JPH02193954A - 薄膜規則性構造体 - Google Patents

薄膜規則性構造体

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JPH02193954A
JPH02193954A JP1011861A JP1186189A JPH02193954A JP H02193954 A JPH02193954 A JP H02193954A JP 1011861 A JP1011861 A JP 1011861A JP 1186189 A JP1186189 A JP 1186189A JP H02193954 A JPH02193954 A JP H02193954A
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JP
Japan
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group
carbon atoms
carboxylic acid
acid
film
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JP1011861A
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Yutaka Takeya
豊 竹谷
Hiroshi Matsuzawa
松沢 博志
Kaoru Iwata
薫 岩田
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Teijin Ltd
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Teijin Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、規則性薄膜構造体、詳しくは、分子内に親水
基と疎水基を有する構造の分子において、親水−疎水の
バランスが保たれた分子膜を膜の厚み方向に規則的な周
期性に累積された薄膜構造体とその製造方法に関する。
この構造体は、電気絶縁材料、耐摩耗用保護膜、電子材
料での半導体素子、導波路、電気光学素子、非線形光学
材料等の各種材料への応用が出来るものである。
[従来技術] 有機物質の超薄膜の形成法に関してはζ過去に多くの提
案が為されている。最も簡便な方法として、有機物質を
適当な溶媒に溶解し、基板材の上に展開流延する方法が
あるが、一般には溶媒の蒸発速度、有機物質の会合性の
影響の為に、数ミクロン以下の薄膜を製膜することは困
難である。従って、有機薄膜形成法としては遠心力を用
いたスピンコード法、真空蒸着法、プラズマ反応膜、電
解重合膜、水面展開法等が、上述の欠点を克服する手法
として提唱されている。
しかしながら、いずれの方法も、得られる膜の構造の規
則性を完全に制御することは、かなり難しいのが現状で
ある。このような構造の不規則性の特徴の為に、有機材
料の薄膜に期待される各種の機能を充分に発揮すること
が出来なくなり、各種用途への応用展開の途が閉ざされ
ていることが多い。近年、この欠点を克服するためにラ
ングミュア−プロジェット法(LB法)が主として用い
られるようになった。このLB法は、分子内に親水基と
疎水基を有する構造の分子において、親水−疎水のバラ
ンスが保たれている時、該分子は水面で親水基を下に向
けた単分子膜を形成することを利用、して、−分子の厚
みで規制された累積膜を作成する方法をいう。一般に広
い面積では分子は、水面上で粗な状態で存在するが、面
積を逐次低下させると、該分子の分子間力によって相互
作用の結果、二次元的な固体膜になる。この状態で適当
な基板に転移させることで単分子膜、または単分子膜を
重ねて累積膜を形成させることができる。
ところが、このような状態で累積転移が行なわれるため
には、その条件を設定することが難しく、有機分子の化
学構造、単分子膜展開条件、基板材の材質1表面状態等
各種の因子が複雑に混じり合うために、所望するような
規則的構造体を作成するために多くの困難をともなうの
が実情である。
また、LB腹膜法特徴から判るように、単分子膜、累積
膜を構成するには、疎水基同士の凝集が必須であるため
に、当該分子は、長鎖で、かつ直鎖状の炭化水素基を有
していなければならず、低分子の親水性の分子では水層
への溶解が生起し、上述の規則性構造体を形成すること
は出来ない。
このために形成される累積膜の構造は、かなり限定され
たものにならざるを得ず、産業実用上問題になることが
多い。
[発明の目的] 本発明は、膜の厚み方向に規則性が優れた新しい構成物
質からなる規則性薄膜構造体を提供するのを目的とする
と共に、水溶性低分子を規則性薄膜構造体の主要な構成
成分として導入されることを特徴とする新規な規則性薄
膜構造体、並びにその製造法に関することを目的とする
。
[発明の構成] 本発明者は、前記目的を達成すべく鋭意研究の結果、炭
素数10〜22の直鎖アルキル基を含むアミンが、それ
、自身では凝集体を構成しえない下記−般弐(I)で表
わされる含芳香族のカルボン酸誘導体とで、アンモニウ
ム造塩体を形成させることで、下記一般式(I>の水溶
性カルボン酸が膜の厚み方向に規則的な周期性で存在す
る薄膜が形成されることを見いだした。
即ち、本発明は、膜の厚み方向に周期性を有し、下記一
般式(I)で表わされる含芳香族共役カルボン酸、 Ar−(CH=CH) 1−CH=C(CN)−COO
H・(I >と炭素数10〜22の直鎖アルキル基を含
むアミンとの塩から主としてなることを特徴とする累積
膜である。
また、本発明は、下記一般式(I)で表わされる含芳香
族共役カルボン酸、 Ar−(Cl(=CH) 1−CH=C(CN)−CO
OH−(I >を含む水溶液の表面に、炭素数10〜2
2の直鎖アルキル基を含むアミンを展開することにより
得られる単分子膜を基板上に累積することを特徴とする
含芳香族共役カルボン酸と直鎖アルキルアミンとの塩か
ら主としてなる累積膜の製造法である。
炭素数10〜22の直鎖アルキル基を含むアミンはアル
キルハライド塩で使用することが好適でおる。
一般式(I)で表わされる含芳香族共役カルボン酸を含
む水溶液はpH5〜13.温度1〜45℃がよい。
得られた単分子膜は2〜50mN/mの圧力で累積する
ことができる。
一般式(I)で表わされる含芳香族共役カルボン酸のA
r−で表わされる部分は、無置換の炭素数5〜14の芳
香族基または一価のアルキル基、ジアルキルアミノ基、
アルコキシ基、アルキルチオ基。
ニトリル基、ニトロ基、アルコキシカルボニル基。
アシルオキシ基、カルバモイル基及びアミド基からなる
群より選ばれる一種で置換された炭素数5〜14の芳香
族基が用いられる。
無置換の炭素数5〜14の芳香族基としてはフェニル基
、ナフチル基及びアンチル基などがある。
置換された炭素数5〜14の芳香族基へ置換している、
−価のアルキル基としては、メチル基、プロピル基、ブ
チル基、ペンチル基などがある。アルコキシ基としては
、メトキシ基、エトキシ基。
プロピルオキシ基などがある。アルキルチオ基としては
、メチルチオ基、エチルチオ基、プロピルチオ基などが
ある。
一般式(I)で表わされるカルボン酸は、カルボキシル
基を接続する同じ炭素にシアノ基を置換しているために
その酸性が高い。この為に、アミンと容易に安定な塩を
形成することができる。かかるカルボン酸としては、3
−(4−メトキシフェニル)−2−シアノプロペン酸、
3− (4−エトキシフェニル)−2−シアノプロペン
酸、3−(4−プロピオキシフェニル)−2−シアノプ
ロペンl、3− (4−ジメチルアミノフェニル)−2
−シアノプロペン酸、3− (4−ジエチルアミノフェ
ニル)−2−シアノプロペン1.3−(4−ジプロピル
アミノフェニル)−2−シアノプロペン!、3− (4
−メチルチオフェニル)−2−シアノプロペン酸、3−
 (4−エチルチオフェニル)−2−シアノプロペン酸
、3−(4−プロピルチオフェニル)−2−シアノプロ
ペン酸、3−(4−シアノフェニル)−2−シアノプロ
ペン酸。
3− (4−ニトロフェニル)−2−シアノプロペン酸
、3− (4−アセトアミドフェニル)−2−シアノプ
ロペンL 3− (4−プロビルアミドフ工二ル)−2
−シアノプロペン酸、3−(4−ジメチルアミノベンゾ
イル)−2−シアノプロペン酸、3− (4−アセトキ
シフェニル)−2−シアノプロペンL3−(4−メチル
オキシベンゾイル)−2−シアノプロペン112.3−
(4−メチルフェニル)−2−シアノプロペン酸、3−
 (4−エチルフェニル)−2−シアノプロペン酸、5
−(4−メトキシフェニル)−2−シアノ−2,4−ペ
ンタジェン酸、5−(4−エトキシフェニル)−2−シ
アノ−2,4−ペンタジェン酸、 5− (4−プロピ
ルオキシフェニル)−2−シアノ−2,4−ペンタジェ
ン酸、5−(4−ブチルオキシフェニル)−2−シアノ
−2,4−ペンタジェン酸、5−(4−ジメチルアミノ
フェニル)−2−シアノ−284−ペンタジェン酸、5
−(4−ジエチルアミノフェニル)−2−シアノ−2,
4−ペンタジェン酸、5−(4−ジプロピルアミノフェ
ニル)−2−シアノ−2,4−ペンタジェン酸、5− 
(4−メチルオキシベンゾイル)−2−シアノ−2,4
−ペンタジェン酸、5− (4−メチルフェニル)−2
−シアノ−2,4−ペンタジェン酸、5− (4−エチ
ルフェニル)−2−シア、ノー2.4−ペンタジェン酸
、5−(4−メチルチオフェニル)−2−シアノ−2,
4−ペンタジェン酸、5−(4−エチルチオフェニル)
−2−シアノ−2,4−ペンタジェン酸、5−(4−プ
ロピルチオフェニル)−2−シアノ−2,4−ペンタジ
ェン酸、5− (4−二トロフェニル)−2−シアノ−
2,4−ペンタジェン1.5−(4−シアノフェニル)
−2−シアノ−2,4−ペンタジェン酸、5− (4−
アセトアミドフェニル)−2−シアノ−2,4−ペンタ
ジェン酸、5− (4−プロピルアミドフェニル)−2
−シアノ−2,4−ペンタジェン酸、5−(4−メチル
アミノベンゾイル)−2−シアノ−2,4−ペンタジェ
ン酸、5−(4−アセトキシフェニル)−2−シアノ−
2,4−ペンタジェン酸、7− (4−メトキシフェニ
ル)−2−シアノ−2,4,6−ヘキサトリエン酸、7
−(4−エトキシフェニル)−2−シアノ−2,4,6
−ヘキサトリエン酸、7−(4−プロピルオキシフェニ
ル)−2−シアノ−2,4,6−ヘキサトリエン酸、7
−(4−ブチルオキシフェニル)−2−シアノ−2,4
,6−ヘキサトリエン酸、7−(4−ジメチルアミノフ
ェニル)−2−シアノ−2,4,8−ヘキサトリエン酸
、7−(4−ジエチルアミノフェニル)−2−シアノ−
2,4,6−ヘキサトリエン酸、7−(4−ジプロピル
アミノフェニル)−2−シアノ−2,4,6−ヘキサト
リエン1.7−(4−メチルオキシベンゾイル)−2−
シアノ−2,4,8−ヘキサトリエン酸。
7−(4−メチルフェニル)−2−シアノ−2,4゜6
−ヘキサトリエン112.7−(4−エチルフェニル)
−2−シアノ−2,4,6−ヘキサトリエン酸。
7−(4−メチルチオフェニル)−2−シアノ−2,4
,6−ヘキサトリエン酸、7−(4−エチルチオフェニ
ル)−2−シアノ−2,4,6−ヘキサトリエン酸、7
−(4−プロピルチオフェニル)−2−シアノ−2,4
,6−ヘキサトリエン酸、7−(4ニトロフエニル)−
2−シアノ−2,4,6−ヘキサトリエン酸、7−(4
−シアノフェニル)−2−シアノ−2,4,8−ヘキサ
トリエン酸、7−(4−アセトアミドフェニル)−2−
シアノ−2,4,6−ヘキサトリエン酸、7− (4−
プロピルアミドフェニル)−2−シアノ−2,4,6−
ヘキサトリエン酸、7−(4−メチルアミノベンゾイル
)−2−シアノ−2,4,6−ヘキサトリエン酸、7−
(4−アセトキシフェニル)−2−シアノ−2,4,6
−ヘキサトリエン酸、などを挙げることができる。
これらのシアノカルボン酸の共役連鎖は、相互にトラン
スであるほうが構造上安定であるが、必ずしもすべてト
ランスであることが本発明の必須条件であることはない
。
炭素数10〜22の直鎖アルキル基を含むアミンとして
は下記一般式(II)で表わされるアミンがある。
一般式(II)において−A′r−として、フェニレン
基、ビフェニレン基、ナフチレン基、ビナフチレン基、
アンスレニル基などがある。
Q及びWとして、水素原子、メチル基、エチル基、プロ
ピル基、n−ブチル基、n−ペンチル基などがおる。
一般式(n)に示すアミンは、基本的骨格を2塩基アミ
ノ酸に準拠しており、グルタミン酸、アスパラギン酸の
誘導体であればよい。特にカルボン酸基が直鎖状の長鎖
の炭化水素エステル置換されていることが規則性薄膜構
造体を形成させるのに必須であり、炭化水素の炭素数は
、10以上22以下であることが望ましい。10以下で
あれば、炭化水素基同士の凝集力が弱すぎるために安定
な単分子膜が形成されず、また炭素数が22以上であれ
ば、疎水基効果が強すぎるために炭化水素基が折れ曲が
るような現象が生起して、本発明の目的とする規則的構
造体が形成されない。一方、一般式(II>のアミノ基
は、芳香族アミドで修飾されておればよく、かかる芳香
族基としては、上記のものが選ばれるが、実用上、また
構造安定上、フェニレン基が最も望ましい。この芳香族
基は、オキシメチレン基で接続されているが、メチレン
基の繰り返しは、構造の安定性の観点から2〜14であ
ればよい。このメチレン基の一方の端は、1〜4@のア
ミノ基になっていることが必須で、このアミン基が、一
般式(I)のカルボン酸と安定な塩を形成する。
構造式(n)で示されるアミンは、一般には二分子膜形
成材料として公知である。該アミン単独だけでは、水面
上で安定な単分子膜を形成しえないことが知られている
。凝集膜を形成させる為に、ポリスチレンスルホン酸の
ようなポリマーを水相に添加している例もある(例えば
ケミストリーレター1986巻、 1783ページ)。
ところが、低分子の酸がこのような安定化効果をもたら
す報告は、殆んど児あたらず、本発明により低分子のカ
ルボン酸も優れた一般式(II)のアミンの凝集に安定
化効果を有することが見いだされたわけである。
一般式(n)に示すアミンとしてグルタミン酸オクタデ
シル誘導体、グルタミン酸ドデシル誘導体がある。
薄膜構造体の形成は、前記公知のラングミューアブロジ
ェット法(18法)によって行うことができる。特に、
通常では、累積構造体を形成させるのが困難な低分子の
カルボン酸(I>を規則性薄膜構造体として形成させる
ことが可能となる。
かかる目的の為に、カルボン1(I)をそのままで、あ
るいは1〜3価の金属水酸化塩、あるいは炭酸塩2重炭
酸塩を含む、pH5〜13の水溶液に加え、カルボン酸
の金属塩を一旦形成させた後、その温度を1〜45℃と
して、この水相に前記一般式(II>で示されるアミン
を展開、静置することで、カルボン酸の長鎖アミン塩を
形成させることができる。この時、前記アミンは炭素数
1〜10のアルキルハライドを形成していることが望ま
しく、このハライドはカルボン酸の金属塩と水溶性の無
機の塩を形成して、所望とする長鎖アンモニウム塩が形
成されることとなる。
このようにして、形成された長鎖アンモニウム塩は、適
当な清浄な基材の上に一定圧力下、望ましくは2〜50
mN/mの圧力で、常法により写し取ることができる。
一般にこの圧力以下では、安定な単分子膜が形成されず
、またこの圧力以上では単分子膜に崩壊が生起し、所望
とする累積膜が得られない。
上述の薄膜構造体は、膜の厚み方向の規則性が良好な為
に、例えば電気絶縁材料、電子材料の半導体素子材料と
して用いることもできるし、表面の平滑性、規則性構造
の特性のために、導波路。
非線形光学素子、電気光学素子ら各種光学素子への応用
が可能となる。
[実施例] 以下に実施例をあげて本発明を詳述する。
合成例1 2、55gの水酸化ナトリウムの100171i2水溶
液にシアノ酢酸メチル5.97gを加え、更に攪拌下に
p−ジメチルアミノシンナモイルアルデヒド9.55(
IIを加えて85℃に加熱し、40時間攪拌を継続する
。反応終了後、12Nの塩酸50mf!に加えて固体を
回収する。この固体をエタノールで再結晶を2回繰り返
し目的物6.38(]を得た。融点218〜219°C
2元素分析値068.40%、 )−15,88%、 
N11.30%であり、計算値C69,63%、 l(
5,84%、 N11.56%と良い一致を示した。赤
外吸収スペクトル: 2216cm−1にCN基、 1
673cm−1にC0OH基、 1615.1586゜
1551cm−1にベンゼン環、並びに共役二重結合の
存在を認めた。NMRスペクトルには、3. O8pp
mにメチル基による吸収、 6.80.7.60ppm
にベンゼン環に基づ<AB型吸収を認めた。λmaxは
、440nmであった。
液とする。還流下51時間攪拌を続けた後、12規定塩
酸に反応液を加え沈澱を得る。この固体をメタノール/
エタノール混合液で再結晶を2回繰り返し13.51(
lの針状結晶を得た。収率37%、融点226〜228
℃2元素分析値066.82%、 H5,56%、N1
2.76%となり、計算値066.14%、 1−15
.60%。
N12.96%と良い一致を示した。λmaxは399
nmで必った。
同様の方法で、別表1の各種カルボン酸を合成した。
合成例2 13.77qの水酸化ナトリウムの400 mff水溶
液にシアノ酢酸メチル34.80gを溶解させた後、窒
素雰囲気下にp−ジメチルアミノベンズアルデヒド34
.01pを加え、エタノール200 mlを加えて均−
溶実施例1 同位化学製のグルタミン酸オクタデシル誘導体(下記式
、以下018GLUと略) CIBH370Co  CHNHCo  C6H4−C
IBH370Co (CH2) 2 −O(C)12> 4 N (CH3) 3 Br0、
43m)lのクロロホルム溶液を調製する。
NaOH0,48mM、並びに5−(4−ジメチルアミ
ノフェニル)−2−シアノ−2,4−ペンタジェン酸0
.043m)fを含む水層を17℃に設定し、018G
LUのクロロホルム溶液を展開する。約20分静置後、
0.5 cm/分の速度で圧縮した。図1に示したよう
に崩壊圧50mN/IIIと安定な凝集膜の形成が認め
られた。
上記のように形成された単分子膜を、圧縮圧25mN/
mで垂直浸漬法で、石英板の昇降を繰り返した。基板の
下降時には、単分子膜の転移は起こらず、上昇時には転
移比1.0で転移することが観測された。この操作を繰
り返したところ再現良く上昇時のみ単分子膜が転移する
ことが認められた。
この操作を3回繰り返した累積膜の紫外可視スペクトル
を第2図に示した。Cl8GLU単独だけでは、認めら
れない波長430nmの吸収極大(5−(4−ジメチル
アミノフェニル)−2−シア!−2,4−ペンタジェン
酸に該当)が認められ、累積回数に応じて吸光度が増大
することが認められた。
このことは、5−(4−ジメチルアミノフェニル)−2
−シアノ−2,4−ペンタジェン酸が、018GLUと
アンモニウム塩を形成して、累積膜の構成成分であるこ
とを意味している。
この膜の膜厚方向に就いてのX線回折測定をCuKαを
X線源にしてθ/2θ法で測定を行ったところ、第3図
に示すような2θ=1.52°を主ピークとする明瞭な
回折パターンを示し、この累積膜が厚み方向に面間隔が
約58Aの規則的な構造を示していることが示唆された
。
実施例2 表1の化合物3を用いる以外は、実施例1と全く同様に
して、単分子膜の表面圧−面積曲線を求めた。第4図に
示すごとく崩壊圧は、60mN/m以上の安定な膜が形
成された。この単分子膜も実施例1と同様に、石英基板
に対して下降時には累積されず、上昇時にのみ転移比1
.0で累積され、Z膜であることが認められた。この累
積膜のX線回折から厚み方向に規則性の存在が認められ
た。
実施例3 実施例1で示される018GLUの代わりに、下記に示
すドデシルエステル誘導体く以下012GLUと略) C12H250COCHNHCo C6H4Cl2H2
50−Co−(C1−1z> 2−O(CH2) 4 
 N (CH3) 3 Br0、41118のクロロホ
ルム溶液を作成し、合成例2で示された3−(4−ジメ
チルアミノフェニル)−2−シアノプロペン酸を用いる
以外は、実施例1と同じ条件に設定し、単分子膜の形成
、並びに累積膜の作成を行った。この累積膜も基板上昇
時のみに累積されるZ膜の形成が観測された。
実施例4〜8 実施例1と同様に累積膜を作成した。表2に結果を示す
。
【図面の簡単な説明】
第1図は、5− (4−ジメチルアミノフェニル)−2
−シアノ−2,4−ペンタジェン酸を含むCl8GL[
の表面圧−面積曲線を示し、第2図は該累積膜の紫外可
視吸収スペクトルを示し、第3図は該累積膜のX線回折
の小角側のパターンを示す。 第4図は、3−(4−ジメチルアミノフエニ・ル)−2
−シアノプロペノン酸を組むCl8GLUの表面圧−面
積曲線を示す。 特 許 出 願 人 帝人株式会社 第 図 Jr00 液長(t*m) 第 図 A [QOl (hm)”/MoLEcuLE]第 図 2e(鷹)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、膜の厚み方向に周期性を有し、下記一般式( I )
    で表わされる含芳香族共役カルボン酸、Ar−(CH=
    CH)_l−CH=C(CN)−COOH…( I )[
    式中、lは0、1または2を示す。Ar−は置換または
    無置換芳香族基を表わす。] と炭素数10〜22の直鎖アルキル基を含むアミンとの
    塩から主としてなることを特徴とする累積膜。 2、一般式( I )で表わされる含芳香族共役カルボン
    酸のAr−が無置換の炭素数5〜14の芳香族基または
    一価のアルキル基、ジアルキルアミノ基、アルコキシ基
    、アルキルチオ基、ニトリル基、ニトロ基、アルコキシ
    カルボニル基、アシルオキシ基、カルバモイル基及びア
    ミド基からなる群より選ばれる一種で置換された炭素数
    5〜14の芳香族基からなることを特徴とする請求項1
    記載の累積膜。 3、炭素数10〜22の直鎖アルキル基を含むアミンが
    下記一般式(II)で表わされるアミンであることを特徴
    とする請求項1記載の累積膜。 ▲数式、化学式、表等があります▼…(II) [式中、m、m′は同一または異なる10〜22の整数
    、nは2〜14の整数、kは2または3、−A^1r−
    は炭素数6〜14の二価の芳香族炭化水素基、−Q及び
    −Wは同一または異なる水素原子または炭素数1〜5の
    アルキル基を表わす。] 4、下記一般式( I )で表わされる含芳香族共役カル
    ボン酸、 Ar−(CH=CH)_l−CH=C(CN)−COO
    H…( I )[式中、lは0、1または2を示す。Ar
    −は置換または無置換芳香族基を表わす。] を含む水溶液の表面に、炭素数10〜22の直鎖アルキ
    ル基を含むアミンを展開することにより得られる単分子
    膜を基板上に累積することを特徴とする含芳香族共役カ
    ルボン酸と直鎖アルキルアミンとの塩から主としてなる
    累積膜の製造法。
JP1011861A 1989-01-23 1989-01-23 薄膜規則性構造体 Pending JPH02193954A (ja)

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