JP6091232B2 - Initiator-modified nanorods and production method thereof, grafted nanorods and production method thereof, grafted nanorod-dispersed liquid crystal, grafted nanorod-dispersed liquid crystal alignment film, polarizing optical element, and cap agent-modified nanorod - Google Patents

Initiator-modified nanorods and production method thereof, grafted nanorods and production method thereof, grafted nanorod-dispersed liquid crystal, grafted nanorod-dispersed liquid crystal alignment film, polarizing optical element, and cap agent-modified nanorod Download PDF

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Description

本発明は、開始剤修飾ナノロッド及びその製造方法、グラフト化ナノロッド及びその製造方法、グラフト化ナノロッド分散液晶、グラフト化ナノロッド分散液晶配向膜、偏光光学素子、並びに、キャップ剤修飾ナノロッドに関する。   The present invention relates to an initiator-modified nanorod and a production method thereof, a grafted nanorod and a production method thereof, a grafted nanorod-dispersed liquid crystal, a grafted nanorod-dispersed liquid crystal alignment film, a polarizing optical element, and a cap agent-modified nanorod.

従来から、ナノロッド等のナノ粒子を配向させる技術としては、表面特性を改質させた粒子を液晶マトリックス中に溶解又は分散させ、前記液晶マトリックスの配向特性を利用して配向させる技術が知られている。例えば、特開2010−144032号公報(特許文献1)には、液晶ディスプレイ用ナノロッド配合物として、ホストとしてのネマチック液晶中に流動性の有機界面活性剤でコーティングされた酸化亜鉛等のナノロッドをドーパントとして含有させた配合物が記載されている。しかしながら、特許文献1に記載の配合物においては、ナノロッドの配向は液晶マトリックスの配向性に一義的に支配されるため、ナノロッドの配向を十分に制御することは困難であった。また、このような方法では液晶がドメインを形成してしまう場合があるために広領域にわたって配向を制御することが困難であるという問題を有していた。   Conventionally, as a technique for orienting nanoparticles such as nanorods, a technique for dissolving or dispersing particles whose surface characteristics are modified in a liquid crystal matrix and orienting using the alignment characteristics of the liquid crystal matrix is known. Yes. For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-144032 (Patent Document 1), a nanorod such as zinc oxide coated with a fluid organic surfactant in a nematic liquid crystal as a host is used as a dopant as a nanorod formulation for a liquid crystal display. The formulation contained as is described. However, in the formulation described in Patent Document 1, since the orientation of the nanorods is uniquely governed by the orientation of the liquid crystal matrix, it is difficult to sufficiently control the orientation of the nanorods. In addition, such a method has a problem that it is difficult to control the alignment over a wide region because the liquid crystal may form a domain.

また、例えば、特開2006−291016号公報(特許文献2)においては、金属イオン還元又は配位子の交換によって液晶相溶性分子を表面に結合させた金属ナノロッドを液晶媒体中に溶解又は分散させる方法が記載されている。しかしながら、特許文献2に記載の方法では用いることができるナノロッドや液晶相溶性分子の種類が限られており、また、ナノロッドの表面における各液晶相溶性分子の被覆量を制御することが困難であるためにナノロッドの配向を十分に制御することが未だ困難であるという問題を有していた。   Also, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-291016 (Patent Document 2), metal nanorods in which liquid crystal compatible molecules are bonded to the surface by metal ion reduction or ligand exchange are dissolved or dispersed in a liquid crystal medium. A method is described. However, the types of nanorods and liquid crystal compatible molecules that can be used in the method described in Patent Document 2 are limited, and it is difficult to control the coating amount of each liquid crystal compatible molecule on the surface of the nanorods. For this reason, it has been difficult to sufficiently control the orientation of the nanorods.

他方、基材表面の親水性や接着性といった表面特性を改質する方法として、基材表面を起点としてモノマーを重合せしめ、基材に直接結合したポリマー鎖を形成する方法(グラフト化)が知られている。この方法は、基材とポリマー鎖との結合が強いことや、ポリマー鎖の種類を基材の種類に依らずに選択できる基材の修飾方法として注目されている。また、このような方法においては、得られる基材の表面特性をより高度に制御することを目的として、グラフト化されるポリマー鎖の密度を調節する方法が検討されている。   On the other hand, as a method for modifying the surface properties such as hydrophilicity and adhesiveness of the substrate surface, a method of polymerizing monomers starting from the substrate surface to form a polymer chain directly bonded to the substrate (grafting) is known. It has been. This method is attracting attention as a method for modifying a base material in which the bond between the base material and the polymer chain is strong and the type of the polymer chain can be selected regardless of the type of the base material. Moreover, in such a method, the method of adjusting the density of the polymer chain grafted is examined for the purpose of controlling the surface characteristics of the obtained base material to a higher degree.

例えば、Zhiyi Bao、他2名、Macromolecules、2006、39、p.5251−5258(非特許文献1)には、金(Au)やシリカ(SiO)からなる基材表面をPMMA(poly methyl methacrylate)やPHEMA(poly(2−hydroxyethyl) methacrylate)で修飾する際において、前記基材表面をATRP開始剤(α−bromopropionyl bromide等)と重合開始能のない化合物(α−methylpropyonyl bromide等)とで同時に被覆することにより、重合の起点となるATRP開始剤の表面密度を制御する方法が記載されている。また、Kenichi Nagase、他5名、Langmuir、2008、24、p.511−517(非特許文献2)には、シリカビーズの表面をPIAAm(poly(N−isopropylacrylamide))で修飾する際において、前記シリカビーズの表面にATRP開始剤及び重合開始能のない化合物(Phenethyltrichlorosilane)を含有するシランカップリング剤を作用させることにより、前記ATRP開始剤の表面密度を制御する方法が記載されている。 For example, Zhiyi Bao and two others, Macromolecules, 2006, 39, p. In 5251-5258 (Non-Patent Document 1), when modifying the surface of a base material made of gold (Au) or silica (SiO 2 ) with PMMA (poly methyl methacrylate) or PHEMA (poly (2-hydroxyethyl) methacrylate). The surface density of the ATRP initiator serving as the starting point of polymerization can be obtained by simultaneously coating the base material surface with an ATRP initiator (α-bromopropionyl bromide, etc.) and a compound having no polymerization initiating ability (α-methylpropionyl bromide, etc.). A method of controlling is described. Kenichi Nagase, 5 others, Langmuir, 2008, 24, p. In 511-517 (Non-patent Document 2), when the surface of silica beads is modified with PIAAm (poly (N-isopropylamide)), an ATRP initiator and a compound having no ability of initiating polymerization (Phenethyltrichlorosilane) are used on the surface of the silica beads. The method of controlling the surface density of the ATRP initiator by the action of a silane coupling agent containing) is described.

特開2010−144032号公報JP 2010-144032 A 特開2006−291016号公報JP 2006-291016 A

Zhiyi Bao、他2名、Macromolecules、2006、39、p.5251−5258Zhiyi Bao and two others, Macromolecules, 2006, 39, p. 5251-5258 Kenichi Nagase、他5名、Langmuir、2008、24、p.511−517Kenichi Nagase, 5 others, Langmuir, 2008, 24, p. 511-517

しかしながら、非特許文献1〜2に記載の方法をナノロッド等のナノ粒子の表面修飾に適用するとナノロッドが凝集する場合があることを本発明者らは見出した。さらに、非特許文献1〜2に記載の方法では、開始剤被覆量を直接定量して制御することができず、グラフト化させるポリマーの量を高度に制御することは困難であり、ナノロッド等の表面修飾に適用してその配向を高度に制御する方法としては未だ不十分であることを本発明者らは見出した。   However, the present inventors have found that nanorods may aggregate when the methods described in Non-Patent Documents 1 and 2 are applied to surface modification of nanoparticles such as nanorods. Furthermore, in the methods described in Non-Patent Documents 1 and 2, the initiator coating amount cannot be directly quantified and controlled, and it is difficult to highly control the amount of polymer to be grafted. The present inventors have found that it is still insufficient as a method for highly controlling the orientation by applying to surface modification.

本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、開始剤被覆量を高度に制御することでき、かつ、開始剤被覆量を非破壊で直接定量することができる開始剤修飾ナノロッドの製造方法、及びその方法により得ることができ、グラフト化させるポリマー鎖の密度を高度に制御することできる開始剤修飾ナノロッド、前記開始剤修飾ナノロッドを用いて得られるグラフト化ナノロッド及びその製造方法、グラフト化ナノロッド分散液晶、グラフト化ナノロッド分散液晶配向膜、偏光光学素子、並びに、キャップ剤修飾ナノロッドを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and is capable of highly controlling the initiator coating amount and capable of directly quantifying the initiator coating amount in a non-destructive manner. Nanorod production method, initiator modified nanorod obtained by the method and capable of highly controlling the density of polymer chains to be grafted, grafted nanorod obtained using the initiator modified nanorod, and method for producing the same An object of the present invention is to provide a grafted nanorod-dispersed liquid crystal, a grafted nanorod-dispersed liquid crystal alignment film, a polarizing optical element, and a cap agent-modified nanorod.

本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、平均アスペクト比が特定の範囲内にあるナノロッドの表面の一部にキャップ剤を結合させることによって前記ナノロッドの表面の一部に前記キャップ剤が結合したキャップ剤修飾ナノロッドを得る工程、前記ナノロッドの前記キャップ剤が結合していない表面に重合開始基を有する開始剤を結合させることによって前記ナノロッドの表面に前記キャップ剤及び前記開始剤が結合した開始剤修飾ナノロッドを得る工程、を順次実施することにより、得られる開始剤修飾ナノロッドにおいて、開始剤被覆量を制御することができることを見出した。また、このような方法によれば、重合の起点となる開始剤の被覆量を非破壊で直接定量して制御することができるため、得られる開始剤修飾ナノロッドに重合させるポリマー鎖の密度を高度に制御することが可能となることを本発明者らは見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have found that a part of the surface of the nanorod is bonded to a part of the surface of the nanorod having an average aspect ratio within a specific range. Obtaining a cap agent-modified nanorod having the cap agent bound thereto, by binding an initiator having a polymerization initiating group to the surface of the nanorod to which the cap agent is not bound, to the surface of the nanorod. It was found that the initiator coating amount can be controlled in the obtained initiator-modified nanorod by sequentially performing the step of obtaining the initiator-modified nanorod to which the initiator is bound. In addition, according to such a method, the coating amount of the initiator that is the starting point of polymerization can be directly quantified and controlled in a non-destructive manner, so that the density of polymer chains polymerized on the obtained initiator-modified nanorods can be increased. The present inventors have found that it is possible to control to the present, and have completed the present invention.

すなわち、本発明の開始剤修飾ナノロッドの製造方法は、
平均アスペクト比が1.2以上であるナノロッドの表面の一部にキャップ剤を結合させることによって前記ナノロッドの表面の一部に前記キャップ剤が結合したキャップ剤修飾ナノロッドを得る工程と、
前記キャップ剤修飾ナノロッドを得る工程の後に、前記ナノロッドの前記キャップ剤が結合していない表面に重合開始基を有する開始剤を結合させることによって前記ナノロッドの表面に前記キャップ剤及び前記開始剤が結合した開始剤修飾ナノロッドを得る工程と、
を含むことを特徴とするものである。
That is, the method for producing the initiator-modified nanorods of the present invention includes:
Obtaining a cap agent-modified nanorod in which the cap agent is bonded to a part of the surface of the nanorod by binding the cap agent to a part of the surface of the nanorod having an average aspect ratio of 1.2 or more;
After the step of obtaining the capping agent-modified nanorod, the capping agent and the initiator are bound to the surface of the nanorod by binding an initiator having a polymerization initiator group to the surface of the nanorod that is not bound to the capping agent. Obtaining a modified initiator-modified nanorod;
It is characterized by including.

本発明の開始剤修飾ナノロッドの製造方法としては、前記キャップ剤修飾ナノロッドを得る工程の前に、前記ナノロッドの表面にカップリング剤を結合させることによって前記ナノロッドの表面に前記カップリング剤が結合したカップリング剤修飾ナノロッドを得る工程をさらに含んでおり、前記カップリング剤を介して前記キャップ剤及び前記開始剤をそれぞれ前記ナノロッドの表面に結合させることが好ましい。   As a method for producing the initiator-modified nanorod of the present invention, before the step of obtaining the cap agent-modified nanorod, the coupling agent is bonded to the surface of the nanorod by bonding the coupling agent to the surface of the nanorod. The method further includes a step of obtaining a coupling agent-modified nanorod, and the cap agent and the initiator are preferably bonded to the surface of the nanorod through the coupling agent.

また、本発明の開始剤修飾ナノロッドの製造方法としては、
前記カップリング剤が、前記ナノロッドの表面と結合することが可能な官能基Aと、前記ナノロッドの表面及び前記官能基Aのいずれとも結合しない官能基Bとを有するものであり、
前記キャップ剤が、前記官能基Bと結合することが可能な官能基C1を有するものであり、
前記開始剤が、前記官能基Bと結合することが可能な官能基C2をさらに有するものであり、
前記カップリング剤修飾ナノロッドを得る工程において前記ナノロッドの表面に前記官能基Aを介して前記カップリング剤を結合させ、
前記キャップ剤修飾ナノロッドを得る工程において前記カップリング剤修飾ナノロッドの表面の前記カップリング剤の一部の官能基Bに前記官能基C1を介して前記キャップ剤を結合させ、
前記開始剤修飾ナノロッドを得る工程において前記キャップ剤修飾ナノロッドの表面の前記カップリング剤に残存する未反応の官能基Bに前記官能基C2を介して前記開始剤を結合させることがより好ましい。
Moreover, as a manufacturing method of the initiator modified nanorods of the present invention,
The coupling agent has a functional group A capable of binding to the surface of the nanorod, and a functional group B not binding to either the surface of the nanorod or the functional group A,
The cap agent has a functional group C1 capable of binding to the functional group B;
The initiator further has a functional group C2 capable of binding to the functional group B;
In the step of obtaining the coupling agent-modified nanorod, the coupling agent is bonded to the surface of the nanorod via the functional group A;
In the step of obtaining the cap agent-modified nanorod, the cap agent is bonded to the functional group B of a part of the coupling agent on the surface of the coupling agent-modified nanorod via the functional group C1;
In the step of obtaining the initiator-modified nanorod, it is more preferable that the initiator is bonded to the unreacted functional group B remaining on the coupling agent on the surface of the cap agent-modified nanorod via the functional group C2.

さらに、本発明の開始剤修飾ナノロッドの製造方法においては、前記ナノロッドの短軸方向の平均直径が1〜100nmであることが好ましく、また、前記重合開始基がリビングラジカル重合開始基であることが好ましい。   Furthermore, in the method for producing initiator-modified nanorods of the present invention, the average diameter of the nanorods in the minor axis direction is preferably 1 to 100 nm, and the polymerization initiating group is a living radical polymerization initiating group. preferable.

本発明の開始剤修飾ナノロッドは、前記本発明の開始剤修飾ナノロッドの製造方法により得られたものであることを特徴とする。本発明の開始剤修飾ナノロッドにおいては、前記開始剤の被覆量が、1nmあたりの分子数で0.3〜1.0nm−2であることが好ましい。 The initiator-modified nanorod of the present invention is obtained by the method for producing an initiator-modified nanorod of the present invention. In the initiator-modified nanorod of the present invention, the coating amount of the initiator is preferably 0.3 to 1.0 nm −2 in terms of the number of molecules per 1 nm 2 .

また、本発明のグラフト化ナノロッドの製造方法は、前記本発明の開始剤修飾ナノロッドの前記重合開始基を起点として重合性モノマーを重合せしめることにより、ポリマー鎖がグラフト化されたグラフト化ナノロッドを得ることを特徴とするものである。さらに、本発明のグラフト化ナノロッドは、前記本発明のグラフト化ナノロッドの製造方法により得られたものであることを特徴とするものである。   Further, the method for producing a grafted nanorod of the present invention provides a grafted nanorod having a polymer chain grafted by polymerizing a polymerizable monomer starting from the polymerization initiation group of the initiator-modified nanorod of the present invention. It is characterized by this. Furthermore, the grafted nanorod of the present invention is obtained by the method for producing a grafted nanorod of the present invention.

また、本発明のグラフト化ナノロッド分散液晶は、低分子液晶化合物を含有するマトリックス中に、前記本発明のグラフト化ナノロッドが分散されていることを特徴とするものである。本発明のグラフト化ナノロッド分散液晶としては、液晶状態において前記低分子液晶化合物及び前記グラフト化ナノロッドにグラフト化されたポリマー鎖がいずれもネマチックであるか、又はいずれもスメチックであることが好ましい。   The grafted nanorod-dispersed liquid crystal of the present invention is characterized in that the grafted nanorod of the present invention is dispersed in a matrix containing a low-molecular liquid crystal compound. As the grafted nanorod-dispersed liquid crystal of the present invention, it is preferable that the low molecular liquid crystal compound and the polymer chain grafted to the grafted nanorod are both nematic or smectic in the liquid crystal state.

さらに、本発明のグラフト化ナノロッド分散液晶配向膜は、前記本発明のグラフト化ナノロッド分散液晶を配向させて得られたものであることを特徴とするものである。また、本発明の偏光光学素子は、前記本発明のグラフト化ナノロッド分散液晶配向膜を用いることを特徴とするものである。   Furthermore, the grafted nanorod-dispersed liquid crystal alignment film of the present invention is obtained by aligning the grafted nanorod-dispersed liquid crystal of the present invention. The polarizing optical element of the present invention is characterized by using the grafted nanorod-dispersed liquid crystal alignment film of the present invention.

さらに、本発明のキャップ剤修飾ナノロッドは、平均アスペクト比が1.2以上であるナノロッドの表面の一部にキャップ剤が結合しており、前記ナノロッドの表面に前記キャップ剤が結合していない領域を有していることを特徴とするものである。本発明のキャップ剤修飾ナノロッドとしては、前記ナノロッドの表面にカップリング剤が結合しており、前記キャップ剤は前記カップリング剤を介して前記ナノロッドに結合しており、かつ、前記キャップ剤が結合していない領域に前記カップリング剤が露出していることが好ましい。   Further, the cap agent-modified nanorod of the present invention is a region where the cap agent is bonded to a part of the surface of the nanorod having an average aspect ratio of 1.2 or more, and the cap agent is not bonded to the surface of the nanorod. It is characterized by having. In the cap agent-modified nanorod of the present invention, a coupling agent is bonded to the surface of the nanorod, the cap agent is bonded to the nanorod through the coupling agent, and the cap agent is bonded. It is preferable that the coupling agent is exposed in a region that is not.

なお、本発明により上記目的が達成される理由は必ずしも定かではないが、本発明者らは以下のように推察する。すなわち、本発明の開始剤修飾ナノロッドの製造方法においては、先ず、キャップ剤による被覆を行った後に開始剤による被覆を行うため、重合の起点となる開始剤の被覆量を直接定量しつつ、その量をより高度に制御することができる。そのため、得られる開始剤修飾ナノロッドに重合させるポリマー鎖の密度を高度に制御することが可能となる。また、前記被覆量の定量は非破壊でも可能であるため、制御精度をさらに向上させることが可能となる。これに対して、非特許文献1〜2に記載されている方法のように基材表面を開始剤と重合開始能のない化合物とで同時に被覆する方法では、開始剤の被覆量は仕込み比から間接的に算出するか又は被覆させた化合物を剥離して定量することしかできず、非破壊で正確に定量することはできないため、ナノロッドに重合させるポリマー鎖の密度を高度に制御する方法としては不十分であった。   The reason why the above object is achieved by the present invention is not necessarily clear, but the present inventors speculate as follows. That is, in the method for producing an initiator-modified nanorod of the present invention, first, the coating with the initiator is performed after the coating with the capping agent. The amount can be controlled to a higher degree. Therefore, it is possible to highly control the density of polymer chains polymerized on the obtained initiator-modified nanorods. Further, since the coating amount can be quantified even without destruction, the control accuracy can be further improved. On the other hand, in the method in which the substrate surface is simultaneously coated with the initiator and the compound having no polymerization initiating ability as in the methods described in Non-Patent Documents 1 and 2, the coating amount of the initiator is determined from the charging ratio. As a method for highly controlling the density of polymer chains polymerized into nanorods, it can only be indirectly calculated or quantified by peeling off the coated compound, and cannot be accurately quantified nondestructively. It was insufficient.

また、本発明の開始剤修飾ナノロッドの製造方法は前記キャップ剤と前記開始剤とを段階的に被覆させるものであるため、前記キャップ剤と前記開始剤とを自由に選択することができ、各反応を最適化させることも容易であり、さらに、表面が開始剤で均一に被覆された開始剤修飾ナノロッドを得ることが可能となる。これに対して、非特許文献1〜2に記載されているような従来の方法では基材表面が開始剤によって均一に被覆されない場合があるため、モノマーを重合させる際に重合阻害が生じる場合があり、また、このような方法をナノロッド等のナノ粒子の表面修飾に適用すると未修飾の表面が残存することによりナノロッドが凝集する場合があると本発明者らは推察する。   In addition, since the method for producing an initiator-modified nanorod of the present invention coats the cap agent and the initiator stepwise, the cap agent and the initiator can be freely selected, It is easy to optimize the reaction, and it is possible to obtain initiator-modified nanorods whose surface is uniformly coated with the initiator. On the other hand, in the conventional methods as described in Non-Patent Documents 1 and 2, since the substrate surface may not be uniformly coated with the initiator, polymerization inhibition may occur when the monomer is polymerized. In addition, when such a method is applied to the surface modification of a nanoparticle such as a nanorod, the present inventors infer that the nanorod may be aggregated due to an unmodified surface remaining.

本発明によれば、開始剤被覆量を高度に制御することでき、かつ、開始剤被覆量を非破壊で直接定量することができる開始剤修飾ナノロッドの製造方法、及びその方法により得ることができ、グラフト化させるポリマー鎖の密度を高度に制御することできる開始剤修飾ナノロッド、前記開始剤修飾ナノロッドを用いて得られるグラフト化ナノロッド及びその製造方法、グラフト化ナノロッド分散液晶、グラフト化ナノロッド分散液晶配向膜、偏光光学素子、並びに、キャップ剤修飾ナノロッドを提供することが可能となる。   According to the present invention, the initiator coating amount can be highly controlled, and the initiator coating amount can be directly quantified in a non-destructive manner. Initiator-modified nanorods capable of highly controlling the density of polymer chains to be grafted, grafted nanorods obtained using the initiator-modified nanorods and methods for producing the same, grafted nanorod-dispersed liquid crystals, grafted nanorod-dispersed liquid crystal alignments It becomes possible to provide a film, a polarizing optical element, and a cap agent-modified nanorod.

さらに、本発明によれば、重合の起点となる開始剤の被覆量を正確に定量して制御することができ、表面にグラフト化されるポリマー鎖の量を高度に制御することができるため、本発明のグラフト化ナノロッド分散液晶におけるグラフト化ナノロッドと液晶マトリックス中の低分子液晶との相互作用を調整してナノロッドの配向を高度に制御することが可能となる。   Furthermore, according to the present invention, it is possible to accurately determine and control the coating amount of the initiator that is the starting point of polymerization, and to highly control the amount of polymer chains grafted on the surface, The orientation of the nanorods can be highly controlled by adjusting the interaction between the grafted nanorods in the grafted nanorod-dispersed liquid crystal of the present invention and the low-molecular liquid crystals in the liquid crystal matrix.

本発明の開始剤修飾ナノロッドにおける開始剤被覆量が0.4nm−2であるときに得られるグラフト化ナノロッドの好適な一実施形態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows suitable one Embodiment of the grafted nanorod obtained when the initiator coating amount in the initiator modification nanorod of this invention is 0.4 nm- 2 . 本発明の開始剤修飾ナノロッドにおける開始剤被覆量が0.6nm−2であるときに得られるグラフト化ナノロッドの好適な一実施形態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows suitable one Embodiment of the grafted nanorod obtained when the initiator coating amount in the initiator modification nanorod of this invention is 0.6 nm- 2 . 本発明の開始剤修飾ナノロッドにおける開始剤被覆量が2.0nm−2であるときに得られるグラフト化ナノロッドの好適な一実施形態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows suitable one Embodiment of the grafted nanorod obtained when the initiator coating amount in the initiator modification nanorod of this invention is 2.0 nm- 2 . 本発明の開始剤修飾ナノロッドの製造方法の好適な一実施形態を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows suitable one Embodiment of the manufacturing method of the initiator modification nanorod of this invention. 比較例1の開始剤修飾ナノロッドの製造方法を示す概念図である。6 is a conceptual diagram illustrating a method for producing an initiator-modified nanorod of Comparative Example 1. FIG. 実施例2、4で得られたグラフト化ナノロッド分散液晶配向膜の配向性評価における角度分布を示すグラフである。It is a graph which shows angle distribution in the orientation evaluation of the grafted nanorod dispersion | distribution liquid crystal aligning film obtained in Example 2, 4. 実施例1で得られたグラフト化ナノロッド分散液晶配向膜のFE−SEM写真である。4 is a FE-SEM photograph of the grafted nanorod-dispersed liquid crystal alignment film obtained in Example 1. FIG. 参考例1で得られた液晶配向膜のFE−SEM写真である。4 is an FE-SEM photograph of the liquid crystal alignment film obtained in Reference Example 1. FIG.

以下、本発明をその好適な実施形態に即して詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to preferred embodiments thereof.

〔開始剤修飾ナノロッド及びその製造方法〕
先ず、本発明の開始剤修飾ナノロッド及びその製造方法について説明する。本発明の開始剤修飾ナノロッドの製造方法は、
平均アスペクト比が1.2以上であるナノロッドの表面の一部にキャップ剤を結合させることによって前記ナノロッドの表面の一部に前記キャップ剤が結合したキャップ剤修飾ナノロッドを得る工程と、
前記キャップ剤修飾ナノロッドを得る工程の後に、前記ナノロッドの前記キャップ剤が結合していない表面に重合開始基を有する開始剤を結合させることによって前記ナノロッドの表面に前記キャップ剤及び前記開始剤が結合した開始剤修飾ナノロッドを得る工程と、
を含むものであり、本発明の開始剤修飾ナノロッドは、前記本発明の開始剤修飾ナノロッドの製造方法により得られたものである。
[Initiator-modified nanorods and production method thereof]
First, the initiator-modified nanorod of the present invention and the production method thereof will be described. The production method of the initiator-modified nanorods of the present invention is as follows:
Obtaining a cap agent-modified nanorod in which the cap agent is bonded to a part of the surface of the nanorod by binding the cap agent to a part of the surface of the nanorod having an average aspect ratio of 1.2 or more;
After the step of obtaining the capping agent-modified nanorod, the capping agent and the initiator are bound to the surface of the nanorod by binding an initiator having a polymerization initiator group to the surface of the nanorod that is not bound to the capping agent. Obtaining a modified initiator-modified nanorod;
The initiator-modified nanorod of the present invention is obtained by the method for producing an initiator-modified nanorod of the present invention.

<ナノロッド>
本発明に係るナノロッドは、平均アスペクト比が1.2以上のロッド状のナノ粒子であり、前記ロッド状とは、長軸と短軸とを有する異方性の形状のことをいい、具体的には、棒状、線状、板状、円筒状、楕円状、紡錘状等の形状が挙げられる。前記ナノロッドの形状がこのようなロッド状であることにより、得られる開始剤修飾ナノロッドを用いて得られるグラフト化ナノロッドを用いて液晶の波長特性等を制御することができる。
<Nanorod>
The nanorod according to the present invention is a rod-shaped nanoparticle having an average aspect ratio of 1.2 or more, and the rod-shaped refers to an anisotropic shape having a major axis and a minor axis. Examples of the shape include a rod shape, a linear shape, a plate shape, a cylindrical shape, an elliptical shape, and a spindle shape. When the shape of the nanorod is such a rod shape, the wavelength characteristics and the like of the liquid crystal can be controlled using the grafted nanorod obtained by using the obtained initiator-modified nanorod.

本発明において、前記平均アスペクト比としては、1.2以上であることが必要であり、1.2〜15であることが特に好ましい。前記平均アスペクト比が前記下限値未満であると、得られるグラフト化ナノロッドを偏光光学素子に用いた際に配向膜の偏光光学素子としての機能を十分に発揮できなくなる。他方、前記アスペクト比が前記上限値を超えると、得られるグラフト化ナノロッドの配向性が低下する傾向にある。   In the present invention, the average aspect ratio needs to be 1.2 or more, and is preferably 1.2 to 15. When the average aspect ratio is less than the lower limit, when the obtained grafted nanorod is used in a polarizing optical element, the function of the alignment film as the polarizing optical element cannot be sufficiently exhibited. On the other hand, when the aspect ratio exceeds the upper limit, the orientation of the obtained grafted nanorods tends to be lowered.

本発明において、平均アスペクト比とは、長軸方向の長さと短軸方向の直径との比(長軸方向の長さ/短軸方向の直径)の平均値のことをいう。また、前記長軸方向の長さは最大長さを、前記短軸方向の直径は最大直径を意味し、前記平均アスペクト比、長軸方向の平均長さ及び短軸方向の平均直径は、任意の20個以上のナノロッドを透過型電子顕微鏡又は走査型電子顕微鏡により測定し、その値を平均化することにより求めることができる。   In the present invention, the average aspect ratio means an average value of the ratio of the length in the major axis direction to the diameter in the minor axis direction (length in the major axis direction / diameter in the minor axis direction). The length in the major axis direction is the maximum length, the diameter in the minor axis direction is the maximum diameter, and the average aspect ratio, the average length in the major axis direction, and the average diameter in the minor axis direction are arbitrary. These 20 or more nanorods can be measured with a transmission electron microscope or a scanning electron microscope, and the values can be averaged.

また、本発明に係るナノロッドとしては、短軸方向の平均直径が1〜100nmであることが好ましく、1〜50nmであることがより好ましく、5〜20nmであることがさらに好ましく、7〜15nmであることが特に好ましい。前記平均直径が前記下限値未満であると、得られる開始剤修飾ナノロッド及びグラフト化ナノロッドが凝集しやすくなる傾向にあり、他方、前記上限値を超えると、液晶配向膜等に含有させた際にその透明性を低下させる傾向にある。   Moreover, as a nanorod which concerns on this invention, it is preferable that the average diameter of a short axis direction is 1-100 nm, It is more preferable that it is 1-50 nm, It is more preferable that it is 5-20 nm, It is 7-15 nm It is particularly preferred. When the average diameter is less than the lower limit value, the obtained initiator-modified nanorods and grafted nanorods tend to aggregate, and when the upper limit value is exceeded, the liquid crystal alignment film or the like is included. It tends to reduce its transparency.

本発明に係るナノロッドの基材としては、例えば、金、銀、銅、アルミ、亜鉛、スズ、ニッケル、コバルト、白金、チタン、タングステン、ジルコニウム等の金属;シリカ、酸化亜鉛、アルミナ、チタニア、ジルコニア、酸化鉄、酸化スズ等の金属酸化物;ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート等の高分子化合物が挙げられ、目的に応じて適宜選択することができる。これらの中でも、得られるグラフト化ナノロッドの配向の効果を利用できる範囲が顕著に広範になるという観点から、金属及び金属酸化物が好ましい。本発明に係るナノロッドとしては、これらのうちの1種からなるナノロッドを単独で用いても別の基材からなるナノロッドを2種以上組み合わせて用いてもよい。さらに、このようなナノロッドとしては、市販のものを用いてもよく、また、適宜公知の方法で作製したものを用いてもよい。   Examples of the base material of the nanorod according to the present invention include metals such as gold, silver, copper, aluminum, zinc, tin, nickel, cobalt, platinum, titanium, tungsten, and zirconium; silica, zinc oxide, alumina, titania, and zirconia. And metal oxides such as iron oxide and tin oxide; high molecular compounds such as polystyrene, polymethyl methacrylate, and polycarbonate, which can be appropriately selected according to the purpose. Among these, metals and metal oxides are preferable from the viewpoint that the range in which the effect of orientation of the obtained grafted nanorods can be utilized is remarkably widened. As the nanorod according to the present invention, one of these nanorods may be used alone, or two or more nanorods made of different base materials may be used in combination. Furthermore, as such nanorods, commercially available ones may be used, and those prepared by a known method may be used as appropriate.

<カップリング剤>
本発明の開始剤修飾ナノロッドの製造方法としては、前記キャップ剤修飾ナノロッドを得る工程の前に、前記ナノロッドの表面にカップリング剤を結合させることによって前記ナノロッドの表面に前記カップリング剤が結合したカップリング剤修飾ナノロッドを得る工程をさらに含んでおり、前記カップリング剤を介して前記キャップ剤及び前記開始剤をそれぞれ前記ナノロッドに結合させることが好ましい。
<Coupling agent>
As a method for producing the initiator-modified nanorod of the present invention, before the step of obtaining the cap agent-modified nanorod, the coupling agent is bonded to the surface of the nanorod by bonding the coupling agent to the surface of the nanorod. Preferably, the method further includes a step of obtaining a coupling agent-modified nanorod, and the cap agent and the initiator are each bonded to the nanorod via the coupling agent.

このようなカップリング剤としては、前記ナノロッドの表面と結合することが可能な官能基Aと、前記ナノロッドの表面及び前記官能基Aのいずれとも結合しない官能基Bとを有するものであることが好ましい。これらの官能基A及び官能基Bとしては、前記カップリング剤においてそれぞれ1種であっても2種以上であってもよく、それぞれ1つであっても2つ以上であってもよい。本発明においては、このようなカップリング剤を用いることによって前記ナノロッドの表面を前記官能基Bで覆うことができる。   Such a coupling agent has a functional group A capable of binding to the surface of the nanorod and a functional group B not bound to any of the surface of the nanorod and the functional group A. preferable. The functional group A and the functional group B may be one kind or two or more kinds in the coupling agent, respectively, or may be one or two or more. In the present invention, the surface of the nanorod can be covered with the functional group B by using such a coupling agent.

前記官能基Aは、前記ナノロッドの表面と結合することが可能な官能基であり、前記ナノロッドの表面と強い相互作用を有するか、又は化学結合を作ることが可能な基のことをいい、前記ナノロッド表面と共有結合することが可能な基であることが好ましい。このような官能基Aとしては、前記ナノロッド表面が金属である場合には、チオール基、スルフィド基、アミノ基、チオイソシアニド基、イソシアニド基、水酸基等が挙げられる。前記ナノロッド表面が金属酸化物である場合には、モノアルコキシシリル基、ジアルコキシシリル基、トリアルコキシシリル基、モノイソシアナートシリル基、ジイソシアナートシリル基、トリイソシアナートシリル基、モノクロロシリル基、ジクロロシリル基、トリクロロシリル基、ジメチルシリルアミノ基、水酸基、カルボキシル基、ホスホニル酸基が挙げられ、これらの中でも、メトキシシリル基、エトキシシリル基、イソプロピルオキシシリル基等のアルコキシシリル基が好ましい。また、前記ナノロッド表面が高分子化合物である場合には、モノアルコキシシリル基、ジアルコキシシリル基、トリアルコキシシリル基等が挙げられる。   The functional group A is a functional group capable of binding to the surface of the nanorod, and refers to a group having a strong interaction with the surface of the nanorod or capable of forming a chemical bond, A group capable of covalently bonding to the nanorod surface is preferred. Examples of such a functional group A include a thiol group, a sulfide group, an amino group, a thioisocyanide group, an isocyanide group, and a hydroxyl group when the nanorod surface is a metal. When the nanorod surface is a metal oxide, a monoalkoxysilyl group, a dialkoxysilyl group, a trialkoxysilyl group, a monoisocyanate silyl group, a diisocyanate silyl group, a triisocyanate silyl group, a monochlorosilyl group, Examples thereof include a dichlorosilyl group, a trichlorosilyl group, a dimethylsilylamino group, a hydroxyl group, a carboxyl group, and a phosphonylic acid group. Among these, an alkoxysilyl group such as a methoxysilyl group, an ethoxysilyl group, and an isopropyloxysilyl group is preferable. Moreover, when the nanorod surface is a polymer compound, examples thereof include a monoalkoxysilyl group, a dialkoxysilyl group, and a trialkoxysilyl group.

前記官能基Bは、前記ナノロッドの表面と結合しない基、すなわち、前記ナノロッドの表面に対する強い相互作用を有さず、化学結合もしない基であり、かつ、前記官能基Aとも結合しない基である。また、続く工程において用いるキャップ剤の官能基C1及び開始剤の官能基C2と結合することが可能な基である。このような官能基Bとしては特に制限されず、前記ナノロッド、前記官能基A、前記官能基C1及び前記官能基C2に依存するが、続く工程において温和な条件下で結合を生成できるという観点から、例えば、アミノ基、水酸基、カルボキシル基、ハロゲン化アシル基、ハロゲン化スルホニル基、チオール基、イソシアナート基が挙げられる。   The functional group B is a group that does not bind to the surface of the nanorod, that is, a group that does not have a strong interaction with the surface of the nanorod, does not chemically bond, and does not bind to the functional group A. . Further, it is a group capable of binding to the functional group C1 of the cap agent and the functional group C2 of the initiator used in the subsequent steps. Such a functional group B is not particularly limited, and depends on the nanorod, the functional group A, the functional group C1, and the functional group C2, but from the viewpoint that a bond can be generated under mild conditions in the subsequent steps. Examples thereof include an amino group, a hydroxyl group, a carboxyl group, a halogenated acyl group, a halogenated sulfonyl group, a thiol group, and an isocyanate group.

このような官能基A及び官能基Bを有するカップリング剤としては、例えば、3−メルカプト−1−プロパノール、4−メルカプト−1−ブタノール、5−メルカプト−1−ペンタノール等のチオール系カップリング剤;3−アミノプロピルメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−フェニル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン(トリメトキシ[3−(フェニルアミノ)プロピル]シラン)、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3−イソシアナートプロピルトリエトキシシラン等のシランカップリング剤が挙げられ、これらのうちの1種を単独で用いても2種以上を組み合わせて用いてもよい。本発明における好ましいカップリング剤としては、前記ナノロッド、前記官能基A、前記官能基C1及び前記官能基C2に依存するものであるため、一概にはいえないが、例えば、前記ナノロッドが酸化亜鉛であり、前記開始剤がリビングラジカル重合開始剤である場合には、トリアルコキシシリル基及びアミノ基を有する化合物が好ましく、このような化合物の具体例としては、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シラン、トリメトキシ[3−(フェニルアミノ)プロピル]シランが挙げられる。   Examples of coupling agents having such a functional group A and functional group B include thiol-based couplings such as 3-mercapto-1-propanol, 4-mercapto-1-butanol, and 5-mercapto-1-pentanol. Agents: 3-aminopropylmethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane, N-phenyl-3-aminopropyltrimethoxysilane (trimethoxy [3- (phenylamino) propyl] silane), 3-mercaptopropyltrimethoxysilane, Examples include silane coupling agents such as 3-isocyanatopropyltriethoxysilane, and one of these may be used alone, or two or more may be used in combination. A preferred coupling agent in the present invention depends on the nanorod, the functional group A, the functional group C1, and the functional group C2, and thus cannot be generally described. For example, the nanorod is made of zinc oxide. In the case where the initiator is a living radical polymerization initiator, a compound having a trialkoxysilyl group and an amino group is preferable. Specific examples of such a compound include 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3- Examples include aminopropyltriethoxysilane and trimethoxy [3- (phenylamino) propyl] silane.

<キャップ剤>
本発明に係るキャップ剤は、前記ナノロッドの表面と結合することが可能な化合物であり、前記結合は、ナノロッド表面に対する直接結合であってもよく、表面修飾されたナノロッドに対する間接的な結合であってもよい。前記表面修飾方法としては、界面活性剤による修飾や前記カップリング剤による修飾が挙げられ、本発明においては、より強固かつ容易に前記キャップ剤を前記ナノロッドの表面に結合させることが可能となる傾向にあるという観点から、前記ナノロッドの表面を前記カップリング剤で修飾することによって前記カップリング剤を介して結合することが好ましい。
<Cap agent>
The cap agent according to the present invention is a compound capable of binding to the surface of the nanorod, and the binding may be direct binding to the nanorod surface or indirect binding to the surface-modified nanorod. May be. Examples of the surface modification method include modification with a surfactant and modification with the coupling agent. In the present invention, the cap agent tends to be bonded to the surface of the nanorod more firmly and easily. In view of the above, it is preferable that the surface of the nanorod is bonded with the coupling agent by modifying the surface of the nanorod.

前記ナノロッドに直接結合する場合、前記キャップ剤としては、前記ナノロッドの表面と強い相互作用を有するか、又は化学結合を作ることが可能な基を有するものであることが好ましい。このような基としては、例えば、前記カップリング剤における官能基Aとして挙げた官能基が挙げられる。   When directly binding to the nanorod, the cap agent preferably has a strong interaction with the surface of the nanorod or a group capable of forming a chemical bond. As such a group, the functional group mentioned as the functional group A in the said coupling agent is mentioned, for example.

前記カップリング剤を介して結合する場合、前記キャップ剤としては、前記官能基Bと結合することが可能な官能基C1を有するものであることが好ましい。また、続く工程において用いる開始剤の官能基C2と結合することが可能な基及び重合開始能を有する重合開始基のいずれも有さないものであることが好ましい。前記官能基C1としては、前記キャップ剤において1種であっても2種以上であってもよく、1つであっても2つ以上であってもよいが、反応を制御しやすいという観点から、キャップ剤1分子あたり1つであることが好ましい。本発明においては、このようなキャップ剤を用いることによって前記ナノロッドの表面の一部を前記開始剤と反応しないキャップ剤で覆う(より好ましくは前記官能基C2と反応しない基で覆う)ことが可能となり、開始剤被覆量を制御することができる。   In the case of binding via the coupling agent, the cap agent preferably has a functional group C1 capable of binding to the functional group B. Moreover, it is preferable that it does not have any of the group which can couple | bond with the functional group C2 of the initiator used in a subsequent process, and the polymerization initiating group which has a polymerization initiating ability. The functional group C1 may be one kind or two or more kinds in the cap agent, or may be one or two or more. However, from the viewpoint of easy reaction control. , One per cap agent molecule. In the present invention, by using such a capping agent, it is possible to cover a part of the surface of the nanorod with a capping agent that does not react with the initiator (more preferably with a group that does not react with the functional group C2). Thus, the initiator coating amount can be controlled.

前記官能基C1としては特に制限されず、例えば、前記官能基Bがアミノ基である場合には、ハロゲン化アルキル基、カルボキシル基、ハロゲン化アシル基、ハロゲン化スルホニル基等が挙げられる。前記官能基Bが水酸基である場合には、ハロゲン化アシル基、ハロゲン化スルホニル基等が挙げられ、前記官能基Bがカルボキシル基である場合には、水酸基、アミノ基等が挙げられる。また、前記官能基Bがクロロカルボニル基、クロロスルホニル基である場合には、水酸基、アミノ基、フェニル基等が挙げられ、前記官能基Bがチオール基である場合には、ビニル基、(メタ)アクリレート基等が挙げられ、前記官能基Bがイソシアナート基である場合には、水酸基、アミノ基等が挙げられる。   The functional group C1 is not particularly limited. For example, when the functional group B is an amino group, examples thereof include a halogenated alkyl group, a carboxyl group, a halogenated acyl group, and a halogenated sulfonyl group. When the functional group B is a hydroxyl group, examples include a halogenated acyl group and a halogenated sulfonyl group. When the functional group B is a carboxyl group, examples include a hydroxyl group and an amino group. When the functional group B is a chlorocarbonyl group or a chlorosulfonyl group, examples thereof include a hydroxyl group, an amino group, and a phenyl group. When the functional group B is a thiol group, a vinyl group, (meta ) Acrylate group and the like, and when the functional group B is an isocyanate group, examples thereof include a hydroxyl group and an amino group.

このような官能基C1を有するキャップ剤としては、例えば、1−ブロモプロパン、1−ブロモブタン、1−ブロモペンタン、1−ブロモヘキサン、ベンジルブロミド、酢酸、プロピオン酸、塩化アセチル、1,3−ジブロモプロパン、1,4−ジブロモブタン、1,5−ジブロモペンタン、1,6−ジブロモヘキサン、4−ブロモベンジルブロミド等が挙げられ、これらのうちの1種を単独で用いても2種以上を組み合わせて用いてもよい。これらの中でも、蛍光X線分析(XRF)による非破壊での定量を行うことができるという観点から、本発明に係るキャップ剤としては、臭素を含む化合物であることが好ましく、例えば、1,3−ジブロモプロパン、1,4−ジブロモブタン、1,5−ジブロモペンタン、1,6−ジブロモヘキサン、4−ブロモベンジルブロミドが好ましい。   Examples of the capping agent having such a functional group C1 include 1-bromopropane, 1-bromobutane, 1-bromopentane, 1-bromohexane, benzyl bromide, acetic acid, propionic acid, acetyl chloride, 1,3-dibromo. Examples include propane, 1,4-dibromobutane, 1,5-dibromopentane, 1,6-dibromohexane, 4-bromobenzyl bromide, etc. Even if one of these is used alone, two or more are combined. May be used. Among these, from the viewpoint that nondestructive quantification by X-ray fluorescence analysis (XRF) can be performed, the capping agent according to the present invention is preferably a compound containing bromine. -Dibromopropane, 1,4-dibromobutane, 1,5-dibromopentane, 1,6-dibromohexane, 4-bromobenzyl bromide are preferred.

<開始剤>
本発明に係る開始剤は、重合開始能を有する重合開始基を有しており、前記ナノロッドの表面と結合することが可能であり、かつ、前記キャップ剤と結合しない化合物である。前記ナノロッド表面との結合は、ナノロッド表面に対する直接結合であってもよく、表面修飾されたナノロッドに対する間接的な結合であってもよい。前記表面修飾方法としては、界面活性剤による修飾や前記カップリング剤による修飾が挙げられ、本発明においては、より強固かつ容易に前記開始剤を前記ナノロッドの表面に結合させることが可能となる傾向にあるという観点から、前記ナノロッドの表面を前記カップリング剤で修飾することによって前記カップリング剤を介して結合することが好ましい。
<Initiator>
The initiator according to the present invention is a compound that has a polymerization initiating group having a polymerization initiating ability, can bind to the surface of the nanorod, and does not bind to the cap agent. The bond to the nanorod surface may be a direct bond to the nanorod surface or an indirect bond to the surface-modified nanorod. Examples of the surface modification method include modification with a surfactant and modification with the coupling agent. In the present invention, the initiator tends to be bonded to the surface of the nanorods more firmly and easily. In view of the above, it is preferable that the surface of the nanorod is bonded with the coupling agent by modifying the surface of the nanorod.

前記ナノロッドに直接結合する場合、前記開始剤としては、前記ナノロッドの表面と強い相互作用を有するか、又は化学結合を作ることが可能な基を有するものであることが好ましい。このような基としては、例えば、前記カップリング剤における官能基Aとして挙げた官能基が挙げられる。   In the case of directly bonding to the nanorod, the initiator preferably has a strong interaction with the surface of the nanorod or a group capable of forming a chemical bond. As such a group, the functional group mentioned as the functional group A in the said coupling agent is mentioned, for example.

前記カップリング剤を介して結合する場合、前記開始剤としては、前記官能基Bと結合することが可能な官能基C2と、前記重合開始基とを有するものであることが好ましい。これらの官能基C2及び重合開始基としては、前記開始剤においてそれぞれ1種であっても2種以上であってもよく、それぞれ1つであっても2つ以上であってもよいが、反応を制御しやすいという観点から、開始剤1分子あたりそれぞれ1つであることが好ましい。   In the case of binding via the coupling agent, the initiator preferably has a functional group C2 capable of binding to the functional group B and the polymerization initiating group. The functional group C2 and the polymerization initiating group may be one kind or two or more kinds in the initiator, respectively, and each may be one or two or more. From the viewpoint that it is easy to control, it is preferable that there is one for each molecule of the initiator.

前記官能基C2としては特に制限されず、例えば、前記キャップ剤における官能基C1として挙げた官能基が挙げられる。また、前記重合開始基としては、ラジカル重合開始基、アニオン重合開始基、カチオン重合開始基等が挙げられ、これらの中でも、分子量分布の狭い高分子重合が可能であるという観点から、リビングラジカル重合開始基であることが好ましい。また、前記リビングラジカル重合開始基としては、酸や塩基の発生を伴わないためにナノロッドの形状に影響を与えない傾向にあるという観点から、RAFT重合開始基、NMP重合開始基,ATRP重合開始基であることがより好ましく、重合せしめるモノマーの種類の制限が少ないという観点から、ATRP重合開始基であることがさらに好ましい。このようなATRP重合開始基としては、例えば、ハロゲン化アルキルを触媒としたATRPの場合には、α−ハロゲノカルボキシル基等が挙げられ、これらの中でも、反応性の観点から、ブロモイソブチレート基が好ましい。   The functional group C2 is not particularly limited, and examples thereof include the functional groups listed as the functional group C1 in the cap agent. Examples of the polymerization initiating group include a radical polymerization initiating group, an anionic polymerization initiating group, and a cationic polymerization initiating group. Among these, living radical polymerization is possible from the viewpoint that polymer polymerization with a narrow molecular weight distribution is possible. An initiating group is preferred. In addition, the living radical polymerization initiating group is not accompanied by generation of acid or base, and therefore has a tendency not to affect the shape of the nanorods. From the viewpoint of RAFT polymerization initiating group, NMP polymerization initiating group, ATRP polymerization initiating group. From the viewpoint that there are few restrictions on the type of monomer to be polymerized, an ATRP polymerization initiating group is more preferable. Examples of such an ATRP polymerization initiating group include an α-halogenocarboxyl group in the case of ATRP using an alkyl halide as a catalyst, and among these, from the viewpoint of reactivity, a bromoisobutyrate group Is preferred.

このような官能基C2及び重合開始基を有する開始剤としては、例えば、3−ブロモプロピル2−ブロモイソブチレート、4−ブロモブチル2−ブロモイソブチレート等の末端にブロモ基を有する炭素数1〜8の直鎖状アルキル基をエステル部位に有する2−ブロモイソ酪酸エステル類;o−(ブロモメチル)ベンジル2−ブロモイソブチレート、m−(ブロモメチル)ベンジル2−ブロモイソブチレート、p−(ブロモメチル)ベンジル2−ブロモイソブチレート、(4−(ブロモメチル)ナフタレン−1−イル)メチル2−ブロモイソブチレート等のブロモメチル基を有するベンゼン環及び/又はナフタレン環を置換基として有する炭素数1〜8の直鎖状アルキル基をエステル部位に有する2−ブロモイソ酪酸エステル類が挙げられ、これらのうちの1種を単独で用いても2種以上を組み合わせて用いてもよい。これらの中でも、本発明に係る開始剤としては、蛍光X線分析(XRF)による非破壊での定量を行うことができるという観点から、本発明に係るキャップ剤と同じ元素(より好ましくは臭素)を含む化合物であることが好ましく、例えば、p−(ブロモメチル)ベンジル2−ブロモイソブチレートが好ましい。   Examples of the initiator having such a functional group C2 and a polymerization initiating group include, for example, 3-bromopropyl 2-bromoisobutyrate, 4-bromobutyl 2-bromoisobutyrate, etc. 2-bromoisobutyric acid esters having a linear alkyl group of -8 in the ester moiety; o- (bromomethyl) benzyl 2-bromoisobutyrate, m- (bromomethyl) benzyl 2-bromoisobutyrate, p- (bromomethyl) A benzene ring having a bromomethyl group, such as benzyl 2-bromoisobutyrate, (4- (bromomethyl) naphthalen-1-yl) methyl 2-bromoisobutyrate, and / or a naphthalene ring as a substituent. And 2-bromoisobutyric acid esters having 8 linear alkyl groups at the ester site. Be used one of al alone may be used in combination of two or more. Among these, as the initiator according to the present invention, the same element as the cap agent according to the present invention (more preferably bromine) is used from the viewpoint that nondestructive quantification can be performed by X-ray fluorescence analysis (XRF). Preferably, for example, p- (bromomethyl) benzyl 2-bromoisobutyrate is preferable.

以下、本発明の開始剤修飾ナノロッド製造方法の各工程の好適な実施形態を図面(図2)を参照しながら説明する。なお、以下の説明及び図面中、同一又は相当する要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。   A preferred embodiment of each step of the method for producing an initiator-modified nanorod of the present invention will be described below with reference to the drawing (FIG. 2). In the following description and drawings, the same or corresponding elements are denoted by the same reference numerals, and duplicate descriptions are omitted.

<カップリング剤修飾ナノロッド>
本発明の開始剤修飾ナノロッド製造方法においては、先ず、前記ナノロッドの表面にカップリング剤を結合させることによって前記ナノロッドの表面に前記カップリング剤が結合したカップリング剤修飾ナノロッドを得ることが好ましく、前記ナノロッド(ナノロッド1)の表面に前記官能基A及び官能基Bを有するカップリング剤(カップリング剤2)を反応させることにより、前記ナノロッドの表面に前記官能基Aを介して前記カップリング剤が結合したカップリング剤修飾ナノロッド(カップリング剤修飾ナノロッド5)を得ることがより好ましい。このような反応方法としては、前記カップリング剤に依存するものであるため一概にはいえないが、例えば、前記カップリング剤がシランカップリング剤である場合には、前記ナノロッドを溶媒中に分散させた溶液に前記カップリング剤を加え、超音波処理を施しながら1〜48時間(好ましくは2〜12時間)反応させる方法が挙げられる。前記溶媒としては、例えば、エタノール、アセトニトリル、メタノール、トルエン等の有機溶媒及び前記有機溶媒と水との混合溶媒が挙げられる。
<Coupling agent modified nanorods>
In the initiator-modified nanorod manufacturing method of the present invention, first, it is preferable to obtain a coupling agent-modified nanorod in which the coupling agent is bonded to the surface of the nanorod by bonding a coupling agent to the surface of the nanorod. By reacting the coupling agent (coupling agent 2) having the functional group A and the functional group B on the surface of the nanorod (nanorod 1), the coupling agent is coupled to the surface of the nanorod via the functional group A. It is more preferable to obtain a coupling agent-modified nanorod (coupling agent-modified nanorod 5) to which is bonded. Such a reaction method depends on the coupling agent and cannot be generally described. For example, when the coupling agent is a silane coupling agent, the nanorods are dispersed in a solvent. Examples include a method in which the coupling agent is added to the prepared solution and reacted for 1 to 48 hours (preferably 2 to 12 hours) while performing ultrasonic treatment. Examples of the solvent include organic solvents such as ethanol, acetonitrile, methanol, and toluene, and mixed solvents of the organic solvent and water.

このカップリング剤修飾ナノロッドを得る工程において、前記ナノロッドと前記カップリング剤との混合比は、前記カップリング剤が前記ナノロッド表面を全て被覆することが可能な量となることが好ましく、前記ナノロッドの表面積1nmあたりに対して前記カップリング剤が5分子以上となるような混合比であることがより好ましく、20〜40分子となるような混合比であることがさらに好ましい。前記カップリング剤の量が前記下限値未満であると、得られる開始剤修飾ナノロッドやグラフト化ナノロッドが凝集しやすくなる傾向にあり、他方、前記上限値を超えてカップリング剤を用いてもそれ以上ナノロッド表面は被覆されないので経済的に不利である。 In the step of obtaining the coupling agent-modified nanorod, the mixing ratio of the nanorod and the coupling agent is preferably an amount that allows the coupling agent to cover the entire surface of the nanorod. The mixing ratio is more preferably 5 or more molecules per 1 nm 2 of surface area, and more preferably 20 to 40 molecules. When the amount of the coupling agent is less than the lower limit value, the obtained initiator-modified nanorods and grafted nanorods tend to aggregate, and on the other hand, even if a coupling agent is used exceeding the upper limit value, Since the nanorod surface is not coated, it is economically disadvantageous.

また、得られるカップリング剤修飾ナノロッド表面においては、カップリング剤修飾ナノロッド全重量に対するカップリング剤被覆量(有機物換算質量)の割合が0.01〜0.1であることが好ましく、0.02〜0.06であることがより好ましい。前記カップリング剤被覆量の割合が前記下限値未満であると、続く工程において開始剤を十分に被覆させることができず、得られる開始剤修飾ナノロッドにグラフト化させるポリマー鎖の密度を十分に制御することが困難となる傾向にあり、他方、前記上限値を超えると、得られる開始剤修飾ナノロッドにおける開始剤被覆量が減少してグラフト化させるポリマー鎖の密度が減少し、グラフト化ナノロッドの分散性や配向性が低下する傾向にある。   Moreover, in the coupling agent modification nanorod surface obtained, it is preferable that the ratio of the coupling agent coating amount (mass in terms of organic matter) to the total weight of the coupling agent modification nanorod is 0.01 to 0.1. More preferably, it is -0.06. When the ratio of the coupling agent coating amount is less than the lower limit value, the initiator cannot be sufficiently coated in the subsequent step, and the density of polymer chains grafted to the obtained initiator-modified nanorods is sufficiently controlled. On the other hand, when the above upper limit is exceeded, the initiator coating amount in the resulting initiator-modified nanorods decreases, and the density of polymer chains to be grafted decreases, and the dispersion of the grafted nanorods Tend to decrease the property and orientation.

なお、本発明において、前記カップリング剤修飾ナノロッド全重量に対するカップリング剤被覆量(有機物換算質量)の割合(W2)は、熱重量分析(TG)により求めることができ、具体的には、先ず、得られたカップリング剤修飾ナノロッド20mgを白金製の測定用パンに入れ、空気及び窒素の流量がいずれも200mL/minである混合雰囲気下において、昇温速度10℃/minで900℃まで加熱する。次いで、900℃に達した時の質量(灰分の質量)を測定して加熱前の全質量に対する前記灰分の質量の割合(w2)を求め、次式:
W2=1−w2−{w2×(1−w1)÷w1}
(式中、w1はナノロッドにおける灰分の割合を示す。)
により算出することができる。
In the present invention, the ratio (W2) of the coupling agent coating amount (the mass in terms of organic matter) to the total weight of the coupling agent-modified nanorod can be determined by thermogravimetric analysis (TG). Then, 20 mg of the obtained coupling agent-modified nanorod was placed in a platinum measuring pan and heated to 900 ° C. at a temperature rising rate of 10 ° C./min in a mixed atmosphere where the flow rates of air and nitrogen were both 200 mL / min. To do. Next, the mass (mass of ash) when reaching 900 ° C. is measured to determine the ratio (w2) of the mass of ash to the total mass before heating, and the following formula:
W2 = 1-w2- {w2 × (1-w1) ÷ w1}
(W1 represents the proportion of ash in the nanorods.)
Can be calculated.

<キャップ剤修飾ナノロッド>
本発明の開始剤修飾ナノロッド製造方法においては、前記ナノロッドの表面の一部にキャップ剤を結合させることによって前記ナノロッドの表面の一部に前記キャップ剤が結合したキャップ剤修飾ナノロッドを得る。前記キャップ剤修飾ナノロッドを得る工程においては、前記カップリング剤修飾ナノロッド(カップリング剤修飾ナノロッド5)の表面に前記官能基C1を有するキャップ剤(キャップ剤3)を反応させることにより、前記カップリング剤の一部の官能基Bに前記官能基C1を介して前記キャップ剤が結合したキャップ剤修飾ナノロッド(キャップ剤修飾ナノロッド6)を得ることが好ましい。なお、図2中、Dは前記官能基B、前記官能基C2及び前記重合開始基のいずれとも結合しない基を示す。このような反応方法としては、前記官能基B及び前記官能基C1に依存するものであるため一概にはいえないが、例えば、前記カップリング剤修飾ナノロッドを溶媒中に分散させた溶液に前記キャップ剤を加え、超音波処理を施しながら1〜48時間(好ましくは2〜12時間)反応させる方法が挙げられる。なお、前記溶媒としては前述のカップリング剤修飾ナノロッドの調製において挙げたものと同様のものが挙げられる。
<Cap agent modified nanorods>
In the initiator-modified nanorod manufacturing method of the present invention, a cap agent-modified nanorod in which the cap agent is bonded to a part of the surface of the nanorod is obtained by binding a cap agent to a part of the surface of the nanorod. In the step of obtaining the cap agent-modified nanorod, the coupling agent-modified nanorod (coupling agent-modified nanorod 5) is reacted with the cap agent (cap agent 3) having the functional group C1 on the surface thereof. It is preferable to obtain a cap agent-modified nanorod (cap agent-modified nanorod 6) in which the cap agent is bonded to a partial functional group B of the agent via the functional group C1. In FIG. 2, D represents a group that is not bonded to any one of the functional group B, the functional group C2, and the polymerization initiating group. Such a reaction method depends on the functional group B and the functional group C1, and thus cannot be generally described. For example, the cap is added to a solution in which the coupling agent-modified nanorod is dispersed in a solvent. The method of making it react for 1 to 48 hours (preferably 2 to 12 hours), adding an agent and performing ultrasonic treatment is mentioned. In addition, as said solvent, the thing similar to what was mentioned in preparation of the above-mentioned coupling agent modification nanorod is mentioned.

本発明においては、このキャップ剤修飾ナノロッドを得る工程における前記ナノロッド又は前記カップリング剤修飾ナノロッドと前記キャップ剤との混合比を調整することにより、目的の開始剤被覆量の開始剤修飾ナノロッドを得ることができる。このような混合比としては、目的とする開始剤被覆量に依存するが、前記カップリング剤修飾ナノロッドを用いた場合、得られる開始剤修飾ナノロッドにポリマー鎖をグラフト化させたグラフト化ナノロッドを液晶マトリックス中に分散させた際に、該グラフト化ナノロッドをより均一に配向させることが可能になるという観点から、前記カップリング剤修飾ナノロッドにおける官能基Bと前記キャップ剤における官能基C1とのモル比(官能基Bのモル数/官能基C1のモル数)が0.5〜2.0であることが好ましく、0.7〜1.5であることがより好ましい。前記モル比が前記下限値未満であると、開始剤被覆量が多くなり過ぎ、前記ポリマー鎖の密度が増大して立体障害が生じるため、前記グラフト化ナノロッドの配向を制御することが困難となる傾向にあり、他方、前記上限値を超える場合には、前記ポリマー鎖の密度が減少して前記グラフト化ナノロッドが凝集しやすくなる傾向にある。なお、この場合において、前記モル比は理論上の比に比べて小さくなるため、前記モル比が1以下となっても前記官能基C2と反応することが可能な未反応の官能基Bは残存する。   In the present invention, by adjusting the mixing ratio of the nanorod or the coupling agent-modified nanorod and the cap agent in the step of obtaining the cap agent-modified nanorod, an initiator-modified nanorod having a target initiator coating amount is obtained. be able to. The mixing ratio depends on the target initiator coating amount, but when the coupling agent-modified nanorod is used, the grafted nanorod obtained by grafting the polymer chain to the obtained initiator-modified nanorod is liquid crystal. From the viewpoint that the grafted nanorods can be more uniformly oriented when dispersed in a matrix, the molar ratio of the functional group B in the coupling agent-modified nanorod and the functional group C1 in the cap agent. The number of moles of functional group B / number of moles of functional group C1 is preferably 0.5 to 2.0, more preferably 0.7 to 1.5. When the molar ratio is less than the lower limit value, the initiator coating amount is excessively increased, and the density of the polymer chain is increased to cause steric hindrance, so that it is difficult to control the orientation of the grafted nanorods. On the other hand, when the upper limit is exceeded, the density of the polymer chain decreases and the grafted nanorods tend to aggregate. In this case, since the molar ratio is smaller than the theoretical ratio, the unreacted functional group B that can react with the functional group C2 remains even if the molar ratio is 1 or less. To do.

また、得られるキャップ剤修飾ナノロッドにおいては、カップリング剤修飾ナノロッド全重量に対するキャップ剤及び前記カップリング剤の被覆量(有機物換算質量)の割合が0.05〜0.13であることが好ましく、0.07〜0.1であることがより好ましい。前記割合がこのような範囲内にあるとき、キャップ剤修飾ナノロッドにおけるキャップ剤被覆量を、表面修飾密度(表面積1nmあたりのキャップ剤の分子数)で1.0〜3.0nm−2、より好ましくは1.5〜2.nm−2とすることができる。前記キャップ剤被覆量が前記下限値未満であると、続く工程で被覆させる開始剤被覆量が多くなり過ぎ、グラフト化させるポリマー鎖の密度が増大して立体障害が生じるため、グラフト化ナノロッドの配向を制御することが困難となる傾向にあり、他方、前記上限値を超えると、前記ポリマー鎖の密度が減少して前記グラフト化ナノロッドが凝集しやすくなる傾向にある。 Further, in the obtained cap agent-modified nanorod, the ratio of the coating amount of the cap agent and the coupling agent (the mass in terms of organic matter) to the total weight of the coupling agent-modified nanorod is preferably 0.05 to 0.13, It is more preferable that it is 0.07-0.1. When the ratio is within such a range, the amount of capping agent coating on the capping agent-modified nanorod is 1.0 to 3.0 nm −2 in terms of surface modification density (number of molecules of capping agent per 1 nm 2 of surface area). Preferably 1.5-2. nm -2 . If the cap coating amount is less than the lower limit, the initiator coating amount to be coated in the subsequent step becomes too large, and the density of polymer chains to be grafted increases, resulting in steric hindrance. On the other hand, when the upper limit is exceeded, the density of the polymer chains decreases and the grafted nanorods tend to aggregate.

なお、本発明において、前記キャップ剤修飾ナノロッド全重量に対するキャップ剤及びカップリング剤被覆量(有機物換算質量)の割合(W3)は、熱重量分析(TG)により求めることができ、具体的には、先ず、得られたキャップ剤修飾ナノロッド20mgを白金製の測定用パンに入れ、空気及び窒素の流量がいずれも200mL/minである混合雰囲気下において、昇温速度10℃/minで900℃まで加熱する。次いで、900℃に達した時の試料の質量(灰分の質量)を測定して加熱前の全質量に対する前記灰分の質量の割合(w3)を求め、次式:
W3=1−w3−{w3×(1−w1)÷w1}
(式中、w1はナノロッドにおける灰分の割合を示す。)
により算出することができる。
In the present invention, the ratio (W3) of the cap agent and coupling agent coating amount (mass in terms of organic matter) to the total weight of the cap agent-modified nanorod can be determined by thermogravimetric analysis (TG), specifically First, 20 mg of the obtained cap agent-modified nanorod was put in a platinum measuring pan, and the mixed gas atmosphere and air flow rates were both 200 mL / min up to 900 ° C. at a heating rate of 10 ° C./min. Heat. Next, the mass (mass of ash) of the sample when it reached 900 ° C. was measured to determine the ratio (w3) of the mass of the ash to the total mass before heating.
W3 = 1-w3- {w3 × (1-w1) ÷ w1}
(W1 represents the proportion of ash in the nanorods.)
Can be calculated.

また、本発明において、前記キャップ剤被覆量は、キャップ剤修飾ナノロッド表面1nmあたりにおけるキャップ剤の分子数(キャップ剤の表面修飾密度)のことをいい、前記熱重量分析(TG)により有機物質量に基づいて求めることができる。具体的には、各試料における無機物に対する有機物の割合を以下の式:
カップリング剤修飾ナノロッドにおける無機物に対する有機物の割合(R2):
R2=W2×w1÷w2
キャップ剤修飾ナノロッドにおける無機物に対する有機物の割合(R3):
R3=W3×w1÷w3
により算出し、これらから、キャップ剤修飾ナノロッドの表面1nmあたりにおけるキャップ剤被覆量(表面修飾密度)を以下の式:
キャップ剤被覆量[nm−2]=(R3−R2)×X÷(1−Y×R2)
{前記式中、Xは次式:
={N×D×r×l×10−21}÷(M×2×(1+r))
(Nはアボガドロ定数を示し、Dはナノロッドの密度[g/cm]を示し、rはナノロッドの平均半径を示し、lはナノロッドの平均長さを示し、Mはキャップ剤の分子量を示す。)
で表され、Yは次式:
Y=カップリング剤中の無機物の式量÷カップリング剤の分子量
で表される。}
により算出して求めることができる。
Further, in the present invention, the cap agent coating amount refers to the number of molecules of the cap agent per 1 nm 2 of the cap agent-modified nanorod surface (surface modification density of the cap agent), and the amount of organic substance by the thermogravimetric analysis (TG). Can be determined based on Specifically, the ratio of organic matter to inorganic matter in each sample is expressed by the following formula:
Ratio of organic substance to inorganic substance in coupling agent-modified nanorod (R2):
R2 = W2 × w1 ÷ w2
Ratio of organic substance to inorganic substance in cap agent-modified nanorod (R3):
R3 = W3 × w1 ÷ w3
From these, the cap agent coating amount (surface modification density) per 1 nm 2 of the surface of the cap agent-modified nanorod is calculated from the following formula:
Cap agent coating amount [nm −2 ] = (R 3 −R 2) × X c ÷ (1−Y × R 2)
{Wherein X c is the following formula:
X c = {N A × D × r × l × 10 -21} ÷ (M c × 2 × (1 + r))
(N A represents Avogadro's constant, D is shows the density of the nanorods [g / cm 3], r represents the average radius of the nanorods, l denotes the average length of the nanorods, the molecular weight of M c is capping agent Show.)
Y is represented by the following formula:
Y = Expression amount of inorganic substance in coupling agent / molecular weight of coupling agent. }
Can be calculated and obtained.

このようなキャップ剤修飾ナノロッドを得る工程により、前記ナノロッドの表面の一部にキャップ剤が結合しており、前記ナノロッドの表面に前記キャップ剤が結合していない領域を有しているキャップ剤修飾ナノロッド、好ましくは、前記ナノロッドの表面にカップリング剤が結合しており、前記キャップ剤は前記カップリング剤を介して前記ナノロッドに結合しており、かつ、前記キャップ剤が結合していない領域に前記カップリング剤が露出しているキャップ剤修飾ナノロッドを得ることができる。   By the step of obtaining such a cap agent-modified nanorod, the cap agent is modified so that the cap agent is bonded to a part of the surface of the nanorod and the surface of the nanorod is not bonded to the cap agent. A coupling agent is bonded to the surface of the nanorod, preferably the nanorod, the cap agent is bonded to the nanorod through the coupling agent, and the cap agent is not bonded to the region. Cap agent-modified nanorods in which the coupling agent is exposed can be obtained.

<開始剤修飾ナノロッド>
本発明の開始剤修飾ナノロッド製造方法においては、次いで、前記ナノロッドの前記キャップ剤が結合していない表面に重合開始基を有する開始剤を結合させることによって前記ナノロッドの表面に前記キャップ剤及び前記開始剤が結合した開始剤修飾ナノロッドを得る。前記開始剤修飾ナノロッドを得る工程においては、前記キャップ剤修飾ナノロッド(キャップ剤修飾ナノロッド6)の表面に前記官能基C2及び前記重合開始基(重合開始基E)を有する開始剤(開始剤4)を反応させることにより、前記カップリング剤に残存する未反応の官能基Bに前記官能基C2を介して前記開始剤が結合した開始剤修飾ナノロッド(開始剤修飾ナノロッド7)を得ることが好ましい。このような反応方法としては、前記官能基B及び前記官能基C2に依存するものであるため一概にはいえないが、例えば、前記キャップ剤修飾ナノロッドを溶媒中に分散させた溶液に前記開始剤を加え、超音波処理を施しながら1〜48時間(好ましくは2〜12時間)反応させる方法が挙げられる。また、前記溶媒としては前述のカップリング剤修飾ナノロッドの調製において挙げたものと同様のものが挙げられる。
<Initiator-modified nanorods>
In the initiator-modified nanorod manufacturing method of the present invention, the cap agent and the initiator are then attached to the surface of the nanorod by binding an initiator having a polymerization initiator group to the surface of the nanorod that is not bound to the cap agent. An initiator-modified nanorod with an agent attached is obtained. In the step of obtaining the initiator-modified nanorod, an initiator (initiator 4) having the functional group C2 and the polymerization initiator group (polymerization initiator group E) on the surface of the cap agent-modified nanorod (cap agent-modified nanorod 6). It is preferable to obtain an initiator-modified nanorod (initiator-modified nanorod 7) in which the initiator is bonded to the unreacted functional group B remaining in the coupling agent via the functional group C2. Such a reaction method depends on the functional group B and the functional group C2, and thus cannot be generally described. For example, the initiator is dissolved in a solution in which the cap agent-modified nanorod is dispersed in a solvent. And reacting for 1 to 48 hours (preferably 2 to 12 hours) with sonication. Examples of the solvent include the same solvents as those mentioned in the preparation of the coupling agent-modified nanorod.

この開始剤修飾ナノロッドを得る工程において、前記キャップ剤修飾ナノロッドと前記開始剤との混合比は、前工程において前記ナノロッドの表面の一部が前記キャップ剤で被覆されているため、前記ナノロッドの前記キャップ剤が結合していない表面を前記開始剤が被覆できる混合比(好ましくは、前工程において前記官能基C2と反応することができる前記官能基Bの数が前記キャップ剤により調節されているため、前記カップリング剤に残存する未反応の官能基Bが反応(より好ましくは全て反応)することが可能な混合比)であればよい。   In the step of obtaining the initiator-modified nanorod, the mixing ratio of the capping agent-modified nanorod and the initiator is set so that a part of the surface of the nanorod is covered with the cap agent in the previous step. A mixing ratio that allows the initiator to cover the surface to which the cap agent is not bonded (preferably, because the number of the functional groups B that can react with the functional group C2 in the previous step is adjusted by the cap agent. Any unreacted functional group B remaining in the coupling agent can be reacted (more preferably, a mixing ratio at which all can react).

また、得られる開始剤修飾ナノロッドにおいては、ポリマー鎖をグラフト化させて得られるグラフト化ナノロッドを液晶マトリックス中に分散させた際に、該グラフト化ナノロッドをより均一に配向させることが可能になるという観点から、開始剤被覆量が、表面修飾密度(表面積1nmあたりの開始剤の分子数)で0.3〜1.0nm−2であることが好ましく、0.3〜0.8nm−2であることがより好ましい。前記開始剤被覆量が前記下限値未満であると、前記ポリマー鎖の密度が減少して得られるグラフト化ナノロッドが凝集しやすくなる傾向にあり、他方、前記上限値を超えると、前記ポリマー鎖の密度が増大して立体障害が生じるため、前記グラフト化ナノロッドの配向を制御することが困難となる傾向にある。 Further, in the initiator-modified nanorods obtained, when the grafted nanorods obtained by grafting polymer chains are dispersed in a liquid crystal matrix, the grafted nanorods can be more uniformly oriented. from the viewpoint, the initiator coverages, the surface-modified density (number of molecules of the surface area of 1 nm 2 per initiator) is preferably 0.3~1.0Nm -2, in 0.3~0.8Nm -2 More preferably. When the initiator coating amount is less than the lower limit value, the grafted nanorods obtained by decreasing the density of the polymer chain tend to aggregate. On the other hand, when the upper limit value is exceeded, the polymer chain has a tendency to aggregate. Since the density increases and steric hindrance occurs, it tends to be difficult to control the orientation of the grafted nanorods.

なお、本発明において、開始剤修飾ナノロッドにおける開始剤被覆量は、開始剤修飾ナノロッド表面1nmあたりにおける開始剤の分子数(開始剤の表面修飾密度)のことをいい、熱重量分析(TG)により有機物質量に基づいて求めることができる。具体的には、先ず、得られた開始剤修飾ナノロッド20mgを白金製の測定用パンに入れ、空気及び窒素の流量がいずれも200mL/minである混合雰囲気下において、昇温速度10℃/minで900℃まで加熱し、900℃に達した時の質量(灰分の質量)を測定して加熱前の全質量に対する前記灰分の質量の割合(w4)を求める。次いで、次式:
W4=1−w4−{w4×(1−w1)÷w1}
(式中、w1はナノロッドにおける灰分の割合を示す。)
により開始剤修飾ナノロッド全重量に対するキャップ剤、カップリング剤及び開始剤被覆量(有機物換算質量)の割合(W4)を求める。次いで、開始剤修飾ナノロッドにおける無機物に対する有機物の割合(R4)を次式:
R4=W4×w1÷w4
により算出し、これと前述のR2及びR3から、開始剤修飾ナノロッドの表面1nmあたりにおける開始剤被覆量(表面修飾密度)を以下の式:
開始剤被覆量(TG)[nm−2]=(R4−R3)×X÷(1−Y×R2)
{前記式中、Xは次式:
={N×D×r×l×10−21}÷(M×2×(1+r))
(N、D、r及びlはそれぞれ前述のとおりであり、Mは開始剤の分子量を示す。)
で表され、Yは前述のとおりである。)
で表される。}
により算出して求めることができる。
In the present invention, the initiator coating amount in the initiator-modified nanorod means the number of initiator molecules per 1 nm 2 of the initiator-modified nanorod surface (surface modification density of the initiator), and thermogravimetric analysis (TG). Can be obtained based on the amount of organic substance. Specifically, first, 20 mg of the obtained initiator-modified nanorod was placed in a platinum measurement pan, and the temperature increase rate was 10 ° C./min in a mixed atmosphere where the flow rates of air and nitrogen were both 200 mL / min. To 900 ° C., and the mass (mass ash) when the temperature reaches 900 ° C. is measured to determine the ratio (w4) of the ash mass to the total mass before heating. Then the following formula:
W4 = 1-w4- {w4 × (1-w1) ÷ w1}
(W1 represents the proportion of ash in the nanorods.)
The ratio (W4) of the cap agent, the coupling agent, and the initiator coating amount (mass in terms of organic matter) to the total weight of the initiator-modified nanorod is obtained. Next, the ratio of organic matter to inorganic matter (R4) in the initiator-modified nanorods is represented by the following formula:
R4 = W4 × w1 ÷ w4
Calculated, which from the above-described R2 and R3, the following initiator coverage at the surface 1nm per second initiator modified nanorods (surface modification density) formula by:
Initiator coverage (TG) [nm −2 ] = (R 4 −R 3) × X s ÷ (1−Y × R 2)
{Wherein X s is the following formula:
X s = {N A × D × r × l × 10 -21} ÷ (M s × 2 × (1 + r))
(N A, D, r and l are as described above, respectively, M s represents the molecular weight of the initiator.)
Y is as described above. )
It is represented by }
Can be calculated and obtained.

また、本発明の開始剤修飾ナノロッドの製造方法は、前記キャップ剤と前記開始剤とを段階的に被覆させるものであり、前記キャップ剤と前記開始剤とを自由に選択することができるため、分析手法に合わせた設計が可能であり、得られる開始剤修飾ナノロッドにおける開始剤被覆量を非破壊で高精度で定量することが可能である。このような非破壊での定量方法としては、例えば、前記キャップ剤及び前記開始剤として臭素等の共通する元素(Z)を含有する化合物を用いて蛍光X線分析(XRF)を行う方法が挙げられる。具体的には、得られたキャップ剤修飾ナノロッド及び開始剤修飾ナノロッドについて蛍光X線分析(XRF)(商品名:ZSX Primus II、リガク社製)を行い、開始剤修飾ナノロッドにおける有機物換算での開始剤被覆量(XRF)を以下の式:
開始剤被覆量(XRF)[nm−2]={m(s)−m(c)}×{N×D×r×l×10−21÷(M×2×(1+r))}
(前記式中、m(s)は開始剤修飾ナノロッドにおいて、m(c)はキャップ剤修飾ナノロッドにおいて、それぞれ次式:
m=Zの分析値÷ナノロッドの分析値×ナノロッドの分子量÷Zの分子量
で求められる値であり、N、D、r、l及びMはそれぞれ前述のとおりである。)
により算出する。
In addition, the method for producing an initiator-modified nanorod of the present invention coats the cap agent and the initiator stepwise, and the cap agent and the initiator can be freely selected. It is possible to design in accordance with the analysis method, and it is possible to quantify the initiator coating amount in the obtained initiator-modified nanorods with high accuracy in a non-destructive manner. As such a non-destructive quantification method, for example, a method of performing fluorescent X-ray analysis (XRF) using a compound containing a common element (Z) such as bromine as the cap agent and the initiator may be mentioned. It is done. Specifically, fluorescent X-ray analysis (XRF) (trade name: ZSX Primus II, manufactured by Rigaku Corporation) is performed on the obtained cap agent-modified nanorods and initiator-modified nanorods, and the start in terms of organic matter in the initiator-modified nanorods The coating amount (XRF) of the agent is expressed by the following formula:
Initiator coverage (XRF) [nm -2] = {m (s) -m (c)} × {N A × D × r × l × 10 -21 ÷ (M s × 2 × (1 + r))}
(In the above formula, m (s) is an initiator-modified nanorod, and m (c) is a cap-agent-modified nanorod, respectively:
m = analyzed value of Z ÷ analyzed value of nanorod × molecular weight of nanorod ÷ molecular weight of Z. N A , D, r, l and M s are as described above. )
Calculated by

このように、本発明の開始剤修飾ナノロッドの製造方法においては、重合の起点となる開始剤の被覆量を非破壊で直接定量することができるため、その量を高度に制御することができ、表面にグラフト化させるポリマー鎖の量を制御することが可能となる。例えば、図1A〜図1Cには、それぞれ、本発明の開始剤修飾ナノロッドにおける開始剤被覆量が0.4、0.6、2.0nm−2であるときに得られるグラフト化ナノロッドの好適な一実施形態を示す模式図を示すが、このように、開始剤被覆量を調節することにより、グラフト化させるポリマー鎖の密度を制御することが可能となる。 Thus, in the method for producing initiator-modified nanorods of the present invention, the amount of initiator coating that is the starting point of polymerization can be directly quantified nondestructively, so that the amount can be highly controlled, It becomes possible to control the amount of polymer chains grafted on the surface. For example, FIG. 1A to FIG. 1C show the preferred grafted nanorods obtained when the initiator coating amounts in the initiator-modified nanorods of the present invention are 0.4, 0.6, and 2.0 nm −2 , respectively. Although the schematic diagram showing one embodiment is shown, it is possible to control the density of polymer chains to be grafted by adjusting the initiator coating amount.

〔グラフト化ナノロッド及びその製造方法〕
次いで、本発明のグラフト化ナノロッド及びその製造方法について説明する。本発明のグラフト化ナノロッドの製造方法は、
前記本発明の開始剤修飾ナノロッドの前記重合開始基を起点として重合性モノマーを重合せしめることにより、ポリマー鎖がグラフト化されたグラフト化ナノロッドを得るものであり、本発明のグラフト化ナノロッドは、前記本発明のグラフト化ナノロッドの製造方法により得られたものである。本発明のグラフト化ナノロッドの製造方法においては、開始剤被覆量を高度に制御することできる前記本発明の開始剤修飾ナノロッドを用いるため、グラフト化されるポリマー鎖の密度を高度に制御することができる。
[Grafted nanorods and production method thereof]
Next, the grafted nanorod of the present invention and the production method thereof will be described. The method for producing the grafted nanorod of the present invention comprises:
By polymerizing a polymerizable monomer starting from the polymerization initiation group of the initiator-modified nanorod of the present invention, a grafted nanorod having a polymer chain grafted thereon is obtained. It is obtained by the method for producing grafted nanorods of the present invention. In the method for producing grafted nanorods of the present invention, the initiator-modified nanorods of the present invention, which can control the initiator coating amount to a high degree, are used, so that the density of polymer chains to be grafted can be controlled to a high degree. it can.

<重合性モノマー、ポリマー鎖>
本発明に係る重合性モノマーとしては、特に制限されず、前記重合開始基を起点として重合せしめることが可能な基を有するものであればよい。このような基としては、例えば、メタクリレート基、アクリレート基、スチリル基、α−メチルスチリル基、アクリルアミド基、メタクリルアミド基、ビニルアミド基が挙げられる。また、本発明に係る重合性モノマーとしては、得られるグラフト化ナノロッドを液晶中で配向させた際に低分子液晶化合物との相互作用がより良好なポリマー鎖を得ることができ、グラフト化ナノロッドを広領域においてより均一に配向させることができる傾向にあるという観点から、液晶性メソゲン構造を有する化合物であることが好ましい。
<Polymerizable monomer, polymer chain>
The polymerizable monomer according to the present invention is not particularly limited as long as it has a group capable of being polymerized starting from the polymerization initiation group. Examples of such groups include methacrylate groups, acrylate groups, styryl groups, α-methylstyryl groups, acrylamide groups, methacrylamide groups, and vinylamide groups. In addition, as the polymerizable monomer according to the present invention, when the obtained grafted nanorods are aligned in the liquid crystal, a polymer chain having better interaction with the low-molecular liquid crystal compound can be obtained. A compound having a liquid crystalline mesogenic structure is preferable from the viewpoint that it can be more uniformly aligned in a wide region.

前記液晶性メソゲン構造としては、例えば、次式:
−[S−[M−[Sb’−[M−[Sc’−[M−[Sd’−S
で表されるメソゲン構造が挙げられる。上記式中、M、M及びMは、それぞれ独立に、非置換又は置換の芳香族基、非置換又は置換の脂環基、非置換又は置換の複素環基、並びにそれらの混合物から選択される二価の基を示す。前記置換基としては、チオール、アミド、ヒドロキシ(C〜C18)アルキル、イソシアナト(C〜C18)アルキル、アクリロイルオキシ、アクリロイルオキシ(C〜C18)アルキル、ハロゲン、C〜C18アルコキシ、ポリ(C〜C18アルコキシ)、アミノ、アミノ(C〜C18)アルキレン、C〜C18アルキルアミノ、ジ−(C〜C18)アルキルアミノ、C〜C18アルキル、C〜C18アルケン、C〜C18アルキン、C〜C18アルキル(C〜C18)アルコキシ、C〜C18アルコキシカルボニル、C〜C18アルキルカルボニル、C〜C18アルキルカルボネート、アリールカルボネート、ペルフルオロ(C〜C18)アルキルアミノ、ジ−(ペルフルオロ(C〜C18)アルキル)アミノ、C〜C18アセチル、C〜C10シクロアルキル、C〜C10シクロアルコキシ、イソシアナト、アミド、シアノ、ニトロ;シアノ、ハロ、もしくはC〜C18アルコキシで1置換されている又はハロで多置換されている、直鎖又は分枝状のC〜C18アルキル基が挙げられる。
Examples of the liquid crystalline mesogenic structure include the following formula:
- [S 1] a - [ M 1 - [S 2] b] b '- [M 2 - [S 3] c] c' - [M 3 - [S 4] d] d '-S 5 -
A mesogenic structure represented by In the above formula, M 1 , M 2 and M 3 are each independently an unsubstituted or substituted aromatic group, an unsubstituted or substituted alicyclic group, an unsubstituted or substituted heterocyclic group, and mixtures thereof. Indicates the divalent group selected. Examples of the substituent group, thiol, amide, hydroxy (C 1 ~C 18) alkyl, isocyanato (C 1 ~C 18) alkyl, acryloyloxy, acryloyloxy (C 1 ~C 18) alkyl, halogen, C 1 -C 18 alkoxy, poly (C 1 -C 18 alkoxy), amino, amino (C 1 -C 18 ) alkylene, C 1 -C 18 alkylamino, di- (C 1 -C 18 ) alkylamino, C 1 -C 18 alkyl, C 2 -C 18 alkenes, C 2 -C 18 alkyne, C 1 -C 18 alkyl (C 1 ~C 18) alkoxy, C 1 -C 18 alkoxycarbonyl, C 1 -C 18 alkylcarbonyl, C 1 ~ C 18 alkyl carbonate, aryl carbonate, perfluoro (C 1 -C 18 ) alkylamino, Di- (perfluoro (C 1 -C 18 ) alkyl) amino, C 1 -C 18 acetyl, C 3 -C 10 cycloalkyl, C 3 -C 10 cycloalkoxy, isocyanato, amide, cyano, nitro; cyano, halo, or C 1 -C 18 are polysubstituted with mono-substituted with are or halo alkoxy include C 1 -C 18 alkyl group linear or branched.

さらに、上記式中、a、b、c及びdは、それぞれ独立に、0〜20の整数を示し、b’、c’及びd’は、それぞれ独立に、0〜4の整数を示す。ただし、b’、c’及びd’の合計(b’+c’+d’)は1以上である。   Further, in the above formula, a, b, c and d each independently represent an integer of 0 to 20, and b ', c' and d 'each independently represent an integer of 0 to 4. However, the sum (b ′ + c ′ + d ′) of b ′, c ′ and d ′ is 1 or more.

また、上記式中、S、S、S 及びSは、それぞれ独立に、
[A]−(CH−、−(CF−、−Si(CH−、及び−(Si(CHO)−から選択されるいずれかの式で表される基(前記eはそれぞれ独立に1〜20の整数を示し、前記fはそれぞれ独立に1〜16の整数を示す。)、
[B]−N(Z)−、−C(Z)=C(Z)−、−C(Z)=N−、−C(Z’)−C(Z’)−から選択されるいずれかの式で表される基(前記Zは、それぞれ独立に、水素、C〜Cアルキル、シクロアルキル及びアリールから選択される1種であり、前記Z’は、それぞれ独立に、C〜Cアルキル、シクロアルキル及びアリールから選択される1種である。)、及び、
[C]−O−、−C(O)−、−O−C(O)−、−C≡C−、−N=N−、−S−、−S(O)−、−S(O)(O)−、−(O)S(O)O−、−O(O)S(O)O−で表される基及び直鎖もしくは分枝状のC〜C24アルキレン残基から選択される1種(前記C〜C24アルキレン残基は、非置換であるか、シアノもしくはハロによって1置換されているか、ハロによって多置換されている。)
から選択されるスペーサー基を示す。ただし、ヘテロ原子を含む2個以上のスペーサー基が連結されている場合には、前記スペーサー基は、ヘテロ原子が互いに直接連結しないように連結される。また、S及びSが別の基と連結している場合には、これらは、ヘテロ原子が互いに直接連結しないように連結される。
In the above formula, S 1 , S 2 , S 3 , S 4 and S 5 are each independently
[A] - (CH 2) e -, - (CF 2) f -, - Si (CH 2) e -, and - (Si (CH 3) 2 O) h - in either formula selected from Groups represented by the above (e is independently an integer of 1-20, and f is independently an integer of 1-16),
[B] -N (Z)-, -C (Z) = C (Z)-, -C (Z) = N-, -C (Z ') 2- C (Z') 2- A group represented by any formula (Z is independently selected from hydrogen, C 1 -C 6 alkyl, cycloalkyl and aryl, and Z ′ is independently C 1 -C 6 alkyl, one selected from cycloalkyl and aryl.), and,
[C] —O—, —C (O) —, —O—C (O) —, —C≡C—, —N═N—, —S—, —S (O) —, —S (O ) (O) -, - ( O) S (O) O -, - from O (O) S (O) groups and linear or branched represented by O-C 1 -C 24 alkylene residue one selected (the C 1 -C 24 alkylene residue is unsubstituted or is monosubstituted by cyano or halo, are polysubstituted by halo.)
A spacer group selected from However, when two or more spacer groups containing heteroatoms are linked, the spacer groups are linked so that the heteroatoms are not directly linked to each other. Also, when S 1 and S 5 are linked to another group, they are linked so that the heteroatoms are not directly linked to each other.

また、本発明に係るポリマー鎖は、前記重合性モノマーが重合されて形成された鎖であり、前記重合開始基を介して前記開始剤に結合している。このようなポリマー鎖としては、得られるグラフト化ナノロッドを液晶中で配向させた際に低分子液晶化合物との相互作用がより良好となり、グラフト化ナノロッドを広領域においてより均一に配向させることができる傾向にあるという観点から、ネマチック液晶を示すものであることが好ましい。このようなポリマー鎖を形成することが可能なモノマーとしては、2−(4−メトキシビフェニル−4’−イルオキシ)エチルメタクリレート、4−(4−メトキシビフェニル−4’−イルオキシ)ブチルメタクリレート、4−メトキシフェニル・4−(4−メタクリロイル)ブトキシベンゾエート、4−メトキシフェニル・4−(6−メタクリロイル)ヘキシルオキシベンゾエート、4−(6−メタクリロイル)ヘキシルオキシ桂皮酸、4’−(4−メトキシシンナモイル)−4−フェニルフェノキシエチルメタクリレート、4’−(4−メトキシシンナモイル)−4−フェニルフェノキシヘキシルメタクリレート等が挙げられ、これらのうちの1種を単独で用いても2種以上を組み合わせて用いてもよい。   The polymer chain according to the present invention is a chain formed by polymerizing the polymerizable monomer, and is bonded to the initiator via the polymerization initiating group. As such a polymer chain, when the obtained grafted nanorods are aligned in the liquid crystal, the interaction with the low-molecular liquid crystal compound becomes better, and the grafted nanorods can be aligned more uniformly in a wide region. From the viewpoint of tending, it is preferable to exhibit a nematic liquid crystal. Examples of monomers capable of forming such a polymer chain include 2- (4-methoxybiphenyl-4′-yloxy) ethyl methacrylate, 4- (4-methoxybiphenyl-4′-yloxy) butyl methacrylate, 4- Methoxyphenyl 4- (4-methacryloyl) butoxybenzoate, 4-methoxyphenyl 4- (6-methacryloyl) hexyloxybenzoate, 4- (6-methacryloyl) hexyloxycinnamic acid, 4 '-(4-methoxycinnamoyl ) -4-phenylphenoxyethyl methacrylate, 4 ′-(4-methoxycinnamoyl) -4-phenylphenoxyhexyl methacrylate, and the like. One of these may be used alone, or two or more may be used in combination. May be.

このようなグラフト化ナノロッドの製造方法における前記モノマー量及び重合条件としては、適宜公知の方法を採用することができ、前記重合開始基に応じて適宜公知の触媒及び/又は溶媒を用いることができる。また、このような製造方法により得られるグラフト化ナノロッドにおけるポリマー鎖の量としては特に制限されず、目的に応じて適宜調整することができるが、グラフト化ナノロッド全体に対する炭素の質量割合(グラフト化度)が炭素質量換算で15〜90質量%となる量であることが好ましく、20〜60質量%となる量であることがより好ましく、40〜60質量%となる量であることがさらに好まい。前記グラフト化度が前記下限値未満であると、グラフト化ナノロッドが凝集しやすくなる傾向にあり、他方、前記上限値を超えると、グラフト化ナノロッドを液晶マトリックス中に分散させた際に低分子液晶化合物との相互作用による配向が阻害される傾向にある。   As the amount of the monomer and the polymerization conditions in such a method for producing a grafted nanorod, a known method can be adopted as appropriate, and a known catalyst and / or solvent can be appropriately used according to the polymerization initiating group. . Further, the amount of polymer chain in the grafted nanorods obtained by such a production method is not particularly limited and can be appropriately adjusted according to the purpose. However, the mass ratio of carbon to the whole grafted nanorods (degree of grafting) ) Is preferably 15 to 90% by mass in terms of carbon mass, more preferably 20 to 60% by mass, and even more preferably 40 to 60% by mass. . When the degree of grafting is less than the lower limit value, the grafted nanorods tend to aggregate. On the other hand, when the degree of grafting exceeds the upper limit value, a low molecular liquid crystal is obtained when the grafted nanorods are dispersed in a liquid crystal matrix. The orientation due to the interaction with the compound tends to be inhibited.

なお、前記グラフト化度(CTG)は、熱重量分析(TG)により求めることができる。具体的には、先ず、得られたグラフト化ナノロッド20mgを白金製の測定用パンに入れ、空気及び窒素の流量がいずれも200mL/minである混合雰囲気下において、昇温速度10℃/minで900℃まで加熱し、900℃に達した時の質量(灰分の質量)を測定して加熱前の全質量に対する前記灰分の質量の割合(w5)を求める。次いで、次式:
W5=1−w5−{w5×(1−w1)÷w1}
(式中、w1はナノロッドにおける灰分の割合を示す。)
によりグラフト化ナノロッド全重量に対する有機物の割合(W5)を求め、グラフト化ナノロッドにおける無機物に対する有機物の割合(R5)を次式:
R5=W5×w1÷w5
により算出する。次いで、カップリング剤、キャップ剤、開始剤及び重合性モノマーにおける炭素の質量割合をそれぞれC2、C3、C4及びC5とし、R5と前述のR2、R3及びR4とから、次式:
TG[質量%]={{C2×R2+C3×(R3−R2)+C4×(R4−R3)+C5×(R5−R4)}×W5}÷R5
により算出することができる。
The degree of grafting (C TG ) can be determined by thermogravimetric analysis (TG). Specifically, first, 20 mg of the obtained grafted nanorods was put in a platinum measurement pan, and in a mixed atmosphere in which the flow rates of air and nitrogen were both 200 mL / min, the heating rate was 10 ° C./min. It heats to 900 degreeC, measures the mass (mass mass of ash) when it reaches 900 degreeC, and calculates | requires the ratio (w5) of the mass of the said ash content with respect to the total mass before a heating. Then the following formula:
W5 = 1-w5- {w5 × (1-w1) ÷ w1}
(W1 represents the proportion of ash in the nanorods.)
The ratio (W5) of the organic substance to the total weight of the grafted nanorods is obtained by the following formula, and the ratio (R5) of the organic substance to the inorganic substance in the grafted nanorods is expressed by the following formula:
R5 = W5 × w1 ÷ w5
Calculated by Next, the mass ratio of carbon in the coupling agent, cap agent, initiator, and polymerizable monomer is C2, C3, C4, and C5, respectively. From R5 and R2, R3, and R4, the following formula:
CTG [mass%] = {{C2 * R2 + C3 * (R3-R2) + C4 * (R4-R3) + C5 * (R5-R4)} * W5} / R5
Can be calculated.

〔グラフト化ナノロッド分散液晶〕
次いで、本発明のグラフト化ナノロッド分散液晶について説明する。本発明のグラフト化ナノロッド分散液晶は、低分子液晶化合物を含有するマトリックス中に、前記本発明のグラフト化ナノロッドが分散されているものである。
[Grafted nanorod-dispersed liquid crystal]
Next, the grafted nanorod-dispersed liquid crystal of the present invention will be described. The grafted nanorod-dispersed liquid crystal of the present invention is one in which the grafted nanorod of the present invention is dispersed in a matrix containing a low-molecular liquid crystal compound.

本発明に係る低分子液晶化合物としては、分子量が250以下の液晶性を示す化合物が挙げられ、室温において液体又は液晶状態であることが好ましく、また、前記メソゲン構造を有する化合物であることが好ましい。さらに、前記低分子液晶化合物としては、マトリックスとグラフト化ナノロッドとの相溶性が高くなる傾向にあるという観点から、液晶状態において前記グラフト化ナノロッドにグラフト化されたポリマー鎖と同じ液晶相であることが好ましく、前記低分子液晶化合物及び前記グラフト化ナノロッドにグラフト化されたポリマー鎖がいずれもネマチックであることがより好ましい。   Examples of the low-molecular liquid crystal compound according to the present invention include compounds exhibiting liquid crystallinity having a molecular weight of 250 or less, preferably in a liquid or liquid crystal state at room temperature, and preferably a compound having the mesogenic structure. . Furthermore, the low-molecular liquid crystal compound has the same liquid crystal phase as the polymer chain grafted to the grafted nanorods in the liquid crystal state from the viewpoint that the compatibility between the matrix and the grafted nanorods tends to be high. It is preferable that the low molecular liquid crystal compound and the polymer chain grafted to the grafted nanorod are both nematic.

このような低分子液晶化合物としては、具体的には、4−シアノ−4’−ペンチルオキシビフェニル(5OCB)、4−シアノ−4’−ヘキシルオキシビフェニル(6OCB)、4−シアノ−4’−ヘプチルオキシビフェニル(7OCB)、4−シアノ−4’−ペンチルビフェニル(5CB)、4−シアノ−4’−ヘキシルビフェニル(6CB)、4−シアノ−4’−ヘプチルビフェニル(7CB)、4−(trans−4−ペンチルシクロヘキシル)ベンゾニトリル(5CHBN)、4−(trans−4−ヘプチルシクロヘキシル)ベンゾニトリル(7CHBN)、5−ヘキシル−2−(4−ヘキシルフェニル)ピリミジン、4−ペンチルフェニル 4−(ベンジルオキシ)ベンゾエート、4−ブトキシフェニル 4−プロピルシクロヘキサンカルボキシレート、4−ペンチロキシフェニル 4−プロピルシクロヘキサンカルボキシレート、4−エトキシフェニル 4−ブチルシクロヘキサンカルボキシレート等が挙げられ、これらのうちの1種を単独で用いても2種以上を組み合わせて用いてもよい。これらの中でも、200mPa・s以下の粘度において配向させることが容易な傾向にあることや、材料の入手が容易であるという観点等から、5OCB、6OCB、7OCB、5CB、6CB、7CB等が好ましい。   Specific examples of such a low-molecular liquid crystal compound include 4-cyano-4′-pentyloxybiphenyl (5OCB), 4-cyano-4′-hexyloxybiphenyl (6OCB), and 4-cyano-4′-. Heptyloxybiphenyl (7OCB), 4-cyano-4'-pentylbiphenyl (5CB), 4-cyano-4'-hexylbiphenyl (6CB), 4-cyano-4'-heptylbiphenyl (7CB), 4- (trans -4-pentylcyclohexyl) benzonitrile (5CHBN), 4- (trans-4-heptylcyclohexyl) benzonitrile (7CHBN), 5-hexyl-2- (4-hexylphenyl) pyrimidine, 4-pentylphenyl 4- (benzyl Oxy) benzoate, 4-butoxyphenyl 4-propylcyclohex Examples include sun carboxylate, 4-pentyloxyphenyl 4-propylcyclohexanecarboxylate, 4-ethoxyphenyl 4-butylcyclohexanecarboxylate, etc., and one of these may be used alone or in combination of two or more. May be. Among these, 5OCB, 6OCB, 7OCB, 5CB, 6CB, 7CB, and the like are preferable from the viewpoint of easy orientation at a viscosity of 200 mPa · s or less and the availability of materials.

また、本発明に係るマトリックスとしては、前記低分子液晶化合物と溶媒とを含有するものであることが好ましい。前記溶媒としては、アニソール、トルエン、キシレン、メシチレン、クロロベンゼン、1−メトキシ−2−プロパノール、プロピレングリコール 1−モノメチルエーテル 2−アセタート等が挙げられる。また、本発明に係るマトリックスとしては、本発明の効果を阻害しない範囲内において、基板へ塗布する際の塗布性を向上させることを目的とした界面活性剤等をさらに含有するものであってもよい。   The matrix according to the present invention preferably contains the low-molecular liquid crystal compound and a solvent. Examples of the solvent include anisole, toluene, xylene, mesitylene, chlorobenzene, 1-methoxy-2-propanol, propylene glycol 1-monomethyl ether 2-acetate, and the like. Further, the matrix according to the present invention may further contain a surfactant or the like for the purpose of improving applicability when applied to a substrate within a range not impairing the effects of the present invention. Good.

本発明のグラフト化ナノロッド分散液晶において、前記低分子液晶化合物の含有量としては、グラフト化ナノロッド分散液晶全体に対して2質量%以上であることが好ましく、3〜20質量%であることがより好ましい。前記低分子液晶化合物の含有量が前記下限値未満であると、グラフト化ナノロッドの配向度の均一性が悪化する傾向にあり、他方、前記上限値を超えると、ナノロッドの含有量が減少するために得られるグラフト化ナノロッド分散液晶を偏光光学素子に用いる際に配向体としての該偏光光学素子の機能が低下する傾向にある。   In the grafted nanorod-dispersed liquid crystal of the present invention, the content of the low-molecular liquid crystal compound is preferably 2% by mass or more, more preferably 3 to 20% by mass with respect to the entire grafted nanorod-dispersed liquid crystal. preferable. If the content of the low-molecular liquid crystal compound is less than the lower limit value, the uniformity of the degree of orientation of the grafted nanorods tends to deteriorate. On the other hand, if the content exceeds the upper limit value, the nanorod content decreases. When the grafted nanorod-dispersed liquid crystal obtained in the above is used for a polarizing optical element, the function of the polarizing optical element as an alignment body tends to be lowered.

また、本発明のグラフト化ナノロッド分散液晶において、前記グラフト化ナノロッドの含有量としては、グラフト化ナノロッド分散液晶全体に対して0.1〜10質量%であることが好ましく、0.5〜5.0質量%であることがより好ましい。前記グラフト化ナノロッドの含有量が前記下限値未満であると、ナノロッドの含有量が減少するために得られるグラフト化ナノロッド分散液晶を偏光光学素子に用いる際に配向体としての該偏光光学素子の機能が低下する傾向にあり、他方、前記上限値を超えると、流動性が低下して配向性が悪化する傾向にある。   In the grafted nanorod-dispersed liquid crystal of the present invention, the content of the grafted nanorod is preferably 0.1 to 10% by mass with respect to the entire grafted nanorod-dispersed liquid crystal, and 0.5 to 5. More preferably, it is 0% by mass. When the content of the grafted nanorod is less than the lower limit, the function of the polarizing optical element as an alignment body when the grafted nanorod-dispersed liquid crystal obtained for reducing the nanorod content is used in the polarizing optical element. On the other hand, when the upper limit is exceeded, the fluidity is lowered and the orientation tends to be deteriorated.

また、前記低分子液晶化合物を含有する前記マトリックス中に前記グラフト化ナノロッドを分散させる方法としては、特に制限されないが、例えば、前記グラフト化ナノロッドを前記溶媒中に加えて1〜48時間(好ましくは2〜12時間)超音波処理を施すことにより分散させた後、前記溶媒中に前記低分子液晶化合物を溶解させる方法が挙げられる。   The method for dispersing the grafted nanorods in the matrix containing the low-molecular liquid crystal compound is not particularly limited. For example, the grafted nanorods are added to the solvent for 1 to 48 hours (preferably 2 to 12 hours) A method of dissolving the low-molecular liquid crystal compound in the solvent after dispersing by applying ultrasonic treatment is mentioned.

〔グラフト化ナノロッド分散液晶配向膜〕
次いで、本発明のグラフト化ナノロッド分散液晶配向膜について説明する。本発明のグラフト化ナノロッド分散液晶配向膜は、前記グラフト化ナノロッド分散液晶を配向させて得られたものである。本発明においては、前記グラフト化ナノロッドのポリマー鎖と前記低分子液晶化合物との相互作用によって前記グラフト化ナノロッドを極めて均一に配向させることができる。
[Grafted nanorod-dispersed liquid crystal alignment film]
Next, the grafted nanorod-dispersed liquid crystal alignment film of the present invention will be described. The grafted nanorod-dispersed liquid crystal alignment film of the present invention is obtained by aligning the grafted nanorod-dispersed liquid crystal. In the present invention, the grafted nanorods can be aligned extremely uniformly by the interaction between the polymer chain of the grafted nanorods and the low-molecular liquid crystal compound.

前記グラフト化ナノロッド分散液晶を配向させる方法としては、従来公知の方法を適宜採用することができ、例えば、ラビング処理を施した基板上に前記グラフト化ナノロッド分散液晶を塗布する方法が挙げられる。本発明においては、低分子液晶化合物が一軸配向するという観点から、基板上に塗布して形成したポリイミド樹脂フィルムにラビング処理を施して得られた配向膜上に、前記グラフト化ナノロッド分散液晶を塗布する方法が好ましい。   As a method for aligning the grafted nanorod-dispersed liquid crystal, a conventionally known method can be appropriately employed. For example, a method of applying the grafted nanorod-dispersed liquid crystal on a rubbing-treated substrate can be mentioned. In the present invention, from the viewpoint that the low-molecular liquid crystal compound is uniaxially aligned, the grafted nanorod-dispersed liquid crystal is applied onto an alignment film obtained by rubbing a polyimide resin film formed by applying on a substrate. Is preferred.

このような方法により得られるグラフト化ナノロッド分散液晶配向膜において、グラフト化ナノロッドは、極めて均一な配向度で配向され、配向角度の標準偏差を25以下、より好ましくは17以下とすることができる。また、前記ナノロッドとして金属又は金属酸化物を用いた場合には、このような配向膜から有機物を除去することによってナノロッドのみを前記配向度を保ったまま残すことも可能である。   In the grafted nanorod-dispersed liquid crystal alignment film obtained by such a method, the grafted nanorods are aligned with a very uniform degree of alignment, and the standard deviation of the alignment angle can be 25 or less, more preferably 17 or less. Further, when a metal or a metal oxide is used as the nanorod, it is possible to leave only the nanorod while maintaining the degree of orientation by removing the organic substance from such an orientation film.

さらに、このようなグラフト化ナノロッド分散液晶配向膜は偏光光学素子に好適に用いることができ、このような偏光光学素子においては、グラフト化ナノロッドが極めて均一な配向度で配向されているために広い視野角、優れたコントラスト比、高速の電気光学応答等を達成することが可能となる。   Further, such a grafted nanorod-dispersed liquid crystal alignment film can be suitably used for a polarizing optical element. In such a polarizing optical element, the grafted nanorods are aligned with a very uniform degree of alignment, and thus are wide. A viewing angle, an excellent contrast ratio, a high-speed electro-optical response, and the like can be achieved.

以下、実施例及び比較例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。なお、各実施例及び各比較例における各修飾剤の被覆量測定、グラフト化度測定、グラフト化ナノロッド分散液晶の分散評価は、それぞれ以下に示す方法に従って実施した。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated more concretely based on an Example and a comparative example, this invention is not limited to a following example. In addition, the coating amount measurement of each modifier, the grafting degree measurement, and the dispersion evaluation of the grafted nanorod-dispersed liquid crystal in each Example and each Comparative Example were performed according to the following methods.

<修飾剤の被覆量測定>
(i)熱重量分析(TG)による測定
各実施例及び比較例で得られたナノロッド、カップリング剤修飾ナノロッド、キャップ剤修飾ナノロッド、開始剤修飾ナノロッドにおける灰分の割合を、それぞれ熱重量分析(TG)(商品名:TG/DTA7200、日立ハイテクサイエンス社製)により求め、開始剤修飾ナノロッドにおける開始剤被覆量を1nmあたりの分子数で算出した。すなわち、各実施例及び比較例で得られたナノロッド、カップリング剤修飾ナノロッド、キャップ剤修飾ナノロッド、開始剤修飾ナノロッドを試料とし、先ず、乾燥させた粉末状の各試料20mgを白金製の測定用パンに入れ、空気及び窒素の流量がいずれも200mL/minである混合雰囲気下において、昇温速度10℃/minで900℃まで加熱し、900℃に達した時の各試料の質量(灰分の質量、無機物に相当)を測定した。次いで、試料を加熱する前の全質量に対する前記灰分の質量の割合をそれぞれ求め、w1(ナノロッドにおける灰分の割合)、w2(カップリング剤修飾ナノロッドにおける灰分の割合)、w3(キャップ剤修飾ナノロッドにおける灰分の割合)、w4(開始剤修飾ナノロッドにおける灰分の割合)とした。
<Measurement of coating amount of modifier>
(I) Measurement by thermogravimetric analysis (TG) The ratio of ash in the nanorods, coupling agent-modified nanorods, cap agent-modified nanorods, and initiator-modified nanorods obtained in each of the examples and comparative examples was measured by thermogravimetric analysis (TG). ) (Trade name: TG / DTA7200, manufactured by Hitachi High-Tech Science Co., Ltd.), and the initiator coating amount in the initiator-modified nanorod was calculated as the number of molecules per 1 nm 2 . That is, using the nanorods, coupling agent-modified nanorods, cap-agent-modified nanorods, and initiator-modified nanorods obtained in each Example and Comparative Example as samples, first, 20 mg of each dried powder sample was measured for platinum. In a mixed atmosphere where the flow rates of air and nitrogen are both 200 mL / min, the sample is heated to 900 ° C. at a heating rate of 10 ° C./min. Mass, corresponding to an inorganic substance). Next, the ratio of the mass of the ash to the total mass before heating the sample is obtained, respectively, w1 (the ratio of the ash in the nanorod), w2 (the ratio of the ash in the coupling agent-modified nanorod), w3 (in the cap agent-modified nanorod) Ratio of ash), w4 (the ratio of ash in the initiator-modified nanorods).

次いで、各試料の全質量に対する修飾剤被覆量(有機物の質量)の割合を以下の式:
カップリング剤修飾ナノロッドにおけるカップリング剤の被覆量の割合(W2):
W2=1−w2−{w2×(1−w1)÷w1}
キャップ剤修飾ナノロッド全重量におけるキャップ剤及びカップリング剤の被覆量の割合(W3):
W3=1−w3−{w3×(1−w1)÷w1}
開始剤修飾ナノロッド全重量におけるキャップ剤、カップリング剤及び開始剤の被覆量の割合(W4):
W4=1−w4−{w4×(1−w1)÷w1}
により算出した。
Next, the ratio of the coating amount of the modifier (the mass of the organic substance) to the total mass of each sample is expressed by the following formula:
Ratio of the coating amount of the coupling agent in the coupling agent-modified nanorod (W2):
W2 = 1-w2- {w2 × (1-w1) ÷ w1}
Ratio of coating amount of cap agent and coupling agent in the total weight of the cap agent-modified nanorod (W3):
W3 = 1-w3- {w3 × (1-w1) ÷ w1}
Ratio of the coating amount of the cap agent, the coupling agent and the initiator in the total weight of the initiator-modified nanorod (W4):
W4 = 1-w4- {w4 × (1-w1) ÷ w1}
Calculated by

また、各試料における無機物に対する有機物の割合を以下の式:
カップリング剤修飾ナノロッドにおける無機物に対する有機物の割合(R2):
R2=W2×w1÷w2
キャップ剤修飾ナノロッドにおける無機物に対する有機物の割合(R3):
R3=W3×w1÷w3
開始剤修飾ナノロッドにおける無機物に対する有機物の割合(R4):
R4=W4×w1÷w4
により算出した。次いで、上記式から、開始剤修飾ナノロッドの表面1nmあたりにおける開始剤被覆量(表面修飾密度)を以下の式:
開始剤被覆量(TG)[nm−2]=(R4−R3)×(R4−R3)×X÷(1−Y×R2)
{前記式中、Xは次式:
={N×D×r×l×10−21}÷(M×2×(1+r))
(Nはアボガドロ定数を示し、Dはナノロッドの密度[g/cm]を示し、rはナノロッドの平均半径を示し、lはナノロッドの平均長さを示し、Mは開始剤の分子量を示す。)
で表され(実施例1〜4の場合:X=28.4)、Yは次式:
Y=カップリング剤中の無機物の式量÷カップリング剤の分子量
で表される(実施例1〜4の場合:Y=0.448)。}
により算出した。
Moreover, the ratio of the organic substance with respect to the inorganic substance in each sample is represented by the following formula:
Ratio of organic substance to inorganic substance in coupling agent-modified nanorod (R2):
R2 = W2 × w1 ÷ w2
Ratio of organic substance to inorganic substance in cap agent-modified nanorod (R3):
R3 = W3 × w1 ÷ w3
Ratio of organic substance to inorganic substance in initiator-modified nanorod (R4):
R4 = W4 × w1 ÷ w4
Calculated by Next, from the above formula, the initiator coating amount (surface modification density) per 1 nm 2 of the surface of the initiator-modified nanorod is expressed by the following formula:
Initiator coating amount (TG) [nm −2 ] = (R 4 −R 3) × (R 4 −R 3) × X s ÷ (1−Y × R 2)
{Wherein X s is the following formula:
X s = {N A × D × r × l × 10 -21} ÷ (M s × 2 × (1 + r))
(N A represents Avogadro's constant, D is shows the density of the nanorods [g / cm 3], r represents the average radius of the nanorods, l denotes the average length of the nanorods, the molecular weight of M s is the initiator Show.)
(In the case of Examples 1 to 4: X s = 28.4), Y represents the following formula:
Y = formula weight of the inorganic substance in the coupling agent ÷ molecular weight of the coupling agent (in the case of Examples 1 to 4: Y = 0.448). }
Calculated by

(ii)蛍光X線分析(XRF)による測定
各実施例及び比較例で得られたキャップ剤修飾ナノロッド及び開始剤修飾ナノロッドについて、それぞれ蛍光X線分析(XRF)(商品名:ZSX Primus II、リガク社製)を行い、開始剤修飾ナノロッドにおける有機物換算での開始剤被覆量(XRF)を以下の式:
開始剤被覆量(XRF)[nm−2]={m(s)−m(c)}×{N×D×r×l×10−21÷(M×2×(1+r))}
(前記式中、m(s)は開始剤修飾ナノロッドにおいて、m(c)はキャップ剤修飾ナノロッドにおいて、それぞれ次式:
m=臭素の分析値÷ナノロッドの分析値×ナノロッドの分子量÷79.9
で求められる値であり、Nはアボガドロ定数を示し、Dはナノロッドの密度[g/cm]を示し、rはナノロッドの平均半径を示し、lはナノロッドの平均長さを示し、Mは開始剤の分子量を示す(実施例1の場合:N×D×r×l×10−21÷(M×2×(1+r))=94)。)
により算出した。
(Ii) Measurement by X-ray fluorescence analysis (XRF) The cap-agent-modified nanorods and initiator-modified nanorods obtained in the respective Examples and Comparative Examples were respectively subjected to X-ray fluorescence analysis (XRF) (trade name: ZSX Primus II, Rigaku). The initiator coating amount (XRF) in terms of organic matter in the initiator-modified nanorods is expressed by the following formula:
Initiator coverage (XRF) [nm -2] = {m (s) -m (c)} × {N A × D × r × l × 10 -21 ÷ (M s × 2 × (1 + r))}
(In the above formula, m (s) is an initiator-modified nanorod, and m (c) is a cap-agent-modified nanorod, respectively:
m = analyzed value of bromine ÷ analyzed value of nanorod × molecular weight of nanorod ÷ 79.9
A value obtained by, N A represents Avogadro's constant, D is shows the density of the nanorods [g / cm 3], r represents the average radius of the nanorods, l denotes the average length of the nanorods, M s Indicates the molecular weight of the initiator (in the case of Example 1: N A × D × r × l × 10 −21 ÷ (M s × 2 × (1 + r)) = 94). )
Calculated by

<グラフト化度測定>
各実施例及び比較例で得られたナノロッド、カップリング剤修飾ナノロッド、キャップ剤修飾ナノロッド、開始剤修飾ナノロッド、グラフト化ナノロッドにおける灰分の割合を、それぞれ熱重量分析(TG)(商品名:TG/DTA7200、日立ハイテクサイエンス社製)により求め、グラフト化ナノロッド全体に対する炭素の質量割合(グラフト化度(CTG))を算出した。すなわち、先ず、上記(i)熱重量分析(TG)による測定と同様にしてグラフト化ナノロッド加熱前の全質量に対する灰分の質量の割合(w5)を求めた。次いで、次式:
W5=1−w5−{w5×(1−w1)÷w1}
(式中、w1はナノロッドにおける灰分の割合を示す。)
によりグラフト化ナノロッド全重量に対する有機物の割合(W5)を求め、グラフト化ナノロッドにおける無機物に対する有機物の割合(R5)を次式:
R5=W5×w1÷w5
により算出した。次いで、カップリング剤、キャップ剤、開始剤及び重合性モノマーにおける炭素の質量割合をそれぞれC2、C3、C4及びC5とし、R5と前述のR2、R3及びR4とから、次式:
TG[質量%]={{C2×R2+C3×(R3−R2)+C4×(R4−R3)+C5×(R5−R4)}×W5}÷R5
により算出した。
<Grafting degree measurement>
The thermogravimetric analysis (TG) (product name: TG / DTA7200 (manufactured by Hitachi High-Tech Science Co., Ltd.), and the mass ratio of carbon to the whole grafted nanorod (degree of grafting (C TG )) was calculated. That is, first, the ratio (w5) of the mass of ash to the total mass before heating the grafted nanorods was determined in the same manner as in the measurement by (i) thermogravimetric analysis (TG). Then the following formula:
W5 = 1-w5- {w5 × (1-w1) ÷ w1}
(W1 represents the proportion of ash in the nanorods.)
The ratio (W5) of the organic substance to the total weight of the grafted nanorods is obtained by the following formula, and the ratio (R5) of the organic substance to the inorganic substance in the grafted nanorods is expressed by the following formula:
R5 = W5 × w1 ÷ w5
Calculated by Next, the mass ratio of carbon in the coupling agent, cap agent, initiator, and polymerizable monomer is C2, C3, C4, and C5, respectively. From R5 and R2, R3, and R4, the following formula:
CTG [mass%] = {{C2 * R2 + C3 * (R3-R2) + C4 * (R4-R3) + C5 * (R5-R4)} * W5} / R5
Calculated by

<グラフト化ナノロッド分散液晶配向膜の配向性評価>
各実施例及び比較例で得られたグラフト化ナノロッド分散液晶配向膜を電界放射型走査型電子顕微鏡(FE−SEM:商品名:S−4800、日立ハイテクノロジーズ社製)により観察し、得られたFE−SEM写真について、画像解析ソフト(Winroof、三谷商事株式会社製)を用いてナノロッドの配向角度を算出した。配向角度はFE−SEM写真の長軸(横軸)に対する角度とし、角度分布のプロットに対してガウシアンフィッティングを行うことにより標準偏差を算出した。標準偏差が算出され、かつ、標準偏差の値が25以下のものについて、配向性を「良好」と評価し、それ以外のものを「不良」と評価した。
<Evaluation of orientation of grafted nanorod-dispersed liquid crystal alignment film>
The grafted nanorod-dispersed liquid crystal alignment film obtained in each example and comparative example was observed and obtained with a field emission scanning electron microscope (FE-SEM: trade name: S-4800, manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation). For the FE-SEM photograph, the orientation angle of the nanorods was calculated using image analysis software (Winroof, manufactured by Mitani Corporation). The orientation angle was an angle with respect to the long axis (horizontal axis) of the FE-SEM photograph, and the standard deviation was calculated by performing Gaussian fitting on the plot of the angle distribution. When the standard deviation was calculated and the standard deviation value was 25 or less, the orientation was evaluated as “good”, and the others were evaluated as “bad”.

(実施例1)
〔ナノロッドIの合成〕
先ず、エタノール500mLに酢酸亜鉛二水和物4.4g(20mmol)を溶解させた(溶液a)。次いで、エタノール375mLにナトリウムメトキシド67.5g(1.25mol)を撹拌しながら徐々に加えて溶解させ、完全に溶解してから10分後に超純水25mLを加え、さらに溶液aに混合した。得られた混合溶液を43℃で緩やかに振とうしながら24時間反応させた。反応後に得られた分散液を9,200×g/20minの条件で遠心処理(回転半径168mm)し、回収した沈殿をエタノールに再分散させた。この遠心処理及び再分散の操作を超純水で計2回行った後、上澄みが中性であることを確認した。得られた沈殿をエタノールに再分散させ、9,200×g/20minの条件で遠心処理(回転半径168mm)し、エタノール分散液104mLを得た。得られたエタノール分散液のうち2mLを14,100×g/10minの条件で遠心処理(回転半径60mm)し、回収した沈殿を80℃で2時間真空乾燥し、白色粉末のナノロッドI(ZnOナノロッド)を得た。得られたナノロッドIの質量は0.29gであり、全体の収量は1.5gと概算された。また、得られたナノロッドIの長軸方向の平均長は50nm、短軸方向の平均直径は10nmであり(アスペクト比:5.0)、密度は5.606g/cmであった。
Example 1
[Synthesis of Nanorod I]
First, 4.4 g (20 mmol) of zinc acetate dihydrate was dissolved in 500 mL of ethanol (solution a). Next, 67.5 g (1.25 mol) of sodium methoxide was gradually added and dissolved in 375 mL of ethanol with stirring, and 25 mL of ultrapure water was added 10 minutes after complete dissolution, and the solution a was further mixed. The resulting mixed solution was reacted for 24 hours while gently shaking at 43 ° C. The dispersion obtained after the reaction was centrifuged (rotation radius: 168 mm) under the condition of 9,200 × g / 20 min, and the recovered precipitate was redispersed in ethanol. After the centrifugation and redispersion operations were performed twice with ultrapure water, it was confirmed that the supernatant was neutral. The obtained precipitate was redispersed in ethanol and centrifuged (rotation radius: 168 mm) under the condition of 9,200 × g / 20 min to obtain 104 mL of ethanol dispersion. Of the obtained ethanol dispersion, 2 mL was centrifuged under a condition of 14,100 × g / 10 min (rotation radius 60 mm), and the collected precipitate was vacuum-dried at 80 ° C. for 2 hours to obtain white powder Nanorod I (ZnO nanorods). ) The obtained nanorod I had a mass of 0.29 g, and the overall yield was estimated to be 1.5 g. The obtained nanorod I had an average length in the major axis direction of 50 nm, an average diameter in the minor axis direction of 10 nm (aspect ratio: 5.0), and a density of 5.606 g / cm 3 .

〔カップリング剤修飾ナノロッドIIの合成〕
先ず、1.0gのナノロッドIにエタノール100mLを加え、6時間超音波処理した。次いで、得られた分散液に超純水1mLを加えた後、トリメトキシ[3−(フェニルアミノ)プロピル]シラン1.0g及びヘキシルアミン0.30gを加え、超音波下で6時間反応させた。反応後の分散液を43,200×g/30minの条件で遠心処理(回転半径107mm)し、回収した沈殿をエタノールに再分散させた。この遠心処理及び再分散の操作を計3回行った後、溶媒をエタノールからアセトニトリルに代えて同様の操作を計3回行い、アセトニトリル分散液29mLを得た。得られたアセトニトリル分散液のうち6mLを14,100×g/10minの条件で遠心処理(回転半径60mm)し、回収した沈殿を80℃で2時間真空乾燥し、白色粉末のカップリング剤修飾ナノロッドIIを得た。得られたカップリング剤修飾ナノロッドIIの質量は0.25gであり、全体の収量は1.2gと概算された。また、得られたカップリング剤修飾ナノロッドIIの全質量におけるカップリング剤被覆量(有機物の質量)の割合(W2)は0.036であった。
[Synthesis of Coupling Agent Modified Nanorod II]
First, 100 mL of ethanol was added to 1.0 g of nanorod I, and sonicated for 6 hours. Next, 1 mL of ultrapure water was added to the obtained dispersion, 1.0 g of trimethoxy [3- (phenylamino) propyl] silane and 0.30 g of hexylamine were added, and the mixture was reacted for 6 hours under ultrasonic waves. The dispersion after the reaction was centrifuged (rotation radius: 107 mm) under the condition of 43,200 × g / 30 min, and the recovered precipitate was redispersed in ethanol. The centrifugation and redispersion operations were performed three times in total, and then the solvent was changed from ethanol to acetonitrile, and the same operation was performed three times in total to obtain 29 mL of an acetonitrile dispersion. Of the obtained acetonitrile dispersion, 6 mL was centrifuged under a condition of 14,100 × g / 10 min (rotation radius 60 mm), and the collected precipitate was vacuum-dried at 80 ° C. for 2 hours to produce a white powder coupling agent-modified nanorod II was obtained. The mass of the obtained coupling agent-modified nanorod II was 0.25 g, and the overall yield was estimated to be 1.2 g. Moreover, the ratio (W2) of the coupling agent coating amount (mass of organic substance) in the total mass of the obtained coupling agent-modified nanorods II was 0.036.

〔キャップ剤修飾ナノロッドIIIの合成〕
先ず、0.22gのカップリング剤修飾ナノロッドIIをアセトニトリル40mLに分散させ、1時間超音波処理した。次いで、得られた分散液に4−ブロモベンジルブロミド19mg、プロトンスポンジ4.9mg及びアセトニトリル10mLを加え、超音波下で6時間反応させた(カップリング剤修飾ナノロッドIIにおけるフェニルアミン基に相当するモル数/4−ブロモベンジルブロミドのモル数:1.2)。反応後の分散液を43,200×g/30minの条件で遠心処理(回転半径107mm)し、回収した沈殿をアセトニトリルに再分散させた。この遠心処理及び再分散の操作を計3回行い、アセトニトリル分散液32.60gを得た。得られたアセトニトリル分散液のうち4.70gを14,100×g/10minの条件で遠心処理(回転半径60mm)し、回収した沈殿を80℃で2時間真空乾燥し、薄茶色粉末のキャップ剤修飾ナノロッドIIIを得た。得られたキャップ剤修飾ナノロッドIIIの質量は25mgであり、全体の収量は0.17gと概算された。また、得られたキャップ剤修飾ナノロッドIIIの全質量におけるキャップ剤及びカップリング剤被覆量(有機物の質量)の割合(W3)は0.082であった。
[Synthesis of Cap Agent Modified Nanorod III]
First, 0.22 g of the coupling agent-modified nanorod II was dispersed in 40 mL of acetonitrile and sonicated for 1 hour. Next, 19 mg of 4-bromobenzyl bromide, 4.9 mg of proton sponge and 10 mL of acetonitrile were added to the obtained dispersion, and the mixture was reacted for 6 hours under ultrasound (molarity corresponding to the phenylamine group in the coupling agent-modified nanorod II). Number / 4 moles of bromobenzyl bromide: 1.2). The dispersion after the reaction was centrifuged (rotation radius: 107 mm) under the condition of 43,200 × g / 30 min, and the recovered precipitate was redispersed in acetonitrile. The centrifugation and redispersion operations were performed three times in total to obtain 32.60 g of acetonitrile dispersion. 4.70 g of the obtained acetonitrile dispersion was centrifuged under a condition of 14,100 × g / 10 min (rotation radius 60 mm), and the recovered precipitate was vacuum-dried at 80 ° C. for 2 hours to obtain a light brown powder cap agent Modified nanorod III was obtained. The mass of the obtained cap agent-modified nanorod III was 25 mg, and the overall yield was estimated to be 0.17 g. Moreover, the ratio (W3) of the coating amount (mass of organic substance) of the cap agent and the coupling agent in the total mass of the obtained cap agent-modified nanorod III was 0.082.

〔開始剤修飾ナノロッドIVの合成〕
先ず、0.15gのキャップ剤修飾ナノロッドIIIをアセトニトリル40mLに分散させ、1時間超音波処理した。次いで、得られた分散液にp−(ブロモメチル)ベンジル2−ブロモイソブチレート27mg、プロトンスポンジ4.9mg及びアセトニトリル10mLを加え、超音波下で6時間反応させた。反応後の分散液を43,200×g/30minの条件で遠心処理(回転半径107mm)し、回収した沈殿をアセトニトリルに再分散させた。この遠心処理及び再分散の操作を計3回行った後、回収した沈殿を80℃で2時間真空乾燥し、薄茶色粉末の開始剤修飾ナノロッドIVを151mg得た。
[Synthesis of initiator-modified nanorods IV]
First, 0.15 g of the cap agent-modified nanorod III was dispersed in 40 mL of acetonitrile and sonicated for 1 hour. Next, 27 mg of p- (bromomethyl) benzyl 2-bromoisobutyrate, 4.9 mg of proton sponge and 10 mL of acetonitrile were added to the obtained dispersion, and reacted for 6 hours under ultrasonic waves. The dispersion after the reaction was centrifuged (rotation radius: 107 mm) under the condition of 43,200 × g / 30 min, and the recovered precipitate was redispersed in acetonitrile. After performing the centrifugation and redispersion operations three times in total, the recovered precipitate was vacuum dried at 80 ° C. for 2 hours to obtain 151 mg of light-brown powder initiator-modified nanorods IV.

得られた開始剤修飾ナノロッドIVの全質量におけるキャップ剤、カップリング剤及び開始剤被覆量(有機物の質量)の割合(W4)は、0.087であり、開始剤被覆量(TG)は1nmあたりの有機物質量に換算した割合(開始剤の炭素換算質量/開始剤修飾ナノロッド表面上の全化合物質量)で0.42nm−2であった。また、蛍光X線分析(XRF)による測定を行ったところ、得られた開始剤修飾ナノロッドIVにおける開始剤被覆量(XRF)も0.42nm−2であった。 The ratio (W4) of the cap agent, the coupling agent and the initiator coating amount (mass of organic matter) in the total mass of the obtained initiator-modified nanorod IV was 0.087, and the initiator coating amount (TG) was 1 nm. The ratio in terms of the amount of organic substance per 2 (the mass in terms of carbon of the initiator / the mass of all compounds on the surface of the initiator-modified nanorods) was 0.42 nm −2 . Moreover, when the measurement by a fluorescent X ray analysis (XRF) was performed, the initiator coating amount (XRF) in the obtained initiator modification nanorod IV was also 0.42 nm- 2 .

〔グラフト化ナノロッドVの合成〕
先ず、73mgの開始剤修飾ナノロッドIV(開始剤換算5.4μmol)にアニソール1mLを加え、超音波処理により分散させた。次いで、得られた分散液に2,2’−ビピリジン9.4mg(60μmol)、メタクリル酸4−(4−(4−メトキシフェノキシカルボニル)フェニルオキシ)ブチル192mg(0.5mmol)及びアニソール0.75mLを加えた。この溶液に減圧脱気及びArパージのサイクルを計3回繰り返した後、真空下でCu(I)Cl 3.0mg(30μmol)を混合した。得られた混合溶液を室温(25℃)で5分間撹拌し、次いで、80℃で24時間撹拌した後、反応溶液を大気に曝露させて反応を停止させた。次いで、この反応液に超音波を照射しながらメタノールを緩やかに滴下することによりグラフト体を再沈殿させ、880×g/20minの条件で遠心処理(回転半径87mm)して沈殿を回収した。この再沈殿及び遠心処理の操作を計3回行った後、回収した沈殿を95℃で2時間真空保持し、茶色粉末のグラフト化ナノロッドVを110mg得た。得られたグラフト化ナノロッドVのグラフト化度(CTG)は49質量%であった。
[Synthesis of grafted nanorod V]
First, 1 mL of anisole was added to 73 mg of initiator-modified nanorods IV (initiator conversion: 5.4 μmol) and dispersed by sonication. Subsequently, 9.4 mg (60 μmol) of 2,2′-bipyridine, 192 mg (0.5 mmol) of 4- (4- (4-methoxyphenoxycarbonyl) phenyloxy) butyl methacrylate and 0.75 mL of anisole were added to the obtained dispersion. Was added. This solution was subjected to vacuum degassing and Ar purge cycles three times in total, and then mixed with 3.0 mg (30 μmol) of Cu (I) Cl under vacuum. The resulting mixed solution was stirred at room temperature (25 ° C.) for 5 minutes and then stirred at 80 ° C. for 24 hours, and then the reaction solution was exposed to the atmosphere to stop the reaction. Next, the graft body was reprecipitated by gently dropping methanol into the reaction solution while irradiating ultrasonic waves, and the precipitate was recovered by centrifugation (rotation radius: 87 mm) under the condition of 880 × g / 20 min. This re-precipitation and centrifugation were performed three times in total, and then the recovered precipitate was vacuum-maintained at 95 ° C. for 2 hours to obtain 110 mg of brown powder grafted nanorods V. The degree of grafting (C TG ) of the obtained grafted nanorod V was 49% by mass.

〔グラフト化ナノロッド分散液晶VIの調製〕
先ず、10mgのグラフト化ナノロッドVにアニソール1mLを加え、6時間超音波処理した。次いで、得られた分散液60μLに4−シアノ−4’−ペンチルオキシビフェニル(5OCB)2.5mgを溶解させ、グラフト化ナノロッド分散液晶VIを得た。
[Preparation of Grafted Nanorod Dispersed Liquid Crystal VI]
First, 1 mL of anisole was added to 10 mg of the grafted nanorods V and sonicated for 6 hours. Next, 2.5 mg of 4-cyano-4′-pentyloxybiphenyl (5OCB) was dissolved in 60 μL of the obtained dispersion to obtain grafted nanorod-dispersed liquid crystal VI.

〔グラフト化ナノロッド分散液晶配向膜VIIの調製〕
先ず、2インチシリコン基板にUV/Oを15分間照射した。次いで、このシリコン基板上に、AL−1254(JSR社製ポリイミド希釈液)500μLを孔径0.2μm親水性ディスクフィルターを通して滴下し、300rpm/5secの条件の後2,000rpm/30secの条件でスピン塗布した。次いで、60℃/1minの条件の後220℃/1hrの条件でベークし、約60nmの厚さの薄膜を得た。得られた薄膜をラビングマシーンにより、ステージ−基板距離2.75mm、ステージ移動速度500rpm、ラビング布回転速度500rpmの条件で5往復ラビング処理を施し、ラビング基板を作製した。
[Preparation of Grafted Nanorod-Dispersed Liquid Crystal Alignment Film VII]
First, a 2-inch silicon substrate was irradiated with UV / O 3 for 15 minutes. Next, 500 μL of AL-1254 (polyimide diluted solution manufactured by JSR) was dropped on this silicon substrate through a hydrophilic disk filter having a pore diameter of 0.2 μm, and spin coating was performed under the condition of 2,000 rpm / 30 sec after the condition of 300 rpm / 5 sec. did. Subsequently, the film was baked under conditions of 60 ° C./1 min and then 220 ° C./1 hr to obtain a thin film having a thickness of about 60 nm. The obtained thin film was subjected to a five-reciprocating rubbing process by a rubbing machine under the conditions of a stage-substrate distance of 2.75 mm, a stage moving speed of 500 rpm, and a rubbing cloth rotating speed of 500 rpm, thereby producing a rubbing substrate.

次いで、作製したラビング基板を1〜1.5cm角に分割し、圧縮窒素により基板上の粉じんを除去した後、このラビング基板上にグラフト化ナノロッド分散液晶VIを孔径0.2μm親水性ディスクフィルターを通して滴下し、3,000rpm/30secの条件でスピン塗布した。次いで、大気下にて63℃/12時間の条件でアニール処理し、約20nmの厚さのグラフト化ナノロッド分散液晶配向膜VIIを得た。   Next, the manufactured rubbing substrate was divided into 1 to 1.5 cm squares, and dust on the substrate was removed with compressed nitrogen, and then grafted nanorod-dispersed liquid crystal VI was passed through the hydrophilic disc filter with a pore size of 0.2 μm on this rubbing substrate. The solution was dropped and spin-coated under the condition of 3,000 rpm / 30 sec. Next, annealing was performed under the condition of 63 ° C./12 hours in the atmosphere to obtain a grafted nanorod-dispersed liquid crystal alignment film VII having a thickness of about 20 nm.

(実施例2)
カップリング剤修飾ナノロッドIIにおける官能基と4−ブロモベンジルブロミドとのモル比(カップリング剤修飾ナノロッドIIにおけるフェニルアミン基に相当するモル数/4−ブロモベンジルブロミドのモル数)が1.5となるようにしたこと以外は実施例1と同様にしてキャップ剤修飾ナノロッドIIIを得た。また、これを用いたこと以外は実施例1と同様にして開始剤修飾ナノロッドIV、グラフト化ナノロッドV、グラフト化ナノロッド分散液晶VI及びグラフト化ナノロッド分散液晶配向膜VIIを得た。得られた開始剤修飾ナノロッドIVにおける開始剤被覆量(TG)は0.30nm−2であり、得られたグラフト化ナノロッドVのグラフト化度(CTG)は42質量%であった。
(Example 2)
The molar ratio of the functional group in the coupling agent-modified nanorod II to 4-bromobenzyl bromide (the number of moles corresponding to the phenylamine group in the coupling agent-modified nanorod II / 4 the number of moles of 4-bromobenzyl bromide) is 1.5. Except for the above, a cap agent-modified nanorod III was obtained in the same manner as in Example 1. In addition, an initiator-modified nanorod IV, a grafted nanorod V, a grafted nanorod dispersed liquid crystal VI, and a grafted nanorod dispersed liquid crystal alignment film VII were obtained in the same manner as in Example 1 except that this was used. The initiator coating amount (TG) in the obtained initiator-modified nanorod IV was 0.30 nm −2 , and the degree of grafting (C TG ) of the obtained grafted nanorod V was 42% by mass.

(実施例3)
カップリング剤修飾ナノロッドIIにおける官能基と4−ブロモベンジルブロミドとのモル比(カップリング剤修飾ナノロッドIIにおけるフェニルアミン基に相当するモル数/4−ブロモベンジルブロミドのモル数)が1.0となるようにしたこと以外は実施例1と同様にしてキャップ剤修飾ナノロッドIIIを得た。また、これを用いたこと以外は実施例1と同様にして開始剤修飾ナノロッドIV、グラフト化ナノロッドV、グラフト化ナノロッド分散液晶VI及びグラフト化ナノロッド分散液晶配向膜VIIを得た。得られた開始剤修飾ナノロッドIVにおける開始剤被覆量(TG)は0.60nm−2であり、得られたグラフト化ナノロッドVのグラフト化度(CTG)は42質量%であった。
(Example 3)
The molar ratio of the functional group in coupling agent-modified nanorod II to 4-bromobenzyl bromide (number of moles corresponding to phenylamine group in coupling agent-modified nanorod II / number of moles of 4-bromobenzyl bromide) is 1.0. Except for the above, a cap agent-modified nanorod III was obtained in the same manner as in Example 1. In addition, an initiator-modified nanorod IV, a grafted nanorod V, a grafted nanorod dispersed liquid crystal VI, and a grafted nanorod dispersed liquid crystal alignment film VII were obtained in the same manner as in Example 1 except that this was used. The initiator coating amount (TG) in the obtained initiator-modified nanorod IV was 0.60 nm −2 , and the degree of grafting (C TG ) of the obtained grafted nanorod V was 42% by mass.

(実施例4)
先ず、10mgの実施例2と同様にして得られたグラフト化ナノロッドVにアニソール1mLを加え、6時間超音波処理した後、14,500rpm/10minの条件で遠心処理した。得られた上澄み60μLに対して4−シアノ−4’−ペンチルオキシビフェニル(5OCB)が2.5mgとなるように溶解させ、これをグラフト化ナノロッド分散液晶VIとして用いたこと以外は実施例2と同様にしてグラフト化ナノロッド分散液晶配向膜VIIを得た。
Example 4
First, 1 mL of anisole was added to 10 mg of the grafted nanorod V obtained in the same manner as in Example 2 and subjected to ultrasonic treatment for 6 hours, followed by centrifugation under conditions of 14,500 rpm / 10 min. Example 2 except that 4-cyano-4′-pentyloxybiphenyl (5OCB) was dissolved to 2.5 mg with respect to 60 μL of the obtained supernatant and used as grafted nanorod-dispersed liquid crystal VI. Similarly, a grafted nanorod-dispersed liquid crystal alignment film VII was obtained.

(比較例1)
先ず、0.27gの実施例1で得られたカップリング剤修飾ナノロッドIIをアセトニトリル40mLに分散させ、1時間超音波処理した。次いで、得られた分散液にp−(ブロモメチル)ベンジル2−ブロモイソブチレート0.9g、プロトンスポンジ168mg及びアセトニトリル10mLを加え、超音波下で6時間反応させた。反応後の分散液を43,200×g/30minの条件で遠心処理(回転半径107mm)し、回収した沈殿をアセトニトリルに再分散させた。この遠心処理及び再分散の操作を計3回行った後、回収した沈殿を80℃で2時間真空乾燥し、茶色粉末の開始剤修飾ナノロッドVIIIを117mg得た。得られた開始剤修飾ナノロッドVIIIの全質量における有機物の質量の割合(W4)は、0.10であった。
(Comparative Example 1)
First, 0.27 g of the coupling agent-modified nanorod II obtained in Example 1 was dispersed in 40 mL of acetonitrile and sonicated for 1 hour. Next, 0.9 g of p- (bromomethyl) benzyl 2-bromoisobutyrate, 168 mg of proton sponge and 10 mL of acetonitrile were added to the obtained dispersion, and reacted for 6 hours under ultrasonic waves. The dispersion after the reaction was centrifuged (rotation radius: 107 mm) under the condition of 43,200 × g / 30 min, and the recovered precipitate was redispersed in acetonitrile. After performing the centrifugation and redispersion operations three times in total, the collected precipitate was vacuum-dried at 80 ° C. for 2 hours to obtain 117 mg of brown powder of initiator-modified nanorods VIII. The ratio (W4) of the mass of the organic substance to the total mass of the obtained initiator-modified nanorod VIII was 0.10.

次いで、21.9mgの開始剤修飾ナノロッドVIII(開始剤換算5.4μmol)を用いたこと以外は実施例1と同様にして茶色粉末のグラフト化ナノロッドIXを21mg得た。また、このグラフト化ナノロッドIXを用いたこと以外は実施例1と同様にしてグラフト化ナノロッド分散液晶X及びグラフト化ナノロッド分散液晶配向膜XIを得た。なお、参考までに、図3に比較例1の開始剤修飾ナノロッドVIIIの製造方法を示す概念図を示す。   Next, 21 mg of brown powder grafted nanorods IX was obtained in the same manner as in Example 1 except that 21.9 mg of initiator-modified nanorods VIII (5.4 μmol in terms of initiator) was used. Further, a grafted nanorod-dispersed liquid crystal X and a grafted nanorod-dispersed liquid crystal alignment film XI were obtained in the same manner as in Example 1 except that this grafted nanorod IX was used. For reference, FIG. 3 shows a conceptual diagram illustrating a method for producing the initiator-modified nanorod VIII of Comparative Example 1.

(参考例1)
グラフト化ナノロッドVに代えて開始剤修飾ナノロッドIVを用いたこと以外は実施例1と同様にして液晶配向膜を得た。
(Reference Example 1)
A liquid crystal alignment film was obtained in the same manner as in Example 1 except that the initiator-modified nanorod IV was used in place of the grafted nanorod V.

表1には、実施例1〜3及び比較例1において得られた開始剤修飾ナノロッドにおける1nmあたりの開始剤被覆量(TG)、グラフト化ナノロッドのグラフト化度(CTG)、及びグラフト化ナノロッド分散液晶配向膜の配向性評価の結果を示す。また、図4には、実施例2、4で得られたグラフト化ナノロッド分散液晶配向膜の配向性評価における角度分布を示し、図5には実施例1で得られたグラフト化ナノロッド分散液晶配向膜のFE−SEM写真を、図6には参考例1で得られた液晶配向膜のFE−SEM写真をそれぞれ示す。なお、図4には、実施例2で得られたグラフト化ナノロッドについてグラフト化ナノロッド分散液晶配向膜の配向性評価と同様にして得られた角度分布(実施例2*)も併せて示す。 Table 1 shows the amount of initiator coating per 1 nm 2 (TG), the degree of grafting of grafted nanorods (C TG ), and grafting in the initiator-modified nanorods obtained in Examples 1 to 3 and Comparative Example 1. The result of the orientation evaluation of a nanorod dispersion | distribution liquid crystal aligning film is shown. FIG. 4 shows the angular distribution in the evaluation of the orientation of the grafted nanorod-dispersed liquid crystal alignment films obtained in Examples 2 and 4, and FIG. 5 shows the grafted nanorod-dispersed liquid crystal orientation obtained in Example 1. FIG. 6 shows an FE-SEM photograph of the liquid crystal alignment film obtained in Reference Example 1, respectively. FIG. 4 also shows the angular distribution (Example 2 *) obtained for the grafted nanorods obtained in Example 2 in the same manner as in the evaluation of the orientation of the grafted nanorod-dispersed liquid crystal alignment film.

上記結果から明らかなように、本発明の製造方法においては、被覆される開始剤量の定量を非破壊(XRF)で行ってもTGによる測定と同様の結果となり(実施例1)被覆される開始剤量を非破壊で正確に定量することができることが確認された。さらに、表1及び図4〜5に示した結果から明らかなように、本発明により得られたグラフト化ナノロッドを用いて得られたグラフト化ナノロッド分散液晶配向膜においては、ナノロッドを均一に良好に配向させることができることができ、本発明によりグラフト化させるポリマー鎖の密度を高度に制御することできることができることが確認された。これに対して、比較例1で得られたグラフト化ナノロッド分散液晶配向膜における配向性は不良であり、ナノロッドの配向を制御することが困難であることが確認された。これは、図3に示すようにナノロッドの表面が全て開始剤で覆われたため、開始剤被覆量が多くなりすぎてグラフト化度が増大し、低分子液晶化合物との立体障害が生じたためと本発明者らは推察する。   As is clear from the above results, in the production method of the present invention, even if the amount of the initiator to be coated is determined non-destructively (XRF), the result is the same as the measurement by TG (Example 1). It was confirmed that the amount of initiator can be accurately quantified nondestructively. Furthermore, as is clear from the results shown in Table 1 and FIGS. 4 to 5, in the grafted nanorod-dispersed liquid crystal alignment film obtained by using the grafted nanorod obtained by the present invention, the nanorods are uniformly improved. It has been confirmed that the polymer chains can be oriented and the density of the polymer chains grafted according to the present invention can be highly controlled. On the other hand, the orientation in the grafted nanorod-dispersed liquid crystal alignment film obtained in Comparative Example 1 was poor, and it was confirmed that it was difficult to control the orientation of the nanorods. This is because the surface of the nanorods was entirely covered with the initiator as shown in FIG. 3, and the amount of initiator coating increased so that the degree of grafting increased, resulting in steric hindrance with the low-molecular liquid crystal compound. The inventors speculate.

以上説明したように、本発明によれば、開始剤被覆量を高度に制御することでき、かつ、開始剤被覆量を非破壊で直接定量することができる開始剤修飾ナノロッドの製造方法、及びその方法により得ることができ、グラフト化させるポリマー鎖の密度を高度に制御することできる開始剤修飾ナノロッド、前記開始剤修飾ナノロッドを用いて得られるグラフト化ナノロッド及びその製造方法、グラフト化ナノロッド分散液晶配向膜、偏光光学素子、並びに、キャップ剤修飾ナノロッドを提供することが可能となる。   As described above, according to the present invention, the initiator coating amount can be controlled to a high degree, and the initiator coating amount can be directly quantified in a non-destructive manner. Initiator-modified nanorods that can be obtained by the above-described method, and the density of polymer chains to be grafted can be controlled to a high degree, grafted nanorods obtained using the initiator-modified nanorods, and production methods thereof, grafted nanorods dispersed liquid crystal alignment It becomes possible to provide a film, a polarizing optical element, and a cap agent-modified nanorod.

1…ナノロッド、2…カップリング剤、3…キャップ剤、4…開始剤、5…カップリング剤修飾ナノロッド、6…キャップ剤修飾ナノロッド、7…開始剤修飾ナノロッド、8…開始剤修飾ナノロッド(比較例)。   1 ... Nanorod, 2 ... Coupling agent, 3 ... Cap agent, 4 ... Initiator, 5 ... Coupling agent modified nanorod, 6 ... Cap agent modified nanorod, 7 ... Initiator modified nanorod, 8 ... Initiator modified nanorod (Comparison Example).

Claims (15)

平均アスペクト比が1.2以上であるナノロッドの表面の一部にキャップ剤を結合させることによって前記ナノロッドの表面の一部に前記キャップ剤が結合したキャップ剤修飾ナノロッドを得る工程と、
前記キャップ剤修飾ナノロッドを得る工程の後に、前記ナノロッドの前記キャップ剤が結合していない表面に重合開始基を有する開始剤を結合させることによって前記ナノロッドの表面に前記キャップ剤及び前記開始剤が結合した開始剤修飾ナノロッドを得る工程と、
含み、
前記キャップ剤及び前記開始剤が臭素原子を含む、
ことを特徴とする開始剤修飾ナノロッドの製造方法。
Obtaining a cap agent-modified nanorod in which the cap agent is bonded to a part of the surface of the nanorod by binding the cap agent to a part of the surface of the nanorod having an average aspect ratio of 1.2 or more;
After the step of obtaining the capping agent-modified nanorod, the capping agent and the initiator are bound to the surface of the nanorod by binding an initiator having a polymerization initiator group to the surface of the nanorod that is not bound to the capping agent. Obtaining a modified initiator-modified nanorod;
Including
The capping agent and the initiator contain bromine atoms ,
A method for producing an initiator-modified nanorod characterized by the above.
前記キャップ剤修飾ナノロッドを得る工程の前に、前記ナノロッドの表面にカップリング剤を結合させることによって前記ナノロッドの表面に前記カップリング剤が結合したカップリング剤修飾ナノロッドを得る工程をさらに含んでおり、
前記カップリング剤を介して前記キャップ剤及び前記開始剤をそれぞれ前記ナノロッドの表面に結合させること、
を特徴とする請求項1に記載の開始剤修飾ナノロッドの製造方法。
Before the step of obtaining the cap agent-modified nanorod, the method further comprises the step of obtaining a coupling agent-modified nanorod in which the coupling agent is bound to the surface of the nanorod by binding a coupling agent to the surface of the nanorod. ,
Binding the capping agent and the initiator to the surface of the nanorods via the coupling agent,
The manufacturing method of the initiator modification nanorod of Claim 1 characterized by these.
前記カップリング剤が、前記ナノロッドの表面と結合することが可能な官能基Aと、前記ナノロッドの表面及び前記官能基Aのいずれとも結合しない官能基Bとを有するものであり、
前記キャップ剤が、前記官能基Bと結合することが可能な官能基C1を有するものであり、
前記開始剤が、前記官能基Bと結合することが可能な官能基C2をさらに有するものであり、
前記カップリング剤修飾ナノロッドを得る工程において前記ナノロッドの表面に前記官能基Aを介して前記カップリング剤を結合させ、
前記キャップ剤修飾ナノロッドを得る工程において前記カップリング剤修飾ナノロッドの表面の前記カップリング剤の一部の官能基Bに前記官能基C1を介して前記キャップ剤を結合させ、
前記開始剤修飾ナノロッドを得る工程において前記キャップ剤修飾ナノロッドの表面の前記カップリング剤に残存する未反応の官能基Bに前記官能基C2を介して前記開始剤を結合させること、
を特徴とする請求項2に記載の開始剤修飾ナノロッドの製造方法。
The coupling agent has a functional group A capable of binding to the surface of the nanorod, and a functional group B not binding to either the surface of the nanorod or the functional group A,
The cap agent has a functional group C1 capable of binding to the functional group B;
The initiator further has a functional group C2 capable of binding to the functional group B;
In the step of obtaining the coupling agent-modified nanorod, the coupling agent is bonded to the surface of the nanorod via the functional group A;
In the step of obtaining the cap agent-modified nanorod, the cap agent is bonded to the functional group B of a part of the coupling agent on the surface of the coupling agent-modified nanorod via the functional group C1;
Bonding the initiator via the functional group C2 to the unreacted functional group B remaining in the coupling agent on the surface of the cap agent-modified nanorod in the step of obtaining the initiator-modified nanorod;
The manufacturing method of the initiator modification nanorod of Claim 2 characterized by these.
前記ナノロッドの短軸方向の平均直径が1〜100nmであることを特徴とする請求項1〜3のうちのいずれか一項に記載の開始剤修飾ナノロッドの製造方法。   The method for producing an initiator-modified nanorod according to any one of claims 1 to 3, wherein an average diameter in a minor axis direction of the nanorod is 1 to 100 nm. 前記重合開始基がリビングラジカル重合開始基であることを特徴とする請求項1〜4のうちのいずれか一項に記載の開始剤修飾ナノロッドの製造方法。   The method for producing an initiator-modified nanorod according to any one of claims 1 to 4, wherein the polymerization initiating group is a living radical polymerization initiating group. 平均アスペクト比が1.2以上であるナノロッドの表面の一部にキャップ剤が結合し、前記ナノロッドの前記キャップ剤が結合していない表面に重合開始基を有する開始剤が結合しており、
前記キャップ剤及び前記開始剤が臭素原子を含む、
とを特徴とする開始剤修飾ナノロッド。
A cap agent is bonded to a part of the surface of the nanorod having an average aspect ratio of 1.2 or more, and an initiator having a polymerization initiating group is bonded to a surface of the nanorod where the cap agent is not bonded,
The capping agent and the initiator contain bromine atoms,
Initiator qualified nanorods, wherein a call.
前記開始剤の被覆量が、1nmあたりの分子数で0.3〜1.0nm−2であることを特徴とする請求項6に記載の開始剤修飾ナノロッド。 The initiator-modified nanorod according to claim 6, wherein the coating amount of the initiator is 0.3 to 1.0 nm -2 in terms of the number of molecules per 1 nm 2 . 請求項6又は7に記載の開始剤修飾ナノロッドの前記重合開始基を起点として重合性モノマーを重合せしめることにより、ポリマー鎖がグラフト化されたグラフト化ナノロッドを得ることを特徴とするグラフト化ナノロッドの製造方法。   A grafted nanorod obtained by polymerizing a polymerizable monomer starting from the polymerization initiation group of the initiator-modified nanorod according to claim 6 or 7 to obtain a grafted nanorod having a polymer chain grafted thereon Production method. 平均アスペクト比が1.2以上であるナノロッドの表面の一部にキャップ剤が結合し、前記ナノロッドの前記キャップ剤が結合していない表面に重合開始基を有する開始剤が結合しており、
前記キャップ剤及び前記開始剤が臭素原子を含み、
前記重合開始基を介して前記開始剤にポリマー鎖が結合していることを特徴とするグラフト化ナノロッド。
A cap agent is bonded to a part of the surface of the nanorod having an average aspect ratio of 1.2 or more, and an initiator having a polymerization initiating group is bonded to a surface of the nanorod where the cap agent is not bonded,
The capping agent and the initiator contain a bromine atom;
Grafted nanorods characterized that you the polymerization initiation group polymer chain to the initiator through the are attached.
低分子液晶化合物を含有するマトリックス中に、請求項9に記載のグラフト化ナノロッドが分散されていることを特徴とするグラフト化ナノロッド分散液晶。   A grafted nanorod-dispersed liquid crystal, wherein the grafted nanorod according to claim 9 is dispersed in a matrix containing a low-molecular liquid crystal compound. 液晶状態において前記低分子液晶化合物及び前記グラフト化ナノロッドにグラフト化されたポリマー鎖がいずれもネマチックであるか、又はいずれもスメチックであることを特徴とする請求項10に記載のグラフト化ナノロッド分散液晶。   11. The grafted nanorod-dispersed liquid crystal according to claim 10, wherein in the liquid crystal state, the low molecular liquid crystal compound and the polymer chain grafted to the grafted nanorod are both nematic or smectic. . 請求項10又は11に記載のグラフト化ナノロッド分散液晶が配向されていることを特徴とするグラフト化ナノロッド分散液晶配向膜。 Grafted nanorods dispersed liquid crystal alignment film grafted nanorods dispersion crystal according to claim 10 or 11, characterized in that it is oriented. 請求項12に記載のグラフト化ナノロッド分散液晶配向膜を用いることを特徴とする偏光光学素子。   A polarizing optical element using the grafted nanorod-dispersed liquid crystal alignment film according to claim 12. 平均アスペクト比が1.2以上であるナノロッドの表面の一部にキャップ剤が結合しており、前記ナノロッドの表面に前記キャップ剤が結合していない領域を有しており、
前記キャップ剤が臭素原子を含む、
とを特徴とするキャップ剤修飾ナノロッド。
A cap agent is bonded to a part of the surface of the nanorod having an average aspect ratio of 1.2 or more, and the nanorod has a region where the cap agent is not bonded to the surface of the nanorod .
The capping agent contains a bromine atom,
Capping agent qualified nanorods, wherein a call.
前記ナノロッドの表面にカップリング剤が結合しており、前記キャップ剤は前記カップリング剤を介して前記ナノロッドに結合しており、かつ、前記キャップ剤が結合していない領域に前記カップリング剤が露出していることを特徴とする請求項14に記載のキャップ剤修飾ナノロッド。   A coupling agent is bonded to the surface of the nanorod, the cap agent is bonded to the nanorod via the coupling agent, and the coupling agent is bonded to a region where the cap agent is not bonded. The cap agent-modified nanorod according to claim 14, wherein the nanorod is exposed.
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