JP4682290B2 - ポリマー被覆金属酸化物およびその製造方法 - Google Patents
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Description
金属酸化物について説明する。金属酸化物としては、特に限定されるものではないが、例えばガラス、シリカゲル、酸化チタン、チタン酸バリウム、インジウムチンオキシド(ITO)、酸化アルミニウム、酸化ニッケル、酸化鉄の単独、もしくは2種以上を組み合わせたものが挙げられる。これらのものは目的に応じて使い分ければ良い。
また、金属酸化物は、化合物全体が酸化物である必要はない。例えば、マグネシウム、アルミニウム、チタン、クロム、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、銀、スズなどの金属において、その金属表面に形成された金属酸化物被膜であってもよい。
その際に用いられる溶媒はポリマーを溶解もしくは分散させるものであれば良く、例えば、アセトン、ヘキサン、トルエン、メチルエチルケトン、メチルアルコール、エチルアルコール、水の単独、もしくは2種以上を組み合わせたものが挙げられるが、特に制約されるものではない。
本発明は、クロマトグラフィー担体、防汚処理ガラス、表面処理コンポジットフィラー、表面処理コンデンサー、化粧品用基材、毛髪洗浄剤、毛髪処理剤、衣類用洗浄剤、衣類用処理剤などに適用することができる。
ジメチルビニルシラノールの合成
還流管をつけた1Lの三口フラスコを窒素置換した後、氷浴中でエチルエーテル700mlを入れ、アニリン8.38g(0.09mol)、水1.48g(0.087mol)を加え攪拌した。50mlのエチルエーテルにあらかじめ溶解しておいたビニルジメチルクロロシラン10g(0.082mol)をゆっくりと滴下し、室温で15分攪拌した。反応は化9に示すとおりである。生成する塩を濾過により除去後、無水硫酸マグネシウムで脱水を行い、溶媒を減圧留去し、目的物を得た。収率は63%であった。NMRスペクトルを図1に示す。
ビス(ジメチルビニルシロキシ)メチルシランの合成
還流管をつけた1Lの三口フラスコを窒素置換した後、氷浴中でエチルエーテル500ml、トリエチルアミン8.21g(0.081mol)を入れ、7.54g(0.074mol)のジメチルビニルシラノールを加え攪拌した。これへ、50mlのエチルエーテルに溶解したジクロロメチルシラン4.24g(0.037mol)をゆっくりと滴下し、室温で20分間攪拌した。反応は化10に示すとおりである。生成する塩を濾過により除去後、エバポレーターで低沸点溶媒等を除去した。蒸留により、無色透明のビス(ジメチルビニルシロキシ)メチルシランを得た。収率は62%であった。沸点(bp)は46〜48℃/10mmHgであった。NMRスペクトルを図2に示す。
分岐(ハイパーブランチ)ポリマーの合成
還流管をつけた100mlの三口フラスコを窒素置換した後、このフラスコ中でビス(ジメチルビニルシロキシ)メチルシラン2.49g(0.01mol)を50mlのTHFに溶解した。Karstedt触媒(platinum(O)−1,3−divinyl−1,1,3,3−tetramethyldisiloxane complex 0.1M in xylene)を数滴加え、IRスペクトルで完全にSi−H基が消失するまで加熱還流し、室温まで冷却した。エバポレーターで低沸点溶媒等を除去後、アセトニトリルに生成物を滴下して無色粘性液状のポリマーを得た。収率は92%であった。
ポリスチレンを標準とし、THFを展開溶媒とするGPC分量測定の結果、重量平均分子量は4700であった。NMRスペクトルを図3に、赤外吸収スペクトルを図4に、GPCチャートを図5示す。ポリマーの分子構造は化11のようであると考えられる。
参考例3の分岐(ハイパーブランチ)ポリマーの合成実験を、反応時間を変化させて行った。結果を表1に示す。最大72時間行ったところ、重量平均分子量は64000に達した。
カラムクロマトグラフィー用シリカゲル粒子(平均粒径150μm)1.0g、ヘキサン50ml、参考例3のポリマー0.1gを混合し、一晩攪拌した。シリカゲル粒子を吸引ろ過後、ヘキサンで洗浄し、100℃のオーブンで真空乾燥して処理済みシリカゲル粒子を得た。ここで用いた未処理シリカゲルのXPSスペクトルを図6に、処理済みシリカゲル粒子のXPSスペクトルを図7に示す。図7におけるC1sピークが図6にものに比べ明かに大きくなっており、表面にポリマーが担持されたことがわかる。
実施例1と同じカラムクロマトグラフィー用シリカゲル粒子(平均粒径150μm)1.0g、ヘキサン50ml、アリルトリエトキシシラン0.1gを混合し、一晩攪拌した。シリカゲル粒子を吸引ろ過後、ヘキサンで洗浄し、100℃のオーブンで真空乾燥して処理済みシリカゲル粒子を得た。処理済みシリカゲル粒子のXPSスペクトルを図8に示す。図8におけるC1sピークが図6にものに比べ明かに大きくなっており、表面にポリマーが担持されたことがわかるが、その程度は実施例1(図7)よりも小さいことがわかる。
カラムクロマトグラフィー用シリカゲル粒子(平均粒径3μm)1.0g、ヘキサン50ml、参考例3のポリマー0.1gを混合し、一晩攪拌した。シリカゲル粒子を吸引ろ過後、ヘキサンで洗浄し、100℃のオーブンで真空乾燥して処理済みシリカゲル粒子を得た。ここで用いた未処理シリカゲルのXPSスペクトルを図9に、処理済みシリカゲル粒子のXPSスペクトルを図10に示す。図10におけるC1sピークが図9にものに比べ明かに大きくなっており、表面にポリマーが担持されたことがわかる。また、未処理シリカゲルのSEM写真を図11Aに、処理済みシリカゲル粒子のSEM写真を図11Bに示す。図11Bの粒子表面は図11Aのものと比べ滑らかになっており、表面にポリマーが担持されたことがわかる。
酸化チタン粒子(平均粒径1μm)1.0g、ヘキサン50ml、参考例3のポリマー0.1gを混合し、一晩攪拌した。酸化チタン粒子を吸引ろ過後、ヘキサンで洗浄し、100℃のオーブンで真空乾燥して処理済み酸化チタン粒子を得た。ここで用いた未処理酸化チタン粒子のXPSスペクトルを図12に、処理済み酸化チタン粒子のXPSスペクトルを図13に示す。Si2sおよびSi2pのピークが図12では確認できないが、図13では現れており、表面にポリマーが担持されたことがわかる。未処理酸化チタンのSEM写真を図14Aに、処理済み酸化チタン粒子のSEM写真を図14Bに示す。図14Bの粒子表面は図14Aのものと比べ滑らかになっており、表面にポリマーが担持されたことがわかる。
酸化チタン粒子(平均粒径1μm)1.0g、ヘキサン50ml、アリルトリエトキシシラン0.1gを混合し、一晩攪拌した。酸化チタン粒子を吸引ろ過後、ヘキサンで洗浄し、100℃のオーブンで真空乾燥して処理済み酸化チタン粒子を得た。処理済み酸化チタン粒子のXPSスペクトルを図15に示す。Si2sおよびSi2pのピークが図12では確認できないが、図15では現れており、表面にアリルトリエトキシシランが担持されたことがわかる。しかしその程度は、実施例3の図13と比べ小さいものであった。処理済み酸化チタン粒子のSEM写真を図16に示す。図16の粒子表面は図14Aのものと比べ滑らかになっており、表面にアリルトリエトキシシランが担持されたことがわかる。しかしその程度は図14Bほどではないことがわかる。
チタン酸バリウム粒子(平均粒径0.9μm)1.0g、ヘキサン50ml、参考例3のポリマー0.1gを混合し、一晩攪拌した。チタン酸バリウム粒子を吸引ろ過後、ヘキサンで洗浄し、100℃のオーブンで真空乾燥して処理済みチタン酸バリウム粒子を得た。ここで用いた未処理チタン酸バリウム粒子のXPSスペクトルを図17〜20に、処理済みチタン酸バリウム粒子のXPSスペクトルを図21〜24に示す。Si2sおよびSi2pのピークが図17では確認できないが、図21では現れており、また、O1sピークの拡大図(図18,図22)において、参考例3のポリマーのシロキサン結合に由来する新たなピークが図22で観察されている。図19と23、および図20と24を比較すると、処理前と処理後でBa3dとTi2pのピークに変化はない。以上のことから、表面にポリマーが担持されたことがわかる。
ビス(ジメチルビニルシロキシ)メチルシラン0.83g(サンプル1)、3.74g(サンプル2,3)、4.98g(サンプル4,5)、0.03g(サンプル6)、9.96g(サンプル7)を50mlのTHFに溶解する以外は参考例3と同様な方法で分岐ポリマーを合成した。得られた各ポリマーの分子量を表2に示す。これらのポリマーを用い、ヘキサン50ml中に0.1g(サンプル1,2,4,6,7)、0.2g(サンプル3,5)を混合する以外は実施例3に示す同様な方法で、粒径1μmの酸化チタン表面にポリマーを被覆した。それぞれの処理済み酸化チタン粒子表面に被覆されたポリマー被覆量を表2に示す。なお、ポリマー被覆量の測定方法は、酸化チタン粒子の処理前と処理後の重量を測定し算出したものである。
試験管に1gのチタン酸バリウム粒子を入れ、さらに17mlのメチルエチルケトンを加えたものを2本用意した。その1本に参考例3のハイパーブランチポリシロキサンを0.1g加えた。2本の試験管を5分間強振攪拌した後、24時間後に撮影したのが図25である。ハイパーブランチポリシロキサンを加えた左の試験管ではチタン酸バリウム粒子の沈降は起きないが、ハイパーブランチポリシロキサンを加えなかった右の試験管ではチタン酸バリウム粒子は沈降してしまっている。以上のことから、ハイパーブランチポリシロキサンが無機金属酸化物粒子を分散させる高い能力を持っていることがわかる。
ガラス表面に対するハイパーブランチポリシロキサンの密着性の検討
あらかじめ洗浄液と純水で洗浄したガラス基板を、飽和水酸化カリウムエタノール溶液に2時間浸し、超音波洗浄器を用いて純水で三回洗浄した後、クリーンベンチ内で自然乾燥させた。前記親水性処理したガラス基板を参考例3のハイパーブランチポリシロキサンのヘキサン溶液に所定時間浸し、大量のヘキサンとアセトンで順次洗浄した後、クリーンベンチ内で自然乾燥させた。純水を用いて静的接触角を測定した。さらに表3に示すサンプル5,6,7の処理を行い、静的接触角を測定した。結果を表3に示す。表から明らかなようにハイパーブランチポリマーはガラス表面と強固に密着していることがわかる。
Claims (10)
- ポリマーの分子量が1000〜80000の範囲内であることを特徴とする請求項1記載のポリマー被覆金属酸化物。
- 金属酸化物が、ガラス、シリカゲル、酸化チタン、チタン酸バリウム、インジウムチンオキシド(ITO)、酸化アルミニウム、酸化ニッケル、酸化鉄の単独、もしくは2種以上を組み合わせたものであることを特徴とする請求項1記載のポリマー被覆金属酸化物。
- 金属酸化物が粒状、糸状、板状の単独、もしくは2種以上を組み合わせたものであることを特徴とする請求項1記載のポリマー被覆金属酸化物。
- ポリマーの被覆量が金属酸化物1g当たり0.005〜0.2gの範囲内であることを特徴とする請求項1記載のポリマー被覆金属酸化物。
- ポリマーの分子量が1000〜80000の範囲内であることを特徴とする請求項6記載のポリマー被覆金属酸化物の製造方法。
- 金属酸化物が、ガラス、シリカゲル、酸化チタン、チタン酸バリウム、インジウムチンオキシド(ITO)、酸化アルミニウム、酸化ニッケル、酸化鉄の単独、もしくは2種以上を組み合わせたものであることを特徴とする請求項6記載のポリマー被覆金属酸化物の製造方法。
- 金属酸化物が粒状、糸状、板状の単独、もしくは2種以上を組み合わせたものであることを特徴とする請求項6記載のポリマー被覆金属酸化物の製造方法。
- ポリマーの被覆量が金属酸化物1g当たり0.005〜0.2gの範囲内であることを特徴とする請求項6記載のポリマー被覆金属酸化物の製造方法。
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