JP6260451B2 - POROUS BODY, PROCESS FOR PRODUCING THE SAME, AND HEAT SHIELDING FILM - Google Patents
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Description
本発明は、近赤外線遮蔽材料を包含した多孔質体とその製造方法ならびに遮熱フィルムに関する。 The present invention relates to a porous body including a near-infrared shielding material, a method for producing the same, and a heat shielding film.
近年、省エネルギーへの関心は高まっており、様々な分野で注目を浴びている。日本の住宅やビルにおいては、冷暖房によるエネルギー消費量が高い。特に、窓ガラスからの太陽光入射により室内が暖められて冷房エネルギーが上昇し、夏季の電力需要ピークの増大から電力不足に繋がるため問題となっている。 In recent years, interest in energy conservation has increased and has attracted attention in various fields. In Japanese houses and buildings, energy consumption by air conditioning is high. In particular, there is a problem because the room is warmed by sunlight incident from the window glass, the cooling energy rises, and the power demand peak increases in summer, leading to power shortage.
冷房によるエネルギー消費量を抑える方法として、近赤外線遮蔽フィルムが知られている。太陽光は、紫外線領域、可視光線領域、赤外線領域の3つに分類でき、さらに赤外線領域は近赤外線領域、中赤外線領域、遠赤外線領域に分けられる。このうち近赤外線領域は熱線とも呼ばれ、あらゆる物質に吸収されやすい波長領域であり、吸収された光は熱へと変わる。そのため、近赤外線遮蔽フィルムを窓に施工することで直射日光のうち近赤外線を選択的に遮蔽し、室内の温度上昇を抑制することができる。このことにより、冷暖房費の削減に繋がり、省エネルギー効果が得られる。 A near-infrared shielding film is known as a method for suppressing energy consumption by cooling. Sunlight can be classified into an ultraviolet region, a visible light region, and an infrared region, and the infrared region is further divided into a near infrared region, a middle infrared region, and a far infrared region. Of these, the near-infrared region is also called a heat ray and is a wavelength region that is easily absorbed by any substance, and the absorbed light is converted into heat. Therefore, by applying a near-infrared shielding film to a window, it is possible to selectively shield near-infrared rays in direct sunlight and suppress an increase in indoor temperature. This leads to a reduction in heating and cooling costs and an energy saving effect.
なお、本明細書において近赤外線遮蔽フィルムは可視光線を遮蔽しないことが望ましい。例えば近赤外線と同時に可視光線も遮蔽してしまうと、意匠性あるいは視認性を損なってしまう。 In the present specification, it is desirable that the near-infrared shielding film does not shield visible light. For example, if visible light is shielded simultaneously with near-infrared rays, designability or visibility is impaired.
また、本明細書において、近赤外線とは赤外線の中でも可視光に近い波長領域(およそ700nmから2500nm)の電磁波を指すものとする。この近赤外線は可視光に近い性質を有しており、特に太陽光に含まれる波長領域物700nmから1200nm付近の光は、物体表面に吸収され熱エネルギーに変換されやすいことが知られている。 In the present specification, near infrared rays indicate electromagnetic waves in a wavelength region (approximately 700 nm to 2500 nm) close to visible light among infrared rays. This near-infrared ray has a property close to visible light. In particular, it is known that light in the wavelength region of 700 nm to 1200 nm contained in sunlight is easily absorbed by the object surface and converted into thermal energy.
例えば、特許文献1には、互いに屈折率の異なる高屈折材料と低屈折材料とをそれぞれ含む、高屈折層と低屈折層とを積層してなるユニットを少なくとも1つ有する近赤外線遮蔽フィルムが開示されている。しかしながらこの方法では、赤外線遮蔽のために複数の層を積層する必要があり、生産性が低い。 For example, Patent Document 1 discloses a near-infrared shielding film having at least one unit formed by laminating a high refractive layer and a low refractive layer, each including a high refractive material and a low refractive material having different refractive indexes. Has been. However, in this method, it is necessary to laminate a plurality of layers for shielding infrared rays, and productivity is low.
近赤外線遮蔽材料としては平板状銀ナノ粒子も注目を集めている。一般的に、粒子径が数nm〜数十nmの球状銀ナノ粒子は、表面局在プラズモン共鳴により、波長400nm付近に吸収を持つため、黄色味を呈することが知られている。一方、異方性銀ナノ粒子は共振ピークが変化するため、例えば、平板状の銀ナノ粒子は、吸収ピークがレッドシフトすることが知られている。この際、平板状銀ナノ粒子のアスペクト比(すなわち、粒子径/粒子厚み)が大きくなるほど、吸収ピークがより長波側にシフトすることが確認されている。すなわち、平板状銀ナノ粒子は、任意の波長を吸収する光学材料として用いることができ、平板状銀ナノ粒子のアスペクト比によっては、可視光領域外の近赤外線領域にまで吸収ピークをシフトさせることもできるため、近赤外線遮蔽材料としても応用可能である。 Flat silver nanoparticles are also attracting attention as near-infrared shielding materials. In general, it is known that spherical silver nanoparticles having a particle diameter of several nanometers to several tens of nanometers have a yellowish color due to absorption near a wavelength of 400 nm due to surface localized plasmon resonance. On the other hand, since the resonance peak of anisotropic silver nanoparticles changes, for example, it is known that the absorption peak of a plate-like silver nanoparticle is red-shifted. At this time, it has been confirmed that the absorption peak shifts to the longer wave side as the aspect ratio (that is, particle diameter / particle thickness) of the tabular silver nanoparticles increases. That is, the tabular silver nanoparticles can be used as an optical material that absorbs an arbitrary wavelength, and depending on the aspect ratio of the tabular silver nanoparticles, the absorption peak can be shifted to the near infrared region outside the visible light region. Therefore, it can be applied as a near-infrared shielding material.
前記平板状銀ナノ粒子については、これまでに数々の合成方法が提案されている。汎用的に用いられる方法としては、ポリオール法が挙げられる。ポリオール法とは、高分子キャッピング剤の元で金属塩と共にポリオールの一種であるエチレングリコールを140〜160℃まで加熱し、生成するグリコールアルデヒドの還元力によって金属微粒子を合成する方法である。この際、還元条件や適切な高分子キャッピング剤を選定することで銀ナノ粒子の異方成長を誘導することができるため、様々な形状を有する銀ナノ粒子を得られることが報告されている。例えば、特許文献2には、ポリオール法を用いた板状銀ナノ粒子の製造例が開示されている。 A number of synthesis methods have been proposed for the tabular silver nanoparticles. A polyol method is mentioned as a method generally used. The polyol method is a method in which ethylene glycol, which is a kind of polyol, is heated to 140 to 160 ° C. together with a metal salt under a polymer capping agent, and metal fine particles are synthesized by the reducing power of the generated glycolaldehyde. At this time, it is reported that silver nanoparticles having various shapes can be obtained because anisotropic growth of silver nanoparticles can be induced by selecting reducing conditions and an appropriate polymer capping agent. For example, Patent Document 2 discloses a production example of plate-like silver nanoparticles using a polyol method.
また、特許文献3には近赤外線遮蔽フィルタとして、実際に平板状銀微粒子を用いたフィルタが開示されている。本開示例においては近赤外線遮蔽層を多層構造とする必要がなく、特許文献1において問題であった生産性の問題は改善されている。 Patent Document 3 discloses a filter that actually uses flat silver fine particles as a near-infrared shielding filter. In the present disclosure example, the near-infrared shielding layer does not need to have a multilayer structure, and the productivity problem that has been a problem in Patent Document 1 is improved.
一方、近年、化石資源の枯渇問題の解決を目指して、持続的に利用可能な環境調和型材料であるバイオマスを用いた機能性材料の開発が盛んに行われている。その中でも、木材の主成分であるセルロースは、地球上で最も大量に蓄積された天然高分子材料であることから、資源循環型社会への移行に向けたキーマテリアルとして期待が寄せられている。木材中では、数十本以上のセルロース分子が束になって、高結晶性でナノメートルオーダーの繊維径をもつ微細繊維(ミクロフィブリル)を形成しており、さらに多数の微細繊維が互いに水素結合してセルロース繊維を形成し、植物の支持体となっている。このように、安定な構造を有することから、木材に含まれる天然のセルロースは、特殊な溶媒以外には不溶であり、成形性にも乏しく、機能性材料としては扱いにくい面があった。そこで、木材中のセルロース繊維を、その構造の少なくとも一辺がナノメートルオーダーになるまで微細化して利用しようとする試みが活発に行われている。 On the other hand, in recent years, with the aim of solving the problem of fossil resource depletion, development of functional materials using biomass, which is an environmentally friendly material that can be used continuously, has been actively conducted. Among them, cellulose, which is the main component of wood, is a natural polymer material that is accumulated in large quantities on the earth, and is expected as a key material for the transition to a resource recycling society. In wood, dozens or more of cellulose molecules are bundled to form fine fibers (microfibrils) with a high crystallinity and a nanometer order fiber diameter, and many fine fibers are hydrogen-bonded to each other. Thus, cellulose fibers are formed, which is a plant support. As described above, since it has a stable structure, natural cellulose contained in wood is insoluble except for a special solvent, has poor moldability, and is difficult to handle as a functional material. Therefore, attempts have been actively made to refine and use cellulose fibers in wood until at least one side of the structure is on the order of nanometers.
セルロースの微細化のための優れた手法として特許文献4に示されるように比較的安定なN−オキシル化合物である2,2,6,6−テトラメチルピペリジニル−1−オキシラジカル(TEMPO)を触媒として用い、セルロースの微細繊維表面を選択的に酸化したのち軽微な機械解繊を行う方法が報告されている。TEMPO酸化反応は水系、常温、常圧で進行する環境調和型の化学改質が可能で、木材中のセルロースに適用した場合、結晶内部には反応が進行せず、結晶表面のセルロース分子鎖が持つアルコール性1級炭素のみを選択的にカルボキシ基へと変換することができる。 2,2,6,6-tetramethylpiperidinyl-1-oxy radical (TEMPO) which is a relatively stable N-oxyl compound as shown in Patent Document 4 as an excellent technique for refining cellulose As a catalyst, there has been reported a method for carrying out light mechanical defibration after selectively oxidizing the surface of cellulose fine fibers. The TEMPO oxidation reaction can be chemically modified in an environmentally friendly manner that proceeds in water, normal temperature, and normal pressure. When applied to cellulose in wood, the reaction does not proceed inside the crystal, and the cellulose molecular chains on the crystal surface Only the alcoholic primary carbon possessed can be selectively converted into a carboxy group.
このように、結晶表面に導入されたカルボキシ基同士の静電的な反発により、水溶媒中でセルロースをミクロフィブリル単位に分散可能となり、ナノサイズオーダーの微細化セルロース繊維が得られる。木材からTEMPO酸化反応によって得られる木材由来の微細化セルロース繊維は、短軸径が3nm前後、長軸径が数十nm〜数μmに及ぶ高アスペクト比を有する構造体であり、その水分散液および積層体は高い透明性を有することが報告されている。 Thus, the electrostatic repulsion between the carboxy groups introduced on the crystal surface makes it possible to disperse cellulose in microfibril units in an aqueous solvent, and nanosized micronized cellulose fibers can be obtained. Wood-derived refined cellulose fiber obtained from wood by TEMPO oxidation reaction is a structure having a high aspect ratio with a minor axis diameter of around 3 nm and a major axis diameter ranging from several tens of nm to several μm, and its aqueous dispersion And it is reported that the laminate has high transparency.
また、特許文献5には、微細化セルロース繊維と金属微粒子との複合体として、金属ナノ粒子が微細化セルロース繊維に担持された複合体(金属ナノ粒子担持微細化セルロース繊維)が開示されている。この特許文献5には、金属ナノ粒子担持微細化セルロース繊維を触媒として用いる例が開示されている。 Patent Document 5 discloses a composite (metal nanoparticle-supported fine cellulose fiber) in which metal nanoparticles are supported on the finely divided cellulose fibers as a composite of finely divided cellulose fibers and metal fine particles. . Patent Document 5 discloses an example in which metal nanoparticle-supported fine cellulose fibers are used as a catalyst.
しかしながら、特許文献2に記載のポリオール法を用いて平板状銀ナノ粒子を製造するには、有機溶媒系で高温の反応を必要とし、反応時間も長いことから環境への負荷が大きくなってしまうという問題があった。 However, in order to produce tabular silver nanoparticles using the polyol method described in Patent Document 2, a high-temperature reaction is required in an organic solvent system, and the reaction time is long, so the burden on the environment is increased. There was a problem.
また、特許文献3に記載の近赤外線遮蔽フィルタを窓貼り用遮熱フィルムとして太陽光の遮熱に使用すると、この赤外線吸収フィルタ自体が暖まることになり、その熱で室温が上昇してしまう恐れがある。 Moreover, if the near-infrared shielding filter described in Patent Document 3 is used as a heat-shielding film for pasting windows to shield sunlight, the infrared-absorbing filter itself is heated, and the room temperature may increase due to the heat. There is.
また、特許文献5には微細化セルロース繊維と金属微粒子との複合体およびその用途が開示されているが、金属ナノ粒子の形状の制御の可能性や、近赤外線遮蔽材料といった光学材料への適用可能性については、何ら開示も示唆もされていないのが実情であった。 Further, Patent Document 5 discloses a composite of finely divided cellulose fibers and metal fine particles and its use. However, it is possible to control the shape of metal nanoparticles and to apply to optical materials such as near-infrared shielding materials. The actual situation is that there is no disclosure or suggestion about the possibility.
本発明はかかる事情を鑑みてなされたものであり、近赤外遮蔽材料へ適用ができる、新規な平板状金属微粒子と微細化セルロースとの複合体より形成される多孔質体を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a porous body formed from a composite of novel flat metal fine particles and fine cellulose that can be applied to a near-infrared shielding material. Let it be an issue.
さらに、本発明は、前記多孔質体または遮熱フィルムを、環境への負荷が低く、簡便な方法で提供することを課題とする。 Furthermore, this invention makes it a subject to provide the said porous body or heat insulation film with a simple method with low load to an environment.
本願発明者がカーボンニュートラル材料である微細化セルロース繊維を用いて様々な有機無機ハイブリッドの創出を試みたところ、驚くべきことに、特定の条件において微細化セルロース繊維の分散液中で銀を還元析出させることにより、平板状銀微粒子と微細化セルロース繊維との複合体が得られること、そして、得られた複合体の平板状銀微粒子と微細化セルロース繊維とが不可分の状態にあることを新たに見出した。また、該複合体を含む分散液から分散媒を除去することによって該複合体を包含した多孔質体(あるいはエアロゲル)を作製することに成功し、本発明を完成させた。 The inventors of the present application tried to create various organic-inorganic hybrids using fine cellulose fibers, which are carbon neutral materials. Surprisingly, silver was reduced and precipitated in a dispersion of fine cellulose fibers under specific conditions. To obtain a composite of tabular silver fine particles and finely divided cellulose fibers, and that the flat silver fine particles and finely divided cellulose fibers of the obtained composite are in an indivisible state. I found it. Further, the present invention was completed by successfully producing a porous body (or airgel) including the composite by removing the dispersion medium from the dispersion containing the composite.
後で修正します。
本発明の一態様は、微細化セルロース繊維と平板状金属微粒子との複合体を含み、微細化セルロース繊維のそれぞれは、少なくとも一部又は全部が平板状金属微粒子の内部に取り込まれるとともに、残部が当該平板状金属微粒子の表面に露出し、平板状金属微粒子は、少なくとも1種類以上の金属又はそれらの化合物であり、微細化セルロース繊維は多孔質状に配置されていることを特徴とする、多孔質体である。
また、本発明の一態様は、微細化セルロース繊維を調製する工程と、微細化セルロース繊維を溶媒中に分散させて微細化セルロース繊維分散液を得る工程と、微細化セルロース繊維分散液と、金属イオンを含有する溶液と、を混合して混合溶液を得る工程と、混合溶液中の前記金属イオンを還元して平板状金属微粒子を成長させるとともに、平板状金属微粒子と微細化セルロース繊維との複合体を形成する工程と、複合体および微細化セルロース繊維を含む分散液から溶媒を除去して多孔質体を形成する工程と、を含むことを特徴とする、多孔質体の製造方法である。
本発明の一態様は、基材と、前記基材の少なくとも一方の面に本発明の一態様の多孔質体を含むコーティング層を設けたことを特徴とする、遮熱フィルムである。
I will fix it later.
One aspect of the present invention includes a composite of finely divided cellulose fibers and flat metal fine particles, and each of the finely divided cellulose fibers is at least partly or entirely incorporated into the flat metal fine particles, and the remainder is Exposed on the surface of the flat metal fine particles, the flat metal fine particles are at least one kind of metal or a compound thereof, and the refined cellulose fibers are arranged in a porous shape, It is a sexual body.
One embodiment of the present invention includes a step of preparing finely divided cellulose fibers, a step of dispersing finely divided cellulose fibers in a solvent to obtain a finely divided cellulose fiber dispersion, a finely divided cellulose fiber dispersion, and a metal A step of mixing a solution containing ions to obtain a mixed solution, reducing the metal ions in the mixed solution to grow flat metal fine particles, and combining the flat metal fine particles and fine cellulose fibers A method for producing a porous body, comprising: a step of forming a body; and a step of forming a porous body by removing a solvent from a dispersion containing a composite and fine cellulose fibers.
One embodiment of the present invention is a thermal barrier film, wherein a base material and a coating layer including the porous body of one embodiment of the present invention are provided on at least one surface of the base material.
本発明の多孔質体は、微細化セルロース繊維のそれぞれが、少なくとも一部又は全部が平板状金属微粒子の内部に取り込まれるとともに、残部が平板状金属微粒子の表面に露出する構成を有する有機無機複合体を包含しており、断熱性を併せ持つ近赤外線遮蔽材料として遮熱フィルムへ適用できる、新規な多孔質体である。 The porous body of the present invention is an organic-inorganic composite having a structure in which at least part or all of the refined cellulose fibers are taken into the interior of the flat metal fine particles and the rest is exposed on the surface of the flat metal fine particles. It is a novel porous body that can be applied to a heat-shielding film as a near-infrared shielding material that also includes a body and has heat insulation properties.
本発明の多孔質体の製造方法は、混合溶液中の金属イオンを還元して、平板状金属微粒子と微細化セルロース繊維とを複合化したのち、微細化セルロース繊維間の空隙を維持しながら分散媒を除去する工程を有しているため、上記多孔質体を環境への負荷が低く、簡便に提供することができる。 In the method for producing a porous body of the present invention, metal ions in a mixed solution are reduced to form a composite of flat metal fine particles and fine cellulose fibers, and then dispersed while maintaining voids between the fine cellulose fibers. Since it has the process of removing a medium, the said porous body has low load to an environment and can be provided simply.
以下、本発明を適用した一実施形態である多孔質体について、その製造方法及びこの多孔質体を含む遮熱フィルムとあわせて、図面を用いて詳細に説明する。特に、平板状金属微粒子と微細化セルロース繊維の複合体を包含する多孔質体について説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
Hereinafter, the porous body which is one embodiment to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings, together with the production method and the heat shielding film including the porous body. In particular, a porous body including a composite of flat metal fine particles and fine cellulose fibers will be described.
In addition, in the drawings used in the following description, in order to make the features easy to understand, there are cases where the portions that become the features are enlarged for the sake of convenience, and the dimensional ratios of the respective components are not always the same as the actual ones. Absent.
<多孔質体>
先ず、本発明を適用した一実施形態である多孔質体について説明する。
図1は、本発明を適用した一実施形態である多孔質体の構成を示す模式図である。図1に示すように、本実施形態の多孔質体は、微細化セルロース繊維の間隙が維持されたまま溶媒が除去されており、ナノサイズレベルの空隙を有する多孔質体の構造を有している。さらに該多孔質体中には平板状金属微粒子が包含されており、例えば近赤外線領域に吸収を有する平板状銀微粒子の場合、該多孔質体は多孔質体構造に由来する断熱性と平板状金属微粒子構造に由来する熱線遮蔽性を併せ持つ。多孔質体は、窒素吸着BET法により測定される表面積が50m2/g以上であることが、熱線遮蔽性の点から好ましい。なお、本多孔質体の形成する主体である微細化セルロース繊維は平板状金属微粒子と複合体を形成しており、両者は不可分である。微細化セルロース繊維も含め、詳細については、以下<複合体>の項にて記述する。
<Porous body>
First, the porous body which is one embodiment to which the present invention is applied will be described.
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a porous body according to an embodiment to which the present invention is applied. As shown in FIG. 1, the porous body of the present embodiment has a porous body structure in which the solvent is removed while maintaining the gaps between the finely divided cellulose fibers, and there are nano-sized voids. Yes. Furthermore, the porous body includes flat metal fine particles. For example, in the case of flat silver particles having absorption in the near infrared region, the porous body has heat insulating properties and a flat plate shape derived from the porous body structure. It also has heat shielding properties derived from the metal fine particle structure. The porous body preferably has a surface area measured by a nitrogen adsorption BET method of 50 m 2 / g or more from the viewpoint of heat ray shielding. In addition, the refined cellulose fiber which is the main body formed by the porous body forms a composite with the flat metal fine particles, and both are inseparable. Details including the refined cellulose fibers are described in the section <Composite> below.
<複合体>
さらに、前記多孔質体に包含される複合体について説明する。
図2は、本発明を適用した一実施形態である複合体の構成を模式的に示す斜視図である。図2に示すように、本実施形態の複合体1は、平板状の金属微粒子(平板状金属微粒子)2と、少なくとも一つ以上の微細化されたセルロース(微細化セルロース繊維)3とが複合化された、平板状金属微粒子と微細化セルロース繊維との複合体であり、それぞれの微細化セルロース繊維3について少なくとも一部(一部分)又は全部が平板状金属微粒子2の内部に取り込まれており、残部が平板状金属微粒子2の表面に露出するように複合化されたものである。
<Composite>
Furthermore, the composite body included in the porous body will be described.
FIG. 2 is a perspective view schematically showing a configuration of a complex which is an embodiment to which the present invention is applied. As shown in FIG. 2, the composite 1 according to the present embodiment is a composite of flat metal fine particles (flat metal fine particles) 2 and at least one or more refined cellulose (refined cellulose fibers) 3. Is a composite of flat metal fine particles and fine cellulose fibers, and at least a part (part) or all of each fine cellulose fiber 3 is taken into the flat metal fine particles 2; The remaining portion is composited so as to be exposed on the surface of the flat metal fine particle 2.
より具体的には、図2に示すように、それぞれの微細化セルロース繊維3は、平板状金属微粒子2の内部に取り込まれている部分3aと、平板状金属微粒子2の表面に露出している部分3bとから構成されている。そして、この取り込まれている部分3aの存在により、平板状金属微粒子2とそれぞれの微細化セルロース繊維3とが不可分の状態となっている。即ち、平板状金属微粒子2と微細化セルロース繊維3とは、微細化セルロース繊維3の少なくとも一部分(すなわち、部分3a)が平板状金属微粒子2の内部に取り込まれることにより、少なくとも一部同士が物理的に結合して、不可分の状態にある。 More specifically, as shown in FIG. 2, each refined cellulose fiber 3 is exposed on the surface of the flat metal fine particles 2 and the portion 3 a taken into the flat metal fine particles 2. It is comprised from the part 3b. And by the presence of this taken-in part 3a, the flat metal particle 2 and each refined cellulose fiber 3 are inseparable. That is, at least a part of the flat metal fine particles 2 and the finely divided cellulose fibers 3 are physically obtained when at least a part of the finely divided cellulose fibers 3 (that is, the part 3a) is taken into the flat metal fine particles 2. Combined and inseparable.
ここで、複合体1について、微細化セルロース繊維3の少なくとも一部分(すなわち、部分3a)が平板状金属微粒子2の内部に取り込まれる、とは、後述する製造方法においても説明するが、平板状金属微粒子2の成長段階において、金属微粒子ユニットの粒界に沿って、微細化セルロース繊維が挟み込まれている状態と同義である。 Here, as for the composite 1, that at least a part (that is, the part 3 a) of the fine cellulose fiber 3 is taken into the inside of the flat metal fine particles 2 will be described in the manufacturing method described later. In the growth stage of the fine particles 2, this is synonymous with a state in which the fine cellulose fibers are sandwiched along the grain boundaries of the metal fine particle unit.
また、複合体1において、「不可分」の状態とは、例えば、遠心分離機等の物理的方法によって、平板状金属微粒子2と微細化セルロース繊維3とに分離することが不可能であることをいう。 Further, in the composite 1, the “indivisible” state means that it cannot be separated into the flat metal fine particles 2 and the finely divided cellulose fibers 3 by a physical method such as a centrifuge. Say.
なお、複合体1は、構成する全ての微細化セルロース3について、全部分(全体)が平板状金属微粒子2の内部に取り込まれており、平板状金属微粒子2の表面に露出している部分が存在しない構成についても、取り込まれている部分3aの存在を確認できる限り権利範囲に含むものとする。 In the composite 1, all the parts (the whole) of all the refined cellulose 3 constituting the composite 1 are taken into the flat metal fine particles 2, and the parts exposed on the surface of the flat metal fine particles 2 are included. A configuration that does not exist is included in the scope of rights as long as the presence of the captured portion 3a can be confirmed.
平板状金属微粒子2を構成する金属種としては銀が好ましい。平板状微粒子を形成した際に、可視光から近赤外線領域に掛けて表面局在プラズモン現象由来の共振ピークを有する点で有利だからである。しかし、特にこれに限定されるものではない。具体的には、金属種としては複数の金属種を用いても良く、銀以外の金属種としては特に限定しないが、例えば、白金やパラジウム、ルテニウム、イリジウム、ロジウム、オスミウムの白金族元素の他、金、鉄、鉛、銅、クロム、コバルト、ニッケル、マンガン、バナジウム、モリブデン、ガリウム、アルミニウムなどの金属、金属塩、金属錯体およびこれらの合金、または酸化物、複酸化物等が挙げられる。 Silver is preferable as the metal species constituting the flat metal fine particles 2. This is because, when the tabular fine particles are formed, it is advantageous in that it has a resonance peak derived from the surface localized plasmon phenomenon from the visible light to the near infrared region. However, it is not particularly limited to this. Specifically, a plurality of metal species may be used as the metal species, and the metal species other than silver is not particularly limited. For example, other than platinum group elements such as platinum, palladium, ruthenium, iridium, rhodium and osmium. Gold, iron, lead, copper, chromium, cobalt, nickel, manganese, vanadium, molybdenum, gallium, aluminum, and other metals, metal salts, metal complexes, and alloys thereof, or oxides, double oxides, and the like.
なお、本実施形態において「平板状」とは、三角形、六角形、五角形等の形状をした板状の粒子であり、粒子径を粒子厚みで割った平均アスペクト比(粒子径/粒子厚み)が2.0以上である粒子を意味する。
平板状金属微粒子2の粒子径は、20〜500nmが好ましく、20〜400nmがより好ましい。
平板状金属微粒子2の粒子厚みは、(5)〜(100)nmが好ましく、(8)〜(*50)nmがより好ましい。
平均アスペクト比(粒子径/粒子厚み)は、2.0以上が好ましく、2.0〜100がより好ましく、2.0〜50が更に好ましい。この範囲であれば、可視光から赤外光領域の所望の範囲に表面局在プラズモン由来の共振ピークを持たせることが容易である。
In the present embodiment, the “flat plate” is a plate-like particle having a shape such as a triangle, a hexagon, or a pentagon, and has an average aspect ratio (particle diameter / particle thickness) obtained by dividing the particle diameter by the particle thickness. It means a particle that is 2.0 or more.
The particle diameter of the flat metal fine particles 2 is preferably 20 to 500 nm, and more preferably 20 to 400 nm.
The particle thickness of the flat metal fine particles 2 is preferably (5) to (100) nm, and more preferably (8) to (* 50) nm.
The average aspect ratio (particle diameter / particle thickness) is preferably 2.0 or more, more preferably 2.0 to 100, and still more preferably 2.0 to 50. Within this range, it is easy to have a resonance peak derived from surface-localized plasmons within a desired range from visible light to infrared light.
ここで、平板状金属微粒子の粒子径及び厚みの測定方法、ならびにアスペクト比の算出方法としては、具体的には、例えば、以下の方法が挙げられる。
(1)粒子径の測定法
複合体を含む分散液をTEM観察用支持膜付き銅グリッド上にキャストして風乾したのち、透過型電子顕微鏡観察を行う。得られた画像中の平板状銀ナノ粒子を、円で近似した際の径を平面方向の粒子径として算出する。
(2)厚みの測定法
複合体を含む分散液をPETフィルム上にキャストして風乾し包埋樹脂で固定したものをミクロトームで断面方向に切削し、透過型電子顕微鏡観察を行う。得られた画像中の平板状銀ナノ粒子の厚みを平面方向の粒子径として算出する。
(3)アスペクト比の算出方法
上述のようにして求めた粒子径をaとし、粒子厚みをbとした際に、粒子径aを粒子厚みbで割った値を、アスペクト比=a/bとして算出する。
なお、上述した測定方法および算出方法は一例であり、特にこれらに限定されるものではない。
Here, specific examples of the method for measuring the particle diameter and thickness of the flat metal fine particles and the method for calculating the aspect ratio include the following methods.
(1) Measuring method of particle diameter The dispersion containing the composite is cast on a copper grid with a support film for TEM observation and air-dried, and then observed with a transmission electron microscope. The diameter when the tabular silver nanoparticles in the obtained image are approximated by a circle is calculated as the particle diameter in the plane direction.
(2) Thickness measurement method A dispersion containing the composite is cast on a PET film, air-dried and fixed with an embedding resin, cut in the cross-sectional direction with a microtome, and observed with a transmission electron microscope. The thickness of the tabular silver nanoparticles in the obtained image is calculated as the particle diameter in the plane direction.
(3) Calculation method of aspect ratio When the particle diameter obtained as described above is a and the particle thickness is b, a value obtained by dividing the particle diameter a by the particle thickness b is defined as aspect ratio = a / b. calculate.
The measurement method and the calculation method described above are examples, and are not particularly limited to these.
微細化セルロース繊維3としては、ミクロフィブリル構造由来の繊維形状であることが好ましい。具体的には、微細化セルロース繊維3としては、数平均短軸径が1nm以上100nm以下、数平均長軸径が50nm以上であり、かつ数平均長軸径が数平均短軸径の10倍以上であることが好ましい。また、微細化セルロース繊維3の結晶構造は、セルロースI型であることが好ましい。 The refined cellulose fiber 3 preferably has a fiber shape derived from a microfibril structure. Specifically, as the refined cellulose fiber 3, the number average minor axis diameter is 1 nm to 100 nm, the number average major axis diameter is 50 nm or more, and the number average major axis diameter is 10 times the number average minor axis diameter. The above is preferable. Moreover, it is preferable that the crystal structure of the refined cellulose fiber 3 is cellulose I type.
また、本実施形態の複合体1は、微細化セルロース繊維3が結晶表面にカルボキシ基を有しており、当該カルボキシ基の含有量が、セルロース1g当たり0.1mmol以上5.0mmol以下であることが好ましい。 In the composite 1 of the present embodiment, the refined cellulose fiber 3 has a carboxy group on the crystal surface, and the content of the carboxy group is 0.1 mmol or more and 5.0 mmol or less per 1 g of cellulose. Is preferred.
以上説明したように、本実施形態で用いられる複合体1は、1種類以上の金属またはそれらの化合物からなる平板状金属微粒子2と微細化されたセルロース繊維3との複合体であって、平板状金属微粒子2と微細化セルロース繊維3とが物理的に結合して不可分の状態にあることを特徴とする。そのため、本発明において開示された多孔質体は該複合体を包含するため、カーボンニュートラルな、新規な有機無機ハイブリッド多孔質体である。 As described above, the composite 1 used in the present embodiment is a composite of flat metal fine particles 2 made of one or more kinds of metals or their compounds and fine cellulose fibers 3, and is a flat plate. The metal fine particles 2 and the refined cellulose fibers 3 are physically combined and in an inseparable state. Therefore, since the porous body disclosed in the present invention includes the composite, it is a novel organic-inorganic hybrid porous body that is carbon neutral.
<多孔質体の製造方法>
次に、上述した本実施形態の多孔質体の製造方法について説明する。本実施形態の多孔質体の製造方法は、微細化されたセルロース繊維と金属イオンとを含む混合分散液中で、金属を還元析出させて金属結晶を生成するとともに、異方性をもってこの金属結晶を成長させて平板状金属微粒子と微細化セルロース繊維との複合体を得たのち、微細化セルロース繊維間の空隙を維持しながら分散媒を除去する方法である。
<Method for producing porous body>
Next, the manufacturing method of the porous body of this embodiment mentioned above is demonstrated. In the method for producing a porous body according to the present embodiment, a metal crystal is produced by reducing and precipitating a metal in a mixed dispersion liquid containing refined cellulose fibers and metal ions, and the metal crystal has anisotropy. And a dispersion medium is removed while maintaining the voids between the finely divided cellulose fibers after obtaining a composite of flat metal fine particles and finely divided cellulose fibers.
より具体的には、本実施形態の多孔質体の製造方法は、酸化セルロースを調製する工程(第1工程)と、酸化セルロースを溶媒中に分散させて微細化セルロース分散液を得る工程(第2工程)と、微細化セルロース分散液と、金属イオンを含有する溶液と、を混合して混合溶液を得る工程(第3工程)と、混合溶液中の金属イオンを還元して平板状金属微粒子を成長させるとともに、平板状金属微粒子と微細化セルロースとを複合化する工程(第4工程)と、前記複合体を含む分散液から溶媒を除去して多孔質体を形成する工程(第5工程)と、を含んで概略構成されている。以下に、各工程について、詳細に説明する。 More specifically, the method for producing a porous body of the present embodiment includes a step of preparing oxidized cellulose (first step), and a step of dispersing oxidized cellulose in a solvent to obtain a fine cellulose dispersion (first step). 2 steps), a step of obtaining a mixed solution by mixing a finely divided cellulose dispersion and a solution containing metal ions (third step), and reducing the metal ions in the mixed solution to form plate-like metal fine particles , And a step of forming a porous body by removing the solvent from the dispersion containing the composite (step 4) ). Below, each process is demonstrated in detail.
(第1工程;酸化セルロース繊維調製工程)
先ず、第1工程では、本実施形態の多孔質体を構成するための微細化セルロース繊維を調製する。この第1工程は、繊維状の微細化セルロース繊維を調製する工程と、微細化セルロース繊維の結晶表面にカルボキシ基を導入する工程と、を含んでいる。
(First step; oxidized cellulose fiber preparation step)
First, in a 1st process, the refined cellulose fiber for comprising the porous body of this embodiment is prepared. This 1st process includes the process of preparing a fibrous refined cellulose fiber, and the process of introduce | transducing a carboxy group into the crystal | crystallization surface of a refined cellulose fiber.
「微細化セルロース繊維を調製する工程」
本実施形態の多孔質体の製造方法に用いる微細化セルロース繊維としては、以下に示す範囲にある繊維形状の物が好ましい。また、微細化セルロース繊維は、短軸径において数平均短軸径が1nm以上100nm以下であればよく、好ましくは2nm以上50nm以下であればよい。ここで、数平均短軸径が1nm未満では高結晶性の剛直な微細化セルロース繊維構造をとることが出来ず、多孔質体を形成することができない。一方、100nmを超えると、金属微粒子に対してサイズが大きくなり過ぎるため、平板状金属微粒子と微細化セルロースとの複合体の形状を取ることができない。また、数平均長軸径においては特に制限はないが、好ましくは数平均短軸径の10倍以上であればよい。数平均長軸径が数平均短軸径の10倍未満であると、多孔質体を形成することができない。
"Process for preparing fine cellulose fiber"
As the refined cellulose fiber used in the method for producing a porous body of the present embodiment, a fiber-shaped product in the range shown below is preferable. Further, the fine cellulose fiber may have a number average minor axis diameter of 1 nm or more and 100 nm or less, preferably 2 nm or more and 50 nm or less in the minor axis diameter. Here, if the number average minor axis diameter is less than 1 nm, a highly crystalline rigid micronized cellulose fiber structure cannot be obtained, and a porous body cannot be formed. On the other hand, when the thickness exceeds 100 nm, the size becomes too large with respect to the metal fine particles, so that the shape of the composite of the flat metal fine particles and the refined cellulose cannot be taken. Further, the number average major axis diameter is not particularly limited, but is preferably 10 times or more of the number average minor axis diameter. If the number average major axis diameter is less than 10 times the number average minor axis diameter, the porous body cannot be formed.
微細化セルロース繊維の数平均短軸径は、透過型電子顕微鏡観察および原子間力顕微鏡観察により100本の繊維の短軸径(最小径)を測定し、その平均値として求められる。一方、微細化セルロース繊維の数平均長軸径は、透過型電子顕微鏡観察および原子間力顕微鏡観察により100本の繊維の長軸径(最大径)を測定し、その平均値として求められる。 The number average minor axis diameter of the micronized cellulose fiber is obtained as an average value obtained by measuring the minor axis diameter (minimum diameter) of 100 fibers by observation with a transmission electron microscope and atomic force microscope. On the other hand, the number average major axis diameter of the fine cellulose fibers is obtained as an average value obtained by measuring the major axis diameter (maximum diameter) of 100 fibers by observation with a transmission electron microscope and observation with an atomic force microscope.
微細化セルロース繊維の原料として用いることが出来るセルロースの種類や結晶構造も特に限定されない。具体的には、セルロースI型結晶からなる原料としては、例えば、木材系天然セルロースに加えて、コットンリンター、竹、麻、バガス、ケナフ、バクテリアセルロース、ホヤセルロース、バロニアセルロースといった非木材系天然セルロースを用いることができる。さらには、セルロースII型結晶からなるレーヨン繊維、キュプラ繊維に代表される再生セルロースも用いることが出来る。材料調達の容易さから、木材系天然セルロースを原料とすることが好ましい。 The type and crystal structure of cellulose that can be used as a raw material for the fine cellulose fiber are not particularly limited. Specifically, as a raw material comprising cellulose I-type crystals, for example, in addition to wood-based natural cellulose, non-wood-based natural cellulose such as cotton linter, bamboo, hemp, bagasse, kenaf, bacterial cellulose, squirt cellulose, and valonia cellulose Can be used. Furthermore, the regenerated cellulose represented by the rayon fiber which consists of a cellulose II type crystal | crystallization, and a cupra fiber can also be used. From the viewpoint of easy material procurement, it is preferable to use wood-based natural cellulose as a raw material.
セルロースの微細化方法もとくに限定されないが、前述のグラインダーによる機械処理、TEMPO酸化処理等による化学処理の他、希酸加水分解処理や酵素処理などを用いても良い。また、バクテリアセルロースも微細化セルロース繊維として用いることが出来る。さらには各種天然セルロースを各種セルロース溶剤に溶解させたのち、電解紡糸することによって得られる微細再生セルロース繊維を用いても良い。 The method for refining cellulose is not particularly limited, but dilute acid hydrolysis treatment, enzyme treatment, or the like may be used in addition to the above-described mechanical treatment by a grinder, chemical treatment by TEMPO oxidation treatment, or the like. Bacterial cellulose can also be used as finely divided cellulose fibers. Furthermore, finely regenerated cellulose fibers obtained by dissolving various natural celluloses in various cellulose solvents and then performing electrospinning may be used.
セルロースの微細化方法として、上述した特許文献4に記載の方法に従い、各種セルロースをTEMPO触媒酸化したのち軽微な機械処理にて微細化し、得られる微細化セルロース繊維と金属とを複合化した場合、微細化セルロース繊維の短軸径が3nm程度とカーボンナノチューブ並みに極細であることから、分散液およびそれを用いた多孔質体の高透明性をも達成することができる。その場合、例えば、断熱材や遮熱材といった機能性部材として好適に用いることが可能である。また、TEMPO酸化によって作製された微細化セルロース繊維は金属微粒子の異方成長を均質に、かつ再現性良く達成する。この理由としては、詳細なメカニズムは不明ではあるが、短軸径が3nm程度で揃っており、金属イオンと相互作用するカルボキシ基を有し、且つこのカルボキシ基が微細化セルロース繊維結晶表面に等間隔に固定化された構造が原因ではないかと推察される。すなわち、前述の形状制御能および透明性の観点から、本実施形態で用いる微細化セルロース繊維としてはカルボキシ基が導入された微細化セルロース繊維が好ましく、価格および供給の面から木材をTEMPO酸化することで得られる微細化セルロース繊維がより好ましい。 As a method for refining cellulose, according to the method described in Patent Document 4 described above, various celluloses are tempo-catalyzed and then refined by light mechanical treatment, and the resulting refined cellulose fiber and metal are combined, Since the minor axis diameter of the refined cellulose fiber is about 3 nm, which is as fine as that of the carbon nanotube, high transparency of the dispersion and the porous body using the dispersion can also be achieved. In that case, for example, it can be suitably used as a functional member such as a heat insulating material or a heat shielding material. In addition, the refined cellulose fiber produced by TEMPO oxidation achieves anisotropic growth of metal fine particles uniformly and with good reproducibility. Although the detailed mechanism is unknown as this reason, it has a short axis diameter of about 3 nm, has a carboxy group that interacts with a metal ion, and this carboxy group is present on the surface of the refined cellulose fiber crystal. It is assumed that the structure fixed to the interval is the cause. That is, from the viewpoints of shape control ability and transparency described above, the refined cellulose fiber used in the present embodiment is preferably a refined cellulose fiber introduced with a carboxy group, and TEMPO oxidation of wood from the viewpoint of price and supply The finely divided cellulose fiber obtained by is more preferable.
以下、木材由来の微細化セルロース繊維をTEMPO酸化によって製造する方法について説明する。 Hereinafter, a method for producing wood-derived fine cellulose fibers by TEMPO oxidation will be described.
本実施形態で用いられる木材由来の微細化セルロース繊維は、木材由来のセルロースを酸化する工程と、微細化して分散液化する工程と、によって得ることができる。また、微細化セルロース繊維に導入するカルボキシ基の含有量としては、微細化セルロース繊維の乾燥重量を基準として(以下の記載においても同様である)、0.1mmol/g以上5.0mmol/g以下が好ましく、0.5mmol/g以上2.0mmol/g以下がより好ましい。ここで、カルボキシ基量が0.1mmol/g未満であると、セルロースミクロフィブリル間に静電的な反発が働かないため、セルロースを微細化して均一に分散させることは難しい。また、5.0mmol/gを超えると化学処理に伴う副反応によりセルロースミクロフィブリルが低分子化するため、高結晶性の剛直な微細化セルロース繊維構造をとることが出来ず、多孔質体を形成することができない。 The wood-derived refined cellulose fibers used in the present embodiment can be obtained by a step of oxidizing wood-derived cellulose and a step of refinement and dispersion into a dispersion liquid. Moreover, as content of the carboxy group introduce | transduced into a refined cellulose fiber, 0.1 mmol / g or more and 5.0 mmol / g or less are based on the dry weight of a refined cellulose fiber (it is the same also in the following description). Is preferable, and 0.5 mmol / g or more and 2.0 mmol / g or less is more preferable. Here, when the amount of carboxy groups is less than 0.1 mmol / g, electrostatic repulsion does not work between cellulose microfibrils, so it is difficult to make cellulose finely dispersed uniformly. In addition, if it exceeds 5.0 mmol / g, the cellulose microfibrils will be reduced in molecular weight due to side reactions accompanying chemical treatment, so it will not be possible to obtain a highly crystalline rigid micronized cellulose fiber structure and form a porous body. Can not do it.
「セルロースにカルボキシ基を導入する工程」
木材系天然セルロースとしては、特に限定されず、針葉樹パルプや広葉樹パルプ、古紙
パルプ、など、一般的にセルロースナノファイバーの製造に用いられるものを用いること
ができる。精製および微細化のしやすさから、針葉樹パルプが好ましい。
“Step of introducing carboxy group into cellulose”
The wood-based natural cellulose is not particularly limited, and those generally used for producing cellulose nanofibers such as softwood pulp, hardwood pulp, and waste paper pulp can be used. Softwood pulp is preferred because it is easily refined and refined.
木材由来のセルロースの繊維表面にカルボキシ基を導入する方法としては、特に限定されない。具体的には、例えば、高濃度アルカリ水溶液中でセルロースをモノクロロ酢酸又はモノクロロ酢酸ナトリウムと反応させることによりカルボキシメチル化を行っても良い。また、オートクレーブ中でガス化したマレイン酸やフタル酸等の無水カルボン酸系化合物とセルロースを直接反応させてカルボキシ基を導入しても良い。さらには、水系の比較的温和な条件で、可能な限り構造を保ちながら、アルコール性一級炭素の酸化に対する選択性が高い、TEMPOをはじめとするN−オキシル化合物の存在下、共酸化剤を用いた手法を用いてもよい。カルボキシ基導入部位の選択性および環境負荷の問題からTEMPO酸化がより好ましい。 It does not specifically limit as a method of introduce | transducing a carboxy group into the fiber surface of the cellulose derived from wood. Specifically, for example, carboxymethylation may be performed by reacting cellulose with monochloroacetic acid or sodium monochloroacetate in a high-concentration alkaline aqueous solution. Further, a carboxy group may be introduced by directly reacting a carboxylic anhydride compound such as maleic acid or phthalic acid gasified in an autoclave with cellulose. Furthermore, a co-oxidant is used in the presence of N-oxyl compounds such as TEMPO, which has high selectivity to the oxidation of alcoholic primary carbon while maintaining the structure as much as possible under relatively mild conditions in water. The method used may be used. TEMPO oxidation is more preferable from the viewpoint of selectivity of a carboxy group introduction site and environmental load.
ここで、N−オキシル化合物としては、TEMPO(2,2,6,6−テトラメチルピペリジニル−1−オキシラジカル)、2,2,6,6−テトラメチル−4−ヒドロキシピペリジン−1−オキシル、4−メトキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−N−オキシル、4−エトキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−N−オキシル、4−アセトアミド−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−N−オキシル、等が挙げられる。その中でも、TEMPOが好ましい。N−オキシル化合物の使用量は、触媒としての量でよく、特に限定されない。通常、酸化処理する木材系天然セルロースの固形分に対して0.01〜5.0質量%程度である。 Here, as the N-oxyl compound, TEMPO (2,2,6,6-tetramethylpiperidinyl-1-oxy radical), 2,2,6,6-tetramethyl-4-hydroxypiperidine-1- Oxyl, 4-methoxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-N-oxyl, 4-ethoxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-N-oxyl, 4-acetamido-2,2, 6,6-tetramethylpiperidine-N-oxyl and the like. Among these, TEMPO is preferable. The amount of the N-oxyl compound used is not particularly limited, and may be an amount as a catalyst. Usually, it is about 0.01-5.0 mass% with respect to solid content of the wood type natural cellulose to oxidize.
N−オキシル化合物を用いた酸化方法としては、木材系天然セルロースを水中に分散させ、N−オキシル化合物の共存下で酸化処理する方法が挙げられる。このとき、N−オキシル化合物とともに、共酸化剤を併用することが好ましい。この場合、反応系内において、N−オキシル化合物が順次共酸化剤により酸化されてオキソアンモニウム塩が生成し、上記オキソアンモニウム塩によりセルロースが酸化される。かかる酸化処理によれば、温和な条件でも酸化反応が円滑に進行し、カルボキシ基の導入効率が向上する。酸化処理を温和な条件で行うと、セルロースの結晶構造を維持しつつもカルボキシ基を導入しやすい。 Examples of the oxidation method using an N-oxyl compound include a method in which wood-based natural cellulose is dispersed in water and oxidized in the presence of the N-oxyl compound. At this time, it is preferable to use a co-oxidant together with the N-oxyl compound. In this case, in the reaction system, the N-oxyl compound is sequentially oxidized by a co-oxidant to produce an oxoammonium salt, and cellulose is oxidized by the oxoammonium salt. According to such oxidation treatment, the oxidation reaction proceeds smoothly even under mild conditions, and the introduction efficiency of the carboxy group is improved. When the oxidation treatment is performed under mild conditions, it is easy to introduce a carboxy group while maintaining the crystal structure of cellulose.
共酸化剤としては、ハロゲン、次亜ハロゲン酸、亜ハロゲン酸や過ハロゲン酸、またはそれらの塩、ハロゲン酸化物、窒素酸化物、過酸化物など、酸化反応を推進することが可能であれば、いずれの酸化剤も用いることができる。入手の容易さや反応性から、次亜塩素酸ナトリウムが好ましい。前記共酸化剤の使用量は、酸化反応を促進することができる量でよく、特に限定されない。通常、酸化処理する木材系天然セルロースの固形分に対して1〜200質量%程度である。 Co-oxidants include halogens, hypohalous acids, halous acids and perhalogen acids, or salts thereof, halogen oxides, nitrogen oxides, peroxides, etc., as long as they can promote the oxidation reaction. Any oxidizing agent can be used. Sodium hypochlorite is preferred because of its availability and reactivity. The amount of the co-oxidant used is not particularly limited, and may be an amount that can promote the oxidation reaction. Usually, it is about 1-200 mass% with respect to solid content of the wood type natural cellulose to oxidize.
また、N−オキシル化合物および共酸化剤とともに、臭化物およびヨウ化物からなる群から選ばれる少なくとも1種の化合物をさらに併用してもよい。これにより、酸化反応を円滑に進行させることができ、カルボキシ基の導入効率を改善することができる。このような化合物としては、臭化ナトリウムまたは臭化リチウムが好ましく、コストや安定性から、臭化ナトリウムがより好ましい。化合物の使用量は、酸化反応を促進することができる量でよく、特に限定されない。通常、酸化処理する木材系天然セルロースの固形分に対して1〜50質量%程度である。 In addition to the N-oxyl compound and the co-oxidant, at least one compound selected from the group consisting of bromide and iodide may be further used in combination. Thereby, an oxidation reaction can be advanced smoothly and the introduction efficiency of a carboxy group can be improved. As such a compound, sodium bromide or lithium bromide is preferable, and sodium bromide is more preferable from the viewpoint of cost and stability. The amount of the compound used is not particularly limited, and may be an amount that can promote the oxidation reaction. Usually, it is about 1-50 mass% with respect to solid content of the wood type natural cellulose to oxidize.
酸化反応の反応温度は、4〜80℃が好ましく、10〜70℃がより好ましい。4℃未満であると、試薬の反応性が低下し反応時間が長くなってしまう。80℃を超えると副反応が促進して試料が低分子化して高結晶性の剛直な微細化セルロース繊維構造が崩壊し、多孔質体を形成できない。 The reaction temperature of the oxidation reaction is preferably 4 to 80 ° C, more preferably 10 to 70 ° C. If it is lower than 4 ° C., the reactivity of the reagent is lowered and the reaction time is prolonged. If the temperature exceeds 80 ° C., the side reaction is promoted to lower the molecular weight of the sample, and the highly crystalline rigidly refined cellulose fiber structure collapses, so that a porous body cannot be formed.
また、酸化処理の反応時間は、反応温度、所望のカルボキシ基量等を考慮して適宜設定でき、特に限定されないが、通常、10分〜5時間程度である。 The reaction time for the oxidation treatment can be appropriately set in consideration of the reaction temperature, the desired amount of carboxy group, and the like, and is not particularly limited, but is usually about 10 minutes to 5 hours.
酸化反応時の反応系のpHは、9〜11が好ましい。pHが9以上であると反応を効率よく進めることができる。pHが11を超えると副反応が進行し、試料の分解が促進されてしまうおそれがある。また、酸化処理においては、酸化が進行するにつれて、カルボキシ基が生成することにより系内のpHが低下してしまうため、酸化処理中、反応系のpHを9〜11に保つことが好ましい。反応系のpHを9〜11に保つ方法としては、pHの低下に応じてアルカリ水溶液を添加する方法が挙げられる。 The pH of the reaction system during the oxidation reaction is preferably 9-11. When the pH is 9 or more, the reaction can be efficiently carried out. If the pH exceeds 11, side reactions may progress and the decomposition of the sample may be accelerated. Further, in the oxidation treatment, as the oxidation proceeds, the pH in the system decreases due to the formation of a carboxy group. Therefore, it is preferable to maintain the pH of the reaction system at 9 to 11 during the oxidation treatment. Examples of a method for maintaining the pH of the reaction system at 9 to 11 include a method of adding an alkaline aqueous solution in accordance with a decrease in pH.
アルカリ水溶液としては、水酸化ナトリウム水溶液、水酸化リチウム水溶液、水酸化カリウム水溶液、アンモニア水溶液、水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液、水酸化テトラエチルアンモニウム水溶液、水酸化テトラブチルアンモニウム水溶液、水酸化ベンジルトリメチルアンモニウム水溶液などの有機アルカリなどが挙げられる。コストなどの面から水酸化ナトリウム水溶液が好ましい。 Examples of alkaline aqueous solutions include sodium hydroxide aqueous solution, lithium hydroxide aqueous solution, potassium hydroxide aqueous solution, ammonia aqueous solution, tetramethylammonium hydroxide aqueous solution, tetraethylammonium hydroxide aqueous solution, tetrabutylammonium hydroxide aqueous solution, and benzyltrimethylammonium hydroxide aqueous solution. And organic alkalis. A sodium hydroxide aqueous solution is preferable from the viewpoint of cost.
N−オキシル化合物による酸化反応は、反応系にアルコールを添加することにより停止させることができる。このとき、反応系のpHは前記の範囲内に保つことが好ましい。添加するアルコールとしては、反応をすばやく終了させるためメタノール、エタノール、プロパノールなどの低分子量のアルコールが好ましく、反応により生成される副産物の安全性などから、エタノールが特に好ましい。 The oxidation reaction with the N-oxyl compound can be stopped by adding alcohol to the reaction system. At this time, the pH of the reaction system is preferably maintained within the above range. The alcohol to be added is preferably a low molecular weight alcohol such as methanol, ethanol or propanol in order to quickly terminate the reaction, and ethanol is particularly preferred from the viewpoint of safety of by-products generated by the reaction.
酸化処理後の反応液は、そのまま微細化工程に供してもよいが、N−オキシル化合物等の触媒、不純物等を除去するために、反応液に含まれる酸化セルロースを回収し、洗浄液で洗浄することが好ましい。酸化セルロース繊維の回収は、ガラスフィルターや20μm孔径のナイロンメッシュを用いたろ過等の公知の方法により実施できる。酸化セルロース繊維の洗浄に用いる洗浄液としては蒸留水が好ましい。 The reaction solution after the oxidation treatment may be directly subjected to a refinement process, but in order to remove a catalyst such as an N-oxyl compound, impurities, etc., the oxidized cellulose contained in the reaction solution is recovered and washed with a washing solution. It is preferable. The collection of the oxidized cellulose fiber can be carried out by a known method such as filtration using a glass filter or a nylon mesh having a 20 μm pore diameter. Distilled water is preferable as the cleaning liquid used for cleaning the oxidized cellulose fiber.
(第2工程;分散液調整工程)
次に、第2工程では、上記第1工程で調製した酸化セルロースを溶媒中に分散させて微細化セルロース分散液を得る。
(Second step; dispersion adjustment step)
Next, in the second step, the oxidized cellulose prepared in the first step is dispersed in a solvent to obtain a fine cellulose dispersion.
微細化セルロース繊維分散液を調製する方法としては、まず、酸化セルロースに水性媒体を加えて懸濁させる。具体的には、木材由来の微細化セルロース繊維の分散に用いる溶媒は、50%以上の水を含み、水以外の溶媒としては親水性溶媒が好ましい。水の割合が50%以下になると木材由来の微細化セルロース繊維の分散が阻害され、金属微粒子と木材由来の微細化セルロース繊維の均一な複合体形成が難しくなる。親水性溶媒については特に制限は無いが、メタノール、エタノール、イソプロパノールなどのアルコール類;テトラヒドロフラン等の環状エーテル類が好ましい。必要に応じて、セルロースや生成する微細化セルロース繊維の分散性を上げるために、懸濁液のpH調整を行ってもよい。pH調整に用いられるアルカリ水溶液としては、上述したアルカリ水溶液と同様のものが挙げられる。 As a method for preparing a fine cellulose fiber dispersion, first, an aqueous medium is added to oxidized cellulose and suspended. Specifically, the solvent used for dispersion of the fine cellulose fibers derived from wood contains 50% or more of water, and a hydrophilic solvent is preferable as a solvent other than water. When the ratio of water is 50% or less, the dispersion of fine cellulose fibers derived from wood is inhibited, and it becomes difficult to form a uniform composite of metal fine particles and fine cellulose fibers derived from wood. The hydrophilic solvent is not particularly limited, but alcohols such as methanol, ethanol and isopropanol; cyclic ethers such as tetrahydrofuran are preferred. If necessary, the pH of the suspension may be adjusted in order to increase the dispersibility of the cellulose and the fine cellulose fibers to be produced. Examples of the alkaline aqueous solution used for pH adjustment include the same alkaline aqueous solution as described above.
続いて、得られた懸濁液に物理的解繊処理を施して、酸化セルロースを微細化する。物理的解繊処理としては、高圧ホモジナイザー、超高圧ホモジナイザー、ボールミル、ロールミル、カッターミル、遊星ミル、ジェットミル、アトライター、グラインダー、ジューサーミキサー、ホモミキサー、超音波ホモジナイザー、ナノジナイザー、水中対向衝突などの機械的処理が挙げられる。このような物理的解繊処理を、例えば、上述したTEMPO酸化セルロースに行うことで、懸濁液中のセルロースが微細化され、繊維表面にカルボキシ基を有する微細化セルロース繊維の分散液を得ることができる。また、このときの物理的解繊処理の時間や回数により、得られる微細化セルロース繊維分散液に含まれる微細化セルロース繊維の数平均短軸径および数平均長軸径を調整することができる。 Subsequently, the obtained suspension is subjected to a physical defibrating treatment to refine the oxidized cellulose. For physical fibrillation treatment, high pressure homogenizer, ultra high pressure homogenizer, ball mill, roll mill, cutter mill, planetary mill, jet mill, attritor, grinder, juicer mixer, homomixer, ultrasonic homogenizer, nanogenizer, underwater facing collision, etc. Mechanical treatment is mentioned. By performing such physical fibrillation treatment on, for example, the above-described TEMPO oxidized cellulose, the cellulose in the suspension is refined and a dispersion of refined cellulose fibers having a carboxy group on the fiber surface is obtained. Can do. Further, the number average minor axis diameter and the number average major axis diameter of the refined cellulose fibers contained in the obtained refined cellulose fiber dispersion can be adjusted by the time and number of times of the physical fibrillation treatment at this time.
上記のようにして、カルボキシ基が導入された微細化セルロース繊維分散体(微細化セルロース繊維分散液)が得られる。得られた分散体は、そのまま、または希釈、濃縮等を行って、金属微粒子を還元析出させる反応場として用いることができる。 As described above, a refined cellulose fiber dispersion into which a carboxy group has been introduced (a refined cellulose fiber dispersion) is obtained. The obtained dispersion can be used as a reaction field for reducing and precipitating metal fine particles as it is or by diluting, concentrating and the like.
また、微細化セルロース繊維分散体は、必要に応じて、本発明の効果を損なわない範囲で、セルロースおよびpH調整に用いた成分以外の他の成分を含有してもよい。前記他の成分としては、特に限定されず、前記木材微細化セルロース繊維の用途等に応じて、公知の添加剤のなかから適宜選択できる。具体的には、アルコキシシラン等の有機金属化合物またはその加水分解物、無機層状化合物、無機針状鉱物、消泡剤、無機系粒子、有機系粒子、潤滑剤、酸化防止剤、帯電防止剤、紫外線吸収剤、安定剤、磁性粉、配向促進剤、可塑剤、架橋剤、等が挙げられる。 Moreover, the refined cellulose fiber dispersion may contain other components other than the components used for cellulose and pH adjustment as long as the effects of the present invention are not impaired. The other components are not particularly limited, and can be appropriately selected from known additives according to the use of the wood refined cellulose fiber. Specifically, organometallic compounds such as alkoxysilanes or hydrolysates thereof, inorganic layered compounds, inorganic needle minerals, antifoaming agents, inorganic particles, organic particles, lubricants, antioxidants, antistatic agents, Examples thereof include an ultraviolet absorber, a stabilizer, magnetic powder, an alignment accelerator, a plasticizer, and a crosslinking agent.
(第3工程;混合溶液調整工程)
次に、第3工程では、上述の第2工程で得られた微細化セルロース繊維分散液と、金属イオンを含有する溶液と、を混合して混合溶液を得る。
具体的には、先ず、金属または合金、金属酸化物、金属複酸化物などを水などの溶媒に溶解させて、金属イオンを含有する溶液(金属イオン含有溶液)を調製する。次に、微細化セルロース微細化セルロース繊維分散液を攪拌しながら、調製した金属イオン含有溶液を少しずつ添加することにより、微細化セルロース繊維分散液と金属イオン含有溶液との混合溶液を得る。
(Third step; mixed solution adjustment step)
Next, in the third step, the refined cellulose fiber dispersion obtained in the second step is mixed with a solution containing metal ions to obtain a mixed solution.
Specifically, first, a solution containing metal ions (metal ion-containing solution) is prepared by dissolving a metal or alloy, metal oxide, metal double oxide, or the like in a solvent such as water. Next, a mixed solution of the refined cellulose fiber dispersion and the metal ion-containing solution is obtained by adding the prepared metal ion-containing solution little by little while stirring the refined cellulose refined cellulose fiber dispersion.
ところで、平板状銀ナノ粒子は、形状制御により可視光線から近赤外光線にわたる任意の波長光を吸収することが可能であり、各種組成物の用途に合わせて所望の光学特性を容易に付与することができる。また、銀そのものが多菌種に対し抗菌性を有しながらも人体に対し不活性であることから、保存性、安全性の良好な組成物を得ることができる。 By the way, tabular silver nanoparticles can absorb light of any wavelength ranging from visible light to near-infrared light by shape control, and easily impart desired optical characteristics according to the use of various compositions. be able to. In addition, since silver itself has antibacterial properties against many bacterial species but is inert to the human body, a composition having good storage stability and safety can be obtained.
そこで、本実施形態の製造方法において、木材由来の微細化セルロース繊維と複合化する金属種としては銀が好ましいが、特にこれに限定されるものではない。具体的には、複合化する金属種としては複数の金属種を用いても良く、銀以外の金属種としては特に限定しないが、例えば、白金やパラジウム、ルテニウム、イリジウム、ロジウム、オスミウムの白金族元素の他、金、鉄、鉛、銅、クロム、コバルト、ニッケル、マンガン、バナジウム、モリブデン、ガリウム、アルミニウムなどの金属、金属塩、金属錯体およびこれらの合金、または酸化物、複酸化物等が挙げられる。また、銀と複合体を形成することで抗菌性を付与できることから、微細化セルロース繊維の耐腐食性も改善することができる。複数の金属種を用いる場合、析出した銀ナノ粒子の周りを銀より貴な金属あるいはシリカ等の金属酸化物などで被覆して、銀ナノ粒子の安定性を向上させても良い。 Thus, in the production method of the present embodiment, silver is preferable as the metal species to be combined with the fine cellulose fiber derived from wood, but is not particularly limited thereto. Specifically, a plurality of metal species may be used as the metal species to be combined, and the metal species other than silver is not particularly limited. For example, platinum group of platinum, palladium, ruthenium, iridium, rhodium, osmium In addition to elements, gold, iron, lead, copper, chromium, cobalt, nickel, manganese, vanadium, molybdenum, gallium, aluminum and other metals, metal salts, metal complexes and their alloys, or oxides, double oxides, etc. Can be mentioned. Moreover, since antibacterial property can be provided by forming a composite with silver, the corrosion resistance of the refined cellulose fiber can also be improved. When a plurality of metal species are used, the stability of the silver nanoparticles may be improved by coating the surrounding silver nanoparticles with a metal noble than silver or a metal oxide such as silica.
(第4工程;複合体形成工程)
次に、第4工程では、上述の第3工程で得られた混合溶液中の金属イオンを還元して平板状金属微粒子を成長させるとともに、平板状金属微粒子と微細化セルロース繊維とを複合化する。
(4th process; complex formation process)
Next, in the fourth step, the metal ions in the mixed solution obtained in the third step described above are reduced to grow plate-like metal fine particles, and the plate-like metal fine particles and the refined cellulose fibers are combined. .
木材由来の微細化セルロース繊維分散液中に金属微粒子を析出させ複合体を製造する方法としては、特に限定しないが、銀をはじめとする前記金属または合金、酸化物、複酸化物等の溶液と微細化セルロース繊維分散液を混合した状態で、還元剤を添加すれば容易に析出させることができる。 A method for producing a composite by depositing metal fine particles in a fine cellulose fiber dispersion derived from wood is not particularly limited, but a solution of the metal or alloy including silver, oxide, double oxide and the like. If a reducing agent is added in a state where the finely divided cellulose fiber dispersion is mixed, it can be easily deposited.
例えば、銀の場合、還元を行う際に用いる銀イオンを含む水溶液の種類には特に制限は無いが、入手の容易さと取り扱い易さの点から硝酸銀水溶液であることが好ましい。用いる還元剤に関しても特に限定しない。銀の還元剤としては、例えば、アスコルビン酸、クエン酸、ヒドロキノン、水素化ホウ素ナトリウム、シアノ水素化ホウ素ナトリウム、ジメチルアミンボラン、ヒドラジン等が用いられる。安全性や価格の面からアスコルビン酸、クエン酸、水素化ホウ素ナトリウムが好ましい。 For example, in the case of silver, the type of the aqueous solution containing silver ions used for the reduction is not particularly limited, but an aqueous silver nitrate solution is preferable from the viewpoint of availability and ease of handling. There is no particular limitation on the reducing agent used. As the silver reducing agent, for example, ascorbic acid, citric acid, hydroquinone, sodium borohydride, sodium cyanoborohydride, dimethylamine borane, hydrazine and the like are used. Ascorbic acid, citric acid, and sodium borohydride are preferable from the viewpoint of safety and price.
なお、金属微粒子の異方成長を促進し、平板状金属微粒子と微細化セルロース繊維との複合体を析出させるためには、還元析出処理時に用いられる銀の量が、微細化セルロース繊維1gに対して0.0005mmol以上0.4mmol以下の範囲にあることが好ましく、0.001mmol以上0.2mmol以下の範囲にあることがさらに好ましく、0.002mmol以上0.1mmol以下の範囲にあることがとくに好ましい。 In addition, in order to promote anisotropic growth of metal fine particles and precipitate a composite of flat metal fine particles and fine cellulose fibers, the amount of silver used during reduction precipitation treatment is 1 g of fine cellulose fibers. Is preferably in the range of 0.0005 mmol to 0.4 mmol, more preferably in the range of 0.001 mmol to 0.2 mmol, and particularly preferably in the range of 0.002 mmol to 0.1 mmol. .
ここで、図3は、本発明を適用した一実施形態である複合体の製造方法の、工程の一部を説明するための模式図である。
本実施形態の製造方法の第4工程では、先ず、混合溶液中への還元剤の添加により、微細化セルロース3に設けたカルボキシ基を起点に金属の析出が開始する。そして、析出した金属は一次粒子(金属ナノ粒子)2aを形成する(図3中の左図を参照)。さらに反応が進むと、これらの一次粒子2a同士が凝集して、平板状の金属微粒子(すなわち、平板状金属微粒子)2を形成する。この際、微細化セルロース繊維(微細化セルロースの繊維)3の一部3aが巻き込まれるとともに残部3bが露出した状態で複合化する(図3中の右図を参照)。
以上の工程により、本実施形態の平板状金属微粒子2と微細化セルロース3との複合体1を得ることができる。
Here, FIG. 3 is a schematic diagram for explaining a part of the steps of the method for producing a composite body which is an embodiment to which the present invention is applied.
In the fourth step of the production method of the present embodiment, first, the metal deposition starts from the carboxy group provided in the micronized cellulose 3 by the addition of the reducing agent in the mixed solution. The deposited metal forms primary particles (metal nanoparticles) 2a (see the left figure in FIG. 3). When the reaction further proceeds, these primary particles 2 a aggregate to form flat metal fine particles (that is, flat metal fine particles) 2. At this time, a part 3a of the refined cellulose fiber (fine cellulose fiber) 3 is entrained and the remaining part 3b is exposed (see the right figure in FIG. 3).
Through the above steps, the composite 1 of the flat metal fine particles 2 and the refined cellulose 3 of the present embodiment can be obtained.
(第5工程;多孔質化工程)
次に、第5工程では、上述の第4工程で得られた複合体を含む分散液から、複合体および微細化セルロース繊維同士を凝集させることなく溶媒を除去して多孔質体を形成する。
(Fifth step; Porous step)
Next, in the fifth step, the porous body is formed by removing the solvent from the dispersion liquid containing the composite obtained in the above-mentioned fourth step without aggregating the composite and the refined cellulose fibers.
前記溶媒除去の方法としては特に限定しないが、例えば適当な容器などに分散液をキャストして凍結乾燥法あるいは超臨界乾燥法により溶媒を除去することが好ましい。超臨界乾燥法は、超臨界流体を用いた乾燥技術である。この方法であれば、乾燥させる物体の構造を保ったまま乾燥させることができるため、比表面積を、数十から数百m2/g程度にすることが容易である。 The method for removing the solvent is not particularly limited, but for example, it is preferable to cast the dispersion in a suitable container and remove the solvent by freeze drying or supercritical drying. The supercritical drying method is a drying technique using a supercritical fluid. With this method, it is possible to dry while maintaining the structure of the object to be dried. Therefore, the specific surface area can be easily adjusted to several tens to several hundreds m 2 / g.
また、上述の第4工程で得られた分散液中に含まれる複合体および微細化セルロース繊維に存在するカルボキシ基の対イオンの少なくとも一部を一般式(1)で表される有機オニウムイオンに交換し、さらに少なくとも一般式(2)で表される単位を有するポリシラン(B)を混合したのち、熱風乾燥、熱ロール乾燥、赤外線照射など、公知の乾燥方法を用いて溶媒を除去してもよい。この場合、微細化セルロース繊維表面に導入されたアリール基とポリシラン(B)の側鎖に導入されたアリール基との間でπ−π相互作用によりスタッキング構造を形成し、該微細化セルロース繊維および複合体同士が凝集することなく溶媒が除去されてナノサイズの空隙を有する多孔質体を得る。 In addition, at least a part of the counter ion of the carboxy group present in the composite and fine cellulose fiber contained in the dispersion obtained in the fourth step described above is converted into an organic onium ion represented by the general formula (1). After exchanging and further mixing at least the polysilane (B) having a unit represented by the general formula (2), the solvent may be removed using a known drying method such as hot air drying, hot roll drying, or infrared irradiation. Good. In this case, a stacking structure is formed by π-π interaction between the aryl group introduced on the surface of the fine cellulose fiber and the aryl group introduced into the side chain of the polysilane (B), and the fine cellulose fiber and The solvent is removed without the composites aggregating to obtain a porous body having nano-sized voids.
本実施形態の多孔質体の製造方法では、上述した第2工程において、微細化セルロース繊維の分散液の濃度は特に限定しないが、0.1%以上20%未満であることが好ましい。ここで、0.1%未満では成形体形成用組成物としては溶媒過多となってしまう上に金属ナノ粒子の粒子径制御効果が不十分となり、20%以上では微細化セルロース繊維同士の絡み合いで粘度が急激に上昇し、均一な反応制御が難しくなる。 In the method for producing a porous body of the present embodiment, the concentration of the fine cellulose fiber dispersion in the second step is not particularly limited, but is preferably 0.1% or more and less than 20%. Here, if it is less than 0.1%, the composition for forming a molded body becomes excessive in solvent and the effect of controlling the particle size of the metal nanoparticles is insufficient, and if it is 20% or more, the fine cellulose fibers are entangled with each other. Viscosity increases rapidly, making uniform reaction control difficult.
また、上述した第3工程において、金属イオンを含む溶液の金属イオン濃度は特に限定しないが、分散液中の金属イオン量が微細化セルロース繊維表面に存在するカルボキシ基量未満となるように調製することが好ましい。分散液中の金属イオン量が微細化セルロース繊維表面に存在するカルボキシ基量を上回ってしまうと微細化セルロース繊維が凝集してしまうためである。 In the third step described above, the concentration of metal ions in the solution containing metal ions is not particularly limited, but is prepared so that the amount of metal ions in the dispersion is less than the amount of carboxy groups present on the surface of the finely divided cellulose fiber. It is preferable. This is because if the amount of metal ions in the dispersion exceeds the amount of carboxy groups present on the surface of the refined cellulose fiber, the refined cellulose fiber aggregates.
さらに、上述した第4工程において、混合溶液の還元剤濃度は特に限定しないが、金属イオン濃度と同等以上となるように調整することが好ましい。混合溶液中の還元剤濃度が金属イオン濃度以下であると、未還元の金属イオンが混合溶液中に残存してしまうためである。 Furthermore, in the fourth step described above, the concentration of the reducing agent in the mixed solution is not particularly limited, but is preferably adjusted to be equal to or higher than the metal ion concentration. This is because unreduced metal ions remain in the mixed solution when the reducing agent concentration in the mixed solution is equal to or lower than the metal ion concentration.
以上説明したように、微細化セルロース繊維濃度、金属イオン濃度および還元剤濃度の三条件は、析出する平板状金属微粒子のアスペクト比を決定する。すなわち、これらの三条件を適切な値に設定することで、目的とする波長に吸収ピークを有する平板状金属微粒子と微細化セルロース繊維との複合体を適宜製造することが可能である。なお、傾向として金属イオン濃度が低くなると平板状金属微粒子のアスペクト比が上昇し、金属イオン濃度が高くなるとアスペクト比は低下する。 As described above, the three conditions of fine cellulose fiber concentration, metal ion concentration, and reducing agent concentration determine the aspect ratio of the tabular metal fine particles to be precipitated. That is, by setting these three conditions to appropriate values, it is possible to appropriately produce a composite of flat metal fine particles having an absorption peak at a target wavelength and fine cellulose fibers. In addition, as a tendency, when the metal ion concentration decreases, the aspect ratio of the flat metal fine particles increases, and when the metal ion concentration increases, the aspect ratio decreases.
なお、上述した本実施形態の複合体1の製造方法において、微細化セルロース繊維濃度、金属イオン濃度および還元剤濃度と、得られる平板状金属微粒子と微細化セルロース繊維との複合体のアスペクト比の関係については、理論的なメカニズムは不明な点が多い。平板状金属微粒子と微細化セルロース繊維との複合体および近赤外線吸収材料等にも利用可能な光学材料の具体的な作製法については、実施例において詳細を記した。 In addition, in the manufacturing method of the composite 1 of this embodiment mentioned above, the aspect ratio of the composite of the refined cellulose fiber concentration, the metal ion concentration, and the reducing agent concentration and the obtained flat metal fine particles and the refined cellulose fiber is obtained. Regarding the relationship, the theoretical mechanism is unclear. The specific production method of the optical material that can be used for the composite of the flat metal fine particles and the finely divided cellulose fiber, the near-infrared absorbing material, and the like is described in detail in the examples.
ところで、本実施形態の複合体および多孔質体は、上述した製造方法によって製造した際に、直径数nm程度の球状金属微粒子を副生成物として含む場合があるが、これらの球状金属微粒子は遠心分離機によって分離することが可能である。 By the way, when the composite and porous body of the present embodiment are manufactured by the above-described manufacturing method, they may contain spherical metal fine particles having a diameter of about several nanometers as by-products. Separation is possible with a separator.
ここで、少なくとも銀を含む直径が数nmの球状微粒子は、波長400nm付近の光を吸収するために黄色味を呈する。しかしながら、上述した遠心分離等によってこれらの球状微粒子を除去することにより、平板状金属微粒子と微細化セルロースとの複合体の共振ピークに由来する波長のみを吸収する、新規な光学材料として用いることが可能である。 Here, spherical fine particles having a diameter of several nanometers containing at least silver exhibit a yellowish color to absorb light having a wavelength of around 400 nm. However, by removing these spherical fine particles by the above-mentioned centrifugation or the like, it can be used as a novel optical material that absorbs only the wavelength derived from the resonance peak of the complex of flat metal fine particles and fine cellulose. Is possible.
また、本実施形態の多孔質体であって、平板状金属微粒子と微細化セルロースとの複合体のアスペクト比が大きなものは、可視光透過率の高い近赤外線吸収材料として用いることが可能である。 In addition, the porous body of the present embodiment, which has a large aspect ratio of the composite of flat metal fine particles and fine cellulose, can be used as a near-infrared absorbing material with high visible light transmittance. .
以上説明したように、本実施形態の複合体1によれば、微細化セルロース3のそれぞれが、少なくとも一部(3a)が平板状金属微粒子2の内部に取り込まれるとともに、残部(3b)が平板状金属微粒子2の表面に露出する構成を有しているため、近赤外線遮蔽材料への適用可能性を有する、新規な平板状金属微粒子2と微細化セルロース3との複合体1を包含する多孔質体提供することができる。 As described above, according to the composite 1 of the present embodiment, at least a part (3a) of each of the refined celluloses 3 is taken into the flat metal fine particles 2 and the remaining part (3b) is a flat plate. Porous structure including composite 1 of fine plate-like metal fine particles 2 and refined cellulose 3 having a structure that is exposed on the surface of glass-like metal fine particles 2 and having applicability to a near-infrared shielding material. A body can be provided.
<遮熱フィルム>
図4は、本開示に係る遮熱フィルムの一実施形態の断面図である。図4に示す遮熱フィルム1は、基材11の一方の面に、コーティングまたは貼りあわせにより形成された多孔質体を含む層近赤外線遮蔽層12を設け、更に近赤外線遮蔽層12の基材11との反対面に粘着層13およびハードコート層14を設ける。基材11の赤外線遮蔽層12と反対の面には粘着層15を設ける。
<Heat shield film>
FIG. 4 is a cross-sectional view of an embodiment of a thermal barrier film according to the present disclosure. The thermal barrier film 1 shown in FIG. 4 is provided with a near-infrared shielding layer 12 including a porous body formed by coating or pasting on one surface of a base material 11, and the base material of the near-infrared shielding layer 12. An adhesive layer 13 and a hard coat layer 14 are provided on the surface opposite to 11. An adhesive layer 15 is provided on the surface of the substrate 11 opposite to the infrared shielding layer 12.
近赤外線遮蔽層12を形成させる基材11の材質は、特に限定されないが、公知のプラスチック材料を用いることができる。窓用の赤外線遮蔽用途では、透明基材であることが好ましい。
基材11の材質としては、例えば、ポリオレフィン(ポリエチレン、ポリプロピレン等。)、ポリエステル(ポリエチレンナフタレート、ポリエチレンテレフタレート等。)、ポリアミド(ナイロン−6、ナイロン−66等。)、ポリスチレン、エチレンビニルアルコール、ポリ塩化ビニル、ポリイミド、ポリビニルアルコール、ポリカーボネート、ポリエーテルスルホン、アクリルセルロース(トリアセチリルセルロース、ジアセチルセルロース等。)等が挙げられる。
Although the material of the base material 11 which forms the near-infrared shielding layer 12 is not specifically limited, A well-known plastic material can be used. In the infrared shielding application for windows, a transparent substrate is preferable.
Examples of the material of the substrate 11 include polyolefin (polyethylene, polypropylene, etc.), polyester (polyethylene naphthalate, polyethylene terephthalate, etc.), polyamide (nylon-6, nylon-66, etc.), polystyrene, ethylene vinyl alcohol, Polyvinyl chloride, polyimide, polyvinyl alcohol, polycarbonate, polyether sulfone, acrylic cellulose (triacetylyl cellulose, diacetyl cellulose, etc.) and the like can be mentioned.
基材11の膜厚は、特に限定されないが、生産性や成形性、施工時の操作性の観点から、基材11の膜厚は、5μm以上1000μm以下が好ましく、10μm以上500μm以下であることが更に好ましい。 Although the film thickness of the base material 11 is not specifically limited, From the viewpoint of productivity, moldability, and operability during construction, the thickness of the base material 11 is preferably 5 μm or more and 1000 μm or less, and is 10 μm or more and 500 μm or less. Is more preferable.
基材11における近赤外線遮蔽層12を設ける側の面には、表面処理を施し、必要に応じて表面処理層を設けても構わない。表面処理を行うことで、基材へのコーティングが行いやすく、また基材11と近赤外線遮蔽層12との密着性を向上できる。表面処理としては、例えば、コロナ処理、プラズマ処理等が挙げられる。 The surface of the substrate 11 on the side where the near-infrared shielding layer 12 is provided may be subjected to surface treatment, and a surface treatment layer may be provided as necessary. By performing the surface treatment, it is easy to perform coating on the base material, and adhesion between the base material 11 and the near-infrared shielding layer 12 can be improved. Examples of the surface treatment include corona treatment and plasma treatment.
基材11と近赤外線遮蔽層12との密着性を向上する目的で、接着層を設けても構わない。接着層の形成に用いる接着成分としては、例えば、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、ポリビニル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリスチレン樹脂等の接着樹脂が挙げられる。なかでも、接着樹脂としては、密着性が良好な点から、ポリビニル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、アクリル樹脂を用いることが好ましい。 An adhesive layer may be provided for the purpose of improving the adhesion between the substrate 11 and the near-infrared shielding layer 12. Examples of the adhesive component used for forming the adhesive layer include adhesion of phenol resin, urea resin, melamine resin, polyvinyl resin, polyolefin resin, urethane resin, epoxy resin, acrylic resin, polyester resin, polyamide resin, polystyrene resin, etc. Resin. Among these, as the adhesive resin, it is preferable to use a polyvinyl resin, a polyolefin resin, or an acrylic resin from the viewpoint of good adhesion.
前記遮熱フィルムの構成は特に限定されるものではない。例えば、近赤外線遮蔽層12は、単層でなくてもよく、複層の層を設けても良い。
赤外線遮蔽層12は、成形性の向上や劣化抑制、赤外線遮蔽材料の分散性の向上等の目的で、公知の添加剤を混合することができる。例えば、熱安定剤、安定化助剤、可塑剤、酸化防止剤、光安定剤、難燃剤、滑剤、帯電防止剤を含んでも構わない。
The configuration of the heat shield film is not particularly limited. For example, the near-infrared shielding layer 12 may not be a single layer and may be provided with a plurality of layers.
The infrared shielding layer 12 can be mixed with known additives for the purpose of improving moldability, suppressing deterioration, and improving the dispersibility of the infrared shielding material. For example, a heat stabilizer, a stabilizing aid, a plasticizer, an antioxidant, a light stabilizer, a flame retardant, a lubricant, and an antistatic agent may be included.
耐擦傷性を得るために近赤外線遮蔽層12の片面には、接着層13を介してハードコート層14を設ける事が好ましい。接着層の成分としては特に限定されないが、前述の成分を用いることができる。ハードコート層14は、特に限定しないが、ウレタン系樹脂、アクリル系樹脂、シリコーン系樹脂、フッ素系樹脂等の熱硬化型又は光硬化型樹脂が挙げられる。特に限定しないが、ハードコート層の厚みは0.5μm以上100μm以下であることが好ましい。ハードコート層の厚みが0.5μm未満であると、耐擦傷性が充分に得られず、100μm以上であると透明性を損ないやすく、また窓への貼り付けの際に操作性が悪くなる。 In order to obtain scratch resistance, it is preferable to provide a hard coat layer 14 via an adhesive layer 13 on one side of the near infrared shielding layer 12. Although it does not specifically limit as a component of an contact bonding layer, The above-mentioned component can be used. The hard coat layer 14 is not particularly limited, and examples thereof include thermosetting or photocurable resins such as urethane resins, acrylic resins, silicone resins, and fluorine resins. Although it does not specifically limit, it is preferable that the thickness of a hard-coat layer is 0.5 micrometer or more and 100 micrometers or less. When the thickness of the hard coat layer is less than 0.5 μm, sufficient scratch resistance cannot be obtained, and when it is 100 μm or more, the transparency is liable to be lost, and the operability is deteriorated when being attached to a window.
基材11の近赤外線遮蔽層12と反対面に粘着層15を設けることが好ましい。粘着層により、例えば建物や車の窓に貼り付けることができる。粘着層に用いる材料は特に限定するものではない。例えば、公知の樹脂を用いることができ、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂等が挙げられる。これらは1種類または複数使用することができる。粘着層を形成する方法は、特に限定しないが、公知のコーティング手法により粘着層を形成できる。例えば、支持体に粘着層をコーティングし、基材のコーティング層12との反対面に貼り合わせることができる。貼りあわせの方法は、ドライラミネート、熱ラミネート等の公知の方法を用いることができる。
粘着層の厚みは、特に限定されないが0.05μm以上20μm以下であることが好ましい。この範囲であると、粘着層の粘着性が良好となる。
It is preferable to provide the adhesive layer 15 on the surface of the substrate 11 opposite to the near infrared shielding layer 12. The adhesive layer can be attached to, for example, a building or a car window. The material used for the adhesive layer is not particularly limited. For example, a known resin can be used, and examples thereof include a urethane resin, an acrylic resin, a polyester resin, and a silicone resin. One or more of these can be used. The method for forming the adhesive layer is not particularly limited, but the adhesive layer can be formed by a known coating technique. For example, the support can be coated with an adhesive layer and bonded to the surface of the substrate opposite to the coating layer 12. As a bonding method, a known method such as dry lamination or heat lamination can be used.
The thickness of the adhesive layer is not particularly limited, but is preferably 0.05 μm or more and 20 μm or less. Within this range, the adhesiveness of the adhesive layer becomes good.
本発明の遮熱フィルムは、波長700nmから1500nmにおける任意の波長に吸光度の最大値を有する複合体を包含する上記多孔質体を含むため、該多孔質体が断熱性と遮熱性を併せ持ち、遮熱フィルムとして有用である。 Since the thermal barrier film of the present invention includes the porous body including the composite having the maximum absorbance at an arbitrary wavelength in the wavelength range of 700 nm to 1500 nm, the porous body has both heat insulating properties and thermal barrier properties, Useful as a thermal film.
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。 The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明するが、本発明の技術範囲はこれらの実施形態に限定されるものではない。以下の各例において、「%」は、特に断りのない限り、質量%(w/w%)を示す。 EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated in detail based on an Example, the technical scope of this invention is not limited to these embodiment. In the following examples, “%” indicates mass% (w / w%) unless otherwise specified.
<平板状金属微粒子と微細化セルロース繊維の複合体調製>
(木材セルロースのTEMPO酸化)
針葉樹クラフトパルプ70gを蒸留水3500gに懸濁し、蒸留水350gにTEMPOを0.7g、臭化ナトリウムを7g溶解させた溶液を加え、20℃まで冷却した。ここに2mol/L、密度1.15g/mLの次亜塩素酸ナトリウム水溶液450gを滴下により添加し、酸化反応を開始した。系内の温度は常に20℃に保ち、反応中のpHの低下は0.5Nの水酸化ナトリウム水溶液を添加することでpH10に保ち続けた。セルロースの重量に対して、水酸化ナトリウムの添加量の合計が3.50mmol/gに達した時点で、約100mLのエタノールを添加し反応を停止させた。その後、ガラスフィルターを用いて蒸留水によるろ過洗浄を繰り返し、酸化パルプを得た。
<Preparation of composite of flat metal fine particles and fine cellulose fiber>
(TEMPO oxidation of wood cellulose)
70 g of softwood kraft pulp was suspended in 3500 g of distilled water, and a solution of 0.7 g of TEMPO and 7 g of sodium bromide dissolved in 350 g of distilled water was added and cooled to 20 ° C. 450 g of sodium hypochlorite aqueous solution having a concentration of 2 mol / L and a density of 1.15 g / mL was added dropwise thereto to initiate an oxidation reaction. The temperature in the system was always kept at 20 ° C., and the decrease in pH during the reaction was kept at pH 10 by adding a 0.5N aqueous sodium hydroxide solution. When the total amount of sodium hydroxide added reached 3.50 mmol / g based on the weight of cellulose, about 100 mL of ethanol was added to stop the reaction. Thereafter, filtration and washing with distilled water were repeated using a glass filter to obtain oxidized pulp.
(酸化パルプのカルボキシ基量測定)
上記TEMPO酸化で得た酸化パルプおよび再酸化パルプを固形分重量で0.1g量りとり、1%濃度で水に分散させ、塩酸を加えてpHを2.5とした。その後0.5M水酸化ナトリウム水溶液を用いた電導度滴定法により、カルボキシ基量(mmol/g)を求めた。結果は1.6mmol/gであった。
(Measurement of carboxy group content in oxidized pulp)
Oxidized pulp and re-oxidized pulp obtained by the TEMPO oxidation were weighed in an amount of 0.1 g by solid content, dispersed in water at a concentration of 1%, and hydrochloric acid was added to adjust the pH to 2.5. Thereafter, the amount of carboxy groups (mmol / g) was determined by conductivity titration using a 0.5 M aqueous sodium hydroxide solution. The result was 1.6 mmol / g.
(酸化パルプの解繊処理)
上記TEMPO酸化で得た酸化パルプ1gを99gの蒸留水に分散させ、ジューサーミキサーで30分間微細化処理し、微細化セルロース繊維濃度1%の微細化セルロース繊維水分散液を得た。この微細化セルロース繊維水分散液に含まれる微細化セルロース繊維の数平均短軸径は4nm、数平均長軸径は1110nmであった。また、レオメーターを用いて定常粘弾性測定を行ったところ、この微細化セルロース繊維分散液はチキソトロピック性を示した。
(Oxidized pulp defibration treatment)
1 g of oxidized pulp obtained by the TEMPO oxidation was dispersed in 99 g of distilled water, and refined with a juicer mixer for 30 minutes to obtain a refined cellulose fiber aqueous dispersion having a refined cellulose fiber concentration of 1%. The number average minor axis diameter of the refined cellulose fibers contained in the fine cellulose fiber aqueous dispersion was 4 nm, and the number average major axis diameter was 1110 nm. Moreover, when steady-state viscoelasticity measurement was performed using the rheometer, this refined cellulose fiber dispersion showed thixotropic properties.
(硝酸銀水溶液の調製)
硝酸銀50mgを蒸留水10mLに溶解させ、硝酸銀水溶液を調製した。
(Preparation of silver nitrate aqueous solution)
A silver nitrate aqueous solution was prepared by dissolving 50 mg of silver nitrate in 10 mL of distilled water.
(水素化ホウ素ナトリウム水溶液の調製)
水素化ホウ素ナトリウム50mgを蒸留水10mLに溶解させ、水素化ホウ素ナトリウム水溶液を調製した。
(Preparation of aqueous sodium borohydride solution)
Sodium borohydride 50mg was dissolved in distilled water 10mL, and sodium borohydride aqueous solution was prepared.
(平板状金属微粒子と微細化セルロースとの複合体の作製)
上述した1%微細化セルロース繊維水分散液50gを温度一定(15℃)に保ち攪拌しながら、硝酸銀水溶液0.5mLを添加した。5分攪拌を続けたのち、水素化ホウ素ナトリウム水溶液を2mL添加し、さらに30分ほど攪拌を続けることによって平板状金属微粒子と微細化セルロース繊維との複合体を作製した。
(Preparation of a composite of flat metal fine particles and refined cellulose)
While stirring 50 g of the above-mentioned 1% fine cellulose fiber aqueous dispersion at a constant temperature (15 ° C.), 0.5 mL of an aqueous silver nitrate solution was added. After stirring for 5 minutes, 2 mL of an aqueous sodium borohydride solution was added, and stirring was further continued for about 30 minutes to produce a composite of flat metal fine particles and fine cellulose fibers.
(平板状金属微粒子と微細化セルロースとの複合体の形状観察)
得られた平板状金属微粒子と微細化セルロースとの複合体を、高速冷却遠心機を用い、75,600g(30分×5セット)の条件で精製・分画した。精製済みの平板状金属微粒子をシリコンウェハ板上にキャストし、白金蒸着処理を施した後、走査型電子顕微鏡(日立ハイテク社製、「S−4800」)を用いて垂直方向から観察した。結果を図5に示す。平板状金属微粒子と微細化セルロース繊維との同時観察を行うことで、微細化セルロース繊維と平板状金属微粒子間の相互結合状態を確認した。
(Shape observation of complex of flat metal fine particles and fine cellulose)
The obtained composite of flat metal fine particles and refined cellulose was purified and fractionated under conditions of 75,600 g (30 minutes × 5 sets) using a high-speed cooling centrifuge. The purified flat metal fine particles were cast on a silicon wafer plate and subjected to platinum vapor deposition, and then observed from the vertical direction using a scanning electron microscope (“S-4800”, manufactured by Hitachi High-Tech). The results are shown in FIG. By performing simultaneous observation of the flat metal fine particles and the refined cellulose fibers, the mutual bonding state between the refined cellulose fibers and the flat metal fine particles was confirmed.
精製済みの平板状金属微粒子と微細化セルロースとの複合体をPETフィルム上にキャストし、透過型電子顕微鏡(日本電子株式会社製、「JEM2100F」)を用いて断面方向から観察した。結果を図6に示す。なお、得られた画像から平板状金属微粒子の粒子厚みを算出した。 A complex of purified flat metal fine particles and refined cellulose was cast on a PET film, and observed from a cross-sectional direction using a transmission electron microscope (manufactured by JEOL Ltd., “JEM2100F”). The results are shown in FIG. In addition, the particle thickness of the flat metal fine particles was calculated from the obtained image.
精製済みの平板状金属微粒子と微細化セルロースとの複合体をシリコンウェハ板上キャストし、非蒸着のままSEM観察を行った後、エネルギー分散型X線分析による元素マッピングを行った。 A complex of refined planar metal fine particles and refined cellulose was cast on a silicon wafer plate, and SEM observation was performed without vapor deposition, followed by element mapping by energy dispersive X-ray analysis.
平板状金属微粒子と微細化セルロースとの複合体を、走査透過型電子顕微鏡(株式会社日立ハイテク製、「S−4800」)を用いて観察した。結果を図7に示す。得られた画像中の平板状銀ナノ粒子を、円で近似した際の径を、平面方向の粒子径として算出した。 The complex of flat metal fine particles and refined cellulose was observed using a scanning transmission electron microscope (“S-4800”, manufactured by Hitachi High-Tech Co., Ltd.). The results are shown in FIG. The diameter when the tabular silver nanoparticles in the obtained image were approximated by a circle was calculated as the particle diameter in the plane direction.
(平板状金属微粒子と微細化セルロースとの複合体の分光吸収スペクトル測定)
平板状金属微粒子と微細化セルロースとの複合体の水分散液を石英セルに入れ、分光光度計(株式会社島津製作所製、「UV−3600」)を用いて分光スペクトルの測定を行った。結果を図8に示す。
(Spectral absorption spectrum measurement of a composite of flat metal fine particles and refined cellulose)
An aqueous dispersion of a composite of flat metal fine particles and refined cellulose was placed in a quartz cell, and a spectrum was measured using a spectrophotometer (manufactured by Shimadzu Corporation, “UV-3600”). The results are shown in FIG.
図5は、得られた複合体の走査型電子顕微鏡(SEM)による観察結果を示しており、(a)はSEM画像であり、(b)は、(a)の模式図である。
図5(a)及び図5(b)に示すように、驚くべきことに遠心分離による分画精製処理後にもかかわらず、平板状銀微粒子に微細化セルロース繊維が結合している様子が確認された。シリコンウェハの他の部分には微細化セルロース繊維が単独で存在している様子は見られなかったことからも、銀と微細化セルロース繊維は完全に結合していて不可分であることが示された。
FIG. 5 shows the observation result of the obtained composite by a scanning electron microscope (SEM), (a) is an SEM image, and (b) is a schematic diagram of (a).
As shown in FIG. 5 (a) and FIG. 5 (b), it was surprisingly confirmed that the finely divided cellulose fibers were bound to the tabular silver fine particles despite the fraction purification treatment by centrifugation. It was. Since there was no appearance of the micronized cellulose fiber alone in other parts of the silicon wafer, it was shown that the silver and the micronized cellulose fiber were completely bonded and inseparable. .
図6は、得られた複合体を、透過型電子顕微鏡(TEM)によって断面方向から観察した結果を示す図(TEM画像)である。
図6に示すように、断面方向から見た平板状銀の形状は長方形であり、短軸方向の長さは約10nmであったことから、平板状銀は厚さ10nm程度の平板状粒子であることが判明した。
FIG. 6 is a diagram (TEM image) showing a result of observing the obtained composite from a cross-sectional direction with a transmission electron microscope (TEM).
As shown in FIG. 6, the shape of tabular silver viewed from the cross-sectional direction was a rectangle, and the length in the minor axis direction was about 10 nm. Therefore, tabular silver is a tabular grain having a thickness of about 10 nm. It turned out to be.
また、エネルギー分散型X線分析による元素マッピングの結果から、SEM画像(図示略)で観察された微粒子部分にAgとCが選択的に含まれていることが示された。図5の結果とも併せて、微細化セルロース繊維は、平板状銀ナノ粒子の内部にまで入り込んで複合体を形成しており、やはり平板状銀ナノ粒子と微細化セルロース繊維は不可分であることが示された。 Moreover, the result of elemental mapping by energy dispersive X-ray analysis showed that Ag and C were selectively contained in the fine particle portion observed in the SEM image (not shown). Together with the results of FIG. 5, the fine cellulose fibers penetrate into the inside of the flat silver nanoparticles to form a composite, and again the flat silver nanoparticles and the fine cellulose fibers are inseparable. Indicated.
図8は、平板状金属微粒子と微細化セルロース繊維との複合体の分散液状態での分光透過スペクトルを示す図である。測定装置は、株式会社島津製作所製のUV−3600を使用した。
図8に示すように、分光透過スペクトルの測定結果から、吸収ピークは966nmであることが確認された。すなわち、近赤外線吸収材料として利用可能であることが確かめられた。
FIG. 8 is a diagram showing a spectral transmission spectrum in a dispersion state of a composite of flat metal fine particles and fine cellulose fibers. As a measuring apparatus, UV-3600 manufactured by Shimadzu Corporation was used.
As shown in FIG. 8, it was confirmed from the measurement result of the spectral transmission spectrum that the absorption peak was 966 nm. That is, it was confirmed that it can be used as a near-infrared absorbing material.
以下、作製した平板状銀微粒子と微細化セルロース繊維の複合体(以下近赤外線吸収複合体)を用いた多孔質体について、実施例を示しながら説明する。 Hereinafter, a porous body using a composite of the produced tabular silver fine particles and fine cellulose fibers (hereinafter referred to as a near infrared absorption composite) will be described with reference to examples.
<実施例1>
(多孔質体の作製)
前記近赤外線吸収複合体の水分散液を、膜厚25μmのポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム上にバーコーター#100を用いて塗布し、二酸化炭素を用いた超臨界乾燥を用いて溶媒を除去して積層体を形成した。
<Example 1>
(Preparation of porous material)
The aqueous dispersion of the near-infrared absorbing composite was applied onto a 25 μm thick polyethylene terephthalate (PET) film using a bar coater # 100, and the solvent was removed using supercritical drying using carbon dioxide. A laminate was formed.
(多孔質体の比表面積測定)
前記積層体から微細化セルロース繊維を含む層を剥離し、窒素吸着BET法によりオートソーブ1−MP(ユアサアイオニクス株式会社製)を用いて比表面積を測定した。測定結果を表1に示す。
(Specific surface area measurement of porous material)
The layer containing fine cellulose fibers was peeled from the laminate, and the specific surface area was measured by autosorb 1-MP (manufactured by Yuasa Ionics Co., Ltd.) by nitrogen adsorption BET method. The measurement results are shown in Table 1.
<実施例2>
前記近赤外線吸収複合体の水分散液に対し重量比で10%となるようにt-ブタノールを混合したのち、該近赤外線吸収複合体の混合分散液を膜厚25μmのポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム上にバーコーター#100を用いて塗布し、凍結乾燥法を用いて溶媒を除去して積層体を形成した。該積層体については実施例1と同様の方法で比表面積を測定した。
<Example 2>
After mixing t-butanol at a weight ratio of 10% with respect to the aqueous dispersion of the near-infrared absorbing composite, the mixed dispersion of the near-infrared absorbing composite is mixed with a polyethylene terephthalate (PET) film having a thickness of 25 μm. It was applied using a bar coater # 100, and the solvent was removed using a freeze drying method to form a laminate. About this laminated body, the specific surface area was measured by the method similar to Example 1. FIG.
<実施例3>
(多孔質体の作製)
前記近赤外線吸収複合体の水分散液を、0.1M塩酸でpH2程度に調製し、ゲル状の凝集体を得た。該ゲル状凝集体をpH2程度の希塩酸を用いて3回洗浄したのち、蒸留水で3回洗浄した。
<Example 3>
(Preparation of porous material)
An aqueous dispersion of the near-infrared absorbing composite was prepared to a pH of about 2 with 0.1 M hydrochloric acid to obtain a gel-like aggregate. The gel aggregate was washed 3 times with dilute hydrochloric acid having a pH of about 2, and then washed 3 times with distilled water.
前記ゲル状凝集体アセトンを用いて溶媒置換した。具体的には、まず該ゲル状凝集体をアセトンに投入し、30分間攪拌した後にガラスフィルターを用いて該ゲル状凝集体をろ別し回収した。さらに同様の作業を2回行った。続いて置換溶媒としてトルエンを用い、前述と同様の手順でアセトンからトルエンへの溶媒置換を行った。 Solvent substitution was performed using the gel-like aggregate acetone. Specifically, first, the gel-like aggregate was put into acetone, stirred for 30 minutes, and then the gel-like aggregate was filtered and collected using a glass filter. Further, the same operation was performed twice. Subsequently, using toluene as a substitution solvent, the solvent was substituted from acetone to toluene in the same procedure as described above.
前記ゲル状凝集体にさらにトルエンを加えて固形分濃度0.5%程度としたのち、末端にアミン基および側鎖にフェニル基を有する重合度20のポリエチレングリコール(PEG修飾体)を該ゲル状凝集対中のカルボキシル基量に対して1.0当量加え、超音波ホモジナイザーを用いて前記近赤外線吸収複合体をトルエン中に再分散させた。 After further adding toluene to the gel-like aggregate to a solid content concentration of about 0.5%, a polyethylene glycol having a polymerization degree of 20 (PEG-modified product) having an amine group at the terminal and a phenyl group at the side chain is added to the gel-like aggregate. 1.0 equivalent was added to the amount of carboxyl groups in the coagulation pair, and the near-infrared absorbing complex was redispersed in toluene using an ultrasonic homogenizer.
ポリメチルフェニルシラン(PMPS、大阪ガスケミカル株式会社)を固形分2%でトルエンに溶解し、PMPS溶液を調製した。 Polymethylphenylsilane (PMPS, Osaka Gas Chemical Co., Ltd.) was dissolved in toluene at a solid content of 2% to prepare a PMPS solution.
前記近赤外線吸収複合体のトルエン分散液を攪拌しながら前記PMPS溶液を最終的に分散液の質量比で1:1となるまで少しずつ添加しながら混合し、微細化セルロース繊維とPMPSが均一に分散した混合分散液を調製した。すなわち、最終的な混合分散液中の微細化セルロース繊維濃度は約0.25%となり、PMPSの濃度は約1%となった。 While stirring the toluene dispersion of the near-infrared absorbing composite, the PMPS solution is added and mixed little by little until the mass ratio of the dispersion finally becomes 1: 1, so that the refined cellulose fibers and the PMPS are uniform. A dispersed mixed dispersion was prepared. That is, the fine cellulose fiber concentration in the final mixed dispersion was about 0.25%, and the concentration of PMPS was about 1%.
前記混合分散液を、膜厚25μmのポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム上にバーコーター#100を用いて塗布し、オーブン、80℃で5分乾燥して積層体を形成した。該積層体については実施例1と同様の方法で比表面積を測定した。 The mixed dispersion was coated on a polyethylene terephthalate (PET) film having a film thickness of 25 μm using a bar coater # 100, and dried in an oven at 80 ° C. for 5 minutes to form a laminate. About this laminated body, the specific surface area was measured by the method similar to Example 1. FIG.
<比較例1>
前記近赤外線吸収複合体の水分散液を、膜厚25μmのポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム上にバーコーター#100を用いて塗布し、オーブン、80℃で5分乾燥して積層体を形成した。該積層体については実施例1と同様の方法で比表面積を測定した。
<Comparative Example 1>
The aqueous dispersion of the near-infrared absorbing composite was applied onto a polyethylene terephthalate (PET) film having a film thickness of 25 μm using a bar coater # 100 and dried at 80 ° C. for 5 minutes to form a laminate. About this laminated body, the specific surface area was measured by the method similar to Example 1. FIG.
表1に示されるように、実施例1乃至3において比表面積を測定したところ、微細化セルロース繊維同士の凝集が妨げられることによって空隙が維持され、多孔質体を形成していることが確認された。特に実施例3においては、凍結乾燥法や超臨界乾燥法などの特殊な乾燥法を用いなかったにもかかわらず高比表面積を有していた。これは実施例3において用いた有機オニウム化合物がアリール基を含まないため、微細化セルロース繊維とPMPSの間でπ−πスタッキング構造を形成し、微細化セルロース繊維同士の凝集が妨げられ空隙が形成されたためであると考えられる。 As shown in Table 1, when the specific surface area was measured in Examples 1 to 3, it was confirmed that the voids were maintained by preventing the aggregation of the finely divided cellulose fibers, thereby forming a porous body. It was. In particular, Example 3 had a high specific surface area even though no special drying method such as freeze drying or supercritical drying was used. This is because the organic onium compound used in Example 3 does not contain an aryl group, so a π-π stacking structure is formed between the refined cellulose fibers and PMPS, and aggregation of the refined cellulose fibers is prevented and voids are formed. It is thought that this is because
一方、比較例1においては微細化セルロース繊維同士が凝集して緻密な積層膜を形成しており、多孔質体が形成されていないことが比表面積測定により確認された。これは通常のオーブン乾燥を用いたことに加え、微細化セルロース繊維同士の凝集を阻害するようなπ−πスタッキング構造を形成するためのアリール基やPMPSを含まないためであると考えられる。 On the other hand, in Comparative Example 1, it was confirmed by specific surface area measurement that finely divided cellulose fibers aggregated to form a dense laminated film, and no porous body was formed. This is presumably because, in addition to using ordinary oven drying, it does not contain an aryl group or PMPS for forming a π-π stacking structure that inhibits aggregation of finely divided cellulose fibers.
(実施例4)
実施例3で得られた積層体に以下に示す方法でハードコート層および粘着層を設けて遮熱フィルムを作製した。
Example 4
The laminate obtained in Example 3 was provided with a hard coat layer and an adhesive layer by the method shown below to produce a heat shielding film.
(ハードコート層の形成)
ハードコート層は固形分100質量%のペンタエリスリトールアクリレート(PETA)に、イソプロピルアルコール(IPA)を用いて、PETAの固形分濃度が50%になるように希釈した。この希釈液に、光重合開始剤として、Irgacure(登録商標)184(BASFジャパン株式会社製)をPETA100質量部に対して5質量部加え、ハードコート層形成用塗料を調製し、離形フィルム上に6μmになるようにバーコーターにて塗工した。さらに二液硬化型ポリウレタン系ラミネート用接着剤(A525/A52、三井化学ポリウレタン株式会社製)を使用し、ハードコート層上に接着剤面を形成した。接着剤は、グラビアコート法により、乾燥後の塗布量が3.0g/m2となるように塗布した。こうして得られたハードコート層を含む積層体と実施例3で得られた積層体とを多孔質体層と接着剤面を介して貼りあわせたのち、離形フィルムを除去した。
(Formation of hard coat layer)
The hard coat layer was diluted with pentaerythritol acrylate (PETA) having a solid content of 100% by mass using isopropyl alcohol (IPA) so that the solid content concentration of PETA was 50%. To this diluted solution, Irgacure (registered trademark) 184 (manufactured by BASF Japan Ltd.) as a photopolymerization initiator is added in an amount of 5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of PETA to prepare a hard coat layer-forming coating material. The film was coated with a bar coater so as to be 6 μm. Further, a two-component curable polyurethane-based laminate adhesive (A525 / A52, manufactured by Mitsui Chemicals Polyurethane Co., Ltd.) was used to form an adhesive surface on the hard coat layer. The adhesive was applied by a gravure coating method so that the coating amount after drying was 3.0 g / m 2 . The laminate including the hard coat layer thus obtained and the laminate obtained in Example 3 were bonded to each other through the porous body layer and the adhesive surface, and then the release film was removed.
(粘着層の形成)
テルフィルムとして、(トーヨーケム株式会社製、BPS5296)を、粘着層を10μmになるように形成し、基材又は赤外線遮蔽複合組成物のハードコート層の反対面に貼りあわせた。
(Formation of adhesive layer)
As a tellurium film (Toyochem Co., Ltd., BPS5296) was formed such that the adhesive layer was 10 μm, and was bonded to the opposite surface of the base coat or the hard coat layer of the infrared shielding composite composition.
前記ハードコート層および粘着層を設けた積層体を、遮熱フィルムとして用い、以下の実験を行った。空調の無い室内で南向き窓の内側の一部分に該フィルムをあらかじめ貼り付けておき、2013年8月31日の午後2時(外気温36℃)にフィルムを貼った部分の窓際の温度を測定したところ30℃であった。 The following experiment was performed using the laminated body provided with the said hard-coat layer and the adhesion layer as a heat-shielding film. In a room without air conditioning, the film is pasted in advance on a part of the inside of the south facing window, and the temperature at the window of the part where the film is pasted is measured at 2 pm on August 31, 2013 (outside temperature 36 ° C.). It was 30 degreeC as a result.
(実施例5)
実施例2で得られた積層体に実施例4と同様の方法でハードコート層および粘着層を設けて遮熱フィルムを作製した。空調の無い室内で南向き窓の内側の一部分に該フィルムをあらかじめ貼り付けておき、2013年8月31日の午後2時(外気温36℃)にフィルムを貼った部分の窓際の温度を測定したところ32℃であった。
(Example 5)
The laminated body obtained in Example 2 was provided with a hard coat layer and an adhesive layer in the same manner as in Example 4 to produce a thermal barrier film. In a room without air conditioning, the film is pasted in advance on a part of the inside of the south facing window, and the temperature at the window of the part where the film is pasted is measured at 2 pm on August 31, 2013 (outside temperature 36 ° C.). As a result, it was 32 ° C.
(比較例2)
比較例1で得られた積層体に実施例4と同様の方法でハードコート層および粘着層を設けて遮熱フィルムを作製した。空調の無い室内で南向き窓の内側の一部分に該フィルムをあらかじめ貼り付けておき、2013年8月31日の午後2時(外気温36℃)にフィルムを貼った部分の窓際の温度を測定したところ38℃であった。
(Comparative Example 2)
The laminated body obtained in Comparative Example 1 was provided with a hard coat layer and an adhesive layer in the same manner as in Example 4 to produce a heat shielding film. In a room without air conditioning, the film is pasted in advance on a part of the inside of the south facing window, and the temperature at the window of the part where the film is pasted is measured at 2 pm on August 31, 2013 (outside temperature 36 ° C.). It was 38 degreeC as a result.
実施例4、5においては窓際の温度が外気温よりも低かったことから、遮熱効果が明確に示された。一方、比較例2においては近赤外線遮蔽材料である平板状銀微粒子と微細化セルロース繊維の複合体を用いているにもかかわらず、窓際の温度が外気温よりも高くなるという結果であった。これは、比較例2においては該複合体が近赤外線を吸収することによりフィルム自体が発熱してしまったことに加え、フィルムに断熱性が付与されていないことが原因である。一方で、実施例4、5では該複合体を含有する層が多孔質体を形成していることからフィルム自体の発熱が抑制され、なおかつ多孔質体に由来する断熱性により外気温の影響を遮断したためと考えられる。本発明の遮熱フィルムは、波長700nmから1500nmにおける任意の波長に吸光度の最大値を有する複合体を包含する上記多孔質体を含むため、多孔質体が断熱性と遮熱性を併せ持ち、遮熱フィルムとして有用である。 In Examples 4 and 5, since the temperature at the window was lower than the outside air temperature, the heat shielding effect was clearly shown. On the other hand, in Comparative Example 2, the result was that the temperature at the window was higher than the outside air temperature, despite using a composite of tabular silver fine particles and fine cellulose fibers as a near-infrared shielding material. This is because, in Comparative Example 2, the film itself generated heat due to the absorption of near infrared rays, and the film was not provided with heat insulation. On the other hand, in Examples 4 and 5, since the layer containing the composite forms a porous body, the heat generation of the film itself is suppressed, and the influence of the outside temperature is influenced by the heat insulation derived from the porous body. It is thought that it was cut off. Since the thermal barrier film of the present invention includes the porous body including the composite having the maximum absorbance at an arbitrary wavelength in the wavelength range of 700 nm to 1500 nm, the porous body has both heat insulating properties and thermal insulating properties, Useful as a film.
本発明によれば、バイオマス材料を用いた低環境負荷且つ簡便なプロセスにより得られた近赤外線遮蔽材料を包含する多孔質体及び遮熱フィルムを提供することが可能である。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it is possible to provide the porous body and thermal insulation film which contain the near-infrared shielding material obtained by the low environmental load and simple process using biomass material.
1 複合体
2 平板状金属微粒子(平板状銀微粒子)
3 微細化セルロース(微細化セルロース繊維)
3a 微細化セルロースが平板状金属微粒子の内部に取り込まれている部分
3b 微細化セルロースが平板状金属微粒子の表面に露出している部分
11 基材
12 赤外線遮蔽層
13 接着層
14 ハードコート層
15 粘着層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Composite 2 Flat metal fine particle (tabular silver fine particle)
3 Fine cellulose (fine cellulose fiber)
3a Part where micronized cellulose is taken into the inside of the flat metal fine particles 3b Part where micronized cellulose is exposed on the surface of the flat metal fine particles 11 Base material 12 Infrared shielding layer 13 Adhesive layer 14 Hard coat layer 15 Adhesive layer
Claims (22)
前記平板状金属微粒子は、少なくとも1種類以上の金属又はそれらの化合物であり、
前記微細化セルロース繊維は多孔質状に配置されていることを特徴とする、多孔質体。 Each of the finely divided cellulose fibers includes a composite of finely divided cellulose fibers and flat metal fine particles, and at least a part or all of the finely divided cellulose fibers are taken into the flat metal fine particles, and the remainder is the flat metal fine particles. Exposed on the surface of
The flat metal fine particles are at least one kind of metal or a compound thereof,
The said refined cellulose fiber is arrange | positioned in the porous form, The porous body characterized by the above-mentioned.
前記微細化セルロース繊維を溶媒中に分散させて微細化セルロース繊維分散液を得る工程と、
前記微細化セルロース繊維分散液と、金属イオンを含有する溶液と、を混合して混合溶液を得る工程と、
前記混合溶液中の前記金属イオンを還元して平板状金属微粒子を成長させるとともに、前記平板状金属微粒子と微細化セルロース繊維との複合体を形成する工程と、
前記複合体および微細化セルロース繊維を含む分散液から溶媒を除去して多孔質体を形成する工程と、
を含むことを特徴とする、多孔質体の製造方法。 A step of preparing finely divided cellulose fibers;
A step of dispersing the finely divided cellulose fibers in a solvent to obtain a finely divided cellulose fiber dispersion;
Mixing the fine cellulose fiber dispersion and a solution containing metal ions to obtain a mixed solution;
Reducing the metal ions in the mixed solution to grow plate-like metal fine particles, and forming a composite of the plate-like metal fine particles and fine cellulose fibers;
Removing the solvent from the dispersion containing the composite and the refined cellulose fiber to form a porous body;
The manufacturing method of the porous body characterized by including.
・・・(1)
式(1)中、Mは窒素原子あるいはリン原子を表し、R1、R2、R3およびR4はアリール基、水素原子、炭化水素基、ポリエーテルあるいはヘテロ原子を含む炭化水素基を表す。ただし、R1、R2、R3およびR4のうち少なくともひとつについてはその構造の中にアリール基を含む。
・・・(2)
式(2)中、R1およびR2は、各々独立にアリール基、炭化水素基、ヒドロキシ基、アルコキシ基、シクロアルキルオキシ基、アリールオキシ基、アラルキルオキシ基、アミノ基、シリル基、およびハロゲン原子からなる群より選ばれる。ただし、R1およびR2の少なくとも一方はアリール基である。 In the step of forming a porous body by removing the solvent from the dispersion containing the composite and the refined cellulose fiber, a counter ion of a carboxy group present in the composite and the refined cellulose fiber contained in the dispersion is used. At least a portion is exchanged with an organic onium ion represented by the following general formula (1), and after further mixing polysilane (B) having a unit represented by the following general formula (2), the solvent is removed by drying. The method for producing a porous body according to any one of claims 10 to 15, wherein:
... (1)
In formula (1), M represents a nitrogen atom or a phosphorus atom, and R 1 , R 2 , R 3 and R 4 represent an aryl group, a hydrogen atom, a hydrocarbon group, a polyether or a hydrocarbon group containing a hetero atom. . However, at least one of R 1 , R 2 , R 3 and R 4 includes an aryl group in the structure.
... (2)
In formula (2), R 1 and R 2 are each independently an aryl group, hydrocarbon group, hydroxy group, alkoxy group, cycloalkyloxy group, aryloxy group, aralkyloxy group, amino group, silyl group, and halogen Selected from the group consisting of atoms. However, at least one of R 1 and R 2 is an aryl group.
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