the initial stage of the reaction in the acidic region, In addition, the reaction conditions are adjusted so that the amount of water containing the catalyst component in the sol-gel reaction is in the range of 2.0 to 40.0 g with respect to 1.0 g of silica in the reaction system (as an anhydrous silica equivalent weight). As a result, sol-gel transition and phase separation occur simultaneously, and a gel composed of a solvent-rich phase and a skeletal phase is produced.
Thus, in order to produce a uniform coating on the surface of a porous member or a microfabricated groove-like channel according to the method of the present invention, first, a component that induces phase separation in an aqueous solution containing a sol-gel reaction catalyst component is added. Dissolve to prepare a homogeneous solution. When an inorganic low molecular weight compound having a hydrolyzable functional group is added to this homogeneous solution and a sol-gel reaction is performed, a gel that separates into a solvent-rich phase and a skeleton phase is generated as described above.
In the present invention, the porous member to be coated, the micro-processed groove-like flow path, or the contents of the capillary does not need to have double pores. The process is not essential.

本発明の方法において相分離を誘起する成分として用いられる物質として好ましいのは、両親媒性物質においては、四級アンモニウム塩等の親水部と主にアルキル基からなる疎水部とを含むカチオン性界面活性剤もしくは非イオン性界面活性剤から成る界面活性剤、または親水部と疎水部をもつブロック共重合体であり、具体的な例としては、ハロゲン化アルキルアンモニウム、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、エチレンオキシド−プロピレンオキシド−エチレンオキシドブロック共重合体などが挙げられるが、これらに限られるものではない。水溶性の高分子、具体的にはポリエチレンオキシド、ポリアクリル酸、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミド、ポリビニルピロリドン、ポリオキサゾリン、ポリエチレンイミン、ポリアリルアミン、なども好適に用いることができる。さらに比較的極性の高い低分子化合物、具体的にはホルムアミド、N-メチルホルムアミド、N,N-ジメチルホルムアミド、アセトアミド、N-メチルアセトアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコールおよびさらに重合度をました多量体、グリセリン、蟻酸、酢酸などのモノカルボン酸、フタル酸、マレイン酸、シュウ酸などのジカルボン酸、クエン酸などのトリカルボン酸、炭酸エチレン、炭酸プロピレンなども、相分離誘起目的に好適に使用することができる。本発明において用いられる相分離を誘起する物質は、界面活性剤や上記のブロック共重合体、水溶性高分子のように反応溶液に均一に溶解するものが好ましい。   In the method of the present invention, a substance used as a component for inducing phase separation is preferably a cationic interface including a hydrophilic part such as a quaternary ammonium salt and a hydrophobic part mainly composed of an alkyl group in an amphiphilic substance. A surfactant comprising an activator or a nonionic surfactant, or a block copolymer having a hydrophilic part and a hydrophobic part. Specific examples thereof include alkyl ammonium halides, polyoxyethylene alkyl ethers, ethylene oxides A propylene oxide-ethylene oxide block copolymer may be mentioned, but is not limited thereto. Water-soluble polymers such as polyethylene oxide, polyacrylic acid, polyvinyl alcohol, polyacrylamide, polyvinyl pyrrolidone, polyoxazoline, polyethyleneimine, polyallylamine, and the like can also be preferably used. In addition, relatively low molecular weight compounds such as formamide, N-methylformamide, N, N-dimethylformamide, acetamide, N-methylacetamide, N, N-dimethylacetamide, ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol In addition, polymers with higher degree of polymerization, monocarboxylic acids such as glycerin, formic acid and acetic acid, dicarboxylic acids such as phthalic acid, maleic acid and oxalic acid, tricarboxylic acids such as citric acid, ethylene carbonate, propylene carbonate, etc. It can be suitably used for the purpose of separation induction. The substance that induces phase separation used in the present invention is preferably a substance that uniformly dissolves in the reaction solution, such as a surfactant, the above-mentioned block copolymer, and a water-soluble polymer.

また、本発明において用いられる加水分解性の官能基を有する無機低分子化合物としては、既述したような金属アルコキシドをはじめとする各種の金属化合物が適用可能であるが、本発明の特に好ましい態様に従い、シリカから成る多孔質体を製造する場合においては、シリカ源としてケイ素アルコキシドの単量体および低分子重合体(オリゴマー)が好適に使用される。   In addition, as the inorganic low molecular weight compound having a hydrolyzable functional group used in the present invention, various metal compounds including the metal alkoxide as described above can be applied, but a particularly preferable embodiment of the present invention. Accordingly, in the case of producing a porous body composed of silica, a silicon alkoxide monomer and a low molecular weight polymer (oligomer) are preferably used as the silica source.

また、ハイブリッドカラムは、加水分解性の官能基を有する有機金属化合物と、少なくとも1個の金属・炭素結合を介して結合した非加水分解性の有機官能基と加水分解性の官能基とを含む有機金属化合物を加水分解・重合して反応溶液系のゲル化を行った後、ゲル中の不要物質を除去し、加熱することにより作成できる。
ここで、少なくとも1個の金属・炭素結合を介して結合した非加水分解性の有機官能基と加水分解性の官能基とを含む有機金属化合物の容量が、加水分解性の官能基を有する有機金属化合物の容量の1/10以上であることが好ましい。
また、少なくとも1個の金属・炭素結合を介して結合した非加水分解性の有機官能基と加水分解性の官能基とを含む有機金属化合物として、例えばメチルトリメトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、γーグリキシドキシプロピルトリメトキシシラン、γーグリキシドキシプロピルトリエトキシシラン、βー(3,4エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、Nーβ(アミノエチル)γーアミノプロピルトリメトキシシラン、Nーβ(アミノエチル)γーアミノプロピルトリエトキシシラン、γーメタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γーアミノプロピルトリエトキシシラン、γーアミノプロピルトリメトキシシラン、3−アクリロキシプロピルトリメトキシシランを用いることができる。
また、有機官能基含有シロキサン重合体(有機・無機ハイブリッド)から成る多孔質体を製造する場合には、そのような有機・無機ハイブリッド源として、少なくとも1つのケイ素−炭素結合を含むケイ素アルコキシドの単量体および低分子量重合体、あるいは2つ以上のケイ素原子間を1つ以上の炭素が架橋している構造の化合物(ビストリアルコキシシリルアルカン類)を用いることができる。
なお、シリカと有機官能基含有シロキサン重合体とを組み合わせて本発明の無機系多孔質体を製造することもできる。
The hybrid column also includes an organometallic compound having a hydrolyzable functional group, a non-hydrolyzable organic functional group and a hydrolyzable functional group bonded via at least one metal / carbon bond. It can be prepared by hydrolyzing and polymerizing an organometallic compound to gel the reaction solution system, then removing unnecessary substances in the gel and heating.
Here, the capacity of the organometallic compound containing a non-hydrolyzable organic functional group and a hydrolyzable functional group bonded via at least one metal / carbon bond is an organic compound having a hydrolyzable functional group. It is preferably 1/10 or more of the capacity of the metal compound.
In addition, as an organometallic compound containing a non-hydrolyzable organic functional group and a hydrolyzable functional group bonded through at least one metal / carbon bond, for example, methyltrimethoxysilane, ethyltrimethoxysilane, vinyl Trimethoxysilane, γ-glyoxydoxypropyltrimethoxysilane, γ-glyxidoxypropyltriethoxysilane, β- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane, N-β (aminoethyl) γ-aminopropyltri Methoxysilane, N-β (aminoethyl) γ-aminopropyltriethoxysilane, γ-methacryloxypropyltrimethoxysilane, γ-aminopropyltriethoxysilane, γ-aminopropyltrimethoxysilane, 3-acryloxypropyltrimethoxy Silane can be used.
In the case of producing a porous body composed of an organic functional group-containing siloxane polymer (organic / inorganic hybrid), a single silicon alkoxide containing at least one silicon-carbon bond is used as such an organic / inorganic hybrid source. Polymers having a structure in which one or more carbons are bridged between two or more silicon atoms (bistrialkoxysilylalkanes) can be used.
The inorganic porous material of the present invention can also be produced by combining silica and an organic functional group-containing siloxane polymer.

以下に本発明の特徴を更に明らかにするため実施例を示すが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。   Examples are given below to further clarify the features of the present invention, but the present invention is not limited to these Examples.

(実施例1)
<多孔質部材内部へのコーティング>
(1)ネットワーク状に連結した連続貫通孔をもつ多孔質部材の作製
1モル濃度硝酸水溶液3.370g、ホルムアミド(FA)6.916gを混合し、氷冷下でメチルトリメトキシシラン(MTMS) 10mLをMTMS:FA:H2O=1:2.2:2.5となるように混合して5分間攪拌し、40℃恒温槽にてゲル化させた。ゲル化後24時間以上エージングを行い、約45時間乾燥させた。その後エタノールで洗浄し、40℃で乾燥させた。
(2)コーティングの作製
テトラメトキシシラン(TMOS)、ホルムアミド(FA)、1モル濃度硝酸水溶液を、モル比でTMOS:FA:H2O=1:2.3~2.5:1.5となるように混合し、得られた反応溶液に多孔質部材を浸してマクロ孔内部に導入し、40℃でゲル化後乾燥させた。
図1(a)、図2(a)および図3(a)は多孔質部材に入れずに形成した上記組成の相分離構造を持つシリカゲルである。このゲルを、ネットワーク状に連結した連続貫通孔を持つ多孔質部材の内面で形成させたものが図1(b)、図2(b)および図3(b)である。図に示すように多孔体内部壁面にコーティング層が形成した。
Example 1
<Coating on the inside of porous member>
(1) Production of porous member with continuous through-holes connected in a network shape 1Molar aqueous nitric acid solution 3.370g and formamide (FA) 6.916g are mixed, and 10mL of methyltrimethoxysilane (MTMS) is MTMS under ice cooling. The mixture was mixed so that: FA: H2O = 1: 2.2: 2.5, stirred for 5 minutes, and gelled in a constant temperature bath at 40 ° C. Aging was performed for at least 24 hours after gelation, followed by drying for about 45 hours. Thereafter, it was washed with ethanol and dried at 40 ° C.
(2) Preparation of coating Obtained by mixing tetramethoxysilane (TMOS), formamide (FA) and 1 molar aqueous nitric acid solution so that the molar ratio of TMOS: FA: H2O = 1: 2.3 to 2.5: 1.5 The porous member was immersed in the reaction solution, introduced into the macropores, gelled at 40 ° C. and dried.
FIG. 1 (a), FIG. 2 (a) and FIG. 3 (a) are silica gels having a phase-separated structure having the above composition formed without being included in a porous member. FIG. 1 (b), FIG. 2 (b) and FIG. 3 (b) show the gel formed on the inner surface of a porous member having continuous through holes connected in a network. As shown in the figure, a coating layer was formed on the inner wall surface of the porous body.

(実施例2)
<キャピラリー内壁へのコーティング>
キャピラリー径よりも大きいドメインサイズを与える組成を選び、内径10ミクロンのキャピラリー内でゲルを作製した。
メチルトリメトキシシラン(MTMS)、ホルムアミド(FA)、1モル濃度硝酸水溶液をモル比でMTMS:FA:H2O=1:2.2〜2.4:2.5となるように混合し、得られた反応溶液に内径10ミクロンのキャピラリーを浸してキャピラリー内部に溶液を導入し、40℃でゲル化後乾燥させた。図に示すようにキャピラリー内部壁面にコーティング層が形成した。
図4(a)、図5(a)および図6(a)はキャピラリー内に入れずに上記組成で形成した相分離構造を持つ有機無機ハイブリッドゲルである。図4(b)、図5(b)および図6(b)は、このゲルを内径10ミクロンのキャピラリー内壁で形成した有機無機ハイブリッドコーティングである。図に示した点線が元のキャピラリー内壁であり、図に示すような厚みでコーティングされていることがわかる。
(Example 2)
<Coating on the inner wall of the capillary>
A composition giving a domain size larger than the capillary diameter was selected, and a gel was prepared in a capillary having an inner diameter of 10 microns.
Methyltrimethoxysilane (MTMS), formamide (FA), and 1 molar nitric acid aqueous solution are mixed at a molar ratio of MTMS: FA: H2O = 1: 2.2 to 2.4: 2.5, and the resulting reaction solution has an inner diameter of 10 A micron capillary was immersed to introduce the solution into the capillary, gelled at 40 ° C. and dried. As shown in the figure, a coating layer was formed on the inner wall surface of the capillary.
FIGS. 4 (a), 5 (a) and 6 (a) are organic-inorganic hybrid gels having a phase separation structure formed with the above composition without being placed in a capillary. FIGS. 4 (b), 5 (b) and 6 (b) are organic-inorganic hybrid coatings in which this gel is formed on the inner wall of a capillary having an inner diameter of 10 microns. The dotted line shown in the figure is the original inner wall of the capillary, and it can be seen that it is coated with the thickness shown in the figure.

(実施例3)
<多孔質部材内部にコーティングしたカラムの順相での評価>
内径200umのキャピラリー内に、実施例1に示す方法(TMOS:FA:H2O=1:2.3:1.5)で、まず連続貫通孔を持つ多孔質部材を作製し、順相評価を行なった(図7)。次に、実施例1に示す方法でコーティングを作製し、順相評価を行なった(図8)。
評価に用いた移動相はヘキサン/2-プロパノール=98/2(v/v)、用いたサンプルは、最初のピークからルエン、ジニトロトルエン、ジニトロベンゼンである。ジニトロトルエンの保持比は、コーティングによって0.29から0.16に減少している。これは、最初に作製したホストゲルがメチル基リッチな表面となっており、この値の減少から、コーティングによってメチル基の影響が消えたことがわかる。またジニトロベンゼンの保持比は0.81から3.29に増加している。コーティング後の保持比の値は、通常の多孔質シリカカラムを評価したときと同程度の値を示しており、この値とコーティング前後の保持比の大きな増加から、コーティングによって表面積が増加し、最初のホストゲルの上に新たな多孔質シリカ表面が形成されたことを示している。
さらに、カラム背圧が100mmあたり1.6kgfから2.2kgfに増加していることはスルーポア径が減少していることを示しており、コーティングが厚み数マイクロメータで達成されていることがわかる。
SEM観察をした結果、200umという空間内に形成された多孔質ゲルにもかかわらず、外見上ゲルの収縮は全く見られず、カラムとしても極めて良好な性能が得られた。
(Example 3)
<Evaluation in the normal phase of the column coated inside the porous member>
First, a porous member having continuous through holes was prepared in a capillary having an inner diameter of 200 μm by the method shown in Example 1 (TMOS: FA: H2O = 1: 2.3: 1.5), and normal phase evaluation was performed (FIG. 7). ). Next, a coating was prepared by the method shown in Example 1, and normal phase evaluation was performed (FIG. 8).
The mobile phase used for the evaluation was hexane / 2-propanol = 98/2 (v / v), and the samples used were ruene, dinitrotoluene and dinitrobenzene from the first peak. The retention ratio of dinitrotoluene is reduced from 0.29 to 0.16 by the coating. This indicates that the first prepared host gel has a methyl group-rich surface, and the decrease in this value indicates that the influence of the methyl group has disappeared due to the coating. The retention ratio of dinitrobenzene increased from 0.81 to 3.29. The retention ratio value after coating shows the same value as when evaluating an ordinary porous silica column, and this value and the large increase in retention ratio before and after coating increased the surface area by coating. This shows that a new porous silica surface was formed on the host gel.
Furthermore, an increase in column back pressure from 1.6 kgf per 100 mm to 2.2 kgf indicates that the through-pore diameter is decreasing, indicating that the coating is achieved with a thickness of several micrometers.
As a result of SEM observation, in spite of the porous gel formed in the space of 200 μm, the gel did not shrink at all, and very good performance as a column was obtained.

本発明の製造方法によってコーティングを作製した多孔質部材は、クロマトグラフィー用充填剤、血液分離用多孔質体、吸湿剤用多孔質体、消臭等低分子吸着用多孔質体あるいは酵素担体および触媒担体用多孔質体等の製造に好適に利用される。また、本発明の製造方法によってコーティングを作製した微細加工された溝状流路は、微細空間化学反応デバイスに好適に利用される。   The porous member having a coating produced by the production method of the present invention comprises a chromatography filler, a porous body for blood separation, a porous body for a hygroscopic agent, a porous body for low molecular weight adsorption such as deodorant, an enzyme carrier and a catalyst. It is suitably used for producing a porous body for a carrier. In addition, the microfabricated groove-like flow path in which the coating is produced by the production method of the present invention is suitably used for a fine space chemical reaction device.

実施例1(TMOS:FA:H2O=1:2.3:1.5)においてゾル−ゲル反応工程の後に溶媒を蒸発除去して得られたコーティングの走査電子顕微鏡写真を示す図The figure which shows the scanning electron micrograph of the coating obtained by evaporating and removing a solvent after a sol-gel reaction process in Example 1 (TMOS: FA: H2O = 1: 2.3: 1.5). 実施例1(TMOS:FA:H2O=1:2.4:1.5)においてゾル−ゲル反応工程の後に溶媒を蒸発除去して得られたコーティングの走査電子顕微鏡写真を示す図The figure which shows the scanning electron micrograph of the coating obtained by evaporating and removing a solvent after the sol-gel reaction process in Example 1 (TMOS: FA: H2O = 1: 2.4: 1.5). 実施例1(TMOS:FA:H2O=1:2.5:1.5)においてゾル−ゲル反応工程の後に溶媒を蒸発除去して得られたコーティングの走査電子顕微鏡写真を示す図The figure which shows the scanning electron micrograph of the coating obtained by evaporating and removing a solvent after a sol-gel reaction process in Example 1 (TMOS: FA: H2O = 1: 2.5: 1.5). 実施例2(MTMS:FA:H2O=1:2.2:2.5)においてゾル−ゲル反応工程の後に溶媒を蒸発除去して得られたコーティングの走査電子顕微鏡写真を示す図The figure which shows the scanning electron micrograph of the coating obtained by evaporating and removing a solvent after the sol-gel reaction process in Example 2 (MTMS: FA: H2O = 1: 2.2: 2.5). 実施例2(MTMS:FA:H2O=1:2.3:2.5)においてゾル−ゲル反応工程の後に溶媒を蒸発除去して得られたコーティングの走査電子顕微鏡写真を示す図The figure which shows the scanning electron micrograph of the coating obtained by evaporating and removing a solvent after a sol-gel reaction process in Example 2 (MTMS: FA: H2O = 1: 2.3: 2.5). 実施例2(MTMS:FA:H2O=1:2.5:2.5においてゾル−ゲル反応工程の後に溶媒を蒸発除去して得られたコーティングの走査電子顕微鏡写真を示す図FIG. 3 is a scanning electron micrograph of the coating obtained by evaporating and removing the solvent after the sol-gel reaction step in Example 2 (MTMS: FA: H 2 O = 1: 2.5: 2.5). 実施例1で得られるコーティング前の多孔質部材を用いた液体クロマトグラムLiquid chromatogram using the porous member before coating obtained in Example 1 実施例1で得られたコーティング後の多孔質部材を用いた液体クロマトグラムLiquid chromatogram using the coated porous member obtained in Example 1

Claims (1)

中空部材あるいは多孔質部材の内径以上の孔ができる組成のゾルを前記部材内に充填し、相分離に基づく界面への濡れ転移と反応液体を固化させるゾル−ゲル転移が同時に起こるような反応工程にして、少なくとも1次元が制限された大きさをもつ中空部材あるいは多孔質部材の内壁に形成される、無機系および有機無機ハイブリッド系コーティングの作製法であって、前記反応工程を少なくともその反応初期において酸性領域で行い、且つ、ゾル−ゲル反応において触媒成分を含有する水の量が反応系中のシリカ1.0g(無水シリカ換算重量として)に対して2.0〜40.0gの範囲にあるように反応条件を調整することを特徴とする無機系および有機無機ハイブリッド系コーティングの作製法 A reaction process in which a sol having a composition with a diameter equal to or larger than the inner diameter of a hollow member or porous member is filled in the member, and wetting transition to the interface based on phase separation and sol-gel transition for solidifying the reaction liquid occur simultaneously. A method of producing an inorganic and organic-inorganic hybrid coating formed on the inner wall of a hollow member or porous member having a size limited in at least one dimension , wherein the reaction step is performed at least at the initial stage of the reaction. In the sol-gel reaction, the amount of water containing the catalyst component is 2.0 to 40.0 g with respect to 1.0 g of silica in the reaction system (as an anhydrous silica equivalent weight). A method for producing inorganic and organic-inorganic hybrid coatings characterized by adjusting the conditions .
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