JP6300261B2 - ポリシロキサン多孔体とその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明の製造方法は、加水分解性の官能基を有するケイ素化合物を含む溶液系において、ゾル−ゲル法による当該ケイ素化合物の加水分解および重合(重縮合)ならびに当該溶液系の相分離を進行させることにより、骨格相と溶液相とから構成されるゲルを形成する工程(ゲル化工程)を含む。ゲル化工程において形成するゲルの骨格相は、上記ケイ素化合物の重合体(加水分解物の重縮合体)に富んでいる。溶液相は上記溶液系の溶媒に富んでおり、溶液相における上記重合体の濃度は骨格相における濃度に比べて相対的に低い。相分離は、ケイ素化合物の加水分解および重合と同時に進行する相分離、典型的にはスピノーダル相分離であり、このような相分離過程を経て生じた骨格相および溶液相は、それぞれ連続した3次元の網目構造を有するとともに互いに絡み合っている。すなわち、ゲル化工程において形成するゲルは骨格相および溶液相の共連続構造を有する。また、骨格相を構成する上記重合体は、ゾル−ゲル反応による上記ケイ素化合物の加水分解およびその加水分解物の重合により形成されたシロキサン結合(−Si−O−Si−)のネットワークを有するポリシロキサンである。すなわち、ゲル化工程において形成するゲルは、ポリシロキサンゲルである。
の高い線状の架橋構造が多数生じることになる。このような線状の架橋構造の存在により、乾燥後においても、ポリシロキサンから構成される骨格を有しながら柔軟性を示すポリシロキサン多孔体が形成される。
2官能性ケイ素化合物および多官能性ケイ素化合物が有する加水分解性の官能基は、例えば、アルコキシ基、アセトキシ基、ハロゲン化物基、ヒドロシリル基である。アルコキシ基は、例えば、炭素数1〜4の基であり、より具体的な例は、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基またはブトキシ基である。加水分解反応および当該反応により形成された加水分解物の重合の速度および安定性の観点からは、加水分解性の官能基がメトキシ基またはエトキシ基であることが好ましい。
〜0.02モルが好ましい。相分離制御剤の添加量が多くなるほど、得られたポリシロキサン多孔体の柔軟性が向上する傾向がある。
乾燥工程では、ゲルを乾燥させて、骨格相を骨格とし、溶液相をマクロ孔として、骨格およびマクロ孔の共連続構造を有するポリシロキサン多孔体を得る。乾燥は、溶液系に含まれていた溶媒がゲルから取り除かれるとともにポリシロキサンが分解されない条件で実施すればよい。溶媒を取り除くことにより、骨格相および溶液相の共連続構造を有する上記ゲルは、骨格およびマクロ孔の共連続構造を有するポリシロキサン多孔体となる。
反応工程では、ポリシロキサン多孔体の骨格またはゲルの骨格相を構成するポリシロキサンが有する反応性基と、撥液性基を有する化合物とを化学反応させて、上記ポリシロキサンに撥液性基を結合させる。この結合は、例えば、イオン性結合および水素結合のような電気的な結合でありうるが、安定した撥液性を得る観点からは、共有結合による結合が好ましい。
あってもよいし、他の化合物を介して間接的に結合する反応であってもよい。
本発明のポリシロキサン多孔体は、ポリシロキサンから構成された骨格と、マクロ孔との共連続構造を有する。当該骨格を構成するポリシロキサンは、加水分解性の官能基を分子内に2つ有する2官能性ケイ素化合物と、加水分解性の官能基を分子内に3つ以上有する多官能性ケイ素化合物とを含む溶液系において、これらケイ素化合物の加水分解および
加水分解物の重縮合により形成されたポリシロキサンである。このポリシロキサンは、上記直線状の架橋構造を有しているため、本発明のポリシロキサン多孔体は柔軟性を有する。
相分離制御剤としてカチオン性界面活性剤であるn−ヘキサデシルトリメチルアンモニウム塩化物(CTAC;東京化成工業製)1.0gと、塩基性物質として尿素(林純薬工業製)5.0gと、濃度5mMの酢酸(林純薬工業製)水溶液15mLとを、ガラス製の反応容器内で混合した。次に、これらの混合物に、ビニルトリメトキシシラン(VTMS;信越化学工業製)0.025モル(3.71g)およびビニルメチルジメトキシシラン(VMDMS;信越化学工業製)0.010モル(1.32g)を、室温および強い攪拌下において同時に加え、溶液が均一となるまで60分間攪拌し続けた。このようにして得たゾルを密閉容器に移し、80℃に保持した熱対流炉に9時間保持して、相分離過程を伴うゾル−ゲル反応によるゲル化および形成したゲルの熟成を行った。次に、得られたゲルをメタノールに浸漬し、ゲルが吸収したメタノールを手で絞ることを数回繰り返すことで当該ゲルを洗浄して、ゲルに残留した界面活性剤および他の未反応化合物を取り除いた。次に、洗浄後のゲルを室温で乾燥させて、キセロゲル(乾燥ゲル)の一種であるポリシロキサン多孔体(サンプル1)を得た。
h)を用いて実施した。具体的に、SS曲線の評価は、サンプル1を15mm×15mm×10mmの形状に切断して得た試験片に対し、5kNのロードセルを用いて0.5mm/分の速度で圧縮方向に力を加えた後、同速度で力を抜くことにより行った。繰り返し曲げ試験は、サンプル1を直径8mm、長さ40mmの円柱に加工し、その両端を30mmの間隔をおいて配置された一対の固定具にそれぞれ固定した後、側面上方から、角度60°の楔状の先端を有する直径30mmの押圧子を5mm/分の速度で5Nのロードセルを用いて繰り返し押し当てることにより行った(図1を参照。図1の左側がサンプルの解放時、右側がサンプルの曲げ時であり、繰り返し曲げ試験ではサンプルの解放と曲げとを繰り返す)。これらの評価結果を図2に示す。図2(a)は、一軸方向に力を加えた場合のサンプル1のSS曲線を示しており、当該曲線から、サンプル1において80%程度の圧縮率が達成可能であること、およびこのような高い圧縮率の圧縮から形状の復元がなされることが確認された。図2(b)は、繰り返し曲げ試験の結果を示しており、100サイクルの曲げ試験においても、変形量に対する力(応力)はサイクルを重ねるごとに若干減少する傾向にあるものの、サンプル1は元の形状を保持することが確認された。
ころ、それぞれ160°および151°であった。サンプル2の表面におけるn−ヘキサデカンの液滴の状態を図8(b)に示す。次に、サンプル2の表面に、n−ヘキサデカン、ジヨードメタン、1−ブロモナフタレン、フォルムアミド、およびエチレングリコールをそれぞれ滴下したところ、いずれも、サンプル2の表面において接触角150°以上の状態で液滴となった(図8(c))。また、サンプル2を任意に切断して新たに露出させた表面についても、同様の結果が得られた。なお、図8(c)において、“1”はn−ヘキサデカン、“2”はジヨードメタン、“3”は1−ブロモナフタレン、“4”はフォルムアミド、“5”はエチレングリコール、“6”は蒸留水である。
VTMSおよびVMDMSの代わりに、メチルトリメトキシシラン0.021モル、ジメチルジメトキシシラン0.0070モル、および3,3,3−トリフルオロプロピルメチルジメトキシシラン0.070モルを用いた以外は実施例と同様にして、ポリシロキサン多孔体(サンプル3)を得た。
Claims (17)
- ポリシロキサンから構成された骨格と、マクロ孔との共連続構造を有するポリシロキサン多孔体であって、
前記ポリシロキサンに撥液性基が結合しており、
前記撥液性基は、前記撥液性基を有する化合物と結合しうる反応性基(シラノール基を除く)に由来する分子構造を介して、前記ポリシロキサンと結合している、ポリシロキサン多孔体。 - ポリシロキサンから構成された骨格と、マクロ孔との共連続構造を有するポリシロキサン多孔体であって、
前記ポリシロキサンに撥液性基が結合しており、
前記ポリシロキサンは、前記撥液性基を有する化合物と結合しうる反応性基(シラノール基を除く)を有する、ポリシロキサン多孔体。 - 前記ポリシロキサンがアルキル基を有する、請求項1または2に記載のポリシロキサン多孔体。
- 前記撥液性基がフルオロアルキル基である、請求項1〜3のいずれかに記載のポリシロキサン多孔体。
- 前記フルオロアルキル基が、1H,1H,2H,2H−パーフルオロデカン基、および1H,1H,2H,2H−パーフルオロオクチル基から選ばれる少なくとも1種である、請求項4に記載のポリシロキサン多孔体。
- 前記骨格の表面において、当該表面を構成する原子のうち40原子%以上がフッ素原子である、請求項4または5に記載のポリシロキサン多孔体。
- 前記反応性基が、ビニル基、メルカプト基、アミン基、エポキシ基、メタクリロキシ基、アクリロキシ基、アジド基、およびグリシドキシ基から選ばれる少なくとも1種である、請求項1〜6のいずれかに記載のポリシロキサン多孔体。
- 前記多孔体の表面におけるn−ヘキサデカンの接触角が150°以上である、請求項1〜7のいずれかに記載のポリシロキサン多孔体。
- 加水分解性の官能基を分子内に2つ有する2官能性ケイ素化合物と、前記官能基を分子内に3以上有する多官能性ケイ素化合物とを含み、前記2官能性ケイ素化合物および前記多官能性ケイ素化合物から選ばれる少なくとも1つの化合物が、撥液性基を有する化合物が結合しうる反応性基を有する溶液系において、
ゾル−ゲル法による前記ケイ素化合物の加水分解および重合ならびに前記系の相分離を進行させることにより、
前記ケイ素化合物の重合体であって、前記反応性基を有するポリシロキサンに富む骨格相と、前記系の溶媒に富む溶液相とから構成されるとともに、前記骨格相および溶液相の共連続構造を有するゲルを形成するゲル化工程と;
前記ゲルを乾燥させて、前記骨格相を骨格とし、前記溶液相をマクロ孔として、前記骨格およびマクロ孔の共連続構造を有するポリシロキサン多孔体とする乾燥工程と;
前記ポリシロキサンが有する前記反応性基と、撥液性基を有する化合物とを化学反応させて、前記ポリシロキサンに前記撥液性基を結合させる反応工程と;
を含む、ポリシロキサン多孔体の製造方法。 - 前記2官能性ケイ素化合物が、炭素数1〜4のアルコキシ基を前記加水分解性の官能基として有するジアルコキシシランである、請求項9に記載のポリシロキサン多孔体の製造方法。
- 前記多官能性ケイ素化合物が、前記加水分解性の官能基を分子内に3つ有する3官能性ケイ素化合物である、請求項9または10に記載のポリシロキサン多孔体の製造方法。
- 前記3官能性ケイ素化合物が、炭素数1〜4のアルコキシ基を前記加水分解性の官能基として有するトリアルコキシシランである、請求項11に記載のポリシロキサン多孔体の製造方法。
- 前記反応性基が、ビニル基、メルカプト基、アミン基、エポキシ基、メタクリロキシ基、アクリロキシ基、アジド基、およびグリシドキシ基から選ばれる少なくとも1種である、請求項9〜12のいずれかに記載のポリシロキサン多孔体の製造方法。
- 前記撥液性基がフルオロアルキル基である、請求項9〜13のいずれかに記載のポリシロキサン多孔体の製造方法。
- 前記溶液系が酸性であり、かつ塩基性物質をさらに含む、請求項9〜14のいずれかに記載のポリシロキサン多孔体の製造方法。
- 前記溶液系が界面活性剤をさらに含む、請求項9〜15のいずれかに記載のポリシロキサン多孔体の製造方法。
- 前記反応性基がビニル基であり、
前記撥液性基を有する化合物がチオール基を有し、
前記反応工程において、前記反応性基と前記化合物との化学反応をチオール−エンクリック反応により進行させる、請求項9〜16のいずれかに記載のポリシロキサン多孔体の製造方法。
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