JP5311017B2 - Surface treatment method of a substrate having nanoscale unevenness by metal alkoxide - Google Patents

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Description

本発明は、ナノスケールの凹凸を有する基材への薄膜形成及び/又は該基板の機能化技術に関し、特に、金属アルコキシド溶液により処理して該基材上に薄膜を形成するか又は該基材表面の機能化を行う表面処理方法、及びこの表面処理方法により金属アルコキシド溶液による処理が施された、ナノスケールの凹凸を有する基材に関する。   The present invention relates to a technique for forming a thin film on a substrate having nanoscale irregularities and / or functionalization of the substrate, and in particular, forms a thin film on the substrate by treatment with a metal alkoxide solution or the substrate. The present invention relates to a surface treatment method for functionalizing a surface and a substrate having nanoscale irregularities, which has been treated with a metal alkoxide solution by the surface treatment method.

既存の物質表面に新たな機能を付加する表面処理技術は、ドライプロセスとウェットプロセスに分類されるが、ウェットプロセスでは、機能化またはコーティングしたい物質を薬液に加え、この薬液中に浸漬・攪拌する、あるいは該薬液をキャスト、ディップコーティング、スピンコーティング、交互積層するなどして、新たな機能を付加するものである   Surface treatment technology that adds new functions to the surface of existing substances is classified into dry processes and wet processes. In the wet process, the substance to be functionalized or coated is added to the chemical solution and immersed in this chemical solution. Or, add new functions by casting, dip coating, spin coating, alternating lamination, etc.

ところで金属アルコキシドを加水分解すると金属酸化物のゾルもしくはゲルが生成することはよく知られている。
前述の薄膜形成または機能化方法において、この金属アルコキシドのゾル/ゲル法を用いた方法が用いられるが、この場合、一般的には、アルコール系溶媒を用い、これに金属アルコキシドを溶解した溶液中に、浸漬・攪拌処理するか、あるいはディップコーティング処理、スピンコーティング処理などにより、基材表面に新たな機能を付加している。また、金属アルコキシドに対して、無水溶媒を利用し、表面機能化に取り組む例も見られる。
By the way, it is well known that metal oxide sols or gels are produced when metal alkoxides are hydrolyzed.
In the above-described thin film formation or functionalization method, a method using a sol / gel method of this metal alkoxide is used. In addition, a new function is added to the surface of the base material by dipping / stirring treatment, dip coating treatment, spin coating treatment or the like. In addition, examples of tackling surface functionalization using an anhydrous solvent for metal alkoxides are also seen.

例えば、非特許文献1では、無水溶媒中でキレート剤を利用して金属アルコキシドの安定なゾル溶液を調整したのちに、この溶液に紙をディップすることで、紙上に光触媒を生成している。本手法の場合、多量の金属アルコキシドを基材に添着することが可能となる。
また、特許文献1では、無水溶媒により金属ハロゲン化アルコキシドを安定化させ、その溶液中に基板を浸漬し、その後この溶液中にハロゲン化アルコキシドを少なくとも加水分解するための化学量の「水」を添加している。
For example, in Non-Patent Document 1, after preparing a stable sol solution of a metal alkoxide using a chelating agent in an anhydrous solvent, a photocatalyst is generated on the paper by dipping the paper into this solution. In the case of this method, a large amount of metal alkoxide can be attached to the substrate.
Further, in Patent Document 1, a metal halide alkoxide is stabilized with an anhydrous solvent, a substrate is immersed in the solution, and then a stoichiometric amount of “water” for at least hydrolyzing the halogenated alkoxide is added to the solution. It is added.

一方、既存の物質表面に新たな機能を付加する表面修飾技術は、気相中又は液相中での有害分子除去をするために吸着剤やフィルタ、或いは繊維の撥水性又は親水性コーティングなどの分野においても重要な問題であり、金属アルコキシドによる修飾が用いられている。   On the other hand, surface modification technology that adds a new function to the surface of an existing substance can be used to remove harmful molecules in the gas phase or liquid phase, such as adsorbents and filters, or water-repellent or hydrophilic coatings on fibers. It is also an important problem in the field, and modification with metal alkoxide is used.

すなわち、吸着剤やフィルタの性能は、面積当たりの官能基数と表面積により基本的に決定される。現存のフィルタは、活性炭のように高表面積の場合、面積あたりの化学的官能基数が少ないため、吸着量は大きくみえるが、脱着を起こす。つまり、吸着除去した分子は再放出されてしまう。
そこで、吸着剤やフィルタ表面に、前述の金属アルコキシド修飾を施すことが提案されている。
例えば、特許文献2では、活性炭と金属アルコキシドを、密閉した容器内あるいは乾燥気流中に別々に置き、金属アルコキシドの蒸気を発生させ、次いで活性炭に吸着させた後、水蒸気と接触させて、吸着された金属アルコキシドを加水分解することで金属酸化物を担持した活性炭を得ている。
That is, the performance of the adsorbent and the filter is basically determined by the number of functional groups per area and the surface area. Existing filters, such as activated carbon, have a high surface area, and because the number of chemical functional groups per area is small, the amount of adsorption seems large, but desorption occurs. That is, the adsorbed and removed molecules are released again.
Therefore, it has been proposed to apply the above-mentioned metal alkoxide modification to the adsorbent and the filter surface.
For example, in Patent Document 2, activated carbon and a metal alkoxide are placed separately in a sealed container or in a dry air stream to generate a vapor of the metal alkoxide, then adsorbed to the activated carbon, and then contacted with water vapor to be adsorbed. The activated carbon carrying the metal oxide was obtained by hydrolyzing the metal alkoxide.

また、基材の撥水性は、表面の物理的構造と化学的性質の二つが揃って発現する。つまり、撥水コーティングを施したい基材表面に物理的凹凸構造を形成し、その表面を低表面エネルギーにする必要がある。現状では、ディップコーティングやスピンコーティング、スプレー法で凹凸を形成し、その後、化学的処理を施す方法や、前記の方法で凹凸の形成と化学的処理を同時に行う方法などが行われている。
いずれの手法においても、凹凸構造が脆いため、耐久性に欠けるという欠点がある。つまり高耐久性の撥水加工を施すには、撥水性に寄与する凹凸構造を維持しつつ、物理的凹凸構造を強化する必要がある。
その一例として、非特許文献2では、TEOS(tetraethyl orthosilane)とコロイド状シリカとFOETES((heptadecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrodecyl) triethoxysilane)の3成分を原材料として、フッ素化アルキル官能基被覆シリカ粒子の膜を一段階で製造しており、この技術では、微粒子同士及び微粒子と基材表面とのネッキング(接着)を促進するバインダーとして、金属アルコキシドが用いられている。
特開平8−239202号公報 特開平8−245210号公報 浦元明、高橋雅樹、市浦英明「ゾル−ゲル法を用いたナノ薄膜の創製に関する開発研究」 愛媛県工業系研究報告 No.45 第64〜65頁 M.Hikita,et al.,Langmuir,21,7299(2005)
In addition, the water repellency of the base material is manifested by both the physical structure and chemical properties of the surface. That is, it is necessary to form a physical concavo-convex structure on the surface of the base material on which the water repellent coating is to be applied, and to make the surface have low surface energy. At present, there are a method of forming irregularities by dip coating, spin coating, spraying, and then performing chemical treatment, a method of simultaneously forming irregularities and chemical treatment by the above-described method, and the like.
In any of the methods, the uneven structure is fragile, so that there is a drawback that it lacks durability. That is, in order to perform highly durable water-repellent processing, it is necessary to reinforce the physical uneven structure while maintaining the uneven structure contributing to water repellency.
As an example, in Non-Patent Document 2, TEOS (tetraethyl orthosilane), colloidal silica, and FOETES ((heptadecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrodecyl) triethoxysilane) are used as raw materials to coat fluorinated alkyl functional groups. A film of silica particles is produced in one stage. In this technique, a metal alkoxide is used as a binder that promotes necking (adhesion) between fine particles and between the fine particles and the substrate surface.
JP-A-8-239202 JP-A-8-245210 Akira Uramoto, Masaki Takahashi, Hideaki Ichiura “Development Research on the Creation of Nano Thin Films Using the Sol-Gel Method” Ehime Industrial Research Report No. 45 Pages 64-65 M.M. Hikita, et al. , Langmuir, 21, 7299 (2005).

しかしながら、金属アルコキシドを用いた薄膜形成または表面機能化では、基材表面に存在するナノスケールの凹凸内部までは、薄膜形成または機能化がされていないのが実情である。
すなわち、特許文献1のような最終的に溶液中に水分を添加し、金属アルコキシドの加水分解・重縮合を促すプロセスを採った場合、ナノスケール微細凹凸内部表面を効果的に修飾することはできない。そのため、該手法により薄膜を形成する場合は、ナノスケールの凹凸内部を充填することができないため、その密着性は低く、耐久性に劣る膜が作製される。一方、該手法により多孔材を機能化する場合、ナノスケール凹凸内部表面を効果的に機能化することができないので、修飾効率の低い、つまり機能レベルの低い修飾方法となる。
However, in the thin film formation or surface functionalization using metal alkoxide, the actual situation is that thin film formation or functionalization is not performed up to the inside of the nanoscale unevenness present on the surface of the substrate.
That is, when the process of adding water to the solution and promoting the hydrolysis / polycondensation of metal alkoxide as in Patent Document 1 is taken, the nanoscale fine uneven surface cannot be effectively modified. . For this reason, when a thin film is formed by this method, the inside of the nanoscale irregularities cannot be filled, so that a film having low adhesion and poor durability is produced. On the other hand, when the porous material is functionalized by this method, the nanoscale uneven inner surface cannot be effectively functionalized, so that the modification method has a low modification efficiency, that is, a low functional level.

また、非特許文献1の手法の場合、多量の金属アルコキシドを基材に添着することが可能となる。しかしながら、後で詳しく述べるが、基材表面の水分の影響を考慮していないため、基材と金属アルコキシドの密着性が弱く、またナノスケールの微量凹凸内部を修飾することはできない。
同様に、活性炭を金属アルコキシドで化学修飾する場合、高表面積の由来であるナノスケールの細孔を閉塞している可能性が高い。また、特許文献2のように蒸気を用いる場合は、大規模な装置が必要であるばかりでなく、ガス分子の細孔内凝縮により数nmオーダの細孔が閉塞される可能性が高い。
さらに、非特許文献2の技術では、そのバインダーが金属アルコキシドであるため、ナノスケール凹凸間の水分を考慮していないことから、効果的・効率的なバインディング効果が発現されていない。
In the case of the technique of Non-Patent Document 1, a large amount of metal alkoxide can be attached to the substrate. However, as will be described in detail later, since the influence of moisture on the surface of the base material is not taken into account, the adhesion between the base material and the metal alkoxide is weak, and the nanoscale minute irregularities cannot be modified.
Similarly, when the activated carbon is chemically modified with a metal alkoxide, there is a high possibility that the nanoscale pores originating from the high surface area are blocked. Moreover, when using steam like patent document 2, not only a large-scale apparatus is required but the possibility of clogging pores on the order of several nm due to condensation of gas molecules in the pores is high.
Furthermore, in the technique of Non-Patent Document 2, since the binder is a metal alkoxide, moisture between nanoscale irregularities is not taken into consideration, so that an effective and efficient binding effect is not expressed.

以上のように、従来の金属アルコキシドを用いた薄膜形成または表面機能化方法では、基材表面に存在するナノスケールの凹凸内部まで薄膜形成または機能化がされておらず、また、機能化の効率をあげるために金属アルコキシドの量を増やした場合には、基材の表面のみが金属アルコシキドで覆われてしまうため、ナノスケールの凹凸が閉塞されてしまう、或いは基材とのネッキング力(接着性)に欠けるなどの問題が発生していた。
本発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、ナノスケールの凹凸を有する基材表面を金属アルコキシド溶液により処理して該基材上に薄膜を形成するか又は該基材表面の機能化を行う方法において、ナノスケールの凹凸内部まで金属アルコキシドで充填する、あるいはナノスケールの凹凸内部表面を金属アルコキシドで効果的に機能化することを目的とするものである。言いかえれば、本発明は、ナノスケールの凹凸を考慮し、密着性の高い薄膜形成及び高密度表面機能化を実現することを目的とするものである。
なお、ここで、「高密着性」とは、ナノスケールの凹凸内部にまでコーティング剤が充填され、コーティング剤と基材に空気界面がない場合をいい、また、「高密度機能化」とは、ナノスケールの凹凸を維持しつつその内部表面に金属アルコキシドを添着した状態、つまりナノスケールの微細凹凸を考慮した比表面積あたりの官能基数が従来機能化よりも高い場合をいうものとする。
As described above, in the conventional thin film formation or surface functionalization method using metal alkoxide, the thin film formation or functionalization is not performed to the inside of the nanoscale unevenness existing on the substrate surface, and the functionalization efficiency is When the amount of the metal alkoxide is increased to increase the thickness, only the surface of the base material is covered with the metal alkoxide, so that the nanoscale unevenness is blocked, or the necking force (adhesiveness with the base material) ) Was missing.
This invention is made | formed in view of the above situations, Comprising: The objective of this invention forms the thin film on this base material by processing the base-material surface which has a nanoscale unevenness | corrugation with a metal alkoxide solution. In the method of functionalizing the surface of the substrate, the object is to fill the nanoscale irregularities with metal alkoxide, or to effectively functionalize the nanoscale irregularities inside surface with metal alkoxide It is. In other words, the present invention is intended to realize high-adhesion thin film formation and high-density surface functionalization in consideration of nanoscale unevenness.
Here, “high adhesion” means that the coating agent is filled even inside the nanoscale irregularities, and there is no air interface between the coating agent and the substrate, and “high density functionalization” The state in which the metal alkoxide is attached to the inner surface while maintaining the nanoscale unevenness, that is, the case where the number of functional groups per specific surface area considering the nanoscale fine unevenness is higher than the conventional functionalization.

本発明者が、上記目的を達成すべく検討したところ、基材表面に存在するナノスケールの凹凸内部が、薄膜形成または機能化されないのは、金属アルコキシドが水と反応しやすいこと、及びナノスケールの凹凸内部には水が吸着していることに起因することが判明した。すなわち、従来の金属アルコキシドを用いた薄膜形成または表面機能化方法では、溶媒中の水分の影響は考慮されているが(特許文献1参照)、基材表面(外表面及び微細凹凸内部)に存在する水の影響は考慮されていないために、前述のような問題が生じる。
そこで、本発明者らは、基材表面の凹凸の内部及び外表面に付着している水分を除去することが重要であると考え、検討した結果、予め、基材を無水溶媒中で加熱処理することにより、その凹凸の内部及び外表面に付着している水分を取り除くことができきるという知見を得た。
The inventors have studied to achieve the above-mentioned object, and the nanoscale irregularities present on the surface of the base material are not formed or functionalized into a thin film because the metal alkoxide easily reacts with water, and the nanoscale. It was found that this was caused by water adsorbing inside the irregularities. That is, in conventional thin film formation or surface functionalization methods using metal alkoxides, the influence of moisture in the solvent is taken into consideration (see Patent Document 1), but exists on the substrate surface (outer surface and fine irregularities inside). The above-mentioned problem arises because the effect of water is not taken into consideration.
Therefore, the present inventors considered that it is important to remove the moisture adhering to the inner and outer surfaces of the irregularities on the surface of the base material, and as a result of examination, the base material was previously heat-treated in an anhydrous solvent. As a result, it has been found that moisture adhering to the inside and outside of the irregularities can be removed.

本発明は、これらの知見に基づいて完成されたものであり、以下の発明を提供するものである。
[1]ナノスケールの凹凸を有する基材表面を金属アルコキシド溶液により処理して該基材上に薄膜を形成するか又は該基材表面の機能化を行う方法であって、予め、該基材を無水溶媒中、水の沸点以上で無水溶媒の沸点以下の温度で加熱処理することにより、前記凹凸の内部及び外表面に付着している水分を除去する工程を設けたことを特徴とする表面処理方法。
[2]前記無水溶媒が、トルエン、ヘキサン、DMF、2−アミノエタノール、1−ブタノール、ジメチルスルホキシド、アセト酢酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、アニソール・エチルラクテート、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ポリエチレングリコールモノメチルエーテル及びそれらの無水物から選ばれることを特徴とする上記[1]の表面処理方法。
[3]前記金属アルコキシドが、前記機能化に必要な官能基を少なくとも1つ有していることを特徴とする上記[1]又は[2]の表面処理方法。
[4]前記金属アルコキシド溶液は、金属アルコキシドが無水溶剤中に溶解されていることを特徴とする上記[1]〜[3]のいずれかの表面処理方法。
[5]前記基材を、金属アルコキシド溶液中に浸漬することにより、薄膜の形成又は機能化をおこなうことを特徴とする上記[1]〜[4]のいずれかの表面処理方法。
[6]ナノスケールの凹凸を有する基材が、活性アルミナ、活性炭、メソポーラスシリカ、ナノファイバ、又は交互積層膜のいずれかであることを特徴とする上記[1]〜[5]のいずれかの表面処理方法。
[7]ナノスケールの凹凸を有する基材であって、その表面に、上記[1]〜[6]のいずれかの表面処理方法により金属アルコキシド溶液による処理が施されていることを特徴とする基材。
The present invention has been completed based on these findings, and provides the following inventions.
[1] A method for forming a thin film on a substrate by treating a substrate surface having nanoscale irregularities with a metal alkoxide solution or functionalizing the substrate surface, the substrate In the anhydrous solvent, the surface is provided with a step of removing moisture adhering to the inner and outer surfaces of the irregularities by heat treatment at a temperature not lower than the boiling point of water and not higher than the boiling point of the anhydrous solvent. Processing method.
[2] The anhydrous solvent is toluene, hexane, DMF, 2-aminoethanol, 1-butanol, dimethyl sulfoxide, ethyl acetoacetate, propylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monomethyl ether acetate, anisole / ethyl lactate , diethylene glycol dimethyl ether, surface treatment methods are described you wherein a is selected from polyethylene glycol monomethyl ether and anhydrides thereof [1].
[3] The surface treatment method according to the above [1] or [2], wherein the metal alkoxide has at least one functional group necessary for the functionalization.
[4] The metal alkoxide solution, any surface treatment method of the above-mentioned [1] to [3], wherein the metal alkoxide is dissolved in anhydrous solvent.
[5] The surface treatment method according to any one of the above [1] to [4], wherein the thin film is formed or functionalized by immersing the substrate in a metal alkoxide solution.
[6] Any of the above-mentioned [1] to [5], wherein the substrate having nanoscale irregularities is any one of activated alumina, activated carbon, mesoporous silica, nanofibers, or alternating laminated films Surface treatment method.
[7] A substrate having nanoscale irregularities, characterized in that the surface thereof is treated with a metal alkoxide solution by the surface treatment method of any one of [1] to [6] above. Base material.

本発明によれば、ナノスケールの凹凸内部まで金属アルコキシドで充填する、あるいはナノスケールの凹凸内部表面を金属アルコキシドで効果的に機能化することができる。言いかえれば、ナノスケールの凹凸を考慮し、密着性の高い薄膜形成及び高密度表面機能化を実現することができる。
そして、本発明を空気・水質浄化フィルタに適用することにより、フィルタ性能が向上する。すなわち、本発明によれば、金属アルコキシドをナノスケールの微細凹凸を閉塞させることなく、その内部を機能化できるため、基材の表面積を維持しつつ、高密度に所望官能基を生成することができる。そのため、単位重量あたりの吸着量が大きく、脱着を起こさない有害分子除去フィルタが実現できる。
また、本発明を撥水コーティング方法に適用することにより、撥水性を減少させることなく、高耐久性の撥水加工を施すことができる。つまり、撥水性に必要な凹凸構造は維持しつつ、その凹凸構造同士及び凹凸と基材表面とのネッキング(接着)を強化でき、これにより、撥水性表面の物理的耐久性を著しく向上させることができる。
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it can be filled with a metal alkoxide to the inside of a nanoscale unevenness | corrugation, or a nanoscale uneven | corrugated internal surface can be effectively functionalized with a metal alkoxide. In other words, it is possible to realize thin film formation with high adhesion and high-density surface functionalization in consideration of nanoscale unevenness.
The filter performance is improved by applying the present invention to an air / water purification filter. That is, according to the present invention, the metal alkoxide can be functionalized without clogging the nanoscale fine irregularities, so that the desired functional groups can be generated at high density while maintaining the surface area of the substrate. it can. Therefore, it is possible to realize a harmful molecule removal filter that has a large adsorption amount per unit weight and does not cause desorption.
In addition, by applying the present invention to the water-repellent coating method, highly durable water-repellent processing can be performed without reducing water repellency. In other words, while maintaining the concavo-convex structure necessary for water repellency, the concavo-convex structure and the necking (adhesion) between the concavo-convex and the substrate surface can be strengthened, thereby significantly improving the physical durability of the water-repellent surface. Can do.

本発明は、ナノスケールの凹凸を有する基材表面を金属アルコキシド溶液により処理して該基材上に薄膜を形成するか又は該基材表面の機能化を行う方法において、予め、該基材を無水溶媒中で加熱処理することにより、前記凹凸の内部及び外表面に付着している水分を除去する工程を設けたことを特徴としている。
図1は、本発明の方法と、従来の方法の違いを、模式的に説明する図である。
すなわち、図の上段に示すとおり、従来、ナノスケールの凹凸の内部には、水分が残存しており、金属アルコキシドは水と反応しやすいために、凹凸の表面を覆ってしまう結果となり、凹凸内部には薄膜形成や機能化がされないままとなっている。
本発明では、該凹凸の内部及び外表面に付着している水分を除去する工程を設けることにより、図の下段に示すとおり、ナノスケールの凹凸内部まで金属アルコキシドで充填する、あるいはナノスケールの凹凸内部表面を金属アルコキシドで効果的に機能化することができる。
The present invention relates to a method of forming a thin film on a substrate by treating a substrate surface having nanoscale irregularities with a metal alkoxide solution or functionalizing the substrate surface, It is characterized by providing a step of removing moisture adhering to the inside and outside surfaces of the irregularities by heat treatment in an anhydrous solvent.
FIG. 1 is a diagram schematically illustrating the difference between the method of the present invention and a conventional method.
That is, as shown in the upper part of the figure, conventionally, moisture remains inside the nanoscale unevenness, and the metal alkoxide easily reacts with water, resulting in covering the uneven surface. Has not been thinned or functionalized.
In the present invention, by providing a step of removing moisture adhering to the inside and outside of the unevenness, as shown in the lower part of the figure, the nanoscale unevenness is filled with metal alkoxide, or the nanoscale unevenness The internal surface can be effectively functionalized with a metal alkoxide.

本発明において、ナノスケールの凹凸を有する基材は、その表面を金属アルコキシド溶液で処理して薄膜形成又は表面の機能化ができるものであれば、その形状及び材質は特に限定されるものでなく、例えば、テクスチャ構造を有するポリマー、活性炭、活性アルミナ、メソポーラスシリカ、ナイロンナノファイバ、カーボンナノファイバなどの繊維状物質など、吸着剤あるいはフィルタ材として用いられているものがあげられる。   In the present invention, the substrate having nanoscale unevenness is not particularly limited in shape and material as long as the surface can be treated with a metal alkoxide solution to form a thin film or functionalize the surface. Examples thereof include polymers used as adsorbents or filter materials, such as fibrous materials such as polymers having a textured structure, activated carbon, activated alumina, mesoporous silica, nylon nanofibers, and carbon nanofibers.

本発明の方法を用いて、これらのナノスケールの凹凸を有する基材表面上に薄膜を形成する場合又は該基板の表面を機能化する場合、具体的には、以下の4つの工程を行う。   When the method of the present invention is used to form a thin film on the surface of a substrate having nanoscale irregularities or to functionalize the surface of the substrate, specifically, the following four steps are performed.

工程1:ナノスケールの凹凸を有する基材に、無水溶媒中での加温処理を施し、基材の凹凸内部の水分を減少させる工程
本工程により、基材の凹凸内部の水分が減少するため、その後の工程において、金属アルコキシド分子が凹凸内部まで侵入することが可能となる。
本発明において、無水溶媒中での加熱処理により凹凸内部の水分を減少させるのに必要な加熱処理の温度は、水の沸点以上で、無水溶媒の沸点以下であり、かつ、基材の耐熱温度以下の温度を選ぶ必要がある。
Step 1: A step of heating the base material having nanoscale unevenness in an anhydrous solvent to reduce the moisture inside the unevenness of the substrate. This step reduces the moisture inside the unevenness of the substrate. In the subsequent steps, the metal alkoxide molecules can penetrate into the irregularities.
In the present invention, the temperature of the heat treatment necessary to reduce the moisture inside the irregularities by heat treatment in an anhydrous solvent is not less than the boiling point of water and not more than the boiling point of the anhydrous solvent, and the heat resistant temperature of the substrate It is necessary to select the following temperature.

工程1に用いる無水溶媒は、トルエン、ヘキサン、DMF、2−アミノエタノール、1−ブタノール、ジメチルスルホキシド、アセト酢酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、アニソール・エチルラクテート、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ポリエチレングリコールモノメチルエーテルなど及びそれらの無水物が使用できる。
このような溶媒が利用可能な理由は、溶媒中で金属アルコキシドを安定に存在させることができ、且つ基材に存在する水分量を減少させることができるためである。
The anhydrous solvent used in Step 1 is toluene, hexane, DMF, 2-aminoethanol, 1-butanol, dimethyl sulfoxide, ethyl acetoacetate, propylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monomethyl ether acetate, anisole / ethyl lactate , Diethylene glycol dimethyl ether, polyethylene glycol monomethyl ether, and the like, and anhydrides thereof can be used.
The reason why such a solvent can be used is that the metal alkoxide can be stably present in the solvent and the amount of water present in the substrate can be reduced.

工程2:金属アルコキシドの安定な溶液を作成する工程
次に、無水溶媒に、所望金属を持つ金属アルコキシド、或いは、所望の官能基を有する金属アルコキシドを加えて、金属アルコキシドの安定溶液とする。
本発明において、本工程を適用することで、金属アルコキシドが金属アルコキシド分子として安定して存在することが可能となる。
Step 2: Step of creating a stable solution of metal alkoxide Next, a metal alkoxide having a desired metal or a metal alkoxide having a desired functional group is added to an anhydrous solvent to obtain a stable solution of metal alkoxide.
In the present invention, by applying this step, the metal alkoxide can stably exist as a metal alkoxide molecule.

前記所望の金属としては、たとえば、超親水性薄膜を形成したい場合には、チタンを用い、また、複合金属薄膜を形成したい場合は、複合したい複数の金属を持つ金属アルコキシドが用いられる。
また、前記所望の官能基としては、本発明の方法により機能化したい基材に対して、その機能を付加できる官能基が用いられ、たとえば、アルデヒドを除去する機能を付加するならアミン基を、アミンを除去する機能を付加するならカルボキシル基を、また、撥水性コーティングを施すならFあるいはメチル基を有するものを用いる。
As the desired metal, for example, titanium is used to form a superhydrophilic thin film, and metal alkoxide having a plurality of metals to be combined is used to form a composite metal thin film.
In addition, as the desired functional group, a functional group capable of adding the function to the base material to be functionalized by the method of the present invention is used. For example, an amine group is added to add a function of removing aldehyde, If a function for removing amine is added, a carboxyl group is used. If a water-repellent coating is applied, one having F or a methyl group is used.

本工程において、金属アルコキシドの活性度が高い場合は、キレート剤等の安定化剤を加える。キレート剤は、配位結合により金属イオンに結合し、反応抑制効果を示す。エタノールアミン類やアルコキシアルコール類などがキレート剤としての効果を発現する。
金属アルコキシドは金属原子を核とし、側鎖にアルコキシ基を持つ分子である。この側鎖の一つを官能基に置き換えたものが多数存在し、そのため金属アルコキシドの種類を選ぶことで、新たな金属的性質及び官能基的性質を付加できる。
官能基的性質とは、加水分解あるいは脱アルコールを起こさない金属アルコキシドの側鎖の性質である。例えば3−aminopropyltrimethoxysilane(APTMS)の場合、3つのメトキシ基は加水分解・脱アルコールを行う。しかし、残りのアミノプロピル基はそれらの反応を起こさず、最終的な物質中に残る。そして、APTMSの場合、アミノプロピル基が残るため、タンパク質固定やアルデヒド類吸着などの性質を示す。
金属アルコキシドは、その後の工程において、水と反応し、加水分解・重縮合を開始する。
In this step, when the activity of the metal alkoxide is high, a stabilizer such as a chelating agent is added. A chelating agent binds to a metal ion by a coordination bond and exhibits a reaction suppressing effect. Ethanolamines and alkoxyalcohols exhibit effects as chelating agents.
Metal alkoxide is a molecule having a metal atom as a nucleus and an alkoxy group in a side chain. Many of these side chains have been replaced with functional groups, so that new metallic properties and functional properties can be added by selecting the type of metal alkoxide.
The functional property is the property of the side chain of the metal alkoxide that does not cause hydrolysis or dealcoholization. For example, in the case of 3-aminopropyltrimethoxysilane (APTMS), the three methoxy groups are hydrolyzed and dealcoholized. However, the remaining aminopropyl groups do not undergo these reactions and remain in the final material. In the case of APTMS, since aminopropyl groups remain, properties such as protein fixation and aldehyde adsorption are exhibited.
In the subsequent steps, the metal alkoxide reacts with water and starts hydrolysis and polycondensation.

工程3:基材の浸漬及び撹拌工程
前記工程2で得られた溶液に、前記工程1で水分を減少させた基材を加え、浸漬及び攪拌する。
該工程において、溶液中の金属アルコキシドは、分子として対象基材表面に吸着し、その後拡散する。工程1の処理により、基材表面の水は減少しているが、極微小のナノスケール領域(小さなメソ孔やミクロ孔領域)には水がトラップされているので、表面拡散した金属アルコキシドは、この無数に存在する水と出会うまで拡散し、その後、加水分解・重縮合を開始する。しかし、一つのサイトに存在する水の量は非常に少ないため、重縮合により凹凸が完全に閉塞することはない。
本工程においては、ナノスケールの凹凸内部表面に金属アルコキシドゲルを生成し、ナノスケールの空間内部は未反応の金属アルコキシドで充填されている。
Step 3: Immersion and Stirring Step of Substrate The substrate obtained by reducing moisture in Step 1 is added to the solution obtained in Step 2 above, and dipped and stirred.
In the step, the metal alkoxide in the solution is adsorbed on the surface of the target substrate as a molecule and then diffuses. Although the water on the substrate surface is reduced by the treatment in step 1, since the water is trapped in a very small nanoscale region (small mesopore or micropore region), the surface-diffused metal alkoxide is It diffuses until it meets this innumerable water, and then begins hydrolysis and polycondensation. However, since the amount of water existing at one site is very small, the unevenness is not completely blocked by polycondensation.
In this step, a metal alkoxide gel is formed on the nanoscale uneven inner surface, and the nanoscale space is filled with unreacted metal alkoxide.

工程4(その1):洗浄なしで乾燥する工程
高密着性薄膜を作製する場合は、溶液から基材を引き上げ、そのまま乾燥処理を施す。
乾燥処理は、無水溶媒の沸点以上の温度で数時間乾燥させるものであり、たとえば、無水トルエンを溶媒に選定した場合、120℃で3時間の処理を行う。
ナノスケールの空間は、基材壁・金属アルコキシドゲル・未反応金属アルコキシドで構成されている。
本工程において、基材を洗浄せずに乾燥させることで、二つの現象が起こる。1つ目は、ゲルが固化し基材と強固に接続することであり、2つ目は、未反応金属アルコキシドが加水分解・重縮合を開始し、元々のゲルと強固につながり、ナノ空間を充填することである。
本工程を適用することで、ナノスケールの凹凸空間は金属アルコキシドで充填され、高密着性薄膜が生成する。
なお、本発明において、微細凹凸内部を金属アルコキシドが充填している状態を、「高密着性」というものとする。一方、ナノスケールの微細凹凸が、金属アルコキシドで充填されておらず、作製された薄膜に対してナノスケールの微細凹凸と薄膜の間に空気界面が存在する場合を、「低密着性」ということとする。
Step 4 (No. 1): Step of drying without washing When producing a highly adherent thin film, the substrate is pulled up from the solution and dried as it is.
In the drying process, drying is performed for several hours at a temperature equal to or higher than the boiling point of the anhydrous solvent. For example, when anhydrous toluene is selected as the solvent, the process is performed at 120 ° C. for 3 hours.
The nanoscale space is composed of a substrate wall, a metal alkoxide gel, and an unreacted metal alkoxide.
In this step, two phenomena occur when the substrate is dried without washing. The first is that the gel is solidified and firmly connected to the substrate, and the second is that the unreacted metal alkoxide starts hydrolysis and polycondensation, and is firmly connected to the original gel, thus To fill.
By applying this process, the nanoscale uneven space is filled with metal alkoxide, and a highly adhesive thin film is generated.
In the present invention, a state in which fine concavo-convex portions are filled with metal alkoxide is referred to as “high adhesion”. On the other hand, when the nanoscale fine irregularities are not filled with metal alkoxide and there is an air interface between the nanoscale fine irregularities and the thin film, it is called "low adhesion" And

工程4(その2):洗浄後、乾燥する工程
一方、高密度表面機能化を実現する場合は、溶液から取り出し、基材を溶媒で洗浄し、その後乾燥処理を施す。
該工程における乾燥処理も、無水溶媒の沸点以上の温度で数時間乾燥させるものであり、たとえば、無水トルエンを溶媒に選定した場合、120℃で3時間の処理を行う。
なお、本発明において、微細凹凸空間を閉塞させることなく、しかし微細凹凸内部表面に金属アルコキシドが添着している状態を「高密度表面機能化」ということとする。
Step 4 (No. 2): Step of drying after washing On the other hand, when realizing high-density surface functionalization, the substrate is taken out from the solution, the substrate is washed with a solvent, and then dried.
The drying process in this step is also performed for several hours at a temperature equal to or higher than the boiling point of the anhydrous solvent. For example, when anhydrous toluene is selected as the solvent, the process is performed at 120 ° C. for 3 hours.
In the present invention, the state in which the metal alkoxide is attached to the inner surface of the fine unevenness without blocking the fine uneven space is referred to as “high density surface functionalization”.

以下、本発明について、種々の基材を用いて、具体的に説明するが、本発明はこれらによって何ら限定されるものではない。   Hereinafter, although this invention is demonstrated concretely using various base materials, this invention is not limited at all by these.

実施例1
本実施例では、平均粒径2mm程度の、市販の活性アルミナ(住友化学工業社製、KHD−12 60604)を用いた。
(前処理)
まず、活性アルミナ表面の不純物を超音波処理で取り除き60℃で24時間乾燥させた。以下、これを、「未処理の活性アルミナ」と称す。
(脱水処理)
この未処理の活性アルミナ1.0gを、20mlの無水トルエンに加え、105℃で、0〜5時間、加熱処理を施した。なお、加熱処理時間は、容積55ml、底面積が直径36mmの円であるホットプレートに基材を載せた時点を、「脱水処理時間0時間」としてカウントし、加熱時間1時間後、105℃に達したところで、温度を105℃に保持した。
(金属アルコキシド容液による処理及び乾燥)
次に、脱水処理後の活性アルミナを、2.5mlの無水トルエンに4.0gのAPTMSを溶解させた溶液に加え、6時間浸漬・攪拌した。その後、トルエンと2−プロパノールで洗浄し、120℃で3時間乾燥させた。
Example 1
In this example, commercially available activated alumina (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., KHD-12 60604) having an average particle diameter of about 2 mm was used.
(Preprocessing)
First, impurities on the surface of the activated alumina were removed by ultrasonic treatment and dried at 60 ° C. for 24 hours. Hereinafter, this is referred to as “untreated activated alumina”.
(Dehydration treatment)
1.0 g of this untreated activated alumina was added to 20 ml of anhydrous toluene and subjected to heat treatment at 105 ° C. for 0 to 5 hours. The heat treatment time was counted as “dehydration treatment time 0 hours” when the substrate was placed on a hot plate having a volume of 55 ml and a bottom area of a circle having a diameter of 36 mm. Once reached, the temperature was maintained at 105 ° C.
(Treatment with metal alkoxide solution and drying)
Next, the activated alumina after the dehydration treatment was added to a solution obtained by dissolving 4.0 g of APTMS in 2.5 ml of anhydrous toluene, and the mixture was immersed and stirred for 6 hours. Thereafter, it was washed with toluene and 2-propanol and dried at 120 ° C. for 3 hours.

ナノスケール凹凸内部水分量を直接測定することができないため、APTMS修飾の程度を、窒素吸着法(装置shimazu micromeritics ASAP2010)により観察した。
図2は、得られた活性アルミナの窒素ガスの物理吸着等温線であり、図3は、得られた活性アルミナの孔径分布を示す図である。
各図において、「WR0h」、「WR1h」、「WR3h」及び「WR5h」は、それぞれ加熱処理時間が、0時間、1時間、3時間、及び5時間であることを表しており、「Control」は、未処理の活性アルミナを表している。
Since the water content inside the nanoscale irregularities cannot be directly measured, the degree of APTMS modification was observed by a nitrogen adsorption method (apparatus shimazu micromeritics ASAP2010).
FIG. 2 is a physical adsorption isotherm of nitrogen gas of the obtained activated alumina, and FIG. 3 is a diagram showing a pore size distribution of the obtained activated alumina.
In each figure, “WR0h”, “WR1h”, “WR3h”, and “WR5h” indicate that the heat treatment time is 0 hour, 1 hour, 3 hours, and 5 hours, respectively, and “Control” Represents untreated activated alumina.

図2によれば、加熱処理時間と金属アルコキシド(APTMS)の修飾具合には関係があることがわかる。
すなわち、加熱処理時間には最適値が存在する。実施例1では、3時間の加熱処理時間(WR3h)において、窒素の吸着量が最大となっており、基材微細凹凸間の残存水分量が、内部機能化にとって最適値となることが分かる。また、3時間の脱水処理時間における物理吸着等温線がヒステリシスを有していており、これは、ナノスケールの凹凸が閉塞されずに残っていることを示すものである。
そして、脱水処理をしすぎると(WR5h参照)、微細凹凸内部の水分量が減少しすぎ、凹凸内部を効率的に被覆することはできないと考えられる。
また、未処理の活性アルミナ(WR0h)のほうが、加熱処理1時間の活性アルミナ(WR1h)よりも吸着量が多いが、これは、この間液温が上昇しているものの、水分が除去できる100度以上には達しておらず、むしろ、無水トルエンと水の相溶性の悪さから水が凹凸内部に押し込まれたためと考えられる。
According to FIG. 2, it can be seen that there is a relationship between the heat treatment time and the degree of metal alkoxide (APTMS) modification.
That is, there is an optimum value for the heat treatment time. In Example 1, in the heat treatment time (WR3h) of 3 hours, the nitrogen adsorption amount is the maximum, and it can be seen that the residual moisture amount between the fine substrate irregularities is an optimum value for internal functioning. Moreover, the physical adsorption isotherm in the dehydration treatment time of 3 hours has a hysteresis, which indicates that the nanoscale unevenness remains without being blocked.
If the dehydration process is excessively performed (see WR5h), it is considered that the amount of water inside the fine unevenness is excessively reduced and the unevenness cannot be efficiently covered.
In addition, untreated activated alumina (WR0h) has a larger adsorption amount than activated alumina (WR1h) after 1 hour of heat treatment, but this is because the liquid temperature has increased during this time, but the water can be removed at 100 degrees. This is probably because water was pushed into the irregularities due to the poor compatibility of anhydrous toluene and water.

また、図3から明らかなように、APTMSによる修飾により、活性アルミナの細孔内部の凹凸構造が減少している。
すなわち、脱水処理時間が最適の3時間のもの(WR3h)の孔径分布は、未処理の活性アルミナと同様に、ナノサイズにピークを有するものであった、そのピークは未処理の活性アルミナのものより小さくなっている。このことから、APTMSによる修飾後もナノサイズの凹凸空間を閉塞させることなく、かつ、その凹凸内部表面に金属アルコキシドが添着してサイズが小さくなっていることがわかる。
Further, as is apparent from FIG. 3, the uneven structure inside the pores of the activated alumina is reduced by modification with APTMS.
That is, the pore size distribution of the optimal dehydration time of 3 hours (WR3h) had a nano-size peak as in the case of untreated activated alumina. The peak was that of untreated activated alumina. It is getting smaller. From this, it can be seen that even after modification with APTMS, the nano-sized uneven space is not blocked, and metal alkoxide is attached to the uneven inner surface to reduce the size.

このような現象(最適値)が現れる理由は以下の通りと考えられる。
すなわち、基材を無水溶媒に加えることで、基材外表面ないし微細凹凸内部に存在している水は基材に強く密着する。このため、脱水処理が不十分な場合、凹凸内部を修飾することはできず、凹凸の入口を金属アルコキシドが塞いでしまう。脱水処理時間の経過と伴に、凹凸内部水分が減少し、金属アルコキシドが凹凸内部に吸着可能となる。凹凸内部に残存している水分と金属アルコキシドが反応することで、凹凸内部から外へと加水分解・重縮合が進行する。一方、過剰な脱水処理は凹凸内部の水分を減少しすぎるため、細孔内部に金属アルコキシドが吸着しても、凹凸内部表面で重縮合はおこらない。よって、過剰脱水処理は、凹凸内部に金属アルコキシドの分子充填を起こし、小さな微細凹凸を閉塞させてしまう。
The reason why such a phenomenon (optimum value) appears is considered as follows.
That is, by adding the base material to the anhydrous solvent, the water existing on the outer surface of the base material or inside the fine irregularities strongly adheres to the base material. For this reason, when the dehydration treatment is insufficient, the inside of the unevenness cannot be modified, and the metal alkoxide blocks the entrance of the unevenness. As the dehydration time elapses, the moisture inside the irregularities decreases, and the metal alkoxide can be adsorbed inside the irregularities. Hydrolysis and polycondensation proceed from the inside of the concavo-convex to the outside by the reaction between the water remaining in the concavo-convex and the metal alkoxide. On the other hand, since excessive dehydration process excessively reduces the moisture inside the irregularities, polycondensation does not occur on the inner surfaces of the irregularities even if metal alkoxide is adsorbed inside the pores. Therefore, the excessive dehydration treatment causes the metal alkoxide to be filled into the concavo-convex portions and closes the small fine concavo-convex portions.

実施例2
本実施例は、加熱処理時間を、実施例1において最適であった3時間とし、その後の無水トルエンに溶解したAPTMS溶液中での処理時間を、14時間に増加させた以外は、実施例1と同様にして、APTMSで修飾された活性アルミナを得た。
図4は、得られた活性アルミナの窒素ガスの物理吸着等温線であり、図5は、得られた活性アルミナの孔径分布を示す図である。各図において、「Control」は、未処理の活性アルミナを表している。
図4から明らかなように、得られた活性アルミナは、未処理の活性アルミナより窒素ガスの吸着量は減っているが、実施例1の場合と同様にヒステリシスを有しており、また、図5から明らかなように、孔径分布のそのピークは未処理の活性アルミナのものより小さくなっていることから、APTMSによる修飾後もナノサイズの凹凸空間を閉塞させることなく、かつ、その凹凸内部表面に金属アルコキシドが添着してサイズが小さくなっていることがわかる。
Example 2
In this example, the heat treatment time was set to 3 hours which was optimal in Example 1, and the treatment time in the APTMS solution dissolved in anhydrous toluene was increased to 14 hours. In the same manner as above, activated alumina modified with APTMS was obtained.
FIG. 4 is a physical adsorption isotherm of nitrogen gas of the obtained activated alumina, and FIG. 5 is a diagram showing a pore size distribution of the obtained activated alumina. In each figure, “Control” represents untreated activated alumina.
As is clear from FIG. 4, the obtained activated alumina has a reduced amount of nitrogen gas adsorbed than the untreated activated alumina, but has hysteresis as in the case of Example 1, and FIG. As can be seen from FIG. 5, since the peak of the pore size distribution is smaller than that of the untreated activated alumina, the nano-sized uneven space is not blocked even after modification with APTMS, and the uneven inner surface It can be seen that the metal alkoxide is attached to the metal and the size is reduced.

図6は、活性アルミナの細孔内部の機能化を示すTEM像であり、左上は、未処理のもの、右上は、従来法(溶媒にエタノール使用)によりAPTMS修飾したもの、左下は脱水処理せずにAPTMS修飾したもの、右下が、本発明の方法によりAPTMS修飾したものである。
左上(未処理アルミナ)の写真(スケールバー:2nm)は、アルミナに固有の格子像が表れており、メソ孔があることがわかる。また、右上(従来法)の写真(スケールバー:20nm)では、格子像が一部見えており、APTMS固有のアモルファス像が多く見られないことから、表面修飾(機能化)が不完全であることがわかる。さらに、左下(脱水なし)の写真(スケールバー:10nm)では、メソ孔が完全にAPTMSで完全に充填してしまっていることがわかる。
これに対し、右下(本発明の方法による)の写真(スケールバー:10nm)では、表面が完全にAPTMSで完全に覆われているが、メソ孔が存在していることがわかる。
FIG. 6 is a TEM image showing the functionalization inside the pores of activated alumina. The upper left is untreated, the upper right is APTMS modified by a conventional method (using ethanol as a solvent), and the lower left is dehydrated. Without APTMS modification, the lower right is APTMS modification by the method of the present invention.
A photograph (scale bar: 2 nm) in the upper left (untreated alumina) shows a lattice image unique to alumina and shows that there are mesopores. Moreover, in the upper right (conventional method) photograph (scale bar: 20 nm), a part of the lattice image is visible, and many amorphous images peculiar to APTMS are not seen, so the surface modification (functionalization) is incomplete. I understand that. Furthermore, it can be seen from the lower left photo (without dehydration) (scale bar: 10 nm) that the mesopores are completely filled with APTMS.
On the other hand, in the lower right photo (by the method of the present invention) (scale bar: 10 nm), it can be seen that the surface is completely covered with APTMS, but mesopores are present.

以上のことから、本発明の方法により、基材(活性アルミナ)が有するメソ孔を活かし、且つその細孔内部表面をAPTMSで機能化できるといえる。   From the above, it can be said that by the method of the present invention, mesopores of the substrate (activated alumina) can be utilized and the inner surface of the pores can be functionalized with APTMS.

実施例3
基材として、メソポーラスシリカ(太陽化学(株)製 TMPS−4)を用いた以外は、実施例2と同様にして、APTMS処理されたメソポーラスシリカを得た。
図7は、得られたメソポーラスシリカの窒素ガスの物理吸着等温線であり、図8は、得られたメソポーラスシリカの孔径分布を示す図である。各図において、「Control」は、未処理のメソポーラスシリカを表している。
図7及び図8は、それぞれ、実施例1,2で得られたAPTMDS修飾された活性アルミナと同様の結果を示しており、メソポーラシシリカの場合においても、APTMSによる修飾後もナノサイズの凹凸空間を閉塞させることなく、かつ、その凹凸内部表面に金属アルコキシドが添着してサイズが小さくなっていることがわかる。
Example 3
An APTMS-treated mesoporous silica was obtained in the same manner as in Example 2 except that mesoporous silica (TMPS-4 manufactured by Taiyo Kagaku Co., Ltd.) was used as the substrate.
FIG. 7 is a physical adsorption isotherm of nitrogen gas of the obtained mesoporous silica, and FIG. 8 is a diagram showing a pore size distribution of the obtained mesoporous silica. In each figure, “Control” represents untreated mesoporous silica.
7 and 8 show the same results as those of the activated alumina modified with APTMDS obtained in Examples 1 and 2, respectively. In the case of mesoporous silica, the nanosized particles were also modified after modification with APTMS. It can be seen that the metal alkoxide is attached to the inner surface of the unevenness without blocking the uneven space, and the size is reduced.

図9は、メソポーラスシリカの細孔内部の機能化を示すTEM像であり、上段は、未処理のもの、下段が、本発明の方法によりAPTMS修飾したもののであり、左が低倍率(スケールバー:100nm)の写真であり、右が高倍率(スケールバー:20nm)の写真である。
左の低倍率のTEM像より、メソポーラスシリカ微粒子表面にAPTMSのコーティング膜ができていることがわかる。また、右の高倍率のTEM像からは、微孔内部までAPTMSが導入されていることがわかる。
FIG. 9 is a TEM image showing the functionalization inside the pores of mesoporous silica. The upper part is untreated, the lower part is APTMS-modified by the method of the present invention, and the left is a low magnification (scale bar). : 100 nm), and the right is a photograph with a high magnification (scale bar: 20 nm).
It can be seen from the low magnification TEM image on the left that an APTMS coating film is formed on the surface of the mesoporous silica fine particles. Moreover, it can be seen from the high-magnification TEM image on the right that APTMS has been introduced into the micropores.

実施例4
本実施例においては、基材として、ナイロンナノファイバを用い、(1)繊維基材の表面のみを金属アルコキシド(APTMS)で効果的にコーティングができること(表面機能化)、及び(2)ナノファイバに存在するファイバ間のナノスケールの空間を充填し、金属アルコキシドとナノファイバの高密着性薄膜を形成できること(充填)を確かめた。
(1)表面機能化
ナイロンを88%の蟻酸に15wt%で溶解させ、この溶液をエレクトロスピニングによりファイバ化した(電圧 25.0kV、フローレート 0.1ml/h、コレクターシリンジ間距離 15cm)。
次に、作製されたナイロンナノファイバを、無水トルエンに加え、実施例1と同様にして、3時間脱水処理を施した。その後、脱水ナイロンナノファイバを5.2g/10mlの無水トルエンに溶解させたAPTMS溶液に2時間浸漬させた。浸漬後、トルエンで十分に洗浄し、120℃で3時間乾燥処理を施した。この際、ナノファイバの隙間として存在するナノスケールの間隙は維持される。
(2)充填
ナイロンナノファイバの作製方法は実施例4の表面機能化処理と同じである。
作製したナイロンナノファイバを同様の方法で脱水処理し、同濃度のAPTMS溶液に浸漬させる。浸漬後、溶液から取り出し、そのまま120℃で3時間乾燥処理を施した。
Example 4
In this example, nylon nanofibers are used as the base material, (1) only the surface of the fiber base material can be effectively coated with metal alkoxide (APTMS) (surface functionalization), and (2) nanofibers It was confirmed that the nano-scale space between the fibers existing in the fiber can be filled and a highly adhesive thin film of metal alkoxide and nanofiber can be formed (filling).
(1) Functionalization of nylon Nylon was dissolved in 88% formic acid at 15 wt%, and this solution was fiberized by electrospinning (voltage 25.0 kV, flow rate 0.1 ml / h, collector syringe distance 15 cm).
Next, the produced nylon nanofibers were added to anhydrous toluene, and dehydrated for 3 hours in the same manner as in Example 1. Thereafter, the dehydrated nylon nanofibers were immersed in an APTMS solution dissolved in 5.2 g / 10 ml of anhydrous toluene for 2 hours. After immersion, the substrate was thoroughly washed with toluene and dried at 120 ° C. for 3 hours. At this time, the nanoscale gap existing as the gap between the nanofibers is maintained.
(2) Filling The method for producing nylon nanofibers is the same as the surface functionalization treatment in Example 4.
The produced nylon nanofibers are dehydrated by the same method and immersed in an APTMS solution having the same concentration. After soaking, it was taken out from the solution and directly subjected to a drying treatment at 120 ° C. for 3 hours.

図10は、ナイロンナノファイバのSEM像(スケールバー:2μm)であり、図中、上段は断面を観察したもの、下段は真上から観察したものである。
図中、左側は未処理のナイロンナノファイバであり、中央が、前記(1)の処理方法で得られたナイロンナノファイバのSEM像であり、右側が、前記(2)の処理方法で得られたナイロンナノファイバのSEM像である。
中央のSEM像から明らかなうように、洗浄して基材表面のAPTMS溶液を取り除いてから乾燥すると、表面機能化したナイロンナノファイバが得られることがわかる。すなわち、ファイバ内部は、ファイバ表面にくらべ、水のトラップされている密度が高く、金属アルコキシドは、加水分解・重縮合を開始した場所を核とし微粒子成長する。これにより、ファイバ内部(内部ファイバ表面)は金属アルコキシドで機能化される。これは、ナノファイバの機械的強度の向上と、エアフィルタ・水中フィルタとしての機能を向上させるものである。
また、右側のSEM像から明らかなように、金属アルコキシド(APTMS)は、ナイロンナノファイバのもつナノスケールの間隙を隙間なく充填していることがわかる。予備加水分解(溶液中での浸漬処理)を行わないと、右図のような充填は起こらず、ナノファイバと金属アルコキシド界面に隙間が生成される。
FIG. 10 is an SEM image (scale bar: 2 μm) of nylon nanofiber. In the figure, the upper part is a cross-sectional observation, and the lower part is an observation from directly above.
In the figure, the left side is an untreated nylon nanofiber, the center is an SEM image of the nylon nanofiber obtained by the processing method (1), and the right side is obtained by the processing method (2). 2 is an SEM image of a nylon nanofiber.
As is apparent from the SEM image at the center, it can be seen that the surface-functionalized nylon nanofibers can be obtained by washing and removing the APTMS solution on the substrate surface and then drying. That is, the inside of the fiber has a higher density of trapped water than the fiber surface, and the metal alkoxide grows fine particles with the place where hydrolysis and polycondensation is started as the nucleus. Thus, the inside of the fiber (inner fiber surface) is functionalized with the metal alkoxide. This is to improve the mechanical strength of the nanofiber and the function as an air filter / underwater filter.
Further, as is apparent from the SEM image on the right side, it can be seen that the metal alkoxide (APTMS) fills the nanoscale gap of the nylon nanofiber without any gap. If preliminary hydrolysis (immersion treatment in a solution) is not performed, filling as shown in the right figure does not occur, and a gap is generated at the interface between the nanofiber and the metal alkoxide.

実施例5
本実施例においては、基材として、ナイロンナノファイバを用い、Tip(チタンイソプロポキシド)による処理をおこなった。
ナイロンナノファイバの作製方法は実施例4と同じである。
次に、作製されたナイロンナノファイバを、無水トルエンに加え、実施例4と同様にして、3時間脱水処理を施した。その後、脱水ナイロンナノファイバを5.2g/10mlの無水トルエンに溶解させたTip溶液に2時間浸漬させた。
浸漬後、トルエンで十分に洗浄し、120℃で3時間乾燥処理を施したもの(表面機能化)と、浸漬後、溶液から取り出し、そのまま120℃で3時間乾燥処理を施したもの(充填)を作製した。
Example 5
In this example, nylon nanofibers were used as the base material, and treatment with Tip (titanium isopropoxide) was performed.
The method for producing the nylon nanofiber is the same as in Example 4.
Next, the produced nylon nanofibers were added to anhydrous toluene, and dehydrated for 3 hours in the same manner as in Example 4. Thereafter, the dehydrated nylon nanofibers were immersed for 2 hours in a Tip solution in which 5.2 g / 10 ml of anhydrous toluene was dissolved.
After immersion, thoroughly washed with toluene and dried at 120 ° C for 3 hours (surface functionalization); after immersion, taken out from the solution and subjected to drying treatment at 120 ° C for 3 hours (filling) Was made.

図11は、そのSEM像(スケールバー:上段2μm、下段1μm)であり、上段は、未処理のナイロンナノファイバ、下段左側は、本発明の方法によりTipで表面機能化したナイロンナノファイバ、下段右側は、本発明の方法によりTipで充填したナイロンナノファイバである。
左のSEM像から明らかなうように、洗浄して基材表面のAPTMS溶液を取り除いてから乾燥すると、表面機能化したナイロンナノファイバが得られることがわかる。また、右のSEM像から明らかなように、金属アルコキシド(APTMS)は、ナイロンナノファイバのもつナノスケールの間隙を隙間なく充填している。
FIG. 11 is an SEM image (scale bar: upper 2 μm, lower 1 μm), upper is untreated nylon nanofiber, lower left is nylon nanofiber surface-functionalized with Tip by the method of the present invention, lower On the right is a nylon nanofiber filled with Tip by the method of the present invention.
As is apparent from the left SEM image, it can be seen that the surface-functionalized nylon nanofibers can be obtained by washing and removing the APTMS solution on the substrate surface and then drying. Further, as is apparent from the right SEM image, the metal alkoxide (APTMS) fills the nanoscale gap of the nylon nanofiber without any gap.

実施例6
本実施例においては、基材として、アルミナPVPコンポジットナノファイバを用い、APTMSによる処理をおこなった。
最初に、以下の手順で、アルミナPVPコンポジットナノファイバを作成した。
(1)アルミナの前駆体aluminum tri sec butoxide 4.0gを29mlの水に溶かした。
(2)これに、硝酸を3.6mlをゆっくりと滴下し、透明で安定なアルミナゾルを得た。
(3)ついで、PVPを1.5g溶解させた。
(4)これにアンモニア水溶液2.0gをゆっくりと滴下し、十分に攪拌した。
(5)この溶液を用いて、エレクトロスピニング法によりファイバを形成した。形成条件は、電圧:25kV、フローレート(溶液押し出し速度);1m/h、TCD(溶液が噴出するシリンジ先端からコレクタまでの距離);20cm、常温常圧
(6)得られたナノファイバを120℃で乾燥させる。
Example 6
In this example, an alumina PVP composite nanofiber was used as a base material, and the treatment with APTMS was performed.
First, an alumina PVP composite nanofiber was prepared by the following procedure.
(1) Alumina precursor sec trioxide butoxide (4.0 g) was dissolved in 29 ml of water.
(2) To this, 3.6 ml of nitric acid was slowly added dropwise to obtain a transparent and stable alumina sol.
(3) Next, 1.5 g of PVP was dissolved.
(4) 2.0 g of an aqueous ammonia solution was slowly added dropwise to this and sufficiently stirred.
(5) Using this solution, a fiber was formed by electrospinning. The formation conditions are: voltage: 25 kV, flow rate (solution extrusion speed); 1 m / h, TCD (distance from the tip of the syringe from which the solution is ejected to the collector); 20 cm, room temperature and normal pressure (6) 120 nanofibers obtained. Dry at ℃.

こうして得られたアルミナPVPコンポジットナノファイバを、実施例4と同様の方法で、APTMSで表面機能化したナノファイバを得た。
図12は、得られたアルミナPVPコンポジットナノファイバのSEM像(スケールバー:5μm)であり、左側は未処理のもののSEM像であり、右側はAPTMSにより表面機能化したもののSEM像である。左右のSEM像から、本実施例により、表面機能化したナイロンナノファイバが得られていることがわかる。
The alumina PVP composite nanofiber thus obtained was subjected to the same method as in Example 4 to obtain a nanofiber whose surface was functionalized with APTMS.
FIG. 12 is an SEM image (scale bar: 5 μm) of the obtained alumina PVP composite nanofiber. The left side is an unprocessed SEM image, and the right side is a SEM image of the surface functionalized by APTMS. From the left and right SEM images, it can be seen that surface-functionalized nylon nanofibers are obtained in this example.

実施例7
本実施例においては、基材として、交互積層膜を用い、TEOS(テトラエトキシシラン)による処理をおこなった。
最初に、以下の手順で交互積層膜を作成した。
(1)0.1mol/lのPDDA(poly(diallyl dimethyl ammonium chloride))を調整した。
(2)これとは別に、PVA(Poly(vinyl alcohol))とPAA(poly (acrylic acid))の混合溶液を、前者は1wt%、後者は20mmol/lの濃度で調整した。
(3)ガラス基材をPDDA溶液に15分間浸漬し、その後、純水中に4分間浸漬した。
(4)(3)の工程を経たガラス基材をPVA/PAA混合溶液に15分浸漬し、その後純水中に4分間浸漬した。
(5)(3)と(4).の工程を計5回繰り返した。
(6)交互積層((5)の工程)終了後、80℃で1時間乾燥した。
Example 7
In this example, an alternating laminated film was used as a base material, and a treatment with TEOS (tetraethoxysilane) was performed.
First, an alternate laminated film was prepared by the following procedure.
(1) 0.1 mol / l PDDA (poly (diallyl dimethyl ammonium chloride)) was prepared.
(2) Separately, a mixed solution of PVA (Poly (vinyl alcohol)) and PAA (poly (acrylic acid)) was adjusted to a concentration of 1 wt% for the former and 20 mmol / l for the latter.
(3) The glass substrate was immersed in the PDDA solution for 15 minutes, and then immersed in pure water for 4 minutes.
(4) The glass substrate after the step (3) was immersed in a PVA / PAA mixed solution for 15 minutes, and then immersed in pure water for 4 minutes.
(5) The steps (3) and (4) were repeated a total of 5 times.
(6) After the alternate lamination (step (5)), the film was dried at 80 ° C. for 1 hour.

こうして得られた交互積層膜を、無水トルエンに加え、実施例1と同様にして、3時間脱水処理を施した。その後、交互積層膜を16g/10mlの無水トルエンに溶解させたTEOS溶液に3時間浸漬させた。浸漬後、トルエンで十分に洗浄し、80℃で3時間乾燥処理を施した。
図13は、得られた交互積層膜のSEM像であり、左側は未処理のもののSEM像であり、右側はTEOSにより表面機能化したもののSEM像である。左右のSEM像から、本実施例により、表面機能化した交互積層膜が得られていることがわかる。
The alternating laminated film thus obtained was added to anhydrous toluene and subjected to dehydration treatment for 3 hours in the same manner as in Example 1. Thereafter, the alternately laminated film was immersed in a TEOS solution dissolved in 16 g / 10 ml of anhydrous toluene for 3 hours. After immersion, the substrate was thoroughly washed with toluene and dried at 80 ° C. for 3 hours.
FIG. 13 is an SEM image of the obtained alternating laminated film, the left side is an unprocessed SEM image, and the right side is a SEM image of a surface functionalized by TEOS. From the left and right SEM images, it can be seen that an alternating layered film having a surface function is obtained in this example.

実施例8
本実施例では、本発明をアルデヒド除去フィルタに適用した場合の性能を確かめるため、実施例2で得られたAPTMSで処理された活性アルミナと各種フィルタの基礎的な物性を比較した。
その結果を表1に示す。
Example 8
In this example, in order to confirm the performance when the present invention is applied to an aldehyde removal filter, the basic physical properties of activated alumina treated with APTMS obtained in Example 2 and various filters were compared.
The results are shown in Table 1.

実施例9
本実施例では、実施例2で得られたAPTMSで処理された活性アルミナと各種フィルタの官能基密度を比較するために、比表面積当たりのp−アミノベンゼンスルホン酸の吸着量を測定した。
その結果を、図14に示す。左端より順に、活性炭(未処理)、活性アルミナ(未処理)、従来のAPTMS修飾した活性アルミナ(脱水処理なし)、及び実施例2で得られたAPTMS修飾した活性アルミナ(右端)を表している。
図14から、本発明の方法を、APTMS処理を活性アルミナに施した場合、比表面積当たりのp−アミノベンゼンスルホン酸の吸着量は、未処理アルミナの27倍にも及び、従来製法のものよりも大きい吸着能を有することがわかる。
Example 9
In this example, the adsorption amount of p-aminobenzenesulfonic acid per specific surface area was measured in order to compare the functional group density of the activated alumina treated with APTMS obtained in Example 2 and various filters.
The result is shown in FIG. In order from the left end, activated carbon (untreated), activated alumina (untreated), conventional APTMS-modified activated alumina (no dehydration treatment), and APTMS-modified activated alumina obtained in Example 2 (right end) are shown. .
From FIG. 14, when the method of the present invention is applied to activated alumina with APTMS treatment, the amount of p-aminobenzenesulfonic acid adsorbed per specific surface area is 27 times that of untreated alumina, which is higher than that of the conventional production method. It can be seen that it has a large adsorption capacity.

実施例10
本実施例では、本発明の方法で処理された活性アルミナのアセトアルデヒド除去性能について、その他の多孔体を用いて比較した。
まず、アルミナの細孔内部水分を減少させるために、アルミナを無水トルエンに加え(1.0g/20ml)、その後105℃で3時間加熱処理を施した。次に、スラリー状になった活性アルミナ1.0gを2.5mlの無水トルエンに加え、その後APTMSを1.0g加え12時間攪拌した。攪拌後、トルエンで十分に洗浄し、その後IPAで洗浄をし、最後に120℃で3時間乾燥させた。
比較として、前記の無水トルエン中での加熱処理を行わないこと以外は同様にして、APTMS処理活性アルミナを得た。
Example 10
In this example, the acetaldehyde removal performance of activated alumina treated by the method of the present invention was compared using other porous materials.
First, in order to reduce the moisture inside the pores of alumina, alumina was added to anhydrous toluene (1.0 g / 20 ml), followed by heat treatment at 105 ° C. for 3 hours. Next, 1.0 g of activated alumina in a slurry state was added to 2.5 ml of anhydrous toluene, and then 1.0 g of APTMS was added and stirred for 12 hours. After stirring, it was thoroughly washed with toluene, then washed with IPA, and finally dried at 120 ° C. for 3 hours.
For comparison, an APTMS-treated activated alumina was obtained in the same manner except that the heat treatment in anhydrous toluene was not performed.

これらの2種類のAPTMS処理活性アルミナ、並びに、活性炭及びメソポーラスシリカのそれぞれについて、9リットルの系に135ppmのアセトアルデヒドガスを初期濃度として加え、ガスクロマトグラフにより濃度の経時変化を測定した。
結果を図15、16に示す。
図15は、本発明のAPTMにより表面機能化した活性アルミナと、加熱処理による脱水なしでAPTMにより表面機能化した活性アルミナについて、アルデヒド除去量を比較した図であり、図16は、本発明のAPTMにより表面機能化した活性アルミナ、活性炭、及びメゾポーラスシリカについて、アルデヒド除去量を比較した図である。
図15、16から明らかなように、本発明の方法で得られたものが、高吸着量活性炭に比べ、80分経過後で約2.4倍の性能を誇ることがわかる。
For each of these two types of APTMS-treated activated alumina, and activated carbon and mesoporous silica, 135 ppm of acetaldehyde gas was added as an initial concentration to a 9-liter system, and the change with time in concentration was measured by gas chromatography.
The results are shown in FIGS.
FIG. 15 is a graph comparing the amount of aldehyde removed between activated alumina surface-functionalized by APTM of the present invention and activated alumina surface-functionalized by APTM without dehydration by heat treatment, and FIG. It is the figure which compared the aldehyde removal amount about the activated alumina, activated carbon, and mesoporous silica which surface-functionalized by APTM.
As is apparent from FIGS. 15 and 16, it can be seen that the product obtained by the method of the present invention has about 2.4 times the performance after 80 minutes as compared with the high adsorption amount activated carbon.

また、FTIR(赤外分光法)より、本発明のAPTMにより表面機能化した活性アルミナにおいては、吸着したアセトアルデヒドが脱着を起こさないことを確認した。
図17は、赤外吸収スペクトルを示す図であり、図中、実線は、アセトアルデヒドを吸着する前のもの(コントロール)、点線は、アセトアルデヒドを吸着したものの、破線は、60℃で、3時間加熱した後のものである。
図17において、矢印はAPTMS由来のアミン基に化学吸着したアセトアルデヒドの存在を表しており、加熱後も脱着していないことがわかる。
Further, it was confirmed by FTIR (infrared spectroscopy) that the acetaldehyde adsorbed did not desorb in the activated alumina surface-functionalized by the APTM of the present invention.
FIG. 17 is a diagram showing an infrared absorption spectrum. In the figure, the solid line is the one before adsorbing acetaldehyde (control), the dotted line is the adsorbed acetaldehyde, and the broken line is heated at 60 ° C. for 3 hours. After that.
In FIG. 17, the arrow represents the presence of acetaldehyde chemisorbed on the amine group derived from APTMS, and it can be seen that it has not been desorbed even after heating.

本実施例から明らかなように、メソポーラスシリカや活性アルミナのような多孔体に本発明を適用することで、高性能吸着剤として知られる活性炭よりも優れた分子除去性能を示す。また、活性アルミナにAPTMS(3-aminopropyltrimethoxysilane)で処理を施した場合、脱着を起こさず、未処理の活性炭よりも優れたアセトアルデヒド除去フィルタとなる。   As is clear from this example, the present invention is applied to a porous material such as mesoporous silica or activated alumina, and shows a molecular removal performance superior to activated carbon known as a high performance adsorbent. Further, when activated alumina is treated with APTMS (3-aminopropyltrimethoxysilane), desorption does not occur, and the acetaldehyde removal filter is superior to untreated activated carbon.

実施例11
本実施例では、基材表面に形成した凹凸構造の物理的耐久性を強化できることを確認するために、基材表面に作製したシリカ微粒子凹凸に対し、本発明を適用した。
まず、40nmのシリカ微粒子をアルコール溶媒(エタノール)に分散させ、ディップコーティングにより基材表面に凹凸構造を形成させた。
次に、この基材を無水トルエンに浸漬させ、105℃で加熱処理することにより、凹凸内部の水分を減少させた。ついで、FAS(フルオロアルキルシラン)を無水トルエンに分散させ、脱水後の基材を4時間浸漬させた。その後、基材をトルエン溶媒に移し105℃で加熱した。最後に、120℃で乾燥を行った。
比較として、従来法(EtOH法)、すなわち、前記基材を、エタノールに2wt%で分散させたFAS溶液に4時間浸漬し、その後120℃で乾燥させたものを用いた。
Example 11
In this example, in order to confirm that the physical durability of the uneven structure formed on the substrate surface can be enhanced, the present invention was applied to the silica fine particle unevenness produced on the substrate surface.
First, 40 nm silica fine particles were dispersed in an alcohol solvent (ethanol), and a concavo-convex structure was formed on the substrate surface by dip coating.
Next, this base material was immersed in anhydrous toluene and heat-treated at 105 ° C. to reduce the moisture inside the irregularities. Next, FAS (fluoroalkylsilane) was dispersed in anhydrous toluene, and the substrate after dehydration was immersed for 4 hours. Thereafter, the substrate was transferred to a toluene solvent and heated at 105 ° C. Finally, drying was performed at 120 ° C.
For comparison, a conventional method (EtOH method), that is, the substrate was immersed in an FAS solution dispersed in ethanol at 2 wt% for 4 hours and then dried at 120 ° C. was used.

得られた撥水コーティング層の耐久性を調べるため、粘着テープによる剥離性の試験を以下のようにして行った。
粘着テープとして、3MのScotchテープを用い、該テープを基材表面に気泡が入らないように密着させる。その後、一気に剥がす。この工程をテープテスト1回としてカウントし、規定回数テープテストを行った基材の接触角を測定し、耐久性を調べた。
In order to examine the durability of the obtained water-repellent coating layer, a peelability test using an adhesive tape was performed as follows.
A 3M Scotch tape is used as the adhesive tape, and the tape is brought into close contact with the surface of the substrate so that no air bubbles enter. Then peel off at once. This process was counted as one tape test, and the contact angle of the base material subjected to the tape test a specified number of times was measured to examine the durability.

図18は、本発明の方法により得られたシリカ微粒子凹凸表面についての結果を示す図であり、図19は、従来法により得られたシリカ微粒子凹凸表面についての結果を示す図である。図18に示したとおり、本発明の方法により得られたものは、テープテスト80回後でも基材の接触角に大きな変化が見られなかったが、従来法により得られたものは、テープテスト17回後には、接触角が半減少しており、撥水性コーティング層が剥離していることが窺える。
これらの図から、基材表面に作製したシリカ微粒子凹凸に対し、本発明を適用することで、高耐久性撥水コーティングができることがわかった。
FIG. 18 is a diagram showing the results for the irregular surface of the silica fine particles obtained by the method of the present invention, and FIG. 19 is a diagram showing the results for the irregular surface of the silica fine particles obtained by the conventional method. As shown in FIG. 18, what was obtained by the method of the present invention did not show a large change in the contact angle of the substrate even after 80 times of the tape test, but what was obtained by the conventional method was the tape test After 17 times, the contact angle is reduced by half, and the water repellent coating layer can be seen to be peeled off.
From these figures, it was found that a highly durable water-repellent coating can be achieved by applying the present invention to the silica fine particle irregularities produced on the substrate surface.

図20は、基材表面に作製したシリカ微粒子凹凸のSEM像(スケールバー:1μm)であり、左は、前述の従来法によりFAS被覆をしたものであり、右は、本発明の方法によりFAS被覆をしたものである。
図から、左に示した従来技法に比べ、本発明の方法を適用したものは、微粒子同士のネッキング(接着)そして粒子と基材とのネッキング(接着)が強化されていることがわかる。
FIG. 20 is an SEM image (scale bar: 1 μm) of the silica fine particle irregularities produced on the substrate surface, the left is FAS-coated by the above-mentioned conventional method, and the right is FAS by the method of the present invention. It is a coating.
From the figure, it can be seen that in the case of applying the method of the present invention, the necking (adhesion) between the fine particles and the necking (adhesion) between the particles and the substrate are enhanced as compared with the conventional technique shown on the left.

本発明の方法と従来の方法の違いを模式的に説明する図The figure which illustrates typically the difference of the method of this invention, and the conventional method APTMS(アミノプロピルトリメチルシラン)処理した活性アルミナのN2吸着等温線。N2 adsorption isotherm of activated alumina treated with APTMS (aminopropyltrimethylsilane). APTMS処理した活性アルミナの孔サイズ分布を示す図。The figure which shows the pore size distribution of the activated alumina which processed APTMS. 実施例2で得られたAPTMS処理された活性アルミナのN2吸着等温線。N2 adsorption isotherm of the APTMS-treated activated alumina obtained in Example 2. 実施例2で得られたAPTMS処理された活性アルミナの孔サイズ分布を示す図。The figure which shows the hole size distribution of the activated alumina by which the APTMS process obtained in Example 2 was carried out. 活性アルミナの細孔内部の機能化を示すTEM像であり、左上は、未処理のもの、右上は、従来法(溶媒にエタノール使用)によりAPTMS修飾したもの、左下は脱水処理せずにAPTMS修飾したもの、右下が、実施例2で得られたAPTMS処理された活性アルミナ。It is a TEM image showing functionalization inside the pores of activated alumina, the upper left is untreated, the upper right is APTMS modified by the conventional method (using ethanol as solvent), the lower left is APTMS modified without dehydration The lower right is the APTMS-treated activated alumina obtained in Example 2. 実施例3で得られたAPTMS処理されたメソポーラスシリカのN2吸着等温線。N2 adsorption isotherm of APTMS-treated mesoporous silica obtained in Example 3. 実施例3で得られたAPTMS処理されたメソポーラスシリカの孔サイズ分布を示す図。The figure which shows the hole size distribution of the mesoporous silica by which the APTMS process obtained in Example 3 was carried out. メソポーラスシリカの細孔内部の機能化を示すTEM像であり、上段は、未処理のもの、下段が、実施例3で得られたAPTMS処理されたメソポーラスシリカ(左:低倍率、右:高倍率)。It is a TEM image showing the functionalization inside the pores of mesoporous silica, the upper row is untreated, the lower row is APTMS-treated mesoporous silica obtained in Example 3 (left: low magnification, right: high magnification) ). ナイロンナノファイバのSEM像(上段:断面、下段:真上からの観察)であり、左側は、未処理のナイロンナノファイバ、中央が、実施例4で得られたAPTMSで表面機能化したナイロンナノファイバ、右側が、実施例4で得られたAPTMSで充填したナイロンナノファイバ。It is a SEM image (upper section: cross section, lower section: observation from directly above) of nylon nanofibers, the left side is untreated nylon nanofibers, and the center is nylon nanofibers surface-functionalized with APTMS obtained in Example 4 Fiber, right side is nylon nanofiber filled with APTMS obtained in Example 4. ナイロンナノファイバのSEM像であり、上段は、未処理のナイロンナノファイバ、下段左側は、実施例5で得られたTipで表面機能化したナイロンナノファイバ、下段右側は、実施例5で得られたTipで充填したナイロンナノファイバ。It is a SEM image of a nylon nanofiber, the upper stage is an untreated nylon nanofiber, the lower stage left side is the nylon nanofiber functionalized with Tip obtained in Example 5, and the lower stage right side is obtained in Example 5. Nylon nanofiber filled with Tip. アルミナPVPコンポジットナノファイバのSEM像であり、左側は、未処理のもの、右側は実施例6で得られたAPTMSにより表面機能化したもの。It is a SEM image of an alumina PVP composite nanofiber, the left side is an untreated one, and the right side is a surface functionalized by APTMS obtained in Example 6. 交互積層膜のSEM像であり、左側は、未処理の交互積層膜、右側は、実施例7で得られたTEOSにより表面機能化した交互積層膜。It is a SEM image of an alternating laminated film, the left side is an unprocessed alternating laminated film, and the right side is an alternating laminated film surface-functionalized by TEOS obtained in Example 7. 実施例2で得られたAPTMS処理された活性アルミナの比表面積当たりのp−アミノベンゼンスルホン酸の吸着を示す図。The figure which shows adsorption | suction of p-aminobenzenesulfonic acid per specific surface area of the active alumina by which the APTMS process obtained in Example 2 was carried out. 実施例10で得られたAPTMにより表面機能化した活性アルミナと、加熱処理による脱水処理がないのものとの、アルデヒド除去量を比較した図。The figure which compared the amount of aldehyde removal of the activated alumina surface-functionalized by APTM obtained in Example 10, and the thing without the dehydration process by heat processing. 実施例10で得られたAPTMにより表面機能化した活性アルミナと、他の多孔体との、アルデヒド除去量を比較した図。The figure which compared the amount of aldehyde removal of the activated alumina surface-functionalized by APTM obtained in Example 10, and another porous body. 実施例10のAPTMにより表面機能化した活性アルミナの赤外吸収スペクトルを示す図。The figure which shows the infrared absorption spectrum of the activated alumina surface-functionalized by APTM of Example 10. 本発明の方法によりFAS被覆をしたシリカ微粒子凹凸表面の、テープテストの結果を示す図。The figure which shows the result of the tape test of the silica fine particle uneven | corrugated surface which carried out FAS coating by the method of this invention. 従来法によりFAS被覆をしたシリカ微粒子凹凸表面の、テープテストの結果を示す図。The figure which shows the result of the tape test of the silica fine particle uneven | corrugated surface which carried out FAS coating by the conventional method. 実施例11の、基材表面に作製したシリカ微粒子凹凸のSEM像であり、左は、従来法によりFAS被覆をしたもの、右は、本発明の方法によりFAS被覆をしたもの。It is a SEM image of the silica fine particle unevenness | corrugation produced on the base-material surface of Example 11, the left is what FAS-coated by the conventional method, and the right is what FAS-coated by the method of this invention.

Claims (7)

ナノスケールの凹凸を有する基材表面を金属アルコキシド溶液により処理して該基材上に薄膜を形成するか又は該基材表面の機能化を行う方法であって、予め、該基材を無水溶媒中、水の沸点以上で無水溶媒の沸点以下の温度で加熱処理することにより、前記凹凸の内部及び外表面に付着している水分を除去する工程を設けたことを特徴とする表面処理方法。 A method of forming a thin film on a substrate by treating a substrate surface having nanoscale irregularities with a metal alkoxide solution or functionalizing the substrate surface, wherein the substrate is previously treated with an anhydrous solvent. A surface treatment method comprising a step of removing moisture adhering to the inside and the outer surface of the irregularities by heat treatment at a temperature not lower than the boiling point of water and not higher than the boiling point of an anhydrous solvent . 前記無水溶媒が、トルエン、ヘキサン、DMF、2−アミノエタノール、1−ブタノール、ジメチルスルホキシド、アセト酢酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、アニソール・エチルラクテート、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ポリエチレングリコールモノメチルエーテル及びそれらの無水物から選ばれることを特徴とする請求項1に記載の表面処理方法。 The anhydrous solvent is toluene, hexane, DMF, 2-aminoethanol, 1-butanol, dimethyl sulfoxide, ethyl acetoacetate, propylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monomethyl ether acetate, anisole / ethyl lactate, diethylene glycol dimethyl ether the surface treatment method according to claim 1 you wherein a is selected from polyethylene glycol monomethyl ether and anhydrides thereof. 前記金属アルコキシドが、前記機能化に必要な官能基を少なくとも1つ有していることを特徴とする請求項1又は2に記載の表面処理方法。   The surface treatment method according to claim 1, wherein the metal alkoxide has at least one functional group necessary for the functionalization. 前記金属アルコキシド溶液は、金属アルコキシドが無水溶剤中に溶解されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の表面処理方法。 The metal alkoxide solution, the surface treatment method according to any one of claims 1 to 3, the metal alkoxide is characterized Tei Rukoto are dissolved in anhydrous solvent. 前記基材を、金属アルコキシド溶液中に浸漬することにより、薄膜の形成又は機能化をおこなうことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の表面処理方法。   The surface treatment method according to claim 1, wherein the substrate is immersed in a metal alkoxide solution to form or functionalize a thin film. ナノスケールの凹凸を有する基材が、活性アルミナ、活性炭、メソポーラスシリカ、ナノファイバ、又は交互積層膜のいずれかであることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の表面処理方法。   The surface treatment according to any one of claims 1 to 5, wherein the substrate having nanoscale irregularities is any one of activated alumina, activated carbon, mesoporous silica, nanofibers, and alternating laminated films. Method. ナノスケールの凹凸を有する基材であって、その表面に、請求項1〜6のいずれか1項に記載された表面処理方法により金属アルコキシド溶液による処理が施されていることを特徴とする基材。   A substrate having nanoscale irregularities, the surface of which is treated with a metal alkoxide solution by the surface treatment method according to any one of claims 1 to 6. Wood.
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