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公開番号2024165976
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-11-28
出願番号2023082624
出願日2023-05-18
発明の名称有機修飾ナノ粒子の溶媒への分散方法及び有機修飾ナノ粒子分散液
出願人国立大学法人東北大学,株式会社スーパーナノデザイン
代理人個人
主分類B01J 13/00 20060101AFI20241121BHJP(物理的または化学的方法または装置一般)
要約【課題】相対的に分子量の大きい溶媒に対しても有機修飾ナノ粒子を分散可能にし、溶媒選択の自由度を高めることを可能にする。
【解決手段】本発明は、有機修飾ナノ粒子の溶媒への分散方法であり、表面に有機修飾基を有する有機修飾ナノ粒子を溶媒に分散させる分散工程を含む。溶媒には、有機修飾ナノ粒子に対して難分散性である難分散性溶媒と、所定の分子とが含まれている。ファンデルワールス体積に関し、分散処理工程での温度・圧力下における所定の分子のファンデルワールス体積は、溶媒のそれよりも小さく、有機修飾基のそれよりも小さく、ハンセン溶解度パラメータのうち分散力項δ_Dに関し、当該圧力での有機修飾ナノ粒子の値と所定の分子の値との差の絶対値が1.2 MPa^1/2以下であり、当該圧力での有機修飾ナノ粒子の値と所定の分子を含む難分散性混合溶媒の値との差が1.2 MPa^1/2以下である。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
表面に有機修飾基を有する有機修飾ナノ粒子を溶媒に分散させる分散工程を含み、
前記溶媒には、前記有機修飾ナノ粒子に対して難分散性である難分散性溶媒と、第三成分としての所定の分子とが含まれており、
ファンデルワールス体積に関し、
分散処理温度及び圧力下において、前記溶媒の表面に接する前記所定の分子のファンデルワールス体積は、前記温度及び圧力での前記難分散性溶媒のファンデルワールス体積よりも小さく、
前記温度及び圧力での前記所定の分子のファンデルワールス体積は、前記温度及び圧力での前記有機修飾基のファンデルワールス体積よりも小さく、
ハンセン溶解度パラメータのうち分散力項δＤに関し、
前記温度及び圧力での前記有機修飾基の分散力項δＤの値と前記所定の分子の分散力項δＤの値との差の絶対値が1.2 MPa1/2以下であり、
前記温度及び圧力での前記所定の分子の分散力項δＤの値と前記難分散性溶媒の分散力項δＤの値との差の絶対値が1.2 MPa1/2以下であり、
有機修飾層の自由体積の増大を誘起させる、有機修飾ナノ粒子の溶媒への分散方法。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
前記分散工程は、前記有機修飾ナノ粒子を前記溶媒に入れた状態で前記第三成分を高濃度化することで前記有機修飾ナノ粒子の前記溶媒への分散を加速する工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記分散工程は、前記有機修飾ナノ粒子を前記溶媒に入れた状態で所定圧力に加圧して分散する工程を含み、
前記溶媒の表面に接する気体の温度及び圧力が所定温度及び前記所定圧力である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記有機修飾ナノ粒子が精製されたナノ粒子である、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記所定の分子は、二酸化炭素、炭化水素系化合物、窒素酸化物系化合物、フロンガスのいずれかから選択される気体又は液化ガスであり、
前記所定圧力が0.5 MPa以上の加圧状態、あるいは分散処理温度での飽和蒸気圧以上（ただし、分散処理温度が臨界温度以上である場合は臨界圧以上）である、請求項３又は４に記載の方法。
【請求項６】
前記溶媒は、前記難分散性溶媒及び前記所定の分子を含む混合溶媒であり、
前記難分散性溶媒が主溶媒であり、前記所定の分子が助溶媒である、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記有機修飾ナノ粒子は、前記所定の分子として複数種類の有機修飾基を表面に有し、
前記分散工程における温度及び圧力下での有機修飾分子層の自由体積は、それぞれ単一種の有機修飾分子層の自由体積よりも大きく、かつ、有機修飾分子層の自由体積は、前記溶媒分子のファンデルワールス体積よりも小さい、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
表面に有機修飾基を有する有機修飾ナノ粒子が溶媒に分散されており、
前記溶媒は、前記有機修飾ナノ粒子に対して難分散性である難分散性溶媒と、第三成分としての所定の分子とを含み、
前記有機修飾ナノ粒子の濃度が１重量％であるときの波長450 nmにおける透過度が0.8以上である、有機修飾ナノ粒子分散液。
【請求項９】
前記所定の分子は、二酸化炭素、炭化水素系化合物、窒素酸化物系化合物、フロンガスのいずれかから選択される気体又は液化ガスであり、
前記有機修飾ナノ粒子分散液は、0.5 MPa以上の所定圧力に加圧された圧力容器の中に収容されている、請求項８に記載の分散液。
【請求項１０】
ハンセン溶解度パラメータのうち分散力項δＤに関し、分散液の温度及び圧力下での前記所定の分子及び前記溶媒の分子を含む前記機修飾ナノ粒子の分散力項δＤの値と前記所定圧力での前記混合溶媒の分散力項δＤの値との差の絶対値が1.2 MPa1/2以下である、請求項９に記載の分散液。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機修飾ナノ粒子の溶媒への分散方法及び有機修飾ナノ粒子分散液に関する。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
微粒子、特にナノメーターサイズの粒子（ナノ粒子）は、様々な特有の優れた性状・特性・機能を示すことから、材料・製品のすべてに対して、現状よりも高精度で、より小型化、より軽量化の要求を満たしている技術を実現するものとして期待されている。このようにナノ粒子は、セラミックスのナノ構造改質材、光機能コーティング材、電磁波遮蔽材料、二次電池用材料、蛍光材料、電子部品材料、磁気記録材料、研摩材料などの産業・工業材料、医薬品・化粧品材料などの高機能・高性能・高密度・高度精密化を可能にするものとして注目されている。最近のナノ粒子に関する基礎研究から、ナノ粒子の量子サイズ効果による超高機能性や新しい物性の発現、新物質の合成などの発見も相次いでいることから産業界からも大きな関心を集めている。
【０００３】
このような特性を維持するためには、ナノ粒子は個々の構造を保持する必要がある。しかし、ナノ粒子は溶媒中で取り扱われることが多いため、高い表面エネルギーに起因する溶液相での凝集をいかに防ぐかが重要である。凝集によって引き起こされる粘性を制御できれば、ナノ粒子のユニットオペレーションが容易になる。
【０００４】
そこで、ナノ粒子の表面改質により、ナノ粒子と溶媒の分子間相互作用を変化させる方法がある。この方法では、目的の溶媒へのナノ粒子の分散を促進することで、凝集を防ぐことができる。有機修飾されたナノ粒子を大量連続合成する有機修飾ナノ粒子合成法としては、金属酸化物ナノ粒子の回収又は収集法として、高温高圧水を反応場として、金属酸化物ナノ粒子表面と有機修飾剤とを反応せしめ、置換されていてもよいし非置換のものであってよい炭化水素基を共有結合、あるいはエーテル結合、エステル結合、Ｎ原子を介した結合、Ｓ原子を介した結合、金属－Ｃ－の結合、金属－Ｃ＝の結合及び金属－（Ｃ＝Ｏ）－の結合からなる群から選ばれたものを介してナノ粒子の表面に結合せしめてナノ粒子の表面を有機修飾し、
（１）水溶液に分散させた金属酸化物ナノ粒子を沈殿させて回収すること、
（２）水溶液に分散させた金属酸化物ナノ粒子を有機溶媒中へ移行せしめて回収すること、又は
（３）有機溶媒相－水相界面に金属酸化物ナノ粒子を集めること、
を特徴とする方法が提案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特許第３９２５９３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
いずれの有機修飾ナノ粒子の分散法においても、有機修飾基と溶媒との親和性を上げることが重要である。化学的な親和性向上には、有機修飾分子と溶媒分子とのハンセン溶解度パラメータ（HSP）差を小さくすることが重要である。しかし、それだけでは、ナノ粒子の分散性を予測することはできない。最近の研究により、溶媒分子の分子体積も重要な因子であることが報告されている。さらには、最近の計算科学の推算結果によれば、有機修飾基の自己秩序化構造形成が、結果として溶媒との化学的相互作用を低下させることも報告されている。
【０００７】
これらの効果を考慮すれば、これまでの技術では、化学的親和性が高く、かつ相対的に分子量の小さい溶媒に有機修飾ナノ粒子を分散できるにとどまり、相対的に分子量の大きい溶媒には有機修飾ナノ粒子を分散できないことが理解できる。つまり、相対的に分子量の大きく、難分散性溶媒に対しても有機修飾ナノ粒子を分散可能な技術を提供することが求められており、またそれが可能となれば溶媒選択の自由度を高めることができる。
【０００８】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、相対的に分子量の大きい溶媒に対しても有機修飾ナノ粒子を分散可能にし、溶媒選択の自由度を高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、相対的に分子量の大きく難分散性の溶媒に第三成分として所定の分子を加えることで有機修飾ナノ粒子を分散できることを見出し、本発明を完成するに至った。具体的に、本発明では、以下のようなものを提供する。
【００１０】
第１の特徴に係る発明は、表面に有機修飾基を有する有機修飾ナノ粒子を溶媒に分散させる分散工程を含み、前記溶媒には、前記有機修飾ナノ粒子に対して難分散性である難分散性溶媒と、第三成分としての所定の分子とが含まれており、ファンデルワールス体積に関し、分散処理温度及び圧力下において、前記溶媒の表面に接する前記所定の分子のファンデルワールス体積は、前記温度及び圧力での前記難分散性溶媒のファンデルワールス体積よりも小さく、前記温度及び圧力での前記所定の分子のファンデルワールス体積は、前記温度及び圧力での前記有機修飾基のファンデルワールス体積よりも小さく、ハンセン溶解度パラメータのうち分散力項δ
Ｄ
に関し、前記温度及び圧力での前記有機修飾基の分散力項δ
Ｄ
の値と前記所定の分子の分散力項δ
Ｄ
の値との差の絶対値が1.2 MPa
1/2
以下であり、前記温度及び圧力での前記所定の分子の分散力項δ
Ｄ
の値と前記難分散性溶媒の分散力項δ
Ｄ
の値との差の絶対値が1.2 MPa
1/2
以下であり、有機修飾層の自由体積の増大を誘起させる、有機修飾ナノ粒子の溶媒への分散方法を提供する。
（【００１１】以降は省略されています）

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