JP2554599B2 - 高濃度の微粒子を分散させた高分子複合物の製造方法 - Google Patents
高濃度の微粒子を分散させた高分子複合物の製造方法Info
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は高濃度の微粒子を分散さ
せた高分子複合物の製造方法に係り、詳しくは金属もし
くは金属酸化物からなる微粒子の濃度を高めてなる高濃
度の微粒子を分散させた高分子複合物の製造方法に関す
る。
せた高分子複合物の製造方法に係り、詳しくは金属もし
くは金属酸化物からなる微粒子の濃度を高めてなる高濃
度の微粒子を分散させた高分子複合物の製造方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来より実施されている微粒子分散複合
物の製造方法としては、気相中で実施する共蒸着法、共
スパッタ法、液相中で実施する共沈法、固相中で実施す
る析出法、イオン注入法等があるが、これらのいずれの
方法も原子あるいはイオン状態の金属を凝集させて微粒
子化し、さらに粒成長させず取扱い性を良くする目的で
金属微粒子を有機あるいは無機のマトリクスで被覆して
複合物を作製していた。また、最近では、熱力学的に不
安定な準安定状態の高分子層を作製し、この高分子層の
表面に金属層を密着した後、前記高分子を加熱して準安
定状態の高分子層を安定化させることで金属層の金属も
しくは金属酸化物を微粒子化させて高分子中に分散さる
方法も、特開平3−273060号公報に開示されてい
る。
物の製造方法としては、気相中で実施する共蒸着法、共
スパッタ法、液相中で実施する共沈法、固相中で実施す
る析出法、イオン注入法等があるが、これらのいずれの
方法も原子あるいはイオン状態の金属を凝集させて微粒
子化し、さらに粒成長させず取扱い性を良くする目的で
金属微粒子を有機あるいは無機のマトリクスで被覆して
複合物を作製していた。また、最近では、熱力学的に不
安定な準安定状態の高分子層を作製し、この高分子層の
表面に金属層を密着した後、前記高分子を加熱して準安
定状態の高分子層を安定化させることで金属層の金属も
しくは金属酸化物を微粒子化させて高分子中に分散さる
方法も、特開平3−273060号公報に開示されてい
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、共蒸着法、共
スパッタ法、共沈法、析出法、あるいはイオン注入法に
共通した問題点は、金属微粒子が非常に凝集しやすいこ
とにあり、このため複合物中の金属微粒子の濃度を増加
させることが困難となり、更には生産性を非常に悪くし
ている。また、金属徴粒子の濃度が低いことは、複合物
としての物理特性に金属微粒子の寄与する割合が小さい
ことを示しており、複合物の用途を非常に狭くしてい
る。また、特開平3−273060号公報に開示された
方法も、金属蒸着時の放射熱による高分子の緩和によっ
て、これ以上金属を微粒子化することができなくなった
り、あるいは熱処理時に金属が微粒子化する前に高分子
の緩和が終了することがあり、試料温度を厳格に制御し
なければならなかった。本発明者らは、このような問題
点に着目し、金属もしくは金属酸化物からなる微粒子の
濃度を高めた高濃度の微粒子を分散させた高分子複合物
の製造方法を提供することを目的とする。
スパッタ法、共沈法、析出法、あるいはイオン注入法に
共通した問題点は、金属微粒子が非常に凝集しやすいこ
とにあり、このため複合物中の金属微粒子の濃度を増加
させることが困難となり、更には生産性を非常に悪くし
ている。また、金属徴粒子の濃度が低いことは、複合物
としての物理特性に金属微粒子の寄与する割合が小さい
ことを示しており、複合物の用途を非常に狭くしてい
る。また、特開平3−273060号公報に開示された
方法も、金属蒸着時の放射熱による高分子の緩和によっ
て、これ以上金属を微粒子化することができなくなった
り、あるいは熱処理時に金属が微粒子化する前に高分子
の緩和が終了することがあり、試料温度を厳格に制御し
なければならなかった。本発明者らは、このような問題
点に着目し、金属もしくは金属酸化物からなる微粒子の
濃度を高めた高濃度の微粒子を分散させた高分子複合物
の製造方法を提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】即ち、本発明の高濃度の
微粒子を分散させた高分子複合物の製造方法において
は、熱力学的に不安定な準安定状態の高分子層を作製
し、この高分子層の表面に金属層を密着した後、前記高
分子を加熱して準安定状態の高分子層を安定化させるこ
とで金属層の金属を微粒子化させて高分子中に分散さ
せ、この高分子複合物を有機溶媒に溶解した微粒子分散
溶液を遠心分離することによって沈澱物を作製し、得ら
れた沈澱物から有機溶媒を除去することを特徴としてい
る。
微粒子を分散させた高分子複合物の製造方法において
は、熱力学的に不安定な準安定状態の高分子層を作製
し、この高分子層の表面に金属層を密着した後、前記高
分子を加熱して準安定状態の高分子層を安定化させるこ
とで金属層の金属を微粒子化させて高分子中に分散さ
せ、この高分子複合物を有機溶媒に溶解した微粒子分散
溶液を遠心分離することによって沈澱物を作製し、得ら
れた沈澱物から有機溶媒を除去することを特徴としてい
る。
【0005】本発明の製造方法の微粒子分散溶液では、
金属もしくは金属酸化物の微粒子が高分子と強く相互作
用しているため、溶液状態あるいは高分子の融点温度以
下では非常に安定して分散している。このために、微粒
子分散溶液を遠心分離することによって得られた沈澱物
では、金属もしくは金属酸化物の微粒子の凝集がなく、
微粒子の濃度を高めた高分子複合物を得ることができ
る。
金属もしくは金属酸化物の微粒子が高分子と強く相互作
用しているため、溶液状態あるいは高分子の融点温度以
下では非常に安定して分散している。このために、微粒
子分散溶液を遠心分離することによって得られた沈澱物
では、金属もしくは金属酸化物の微粒子の凝集がなく、
微粒子の濃度を高めた高分子複合物を得ることができ
る。
【0006】即ち、本発明方法の工程を以下に詳細に説
明する。まず、高分子複合物を得る場合において、第1
に高分子層を熱力学的に不安定な状態に成形することで
ある。具体的には、これは高分子を真空中で加熱して融
解し蒸発させて基板の上に高分子層を固化する真空蒸着
方法、あるいは高分子を融解温度以上で融解し、この状
態のまま直ちに液体窒素等に投入して急冷し、基板の上
に高分子層を付着させる融解急冷固化方法などがある。
明する。まず、高分子複合物を得る場合において、第1
に高分子層を熱力学的に不安定な状態に成形することで
ある。具体的には、これは高分子を真空中で加熱して融
解し蒸発させて基板の上に高分子層を固化する真空蒸着
方法、あるいは高分子を融解温度以上で融解し、この状
態のまま直ちに液体窒素等に投入して急冷し、基板の上
に高分子層を付着させる融解急冷固化方法などがある。
【0007】真空蒸着方法の場合には、通常の真空蒸着
装置を使用して10-4〜10-6Torrの真空度、蒸着
速度0.1〜100μm/分、好ましくは0.5〜5μ
m/分で、ガラス等の基板の上に高分子層を得ることが
できる。融解急冷固化方法では、高分子を融解し、該高
分子固有の臨界冷却速度以上の速度で冷却し、高分子層
を得る。得られた高分子層は熱力学的に不安定な準安定
状態におかれ、時間の経過につれて平衡状態へ移行す
る。
装置を使用して10-4〜10-6Torrの真空度、蒸着
速度0.1〜100μm/分、好ましくは0.5〜5μ
m/分で、ガラス等の基板の上に高分子層を得ることが
できる。融解急冷固化方法では、高分子を融解し、該高
分子固有の臨界冷却速度以上の速度で冷却し、高分子層
を得る。得られた高分子層は熱力学的に不安定な準安定
状態におかれ、時間の経過につれて平衡状態へ移行す
る。
【0008】本発明で使用する高分子は、例えばナイロ
ン6、ナイロン66、ナイロン11、ナイロン12、ナ
イロン69、ポリエチレンテレフタレート(PET)、
ポリビニルアルコール、ポリフェニレンスルフィド(P
PS)、ポリスチレン(PS)、ポリカーボネート、ポ
リメチルメタクリレート等であり、分子凝集エネルギー
として2000cal/mol以上有するものが好まし
い。この高分子は、通常言われている結晶性高分子や非
晶性高分子も含む。尚、分子凝集エネルギーについて
は、日本化学会編 化学便覧応用編(1974年発行)
の第890頁に詳細に定義されている。
ン6、ナイロン66、ナイロン11、ナイロン12、ナ
イロン69、ポリエチレンテレフタレート(PET)、
ポリビニルアルコール、ポリフェニレンスルフィド(P
PS)、ポリスチレン(PS)、ポリカーボネート、ポ
リメチルメタクリレート等であり、分子凝集エネルギー
として2000cal/mol以上有するものが好まし
い。この高分子は、通常言われている結晶性高分子や非
晶性高分子も含む。尚、分子凝集エネルギーについて
は、日本化学会編 化学便覧応用編(1974年発行)
の第890頁に詳細に定義されている。
【0009】続いて、前記熱力学的に不安定にある準安
定状態の高分子層は、その表面に金属層を密着させる工
程へと移される。この工程では真空蒸着装置によって金
属を高分子層に蒸着させるか、もしくは金属箔、金属板
を直接高分子層に密着させる等の方法で金属層を高分子
層に積層させる。その金属としてはAu,Ag,Cu,
Ti,V,Cr,Mn,Fe,Ni,Zn,Cd,Y,
W,Sn,Ge,In,Gaがあり、特に限定されな
い。
定状態の高分子層は、その表面に金属層を密着させる工
程へと移される。この工程では真空蒸着装置によって金
属を高分子層に蒸着させるか、もしくは金属箔、金属板
を直接高分子層に密着させる等の方法で金属層を高分子
層に積層させる。その金属としてはAu,Ag,Cu,
Ti,V,Cr,Mn,Fe,Ni,Zn,Cd,Y,
W,Sn,Ge,In,Gaがあり、特に限定されな
い。
【0010】上記金属層と高分子層とが密着した複合物
を、高分子のガラス転移点以上、融点以下の温度で加熱
して高分子層を安定状態へ移行させる。その結果、金属
層の金属は、100nm以下で、1〜10nmの領域に
粒子径分布の最大をもつ金属あるいはCu2 O、Fe3
O4 、ZnO、Y2 O3 等の金属酸化物の微粒子となっ
て高分子層内へ拡散浸透し、この状態は高分子層が完全
に緩和するまで続き、高分子層に付着している金属層は
その厚さも減少して最終的に無くなる。上記微粒子は凝
集することなく高分子層内に分布している。
を、高分子のガラス転移点以上、融点以下の温度で加熱
して高分子層を安定状態へ移行させる。その結果、金属
層の金属は、100nm以下で、1〜10nmの領域に
粒子径分布の最大をもつ金属あるいはCu2 O、Fe3
O4 、ZnO、Y2 O3 等の金属酸化物の微粒子となっ
て高分子層内へ拡散浸透し、この状態は高分子層が完全
に緩和するまで続き、高分子層に付着している金属層は
その厚さも減少して最終的に無くなる。上記微粒子は凝
集することなく高分子層内に分布している。
【0011】尚、本発明では、高分子複合物の製造方法
は上記の方法だけでなく、例えば溶融気化法に属する気
相法、沈殿法に属する液相法、固相法、分散法で金属超
微粒子を作製し、この超微粒子を溶液あるいは融液から
なる高分子と機械的に混合する方法、あるいは高分子と
金属とを同時に蒸発させ、気相中で混合する方法等があ
る。
は上記の方法だけでなく、例えば溶融気化法に属する気
相法、沈殿法に属する液相法、固相法、分散法で金属超
微粒子を作製し、この超微粒子を溶液あるいは融液から
なる高分子と機械的に混合する方法、あるいは高分子と
金属とを同時に蒸発させ、気相中で混合する方法等があ
る。
【0012】得られた高分子複合物は、メタクレゾー
ル、ジメチルホルムアミド、ジクロロエタン、クロロプ
ロパノール等の有機溶剤からなる溶媒に混合し溶解さ
せ、微粒子を分散させた微粒子分散溶液にする。微粒子
は粒径が小さく高分子との相互作用が存在するために溶
液中で高分子との分離、沈澱および微粒子同志の凝集が
生じない。この場合、微粒子の含有量は0.01〜60
重量%である。
ル、ジメチルホルムアミド、ジクロロエタン、クロロプ
ロパノール等の有機溶剤からなる溶媒に混合し溶解さ
せ、微粒子を分散させた微粒子分散溶液にする。微粒子
は粒径が小さく高分子との相互作用が存在するために溶
液中で高分子との分離、沈澱および微粒子同志の凝集が
生じない。この場合、微粒子の含有量は0.01〜60
重量%である。
【0013】上記微粒子分散溶液を遠心分離機によって
沈澱物と上澄液とに分離し、上澄み液を除去して沈澱物
を取り出す。該沈澱物はペースト状であり、凝集せず分
散した金属あるいは金属酸化物の微粒子を含んでいる。
この沈澱物をガラス等の基材の上に塗布して、乾燥させ
て有機溶剤を除去して目的物である少なくとも70重量
%の高濃度の微粒子を分散させた高分子複合物を得るこ
とができる。
沈澱物と上澄液とに分離し、上澄み液を除去して沈澱物
を取り出す。該沈澱物はペースト状であり、凝集せず分
散した金属あるいは金属酸化物の微粒子を含んでいる。
この沈澱物をガラス等の基材の上に塗布して、乾燥させ
て有機溶剤を除去して目的物である少なくとも70重量
%の高濃度の微粒子を分散させた高分子複合物を得るこ
とができる。
【0014】
【実施例】次に、本発明を具体的な実施例により更に詳
細に説明する。 実施例1 真空蒸着装置を用いて、ナイロン11のポリマーペレッ
ト5gをタングステンボード中に入れ、10-6Torr
に減圧する。次いで、電圧を印加してタングステンボー
ドを真空中で加熱してポリマーを融解させ、蒸着源の上
部に設置した基板(ガラス板)上に、10-4〜10-6T
orrの真空度で約1μm/分の速度で厚さ約5μmの
蒸着膜の高分子層を得た。この高分子層の分子量は前記
ポリマーペレットの1/2〜1/10程度になってい
る。更に、金あるいは銅の金属チップをタングステンボ
ード中に入れて加熱融解して10-4〜10-6Torrの
真空度で蒸着を行って高分子層の上に銅蒸着膜を付着さ
せた。これを真空蒸着装置から取り出し、120°Cに
保持した恒温槽中に10分間放置して複合物を得た。
細に説明する。 実施例1 真空蒸着装置を用いて、ナイロン11のポリマーペレッ
ト5gをタングステンボード中に入れ、10-6Torr
に減圧する。次いで、電圧を印加してタングステンボー
ドを真空中で加熱してポリマーを融解させ、蒸着源の上
部に設置した基板(ガラス板)上に、10-4〜10-6T
orrの真空度で約1μm/分の速度で厚さ約5μmの
蒸着膜の高分子層を得た。この高分子層の分子量は前記
ポリマーペレットの1/2〜1/10程度になってい
る。更に、金あるいは銅の金属チップをタングステンボ
ード中に入れて加熱融解して10-4〜10-6Torrの
真空度で蒸着を行って高分子層の上に銅蒸着膜を付着さ
せた。これを真空蒸着装置から取り出し、120°Cに
保持した恒温槽中に10分間放置して複合物を得た。
【0015】得られた複合物をメタクレゾールに溶解さ
せて良く攪拌して微粒子分散溶液とし、これを遠心分離
機に設置し分速15000回転で1時間遠心分離を行っ
た。遠心分離後の沈澱物と上澄み液とをガラス上に塗布
した後、120°Cで30分間乾燥してメタクレゾール
を除去してフィルム状の複合物を作製した。複合物の金
属含有量は灰分測定法により求め、また微粒子サイズは
X線回折法により半値幅を求め、シェラーの式から結晶
体のサイズを計算して求めた。また、複合物の色調は肉
眼で観測した。その結果を表1に示す。
せて良く攪拌して微粒子分散溶液とし、これを遠心分離
機に設置し分速15000回転で1時間遠心分離を行っ
た。遠心分離後の沈澱物と上澄み液とをガラス上に塗布
した後、120°Cで30分間乾燥してメタクレゾール
を除去してフィルム状の複合物を作製した。複合物の金
属含有量は灰分測定法により求め、また微粒子サイズは
X線回折法により半値幅を求め、シェラーの式から結晶
体のサイズを計算して求めた。また、複合物の色調は肉
眼で観測した。その結果を表1に示す。
【0016】
【表1】
【0017】この結果、得られた複合物は、遠心分離に
よって高濃度の微粒子を有することが明らかとなり、ま
た沈澱物の透過色は上澄み液と同様、微粒子のプラズモ
ン共鳴吸収により所定の色を示すが、反射光は特異な光
学特性を有している。
よって高濃度の微粒子を有することが明らかとなり、ま
た沈澱物の透過色は上澄み液と同様、微粒子のプラズモ
ン共鳴吸収により所定の色を示すが、反射光は特異な光
学特性を有している。
【0018】また、フィルム状の複合物の厚み方向に金
で電極を設置し、一定電圧印加時における電流値の時間
変化を測定した。その結果を図1〜図6に示す。金微粒
子濃度が27重量%と低い従来の場合、マトリクスであ
るナイロンの電気的挙動を強く示すが、金微粒子濃度が
79重量%と高い本実施例の場合、印加電圧の増加とと
もに電流値が増加し、複合物独特の特性を示しているこ
とが判る。
で電極を設置し、一定電圧印加時における電流値の時間
変化を測定した。その結果を図1〜図6に示す。金微粒
子濃度が27重量%と低い従来の場合、マトリクスであ
るナイロンの電気的挙動を強く示すが、金微粒子濃度が
79重量%と高い本実施例の場合、印加電圧の増加とと
もに電流値が増加し、複合物独特の特性を示しているこ
とが判る。
【0019】
【発明の効果】以上のように本発明の高濃度の微粒子を
分散させた高分子複合物の製造方法では、微粒子分散溶
液中の金属もしくは金属酸化物の微粒子が高分子と強く
相互作用しているため、この微粒子分散溶液を遠心分離
することによって沈澱物を作製しても、微粒子の凝集が
なく、微粒子の濃度を高めた特異の特性を有する高分子
複合物を得ることができる。
分散させた高分子複合物の製造方法では、微粒子分散溶
液中の金属もしくは金属酸化物の微粒子が高分子と強く
相互作用しているため、この微粒子分散溶液を遠心分離
することによって沈澱物を作製しても、微粒子の凝集が
なく、微粒子の濃度を高めた特異の特性を有する高分子
複合物を得ることができる。
【図1】金微粒子濃度が27重量%の低い従来の高分子
複合物に1Vを印加した時の電流値の変化を示す図であ
る。
複合物に1Vを印加した時の電流値の変化を示す図であ
る。
【図2】図1で使用した高分子複合物に10Vを印加し
た時の電流値の変化を示す図である。
た時の電流値の変化を示す図である。
【図3】図1で使用した高分子複合物に100Vを印加
した時の電流値の変化を示す図である。
した時の電流値の変化を示す図である。
【図4】金微粒子濃度が79重量%と高い本実施例の高
分子複合物に10mVを印加した時の電流値の変化を示
す図である。
分子複合物に10mVを印加した時の電流値の変化を示
す図である。
【図5】図4で使用した高分子複合物に50mVを印加
した時の電流値の変化を示す図である。
した時の電流値の変化を示す図である。
【図6】図4で使用した高分子複合物に200mVを印
加した時の電流値の変化を示す図である。
加した時の電流値の変化を示す図である。
Claims (1)
- 【請求項1】 熱力学的に不安定な準安定状態の高分子
層を作製し、この高分子層の表面に金属層を密着した
後、前記高分子を加熱して準安定状態の高分子層を安定
化させることで金属層の金属を微粒子化させて高分子中
に分散させ、この高分子複合物を有機溶媒に溶解した微
粒子分散溶液を遠心分離することによって沈澱物を作製
し、得られた沈澱物から有機溶媒を除去してなることを
特徴とする高濃度の微粒子を分散させた高分子複合物の
製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29429493A JP2554599B2 (ja) | 1993-10-28 | 1993-10-28 | 高濃度の微粒子を分散させた高分子複合物の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29429493A JP2554599B2 (ja) | 1993-10-28 | 1993-10-28 | 高濃度の微粒子を分散させた高分子複合物の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07126402A JPH07126402A (ja) | 1995-05-16 |
| JP2554599B2 true JP2554599B2 (ja) | 1996-11-13 |
Family
ID=17805840
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29429493A Expired - Lifetime JP2554599B2 (ja) | 1993-10-28 | 1993-10-28 | 高濃度の微粒子を分散させた高分子複合物の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2554599B2 (ja) |
-
1993
- 1993-10-28 JP JP29429493A patent/JP2554599B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07126402A (ja) | 1995-05-16 |
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