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JP2885464B2 - 光エネルギーの熱エネルギーへの変換材料 - Google Patents
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JP2885464B2 - 光エネルギーの熱エネルギーへの変換材料 - Google Patents

光エネルギーの熱エネルギーへの変換材料

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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は、光−熱エネルギー蓄積・変換材料に関す
るものである。さらに詳しくは、この発明は、エネルギ
ーの蓄積とその変換を行うことのできる、取扱い容易
で、かつ実用性も良好な光−熱エネルギーの蓄積・変換
材料に関するものである。
(従来の技術とその課題) 従来より、ノルボナジエン系化合物は光−熱エネルギ
ーの蓄積・変換の機能を有するものとして知られてお
り、たとえば、次式で示したように、 ノルボナジエン(NBD)およびその誘導体化合物は、
紫外線や可視光線の照射により対応するクワドリシクラ
ン(QC)およびその誘導体化合物に変換される。また、
このクワドリシクラン(QC)類は加熱や触媒との接触に
より、容易にノルボナジエン(NBD)類に再変換され
る。この再変換の際に、分子1モルあたり約22Kcalの熱
エネルギーを放出する。このエネルギーは、照射された
光エネルギーが、クワドリシクラン(QC)類にひずみエ
ネルギーとして蓄積されたものである。
このようなことから、ノルボナジエン(NBD)/クワ
ドリシクラン(QC)の光反応は、光−熱エネルギーの蓄
積・変換反応の優れた系として注目されている。
しかしながら、これまでに知られているこの反応系
は、いずれもノルボナジエン(NBD)、もしくはその誘
導体からなる低分子化合物の反応系であるため、この低
分子化合物の状態では、光−熱エネルギーの蓄積・変換
という特異で、注目すべき機能を実用的応用へと発展さ
せていくことが困難であった。すなわち、エネルギー蓄
積・変換のための機能材料を創製していくことがほとん
ど不可能であった。
このような事情に鑑みて、この発明の発明者は、上記
の光反応系からなる光−熱エネルギーの蓄積・変換系を
機能材料として発展させるための検討を進め、すでにこ
れまでに、高分子側鎖へのノルボナジエン誘導基の導入
により、非低分子系の反応系が実現できることを見出し
ていた。
しかしながら、この場合にも、クワドリシクラン(Q
C)誘導基のノルボナジエン(NBD)誘導基への変換のた
めには、溶液状の触媒の使用が欠かせなかった。
このような溶液の使用は、機能材料としての上記光反
応系の実用的発展にとって大きな障害となるものであっ
た。
この発明は、以上の通りのこの発明の発明者によるこ
れまでの検討と、光−熱エネルギーの蓄積・変換のため
の高分子材料系の開発をさらに進めることによりなされ
たものであり、実用的材料としての発展を可能とする完
全固相系の新しい光−熱エネルギー蓄積・変換材料を提
供することを目的としている。
(課題を解決するための手段) この発明は、上記の課題を解決するものとして、ノル
ボナジェニル環を側鎖に有する有機高分子化合物と、ク
ワドリシクラン環を有する化合物のクワドリシクラン環
をノルボナジェン環に変換する触媒物質との組成物から
なることを特徴とする光エネルギーの熱エネルギーへの
変換材料を提供する。
この発明の材料は、完全固相状態にある反応系として
特徴づけられるものであり、その材料の形状は、フィル
ム、シート、バルク等の各種のものとすることができ
る。
ノルボナジエニル環を側鎖に有する高分子化合物とし
ては、各種の高分子主鎖構造に、次式 (Rは、高分子主鎖への連結構造を、また、R1〜R
7は、各々、水素原子、アルキル、シクロアルキル、ア
ルケニル、シクロアルケニル、アリール、アリールアル
キル、アルキルアリール、ハロゲン、ヒドロキン、アル
コキシ、エーテル、エステル、アミン、アミド、シア
ノ、ニトロ、その他の任意の有機基を示す) で表されるノルボナジエニル誘導基を持ったものを例
示することができる。
具体的には、たとえば次のものを挙げることができ
る。
もちろん、これら例示の化合物に限定されるものでは
ない。
また、触媒としては、たとえば、コバルト−テトラフ
ェニルポルフィリン錯覚(Co-TPP)、コバルト−テトラ
フェニルポルフィリンテトラカルボン酸錯体、AgClO4
コバルト−フタロシアニン錯体、N,N−ジサリシリデン
−4−カルボキシル−1、2−フェニレンジイミネート
−コバルト錯体等のこれまで知られている各種のものを
はじめとして、任意のものを使用することができる。
以下、この発明の参考合成例と実施例を示し、さらに
詳しくこの説明について説明する。
参考例1 次式のポリマーを合成した。
ポリクロロメチルスチレン(PCMS)、0.76g(5mmol)
と3−フェニル−2,5−ノルボナジエン−2−カルボン
酸1.06g(5mmol)をDMF 10mlに溶かし、これにKOH 0.28
g(5mmol)と相間移動触媒(PTC)としてテトラブチル
アンモニウムブロミド(TBAB)0.16g(0.5mmol)を加え
て50℃で72時間反応させた。反応生成物を水に加えてポ
リマーを沈澱させ、ポリマーはTHF-メタノールで2回再
沈精製した。
ポリマーの収量は1.16gであった。
ポリマー側鎖へのNBD残基の導入率は93%(ハロゲン
分析より算出)であり粘度は、0.18dL/g(0.5g/100ml、
in DMF at 30℃)であった。
参考例2 次式のポリマーを合成した。
PCMS 1.221g(8mmol)と3−(フェニルカルバモイ
ル)−2,5−ノルボナジエン−2−カルボン酸のカリウ
ム塩 3.520g(12mmol)をDMF 16mLに溶かし、これにPT
CとしてTBAB 0.258g(0.8mmol)を加えて50℃で96時間
反応させ、参考例1と同様に処理精製した。ポリマーの
収量は2.015gであり、ポリマー側鎖へのNBD導入率は97.
0mol−%(ハロゲン分析より算出)であった。
その粘度は0.16dL/g(at 0.5g/dL in DMF at 30℃)
であった。
参考例3 次式のポリマーを合成した。
2−クロロエチルビニルエーテルと3−フェニル−2,
5−ノルボナジエン−2−カルボン酸のカリウム塩(ま
たはナトリウム塩)との反応により、(2−ビニロキ
シ)エトキシカルボニル−3−フェニル−2,5−ノルボ
ルナジエン(PNVE)を高収率で合成し、これをトリフロ
ロボロン−エーテル錯体触媒を用いてカチオン重合を行
なった。
PNVE 2.26g(8mmol)をトルエン8mlに溶かし、−75℃
に冷却し、攪拌しながら、触媒BF3-OEt2 34.05mg(0.24
mmol)のトルエン溶液(0.8mL)を加え、そのまま3時
間重合を行なった。これに少量のトリエチルアミンを加
えて重合を停止させ、重合溶液をメタノールに加えて、
ポリマーを沈澱させ、THF−メタノールで2回再沈精製
した。
収量 1.72g(収率 76.3%)、粘度 0.12dL/g(0.5
g/dL in DMF、at30℃)のポリマーを得た。
実施例1 参考例1に示した側鎖にNBD残基を有するポリマー0.0
1gを3mLのTHFに溶かし、ポリマー溶液を調製した。ポリ
マー溶液に、NBD残基に対して10、15、20、30および40m
ol%のCo-TPPをそれぞれ加えて、ポリマーと触媒の混合
溶液を調製した。この混合溶液を石英セルに塗布し、乾
燥した。石英セル上に得られたポリマーフィルムに対
し、30cmの距離より250-W超高圧水銀灯を用い光照射
し、光照射前後のUVスペクトル(λmax 297nm)の減少
率より、その光反応率を求めた。この結果、第1図に示
したようにCo-TPPを含まないポリマーフィルム中のNBD
残基は光照射約7分で定量的にQCに変換されたが、Co-T
PPを5または10mol−%含むポリマーフィルムでは光照
射によるNBD-QCへの異性化反応と、同時に生成したQCが
Co-TPPとの接触により再びNBDに変換されるため、それ
ぞれNBDからQCへの反応率が約70-75%および40-45%付
近で平衡に達した。すなわちこのことは光照射と同時に
発熱が起きていることを意味している。また、それぞれ
のポリマーフィルムに対して10分間光照射を行い、生成
したポリマー中のQC残基のNBD基への再変換率を測定し
た。その結果を第2図に示した。この第2図から明らか
なように、ポリマーフィルム中のCo-TPP含有率が高いも
のほど、QCからNBDへの変換速度は速くなる傾向を示し
ている。さらにこのことはCo-TPPを含むポリマーフィル
ムは光照射後熱を放射しながら徐々にNBDに変換されて
いることを示唆している。
第3図は40mol%のCo-TPPを含むポリマーフィルムの
光−熱変換反応のサイクルを示したものである。このポ
リマーフィルムは始めの10分間の光照射では約60%のNB
DがQCに異性化し、その後生成したポリマーフィルム中
の60mol%のQC残基が触媒反応により24時間の放置で40m
ol%程度まで減少した。その後、同様に10分間光照射す
るとポリマーフィルム中のQC含有率は60%まで回復し、
10回以上のリサイクルが可能なことを示唆している。
実施例2 参考例3で合成したポリマー単独と、このポリマーと
Co-TPPよりなるフィルムをそれぞれ石英セル上に調整
し、その光反応と、生成したポトマーフィルム中のQC残
基の逆異性化反応を測定した。その結果を第4図および
第5図に示した。この結果から明らかなように、ポリマ
ー単独では光照射5分でNBDの反応率が100%に達した
が、Co-TPPを含むポリマー・フィルムはNBDの変換率が
約30mol%で平衡に達した(第4図)。さらに、Co-TPP
を含む光照射後のポリマーフィルムを室温下で放置する
と、生成したポリマー側鎖のQC残基は徐々にNBDに再変
換された(第5図)。このことはポリマーとCo-TPPより
なる機能性フィルムが光エネルギーを熱エネルギーに変
換することを示唆している。
【図面の簡単な説明】
第1図、第2図、第3図、第4図および第5図はこの発
明のポリマーの合成例および実施例の変換率と時間等の
相関を示した測定図である。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ノルボナジェニル環を側鎖に有する有機高
    分子化合物と、クワドリシクラン環を有す化合物のクワ
    ドリシクラン環をノルボナジェン環に変換する触媒物質
    との組成物からなることを特徴とする光エネルギーの熱
    エネルギーへの変換材料。
  2. 【請求項2】組成物がフィルム状物質である請求項1の
    変換材料。
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