JP7640987B2 - Method for releasing chemical species included in metal-organic framework, polymer gel and method for producing same - Google Patents
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Description
本発明は、金属有機構造体に包接される化学種の放出方法に関する。また、本発明は、金属有機構造体を架橋点として共有結合する高分子ゲル、特に、化学種を包接する金属有機構造体を架橋点として共有結合する高分子ゲルに関する。さらに、本発明は、そのような高分子ゲルの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for releasing a chemical species encapsulated in a metal-organic framework. The present invention also relates to a polymer gel in which a metal-organic framework is covalently bonded as a cross-linking point, in particular, a polymer gel in which a metal-organic framework encapsulating a chemical species is covalently bonded as a cross-linking point. Furthermore, the present invention relates to a method for producing such a polymer gel.
近年、ガスやイオン等の吸脱着剤として金属有機構造体(多孔性配位高分子とも称されている。)が注目されている。そして、このような金属有機構造体の性能を維持しつつ成形することができる複合体が過去に提案されている(例えば、以下に示す特許文献1等参照)。 In recent years, metal-organic frameworks (also called porous coordination polymers) have been attracting attention as adsorbents for gases, ions, etc. Composites that can be molded while maintaining the performance of such metal-organic frameworks have been proposed in the past (see, for example, Patent Document 1 below).
ところで、ガスを吸着する金属有機構造体からガスを脱着させる方法として、通常、金属有機構造体の雰囲気圧力を吸着時の圧力よりも低下させる方法(以下「減圧脱着法」と称する場合がある。)がある。しかし、このような減圧脱着法を適用することができる金属有機構造体の応用分野は極めて少ない。 Incidentally, as a method for desorbing a gas from a metal-organic framework that adsorbs the gas, there is usually a method in which the atmospheric pressure of the metal-organic framework is reduced below the pressure at the time of adsorption (hereinafter, sometimes referred to as the "reduced pressure desorption method"). However, there are very few application fields of metal-organic frameworks to which such reduced pressure desorption method can be applied.
このような状況に鑑みて、金属有機構造体に光を照射したり熱を加えたりすることによって金属有機構造体からガスやイオン等が放出されるように金属有機構造体を設計して、その応用分野を広げる試みがなされている(例えば、以下に示す非特許文献1および非特許文献2等参照)。 In light of this situation, attempts have been made to expand the field of application of metal-organic frameworks by designing them so that gases, ions, etc. are released from the metal-organic framework when light is irradiated or heat is applied to the framework (see, for example, Non-Patent Documents 1 and 2 below).
本発明の課題は、金属有機構造体によるガス等の吸脱着技術の応用分野をさらに広げることにある。 The objective of the present invention is to further expand the fields of application of the technology for adsorption and desorption of gases, etc. using metal-organic frameworks.
本発明の第1局面に係る方法では、化学種を包接する金属有機構造体を架橋点とする高分子ゲルに対して機械的外力を加えることによって金属有機構造体の外部に化学種を放出させる。なお、金属有機構造体は、多孔性配位高分子とも称される。また、ここにいう包接との用語は、含有や、吸着、貯蔵等の用語と同義であることに留意されたい。また、ここにいう機械的外力は、圧縮力、引張力、せん断力等、金属構造体に歪みを与え得る力であればいずれの力であってもよい。また、ここにいう化学種は、例えば、イオン、原子、原子団、分子、化合物である。なお、イオンには、原子イオンのみならず分子イオンも含まれ得る。 In the method according to the first aspect of the present invention, a mechanical external force is applied to a polymer gel having a crosslinking point of a metal-organic framework that encapsulates the chemical species, thereby releasing the chemical species to the outside of the metal-organic framework. The metal-organic framework is also called a porous coordination polymer. Note that the term "encapsulation" is synonymous with terms such as "containment," "adsorption," and "storage." The mechanical external force may be any force that can distort the metal structure, such as a compressive force, a tensile force, or a shear force. The chemical species may be, for example, an ion, an atom, an atomic group, a molecule, or a compound. The ion may include not only an atomic ion but also a molecular ion.
上述のように高分子ゲルに機械的外力を加えることによって高分子ゲルの架橋点に位置する金属有機構造体の外部に化学種を放出させる方法は、本願発明者が知る限り、今まで提案されたことはない。このため、この方法は、金属有機構造体による化学種の吸脱着技術の応用分野をさらに広げることができる。 As far as the inventors know, the method of releasing chemical species to the outside of a metal-organic framework located at the crosslinking points of a polymer gel by applying a mechanical external force to the polymer gel as described above has not been proposed until now. Therefore, this method can further expand the application field of the technology of adsorption and desorption of chemical species by metal-organic frameworks.
本発明の第2局面に係る高分子ゲルは、架橋点として金属有機構造体を共有結合している。 The polymer gel according to the second aspect of the present invention has a metal-organic framework covalently bonded as a crosslinking point.
本願発明者らは、このような高分子ゲルに対して機械的外力を加えることによって金属有機構造体の外部に化学種を放出させることができるとの知見を得た。本願発明者が知る限り、このような知見は示されたことがない。このため、このような高分子ゲルは、金属有機構造体による化学種の吸脱着技術の応用分野をさらに広げることができる。 The inventors of the present application have discovered that applying a mechanical external force to such a polymer gel can release chemical species to the outside of the metal-organic framework. As far as the inventors of the present application know, such a discovery has never been made. Therefore, such a polymer gel can further expand the field of application of the technology of adsorption and desorption of chemical species by metal-organic frameworks.
本発明の第3局面に係る高分子ゲルは第2局面に係る高分子ゲルであって、金属有機構造体は化学種を包接する。 The polymer gel according to the third aspect of the present invention is the polymer gel according to the second aspect, in which the metal-organic framework encapsulates a chemical species.
このため、高分子ゲルに対して機械的外力を加えることによって化学種を放出することができる。 Therefore, chemical species can be released by applying an external mechanical force to the polymer gel.
本発明の第4局面に係る高分子ゲルの製造方法は、官能基導入工程およびゲル化工程を備える。官能基導入工程では、金属有機構造体に複数の第1官能基を導入されて第1官能基含有金属有機構造体が調製される。なお、第1官能基の導入は、金属有機構造体中の有機配位子に共有結合可能な官能基を有する第1官能基含有化合物を用いて行われるのが望ましい。ゲル化工程では、第1官能基と反応可能な複数の第2官能基を有する高分子の第2官能基と、第1官能基とが反応させられて共有結合させられることにより高分子ゲルが得られる。 The method for producing a polymer gel according to a fourth aspect of the present invention includes a functional group introduction step and a gelation step. In the functional group introduction step, a plurality of first functional groups are introduced into the metal organic framework to prepare a first functional group-containing metal organic framework. The introduction of the first functional group is preferably performed using a first functional group-containing compound having a functional group capable of covalently bonding to an organic ligand in the metal organic framework. In the gelation step, a second functional group of a polymer having a plurality of second functional groups capable of reacting with the first functional group is reacted with the first functional group to form a covalent bond, thereby obtaining a polymer gel.
<金属有機構造体に包接される化学種の放出方法>
本発明の実施の形態に係る方法は、化学種を包接する金属有機構造体を架橋点とする高分子ゲルに対して機械的外力を加えることによって金属有機構造体の外部に化学種を放出させる方法である。
<Method for releasing chemical species encapsulated in metal-organic frameworks>
The method according to the embodiment of the present invention is a method for releasing chemical species to the outside of the metal-organic framework by applying a mechanical external force to a polymer gel having a metal-organic framework that encapsulates chemical species as a crosslinking point.
なお、ここにいう「包接」との用語は、含有や、吸着、貯蔵等の用語と同義であることに留意されたい。 Please note that the term "encapsulation" is synonymous with terms such as containment, adsorption, and storage.
また、ここにいう「機械的外力」は、圧縮力、引張力、せん断力等、高分子鎖を介して金属構造体に歪みを与え得る力であればいずれの力であってもよい。 The "external mechanical force" referred to here may be any force that can distort the metal structure through the polymer chain, such as a compressive force, a tensile force, or a shear force.
また、ここにいう「化学種」とは、例えば、イオン、原子、原子団、分子、化合物である。なお、イオンには、原子イオンのみならず分子イオンも含まれ得る。また、ここにいう「化学種」は、常圧において気体状態をとるものであってもよいし、液体状態をとるものであってもよいし、固体状態をとるものであってもよい。ただし、化学種が液体状態や固体状態をとるものである場合、その化学種は、高分子ゲルを構成する液体に溶解することが好ましい。化学種が気体である場合、その化学種としては、特に限定されないが、例えば、一酸化炭素、二酸化炭素、酸素、窒素、亜酸化窒素、アンモニア、水素、アルシン、一酸化窒素、塩化水素、塩素、ゲルマン、五フッ化リン、三塩化ホウ素、三フッ化窒素、三フッ化ホウ素、三フッ化リン、ジクロロシラン、ジボラン、シラン、スチビン、セレン化水素、テルル化水素、二酸化窒素、ホスフィン、四フッ化ケイ素、硫化水素、六フッ化硫黄などの無機気体、フルオロカーボン類、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンなどの希ガス、メタン、エタン、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタンなどのアルカン、エチレン、プロピレン、ブテン類、ペンテン類、ヘキセン類などのアルケン、アセチレンなどのアルキン、ベンゼン、トルエン、キシレン類などの芳香族化合物、シクロアルカン、ハロゲン化アルキル、エーテル、アルコール、アミン、エポキシ化合物、カルボニル化合物等が挙げられる。 The "chemical species" referred to here may be, for example, an ion, an atom, an atomic group, a molecule, or a compound. The ion may include not only an atomic ion but also a molecular ion. The "chemical species" referred to here may be in a gaseous state, a liquid state, or a solid state at normal pressure. However, when the chemical species is in a liquid state or a solid state, it is preferable that the chemical species dissolve in the liquid that constitutes the polymer gel. When the chemical species is a gas, the chemical species is not particularly limited, but may be, for example, inorganic gases such as carbon monoxide, carbon dioxide, oxygen, nitrogen, nitrous oxide, ammonia, hydrogen, arsine, nitric oxide, hydrogen chloride, chlorine, germane, phosphorus pentafluoride, boron trichloride, nitrogen trifluoride, boron trifluoride, phosphorus trifluoride, dichlorosilane, diborane, silane, stibine, hydrogen selenide, hydrogen telluride, nitrogen dioxide, phosphine, silicon tetrafluoride, hydrogen sulfide, and sulfur hexafluoride, fluorocarbons, and the like. These include rare gases such as carbons, helium, neon, argon, krypton, and xenon; alkanes such as methane, ethane, propane, butane, pentane, hexane, heptane, and octane; alkenes such as ethylene, propylene, butenes, pentenes, and hexenes; alkynes such as acetylene; aromatic compounds such as benzene, toluene, and xylenes; cycloalkanes, alkyl halides, ethers, alcohols, amines, epoxy compounds, and carbonyl compounds.
<高分子ゲルの構造>
なお、金属有機構造体は、多孔性配位高分子とも称される。本発明の実施の形態において利用可能な金属有機構造体は、化学種を包接する機能、および、(高分子ゲル中の高分子鎖を介する)変形によって化学種を放出する機能を有するものであれば特に限定されない。ところで、金属有機構造体は、金属イオンおよび有機配位子から形成される。なお、本発明の実施の形態において、有機配位子には、金属有機構造体へ官能基を導入するための官能基が存在する。
<Polymer gel structure>
The metal organic framework is also called a porous coordination polymer. The metal organic framework that can be used in the embodiment of the present invention is not particularly limited as long as it has a function of encapsulating chemical species and a function of releasing the chemical species by deformation (through the polymer chain in the polymer gel). Meanwhile, the metal organic framework is formed from metal ions and organic ligands. In the embodiment of the present invention, the organic ligand has a functional group for introducing a functional group into the metal organic framework.
ここで、金属イオンとしては、例えば、Mg2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+、Sc3+、Y3+、Ti4+、Zr4+、Hf4+、V4+、V3+、V2+、Nb3+、Ta3+、Cr3+、Mo3+、W3+、Mn3+、Mn2+、Re3+、Re2+、Fe3+、Fe2+、Ru3+、Ru2+、Os3+、Os2+、Co3+、Co2+、Rh2+、Rh+、Ir2+、Ir+、Ni2+、Ni+、Pd2+、Pd+、Pt2+、Pt+、Cu2+、Cu+、Ag+、Au+、Zn2+、Cd2+、Hg2+、Al3+、Ga3+、In3+、Tl3+、Si4+、Si2+、Ge4+、Ge2+、Sn4+、Sn2+、Pb4+、Pb2+、As5+、As3+、As+、Sb5+、Sb3+、Sb+、Bi5+、Bi3+、Bi+等が挙げられる。 Examples of the metal ions include Mg2 + , Ca2 + , Sr2 + , Ba2 + , Sc3 + , Y3 + , Ti4 + , Zr4 + , Hf4 + , V4 +, V3+ , V2 + , Nb3 + , Ta3 + , Cr3 + , Mo3 + , W3 + , Mn3 + , Mn2 + , Re3 + , Re2 + , Fe3 + , Fe2 + , Ru3 + , Ru2 + , Os3 + , Os2 + , Co3 + , Co2 + , Rh2 + , Rh + , Ir2+ , Ir + , Ni2 + , Ni +. , Pd 2+ , Pd + , Pt 2+ , Pt + , Cu 2+ , Cu + , Ag + , Au + , Zn 2+ , Cd 2+ , Hg 2+ , Al 3+ , Ga 3+ , In 3+ , Tl 3+ , Si 4+ , Si 2+ , Ge 4+ , Ge 2+ , Sn 4+ , Sn 2+ , Pb 4+ , Pb 2+ , As 5+ , As 3+ , As + , Sb 5+ , Sb 3+ , Sb + , Bi 5+ , Bi 3+ , Bi + and the like.
また、有機配位子としては、例えば、金属イオンと配位可能な複数の官能基を有する芳香族化合物、脂肪族化合物、脂環式化合物、ヘテロ芳香族化合物、ヘテロ環式化合物等が挙げられる。なお、有機配位子として、金属イオンと配位可能な1つの官能基を有する芳香族化合物、脂肪族化合物、脂環式化合物、ヘテロ芳香族化合物、ヘテロ環式化合物を、上述の金属イオンと配位可能な複数の官能基を有する芳香族化合物、脂肪族化合物、脂環式化合物、ヘテロ芳香族化合物、ヘテロ環式化合物等と併用してもよい。また、有機配位子において、金属イオンに配位可能な官能基は、1つの芳香族化合物、脂肪族化合物、脂環式化合物、ヘテロ芳香族化合物、ヘテロ環式化合物に対して1~5個存在するのが好ましく、好ましくは2~4個存在するのがより好ましく、2~3個存在するのがさらに好ましい。このような官能基としては、グリシジル基、カルボキシル基、無水カルボン酸基、水酸基、チオール基、ジチオカルボキシル基、スルフィニル基、スルホニル基、スルホ基、ニトロ基、スルフィド基、ジスルフィド基、アミノ基、一級アミノ基、二級アミノ基、Si(OH)3、Ge(OH)3、Sn(OH)3、Si(SH)4、Ge(SH)4、Sn(SH)4、リン酸基、AsO3H、AsO4H、P(SH)3、As(SH)3、CH(SH)2、C(SH)3、CH(NH2)2、C(NH2)3、CH(OH)2、C(OH)3、CH(CN)2、C(CN)3、CH(RSH)2、C(RSH)3、CH(RNH2)2、C(RNH2)3、CH(ROH)2、C(ROH)3、CH(RCN)2、C(RCN)3、芳香環を構成する窒素原子等が挙げられる。なお、上記化学式中、RはC1~C5のアルキル基又はアリール基を示す。また、芳香環を構成する窒素原子とは、ピリジン、ピリミジン、ピリダジン、ピラジン、トリアジン、イミダゾール、チアゾール、オキサゾール、フェナントロリン、キノリン、イソキノリン、ナフチリジン、プリン、ビピリジン、テルピリジンなどの環内窒素原子を意味する。また、有機配位子に含まれる官能基としては、特に限定されないが、例えば、アルケニル基や、アルキニル基、アミノ基、カルボキシル基、グリシジル基、イソシアネート基、水酸基、チオール基等が挙げられる。 Examples of the organic ligand include aromatic compounds, aliphatic compounds, alicyclic compounds, heteroaromatic compounds, and heterocyclic compounds having multiple functional groups capable of coordinating with metal ions. As the organic ligand, aromatic compounds, aliphatic compounds, alicyclic compounds, heteroaromatic compounds, and heterocyclic compounds having one functional group capable of coordinating with metal ions may be used in combination with aromatic compounds, aliphatic compounds, alicyclic compounds, heteroaromatic compounds, and heterocyclic compounds having multiple functional groups capable of coordinating with metal ions. In the organic ligand, it is preferable that one to five functional groups capable of coordinating with metal ions are present, more preferably two to four functional groups are present, and even more preferably two to three functional groups are present per aromatic compound, aliphatic compound, alicyclic compound, heteroaromatic compound, and heterocyclic compound. Such functional groups include a glycidyl group, a carboxyl group, a carboxylic anhydride group, a hydroxyl group, a thiol group, a dithiocarboxyl group, a sulfinyl group, a sulfonyl group, a sulfo group, a nitro group, a sulfide group, a disulfide group, an amino group, a primary amino group, a secondary amino group, Si(OH) 3 , Ge (OH)3 , Sn(OH) 3 , Si(SH) 4 , Ge(SH) 4 , Sn(SH) 4 , a phosphate group, AsO3H, AsO4H , P(SH) 3 , As(SH) 3 , CH(SH) 2 , C(SH) 3 , CH( NH2 ) 2 , C( NH2 ) 3 , CH(OH) 2 , C(OH) 3 , CH(CN) 2 , C(CN) 3 , CH(RSH) 2 , C(RSH) 3 , CH(RNH 2 ) 2 , C(RNH 2 ) 3 , CH(ROH) 2 , C(ROH) 3 , CH(RCN) 2 , C(RCN) 3 , nitrogen atoms constituting aromatic rings, etc. In the above chemical formula, R represents an alkyl group or an aryl group having 1 to 5 carbon atoms. The nitrogen atoms constituting aromatic rings refer to nitrogen atoms in rings such as pyridine, pyrimidine, pyridazine, pyrazine, triazine, imidazole, thiazole, oxazole, phenanthroline, quinoline, isoquinoline, naphthyridine, purine, bipyridine, and terpyridine. The functional groups contained in the organic ligands are not particularly limited, and examples thereof include alkenyl groups, alkynyl groups, amino groups, carboxyl groups, glycidyl groups, isocyanate groups, hydroxyl groups, and thiol groups.
高分子ゲル中の高分子鎖を構成する単量体(モノマー)は、ハイドロゲル等のゲル体を合成し得ると共に、金属有機構造体に導入される官能基と反応し得る単量体であれば特に限定されないが、例えば、(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル酸ナトリウム、(メタ)アクリル酸カリウム、(メタ)アクリル酸リチウム、ビニル安息香酸、ビニル安息香酸ナトリウム、ビニル安息香酸カリウム、ビニル安息香酸リチウム、ビニル酢酸、ビニル酢酸ナトリウム、ビニル酢酸カリウム、ビニル酢酸リチウム、ビニルスルホン酸、ビニルスルホン酸ナトリウム、ビニルスルホン酸カリウム、ビニルスルホン酸リチウム、p-スチレンスルホン酸、p-スチレンスルホン酸ナトリウム、p-スチレンスルホン酸カリウム、p-スチレンスルホン酸リチウム、アリルスルホン酸、アリルスルホン酸ナトリウム、アリルスルホン酸カリウム、アリルスルホン酸リチウム、2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸、2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸ナトリウム、2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸カリウム、2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸リチウム、(メタ)アクリル酸エステル等が挙げられる。なお、ビニル酢酸系の単量体が用いられる場合、その重合反応後に鹸化が行われてもよい。また、上述の単量体は、単独で用いられてもよいし、組み合わせて用いられてもよい。また、本発明の主旨を損なうことがない範囲で他の単量体を共重合させてもかまわない。 The monomers constituting the polymer chains in the polymer gel are not particularly limited as long as they are capable of synthesizing a gel such as a hydrogel and reacting with the functional groups introduced into the metal-organic framework. Examples of such monomers include (meth)acrylic acid, sodium (meth)acrylate, potassium (meth)acrylate, lithium (meth)acrylate, vinyl benzoic acid, sodium vinyl benzoate, potassium vinyl benzoate, lithium vinyl benzoate, vinyl acetic acid, sodium vinyl acetate, potassium vinyl acetate, lithium vinyl acetate, vinyl sulfonic acid, sodium vinyl sulfonate, and potassium vinyl sulfonate. Examples of the monomers include lithium vinyl sulfonate, p-styrene sulfonic acid, sodium p-styrene sulfonate, potassium p-styrene sulfonate, lithium p-styrene sulfonate, allyl sulfonic acid, sodium allyl sulfonate, potassium allyl sulfonate, lithium allyl sulfonate, 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid, sodium 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonate, potassium 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonate, lithium 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonate, (meth)acrylic acid esters, etc. In addition, when a vinyl acetate-based monomer is used, saponification may be performed after the polymerization reaction. In addition, the above-mentioned monomers may be used alone or in combination. In addition, other monomers may be copolymerized within a range that does not impair the gist of the present invention.
また、高分子ゲルを構成する液体としては、特に限定されないが、水や有機溶媒等が挙げられる。また、同液体には、本発明の主旨を損なわない範囲で塩等の溶質が溶解していてもかまわない。 The liquid constituting the polymer gel is not particularly limited, but examples thereof include water and organic solvents. The liquid may also contain dissolved solutes such as salts, as long as the purpose of the present invention is not impaired.
また、高分子ゲル中の高分子に対する金属有機構造体の量は、高分子がゲル化すると共に目的量の化学種を放出するのに必要な量であればよいが、5重量%以上であることが好ましく、10重量%以上であることがより好ましく、20重量%以上であることがさらに好ましく、30重量%以上であることが特に好ましい。 The amount of metal-organic framework relative to the polymer in the polymer gel may be any amount necessary for the polymer to gel and release the desired amount of chemical species, but is preferably 5% by weight or more, more preferably 10% by weight or more, even more preferably 20% by weight or more, and particularly preferably 30% by weight or more.
<高分子ゲルの製造方法>
本発明の実施の形態に係る高分子ゲルは、例えば、官能基導入工程およびゲル化工程を経て製造され得る。官能基導入工程では、金属有機構造体に複数の第1官能基を導入して第1官能基含有金属有機構造体が調製される。ゲル化工程では、第1官能基と反応可能な複数の第2官能基を有する高分子の第2官能基と、第1官能基とが反応させられて共有結合させられることによって高分子ゲルが得られる。なお、複数の第2官能基を有する高分子は、ホモポリマーであってもよいし、コポリマーであってもかまわない。
<Method of Producing Polymer Gel>
The polymer gel according to the embodiment of the present invention can be manufactured, for example, through a functional group introduction step and a gelation step. In the functional group introduction step, a first functional group-containing metal organic framework is prepared by introducing a plurality of first functional groups into the metal organic framework. In the gelation step, a second functional group of a polymer having a plurality of second functional groups capable of reacting with the first functional group is reacted with the first functional group to form a covalent bond, thereby obtaining a polymer gel. The polymer having a plurality of second functional groups may be a homopolymer or a copolymer.
なお、第1官能基がアミノ基や水酸基である場合、第2官能基は例えばカルボキシル基等であり、第1官能基がカルボキシル基である場合、第2官能基は例えばアミノ基や水酸基である。 When the first functional group is an amino group or a hydroxyl group, the second functional group is, for example, a carboxyl group, and when the first functional group is a carboxyl group, the second functional group is, for example, an amino group or a hydroxyl group.
また、高分子ゲルの他の製造方法では、ゲル化工程において、第1官能基と重合反応可能な第2官能基を有する単量体と、第1官能基を有する金属有機構造体とを重合させることによって高分子ゲルが得られてもかまわない。 In another method for producing a polymer gel, the polymer gel may be obtained by polymerizing a monomer having a second functional group capable of undergoing a polymerization reaction with the first functional group and a metal organic framework having the first functional group in the gelation step.
以下、実施例および比較例を示して本発明をより詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施例に限定されることはない。 The present invention will be described in more detail below with reference to examples and comparative examples. Note that the present invention is not limited to the following examples.
1.MOF架橋高分子ゲルの合成
(1)金属有機構造体の合成
0.279g(0.936mmol)の硝酸亜鉛六水和物(Zn(NO3)2・6H2O)、0.253g(0.936mmol)のアゾベンゼン-4,4’-ジカルボン酸(以下「AzDC」と表記する場合がある。)、および、0.085g(0.466mmol)の1,2-ビス(4-ピリジル)エチレン(以下「BPE」と表記する場合がある。)を100mLのジメチルホルムアミド(以下「DMF」と表記する場合がある。)に溶解させた後に、その溶液を100℃に加熱しながら11時間撹拌することによってブロック状の赤色の結晶を得た。得られた赤色の結晶を100mLのDMFおよび100mLのヘキサンで洗浄した後にその洗浄後の赤色の結晶を減圧留去することにより目的の金属有機構造体であるZn(AzDC)(BPE)0.5を得た。なお、この合成スキームは以下の化学反応式(A)に示される通りである。
1. Synthesis of MOF cross-linked polymer gel (1) Synthesis of metal-organic framework 0.279 g (0.936 mmol) of zinc nitrate hexahydrate (Zn(NO 3 ) 2.6H 2 O), 0.253 g (0.936 mmol) of azobenzene-4,4'-dicarboxylic acid (hereinafter sometimes referred to as "AzDC"), and 0.085 g (0.466 mmol) of 1,2-bis(4-pyridyl)ethylene (hereinafter sometimes referred to as "BPE") were dissolved in 100 mL of dimethylformamide (hereinafter sometimes referred to as "DMF"), and the solution was heated to 100°C and stirred for 11 hours to obtain block-shaped red crystals. The obtained red crystals were washed with 100 mL of DMF and 100 mL of hexane, and the washed red crystals were then distilled off under reduced pressure to obtain the target metal-organic framework Zn(AzDC)(BPE) 0.5 . The synthesis scheme is shown in the following chemical reaction formula (A).
(2)金属有機構造体へのアミノ基の導入
20mLの超純水に5.8mg(0.075mmol)のアミノエタンチオールを溶解させた。そして、そのアミノエタンチオール水溶液に100mgのZn(AzDC)(BPE)0.5を加えた後に、その液を1時間撹拌した。その後、セルロース透析膜(分画分子量1000)を用いてその液を超純水で3日間透析した。なお、この際、透析外部溶液を9回交換した。透析終了後、その液から溶媒を減圧留去し、凍結乾燥して目的のZn(AzDC)(BPE)0.5-NH2を合成した。なお、この合成スキームは以下の化学反応式(B)に示される通りである。
(2) Introduction of amino groups into metal-organic framework 5.8 mg (0.075 mmol) of aminoethanethiol was dissolved in 20 mL of ultrapure water. Then, 100 mg of Zn(AzDC)(BPE) 0.5 was added to the aminoethanethiol aqueous solution, and the solution was stirred for 1 hour. Then, the solution was dialyzed with ultrapure water for 3 days using a cellulose dialysis membrane (molecular weight cutoff: 1000). At this time, the dialysis external solution was exchanged nine times. After the dialysis was completed, the solvent was removed from the solution under reduced pressure and freeze-dried to synthesize the target Zn(AzDC)(BPE) 0.5 - NH2 . The synthesis scheme is as shown in the following chemical reaction formula (B).
(3)ポリメタクリル酸の合成
アルミナカラムで重合禁止剤を取り除いたメタクリル酸5g(58.1mmol)と、2,2’-アゾビス[2-(2-イミダゾリン-2-イル)プロパン)二塩酸塩(富士フィルム和光純薬株式会社製の水溶性アゾ重合開始剤VA-044)94mg(0.29mmol)を、脱気した超純水5mLに溶解させた。そして、窒素雰囲気下、その水溶液を60℃で1時間振とうさせることによって白色の固体を得た。得られた白色の固体を40mLの超純水に溶解させた。その後、セルロース透析膜(分画分子量3500Da)を用いてその水溶液を超純水で1日間透析した。なお、この際、透析外部溶液を3回交換した。透析終了後、その水溶液を凍結乾燥して目的のポリメタクリル酸を得た。なお、この合成スキームは以下の化学反応式(C)に示される通りである。
(3) Synthesis of polymethacrylic acid 5 g (58.1 mmol) of methacrylic acid from which the polymerization inhibitor had been removed using an alumina column and 94 mg (0.29 mmol) of 2,2'-azobis[2-(2-imidazolin-2-yl)propane]dihydrochloride (water-soluble azo polymerization initiator VA-044 manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) were dissolved in 5 mL of degassed ultrapure water. Then, the aqueous solution was shaken at 60°C for 1 hour under a nitrogen atmosphere to obtain a white solid. The obtained white solid was dissolved in 40 mL of ultrapure water. Then, the aqueous solution was dialyzed with ultrapure water for 1 day using a cellulose dialysis membrane (molecular weight cutoff 3500 Da). At this time, the external solution for dialysis was exchanged three times. After the dialysis was completed, the aqueous solution was freeze-dried to obtain the target polymethacrylic acid. The synthesis scheme is as shown in the following chemical reaction formula (C).
(4)金属有機構造体への二酸化炭素の包接
Zn(AzDC)(BPE)0.5-NH2を真空乾燥してZn(AzDC)(BPE)0.5内部の気体および溶液を取り除いた後、Zn(AzDC)(BPE)0.5-NH2に二酸化炭素を供給してZn(AzDC)(BPE)0.5に二酸化炭素を包接させた。
(4) Inclusion of Carbon Dioxide in the Metal-Organic Framework Zn(AzDC)(BPE) 0.5 - NH2 was vacuum dried to remove the gas and solution inside Zn(AzDC)(BPE) 0.5 , and then carbon dioxide was supplied to Zn(AzDC)(BPE) 0.5 - NH2 to include the carbon dioxide in Zn(AzDC)(BPE) 0.5 .
(5)MOF架橋高分子ゲルの合成
50mg(0.581mmol)のポリメタクリル酸(以下「PMAc」と表記する場合がある。)を400μLの超純水に溶解させた後、そのPMAc水溶液のpHを固形の水酸化ナトリウムでpH7~8に調整した。次に、そのpH調整済みのPMAc水溶液に対して、1-エチル-3-(3-ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド塩酸塩(以下「EDC」と表記する場合がある。)22.27mg(0.1162mmol)を50μLの超純水に溶解させたEDC水溶液、および、N-ヒドロキシコハク酸イミド(以下「NHS」と表記する場合がある。)13.37mg(0.1162mmol)を50μLの超純水に溶解させたNHS水溶液を加えた。次いで、EDC水溶液およびNHS水溶液を加えたPMAc水溶液に対して、20mgのZn(AzDC)(BPE)0.5-NH2(二酸化炭素包接済みのもの)を加え、それがその水溶液中に十分に分散するまで撹拌した後、その分散液を静置して目的のMOF架橋高分子ゲルを得た。なお、この合成スキームは以下の化学反応式(D)に示される通りである。
(5) Synthesis of MOF crosslinked polymer gel 50 mg (0.581 mmol) of polymethacrylic acid (hereinafter sometimes referred to as "PMAc") was dissolved in 400 μL of ultrapure water, and the pH of the PMAc aqueous solution was adjusted to pH 7 to 8 with solid sodium hydroxide. Next, to the pH-adjusted PMAc aqueous solution, an EDC aqueous solution in which 22.27 mg (0.1162 mmol) of 1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide hydrochloride (hereinafter sometimes referred to as "EDC") was dissolved in 50 μL of ultrapure water, and an NHS aqueous solution in which 13.37 mg (0.1162 mmol) of N-hydroxysuccinimide (hereinafter sometimes referred to as "NHS") was dissolved in 50 μL of ultrapure water were added. Next, 20 mg of Zn(AzDC)(BPE) 0.5 -NH 2 (already encapsulated with carbon dioxide) was added to the PMAc aqueous solution to which the EDC aqueous solution and the NHS aqueous solution had been added, and the mixture was stirred until it was sufficiently dispersed in the aqueous solution. The dispersion was then allowed to stand to obtain the desired MOF crosslinked polymer gel. The synthesis scheme is shown in the following chemical reaction formula (D).
2.Zn(AzDC)(BPE)0.5およびMOF架橋高分子ゲルの物性評価
(1)Zn(AzDC)(BPE)0.5の二酸化炭素吸脱着挙動の確認
高圧ガス吸着量測定装置(マイクロトラック・ベル株式会社製のBELSORP HP)を用いてZn(AzDC)(BPE)0.5の二酸化炭素吸脱着挙動を確認した。具体的には、250mgのZn(AzDC)(BPE)0.5を真空乾燥した後、吸着温度を298Kとすると共に飽和蒸気圧量を6444.8kPaとし,二酸化炭素で0kPaから220kPaまで圧力を変化させながらZn(AzDC)(BPE)0.5の二酸化炭素吸着量(mg/g)を測定した。
2. Evaluation of physical properties of Zn(AzDC)(BPE) 0.5 and MOF crosslinked polymer gel (1) Confirmation of carbon dioxide adsorption and desorption behavior of Zn(AzDC)(BPE) 0.5 The carbon dioxide adsorption and desorption behavior of Zn(AzDC)(BPE) 0.5 was confirmed using a high-pressure gas adsorption amount measuring device (BELSORP HP manufactured by Microtrack Bell Co., Ltd.). Specifically, after 250 mg of Zn(AzDC)(BPE) 0.5 was vacuum-dried, the adsorption temperature was set to 298 K, the saturated vapor pressure was set to 6444.8 kPa, and the carbon dioxide adsorption amount (mg/g) of Zn(AzDC)(BPE) 0.5 was measured while changing the pressure from 0 kPa to 220 kPa with carbon dioxide.
図1に示されるように、Zn(AzDC)(BPE)0.5は、圧力が上昇するほど二酸化炭素(CO2)の吸着量が増加し、圧力が低下するほど二酸化炭素の吸着量が低下することが明らかとなった。すなわち、Zn(AzDC)(BPE)0.5は、圧力が上昇するほど二酸化炭素(CO2)を吸着し、圧力が低下するほど二酸化炭素を放出する。なお、図1から明らかなように、圧力低下時の二酸化炭素吸着量が圧力上昇時の二酸化炭素吸着量を僅かに上回っているが、二酸化炭素の吸脱着はほぼ可逆的と言える。 As shown in Fig. 1, it was revealed that Zn(AzDC)(BPE) 0.5 increases the amount of carbon dioxide (CO 2 ) adsorbed as the pressure increases, and decreases the amount of carbon dioxide adsorbed as the pressure decreases. In other words, Zn(AzDC)(BPE) 0.5 adsorbs more carbon dioxide (CO 2 ) as the pressure increases, and releases more carbon dioxide as the pressure decreases. As is clear from Fig. 1, the amount of carbon dioxide adsorbed when the pressure is decreased is slightly higher than the amount of carbon dioxide adsorbed when the pressure is increased, but it can be said that the adsorption and desorption of carbon dioxide is almost reversible.
(2)高分子ゲルの粘弾性評価
アントンパール社製のModular Compact Rheometerを用いてMOF架橋高分子ゲルの粘弾性特性を測定した。具体的には、上述のMOF架橋高分子ゲルの合成方法を用いてサンプル管の底側にMOF架橋高分子ゲルを合成した後に、そのMOF架橋高分子ゲルをサンプル管から取り出し、そのMOF架橋高分子ゲルを8mmのパラレルプレートの大きさに合わせて切り抜いて試料片を作製した。そして、パラレルプレートと共に試料片をModular Compact Rheometerにセットして、測定温度25℃の条件でその粘弾性特性測定した。
(2) Viscoelasticity evaluation of polymer gel The viscoelastic properties of the MOF crosslinked polymer gel were measured using a Modular Compact Rheometer manufactured by Anton Paar. Specifically, after synthesizing the MOF crosslinked polymer gel on the bottom side of the sample tube using the above-mentioned MOF crosslinked polymer gel synthesis method, the MOF crosslinked polymer gel was removed from the sample tube and cut out to fit the size of an 8 mm parallel plate to prepare a sample piece. The sample piece was then set together with the parallel plate in the Modular Compact Rheometer, and its viscoelastic properties were measured at a measurement temperature of 25°C.
図2に示されるように、本実施に係るMOF架橋高分子ゲルの粘弾性特性を測定したところ損失弾性率より貯蔵弾性率が上回った。したがって、このMOF架橋高分子ゲルは十分にゲル化していることが判明した。 As shown in Figure 2, when the viscoelastic properties of the MOF cross-linked polymer gel according to this embodiment were measured, the storage modulus was found to be greater than the loss modulus. This indicates that the MOF cross-linked polymer gel is sufficiently gelled.
(3)Zn(AzDC)(BPE)0.5の二酸化炭素放出量に及ぼすMOF架橋高分子ゲルへの圧縮負荷の影響
上述のMOF架橋高分子ゲルの合成方法を用いて3つのサンプル管それぞれの底側にMOF架橋高分子ゲルを合成した後に、それらのサンプル管それぞれに同濃度の水酸化バリウム水溶液を加えた。次に、一つのサンプル管に100gの重りを入れ、もう一つのサンプル管に200gの重りを入れ(図3参照)、残りのサンプル管には重りを入れなかった。重りの投入から30秒後に3本全てのサンプル管で水酸化バリウム水溶液に対して塩酸でpH滴定を行って二酸化炭素放出量を求めた(水酸化バリウム水溶液に二酸化炭素が溶け込んだ場合、Ba(OH)2+CO2→BaCO3↓+H2Oで示される中和反応が起きて、同水溶液中のヒドロキシイオン(OH-)が2つ消費される。ここでは、このヒドロキシイオンの消費量を求めることによって二酸化炭素放出量を求めている。)。その結果をグラフ化したところ図4に示されるグラフが得られた。図4のグラフから明らかな通り、本実施例に係るMOF架橋高分子ゲルに対して圧縮荷重が負荷される程、MOF架橋高分子ゲル中のZn(AzDC)(BPE)0.5由来単位から放出される二酸化炭素量が多くなることが判明した。なお、重りを入れなかった系でも二酸化炭素の存在が認められているが、これは空気中の二酸化炭素が水酸化バリウム水溶液に溶け込んだためと思われる。
(3) Effect of compressive load on MOF cross-linked polymer gel on the amount of carbon dioxide released from Zn(AzDC)(BPE) 0.5 After synthesizing MOF cross-linked polymer gel on the bottom side of each of the three sample tubes using the above-mentioned MOF cross-linked polymer gel synthesis method, barium hydroxide aqueous solution of the same concentration was added to each of the sample tubes. Next, a 100g weight was placed in one sample tube, a 200g weight was placed in the other sample tube (see FIG. 3), and no weight was placed in the remaining sample tubes. Thirty seconds after the weight was placed, pH titration was performed with hydrochloric acid on the barium hydroxide aqueous solution in all three sample tubes to determine the amount of carbon dioxide released (when carbon dioxide is dissolved in the barium hydroxide aqueous solution, a neutralization reaction shown by Ba(OH) 2 + CO2 →BaCO3 ↓ + H2O occurs, and two hydroxy ions ( OH- ) in the aqueous solution are consumed. Here, the amount of carbon dioxide released is determined by determining the amount of hydroxy ions consumed.). The results were graphed, and the graph shown in FIG. 4 was obtained. As is clear from the graph in Figure 4, it was found that the more compressive load is applied to the MOF cross-linked polymer gel of this example, the more carbon dioxide is released from the Zn(AzDC)(BPE) 0.5 -derived units in the MOF cross-linked polymer gel. Note that the presence of carbon dioxide was observed even in the system in which no weight was added, but this is thought to be due to carbon dioxide in the air dissolving in the barium hydroxide aqueous solution.
(比較例1)
1.高分子ゲルの合成
(1)ポリメタクリル酸の合成
実施例1の「1.高分子ゲルの合成」の「(3)ポリメタクリル酸の合成」の欄に記載した方法と同一の方法でポリメタクリル酸を得た。
(Comparative Example 1)
1. Synthesis of polymer gel (1) Synthesis of polymethacrylic acid Polymethacrylic acid was obtained by the same method as that described in the section "(3) Synthesis of polymethacrylic acid" of "1. Synthesis of polymer gel" in Example 1.
(2)高分子ゲルの合成
75mg(0.872mmol)のPMAcを400μLの超純水に溶解させた後、そのPMAc水溶液に対して16μL(0.261mmol)のエチレンジアミン、および、50.15mg(0.2615mmol)のEDCを50μLの超純水に溶解させたEDC水溶液を加え、そのPMAc水溶液を撹拌した後、そのPMAc水溶液を静置して目的の高分子ゲルを得た。
(2) Synthesis of polymer gel 75 mg (0.872 mmol) of PMAc was dissolved in 400 μL of ultrapure water, and then 16 μL (0.261 mmol) of ethylenediamine and an EDC aqueous solution prepared by dissolving 50.15 mg (0.2615 mmol) of EDC in 50 μL of ultrapure water were added to the PMAc aqueous solution. The PMAc aqueous solution was stirred and then allowed to stand to obtain the target polymer gel.
(実施例1に係るMOF架橋高分子ゲルと比較例1に係る高分子ゲルの物性比較)
1.圧縮荷重負荷時の二酸化炭素放出挙動
測定用の角柱型セルにベーシックレッド5[吸光度:0.500以上(10mg/L,pH6.4,523.0-527.0nm)(乾燥物換算)]の水溶液(45.4μM,3mL)を注ぎ入れ、その角柱型セルを分光高度計(島津製作所製のUV-1800)にセットしてベーシックレッド5水溶液の527nmにおける吸光度を計測した。次に、実施例1および比較例1それぞれで示した高分子ゲルの合成方法を用いて、圧縮変形試験用の2つの角柱型セルそれぞれの底側に高分子ゲルを形成した後、各角柱型セルの上から先ほど吸光度を計測したベーシックレッド5水溶液を注ぎ入れた。そして、図5に示されるように、その角柱型セルの上からガラス棒を挿入してそのガラス棒で高分子ゲルを圧縮変形させた(1回目の圧縮変形)。その後、角柱型セルからガラス棒を引き抜き、ベーシックレッド5水溶液を測定用の角柱型セルに注ぎ入れ,上述の分光高度計にセットしてベーシックレッド5水溶液の527nmにおける吸光度を計測し、最初に計測した吸光度との差分を求めて吸光度変化量とした。
(Comparison of physical properties between MOF crosslinked polymer gel according to Example 1 and polymer gel according to Comparative Example 1)
1. Carbon dioxide release behavior when compressive load is applied An aqueous solution (45.4 μM, 3 mL) of Basic Red 5 [absorbance: 0.500 or more (10 mg/L, pH 6.4, 523.0-527.0 nm) (dry matter equivalent)] was poured into a prismatic cell for measurement, and the prismatic cell was set in a spectrophotometer (UV-1800 manufactured by Shimadzu Corporation) to measure the absorbance of the Basic Red 5 aqueous solution at 527 nm. Next, using the synthesis method of the polymer gel shown in each of Example 1 and Comparative Example 1, a polymer gel was formed on the bottom side of each of the two prismatic cells for the compression deformation test, and then the aqueous solution of Basic Red 5 whose absorbance had been measured earlier was poured from above each prismatic cell. Then, as shown in FIG. 5, a glass rod was inserted from above the prismatic cell and the polymer gel was compressed and deformed with the glass rod (first compression deformation). Thereafter, the glass rod was removed from the prismatic cell, and the Basic Red 5 aqueous solution was poured into the measurement prismatic cell. The cell was then set in the above-mentioned spectrophotometer to measure the absorbance of the Basic Red 5 aqueous solution at 527 nm, and the difference from the initially measured absorbance was calculated to obtain the amount of absorbance change.
次に、各高分子ゲルに対して上記と同じ操作を行った後(2回目の圧縮変形)、上記と同様に角柱型セルを分光高度計にセットしてベーシックレッド5水溶液の527nmにおける吸光度を計測し、1回目の圧縮変形時に計測した吸光度との差分を求めて吸光度変化量とした。 Next, after carrying out the same procedure as above for each polymer gel (second compressive deformation), the prismatic cell was set in the spectrophotometer as above to measure the absorbance of the Basic Red 5 aqueous solution at 527 nm, and the difference from the absorbance measured during the first compressive deformation was calculated to obtain the amount of absorbance change.
次いで、各高分子ゲルに対して上記と同じ操作を行った後(3回目の圧縮変形)、上記と同様に角柱型セルを分光高度計にセットしてベーシックレッド5水溶液の527nmにおける吸光度を計測し、2回目の圧縮変形時に計測した吸光度との差分を求めて吸光度変化量とした。 Next, the same procedure as above was carried out for each polymer gel (third compression deformation), and then the prismatic cell was set in the spectrophotometer as above to measure the absorbance of the Basic Red 5 aqueous solution at 527 nm. The difference from the absorbance measured during the second compression deformation was calculated to obtain the amount of absorbance change.
実施例1に係るMOF架橋高分子ゲルおよび比較例1に係る高分子ゲルにつき圧縮回数に対するベーシックレッド5水溶液の吸光度変化量をヒストグラム化したものを図6に示した。図6から明らかな通り、比較例1に係る高分子ゲルについては圧縮回数に関わらずベーシックレッド5水溶液の吸光度変化量はほぼ一定であったが、実施例1に係るMOF架橋高分子ゲルについては圧縮回数が増えるほどベーシックレッド5水溶液の吸光度変化量が増加した。これは、比較例1に係る高分子ゲルを圧縮してもその内部から何も放出されないが、実施例1に係るMOF架橋高分子ゲルを圧縮するとその内部から二酸化炭素が放出されることを示している(二酸化炭素がベーシックレッド5水溶液に溶解することによってpHが低下し、ベーシックレッド5水溶液の赤みが増してベーシックレッド5水溶液の吸光度が上昇したものと推察される。)。 Figure 6 shows a histogram of the change in absorbance of the Basic Red 5 aqueous solution versus the number of compressions for the MOF cross-linked polymer gel of Example 1 and the polymer gel of Comparative Example 1. As is clear from Figure 6, the change in absorbance of the Basic Red 5 aqueous solution was almost constant for the polymer gel of Comparative Example 1 regardless of the number of compressions, but the change in absorbance of the Basic Red 5 aqueous solution increased with an increase in the number of compressions for the MOF cross-linked polymer gel of Example 1. This indicates that nothing is released from the inside of the polymer gel of Comparative Example 1 when it is compressed, but carbon dioxide is released from the inside of the MOF cross-linked polymer gel of Example 1 when it is compressed (it is presumed that the pH is lowered by dissolving carbon dioxide in the Basic Red 5 aqueous solution, the redness of the Basic Red 5 aqueous solution increases, and the absorbance of the Basic Red 5 aqueous solution increases).
2.二酸化炭素放出量に及ぼす圧縮応力の影響
ロードセル付きの圧縮試験機にシャーレをセットし、その上に実施例1で作成したMOF架橋高分子ゲルを置いた。その後、MOF架橋高分子ゲルが浸るようにシャーレにベーシックレッド5水溶液(45.4μM,500μL)を加え、そのベーシックレッド5水溶液にpHメーターの電極を接触させた。pHメーターに示されるpH値がある程度安定した後、MOF架橋高分子ゲルに圧縮応力を徐々に加えながらそのpH値を測定した。また、比較例1で作成した高分子ゲルに対しても同様の測定を行った。その結果を図7に示す。図7から明らかな通り、比較例1に係る高分子ゲルについては圧縮応力が10Paに至るまではpH変化量が急増するが10Paを超えたところからpHの変化量が急減して微増する状態となり、圧縮応力が50Paを超えるとpH変化量は極僅かに増えるかほぼ一定となった。その一方、実施例1に係るMOF架橋高分子ゲルについては圧縮応力が10Paに至るまではpH変化量が急増し、その後も圧縮応力が高くなればなるほど増加幅は小さくなっていくが堅調に増加し続けた。また、図7から明らかな通り、圧縮応力が10Paに至るまでは、いずれの高分子ゲルについてもそのpH変化量は変わらないが、圧縮応力が10Paを超えると、圧縮応力が高くなればなる程、両者のpH変化量の差が開いていく。なお、これは、比較例1に係る高分子ゲルを圧縮してもその内部から何も放出されないが、実施例1に係るMOF架橋高分子ゲルを圧縮するとその内部から二酸化炭素が放出されることを示している(比較例1に係る高分子ゲルにおいて圧縮応力が10Paを超えるまでpHの変化がみられるが、これは高分子ゲル中のカルボン酸のプロトン放出によるものと推察される。)
2. Effect of compressive stress on carbon dioxide release amount A petri dish was set in a compression tester equipped with a load cell, and the MOF crosslinked polymer gel prepared in Example 1 was placed on it. Then, a Basic Red 5 aqueous solution (45.4 μM, 500 μL) was added to the petri dish so that the MOF crosslinked polymer gel was immersed, and the electrodes of the pH meter were brought into contact with the Basic Red 5 aqueous solution. After the pH value indicated by the pH meter stabilized to a certain extent, the pH value was measured while gradually applying a compressive stress to the MOF crosslinked polymer gel. The same measurement was also performed on the polymer gel prepared in Comparative Example 1. The results are shown in FIG. 7. As is clear from FIG. 7, for the polymer gel according to Comparative Example 1, the amount of pH change rapidly increased until the compressive stress reached 10 Pa, but once the compressive stress exceeded 10 Pa, the amount of pH change rapidly decreased and increased slightly, and once the compressive stress exceeded 50 Pa, the amount of pH change increased very slightly or became almost constant. On the other hand, for the MOF cross-linked polymer gel according to Example 1, the pH change increased rapidly until the compressive stress reached 10 Pa, and thereafter, the pH continued to increase steadily, although the increase in pH became smaller as the compressive stress increased. As is clear from FIG. 7, the pH change in each polymer gel did not change until the compressive stress reached 10 Pa, but once the compressive stress exceeded 10 Pa, the difference in pH change between the two gels increased as the compressive stress increased. This indicates that nothing was released from the inside of the polymer gel according to Comparative Example 1 when it was compressed, but carbon dioxide was released from the inside of the MOF cross-linked polymer gel according to Example 1 when it was compressed (pH change was observed in the polymer gel according to Comparative Example 1 until the compressive stress exceeded 10 Pa, which is presumably due to proton release from the carboxylic acid in the polymer gel).
本発明に係る金属有機構造体に包接される化学種の放出方法は、今まで提案されたことがない新規な方法であって、例えば、関節部位等の可動部位を治療するための薬剤の放出や、化学種放出に起因して動作する分子アクチュエータ、二種以上の化学種の分離材料、細胞挙動の制御等に応用することができる。 The method for releasing chemical species encapsulated in the metal-organic framework according to the present invention is a novel method that has never been proposed before, and can be applied to, for example, the release of drugs for treating moving parts such as joints, molecular actuators that operate due to the release of chemical species, separation materials for two or more chemical species, and control of cell behavior.
Claims (3)
前記金属有機構造体は、化学種を包接しており、
機械的外力(ただし、減圧による外力負荷は除く。)を加えることにより、前記金属有機構造体の外部に前記化学種を放出させる高分子ゲル。 The metal-organic framework is covalently bonded as a crosslinking point.
The metal organic framework encapsulates a chemical species,
A polymer gel that releases the chemical species to the outside of the metal-organic framework by application of an external mechanical force (excluding an external force load due to reduced pressure).
前記第1官能基含有金属有機構造体へ化学種を包摂させて化学種包摂第1官能基含有金属有機構造体を調製する化学種包摂工程と、
前記化学種包摂第1官能基含有金属有機構造体の前記第1官能基と反応可能な複数の第2官能基を有する高分子の前記第2官能基と、前記第1官能基とを反応させて共有結合させることにより高分子ゲルを得るゲル化工程と
を備える、高分子ゲルの製造方法。 a functional group introduction step of introducing a plurality of first functional groups into the metal organic framework to prepare a first functional group-containing metal organic framework;
a chemical species-containing step of preparing a chemical species-containing first functional group-containing metal-organic framework by including a chemical species in the first functional group-containing metal-organic framework;
a gelation step of reacting a second functional group of a polymer having a plurality of second functional groups capable of reacting with the first functional group of the chemical species-encapsulating first functional group-containing metal-organic framework with the first functional group to form a covalent bond, thereby obtaining a polymer gel.
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