JP6276565B2 - フラーレン誘導体を含有する樹脂組成物およびその製造方法 - Google Patents

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本発明は、フラーレン誘導体を含有する樹脂組成物及びその製造方法に関する。
近年、フラーレン誘導体を含む樹脂組成物に関する研究が多くなされている。特許文献1には、耐熱性樹脂として、フラーレン類を含有する樹脂が開示されている。非特許文献2には、ポリメチルメタクリレートとC60とからなる樹脂組成物が開示されている。
フラーレンを含有する樹脂組成物の耐熱性をさらに向上したいという要望がある。
本発明の主な目的は、フラーレンを含有する樹脂組成物の耐熱性を向上することにある。
本発明に係るフラーレン誘導体を含有する樹脂組成物は、芳香環を有するフラーレン誘導体を含有する。
本発明に係るフラーレン誘導体を含有する樹脂組成物において、芳香環を有するフラーレン誘導体は、フェノール多付加体フラーレン誘導体、トリル多付加体フラーレン誘導体、フェニルC61酪酸メチルエステル(PCBM)フラーレン誘導体及び2−メチルマロン酸アリ−ルエステルD3d対称六付加体フラーレン誘導体からなる群から選ばれた少なくとも一種であることが好ましい。
本発明に係るフラーレン誘導体を含有する樹脂組成物は、樹脂100重量部に対して、芳香環を有するフラーレン誘導体を0.01重量部以上含有することが好ましい。
本発明に係るフラーレン誘導体を含有する樹脂組成物は、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリスチレン(PS)及びフェノール樹脂の少なくとも一種を含むことが好ましい。
本発明に係る第1のフラーレン誘導体を含有する樹脂組成物の製造方法は、上記本発明に係るフラーレン誘導体を含有する樹脂組成物の製造方法に関する。本発明に係る第1のフラーレン誘導体を含有する樹脂組成物の製造方法では、樹脂を含む溶液と、芳香環を有するフラーレン誘導体を含む溶液とを混合した後に、溶媒を除去することにより、フラーレン誘導体を含有する樹脂組成物を得る。
本発明に係る第2のフラーレン誘導体を含有する樹脂組成物の製造方法は、上記本発明に係るフラーレン誘導体を含有する樹脂組成物の製造方法に関する。本発明に係る第2のフラーレン誘導体を含有する樹脂組成物の製造方法では、樹脂を含む溶液に芳香環を有するフラーレン誘導体を添加して混合した後に、溶媒を除去することにより、フラーレン誘導体を含有する樹脂組成物を得る。
本発明に係る第3のフラーレン誘導体を含有する樹脂組成物の製造方法は、上記本発明に係るフラーレン誘導体を含有する樹脂組成物の製造方法に関する。本発明に係る第3のフラーレン誘導体を含有する樹脂組成物の製造方法では、樹脂を構成するためのモノマーと芳香環を有するフラーレン誘導体とを混合後、モノマーを重合させることにより、フラーレン誘導体を含有する樹脂組成物を得る。
本発明によれば、フラーレンを含有する樹脂組成物の耐熱性を向上することができる。
フェノール多付加体フラーレン―PMMAコンポジットの熱重量測定(TGA)チャートを示す図である。 フェノール多付加体フラーレン―フェノール樹脂コンポジットの熱重量測定(TGA)チャートを示す図である。
本発明に係るフラーレン誘導体を含有する樹脂組成物は、芳香環を有するフラーレン誘導体を含有している。
本発明において、「フラーレン誘導体」とは、フラーレン骨格を有する化合物一般を意味する。「フラーレン骨格」とは、球殻状の炭素分子からなる骨格の総称である。フラーレン骨格には、例えば、C60,C70,C76,C78,C80,C82,C84,C86,C88,C90,C92,C96等が含まれる。
好ましく用いられる芳香環を有するフラーレン誘導体の具体例としては、フェノール多付加体フラーレン誘導体、トリル多付加体フラーレン誘導体、フェニルC61酪酸メチルエステル(PCBM)化フラーレン誘導体、2−メチルマロン酸アリ−ルエステルD3d対称六付加体フラーレン誘導体等が挙げられる。これらのフラーレン誘導体のうちの1種のみを用いてもよいし、複数種類を混合して用いてもよい。
フェノール多付加体フラーレン誘導体とは、フラーレン骨格に少なくともひとつのフェノール基(−COH)が直接結合しているフラーレン誘導体のことである。フラーレン骨格がC60であるフェノール多付加体フラーレン誘導体の具体例としては、C60(COH)で表されるフラーレン誘導体が挙げられる。一般式C60(COH)において、nは6〜18であることが好ましい。
トリル多付加体フラーレン誘導体とは、フラーレン骨格に少なくともひとつのトリル基(−CCH)が直接結合しているフラーレン誘導体のことである。フラーレン骨格がC60であるトリル多付加体フラーレン誘導体の具体例としては、C60(CCHで表されるフラーレン誘導体が挙げられる。一般式C60(CCHにおいて、nは6〜18であることが好ましい。
フェノール多付加体フラーレン誘導体やフェノール多付加体フラーレン誘導体は、安価な塩化鉄を触媒とし、温和な条件下で合成することができる。また、種々のフラーレン骨格を有するフェノール多付加体フラーレン誘導体やフェノール多付加体フラーレン誘導体を合成し得る。
フェニルC61酪酸メチルエステル(PCBM)フラーレン誘導体とは、フェニル基と酪酸メチルエステルがメタノ架橋を通じてフラーレン骨格に結合したフェニルC61酪酸メチルエステルである。
2−メチルマロン酸アリ−ルエステルD3d対称六付加体フラーレン誘導体とは、6つの2−メチルマロン酸アリ−ルエステル部位がC60にD3d対称(フラーレン骨格の1,16,29,38,43,60位)となるように付加したフラーレン誘導体である。2−メチルマロン酸アリ−ルエステルD3d対称六付加体フラーレン誘導体は、例えば、ナトリウムナフタレナイドで還元したC60多価アニオンに、2−ブロモ‐2−メチルマロン酸アリ−ルエステル(アリール=C−4−OCH)を反応させることにより合成することができる。
本発明に係る樹脂組成物に用いられる樹脂は、特に限定されない。好ましく用いられる樹脂の具体例としては、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリスチレン(PS)、フェノール樹脂等が挙げられる。本発明に係る樹脂組成物は、これらの樹脂のうちの1種のみを含んでいてもよいし、複数種類を含んでいてもよい。
本発明に係る樹脂組成物における、芳香環を有するフラーレン誘導体の含有量は、樹脂組成物に要求される物性等に応じて適宜設定することができる。本発明に係る樹脂組成物は、例えば、樹脂100重量部に対して、前記芳香環を有するフラーレン誘導体を0.01重量部以上含有することが好ましい。本発明に係る樹脂組成物において、樹脂100重量部に対する、芳香環を有するフラーレン誘導体の含有量は、0.05重量部〜200重量部であることがより好ましく、0.1〜100重量部であることがさらに好ましい。
本発明に係る樹脂組成物は、可塑剤、分散剤、酸化防止剤、熱安定剤、紫外線吸収剤,耐候性安定剤、ドリッピング防止剤、離型剤、滑剤、難燃剤、着色剤、帯電防止剤、抗菌剤等の添加剤およびガラス繊維、カーボン繊維、高融点有機質繊維、カーボンブラック、シリカ、炭酸カルシウム、クレー、タルク、シラスバルーン、ガラスバルーン等をさらに含有していてもよい。
なお、芳香環を有するフラーレン誘導体を含有する樹脂組成物の製造方法は、特に限定されない。芳香環を有するフラーレン誘導体を含有する樹脂組成物は、例えば、以下の要領で製造することができる。
芳香環を有するフラーレン誘導体を含有する樹脂組成物は、例えば、以下の要領で製造することができる。
(方法1)
樹脂を含む溶液と、芳香環を有するフラーレン誘導体を含む溶液とを混合した後に、溶媒を除去することにより、フラーレン誘導体を含有する樹脂組成物を得る。
(方法2)
樹脂を含む溶液に芳香環を有するフラーレン誘導体を添加して混合した後に、溶媒を除去することにより、フラーレン誘導体を含有する樹脂組成物を得る。
(方法3)
樹脂を構成するためのモノマーと芳香環を有するフラーレン誘導体とを混合後、モノマーを重合させることにより、フラーレン誘導体を含有する樹脂組成物を得る。
上記方法1〜方法3のうち、方法3が最も好ましい。方法3を用いることによって、より優れた耐熱性を実現し得る。その理由としては、定かではないが、方法3を用いた場合に、フラーレン誘導体の分散性がより高くなること等が挙げられる。
なお、後述する、参考例1〜4、6及び実施例5では、方法1を用いている。実施例7及び参考例8では、方法3を用いている。 以下に実施例を示す。ただし、本発明は、その要旨を越えないかぎり、以下の実施例に限定されるものではない。
参考例1)
フェノール多付加体フラーレン0.8部をテトラヒドロフラン(THF) 200部に溶解させ、フェノール多付加体フラーレン溶液を作成した。ポリメタクリル酸メチル(PMMA) 99.2部をTHF 1800部に溶解させ、PMMA溶液を作成した。これらの溶液をマグネットスターラ―と超音波を用いて混合した後、テフロン(登録商標)板上で室温下48時間乾燥させ、さらに真空乾燥機を用いて24時間減圧乾燥してフィルム状の試料1を得た。
試料1の耐熱性を以下の要領で評価した。まず、約8mgの試料を準備した。その試料を、熱重量測定装置(島津製作所製DTA―50)に投入し、30℃から800℃まで、10℃/分で、空気雰囲気下で昇温し、試料の重量が10重量%減少したときの温度(10wt%重量減少時温度)を求めた。この10wt%重量減少時温度を指標として耐熱性を評価した。
試料1の10wt%重量減少時温度は335℃であった。
試料1を倍率8〜40倍の実体光学顕微鏡(Nikon製SMZ型)用いて観察し、フェノール多付加体フラーレンの凝集物の有無を確認した。結果、凝集物は実質的に確認されなかった。
参考例2)
フェノール多付加体フラーレン0.4部をTHF200部に溶解させ、フェノール多付加体フラーレン溶液を作成した。PMMA99.6部をTHF1800部に溶解させ、PMMA溶液を作成した。これらフェノール多付加体フラーレン溶液とPMMA溶液とを用いたこと以外は、参考例1と同様にして試料2を作製し、参考例1と同様にして試料2の耐熱性の評価を行った。
試料2の10wt%重量減少時温度は335℃であった。 試料2を倍率8〜40倍の実体光学顕微鏡(Nikon製SMZ型)用いて観察し、フェノール多付加体フラーレンの凝集物の有無を確認した。結果、凝集物は実質的に確認されなかった。
参考例3)
トリル多付加体フラーレン0.8部をTHF 200部に溶解させ、フェノール多付加体フラーレン溶液を作成した。ポリスチレン(PS) 99.2部をTHF 1800部に溶解させ、PS溶液を作成した。これらの溶液をマグネットスターラ―と超音波を用いて混合した後、テフロン(登録商標)板上で室温下48時間乾燥させ、さらに真空乾燥機を用いて24時間減圧乾燥して試料3を得た。参考例1と同様にして、試料3の耐熱性を評価した。
試料3の10wt%重量減少時温度は307℃であった。 試料3を倍率8〜40倍の実体光学顕微鏡(Nikon製SMZ型)用いて観察し、フェノール多付加体フラーレンの凝集物の有無を確認した。結果、凝集物は実質的に確認されなかった。
参考例4)
フェニルC61酪酸メチルエステル(PCBM)フラーレン0.8部をTHF200部に溶解させ、PCBM付加体フラーレン溶液を作成した。PMMA99.2部をTHF1800部に溶解させ、PMMA溶液を作成した。これらの溶液をマグネットスターラ―と超音波を用いて混合した後、テフロン(登録商標)板上で室温下48時間乾燥させ、さらに真空乾燥機を用いて24時間減圧乾燥して試料4を得た。参考例1と同様にして、試料4の耐熱性を評価した。
試料4の10wt%重量減少時温度は340℃であった。
試料4を倍率8〜40倍の実体光学顕微鏡(Nikon製SMZ型)用いて観察し、フェノール多付加体フラーレンの凝集物の有無を確認した。結果、凝集物は実質的に確認されなかった。
(実施例5)
PCBM付加体フラーレン0.8部をTHF200部に溶解させ、PCBM付加体フラーレン溶液を作成した。PS 99.2部をTHF 1800部に溶解させ、PS溶液を作成した。これらの溶液をマグネットスターラ―と超音波を用いて混合した後、テフロン(登録商標)板上で室温下48時間乾燥させ、さらに真空乾燥機を用いて24時間減圧乾燥して試料5を得た。参考例1と同様にして、試料5の耐熱性を評価した。
試料5の10wt%重量減少時温度は352℃であった。
試料5を倍率8〜40倍の実体光学顕微鏡(Nikon製SMZ型)用いて観察し、フェノール多付加体フラーレンの凝集物の有無を確認した。結果、凝集物は実質的に確認されなかった。
参考例6)
2メチルマロン酸アリ−ルエステル化フラーレン0.8部をTHF 200部に溶解させ、2メチルマロン酸アリ−ルエステル化フラーレン溶液を作成した。PMMA 99.2部をTHF 1800部に溶解させ、PMMA 溶液を作成した。これらの溶液をマグネットスターラ―と超音波を用いて混合した後、テフロン(登録商標)板上で室温下48時間乾燥させ、さらに真空乾燥機を用いて24時間減圧乾燥して試料6を得た。参考例1と同様にして、試料6の耐熱性を評価した。
試料6の10wt%重量減少時温度は346℃であった。
試料6を倍率8〜40倍の実体光学顕微鏡(Nikon製SMZ型)用いて観察し、フェノール多付加体フラーレンの凝集物の有無を確認した。結果、凝集物は実質的に確認されなかった。
なお、参考例6において、2メチルマロン酸アリ−ルエステル化フラーレンは以下の方法で合成した。
ナフタレン72mg、THF15ml、ナトリウム12.9gからなるナトリウムナフタレナイド溶液にC60 20mgを加え撹拌後、2−ブロモ−2−メチルマロン酸ジ−p−メトキシフェニルエステル0.23g含有THF溶液を加え、16時間撹拌反応して2メチルマロン酸アリ−ルエステル化フラーレンを得た。
(実施例7)
フェノール多付加体フラーレン3.6部、フェノール280部、95%パラホルムアルデヒド84部、酒石酸360部を、温度計、撹拌装置、冷却管を備えた内容量1000mlフラスコに仕込み、120℃にて、5時間縮重合反応を行った。反応後、反応物の水洗浄により、酒石酸の除去し、試料7を作製した。参考例1と同様にして、試料7の耐熱性を評価した。
試料7の10wt%重量減少時温度は404℃であった。
なお、酒石酸の除去確認は赤外線吸収測定におけるカルボン酸吸収の有無により行った
試料8の10wt%重量減少時温度は368℃であった。 (比較例1)

フェノール多付加体フラーレンを全く加えなかったこと以外は、実施例1と同様にして比較試料1を作製した。実施例1と同様にして比較試料1の耐熱性を評価した。
比較試料1の10wt%重量減少時温度は320℃である。
(比較例2)
フェノール多付加体フラーレンの代わりに芳香環を有さないフラーレン(C60) 0.8部をTHF 200部に溶解させ、C60溶液を作成した。PMMA 99.2部をTHF 1800部に溶解させ、PMMA溶液を作成した。これらの溶液をマグネットスターラ―と超音波を用いて混合した後、テフロン(登録商標)板上で室温下48時間乾燥させ、さらに真空乾燥機を用いて24時間減圧乾燥して比較試料2を得た。実施例1と同様にして、比較試料2の耐熱性を評価した。
比較試料2の10wt%重量減少時温度は330℃であった。
比較試料2を倍率8〜40倍の実体光学顕微鏡(Nikon製SMZ型)用いて観察し、フェノール多付加体フラーレンの凝集物の有無を確認した。結果、凝集物が確認された。
(比較例3)
フェノール多付加体フラーレンを全く加えなかったこと以外は、実施例3と同様にして比較試料3を作製した。実施例1と同様にして、比較試料3の耐熱性を評価した。
比較試料3の10wt%重量減少時温度は312℃であった。 (比較例4)

フェノール多付加体フラーレンを全く加えなかったこと以外は、実施例7と同様にして比較試料4を作製した。実施例1と同様にして、比較試料4の耐熱性を評価した。
比較試料4の10wt%重量減少時温度は368℃であった。
以上の実施例1〜8、比較例1〜4の各樹脂組成物の耐熱性を表1、図および図2に示す。
Figure 0006276565
上記実施例及び比較例の結果から、樹脂組成物に、芳香環を有するフラーレン誘導体を含有させることにより、樹脂組成物の耐熱性を改善できることが分かる。この理由としては、定かではないが、芳香環を有するフラーレン誘導体は、芳香環を有さないフラーレン誘導体よりも溶媒や樹脂に対する分散性が高く、かつ、樹脂に対する親和性が高いためであると考えられる。

Claims (5)

  1. フェノール多付加体フラーレン誘導体とフェノール樹脂とを含むか、若しくは、フェニルC61酪酸メチルエステルフラーレン誘導体とポリスチレン樹脂とを含む樹脂組成物。
  2. 前記樹脂100重量部に対して、前記フラーレン誘導体を0.01重量部以上含有する請求項に記載の樹脂組成物。
  3. 請求項1または2に記載の樹脂組成物の製造方法であって、
    前記樹脂を含む溶液と、前記フラーレン誘導体を含む溶液とを混合した後に、溶媒を除去することにより、前記フラーレン誘導体を含有する樹脂組成物を得る、樹脂組成物の製造方法。
  4. 請求項1または2に記載の樹脂組成物の製造方法であって、
    前記樹脂を含む溶液に前記フラーレン誘導体を添加して混合した後に、溶媒を除去することにより、前記フラーレン誘導体を含有する樹脂組成物を得る、樹脂組成物の製造方法。
  5. 請求項1または2に記載の樹脂組成物の製造方法であって、
    前記樹脂を構成するためのモノマーと前記フラーレン誘導体とを混合後、前記モノマーを重合させることにより、前記フラーレン誘導体を含有する樹脂組成物を得る、樹脂組成物の製造方法。
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