JP2800920B2 - Method for producing metal coordinating organosilicon polymer thin film - Google Patents
Method for producing metal coordinating organosilicon polymer thin filmInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、薄膜構造が分子レベルで制御された多孔質
の金属配位性有機珪素ポリマー薄膜を製造する方法に関
する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for producing a porous metal-coordinating organosilicon polymer thin film having a thin film structure controlled at a molecular level.
シリカゲル等の無機質高分子の表面に金属配位性官能
基を導入したものは、物質分離膜,触媒等として使用さ
れている。A material in which a metal coordinating functional group is introduced on the surface of an inorganic polymer such as silica gel is used as a material separation membrane, a catalyst, or the like.
金属配位性官能基を導入する方法として、高分子表面
との共有結合による方法が広く採用されている。たとえ
ば、種々の金属配位性官能基を持つトリアルコキシシラ
ンをシリカゲルに作用させることによってシリカゲルの
表面を修飾し、各種金属イオンを分離する機能を持たせ
ることが、「表面」第27巻第360頁(寺田喜久男著)に
記載されている。また、(MeO)3Si(CH2)3PPh2で表面
処理したシリカゲルにロジウム−オスミウム混合クラス
タを担持させたものを触媒としてエチレンの水素化やブ
テンの異性化に使用することが、「表面」第26巻第435
頁(福岡淳,市川勝著)に記載されている。As a method for introducing a metal coordinating functional group, a method based on a covalent bond with a polymer surface has been widely adopted. For example, by applying a trialkoxysilane having various metal coordinating functional groups to silica gel to modify the surface of the silica gel so as to have a function of separating various metal ions, “Surface” Vol. 27, No. 360 Page (written by Kikuo Terada). In addition, the use of silica gel surface-treated with (MeO) 3 Si (CH 2 ) 3 PPh 2 carrying rhodium-osmium mixed clusters as a catalyst for the hydrogenation of ethylene and the isomerization of butene is called “surface Vol. 26, No. 435
Page (by Jun Fukuoka and Masaru Ichikawa).
しかしながら、これらの方法によって金属配位性官能
基を導入すると、シリカゲル単位重量当りの導入量が低
いという問題があった。この導入量を上げるためには、
処理すべき単体を微細に粉砕して表面積を大きくするこ
とが必要とされる。しかし、表面積を大きくした微細粉
末にあっては、表面活性が高くなっているため、その取
扱いや保管が複雑で面倒なものとなる。However, when a metal coordinating functional group is introduced by these methods, there is a problem that the amount introduced per unit weight of silica gel is low. To increase this amount,
It is necessary to finely pulverize the simple substance to be treated to increase the surface area. However, fine powder having a large surface area has a high surface activity, which makes handling and storage complicated and troublesome.
この問題を解決するために、金属配位性官能基を有す
るアルコキシシラン化合物からゾル−ゲル法によって金
属配位性有機珪素ポリマーを調製する方法が、たとえば
特開昭49−52194号公報で紹介されている。この方法で
は、リン原子で置換された炭化水素基をもつトリアルコ
キシシランを熱水中で処理した後、乾燥及び熱処理する
ことによってリン原子を含む有機珪素ポリマーゲルを製
造している。また、このポリマーゲルに遷移金属を配位
させることによって、触媒が製造されると開示されてい
る。In order to solve this problem, a method of preparing a metal-coordinating organosilicon polymer from an alkoxysilane compound having a metal-coordinating functional group by a sol-gel method has been introduced in, for example, JP-A-49-52194. ing. In this method, an organosilicon polymer gel containing a phosphorus atom is produced by treating a trialkoxysilane having a hydrocarbon group substituted with a phosphorus atom in hot water, followed by drying and heat treatment. It is also disclosed that a catalyst is produced by coordinating a transition metal with the polymer gel.
ところが、このゾル−ゲル法によるとき、得られたポ
リマーゲルの構造が三次元的に連続的に広がったもので
あるため、各種の金属配位性官能基に対する金属原子の
拡散が抑制される。また、得られた金属配位性有機珪素
ポリマーを触媒として使用するとき、三次元的に連続的
に広がった構造に起因して、反応基質の拡散が抑制され
る。However, according to the sol-gel method, since the structure of the obtained polymer gel is three-dimensionally and continuously expanded, diffusion of metal atoms to various metal coordinating functional groups is suppressed. In addition, when the obtained metal-coordinating organosilicon polymer is used as a catalyst, diffusion of a reaction substrate is suppressed due to a structure that is continuously spread three-dimensionally.
これら欠陥を解消するため、有機珪素ポリマーを薄膜
化することが考えられる。しかし、従来のゾル−ゲル法
による場合、有機珪素ポリマー薄膜をサブミクロンオー
ダ程度の厚さにすることは困難である。しかも、得られ
た薄膜が3次元的な内部構造をもつ連続体であるため、
その内部における物質拡散は通常のシリカゲルの場合と
実質的に同様である。To eliminate these defects, it is conceivable to reduce the thickness of the organic silicon polymer. However, in the case of the conventional sol-gel method, it is difficult to reduce the thickness of the organic silicon polymer thin film to a submicron order. Moreover, since the obtained thin film is a continuum having a three-dimensional internal structure,
The substance diffusion inside is substantially the same as in the case of ordinary silica gel.
そこで、本発明は、溶媒中に存在する両親媒性物質の
集合状態を利用し、この両親媒性物質と有機珪素ポリマ
ー前駆体としてのアルコキシシラン化合物とを含有する
溶液から展開法で製膜することにより、分子レベルで制
御された薄膜多層構造をもつ金属配位性官能基含有有機
珪素ポリマー薄膜或いはこの金属配位性官能基に金属が
配位された有機珪素ポリマー薄膜を製造することを目的
とする。Therefore, the present invention utilizes the aggregation state of the amphipathic substance present in the solvent, and forms a film from the solution containing the amphipathic substance and the alkoxysilane compound as the organosilicon polymer precursor by a development method. The purpose of the present invention is to produce a metal coordinating functional group-containing organosilicon polymer thin film having a thin film multilayer structure controlled at a molecular level or an organosilicon polymer thin film in which a metal is coordinated to the metal coordinating functional group. And
本発明の金属配位性有機珪素ポリマー薄膜の製造方法
は、その目的を達成するため、分子の両端に極性基及び
疎水基が付加された両親媒性化合物と下記式の金属配位
性アルコキシシラン化合物とを含有する展開液を調製
し、該展開液を基板表面に展開した後、前記基板上の液
膜から溶媒を除去することを特徴する。In order to achieve the object, the method for producing a metal-coordinating organosilicon polymer thin film of the present invention comprises an amphiphilic compound having polar and hydrophobic groups added to both ends of a molecule and a metal-coordinating alkoxysilane represented by the following formula: A developing solution containing a compound is prepared, and after developing the developing solution on the surface of the substrate, the solvent is removed from the liquid film on the substrate.
(XmR)nSi(OR′)4-n このようにして製造された金属配位性有機珪素ポリマ
ー薄膜に対して、残留しているSiOR′,SiOH等の加水分
解・重縮合反応を促進させるため、塩基性物質や酸性物
質を使用した化学的処理及び/又は加熱処理を施しても
良い。 (X m R) n Si ( OR ') 4-n In order to promote the hydrolysis and polycondensation reaction of the remaining SiOR ', SiOH, etc. on the metal coordinating organosilicon polymer thin film produced in this way, a chemical substance using a basic substance or an acidic substance was used. And / or heat treatment.
化学的処理として、たとえばHCl,HBr,HNO3,H2SO4,CH3
COOH,NH3,アミン,NaOH等の気体,液体或いは溶液に薄膜
を晒す方法が掲げられる。また、モノアルコキシシラン
類,モノクロロシラン類,ヘキサメチルシラザン等のシ
ラザン類の気体,液体或いは溶液による処理で、残留す
るSiOHやSiOR′を不活性化する方法を採用することも出
来る。As a chemical treatment, for example, HCl, HBr, HNO 3 , H 2 SO 4 , CH 3
A method of exposing the thin film to a gas, liquid, or solution of COOH, NH 3 , amine, NaOH, or the like is cited. Further, a method of inactivating residual SiOH or SiOR ′ by treatment with a gas, a liquid or a solution of a silazane such as monoalkoxysilane, monochlorosilane or hexamethylsilazane may be employed.
他方、熱的処理として、空気中、窒素,アルゴン,ヘ
リウム等の不活性気体中或いは真空中で薄膜を加熱する
方法がある。On the other hand, as a thermal treatment, there is a method of heating a thin film in air, in an inert gas such as nitrogen, argon, or helium or in a vacuum.
このような化学的処理又は熱的処理を施した後で、あ
るいはこれらの処理を施さずに直接的に、金属配位性有
機珪素ポリマー薄膜から両親媒性化合物を抽出する。The amphiphilic compound is extracted from the metal-coordinating organosilicon polymer thin film after performing such chemical treatment or thermal treatment, or directly without performing such treatment.
得られた金属配位性有機珪素ポリマー薄膜に金属を配
位させるときには、その金属配位性有機珪素ポリマー薄
膜を金属含有化合物の溶液に浸漬する。或いは、金属配
位性有機珪素ポリマー薄膜を製造する際に、展開液中に
金属含有化合物を共存させることによっても、所定の金
属を配位させることが可能である。When coordinating a metal to the obtained metal-coordinating organic silicon polymer thin film, the metal-coordinating organic silicon polymer thin film is immersed in a solution of a metal-containing compound. Alternatively, when a metal-coordinating organosilicon polymer thin film is produced, a predetermined metal can be coordinated by coexisting a metal-containing compound in a developing solution.
なお、有機珪素ポリマー薄膜に配位させる金属として
は、特に限定されるものではないが、具体的にはクロ
ム,鉄,ニッケル,コバルト,銅,ロジウム,パラジウ
ム,白金等の遷移金属や、ランタン,セリウム,ユーロ
ピウム等の稀土類金属等が掲げられる。これらの金属の
化合物は、溶液として使用されるときには、その可溶性
塩類或いは低分子量の配位子による可溶性錯体の形態で
使用され、蒸気として使用されるときには、金属単体或
いはカルボニル錯体等の昇華性化合物の形態で使用され
る。The metal to be coordinated with the organic silicon polymer thin film is not particularly limited, but specifically, a transition metal such as chromium, iron, nickel, cobalt, copper, rhodium, palladium, platinum, lanthanum, Rare earth metals such as cerium and europium are listed. When these metal compounds are used as a solution, they are used in the form of soluble salts or soluble complexes of low molecular weight ligands, and when used as vapor, they are sublimable compounds such as simple metals or carbonyl complexes. Used in the form of
本発明の製造方法によるとき、両親媒性化合物が形成
する規則的な分子組織体を反応場として、金属配位性官
能基を有するアルコキシシラン化合物の加水分解・重縮
合反応による金属配位性ポリシロキサンゲルが成長す
る。この両親媒性化合物は、水溶液等の媒体中に溶解或
いは分散したときに、球状,円板状,棒状,ラメラ状等
の分子集合体を形成する。この分子集合体の集合様式或
いは集合形態は、両親媒性化合物を構成する極性基や疎
水性基の媒体との親和性、そして疎水性基の分子構造に
起因した分子配向性によって決まる。これに金属配位性
アルコキシシラン化合物を添加すると、金属配位性アル
コキシシラン化合物は、加水分解して媒体中に分散し
て、分子集合体を鋳型にする方式で橋掛け固定化してい
く。According to the production method of the present invention, a regular molecular organization formed by an amphiphilic compound is used as a reaction field, and a metal-coordinating polymer is obtained by hydrolysis and polycondensation of an alkoxysilane compound having a metal-coordinating functional group. A siloxane gel grows. When this amphiphilic compound is dissolved or dispersed in a medium such as an aqueous solution, it forms a molecular aggregate such as a sphere, a disk, a rod, and a lamella. The mode or mode of aggregation of this molecular assembly is determined by the affinity of the polar group or hydrophobic group constituting the amphiphilic compound with the medium, and the molecular orientation resulting from the molecular structure of the hydrophobic group. When a metal coordinating alkoxysilane compound is added thereto, the metal coordinating alkoxysilane compound is hydrolyzed, dispersed in a medium, and fixed by crosslinking using a molecular assembly as a template.
したがって、本発明の方法で製造される金属配位性有
機珪素薄膜の細孔構造は、両親媒性化合物が形成する分
子集合体の形態を繁反映し、分子レベルの精密さを有す
る。そこで、両親媒性化合物を適当に選択することによ
って、細孔の形態や大きさを制御することが可能とな
る。Therefore, the pore structure of the metal coordinating organosilicon thin film produced by the method of the present invention reflects the morphology of the molecular assembly formed by the amphiphilic compound, and has a molecular level precision. Therefore, by appropriately selecting the amphiphilic compound, it becomes possible to control the morphology and size of the pores.
このような特異な構造のために、得られた薄膜は、表
面修飾されたシリカゲルに比較して単位重量当りの表面
積、官能基の導入量及び配位性金属の導入量が飛躍的に
増大する。しかも、官能基やその官能基に配位した金属
の周囲の空間が擬二次元的なものとなっているので、そ
こに接近することができる化学種の立体構造に基づく選
択性が期待できる。Due to such a unique structure, the obtained thin film dramatically increases the surface area per unit weight, the amount of functional group introduced, and the amount of coordinating metal introduced, as compared with the surface-modified silica gel. . Moreover, since the space around the functional group and the metal coordinated to the functional group is pseudo-two-dimensional, selectivity based on the three-dimensional structure of the chemical species that can approach the functional group and the metal can be expected.
金属配位性官能基Xとしては、具体的には次のような
ものが掲げられる。ただし、式中R1,R2,R3は水素原子,
アルキル又はアリールを示し、R4,R5はOH,アルキル,ア
リール,アルコキシル,アリールオキシルを示す。Specific examples of the metal coordinating functional group X include the following. Where R 1 , R 2 and R 3 are hydrogen atoms,
It represents alkyl or aryl, and R 4 and R 5 represent OH, alkyl, aryl, alkoxyl and aryloxyl.
−OR1(アルコール,フェノール,エーテル)、 −COOH(カルボン酸)、−COR1(ケトン)、 −NR1R2(アミン)、−N=CR1R2(イミン)、 −CN(ニトリル)、−NC(イソニトリル)、 −NR1CONR2R3(尿素誘導体) −SR1(メルカプタン,サルファイド) −PR4R5(ホスフィン,ホスフィナイト,ホスホナイ
ト) −OPR4R5(ホスフィナイト,ホスホナイト,ホスファイ
ト) −P(O)R4R5(ホスフィンオキサイド,ホスホネー
ト,ホスフェート) −OR(O)R4R5(オスフィナイト,ホスホネート,ホス
フェート) ・酸素,窒素,いおう,りんの何れか1種以上を含有す
る複素環式基 また、これらの金属配位性官能基をもつアルコキシシ
ラン化合物としては、次のようなものが比較的入手容易
である。-OR 1 (alcohol, phenol, ether), -COOH (carboxylic acid), -COR 1 (ketone), -NR 1 R 2 (amine), -N = CR 1 R 2 (imine), -CN (nitrile) , -NC (isonitrile), -NR 1 CONR 2 R 3 (urea derivative) -SR 1 (mercaptan, sulfide) -PR 4 R 5 (phosphine, phosphinite, phosphonite) -OPR 4 R 5 (phosphinite, phosphonite, phosphite ) -P (O) R 4 R 5 ( phosphine oxide, containing phosphonate, phosphate) -OR (O) R 4 R 5 ( Osufinaito, phosphonate, phosphate), oxygen, nitrogen, sulfur, one or more either phosphorus The following are relatively easily available as alkoxysilane compounds having these metal coordinating functional groups.
−窒素含有型− (MeO)3Si−(CH2)3−NH2,(EtO)3Si−(CH2)3−
NH2, (MeO)3Si−(CH2)3−NHMe, (MeO)3Si−(CH2)3−NH−CH2CH=CH (MeO)3Si−(CH2)3−NHφ (MeO)3Si−(CH2)3−NMe2 (MeO)3Si−(CH2)3−NEt2 (MeO)3Si−(CH2)4−NH2 (MeO)3Si−(CH2)11−NH2 [(EtO)3Si−(CH2)3−]2−NH (MeO)3Si−CH2−NH−CH2CH2−NN2 (MeO)3Si−(CH2)3−NH−CH2CH2−NH2 (MeO)3Si−(CH2)3−NH−(CH2)6−NH2 (MeO)3Si−(CH2)3−NH−CH2CH2−NH−(CH2)3−
Si(OMe)3 (MeO)3Si−(CH2)3−NH−CH2CH2−NH−CH2CH2−NH2 (MeO)3Si−(CH2)2−CN (EtO)3Si−(CH2)2−CN (MeO)3Si−(CH2)3−CN (EtO)3Si−(CH2)3−CN (EtO)3Si−(CH2)3−NHC(O)NH2 (EtO)3Si−(CH2)3−NHC(O)NHCHMeφ −窒素及び酸素含有型− (EtO)3Si−(CH2)3−N(CH2CH2OH)2 (EtO)3Si−CH=CHCMe2−O−(CH2)3−NH2 −窒素及びいおう含有型− (EtO)3Si−(CH2)2−S−CH2CH2NH2 −酸素含有型− (EtO)3Si−(CH2)3−CH(COOEt)2 −りん含有型− (EtO)3Si−(CH2)2−Pφ2 −いおう含有型− (MeO)3Si−CH2−SH (MeO)3Si−(CH2)3−SH (EtO)3Si−(CH2)3−SH (MeO)3Si−(CH2)3−S−CH2CH=CH2 これら配位性官能基を有するアルコキシシラン化合物
に加えて、炭化水素基による配位性官能基の周囲の配位
環境,範囲性官能基に配位した金属原子の周囲の環境,
架橋密度,SiOH,SiOR′の残留量等を制御する目的で、配
位性官能基を含有しないアルコキシシラン化合物或いは
クロロシラン化合物を添加することも可能である。- Nitrogen-containing type - (MeO) 3 Si- (CH 2) 3 -NH 2, (EtO) 3 Si- (CH 2) 3 -
NH 2, (MeO) 3 Si- (CH 2) 3 -NHMe, (MeO) 3 Si- (CH 2) 3 -NH-CH 2 CH = CH (MeO) 3 Si— (CH 2 ) 3 —NHφ (MeO) 3 Si— (CH 2 ) 3 —NMe 2 (MeO) 3 Si— (CH 2 ) 3 —NEt 2 (MeO) 3 Si— (CH 2 ) 4 —NH 2 (MeO) 3 Si— (CH 2 ) 11 —NH 2 [(EtO) 3 Si- (CH 2) 3 -] 2 -NH (MeO) 3 Si-CH 2 -NH-CH 2 CH 2 -NN 2 (MeO) 3 Si- (CH 2) 3 -NH-CH 2 CH 2 -NH 2 (MeO) 3 Si- (CH 2) 3 -NH- (CH 2) 6 -NH 2 (MeO) 3 Si- (CH 2 ) 3 -NH-CH 2 CH 2 -NH- (CH 2) 3 -
Si (OMe) 3 (MeO) 3 Si- (CH 2) 3 -NH-CH 2 CH 2 -NH-CH 2 CH 2 -NH 2 (MeO) 3 Si- (CH 2) 2 -CN (EtO) 3 Si- (CH 2) 2 -CN ( MeO) 3 Si- (CH 2) 3 -CN (EtO) 3 Si- (CH 2) 3 -CN (EtO) 3 Si— (CH 2 ) 3 —NHC (O) NH 2 (EtO) 3 Si— (CH 2 ) 3 —NHC (O) NHCHMeφ—Nitrogen and oxygen containing type— (EtO) 3 Si— (CH 2) 3 -N (CH 2 CH 2 OH) 2 (EtO) 3 Si-CH = CHCMe 2 -O- (CH 2) 3 -NH 2 - nitrogen and sulfur-containing type - (EtO) 3 Si- (CH 2 ) 2 —S—CH 2 CH 2 NH 2 —oxygen containing— (EtO) 3 Si— (CH 2 ) 3 —CH (COOEt) 2 - phosphorus containing type - (EtO) 3 Si- (CH 2) 2 -Pφ 2 - Sulfur will contain type - (MeO) 3 Si-CH 2 -SH (MeO) 3 Si- (CH 2) 3 -SH (EtO) 3 Si- (CH 2) 3 -SH (MeO) 3 Si- (CH 2) 3 -S-CH 2 CH = CH 2 In addition to these alkoxysilane compounds having a coordinating functional group, the coordinating environment around the coordinating functional group by the hydrocarbon group, the environment around the metal atom coordinated to the ranged functional group,
It is also possible to add an alkoxysilane compound or a chlorosilane compound that does not contain a coordinating functional group for the purpose of controlling the crosslink density, the residual amount of SiOH, SiOR ′ and the like.
また、両親媒性化合物は、同一分子の一端に極性基、
他端に疎水性基を有する比較的長大な分子構造をもった
化合物であり、直鎖状或いは分岐鎖をもつもの何れでも
よい。Also, the amphiphilic compound has a polar group at one end of the same molecule,
A compound having a relatively long molecular structure having a hydrophobic group at the other end, and may have a linear or branched chain.
極性基としては、スルホン酸塩,硫酸塩,アンモニウ
ム塩,ポリアミン塩,カルボン酸塩,燐酸塩,ホスホン
酸塩,ホスホニウム塩,ポリエーテル類,アルコール
類,糖残基等を含むポリオール類、及びこれらの基の組
合せを使用することができる。他方、疎水性基として
は、アルキル基,アルキルアリール基,脂環基,縮合多
環基等、及びこれらの組み合わしたものが掲げられる。
また、これらの基の水素原子の一部或いは全部が弗素原
子で置換されていても良い。Examples of the polar group include sulfonates, sulfates, ammonium salts, polyamine salts, carboxylate salts, phosphate salts, phosphonate salts, phosphonium salts, polyethers, alcohols, polyols containing sugar residues, and the like. Combinations of the groups can be used. On the other hand, examples of the hydrophobic group include an alkyl group, an alkylaryl group, an alicyclic group, a condensed polycyclic group and the like, and a combination thereof.
Further, some or all of the hydrogen atoms of these groups may be substituted with fluorine atoms.
両親媒性化合物には、次のようなものが具体的に掲げ
られる。The following are specifically listed as amphiphilic compounds.
CH3(CH2)100(CH2CH2O)9H 展開液は、所定量の両親媒性化合物とアルコキシシラ
ン化合物とを溶媒に溶解或いは分散させることによって
調製される。溶媒としては、多くの場合に水が使用され
るが、アルコキシシラン化合物の加水分解に必要な量の
水を含有する有機溶媒でも使用することができる。 CH 3 (CH 2 ) 100 (CH 2 CH 2 O) 9 H The developing solution is prepared by dissolving or dispersing a predetermined amount of an amphiphilic compound and an alkoxysilane compound in a solvent. As the solvent, water is used in many cases, but an organic solvent containing water in an amount necessary for hydrolysis of the alkoxysilane compound can also be used.
本発明の分子レベルで構造が制御された薄膜の形成に
は、これらアルコキシシラン化合物が、少なくとも部分
的には展開液の調製や基板上で溶媒を除去する過程で加
水分解・重縮合反応すること及びこれらの反応の間で両
親媒性物質の分子集合体が形成され且つ維持されている
ことが必要である。これらの要求を満足する展開液調製
の具体的な方法としては、代表的なものに超音波照射,
溶媒の沸点以下の温度で展開液を加熱する方法等があ
る。また、同様にシロキサン結合を均一に成長させ、且
つ両親媒性化合物の分子集合体を維持するために、溶媒
は徐々に除去されることが好ましい。In order to form a thin film having a structure controlled at a molecular level according to the present invention, these alkoxysilane compounds undergo hydrolysis / polycondensation reaction at least partially during preparation of a developing solution or removal of a solvent on a substrate. It is necessary that a molecular assembly of the amphiphile is formed and maintained between these reactions. Typical methods for preparing a developing solution satisfying these requirements include ultrasonic irradiation,
There is a method of heating the developing solution at a temperature equal to or lower than the boiling point of the solvent. Similarly, it is preferable that the solvent is gradually removed in order to uniformly grow the siloxane bond and maintain the molecular assembly of the amphiphilic compound.
展開液を展開させる基板としては、ガラス,石英,有
機質高分子,グラファイト等の板或いはフィルム等が掲
げられる。基板の表面には、展開液の種類に応じて親水
化処理或いは疎水化処理を施すことができる。たとえ
ば、展開液を基板表面上の所定面積に展開させるため、
基板表面の一部を疎水性にし、残る部分を親水性にする
処理も有効な方法である。Examples of the substrate on which the developing solution is developed include a plate or a film of glass, quartz, organic polymer, graphite, or the like. The surface of the substrate can be subjected to a hydrophilic treatment or a hydrophobic treatment depending on the type of the developing solution. For example, in order to spread the developing solution on a predetermined area on the substrate surface,
A treatment for making a part of the substrate surface hydrophobic and making the remaining part hydrophilic is also an effective method.
また、本発明の薄膜は、金属を導入しない形態のまま
でも有用なものてあり、たとえばイオン交換体,イオン
吸脱着体,固体塩基触媒,酸性物質吸着体,酵素或いは
微生物固定用単体等の用途に使用することができる。Further, the thin film of the present invention is useful even in a form in which no metal is introduced. Can be used for
本発明に従った薄膜の製造方法は、金属含有溶液との
接触や化学的或いは熱的処理等の如何に応じて、次のよ
うな具体的な工程に分類される。The method for producing a thin film according to the present invention is classified into the following specific steps according to contact with a metal-containing solution, chemical or thermal treatment, and the like.
両親媒性物質とアルコキシシラン化合物と金属化合
物の混合液に超音波を照射した後、適宜の基板上に展開
し、必要に応じて化学的処理及び/又は熱的処理を施
す。これによって、金属を配位させた薄膜が製造され
る。After irradiating the mixture of the amphiphilic substance, the alkoxysilane compound, and the metal compound with ultrasonic waves, the mixture is spread on an appropriate substrate and subjected to a chemical treatment and / or a thermal treatment as necessary. As a result, a thin film in which the metal is coordinated is manufactured.
同様な混合液から薄膜を展開した後、両親媒性物質
を抽出する。これによって、金属を配位させた薄膜が得
られる。After developing a thin film from a similar mixture, the amphiphile is extracted. As a result, a metal-coordinated thin film is obtained.
両親媒性物質とアルコキシシラン化合物との混合液
を超音波照射した後、適宜の基板上に展開させ、必要に
応じて化学的処理及び/又は熱的処理を施す。これによ
って、金属を含まない配位性有機珪素薄膜が得られる。After irradiating the mixture of the amphiphilic substance and the alkoxysilane compound with ultrasonic waves, the mixture is spread on an appropriate substrate and subjected to a chemical treatment and / or a thermal treatment as necessary. Thereby, a coordinating organic silicon thin film containing no metal is obtained.
の工程で得られた薄膜を金属含有溶液で処理する
ことによって、金属を配位させた薄膜が得られる。By treating the thin film obtained in the step with a metal-containing solution, a thin film in which a metal is coordinated can be obtained.
の工程で得られた薄膜を溶媒を抽出・除去し、金
属を含まない薄膜を製造する。The solvent is extracted and removed from the thin film obtained in the step to produce a metal-free thin film.
の工程で製造された薄膜で金属含有溶液に浸漬す
ることによって、金属を配位した薄膜が得られる。By immersing the thin film produced in the above step in a metal-containing solution, a thin film in which a metal is coordinated is obtained.
以下、実施例によって本発明を具体的に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described specifically with reference to examples.
−実施例1− 次式の両親媒性化合物を使用した。-Example 1-An amphiphilic compound of the following formula was used.
また、アルコキシシランとしては、次式の化合物を使
用した。 The compound of the following formula was used as the alkoxysilane.
(CH3CH2O)3Si(CH2)3NH2 ・・・・(2) これら両親媒性化合物,アルコキシシラン及び金属化
合物を第1表に示すような割合で水中に配合し、室温で
2〜3分間超音波照射して、均一で透明な黄色の展開液
を得た。そして、フロロポア上に酢酸セルロースの枠を
置き、その中にこの展開液を静かに展開した。そして、
25℃で相対湿度65%の雰囲気下で3日間にわたって、水
を徐々に除去した。(CH 3 CH 2 O) 3 Si (CH 2 ) 3 NH 2 ... (2) These amphiphilic compounds, alkoxysilanes and metal compounds are mixed in water at the ratios shown in Table 1 and For 2 to 3 minutes to obtain a uniform and transparent yellow developing solution. Then, a frame of cellulose acetate was placed on the fluoropore, and the developing solution was gently developed therein. And
Water was gradually removed under an atmosphere of 25 ° C. and a relative humidity of 65% for 3 days.
得られた薄膜は、第1表に示すような色を呈してお
り、それぞれ100μm以下の厚みで自己保持性のフィル
ムであった。また、広角X線回析法によって薄膜表面に
垂直な方向に38Åごとの規則構造があるころが確認され
た。The resulting thin films had the colors shown in Table 1 and were self-holding films each having a thickness of 100 μm or less. In addition, it was confirmed by the wide-angle X-ray diffraction method that there was a regular structure of every 38 ° in a direction perpendicular to the thin film surface.
−実施例2− 試験No.1及び2の薄膜をクロロホルムに室温で5日間
浸漬し、両親媒性化合物を抽出した。処理後のIRスペク
トルをみたところ、使用した両親媒性化合物のエーテル
結合の伸縮振動に基づく1248cm-1のピークが消失してお
り、両親媒性化合物がほぼ完全に除去されていることが
確認された。Example 2 The thin films of Test Nos. 1 and 2 were immersed in chloroform at room temperature for 5 days to extract an amphiphilic compound. Inspection of the IR spectrum after the treatment revealed that the peak at 1248 cm -1 based on the stretching vibration of the ether bond of the amphiphilic compound used disappeared, confirming that the amphiphilic compound was almost completely removed. Was.
得られた薄膜は、厚さ50μm以下であり、ほとんど無
色透明で雲母様の自己保持性のあるフィルムであった。
この薄膜の破断面を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察し
たところ、使用した両親媒性化合物が形成するラメラ状
の分子集合体の形態を反映して、薄膜表面に平行に広が
った膜厚100Å程度の薄送が多数積層した構造を持って
いた。The resulting thin film had a thickness of 50 μm or less, was almost colorless and transparent, and had a mica-like self-holding film.
Observation of the fracture surface of this thin film with a scanning electron microscope (SEM) revealed that the film had a thickness of 100 mm spread parallel to the thin film surface, reflecting the morphology of lamellar molecular aggregates formed by the amphiphilic compound used. It had a structure in which many thin feeds were stacked.
更に、得られた薄膜を、第2表に示すメラノール溶液
に室温で10日間浸漬した。処理後の薄膜を微粉砕し、X
線光電子スペクトル法(XPS)により金属原子の窒素原
子に対する原子数の比を測定したところ、第2表に示す
結果が得られた。Further, the obtained thin film was immersed in a melanol solution shown in Table 2 at room temperature for 10 days. The thin film after the treatment is finely pulverized, and X
When the ratio of the number of metal atoms to the number of nitrogen atoms was measured by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), the results shown in Table 2 were obtained.
−比較例− 試験No.2の条件から両親媒性化合物を除いたほかは、
実施例1と同様にして、無色透明の薄膜を得た。この薄
膜を、実施例2と同様にクロロホルムで処理した。そし
て、破断面のSEM観察を行ったところ、この薄膜は、三
次元的に連続した緻密な単一の層からなっていた。-Comparative Example-Except for removing the amphiphilic compound from the conditions of Test No. 2,
A colorless and transparent thin film was obtained in the same manner as in Example 1. This thin film was treated with chloroform as in Example 2. Then, when the fracture surface was observed by SEM, this thin film was composed of a three-dimensionally continuous dense single layer.
次いで、この薄膜をCuCl2のメタノール溶液(濃度1
モル/)に室温で10日間浸漬したが、薄膜は変色せず
無色透明のままであった。更に、この薄膜について、実
施例2と同様にXPS測定をしたところ、銅原子の2p軌道
に起因するピークは、全く検出されなかった。Then, this thin film was treated with a methanol solution of CuCl 2 (concentration 1).
Mol /) at room temperature for 10 days, the thin film remained colorless and transparent without discoloration. Furthermore, when the XPS measurement was performed on this thin film in the same manner as in Example 2, no peak due to the 2p orbit of the copper atom was detected.
−実施例3− 前掲の化合物(1)及び次式(3),(4)に示す構
造をもつ両親媒性物質を使用した。Example 3 The compound (1) described above and an amphiphilic substance having a structure represented by the following formulas (3) and (4) were used.
また、アルコキシシラン化合物としては、次式(5)
及び(6)に示す構造を持つ化合物を使用した。 Further, as the alkoxysilane compound, the following formula (5)
And a compound having the structure shown in (6).
NH2(CH2CH2NH)3NH(CH2)3Si(OMe)3 ・・・(5) NC(CH2)3Si(OEt)3 ・・・(6) これら両親媒性化合物,アルコキシシラン化合物及び
金属化合物を、第3表に示した配合割合となるように加
え、系が均一で透明な液体となるまで第3表に示した方
法で処理することによって、展開液を調製した。次い
で、実施例1と同様な方法によって溶媒を除去し、試験
番号No.7は真空中で8時間、それ以外はアンモニア水を
入れたデシケータ中で6日間放置した。これによって、
それぞれ150μm程度の自己保持性をもった薄膜が得ら
れた。NH 2 (CH 2 CH 2 NH) 3 NH (CH 2 ) 3 Si (OMe) 3 ... (5) NC (CH 2 ) 3 Si (OEt) 3 ... (6) These amphiphilic compounds, The developing solution was prepared by adding the alkoxysilane compound and the metal compound so as to have the mixing ratios shown in Table 3, and treating the mixture by the method shown in Table 3 until the system became a uniform and transparent liquid. . Next, the solvent was removed in the same manner as in Example 1. Test No. 7 was left in a vacuum for 8 hours, and the rest was left in a desiccator containing aqueous ammonia for 6 days. by this,
Thin films each having a self-holding property of about 150 μm were obtained.
それぞれの薄膜の色と、広角X線回析法によって測定
した薄膜表面に垂直な方向での規則構造単位の長さを、
第3表に示す。The color of each thin film and the length of the regular structural unit in the direction perpendicular to the thin film surface measured by the wide-angle X-ray diffraction method,
It is shown in Table 3.
−実施例4− 試験No.7及び8の薄膜をクロロホルムに室温で5日間
浸漬し、両親媒性化合物を抽出した。IRスペクトルをみ
たところ、使用した両親媒性化合物のエーテル結合の伸
縮振動に起因した1248cm-1のピークが消失していた。こ
れにより、両親媒性化合物がほぼ完全に除去できている
ことが確認される。Example 4 The thin films of Test Nos. 7 and 8 were immersed in chloroform at room temperature for 5 days to extract an amphiphilic compound. The IR spectrum showed that the peak at 1248 cm -1 due to the stretching vibration of the ether bond of the amphiphilic compound used had disappeared. This confirms that the amphiphilic compound has been almost completely removed.
得られた薄膜は、厚さ50μm以下で、両親媒性化合物
の抽出前とほぼ同様の色を呈し、自己保持性をもってい
た。これらの膜の破断面をSEMで観察したところ、薄膜
表面に広がった膜厚100Å程度の薄い層が多数積層した
構造であった。The obtained thin film had a thickness of 50 μm or less, exhibited almost the same color as before the extraction of the amphiphilic compound, and had self-retention. Observation of the fractured surfaces of these films by SEM revealed that a large number of thin layers with a thickness of about 100 mm spread on the surface of the thin films.
このようにして製造された薄膜は、その分子レベルで
構造が制御された構造体としての特徴を活用して、種々
の分野で有用な機能材料として使用することができる。
たとえば、金属を含まない状態では、金属吸着剤,イオ
ン交換剤,ガス吸着剤等として使用される。また、金属
配位性官能基が窒素含有官能基の場合には、炭酸ガス吸
着剤として使用され、金属配位性官能基が水素結合性官
能基の場合には、水素結合性有機物吸着剤として使用さ
れる。他方、金属を配位させた薄膜にあっては、その金
属の特性に応じた触媒,低分子吸着剤等として使用され
る。The thin film thus manufactured can be used as a useful functional material in various fields by utilizing the characteristics of the structure whose structure is controlled at the molecular level.
For example, when no metal is contained, it is used as a metal adsorbent, an ion exchanger, a gas adsorbent, or the like. Further, when the metal coordinating functional group is a nitrogen-containing functional group, it is used as a carbon dioxide gas adsorbent, and when the metal coordinating functional group is a hydrogen bonding functional group, it is used as a hydrogen bonding organic substance adsorbent. used. On the other hand, a thin film on which a metal is coordinated is used as a catalyst, a low molecular weight adsorbent, or the like according to the characteristics of the metal.
以上に説明したように、本発明においては、両親媒性
化合物が集合してできた分子集合体を鋳型としてアルコ
キシシランが分散され、この状態で加水分解・重縮合が
行われるため、得られた薄膜は、分子レベルの極めて精
密な組織をもつ構造体となる。得られた有機珪素ポリマ
ー薄膜は、この特異の構造のために、薄膜の表面積が大
幅に増加し、表面反応を利用した種々の用途に好適な薄
膜材料となる。As described above, in the present invention, alkoxysilane is dispersed using a molecular assembly formed by assembling amphiphilic compounds as a template, and hydrolysis and polycondensation are performed in this state. The thin film is a structure having an extremely precise organization at a molecular level. Due to this unique structure, the obtained organosilicon polymer thin film greatly increases the surface area of the thin film, and becomes a thin film material suitable for various uses utilizing a surface reaction.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI C08J 9/26 102 C08J 9/26 102 // C08L 83:00 (72)発明者 国武 豊喜 福岡県粕屋郡志免町桜丘1―19―3 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C08J 5/18 C08J 9/26 C08G 77/14 - 77/30──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI C08J 9/26 102 C08J 9/26 102 // C08L 83:00 (72) Inventor Toyo Kunitake 1 Sakuragaoka, Shimencho, Kasuya-gun, Fukuoka Prefecture 19-3 (58) Field surveyed (Int. Cl. 6 , DB name) C08J 5/18 C08J 9/26 C08G 77/14-77/30
Claims (8)
た両親媒性化合物と下記式の金属配位性アルコキシシラ
ン化合物とを含有する展開液を調製し、該展開液を基板
表面に展開した後、前記基板上の液膜から溶媒を除去す
ることを特徴とする金属配位性有機珪素ポリマー薄膜の
製造方法。 (XmR)nSi(OR′)4-n 1. A developing solution containing an amphiphilic compound having a polar group and a hydrophobic group added to both ends of a molecule and a metal-coordinating alkoxysilane compound represented by the following formula is prepared. A method for producing a metal-coordinating organosilicon polymer thin film, comprising, after developing, removing a solvent from a liquid film on the substrate. (X m R) n Si ( OR ') 4-n
性有機珪素ポリマー薄膜に化学的又は熱的処理を施し、
残留しているSiOR′,SiOH等の加水分解・重縮合反応を
促進させることを特徴とする金属配位性有機珪素ポリマ
ー薄膜の製造方法。2. A chemical or thermal treatment of the metal coordinating organosilicon polymer thin film produced by the method of claim 1,
A method for producing a metal-coordinating organosilicon polymer thin film, wherein a hydrolysis / polycondensation reaction of residual SiOR ', SiOH and the like is promoted.
配位性有機珪素ポリマー薄膜から両親媒性物質を抽出す
ることを特徴とする金属配位性有機珪素ポリマー薄膜の
製造方法。3. A method for producing a metal coordinating organosilicon polymer thin film, comprising extracting an amphiphilic substance from the metal coordinating organosilicon polymer thin film produced by the method according to claim 1.
造した金属配位性有機珪素ポリマー薄膜を金属含有化合
物を含む溶液に浸漬することを特徴とする金属配位性有
機珪素ポリマー薄膜の製造方法。4. A metal coordinating organosilicon polymer, wherein the metal coordinating organosilicon polymer thin film produced by the method according to claim 1 is immersed in a solution containing a metal-containing compound. Manufacturing method of thin film.
ポリマー薄膜を製造する際、前記展開液中に金属含有化
合物を共存させることを特徴とする金属配位性有機珪素
ポリマーの薄膜の製造方法。5. A thin film of a metal-coordinating organic silicon polymer, wherein a metal-containing compound is present in the developing solution when the metal-coordinating organic silicon polymer thin film is produced by the method according to claim 1. Manufacturing method.
有機珪素ポリマー薄膜に対して化学的又は熱的処理を施
し、残留しているSiOR′,SiOH等の加水分解・重縮合反
応を促進させることを特徴とする金属配位性有機珪素ポ
リマー薄膜の製造方法。6. A chemical or thermal treatment of a metal coordinating organosilicon polymer thin film produced by the method according to claim 5 to effect hydrolysis and polycondensation of remaining SiOR ', SiOH and the like. A method for producing a metal-coordinating organosilicon polymer thin film, characterized by accelerating the reaction.
配位性有機珪素ポリマー薄膜から両親媒性物質を抽出す
ることを特徴とする金属配位性有機珪素ポリマー薄膜の
製造方法。7. A method for producing a metal coordinating organosilicon polymer thin film, comprising extracting an amphiphilic substance from the metal coordinating organosilicon polymer thin film produced by the method according to claim 5.
形性能を持つものであることを特徴とする金属配位性有
機珪素ポリマー薄膜の製造方法。8. A method for producing a metal-coordinating organosilicon polymer thin film, wherein the amphiphilic compound according to claim 1 has a bilayer film-form performance.
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|---|---|---|---|
| JP30992489A JP2800920B2 (en) | 1989-11-29 | 1989-11-29 | Method for producing metal coordinating organosilicon polymer thin film |
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| Publication Number | Publication Date |
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| JPH03168226A JPH03168226A (en) | 1991-07-22 |
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