JPS62266161A - 単分子膜 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ この発明は有機単分子膜、特に親水性基材に吸着可能で
あり、かつ吸着後に気体側（基材と反対側）に親水性基
、もしくは反応性親水性基を有することを特徴とする有
機単分子膜に関するものである。

［従来の技術］ 有機化合物の単分子膜、累積膜には数多くの用途が市る
。エレク１〜ロニクスの分野では、例えば、膜厚を正確
に制御した半導体装置用絶縁膜、磁気ディスク装置等の
保護潤滑膜、光電変換膜、光学的情報記録膜、光学的情
報記憶膜などへの応用が検討されている。これらの目的
のために、単分子膜、累積膜を作製する方法として、水
面上で両親媒性物質を高度に分子配向させて単分子層と
し、その単分子層を基材上に写し取る方法、いわゆるラ
ングミュア−プロジェット法が多く用いられている。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、この方法で作製−される単分子膜、累積
膜を構成する材料分子は、一般に長鎖アルキル基の一方
の末端のみに親水基を有するものである。かかる構成分
子から成る単分子膜、累積膜を作製する場合は、熱力学
的な安定性の問題から、膜の支台、すなわち基材と逆側
である気体側に疎水性部分を露出させた膜構成にしてお
く必要がある。もし気体側に親水基部分を露出させてお
いても、放置しておくだけで構成分子の反転が起こり、
表面は疎水性に変わってしまうことが知られている。

したがって従来は親水性基を気体側に露出した形の単分
子膜を形成することは非常に困難であり、従って単分子
膜部るいはその累積膜を作製後にその上に親水′］）Ｉ
物質を吸着させたり膜に物質を反応させて新しい機能を
イ」与するには、この困難さが大ぎな問題となっていた
。

しかし、親水性基には一般に反応性に富むものが多く、
もしかかる膜が作成できれば、単分子膜、あるいはその
累積膜の表面に反応性を付与できることになる。親水性
基のこのような反応性あるいは親水性そのものを利用し
て、例えば、半導体装置用絶縁層、磁気ディスク装置等
の保護潤滑層、光電変換機能を持つ層、光学的情報記録
層、光学的情報記憶層などを単分子膜」二に設けること
ができるにうになるわ（プである。

本発明の目的は以上）小べた問題点を解決する月利を提
供することにあるか、具体的には、親水性基材に吸着可
能であり、かつ吸着後に気体側、すなわち基材と反対側
に親水性基を有する右機甲分子膜を提供することにある
。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は一般式： ％式％（ （式中、Ｘ−Ｒは炭素原子数が８以上、望ましくは１４
以上の炭化水素基を示す〉で示される１種または２種以
上の有機化合物を親水性基板上に配向制御して吸着させ
てなることを特徴とする単分子膜である。

本発明の要旨とするところは、同一の親水性基を両末端
に有する有機化合物を原料として、親水性基材上に基材
側と気体側の両方に親水性基を持つ中分子膜を提供する
ことである。

本発明における単分子膜の親水性基である前記一般式（
ｉ）のＸとしてはヒト目キシル基、カルボキシル基、メ
ルカプト基、ブチルシリル基、ジチオカルボキシル カルバモイル基、チオカルバモイル基、アミン基、一＼ 買換アミノ基等があげられ、単分子膜形成物質はこれら
の親水性基のうちの１種を両末端に有する有機化合物で
ある。また前記一般式（Ｉ＞のＲどしては二価の鎖式飽
和炭化水素基、鎖式不飽和炭化水素基またはこれらの炭
化水素基の一部に１個または２個以−にの）Ｔニレン基
を含む炭化水素基があげられる。

これらの化合物は１種のみを用いてもよいし、もし必要
があれば２種以上を）捏合して用いてもよい。

本発明の単分子膜を作製するにはたとえば次のような方
法で行なうことができる。

一般にこのような物質は通常のラングミュアーブロジエ
ツ１〜法によって単分子膜化することは困難であるので
、水面」二では分子が単分子膜として配列するよう一方
の親水性基を疎水性保１で保護して疎水性基に変換する
必要がある。そのために用いることのできる疎水性保護
基としては、トリメチルシリル基、ジメチルイソプロピ
ルシリル基、ジメチルターシャリ−ブチルシリル基のよ
うな１へリアルキルシリル基、ジじド［］１ピラニル阜
等を含むエーテル系保護基、同じくエステル系保護基、
トリフロ［ｌ酢酸アミド等のようイ【アミド系保護基な
と一般に有機合成化学の分野で用いられるもののうち適
切なものを使えばよい。

単分子膜の作製にあたっては、両方の親水性」（を保護
しておいて、水面上で片側だけをはずしてもよいし、最
初から片側だけを保護しておいてもよい。両方の親水性
基を保護した場合は、水面上で片側のみが脱保護しても
との親水性基に戻り水面上で単分子膜として配向するよ
うに水中の各種イオン！１！度、水の温度、水面」−で
の展開時間などの諸条イ′１を適切に選択する必要があ
る。同様に、片側の親水性基のみを保護した場合は、水
面−４二でその保護基がはずれないように、前記諸条件
を適切に選択する必要がある。さらに、水中には、水面
の単分子膜の塩を生成するような金属イオンが含まれて
いてもよい。

このようにして水面上で片方の親水性基のみが保護され
た化合物を、ラングミュアーブロジＴツ］へ法によって
親水性基材上に写し取る。得られる単分子膜は表面が疎
水性保護基で保護されているので適当に調整した試薬溶
液の中に浸すか、適当な試薬蒸気に暉すなどの方法にに
つて遊離の親水性基とすることができる。

１作　用］ 両末端に同一の親水性基を有する有機化合物を原料とし
、保護基とその保護条件あるいは脱保護条件を適切に選
択することにより、ラングミュア−プロジェット法によ
って、親水性基材上に、表面に親水性基を持たせた単分
子膜を作製することができる。本発明の新規な単分子膜
を作製するためには、両末端あるいは片末端の親水性基
を疎水性保護基により疎水化しておく必要があり、また
親水性基材に写し取った後に脱保護する必要がある。疎
水基ににる保護は、水面上で単分子膜を配列するための
もので必るので、両末端を同時に保護した場合は、水面
上で片側だけを脱保護する必要かある。親水性基材に写
し取った後の脱保護は、表面に目的通りの親水性基を設
けるための手段である。

［実施例］ 次に本発明を実施例によって説明する。

実施例１ １．１６−ジカルポキシヘキサデカン（４ｍｍｏ！りの
テトラヒドロフラン（２０ｍｌ＞溶液に２．２倍量のジ
メチルイソプロピルシリルクロリドと２．２倍量の１ヘ
リエチルアミンを加え、３０分間５０℃で加熱した。Ｏ
′Ｃに冷却後、ヘキサンを３（７加え、Ｏ′Ｃの水で水
洗（３×３０ｍＩ！ｌた。硫酸マグネシウムで乾燥後、
減圧で溶媒を除去し、１．１６−ビス（ジメチルイソプ
ロピルシリロキシカルボニル４Ｊーデカンを得た。この
物質をクロロホルムに溶解して、ｐＨを４．５に調製し
た塩酸水溶液上に展開した。表面圧を２５ｄｙｎ／ｃｍ
”に保ちつつ、石英基板上に写し取った。写し取ったま
まの基板表面の表面エネルギーを液滴の接触角から計算
すると、２１８ｒｇ／Ｃｍ”であり、非常に疎水性が大
きかった。

続いてこの基板をｐＨ４．０の塩酸水溶液に浸してから
よく水洗することにより基板上に１．１６−ジカー、７
、、− ルポキシヘキサデカンの単分子膜を１ｑだ。基板表面の
表面エネルギーは５１ｅｒｒ＋／ｃ…２と大きく、高い
親水性を示した。この単分子膜の高い親水性は、室温で
１週間放置しておいても全く変化しなかっＩこ。

実施例２ １、１６−シヒドロキシヘキサデカンの′単分子膜の作
製を行った。１，１６−シヒドロキシヘキザデカン（４
．ｍｍＯｆりのテトラヒドロフラン（２０ｍ）溶液に等
量のジメチルイソプロピルシリルクロリドと等量の１〜
リエヂルアミンを加え、３０分間５０°Ｃで加熱した。

０℃に冷却後、ヘキサンを３（７加え、０℃の水で水洗
（３×１０ｍ！りシた。ｆｉｌｌマグネシウムで乾燥後
、減圧で溶媒を除去し、シリカゲルカラムで精製して、
１６−（ジメチルイソプロピルシリロキシ〉ヘキサデカ
ノールを得た。この物質をクロロホルムに溶解して、蒸
留水上に展開し、表面圧を２５ｄｙｎ／ｃｍ２に保ちつ
つ、石英基板上に写し取った。写し取ったままの基板表
面の表面エネルギーを液滴の接触角から計算すると、１
８ｅｒｇ／ｃｍ２であり、非常に疎水性が大きかった。

続いてこの基板を酢酸−水（３　：　１　）溶液に浸し
てからよく水洗することにより基板上に１．１６−シヒ
ドロキシヘキサデカンの単分子膜を１ｑだ。基板表面の
表面エネルギーは４９ｅｒｇ／Ｃｍ２と大きく、高い親
水性を示した。この単分子膜の高い親水性は、室温で１
週間放置しておいても全く変化しなかった。

次にこの１，１６−シヒドロキシヘキサデカンが単分子
膜として配向、吸着した石英基板上で、この単分子膜表
面の親水性基（ここでは水酸基）の反応性を利用した実
験を行なった。

分子量約３０００の重合体 ０−Ｃ＝Ｎ−ＣＦ２　（Ｃ２Ｆ４０）Ｄ−　（ＣＦ２０
）Ｑ−ＣＦ２−Ｎ＝Ｃ＝０（　ｐ：ｑ＝１：１、各構造
単位は不規則である）をフレオンに溶解し、０．０８重
串％の溶液を作製した。この溶液を水酸基が表面に設け
られている前記石英基板上に２５００回／分の回転速度
で回転塗布し、ｊｏＯ’ｃで焼成した後、フレオンで洗
浄した。

得られた基板の表面エネルギーを重合体と接触させる前
と比較したところ、接触前の４９から１５ｅ「（］／Ｃ
ｍ２に大幅に減少していることがわかった。

もし水酸基とイワシアナ−１〜基が反応していなりれば
、フレオンによる洗浄で重合体は単分子膜上からはずれ
てしまうはずである。従って本発明の単分子股上の親水
性基の反応性が有効にいかされ、単分子膜表面の水酸基
ｃ（ｌＩ；　ｉ合体の末端のイソシアナート基と反応し
ていることがわかる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明の単分子膜は親水性基をその
表面に有しているので、親水性基の反応・［７１１ある
いは親水・［）１そのものを利用して種々の応用が期待
される。

−，４，１−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）一般式： Ｘ−Ｒ−Ｘ （式中、Ｘは親水性基、Ｒは炭素原子数が８以上の炭化
   水素基を示す） で示される１種または２種以上の有機化合物を親水性基
   板上に配向制御して吸着させてなることを特徴とする単
   分子膜。