JP2013542157A - 不規則多孔質二酸化ケイ素材料の製造及びその製造における脂肪アルコールポリオキシエチレンエーテルの応用 - Google Patents
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Abstract
本発明は、材料分野に属し、具体的には不規則多孔質二酸化ケイ素材料の製造及びその製造における脂肪アルコールポリオキシエチレンエーテルの応用に関する。前記脂肪アルコールポリオキシエチレンエーテルはＲＯ−（ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）ｎ−Ｈの構造式を有し、式中のＲはＣ８−２４で、ｎ＝９−３０であり、添加剤として前記脂肪アルコールポリオキシエチレンエーテルを用いて不規則多孔質二酸化ケイ素材料を製造する。本発明で製造された二酸化ケイ素材料は、従来の方法で製造された材料と比較すると、優れた単分散性を有し、サイズが均一且つ大きさが調整可能で、製造プロセスが簡単であり、生産サイクルが短く、量産し易く、広い応用分野を持つという特徴がある。また、ナノ金、プラチナ、発光量子点若しくは磁性粒子などの包接物を予め包接するか、又は材料を製造した後に導入することができ、さらに、表面に官能基の修飾を行うことができるので、使用分野を一層拡大することに有利である。
Description
本発明は、不規則多孔質二酸化ケイ素材料の製造、及び脂肪アルコールポリオキシエチレンエーテルを当該製造方法に応用することに関する。
国際純正応用化学連合会の定義により、多孔質材料は孔径の大きさによって三類に分けられる。マイクロ孔は孔径が２ｎｍより小さく、マクロ孔は孔径が５０ｎｍより大きく、メソ孔は孔径が両者の間（２〜５０ｎｍ）にある。また、孔の構造特徴によって規則と不規則多孔質材料に分けられる。１９９２年に、Ｍｏｂｉｌ社の研究者は、従来のマイクロ孔ゼオライト分子篩合成における単一溶媒和分子又はイオンの鋳型効果を突破し、有機／無機組成分の溶液における自己集合作用によって、大きな比表面積を持ち、孔道が規則的に配列され、且つ孔径が調節可能な規則アルミノケイ酸塩のメソ多孔質材料Ｍ４１Ｓシリーズの合成に成功した。当該シリーズの規則メソ多孔質材料は、ＭＣＭ−４１、ＭＣＭ−４８及びＭＣＭ−５０の層状構造を含む。その後、また様々な合成系及び合成手段が提案された。メソ多孔質材料は触媒反応、吸着分離、マイクロ反応器及びセンサーなどの分野に広く応用されている。
不規則多孔質材料の製造過程では、世界でＵｎｇｅｒ、Ｓｔｕｃｋｙ及びＺｈａｏグループが最初に外形サイズが比較的均一なナノケイ素球を作ったと報告されている。彼らはまずＴＥＯＳを使って加水分解して中核を形成し、それからオクタデシルトリメトキシシランを加え、オルトケイ酸テトラエチルと加水分解及び凝縮を同時に行う方法によって、ナノ構造の小球を形成し、その後、焼成によってオクタデシルを除去して、不規則メソ多孔質二酸化ケイ素を形成した。その後、Ｚｈａｏ、Ｗｅｎｒｕはまず１２０ｎｍの非磁性三酸化二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）のナノ粒子を用いて、さらに、オクタデシルトリメトキシシランとオルトケイ酸テトラエチルとの加水分解及び凝縮を同時に行う方法によって、Ｆｅ２Ｏ３粒子の表面にケイ素種を沈着し、それから焼成によってそれを除去し、メソ多孔質二酸化ケイ素の外殻を得、最後に、高温の水素で還元して、中核がＦｅ３Ｏ４、外殻がメソ多孔質ＳｉＯ２である磁性マイクロ球を得た。当該マイクロ球サイズは約２７０ｎｍ、メソ孔の孔径は約３．８ｎｍ、比表面積は２８３ｍ２／ｇ、孔体積は約０．３５ｃｍ３／ｇであり、磁場応答が比較的強い（２７．３ｅｍｕ／ｇ）ため、その応用が非常に便利である。Ｙａｎｇ、Ｗｕｌｉらは自己集合方法を用いて磁性核／不規則メソ多孔質二酸化ケイ素の殻のマイクロ球を製造し、マイクロ球の直径は約３００ナノメートルで、調節体系中の投入量はメソ孔ケイ素球の比表面積を制御することができる。メソ多孔質二酸化ケイ素が形成される鋳型機能を有するオクタデシルトリメトキシシランの投入量の増加に伴って、その系における各メソ孔マイクロ球中の孔の数が増加することで、メソ孔のサイズが小さくなり、比表面積が著しく増加する。その投入量が一定の数値に達すると、メソ孔マイクロ球の孔径は一定レベルを維持する傾向がある。
しかし、上記研究を含むナノ構造の多孔マイクロ球を製造する過程では、非常に高い溶剤比を提供することが一般的に用いられている。溶質を希釈するために大量の溶剤を用いることで、ナノマイクロ球サイズを制御し、凝集を抑制する目的を達成する。例えば、Ｒａｔｈｏｕｓｋｙらは１００〜１０００ナノメートルのマイクロ球（溶剤比は１：５３００）を製造し、Ｏｓｔａｆｉｎグループは７０ナノメートルのメソ孔マイクロ球（溶剤比は１：４０００）を製造し、ＬｉｎとＴｓａｉグループは溶剤比が１：２６００である時に３０〜５０ナノメートルのメソ孔の珪素球を製造し、Ｃａｉグループは溶剤比が１：１２００である時に高規則の約１２０ナノメートルの珪素球を製造し、Ｍａｎｎグループはその後１：９００の製造する方法を開示した。このような製造方法は製造コストを大幅に増加させる。大量の反応溶剤から僅かな材料しか製造することができないため、工業生産に適した価値を具備しない。同時に、これらの方法で作られたナノ粒子は分散性、寸法の均一性ともに理想的ではない。
以上に鑑み、不規則多孔質二酸化ケイ素材料の製造は広い面に係わるが、全体の製造はまだ発展の初期段階にある。また、周知のように、ナノ粒子は反応過程において凝集や凝固を起こしやすく、液状媒質に十分に分散することができない。粒子のサイズは不均一で、実際に応用するのに大きな影響を及ぼす。この現象は従来の研究でよく発生しているが、現在開示された文献では、研究者はこれらの重大な欠点を回避しているか、又は言及していない。従って、従来技術は凝集や凝固に対する良い解決方法を開示しておらず、特に分散性が良く、寸法が均一で、工業生産に適用する優良な小粒子のメソ多孔質材料を開示していない。
本発明が用いる不規則多孔質二酸化ケイ素材料の製造に関連する脂肪アルコールポリオキシエチレンエーテルは、従来技術における均染剤として用いられ、商品名は「Ｐｅｒｅｇａｌ Ｏ」で、非イオン界面活性剤であり、各種の染料に対して強力的な均染性、緩染性、浸透性、拡散性があり、精錬の時に精錬を補助する性能を有し、各種の界面活性剤及び染料と溶解して用いることができる。紡織染色工業の各工程に広く応用する。今に至るまでまだ関連する研究は、脂肪アルコールポリオキシエチレンエーテルが不規則多孔質二酸化ケイ素材料の製造に応用されると、分散性が良く、粒子粒径が均一である不規則多孔質二酸化ケイ素材料を得る優れた効果があることを明らかにしていない。
従って、本発明の目的は、不規則多孔質二酸化ケイ素材料の製造に脂肪アルコールポリオキシエチレンエーテルを応用することを提供することであり、この添加剤の使用によって作られた不規則多孔質二酸化ケイ素材料は、粒子サイズが良好な均一性を有し、且つ粒子の分散性が良い。より重要なのは、不規則多孔質材料の製造において大量の配合比の溶剤が必要であるという制限を受けず、製造工程での溶剤量が過剰であるという障害条件を突破し、工業の大規模生産の要求に適応した前記不規則多孔質二酸化ケイ素材料の製造を実現することである。
上記目的を達成するための技術方案は、脂肪アルコールポリオキシエチレンエーテルを不規則多孔質二酸化ケイ素材料の製造における添加剤とし、前記脂肪アルコールポリオキシエチレンエーテルはＲＯ−（ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）ｎ−Ｈの構造式を有し、式中のＲはＣ８−２４で、ｎ＝９−３０である。
前記脂肪アルコールポリオキシエチレンエーテルを不規則多孔質二酸化ケイ素材料の粒子の分散性を向上する添加剤とする。加えられた脂肪アルコールポリオキシエチレンエーテルは、得られた不規則多孔質二酸化ケイ素材料の粒子サイズに良好な均一性を持たせる。前記添加剤は、製造過程における溶剤比を増加させ、不規則多孔質二酸化ケイ素材料を製造する過程において用いる溶剤用量を大幅に減少させる。本発明の溶剤比は、投入した原料と溶剤との重量比をいう。
発明者は、研究によって以下のことを発見した。不規則多孔質二酸化ケイ素材料の製造において脂肪アルコールポリオキシエチレンエーテルが発揮する作用は、まず長鎖アルキルシランをテンプレート剤として一定の立体構造を形成し、その後、ケイ素前駆体、例えばオルトケイ酸テトラエチルを核として加水分解して徐々にその間に充填し、同時に脂肪アルコールポリオキシエチレンエーテルが徐々に増加した後、立体障害を形成し、オルトケイ酸テトラエチルの持続的な蓄積を制限させることにより、粒子の更なる成長及び相互の融合と接着を阻止することである。このように、溶剤量を大幅に減少させても、材料は依然として良好な分散性を有することができ（図３、図４を参照）、粒子が均一であり（図５を参照）、且つ用量、合成時間などを制御することによって、大きさを調節することができる。メカニズムの説明は図１を参照する。
本発明の好ましい技術方案では、前記脂肪アルコールポリオキシエチレンエーテルがＲＯ−（ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）ｎ−Ｈの構造式を有し、式中のＲはＣ１６−１８で、ｎ＝９−３０である。
本発明において、前記不規則多孔質二酸化ケイ素材料は、長鎖アルキル基を有する不規則マイクロ孔構造を備える二酸化ケイ素材料であるＡ、不規則メソ孔構造の二酸化ケイ素材料であるＢ、Ａ若しくはＢ材料をそれぞれ修飾接続する官能基を有するＣ、又はＡ、Ｂ若しくはＣ材料にそれぞれ包接物を有するＤを備える。
本発明の技術方案における長鎖アルキル基のＣの数は８以上、好ましくは８〜２０である。
前記Ａ材料は、ケイ素前駆体、長鎖アルキルシラン、及び脂肪アルコールポリオキシエチレンエーテルを含む原料を溶剤に加水分解した後、熟成、濾過及び洗脱することにより製造される。
前記Ｂ材料は、ケイ素前駆体、長鎖アルキルシラン、及び脂肪アルコールポリオキシエチレンエーテルを含む原料を溶剤に加水分解した後、熟成、濾過、乾燥及び焼成することにより製造される。
前記Ｃ材料は、以下の二種類の方法のどちらかにより製造され、
１）ケイ素前駆体、長鎖アルキルシラン、及び脂肪アルコールポリオキシエチレンエーテルを含む原料に官能基を有する化合物を加え、溶剤中に加水分解した後、熟成、濾過及び洗脱するか、又は溶剤中に加水分解した後、熟成、乾燥及び焼成する；
２）得られたＡ及びＢのどちらかを、官能基を有する有機シランと加水分解する；
前記Ｄ材料は、以下の二種類の方法のどちらかにより製造される。
１）分散処理した包接物であるナノ粒子に予め溶剤を加え、さらに、ケイ素前駆体、長鎖アルキルシラン、及び脂肪アルコールポリオキシエチレンエーテルを含む原料を加え、加水分解、熟成、濾過及び洗脱するか、又は加水分解、熟成、乾燥及び焼成する；
２）Ａ、Ｂ及びＣのどちらかを包接物の前駆体溶液中に浸漬し、拡散、反応又は還元する；
前記Ｂ材料は、ケイ素前駆体、長鎖アルキルシラン、及び脂肪アルコールポリオキシエチレンエーテルを含む原料を溶剤に加水分解した後、熟成、濾過、乾燥及び焼成することにより製造される。
前記Ｃ材料は、以下の二種類の方法のどちらかにより製造され、
１）ケイ素前駆体、長鎖アルキルシラン、及び脂肪アルコールポリオキシエチレンエーテルを含む原料に官能基を有する化合物を加え、溶剤中に加水分解した後、熟成、濾過及び洗脱するか、又は溶剤中に加水分解した後、熟成、乾燥及び焼成する；
２）得られたＡ及びＢのどちらかを、官能基を有する有機シランと加水分解する；
前記Ｄ材料は、以下の二種類の方法のどちらかにより製造される。
１）分散処理した包接物であるナノ粒子に予め溶剤を加え、さらに、ケイ素前駆体、長鎖アルキルシラン、及び脂肪アルコールポリオキシエチレンエーテルを含む原料を加え、加水分解、熟成、濾過及び洗脱するか、又は加水分解、熟成、乾燥及び焼成する；
２）Ａ、Ｂ及びＣのどちらかを包接物の前駆体溶液中に浸漬し、拡散、反応又は還元する；
本発明における前記長鎖アルキルシランはＲｎＸＳから選択され、Ｒはアルキルを表し、ｎはアルキルの炭素原子数を示し、ｎは８以上、好ましくはｎ＝８〜２０であり、Ｘは前記シランが加水分解するための基であり、Ｓはケイ素を表す。
前記官能基は、結合及び／又は修飾を目的とする官能基を含む。結合を目的とする官能基によって中間生成物が得られ、中間生成物上の前記結合のための官能基と修飾を目的とする官能基とを結合することによって、官能基が修飾された二酸化ケイ素材料が得られる。又は二酸化ケイ素材料上に修飾を目的とする官能基を直接に結合する。
本発明の技術方案における官能基は、アミノ基、スルフヒドリル基、エトキシ基、アルキル基、メルカプトプロピル基、及びメトキシ基の一種又は多種を含む。
本発明の技術方案における前記包接物は、好ましくはナノ金、プラチナ、発光量子点、ナノケイ素球、又は磁性粒子を含み、材料に発光、磁気応答などの特性を持たせる。
本発明に係る溶剤は、不規則多孔質二酸化ケイ素材料を製造する過程において、原料を溶解や分散するための通常の溶剤である。
本発明の不規則多孔質二酸化ケイ素材料の製造過程において、主な製造原料は、ケイ素前駆体、長鎖アルキルシラン及びＰｅｒｅｇａｌ Ｏを含む。焼成ステップを経ない場合、長鎖アルキルを持つマイクロ孔構造を有する二酸化ケイ素材料が得られる。マイクロ孔構造を持つ二酸化ケイ素を焼成することにより長鎖アルキルを除去すると、メソ孔構造を持つ二酸化ケイ素材料が得られる。
本発明に記載された製造方法では、溶剤比を大幅に増加することができ（例えば、本発明の実施例２では１：５５まで増加する）、同時に得られた材料の外形寸法を均一にし、孔及び粒子の大きさを制御することができ、同時に材料の分散性がよく、工業の大規模生産条件を完全に具備する。
焼成によって長鎖アルキルを除去して得られたメソ孔構造を有する二酸化ケイ素材料は、大きな孔容積と比表面積を有する。その比表面積は最高で１３６６ｍ２／ｇに達し、孔容積は１．３１ｃｃ／ｇに達する。その巨大な比表面積と孔容積により、当該二酸化ケイ素材料は各専門分野に広く使われている。
本発明の応用方法によって得られた不規則多孔質二酸化ケイ素材料は、ほぼ球状な二酸化ケイ素粒子であり、粒子直径の大きさは４０〜５０００ナノメートル間にあり、粒子のメソ孔の孔経路は不規則配列である。本発明の材料は、メソ孔の孔経路の内にナノ金、プラチナ、発光量子点、又は磁性粒子などの包接物を予め包接、若しくは材料を製造した後に導入することができ、当該メソ孔質二酸化ケイ素材料粒子及び孔の孔経路表面に官能基を結合することができる。
本発明の材料の具体的な製造方法は以下のステップを含む。即ち、
１）溶剤、例えば水、アルコールを均一に混合させ、調合したケイ素前駆体、長鎖アルキルシラン及びＰｅｒｅｇａｌ Ｏの混合物を加え、均一に撹拌混合させ、その後、さらに酸／塩基、例えばアンモニア水又は塩酸を加え、継続的に撹拌し、加水分解を行う。
２）ステップ１）の物質を熟成、濾過、洗脱、及び乾燥することによって、生成物である長鎖アルキル基を持つ不規則マイクロ孔構造を有する二酸化ケイ素材料が得られる。
３）次に、焼成によって長鎖アルキル基を除去して、不規則メソ孔構造を有する二酸化ケイ素材料が得られる。
１）溶剤、例えば水、アルコールを均一に混合させ、調合したケイ素前駆体、長鎖アルキルシラン及びＰｅｒｅｇａｌ Ｏの混合物を加え、均一に撹拌混合させ、その後、さらに酸／塩基、例えばアンモニア水又は塩酸を加え、継続的に撹拌し、加水分解を行う。
２）ステップ１）の物質を熟成、濾過、洗脱、及び乾燥することによって、生成物である長鎖アルキル基を持つ不規則マイクロ孔構造を有する二酸化ケイ素材料が得られる。
３）次に、焼成によって長鎖アルキル基を除去して、不規則メソ孔構造を有する二酸化ケイ素材料が得られる。
官能基は不規則多孔材料を製造する時に導入することができ、溶剤、例えば水、アルコールを均一に混合させ、調合したケイ素前駆体、長鎖アルキルシラン及びアルコールエトキシレート（Ｐｅｒｅｇａｌ Ｏ）の混合物を加え、均一に撹拌混合させ、その後、さらに酸／塩基、例えばアンモニア水又は塩酸、及び結合する官能基を持つ化合物を加え、継続的に撹拌し、加水分解を行い、熟成、濾過、洗脱、及び乾燥することによって（必要に応じてテンプレート剤である長鎖アルキル基を除去するための焼成ステップを入れるか、又は入れず）、相応する生成物が得られる。
官能基は不規則多孔材料を製造した後に導入することができ、生成物の内部孔経路と外部表面において、有機ケイシランの加水分解によって、それを結合のための官能基とグラフト化、修飾し、中間生成物が得られる。中間生成物上の結合のための官能基によって、修飾を目的とする官能基を結合し、官能基がグラフト化、修飾された生成物が得られた。又はある官能基は中間的な結合のための基によらず直接グラフト化する。
ナノ金、プラチナ、発光量子点、又は磁性粒子などの包接物は不規則多孔材料を製造する時に導入することができ、分散処理された包接物の前駆体に予め溶剤、例えば水、アルコールの混合液を加え、均一に混合させ、さらに調合したケイ素前駆体、長鎖アルキルシラン及び非イオン長鎖界面活性剤の混合物を加え、均一に撹拌混合させ、その後、さらに酸／塩基、例えばアンモニア水又は塩酸を加え、継続的に撹拌し、加水分解を行い、熟成、濾過することによって（需要に応じてテンプレート剤である長鎖アルキル基を除去するための焼成ステップを入れるか、又は入れず）、相応する生成物が得られる。
ナノ金、プラチナ、発光量子点、又は磁性粒子などの包接物は不規則多孔材料を製造した後に導入することができ、テンプレート剤を除去、又は非除去した生成物を包接物の前駆体溶液中に浸漬し、拡散、反応、還元などの方法によって、孔に最終的な包接物を含有させた材料が得られる。
上記製造方法において好ましくは、脱イオン水、アルコール、アンモニア水、又は塩酸の体積比が１：（０．１〜３０）：（０．１〜１０）である溶剤を用いる。
上記製造方法において好ましくは、前記ケイ素前駆体、長鎖アルキルシラン、非イオン界面活性剤のモル比が１：（０．１〜１０）：（０．２〜５）である。
上記製造方法において好ましくは、前記ケイ素前駆体として、オルトケイ酸テトラエチル（及び他の類似の加水分解のための原料、例えばケイ酸ナトリウムである）を用いる。
上記製造方法において好ましくは、長鎖アルキルシランはＲｎＸＳから選択され、Ｒはアルキルを表し、ｎはアルキルの炭素原子数を示し、ｎは８、１０、１２、１４、１６、１８又は２０であり、長鎖アルキルシランは当業者が容易に想到できるノルマルアルキル又は異質のアルキルを含む。テンプレート剤長鎖アルキルを除去した後、異なる孔径、孔容積及び比表面積のメソ孔質材料が得られる。Ｘはこれらのシランが加水分解するための基であり、当業者は容易に想到できる方法で、これらの基はシランが加水分解中の最後にすべて除去できるため、それらの存在及び相違は、加水分解の時、異なるプロセスを選択することが表わされるが、最後の生成物はすべてＲｎＳｉＯ２である。
好ましくは、前記ステップ１）において、製造反応を室温で行う。
好ましくは、前記ステップ１）において、製造反応の撹拌時間は２〜２４時間である。
好ましくは、前記ステップ２）において、熟成は室温で行い、熟成時間は１〜２４時間である。
好ましくは、前記ステップ２）において、分離方法は濾過又は遠心分離を用いる。
好ましくは、前記ステップ２）において、乾燥は室温で行い、時間は１〜２４時間である。
好ましくは、前記ステップ２）において、テンプレート剤の除去は焼成方法を用いて、昇温速度は０．１〜３０℃／ｍｉｎ、保温温度は２００〜７００℃、保温時間は２〜２０時間である。抽出方法を用いて、７０℃のアルコールで４８〜１２０時間抽出する。
好ましくは、修飾及びグラフト化するための官能基は様々な有機シランカップリング剤であり、それらは不規則多孔材料の表面の豊富なヒドロキシル基と脱水凝縮方法でＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を形成し、不規則多孔材料の表面に連結する。
従来技術で得られた材料と比較した、本発明により得られる不規則多孔質二酸化ケイ素材料の突出した特徴と顕著な改善は、優れた分散性を有し、材料の粒子外形サイズが均一で、従来このような材料を製造する過程において発生する、得られた粒子サイズの差が大きいことを発生し難くなることである。また、粒子サイズが調整可能で、製造プロセスが簡単で、生産サイクルが短く、製造工程での溶剤量が多すぎるという障害を突破し、工業の大規模生産を実施し易くなる。また、当該材料はナノ金、プラチナ、発光量子点、又は磁性粒子などの包接物を予め包接するか、若しくは材料を製造した後に導入することができ、材料に発光、磁気応答などの特性を持たせることができる。さらに、製造中又は製造した後に表面に官能基の修飾を行い、使用分野を一層拡大することにも有利である。
以下の実施例は本発明を説明するが、本発明の保護範囲を制限するものではない。
実施例１（−製造、ケイ素、C１８、テンプレート剤を除去していない）
脱イオン水、アルコール、アンモニア水の体積はそれぞれ１０００：１７５０：３１０ｍｌであるように計量し、溶剤を調合する。オルトケイ酸テトラエチル、オクタデシルトリメトキシシラン及びＰｅｒｅｇａｌ Ｏ２５をそれぞれ７ｇ、１０ｇ、６ｇ混合した後、溶剤中に加え４８時間継続撹拌し、その後、室温で４８時間熟成し、濾紙で濾過した後、室温でさらに４８時間乾燥させる。研磨した後に得られた白色粉末は、製造された長鎖アルキル基を持つ不規則マイクロ孔構造を有する二酸化ケイ素材料である。図４のａ１、ａ２は本実施例で得られたテンプレート剤を除去していない材料の全体透過電子顕微鏡写真であり、図４のａ１の全体透過電子顕微鏡写真は、このような材料が優れた単分散性を有し、材料の粒子サイズが非常に均一であることを示す。この材料で透過電子顕微鏡用のサンプルを作る過程では、超音波振動処理のみを行い、材料を分散させるための分散剤を一切用いていない。図１のａ２はある部分の拡大写真で、表示された粒子の大きさは約１００ｎｍである。
脱イオン水、アルコール、アンモニア水の体積はそれぞれ１０００：１７５０：３１０ｍｌであるように計量し、溶剤を調合する。オルトケイ酸テトラエチル、オクタデシルトリメトキシシラン及びＰｅｒｅｇａｌ Ｏ２５をそれぞれ７ｇ、１０ｇ、６ｇ混合した後、溶剤中に加え４８時間継続撹拌し、その後、室温で４８時間熟成し、濾紙で濾過した後、室温でさらに４８時間乾燥させる。研磨した後に得られた白色粉末は、製造された長鎖アルキル基を持つ不規則マイクロ孔構造を有する二酸化ケイ素材料である。図４のａ１、ａ２は本実施例で得られたテンプレート剤を除去していない材料の全体透過電子顕微鏡写真であり、図４のａ１の全体透過電子顕微鏡写真は、このような材料が優れた単分散性を有し、材料の粒子サイズが非常に均一であることを示す。この材料で透過電子顕微鏡用のサンプルを作る過程では、超音波振動処理のみを行い、材料を分散させるための分散剤を一切用いていない。図１のａ２はある部分の拡大写真で、表示された粒子の大きさは約１００ｎｍである。
実施例２（−製造、ケイ素、C１８）
脱イオン水、アルコール、アンモニア水の体積はそれぞれ４００：７５０：１２０ｍｌであるように計量し、溶剤を調合する。オルトケイ酸テトラエチル、オクタデシルトリメトキシシラン及びＰｅｒｅｇａｌ Ｏ１６をそれぞれ７ｇ、１０ｇ、６ｇ混合した後、溶剤中に加え４８時間継続撹拌し、その後、室温で４８時間熟成し、濾紙で濾過した後、室温でさらに４８時間乾燥させ、乾燥した生成物を坩堝に移してマッフル炉に入れ、３℃／ｍｉｎの速度で昇温する。保温温度は６００℃で、保温時間は８時間である。自然冷却した後に得られた白色粉末は、即ち製造されたメソ孔質材料である。図４のｂ１、ｂ２は本実施例で得られたメソ孔質材料の透過電子顕微鏡写真であり、図４のｂ１の全体透過電子顕微鏡写真は、このような材料が優れた単分散性を有し、材料の粒子サイズが非常に均一であることを示す。この材料で透過電子顕微鏡用のサンプルを作る過程では、超音波振動処理のみを行い、材料を分散させるための分散剤を一切用いていない。図４のｂ２はある部分の拡大写真で、表示された粒子の大きさは約１００ｎｍであり、内部に明らかな不規則孔経路があるが、孔径の大きさは均一である。
脱イオン水、アルコール、アンモニア水の体積はそれぞれ４００：７５０：１２０ｍｌであるように計量し、溶剤を調合する。オルトケイ酸テトラエチル、オクタデシルトリメトキシシラン及びＰｅｒｅｇａｌ Ｏ１６をそれぞれ７ｇ、１０ｇ、６ｇ混合した後、溶剤中に加え４８時間継続撹拌し、その後、室温で４８時間熟成し、濾紙で濾過した後、室温でさらに４８時間乾燥させ、乾燥した生成物を坩堝に移してマッフル炉に入れ、３℃／ｍｉｎの速度で昇温する。保温温度は６００℃で、保温時間は８時間である。自然冷却した後に得られた白色粉末は、即ち製造されたメソ孔質材料である。図４のｂ１、ｂ２は本実施例で得られたメソ孔質材料の透過電子顕微鏡写真であり、図４のｂ１の全体透過電子顕微鏡写真は、このような材料が優れた単分散性を有し、材料の粒子サイズが非常に均一であることを示す。この材料で透過電子顕微鏡用のサンプルを作る過程では、超音波振動処理のみを行い、材料を分散させるための分散剤を一切用いていない。図４のｂ２はある部分の拡大写真で、表示された粒子の大きさは約１００ｎｍであり、内部に明らかな不規則孔経路があるが、孔径の大きさは均一である。
実施例３（−製造、ケイ素、C１６、焼成していない）
脱イオン水、アルコール、アンモニア水の体積はそれぞれ１０００：１７５０：７８０ｍｌであるように計量し、溶剤を調合する。オルトケイ酸テトラエチル、ヘキサデシルトリメトキシシラン及びＰｅｒｅｇａｌ Ｏ１０をそれぞれ７ｇ、９ｇ、６ｇ混合した後、溶剤中に加え４８時間継続撹拌し、その後、室温で４８時間熟成し、濾紙で濾過した後、室温でさらに４８時間乾燥させる。研磨した後に得られた白色粉末は、製造された長鎖アルキル基を持つマイクロ孔構造を有する二酸化ケイ素材料である。
脱イオン水、アルコール、アンモニア水の体積はそれぞれ１０００：１７５０：７８０ｍｌであるように計量し、溶剤を調合する。オルトケイ酸テトラエチル、ヘキサデシルトリメトキシシラン及びＰｅｒｅｇａｌ Ｏ１０をそれぞれ７ｇ、９ｇ、６ｇ混合した後、溶剤中に加え４８時間継続撹拌し、その後、室温で４８時間熟成し、濾紙で濾過した後、室温でさらに４８時間乾燥させる。研磨した後に得られた白色粉末は、製造された長鎖アルキル基を持つマイクロ孔構造を有する二酸化ケイ素材料である。
実施例４（−製造、ケイ素、C１６）
脱イオン水、アルコール、アンモニア水の体積はそれぞれ１０００：１７５０：７８０ｍｌであるように計量し、溶剤を調合する。オルトケイ酸テトラエチル、ヘキサデシルトリメトキシシラン及びＰｅｒｅｇａｌ Ｏ２５をそれぞれ７ｇ、９ｇ、６ｇ混合した後、溶剤中に加え４８時間継続撹拌し、その後、室温で４８時間熟成し、濾紙で濾過した後、室温でさらに４８時間乾燥させ、乾燥した生成物を坩堝に移してマッフル炉に入れ、３℃／ｍｉｎの速度で昇温する。保温温度は６００℃で、保温時間は８時間である。自然冷却した後に得られた白色粉末は、製造されたメソ孔質材料である。
脱イオン水、アルコール、アンモニア水の体積はそれぞれ１０００：１７５０：７８０ｍｌであるように計量し、溶剤を調合する。オルトケイ酸テトラエチル、ヘキサデシルトリメトキシシラン及びＰｅｒｅｇａｌ Ｏ２５をそれぞれ７ｇ、９ｇ、６ｇ混合した後、溶剤中に加え４８時間継続撹拌し、その後、室温で４８時間熟成し、濾紙で濾過した後、室温でさらに４８時間乾燥させ、乾燥した生成物を坩堝に移してマッフル炉に入れ、３℃／ｍｉｎの速度で昇温する。保温温度は６００℃で、保温時間は８時間である。自然冷却した後に得られた白色粉末は、製造されたメソ孔質材料である。
実施例５（−製造、ケイ素、C１２）
脱イオン水、アルコール、アンモニア水の体積はそれぞれ１０００：１７５０：７８０ｍｌであるよう計量し、溶剤を調合する。オルトケイ酸テトラエチル、ドデシルトリメトキシシラン及びＰｅｒｅｇａｌ Ｏ２５をそれぞれ７ｇ、８ｇ、６ｇ混合した後、溶剤中に加え４８時間継続撹拌し、その後、室温で４８時間熟成し、濾紙で濾過した後、室温でさらに４８時間乾燥し、乾燥した生成物を坩堝に移してマッフル炉に入れ、３℃／ｍｉｎの速度で昇温し、保温温度は６００℃で、保温時間は８時間である。自然冷却した後に得られた白色粉末は、即ち製造されたメソ孔質材料である。
脱イオン水、アルコール、アンモニア水の体積はそれぞれ１０００：１７５０：７８０ｍｌであるよう計量し、溶剤を調合する。オルトケイ酸テトラエチル、ドデシルトリメトキシシラン及びＰｅｒｅｇａｌ Ｏ２５をそれぞれ７ｇ、８ｇ、６ｇ混合した後、溶剤中に加え４８時間継続撹拌し、その後、室温で４８時間熟成し、濾紙で濾過した後、室温でさらに４８時間乾燥し、乾燥した生成物を坩堝に移してマッフル炉に入れ、３℃／ｍｉｎの速度で昇温し、保温温度は６００℃で、保温時間は８時間である。自然冷却した後に得られた白色粉末は、即ち製造されたメソ孔質材料である。
実施例６（−製造、ケイ素、C１４）
脱イオン水、アルコール、塩酸の体積はそれぞれ１０００：１７５０：９２０ｍｌであるように計量し、溶剤を調合する。オルトケイ酸テトラエチル、ドデシルトリメトキシシラン及びＰｅｒｅｇａｌ Ｏ２５をそれぞれ７ｇ、８．６ｇ、６ｇ混合した後、溶剤中に加え４８時間継続撹拌し、その後、室温で４８時間熟成し、濾紙で濾過した後、室温でさらに４８時間乾燥させ、乾燥した生成物を坩堝に移してマッフル炉に入れ、３℃／ｍｉｎの速度で昇温する。保温温度は６００℃で、保温時間は８時間である。自然冷却した後に得られた白色粉末は、製造されたメソ孔質材料である。
脱イオン水、アルコール、塩酸の体積はそれぞれ１０００：１７５０：９２０ｍｌであるように計量し、溶剤を調合する。オルトケイ酸テトラエチル、ドデシルトリメトキシシラン及びＰｅｒｅｇａｌ Ｏ２５をそれぞれ７ｇ、８．６ｇ、６ｇ混合した後、溶剤中に加え４８時間継続撹拌し、その後、室温で４８時間熟成し、濾紙で濾過した後、室温でさらに４８時間乾燥させ、乾燥した生成物を坩堝に移してマッフル炉に入れ、３℃／ｍｉｎの速度で昇温する。保温温度は６００℃で、保温時間は８時間である。自然冷却した後に得られた白色粉末は、製造されたメソ孔質材料である。
実施例７（−製造、ケイ素、C１８、テンプレート剤を除去していない）
脱イオン水、アルコール、アンモニア水の体積はそれぞれ７００：１２５０：２１５ｍｌであるように計量し、溶剤を調合する。オルトケイ酸テトラエチル、オクタデシルトリメトキシシラン及びＰｅｒｅｇａｌ Ｏ１６をそれぞれ７ｇ、１０ｇ、６ｇ混合した後、溶剤中に加え４８時間継続撹拌し、その後、室温で４８時間熟成し、濾紙で濾過した後、室温でさらに４８時間乾燥させる。研磨した後に得られた白色粉末は、製造された長鎖アルキル基を持つマイクロ孔構造を有する二酸化ケイ素材料である。
脱イオン水、アルコール、アンモニア水の体積はそれぞれ７００：１２５０：２１５ｍｌであるように計量し、溶剤を調合する。オルトケイ酸テトラエチル、オクタデシルトリメトキシシラン及びＰｅｒｅｇａｌ Ｏ１６をそれぞれ７ｇ、１０ｇ、６ｇ混合した後、溶剤中に加え４８時間継続撹拌し、その後、室温で４８時間熟成し、濾紙で濾過した後、室温でさらに４８時間乾燥させる。研磨した後に得られた白色粉末は、製造された長鎖アルキル基を持つマイクロ孔構造を有する二酸化ケイ素材料である。
実施例８（−先に中核の四三酸化鉄を加える）
実施例１、２又は３の方法に従うが、原料中の溶剤に予め分散処理した濃度が３０ｍｇ／ｍｌであるナノ四三酸化鉄磁性流体を３０ｍｌ加える。マッフル炉で焼成した後、さらに６００℃の中で水素注入により１０時間還元することによって、磁性核を内蔵し、外周がメソ孔外殻である材料が得られる。
実施例１、２又は３の方法に従うが、原料中の溶剤に予め分散処理した濃度が３０ｍｇ／ｍｌであるナノ四三酸化鉄磁性流体を３０ｍｌ加える。マッフル炉で焼成した後、さらに６００℃の中で水素注入により１０時間還元することによって、磁性核を内蔵し、外周がメソ孔外殻である材料が得られる。
実施例９（−先に中核のケイ素ナノ球を加える）
脱イオン水、アルコール、アンモニア水の溶剤に予めオルトケイ酸テトラエチルを３ｇ加え、２時間加水分解し、その後、実施例１の方法に従い次のステップを完成し、中核がケイ素ナノ球である材料が得られる。
脱イオン水、アルコール、アンモニア水の溶剤に予めオルトケイ酸テトラエチルを３ｇ加え、２時間加水分解し、その後、実施例１の方法に従い次のステップを完成し、中核がケイ素ナノ球である材料が得られる。
実施例１０（−後に中核の四三酸化鉄を導入する）
実施例１、２又は３の方法に従って、粉末のメソ孔質材料が得られた後、この材料を２ｇ取って２モル／ＬのＦｅ３＋とＦｅ２＋塩溶液に浸漬し、振動台で７２時間振動し、遠心分離した後６００℃の中で水素注入により１０時間還元し、メソ孔に磁性粒子を有するメソ孔質二酸化ケイ素材料が得られる。
実施例１、２又は３の方法に従って、粉末のメソ孔質材料が得られた後、この材料を２ｇ取って２モル／ＬのＦｅ３＋とＦｅ２＋塩溶液に浸漬し、振動台で７２時間振動し、遠心分離した後６００℃の中で水素注入により１０時間還元し、メソ孔に磁性粒子を有するメソ孔質二酸化ケイ素材料が得られる。
実施例１１（−先にアミノ基をグラフト化する）
実施例１又は２又は３の方法に従い、１２時間継続撹拌した後、２．６ｍｌのアミノシラン（例えばＡＰＴＥＳ）を加えるが、室温で乾燥した後にアミノ基と共に焼けてしまうことを回避するため、焼成することができない。抽出方法を用いてテンプレート剤を除去し、アミノ基を保留し、最後にアミノ基をグラフト化するメソ孔質二酸化ケイ素材料が得られる。
実施例１又は２又は３の方法に従い、１２時間継続撹拌した後、２．６ｍｌのアミノシラン（例えばＡＰＴＥＳ）を加えるが、室温で乾燥した後にアミノ基と共に焼けてしまうことを回避するため、焼成することができない。抽出方法を用いてテンプレート剤を除去し、アミノ基を保留し、最後にアミノ基をグラフト化するメソ孔質二酸化ケイ素材料が得られる。
実施例１２（−先にスルフヒドリル基をグラフト化する）
実施例１、２又は３の方法に従い、１２時間継続撹拌した後、メルカプトシラン、例えば２．３ｍｌのγ−メルカプトプロピルトリエトキシシランを加えるが、室温で乾燥した後にアミノ基と共に焼けてしまうことを回避するため、焼成することができない。抽出方法を用いてテンプレート剤を除去し、アミノ基を保留し、最後にスルフヒドリル基をグラフト化するメソ孔質二酸化ケイ素材料が得られる。
実施例１、２又は３の方法に従い、１２時間継続撹拌した後、メルカプトシラン、例えば２．３ｍｌのγ−メルカプトプロピルトリエトキシシランを加えるが、室温で乾燥した後にアミノ基と共に焼けてしまうことを回避するため、焼成することができない。抽出方法を用いてテンプレート剤を除去し、アミノ基を保留し、最後にスルフヒドリル基をグラフト化するメソ孔質二酸化ケイ素材料が得られる。
実施例１３（−後にアミノ基をグラフト化する）
実施例１、２又は３の方法に従って、粉末のメソ孔質材料が得られた後、この材料３．３ｇを取って反応溶剤、例えばジメチルベンゼンの中で超音波分散を行い、次いでアミノシランＡＰＴＥＳを３．５ｍｌ加え、１２０℃で４８時間継続撹拌した。濾過、洗浄、乾燥を行った後、アミノ基をグラフト化するメソ孔質材料が得られる。
実施例１、２又は３の方法に従って、粉末のメソ孔質材料が得られた後、この材料３．３ｇを取って反応溶剤、例えばジメチルベンゼンの中で超音波分散を行い、次いでアミノシランＡＰＴＥＳを３．５ｍｌ加え、１２０℃で４８時間継続撹拌した。濾過、洗浄、乾燥を行った後、アミノ基をグラフト化するメソ孔質材料が得られる。
実施例１４（−後にスルフヒドリル基をグラフト化する）
実施例１、２又は３の方法に従って、粉末のメソ孔質材料が得られた後、この材料３．９ｇを取って反応溶剤、例えばジメチルベンゼンの中で超音波分散を行い、次いで有機ケイ素源であるγ−メルカプトプロピルトリエトキシシランを４．３ｍｌ加え、１２０℃で４８時間継続撹拌した。濾過、洗浄、乾燥を行った後、スルフヒドリル基をグラフト化するメソ孔質材料が得られる。
実施例１、２又は３の方法に従って、粉末のメソ孔質材料が得られた後、この材料３．９ｇを取って反応溶剤、例えばジメチルベンゼンの中で超音波分散を行い、次いで有機ケイ素源であるγ−メルカプトプロピルトリエトキシシランを４．３ｍｌ加え、１２０℃で４８時間継続撹拌した。濾過、洗浄、乾燥を行った後、スルフヒドリル基をグラフト化するメソ孔質材料が得られる。
Claims (12)
- 不規則多孔質二酸化ケイ素材料の製造における脂肪アルコールポリオキシエチレンエーテルの応用であって、前記脂肪アルコールポリオキシエチレンエーテルはＲＯ−（ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）ｎ−Ｈの構造式を有し、式中のＲはＣ８−２４で、ｎ＝９−３０であり、添加剤として前記脂肪アルコールポリオキシエチレンエーテルを用いて不規則多孔質二酸化ケイ素材料を製造することを特徴とする、不規則多孔質二酸化ケイ素材料の製造における脂肪アルコールポリオキシエチレンエーテルの応用。
- 前記ＲはＣ１６−１８である、請求項１記載の応用。
- 前記不規則多孔質二酸化ケイ素材料は、長鎖アルキル基を有する不規則マイクロ孔構造を備える二酸化ケイ素材料であるＡ、不規則メソ孔構造の二酸化ケイ素材料であるＢ、Ａ若しくはＢ材料をそれぞれ修飾接続する官能基を有するＣ、又はＡ、Ｂ若しくはＣ材料にそれぞれ包接物を有するＤを備える、請求項１記載の応用。
- 前記長鎖アルキル基の炭素原子数は８以上である、請求項３記載の応用。
- 前記官能基は、結合及び／又は修飾を目的とする官能基を含む、請求項３記載の応用。
- 前記官能基は、アミノ基、スルフヒドリル基、エトキシ基、アルキル基、メルカプトプロピル基、及びメトキシ基の一種又は多種を含む、請求項５記載の応用。
- 前記包接物はナノ金、プラチナ、発光量子点、ナノケイ素球、又は磁性粒子を含む、請求項３記載の応用。
- 不規則多孔質二酸化ケイ素材料の製造方法であって、
前記不規則多孔質二酸化ケイ素材料は、長鎖アルキル基を有する不規則マイクロ孔構造を備える二酸化ケイ素材料であるＡ、不規則メソ孔構造の二酸化ケイ素材料であるＢ、Ａ及びＢのいずれかをそれぞれ修飾接続する官能基を有するＣ、又はＡ、Ｂ若しくはＣ材料に包接物を有するＤを備え、
前記不規則多孔質二酸化ケイ素材料が用いられる原料は、ケイ素前駆体、長鎖アルキルシラン、及び脂肪アルコールポリオキシエチレンエーテルを含み、前記の脂肪アルコールポリオキシエチレンエーテルはＲＯ−（ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）ｎ−Ｈの構造式を有し、式中のＲはＣ８−２４で、ｎ＝９−３０であり、
前記Ａ材料は、ケイ素前駆体、長鎖アルキルシラン、及び脂肪アルコールポリオキシエチレンエーテルを含む原料を溶剤に加水分解した後、熟成、濾過及び洗脱することにより製造され、
前記Ｂ材料は、ケイ素前駆体、長鎖アルキルシラン、及び脂肪アルコールポリオキシエチレンエーテルを含む原料を溶剤に加水分解した後、熟成、濾過、乾燥及び焼成することにより製造され、
前記Ｃ材料は、以下の二種類の方法のどちらかにより製造され、
１）ケイ素前駆体、長鎖アルキルシラン、及び脂肪アルコールポリオキシエチレンエーテルを含む原料に官能基を有する化合物を加え、溶剤中に加水分解した後、熟成、濾過及び洗脱するか、又は溶剤中に加水分解した後、熟成、乾燥及び焼成する；
２）得られたＡ及びＢのどちらかを、官能基を有する有機シランと加水分解する；
前記Ｄ材料は、以下の二種類の方法のどちらかにより製造され、
１）分散処理した包接物であるナノ粒子に予め溶剤を加え、さらに、ケイ素前駆体、長鎖アルキルシラン、及び脂肪アルコールポリオキシエチレンエーテルを含む原料を加え、加水分解、熟成、濾過及び洗脱するか、又は加水分解、熟成、乾燥及び焼成する；
２）Ａ、Ｂ及びＣのどちらかを包接物の前駆体溶液中に浸漬し、拡散、反応又は還元する；
ことを特徴とする、不規則多孔質二酸化ケイ素材料の製造方法。 - 前記長鎖アルキルシランはＲｎＸＳから選択され、Ｒはアルキルを表し、ｎはアルキル基の炭素原子数を示し、ｎは８以上であり、Ｘは前記シランが加水分解するための基であり、Ｓはケイ素を表す、請求項８記載の方法。
- 前記官能基は、結合及び／又は修飾を目的とする官能基を含む、請求項８に記載の方法。
- 前記官能基は、アミノ基、スルフヒドリル基、エトキシ基、アルキル基、メルカプトプロピル基、及びメトキシ基の一種又は多種を含む、請求項１０記載の方法。
- 前記包接物はナノ金、ナノプラチナ、発光量子点、ナノケイ素球、又は磁性粒子を含む、請求項８記載の方法。
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