JP7263260B2 - ナノダイヤモンド粒子分散液 - Google Patents
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Description
本発明は、極性有機溶媒中にナノダイヤモンド粒子を高分散状態で含有する、ナノダイヤモンド粒子分散液に関する。本願は、２０１８年１月２９日に日本に出願した、特願２０１８－０１２１３７号の優先権を主張し、その内容をここに援用する。
ナノサイズの微細な物質は、バルク状態では発現し得ない新しい特性を有することが知られている。例えば、ナノダイヤモンド粒子（＝ナノサイズのダイヤモンド粒子）は、機械的強度、高屈折率、熱伝導性、絶縁性、酸化防止性、樹脂等の結晶化を促進する作用等を有する。しかし、ナノダイヤモンド粒子は、一般に、表面原子の割合が大きいので、隣接粒子の表面原子間で作用し得るファンデルワールス力の総和が大きく、凝集（aggregation）しやすい。これに加えて、ナノダイヤモンド粒子の場合、隣接結晶子の結晶面間クーロン相互作用が寄与して非常に強固に集成する凝着（agglutination）という現象が生じ得る。そのため、ナノダイヤモンド粒子を一次粒子の状態で極性有機溶媒や樹脂中に分散させることは非常に困難であった。そこで、ナノダイヤモンド粒子の表面を修飾することによりナノダイヤモンド粒子に分散性を付与し、凝集を抑制することが行われている。
例えば、特許文献１には、カチオン界面活性剤のカチオンによって表面修飾されたナノダイヤモンド粒子はトルエンへの分散性に優れることが記載されている。
しかし、カチオン界面活性剤のカチオンによって表面修飾されたナノダイヤモンド粒子はメチルエチルケトン等の極性有機溶媒中においては分散せず、凝集することが分かった。
従って、本発明の目的は、ナノダイヤモンド粒子（本明細書においては、「ＮＤ粒子」と称する場合がある）が有機溶媒中に高分散されてなるナノダイヤモンド粒子分散液を提供することにある。
本発明者等は上記課題を解決するため鋭意検討した結果、シラン化合物が表面に結合したＮＤ粒子は、前記シラン化合物が立体障害として作用するため、極性有機溶媒中において凝集すること無く、高分散性を発揮することを見いだした。本発明は前記知見に基づいて完成させたものである。
すなわち、本発明は、ＳＰ値が８．０～１４．０（ｃａｌ／ｃｍ3）1/2である有機溶媒中に、シラン化合物（（メタ）アクリロイル基を有するものは除く）が表面に結合したナノダイヤモンド粒子が、粒径（Ｄ５０）が２～１００ｎｍの範囲で分散した、ナノダイヤモンド粒子分散液を提供する。
本発明は、また、シラン化合物（（メタ）アクリロイル基を有するものは除く）が表面に結合したナノダイヤモンド粒子が、下記式（１）
［式（１）中、Ｒ4は、炭素数１～８の脂肪族炭化水素基を示す。Ｒ1’、Ｒ2’は同一又は異なって、水素原子、炭素数１～３の脂肪族炭化水素基、又は下記式（ａ）
（式（ａ）中、Ｒ4は前記に同じ。Ｒ3、Ｒ5は同一又は異なって、水素原子、又は炭素数１～３の脂肪族炭化水素基を示す。ｍ、ｎは同一又は異なって、０以上の整数を示す。尚、ケイ素原子から左に伸びる結合手が酸素原子に結合する。また、波線が付された結合手はナノダイヤモンド粒子の表面に結合する）
で表される基である。式中の波線が付された結合手がナノダイヤモンド粒子の表面に結合する］
で表される基で表面修飾された構造を有するナノダイヤモンド粒子である、請求項１に記載のナノダイヤモンド粒子分散液を提供する。
で表される基である。式中の波線が付された結合手がナノダイヤモンド粒子の表面に結合する］
で表される基で表面修飾された構造を有するナノダイヤモンド粒子である、請求項１に記載のナノダイヤモンド粒子分散液を提供する。
本発明は、また、ＳＰ値が８．０～１４．０（ｃａｌ／ｃｍ3）1/2である有機溶媒が、ケトン類、エーテル類、アルコール類、及びカーボネート類から選択される少なくとも１種の有機溶媒である前記のナノダイヤモンド粒子分散液を提供する。
本発明のＮＤ粒子分散液は、含有するＮＤ粒子の表面がシラン化合物により修飾された構成を有し、前記表面修飾部が立体障害となることにより、ＮＤ粒子の凝集が抑制されるため、高分散性を有する。
そのため、本発明のＮＤ粒子分散液は、微細なＮＤ粒子が有する特性（例えば、機械的強度、高屈折率、熱伝導性、絶縁性、酸化防止性、結晶化促進作用など）を樹脂等に付与する添加剤（例えば、機械的強度付与剤、高屈折率付与材、熱伝導性付与材、絶縁性付与材、酸化防止剤、結晶化促進剤、デンドライト抑制剤等）や、機械部品（例えば、自動車や航空機等）の摺動部等に適用する減摩剤又は潤滑剤として好適に使用できる。
そのため、本発明のＮＤ粒子分散液は、微細なＮＤ粒子が有する特性（例えば、機械的強度、高屈折率、熱伝導性、絶縁性、酸化防止性、結晶化促進作用など）を樹脂等に付与する添加剤（例えば、機械的強度付与剤、高屈折率付与材、熱伝導性付与材、絶縁性付与材、酸化防止剤、結晶化促進剤、デンドライト抑制剤等）や、機械部品（例えば、自動車や航空機等）の摺動部等に適用する減摩剤又は潤滑剤として好適に使用できる。
［ナノダイヤモンド粒子分散液］
本発明のナノダイヤモンド粒子分散液（ＮＤ粒子分散液）は、ＳＰ値が８．０～１４．０（ｃａｌ／ｃｍ3）1/2である有機溶媒（本明細書においては、「極性有機溶媒」と称する場合がある）中に、シラン化合物（（メタ）アクリロイル基を有するものは除く）が表面に結合したＮＤ粒子（本明細書では、「表面修飾ＮＤ粒子」と称する場合がある）が分散した構成を有する。
本発明のナノダイヤモンド粒子分散液（ＮＤ粒子分散液）は、ＳＰ値が８．０～１４．０（ｃａｌ／ｃｍ3）1/2である有機溶媒（本明細書においては、「極性有機溶媒」と称する場合がある）中に、シラン化合物（（メタ）アクリロイル基を有するものは除く）が表面に結合したＮＤ粒子（本明細書では、「表面修飾ＮＤ粒子」と称する場合がある）が分散した構成を有する。
本発明のＮＤ粒子分散液中における、前記表面修飾ＮＤ粒子の粒径（Ｄ５０、メディアン径）は２～１００ｎｍであり、好ましくは２～５０ｎｍ、より好ましくは２～４０ｎｍ、更に好ましくは２～３０ｎｍ、特に好ましくは２～２０ｎｍ、最も好ましくは２～１５ｎｍである。尚、本発明における表面修飾ＮＤ粒子の粒径（Ｄ５０）は、動的光散乱法によって測定することができる。
ＮＤ粒子分散液中の表面修飾ＮＤ粒子の濃度（固形分濃度）は、例えば０.０００１～１０質量％である。
従って、ＮＤ粒子分散液中の溶媒の含有量は、例えば９０～９９．９９９９質量％であり、前記溶媒全量における極性有機溶媒（２種以上含有する場合はその総量）の占める割合は、例えば６０質量％以上、好ましくは８０質量％以上、特に好ましくは９０質量％以上である。
ＮＤ粒子分散液中の表面修飾ＮＤ粒子の含有量は、極性有機溶媒１００質量部に対して、例えば０.０００１～１０質量部、好ましくは０．０１～８質量部、特に好ましくは１～５質量部である。
本発明のＮＤ粒子分散液は、上述の表面修飾ＮＤ粒子と極性有機溶媒のみからなるものであっても良く、上述の表面修飾ＮＤ粒子と極性有機溶媒以外に他の成分を１種又は２種以上含有していても良いが、他の成分の含有量（２種以上含有する場合はその総量）はＮＤ粒子分散液全量の例えば３０質量％以下、好ましくは２０質量％以下、特に好ましくは１０質量％以下、最も好ましくは５質量％以下、とりわけ好ましくは１質量％以下である。従って、上述の表面修飾ＮＤ粒子と極性有機溶媒の合計含有量はＮＤ粒子分散液全量の例えば７０質量％以上、好ましくは８０質量％以上、特に好ましくは９０質量％以上、最も好ましくは９５質量％以上、とりわけ好ましくは９９質量％以上である。
本発明のＮＤ粒子分散液は、例えば、微細なＮＤ粒子が有する特性（例えば、機械的強度、高屈折率、熱伝導性、絶縁性、酸化防止性、結晶化促進作用、デンドライト抑制作用など）を樹脂等（例えば、熱若しくは光硬化性樹脂や熱可塑性樹脂等）に付与する添加剤として好適に使用することができる。そして、本発明のＮＤ粒子分散液を樹脂に添加して得られる組成物は、例えば、機能性ハイブリッド材料、熱的機能（耐熱、蓄熱、熱電導、断熱等）材料、フォトニクス（有機ＥＬ素子、ＬＥＤ、液晶ディスプレイ、光ディスク等）材料、バイオ・生体適合性材料、コーティング材料、フィルム（タッチパネルや各種ディスプレイ等のハードコートフィルム、遮熱フィルム等）材料、シート材料、スクリーン（透過型透明スクリーン等）材料、フィラー（放熱用フィラー、機械特性向上用フィラー等）材料、耐熱性プラスチック基板（フレキシブルディスプレイ用基板等）材料、リチウムイオン電池等材料として好適に使用することができる。
本発明のＮＤ粒子分散液は、その他、機械部品（例えば、自動車や航空機等）の摺動部等に適用する減摩剤又は潤滑剤として好適に使用できる。
（表面修飾ＮＤ粒子）
本発明における表面修飾ＮＤ粒子は、シラン化合物（（メタ）アクリロイル基を有するものは除く）が表面に結合したＮＤ粒子である。
本発明における表面修飾ＮＤ粒子は、シラン化合物（（メタ）アクリロイル基を有するものは除く）が表面に結合したＮＤ粒子である。
前記シラン化合物としては、加水分解性基、脂肪族炭化水素基を有し、且つ（メタ）アクリロイル基（＝アクリロイル基又はメタクリロイル基）を有さない化合物が好ましい。シラン化合物は１種を単独で、又は２種以上を組み合わせて使用することができる。
前記シラン化合物としては、なかでも下記式（1-1）
（式中、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3は、同一又は異なって、炭素数１～３の脂肪族炭化水素基を示し、Ｒ4は炭素数１～８の脂肪族炭化水素基を示す）
で表される化合物を少なくとも含有することが好ましい。
で表される化合物を少なくとも含有することが好ましい。
前記Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3における炭素数１～３の脂肪族炭化水素基としては、例えば、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル基等の直鎖状又は分岐鎖状アルキル基；ビニル、アリル基等の直鎖状又は分岐鎖状アルケニル基；エチニル基、プロピニル基等のアルキニル基等が挙げられる。本発明においては、なかでも、直鎖状又は分岐鎖状アルキル基が好ましい。
前記Ｒ4は炭素数１～８の脂肪族炭化水素基であり、例えば、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、ｓ－ブチル、ｔ－ブチル、ペンチル、ヘキシル、オクチル基等の直鎖状又は分岐鎖状アルキル基；ビニル、アリル、１－ブテニル基等の炭素数２～８のアルケニル基；エチニル、プロピニル基等の炭素数２～８のアルキニル基等が挙げられる。本発明においては、なかでも、極性有機溶媒に対する親和性に優れる点で、炭素数１～８の直鎖状又は分岐鎖状アルキル基が好ましく、特に好ましくは炭素数２～６の直鎖状又は分岐鎖状アルキル基、最も好ましくは炭素数３～６の直鎖状又は分岐鎖状アルキル基である。
従って、本発明における表面修飾ＮＤ粒子としては、例えば、下記式（１）
［式（１）中、Ｒ4は、炭素数１～８の脂肪族炭化水素基を示す。Ｒ1’、Ｒ2’は同一又は異なって、水素原子、炭素数１～３の脂肪族炭化水素基、又は下記式（ａ）
（式（ａ）中、Ｒ4は前記に同じ。Ｒ3、Ｒ5は同一又は異なって、水素原子、又は炭素数１～３の脂肪族炭化水素基を示す。ｍ、ｎは同一又は異なって、０以上の整数を示す。尚、ケイ素原子から左に伸びる結合手が酸素原子に結合する。また、波線が付された結合手はナノダイヤモンド粒子の表面に結合する）
で表される基である。式中の波線が付された結合手がナノダイヤモンド粒子の表面に結合する］
で表される基で表面修飾された構造を有するＮＤ粒子が挙げられる。
で表される基である。式中の波線が付された結合手がナノダイヤモンド粒子の表面に結合する］
で表される基で表面修飾された構造を有するＮＤ粒子が挙げられる。
上記式（１）中のＲ4は炭素数１～８の脂肪族炭化水素基を示し、式（1-1）中のＲ4に対応する。
上記式（１）中のＲ1’、Ｒ2’、Ｒ3、Ｒ5における炭素数１～３の脂肪族炭化水素基としては、例えば、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル基等の直鎖状又は分岐鎖状アルキル基；ビニル、アリル基等の直鎖状又は分岐鎖状アルケニル基；エチニル基、プロピニル基等のアルキニル基等が挙げられる。本発明においては、なかでも、直鎖状又は分岐鎖状アルキル基が好ましい。
ｍ、ｎは括弧内に示される構成単位の数であり、同一又は異なって０以上の整数を示す。ｍ、ｎが２以上である場合、２個以上の構成単位の結合方法としては、ランダム、交互、ブロックの何れであってもよい。
また、前記シラン化合物としては、上記式（1-1）で表される化合物と共に、下記式（2-1）
（式（2-1）中、Ｒ6は、炭素数９以上の脂肪族炭化水素基を示す。Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3は前記に同じ）
で表される化合物を含有することが、更に極性有機溶媒中において優れた分散性を発揮できる点で好ましい。
で表される化合物を含有することが、更に極性有機溶媒中において優れた分散性を発揮できる点で好ましい。
前記Ｒ6は炭素数９以上の脂肪族炭化水素基であり、例えば、ノニル、イソノニル、デシル、イソデシル、ラウリル、ミリスチル、イソミリスチル、ブチルオクチル、イソセチル、ヘキシルデシル、ステアリル、イソステアリル、オクチルデシル、オクチルドデシル、イソベヘニル基等の直鎖状又は分岐鎖状アルキル基；８－ノネニル、９－デセニル、１１－ドデセニル、オレイル基等の直鎖状又は分岐鎖状アルケニル基；デシニル、ペンタデシニル、オクタデシニル基等の直鎖状又は分岐鎖状アルキニル基等が挙げられる。本発明においては、なかでも、より大きな立体障害となり得ることから凝集抑制効果に優れ、より高度の分散性を付与することができる点で、炭素数１０以上の脂肪族炭化水素基が好ましく、特に好ましくは炭素数１４以上の脂肪族炭化水素基である。尚、脂肪族炭化水素基の炭素数の上限は、例えば２５、好ましくは２０である。また、脂肪族炭化水素基としては、なかでも直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基若しくはアルケニル基が好ましく、特に好ましくは直鎖状又は分岐鎖状アルキル基である。
従って、本発明における表面修飾ＮＤ粒子には、上記式（１）で表される基と共に、下記式（２）で表される基で表面修飾された構造を有するＮＤ粒子も含まれる。
［式（２）中、Ｒ6は、炭素数９以上の脂肪族炭化水素基を示す。Ｒ1’、Ｒ2’は前記に同じ。式中の波線が付された結合手がナノダイヤモンド粒子の表面に結合する］
上記式（２）中のＲ6は炭素数９以上の脂肪族炭化水素基を示し、式（2-1）中のＲ6に対応する。
また、本発明における表面修飾ＮＤ粒子は、上記式（１）で表される基や、式（２）で表される基以外にも、例えば下記式（１’）で表される基、式（２’）で表される基、及びその他の表面官能基（例えば、アミノ基、水酸基、カルボキシル基等）から選択される１種又は２種以上を有していてもよい。
（式中、Ｒ1’、Ｒ4、Ｒ6は上記に同じ。式中の波線が付された結合手がナノダイヤモンド粒子の表面に結合する）
本発明における表面修飾ＮＤ粒子としては、なかでも下記［１］～［３］の表面修飾ＮＤ粒子が極性有機溶媒中において特に優れた分散性を発揮することができる点で好ましい。
［１］上記式（１）で表され、式中のＲ4が炭素数１～３である基で表面修飾された構造を有するＮＤ粒子（＝短鎖脂肪族炭化水素基で表面修飾されたＮＤ粒子［１］）
［２］上記式（１）で表され、式中のＲ4が炭素数４～８である基（特に好ましくは炭素数４～７である基）で表面修飾された構造を有するＮＤ粒子（＝中鎖脂肪族炭化水素基で表面修飾されたＮＤ粒子［２］）
［３］上記式（１）で表され、式中のＲ4が炭素数１～３である基と、上記式（２）で表される基で表面修飾された構造を有するＮＤ粒子（＝短鎖脂肪族炭化水素基と長鎖脂肪族炭化水素基で表面修飾されたＮＤ粒子［３］）
［１］上記式（１）で表され、式中のＲ4が炭素数１～３である基で表面修飾された構造を有するＮＤ粒子（＝短鎖脂肪族炭化水素基で表面修飾されたＮＤ粒子［１］）
［２］上記式（１）で表され、式中のＲ4が炭素数４～８である基（特に好ましくは炭素数４～７である基）で表面修飾された構造を有するＮＤ粒子（＝中鎖脂肪族炭化水素基で表面修飾されたＮＤ粒子［２］）
［３］上記式（１）で表され、式中のＲ4が炭素数１～３である基と、上記式（２）で表される基で表面修飾された構造を有するＮＤ粒子（＝短鎖脂肪族炭化水素基と長鎖脂肪族炭化水素基で表面修飾されたＮＤ粒子［３］）
例えば極性有機溶媒が、ＳＰ値が１０．０～１４．０の有機溶媒である場合、表面修飾ＮＤ粒子としてはＮＤ粒子［１］を使用することが好ましい。前記極性有機溶媒中において、ＮＤ粒子［１］の短鎖脂肪族炭化水素基（Ｒ4基の炭素数は、例えば炭素数１～３）は極性有機溶媒に対する親和性を示すと共に立体障害として作用し、且つ酸素原子を含む基（式（１）中のＯＲ1’基とＯＲ2’基）が極性有機溶媒に対する親和性を示すため、極性有機溶媒に対する親和性に優れ、極性有機溶媒中において優れた分散性を発揮することができる。
例えば極性有機溶媒が、ＳＰ値が８．０（ｃａｌ／ｃｍ3）1/2以上、１０．０（ｃａｌ／ｃｍ3）1/2未満の有機溶媒である場合、表面修飾ＮＤ粒子としてはＮＤ粒子［２］及び／又はＮＤ［３］を使用することが好ましい。
前記極性有機溶媒中において、ＮＤ粒子［２］の中鎖脂肪族炭化水素基（Ｒ4基の炭素数は、例えば炭素数４～８、好ましくは４～７）は極性有機溶媒に対する親和性を示すと共に立体障害として作用し、且つ酸素原子を含む基（式（１）中のＯＲ1’基とＯＲ2’基）が極性有機溶媒に対する親和性を示すため、極性有機溶媒に対する親和性に優れ、極性有機溶媒中において優れた分散性を発揮することができる。
また、前記極性有機溶媒中において、ＮＤ粒子［３］の短鎖脂肪族炭化水素基（Ｒ4基の炭素数は、例えば炭素数１～３）は極性有機溶媒に対する親和性を示し、長鎖脂肪族炭化水素基（Ｒ6基）は立体障害として作用し、酸素原子を含む基（式（１）、（２）中のＯＲ1’基とＯＲ2’基）が極性有機溶媒に対する親和性を示すため、極性有機溶媒に対する親和性に優れ、極性有機溶媒中において優れた分散性を発揮することができる。
前記極性有機溶媒中において、ＮＤ粒子［２］の中鎖脂肪族炭化水素基（Ｒ4基の炭素数は、例えば炭素数４～８、好ましくは４～７）は極性有機溶媒に対する親和性を示すと共に立体障害として作用し、且つ酸素原子を含む基（式（１）中のＯＲ1’基とＯＲ2’基）が極性有機溶媒に対する親和性を示すため、極性有機溶媒に対する親和性に優れ、極性有機溶媒中において優れた分散性を発揮することができる。
また、前記極性有機溶媒中において、ＮＤ粒子［３］の短鎖脂肪族炭化水素基（Ｒ4基の炭素数は、例えば炭素数１～３）は極性有機溶媒に対する親和性を示し、長鎖脂肪族炭化水素基（Ｒ6基）は立体障害として作用し、酸素原子を含む基（式（１）、（２）中のＯＲ1’基とＯＲ2’基）が極性有機溶媒に対する親和性を示すため、極性有機溶媒に対する親和性に優れ、極性有機溶媒中において優れた分散性を発揮することができる。
本発明における表面修飾ＮＤ粒子は、親水的なＮＤ粒子の表面にシラン化合物が結合することによって形成される表面修飾基を有する。そのため、前記表面修飾基を有しないＮＤ粒子よりも、前記表面修飾基が立体障害となることによりＮＤ粒子同士の凝集が抑制される。
（極性有機溶媒）
本発明における極性有機溶媒は、ＳＰ値［ヒルデブラントによる溶解性パラメーター（δ）、２５℃における、単位：（ｃａｌ／ｃｍ3）1/2］が８．０～１４．０（好ましくは８．４～１２．５、特に好ましくは９．０～１２．０）である有機溶媒である。極性有機溶媒は、１種の有機溶媒を単独で含むものでもよいし、２種以上の有機溶媒を組み合わせて含むものでもよい。尚、２種以上の有機溶媒を含む場合、２種以上の有機溶媒の混合物のＳＰ値が上記範囲であれば、それに含まれる各有機溶媒のＳＰ値は上記範囲を外れていてもよい。
本発明における極性有機溶媒は、ＳＰ値［ヒルデブラントによる溶解性パラメーター（δ）、２５℃における、単位：（ｃａｌ／ｃｍ3）1/2］が８．０～１４．０（好ましくは８．４～１２．５、特に好ましくは９．０～１２．０）である有機溶媒である。極性有機溶媒は、１種の有機溶媒を単独で含むものでもよいし、２種以上の有機溶媒を組み合わせて含むものでもよい。尚、２種以上の有機溶媒を含む場合、２種以上の有機溶媒の混合物のＳＰ値が上記範囲であれば、それに含まれる各有機溶媒のＳＰ値は上記範囲を外れていてもよい。
前記極性有機溶媒としては、例えば、アセトン（ＳＰ：１０．０）、メチルエチルケトン（ＭＥＫ、ＳＰ：９．３）、メチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ、ＳＰ：８．４）等のケトン類；ジオキサン（ＳＰ：９．８）、テトラヒドロフラン（ＳＰ：９．１）等のエーテル類；ｎ－プロパノール（ＳＰ：１１．９）、イソプロパノール（ＩＰＡ、ＳＰ：１１．５）、ヘキサノール（ＳＰ：１０．７）、シクロヘキサノール（ＳＰ：１１．４）等のアルコール類；酢酸エチル（ＳＰ：９．１）等のエステル類；クロロホルム（ＳＰ：９．３）、塩化メチレン（ＳＰ：９．７）、二塩化エチレン（ＳＰ：９．８）等のハロゲン化炭化水素；エチレンカーボネート／ジエチルカーボネート（ＥＣ／ＤＥＣ＝１／１：体積比）混合溶媒（ＳＰ：１１．７５）、エチレンカーボネート／ジエチルカーボネート／メチルエチルカーボネート（１／１／１：体積比）混合溶媒（ＳＰ：１０．９７）等のカーボネート類；酢酸（ＳＰ：１２．４）、アセトニトリル（ＳＰ：１１．８）などが挙げられる。
前記極性有機溶媒としては、なかでも、本発明のＮＤ粒子分散液を樹脂の添加剤として使用する場合に、樹脂と容易に混和若しくは相溶させることができる点で、ケトン類、エーテル類、アルコール類、及びカーボネート類から選択される少なくとも１種の有機溶媒であって、ＳＰ値が８．０～１４．０（ｃａｌ／ｃｍ3）1/2である有機溶媒が好ましい。
（ナノダイヤモンド粒子分散液の製造方法）
本発明のＮＤ粒子分散液は、例えば、上記極性有機溶媒中において、ＮＤ粒子にシラン化合物（（メタ）アクリロイル基を有するものは除く）を反応させる工程（修飾化工程）を経て製造することができる。
本発明のＮＤ粒子分散液は、例えば、上記極性有機溶媒中において、ＮＤ粒子にシラン化合物（（メタ）アクリロイル基を有するものは除く）を反応させる工程（修飾化工程）を経て製造することができる。
例えば、式（１）で表される基で表面修飾された構造を有するＮＤ粒子の分散液は、極性有機溶媒中において、シラン化合物としての、式（1-1）で表される化合物をＮＤ粒子に反応させる工程を経て製造することができる。
シラン化合物として上記式（1-1）で表される化合物を使用した場合、前記化合物は、式中のＯＲ1基、ＯＲ2基、及びＯＲ3基が容易に加水分解してシラノール基を形成するため、例えばシラノール基のうちの１個がＮＤ粒子の表面に存在する水酸基と脱水縮合して共有結合を形成すると共に、残りの２個のシラノール基に、他のシラン化合物のシラノール基が縮合してシロキサン結合（Ｓｉ－Ｏ－Ｓｉ）を形成することができる。そのため、前記化合物は、ＮＤ粒子に極性有機溶媒に対する親和性を付与することができ、ＮＤ粒子を極性有機溶媒中において高分散させることができる。
また、式（１）で表される基と式（２）で表される基で表面修飾された構造を有するＮＤ粒子の分散液は、極性有機溶媒中において、シラン化合物としての、式（1-1）で表される化合物と式（2-1）で表される化合物をＮＤ粒子に反応させる工程を経て製造することができる。
また、本発明では前記極性有機溶媒と共に非極性有機溶媒（例えば、ＳＰ値が８．０（ｃａｌ／ｃｍ3）1/2未満である有機溶媒等）を使用することができるが、本発明において使用する溶媒全量における極性有機溶媒の占める割合は、例えば６０質量％以上であることが好ましく、より好ましくは８０質量％以上、特に好ましくは９０質量％以上である。
ＮＤ粒子中にＮＤ粒子が凝着してなるＮＤ粒子凝集体が含まれる場合には、ＮＤ粒子凝集体を解砕若しくは分散化してから、又は解砕若しくは分散化しつつ、シラン化合物と反応させることが好ましい。これにより、ＮＤ一次粒子の表面を修飾することができ、ＮＤ粒子分散液中のナノダイヤモンド粒子の分散性を向上することが可能となるためである。
ＮＤ粒子凝集体を解砕若しくは分散化する方法としては、例えば、高剪断ミキサー、ハイシアーミキサー、ホモミキサー、ボールミル、ビーズミル、高圧ホモジナイザー、超音波ホモジナイザー、コロイドミル、ジェットミル等により処理する方法が挙げられるが、本発明においては、なかでも、解砕メディア（例えば、ジルコニアビーズ等）の存在下で超音波処理を施すことが好ましい。
前記解砕メディア（例えば、ジルコニアビーズ等）の直径は、例えば１５～５００μｍ、好ましくは１５～３００μｍ、特に好ましくは１５～１００μｍである。
反応に供するＮＤ粒子とシラン化合物（２種以上を使用する場合はその総量）との比率（前者：後者、質量比）は、例えば２：１～１：２０である。また、前記極性有機溶媒中におけるＮＤ粒子の濃度は、例えば０.５～１０質量％であり、前記極性有機溶媒中におけるシラン化合物の濃度は、例えば５～４０質量％である。
シラン化合物として、上記式（1-1）で表される化合物と上記式（2-1）で表される化合物を使用する場合、上記式（1-1）で表される化合物／上記式（2-1）で表される化合物（質量比）は、例えば３０／７０～７０／３０、好ましくは４０／６０～６０／４０、特に好ましくは４５／５５～５５／４５である。
反応時間は、例えば４～２０時間である。また、前記反応は、発生する熱を氷水などを用いて冷却しながら行うことが好ましい。
以上のような反応により表面修飾ＮＤ粒子が極性有機溶媒中に分散してなるＮＤ粒子分散液が得られる。
上記修飾化工程において、シラン化合物との反応に付すＮＤ粒子は、例えば爆轟法によって製造することができる。
前記爆轟法には、空冷式爆轟法と水冷式爆轟法が含まれる。本発明においては、なかでも、空冷式爆轟法が水冷式爆轟法よりも一次粒子が小さいＮＤ粒子を得ることができる点で好ましい。
また、爆轟は大気雰囲気下で行っても良く、窒素雰囲気、アルゴン雰囲気、二酸化炭素雰囲気等の不活性ガス雰囲気下で行っても良い。
ＮＤ粒子の製造方法の一例を以下に説明するが、本発明で使用するＮＤ粒子は以下の製造方法によって得られるものに限定されない。
（生成工程）
成形された爆薬に電気雷管が装着されたものを爆轟用の耐圧性容器の内部に設置し、容器内において大気組成の常圧の気体と使用爆薬とが共存する状態で、容器を密閉する。容器は例えば鉄製で、容器の容積は例えば０.５～４０ｍ3である。爆薬としては、トリニトロトルエン（ＴＮＴ）とシクロトリメチレントリニトロアミンすなわちヘキソーゲン（ＲＤＸ）との混合物を使用することができる。ＴＮＴとＲＤＸの質量比（ＴＮＴ／ＲＤＸ）は、例えば４０／６０～６０／４０の範囲である。
成形された爆薬に電気雷管が装着されたものを爆轟用の耐圧性容器の内部に設置し、容器内において大気組成の常圧の気体と使用爆薬とが共存する状態で、容器を密閉する。容器は例えば鉄製で、容器の容積は例えば０.５～４０ｍ3である。爆薬としては、トリニトロトルエン（ＴＮＴ）とシクロトリメチレントリニトロアミンすなわちヘキソーゲン（ＲＤＸ）との混合物を使用することができる。ＴＮＴとＲＤＸの質量比（ＴＮＴ／ＲＤＸ）は、例えば４０／６０～６０／４０の範囲である。
生成工程では、次に、電気雷管を起爆させ、容器内で爆薬を爆轟させる。爆轟とは、化学反応に伴う爆発のうち反応の生じる火炎面が音速を超えた高速で移動するものをいう。爆轟の際、使用爆薬が部分的に不完全燃焼を起こして遊離した炭素を原料として、爆発で生じた衝撃波の圧力とエネルギーの作用によってＮＤ粒子が生成する。生成したＮＤ粒子は、隣接する一次粒子ないし結晶子の間がファンデルワールス力の作用に加えて結晶面間クーロン相互作用が寄与して非常に強固に集成し、凝着体を成す。
生成工程では、次に、室温において２４時間程度放置することにより放冷し、容器およびその内部を降温させる。この放冷の後、容器の内壁に付着しているＮＤ粒子粗生成物（ＮＤ粒子の凝着体および煤を含む）をヘラで掻き取る作業を行い、ＮＤ粒子粗生成物を回収する。以上のような方法によって、ＮＤ粒子の粗生成物を得ることができる。
（酸処理工程）
酸処理工程は、得られたＮＤ粒子粗生成物に例えば水溶媒中で強酸を作用させて金属酸化物を除去する工程である。爆轟法で得られるＮＤ粒子粗生成物には金属酸化物が含まれやすく、この金属酸化物は爆轟法に使用される容器等に由来するＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ等の酸化物である。例えば水溶媒中で所定の強酸を作用させることにより、ＮＤ粒子粗生成物から金属酸化物を溶解・除去することができる。この酸処理に用いる強酸としては鉱酸が好ましく、例えば、塩酸、フッ化水素酸、硫酸、硝酸、及びこれらの混合物等が挙げられる。酸処理で使用する強酸の濃度は例えば１～５０質量％である。酸処理温度は例えば７０～１５０℃である。酸処理時間は例えば０.１～２４時間である。また、酸処理は、減圧下、常圧下、または加圧下で行うことが可能である。このような酸処理の後は、例えばデカンテーションにより、沈殿液のｐＨが例えば２～３に至るまで、固形分（ＮＤ凝着体を含む）の水洗を行うことが好ましい。ＮＤ粒子粗生成物中の金属酸化物の含有量が少ない場合には、以上のような酸処理は省略してもよい。
酸処理工程は、得られたＮＤ粒子粗生成物に例えば水溶媒中で強酸を作用させて金属酸化物を除去する工程である。爆轟法で得られるＮＤ粒子粗生成物には金属酸化物が含まれやすく、この金属酸化物は爆轟法に使用される容器等に由来するＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ等の酸化物である。例えば水溶媒中で所定の強酸を作用させることにより、ＮＤ粒子粗生成物から金属酸化物を溶解・除去することができる。この酸処理に用いる強酸としては鉱酸が好ましく、例えば、塩酸、フッ化水素酸、硫酸、硝酸、及びこれらの混合物等が挙げられる。酸処理で使用する強酸の濃度は例えば１～５０質量％である。酸処理温度は例えば７０～１５０℃である。酸処理時間は例えば０.１～２４時間である。また、酸処理は、減圧下、常圧下、または加圧下で行うことが可能である。このような酸処理の後は、例えばデカンテーションにより、沈殿液のｐＨが例えば２～３に至るまで、固形分（ＮＤ凝着体を含む）の水洗を行うことが好ましい。ＮＤ粒子粗生成物中の金属酸化物の含有量が少ない場合には、以上のような酸処理は省略してもよい。
（酸化処理工程）
酸化処理工程は、酸化剤を用いてＮＤ粒子粗生成物からグラファイトを除去する工程である。爆轟法で得られるＮＤ粒子粗生成物にはグラファイト（黒鉛）が含まれるが、このグラファイトは、使用爆薬が部分的に不完全燃焼を起こして遊離した炭素のうちＮＤ粒子結晶を形成しなかった炭素に由来する。ＮＤ粒子粗生成物に、水溶媒中で所定の酸化剤を作用させることにより、ＮＤ粒子粗生成物からグラファイトを除去することができる。また、酸化剤を作用させることにより、ＮＤ粒子表面にカルボキシル基や水酸基などの酸素含有基を導入することができる。
酸化処理工程は、酸化剤を用いてＮＤ粒子粗生成物からグラファイトを除去する工程である。爆轟法で得られるＮＤ粒子粗生成物にはグラファイト（黒鉛）が含まれるが、このグラファイトは、使用爆薬が部分的に不完全燃焼を起こして遊離した炭素のうちＮＤ粒子結晶を形成しなかった炭素に由来する。ＮＤ粒子粗生成物に、水溶媒中で所定の酸化剤を作用させることにより、ＮＤ粒子粗生成物からグラファイトを除去することができる。また、酸化剤を作用させることにより、ＮＤ粒子表面にカルボキシル基や水酸基などの酸素含有基を導入することができる。
この酸化処理に用いられる酸化剤としては、例えば、クロム酸、無水クロム酸、二クロム酸、過マンガン酸、過塩素酸、硝酸、及びこれらの混合物や、これらから選択される少なくとも１種の酸と他の酸（例えば硫酸等）との混酸、及びこれらの塩が挙げられる。本発明においては、なかでも、混酸（特に、硫酸と硝酸との混酸）を使用することが、環境に優しく、且つグラファイトを酸化・除去する作用に優れる点で好ましい。
前記混酸における硫酸と硝酸との混合割合（前者／後者；質量比）は、例えば６０／４０～９５／５であることが、常圧付近の圧力（例えば、０．５～２ａｔｍ）の下でも、例えば１３０℃以上（特に好ましくは１５０℃以上。尚、上限は、例えば２００℃）の温度で、効率よくグラファイトを酸化して除去することができる点で好ましい。下限は、好ましくは６５／３５、特に好ましくは７０／３０である。また、上限は、好ましくは９０／１０、特に好ましくは８５／１５、最も好ましくは８０／２０である。
前記混酸における硝酸の割合が上記範囲を上回ると、高沸点を有する硫酸の含有量が少なくなるため、常圧付近の圧力下では、反応温度が例えば１２０℃以下となり、グラファイトの除去効率が低下する傾向がある。一方、混酸における硝酸の割合が上記範囲を下回ると、グラファイトの酸化に大きく貢献するのは硝酸であるため、グラファイトの除去効率が低下する傾向がある。
酸化剤（特に、前記混酸）の使用量は、ＮＤ粒子粗生成物１質量部に対して、例えば１０～５０質量部、好ましくは１５～４０質量部、特に好ましくは２０～４０質量部である。また、前記混酸中の硫酸の使用量は、ＮＤ粒子粗生成物１質量部に対して、例えば５～４８質量部、好ましくは１０～３５質量部、特に好ましくは１５～３０質量部であり、前記混酸中の硝酸の使用量は、ＮＤ粒子粗生成物１質量部に対して、例えば２～２０質量部、好ましくは４～１０質量部、特に好ましくは５～８質量部である。
また、酸化剤として前記混酸を使用する場合、混酸と共に触媒を使用しても良い。触媒を使用することにより、グラファイトの除去効率を一層向上することができる。前記触媒としては、例えば、炭酸銅（II）等を挙げることができる。触媒の使用量は、ＮＤ粒子粗生成物１００質量部に対して例えば０．０１～１０質量部程度である。
酸化処理温度は例えば１００～２００℃である。酸化処理時間は例えば１～２４時間である。酸化処理は、減圧下、常圧下、または加圧下で行うことが可能である。
このような酸化処理の後、例えばデカンテーションにより上澄みを除去することが好ましい。また、デカンテーションの際には、固形分の水洗を行うことが好ましい。水洗当初の上澄み液は着色しているが、上澄み液が目視で透明になるまで、当該固形分の水洗を反復して行うことが好ましい。
また、酸化処理後のＮＤ粒子には、必要に応じて、気相にて酸化処理や還元処理を施しても良い。気相にて酸化処理を施すことにより、表面にＣ＝Ｏ基を多く有するＮＤ粒子が得られる。また、気相にて還元処理を施すことにより、表面にＣ－Ｈ基を多く有するＮＤ粒子が得られる。
更に、酸化処理後のＮＤ粒子には、必要に応じて、解砕処理を施してもよい。解砕処理には、例えば、高剪断ミキサー、ハイシアーミキサー、ホモミキサー、ボールミル、ビーズミル、高圧ホモジナイザー、超音波ホモジナイザー、コロイドミル等を使用することができる。尚、解砕処理は湿式（例えば、水等に懸濁した状態での解砕処理）で行ってもよいし、乾式で行ってもよい。乾式で行う場合は、解砕処理前に乾燥工程を設けることが好ましい。
（乾燥工程）
本方法では、次に、乾燥工程を設けることが好ましく、例えば、上記工程を経て得られたＮＤ粒子含有溶液から噴霧乾燥装置やエバポレーター等を使用して液分を蒸発させた後、これによって生じる残留固形分を、例えば乾燥用オーブンを用いて加熱乾燥する。加熱乾燥温度は、例えば４０～１５０℃である。このような乾燥工程を経てＮＤ粒子が得られる。
本方法では、次に、乾燥工程を設けることが好ましく、例えば、上記工程を経て得られたＮＤ粒子含有溶液から噴霧乾燥装置やエバポレーター等を使用して液分を蒸発させた後、これによって生じる残留固形分を、例えば乾燥用オーブンを用いて加熱乾燥する。加熱乾燥温度は、例えば４０～１５０℃である。このような乾燥工程を経てＮＤ粒子が得られる。
以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。
実施例１
下記工程を経て、ＮＤ粒子分散液、及び表面修飾ＮＤ粒子を製造した。
（生成工程）
まず、爆轟法によるナノダイヤモンドの生成工程を行った。本工程では、まず、成形された爆薬に電気雷管が装着されたものを爆轟用の耐圧性容器の内部に設置して容器を密閉した。容器は鉄製で、容器の容積は１５ｍ3である。爆薬としては、ＴＮＴとＲＤＸとの混合物０.５０ｋｇを使用した。この爆薬におけるＴＮＴとＲＤＸの質量比（ＴＮＴ／ＲＤＸ）は、５０／５０である。次に、電気雷管を起爆させ、容器内で爆薬を爆轟させた（爆轟法によるナノダイヤモンドの生成）。次に、室温で２４時間放置して容器およびその内部を降温させた。この放冷の後、容器の内壁に付着しているナノダイヤモンド粗生成物（上記爆轟法で生成したナノダイヤモンド粒子の凝着体と煤を含む）をヘラで掻き取って、ナノダイヤモンド粗生成物を回収した。
下記工程を経て、ＮＤ粒子分散液、及び表面修飾ＮＤ粒子を製造した。
（生成工程）
まず、爆轟法によるナノダイヤモンドの生成工程を行った。本工程では、まず、成形された爆薬に電気雷管が装着されたものを爆轟用の耐圧性容器の内部に設置して容器を密閉した。容器は鉄製で、容器の容積は１５ｍ3である。爆薬としては、ＴＮＴとＲＤＸとの混合物０.５０ｋｇを使用した。この爆薬におけるＴＮＴとＲＤＸの質量比（ＴＮＴ／ＲＤＸ）は、５０／５０である。次に、電気雷管を起爆させ、容器内で爆薬を爆轟させた（爆轟法によるナノダイヤモンドの生成）。次に、室温で２４時間放置して容器およびその内部を降温させた。この放冷の後、容器の内壁に付着しているナノダイヤモンド粗生成物（上記爆轟法で生成したナノダイヤモンド粒子の凝着体と煤を含む）をヘラで掻き取って、ナノダイヤモンド粗生成物を回収した。
（酸処理工程）
上述のような生成工程を複数回行うことによって得られたナノダイヤモンド粗生成物に対し、次に、酸処理を行った。具体的には、当該ナノダイヤモンド粗生成物２００ｇに６Ｌの１０質量％塩酸を加えて得られたスラリーに対し、常圧条件での還流下で１時間の加熱処理を行った。この酸処理における加熱温度は８５～１００℃である。次に、冷却後、デカンテーションにより、固形分（ナノダイヤモンド凝着体と煤を含む）の水洗を行った。沈殿液のｐＨが低ｐＨ側から２に至るまで、デカンテーションによる当該固形分の水洗を反復して行った。
上述のような生成工程を複数回行うことによって得られたナノダイヤモンド粗生成物に対し、次に、酸処理を行った。具体的には、当該ナノダイヤモンド粗生成物２００ｇに６Ｌの１０質量％塩酸を加えて得られたスラリーに対し、常圧条件での還流下で１時間の加熱処理を行った。この酸処理における加熱温度は８５～１００℃である。次に、冷却後、デカンテーションにより、固形分（ナノダイヤモンド凝着体と煤を含む）の水洗を行った。沈殿液のｐＨが低ｐＨ側から２に至るまで、デカンテーションによる当該固形分の水洗を反復して行った。
（酸化処理工程）
次に、酸化処理を行った。具体的には、酸処理後のデカンテーションを経て得た沈殿液（ナノダイヤモンド凝着体を含む）に、６Ｌの９８質量％硫酸と１Ｌの６９質量％硝酸とを加えてスラリーとした後、このスラリーに対し、常圧条件での還流下で４８時間の加熱処理を行った。この酸化処理における加熱温度は１４０～１６０℃である。次に、冷却後、デカンテーションにより、固形分（ナノダイヤモンド凝着体を含む）の水洗を行った。水洗当初の上澄み液は着色しているところ、上澄み液が目視で透明になるまで、デカンテーションによる当該固形分の水洗を反復して行った。
次に、酸化処理を行った。具体的には、酸処理後のデカンテーションを経て得た沈殿液（ナノダイヤモンド凝着体を含む）に、６Ｌの９８質量％硫酸と１Ｌの６９質量％硝酸とを加えてスラリーとした後、このスラリーに対し、常圧条件での還流下で４８時間の加熱処理を行った。この酸化処理における加熱温度は１４０～１６０℃である。次に、冷却後、デカンテーションにより、固形分（ナノダイヤモンド凝着体を含む）の水洗を行った。水洗当初の上澄み液は着色しているところ、上澄み液が目視で透明になるまで、デカンテーションによる当該固形分の水洗を反復して行った。
（乾燥工程）
次に、酸化処理後のデカンテーションを経て得た沈殿液（ナノダイヤモンド凝着体を含む）を乾燥処理に付して、乾燥粉体としてのＮＤ粒子を得た。乾燥処理の手法としては、エバポレーターを使用して行う蒸発乾固を採用した。
次に、酸化処理後のデカンテーションを経て得た沈殿液（ナノダイヤモンド凝着体を含む）を乾燥処理に付して、乾燥粉体としてのＮＤ粒子を得た。乾燥処理の手法としては、エバポレーターを使用して行う蒸発乾固を採用した。
（修飾化工程）
上記乾燥工程で得られたＮＤ粒子０．３ｇを反応容器にはかり取り、極性有機溶媒としてＭＩＢＫ（ＳＰ：８．４）１６ｍＬ、シラン化合物としてメチルトリメトキシシラン１．２ｇを添加し１０分間撹拌した。
上記乾燥工程で得られたＮＤ粒子０．３ｇを反応容器にはかり取り、極性有機溶媒としてＭＩＢＫ（ＳＰ：８．４）１６ｍＬ、シラン化合物としてメチルトリメトキシシラン１．２ｇを添加し１０分間撹拌した。
撹拌後、ジルコニアビーズ（東ソー（株）製、登録商標「ＹＴＺ」、直径３０μｍ）３６ｇを添加した。添加後、氷水中で冷やしながら超音波分散機（（株）エスエムテー製、型式「ＵＨ－６００Ｓ」）を用い、超音波分散機の振動子の先端を反応容器内の溶液に浸けた状態で８時間超音波処理して、ＮＤ粒子とシラン化合物を反応させた。最初は灰色であったが、徐々にＮＤ粒子は小粒径化されて分散性が向上し、最後には均一で黒い液体となった。これは、ＮＤ粒子凝集体から順次にＮＤ粒子が解かれ（解砕）、解離状態にあるＮＤ粒子にシラン化合物が作用して結合し、表面修飾されたＮＤ粒子がＭＩＢＫ中で分散安定化しているためであると考えられる。このようにしてＮＤ粒子分散液が得られた。
得られたＮＤ粒子分散液中の表面修飾ＮＤ粒子の粒度分布を、Ｍａｌｖｅｒｎ社製の装置（商品名「ゼータサイザー ナノＺＳ」）を使用して、動的光散乱法（非接触後方散乱法）により測定し、前記表面修飾ＮＤ粒子の粒径（Ｄ５０）をもとめた。
得られたＮＤ粒子分散液中の表面修飾ＮＤ粒子の粒度分布を、Ｍａｌｖｅｒｎ社製の装置（商品名「ゼータサイザー ナノＺＳ」）を使用して、動的光散乱法（非接触後方散乱法）により測定し、前記表面修飾ＮＤ粒子の粒径（Ｄ５０）をもとめた。
実施例２
修飾化工程において、シラン化合物としてメチルトリメトキシシラン０．６ｇとヘキサデシルトリメトキシシラン０．６ｇを使用した以外は実施例１と同様にして、ＮＤ粒子分散液を得た。
修飾化工程において、シラン化合物としてメチルトリメトキシシラン０．６ｇとヘキサデシルトリメトキシシラン０．６ｇを使用した以外は実施例１と同様にして、ＮＤ粒子分散液を得た。
実施例３
修飾化工程において、シラン化合物としてプロピルトリメトキシシラン１．２ｇを使用した以外は実施例１と同様にして、ＮＤ粒子分散液を得た。
修飾化工程において、シラン化合物としてプロピルトリメトキシシラン１．２ｇを使用した以外は実施例１と同様にして、ＮＤ粒子分散液を得た。
実施例４
修飾化工程において、シラン化合物としてプロピルトリメトキシシラン０．６ｇとヘキサデシルトリメトキシシラン０．６ｇを使用した以外は実施例１と同様にして、ＮＤ粒子分散液を得た。
修飾化工程において、シラン化合物としてプロピルトリメトキシシラン０．６ｇとヘキサデシルトリメトキシシラン０．６ｇを使用した以外は実施例１と同様にして、ＮＤ粒子分散液を得た。
実施例５
修飾化工程において、シラン化合物としてイソブチルトリメトキシシラン１．２ｇを使用し、超音波処理時間を２０時間とした以外は実施例１と同様にして、ＮＤ粒子分散液を得た。
修飾化工程において、シラン化合物としてイソブチルトリメトキシシラン１．２ｇを使用し、超音波処理時間を２０時間とした以外は実施例１と同様にして、ＮＤ粒子分散液を得た。
実施例６
修飾化工程において、シラン化合物としてヘキシルトリメトキシシラン１．２ｇを使用し、超音波処理時間を２０時間とした以外は実施例１と同様にして、ＮＤ粒子分散液を得た。
修飾化工程において、シラン化合物としてヘキシルトリメトキシシラン１．２ｇを使用し、超音波処理時間を２０時間とした以外は実施例１と同様にして、ＮＤ粒子分散液を得た。
実施例７
修飾化工程において、シラン化合物としてオクチルトリメトキシシラン１．２ｇを使用し、超音波処理時間を２０時間とした以外は実施例１と同様にして、ＮＤ粒子分散液を得た。
修飾化工程において、シラン化合物としてオクチルトリメトキシシラン１．２ｇを使用し、超音波処理時間を２０時間とした以外は実施例１と同様にして、ＮＤ粒子分散液を得た。
比較例１
修飾化工程において、シラン化合物としてヘキサデシルトリメトキシシラン１．２ｇを使用した以外は実施例１と同様にして、ＮＤ粒子分散液を得た。
修飾化工程において、シラン化合物としてヘキサデシルトリメトキシシラン１．２ｇを使用した以外は実施例１と同様にして、ＮＤ粒子分散液を得た。
上記結果を下記表にまとめて示す。
実施例８
修飾化工程において、極性有機溶媒としてＭＥＫ（ＳＰ：９．３）を使用した以外は実施例１と同様にして、ＮＤ粒子分散液を得た。
修飾化工程において、極性有機溶媒としてＭＥＫ（ＳＰ：９．３）を使用した以外は実施例１と同様にして、ＮＤ粒子分散液を得た。
実施例９
修飾化工程において、極性有機溶媒としてＭＥＫ（ＳＰ：９．３）を使用した以外は実施例２と同様にして、ＮＤ粒子分散液を得た。
修飾化工程において、極性有機溶媒としてＭＥＫ（ＳＰ：９．３）を使用した以外は実施例２と同様にして、ＮＤ粒子分散液を得た。
実施例１０
修飾化工程において、極性有機溶媒としてＭＥＫ（ＳＰ：９．３）を使用した以外は実施例６と同様にして、ＮＤ粒子分散液を得た。
修飾化工程において、極性有機溶媒としてＭＥＫ（ＳＰ：９．３）を使用した以外は実施例６と同様にして、ＮＤ粒子分散液を得た。
比較例２
修飾化工程において、極性有機溶媒としてＭＥＫ（ＳＰ：９．３）を使用した以外は比較例１と同様にして、ＮＤ粒子分散液を得た。
修飾化工程において、極性有機溶媒としてＭＥＫ（ＳＰ：９．３）を使用した以外は比較例１と同様にして、ＮＤ粒子分散液を得た。
上記結果を下記表にまとめて示す。
実施例１１
修飾化工程において、極性有機溶媒としてＴＨＦ（ＳＰ：９．１）を使用した以外は実施例３と同様にして、ＮＤ粒子分散液を得た。
修飾化工程において、極性有機溶媒としてＴＨＦ（ＳＰ：９．１）を使用した以外は実施例３と同様にして、ＮＤ粒子分散液を得た。
実施例１２
修飾化工程において、極性有機溶媒としてＴＨＦ（ＳＰ：９．１）を使用した以外は実施例４と同様にして、ＮＤ粒子分散液を得た。
修飾化工程において、極性有機溶媒としてＴＨＦ（ＳＰ：９．１）を使用した以外は実施例４と同様にして、ＮＤ粒子分散液を得た。
実施例１３
修飾化工程において、極性有機溶媒としてＴＨＦ（ＳＰ：９．１）を使用した以外は実施例６と同様にして、ＮＤ粒子分散液を得た。
修飾化工程において、極性有機溶媒としてＴＨＦ（ＳＰ：９．１）を使用した以外は実施例６と同様にして、ＮＤ粒子分散液を得た。
比較例３
修飾化工程において、極性有機溶媒としてＴＨＦ（ＳＰ：９．１）を使用した以外は比較例１と同様にして、ＮＤ粒子分散液を得た。
修飾化工程において、極性有機溶媒としてＴＨＦ（ＳＰ：９．１）を使用した以外は比較例１と同様にして、ＮＤ粒子分散液を得た。
上記結果を下記表にまとめて示す。
実施例１４
実施例３で得たＮＤ粒子分散液を一昼夜静置した後に採取した上澄み液２ｇを、ヘキサン４ｇに滴下し、滴下後の混合溶媒を遠心分離処理（遠心力２００００×ｇ、遠心時間１０分間）に付して沈降した固形分（表面修飾されたＮＤ粒子を含む）を回収した。このようにして回収した固形分にＩＰＡ（ＳＰ：１１．５）２ｇを加え、超音波処理装置（商品名「ＡＳＵ－１０」、アズワン（株）製）を使用して１０分間の超音波処理を行いＮＤ粒子分散液を得た。
実施例３で得たＮＤ粒子分散液を一昼夜静置した後に採取した上澄み液２ｇを、ヘキサン４ｇに滴下し、滴下後の混合溶媒を遠心分離処理（遠心力２００００×ｇ、遠心時間１０分間）に付して沈降した固形分（表面修飾されたＮＤ粒子を含む）を回収した。このようにして回収した固形分にＩＰＡ（ＳＰ：１１．５）２ｇを加え、超音波処理装置（商品名「ＡＳＵ－１０」、アズワン（株）製）を使用して１０分間の超音波処理を行いＮＤ粒子分散液を得た。
実施例１５
実施例３で得たＮＤ粒子分散液に代えて実施例４で得たＮＤ粒子分散液を使用した以外は実施例１４と同様にして、ＮＤ粒子分散液を得た。
実施例３で得たＮＤ粒子分散液に代えて実施例４で得たＮＤ粒子分散液を使用した以外は実施例１４と同様にして、ＮＤ粒子分散液を得た。
比較例４
実施例３で得たＮＤ粒子分散液に代えて比較例１で得たＮＤ粒子分散液を使用した以外は実施例１４と同様にして、ＮＤ粒子分散液を得たが、ＮＤ粒子が完全に沈降してしまい、粒度分布は測定できなかった。
実施例３で得たＮＤ粒子分散液に代えて比較例１で得たＮＤ粒子分散液を使用した以外は実施例１４と同様にして、ＮＤ粒子分散液を得たが、ＮＤ粒子が完全に沈降してしまい、粒度分布は測定できなかった。
上記結果を下記表にまとめて示す。
実施例１６
ロータリーエバポレーター（ＢＵＣＨＩ社製、Ｒ－１２４）のフラスコの中に、実施例１４で得たＮＤ粒子分散液２ｇを入れ、さらにＥＣ／ＤＥＣ（１／１）混合溶媒（ＳＰ：１１．７５）２ｇを入れた。
次いで、ロータリーエバポレーターを駆動して、温度５０℃、圧力０．０３５ＭＰａの減圧条件下で、前記フラスコを５０ｒｐｍの速度で回転させると、上記で使用されたＩＰＡが蒸発してきたので、これを冷却して系外に排出した。この操作を１時間続けて、前記ＮＤ粒子分散液中に含まれるＩＰＡをＥＣ／ＤＥＣ混合溶媒に置換した。
ロータリーエバポレーター（ＢＵＣＨＩ社製、Ｒ－１２４）のフラスコの中に、実施例１４で得たＮＤ粒子分散液２ｇを入れ、さらにＥＣ／ＤＥＣ（１／１）混合溶媒（ＳＰ：１１．７５）２ｇを入れた。
次いで、ロータリーエバポレーターを駆動して、温度５０℃、圧力０．０３５ＭＰａの減圧条件下で、前記フラスコを５０ｒｐｍの速度で回転させると、上記で使用されたＩＰＡが蒸発してきたので、これを冷却して系外に排出した。この操作を１時間続けて、前記ＮＤ粒子分散液中に含まれるＩＰＡをＥＣ／ＤＥＣ混合溶媒に置換した。
比較例５
実施例１４で得たＮＤ粒子分散液に代えて比較例４で得たＮＤ粒子分散液を使用した以外は実施例１６と同様にして、ＮＤ粒子分散液を得たが、ＮＤ粒子が完全に沈降してしまい、粒度分布は測定できなかった。
実施例１４で得たＮＤ粒子分散液に代えて比較例４で得たＮＤ粒子分散液を使用した以外は実施例１６と同様にして、ＮＤ粒子分散液を得たが、ＮＤ粒子が完全に沈降してしまい、粒度分布は測定できなかった。
上記結果を下記表にまとめて示す。
以上のまとめとして、本発明の構成及びそのバリエーションを以下に付記する。
［１］ ＳＰ値が８．０～１４．０（ｃａｌ／ｃｍ3）1/2である有機溶媒中に、シラン化合物（（メタ）アクリロイル基を有するものは除く）が表面に結合したナノダイヤモンド粒子が、粒径（Ｄ５０）が２～１００ｎｍの範囲で分散したナノダイヤモンド粒子分散液。
［２］ 前記シラン化合物が表面に結合したナノダイヤモンド粒子が、式（１）で表される基で表面修飾された構造を有するナノダイヤモンド粒子である、［１］に記載のナノダイヤモンド粒子分散液。
［３］ 前記シラン化合物が表面に結合したナノダイヤモンド粒子が、式（１）（式中のＲ4は炭素数１～３のアルキル基）で表される基で表面修飾された構造を有するナノダイヤモンド粒子である、［１］に記載のナノダイヤモンド粒子分散液。
［４］ 前記シラン化合物が表面に結合したナノダイヤモンド粒子が、式（１）（式中のＲ4は炭素数４～８のアルキル基（好ましくは、炭素数４～７のアルキル基））で表される基で表面修飾された構造を有するナノダイヤモンド粒子である、［１］に記載のナノダイヤモンド粒子分散液。
［５］ 前記シラン化合物が表面に結合したナノダイヤモンド粒子が、式（１）（式中のＲ4は炭素数１～３のアルキル基）で表される基と、式（２）で表される基で表面修飾された構造を有するナノダイヤモンド粒子である、［１］に記載のナノダイヤモンド粒子分散液。
［６］ 前記シラン化合物が表面に結合したナノダイヤモンド粒子が、式（１）（式中のＲ4は炭素数１～３のアルキル基）で表される基と、式（２）（式中のＲ6は炭素数１０～２５のアルキル基（特に好ましくは、炭素数１４～２０のアルキル基））で表される基で表面修飾された構造を有するナノダイヤモンド粒子である、［１］に記載のナノダイヤモンド粒子分散液。
［７］ ＳＰ値が８．０（ｃａｌ／ｃｍ3）1/2未満である有機溶媒の含有量が、ナノダイヤモンド粒子分散液に含まれる溶媒全量の４０質量％以下（好ましくは２０質量％以下、特に好ましくは１０質量％以下）である、［１］～［６］の何れか１つに記載のナノダイヤモンド粒子分散液。
［８］ ＳＰ値が８．０～１４．０（ｃａｌ／ｃｍ3）1/2である有機溶媒が、ケトン、エーテル、アルコール、及びカーボネートから選択される少なくとも１種の有機溶媒である有機溶媒である、［１］～［７］の何れか１つに記載のナノダイヤモンド粒子分散液。
［９］ ＳＰ値が１０．０～１４．０（ｃａｌ／ｃｍ3）1/2である有機溶媒中に、式（１）で表され、式中のＲ4が炭素数１～３である基で表面修飾された構造を有するナノダイヤモンド粒子が、粒径（Ｄ５０）が２～１００ｎｍの範囲で分散した、ナノダイヤモンド粒子分散液。
［１０］ ＳＰ値が８．０（ｃａｌ／ｃｍ3）1/2以上、１０．０（ｃａｌ／ｃｍ3）1/2未満である有機溶媒中に、式（１）で表され、式中のＲ4が炭素数４～８である基（特に好ましくは、炭素数４～７である基）で表面修飾された構造を有するナノダイヤモンド粒子、及び／又は式（１）で表され、式中のＲ4が炭素数１～３である基と、式（２）で表される基で表面修飾された構造を有するナノダイヤモンド粒子が、粒径（Ｄ５０）が２～１００ｎｍの範囲で分散した、ナノダイヤモンド粒子分散液。
［１１］ ＳＰ値が８．０（ｃａｌ／ｃｍ3）1/2以上、１０．０（ｃａｌ／ｃｍ3）1/2未満である有機溶媒中に、式（１）で表され、式中のＲ4が炭素数４～８である基（特に好ましくは、炭素数４～７である基）で表面修飾された構造を有するナノダイヤモンド粒子、及び／又は式（１）で表され、式中のＲ4が炭素数１～３である基と、式（２）（式中のＲ6は炭素数１０～２５のアルキル基（特に好ましくは、炭素数１４～２０のアルキル基））で表される基で表面修飾された構造を有するナノダイヤモンド粒子が、粒径（Ｄ５０）が２～１００ｎｍの範囲で分散した、ナノダイヤモンド粒子分散液。
［１２］ 前記シラン化合物が表面に結合したナノダイヤモンド粒子の含有量が０．０００１～１０質量％である、［１］～［１１］の何れか１つに記載のナノダイヤモンド粒子分散液。
［１３］ 前記シラン化合物が表面に結合したナノダイヤモンド粒子の含有量が、極性有機溶媒１００質量部に対して０.０００１～１０質量部（好ましくは０．０１～８質量部、特に好ましくは１～５質量部）である、［１］～［１２］の何れか１つに記載のナノダイヤモンド粒子分散液。
［１］ ＳＰ値が８．０～１４．０（ｃａｌ／ｃｍ3）1/2である有機溶媒中に、シラン化合物（（メタ）アクリロイル基を有するものは除く）が表面に結合したナノダイヤモンド粒子が、粒径（Ｄ５０）が２～１００ｎｍの範囲で分散したナノダイヤモンド粒子分散液。
［２］ 前記シラン化合物が表面に結合したナノダイヤモンド粒子が、式（１）で表される基で表面修飾された構造を有するナノダイヤモンド粒子である、［１］に記載のナノダイヤモンド粒子分散液。
［３］ 前記シラン化合物が表面に結合したナノダイヤモンド粒子が、式（１）（式中のＲ4は炭素数１～３のアルキル基）で表される基で表面修飾された構造を有するナノダイヤモンド粒子である、［１］に記載のナノダイヤモンド粒子分散液。
［４］ 前記シラン化合物が表面に結合したナノダイヤモンド粒子が、式（１）（式中のＲ4は炭素数４～８のアルキル基（好ましくは、炭素数４～７のアルキル基））で表される基で表面修飾された構造を有するナノダイヤモンド粒子である、［１］に記載のナノダイヤモンド粒子分散液。
［５］ 前記シラン化合物が表面に結合したナノダイヤモンド粒子が、式（１）（式中のＲ4は炭素数１～３のアルキル基）で表される基と、式（２）で表される基で表面修飾された構造を有するナノダイヤモンド粒子である、［１］に記載のナノダイヤモンド粒子分散液。
［６］ 前記シラン化合物が表面に結合したナノダイヤモンド粒子が、式（１）（式中のＲ4は炭素数１～３のアルキル基）で表される基と、式（２）（式中のＲ6は炭素数１０～２５のアルキル基（特に好ましくは、炭素数１４～２０のアルキル基））で表される基で表面修飾された構造を有するナノダイヤモンド粒子である、［１］に記載のナノダイヤモンド粒子分散液。
［７］ ＳＰ値が８．０（ｃａｌ／ｃｍ3）1/2未満である有機溶媒の含有量が、ナノダイヤモンド粒子分散液に含まれる溶媒全量の４０質量％以下（好ましくは２０質量％以下、特に好ましくは１０質量％以下）である、［１］～［６］の何れか１つに記載のナノダイヤモンド粒子分散液。
［８］ ＳＰ値が８．０～１４．０（ｃａｌ／ｃｍ3）1/2である有機溶媒が、ケトン、エーテル、アルコール、及びカーボネートから選択される少なくとも１種の有機溶媒である有機溶媒である、［１］～［７］の何れか１つに記載のナノダイヤモンド粒子分散液。
［９］ ＳＰ値が１０．０～１４．０（ｃａｌ／ｃｍ3）1/2である有機溶媒中に、式（１）で表され、式中のＲ4が炭素数１～３である基で表面修飾された構造を有するナノダイヤモンド粒子が、粒径（Ｄ５０）が２～１００ｎｍの範囲で分散した、ナノダイヤモンド粒子分散液。
［１０］ ＳＰ値が８．０（ｃａｌ／ｃｍ3）1/2以上、１０．０（ｃａｌ／ｃｍ3）1/2未満である有機溶媒中に、式（１）で表され、式中のＲ4が炭素数４～８である基（特に好ましくは、炭素数４～７である基）で表面修飾された構造を有するナノダイヤモンド粒子、及び／又は式（１）で表され、式中のＲ4が炭素数１～３である基と、式（２）で表される基で表面修飾された構造を有するナノダイヤモンド粒子が、粒径（Ｄ５０）が２～１００ｎｍの範囲で分散した、ナノダイヤモンド粒子分散液。
［１１］ ＳＰ値が８．０（ｃａｌ／ｃｍ3）1/2以上、１０．０（ｃａｌ／ｃｍ3）1/2未満である有機溶媒中に、式（１）で表され、式中のＲ4が炭素数４～８である基（特に好ましくは、炭素数４～７である基）で表面修飾された構造を有するナノダイヤモンド粒子、及び／又は式（１）で表され、式中のＲ4が炭素数１～３である基と、式（２）（式中のＲ6は炭素数１０～２５のアルキル基（特に好ましくは、炭素数１４～２０のアルキル基））で表される基で表面修飾された構造を有するナノダイヤモンド粒子が、粒径（Ｄ５０）が２～１００ｎｍの範囲で分散した、ナノダイヤモンド粒子分散液。
［１２］ 前記シラン化合物が表面に結合したナノダイヤモンド粒子の含有量が０．０００１～１０質量％である、［１］～［１１］の何れか１つに記載のナノダイヤモンド粒子分散液。
［１３］ 前記シラン化合物が表面に結合したナノダイヤモンド粒子の含有量が、極性有機溶媒１００質量部に対して０.０００１～１０質量部（好ましくは０．０１～８質量部、特に好ましくは１～５質量部）である、［１］～［１２］の何れか１つに記載のナノダイヤモンド粒子分散液。
本発明のＮＤ粒子分散液はＮＤ粒子の凝集が抑制され、高分散性を有する。そのため、微細なＮＤ粒子が有する特性を樹脂等に付与する添加剤や、機械部品の摺動部等に適用する減摩剤又は潤滑剤として好適に使用できる。
１ 表面修飾ナノダイヤモンド粒子
２ ナノダイヤモンド粒子（部分）
３ 表面修飾基
４、４’ 脂肪族炭化水素基
２ ナノダイヤモンド粒子（部分）
３ 表面修飾基
４、４’ 脂肪族炭化水素基
Claims (3)
- ＳＰ値が８．０～１４．０（ｃａｌ／ｃｍ3）1/2である有機溶媒中に、下記式（１）
で表される基である。式中の波線が付された結合手がナノダイヤモンド粒子の表面に結合する］
で表される基で表面修飾された構造を有するナノダイヤモンド粒子が、粒径（Ｄ５０）が２～１００ｎｍの範囲で分散した、ナノダイヤモンド粒子分散液。 - ＳＰ値が８．０～１４．０（ｃａｌ／ｃｍ3）1/2である有機溶媒が、ケトン類、エーテル類、アルコール類、及びカーボネート類から選択される少なくとも１種の有機溶媒である、請求項１に記載のナノダイヤモンド粒子分散液。
- 前記ナノダイヤモンド粒子が、前記式（１）で表される基と、下記式（２）で表される基で表面修飾された構造を有する、請求項１又は２に記載のナノダイヤモンド粒子分散液。
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| KRUEGER, Anke, et al.，Biotinylated Nanodiamond: Simple and Efficient Functionalization of Detonation Diamond，Langmuir，2008年，Vol.24, No.8，p.4200-4204，特にp.4200-4201 |
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