JP5182738B2 - ナノ粒子複合体 - Google Patents
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Description
そもそも、このような分子集合体は、両親媒性があるため、水にも有機溶媒にも難溶、難分散であるフラーレンの分散助剤としての性能があることが知られている(例えば非特許文献1〜3参照)。
H.Sawada,R.Kasai et al.,polym.Adv.Tech.,16,655(2005) H.Sawada,J.Iidzuka et al.,J.Colloid Interface Sci.,263,1(2003) 沢田英夫ら、日本学術会議 第11回界面シンポジウム講演予稿集、2004年、P63−85
また、本発明の他のナノ粒子複合体は、親水基と両末端のフルオロアルキル基又は含酸素フルオロアルキル基とを有する鎖状オリゴマー部位と、3次元シリカネットワーク部位とから成り、上記(2)式(式中のXは親水基であって、それぞれ独立してOH基、NCO基、NH 2 基、NHR基(R:アルキル基)又はOCY基(Y:親水基)、R F は炭素数2〜10個で、分子量119〜1000のフルオロアルキル基又は含酸素フルオロアルキル基、3D‐SNは3次元シリカネットワーク部位、A1〜A3は、少なくとも1つの部位に含まれるフラーレン、高次フラーレン及びフラーレン製造時の副性炭素粒子からなる群より選ばれた少なくとも1種のゲスト分子、Bはそれぞれ独立してO、O=C−O、NH−C=O又はNR−C=O(R:アルキル基)を示す。nは1≦n≦10、mは1≦m≦nを示す。)で表される構造を有するホスト分子と、これに包接されたフラーレン、高次フラーレン及びフラーレン製造時の副性炭素粒子からなる群より選ばれた少なくとも1種のゲスト分子を含有することを特徴とする。
また、上記OCY基の親水基(Y)は、特に限定されるものではないが、それぞれ独立して、例えば、次に示すような官能基(ヒドロキシル基、モルフォリン基、N‐(1,1‐ジメチル‐3‐オキソブチル)アミノ基、ジメチルアミノ基)の他、スルホン基、上述以外のアミノ基などを適宜選択することができる。なお、Yは同一オリゴマー分子中において同一種類である必要はない。
言い換えれば、パーフルオロアルキル基(CnF2n+1;2≦n≦10)、又はそれらにいくつかのエーテル結合を有する官能基が使用でき、トータル分子量が119〜1000であればよい。また、上記フルオロアルキル基は、C、F及びHの他、Oを含む構成であってもよい。
具体的には、粒径が1〜500nmのコロイダルシリカを用いて上記構成を得ることができる。
1) 従来技術ではホスト分子の集合により、ゲスト分子をファンデルワールス力により補足していたのに対し、本発明では、ファンデルワールス力だけではなく、シロキサン結合[(−Si−O−)n]の三次元網目構造中に物理的に封じ込めることで、目的とするゲスト分子を確実に補足できる。
2)本発明のナノ粒子複合体が集合することで、従来技術より、単位面積当たりのフルオロアルキル基の数が多くなるため、乳化分散剤(界面活性剤)としての機能が向上する。
この場合、鎖状オリゴマー部位は、(RF)2>Z−で表され、トータル分子量は、252〜100,000であることが好ましい。
Zとしては、例えば、次の化学式で表されるようなものが挙げられる。
これにより、3次元シリカネットワーク部位表面に付与する官能基(末端フルオロアルキル基と親水基を含有する官能基)を効率的にナノ粒子複合体に取り込むことができる。
これらは、3次元シリカネットワーク部位が有するシロキサン結合[(−Si−O−)n]の3次元網目構造の中に包接され得る。
なお、本明細書及び特許請求の範囲において、「ナノ粒子複合体」とは、代表的には、その大きさがナノオーダーの粒子又は複合体を意味するが、必ずしもナノオーダーである必要はなく、粒経0.5nm〜1μm程度の大きさのものも包含するものとする。
具体的には、上記鎖状オリゴマー部位に、次の(2)式
で表されるA1〜A3の少なくとも1つの部位にゲスト分子を含有することができる。
なお、(2)式中の(CH―(A2)―CH2)n においては、少なくとも一つのCH‐CH 2結合間にゲスト分子が導入されていれば良い。
1.鎖状オリゴマー部位の作製方法
無水パーフルオロカルボン酸(RFCO2H)と塩化ベンゾイル(PhCOCl)を1:2mmolの割合で、無水パーフルオロカルボン酸の沸点又は沸点より少々高い温度で急速加熱し、室温まで冷却する。
得られた粗製物を分留し、精製することでパーフルオロアシルクロライド(RFCOCl)を得ることができる。
−5℃〜−7℃に保たれた十分な量の非極性フッ素溶剤(Freon−113:CF2ClCFCl2)中に、パーフルオロアシルクロライド(RFCOCl)とNaOHとH2O2が1:1:0.5のモル比率になるようにする。先ずは水1ml当たり0.12gの割合でNaOHを溶解した水酸化ナトリウム水溶液を加え、次に30%過酸化水素水を加えた上で、素早く攪拌後、−5℃〜−7℃に事前に冷却されていたRFCOClを加え2分攪拌する。
なお、生成物の純度を上げるために、氷冷した飽和炭酸水素ナトリウム水溶液で洗浄することが望ましい。
また、フルオロアルカノイルパーオキサイドに用いるパーフルオロアシルクロライドは、パーフルオロアシルフロライド、パーフルオロアシルブロモイド等のハロゲン化合物でも代用できる。
フッ素系溶剤(AK−225:1,1−ジクロロ−2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロパンと1,3−ジクロロ−1,2,2,3,3−ペンタペンタフルオロプロパンの1:1混合溶剤)35g中に、フルオロアルカノイルパーオキサイド、例えば、パーフルオロ−2−メチル−3−オキサヘキサノイルパーオキサイド5mmolを加える。この溶液に親水基を有するモノマー、例えば、アクリロイルモルフォリン(ACMO)を24mmolとフッ素系溶剤(AK−225)50gの混合溶液を加え、窒素雰囲気下、45℃にて5時間撹拌する。
撹拌後、溶剤を蒸発させることで、ビス(パーフルオロ−1−メチル−2−オキサペンチレイティド)ACMOオリゴマー4.55gを得ることができる。
親水基を含有するモノマーとしては、上記以外に、例えば、N,N−ジメチルアクリルアミド(DMAA)、アクリル酸(ACA)、N−(1,1−ジメチル−3−オキソイソブチル)アクリルアミド(DOBAA)などの化合物が使用できる。
フッ素系溶剤(AK−225:1,1−ジクロロ−2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロパンと1,3−ジクロロ−1,2,2,3,3−ペンタペンタフルオロプロパンの1:1混合溶剤)35g中に、フルオロアルカノイルパーオキサイド、例えば、パーフルオロ−2−メチル−3−オキサヘキサノイルパーオキサイド5mmolを加えた溶液に、親水基を有するモノマー、例えば、アクリロイルモルフォリン(ACMO)を24mmolとフッ素系溶剤(AK−225)50gの混合溶液を加え、更に、ゲスト分子としてフラーレンを0.6mmol加え、窒素雰囲気下、45℃にて5時間撹拌する。撹拌後、溶剤を蒸発させることで、フラーレンコオリゴマーを収率60%で得られる。
両端末フルオロアルキル基含有オリゴマー、例えば、ビス(パーフルオロ−1−メチル−2−オキサペンチレイティド)DOBAAオリゴマー 6gをテトラヒドラフラン(=THF)500ml中に溶かし、更にフラーレン 0.6gを添加し、2週間可溶化を行なう。
得られた溶液とメタノールシリカゾル(メタノールを70%含有したシリカゾル。但し、シリカ粒子の平均粒径は10nm程度)40g、TEOS 6g、25%アンモニア水6mlで3時間反応させる。
反応後、エバポレーションにより溶剤を除去し、目的とする生成物となるナノ粒子複合を収率80%以上で得ることができる。
各例では、上述した製造方法に従いナノ粒子複合体を作製した。
また、鎖状オリゴマー部位、3次元シリカネットワーク部位及びゲスト分子は以下に示す材料から選択して用いた。詳細を表1に示す。
(1)RF−(ACA)n−RF
(2)RF−(DOBAA)n−RF
(3)RF−(fullerenes)x−(ACA)y−RF
(4)RF−(fullerenes)x−(DOBAA)y−RF
平均粒径が10nmのコロイダルシリカ(SiO2)を用いた。
fullerenes(1)にC60,fullerenes(2)にC60/C70の混合物(nanom mix:フロンティアカーボン(株)製),fullerenes(3)にフラーレン製造時の複製炭素粒子(nanom black:フロンティアカーボン(株)製)を用いた。
各例で得られたナノ粒子複合体を1g用意し、各種溶媒(H2O,MeOH,EtOH,THF,Hexane)100mlへの分散・溶解程度を目視で評価した。この結果を表1に示す。
例えば、塗料、ゴム製品(タイヤなど)、化粧品、電池、樹脂製品(家電、自動車用部品、スポーツ用品(テニスラケット、ゴルフクラブなど))への応用が考えられる。
Claims (3)
- 親水基と両末端のフルオロアルキル基又は含酸素フルオロアルキル基とを有する鎖状オリゴマー部位と、3次元シリカネットワーク部位とから成り、次の(1)式
で表される構造を有するホスト分子と、これに包接されたフラーレン、高次フラーレン及びフラーレン製造時の副性炭素粒子からなる群より選ばれた少なくとも1種のゲスト分子を含有することを特徴とするナノ粒子複合体。 - 親水基と両末端のフルオロアルキル基又は含酸素フルオロアルキル基とを有する鎖状オリゴマー部位と、3次元シリカネットワーク部位とから成り、次の(2)式
で表される構造を有するホスト分子と、これに包接されたフラーレン、高次フラーレン及びフラーレン製造時の副性炭素粒子からなる群より選ばれた少なくとも1種のゲスト分子を含有することを特徴とするナノ粒子複合体。 - 上記(1)又は(2)式において、鎖状オリゴマー部位の分子量が252〜100,000であることを特徴とする請求項1又は2に記載のナノ粒子複合体。
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