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JP4822311B2 - Method for producing siloxane-based composite compound - Google Patents

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JP4822311B2 JP2005116135A JP2005116135A JP4822311B2 JP 4822311 B2 JP4822311 B2 JP 4822311B2 JP 2005116135 A JP2005116135 A JP 2005116135A JP 2005116135 A JP2005116135 A JP 2005116135A JP 4822311 B2 JP4822311 B2 JP 4822311B2
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Description

本発明は光リミッティング材料として広く用いられるフラーレンと、シロキサン化合物との複合化合物の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a composite compound of a fullerene and a siloxane compound that are widely used as an optical limiting material.

フラーレンは炭素原子がサッカーボール状に共有結合した物質であり、ラジカル捕捉性、超伝導性等の性質を有する。またフラーレンは、π電子共役構造を有する超微粒子であるため、光リミッティング効果(非線形光学効果)を有する。ここで、光リミッティング効果とは、強いレーザー光の電磁界と物質の電子分極の関係が非線形となる現象をいう。光リミッティング効果は、テイラーの展開近似式の光電場E(ω)により物質に誘起される分極P(ω)の式によって表される。

Figure 0004822311
Fullerene is a substance in which carbon atoms are covalently bonded like a soccer ball, and has properties such as radical scavenging and superconductivity. In addition, fullerene is an ultrafine particle having a π-electron conjugated structure, and thus has an optical limiting effect (nonlinear optical effect). Here, the optical limiting effect refers to a phenomenon in which the relationship between the electromagnetic field of strong laser light and the electronic polarization of a substance becomes nonlinear. The light limiting effect is expressed by the equation of polarization P (ω) induced in the substance by the photoelectric field E (ω) of Taylor's expansion approximation.
Figure 0004822311

電場があまり強くない場合には、第二項以降の非線形分極を無視することができ、分極Pは、電場Eに比例するとみなせるが、レーザー光のような強い電磁波に対しては光の振幅に比例しないため、第2項以降の非線形分極を無視することができなくなる。各項の係数χ(n)をn次の非線形感受率(n=2以上)といい、ミラーの法則からπ電子共役系が大きい物質程非線形感受率は大きくなる。 When the electric field is not so strong, the nonlinear polarization after the second term can be ignored, and the polarization P can be considered to be proportional to the electric field E, but the amplitude of the light is increased for a strong electromagnetic wave such as a laser beam. Since it is not proportional, nonlinear polarization after the second term cannot be ignored. The coefficient χ (n) of each term is referred to as an nth-order nonlinear susceptibility (n = 2 or more), and the nonlinear susceptibility increases as the π-electron conjugated system is larger according to Miller's law.

上記のような分極の非線形性のために、入射光強度の変化に対して透過光強度がヒステリシスを示す。このような非線形光学材料は将来の光通信、光情報処理システムの実現に欠くことのできない材料であり、π共役分子や半導体超微粒子が有望な非線形光学材料として注目されている。一方、フラーレンの形状を活かしたナノカーボン分子やナノポア吸着体への応用も検討されている(非特許文献1参照)。しかし、フラーレンの有機溶媒への溶解性は低く、有機ポリマーや無機ポリマー等のマトリックス相と混和しにくく、フラーレンを複合材料として応用開発をする上で障害となっている(非特許文献2参照)。   Due to the nonlinearity of polarization as described above, the transmitted light intensity exhibits hysteresis with respect to the change in the incident light intensity. Such nonlinear optical materials are indispensable materials for future optical communication and optical information processing systems, and π-conjugated molecules and semiconductor ultrafine particles are attracting attention as promising nonlinear optical materials. On the other hand, application to nanocarbon molecules and nanopore adsorbents utilizing the shape of fullerene has also been studied (see Non-Patent Document 1). However, the solubility of fullerene in an organic solvent is low, and it is difficult to mix with a matrix phase such as an organic polymer or an inorganic polymer, which is an obstacle to application development of fullerene as a composite material (see Non-Patent Document 2). .

フラーレンを複合化するために、フラーレンのπ電子を利用したπ−π相互作用によりフラーレンをマトリックス相に導入する方法が報告されている(非特許文献3参照)。具体的には、フラーレンにナフチル基のような縮合多環炭化水素を付加させたフラーレン付加体を、メチルトリエトキシシラン(MTES)と反応させることにより、四官能性シラン中に均一に分散させる方法である。また、シランカップリング剤を付加させたフラーレン付加体を無機ポリマーからなるマトリックス相に分散させる方法も開示されている(非特許文献4参照)。
P.Innocenzi et al. J. Sol−Gel. Sci. and Tech.,19,263−266(2000) T.Gunji, M.Ozawa, Y.Abe J. Sol−Gel. Sci. and Tech.,22,219−224(2001) A.Kraus, M.Schneider, A.Gugel, K.Mullen, J. Mater.Chem.,7(5),763−765(1997) P.Innocenzi et al. J. Non−Crystalline Solids.,265,68−74(2000)
In order to complex fullerene, a method for introducing fullerene into a matrix phase by π-π interaction using π electrons of fullerene has been reported (see Non-Patent Document 3). Specifically, a method in which a fullerene adduct obtained by adding a condensed polycyclic hydrocarbon such as a naphthyl group to fullerene is uniformly dispersed in tetrafunctional silane by reacting with methyltriethoxysilane (MTES). It is. Also disclosed is a method of dispersing a fullerene adduct added with a silane coupling agent in a matrix phase composed of an inorganic polymer (see Non-Patent Document 4).
P. Innocenzi et al. J. et al. Sol-Gel. Sci. and Tech. , 19, 263-266 (2000) T.A. Gunji, M.M. Ozawa, Y .; Abe J.M. Sol-Gel. Sci. and Tech. , 22, 219-224 (2001) A. Kraus, M.M. Schneider, A.M. Gugel, K.M. Mullen, J.M. Mater. Chem. , 7 (5), 763-765 (1997) P. Innocenzi et al. J. et al. Non-Crystalline Solids. , 265, 68-74 (2000)

しかし、フラーレンやフラーレン付加体の溶解性およびシロキサンポリマーとの混和性は低く、非特許文献3,4に記載の方法では、マトリックス相中に均一に分散させることは可能でも、フラーレンの濃度は、わずか0.1%程度であるため、これらの方法により得られた複合化合物の光リミッティング性は低く実用的ではない。   However, the solubility of fullerenes and fullerene adducts and the miscibility with siloxane polymers are low, and the methods described in Non-Patent Documents 3 and 4 can be uniformly dispersed in the matrix phase, but the concentration of fullerene is Since it is only about 0.1%, the light limiting property of the composite compound obtained by these methods is low and not practical.

以上の課題に鑑み、本発明ではフラーレンとアルコキシヒドロシランとのヒドロシリル化反応により、有機溶媒への溶解性を向上させたフラーレン−シリル誘導体を作成することによって、フラーレンとシロキサンネットワークの間に共有結合を有し、フラーレンを高濃度で含有するフラーレン−シロキサン系複合化合物を調製することを目的とした。   In view of the above problems, in the present invention, a covalent bond is formed between fullerene and a siloxane network by preparing a fullerene-silyl derivative having improved solubility in an organic solvent by a hydrosilylation reaction between fullerene and alkoxyhydrosilane. An object of the present invention is to prepare a fullerene-siloxane composite compound having a high concentration of fullerene.

本発明は具体的に以下のようなものを提供する。   The present invention specifically provides the following.

(1) フラーレンと、ヒドロシランと、をヒドロシリル化して、フラーレン−シリル誘導体を生成させるヒドロシリル化工程と、前記フラーレン−シリル誘導体と、四官能性シランと、を加水分解して、重縮合する重縮合工程と、を有するシロキサン系複合化合物の製造方法。   (1) A hydrosilylation step in which fullerene and hydrosilane are hydrosilylated to form a fullerene-silyl derivative, and the fullerene-silyl derivative and tetrafunctional silane are hydrolyzed and polycondensed by polycondensation. And a process for producing a siloxane-based composite compound.

(2) 前記ヒドロシランは、トリアルコキシシランであり、前記四官能性シランは、テトラアルコキシシランである(1)に記載のシロキサン系複合化合物の製造方法。   (2) The method for producing a siloxane-based composite compound according to (1), wherein the hydrosilane is a trialkoxysilane, and the tetrafunctional silane is a tetraalkoxysilane.

(3) ケイ素と前記フラーレンのモル比(Si/フラーレン)は、1000から10である(1)又は(2)に記載のシロキサン系複合化合物の製造方法。   (3) The method for producing a siloxane-based composite compound according to (1) or (2), wherein a molar ratio of silicon to the fullerene (Si / fullerene) is 1000 to 10.

(4) 前記重縮合工程は、ゾルゲル法により行なう工程である(1)から(3)いずれかに記載のシロキサン系複合化合物の製造方法。   (4) The method for producing a siloxane-based composite compound according to any one of (1) to (3), wherein the polycondensation step is a step performed by a sol-gel method.

(5) 前記重縮合工程は、窒素雰囲気下で行なう工程である(1)から(4)いずれかに記載のシロキサン系複合化合物の製造方法。   (5) The method for producing a siloxane-based composite compound according to any one of (1) to (4), wherein the polycondensation step is a step performed in a nitrogen atmosphere.

(1)から(5)の発明によれば、ヒドロシリル化工程を備えたことによってフラーレンの有機溶媒への溶解性を向上させることが可能となった。具体的には、ヒドロシリル化反応によりフラーレンの炭素−炭素結合の一部がシランに置換されたフラーレン−シリル誘導体が生成する。このフラーレン−シリル誘導体は、エトキシ基を9個有している。この部分が、四官能性シランが重縮合反応を行なう際の架橋点となり、共加水分解重縮合を進行させることが可能となるため、フラーレンを高濃度でシロキサンネットワーク中に均一に分散させることができるのである。   According to the inventions of (1) to (5), it is possible to improve the solubility of fullerene in an organic solvent by providing the hydrosilylation step. Specifically, a fullerene-silyl derivative in which a part of the carbon-carbon bond of fullerene is substituted with silane is generated by a hydrosilylation reaction. This fullerene-silyl derivative has nine ethoxy groups. This part serves as a cross-linking point when the tetrafunctional silane undergoes a polycondensation reaction and allows cohydrolysis polycondensation to proceed. Therefore, fullerene can be uniformly dispersed in the siloxane network at a high concentration. It can be done.

また(2)の発明において、ヒドロシランをトリアルコキシシランとしたことによって、フラーレン−シリル誘導体を高濃度でシロキサンネットワーク中に均一に分散させることを可能としている。ヒドロシランのうち、トリクロロシラン(5分子)やジフェニルクロロシラン(混合物)やフェニルジクロロシラン(4分子)を用いてもフラーレンとのヒドロシリル化反応が生じるが、これらの物質を用いた場合は、フラーレン−シリル誘導体のクロロ基の加水分解速度が非常に速く、フラーレンシリル誘導体同士が結合して沈殿を生じてしまう。従ってクロロ基の加水分解速度よりも遅いエトキシ基から成るトリアルコキシシランを付加することが好ましい。中でも、トリエトキシシランを用いることが特に好ましい。   In the invention of (2), the hydrosilane is trialkoxysilane, whereby the fullerene-silyl derivative can be uniformly dispersed in the siloxane network at a high concentration. Among hydrosilanes, trisilylsilane (5 molecules), diphenylchlorosilane (mixture), and phenyldichlorosilane (4 molecules) can be used to produce a hydrosilylation reaction with fullerene, but when these substances are used, fullerene-silyl The hydrolysis rate of the chloro group of the derivative is very fast, and the fullerene silyl derivatives are combined with each other to cause precipitation. Therefore, it is preferable to add a trialkoxysilane composed of an ethoxy group that is slower than the hydrolysis rate of the chloro group. Among these, it is particularly preferable to use triethoxysilane.

更に、四官能性シランをテトラアルコキシシランとしたことによってフラーレンをシロキサンネットワーク中により均一に分散させることが可能となる。なお、テトラアルコキシシランのうち、安価で透明性がよく、耐熱性や耐候性に優れているテトラエトキシシランを用いることがより好ましい。   Furthermore, by using tetraalkoxysilane as the tetrafunctional silane, fullerene can be more uniformly dispersed in the siloxane network. Among tetraalkoxysilanes, it is more preferable to use tetraethoxysilane which is inexpensive, has good transparency, and has excellent heat resistance and weather resistance.

また(5)の発明において、重縮合工程を窒素雰囲気下で行なったことによって、系外に水と触媒を排出することができるため、フラーレン−シリル誘導体同士が大気中の水分によって加水分解を起こし、ゲル化することを防ぐことができる。また、重縮合工程においてゲルを生成する際に、π−π相互作用によるフラーレン−シリル誘導体の凝集を抑制することが可能となる。   In addition, in the invention of (5), since the polycondensation step is performed in a nitrogen atmosphere, water and catalyst can be discharged out of the system, so that fullerene-silyl derivatives are hydrolyzed by moisture in the atmosphere. , Can be prevented from gelling. In addition, when a gel is formed in the polycondensation step, aggregation of fullerene-silyl derivatives due to π-π interaction can be suppressed.

以上説明したように本発明によれば、フラーレンとアルコキシヒドロシランとのヒドロシリル化反応により、有機溶媒への溶解性を向上させたフラーレン−シリル誘導体を作成することができる。また、フラーレン−シリル誘導体と四官能性シランとを反応させることによってフラーレンが高濃度で含有するフラーレン−シロキサン系複合化合物を調製することが可能となる。   As described above, according to the present invention, a fullerene-silyl derivative having improved solubility in an organic solvent can be produced by a hydrosilylation reaction between fullerene and alkoxyhydrosilane. In addition, a fullerene-siloxane composite compound containing fullerene in a high concentration can be prepared by reacting a fullerene-silyl derivative with a tetrafunctional silane.

以下、本発明について詳しく説明する。   The present invention will be described in detail below.

本発明は、フラーレンとアルコキシヒドロシランとのヒドロシリル化反応させるヒドロシリル化工程を有する。ここで、「フラーレン」とは、C60やC70をはじめとする一群の球殻状の炭素分子の総称をいう。本発明では、C60、C70、C76、C78、C80、C82、C84、C86、C88、C90、C92、C94、C96のいずれかを用いてもよいがC60、を用いることが特に好ましい。ここで、「アルコキシヒドロシラン」とは、下記の化学式(1)で示される組成物をいう。ここで、RからRはそれぞれ独立して、官能基又は置換基を有してもよいアルキル基であることが好ましい。

Figure 0004822311
The present invention includes a hydrosilylation step in which a hydrosilylation reaction between fullerene and alkoxyhydrosilane is performed. Here, “fullerene” is a general term for a group of spherical shell-like carbon molecules including C 60 and C 70 . In the present invention, any one of C 60 , C 70 , C 76 , C 78 , C 80 , C 82 , C 84 , C 86 , C 88 , C 90 , C 92 , C 94 , and C 96 may be used. Is particularly preferably C 60 . Here, “alkoxyhydrosilane” refers to a composition represented by the following chemical formula (1). Here, R 1 to R 3 are preferably each independently an alkyl group which may have a functional group or a substituent.
Figure 0004822311

具体的には、アルキル基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、シクロプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、t−ブチル基、n−ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、t−ペンチル基、イソアミル基、n−へキシル基等の直鎖、分岐鎖もしくは環状アルキル基が挙げられる。また、官能基を有していてもよいアルキル基としては、アルキル基又はアリール基で置換されたシリル基、アルコキシ基等が挙げられる。   Specifically, as the alkyl group, methyl group, ethyl group, n-propyl group, isopropyl group, cyclopropyl group, n-butyl group, isobutyl group, t-butyl group, n-pentyl group, isopentyl group, neopentyl group. And a straight chain, branched chain or cyclic alkyl group such as a group, t-pentyl group, isoamyl group and n-hexyl group. Moreover, examples of the alkyl group which may have a functional group include a silyl group substituted with an alkyl group or an aryl group, and an alkoxy group.

また、置換基を有していてもよいアルキル基としては、アルコキシ基、ハロアルキル基、ハロアルコキシ基、無置換もしくは置換アリール基、アラルキル基等が挙げられる。アルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、イソプロポキシ基、n−ブトキシ基、イソブトキシ基、sec−ブトキシ基、tert−ブトキシ基、n−ヘキシルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基等の炭素数1から6の直鎖状、分枝鎖状または環状のアルコキシ基が挙げられる。ハロアルキル基としては、上記したアルキル基の一つまたは二つ以上の水素原子が、ハロゲン原子で置換されたものが挙げられ、例えばクロロメチル基、クロロエチル基、フルオロメチル基、トリフルオロメチル基等が挙げられる。ハロアルコキシ基としては、アルコキシ基の一つまたは二つ以上の水素原子が、上記したハロゲン原子で置換されたものが挙げられ、例えばクロロメトキシ基、クロロエトキシ基、フルオロメトキシ基、トリフルオロメトキシ基等が挙げられる。   Examples of the alkyl group which may have a substituent include an alkoxy group, a haloalkyl group, a haloalkoxy group, an unsubstituted or substituted aryl group, and an aralkyl group. As the alkoxy group, carbon such as methoxy group, ethoxy group, n-propoxy group, isopropoxy group, n-butoxy group, isobutoxy group, sec-butoxy group, tert-butoxy group, n-hexyloxy group, cyclohexyloxy group, etc. Examples thereof include linear, branched or cyclic alkoxy groups of 1 to 6. Examples of the haloalkyl group include those in which one or two or more hydrogen atoms of the above-described alkyl group are substituted with a halogen atom, such as a chloromethyl group, a chloroethyl group, a fluoromethyl group, a trifluoromethyl group, and the like. Can be mentioned. Examples of the haloalkoxy group include those in which one or two or more hydrogen atoms of an alkoxy group are substituted with the above-described halogen atoms, such as chloromethoxy group, chloroethoxy group, fluoromethoxy group, trifluoromethoxy group. Etc.

中でもRからRがエチル基であるトリエトキシヒドロシランを用いることがより好ましい。 Among them, it is more preferable to use triethoxyhydrosilane in which R 1 to R 3 are ethyl groups.

また、ヒドロシリル化反応は公知の方法を用いて行なう。反応温度は、0℃から50℃で行なうことが好ましく、室温付近で行なうことがより好ましい。反応圧力は、特に限定されず、通常0.5気圧から2気圧で行なわれるが、常圧のもとで行われることがより好ましい。反応時間は、1時間から100時間、通常は10時間から50時間であることが好ましい。また反応溶媒は、反応後は蒸留、抽出、クロマトグラフィー、再結晶などの一般的操作により、生成物を分離することができる。   The hydrosilylation reaction is performed using a known method. The reaction temperature is preferably 0 to 50 ° C., more preferably near room temperature. The reaction pressure is not particularly limited, and is usually 0.5 to 2 atmospheres, but is more preferably performed under normal pressure. The reaction time is preferably 1 hour to 100 hours, usually 10 hours to 50 hours. Moreover, the reaction solvent can isolate | separate a product by general operation, such as distillation, extraction, chromatography, and recrystallization, after reaction.

また、ヒドロシリル化反応において用いる溶媒は、特に限定されないが、具体的にはペンタン、ヘキサン、オクタン、ノナン、デカン等の脂肪族系炭化水素、ベンゼン、トルエン、クメン、オルトキシレン、メタキシレン、パラキシレン、メシチレン、エチルベンゼン、プロピルベンゼン等の芳香族系炭化水素、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジメトキシエタン等のエーテル系溶媒等が挙げられるが、ヘキサン、トルエンを用いて行なうことがより好ましい。さらに、塩化白金酸六水和物のような触媒を併せて用いることがより好ましい。   The solvent used in the hydrosilylation reaction is not particularly limited, but specifically, aliphatic hydrocarbons such as pentane, hexane, octane, nonane, decane, benzene, toluene, cumene, orthoxylene, metaxylene, paraxylene. An aromatic hydrocarbon such as mesitylene, ethylbenzene, and propylbenzene, and an ether solvent such as diethyl ether, tetrahydrofuran, and dimethoxyethane are preferable, and it is more preferable to use hexane or toluene. Further, it is more preferable to use a catalyst such as chloroplatinic acid hexahydrate.

また、本発明は、ヒドロシリル化工程によって生成したC60−シリル誘導体と、四官能性シランと、を重縮合する重縮合工程を有する。ここで、「四官能性シラン」とは、化学式(2)で示される組成物をいう。ここで、RからRはそれぞれ独立して、官能基又は置換基を有してもよいアルキル基であることが好ましい。具体的には、上記化学式(1)で示されるアルコキシヒドロシランが有するRからRと同様の官能基を用いることが好ましい。

Figure 0004822311
Further, the present invention, C 60 produced by a hydrosilylation process - has a silyl derivative, a polycondensation step of polycondensing a tetrafunctional silane. Here, “tetrafunctional silane” refers to a composition represented by the chemical formula (2). Here, each of R 4 to R 7 is preferably independently an alkyl group which may have a functional group or a substituent. Specifically, it is preferable to use the same functional group as R 1 to R 3 included in the alkoxyhydrosilane represented by the chemical formula (1).
Figure 0004822311

また、加水分解及び重縮合反応は、窒素雰囲気下で公知の方法を用いて行なう。反応温度は、0℃から150℃で行なうことが好ましく、50℃から100℃で行なうことがより好ましい。反応圧力は、特に限定されず、通常0.5気圧から2気圧で行なわれるが、常圧のもとで行われることがより好ましい。反応時間は、1時間から10時間、通常は2時間から5時間であることが好ましい。また反応溶媒は、反応後は蒸留、抽出、クロマトグラフィー、再結晶などの一般的操作により、生成物を分離することができる。   The hydrolysis and polycondensation reactions are performed using a known method in a nitrogen atmosphere. The reaction temperature is preferably 0 to 150 ° C., more preferably 50 to 100 ° C. The reaction pressure is not particularly limited, and is usually 0.5 to 2 atmospheres, but is more preferably performed under normal pressure. The reaction time is preferably 1 to 10 hours, usually 2 to 5 hours. Moreover, the reaction solvent can isolate | separate a product by general operation, such as distillation, extraction, chromatography, and recrystallization, after reaction.

また、加水分解及び重縮合反応において用いる溶媒は、C60−シリル誘導体と、四官能性シランとの加水分解を十分に進行させることが可能なものを用いることが好ましい。具体的には、水と塩酸を過剰に用いることが好ましい。これによってC60−シリル誘導体同士がゲル化することを防ぐことができ、かつ、ゾルの段階でC60とシロキサンネットワークの間を結合させた縮合安定性の高い複合化合物を得ることができる。 The solvent used in the hydrolysis and polycondensation reaction is preferably a solvent that can sufficiently cause the hydrolysis of the C 60 -silyl derivative and the tetrafunctional silane. Specifically, it is preferable to use water and hydrochloric acid in excess. As a result, gelation of C 60 -silyl derivatives can be prevented, and a composite compound having high condensation stability in which C 60 and the siloxane network are bonded at the sol stage can be obtained.

以下、本発明に係るシロキサン系複合化合物の製造方法の有効性について検討した結果を示す。   Hereafter, the result of having examined about the effectiveness of the manufacturing method of the siloxane type complex compound concerning the present invention is shown.

<C60−シリル誘導体の合成>
まず、トルエン溶媒に触媒として塩化白金酸エタノール溶液を加え、硫酸カルシウムで乾燥した後、C60とトリエトキシシラン(以下、TESとする)を加え、室温で4日間反応させた。次いで、触媒をろ別濃縮し、ジエチルエーテルで未反応のC60を除いた後、再度濃縮することにより茶褐色粘性液体C60−シリル誘導体(以下、TES−C60とする)を得た。このときの収率はおよそ30%であり、このときの反応スキームを以下に示す。

Figure 0004822311
<C 60 - Synthesis of Silyl Derivative>
First, a chloroplatinic acid ethanol solution was added to a toluene solvent as a catalyst, dried over calcium sulfate, C 60 and triethoxysilane (hereinafter referred to as TES) were added, and the reaction was performed at room temperature for 4 days. Subsequently, the catalyst was filtered and concentrated, and unreacted C 60 was removed with diethyl ether, followed by concentration again to obtain a brown viscous liquid C 60 -silyl derivative (hereinafter referred to as TES-C 60 ). The yield at this time is about 30%, and the reaction scheme at this time is shown below.
Figure 0004822311

次いで、TES−C60の核磁気共鳴(以下、NMRとする)、赤外吸収スペクトル(以下、IRスペクトルとする)を図1から4に示す。図1のプロトンNMRでは、TESのSi−Hに帰属されるシグナルがTES−C60では消失していることが示された。また、図2に示す炭素NMRではC60−Hに帰属されるシグナルが観測された。更に、図3に示すケイ素NMRでは、TESのシグナルがTES−C60では低磁場側シフトしていることが示された。更に、図4に示すIRスペクトルでは、Si−H伸縮振動と変角振動の吸収がTES−C60では消失し、新たにSi−C伸縮振動の吸収が確認された。以上の結果からC60とTESとのヒドロシリル化によりTES−C60が合成されたことが示された。 Next, nuclear magnetic resonance (hereinafter referred to as NMR) and infrared absorption spectrum (hereinafter referred to as IR spectrum) of TES-C 60 are shown in FIGS. In proton NMR of Figure 1, it has been shown that the signal to be attributed to the Si-H of the TES is lost in TES-C 60. In the carbon NMR shown in FIG. 2, a signal attributed to C 60 -H was observed. Further, the silicon NMR shown in Figure 3, it has been shown that signal TES is shifted downfield in TES-C 60. Furthermore, in the IR spectrum shown in FIG. 4, absorption of Si—H stretching vibration and bending vibration disappeared in TES-C 60 , and absorption of Si—C stretching vibration was newly confirmed. From the above results, it was shown that TES-C 60 was synthesized by hydrosilylation of C 60 and TES.

このTES−C60を、高速原子衝撃質量スペクトル(以下、FABmassとする)測定及び紫外吸収測定を行なうことにより、TES−C60の立体構造を検討した。図5から8は、TES−C60の紫外吸収測定(以下、UV−VISとする)を行なった結果を示した図である。なお、図6と図8はそれぞれ図5と図7の430nm付近の拡大図を示したものである。C60とTES−C60の最大吸収波長におけるモル吸光係数は、TES−C60では3500であり、C60の56700よりも低下しているのは、C60にTESが付加したことにより、C60の対称性が低下したためであると考えられる。 The TES-C 60 was subjected to a fast atom bombardment mass spectrum (hereinafter referred to as FAB mass) measurement and an ultraviolet absorption measurement to examine the three-dimensional structure of TES-C 60 . 5 to 8 are diagrams showing the results of the ultraviolet absorption measurement (hereinafter referred to as UV-VIS) of TES-C 60. FIG. FIGS. 6 and 8 show enlarged views around 430 nm in FIGS. 5 and 7, respectively. Molar extinction coefficient at the maximum absorption wavelength of C 60 and TES-C 60 is 3500 in the TES-C 60, are you lower than 56700 of C 60, by TES are added to the C 60, C This is considered to be because the symmetry of 60 was lowered.

またTES−C60では、濃度を増加させた場合、435nm付近にC60にはない吸収が観測された。この吸収は、C60の6−6縮環部にTESが付加していることが示唆された(図8囲み部分参照)。これらの結果とFABmass測定の結果より、TES−C60は、C60にTESが3分子付加したものであることがわかった。 In TES-C 60 , when the concentration was increased, absorption not observed in C 60 was observed around 435 nm. This absorption, it was suggested that added TES 6-6 fused portion of the C 60 (see FIG. 8 parts enclosed). From these results and FAB mass measurement results, it was found that TES-C 60 was obtained by adding three molecules of TES to C 60 .

さらに、TES−C60の溶解性を検討した。TES−C60を0.02gを量り取り、所定の溶媒を適宜加え、室温でよく撹拌し、不溶物の有無を目視で確認した。不溶物が見られるときは,さらに溶媒を加えて同様の操作を繰り返した。試料0.02gを溶解するのに必要な溶媒の量が1ml以下のときを易溶、1mlから5mlのときを可溶、5mlから10mlのときを溶、10ml以上のときを不溶と評価した。その結果を表1に示す。これよりTES−C60はほぼすべての有機溶媒に溶解し、C60に比べて著しく溶解性が向上していることが示された。

Figure 0004822311
Furthermore, the solubility of TES-C 60 was examined. 0.02 g of TES-C 60 was weighed, a predetermined solvent was appropriately added, and the mixture was well stirred at room temperature, and the presence or absence of insoluble matter was visually confirmed. When insolubles were observed, the same operation was repeated with more solvent added. When the amount of the solvent necessary to dissolve 0.02 g of the sample was 1 ml or less, it was evaluated as easily soluble, soluble from 1 ml to 5 ml, soluble from 5 ml to 10 ml, and insoluble when 10 ml or more. The results are shown in Table 1. From this, it was shown that TES-C 60 was dissolved in almost all organic solvents, and the solubility was remarkably improved as compared with C 60 .
Figure 0004822311

<C60−シリル誘導体の合成>
エタノールに溶解させたTES−C60にテトラエトキシシラン(以下、TEOSとする)を氷冷しながら加え、さらに水と塩酸触媒を一定の比率で混合したものを滴下した。その後室温で10分放置した後、80℃で、窒素流量360ml/min、攪拌速度150rpm、4時間、開放系にて共加水分解重縮合反応を行った。得られた淡黄色高粘性ゾル(以下、PEOS−C60ゾルとする)をエタノール溶媒で50質量%に希釈し、アクリルシャーレにキャストした後に80℃で約7日間熟成させることにより、本発明にかかるシロキサン系複合化合物(以下、PEOS−C60とする)を調製した。このときの合成スキームを以下に示す。

Figure 0004822311
<C 60 - Synthesis of Silyl Derivative>
Tetraethoxysilane (hereinafter referred to as TEOS) was added to TES-C 60 dissolved in ethanol while cooling with ice, and a mixture of water and a hydrochloric acid catalyst in a certain ratio was added dropwise. Then, after standing at room temperature for 10 minutes, a cohydrolysis polycondensation reaction was performed in an open system at 80 ° C., a nitrogen flow rate of 360 ml / min, a stirring speed of 150 rpm, and 4 hours. The obtained pale yellow high-viscosity sol (hereinafter referred to as PEOS-C 60 sol) was diluted to 50% by mass with an ethanol solvent, cast into an acrylic petri dish, and then aged at 80 ° C. for about 7 days. Such a siloxane-based composite compound (hereinafter referred to as PEOS-C 60 ) was prepared. The synthesis scheme at this time is shown below.
Figure 0004822311

このPEOS−C60におけるケイ素に対するC60のモル比の変化が与える影響について検討を行なった。試料は、ケイ素とC60の比率を変化させた状態で、上記の方法により得られたPEOS−C60を用いた。 Was performed investigated the effect of changes in the molar ratio of C 60 to silicon in the PEOS-C 60 it gives. Samples in a state of varying the ratio of silicon to C 60, with PEOS-C 60 obtained by the above method.

その結果を表2に示す。これよりケイ素に対するC60のモル比が大きくなると収率が減少し、重量平均分子量は顕著に増加したことが示された。これより、TES−C60が架橋点となって加水分解重縮合が進行し、シロキサンの架橋密度が増加したことが示唆された。また得られたPEOS−C60ゾルから調製したゲルは熟成期間およそ7日間でいずれも均一性がよくC60の含有量が多くなるにつれて透明から茶褐色へと変化したことが確認された。なお、分子量はゲルパーミエーションクロマトグラフィー(以下、GPCとする)により測定した。 The results are shown in Table 2. From this yields the molar ratio of C 60 increases is reduced to silicon, the weight average molecular weight was shown to be significantly increased. From this, it was suggested that TES-C 60 became a crosslinking point and hydrolysis polycondensation progressed, and the crosslinking density of siloxane increased. Further, it was confirmed that the gels prepared from the obtained PEOS-C 60 sol had a uniform aging period of about 7 days and changed from transparent to brown as the content of C 60 increased. The molecular weight was measured by gel permeation chromatography (hereinafter referred to as GPC).

Figure 0004822311
Figure 0004822311

次いで、PEOS及びPEOS−C60のNMRスペクトルを図9及び10に示す。ポリエトキシシロキサン(以下、PEOSとする)では、エトキシ基のシグナルのみが観測されたが、PEOS−C60ではC60−H結合に帰属されるシグナルが58.3ppm付近に観測された。このシグナルはTES−C60の63.9ppmに観測されたC60−H結合に由来するシグナルであり、PEOS−C60では低磁場側にシフトしている。これは炭素の電気陰性度がケイ素に比べて大きく、ケイ素がC60に電子を供与したためにC60の電子密度が増加し、高磁場側にシフトしたためであると考えられる。 Next, the NMR spectra of PEOS and PEOS-C 60 are shown in FIGS. In polyethoxysiloxane (hereinafter referred to as PEOS), only an ethoxy group signal was observed, but in PEOS-C 60 , a signal attributed to the C 60 -H bond was observed in the vicinity of 58.3 ppm. This signal is a signal derived from the C 60 -H bond observed at 63.9 ppm of TES-C 60 , and is shifted to the low magnetic field side in PEOS-C 60 . This larger than the silicon electronegativity of carbon, silicon electron density C 60 is increased because of donating electrons to C 60, presumably because a shift to the higher magnetic field side.

次いで、PEOSとPEOS−C60ゾルのケイ素NMRを図11、表3及び表4に示す。試料には、上記表2に用いた試料と同じものを用いた。なお、ケイ素NMRからPEOS−C60のシロキサンの単位構造であるT構造のピークはシグナルが弱く、T構造の割合を算出することができなかったのでQ構造のみを示している。PEOSとPEOS−C60を比較すると、PEOS−C60では、Q,Q構造によるシグナルが低磁場側にシフトしていることが示された。これは、ケイ素の電気陰性度が炭素の電気陰性度に比べ、小さいためであると考えられる。また、C60の含有量が増加するにつれてQ,Q構造が増加していることから、単独重合のPEOSゾルよりもPEOS−C60ゾルではシロキサン縮合度が増加して3次元的な架橋構造で構成されていることが示唆された。図9から図11の結果より、TES−C60とTEOSは単なる混合物ではなく、共重合体であることが示された。 Next, silicon NMR of PEOS and PEOS-C 60 sol is shown in FIG. The same sample as used in Table 2 was used as the sample. From the silicon NMR, the peak of the T structure, which is a unit structure of siloxane of PEOS-C 60 , has a weak signal, and since the ratio of the T structure could not be calculated, only the Q structure is shown. Comparing PEOS and PEOS-C 60 , PEOS-C 60 showed that the signals due to the Q 2 and Q 3 structures were shifted to the low magnetic field side. This is thought to be because the electronegativity of silicon is smaller than the electronegativity of carbon. In addition, since the Q 3 and Q 4 structures increase as the C 60 content increases, the degree of siloxane condensation increases in the PEOS-C 60 sol more than the homopolymerized PEOS sol, and the three-dimensional crosslinking occurs. It was suggested that it was composed of structures. From the results of FIGS. 9 to 11, it was shown that TES-C 60 and TEOS are not a mixture but a copolymer.

Figure 0004822311
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Figure 0004822311
Figure 0004822311

次いで、PEOSとPEOS−C60の溶解性を上記と同様の方法で検討した結果、表5に示すように、ほとんどの有機溶媒に対して高い溶解性を示したが、C60の濃度が増加するに伴って、ヘキサン及びクロロホルムへの溶解性が減少していることが示された。これは分子量やシロキサンの架橋度が増大したためこのような現象が生じたものと考えられる。 Next, as a result of examining the solubility of PEOS and PEOS-C 60 by the same method as described above, as shown in Table 5, the solubility was high in most organic solvents, but the concentration of C 60 increased. As a result, it was shown that the solubility in hexane and chloroform decreased. This is thought to be due to the increase in molecular weight and the degree of crosslinking of siloxane.

Figure 0004822311
Figure 0004822311

次にPEOS−C60の縮合安定性について検討を行なった結果を図12及び図13に示す。図12は、Si/C60=100の構成比で、各種溶媒を加えて40質量%となるようPEOS−C60ゾルを調製し、0℃のもと保存した場合における保存時間と分子量との関係を示した図である。また、図13も同様の条件でPEOS−C60ゾルを調製し、20℃のもと保存した場合における保存時間と分子量との関係を示した図である。 Next, the results of studies on the condensation stability of PEOS-C 60 are shown in FIGS. FIG. 12 is a graph showing the relationship between the storage time and the molecular weight when PEOS-C 60 sol was prepared at 40% by mass by adding various solvents at a composition ratio of Si / C 60 = 100 and stored at 0 ° C. It is the figure which showed the relationship. FIG. 13 is a graph showing the relationship between the storage time and the molecular weight when PEOS-C 60 sol was prepared under the same conditions and stored at 20 ° C.

これより、0℃で保存した試料は、いずれも保存開始から60日経過しても分子量はほとんど変化なく縮合安定性がよいことが示された。これに対し、25℃で保存した試料は、テトラヒドロフランを添加した場合(図中、THF Soln.参照)、テトラヒドロフランが塩基性溶媒であるため、分子量が著しく増加している。また、溶媒を添加していない試料(図中、Neat参照)とエタノールを添加した試料(図中、EtOH Soln.参照)とを比較した場合、溶媒が存在しない試料の方が、シラノール基やエトキシ基の脱離基間の距離が小さいため縮合が生じ、分子量が増加したと考えられる。   From this, it was shown that the samples stored at 0 ° C. had good condensation stability with almost no change in molecular weight even after 60 days from the start of storage. On the other hand, in the sample stored at 25 ° C., when tetrahydrofuran is added (see THF Soln in the figure), the molecular weight is remarkably increased because tetrahydrofuran is a basic solvent. In addition, when comparing a sample to which no solvent was added (see “Neat” in the figure) and a sample to which ethanol was added (see “EtOH Soln.” In the figure), the sample without the solvent was more silanol group or ethoxy. It is thought that condensation occurred because the distance between the leaving groups of the group was small, and the molecular weight was increased.

また、図14は、得られたPEOS−C60ゾルから調製したPEOS−C60ゲルの写真である。PEOS−C60ゲルはC60の含有量が増加するにつれて、無色透明から茶褐色に変化し、いずれもC60のπ−π相互作用による、C60の凝集体がなく、C60が均一に分散したC60−シロキサン系複合化合物が得られたことが示された。 FIG. 14 is a photograph of PEOS-C 60 gel prepared from the obtained PEOS-C 60 sol. As PEOS-C 60 gel content of C 60 is increased, changes from colorless to brown, both by [pi-[pi interaction C 60, no aggregates of C 60, C 60 is uniformly dispersed the C 60 - siloxane complex compounds it was shown that were obtained.

なお、使用した測定機器及び測定条件は以下の通りである。プロトンNMR及び炭素NMRスペクトルには、日本電子社製JNM−ECP500型を用い、ケイ素NMRスペクトルには、日本電子社製JMX−EX400型を用い、それぞれ重クロロホルム中で測定した。また、フーリエ変換赤外吸収(FT−IR)スペクトルは、日本電子社製JIR−5300型により四塩化炭素の溶液法により測定した。スペクトルは4cm−1の分解能で4000cm−1から250cm−1の範囲で取得した。また、高速原子衝撃質量(FABmass)スペクトルは、日本電子社製The MStation JMS 700型を用いた。マトリックスはm−ニトロベンジルアルコールで測定を行った。 The measurement equipment and measurement conditions used are as follows. JNM-ECP500 type manufactured by JEOL Ltd. was used for proton NMR and carbon NMR spectrum, and JMX-EX400 type made by JEOL Ltd. was used for silicon NMR spectrum. The Fourier transform infrared absorption (FT-IR) spectrum was measured by a carbon tetrachloride solution method using JIR-5300 type manufactured by JEOL. Spectra were obtained from 4000 cm -1 with a resolution of 4 cm -1 in the range of 250 cm -1. The fast atom bombardment mass (FABmass) spectrum was a The Mstation JMS 700 type manufactured by JEOL Ltd. The matrix was measured with m-nitrobenzyl alcohol.

紫外−可視(UV−VIS)吸光スペクトルは、島津製作所社製フォトダイオードアレイ分光光度計Multi Spec−1500を用いて測定した。また、ゲル浸透クロマトグラフィ(GPC)は、島津製作所社製LC−10Advp送液ポンプ、RID−10A示差屈折率検出器を使用した。分離カラムにはポリマーサイエンス社製5μ−Mixed Dのカラムを2本直列にして用いた。移動相は流速1.0ml/minのTHFを用いた。また分子量の計算には市販の単分散ポリスチレンを用いて検量線を作成した。   The ultraviolet-visible (UV-VIS) absorption spectrum was measured using a photodiode array spectrophotometer Multi Spec-1500 manufactured by Shimadzu Corporation. Moreover, Shimadzu Corporation LC-10Advp liquid feeding pump and RID-10A differential refractive index detector were used for the gel permeation chromatography (GPC). For the separation column, two 5 μ-Mixed D columns manufactured by Polymer Science Co., Ltd. were used in series. As the mobile phase, THF having a flow rate of 1.0 ml / min was used. For the calculation of molecular weight, a calibration curve was prepared using commercially available monodisperse polystyrene.

<光学試験>
[光リミテッィング効果の検討]
上記のPEOS−C60ゲルの光リミッティング効果の検討を行なった。試験は、高エネルギーレーザー(パルス幅:10nsec,周波数:10Hz)を短時間で出力することができるNd:YAGレーザー(コンティニューム社製:532nm)を用いて行なった。
<Optical test>
[Examination of light limiting effect]
The light limiting effect of the PEOS-C 60 gel was examined. The test was performed using an Nd: YAG laser (manufactured by Continium: 532 nm) capable of outputting a high energy laser (pulse width: 10 nsec, frequency: 10 Hz) in a short time.

具体的には、上記Nd:YAGレーザーから出力されたレーザー光を、二枚の合わせ鏡により二倍波の(波長:532nm,パルス幅:10nsec,周波数:10Hz)のレーザー光のみを反射させ、高エネルギーレーザーとした。次いで、この高エネルギーレーザーを、サンプルの前に置かれたレンズ(駿河精機社製、焦点距離f=10cm)に透過させ、ビーム直径0.9mmとなったレーザー光をサンプルに入射させた。なお、透過光強度はパワーメーター(オフィル社製 Laser power meter model AN/Z型)を用いて測定し、入射光強度はスイッチを調整することで変化させた。   Specifically, the laser beam output from the Nd: YAG laser is reflected only by a double wave (wavelength: 532 nm, pulse width: 10 nsec, frequency: 10 Hz) by two matched mirrors, A high energy laser was used. Next, the high energy laser was transmitted through a lens (manufactured by Suruga Seiki Co., Ltd., focal length f = 10 cm) placed in front of the sample, and laser light having a beam diameter of 0.9 mm was incident on the sample. In addition, the transmitted light intensity was measured using a power meter (Laser power meter model AN / Z type manufactured by Offir), and the incident light intensity was changed by adjusting a switch.

その結果を図15に示す。PEOSゲルフィルムでは、入射光強度と透過光強度はLambert−Beerの法則に従い透過率90%で直線的に増加した。一方、PEOS−C60ハイブリッドゲルフィルムは、Lambert−Beerの法則に従わず、光リミッティング機能を発現した。C60をS/C60が1000から10で含有するPEOS−C60ハイブリッドゲルフィルムの透過率は、89%から11%と減少し、Si/C60が1000では、入射光強度1163mJ/cm、Si/C60が500では入射光強度990mJ/cm、Si/C60が300では入射光強度644mJ/cm、Si/C60が100では入射光強度534mJ/cm、Si/C60が50では入射光強度340mJ/cm、Si/C60が10では入射光強度130mJ/cmであり、C60の濃度増加に伴って、入射光強度のしきい値と飽和透過光強度が低下して光リミッティング機能を発現した。 The result is shown in FIG. In the PEOS gel film, the incident light intensity and the transmitted light intensity increased linearly at 90% transmittance according to Lambert-Beer's law. On the other hand, the PEOS-C 60 hybrid gel film did not follow Lambert-Beer's law and exhibited a light limiting function. The transmittance of PEOS-C 60 hybrid gel film containing C 60 with S / C 60 in the range of 1000 to 10 decreases from 89% to 11%. When Si / C 60 is 1000, the incident light intensity is 1163 mJ / cm 2. When Si / C 60 is 500, the incident light intensity is 990 mJ / cm 2 , when Si / C 60 is 300, the incident light intensity is 644 mJ / cm 2 , when Si / C 60 is 100, the incident light intensity is 534 mJ / cm 2 , and Si / C 60. Is 50, the incident light intensity is 340 mJ / cm 2 , and Si / C 60 is 10, the incident light intensity is 130 mJ / cm 2. As the C 60 concentration increases, the threshold value of the incident light intensity and the saturated transmitted light intensity increase. Decreased to express the light limiting function.

<力学試験>
[引張試験]
次にPEOS−C60ハイブリッドゲルフィルムの機械的強度を検討した。PEOS−C60複合化合物をエタノールに20質量%になるよう溶解させ、アクリルシャーレにキャストした後に80℃で約7日間熟成させて得られた厚さ0.2mmのフィルムを、チャック間距離40mm、幅2mmとなるようにカットしたものを試料に用いた。この試料を引張強度試験機(オリエンテック社製 TENSILON/UTM−II−20型)を用いて測定した(クロスヘッドスピード20mm/min)。この結果を表6に示す。
<Mechanical test>
[Tensile test]
Next, the mechanical strength of the PEOS-C 60 hybrid gel film was examined. A film having a thickness of 0.2 mm obtained by dissolving PEOS-C 60 composite compound in ethanol so as to be 20% by mass and casting it into an acrylic petri dish and aging it at 80 ° C. for about 7 days was used. What was cut so that it might become 2 mm in width was used for the sample. This sample was measured using a tensile strength tester (TENSILON / UTM-II-20 type manufactured by Orientec Co., Ltd.) (crosshead speed 20 mm / min). The results are shown in Table 6.

Figure 0004822311
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これよりC60の含有量が高くなる程、引張強度及びヤング率が増加し、伸長率が減少していることから、非常に硬い材質であることが示された。架橋剤の役割をするTES−C60の含有量が多い程、PEOS−C60の加水分解重縮合が進行するため分子量が増大し、3次元的な架橋構造でPEOS−C60複合化合物ゲルフィルムが構成されたことが示唆される。 From this higher the content of C 60 is increased, increasing the tensile strength and Young's modulus, since the elongation rate is decreased, has been shown to be very hard material. As the content of TES-C 60 serving as a crosslinking agent increases, the hydrolysis polycondensation of PEOS-C 60 proceeds, the molecular weight increases, and the PEOS-C 60 composite compound gel film has a three-dimensional crosslinked structure. Is suggested.

[硬度測定]
次にPEOS−C60複合化合物コーティング膜の硬度測定の検討を行なった。試料は、PEOS−C60複合化合物ゾルをエタノール溶媒で20質量%に希釈したものをコーティング溶液とし、各有機基板、無機基板表面にディップコーティング(1回)を行なった。このときの巻き上げ速度は80mm/minである。その後80℃で24h乾燥させ、更に100℃で所定時間乾燥することによりコーティング膜を調製した。
[Hardness measurement]
Next, the hardness measurement of the PEOS-C 60 composite compound coating film was examined. A sample was prepared by diluting PEOS-C 60 composite compound sol to 20% by mass with an ethanol solvent as a coating solution, and performing dip coating (once) on each organic substrate and inorganic substrate surface. The winding speed at this time is 80 mm / min. Thereafter, it was dried at 80 ° C. for 24 hours, and further dried at 100 ° C. for a predetermined time to prepare a coating film.

コーティングフィルムの付着力は,JIS K5400に従い、碁盤目法により測定した。試験片上の塗膜を貫通して素地面に達する切り傷を碁盤目状(1cm中に100目)につけた。次いで、この碁盤目の上にセロハン粘着テープを貼り軽く押し付けて引き剥がした。その後、残存する塗膜片の数を目視により数え、0点から10点の範囲で採点した。 The adhesion of the coating film was measured by a grid pattern method according to JIS K5400. Cuts which penetrated the coating film on the test piece and reached the ground surface were made in a grid pattern (100 in 1 cm 2 ). Next, a cellophane adhesive tape was applied onto the grids and lightly pressed to peel off. Thereafter, the number of the remaining coating film pieces was counted by visual observation and scored in the range of 0 to 10 points.

また、コーティングフィルムの鉛筆硬度は,JIS K5400に従い、手かき法により測定した。試験片を水平な台の上に固定した後、約45°の角度で鉛筆を持ち、芯が折れない程度にできる限り強く塗面に押し付けながら、前方に約1cm/sの一定速度で1cm押し出して塗膜を引っかいた。1回引っかくごとに鉛筆の芯の先端を新たに研ぎ、同一の濃度記号で5回ずつ試験を繰り返し、塗膜の擦り傷が3回以上になる鉛筆の濃度記号より1段階下位の濃度記号を示した。測定には財団法人日本塗料協会により検査済みの三菱鉛筆Uni(商品名)を用いた。このときの結果を表7に示す。   Further, the pencil hardness of the coating film was measured by a handwriting method according to JIS K5400. After fixing the test piece on a horizontal table, hold the pencil at an angle of about 45 °, and push it forward 1 cm at a constant speed of about 1 cm / s while pressing it against the coated surface as hard as possible without breaking the core. I scratched the coating. Each time you scratch, the tip of the pencil core is sharpened anew, and the test is repeated 5 times with the same density symbol. The density symbol is one level lower than the pencil density symbol where the scratches on the paint film are 3 or more times. It was. For the measurement, Mitsubishi Pencil Uni (trade name) that has been inspected by the Japan Paint Association was used. The results at this time are shown in Table 7.

Figure 0004822311
Figure 0004822311

これより、コーティングフィルムは基板の種類によらず良い付着力を示すことがわかった。特に、無機基板の方が早い時間で硬化していることが示された。PEOS−C60のシラノール基と無機基板表面のOH基がメタロキサン型の結合を形成したためであると考えられる。また付着力および鉛筆硬度の結果より、C60の濃度が増加するに伴って付着力および鉛筆硬度の高いものが得られたことがわかった。その理由として、架橋剤の役割をするTES−C60の含有量が多いほど加水分解重縮合反応が進行し、分子量が高く3次元的な架橋構造が形成されたためであると考えられる。 From this, it was found that the coating film showed good adhesion regardless of the type of substrate. In particular, it was shown that the inorganic substrate was cured earlier. This is probably because the silanol group of PEOS-C 60 and the OH group on the surface of the inorganic substrate formed a metalloxane-type bond. Also from the results of the adhesion and the pencil hardness was found to have high adhesion and pencil hardness in accordance with the concentration of C 60 is increased is obtained. The reason is considered to be that as the content of TES-C 60 serving as a crosslinking agent increases, the hydrolysis polycondensation reaction proceeds, and the molecular weight increases and a three-dimensional crosslinked structure is formed.

TES−C60及びTESのプロトンNMR測定結果を示した図である。Is a diagram showing the TES-C 60 and TES proton NMR results of. TES−C60及びTESの炭素NMR測定結果を示した図である。Is a diagram showing the TES-C 60 and TES carbon NMR measurement results of. TES−C60及びTESのケイ素NMR測定結果を示した図である。Is a diagram showing the silicon NMR results of the TES-C 60 and TES. TES−C60及びTESのIR測定結果を示した図である。It is a view showing a result of IR measurement TES-C 60 and TES. TES−C60及びTESのUVスペクトルを示した図である。Is a graph showing the UV spectra of TES-C 60 and TES. TES−C60及びTESのUVスペクトルを示した図である。Is a graph showing the UV spectra of TES-C 60 and TES. TES−C60及びTESのUVスペクトルを示した図である。Is a graph showing the UV spectra of TES-C 60 and TES. TES−C60及びTESのUVスペクトルを示した図である。Is a graph showing the UV spectra of TES-C 60 and TES. PEOSの炭素NMR測定結果を示した図である。It is the figure which showed the carbon NMR measurement result of PEOS. PEOS−C60の炭素NMR測定結果を示した図である。It is a view showing a carbon NMR measurement results of PEOS-C 60. PEOS−C60及びPEOSのケイ素NMR測定結果を示した図である。It is a diagram showing the PEOS-C 60 and PEOS silicon NMR results of. PEOS−C60に各種溶媒を加えて0℃のもと保存した場合における保存時間と分子量との関係を示した図である。PEOS-C 60 was added with various solvents is a diagram showing the relationship between the storage time and the molecular weight when stored under 0 ° C.. PEOS−C60に各種溶媒を加えて20℃のもと保存した場合における保存時間と分子量との関係を示した図である。It is a diagram showing the relationship between the storage time and the molecular weight in the case of the PEOS-C 60 was added to various solvents and stored under 20 ° C.. PEOS−C60ゾルから調製したPEOS−C60ゲルを示した図である。Is a diagram showing the PEOS-C 60 gel prepared from PEOS-C 60 sol. PEOS−C60ゾルから調製したPEOS−C60ゲルの光リミッティング効果を示した図である。It is a diagram showing the optical limiting effect of PEOS-C 60 gel prepared from PEOS-C 60 sol.

Claims (4)

フラーレンと、ヒドロシランと、をヒドロシリル化して、フラーレン−シリル誘導体を生成させるヒドロシリル化工程と、
前記フラーレン−シリル誘導体と、四官能性シランと、を加水分解して、重縮合する重縮合工程と、を有し、
前記重縮合工程が、窒素気流下で行なわれるシロキサン系複合化合物の製造方法。
Hydrosilylation of fullerene and hydrosilane to produce a fullerene-silyl derivative;
The fullerene - silyl derivative, and a tetrafunctional silane, a hydrolyzed possess a polycondensation step of polycondensing the,
A method for producing a siloxane-based composite compound , wherein the polycondensation step is performed under a nitrogen stream .
前記ヒドロシランは、トリアルコキシシランであり、前記四官能性シランは、テトラアルコキシシランである請求項1に記載のシロキサン系複合化合物の製造方法。   The method for producing a siloxane-based composite compound according to claim 1, wherein the hydrosilane is a trialkoxysilane, and the tetrafunctional silane is a tetraalkoxysilane. ケイ素と前記フラーレンのモル比は、1000から10である請求項1又は2に記載のシロキサン系複合化合物の製造方法。   The method for producing a siloxane-based composite compound according to claim 1 or 2, wherein a molar ratio of silicon to the fullerene is 1000 to 10. 前記重縮合工程が、ゾルゲル法により行なわれる請求項1から3いずれかに記載のシロキサン系複合化合物の製造方法。 The method for producing a siloxane-based composite compound according to any one of claims 1 to 3 , wherein the polycondensation step is performed by a sol-gel method.
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