JP4119973B2 - Method for surface treatment of diamond powder - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はダイヤモンド粉末の表面処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ダイヤモンドは、研磨又は電子部品分野をはじめとし、種々な分野で用いられている。このダイヤモンド粒子の表面に各種の処理を施すことにより、電気的、物理的、化学的に優れた高機能特性を付加することができることが知られている。このようなことから、より広範囲の分野での利用が期待されている材料である。
その一例として表面に化学修飾を施すことにより、より高付加価値を有する材料となることが期待される。化学修飾を施す場合に、従来から特異な特性を有する官能基を導入することにより付加価値を高めることができる。
一般に、フッ素官能基を有する材料は、フッ素原子やフッ素原子含有官能基特有の特異な性質を有し、生理活性、撥水性、撥油性等の機能を発現することができることから、医薬、農薬、機能性材料として有用であるとして注目を浴びてきた材料である。
ダイヤモンド表面上へフッ素基を導入することによって、熱的、化学的に安定となり、極限環境に耐えうる材料としての利用が知られている。
【０００３】
従来、ダイヤモンド粉末表面上にフッ素を導入する方法としては、（イ）水素終端ダイヤモンド粉末に、低温下でフッ素を反応させる方法、または酸素終端ダイヤモンド粉末に高温下でフッ素を反応させる方法（非特許文献１）、及び（ロ）ダイヤモンド粉末にフッ素または三フッ化塩素を作用させる方法（非特許文献２）が、知られている。
しかしながら、（イ）、（ロ）の方法においては有毒ガスであり、取り扱いが困難であるフッ素ガスまたは三フッ化塩素を使用する必要がある。このような特殊材料ガスを使用する場合、特別な反応容器が必要となり操作も煩雑となる。
【０００４】
【非特許文献１】
T. Ando, K. Yamamoto, M. Kamo, Y. Sato, Y. Takamatsu, S. Kawasaki, F. Okino, H. Touhara, , J. Chem. Soc., Faraday Trans., 91, 3209 (1995)
【非特許文献２】
C. P. Kealey, T. M. Klapotke, D. W. McComb, M. I. Robertson, J. M. Winfield, J. Mater. Chem., 11, 879 (2001)
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、従来この種の方法に用いられてきた有毒ガスを使用することなく、また煩雑な操作を施すことなく、安全、かつ簡便にダイヤモンド粉末表面上にフッ素官能基を導入する方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、ダイヤモンド粉末に、ペルフルオロアゾアルカンの存在下に紫外光を照射すると、ダイヤモンド粉末表面上にペルフルオロアゾアルキル基を化学的に結合させることができることを見いだし、本発明を完成させた。
【０００７】
本発明によると、以下の発明が提供される。
ダイヤモンド粉末と下記一般式（１）で表されるペルフルオロアゾアルカンを、溶液中に存在させて、紫外光を照射することによりダイヤモンド粉末の表面に前記ペルフルオロアゾアルキル基を結合させることを特徴とするダイヤモンド粉末の表面処理方法。
【化２】
ＲＦＮ＝ＮＲＦ （１）
（式中、ＲＦはペルフルオロアルキル基を示す。）
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の方法では、粉末状のダイヤモンドが用いられる。このダイヤモンドは、市販品を用いることができる。この粉末状のダイヤモンド（ダイヤモンド粉末）は、５０〜１０００ｎｍの範囲にある。
ダイヤモンド粉末の粒径は５０ｎｍ以上であることが必要である。粒径の上限については、反応に関与する表面積を十分に確保することができるので、格別問題はない。
【０００９】
前記ダイヤモンド粉末表面に結合させるペルフルオロアゾアルカンは、下記一般式（１）で表される化合物である。
【化３】
ＲＦＮ＝ＮＲＦ （１）
（式中、ＲＦは、ペルフルオロアルキル基を示す）。
前記ペルフルオロアゾアルカンのペルフルオロアルキル基の炭素数は、１〜１２、好ましくは、６〜１０、より好ましくは、７〜９である。具体的にはペルフルオロアゾオクタン、ペルフルオロアゾヘプタン、ペルフルオロアゾヘキサン、ペルフルオロアゾプロパン、ペルフルオロアゾエタン、ペルフルオロアゾメタン等が用いられる。本発明方法の反応においては、これらのペルフルオロアルカンの鎖長による反応性の差はない。
【００１０】
本発明の方法に際しては、原料物質である前記ペルフルオロアゾアルカンを、溶媒中に添加する。溶媒には、ペルフルオロ炭化水素が用いられる。このペルフオロ炭化水素の具体例としては、ペルフルオロヘキサン、ペルフルオロヘプタン、ペルフルオロオクタンなどをあげることができる。
溶媒量は、ペルフルオロアゾアルカンの使用量及び後に添加するダイヤモンド粉末量に応じて決定する。これらの反応原料を溶媒中に保存することができる量であれば差し支えないが、十分に溶媒中に混和することができ、かつ反応に際して光照射を十分に行うことができる量を必要とする。このようなことを考慮して、ペルフルオロアゾアルカン１ｍｇに対して、０．５ｍｌ以上、３ｍｌ以下のペルフルオロ炭化水素が使用される。
【００１１】
反応に際しては、溶媒中の前記ペルフルオロアゾアルカンに、ダイアモンド粉末を添加する。添加するダイアモンド粉末の量は、ペルフルオロアゾアルカン１ｍｇに対して、１から１０ｍｇ、好ましくは、１．５ｍｇから６ｍｇ、さらに好ましくは、２ｍｇから３ｍｇの範囲で添加される。これらを十分に攪拌し、懸濁状態とする。
【００１２】
本発明の方法では、溶媒中の前記ペルフルオロアゾアルカンにダイヤモンド粉末を添加した懸濁液に、光照射を行う。本発明の方法では、前記一般式（１）で表されるペルフルオロアゾアルカンの脱窒素反応によるペルフルオロアルキルラジカルの発生が必要であることから、このために紫外光照射下に行う。波長は、１８０ｎｍ から ３００ｎｍである。
光源としては公知のものが用いられ、低圧水銀灯、高圧水銀灯、ＡｒＦまたはＸｅＣｌエキシマレーザー、エキシマランプ等が適用でき、広範囲の波長の光を利用できる。
反応の高効率化のためには、２００ｎｍ以下の波長を有する紫外光照射下に反応を行うことが好ましい。光量は、０．１〜１００ｍＷ／ｃｍ２の範囲で照射される。
照射時間は、１から８時間程度が必要である。
本発明の反応は、加熱する必要がなく、室温下で容易に進行する。
本発明の反応を行うにあたっては、アルゴン、または窒素雰囲気を介して懸濁液に光照射を行う。
【００１３】
反応終了後、溶媒を除去する。得られたダイヤモンド粉末を、溶剤により洗浄し付着物を除去する。溶剤には前記ペルフルオロアルカン及びアルカンが用いられる。
再び減圧下に乾燥することにより目的生成物を得る。
【００１４】
このようにして得られる目的生成物を分析機器により、表面に前記ペルフルオロアルキル基が化学結合しているかどうかを確認する。各種の分析機器を用いることができるが、ＸＰＳなどにより確認することができる。
本発明では、ダイヤモンド粉末に、ペルフルオロアルキル基を化学結合させることができる結果、フッ素原子を含んだ官能基をその表面に結合させることができるので、生理活性、撥水性、撥油性を付与することができる。その際に熱的、化学的に安定であり、極限環境に耐える特性を付与することができる。
以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。
【００１５】
【実施例】
実施例１
ペルフルオロアゾオクタン（４ｍｇ）をペルフルオロヘキサン（４ｍｌ）に溶解させ、ダイヤモンド粉末（粒径５００ｎｍ、１０ｍｇ）を入れて懸濁液を調製した。この懸濁液を合成石英製の反応容器に入れ、アルゴン雰囲気下で攪拌しつつ低圧水銀灯を室温で８時間照射した。その後、ペルフルオロヘキサン溶液を除去し、ダイヤモンド粉末をペルフルオロヘキサンおよびヘキサンで洗浄し、減圧下で乾燥を行った。反応後のダイヤモンド粉末のＸＰＳ測定を行った。図１に示すように、フッ素に由来するピークが観測され、表面上にフッ素官能基が導入されたことが確認された。
【００１６】
【発明の効果】
本発明によると、常温の溶液中で紫外光照射をするだけの簡便な反応操作により、ダイヤモンド粉末表面上にフッ素官能基を導入することができる。従来用いられてきた有毒ガスを使用することなく、安全に、煩雑さを伴うことなく、ダイヤモンド粉末の表面に、前記ペルフルオロアゾアルキル基をけつごうさせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ダイヤモンド粉末およびペルフルオロアゾオクタンの懸濁液に低圧水銀灯を照射して得られる、表面処理を施されたダイヤモンド粉末のＸＰＳスペクトル[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a surface treatment method for diamond powder.
[0002]
[Prior art]
Diamond is used in various fields including the field of polishing or electronic parts. It is known that high-performance characteristics excellent in electrical, physical and chemical properties can be added by performing various treatments on the surface of the diamond particles. For these reasons, the material is expected to be used in a wider range of fields.
As an example, it is expected that a material having higher added value can be obtained by chemically modifying the surface. When chemical modification is performed, the added value can be increased by introducing a functional group having unique characteristics.
In general, a material having a fluorine functional group has unique properties peculiar to fluorine atoms or fluorine atom-containing functional groups, and can express functions such as physiological activity, water repellency, oil repellency, etc. This material has attracted attention as being useful as a functional material.
By introducing a fluorine group onto the diamond surface, it is known to be used as a material that is thermally and chemically stable and can withstand an extreme environment.
[0003]
Conventionally, as a method of introducing fluorine onto the surface of diamond powder, (a) a method of reacting fluorine-terminated diamond powder with fluorine at a low temperature or a method of reacting oxygen-terminated diamond powder with fluorine at a high temperature (non-patented) Document 1) and (b) a method of causing fluorine or chlorine trifluoride to act on diamond powder (Non-Patent Document 2) are known.
However, in the methods (a) and (b), it is necessary to use fluorine gas or chlorine trifluoride which is a toxic gas and is difficult to handle. When such a special material gas is used, a special reaction vessel is required and the operation becomes complicated.
[0004]
[Non-Patent Document 1]
T. Ando, K. Yamamoto, M. Kamo, Y. Sato, Y. Takamatsu, S. Kawasaki, F. Okino, H. Touhara,, J. Chem. Soc., Faraday Trans., 91, 3209 (1995)
[Non-Patent Document 2]
CP Kealey, TM Klapotke, DW McComb, MI Robertson, JM Winfield, J. Mater. Chem., 11, 879 (2001)
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The problem to be solved by the present invention is to use fluorine functional groups on the surface of diamond powder safely and easily without using the toxic gas conventionally used in this kind of method and without performing complicated operations. Is to provide a way to introduce.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors have found that when a diamond powder is irradiated with ultraviolet light in the presence of a perfluoroazoalkane, a perfluoroazoalkyl group can be chemically bonded to the surface of the diamond powder, and the present invention has been completed. .
[0007]
According to the present invention, the following inventions are provided.
A diamond powder and a perfluoroazoalkane represented by the following general formula (1) are present in a solution, and the perfluoroazoalkyl group is bonded to the surface of the diamond powder by irradiation with ultraviolet light. Diamond powder surface treatment method.
[Chemical 2]
R F N = NR F (1)
(In the formula, R F represents a perfluoroalkyl group.)
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the method of the present invention, powdered diamond is used. As this diamond, a commercially available product can be used. This powdery diamond (diamond powder) is in the range of 50 to 1000 nm.
The particle size of the diamond powder needs to be 50 nm or more. Regarding the upper limit of the particle size, there is no particular problem because the surface area involved in the reaction can be sufficiently secured.
[0009]
The perfluoroazoalkane bonded to the diamond powder surface is a compound represented by the following general formula (1).
[Chemical 3]
R F N = NR F (1)
(Wherein R F represents a perfluoroalkyl group).
The perfluoroalkyl group of the perfluoroazoalkane has 1 to 12, preferably 6 to 10, more preferably 7 to 9 carbon atoms. Specifically, perfluoroazooctane, perfluoroazoheptane, perfluoroazohexane, perfluoroazopropane, perfluoroazoethane, perfluoroazomethane and the like are used. In the reaction of the method of the present invention, there is no difference in reactivity due to the chain length of these perfluoroalkanes.
[0010]
In the method of the present invention, the perfluoroazoalkane as a raw material is added to a solvent. As the solvent, perfluorohydrocarbon is used. Specific examples of the perfluorohydrocarbon include perfluorohexane, perfluoroheptane, perfluorooctane, and the like.
The amount of solvent is determined according to the amount of perfluoroazoalkane used and the amount of diamond powder added later. There is no problem as long as these reaction raw materials can be stored in a solvent, but an amount that can be sufficiently mixed in the solvent and can be sufficiently irradiated with light during the reaction is required. Considering this, 0.5 ml or more and 3 ml or less of perfluorohydrocarbon is used per 1 mg of perfluoroazoalkane.
[0011]
In the reaction, diamond powder is added to the perfluoroazoalkane in the solvent. The amount of the diamond powder to be added is 1 to 10 mg, preferably 1.5 to 6 mg, more preferably 2 to 3 mg per 1 mg of perfluoroazoalkane. These are sufficiently stirred to make a suspended state.
[0012]
In the method of the present invention, light irradiation is performed on a suspension obtained by adding diamond powder to the perfluoroazoalkane in a solvent. In the method of the present invention, it is necessary to generate a perfluoroalkyl radical by the denitrogenation reaction of the perfluoroazoalkane represented by the general formula (1). The wavelength is from 180 nm to 300 nm.
A known light source is used, and a low-pressure mercury lamp, a high-pressure mercury lamp, an ArF or XeCl excimer laser, an excimer lamp, or the like can be applied, and light having a wide wavelength range can be used.
In order to increase the efficiency of the reaction, the reaction is preferably performed under irradiation with ultraviolet light having a wavelength of 200 nm or less. The amount of light is irradiated in the range of 0.1 to 100 mW / cm 2 .
The irradiation time needs about 1 to 8 hours.
The reaction of the present invention does not require heating and proceeds easily at room temperature.
In carrying out the reaction of the present invention, the suspension is irradiated with light through an argon or nitrogen atmosphere.
[0013]
After completion of the reaction, the solvent is removed. The obtained diamond powder is washed with a solvent to remove deposits. The perfluoroalkane and alkane are used as the solvent.
The desired product is obtained by drying again under reduced pressure.
[0014]
Whether the perfluoroalkyl group is chemically bonded to the surface of the target product thus obtained is confirmed by an analytical instrument. Various analytical instruments can be used, but it can be confirmed by XPS or the like.
In the present invention, a perfluoroalkyl group can be chemically bonded to diamond powder. As a result, a functional group containing a fluorine atom can be bonded to the surface thereof, thereby imparting physiological activity, water repellency, and oil repellency. Can do. In that case, it is thermally and chemically stable, and can give the characteristic which can endure an extreme environment.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.
[0015]
【Example】
Example 1
Perfluoroazooctane (4 mg) was dissolved in perfluorohexane (4 ml), and diamond powder (particle size 500 nm, 10 mg) was added to prepare a suspension. This suspension was put into a reaction vessel made of synthetic quartz and irradiated with a low-pressure mercury lamp at room temperature for 8 hours while stirring in an argon atmosphere. Thereafter, the perfluorohexane solution was removed, and the diamond powder was washed with perfluorohexane and hexane, and dried under reduced pressure. XPS measurement of the diamond powder after the reaction was performed. As shown in FIG. 1, a peak derived from fluorine was observed, and it was confirmed that a fluorine functional group was introduced on the surface.
[0016]
【The invention's effect】
According to the present invention, fluorine functional groups can be introduced onto the surface of diamond powder by a simple reaction operation in which ultraviolet light irradiation is performed in a solution at room temperature. The perfluoroazoalkyl group can be crazed on the surface of the diamond powder without using any toxic gas that has been conventionally used and without being complicated.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 XPS spectrum of surface-treated diamond powder obtained by irradiating a suspension of diamond powder and perfluoroazooctane with a low-pressure mercury lamp
Claims (1)
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