JP5038636B2 - Titanium oxide / polymer composite and method for producing the same - Google Patents

Titanium oxide / polymer composite and method for producing the same Download PDF

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本発明は、光触媒や燃料電池触媒として有用な酸化チタンと直鎖状ポリエチレンイミン骨格を有するポリマーとからなる酸化チタン/ポリマー複合体及びその製法に関するものであり、より詳しくは、ナノファイバー状ネットワーク又は球状粒子のネットワークであることを特徴とする酸化チタン/ポリマー複合体、及び50℃以下の穏和な条件で該構造を持つ複合体を得ることが出来る、その製法に関するものである。   The present invention relates to a titanium oxide / polymer composite composed of titanium oxide useful as a photocatalyst or a fuel cell catalyst and a polymer having a linear polyethyleneimine skeleton, and a process for producing the same. The present invention relates to a titanium oxide / polymer composite characterized by being a network of spherical particles, and a method for producing the composite having the structure under mild conditions of 50 ° C. or lower.

先端材料において、酸化チタンは従来の白色顔料、高屈折率材料と異なる応用物性を示すことで、ますます注目を集めている(例えば、非特許文献1参照。)。例えば、光触媒又は色素増感触媒機能では、酸化チタンは群を抜いた触媒材料であり、次世代型光触媒デバイス、太陽電池への応用分野での期待が大きい。また、エネルギー問題で大きな注目を集める燃料電池でも、酸化チタンに白金ナノ粒子を埋め込んだ電極層研究開発が脚光を浴びている。燃料電池の実用化には、水素製造が要求されるが、その水素製造用触媒でも、酸化チタン・白金のコンポジットが有力な候補となっている。   Among advanced materials, titanium oxide is attracting more and more attention because it exhibits different physical properties from conventional white pigments and high refractive index materials (see Non-Patent Document 1, for example). For example, in the photocatalyst or dye-sensitized catalyst function, titanium oxide is an outstanding catalyst material, and is highly expected in the field of application to next-generation photocatalytic devices and solar cells. In addition, even in fuel cells that have attracted a great deal of attention in terms of energy problems, research and development of electrode layers in which platinum nanoparticles are embedded in titanium oxide have attracted attention. Hydrogen production is required for the practical use of fuel cells, but titanium oxide / platinum composites are also promising candidates for hydrogen production catalysts.

酸化チタンのこれらの応用では、酸化チタン単独での機能発揮は不可能であり、他の材料との複合化が必要とされ、又、酸化チタンのナノ次元での形状体制御も応用展開の前提条件である。例えば、光触媒として用いるには、酸化チタンそのものの紫外線吸収を可視光吸収へ変換させることが要求される。従って、多くの研究では、酸化チタン中に不純物ともいわれるほどの窒素ドーピング、有機成分のドーピング、金属ナノ粒子のドーピング等が検討されている。酸化チタン中にこれらのドーピングを行うには、従来、煩雑なプロセスが必要であり、酸化チタン製造段階で、様々なドーピングが容易に行われるような酸化チタンの構造を設計することは重要な課題である。また、燃料電池、太陽電池での酸化チタン応用では、酸化チタンがナノドメインを持つネットワークであることが要求されており、多くの例では、酸化チタンナノ粒子を焼成することで、粒子の融合によるネットワークを構成させる方法がとられている。酸化チタン製造段階で、得られる酸化チタンをファイバー状ネットワークまたは球状粒子のネットワークに仕上げることは酸化チタンの応用での鍵でもある。   In these applications of titanium oxide, it is impossible to demonstrate the function of titanium oxide alone, and it is necessary to combine it with other materials. In addition, control of the shape of titanium oxide in the nano-dimensions is a prerequisite for application development. It is a condition. For example, for use as a photocatalyst, it is required to convert the ultraviolet absorption of titanium oxide itself into visible light absorption. Therefore, in many studies, nitrogen doping, which is also called an impurity in titanium oxide, doping of organic components, doping of metal nanoparticles, and the like have been studied. In order to perform such doping in titanium oxide, conventionally, a complicated process is required, and it is an important issue to design a structure of titanium oxide so that various dopings can be easily performed in the titanium oxide manufacturing stage. It is. In addition, in the application of titanium oxide in fuel cells and solar cells, it is required that the titanium oxide is a network having nanodomains. In many cases, the titanium oxide nanoparticles are fired to form a network by fusing the particles. The method of configuring is taken. Finishing the resulting titanium oxide into a fiber network or a network of spherical particles at the titanium oxide production stage is also the key to the application of titanium oxide.

一方、酸化チタンのナノファイバー、ナノチューブ又はナノ粒子に関する技術は多く知られている(例えば、非特許文献2〜4参照。)。しかしながら、それらに金属又は有機物質を簡単に取り入れることができる機能を有するポリマーが含まれた酸化チタン/ポリマー複合体は知られてない。即ち、機能性物質、例えば、金属、色素などを自発的に取り込む機能を有する酸化チタンを開発することは、酸化チタンの産業利用には欠かせない解決すべき課題である。   On the other hand, many techniques relating to titanium oxide nanofibers, nanotubes, or nanoparticles are known (for example, see Non-Patent Documents 2 to 4). However, titanium oxide / polymer composites containing a polymer having a function capable of easily incorporating a metal or an organic substance into them are not known. That is, the development of titanium oxide having a function of spontaneously incorporating functional substances such as metals and pigments is a problem to be solved that is essential for industrial use of titanium oxide.

A.L.Linsebiger et al.、Chem.Rev.1995年、第95巻、735頁A. L. Linsebiger et al. Chem. Rev. 1995, 95, 735 S.Kobayashi et al.、Chem.Mater.2000年、第12巻、1523頁S. Kobayashi et al. Chem. Mater. 2000, Vol. 12, p. 1523 Adachi et al,Langmuir、1999年、15巻、7097頁Adachi et al, Langmuir, 1999, 15, 7097 D.Pan et al.、Adv.Mater.2005年、第17巻、1991頁D. Pan et al. Adv. Mater. 2005, Vol. 17, 1991

本発明が解決しようとする課題は、金属や有機物質等の機能性物質を取り込むことができるポリマーと酸化チタンとが、ナノメートルオーダーの層状構造を持って複合化した、酸化チタン/ポリマー複合体及び該複合体の簡便で短時間で製造可能な方法を提供することにある。   The problem to be solved by the present invention is a titanium oxide / polymer composite in which a polymer capable of incorporating a functional substance such as a metal or an organic substance and titanium oxide are combined with a layered structure of nanometer order. Another object of the present invention is to provide a simple and short-time method for producing the complex.

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討したところ、直鎖状ポリエチレンイミン骨格を有するポリマーと酸化チタンとがナノ層状構造を有する複合体を形成しうること、又、直鎖状ポリエチレンイミン骨格を有するポリマーを水性溶剤中で結晶性会合体に成長させてから、前記結晶性会合体と水溶性チタン化合物とを接触させることにより、酸化チタン/ポリマー複合体を温和な条件下で製造できることを見出し、本発明を完成した。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that a polymer having a linear polyethyleneimine skeleton and titanium oxide can form a composite having a nanolayer structure, and that linear polyethylene A titanium oxide / polymer composite is produced under mild conditions by growing a polymer having an imine skeleton into a crystalline aggregate in an aqueous solvent and then bringing the crystalline aggregate into contact with a water-soluble titanium compound. The present invention has been completed by finding out what can be done.

即ち、本発明は、直鎖状ポリエチレンイミン骨格を有するポリマー(A)と酸化チタン(B)とがナノ層状構造を有することを特徴とする酸化チタン/ポリマー複合体を提供するものである。   That is, the present invention provides a titanium oxide / polymer composite characterized in that the polymer (A) having a linear polyethyleneimine skeleton and the titanium oxide (B) have a nanolayer structure.

更に、本発明は、直鎖状ポリエチレンイミン骨格を有するポリマー(A)と酸化チタン(B)とがナノ層状構造を有する複合体の製造方法であって、
(i)直鎖状ポリエチレンイミン骨格を有するポリマー(A)を水性溶剤中で結晶性会合体に成長させる工程と、
(ii)前記結晶性会合体と水溶性チタン化合物(C)とを接触させて、酸化チタン(B)の生成とポリマー(A)との複合化を行う工程、
とを有することを特徴とする酸化チタン/ポリマー複合体の製造方法をも提供するものである。
Furthermore, the present invention is a method for producing a composite in which a polymer (A) having a linear polyethyleneimine skeleton and a titanium oxide (B) have a nanolayer structure,
(I) a step of growing a polymer (A) having a linear polyethyleneimine skeleton into a crystalline aggregate in an aqueous solvent;
(Ii) contacting the crystalline aggregate with the water-soluble titanium compound (C) to form titanium oxide (B) and combine it with the polymer (A);
The present invention also provides a method for producing a titanium oxide / polymer composite characterized by comprising:

本発明の直鎖状ポリエチレンイミン骨格をもつポリマーと酸化チタンとの複合体は、数ナノメートルの層間距離を該複合構造中に有し、かつ形状においては、ファイバー又は球状粒子を基本ユニットとする三次元網目構造を形成する。このような複合体中、酸化チタンはアナターゼ型ナノ結晶ドメインを形成し、ポリマーはそれら酸化チタンナノドメイン同士にサンドイッチされた状態で存在する。このような構造・形態は直鎖状ポリエチレンイミン骨格を持つポリマーの結晶性会合体を介することで容易に制御できる。   The composite of a polymer having a linear polyethyleneimine skeleton of the present invention and titanium oxide has an interlayer distance of several nanometers in the composite structure, and has a fiber or a spherical particle as a basic unit in shape. A three-dimensional network structure is formed. In such a complex, titanium oxide forms anatase-type nanocrystal domains, and the polymer exists in a state of being sandwiched between the titanium oxide nanodomains. Such a structure / morphology can be easily controlled through a crystalline aggregate of a polymer having a linear polyethyleneimine skeleton.

また、本発明の直鎖状ポリエチレンイミン骨格をもつポリマーと酸化チタンとの複合体の形成において、そのポリマー中に機能性物質、例えば、蛍光性物質などを含有させることが可能であり、含有させた該機能性物質に由来する機能を複合体に発現させることもできる。   Further, in the formation of the composite of the polymer having a linear polyethyleneimine skeleton of the present invention and titanium oxide, a functional substance such as a fluorescent substance can be contained in the polymer. In addition, a function derived from the functional substance can be expressed in the complex.

また、本発明の直鎖状ポリエチレンイミン骨格をもつポリマーと酸化チタンとの複合体において、そのポリマー中に金属イオンを含有させることも可能であり、有機金属錯体が複合された複合体として機能することができる。   In addition, in the composite of the polymer having a linear polyethyleneimine skeleton of the present invention and titanium oxide, the polymer can contain a metal ion, and functions as a composite in which an organometallic complex is combined. be able to.

更にまた、本発明の複合体には、直鎖状ポリエチレンイミン骨格を有するポリマーを含有することから、金属錯体形成用錯化剤、貴金属還元用の還元剤、有機酸性物質とのイオンコンプレックス形成などの機能を有するため、産業上の利用分野が広く、バイオ分野やナノ材料など先端材料開発、例えば、導電性材料、金属ナノファイバー、酸化金属ナノファイバー、生物高分子のキャリアー、防菌剤、殺菌剤、抗ウイルス、化粧品など多くの領域にも利用が可能である。   Furthermore, since the composite of the present invention contains a polymer having a linear polyethyleneimine skeleton, a complexing agent for forming a metal complex, a reducing agent for reducing a noble metal, formation of an ion complex with an organic acidic substance, etc. Because of its functions, it is widely used in industrial fields, and is developed for advanced materials such as biotechnology and nanomaterials. It can also be used in many areas such as drugs, antivirals, and cosmetics.

更に、本発明の複合体中のポリマーは、ポリエチレンイミンとしての固有機能を発揮することができるため、該複合体中には、金属ナノ粒子、金属錯体、有機酸性色素などを容易に導入することが可能となる。即ち、本発明の酸化チタン/ポリマー複合体は、光触媒、光増感型太陽電池部材、水素発生触媒、水素ソース系燃料電池部材として用いることが可能となる。   Furthermore, since the polymer in the complex of the present invention can exhibit the intrinsic function as polyethyleneimine, metal nanoparticles, metal complexes, organic acid dyes, etc. can be easily introduced into the complex. Is possible. That is, the titanium oxide / polymer composite of the present invention can be used as a photocatalyst, a photosensitized solar cell member, a hydrogen generation catalyst, or a hydrogen source fuel cell member.

又、本発明の酸化チタン/ポリマー複合体は、その形状を維持したまま、含まれるポリマーを焼結により簡単に除去できる。従って、ファイバー又は球状粒子のネットワーク形状を持った、純粋な酸化チタンアナターゼ、又はルチル結晶に変換することができるので、触媒、電子材料、ナノフィルターなどの用途にも応用できる。   In addition, the titanium oxide / polymer composite of the present invention can be easily removed by sintering while maintaining its shape. Therefore, since it can be converted into a pure titanium oxide anatase or rutile crystal having a network shape of fibers or spherical particles, it can be applied to applications such as catalysts, electronic materials, and nanofilters.

本発明の複合体は、直鎖状ポリエチレンイミン骨格を有するポリマー(A)と酸化チタン(A)とが一定のナノメートールオーダーの層間距離を持ちながら複合されたものであり、好ましくはそれがファイバー状又は球状粒子の形状を基にネットワーク構造を有するものである。   The composite of the present invention is a composite in which a polymer (A) having a linear polyethyleneimine skeleton and titanium oxide (A) are combined while having a constant nanometer order interlayer distance. It has a network structure based on the shape of a spherical or spherical particle.

生体系での無機酸化物の多くは、生体ポリマー、例えば、塩基性ポリペプチト、タンパク質、又はポリアミンの組織体(会合体)をテンプレートとし、それらの生体ポリマーが含まれた形で複雑かつ精密パターンを形成する。本発明は、生物のこの様なプロセスを模倣し、機能性ポリマー会合体をテンプレートとして用い、その存在下で酸化チタン生成を行うことで、酸化チタン/ポリマーの複合体が得られるという知見に基づくものである。   Many inorganic oxides in biological systems are complex and precise patterns in which biopolymers, for example, basic polypeptides, proteins, or polyamine tissues (aggregates) are used as templates and those biopolymers are included. Form. The present invention is based on the knowledge that a titanium oxide / polymer complex can be obtained by imitating such a process of living organisms, using a functional polymer aggregate as a template, and generating titanium oxide in the presence thereof. Is.

本発明では、前記機能性ポリマー会合体として、直鎖状ポリエチレンイミン骨格を持つポリマー(A)を用いたものであり、該ポリマー(A)が水性溶剤中で容易に結晶性会合体を形成することを応用して、該結晶性会合体を介した酸化チタン生成を行ったものである。この様にして得られる酸化チタン(B)はポリマー(A)と複合化され、かつ、一定の形状を伴っており、その形状としては、ファイバーを特徴とするネットワーク、又は球状粒子を特徴とするネットワークなどが挙げられるが、これらはポリマー(A)の結晶性会合体形成の条件を変えることで、容易に制御することが可能である。   In the present invention, a polymer (A) having a linear polyethyleneimine skeleton is used as the functional polymer aggregate, and the polymer (A) easily forms a crystalline aggregate in an aqueous solvent. This is applied to produce titanium oxide via the crystalline aggregate. The titanium oxide (B) obtained in this way is combined with the polymer (A) and has a certain shape, which is characterized by a network characterized by fibers or spherical particles. Examples thereof include a network, and these can be easily controlled by changing the conditions for forming the crystalline aggregate of the polymer (A).

[直鎖状ポリエチレンイミン骨格を有するポリマー(A)]
本発明でいう直鎖状ポリエチレンイミン骨格とは、二級アミンのエチレンイミン単位を主たる構造単位とするポリマー骨格をいう。該骨格中においては、エチレンイミン単位以外の構造単位が存在していてもよいが、水性溶剤中で効率的に結晶性会合体を形成させるためには、ポリマー鎖の一定鎖長が連続的なエチレンイミン単位であることが好ましい。該直鎖状ポリエチレンイミン骨格の長さは、該骨格を有するポリマー(A)が結晶性会合体を形成できる範囲であれば特に制限されないが、好適に結晶性会合体を形成することが出来る点から、該骨格部分のエチレンイミン単位の繰り返し単位数が10〜10,000の範囲であることが好ましく、特に20〜8,000の範囲であることが好ましい。
[Polymer having linear polyethyleneimine skeleton (A)]
The linear polyethyleneimine skeleton as used in the present invention refers to a polymer skeleton having an ethyleneimine unit of a secondary amine as a main structural unit. In the skeleton, structural units other than the ethyleneimine unit may exist, but in order to form a crystalline association efficiently in an aqueous solvent, a constant chain length of the polymer chain is continuous. An ethyleneimine unit is preferred. The length of the linear polyethyleneimine skeleton is not particularly limited as long as the polymer (A) having the skeleton can form a crystalline aggregate, but the crystalline aggregate can be suitably formed. Therefore, the number of repeating units of the ethyleneimine unit in the skeleton is preferably in the range of 10 to 10,000, particularly preferably in the range of 20 to 8,000.

本発明において使用する直鎖状ポリエチレンイミン骨格を有するポリマー(A)は、その構造中に直鎖状ポリエチレンイミン骨格を有するものであり、水性溶剤中で結晶性会合体を与えることができるものであればよく、その形状が線状、星状又は櫛状であっても良い。   The polymer (A) having a linear polyethyleneimine skeleton used in the present invention has a linear polyethyleneimine skeleton in its structure and can give a crystalline aggregate in an aqueous solvent. Any shape may be used, and the shape may be linear, star or comb.

また、これら線状、星状または櫛状のポリマーは、直鎖状ポリエチレンイミン骨格のみからなるものであっても、直鎖状ポリエチレンイミン骨格からなるブロック〔以下、ポリエチレンイミンブロック(a1)と略記する。〕と他のポリマーブロック(a2)とのブロックコポリマーからなるものであってもよい。他のポリマーブロック(a2)としては、例えば、ポリエチレングリコール、ポリプロピオニルエチレンイミン、ポリアクリルアミドなどの水溶性のポリマーブロック、あるいは、ポリスチレン、ポリオキサゾリン類のポリフェニルオキサゾリン、ポリオクチルオキサゾリン、ポリドデシルオキサゾリン、ポリアクリレート類のポリメチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレートなどの疎水性のポリマーブロックを挙げることができる。これらの他のポリマーブロック(a2)とのブロックコポリマーとすることで、ポリマー(A)の結晶性会合体の形状や特性を調整することが可能となる。   Further, these linear, star-like or comb-like polymers may be composed only of a linear polyethyleneimine skeleton, or may be a block composed of a linear polyethyleneimine skeleton [hereinafter abbreviated as polyethyleneimine block (a1). To do. ] And another polymer block (a2). Examples of the other polymer block (a2) include water-soluble polymer blocks such as polyethylene glycol, polypropionylethyleneimine, and polyacrylamide, or polystyrene, polyoxazolines such as polyphenyloxazoline, polyoctyloxazoline, polydodecyloxazoline, Mention may be made of hydrophobic polymer blocks such as polyacrylates such as polymethyl methacrylate and polybutyl methacrylate. By using a block copolymer with these other polymer blocks (a2), the shape and characteristics of the crystalline aggregate of the polymer (A) can be adjusted.

直鎖状ポリエチレンイミン骨格を有するポリマー(A)が、ブロックコポリマーである場合の該ポリマー(A)中におけるポリエチレンイミンブロック(a1)の割合としては、結晶性会合体を形成できる範囲であれば特に制限されないが、好適に該結晶性会合体を形成できる点から、ポリマー(A)中のポリエチレンイミンブロック(a1)の割合は通常25〜100モル%であり、40モル%以上であることが好ましく、50モル%以上であることが特に好ましい。   When the polymer (A) having a linear polyethyleneimine skeleton is a block copolymer, the proportion of the polyethyleneimine block (a1) in the polymer (A) is particularly within the range that can form a crystalline aggregate. Although not limited, the proportion of the polyethyleneimine block (a1) in the polymer (A) is usually 25 to 100 mol%, preferably 40 mol% or more, from the viewpoint that the crystalline aggregate can be suitably formed. , 50 mol% or more is particularly preferable.

直鎖状ポリエチレンイミン骨格を有するポリマー(A)の製造方法としては、特に限定されるものではないが、工業的製法に優れる点からは、その前駆体となるポリオキサゾリン類からなる直鎖状の骨格を有するポリマー(以下、前駆体ポリマーと略記する。)を、酸性条件下またはアルカリ条件下で加水分解する方法を用いることが好ましい。即ち、直鎖状ポリエチレンイミン骨格を有するポリマー(A)の線状、星状、または櫛状などの形状は、この前駆体ポリマーの形状を制御することで容易に設計することができる。また、ポリマー(A)の重合度や末端構造も、前駆体ポリマーの重合度や末端機能団を制御することで容易に調整できる。さらに、直鎖状ポリエチレンイミン骨格を有するポリマー(A)がブロックコポリマーである場合には、前駆体ポリマーをブロックコポリマーとし、該前駆体ポリマー中のポリオキサゾリン類からなる直鎖状の骨格を選択的に加水分解することで得ることができる。   The production method of the polymer (A) having a linear polyethyleneimine skeleton is not particularly limited. However, from the viewpoint of excellent industrial production method, a linear chain composed of polyoxazolines as precursors thereof is used. It is preferable to use a method of hydrolyzing a polymer having a skeleton (hereinafter abbreviated as a precursor polymer) under acidic conditions or alkaline conditions. That is, the shape of the polymer (A) having a linear polyethyleneimine skeleton such as a linear shape, a star shape, or a comb shape can be easily designed by controlling the shape of the precursor polymer. Moreover, the polymerization degree and terminal structure of the polymer (A) can be easily adjusted by controlling the polymerization degree and terminal functional group of the precursor polymer. Furthermore, when the polymer (A) having a linear polyethyleneimine skeleton is a block copolymer, the precursor polymer is used as a block copolymer, and the linear skeleton composed of polyoxazolines in the precursor polymer is selectively used. It can be obtained by hydrolysis.

前駆体ポリマーは、オキサゾリン類のモノマーを使用して、カチオン型の重合法、あるいは、マクロモノマー法などの合成方法により合成が可能であり、合成方法や重合開始剤を適宜選択することにより、線状、星状、あるいは櫛状などの各種形状の前駆体ポリマーが得られる。   The precursor polymer can be synthesized by using a monomer such as an oxazoline by a cationic polymerization method or a synthesis method such as a macromonomer method, and by appropriately selecting a synthesis method and a polymerization initiator, Precursor polymers having various shapes such as a star shape, a star shape, or a comb shape are obtained.

オキサゾリン類のモノマーとしては、例えば、メチルオキサゾリン、エチルオキサゾリン、メチルビニルオキサゾリン、フェニルオキサゾリンなどを挙げることができる。   Examples of the oxazoline monomers include methyl oxazoline, ethyl oxazoline, methyl vinyl oxazoline, and phenyl oxazoline.

重合開始剤としては、分子中に塩化アルキル基、臭化アルキル基、ヨウ化アルキル基、トルエンスルホニルオキシ基、あるいはトリフルオロメチルスルホニルオキシ基などの官能基を有する化合物を使用できる。これら重合開始剤は、多くのアルコール類化合物の水酸基を他の官能基に変換させることで得られる。なかでも、官能基変換として、臭素化、ヨウ素化、トルエンスルホン酸化、およびトリフルオロメチルスルホン酸化されたものは重合開始効率が高いため好ましく、特に臭化アルキル、トルエンスルホン酸アルキルに変換させたものが好ましい。   As the polymerization initiator, a compound having a functional group such as an alkyl chloride group, an alkyl bromide group, an alkyl iodide group, a toluenesulfonyloxy group, or a trifluoromethylsulfonyloxy group in the molecule can be used. These polymerization initiators can be obtained by converting the hydroxyl groups of many alcohol compounds into other functional groups. Of these, brominated, iodinated, toluene sulfonated, and trifluoromethyl sulfonated functional groups are preferred because of their high polymerization initiation efficiency, especially those converted to alkyl bromides and toluene sulfonates. Is preferred.

また、ポリ(エチレングリコール)の末端水酸基を臭素あるいはヨウ素に変換したもの、またはトルエンスルホニル基に変換したものを重合開始剤として使用することもできる。その場合、ポリ(エチレングリコール)の重合度は5〜100の範囲であることが好ましく、10〜50の範囲であることが特に好ましい。   Moreover, what converted the terminal hydroxyl group of poly (ethylene glycol) into bromine or iodine, or converted into a toluenesulfonyl group can also be used as a polymerization initiator. In that case, the degree of polymerization of poly (ethylene glycol) is preferably in the range of 5 to 100, and particularly preferably in the range of 10 to 50.

また、カチオン開環リビング重合開始能を有する官能基を有し、かつ光による発光機能、エネルギー移動機能、電子移動機能を有するポルフィリン骨格、フタロシアニン骨格、またはピレン骨格等を有する色素類を用いた場合には、得られるポリマーや複合体に、開始剤として用いた化合物由来の特殊な機能を付与することができる。   In addition, when using a dye having a functional group having the ability to initiate cationic ring-opening living polymerization and having a light-emitting function by light, an energy transfer function, an electron transfer function, a porphyrin skeleton, a phthalocyanine skeleton, or a pyrene skeleton Can give a special function derived from the compound used as an initiator to the resulting polymer or composite.

線状の前駆体ポリマーは、上記オキサゾリン類のモノマーを1価又は2価の官能基を有する重合開始剤により重合することで得られる。このような重合開始剤としては、例えば、塩化メチルベンゼン、臭化メチルベンゼン、ヨウ化メチルベンゼン、トルエンスルホン酸メチルベンゼン、トリフルオロメチルスルホン酸メチルベンゼン、臭化メタン、ヨウ化メタン、トルエンスルホン酸メタンまたはトルエンスルホン酸無水物、トリフルオロメチルスルホン酸無水物、5−(4−ブロモメチルフェニル)−10,15,20−トリ(フェニル)ポルフィリン、またはブロモメチルピレンなどの1価のもの、ジブロモメチルベンゼン、ジヨウ化メチルベンゼン、ジブロモメチルビフェニレン、またはジブロモメチルアゾベンゼンなどの2価のものが挙げられる。また、ポリ(メチルオキサゾリン)、ポリ(エチルオキサゾリン)、または、ポリ(メチルビニルオキサゾリン)などの工業的に使用されている線状のポリオキサゾリンを、そのまま前駆体ポリマーとして使用することもできる。   The linear precursor polymer can be obtained by polymerizing the above oxazoline monomers with a polymerization initiator having a monovalent or divalent functional group. Examples of such a polymerization initiator include methyl benzene, methyl benzene bromide, methyl benzene iodide, methyl benzene toluene sulfonate, methyl benzene trifluoromethyl sulfonate, methane bromide, methane iodide, toluene sulfonic acid. Monovalent ones such as methane or toluenesulfonic anhydride, trifluoromethylsulfonic anhydride, 5- (4-bromomethylphenyl) -10,15,20-tri (phenyl) porphyrin, or bromomethylpyrene, dibromo Divalent ones such as methylbenzene, diiodomethylbenzene, dibromomethylbiphenylene, or dibromomethylazobenzene can be mentioned. In addition, linear polyoxazolines that are industrially used such as poly (methyloxazoline), poly (ethyloxazoline), or poly (methylvinyloxazoline) can be used as a precursor polymer as they are.

星状の前駆体ポリマーは、上記したようなオキサゾリン類のモノマーを3価以上の官能基を有する重合開始剤により重合することで得られる。3価以上の重合開始剤としては、例えば、トリブロモメチルベンゼン、などの3価のもの、テトラブロモメチルベンゼン、テトラ(4−クロロメチルフェニル)ポルフィリン、テトラブロモエトキシフタロシアニンなどの4価のもの、ヘキサブロモメチルベンゼン、テトラ(3,5−ジトシリルエチルオキシフェニル)ポルフィリンなどの5価以上のものが挙げられる。   The star-shaped precursor polymer can be obtained by polymerizing the above oxazoline monomers with a polymerization initiator having a trivalent or higher functional group. Examples of the trivalent or higher polymerization initiator include trivalent compounds such as tribromomethylbenzene, tetravalent compounds such as tetrabromomethylbenzene, tetra (4-chloromethylphenyl) porphyrin, and tetrabromoethoxyphthalocyanine. A pentavalent or higher valent compound such as hexabromomethylbenzene and tetra (3,5-ditosilylethyloxyphenyl) porphyrin can be used.

櫛状の前駆体ポリマーを得るためには、多価の重合開始基を有する線状のポリマーを用いて、該重合開始基からオキサゾリン類のモノマーを重合させることができるが、例えば、通常のエポキシ樹脂やポリビニルアルコールなどの側鎖に水酸基を有するポリマーの水酸基を、臭素やヨウ素等でハロゲン化するか、あるいはトルエンスルホニル基に変換させた後、該変換部分を重合開始基として用いることでも得ることができる。   In order to obtain a comb-like precursor polymer, a linear polymer having a polyvalent polymerization initiating group can be used to polymerize monomers of oxazolines from the polymerization initiating group. It can also be obtained by halogenating the hydroxyl group of a polymer having a hydroxyl group in the side chain such as resin or polyvinyl alcohol with bromine or iodine, or converting it to a toluenesulfonyl group and then using the converted moiety as a polymerization initiating group. Can do.

また、櫛状の前駆体ポリマーを得る方法として、ポリアミン型重合停止剤を用いることもできる。例えば、一価の重合開始剤を用い、オキサゾリンを重合させ、そのポリオキサゾリンの末端をポリエチレンイミン、ポリビニルアミン、ポリプロピルアミンなどのポリアミンのアミノ基に結合させることで、櫛状のポリオキサゾリンを得ることができる。   As a method for obtaining a comb-like precursor polymer, a polyamine type polymerization terminator can also be used. For example, a monovalent polymerization initiator is used to polymerize oxazoline, and the end of the polyoxazoline is bonded to the amino group of a polyamine such as polyethyleneimine, polyvinylamine, or polypropylamine to obtain a comb-shaped polyoxazoline. Can do.

上記により得られる前駆体ポリマーのポリオキサゾリン類からなる直鎖状の骨格の加水分解は、酸性条件下またはアルカリ条件下のいずれの条件下でもよい。   Hydrolysis of the linear skeleton composed of the polyoxazolines of the precursor polymer obtained as described above may be carried out under either acidic conditions or alkaline conditions.

酸性条件下での加水分解反応としては、例えば、塩酸水溶液中で前駆体ポリマーを加熱下で攪拌する方法が挙げられ、ポリエチレンイミン鎖を有するポリマーの塩酸塩を得ることができる。得られた塩酸塩を過剰のアンモニウム水で処理することで、塩基性のポリエチレンイミン鎖を有するポリマーの結晶粉末を得ることができる。用いる塩酸水溶液は、濃塩酸でも、1mol/L程度の水溶液でもよいが、加水分解を効率的に行うには、5mol/Lの塩酸水溶液を用いることが望ましい。また、反応温度は70〜90℃であることが好ましい。   Examples of the hydrolysis reaction under acidic conditions include a method in which a precursor polymer is stirred under heating in an aqueous hydrochloric acid solution, and a hydrochloride of a polymer having a polyethyleneimine chain can be obtained. By treating the obtained hydrochloride with an excess of aqueous ammonium, crystal powder of a polymer having a basic polyethyleneimine chain can be obtained. The hydrochloric acid aqueous solution used may be concentrated hydrochloric acid or an aqueous solution of about 1 mol / L, but it is desirable to use a 5 mol / L aqueous hydrochloric acid solution for efficient hydrolysis. Moreover, it is preferable that reaction temperature is 70-90 degreeC.

アルカリ条件下での加水分解反応としては、例えば、水酸化ナトリウム水溶液を用いる方法が挙げられ、ポリオキサゾリン鎖をポリエチレンイミン鎖に変換させることができる。アルカリ条件下で反応させた後、反応液を透析膜にて洗浄することで、過剰な水酸化ナトリウムを除去し、ポリエチレンイミン鎖を有するポリマーの結晶粉末を得ることができる。用いる水酸化ナトリウムの濃度は1〜10mol/Lの範囲であればよく、より効率的な反応を行うには3〜5mol/Lの範囲であることが好ましい。また、反応温度は70〜90℃であることが好ましい。   Examples of the hydrolysis reaction under alkaline conditions include a method using an aqueous sodium hydroxide solution, and a polyoxazoline chain can be converted into a polyethyleneimine chain. After the reaction under alkaline conditions, the reaction solution is washed with a dialysis membrane to remove excess sodium hydroxide and obtain a polymer crystal powder having a polyethyleneimine chain. The concentration of sodium hydroxide to be used may be in the range of 1 to 10 mol / L, and is preferably in the range of 3 to 5 mol / L in order to perform a more efficient reaction. Moreover, it is preferable that reaction temperature is 70-90 degreeC.

酸性条件下またはアルカリ条件下での加水分解における、酸またはアルカリの使用量としては、前駆体ポリマー中のオキサゾリン単位に対して、通常1〜10当量であり、反応効率の向上と後処理の簡便化のためには、2〜4当量とすることが好ましい。   The amount of acid or alkali used in hydrolysis under acidic or alkaline conditions is usually 1 to 10 equivalents relative to the oxazoline unit in the precursor polymer, improving reaction efficiency and simplifying post-treatment. For the purpose of conversion, it is preferably 2 to 4 equivalents.

上記加水分解により、前駆体ポリマー中のポリオキサゾリン類からなる直鎖状の骨格が、直鎖状ポリエチレンイミン骨格となり、該ポリエチレンイミン骨格を有するポリマー(A)が得られる。   By the hydrolysis, a linear skeleton composed of polyoxazolines in the precursor polymer becomes a linear polyethyleneimine skeleton, and a polymer (A) having the polyethyleneimine skeleton is obtained.

また、ポリエチレンイミンブロック(a1)と他のポリマーブロック(a2)とのブロックコポリマーを形成する場合には、前駆体ポリマーをポリオキサゾリン類からなる直鎖状のポリマーブロックと、他のポリマーブロック(a2)とからなるブロックコポリマーとし、該前駆体ポリマー中のポリオキサゾリン類からなる直鎖状のポリマーブロックを選択的に加水分解する方法が挙げられる。   When forming a block copolymer of the polyethyleneimine block (a1) and the other polymer block (a2), the precursor polymer is a linear polymer block made of polyoxazolines and another polymer block (a2). And a method of selectively hydrolyzing a linear polymer block composed of polyoxazolines in the precursor polymer.

他のポリマーブロック(a2)が、ポリ(N−プロピオニルエチレンイミン)などの水溶性ポリマーブロックである場合には、ポリ(N−プロピオニルエチレンイミン)が、ポリ(N−ホルミルエチレンイミン)やポリ(N−アセチルエチレンイミン)に比べて、有機溶剤への溶解性が高いことを利用してブロックコポリマーを形成することができる。即ち、2−オキサゾリンまたは2−メチル−2−オキサゾリンを、前記した重合開始剤の存在下でカチオン開環リビング重合した後、得られたリビングポリマーに、さらに2−エチル−2−オキサゾリンを重合させることによって、ポリ(N−ホルミルエチレンイミン)ブロックまたはポリ(N−アセチルエチレンイミン)ブロックと、ポリ(N−プロピオニルエチレンイミン)ブロックとからなる前駆体ポリマーを得ることが出来る。該前駆体ポリマーを水に溶解させ、該水溶液にポリ(N−プロピオニルエチレンイミン)ブロックを溶解する水とは非相溶の有機溶剤を混合して攪拌することによりエマルジョンを形成する。この後、該エマルジョンの水相に、酸またはアルカリを添加することによりポリ(N−ホルミルエチレンイミン)ブロックまたはポリ(N−アセチルエチレンイミン)ブロックを優先的に加水分解させることにより、ポリエチレンイミンブロック(a1)と、ポリ(N−プロピオニルエチレンイミン)ブロックとを有するブロックコポリマーを形成することが出来る。   When the other polymer block (a2) is a water-soluble polymer block such as poly (N-propionylethyleneimine), poly (N-propionylethyleneimine) is converted to poly (N-formylethyleneimine) or poly ( Compared to (N-acetylethyleneimine), a block copolymer can be formed by utilizing its high solubility in an organic solvent. That is, 2-oxazoline or 2-methyl-2-oxazoline is subjected to cationic ring-opening living polymerization in the presence of the above-described polymerization initiator, and then the resulting living polymer is further polymerized with 2-ethyl-2-oxazoline. Thus, a precursor polymer composed of a poly (N-formylethyleneimine) block or a poly (N-acetylethyleneimine) block and a poly (N-propionylethyleneimine) block can be obtained. The precursor polymer is dissolved in water, and an emulsion is formed by mixing and stirring an organic solvent incompatible with water in which the poly (N-propionylethyleneimine) block is dissolved in the aqueous solution. Thereafter, the poly (N-formylethyleneimine) block or the poly (N-acetylethyleneimine) block is preferentially hydrolyzed by adding an acid or alkali to the aqueous phase of the emulsion, whereby a polyethyleneimine block is obtained. A block copolymer having (a1) and a poly (N-propionylethyleneimine) block can be formed.

ここで使用する重合開始剤の価数が1および2の場合には、直鎖状のブロックコポリマーとなり、それ以上の価数であれば星型のブロックコポリマーが得られる。また、前駆体ポリマーを多段のブロックコポリマーとすることで、得られるポリマーも多段のブロック構造とすることも可能である。   When the valence of the polymerization initiator used here is 1 or 2, a linear block copolymer is obtained. When the valence is higher than that, a star-shaped block copolymer is obtained. Further, by making the precursor polymer a multistage block copolymer, the resulting polymer can also have a multistage block structure.

[ポリマー結晶性会合体]
上記直鎖状ポリエチレンイミン骨格を有するポリマー(A)は、一次構造中の直鎖状ポリエチレンイミン骨格が、水、又は水と水溶性溶剤の混合溶液(即ち、水性溶剤)中で結晶性を発現してポリマーの結晶を形成する。該ポリマー(A)の結晶は、水の存在下でのポリマー結晶成長に伴う形態が発現され、それが会合体を形成する。またその会合体を架橋剤で架橋することにより化学的な架橋結合を有する架橋化会合体を形成することもできる。
[Polymer crystalline aggregate]
The polymer (A) having the above-described linear polyethyleneimine skeleton is such that the linear polyethyleneimine skeleton in the primary structure exhibits crystallinity in water or a mixed solution of water and a water-soluble solvent (that is, an aqueous solvent). To form polymer crystals. The crystal of the polymer (A) exhibits a form accompanying polymer crystal growth in the presence of water, and forms an aggregate. A cross-linked aggregate having chemical cross-linking can also be formed by cross-linking the aggregate with a cross-linking agent.

従来広く使用されてきたポリエチレンイミンは、環状エチレンイミンの開環重合により得られる分岐状ポリマーであり、その一次構造には一級アミン、二級アミン、三級アミンが存在する。従って、分岐状ポリエチレンイミンは水溶性であるが、結晶性は持たないため、分岐状ポリエチレンイミンを用いて結晶性会合体を作ることはできない。しかしながら本発明に使用するポリマー(A)は骨格として直鎖状ポリエチレンイミンを有するものであり、該直鎖状ポリエチレンイミンは、二級アミンだけで構成されており、加熱状態では水溶性であるが、融点以下の温度範囲では優れた結晶性を有する。   Polyethyleneimine that has been widely used heretofore is a branched polymer obtained by ring-opening polymerization of cyclic ethyleneimine, and has primary amine, secondary amine, and tertiary amine in its primary structure. Therefore, although branched polyethyleneimine is water-soluble, it does not have crystallinity, so that a crystalline aggregate cannot be formed using branched polyethyleneimine. However, the polymer (A) used in the present invention has a linear polyethyleneimine as a skeleton, and the linear polyethyleneimine is composed only of a secondary amine and is water-soluble in a heated state. In the temperature range below the melting point, it has excellent crystallinity.

このような、直鎖状ポリエチレンイミンの結晶は、そのポリマーのエチレンイミン単位に含まれる結晶水数により、ポリマー結晶構造が大きく異なることが知られている(Y.Chatani et al.、Macromolecules、1981年、第14巻、p.315−321参照)。無水のポリエチレンイミンは二重螺旋構造を特徴とする結晶構造を優先するが、モノマー単位に2分子の水が含まれると、ポリマーはzigzag構造を特徴とする結晶体に成長することが知られている。実際、水中から得られる直鎖状ポリエチレンイミンの結晶は一つのモノマー単位に2分子水を含む結晶であり、その結晶は50℃以下の温度では水中不溶である。   Such linear polyethyleneimine crystals are known to vary greatly in polymer crystal structure depending on the number of water of crystallization contained in the ethyleneimine unit of the polymer (Y. Chatani et al., Macromolecules, 1981). Year, Vol. 14, pages 315-321). Anhydrous polyethylenimine prefers a crystal structure characterized by a double helix structure, but if the monomer unit contains two molecules of water, the polymer is known to grow into a crystal characterized by a zigzag structure. Yes. Actually, the crystal of linear polyethyleneimine obtained from water is a crystal containing bimolecular water in one monomer unit, and the crystal is insoluble in water at a temperature of 50 ° C. or lower.

本発明における直鎖状ポリエチレンイミン骨格を有するポリマー(A)の結晶は、上記の場合と同様に直鎖状ポリエチレンイミン骨格の結晶発現により形成されるものであり、ポリマー形状が線状、星状、または櫛状などの形状であっても、一次構造に直鎖状ポリエチレンイミン骨格を有するものであれば、該ポリマー(A)の結晶を得ることが出来る。   The crystal of the polymer (A) having a linear polyethyleneimine skeleton in the present invention is formed by crystal expression of the linear polyethyleneimine skeleton in the same manner as described above, and the polymer shape is linear or star-shaped. Even in the shape of a comb or the like, the polymer (A) crystal can be obtained as long as it has a linear polyethyleneimine skeleton in the primary structure.

ポリマー結晶の存在はX線散乱により確認でき、即ち、広角X線回折計(WAXS)における2θ角度値で20°、27°、28°近傍の結晶性会合体中の直鎖状ポリエチレンイミン骨格に由来するピーク値により確認することができる。   The presence of the polymer crystal can be confirmed by X-ray scattering, that is, the linear polyethyleneimine skeleton in the crystalline aggregate of 20 °, 27 °, and 28 ° in terms of 2θ angle values in a wide angle X-ray diffractometer (WAXS). It can be confirmed by the derived peak value.

また、本発明におけるポリマー結晶の示差走査熱量計(DSC)における融点は、直鎖状ポリエチレンイミン骨格を有するポリマー(A)の一次構造にも依存するが、概ね55〜90℃でピークが現れる。   Moreover, although the melting point in the differential scanning calorimeter (DSC) of the polymer crystal in the present invention depends on the primary structure of the polymer (A) having a linear polyethyleneimine skeleton, a peak appears at about 55 to 90 ° C.

本発明における結晶性会合体は、その結晶を構成するポリマー構造の幾何学的な形状や、分子量、一次構造中に導入できる非エチレンイミン部分、さらにはポリマー結晶の形成条件などの影響により各種形状を取り得ることができ、例えばファイバー状、ブラシ状、星状などの形状を有する。   The crystalline aggregate in the present invention has various shapes depending on the geometrical shape of the polymer structure constituting the crystal, the molecular weight, the non-ethyleneimine moiety that can be introduced into the primary structure, and the formation conditions of the polymer crystal. For example, it has a fiber shape, a brush shape, a star shape, or the like.

上記ポリマーの結晶性会合体は、5〜30nm程度のナノメートルオーダーのファイバー状ポリマー結晶(以下、該結晶をファイバー状ナノ結晶と略記する。)を基礎とするものであり、該ファイバー状ナノ結晶表面に存在するフリーなエチレンイミン鎖により、ファイバー状ナノ結晶同士が水素結合による物理的な結合で繋がれて空間に配置され、上記したような三次元形状に成長する。これらポリマー結晶間が、さらに物理的に結合して架橋構造を形成し、該ポリマー結晶の三次元網目構造を作り上げる。これらは水の存在下で生じるため、結果的には該三次元網目構造中に水を包含したクリーム状態となる。   The polymer crystalline aggregate is based on a nanometer-order fiber-like polymer crystal (hereinafter, the crystal is abbreviated as a fiber-like nanocrystal), and the fiber-like nanocrystal. By the free ethyleneimine chain existing on the surface, the fiber-like nanocrystals are connected to each other by a physical bond by a hydrogen bond and are arranged in a space, and grow into a three-dimensional shape as described above. These polymer crystals are further physically bonded to form a crosslinked structure, thereby creating a three-dimensional network structure of the polymer crystals. Since these occur in the presence of water, the result is a cream state in which water is included in the three-dimensional network structure.

ここでいう三次元網目構造とは、マイクロ、またはナノスケールの結晶同士が、その結晶表面に存在するフリーなエチレンイミン鎖の水素結合により、物理的に架橋化された網目構造を言う。従って、その結晶の融点以上の温度では、結晶が水中溶解されてしまい、三次元網目構造も解体される。ところが、それが室温に戻ると、ポリマー結晶が成長し、その結晶間では水素結合による物理的な架橋が形成するため、再び、三次元網目構造が現れる。   The term “three-dimensional network structure” as used herein refers to a network structure in which micro or nano-scale crystals are physically cross-linked by hydrogen bonds of free ethyleneimine chains existing on the crystal surface. Therefore, at a temperature higher than the melting point of the crystal, the crystal is dissolved in water, and the three-dimensional network structure is also dismantled. However, when it returns to room temperature, polymer crystals grow, and physical crosslinks due to hydrogen bonds are formed between the crystals, so that a three-dimensional network structure appears again.

前記ポリマー(A)の結晶性会合体は、直鎖状ポリエチレンイミン骨格を有するポリマー(A)が室温の水に不溶である性質を利用し、該直鎖状ポリエチレンイミン骨格を有するポリマー(A)の水中での溶解−結晶変換により得ることができる。   The crystalline aggregate of the polymer (A) uses the property that the polymer (A) having a linear polyethyleneimine skeleton is insoluble in water at room temperature, and the polymer (A) having the linear polyethyleneimine skeleton Can be obtained by dissolution in water-crystal conversion.

また、結晶性会合体は、まず直鎖状ポリエチレンイミン骨格を有するポリマー(A)を一定量水中に分散し、該分散液を加熱することにより、直鎖状ポリエチレンイミン骨格を有するポリマー(A)の透明な水溶液を得た後、加熱状態のポリマー(A)の水溶液を室温に冷やすことにより得られる。該会合体は、剪断力等の外力により変形を生じるが、概ねの形状を保持できるアイスクリームのような状態を有し、多様な形状に変形させることが可能である。   The crystalline aggregate is prepared by first dispersing a polymer (A) having a linear polyethyleneimine skeleton in a certain amount in water and heating the dispersion to thereby polymer (A) having a linear polyethyleneimine skeleton. Is obtained by cooling the heated aqueous solution of the polymer (A) to room temperature. The aggregate is deformed by an external force such as a shearing force, but has an ice cream-like state capable of maintaining a general shape, and can be deformed into various shapes.

上記ポリマー分散液の加熱温度は100℃以下が好ましく、90〜95℃の範囲であることがより好ましい。また、ポリマー分散液中のポリマー含有量は、会合体が得られる範囲であれば特に限定されないが、0.01〜20質量%の範囲であることが好ましく、安定形状の結晶体からなるクリーム状態を得るためには0.1〜10質量%の範囲がさらに好ましい。このように、本発明においては、直鎖状ポリエチレンイミン骨格を有するポリマー(A)を使用すると、ごく少量のポリマー濃度でもクリーム状会合体を形成することができる。   The heating temperature of the polymer dispersion is preferably 100 ° C. or less, and more preferably in the range of 90 to 95 ° C. In addition, the polymer content in the polymer dispersion is not particularly limited as long as the aggregate is obtained, but is preferably in the range of 0.01 to 20% by mass, and is a cream state made of a crystal of a stable shape In order to obtain, the range of 0.1-10 mass% is further more preferable. Thus, in the present invention, when the polymer (A) having a linear polyethyleneimine skeleton is used, a cream-like aggregate can be formed even with a very small polymer concentration.

上記ポリマー分散液の温度を室温まで低下させる過程により、得られる会合体中の結晶形状を調整することができる。例えば、ポリマー分散液を80℃に1時間保持した後、1時間かけて60℃にし、該温度でさらに1時間保持する。その後1時間かけて40℃まで低下させた後、自然に室温まで下げることで、分散液の水が流動性をなくした状態の結晶性会合体を得ることができる。また、上記ポリマー分散液を一気に氷点の氷り水、または氷点下のメタノール/ドライアイス、あるいはアセトン/ドライアイスの冷媒液にて冷却させた後、その状態のものを室温の水槽にて保持させることで結晶性会合体を得ることができる。さらには、上記のポリマー分散液を室温の水槽または室温空気環境にて、室温まで温度を低下させることで、結晶性会合体を得ることができる。   The crystal shape in the obtained aggregate can be adjusted by the process of lowering the temperature of the polymer dispersion to room temperature. For example, the polymer dispersion is held at 80 ° C. for 1 hour, then brought to 60 ° C. over 1 hour, and held at that temperature for another 1 hour. Thereafter, the temperature is lowered to 40 ° C. over 1 hour, and then the temperature is naturally lowered to room temperature, whereby a crystalline aggregate in a state in which the water of the dispersion loses fluidity can be obtained. In addition, after the polymer dispersion is cooled at once by freezing water, or a refrigerant liquid of methanol / dry ice or acetone / dry ice below freezing, the state in that state is held in a water bath at room temperature. A crystalline aggregate can be obtained. Furthermore, a crystalline aggregate can be obtained by lowering the temperature of the polymer dispersion to room temperature in a room temperature water bath or room temperature air environment.

上記ポリマー分散液の温度を低下させる工程は、得られる会合体中のポリマー結晶の形状に強く影響を与えるため、上記異なる工程により得られる会合体中のポリマーの結晶形態は同一ではない。   Since the step of lowering the temperature of the polymer dispersion strongly affects the shape of the polymer crystals in the resulting aggregate, the crystalline form of the polymers in the aggregate obtained by the different steps is not the same.

一般に、ポリエチレンイミンポリマーは金属イオンに強い配位能力を有するため、上記のポリマー分散液に金属イオンを加えることで、金属イオンとポリマー間の配位結合が生じ、それによってポリマー結晶の成長を抑制する事も可能である。   In general, polyethyleneimine polymers have a strong coordination ability to metal ions, so adding metal ions to the above polymer dispersion creates a coordination bond between the metal ions and the polymer, thereby suppressing polymer crystal growth. It is also possible to do.

金属イオンとしては、アルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属のなど全ての金属を用いることができる。金属イオン価数としては、1価から4価までの金属塩類であってもよく、また、それらが錯化イオン状態でも好ましく用いることができる。   As metal ions, all metals such as alkali metals, alkaline earth metals, and transition metals can be used. The metal ion valence may be a monovalent to tetravalent metal salt, and they can be preferably used even in a complex ion state.

用いる金属イオンの量としては、直鎖状ポリエチレンイミン骨格を有するポリマー(A)中のエチレンイミン単位のモル数に対し、1/20〜1/200当量の量であることが好ましい。   The amount of the metal ion to be used is preferably 1/20 to 1/200 equivalent relative to the number of moles of ethyleneimine units in the polymer (A) having a linear polyethyleneimine skeleton.

金属イオンが存在する場合、ポリマー分散液から結晶化させる過程では、結晶成長を完成させるため、5〜24時間経過させることが好ましく。これにより、安定した結晶性会合体を得ることができる。   When metal ions are present, in the process of crystallization from the polymer dispersion, it is preferable that 5-24 hours elapse to complete crystal growth. Thereby, a stable crystalline aggregate can be obtained.

上記により得られる会合体は、ポリマー結晶体同士の水素結合により物理的に架橋化され不透明なクリーム状態である。一旦形成したポリマー結晶は室温中では不溶状態を保つが、加熱するとポリマー結晶が解離し、会合体はゾル状態に変化してしまう。従って、本発明のクリーム状態の会合体は、熱処理を行うことでゾルからゲル、またゲルからゾルへと可逆的な変化が可能である。   The aggregate obtained as described above is in an opaque cream state that is physically cross-linked by hydrogen bonding between polymer crystals. Once formed, the polymer crystals remain insoluble at room temperature, but when heated, the polymer crystals dissociate and the aggregates change to a sol state. Therefore, the cream-like aggregate of the present invention can be reversibly changed from sol to gel or from gel to sol by heat treatment.

本発明でいう会合体は三次元網目構造中に少なくとも水を含有するが、該会合体の調製時に、水溶性の有機溶剤を加えることで、該溶剤を含有した会合体とすることも可能である。用いることができる水溶性の有機溶剤としては、例えば、メタノール、エタノール、テトラヒドロフラン、アセトン、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルフォンオキシド、ジオキシラン、ピロリドンなどを挙げることができる。   The aggregate referred to in the present invention contains at least water in the three-dimensional network structure, but it can also be made into an aggregate containing the solvent by adding a water-soluble organic solvent during the preparation of the aggregate. is there. Examples of the water-soluble organic solvent that can be used include methanol, ethanol, tetrahydrofuran, acetone, dimethylacetamide, dimethylsulfone oxide, dioxirane, and pyrrolidone.

水溶性の有機溶剤の含有量としては、水の体積に対し、0.1〜5倍の範囲であることが好ましく、1〜3倍の範囲であればより好ましい。   The content of the water-soluble organic solvent is preferably in the range of 0.1 to 5 times, more preferably in the range of 1 to 3 times the volume of water.

上記水溶性の有機溶剤を含有させることにより、ポリマー結晶の形態を変えることができ、単純な水系と異なる形態の結晶を与えることができる。例えば、水中ではファイバー状の広がりを有する分岐結晶形態であっても、その調製に一定量のエタノールが含まれた場合、ファイバーが収縮したような球状結晶形態を得ることができる。   By containing the water-soluble organic solvent, the form of the polymer crystal can be changed, and a crystal having a form different from that of a simple aqueous system can be provided. For example, even in the case of a branched crystal form having a fiber-like spread in water, a spherical crystal form in which the fiber contracts can be obtained when a certain amount of ethanol is included in the preparation.

会合体調製時に、他の水溶性ポリマーを加えることで、水溶性ポリマーを含有する会合体とすることも可能である。該水溶性ポリマーとしては、例えば、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリアクリルアミド、ポリ(N−イソプロピルアクリルアミド)、ポリヒドロキシエチルアクリレート、ポリメチルオキサゾリン、ポリエチルオキサゾリンなどを挙げることができる。   An aggregate containing a water-soluble polymer can be obtained by adding another water-soluble polymer at the time of preparing the aggregate. Examples of the water-soluble polymer include polyethylene glycol, polyvinyl alcohol, polyvinyl pyrrolidone, polyacrylamide, poly (N-isopropylacrylamide), polyhydroxyethyl acrylate, polymethyloxazoline, polyethyloxazoline, and the like.

水溶性ポリマーの含有量としては、直鎖状ポリエチレンイミン骨格を有するポリマー(A)の質量に対し、0.1〜5倍の範囲であることが好ましく、0.5〜2倍の範囲であればより好ましい。   The content of the water-soluble polymer is preferably 0.1 to 5 times, preferably 0.5 to 2 times the mass of the polymer (A) having a linear polyethyleneimine skeleton. More preferable.

上記水溶性ポリマーを含有させることによっても、ポリマー結晶の形態を変えることができ、単純な水系と異なる形態の結晶を与えることができる。また、会合体の粘性を増大させ、会合体の安定性を向上させることに有効である。   By containing the water-soluble polymer, the form of the polymer crystal can be changed, and a crystal having a form different from that of a simple aqueous system can be provided. Further, it is effective for increasing the viscosity of the aggregate and improving the stability of the aggregate.

上記方法で得られた会合体を、ポリエチレンイミンのアミノ基と反応する2官能基以上を含む化合物で処理することで、会合体中のポリマー結晶表面同士を化学結合でリンクさせた架橋化会合体を得ることができる。   By treating the aggregate obtained by the above method with a compound containing two or more functional groups that react with the amino group of polyethyleneimine, the polymer crystal surfaces in the aggregate are linked by chemical bonds to each other. Can be obtained.

前記アミノ基と室温状態で反応できる2官能基以上を含む化合物としては、アルデヒド類架橋剤、エポキシ類架橋剤、酸クロリド類、酸無水物、エステル類架橋剤を用いることができる。アルデヒド類架橋剤としては、例えば、マロニルアルデヒド、スクシニルアルデヒド、グルタリルアルデヒド、アジホイルアルデヒド、フタロイルアルデヒド、イソフタロイルアルデヒド、テレフタロイルアルデヒドなどがあげられる。また、エポキシ類架橋剤としては、例えば、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、ビスフェノールAジグリシジルエーテル、グリシジルクロライド、グリシジルブロマイドなどが挙げられる。酸クロリド類としては、例えば、マロニル酸クロリド、スクシニル酸クロリド、グルタリル酸クロリド、アジホイル酸クロリド、フタロイル酸クロリド、イソフタロイル酸クロリド、テレフタロイル酸クロリドなどが挙げられる。また、酸無水物としては、例えば、フタル酸無水物、スクシニル酸無水物、グルタリル酸無水物などが挙げられる。また、エステル類架橋剤としては、マロニル酸メチルエステル、スクシニル酸メチルエステル、グルタリル酸メチルエステル、フタロイル酸メチルエステル、ポリエチレングリコールカルボン酸メチルエステルなどが挙げられる。   As the compound containing at least two functional groups capable of reacting with the amino group at room temperature, aldehyde crosslinking agents, epoxy crosslinking agents, acid chlorides, acid anhydrides, and ester crosslinking agents can be used. Examples of the aldehyde crosslinking agent include malonyl aldehyde, succinyl aldehyde, glutaryl aldehyde, adifoyl aldehyde, phthaloyl aldehyde, isophthaloyl aldehyde, terephthaloyl aldehyde, and the like. Examples of the epoxy crosslinking agent include polyethylene glycol diglycidyl ether, bisphenol A diglycidyl ether, glycidyl chloride, and glycidyl bromide. Examples of the acid chlorides include malonyl chloride, succinyl chloride, glutaryl chloride, adifoyl chloride, phthaloyl chloride, isophthaloyl chloride, terephthaloyl chloride, and the like. Examples of the acid anhydride include phthalic anhydride, succinic anhydride, glutaric anhydride, and the like. Examples of the ester crosslinking agent include malonic acid methyl ester, succinic acid methyl ester, glutaric acid methyl ester, phthaloyl acid methyl ester, and polyethylene glycol carboxylic acid methyl ester.

架橋反応は、得られた会合体を架橋剤の溶液に浸す方法でも、架橋剤溶液を会合体中に加える方法でも可能である。この際、架橋剤は系内での浸透圧変化と共に、会合体内部へ浸透し、そこで結晶体同士を水素結合で繋いでエチレンイミンの窒素原子との化学反応を引き起こす。   The cross-linking reaction can be performed by immersing the obtained aggregate in a solution of a cross-linking agent or by adding a cross-linking agent solution into the aggregate. At this time, the cross-linking agent permeates into the inside of the aggregate together with a change in the osmotic pressure in the system, and connects the crystals with hydrogen bonds to cause a chemical reaction with the nitrogen atom of ethyleneimine.

架橋反応は、ポリエチレンイミン結晶体表面のフリーなエチレンイミンとの反応により進行するが、その反応を結晶内部では起こらないようにするためには、会合体を形成する結晶体の融点以下の温度で反応を行うことが望ましく、さらには架橋反応を室温で行うことが最も望ましい。   The crosslinking reaction proceeds by reaction with free ethyleneimine on the surface of the polyethyleneimine crystal, but in order to prevent the reaction from occurring inside the crystal, the temperature is below the melting point of the crystal forming the aggregate. It is desirable to carry out the reaction, and it is most desirable to carry out the crosslinking reaction at room temperature.

架橋反応を室温で進行させる場合には、会合体を架橋剤溶液と混合した状態で放置しておく方法が好ましい。架橋反応させる時間は、数分から数日でよく、概ね一晩放置することで好適に架橋が進行する。   In the case where the crosslinking reaction is allowed to proceed at room temperature, a method of leaving the aggregate in a mixed state with the crosslinking agent solution is preferable. The time for the crosslinking reaction may be from a few minutes to a few days, and the crosslinking proceeds suitably by leaving it to stand overnight.

架橋剤量は会合体形成に用いる直鎖状ポリエチレンイミン骨格を有するポリマー(A)中のエチレンイミン単位のモル数に対し、0.05〜20モル%である事が好ましく、1〜10モル%であることが特に好ましい。   The amount of the crosslinking agent is preferably 0.05 to 20 mol%, preferably 1 to 10 mol%, based on the number of moles of ethyleneimine units in the polymer (A) having a linear polyethyleneimine skeleton used for forming the aggregate. It is particularly preferred that

前述の会合体は、結晶性ポリマーで構成されるため多様なモルフォロジーの会合体構造を発現できる。また少量のポリマー結晶であっても水中で好適に三次元網目構造を形成するため高い水保持性を有する。さらに、使用する直鎖状ポリエチレンイミン骨格を有するポリマー(A)は構造設計や合成が容易であり、かつ会合体の調整が簡便である。また、該会合体中のポリマー結晶間を架橋剤により架橋することにより、会合体の形状を固定化することも出来る。   Since the above-mentioned aggregate is composed of a crystalline polymer, it can express aggregate structures having various morphologies. Further, even a small amount of polymer crystal has a high water retention property because it suitably forms a three-dimensional network structure in water. Furthermore, the polymer (A) having a linear polyethyleneimine skeleton to be used is easy to design and synthesize, and to easily adjust the aggregate. Further, the shape of the aggregate can be fixed by crosslinking the polymer crystals in the aggregate with a crosslinking agent.

[複合体]
本発明の複合体は、前述のポリマー(A)の水性溶剤中での結晶性会合体に、予め一定のpH値の溶液に調製したチタンソースを加え、室温〜50℃の温度下で加水分解的な縮合反応を行うことにより容易に得ることができる。
[Complex]
In the composite of the present invention, a titanium source prepared in advance in a solution having a constant pH value is added to the crystalline aggregate in the aqueous solvent of the polymer (A) described above, and hydrolyzed at a temperature of room temperature to 50 ° C. It can be easily obtained by performing a typical condensation reaction.

チタンソースとして用いる化合物としては、水中で安定な水溶性チタン化合物(C)を好ましく用いることができる。   As the compound used as the titanium source, a water-soluble titanium compound (C) that is stable in water can be preferably used.

水溶性チタン化合物(C)として、例えば、チタニウムビス(アンモニウムラクテート)ジヒドロキシド水溶液、チタニウムビス(ラクテート)の水溶液、チタニウムビス(ラクテート)のプロパノール/水混合液、チタニウム(エチルアセトアセテート)ジイソプロポオキシドなどを挙げられる。   Examples of the water-soluble titanium compound (C) include titanium bis (ammonium lactate) dihydroxide aqueous solution, titanium bis (lactate) aqueous solution, titanium bis (lactate) propanol / water mixture, titanium (ethyl acetoacetate) diisopropoxide. And oxides.

上記水溶性チタン化合物(C)を用いる際、チタン以外のアルコキシシラン類を混合して、反応を行うこともできる。アルコキシシラン類として、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラプロポキシシラン、テトラブトキシシラン、テトラ−t−ブトキシシランなどが挙げられる。   When using the said water-soluble titanium compound (C), it can also react by mixing alkoxysilanes other than titanium. Examples of alkoxysilanes include tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetrapropoxysilane, tetrabutoxysilane, and tetra-t-butoxysilane.

また、アルキルトリアルコキシシラン類を混合して、反応を行う事もできる。アルキルトリアルコキシシラン類として、メチルトリメトキシラン、メチルトリエトキシラン、エチルトリメトキシラン、エチルトリエトキシシラン、n−プロピルトリメトキシラン、n−プロピルトリエトキシラン、iso−プロピルトリメトキシシラン、iso−プロピルトリエトキシシラン、3−クロロプロピルトリメトキシシラン、3−クロロプロピルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、3−グリシトキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシトキシプロピルトリエトキシシラン、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシラン、3−メルカプトプロピルトメトキシシラン、3−メルカプトトリエトキシシラン、3,3,3−トリフロロプロピルトリメトシシラン、3,3,3−トリフロロプロピルトリエトシシラン、3−メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリルオキシプロピルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシラン、p−クロロメチルフェニルトリメトキシラン、p−クロロメチルフェニルトリエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジエチルジメトキシシラン、ジエチルジエトキシシアンなどが挙げられる。   Alternatively, the reaction can be carried out by mixing alkyltrialkoxysilanes. Examples of alkyltrialkoxysilanes include methyltrimethoxylane, methyltriethoxylane, ethyltrimethoxylane, ethyltriethoxysilane, n-propyltrimethoxylane, n-propyltriethoxysilane, iso-propyltrimethoxysilane, iso- Propyltriethoxysilane, 3-chloropropyltrimethoxysilane, 3-chloropropyltriethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, 3-glycitoxypropyltrimethoxysilane, 3-glycitoxypropyltriethoxysilane, 3 -Aminopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxylane, 3-mercaptopropyltomethoxysilane, 3-mercaptotriethoxysilane, 3,3,3-trifluoropropyltri Tosisilane, 3,3,3-trifluoropropyltriethoxysilane, 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane, 3-methacryloxypropyltriethoxysilane, phenyltrimethoxysilane, phenyltriethoxylane, p-chloromethylphenyltrimethoxy Orchid, p-chloromethylphenyltriethoxysilane, dimethyldimethoxysilane, dimethyldiethoxysilane, diethyldimethoxysilane, diethyldiethoxycyan and the like.

上記シラン化合物の使用量としては、水溶性チタン化合物(C)の1/2〜1/10当量であることが好ましい。   The amount of the silane compound used is preferably 1/2 to 1/10 equivalent of the water-soluble titanium compound (C).

複合体を与える上記加水分解的縮合反応は、水、あるいは水と前記水溶性有機溶剤の混合溶剤などの水性溶剤中、ポリエチレンイミンの存在により促進されるが、ポリエチレンイミンが水中不溶であるため、反応は水性溶剤相では起こらず、ポリマーの結晶性会合体の表面のみで進行する。従って、複合化反応条件ではポリマーの結晶が溶解することがなければ、反応条件は任意である。   The hydrolytic condensation reaction to give a complex is promoted by the presence of polyethyleneimine in water or an aqueous solvent such as a mixed solvent of water and the water-soluble organic solvent, but polyethyleneimine is insoluble in water. The reaction does not occur in the aqueous solvent phase, but proceeds only on the surface of the crystalline association of the polymer. Accordingly, the reaction conditions are arbitrary as long as the polymer crystals do not dissolve under the complexing reaction conditions.

ポリマーの結晶を不溶とするためには、反応の際、水溶性有機溶剤を含む水性溶剤中、水の存在が20%以上(体積比)とすることが好ましく、それが40%以上(体積比)であればさらに好ましい。   In order to make the polymer crystals insoluble, the presence of water in the aqueous solvent containing the water-soluble organic solvent is preferably 20% or more (volume ratio) during the reaction, and it is preferably 40% or more (volume ratio). ) Is more preferable.

上記加水分解的縮合反応においては、ポリエチレンイミンのモノマー単位であるエチレンイミン単位に対し、チタンソースである水溶性チタン化合物(C)の量を過剰とすれば好適に複合体を形成できる。過剰の度合いとしては、エチレンイミン単位に対して2〜1000倍当量、特に4〜1000倍当量の範囲であることが好ましい。   In the above hydrolytic condensation reaction, a composite can be suitably formed if the amount of the water-soluble titanium compound (C) that is a titanium source is excessive with respect to the ethyleneimine unit that is a monomer unit of polyethyleneimine. The degree of excess is preferably in the range of 2 to 1000 times equivalent, particularly 4 to 1000 times equivalent to the ethyleneimine unit.

また、ポリマー結晶を形成する際の水性溶剤中のポリマー濃度としては、そのポリマー中に含まれるポリエチレンイミンの量を基準に、0.1〜30質量%にすることが好ましい。   The polymer concentration in the aqueous solvent when forming the polymer crystals is preferably 0.1 to 30% by mass based on the amount of polyethyleneimine contained in the polymer.

加水分解的縮合反応の時間は1分から数時間まで様々であるが、反応効率を上げることから、反応時間を30分〜5時間に設定すればさらに好適である。   The time for the hydrolytic condensation reaction varies from 1 minute to several hours, but it is more preferable to set the reaction time to 30 minutes to 5 hours in order to increase the reaction efficiency.

本発明の複合体は多様な形状を有することが大きな特徴であるが、その形状はポリマー結晶の初期形状とも関連する。従って、水性溶剤中でポリマー結晶を成長させ、ポリマー結晶の形状及び結晶性会合体の形状を調整することにより、得られる複合体の形状を制御することができる。水性溶剤中でのポリマー結晶およびポリマー結晶由来の結晶性会合体の調製は上記した通りである。   The complex of the present invention is characterized by having various shapes, but the shape is related to the initial shape of the polymer crystal. Therefore, the shape of the obtained composite can be controlled by growing the polymer crystal in an aqueous solvent and adjusting the shape of the polymer crystal and the shape of the crystalline aggregate. Preparation of polymer crystals and crystalline aggregates derived from polymer crystals in an aqueous solvent is as described above.

得られる複合体の形状は、不織布のようなファイバー状のネットワーク、スポンジのようなファイバー状のネットワーク、または微粒子堆積等の球状粒子によるネットワークなど様々な形状に調整できる。これら複合体の大きさは3μm〜1mm程度のマイクロメートルオーダーの大きさとすることができるが、この大きさの形状は、基本ユニットと見られる10〜1000nmの太さのファイバー状の複合体の会合と空間配置から形成された三次元形状である。この基本ユニットとなるファイバー状の複合体には1〜2nm程度の距離をもった層状構造が存在する。微粒子堆積ネットワークでは、微粒子は20〜200nmの大きさであり、それら粒子同士が融合してネットワークを形成する。この場合でも、1〜2nm程度の距離をもった層状構造が存在する。   The shape of the resulting composite can be adjusted to various shapes such as a fiber network such as a non-woven fabric, a fiber network such as a sponge, or a network of spherical particles such as fine particle deposition. The size of these composites can be of the order of 3 μm to 1 mm in the order of micrometers, but the shape of this size is the association of fiber-like composites with a thickness of 10 to 1000 nm, which is regarded as a basic unit. And a three-dimensional shape formed from a spatial arrangement. The fiber-like composite as the basic unit has a layered structure having a distance of about 1 to 2 nm. In the fine particle deposition network, the fine particles have a size of 20 to 200 nm, and the particles are fused to form a network. Even in this case, there exists a layered structure having a distance of about 1 to 2 nm.

ポリマー結晶間が化学結合で架橋された前述の架橋会合体を用いることにより、複合体のマクロな形状を制御して、複合体を各種形状の成形体とすることもできる。その形状や大きさは、架橋会合体調製時に用いた容器の大きさ及び形状と同一なものにすることができ、例えば、円盤状、円柱状、プレート状、球状などの任意の形状に調製できる。さらに、架橋会合体を切断したり、削ったりすることにより、目的の形に成形することもできる。このように成形した架橋会合体をチタンソースの溶液に浸せきさせることにより、ポリマー結晶と酸化チタンとの複合体からなる成形体が簡単に得られる。チタンソースの溶液に浸せきする時間としては、1〜48時間程度が好適である。   By using the above-mentioned cross-linked aggregate in which polymer crystals are cross-linked by a chemical bond, the macro shape of the composite can be controlled and the composite can be formed into various shapes. The shape and size can be the same as the size and shape of the container used in preparing the crosslinked aggregate, and can be prepared in any shape such as a disk shape, a column shape, a plate shape, a spherical shape, for example. . Furthermore, it can also be formed into the desired shape by cutting or scraping the cross-linked aggregate. By immersing the thus formed crosslinked aggregate in a solution of a titanium source, a molded body composed of a composite of polymer crystals and titanium oxide can be easily obtained. The time for dipping in the titanium source solution is preferably about 1 to 48 hours.

本発明の複合体は、ポリマー(A)と酸化チタン(B)とから構成され、該複合体中の酸化チタン(B)の含有量は、反応条件などにより一定の幅で変化するが、複合体全体の20〜90質量%の範囲のものを得ることができる。   The composite of the present invention is composed of a polymer (A) and titanium oxide (B), and the content of titanium oxide (B) in the composite varies within a certain range depending on the reaction conditions. The thing of the range of 20-90 mass% of the whole body can be obtained.

本発明の複合体は、酸化チタン(B)とポリマー(A)とが層状構造をもつため、ポリマー(A)層中に蛍光性物質を組み込むことができる。例えば、酸性色素分子と複合体とを溶液中で混合することにより、該色素分子をポリエチレンイミン骨格と結合させることが出来る。   In the composite of the present invention, since the titanium oxide (B) and the polymer (A) have a layered structure, a fluorescent substance can be incorporated into the polymer (A) layer. For example, the dye molecule can be bound to the polyethyleneimine skeleton by mixing the acid dye molecule and the complex in a solution.

本発明の複合体は、従来の酸化チタン材料作成時における形状制御の困難さを完全にクリアーした斬新な複合体であり、その応用には業種、領域を問わず、大きな期待が寄せられる。また、本発明の複合体は、内部には酸化チタンの数ナノメートルのアナターゼ型結晶を持ちながら、金属に強い配位能力を持つ直鎖状ポリエチレンイミン骨格を有するポリマーが含まれるので、それによる様々な金属注入を簡単に行うことができる。このことは、触媒、光触媒、導電材料としての応用に、多くの可能性を有するものである。   The composite of the present invention is a novel composite that completely clears the difficulty of shape control at the time of producing a conventional titanium oxide material, and its application is highly expected regardless of the type of business or area. The composite of the present invention includes a polymer having a linear polyethyleneimine skeleton having a strong coordination ability to metal while having an anatase crystal of several nanometers of titanium oxide inside. Various metal injections can be performed easily. This has many possibilities for application as a catalyst, a photocatalyst, and a conductive material.

さらに本発明は、直鎖状ポリエチレンイミン骨格を有するポリマーと、水性溶剤とを混合し、該混合液を加熱して前記直鎖状ポリエチレンイミン骨格を有するポリマーを溶解させ、次いで、該溶液の温度を低下させて直鎖状ポリエチレンイミン骨格を有するポリマー(A)の結晶性会合体を形成させた後、該会合体中と水溶性チタン化合物(C)とを接触させるという、温和な条件下で、簡便に短時間で製造することが出来、有用性が高いものである。   Furthermore, the present invention comprises mixing a polymer having a linear polyethyleneimine skeleton and an aqueous solvent, heating the mixed solution to dissolve the polymer having the linear polyethyleneimine skeleton, and then the temperature of the solution. Under a mild condition that a crystalline aggregate of a polymer (A) having a linear polyethyleneimine skeleton is formed by lowering the molecular weight, and then the aggregate and the water-soluble titanium compound (C) are brought into contact with each other. It can be easily produced in a short time and is highly useful.

以下、実施例および参考例によって本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。特に断らない限り、「%」は「質量%」を表す。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a reference example demonstrate this invention further more concretely, this invention is not limited to these. Unless otherwise specified, “%” represents “mass%”.

[X線回折法(XRD)による複合体の分析]
単離乾燥した複合体を測定試料用ホルダーにのせ、それを株式会社リガク製広角X線回折装置「Rint−Ultma」にセットし、Cu/Kα線、40kV/30mA、スキャンスピード1.0°/分、走査範囲0〜40°の条件で測定を行った。(乾燥条件:25℃×24時間)
[Analysis of complex by X-ray diffraction method (XRD)]
The isolated and dried composite is placed on a measurement sample holder and set on a wide-angle X-ray diffractometer “Rint-Ultma” manufactured by Rigaku Corporation. Cu / Kα ray, 40 kV / 30 mA, scan speed 1.0 ° / The measurement was performed under the conditions of a minute and a scanning range of 0 to 40 °. (Drying conditions: 25 ° C. × 24 hours)

[熱重量(TG)/示差熱分析(DTA)による複合体の分析]
複合体粉末測定パッチにより秤量し、それをSII Nano Technology Inc社製のTG/DTA6300装置にセットし、昇温速度を10℃/分として、20℃から800℃の温度範囲にて測定を行った。
[Analysis of complex by thermogravimetry (TG) / differential thermal analysis (DTA)]
The composite powder measurement patch was weighed and set in a TG / DTA6300 apparatus manufactured by SII Nano Technology Inc. The temperature increase rate was 10 ° C / minute, and the measurement was performed in a temperature range of 20 ° C to 800 ° C. .

[ラーマン分光法(Raman)による複合体の分析]
複合体粉末をRENISHAW社製(UK)Raman−G99013にてラーマンスペクトルを測定した。
[Analysis of complex by Raman spectroscopy (Raman)]
The Raman spectrum of the composite powder was measured using a (REN) Raman-G99013 manufactured by RENISHAW.

[走査電子顕微鏡(SEM)による複合体の形状分析]
単離乾燥した複合体をガラススライドに乗せ、それを株式会社キーエンス製表面観察装置VE−8100にて観察した。(乾燥条件:25℃×24時間)
[Shape Analysis of Composite by Scanning Electron Microscope (SEM)]
The isolated and dried composite was placed on a glass slide and observed with a surface observation device VE-8100 manufactured by Keyence Corporation. (Drying conditions: 25 ° C. × 24 hours)

[透過電子顕微鏡(TEM)による複合体の観察]
単離乾燥した複合体を炭素蒸着された銅グリッドに乗せ、それをJEM−2200FS(株式会社日本電子製)透過型電子顕微鏡にて観察した。(乾燥条件:25℃×24時間)
[Observation of complex by transmission electron microscope (TEM)]
The isolated and dried composite was placed on a carbon-deposited copper grid and observed with a JEM-2200FS (manufactured by JEOL Ltd.) transmission electron microscope. (Drying conditions: 25 ° C. × 24 hours)

[UV−Vis反射スペクトル]
UV−Vis反射スペクトルは日立製作所製のU−3500分光光度計により測定した。
[UV-Vis reflection spectrum]
The UV-Vis reflection spectrum was measured with a Hitachi U-3500 spectrophotometer.

合成例1 <線状の直鎖状ポリエチレンイミン鎖を有するポリマー(L−PEI)の合成>
市販のポリエチルオキサゾリン(数平均分子量500,000、平均重合度5,000、Aldrich社製)5gを、5Mの塩酸水溶液20mLに溶解させた。その溶液をオイルバスにて90℃に加熱し、その温度で10時間攪拌した。反応液にアセトン50mLを加え、ポリマーを完全に沈殿させ、それを濾過し、メタノールで3回洗浄し、白色のポリエチレンイミンの粉末を得た。得られた粉末をH−NMR(重水)にて同定したところ、ポリエチルオキサゾリンの側鎖エチル基に由来したピーク1.2ppm(CH)と2.3ppm(CH)が完全に消失していることが確認された。即ち、ポリエチルオキサゾリンが完全に加水分解され、ポリエチレンイミンに変換されたことが示された。
Synthesis Example 1 <Synthesis of polymer having linear linear polyethyleneimine chain (L-PEI)>
5 g of commercially available polyethyloxazoline (number average molecular weight 500,000, average polymerization degree 5,000, manufactured by Aldrich) was dissolved in 20 mL of 5 M aqueous hydrochloric acid solution. The solution was heated to 90 ° C. in an oil bath and stirred at that temperature for 10 hours. Acetone 50 mL was added to the reaction solution to completely precipitate the polymer, which was filtered and washed three times with methanol to obtain a white polyethyleneimine powder. When the obtained powder was identified by 1 H-NMR (heavy water), peaks 1.2 ppm (CH 3 ) and 2.3 ppm (CH 2 ) derived from the side chain ethyl group of polyethyloxazoline completely disappeared. It was confirmed that That is, it was shown that polyethyloxazoline was completely hydrolyzed and converted to polyethyleneimine.

その粉末を5mLの蒸留水に溶解し、攪拌しながら、その溶液に15%のアンモニア水50mLを滴下した。その混合液を一晩放置した後、沈殿したポリマー結晶粉末を濾過し、その結晶粉末を冷水で3回洗浄した。洗浄後の結晶粉末をデシケータ中で室温乾燥し、線状の直鎖状ポリエチレンイミン鎖を有するポリマー(L−PEI)を得た。収量は4.2g(結晶水含有)であった。ポリオキサゾリンの加水分解により得られるポリエチレンイミンは、側鎖だけが反応し、主鎖には変化がない。従って、L−PEIの重合度は加水分解前の5,000と同様である。   The powder was dissolved in 5 mL of distilled water, and 50 mL of 15% aqueous ammonia was added dropwise to the solution while stirring. The mixture was allowed to stand overnight, the precipitated polymer crystal powder was filtered, and the crystal powder was washed with cold water three times. The crystal powder after washing was dried at room temperature in a desiccator to obtain a polymer (L-PEI) having a linear linear polyethyleneimine chain. The yield was 4.2 g (including crystal water). In polyethyleneimine obtained by hydrolysis of polyoxazoline, only the side chain reacts and the main chain does not change. Therefore, the polymerization degree of L-PEI is the same as 5,000 before hydrolysis.

合成例2 <ベンゼン環中心の星状の直鎖状ポリエチレンイミン鎖を有するポリマー(H−PEI)の合成>
Jin,J.Mater.Chem.,13,672−675(2003)に示された方法に従い、前駆体ポリマーであるベンゼン環中心に6本のポリメチルオキサゾリンのアームが結合した星状のポリメチルオキサゾリン鎖を有するポリマーの合成を次の通り行った。
Synthesis Example 2 <Synthesis of Polymer (H-PEI) Having Star-Shaped Linear Polyethyleneimine Chain Centered on Benzene Ring>
Jin, J .; Mater. Chem. , 13, 672-675 (2003), the synthesis of a polymer having a star-shaped polymethyloxazoline chain in which six polymethyloxazoline arms are bonded to the center of the benzene ring as a precursor polymer is as follows. I went there.

磁気攪拌子がセットされたスリ口試験管中に、重合開始剤としてヘキサキス(ブロモメチル)ベンゼン0.021g(0.033mmol)を入れ、試験管の口に三方コックをつけた後、真空状態にしてから窒素置換を行った。窒素気流下で三方コックの導入口からシリンジを用いて2−メチル−2−オキサゾリン2.0ml(24mmol)、N,N−ジメチルアセトアミド4.0mlを順次加えた。試験管をオイルバス上で60℃まで加熱し、30分間保ったところ、混合液は透明になった。透明混合液をさらに100℃まで加熱し、その温度で20時間攪拌して、前駆体ポリマーを得た。この混合液のH−NMR測定から、モノマーの転化率は98%であった。この転化率によりポリマーの平均重合度を見積もったところ、各アームの平均重合度は115であった。また、GPCによる分子量測定では、ポリマーの質量平均分子量は22,700であり、分子量分布は1.6であった。 Put 0.021 g (0.033 mmol) of hexakis (bromomethyl) benzene as a polymerization initiator in a test tube set with a magnetic stirrer, attach a three-way cock to the test tube, and then put it in a vacuum state. Was replaced with nitrogen. Under a nitrogen stream, 2.0 ml (24 mmol) of 2-methyl-2-oxazoline and 4.0 ml of N, N-dimethylacetamide were sequentially added from the inlet of the three-way cock using a syringe. When the test tube was heated to 60 ° C. on an oil bath and kept for 30 minutes, the mixture became transparent. The transparent mixture was further heated to 100 ° C. and stirred at that temperature for 20 hours to obtain a precursor polymer. From the 1 H-NMR measurement of this mixed liquid, the conversion rate of the monomer was 98%. When the average degree of polymerization of the polymer was estimated based on this conversion, the average degree of polymerization of each arm was 115. Moreover, in the molecular weight measurement by GPC, the mass average molecular weight of the polymer was 22,700, and the molecular weight distribution was 1.6.

この前駆体ポリマーを用い、上記合成例1と同様な方法によりポリメチルオキサゾリンを加水分解し、6本の直鎖状ポリエチレンイミン鎖がベンゼン環コアに結合した、星状の直鎖状ポリエチレンイミン鎖を有するポリマー(H−PEI)を得た。H−NMR(TMS外部標準、重水中)測定の結果、加水分解前の前駆体ポリマーの側鎖メチルに由来した1.98ppmのピークは完全に消失した。 Using this precursor polymer, polymethyloxazoline was hydrolyzed in the same manner as in Synthesis Example 1 above, and a star-shaped linear polyethyleneimine chain in which six linear polyethyleneimine chains were bonded to the benzene ring core. A polymer (H-PEI) having was obtained. As a result of 1 H-NMR (TMS external standard, heavy water) measurement, the 1.98 ppm peak derived from the side chain methyl of the precursor polymer before hydrolysis completely disappeared.

実施例1 <線状の直鎖状ポリエチレンイミン鎖を有するポリマーからの複合体>
合成例1で得られたL−PEI粉末を一定量秤量し、それを蒸留水中に分散させて表1に示した各種濃度のL−PEI分散液を作成した。これら分散液をオイルバスにて、90℃に加熱し、濃度が異なる完全透明な水溶液を得た。その水溶液を室温に放置し、自然に室温までに冷やし、表1に示した不透明なL−PEI会合体(11)〜(14)を得た。
Example 1 <Composite from a polymer having a linear linear polyethyleneimine chain>
A certain amount of L-PEI powder obtained in Synthesis Example 1 was weighed and dispersed in distilled water to prepare L-PEI dispersions having various concentrations shown in Table 1. These dispersions were heated to 90 ° C. in an oil bath to obtain completely transparent aqueous solutions having different concentrations. The aqueous solution was allowed to stand at room temperature and naturally cooled to room temperature to obtain opaque L-PEI aggregates (11) to (14) shown in Table 1.

得られた会合体(4)につき、X線回折測定を行った結果、20.7°、27.6°、28.4°に散乱強度のピークが表れることが確認された。   As a result of performing X-ray diffraction measurement on the obtained aggregate (4), it was confirmed that peaks of scattering intensity appeared at 20.7 °, 27.6 ° and 28.4 °.

これらの会合体の水溶液5mL中に、5mL(10wt%、pH7)水溶性チタンラクテート(TC310、松本製薬工業株式会社製)を加え、50℃にて1時間放置した後、得られた沈殿物を遠心分離器にて蒸留水とエタノールで交互繰り返し(3回)洗浄した。
白い粉末を50℃下、12時間乾燥し、それらをSEM、TEM、XRD、Raman、TG/DTAにて解析した。
5 mL (10 wt%, pH 7) water-soluble titanium lactate (TC310, manufactured by Matsumoto Pharmaceutical Co., Ltd.) was added to 5 mL of an aqueous solution of these aggregates, and the mixture was allowed to stand at 50 ° C. for 1 hour. Washing was repeated alternately (3 times) with distilled water and ethanol in a centrifuge.
The white powder was dried at 50 ° C. for 12 hours and analyzed by SEM, TEM, XRD, Raman, TG / DTA.

Figure 0005038636
Figure 0005038636

白い粉末のXRD測定から、いずれの複合体でも小角領域の2θ=3.6−4.0°で強い散乱ピークが現れた。この結果は複合体中2.2−2.4nm前後の層状の構造が形成したことを強く示唆する。また、複合体中のポリマーを除去するとこの角度での散乱ピークは完全に消失した(図1参照)。尚、ポリマーの除去は500℃下3時間処理で行った。   From the XRD measurement of the white powder, a strong scattering peak appeared at 2θ = 3.6 to 4.0 ° in the small angle region in any composite. This result strongly suggests that a layered structure of around 2.2-2.4 nm was formed in the composite. When the polymer in the complex was removed, the scattering peak at this angle disappeared completely (see FIG. 1). The polymer was removed by treatment at 500 ° C. for 3 hours.

白い粉末のTG測定から、温度上昇での重量減少が顕著に現れ、ポリマーの熱分解による重量減少により、20%のポリマーが複合体中に含まれることがわかった。   From the TG measurement of the white powder, it was found that the weight loss with increasing temperature appeared significantly, and 20% polymer was included in the composite due to the weight loss due to thermal decomposition of the polymer.

ラーマン分光測定では、アナターゼ由来の振動波数が150、395、518、638cm−1で現れた。このことから、複合体には、酸化チタンのアナターゼ結晶が存在することがわかった(図2参照)。 In the Raman spectroscopic measurement, vibration wave numbers derived from anatase appeared at 150, 395, 518, and 638 cm −1 . From this, it was found that an anatase crystal of titanium oxide was present in the complex (see FIG. 2).

SEM観察では、白い粉末はファイバー状構造をもつネットワークであることが示唆された(図3a−d)。また、500℃/3時間の熱処理前後のSEM観察から、ファイバー形状は変化しないことが確認された(図4a−b)。このことは、酸化チタンのファイバー構造は強い耐熱性を有することを示唆する。   SEM observation suggested that the white powder was a network with a fiber-like structure (FIGS. 3a-d). In addition, SEM observation before and after the heat treatment at 500 ° C./3 hours confirmed that the fiber shape did not change (FIGS. 4a-b). This suggests that the fiber structure of titanium oxide has strong heat resistance.

さらに、高分解能TEM観察では、複合体ファイバーから、2−3nm大きさの酸化チタン結晶ドメインが観測された(図5参照)。これは、ラーマン分光から観察されたアナターゼ型結晶存在の結果と一致する。   Further, in high-resolution TEM observation, a 2-3 nm size titanium oxide crystal domain was observed from the composite fiber (see FIG. 5). This is consistent with the result of the presence of anatase crystals observed from Raman spectroscopy.

実施例2 <金属イオンが含まれた線状の直鎖状ポリエチレンイミン鎖を有するポリマーからの複合体>
合成例1で得られたL−PEI粉末、及びそのポリマーのエチレンイミン(EI)ユニットモル数に1/20当量に相当する金属硝酸塩を一定量秤量して用い、実施例1と同様な方法により、表2に示したL−PEI会合体(21)〜(24)を得た。
Example 2 <Composite from a polymer having a linear linear polyethyleneimine chain containing a metal ion>
A fixed amount of a metal nitrate equivalent to 1/20 equivalent was used for the L-PEI powder obtained in Synthesis Example 1 and the ethyleneimine (EI) unit mole number of the polymer, and the same method as in Example 1 was used. L-PEI aggregates (21) to (24) shown in Table 2 were obtained.

Figure 0005038636
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得られた会合体(23)につき、X線回折測定を行った結果、20.7°、27.6°、28.4°に散乱強度のピークが表れることが確認された。   The obtained aggregate (23) was subjected to X-ray diffraction measurement, and as a result, it was confirmed that peaks of scattering intensity appeared at 20.7 °, 27.6 ° and 28.4 °.

これらの金属イオンが含まれた水溶液5mL中に、5mL(10wt%、pH7)水溶性チタン化合物(TC310、松本化学製)を加え、50℃にて1時間放置した後、得られた沈殿物を遠心分離器にて蒸留水とエタノールで交互繰り返し(3回)洗浄した。白い粉末を50℃下、12時間乾燥し、それらをSEM、TEM、XRD、Raman、TG/DTAにて解析した。   5 mL (10 wt%, pH 7) water-soluble titanium compound (TC310, manufactured by Matsumoto Chemical) was added to 5 mL of an aqueous solution containing these metal ions, and the mixture was allowed to stand at 50 ° C. for 1 hour. Washing was repeated alternately (3 times) with distilled water and ethanol in a centrifuge. The white powder was dried at 50 ° C. for 12 hours and analyzed by SEM, TEM, XRD, Raman, TG / DTA.

図6にSEM写真イメージを示した。金属イオン粒子種類により、複合体の形状が変化することが明らかである。Naイオンを取り入れたポリマー会合体から得られた複合体はファイバー状のネットワークであったが、銅イオンが加えられたポリマー会合体から得られた複合体は球状粒子のネットワークであった。   FIG. 6 shows an SEM photograph image. It is clear that the shape of the composite changes depending on the type of metal ion particles. The complex obtained from the polymer aggregate incorporating Na ions was a fiber network, whereas the complex obtained from the polymer aggregate added with copper ions was a network of spherical particles.

実施例3 <星型ポリマーからの複合体>
合成例2で得られH−PEIを用いた以外、実施例1のNo.12と同様な条件で、ポリマーの結晶性会合体の調製及び水溶性チタン化合物との反応を行い、白い粉末の複合体を得た。得られた粉末のSEM写真を図7に示す。又、実施例1と同様にして、得られた粉末中にはポリマーが23%含まれていることを確認した。
Example 3 <Composite from Star Polymer>
No. 1 in Example 1 except that H-PEI obtained in Synthesis Example 2 was used. Under the same conditions as in No. 12, a polymer crystalline aggregate was prepared and reacted with a water-soluble titanium compound to obtain a white powder composite. An SEM photograph of the obtained powder is shown in FIG. In the same manner as in Example 1, it was confirmed that the obtained powder contained 23% of polymer.

応用例 <複合体12を用いた白金ナノ粒子の注入>
通常、ポリエチレンイミンは金属イオンを自発的に金属ナノ粒子に還元することができる。本発明の複合体は、酸化チタンのナノ結晶とポリエチレンイミン骨格のポリマーからなり、複合体中のポリマーの還元機能を用いることで、金属ナノ粒子を複合体中に注入することが可能である。上記実施例1のNo.12で得られた複合体(50mg)に、0.1MのNaPtCl水溶液2mlを加え、その混合物を室温で1時間放置した。灰色に変化した粉末を蒸留水で3回洗浄し、室温で乾燥した。この粉末をXRD測定したところ、白金結晶由来の散乱ピークが40.04、46.42、67.64°で現れた。TEM観察からは、複合体中に2−3nm程度の白金クラスターが観察された。白金が注入された酸化チタン複合体の吸収スペクトルは、注入前に比べると、その吸収バンドは390〜720nmの長波長側へシフトした。即ち、白金ナノ粒子が注入された酸化チタン複合体は可視光域で強い吸収をもつことになった。このことは、本発明の複合体中には、金属ナノ粒子を簡単に注入することができることを強く示唆するものである。尚、白金ナノ粒子が導入される前後の複合体のUV−Visの反射スペクトルを図8に示す。
Application example <Injection of platinum nanoparticles using composite 12>
In general, polyethyleneimine can spontaneously reduce metal ions to metal nanoparticles. The composite of the present invention is composed of a titanium oxide nanocrystal and a polymer of a polyethyleneimine skeleton, and metal nanoparticles can be injected into the composite by using the reducing function of the polymer in the composite. No. in Example 1 above. 2 ml of 0.1 M Na 2 PtCl 4 aqueous solution was added to the complex obtained in 12 (50 mg) and the mixture was allowed to stand at room temperature for 1 hour. The powder turned gray was washed 3 times with distilled water and dried at room temperature. When this powder was measured by XRD, scattering peaks derived from platinum crystals appeared at 40.04, 46.42, and 67.64 °. From TEM observation, platinum clusters of about 2-3 nm were observed in the complex. The absorption band of the titanium oxide composite in which platinum was injected was shifted to the longer wavelength side of 390 to 720 nm as compared with that before injection. That is, the titanium oxide composite into which platinum nanoparticles were injected had strong absorption in the visible light region. This strongly suggests that metal nanoparticles can be easily injected into the composite of the present invention. In addition, the reflection spectrum of UV-Vis of the composite before and after platinum nanoparticles are introduced is shown in FIG.

実施例1における粉末サンプルNo.12(a)、及びNo.14(b)のXRD散乱チャートである。Powder sample No. 1 in Example 1. 12 (a), and 14 (b) is an XRD scattering chart. 実施例1における粉末サンプルNo.12のラーマン分光スペクトルである。Powder sample No. 1 in Example 1. It is 12 Raman spectroscopy spectra. 実施例1における粉末サンプルNo.11(a)、No.12(b)、No.13(c)、No.14(d)のSEM写真である。Powder sample No. 1 in Example 1. 11 (a), no. 12 (b), no. 13 (c), no. It is a SEM photograph of 14 (d). 実施例1における粉末サンプルNo.12の焼成前(a)と焼成後(b)のSEM写真である。Powder sample No. 1 in Example 1. It is a SEM photograph of 12 before baking (a) and after baking (b). 実施例1における粉末サンプルNo.12の高分解能TEM写真、挿入図は同サンプルのファイバー破片の低分解能写真である。Powder sample No. 1 in Example 1. Twelve high-resolution TEM photographs, inset, are low-resolution photographs of the fiber fragments of the sample. 実施例2における粉末サンプルNo.21(a)、No.23(b)のSEM写真である。Powder sample No. 2 in Example 2. 21 (a), no. It is a SEM photograph of 23 (b). 実施例3で得られた粉末サンプルのSEM写真である。4 is a SEM photograph of a powder sample obtained in Example 3. 応用例における白金ナノ粒子が導入される前(a)と後(b)の複合体のUV−Visの反射スペクトルである。It is the reflection spectrum of UV-Vis of the composite before (a) and after (b) in which the platinum nanoparticle in an application example is introduced.

Claims (12)

直鎖状ポリエチレンイミン骨格を有するポリマー(A)と酸化チタン(B)とがナノ層状構造を有することを特徴とする酸化チタン/ポリマー複合体。 A titanium oxide / polymer composite comprising a polymer (A) having a linear polyethyleneimine skeleton and a titanium oxide (B) having a nanolayer structure. 前記酸化チタン/ポリマー複合体がファイバー状である請求項1記載の酸化チタン/ポリマー複合体。 The titanium oxide / polymer composite according to claim 1, wherein the titanium oxide / polymer composite is in a fiber form. 前記酸化チタン/ポリマー複合体がファイバーのネットワークからなる請求項2記載の酸化チタン/ポリマー複合体。 The titanium oxide / polymer composite according to claim 2, wherein the titanium oxide / polymer composite comprises a network of fibers. 前記酸化チタン/ポリマー複合体が球状粒子のネットワークからなる請求項1記載の酸化チタン/ポリマー複合体。 The titanium oxide / polymer composite according to claim 1, wherein the titanium oxide / polymer composite comprises a network of spherical particles. 前記直鎖状ポリエチレンイミン骨格を有するポリマー(A)中の直鎖状ポリエチレンイミン骨格の割合が25〜100モル%である請求項1記載の酸化チタン/ポリマー複合体。 The titanium oxide / polymer composite according to claim 1, wherein a ratio of the linear polyethyleneimine skeleton in the polymer (A) having the linear polyethyleneimine skeleton is 25 to 100 mol%. 前記複合体のファイバーの太さが10〜1000nmの範囲にある請求項2記載の酸化チタン/ポリマー複合体。 The titanium oxide / polymer composite according to claim 2, wherein the fiber thickness of the composite is in the range of 10 to 1000 nm. 酸化チタン(B)の含有量が20〜90質量%の範囲にある請求項1記載の酸化チタン/ポリマー複合体。 The titanium oxide / polymer composite according to claim 1, wherein the content of titanium oxide (B) is in the range of 20 to 90 mass%. 酸化チタン(B)が数ナノメートルのアナターゼ型結晶で構成されている請求項1〜7のいずれか1項記載の酸化チタン/ポリマー複合体 The titanium oxide / polymer composite according to any one of claims 1 to 7, wherein the titanium oxide (B) is composed of an anatase type crystal of several nanometers. 直鎖状ポリエチレンイミン骨格を有するポリマー(A)と酸化チタン(B)とがナノ層状構造を有する複合体の製造方法であって、
(i)直鎖状ポリエチレンイミン骨格を有するポリマー(A)を水性溶剤中で結晶性会合体に成長させる工程と、
(ii)前記結晶性会合体と水溶性チタン化合物(C)とを接触させて、酸化チタン(B)の生成とポリマー(A)との複合化を行う工程、
とを有することを特徴とする酸化チタン/ポリマー複合体の製造方法。
A polymer (A) having a linear polyethyleneimine skeleton and titanium oxide (B) is a method for producing a composite having a nanolayer structure,
(I) a step of growing a polymer (A) having a linear polyethyleneimine skeleton into a crystalline aggregate in an aqueous solvent;
(Ii) contacting the crystalline aggregate with the water-soluble titanium compound (C) to form titanium oxide (B) and combine it with the polymer (A);
And a method for producing a titanium oxide / polymer composite.
前記(i)の工程において、前記ポリマー(A)中の直鎖状ポリエチレンイミン骨格のエチレンイミン単位に対して1/20〜1/200当量の金属イオン(D)を水性溶剤中に加える請求項9記載の酸化チタン/ポリマー複合体の製造方法 In the step (i), 1/20 to 1/200 equivalent of metal ion (D) is added to an aqueous solvent with respect to the ethyleneimine unit of the linear polyethyleneimine skeleton in the polymer (A). A method for producing a titanium oxide / polymer composite according to claim 9 前記(ii)の工程において、結晶性会合体と接触させる水溶性チタン化合物(C)の量が、直鎖状ポリエチレンイミン骨格を有するポリマー(A)のエチレンイミン単位に対して2〜1000倍当量の範囲にある請求項9記載の酸化チタン/ポリマー複合体の製造方法。 In the step (ii), the amount of the water-soluble titanium compound (C) to be brought into contact with the crystalline aggregate is 2 to 1000 times equivalent to the ethyleneimine unit of the polymer (A) having a linear polyethyleneimine skeleton. The method for producing a titanium oxide / polymer composite according to claim 9, which falls within the range described above. 前記(i)の工程の後に、得られる結晶性会合体同士を架橋剤により架橋させる工程を有する請求項9〜11の何れか1項記載の酸化チタン/ポリマー複合体の製造方法。

The method for producing a titanium oxide / polymer composite according to any one of claims 9 to 11, further comprising a step of crosslinking the obtained crystalline aggregates with a crosslinking agent after the step (i).

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