JPH05246776A - Method for chemical modifying mica surface - Google Patents

Method for chemical modifying mica surface

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JPH05246776A
JPH05246776A JP8165492A JP8165492A JPH05246776A JP H05246776 A JPH05246776 A JP H05246776A JP 8165492 A JP8165492 A JP 8165492A JP 8165492 A JP8165492 A JP 8165492A JP H05246776 A JPH05246776 A JP H05246776A
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JP
Japan
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mica
plasma
modified
flake
reactor
Prior art date
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Application number
JP8165492A
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Japanese (ja)
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Hiroshi Okusa
洋 大草
Kazue Kurihara
和枝 栗原
Toyoki Kunitake
豊喜 国武
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Japan Science and Technology Agency
Original Assignee
Research Development Corp of Japan
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Publication date
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    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B14/00Use of inorganic materials as fillers, e.g. pigments, for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of inorganic materials specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
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    • C04B14/04Silica-rich materials; Silicates
    • C04B14/20Mica; Vermiculite
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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Abstract

PURPOSE:To form a modifying film having various characteristics on the surface of mica by allowing the surface of the mica to contact with a specific alkoxysilane derivative after irradiating with steam plasma. CONSTITUTION:A cleavaged flake of mica is provided in a reactor of a plasma treating device and the reactor is evacuated to 0.08mmHg degree of vacuum. steam is introduced at 78ml/min flow rate with argon as a carrier gas, high frequency voltage is impressed in 100 W out-put and plasma is irradiated for about 10 minutes. The flake of mica is picked up and transferred to a reactor for silanation treating, to the bottom of which the alkoxysilane derivative expressed by a formula (1) (e.g. dimethoxy-methyl-3,3,3-trifluoropropyl silane) is previously fed (in the formula, X is alkoxy group, each of R<1>-R<3> is substituted group except halogen). The silanating agent is vaporized by heating the reactor at about 80 deg.C and the flake of mica is brought into contact with the vapor and allowed to react. The flake of mica is cleaned with ethanol after continuing the reaction for 16 hours.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、多様なニーズに対応し
て種々の特性を呈するように雲母表面を修飾する方法に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of modifying a mica surface so as to exhibit various characteristics in response to various needs.

【0002】[0002]

【従来の技術】雲母は、合成樹脂,塗料等に対する添加
物として使用されている。雲母の添加によって、合成樹
脂,塗料等の有機材料の耐熱性及び耐候性が向上すると
共に、機械的強度の改善も図られる。また、化粧品等に
雲母を添加するとき、白色度や光沢性に優れた製品が得
られる。
Mica is used as an additive to synthetic resins, paints and the like. The addition of mica improves the heat resistance and weather resistance of organic materials such as synthetic resins and paints, and also improves the mechanical strength. Further, when mica is added to cosmetics or the like, a product excellent in whiteness and gloss can be obtained.

【0003】雲母を添加物として使用するとき、樹脂や
媒体に対する親和性を調整することが必要である。親和
性が不十分であると、合成樹脂,塗料,化粧品等への雲
母添加によって所期の性質改善を十分に行うことができ
ず、一部の性質が逆に劣化する場合もある。たとえば、
化粧品に雲母を添加したものにあっては、雲母が凝集や
沈澱を起こし易く、保存状況下で品質安定性が保たれな
い。
When mica is used as an additive, it is necessary to adjust its affinity for the resin and medium. If the affinity is insufficient, the desired properties cannot be sufficiently improved by adding mica to synthetic resins, paints, cosmetics, etc., and some properties may be adversely deteriorated. For example,
In the case where the mica is added to the cosmetics, the mica easily causes aggregation or precipitation, and the quality stability cannot be maintained under storage conditions.

【0004】これらの欠点は、樹脂,媒体等に対して高
い親和性をもつ表面状態に添加前の雲母を改質すること
により解消される。たとえば、雲母の表面を所定の化学
物質で修飾するとき、表面特性が変わり、樹脂,媒体等
に対する親和性が高くなる。しかし、雲母の表面を改質
することは容易でなく、また改質後の特性も安定化しな
い。
These drawbacks are solved by modifying the mica before addition to a surface state having a high affinity for resins, media and the like. For example, when the surface of mica is modified with a predetermined chemical substance, the surface characteristics change and the affinity for resins, media, etc. increases. However, it is not easy to modify the surface of mica, and the properties after modification are not stabilized.

【0005】雲母は、他の物質にみられない特殊な劈開
面をもっている。分子オーダーの極めて平滑な劈開面を
活用し、種々の分野で雲母を使用する試みが行われてい
る。たとえば、物質表面をナノメータスケールで評価・
観察するとき、表面力直接測定装置,原子間力顕微鏡
(AFM)等の機器が使用されている。これらの測定法
において、極めて平滑な表面をもった測定用基板が必要
となるが、雲母の劈開面は測定用基板に適した表面を提
供する。
Mica has a special cleavage plane that is not found in other substances. Attempts have been made to use mica in various fields by making use of an extremely smooth cleavage plane of molecular order. For example, evaluate the surface of a material on the nanometer scale.
When observing, a device such as a surface force direct measuring device or an atomic force microscope (AFM) is used. Although these measurement methods require a measurement substrate having an extremely smooth surface, the cleavage surface of the mica provides a surface suitable for the measurement substrate.

【0006】測定用基板として使用される雲母を種々の
対象物に広く適用するためには、その対象物に応じた状
態に雲母表面を修飾することが必要になる。この場合に
も、添加剤と同様に雲母の劈開面が化学的に不活性であ
ることから、所定の特性をもった表面層を安定して形成
することができない現状である。
In order to widely apply mica used as a substrate for measurement to various objects, it is necessary to modify the surface of the mica to a state suitable for the object. Also in this case, since the cleavage surface of mica is chemically inactive like the additive, it is not possible to stably form a surface layer having predetermined characteristics.

【0007】表面修飾法として、吸着法が採用されてい
る。吸着法では、負電荷をもっている雲母表面の性質を
利用し、所定の化合物を雲母表面に吸着させる。たとえ
ば、化学修飾で雲母の表面を改質するイオン交換法が特
開昭63−3753号公報で紹介されている。この方法
は、膨潤性雲母の層間アルカリイオンをイオン交換法に
より置換するものであり、イオン結合した修飾膜が雲母
表面に形成される。
An adsorption method has been adopted as a surface modification method. In the adsorption method, the property of the surface of mica having a negative charge is utilized to adsorb a predetermined compound on the surface of mica. For example, an ion exchange method for modifying the surface of mica by chemical modification is introduced in JP-A-63-3753. In this method, interlayer alkali ions of swelling mica are replaced by an ion exchange method, and a modified film ionically bonded is formed on the surface of the mica.

【0008】LB法も、雲母の表面修飾に使用されてい
る。LB法では、両親媒性物質を液面に展開して単分子
膜を形成し、そこに雲母を浸漬し引き上げることにより
単分子膜を移し取り、雲母表面に累積させる。累積可能
な単分子膜は、液体表面に単分子膜を形成することがで
きる両親媒性物質に限られる。そのため、LB法による
雲母の表面修飾は、汎用性に欠け、多様なニーズに応じ
た特性をもつ表面修飾に適さない。
The LB method is also used for surface modification of mica. In the LB method, an amphipathic substance is spread on the liquid surface to form a monomolecular film, and the mica is immersed in and pulled up from the liquid to transfer the monomolecular film and accumulate it on the surface of the mica. Accumulable monolayers are limited to amphiphiles capable of forming monolayers on liquid surfaces. Therefore, the surface modification of mica by the LB method lacks general versatility and is not suitable for surface modification having properties that meet various needs.

【0009】何れの方法においても、媒体の種類によっ
ては安定性が不十分で、修飾層が雲母表面から剥離する
場合がある。この点、多様なニーズに応じ且つ安定性に
優れた修飾表面を作製するためには、雲母表面に共有結
合した修飾層を形成する化学修飾が理想的である。しか
し、雲母の表面が化学的に不活性であるため、化学修飾
層を雲母表面に形成することは一般的に困難であるとさ
れている。
In either method, the stability is insufficient depending on the type of medium, and the modified layer may peel off from the surface of the mica. In this respect, in order to prepare a modified surface that meets various needs and is excellent in stability, it is ideal to chemically modify the surface to form a modified layer covalently bonded to the surface of the mica. However, since the surface of mica is chemically inactive, it is generally difficult to form a chemically modified layer on the surface of mica.

【0010】共有結合によって雲母表面を修飾する方法
として、クロロシラン化合物により雲母表面を疎水化す
ることがJournal of Physical Chemistry (1989
年)第98巻第6121頁で報告されている。この方法
においては、雲母表面を水蒸気プラズマで活性化した
後、アルキルクロロシラン化合物を反応させることによ
り、疎水性のアルキル基を雲母表面に共有結合させてい
る。
As a method of modifying the surface of mica by covalent bonding, it is known to make the surface of mica hydrophobic with a chlorosilane compound in the Journal of Physical Chemistry (1989).
Year) Vol. 98, p. 6121. In this method, after activating the surface of mica with steam plasma, an alkylchlorosilane compound is reacted to covalently bond a hydrophobic alkyl group to the surface of mica.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】イオン交換法では、修
飾可能な雲母が膨潤性雲母に限られる。また、修飾に使
用される物質も、陽イオン性の化合物に限られ、アニオ
ン性化合物やノニオン性化合物で雲母表面を修飾するこ
とができない。そのため、イオン交換法は、汎用性に乏
しく、多様なニーズに対応した特性で表面修飾すること
ができない。しかも、修飾層は、媒体の種類によっては
不十分な安定性をもったものとなる。
In the ion exchange method, the modifiable mica is limited to the swelling mica. Further, the substance used for modification is limited to a cationic compound, and the surface of mica cannot be modified with an anionic compound or a nonionic compound. Therefore, the ion exchange method is poor in versatility and cannot be surface-modified with properties that meet various needs. Moreover, the modified layer has insufficient stability depending on the type of medium.

【0012】クロロシラン化合物で雲母表面を疎水化す
る方法においては、クロロシラン基の反応性が高いた
め、アミノ基,メルカプト基等の官能基を含む安定なク
ロロシラン誘導体を合成することができず、雲母表面に
導入可能な官能基が制約される。したがって、多様なニ
ーズに対応した特性をもつ種々の官能基を導入する方法
としては不適当である。
In the method of hydrophobizing the surface of mica with a chlorosilane compound, it is not possible to synthesize a stable chlorosilane derivative containing a functional group such as an amino group or a mercapto group because the reactivity of the chlorosilane group is high. The functional groups that can be introduced into are limited. Therefore, it is unsuitable as a method for introducing various functional groups having properties corresponding to various needs.

【0013】本発明は、このような問題を解消すべく案
出されたもので、水蒸気プラズマ照射後の雲母表面を多
様な官能基の誘導体合成が可能なアルコキシシラン誘導
体と接触させることにより、官能基の種類に拘らず、雲
母表面の化学修飾を安定した条件下で行い、多様なニー
ズに対応した特性を付与することを目的とする。
The present invention has been devised in order to solve such a problem. By contacting the surface of mica after steam plasma irradiation with an alkoxysilane derivative capable of synthesizing derivatives of various functional groups, functionalization is achieved. The purpose is to chemically modify the surface of mica under stable conditions, regardless of the type of the group, and to impart properties that meet various needs.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明の化学修飾方法
は、その目的を達成するため、雲母表面に水蒸気プラズ
マを照射した後、一般式[I]で表されるアルコキシシ
ラン誘導体と接触反応させることを特徴とする。ただ
し、一般式[I]においてXはアルコキシ基を、R1
2 及びR3 はハロゲン元素以外の置換基を示す。
In order to achieve the object, in the chemical modification method of the present invention, the surface of mica is irradiated with steam plasma, and then catalytically reacted with an alkoxysilane derivative represented by the general formula [I]. It is characterized by However, in the general formula [I], X is an alkoxy group, R 1 ,
R 2 and R 3 represent a substituent other than a halogen element.

【0015】[0015]

【化2】 [Chemical 2]

【0016】水蒸気プラズマは、反応容器内を排気した
後、水蒸気を導入し、高周波或いは直流の電圧を印加
し、放電を行なうことによって発生させる。放電用電極
としては、容量結合型,平行平板型等の電極が使用され
る。高周波交流で電圧を印加するとき、高周波出力が大
きすぎると、プラズマ照射による表面活性化の効果が減
少する。また、プラズマ照射時間が長すぎる場合にも、
プラズマ照射による表面活性化の効果が減少する。水蒸
気は、アルゴン,ヘリウム等の不活性気体をキャリアガ
スとして反応域に導入することができる。
The steam plasma is generated by evacuating the inside of the reaction vessel, introducing steam, applying a high frequency or DC voltage, and discharging. As the discharge electrode, an electrode of capacitive coupling type, parallel plate type or the like is used. When the voltage is applied with a high frequency alternating current, if the high frequency output is too large, the effect of surface activation by plasma irradiation is reduced. Also, if the plasma irradiation time is too long,
The effect of surface activation by plasma irradiation is reduced. Water vapor can be introduced into the reaction zone by using an inert gas such as argon or helium as a carrier gas.

【0017】式[I]における置換基R1 ,R2 及びR
3 のうち、少なくとも一つは、雲母表面を修飾する置換
基として反応後に残留する必要があることから、アルコ
キシ基Xよりも加水分解を受けにくい置換基である。置
換基R1 ,R2 及びR3 の何れもがアルコキシ基Xより
も加水分解を受け易いものであると、先に雲母表面の水
酸基と反応・離脱し、目的とする修飾層が形成されな
い。
Substituents R 1 , R 2 and R in formula [I]
At least one of the three is a substituent that is less susceptible to hydrolysis than the alkoxy group X because it needs to remain as a substituent for modifying the surface of the mica after the reaction. If all of the substituents R 1 , R 2 and R 3 are more susceptible to hydrolysis than the alkoxy group X, they first react with and depart from the hydroxyl groups on the surface of the mica, and the desired modified layer is not formed.

【0018】置換基R1 ,R2 及びR3 としては、具体
的には直鎖状又は分岐したアルキル基,フェニル基等が
掲げられる。また、置換基R1 ,R2 及びR3 の一つR
1 が直鎖状又は分岐したアルキル基,フェニル基等であ
るとき、他の置換基R2 及びR3 はアルコキシ基であっ
ても良い。
Specific examples of the substituents R 1 , R 2 and R 3 include linear or branched alkyl groups and phenyl groups. Also, one of the substituents R 1 , R 2 and R 3 is R
When 1 is a linear or branched alkyl group, a phenyl group or the like, the other substituents R 2 and R 3 may be alkoxy groups.

【0019】アルキル基,フェニル基等には、任意の位
置に更に他の置換基を有しても良い。この置換基として
は、ハロゲン原子,アミノ基,メルカプト基,アルコキ
シ基,アリールオキシ基,エポキシ基,ビニル基,シア
ノ基,イソシアネート基,アリール基,ピリジル基,イ
ミダゾール基,アシル基,アシルアミノ基,スルホンア
ミド基等がある。
The alkyl group, phenyl group and the like may further have other substituents at arbitrary positions. Examples of the substituent include a halogen atom, amino group, mercapto group, alkoxy group, aryloxy group, epoxy group, vinyl group, cyano group, isocyanate group, aryl group, pyridyl group, imidazole group, acyl group, acylamino group, sulfone group. There are amide groups and the like.

【0020】一般式[I]で表わされるアルコキシシラ
ン誘導体としては、たとえば表1〜3に掲げたシラン化
合物が使用される。
As the alkoxysilane derivative represented by the general formula [I], for example, the silane compounds listed in Tables 1 to 3 are used.

【0021】[0021]

【表1】 [Table 1]

【0022】[0022]

【表2】 [Table 2]

【0023】[0023]

【表3】 [Table 3]

【0024】一般式[I]のアルコキシシラン誘導体を
雲母表面に反応させる方法としては、アルコキシシラン
誘導体を適当な溶媒を用いて調製した希薄溶液に雲母を
浸漬する方法,アルコキシシラン誘導体の蒸気を雲母表
面と接触させる方法等を採用することができる。アルコ
キシシラン誘導体と雲母表面との反応は、雲母表面に対
するコンタミネーション,ポリマー化したアルコキシシ
ラン誘導体と雲母表面との反応等を抑制し、平滑で且つ
高度に制御された修飾表面を作製する点から、アルコキ
シシラン誘導体の蒸気を使用する方法が好ましい。
The method of reacting the alkoxysilane derivative of the general formula [I] on the surface of the mica includes immersing the mica in a dilute solution prepared by using an appropriate solvent for the alkoxysilane derivative, and vaporizing the vapor of the alkoxysilane derivative into the mica. A method of contacting with the surface or the like can be adopted. The reaction between the alkoxysilane derivative and the mica surface suppresses the contamination of the mica surface, the reaction between the polymerized alkoxysilane derivative and the mica surface, and the like, from the viewpoint of producing a smooth and highly controlled modified surface, A method using vapor of an alkoxysilane derivative is preferable.

【0025】アルコキシシラン誘導体の蒸気は、アルコ
キシシラン誘導体をそのままで、或いは適当な溶媒に溶
かし込み又は分散させた溶液から蒸発させることによっ
て得られる。このとき、アルコキシシラン誘導体の雲母
表面に対する反応性に応じて、溶媒の種類,濃度等を変
えることができる。また、必要に応じて、接触反応を減
圧下で行なうこともできる。
The vapor of the alkoxysilane derivative can be obtained by evaporating the alkoxysilane derivative as it is or by dissolving or dispersing it in a suitable solvent. At this time, the type and concentration of the solvent can be changed according to the reactivity of the alkoxysilane derivative with respect to the surface of the mica. Further, if necessary, the contact reaction can be carried out under reduced pressure.

【0026】他方、アルコキシシラン誘導体を適当な溶
媒を用いて調製した希薄溶液に雲母を浸漬する方法で
は、アルコキシシラン誘導体の蒸気と接触させる方法に
比較してより温和な条件下で雲母表面を修飾することが
できる。そこで、蒸気接触法及び浸漬法それぞれの利点
を考慮して、目的に応じた修飾法が採用される。
On the other hand, the method of immersing mica in a dilute solution prepared by using an appropriate solvent for the alkoxysilane derivative modifies the surface of the mica under milder conditions than the method of contacting with the vapor of the alkoxysilane derivative. can do. Therefore, considering the advantages of the vapor contact method and the dipping method, a modification method is adopted according to the purpose.

【0027】表面修飾される雲母の修飾の有無及び修飾
法を評価する方法として、フーリエ変換赤外分光法(F
T−IR),X線光電子分光法(XPS)等がある。な
かでも、X線光電子分光法(XPS)は、雲母表面に微
量に存在する修飾層中の元素を高感度で検出することが
可能なことから、表面修飾された雲母の評価法として適
している。
As a method for evaluating the presence or absence of modification of the surface modified mica and the modification method, Fourier transform infrared spectroscopy (F
T-IR), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and the like. Among them, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) is suitable as an evaluation method for surface-modified mica because it is possible to detect elements in the modification layer present in a trace amount on the surface of mica with high sensitivity. ..

【0028】表面修飾された雲母では、X線光電子分光
法(XPS)を用いて修飾量を評価することができる。
しかし、雲母等の層状構造をもつ物質では、原子の表面
からの距離,光電子の平均自由行程を考慮して、X線光
電子シグナルに対する所定原子の寄与度を求める必要が
ある。
For surface-modified mica, the amount of modification can be evaluated using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS).
However, in the case of a substance having a layered structure such as mica, it is necessary to determine the degree of contribution of a given atom to the X-ray photoelectron signal in consideration of the distance from the surface of the atom and the mean free path of photoelectrons.

【0029】配向試料中にある元素のX線光電子シグナ
ルへの寄与は、一般に式(1)で表される。ただし、I
d は試料表面から深さdの位置にある原子AによるX線
光電子シグナルに対する寄与を、nd は深さdの位置に
ある元素Aの数,λは元素Aからの光電子の平均自由行
程,θは光電子の取出し角を表す。そこで、Id を深さ
方向に積算することにより、元素Aの光電子強度が理論
的に求められる。 Id =nd ・exp(−dλ/sinθ)・・・・・(1)
The contribution of an element in the oriented sample to the X-ray photoelectron signal is generally represented by the formula (1). However, I
d is the contribution to the X-ray photoelectron signal by the atom A at the depth d from the sample surface, n d is the number of the element A at the depth d, λ is the mean free path of the photoelectrons from the element A, θ represents the extraction angle of photoelectrons. Therefore, the photoelectron intensity of the element A can be theoretically obtained by integrating I d in the depth direction. I d = n d · exp (−dλ / sin θ) (1)

【0030】たとえば、白雲母は、図1に示すような層
状構造を持っていることが知られている。この構造に基
づき式(1)を適用すると、未修飾雲母における各原子
のXPSシグナルに対する寄与が計算される。得られる
計算値は、実測値に対して高い一致性を示す。
For example, muscovite is known to have a layered structure as shown in FIG. Applying equation (1) based on this structure, the contribution of each atom in the unmodified mica to the XPS signal is calculated. The calculated value obtained shows high agreement with the measured value.

【0031】雲母表面がある密度で修飾した化合物によ
って被覆されていると仮定する。この化学修飾された雲
母表面に式(1)を適用すると、この仮定の下での修飾
表面における元素比が求められる。そして、求めた元素
比が実測値に近くなるように仮定した密度をフィッティ
ングさせることにより、単位表面積当りにシラン化合物
が反応した量が得られる。
It is assumed that the mica surface is coated with a density modified compound. Applying equation (1) to this chemically modified mica surface gives the elemental ratio on the modified surface under this assumption. Then, by fitting the density assumed so that the obtained element ratio is close to the actually measured value, the amount of the reacted silane compound per unit surface area can be obtained.

【0032】このようにして、式(1)式を用いてX線
光電子のシグナルに対する寄与を求め、実際のデータと
比較するとき、単位表面積当りの反応分子数、ひいては
被覆率を求めることができる。この解析法によって、配
向した層状構造をもつ雲母の原子濃度が正確に把握され
る。
In this way, when the contribution of the X-ray photoelectrons to the signal is obtained using the equation (1) and compared with the actual data, the number of reactive molecules per unit surface area, and thus the coverage can be obtained. .. By this analysis method, the atomic concentration of mica having an oriented layered structure can be accurately grasped.

【0033】以下に、実際の解析例を説明する。 [解析例]白雲母薄片、を次の条件下で水蒸気プラズマ
処理した。劈開した白雲母薄片をプラズマ処理装置の反
応容器内に設置し、容器内を0.08mmHgまで排気
した。次いで、アルゴンをキャリアガスとして流量78
ml/分で水蒸気を導入した。出力100Wで高周波電
圧を印加し、10分間プラズマを照射した。
An actual analysis example will be described below. [Analysis Example] Muscovite flakes were subjected to steam plasma treatment under the following conditions. The cleaved muscovite flakes were placed in the reaction vessel of the plasma processing apparatus, and the vessel was evacuated to 0.08 mmHg. Then, using argon as a carrier gas, a flow rate of 78
Steam was introduced at ml / min. A high frequency voltage was applied at an output of 100 W and plasma was irradiated for 10 minutes.

【0034】水蒸気プラズマ処理した白雲母の組成を、
X線光電子分光法(XPS)により実測した。また、式
(1)を用いて、白雲母の結晶構造から組成を計算し
た。実測値及び計算値を表4に比較して示す。
The composition of muscovite treated with steam plasma was
It was measured by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Further, the composition was calculated from the crystal structure of muscovite using the formula (1). The measured and calculated values are shown in comparison with Table 4.

【0035】[0035]

【表4】 [Table 4]

【0036】表4から明らかなように、X線光電子分光
法(XPS)による実測値は、式(1)を用いて白雲母
の結晶構造から求めた計算値に一致していることが判
る。このことは、雲母表面のような配向試料中の原子濃
度を、式(1)によって比較的正確に求めることができ
ることを示す。
As is clear from Table 4, the measured values by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) agree with the calculated values obtained from the crystal structure of muscovite using the formula (1). This indicates that the atomic concentration in the oriented sample such as the mica surface can be relatively accurately obtained by the equation (1).

【0037】次いで、雲母表面を化合物1で化学修飾し
た。化学修飾は、水蒸気プラズマで照射された雲母を6
0℃で16時間にわたり化合物1の蒸気と接触させるこ
とにより行った。
Next, the surface of the mica was chemically modified with the compound 1. Chemical modification was performed on mica irradiated with steam plasma.
It was carried out by contacting with vapor of Compound 1 at 0 ° C. for 16 hours.

【0038】この場合、雲母表面が1nm2 当り1.3
個の化合物1で修飾されたと仮定したとき、表2に示す
ように計算値と実測値とがほぼ一致していた。そこで、
このときのシラン化合物の密度を修飾量とした。なお、
光電子の平均自由工程については、Journal of Colloid
and Interface Science (1987年)第119巻第1
55頁からλ=3.0nmとした。
In this case, the surface of the mica is 1.3 per 1 nm 2.
Assuming that each of the compounds was modified with Compound 1, the calculated value and the actually measured value were almost the same as shown in Table 2. Therefore,
The density of the silane compound at this time was defined as the modification amount. In addition,
For the mean free path of photoelectrons, see the Journal of Colloid
and Interface Science (1987) Volume 119 Volume 1
From page 55, λ = 3.0 nm.

【0039】[0039]

【表5】 [Table 5]

【0040】[0040]

【作用】雲母表面を水蒸気プラズマで照射するとき、活
性な水酸基が雲母表面に生成される。この水酸基は、極
めて平滑な雲母表面に形成されているため、側方及び後
方から反応物が接近することを規制し、反応方向に指向
性がある二次元的な反応場を提供する。
When the mica surface is irradiated with water vapor plasma, active hydroxyl groups are generated on the mica surface. Since this hydroxyl group is formed on the surface of a very smooth mica, it restricts the approach of the reactants from the side and the rear, and provides a two-dimensional reaction field having a directivity in the reaction direction.

【0041】一般式[I]のアルコキシシラン誘導体
は、クロロシラン誘導体と比較して反応性が低いため、
メルカプト基,アミノ基のようなクロロシラン誘導体で
は存在できない官能基を分子内に導入することが可能で
ある。したがって、水蒸気プラズマで照射された雲母表
面をアルコキシシラン誘導体を修飾するとき、クロロシ
ラン誘導体による場合には導入できない種々の官能基で
修飾された雲母表面を作製することができる。しかも、
水蒸気プラズマの照射によって形成された特異な反応場
で修飾層が作製されることから、目的とする機能を備え
且つ雲母表面特有の平滑性を反映した平滑な修飾表面が
安定して得られる。特に水蒸気プラズマで照射された雲
母表面に一般式[I]のアルコキシシラン誘導体蒸気を
反応させる場合、表面におけるポリマー化が生じにく
く、より制御された修飾表面を作製することができる。
Since the alkoxysilane derivative of the general formula [I] has a lower reactivity than the chlorosilane derivative,
It is possible to introduce into the molecule a functional group such as a mercapto group or an amino group that cannot be present in a chlorosilane derivative. Therefore, when modifying the surface of a mica irradiated with water vapor plasma with an alkoxysilane derivative, it is possible to prepare a mica surface modified with various functional groups that cannot be introduced when a chlorosilane derivative is used. Moreover,
Since the modified layer is formed in a unique reaction field formed by irradiation with water vapor plasma, a smooth modified surface having a desired function and reflecting the smoothness peculiar to the mica surface can be stably obtained. In particular, when the surface of the mica irradiated with steam plasma is reacted with the alkoxysilane derivative vapor of the general formula [I], polymerization on the surface is less likely to occur, and a more controlled modified surface can be produced.

【0042】本発明の表面改質法は、天然雲母,合成雲
母,膨潤性雲母,非膨潤性雲母,微粒子状雲母等の何れ
に対しても適用される。また、一般式[I]のアルコキ
シシラン誘導体中の官能基を利用し、表面修飾された雲
母を他の化合物で更に修飾することもできる。更に、表
面修飾した微粒子状雲母をフィルム状に成形することも
可能である。
The surface modification method of the present invention can be applied to any of natural mica, synthetic mica, swelling mica, non-swelling mica, particulate mica and the like. Further, the functional group in the alkoxysilane derivative of the general formula [I] can be utilized to further modify the surface-modified mica with another compound. Furthermore, it is also possible to mold the surface-modified fine particulate mica into a film.

【0043】表面修飾された雲母は、有機材料の耐熱
性,耐候性向上や機械的強度の改善等を図るため、合成
樹脂,耐熱塗料に対する添加剤として使用される。化粧
品,セラミックス等に添加するとき、白色度,光沢性等
が向上する。また、触媒材料,光学材料等の用途にも使
用される。また、物質表面をナノメータスケールで評価
・観察するときの基板としても用いられる。このとき、
所定の特性の置換基をもった一般式[I]のアルコキシ
シラン誘導体を選択することにより、多様なニーズに応
じて表面修飾された雲母が得られる。
The surface-modified mica is used as an additive to synthetic resins and heat-resistant paints in order to improve heat resistance, weather resistance and mechanical strength of organic materials. When added to cosmetics, ceramics, etc., whiteness, gloss, etc. are improved. It is also used in applications such as catalyst materials and optical materials. It is also used as a substrate when evaluating and observing the surface of a substance on the nanometer scale. At this time,
By selecting an alkoxysilane derivative represented by the general formula [I] having a substituent having predetermined characteristics, surface-modified mica can be obtained according to various needs.

【0044】[0044]

【実施例】【Example】

−実施例1−本発明試料1の作製 :劈開した雲母薄片をプラズマ処理
装置の反応容器内に設置し、容器内を真空度0.08m
mHgまで排気した。次いで、アルゴンをキャリヤーガ
スとして流量78ml/分で水蒸気を導入した。出力1
00Wで高周波電圧を印加し、10分間プラズマ処理を
施した。
-Example 1-Preparation of sample 1 of the present invention : The cleaved mica flakes are placed in a reaction vessel of a plasma processing apparatus, and the degree of vacuum in the vessel is 0.08 m.
Exhausted to mHg. Then, steam was introduced at a flow rate of 78 ml / min using argon as a carrier gas. Output 1
A high frequency voltage was applied at 00 W and plasma treatment was performed for 10 minutes.

【0045】容器内を0.08mmHgまで再び排気し
た後、水蒸気プラズマ照射された雲母薄片を取り出し、
シラン化剤としてジメトキシメチル−3,3,3−トリ
フルオロプロピルシランを予め底部に入れたシラン化処
理用反応容器に移した。
After the container was evacuated to 0.08 mmHg again, the mica flakes irradiated with the steam plasma were taken out,
As a silanizing agent, dimethoxymethyl-3,3,3-trifluoropropylsilane was transferred to a silanization reaction container which was previously placed at the bottom.

【0046】反応容器を80℃に加温することにより、
シラン化剤を蒸発させ、その蒸気に雲母薄片を接触・反
応させた。反応を16時間継続した後、雲母薄片をエタ
ノールで洗浄した。
By heating the reaction vessel to 80 ° C.,
The silanizing agent was evaporated, and the mica flakes were contacted and reacted with the vapor. After continuing the reaction for 16 hours, the mica flakes were washed with ethanol.

【0047】比較例試料1の作製:水蒸気プラズマを照
射することなく、本発明試料1と同様のシラン化処理を
雲母薄片に施し、比較例試料1を作製した。
Preparation of Comparative Example Sample 1 : A mica thin piece was subjected to the same silanization treatment as that of Sample 1 of the present invention without irradiating with steam plasma to prepare Comparative Example Sample 1.

【0048】比較例試料2の作製:水蒸気プラズマを照
射することなく、シラン化剤として3,3,3−トリフ
ルオロプロピルメチルジクロロシラン使用し、雲母薄片
をシラン化剤の蒸気に1時間接触反応させ、比較例試料
2を作製した。
Preparation of Comparative Example Sample 2 : 3,3,3-trifluoropropylmethyldichlorosilane was used as the silanizing agent without irradiation with steam plasma, and the mica flakes were contacted with the vapor of the silanizing agent for 1 hour. Then, Comparative Example Sample 2 was prepared.

【0049】修飾量の評価:X線電子分光装置を使用し
て、作製した試料の表面を分析した。分析結果を基に
し、前述した解析例に準拠して修飾量を評価した。評価
結果を示す。表6から明らかなように、本発明試料1
は、プラズマ処理を施さない比較例試料1と比較して著
しく修飾量が増加していることが判る。
Evaluation of modification amount : The surface of the prepared sample was analyzed using an X-ray electron spectrometer. Based on the analysis result, the modification amount was evaluated according to the above-mentioned analysis example. The evaluation results are shown. As is apparent from Table 6, Sample 1 of the present invention
It can be seen that the amount of modification markedly increases in comparison with Comparative sample 1 which is not subjected to the plasma treatment.

【0050】[0050]

【表6】 [Table 6]

【0051】クロロシランで修飾した比較例試料2で
は、アルコキシシラン誘導体を用いた本発明試料1と比
較し修飾量が著しく増加している。しかし、反応したア
ルコキシシラン誘導体の占有面積(0.25〜0.3n
2 )を考慮すると、修飾量10.1/nm2 は、雲母
表面に対して過剰のアルコキシシラン誘導体が反応して
いることになる。
In the comparative example sample 2 modified with chlorosilane, the amount of modification was remarkably increased as compared with the sample 1 of the present invention using the alkoxysilane derivative. However, the occupied area of the reacted alkoxysilane derivative (0.25-0.3n
Considering m 2 ), the modification amount of 10.1 / nm 2 means that the excess alkoxysilane derivative reacts with the surface of the mica.

【0052】これに対し、本発明試料1における修飾量
1.3nm2 は、単分子層程度の修飾膜が雲母表面に形
成されていることを示す。このことは、本発明試料1で
は、より均質な化学修飾が行われ、雲母表面特有の平滑
性が反映された化学修飾面が形成されていることを示
す。
On the other hand, the modification amount of 1.3 nm 2 in the sample 1 of the present invention indicates that the modification film of about a monomolecular layer is formed on the surface of the mica. This indicates that in Sample 1 of the present invention, more uniform chemical modification was performed, and a chemically modified surface reflecting the smoothness peculiar to the surface of the mica was formed.

【0053】−実施例2−本発明試料2及び3の作製 :本発明試料1の作製条件と
同じ条件下で、水蒸気プラズマを雲母表面に照射した。
本発明試料2では表1の化合物4を、本発明試料3では
同じく化合物5をシラン化剤として使用した。何れもシ
ラン化剤を希釈することなく反応容器に入れ、反応容器
を80℃に加温することによりシラン化剤を蒸発させ
た。プラズマ照射後の雲母を、シラン化剤の蒸気と16
時間接触反応させた、反応終了後、シラン化処理された
雲母薄片をエタノールで洗浄した。
Example 2-Preparation of Inventive Samples 2 and 3 : Under the same conditions as those of Inventive Sample 1, steam plasma was irradiated on the surface of the mica.
In the present invention sample 2, the compound 4 of Table 1 was used, and in the present invention sample 3, the compound 5 was also used as the silanizing agent. In each case, the silanizing agent was placed in the reaction vessel without dilution, and the silanizing agent was evaporated by heating the reaction vessel to 80 ° C. Mica after plasma irradiation was treated with the silanizing agent vapor and 16
After the completion of the reaction, the silanized mica flakes were washed with ethanol after the reaction.

【0054】本発明試料4の作製:実施例1と同様のプ
ラズマ処理を施した雲母薄片を、40℃に加温した化合
物5の1%ヘキサン溶液に浸漬しすることにより本発明
試料4を作製した。作製した各試料の修飾量を、実施例
1と同様な解析法で評価した。評価結果を表7に示し
た。
Preparation of sample 4 of the present invention : Sample 4 of the present invention was prepared by immersing the mica flakes subjected to the same plasma treatment as in Example 1 in a 1% hexane solution of compound 5 heated to 40 ° C. did. The modification amount of each produced sample was evaluated by the same analysis method as in Example 1. The evaluation results are shown in Table 7.

【0055】[0055]

【表7】 [Table 7]

【0056】表7から明らかなように、本発明によっ
て、種々の官能基で修飾された雲母が製造できることが
判る。また、本発明試料3の修飾量から、シラン化処理
を浸漬法で行うとき、より温和な条件下での修飾が可能
となり、高温では不安定なシラン化合物を用いた場合に
も容易に雲母表面を化学修飾できることが判る。
As is apparent from Table 7, it is understood that the present invention can produce mica modified with various functional groups. Further, from the modification amount of the sample 3 of the present invention, when the silanization treatment is performed by the dipping method, the modification can be performed under milder conditions, and even when a silane compound unstable at high temperature is used, the surface of the mica can be easily obtained. It is understood that can be chemically modified.

【0057】[0057]

【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、水蒸気プラズマ照射された雲母表面にアルコキシシ
ラン誘導体を接触させることにより、本来不活性で他の
物質に対する親和性のない雲母表面を化学修飾し、多様
なニーズに対応した特性の修飾表面を有する雲母が製造
される。雲母表面に形成された修飾膜は安定性に優れ、
しかも単分子層の厚みの修飾膜を作製することができ
る。化学修飾された雲母は、各種添加剤,触媒材料,光
学材料,表面測定用基板材料等として広範な分野で使用
される。
As described above, in the present invention, by bringing an alkoxysilane derivative into contact with the surface of a mica irradiated with water vapor plasma, the surface of the mica which is originally inactive and has no affinity for other substances is chemically treated. Mica is produced that has been modified and has a modified surface with properties that meet a variety of needs. The modified film formed on the mica surface has excellent stability,
Moreover, a modified film having a monolayer thickness can be produced. The chemically modified mica is used in various fields as various additives, catalyst materials, optical materials, surface measurement substrate materials and the like.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 白雲母の断面モデル及び各原子の層中におけ
る位置関係
Fig. 1 Cross-section model of muscovite and the positional relationship of each atom in the layer

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 雲母表面に水蒸気プラズマを照射した
後、一般式[I]で表されるアルコキシシラン誘導体と
接触反応させることを特徴とする雲母表面の化学修飾方
法。 【化1】
1. A method for chemically modifying the surface of a mica, which comprises irradiating the surface of the mica with steam plasma and then contacting the same with an alkoxysilane derivative represented by the general formula [I]. [Chemical 1]
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006237314A (en) * 2005-02-25 2006-09-07 Matsushita Electric Ind Co Ltd Wiring board with built-in capacitors and manufacturing method thereof
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JP2014019783A (en) * 2012-07-18 2014-02-03 Nippon Menaade Keshohin Kk Surface treatment method of powder, surface-treated powder and cosmetics
JP2014047237A (en) * 2012-08-29 2014-03-17 Bridgestone Corp Method of manufacturing modified carbon black and modified carbon black
JP2017075319A (en) * 2016-11-10 2017-04-20 日本メナード化粧品株式会社 Surface treated powder and cosmetic material

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