イオン液体内包物集合体及びその製造方法
【課題】優れたイオン伝導性を示すとともに、イオン液体を化学的ないし物理的に安定化し得るイオン伝導体を得る。
【解決手段】イオン液体１６を、該イオン液体１６の融点以上の温度で分散媒中に分散して第１のエマルジョンを調製する。次に、前記第１のエマルジョンから前記イオン液体１６の固化物を粒子として得、さらに、前記粒子の表面に第１の被包材１８を形成する。同様にして、イオン液体２０から第２のエマルジョンを調製した後、前記第１のエマルジョンから前記イオン液体２０の固化物を粒子として得、さらに、前記粒子の表面に第２の被包材２２を形成する。そして、第１の被包材１８の第１の高分子と、第２の被包材２２の第２の高分子とを相互反応させる。
【解決手段】イオン液体１６を、該イオン液体１６の融点以上の温度で分散媒中に分散して第１のエマルジョンを調製する。次に、前記第１のエマルジョンから前記イオン液体１６の固化物を粒子として得、さらに、前記粒子の表面に第１の被包材１８を形成する。同様にして、イオン液体２０から第２のエマルジョンを調製した後、前記第１のエマルジョンから前記イオン液体２０の固化物を粒子として得、さらに、前記粒子の表面に第２の被包材２２を形成する。そして、第１の被包材１８の第１の高分子と、第２の被包材２２の第２の高分子とを相互反応させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高分子からなる被包材にイオン液体を内包したイオン液体内包物集合体及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
イオン液体は、例えば、プロトン（Ｈ+）やリチウムイオン（Ｌｉ+）等の各種のイオンを伝導する特性を示す液体として知られている。さらに、その蒸気圧が測定下限値を下回るとともに、凝固温度が低い性質を併せ持つ。換言すれば、殆ど揮発せず、且つ寒冷地であっても固相に変化し難い。従って、広範囲の温度域にわたって優れたイオン伝導体となり得る。このため、イオン液体は、燃料電池、二次電池、キャパシタ、色素増感型太陽電池等の各種デバイスの好適な電解質となり得る。
【０００３】
しかしながら、電解質が液体である場合、上記したデバイスが何らかの理由で破損したり、デバイスに振動が加わることでシール機能が劣化したりしたときに電解質が漏洩してしまうことが懸念される。
【０００４】
この懸念を払拭するには、非特許文献１に記載されているように、イオン液体をゲル化してイオンゲルとすることが有効であるとも考えられる。この場合、イオン液体は、高分子が形成するネットワークの中に取り込まれることで該高分子と相溶化し、これにより弾力性を示す固相（すなわち、イオンゲル）となる。このような固相のイオンゲルを電解質として採用した場合、仮にデバイスが破損したとしても、電解質が固相であるために漏洩することが回避される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】シロウ・セキ（Shiro Seki）ら著、「ジャーナル・オブ・フィジックスケミカルビー（J. Phys. Chem. B）」 ２００５年発行 第１０９巻第９号 第３８８６頁〜第３８９２頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
イオンゲルに含まれる高分子のネットワークは、イオン伝導性を示さない。従って、イオンゲル中の高分子が多くなるほど該イオンゲルのイオン伝導性が低下する。しかしながら、高分子を少なくすると、固相を保つことが困難となる。
【０００７】
しかも、イオンゲルを得るためには、高分子として、イオン液体に溶解するものを選定しなければならないが、そのためにイオン液体の運動性が阻害され、その結果、イオン液体に比してイオン伝導性等の諸機能が低下するという不具合が顕在化している。
【０００８】
また、前記高分子がなすネットワークにおける１つの網目のサイズは、イオン液体の分子のサイズに比して著しく大きい。このため、イオンゲルにおけるイオン液体の保持力はさほど大きくはない。従って、イオンゲルが、イオン液体と親和性の高い物質に接触した場合、イオン液体がイオンゲルから前記物質に移動する。すなわち、イオン液体がインゲルから流出してしまう。
【０００９】
例えば、プロトン伝導性を示すイオンゲルを燃料電池の電解質とした場合、燃料電池では、発電反応によって電解質と電極との界面に水が生成する。一方、プロトン伝導性を示すイオン液体は概して親水性が大きく、このため、電解質に含まれるイオン液体が反応生成物である水に移動する可能性がある。水は燃料電池の外部に排出されるので、イオン液体が水に移動している場合、該イオン液体も同時に排出されることになる。従って、このような事態が生じると、プロトン伝導性が低下するという不具合を招く。
【００１０】
本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、優れたイオン伝導性を示すとともに、イオン液体を良好に保持し得るイオン液体内包物集合体及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記の目的を達成するために、本発明は、第１の高分子からなる第１の被包材にイオン液体又はその固化物を内包した第１のイオン液体内包粒体と、第２の高分子からなる第２の被包材にイオン液体又はその固化物を内包した第２のイオン液体内包粒体とが集合して形成されるイオン液体内包物集合体であって、
互いに隣接する前記第１のイオン液体内包粒体の前記第１の被包材と、前記第２のイオン液体内包粒体の前記第２の被包材とが化学的に結合して反応生成物を形成していることを特徴とする。
【００１２】
なお、被包材に内包されたものがイオン液体であるか、又はその固化物であるかは、イオン液体の融点や、イオン液体内包物集合体の使用温度に応じて変化する。例えば、室温ではイオン液体の固化物が内包されていたとしても、イオン液体内包粒物集合体が前記イオン液体の融点以上の環境下で使用されるとき、使用状況下で被包材に内包されているのはイオン液体である。また、融点が１０℃付近であるイオン液体を内包している場合、室温であっても、液相のイオン液体が内包されることになる。
【００１３】
このような構成においては、イオン液体又はその固化物が２つの被包材、ないしはこれらの被包材の反応生成物によって遮蔽される。従って、イオン液体内包物集合体が、イオン液体と親和性が高い物質に接触したときであっても、イオン液体内包粒体に含まれるイオン液体が前記物質に移動することが防止される。換言すれば、イオン液体が物理的又は化学的に安定となり、イオン液体内包粒体、ひいてはイオン液体内包物集合体に強力に保持される。
【００１４】
すなわち、本発明によれば、イオン液体が流出ないし漏洩することが有効に防止される。このため、例えば、イオン液体内包物集合体を電解質とした場合、イオン液体の量が低減することに起因して該電解質のイオン伝導性が低下することを回避することができる。従って、燃料電池等の電気的特性を長時間にわたって維持することが容易である。
【００１５】
しかも、このイオン液体内包物集合体は可塑性に富む。このため、デバイスの形状に応じて所望の形状とすることが可能である。
【００１６】
なお、高分子からなる被包材はイオン伝導性を示さないものの、その厚みが僅かであるので、内包するイオン液体のイオン伝導性を妨げることが回避される。すなわち、イオン液体内包物集合体としたことに伴ってイオン伝導性が著しく低減されることはない。
【００１７】
上記した第１の高分子及び第２の高分子の好適な例としては、反応性官能基を有するものが挙げられる。この場合、介在物は、第１の高分子と第２の高分子とが、前記反応性官能基同士を介する架橋反応を起こすことで生成する。
【００１８】
第１のイオン液体内包粒体及び第２のイオン液体内包粒体の粒径は、１ｎｍ〜１ｍｍの範囲内であることが好ましい。なお、粒径は、走査型電子顕微鏡で二次元平面として視認される粒体（概ね楕円形状か真円形状）の長径と短径の平均値として定義される。
【００１９】
粒径が１ｎｍよりも小さいと、イオン液体内包粒体中のイオン液体の分子数が十分でなくなるのでイオン伝導度が低下する傾向がある。また、１ｍｍを超えると、可塑性が低下することがある。第１のイオン液体内包粒体及び第２のイオン液体内包粒体の一層好ましい粒径は、１０ｎｍ〜１００μｍである。
【００２０】
また、本発明は、イオン液体を、該イオン液体の融点以上の温度で第１分散媒中に分散して第１のエマルジョンを調製する工程と、
前記第１のエマルジョンを、前記イオン液体の融点よりも低温であり且つ前記第１分散媒の融点以上の温度として、前記イオン液体の固化物を第１粒子として得る工程と、
前記第１粒子を前記分散媒から分離した後、第２分散媒に添加し、前記イオン液体の融点よりも低温であり且つ前記第２分散媒の融点以上の温度で、第１の高分子からなる第１の被包材を前記第１粒子の表面に形成して、第１のイオン液体内包粒体を得る工程と、
イオン液体を、該イオン液体の融点以上の温度で第３分散媒中に分散して第２のエマルジョンを調製する工程と、
前記第２のエマルジョンを、前記イオン液体の融点よりも低温であり且つ前記第３分散媒の融点以上の温度として、前記イオン液体の固化物を第２粒子として得る工程と、
前記第２粒子を前記第３分散媒から分離した後、第４分散媒に添加し、前記イオン液体の融点よりも低温であり且つ前記第４分散媒の融点以上の温度で、第２の高分子からなる第２の被包材を前記第２粒子の表面に形成して、第２のイオン液体内包粒体を得る工程と、
前記第１のイオン液体内包粒体の前記第１の被包材をなす前記第１の高分子と、前記第２のイオン液体内包粒体の前記第２の被包材をなす前記第２の高分子とを、同一の溶媒中で反応させ、互いに隣接する前記第１のイオン液体内包粒体の前記第１の被包材と、前記第２のイオン液体内包粒体とを化学的に結合させるとともに、前記第１の高分子と前記第２の高分子の反応生成物を形成してイオン液体内包物集合体を得る工程と、
を有することを特徴とする。
【００２１】
このような過程を経ることにより、上記したイオン液体内包粒体を容易に得ることができる。
【００２２】
なお、第１の被包材、第２の被包材は、モノマーを重合することによって形成することができる。重合によって得られた高分子を、さらに架橋するようにしてもよい。又は、第１の被包材、第２の被包材を、高分子を架橋することによって形成することも可能である。
【００２３】
第１分散媒、第３分散媒には、界面活性剤を添加するようにしてもよい。この界面活性剤の作用により、第１のエマルジョン、第２のエマルジョンの形成が促進されるとともに、形成された第１のエマルジョン、第２のエマルジョンが破壊されることが阻害される。従って、微細な第１のエマルジョン、第２のエマルジョン、ひいては微細なイオン液体の固化物を得ることが容易となる。結局、第１のイオン液体内包粒体、第２のイオン液体内包粒体を微細なものとして得ることができる。第１の被包材、第２の被包材を形成した後に残留した過剰の界面活性剤は、水等の溶媒で洗浄することによって除去するようにすればよい。
【００２４】
第１のイオン液体内包粒体、第２のイオン液体内包粒体は、粒径が１ｎｍ〜１ｍｍの範囲内であることが好ましい。粒径や第１の被包材、第２の被包材の厚みは、例えば、反応時間を適宜設定することで調節することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、イオン液体内包粒子を構成する被包材を、隣接するイオン液体内包粒体を構成する被包材と反応させるようにしている。イオン液体は、この反応生成物、ないしは前記被包材によって保護されるので、該イオン液体内包粒子のイオン液体を十分に保持することができる。このため、イオン液体内包物集合体が、イオン液体と親和性の高い物質に接触したときであっても、イオン液体が前記物質に移動することが防止される。
【００２６】
従って、このイオン液体内包物集合体を、例えば、燃料電池の電解質に採用した場合、運転（電極反応）に伴って生成した水にイオン液体が同伴されて流出することが回避される。このため、イオン伝導性が低下することが回避されるので、長期間にわたって良好な発電特性を維持することができる。
【００２７】
しかも、イオン液体内包粒子が微細であるので、該イオン液体内包粒子を含むイオン液体内包物集合体が可塑性に富む。このため、所望の形状とすることが容易である。すなわち、例えば、燃料電池の電解質を所望の形状のものとして得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施の形態に係るイオン液体内包物集合体の模式的な断面図である。
【図２】図１のイオン液体内包物集合体を構成する第１のイオン液体内包粒子（又は第２のイオン液体内包粒子）の模式的な断面図である。
【図３】実施例１のイオン液体の凝固物の光学顕微鏡写真である。
【図４】実施例１の第１のイオン液体内包粒子の光学顕微鏡写真である。
【図５】図４の第１のイオン液体内包粒子を乾燥して得た乾燥物の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。
【図６】実施例１の第２のイオン液体内包粒子の光学顕微鏡写真である。
【図７】図６の第２のイオン液体内包粒子をエタノールに浸漬して得た浸漬物の光学顕微鏡写真である。
【図８】図７の第２のイオン液体内包粒子を乾燥して得た乾燥物のＳＥＭ写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明に係るイオン液体内包物集合体及びその製造方法につき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００３０】
図１は、本実施の形態に係るイオン液体内包物集合体１０の模式的な断面図である。このイオン液体内包物集合体１０は、第１のイオン液体内包粒体１２と、第２のイオン液体内包粒体１４とが凝集することで構成されている。なお、図１では、理解を容易にするべく、第１のイオン液体内包粒体１２と第２のイオン液体内包粒体１４を整列させて示しているが、実際の第１のイオン液体内包粒体１２及び第２のイオン液体内包粒体１４の配列はランダムである。
【００３１】
直径に沿う断面を模式的に示した図２から諒解されるように、第１のイオン液体内包粒体１２は、液相又は固相のイオン液体１６が第１の高分子からなる第１の被包材１８で被覆されて構成される微細な粒体、換言すれば、微粒子である。なお、この場合、第１のイオン液体内包粒体１２は概ね球体に近似される。
【００３２】
第１のイオン液体内包粒体１２の好適な粒径（Ｄ１とＤ２の平均値）は、１ｎｍ〜１ｍｍの範囲内である。１ｎｍよりも小さいと、第１のイオン液体内包粒体１２中のイオン液体の分子数が十分でなくなるのでイオン伝導度が低下する傾向がある。また、１ｍｍを超えると、可塑性が低下するのでイオン液体内包物集合体１０を所望の形状とすることが容易でなくなる。第１のイオン液体内包粒体１２の一層好適な粒径は、１０ｎｍ〜１００μｍである。
【００３３】
イオン液体内包物集合体１０を電解質として採用する場合、イオン液体１６としては、目的とするイオンを伝導することが可能な物質を選定すればよい。例えば、燃料電池の電解質とする場合、プロトンを伝導可能な物質を選定するようにする。このようなイオン液体１６の具体例としては、ジメチルエチルアミントリフルオロメタンスルホネート、ジエチルメチルアミンメタンスルホネート、ジエチルメチルアミンビス（トリフルオロメタン）スルホンイミド、ジメチルエチルアミンビス（トリフルオロメタン）スルホンイミド、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムメタンスルホネート等を挙げることができる。
【００３４】
一方、第１の被包材１８をなす第１の高分子としては、反応性官能基を有する重合性モノマーの重合体のゲルを例示することができる。重合性モノマーの好適な具体例としては、ポリアクリル酸メチル、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸メチル、ポリメタクリル酸、ポリアクリルアミド、ポリアクリロニトリル、ポリヒドロキシエチルメタクリレート、ポリ酢酸ビニル等の重合性ビニルモノマーが挙げられる。すなわち、下記に示すような高分子である。
【００３５】
【化１】
【００３６】
【化２】
【００３７】
【化３】
【００３８】
第１の被包材１８は、上記したような第１の高分子が、第１の被包材１８を形成する際に使用した分散媒を吸収することによって形成された高分子ゲルからなる。なお、分散媒については後に詳述する。
【００３９】
高分子ゲルは、架橋重合体のゲルであることが一層好ましい。この場合、第１の被包材１８に適度な強度が発現して破損し難くなるとともに、イオン液体１６が膨潤したときであっても変形することが防止されるからである。
【００４０】
第１の被包材１８の厚みＴは、０．１ｎｍ〜１００μｍであることが好ましい。厚みＴが０．１ｎｍ未満であると、第１の被包材１８としての強度、すなわち、粒子としての強度を確保することが容易ではない。また、１００μｍを超えると、イオン伝導に対する抵抗が大きくなる。
【００４１】
以上のようなイオン液体１６及び第１の被包材１８を有する第１のイオン液体内包粒体１２の粒径は、走査型電子顕微鏡で二次元平面として視認される第１のイオン液体内包粒体１２の長径と短径、すなわち、図２におけるＤ１とＤ２の平均値として示されるが、多くの場合で、Ｄ１とＤ２は略同等である。
【００４２】
第１のイオン液体内包粒体１２の好適な粒径（Ｄ１とＤ２の平均値）は、１ｎｍ〜１ｍｍの範囲内である。１ｎｍよりも小さいと、イオン液体１６の分子数が十分でなくなり、イオン伝導度が低下する傾向がある。また、１ｍｍを超えると、イオン液体内包物集合体１０の可塑性が低下するので該イオン液体内包物集合体１０を所望の形状とすることが容易でなくなる。第１のイオン液体内包粒体１２の一層好適な粒径は、１０ｎｍ〜１００μｍである。
【００４３】
残余の第２のイオン液体内包粒体１４も、第１のイオン液体内包粒体１２と略同様に、概ね球体に近似される微細な粒体、すなわち、微粒子である。また、その粒径も第１のイオン液体内包粒体１２と同様に、図２に示されるＤ１とＤ２の平均値として求められる。粒径の好適な範囲及びその理由も、上記した通りである。
【００４４】
第２のイオン液体内包粒体１４は、液相又は固相のイオン液体２０が第２の高分子からなる第２の被包材２２で被覆されて構成される。
【００４５】
イオン液体内包物集合体１０を燃料電池の電解質として採用する場合、上記したようなプロトンを伝導可能な物質をイオン液体２０として選定すればよい。このイオン液体２０は、第１のイオン液体内包粒体１２に含まれるイオン液体１６と同一の物質であってもよいし、別の物質であってもよい。
【００４６】
一方、第２の被包材２２をなす第２の高分子としては、前記第１の被包材１８をなす前記第１の高分子と相互反応を起こすものが選定される。例えば、第１の高分子の反応性官能基と相互反応を起こす反応性官能基を有するものが好ましい。
【００４７】
具体的には、第１の高分子の反応性官能基が−ＣＯＯＨ、−ＳＯ3Ｈ、−ＯＰ（ＯＨ3）等の酸性基である場合、第２の高分子としては、−ＮＨ、−ＯＨ、−ＳＨ等のような塩基性基を有する物質が選定される。その反対に、第１の高分子の反応性官能基が塩基性基である場合、第２の高分子としては、酸性基を有する物質が選定される。
【００４８】
また、第１の高分子の反応性官能基が−ＮＨであるときには、第２の高分子としては、−ＮＨとともに共有結合をなす−Ｃ（＝Ｏ）−Ｒ、−Ｃ＝Ｃ−Ｒ、又は−Ｃ（＝Ｏ）ＮＨを具備する物質が選定され、逆に、第１の高分子の反応性官能基が−Ｃ（＝Ｏ）−Ｒ、−Ｃ＝Ｃ−Ｒ、又は−Ｃ（＝Ｏ）ＮＨのいずれかであるときには、これらのいずれかとともに共有結合をなす−ＮＨを具備する物質が選定される。
【００４９】
第１の高分子と第２の高分子の組み合わせの一例として、ポリアクリル酸とポリエチレンイミンが挙げられる。
【００５０】
第１の被包材１８と第２の被包材２２は、相互反応を起こす。これにより第１の被包材１８と第２の被包材２２が化学的に結合する。このため、隣接する第１のイオン液体内包粒体１２と第２のイオン液体内包粒体１４は、図１からも諒解されるように、化学的に結合した第１の被包材１８と第２の被包材２２を介して堅牢に接合している。
【００５１】
また、相互反応に伴い、互いの界面に反応生成物が生成する。場合によっては、第１の被包材１８と第２の被包材２２の全体が前記反応生成物となり、イオン液体１６、２０の双方を囲繞することもある。なお、反応生成物の典型的な例は、架橋重合体である。
【００５２】
イオン液体１６、２０は、第１の被包材１８、第２の被包材２２ないしは両被包材１８、２２の反応生成物で被覆されている。これら被包材１８、２２ないしはその反応生成物が、イオン液体１６、２０を保護する保護膜として機能する。すなわち、第１のイオン液体内包粒体１２に含まれるイオン液体１６、又は第２のイオン液体内包粒体１４に含まれるイオン液体２０に対して親和性が高い物質とイオン液体内包物集合体１０が仮に接触したとしても、被包材１８、２２ないしはその反応生成物がブロック作用を営むため、イオン液体１６、２０が前記物質に移動することが阻止される。
【００５３】
以上のように、第１のイオン液体内包粒体１２を構成する第１の被包材１８（第１の高分子）と、第２のイオン液体内包粒体１４を構成する第２の被包材２２（第２の高分子）とを相互反応させることで得られたイオン液体内包物集合体１０においては、イオン液体を化学的ないし物理的に安定な状態に維持することが著しく容易である。このため、イオン液体内包物集合体１０を燃料電池の電解質とした場合、イオン液体１６、２０が生成水に移動すること、ひいては生成水に同伴されて燃料電池の外部に排出されることを防止することができるので、燃料電池の発電性能を維持することができる。
【００５４】
また、イオン液体内包物集合体１０は可塑性に富むので、所望の形状とすることが可能である。従って、例えば、デバイスに応じた所望の形状の電解質を得ることができる。しかも、この場合、電解質を構成するイオン液体内包物集合体１０が被包材１８、２２ないしはその反応生成物を有するので、破損が生じ難い。
【００５５】
次に、上記したイオン液体内包物集合体１０の製造方法につき説明する。イオン液体内包物集合体１０は、先ず、第１のイオン液体内包粒体１２と第２のイオン液体内包粒体１４を個別に得、次に、第１のイオン液体内包粒体１２の第１の被包材１８（第１の高分子）と、第２のイオン液体内包粒体１４の第２の被包材２２（第２の高分子）とを相互反応させることで得ることができる。
【００５６】
第１のイオン液体内包粒体１２を得る方法につき具体的に説明すると、はじめに、第１のイオン液体内包粒体１２を得るためのイオン液体１６を第１分散媒に添加する。ここで、「分散媒」とは、イオン液体１６（２０）の添加後に静置した際、該イオン液体１６（２０）と互いに相分離を起こすものを指称する。以降においても同様である。
【００５７】
イオン液体１６が上記したような物質である場合、第１分散媒としては、ｎ−ヘキサン、ｎ−ドデカン、トルエン等の各種有機溶媒を選定すればよい。又は、水を用いてもよい。この場合、安価であり、且つハンドリングが容易である等の利点がある。
【００５８】
なお、後述する理由から、第１分散媒に対して界面活性剤を予め添加しておくことが好ましい。第１分散媒が水である場合、界面活性剤の好適な例としては、非イオン活性剤であって且つＨＬＢの値が１２以上のものが挙げられる。一方、イオン液体１６が親水性であり且つ第１分散媒が疎水性の有機溶媒である場合、ＨＬＢの値が６以下のものが好ましい。
【００５９】
以上の第１分散媒に対してイオン液体１６を添加した後、エマルジョンを形成するべく、イオン液体１６を粒状に分散させる。このためには、マグネチックスターラ、撹拌翼、ホモジナイザ又は超音波分散装置等を用い、強制的な機械的撹拌を行えばよい。
【００６０】
このような強制撹拌により、イオン液体１６が第１分散媒中に粒状に分散する。その結果、第１のエマルジョンが形成される。なお、第１分散媒に界面活性剤が添加されている場合、第１のエマルジョンの形成が促進されるとともに、形成された第１のエマルジョンが破壊されることが阻害される。すなわち、第１のエマルジョンを微細形状に維持することが容易となる。
【００６１】
次に、第１のエマルジョンを含んだ第１分散媒を冷却し、該第１分散媒の温度を、イオン液体１６の融点よりも低温であり且つ第１分散媒の融点以上の温度とする。冷却に際しては、第１分散媒を収容した容器をオイルバスに浸漬する等すればよい。この冷却により、前記第１のエマルジョン（イオン液体１６）が固化する。すなわち、粒状となったイオン液体１６が、この状態で固化物、換言すれば、粒子となる。この粒子（固化物）を、例えば、精密濾過を行うこと等によって第１分散媒と分離する。
【００６２】
次に、前記粒子の表面に第１の被包材１８を形成する。ここで、第１の被包材１８は、以下に説明する第１の手法、又は第２の手法によって形成することができる。
【００６３】
第１の手法は、上記したようなモノマーを粒子の表面で重合させて第１の高分子を得るものである。なお、得られた第１の高分子をさらに架橋するようにしてもよい。
【００６４】
この場合、モノマーを溶媒に溶解する。溶媒としては、モノマーを溶解することが可能であり、且つ粒状化したイオン液体１６に比して融点が低いものを選定すればよい。具体的には、水や各種有機溶媒が挙げられる。又は、粒状化したイオン液体１６とは別のイオン液体であって、モノマーを溶解することが可能であり、且つ粒状化したイオン液体１６に比して融点が低いイオン液体であってもよい。
【００６５】
この溶液には、さらに、モノマーの重合を促進するための重合開始剤又は架橋剤の少なくともいずれか一方を添加することもできる。
【００６６】
イオン液体１６及びモノマーが上記した物質である場合、重合開始剤の好適な例としては、ラウロイルパーオキサイド、アゾビスイソブチロニトリル、２、２’−アゾビス（２−メチルプロピオンアミド）ジヒドロクロライド、過酸化ベンゾイル等、分解に伴ってラジカルを発生し得る物質が挙げられる。また、架橋剤の好適な例としては、Ｎ，Ｎ−メチレンビスアクリルアミド、エチレングリコールジメタクリレート、ポリエチレンイミン、グルタルアルデヒド等、反応性官能基を複数個有するものが挙げられる。
【００６７】
以上のような物質が添加されることで調製された溶液に対し、イオン液体１６の固化物を添加する。この溶液を、上記したような機械的撹拌によって強制的に撹拌する。これにより、固化物が溶液中に分散する。
【００６８】
次に、固化物が分散した溶液を、別途用意した第２分散媒に混合して、強制撹拌を行う。なお、この第２分散媒にも上記したような界面活性剤を添加しておくことが好ましい。
【００６９】
この状態で放置すれば、粒子の表面でモノマーの重合が自発的に開始して進行する。又は、前記溶液と第２分散媒との混合溶液の温度が上昇しない程度に紫外線を照射することで重合を開始させるようにしてもよい。なお、混合溶液の温度が過度に高いと、第１のエマルジョンが破壊され易くなる傾向がある。従って、混合溶液を収容した容器をオイルバスに浸漬する等して冷却を行い、混合溶液の温度を４０℃以下に保つことが好ましい。
【００７０】
モノマーの重合が進行すると、第１の高分子のネットワークが形成されるとともに、該ネットワーク中に第２分散媒が取り込まれる。その結果、第１の高分子に第２分散媒が吸収された高分子ゲルからなる第１の被包材１８が生成する。これにより、イオン液体１６の固化物が第１の被包材１８に内包された粒状物（第１のイオン液体内包粒体１２）が得られる。
【００７１】
次に、第２の手法につき説明する。
【００７２】
第２の手法は、高分子を粒子の表面で架橋させて架橋重合体を得るものである。このような高分子の好適な例としては、ポリアクリル酸メチル、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸メチル、ポリメタクリル酸、ポリアクリルアミド、ポリアクリロニトリル、ポリヒドロキシエチルメタクリレート、ポリ酢酸ビニルが重合したもの等が挙げられる。
【００７３】
この場合、高分子及び架橋剤を溶媒に溶解する。溶媒及び架橋剤の好適な例は、上記した通りである。
【００７４】
このようにして調製された溶液に対し、イオン液体の固化物を添加する。この溶液を、上記したような機械的撹拌によって強制的に撹拌する。これにより、固化物が溶液中に分散する。
【００７５】
次に、固化物が分散した溶液を、別途用意した第２分散媒に混合して混合溶液とするとともに、強制撹拌を行う。なお、この第２分散媒にも上記したような界面活性剤を添加しておくことが好ましい。
【００７６】
この状態で放置すれば、粒子の表面で高分子の架橋が自発的に開始して進行する。なお、混合溶液の温度が過度に高いと、第１のエマルジョンが破壊され易くなる傾向がある。従って、混合溶液を収容した容器をオイルバスに浸漬する等して冷却を行い、混合溶液の温度を４０℃以下に保つことが好ましい。
【００７７】
高分子の架橋が進行すると、第１の高分子のネットワークが形成されるとともに、該ネットワーク中に第２分散媒が取り込まれる。その結果、架橋重合体に第２分散媒が吸収された高分子ゲル、すなわち、第１の被包材１８が生成する。これにより、イオン液体１６の固化物が第１の被包材１８に内包された粒状物、すなわち、第１のイオン液体内包粒体１２が得られる。
【００７８】
このようにして得られた粒状物を室温で放置した場合、第１の被包材１８に内包された固化物の融点が室温以下であれば、該固化物が溶融して液相となる。これにより、液相のイオン液体１６が第１の被包材１８に内包された第１のイオン液体内包粒体１２となる。
【００７９】
第１手法又は第２手法のいずれにおいても、得られた粒状物は、前記第１のエマルジョンを固化したものに第１の被包材１８を形成することで得られたものであるので、微細である。すなわち、粒径が１ｎｍ〜１ｍｍの微粒子となる。なお、粒径は、例えば、反応時間を適宜設定することで調節することができる。
【００８０】
その一方で、第２のイオン液体内包粒体１４を生成させる。このためには、上記に準拠した操作を行えばよい。
【００８１】
すなわち、第２のイオン液体内包粒体１４を得るためのイオン液体２０を第３分散媒に添加する。この第３分散媒としては、上記同様にｎ−ヘキサン、ｎ−ドデカン、トルエン等の各種有機溶媒や、水を選定すればよい。また、イオン液体２０は、第１のイオン液体内包粒体１２を得る際に用いたイオン液体１６と同一物質であってもよいし、別の物質であってもよい。
【００８２】
以降は上記に従って、第２のエマルジョンを形成する。さらに、第２のエマルジョンを固化して粒子（固化物）とし、この粒子を、例えば、精密濾過を行うこと等によって第３分散媒と分離する。
【００８３】
次に、前記粒子の表面に第２の被包材２２を形成する。
【００８４】
上記した第１の手法を実施する場合には、第２の高分子となるモノマーを溶媒に溶解する。ここで、第１の高分子が、−ＣＯＯＨ、−ＳＯ3Ｈ、−ＯＰ（ＯＨ3）等の酸性の反応性官能基を有する物質である場合、第２の高分子を得るためのモノマーとしては、−ＮＨ、−ＯＨ、−ＳＨ等のような塩基性基を有する物質を選定する。その反対に、第１の高分子の反応性官能基が塩基性基である場合、酸性基を有する物質を第２の高分子のモノマーとして選定する。
【００８５】
また、第１の高分子が、−ＮＨを有する物質である場合、第２の高分子としては、−ＮＨとともに共有結合をなす−Ｃ（＝Ｏ）−Ｒ、−Ｃ＝Ｃ−Ｒ、又は−Ｃ（＝Ｏ）ＮＨを具備する物質を第２の高分子のモノマーとして選定する。その反対に、第１の高分子の反応性官能基が−Ｃ（＝Ｏ）−Ｒ、−Ｃ＝Ｃ−Ｒ、又は−Ｃ（＝Ｏ）ＮＨのいずれかであるときには、これらのいずれかとともに共有結合をなす−ＮＨを具備する物質を第２の高分子のモノマーとしてとして選定する。
【００８６】
溶媒としては、上記したようなモノマーを溶解することが可能であり、且つ粒状化したイオン液体２０に比して融点が低いもの、具体的には、水や各種有機溶媒を用いればよい。勿論、粒状化したイオン液体２０とは別のイオン液体であって、モノマーを溶解することが可能であり、且つ粒状化したイオン液体２０に比して融点が低いイオン液体であってもよい。
【００８７】
この溶液には、さらに、モノマーの重合を促進するための重合開始剤又は架橋剤の少なくともいずれか一方を添加することもできる。重合開始剤としては、上記同様にラウロイルパーオキサイド、アゾビスイソブチロニトリル、２、２’−アゾビス（２−メチルプロピオンアミド）ジヒドロクロライド、過酸化ベンゾイル等を用いることができる。架橋剤も、上記と同様に、Ｎ，Ｎ−メチレンビスアクリルアミド、エチレングリコールジメタクリレート、ポリエチレンイミン、グルタルアルデヒド等を用いればよい。
【００８８】
以上のような物質が添加されることで調製された溶液に対し、イオン液体２０の固化物を添加する。この溶液を、上記したような機械的撹拌によって強制的に撹拌する。これにより、固化物が溶液中に分散する。
【００８９】
次に、固化物が分散した溶液を、別途用意した第４分散媒に混合して、強制撹拌を行う。なお、この第４分散媒にも上記したような界面活性剤を添加しておくことが好ましい。
【００９０】
この状態で放置すれば、粒子の表面でモノマーの重合が自発的に開始して進行する。又は、前記溶液と第４分散媒との混合溶液の温度が上昇しない程度に紫外線を照射することで重合を開始させるようにしてもよい。なお、混合溶液の温度が過度に高いと、第２のエマルジョンが破壊され易くなる傾向がある。従って、混合溶液を収容した容器をオイルバスに浸漬する等して冷却を行い、混合溶液の温度を４０℃以下に保つことが好ましい。
【００９１】
モノマーの重合が進行すると、第２の高分子のネットワークが形成されるとともに、該ネットワーク中に第４分散媒が取り込まれる。その結果、第２の高分子に第４分散媒が吸収された高分子ゲルからなる第２の被包材２２が生成する。これにより、イオン液体２０の固化物が第２の被包材２２に内包された粒状物（第２のイオン液体内包粒体１４）が得られる。
【００９２】
一方、第２の手法を実施する場合には、第２の高分子及び架橋剤を溶媒に溶解する。第２の高分子、溶媒及び架橋剤の好適な例は、上記した通りである。
【００９３】
このようにして調製された溶液に対し、イオン液体２０の固化物を添加する。さらに、この溶液を、上記したような機械的撹拌によって強制的に撹拌する。これにより、固化物が溶液中に分散する。
【００９４】
次に、固化物が分散した溶液を、別途用意した第４分散媒に混合して混合溶液とするとともに、強制撹拌を行う。この第４分散媒にも、上記したような界面活性剤を添加しておくことが好ましい。
【００９５】
この状態で放置すれば、粒子の表面で高分子の架橋が自発的に開始して進行する。なお、混合溶液の温度が過度に高いと、第２のエマルジョンが破壊され易くなる傾向がある。従って、混合溶液を収容した容器をオイルバスに浸漬する等して冷却を行い、混合溶液の温度を４０℃以下に保つことが好ましい。
【００９６】
高分子の架橋が進行すると、第２の高分子のネットワークが形成されるとともに、該ネットワーク中に第４分散媒が取り込まれる。その結果、架橋重合体に第４分散媒が吸収された高分子ゲル、すなわち、第２の被包材２２が生成する。これにより、イオン液体２０の固化物が第２の被包材２２に内包された粒状物、すなわち、第２のイオン液体内包粒体１４が得られる。
【００９７】
この第２のイオン液体内包粒体１４も、粒径が１ｎｍ〜１ｍｍの微粒子である。上記と同様に、粒径は、例えば、反応時間を適宜設定することで調節することができる。
【００９８】
以上のようにして得た第１のイオン液体内包粒体１２と、第２のイオン液体内包粒体１４とを同一の溶媒中で混合する。すなわち、第１のイオン液体内包粒体１２を得た混合溶液と、第２のイオン液体内包粒体１４を得た混合溶液とを混合すればよい。勿論、各混合溶液から第１のイオン液体内包粒体１２、第２のイオン液体内包粒体１４をそれぞれ分離した後、これら第１のイオン液体内包粒体１２及び第２のイオン液体内包粒体１４を同一の溶媒に添加するようにしてもよい。
【００９９】
この溶媒中で、第１の被包材１８に含まれる第１の高分子と、第２の被包材２２に含まれる第２の高分子とが相互反応を起こす。すなわち、例えば、反応性官能基同士を介する架橋反応が起こる。その結果、被包材１８、２２同士が化学的に結合するとともに、被包材１８、２２同士の界面に反応生成物が生成する。場合によっては、第１の被包材１８の全てと第２の被包材２２の全てが反応生成物となることもある。
【０１００】
以上により、第１のイオン液体内包粒体１２と、これに隣接する第２のイオン液体内包粒体１４とが反応生成物を介して凝集した被覆されたイオン液体内包物集合体１０が得られるに至る。
【０１０１】
このようにして得られたイオン液体内包物集合体１０を室温で放置した場合、被包材１８、２２に内包された固化物の融点が室温以下であれば、該固化物が溶融して液相となる。これにより、液相のイオン液体１６、２０が被包材１８、２２の各々に内包されたイオン液体内包物集合体１０となる。
【０１０２】
イオン液体１６、２０は蒸気圧が極めて低いため、イオン液体内包物集合体１０を加熱又は減圧の少なくともいずれか一方を行うことにより、被包材１８、２２中の溶媒を除去することができる。これにより、イオン伝導性が一層向上するので好ましい。なお、被包材１８、２２中の溶媒の除去は、第１のイオン液体内包粒体１２、第２のイオン液体内包粒体１４の各々に対して、凝集前に予め行ってもよいし、凝集と同時に行ってもよい。
【実施例１】
【０１０３】
開閉栓付容器に貯留した１０ｍｌの脱イオン水に対し、非イオン性界面活性剤であるイゲパールＤＭ−９７０（シグマ−アルドリッチ社製ポリオキシエチレンノニルフェノールの商品名、ＨＬＢ＝１９）を０．５ｇ溶解した。この溶液を分散媒とし、イオン液体であるジメチルエチルアミンビス（トリフルオロメタン）スルホンイミドを１．０ｇ添加した。
【０１０４】
次に、内容物を液体窒素によって凍結した後、開閉栓付容器内を真空ポンプにて減圧した。これを室温に戻すことにより、内容物を溶解した。この操作を３回繰り返すことにより、内容物及び開閉栓付容器内から酸素を除去した。さらに、開閉栓付容器内にＡｒを充填した。
【０１０５】
次に、前記内容物を、前記開閉栓付容器に貯留したまま８０℃まで加熱した。なお、ジメチルエチルアミンビス（トリフルオロメタン）スルホンイミドの融点は７８℃であるので、この際の加熱温度は、イオン液体の融点を上回っている。
【０１０６】
次に、前記内容物をマグネチックスターラで激しく撹拌することでジメチルエチルアミンビス（トリフルオロメタン）スルホンイミドを分散させてエマルジョンとした。さらに、撹拌を続行しながら室温まで冷却し、これにより、ジメチルエチルアミンビス（トリフルオロメタン）スルホンイミドを凝固させて粒状の凝固物とした。
【０１０７】
次に、精密濾過を行って凝固物と分散媒とを分離した。さらに、凝固物を脱イオン水で洗浄した。乾燥後の固化物の光学顕微鏡写真を図３に示す。この図３から、凝固物が粒状体であることが分かる。
【０１０８】
その一方で、別の開閉栓付容器に貯留した０．５ｍｌの脱イオン水に対し、０．１２５ｇ（１．７ｍｍｏｌ）のアクリル酸、０．００６ｇ（０．０４ｍｍｏｌ）のＮ，Ｎ−メチレンビスアクリルアミド、０．００６ｇ（０．０３７ｍｍｏｌ）の２，２’−アゾビス（イソブチロニトリル）を溶解した。これを「アクリル酸水溶液」と表記する。
【０１０９】
このアクリル酸水溶液を液体窒素によって凍結した後、開閉栓付容器内を真空ポンプにて減圧した。これを室温に戻すことにより、アクリル酸水溶液を溶解した。この操作を３回繰り返すことにより、アクリル酸水溶液及び開閉栓付容器内から酸素を除去した。さらに、開閉栓付容器内にＡｒを充填した。
【０１１０】
さらに、また別の開閉栓付容器に貯留した１０ｍｌのｎ−ドデカンに対し、ニッコールデカグリム５−ＩＳＶ（日光ケミカルズ社製の非イオン界面活性剤の商品名、ＨＬＢ＝３．５）を０．５ｇ溶解したものを分散媒として調製した。これを「ｎ−ドデカン分散媒」と表記する。
【０１１１】
このｎ−ドデカン分散媒を液体窒素によって凍結した後、開閉栓付容器内を真空ポンプにて減圧した。これを室温に戻すことにより、ｎ−ドデカン分散媒を溶解した。この操作を３回繰り返すことにより、ｎ−ドデカン分散媒及び開閉栓付容器内から酸素を除去した。さらに、開閉栓付容器内にＡｒを充填した。
【０１１２】
以上により、アクリル酸が重合することを阻害する酸素を除去した。
【０１１３】
次に、室温にて、粒状体である前記凝固物、すなわち、イオン液体の微粒子の一部を前記アクリル酸水溶液に添加し、撹拌して該アクリル酸水溶液中に分散させた。
【０１１４】
次に、Ａｒ雰囲気としたグローブボックス内において、前記ｎ−ドデカン分散媒と、イオン液体の微粒子が分散した前記アクリル酸水溶液とを混合し、マグネチックスターラで激しく撹拌することで、ｎ−ドデカン分散媒に微粒子を分散させた。
【０１１５】
次に、ｎ−ドデカン分散媒を５℃に保ちながら、該ｎ−ドデカン分散媒に対し、紫外線ランプから波長３６５ｎｍの紫外線を照射してアクリル酸を重合させた。これにより、凝固物の表面にアクリル酸の部分架橋重合体からなる被包材が形成された生成物を得た。
【０１１６】
この生成物の断面の光学顕微鏡写真を図４に示す。図４から、微粒子が被包材で覆われていることが分かる。
【０１１７】
この生成物を２５℃のエタノールに１２時間浸漬した後、エタノールから分離して乾燥させた。乾燥物の電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を図５に示す。この図５から、乾燥物が、直径方向略中心近傍の外表面が陥没するとともに中空の球体が圧潰されることでリング形状を呈していることが分かる。これは、被包材に内包されていた微粒子が溶解してイオン液体に戻り、さらに、このイオン液体の良溶媒であるエタノールに溶出したことと、アクリル酸の部分架橋重合体の高分子ネットワークが乾燥によって圧潰されたことが理由であると推察される。
【０１１８】
その一方で、分子量が約１００００であるポリエチレンイミンを０．０７５ｇ秤量し、０．５ｍｌの脱イオン水に溶解した。これを「ポリエチレンイミン水溶液」と表記する。
【０１１９】
このポリエチレンイミン水溶液に対し、室温において、上述の操作で得たイオン液体の微粒子の一部を添加し、撹拌して該ポリエチレンイミン水溶液中に分散させた。
【０１２０】
次に、上記に準拠して調製したｎ−ドデカン分散媒とポリエチレンイミン水溶液とを混合し、室温にてマグネチックスターラで６０分間激しく撹拌することで、該混合溶液中にエマルジョンを分散させた。
【０１２１】
この混合溶液を水冷しながら撹拌するとともに、撹拌の最中に１重量％グルタルアルデヒド水溶液を０．１５ｇ（０．０１５ｍｍｏｌ）滴下した。その後、室温でさらに２４時間撹拌した。その結果、イオン液体の表面が、ポリエチレンイミンの架橋体からなる被包材で被覆された生成物を得た。この生成物の断面の光学顕微鏡写真を図６に示す。この図６から、微粒子が被包材で覆われていることが明らかである。
【０１２２】
次に、この生成物を２５℃のエタノールに１２時間浸漬した。この浸漬物の光学顕微鏡による断面写真を図７に示す。この図７を参照して諒解されるように、被包材内部のイオン液体がエタノールに置換され、その結果、被包材が膨潤したと考えられる二相構造が観察された。
【０１２３】
さらに、生成物を２５℃のエタノールに１２時間浸漬した後、エタノールから分離して乾燥させた。乾燥物のＳＥＭ写真を図８に示す。
【０１２４】
この図８から分かるように、この乾燥物もまた、直径方向略中心近傍の外表面が陥没するとともに中空の球体が圧潰されることでリング形状を呈していた。この理由は、被包材に内包されていた微粒子が溶解してイオン液体に戻り、さらに、このイオン液体の良溶媒であるエタノールに溶出したため、及び、ポリエチレンイミンの高分子ネットワークが乾燥によって圧潰されためであると推察される。
【０１２５】
次に、イオン液体がアクリル酸の部分架橋重合体からなる被包材で被覆された粒状物を含む液と、イオン液体がポリエチレンイミンの架橋重合体からなる被包材で被覆された粒状物を含む液とを室温で混合し、撹拌した。その後、双方の液が均一に混合したことが確認された時点で撹拌を停止した。
【０１２６】
次に、混合溶液中の沈殿物を遠心分離によって分離し、ｎ−ドデカンで洗浄した。さらに６０℃で真空乾燥し、イオン液体内包物集合体の乾式粉末とした。
【０１２７】
この乾式粉末を用い、水素雰囲気下において、１２０℃で直流四端子法でプロトン伝導度を測定したところ、３．２×１０-2Ｓ／ｃｍであった。
【０１２８】
また、乾式粉末を蒸留水に浸漬して室温で１２時間放置し、その後、遠心分離で蒸留水と分離して再度乾燥したところ、蒸留水に溶出することに伴う重量減少は０．８重量％であった。
【実施例２】
【０１２９】
アクリル酸、Ｎ，Ｎ−メチレンビスアクリルアミドの各溶解量を０．２５ｇ（３．５ｍｍｏｌ）、０．０１２ｇ（０．０７８ｍｍｏｌ）に設定し、且つ重合剤として０．０１２ｇ（０．０７３ｍｍｏｌ）の２，２’−アゾビス（２−メチルプロピオンアミジン）ジヒドロクロライドを用いるとともに、ポリエチレンイミンの溶解量を０．１５ｇ（３．５ｍｍｏｌ）、１重量％グルタルアルデヒド水溶液の添加量を０．３ｇ（０．０３ｍｍｏｌ）としたことを除いては実施例１と同様にして、イオン液体内包物集合体の乾式粉末を得た。
【０１３０】
この乾式粉末を用い、水素雰囲気下において、１２０℃で直流四端子法でプロトン伝導度を測定したところ、２．５×１０-2Ｓ／ｃｍであった。また、乾式粉末を蒸留水に浸漬して室温で１２時間放置し、その後、遠心分離で蒸留水と分離して再度乾燥したところ、蒸留水に溶出することに伴う重量減少は０．３重量％であった。
【実施例３】
【０１３１】
ポリエチレンイミンとして分子量が約１２００のものを選定し、その溶解量を０．０７５ｇとした。また、１重量％グルタルアルデヒド水溶液の添加量を０．３ｇ（０．０３ｍｍｏｌ）とした。それ以外は実施例１、２と同様にして、イオン液体内包物集合体の乾式粉末を得た。
【０１３２】
この乾式粉末を用い、水素雰囲気下において、１２０℃で直流四端子法でプロトン伝導度を測定したところ、２．５×１０-2Ｓ／ｃｍであった。また、乾式粉末を蒸留水に浸漬して室温で１２時間放置し、その後、遠心分離で蒸留水と分離して再度乾燥したところ、蒸留水に溶出することに伴う重量減少は０．３重量％であった。
【実施例４】
【０１３３】
アクリル酸、Ｎ，Ｎ−メチレンビスアクリルアミド、２，２’−アゾビス（２−メチルプロピオンアミジン）ジヒドロクロライドの各溶解量を０．２５ｇ（３．５ｍｍｏｌ）、０．０１２ｇ（０．０７８ｍｍｏｌ）、０．０１２ｇ（０．０７３ｍｍｏｌ）とし、分子量が約１２００のポリエチレンイミンの溶解量を０．１５ｇ（３．５ｍｍｏｌ）、１重量％グルタルアルデヒド水溶液の添加量を０．３ｇ（０．０３ｍｍｏｌ）としたことを除いては実施例１〜３と同様にして、イオン液体内包物集合体の乾式粉末を得た。
【０１３４】
この乾式粉末を用い、水素雰囲気下において、１２０℃で直流四端子法でプロトン伝導度を測定したところ、１．５×１０-2Ｓ／ｃｍであった。また、乾式粉末を蒸留水に浸漬して室温で１２時間放置し、その後、遠心分離で蒸留水と分離して再度乾燥したところ、蒸留水に溶出することに伴う重量減少は０．８重量％であった。
【実施例５】
【０１３５】
アクリル酸、Ｎ，Ｎ−メチレンビスアクリルアミド、２，２’−アゾビス（２−メチルプロピオンアミジン）ジヒドロクロライドの各溶解量を０．５ｇ（７．０ｍｍｏｌ）、０．０２４ｇ（０．１５ｍｍｏｌ）、０．０２４ｇ（０．１５ｍｍｏｌ）とし、分子量が約１２００のポリエチレンイミンの溶解量を０．３ｇ、１重量％グルタルアルデヒド水溶液の添加量を０．６ｇ（０．０６ｍｍｏｌ）としたことを除いては実施例１〜４と同様にして、イオン液体内包物集合体の乾式粉末を得た。
【０１３６】
この乾式粉末を用い、水素雰囲気下において、１２０℃で直流四端子法でプロトン伝導度を測定したところ、４．６×１０-3Ｓ／ｃｍであった。また、乾式粉末を蒸留水に浸漬して室温で１２時間放置し、その後、遠心分離で蒸留水と分離して再度乾燥したところ、蒸留水に溶出することに伴う重量減少は０．５重量％であった。
【比較例】
【０１３７】
比較のため、ｎ−ドデカン分散媒に対して紫外線を照射しなかったこと、すなわち、アクリル酸を重合させなかったことを除いては実施例１に準拠し、ｎ−ドデカン分散媒とアクリル酸水溶液との混合溶液にイオン液体の微粒子を分散させた。次に、該微粒子を遠心分離によって前記混合溶液から分離した後、ｎ−ドデカンで洗浄し、さらに、６０℃で真空乾燥して乾式粉末とした。この乾式粉末を蒸留水に浸漬して室温で１２時間放置し、その後、遠心分離で蒸留水と分離して再度乾燥したところ、蒸留水に溶出することに伴う重量減少は５３．３重量％であり、実施例１〜５に比して著しく大きかった。
【０１３８】
以上の結果から、介在物を含むイオン液体内包物集合体とすることにより、イオン液体と親和性が高い物質と接触した場合においても、イオン液体を十分に保持し得ること、換言すれば、イオン液体が流出し難くなることが明らかである。
【符号の説明】
【０１３９】
１０…イオン液体内包物集合体 １２…第１のイオン液体内包粒体
１４…第２のイオン液体内包粒体 １６、２０…イオン液体
１８…第１の被包材 ２２…第２の被包材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高分子からなる被包材にイオン液体を内包したイオン液体内包物集合体及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
イオン液体は、例えば、プロトン（Ｈ+）やリチウムイオン（Ｌｉ+）等の各種のイオンを伝導する特性を示す液体として知られている。さらに、その蒸気圧が測定下限値を下回るとともに、凝固温度が低い性質を併せ持つ。換言すれば、殆ど揮発せず、且つ寒冷地であっても固相に変化し難い。従って、広範囲の温度域にわたって優れたイオン伝導体となり得る。このため、イオン液体は、燃料電池、二次電池、キャパシタ、色素増感型太陽電池等の各種デバイスの好適な電解質となり得る。
【０００３】
しかしながら、電解質が液体である場合、上記したデバイスが何らかの理由で破損したり、デバイスに振動が加わることでシール機能が劣化したりしたときに電解質が漏洩してしまうことが懸念される。
【０００４】
この懸念を払拭するには、非特許文献１に記載されているように、イオン液体をゲル化してイオンゲルとすることが有効であるとも考えられる。この場合、イオン液体は、高分子が形成するネットワークの中に取り込まれることで該高分子と相溶化し、これにより弾力性を示す固相（すなわち、イオンゲル）となる。このような固相のイオンゲルを電解質として採用した場合、仮にデバイスが破損したとしても、電解質が固相であるために漏洩することが回避される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】シロウ・セキ（Shiro Seki）ら著、「ジャーナル・オブ・フィジックスケミカルビー（J. Phys. Chem. B）」 ２００５年発行 第１０９巻第９号 第３８８６頁〜第３８９２頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
イオンゲルに含まれる高分子のネットワークは、イオン伝導性を示さない。従って、イオンゲル中の高分子が多くなるほど該イオンゲルのイオン伝導性が低下する。しかしながら、高分子を少なくすると、固相を保つことが困難となる。
【０００７】
しかも、イオンゲルを得るためには、高分子として、イオン液体に溶解するものを選定しなければならないが、そのためにイオン液体の運動性が阻害され、その結果、イオン液体に比してイオン伝導性等の諸機能が低下するという不具合が顕在化している。
【０００８】
また、前記高分子がなすネットワークにおける１つの網目のサイズは、イオン液体の分子のサイズに比して著しく大きい。このため、イオンゲルにおけるイオン液体の保持力はさほど大きくはない。従って、イオンゲルが、イオン液体と親和性の高い物質に接触した場合、イオン液体がイオンゲルから前記物質に移動する。すなわち、イオン液体がインゲルから流出してしまう。
【０００９】
例えば、プロトン伝導性を示すイオンゲルを燃料電池の電解質とした場合、燃料電池では、発電反応によって電解質と電極との界面に水が生成する。一方、プロトン伝導性を示すイオン液体は概して親水性が大きく、このため、電解質に含まれるイオン液体が反応生成物である水に移動する可能性がある。水は燃料電池の外部に排出されるので、イオン液体が水に移動している場合、該イオン液体も同時に排出されることになる。従って、このような事態が生じると、プロトン伝導性が低下するという不具合を招く。
【００１０】
本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、優れたイオン伝導性を示すとともに、イオン液体を良好に保持し得るイオン液体内包物集合体及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記の目的を達成するために、本発明は、第１の高分子からなる第１の被包材にイオン液体又はその固化物を内包した第１のイオン液体内包粒体と、第２の高分子からなる第２の被包材にイオン液体又はその固化物を内包した第２のイオン液体内包粒体とが集合して形成されるイオン液体内包物集合体であって、
互いに隣接する前記第１のイオン液体内包粒体の前記第１の被包材と、前記第２のイオン液体内包粒体の前記第２の被包材とが化学的に結合して反応生成物を形成していることを特徴とする。
【００１２】
なお、被包材に内包されたものがイオン液体であるか、又はその固化物であるかは、イオン液体の融点や、イオン液体内包物集合体の使用温度に応じて変化する。例えば、室温ではイオン液体の固化物が内包されていたとしても、イオン液体内包粒物集合体が前記イオン液体の融点以上の環境下で使用されるとき、使用状況下で被包材に内包されているのはイオン液体である。また、融点が１０℃付近であるイオン液体を内包している場合、室温であっても、液相のイオン液体が内包されることになる。
【００１３】
このような構成においては、イオン液体又はその固化物が２つの被包材、ないしはこれらの被包材の反応生成物によって遮蔽される。従って、イオン液体内包物集合体が、イオン液体と親和性が高い物質に接触したときであっても、イオン液体内包粒体に含まれるイオン液体が前記物質に移動することが防止される。換言すれば、イオン液体が物理的又は化学的に安定となり、イオン液体内包粒体、ひいてはイオン液体内包物集合体に強力に保持される。
【００１４】
すなわち、本発明によれば、イオン液体が流出ないし漏洩することが有効に防止される。このため、例えば、イオン液体内包物集合体を電解質とした場合、イオン液体の量が低減することに起因して該電解質のイオン伝導性が低下することを回避することができる。従って、燃料電池等の電気的特性を長時間にわたって維持することが容易である。
【００１５】
しかも、このイオン液体内包物集合体は可塑性に富む。このため、デバイスの形状に応じて所望の形状とすることが可能である。
【００１６】
なお、高分子からなる被包材はイオン伝導性を示さないものの、その厚みが僅かであるので、内包するイオン液体のイオン伝導性を妨げることが回避される。すなわち、イオン液体内包物集合体としたことに伴ってイオン伝導性が著しく低減されることはない。
【００１７】
上記した第１の高分子及び第２の高分子の好適な例としては、反応性官能基を有するものが挙げられる。この場合、介在物は、第１の高分子と第２の高分子とが、前記反応性官能基同士を介する架橋反応を起こすことで生成する。
【００１８】
第１のイオン液体内包粒体及び第２のイオン液体内包粒体の粒径は、１ｎｍ〜１ｍｍの範囲内であることが好ましい。なお、粒径は、走査型電子顕微鏡で二次元平面として視認される粒体（概ね楕円形状か真円形状）の長径と短径の平均値として定義される。
【００１９】
粒径が１ｎｍよりも小さいと、イオン液体内包粒体中のイオン液体の分子数が十分でなくなるのでイオン伝導度が低下する傾向がある。また、１ｍｍを超えると、可塑性が低下することがある。第１のイオン液体内包粒体及び第２のイオン液体内包粒体の一層好ましい粒径は、１０ｎｍ〜１００μｍである。
【００２０】
また、本発明は、イオン液体を、該イオン液体の融点以上の温度で第１分散媒中に分散して第１のエマルジョンを調製する工程と、
前記第１のエマルジョンを、前記イオン液体の融点よりも低温であり且つ前記第１分散媒の融点以上の温度として、前記イオン液体の固化物を第１粒子として得る工程と、
前記第１粒子を前記分散媒から分離した後、第２分散媒に添加し、前記イオン液体の融点よりも低温であり且つ前記第２分散媒の融点以上の温度で、第１の高分子からなる第１の被包材を前記第１粒子の表面に形成して、第１のイオン液体内包粒体を得る工程と、
イオン液体を、該イオン液体の融点以上の温度で第３分散媒中に分散して第２のエマルジョンを調製する工程と、
前記第２のエマルジョンを、前記イオン液体の融点よりも低温であり且つ前記第３分散媒の融点以上の温度として、前記イオン液体の固化物を第２粒子として得る工程と、
前記第２粒子を前記第３分散媒から分離した後、第４分散媒に添加し、前記イオン液体の融点よりも低温であり且つ前記第４分散媒の融点以上の温度で、第２の高分子からなる第２の被包材を前記第２粒子の表面に形成して、第２のイオン液体内包粒体を得る工程と、
前記第１のイオン液体内包粒体の前記第１の被包材をなす前記第１の高分子と、前記第２のイオン液体内包粒体の前記第２の被包材をなす前記第２の高分子とを、同一の溶媒中で反応させ、互いに隣接する前記第１のイオン液体内包粒体の前記第１の被包材と、前記第２のイオン液体内包粒体とを化学的に結合させるとともに、前記第１の高分子と前記第２の高分子の反応生成物を形成してイオン液体内包物集合体を得る工程と、
を有することを特徴とする。
【００２１】
このような過程を経ることにより、上記したイオン液体内包粒体を容易に得ることができる。
【００２２】
なお、第１の被包材、第２の被包材は、モノマーを重合することによって形成することができる。重合によって得られた高分子を、さらに架橋するようにしてもよい。又は、第１の被包材、第２の被包材を、高分子を架橋することによって形成することも可能である。
【００２３】
第１分散媒、第３分散媒には、界面活性剤を添加するようにしてもよい。この界面活性剤の作用により、第１のエマルジョン、第２のエマルジョンの形成が促進されるとともに、形成された第１のエマルジョン、第２のエマルジョンが破壊されることが阻害される。従って、微細な第１のエマルジョン、第２のエマルジョン、ひいては微細なイオン液体の固化物を得ることが容易となる。結局、第１のイオン液体内包粒体、第２のイオン液体内包粒体を微細なものとして得ることができる。第１の被包材、第２の被包材を形成した後に残留した過剰の界面活性剤は、水等の溶媒で洗浄することによって除去するようにすればよい。
【００２４】
第１のイオン液体内包粒体、第２のイオン液体内包粒体は、粒径が１ｎｍ〜１ｍｍの範囲内であることが好ましい。粒径や第１の被包材、第２の被包材の厚みは、例えば、反応時間を適宜設定することで調節することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、イオン液体内包粒子を構成する被包材を、隣接するイオン液体内包粒体を構成する被包材と反応させるようにしている。イオン液体は、この反応生成物、ないしは前記被包材によって保護されるので、該イオン液体内包粒子のイオン液体を十分に保持することができる。このため、イオン液体内包物集合体が、イオン液体と親和性の高い物質に接触したときであっても、イオン液体が前記物質に移動することが防止される。
【００２６】
従って、このイオン液体内包物集合体を、例えば、燃料電池の電解質に採用した場合、運転（電極反応）に伴って生成した水にイオン液体が同伴されて流出することが回避される。このため、イオン伝導性が低下することが回避されるので、長期間にわたって良好な発電特性を維持することができる。
【００２７】
しかも、イオン液体内包粒子が微細であるので、該イオン液体内包粒子を含むイオン液体内包物集合体が可塑性に富む。このため、所望の形状とすることが容易である。すなわち、例えば、燃料電池の電解質を所望の形状のものとして得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施の形態に係るイオン液体内包物集合体の模式的な断面図である。
【図２】図１のイオン液体内包物集合体を構成する第１のイオン液体内包粒子（又は第２のイオン液体内包粒子）の模式的な断面図である。
【図３】実施例１のイオン液体の凝固物の光学顕微鏡写真である。
【図４】実施例１の第１のイオン液体内包粒子の光学顕微鏡写真である。
【図５】図４の第１のイオン液体内包粒子を乾燥して得た乾燥物の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。
【図６】実施例１の第２のイオン液体内包粒子の光学顕微鏡写真である。
【図７】図６の第２のイオン液体内包粒子をエタノールに浸漬して得た浸漬物の光学顕微鏡写真である。
【図８】図７の第２のイオン液体内包粒子を乾燥して得た乾燥物のＳＥＭ写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明に係るイオン液体内包物集合体及びその製造方法につき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００３０】
図１は、本実施の形態に係るイオン液体内包物集合体１０の模式的な断面図である。このイオン液体内包物集合体１０は、第１のイオン液体内包粒体１２と、第２のイオン液体内包粒体１４とが凝集することで構成されている。なお、図１では、理解を容易にするべく、第１のイオン液体内包粒体１２と第２のイオン液体内包粒体１４を整列させて示しているが、実際の第１のイオン液体内包粒体１２及び第２のイオン液体内包粒体１４の配列はランダムである。
【００３１】
直径に沿う断面を模式的に示した図２から諒解されるように、第１のイオン液体内包粒体１２は、液相又は固相のイオン液体１６が第１の高分子からなる第１の被包材１８で被覆されて構成される微細な粒体、換言すれば、微粒子である。なお、この場合、第１のイオン液体内包粒体１２は概ね球体に近似される。
【００３２】
第１のイオン液体内包粒体１２の好適な粒径（Ｄ１とＤ２の平均値）は、１ｎｍ〜１ｍｍの範囲内である。１ｎｍよりも小さいと、第１のイオン液体内包粒体１２中のイオン液体の分子数が十分でなくなるのでイオン伝導度が低下する傾向がある。また、１ｍｍを超えると、可塑性が低下するのでイオン液体内包物集合体１０を所望の形状とすることが容易でなくなる。第１のイオン液体内包粒体１２の一層好適な粒径は、１０ｎｍ〜１００μｍである。
【００３３】
イオン液体内包物集合体１０を電解質として採用する場合、イオン液体１６としては、目的とするイオンを伝導することが可能な物質を選定すればよい。例えば、燃料電池の電解質とする場合、プロトンを伝導可能な物質を選定するようにする。このようなイオン液体１６の具体例としては、ジメチルエチルアミントリフルオロメタンスルホネート、ジエチルメチルアミンメタンスルホネート、ジエチルメチルアミンビス（トリフルオロメタン）スルホンイミド、ジメチルエチルアミンビス（トリフルオロメタン）スルホンイミド、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムメタンスルホネート等を挙げることができる。
【００３４】
一方、第１の被包材１８をなす第１の高分子としては、反応性官能基を有する重合性モノマーの重合体のゲルを例示することができる。重合性モノマーの好適な具体例としては、ポリアクリル酸メチル、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸メチル、ポリメタクリル酸、ポリアクリルアミド、ポリアクリロニトリル、ポリヒドロキシエチルメタクリレート、ポリ酢酸ビニル等の重合性ビニルモノマーが挙げられる。すなわち、下記に示すような高分子である。
【００３５】
【化１】
【００３６】
【化２】
【００３７】
【化３】
【００３８】
第１の被包材１８は、上記したような第１の高分子が、第１の被包材１８を形成する際に使用した分散媒を吸収することによって形成された高分子ゲルからなる。なお、分散媒については後に詳述する。
【００３９】
高分子ゲルは、架橋重合体のゲルであることが一層好ましい。この場合、第１の被包材１８に適度な強度が発現して破損し難くなるとともに、イオン液体１６が膨潤したときであっても変形することが防止されるからである。
【００４０】
第１の被包材１８の厚みＴは、０．１ｎｍ〜１００μｍであることが好ましい。厚みＴが０．１ｎｍ未満であると、第１の被包材１８としての強度、すなわち、粒子としての強度を確保することが容易ではない。また、１００μｍを超えると、イオン伝導に対する抵抗が大きくなる。
【００４１】
以上のようなイオン液体１６及び第１の被包材１８を有する第１のイオン液体内包粒体１２の粒径は、走査型電子顕微鏡で二次元平面として視認される第１のイオン液体内包粒体１２の長径と短径、すなわち、図２におけるＤ１とＤ２の平均値として示されるが、多くの場合で、Ｄ１とＤ２は略同等である。
【００４２】
第１のイオン液体内包粒体１２の好適な粒径（Ｄ１とＤ２の平均値）は、１ｎｍ〜１ｍｍの範囲内である。１ｎｍよりも小さいと、イオン液体１６の分子数が十分でなくなり、イオン伝導度が低下する傾向がある。また、１ｍｍを超えると、イオン液体内包物集合体１０の可塑性が低下するので該イオン液体内包物集合体１０を所望の形状とすることが容易でなくなる。第１のイオン液体内包粒体１２の一層好適な粒径は、１０ｎｍ〜１００μｍである。
【００４３】
残余の第２のイオン液体内包粒体１４も、第１のイオン液体内包粒体１２と略同様に、概ね球体に近似される微細な粒体、すなわち、微粒子である。また、その粒径も第１のイオン液体内包粒体１２と同様に、図２に示されるＤ１とＤ２の平均値として求められる。粒径の好適な範囲及びその理由も、上記した通りである。
【００４４】
第２のイオン液体内包粒体１４は、液相又は固相のイオン液体２０が第２の高分子からなる第２の被包材２２で被覆されて構成される。
【００４５】
イオン液体内包物集合体１０を燃料電池の電解質として採用する場合、上記したようなプロトンを伝導可能な物質をイオン液体２０として選定すればよい。このイオン液体２０は、第１のイオン液体内包粒体１２に含まれるイオン液体１６と同一の物質であってもよいし、別の物質であってもよい。
【００４６】
一方、第２の被包材２２をなす第２の高分子としては、前記第１の被包材１８をなす前記第１の高分子と相互反応を起こすものが選定される。例えば、第１の高分子の反応性官能基と相互反応を起こす反応性官能基を有するものが好ましい。
【００４７】
具体的には、第１の高分子の反応性官能基が−ＣＯＯＨ、−ＳＯ3Ｈ、−ＯＰ（ＯＨ3）等の酸性基である場合、第２の高分子としては、−ＮＨ、−ＯＨ、−ＳＨ等のような塩基性基を有する物質が選定される。その反対に、第１の高分子の反応性官能基が塩基性基である場合、第２の高分子としては、酸性基を有する物質が選定される。
【００４８】
また、第１の高分子の反応性官能基が−ＮＨであるときには、第２の高分子としては、−ＮＨとともに共有結合をなす−Ｃ（＝Ｏ）−Ｒ、−Ｃ＝Ｃ−Ｒ、又は−Ｃ（＝Ｏ）ＮＨを具備する物質が選定され、逆に、第１の高分子の反応性官能基が−Ｃ（＝Ｏ）−Ｒ、−Ｃ＝Ｃ−Ｒ、又は−Ｃ（＝Ｏ）ＮＨのいずれかであるときには、これらのいずれかとともに共有結合をなす−ＮＨを具備する物質が選定される。
【００４９】
第１の高分子と第２の高分子の組み合わせの一例として、ポリアクリル酸とポリエチレンイミンが挙げられる。
【００５０】
第１の被包材１８と第２の被包材２２は、相互反応を起こす。これにより第１の被包材１８と第２の被包材２２が化学的に結合する。このため、隣接する第１のイオン液体内包粒体１２と第２のイオン液体内包粒体１４は、図１からも諒解されるように、化学的に結合した第１の被包材１８と第２の被包材２２を介して堅牢に接合している。
【００５１】
また、相互反応に伴い、互いの界面に反応生成物が生成する。場合によっては、第１の被包材１８と第２の被包材２２の全体が前記反応生成物となり、イオン液体１６、２０の双方を囲繞することもある。なお、反応生成物の典型的な例は、架橋重合体である。
【００５２】
イオン液体１６、２０は、第１の被包材１８、第２の被包材２２ないしは両被包材１８、２２の反応生成物で被覆されている。これら被包材１８、２２ないしはその反応生成物が、イオン液体１６、２０を保護する保護膜として機能する。すなわち、第１のイオン液体内包粒体１２に含まれるイオン液体１６、又は第２のイオン液体内包粒体１４に含まれるイオン液体２０に対して親和性が高い物質とイオン液体内包物集合体１０が仮に接触したとしても、被包材１８、２２ないしはその反応生成物がブロック作用を営むため、イオン液体１６、２０が前記物質に移動することが阻止される。
【００５３】
以上のように、第１のイオン液体内包粒体１２を構成する第１の被包材１８（第１の高分子）と、第２のイオン液体内包粒体１４を構成する第２の被包材２２（第２の高分子）とを相互反応させることで得られたイオン液体内包物集合体１０においては、イオン液体を化学的ないし物理的に安定な状態に維持することが著しく容易である。このため、イオン液体内包物集合体１０を燃料電池の電解質とした場合、イオン液体１６、２０が生成水に移動すること、ひいては生成水に同伴されて燃料電池の外部に排出されることを防止することができるので、燃料電池の発電性能を維持することができる。
【００５４】
また、イオン液体内包物集合体１０は可塑性に富むので、所望の形状とすることが可能である。従って、例えば、デバイスに応じた所望の形状の電解質を得ることができる。しかも、この場合、電解質を構成するイオン液体内包物集合体１０が被包材１８、２２ないしはその反応生成物を有するので、破損が生じ難い。
【００５５】
次に、上記したイオン液体内包物集合体１０の製造方法につき説明する。イオン液体内包物集合体１０は、先ず、第１のイオン液体内包粒体１２と第２のイオン液体内包粒体１４を個別に得、次に、第１のイオン液体内包粒体１２の第１の被包材１８（第１の高分子）と、第２のイオン液体内包粒体１４の第２の被包材２２（第２の高分子）とを相互反応させることで得ることができる。
【００５６】
第１のイオン液体内包粒体１２を得る方法につき具体的に説明すると、はじめに、第１のイオン液体内包粒体１２を得るためのイオン液体１６を第１分散媒に添加する。ここで、「分散媒」とは、イオン液体１６（２０）の添加後に静置した際、該イオン液体１６（２０）と互いに相分離を起こすものを指称する。以降においても同様である。
【００５７】
イオン液体１６が上記したような物質である場合、第１分散媒としては、ｎ−ヘキサン、ｎ−ドデカン、トルエン等の各種有機溶媒を選定すればよい。又は、水を用いてもよい。この場合、安価であり、且つハンドリングが容易である等の利点がある。
【００５８】
なお、後述する理由から、第１分散媒に対して界面活性剤を予め添加しておくことが好ましい。第１分散媒が水である場合、界面活性剤の好適な例としては、非イオン活性剤であって且つＨＬＢの値が１２以上のものが挙げられる。一方、イオン液体１６が親水性であり且つ第１分散媒が疎水性の有機溶媒である場合、ＨＬＢの値が６以下のものが好ましい。
【００５９】
以上の第１分散媒に対してイオン液体１６を添加した後、エマルジョンを形成するべく、イオン液体１６を粒状に分散させる。このためには、マグネチックスターラ、撹拌翼、ホモジナイザ又は超音波分散装置等を用い、強制的な機械的撹拌を行えばよい。
【００６０】
このような強制撹拌により、イオン液体１６が第１分散媒中に粒状に分散する。その結果、第１のエマルジョンが形成される。なお、第１分散媒に界面活性剤が添加されている場合、第１のエマルジョンの形成が促進されるとともに、形成された第１のエマルジョンが破壊されることが阻害される。すなわち、第１のエマルジョンを微細形状に維持することが容易となる。
【００６１】
次に、第１のエマルジョンを含んだ第１分散媒を冷却し、該第１分散媒の温度を、イオン液体１６の融点よりも低温であり且つ第１分散媒の融点以上の温度とする。冷却に際しては、第１分散媒を収容した容器をオイルバスに浸漬する等すればよい。この冷却により、前記第１のエマルジョン（イオン液体１６）が固化する。すなわち、粒状となったイオン液体１６が、この状態で固化物、換言すれば、粒子となる。この粒子（固化物）を、例えば、精密濾過を行うこと等によって第１分散媒と分離する。
【００６２】
次に、前記粒子の表面に第１の被包材１８を形成する。ここで、第１の被包材１８は、以下に説明する第１の手法、又は第２の手法によって形成することができる。
【００６３】
第１の手法は、上記したようなモノマーを粒子の表面で重合させて第１の高分子を得るものである。なお、得られた第１の高分子をさらに架橋するようにしてもよい。
【００６４】
この場合、モノマーを溶媒に溶解する。溶媒としては、モノマーを溶解することが可能であり、且つ粒状化したイオン液体１６に比して融点が低いものを選定すればよい。具体的には、水や各種有機溶媒が挙げられる。又は、粒状化したイオン液体１６とは別のイオン液体であって、モノマーを溶解することが可能であり、且つ粒状化したイオン液体１６に比して融点が低いイオン液体であってもよい。
【００６５】
この溶液には、さらに、モノマーの重合を促進するための重合開始剤又は架橋剤の少なくともいずれか一方を添加することもできる。
【００６６】
イオン液体１６及びモノマーが上記した物質である場合、重合開始剤の好適な例としては、ラウロイルパーオキサイド、アゾビスイソブチロニトリル、２、２’−アゾビス（２−メチルプロピオンアミド）ジヒドロクロライド、過酸化ベンゾイル等、分解に伴ってラジカルを発生し得る物質が挙げられる。また、架橋剤の好適な例としては、Ｎ，Ｎ−メチレンビスアクリルアミド、エチレングリコールジメタクリレート、ポリエチレンイミン、グルタルアルデヒド等、反応性官能基を複数個有するものが挙げられる。
【００６７】
以上のような物質が添加されることで調製された溶液に対し、イオン液体１６の固化物を添加する。この溶液を、上記したような機械的撹拌によって強制的に撹拌する。これにより、固化物が溶液中に分散する。
【００６８】
次に、固化物が分散した溶液を、別途用意した第２分散媒に混合して、強制撹拌を行う。なお、この第２分散媒にも上記したような界面活性剤を添加しておくことが好ましい。
【００６９】
この状態で放置すれば、粒子の表面でモノマーの重合が自発的に開始して進行する。又は、前記溶液と第２分散媒との混合溶液の温度が上昇しない程度に紫外線を照射することで重合を開始させるようにしてもよい。なお、混合溶液の温度が過度に高いと、第１のエマルジョンが破壊され易くなる傾向がある。従って、混合溶液を収容した容器をオイルバスに浸漬する等して冷却を行い、混合溶液の温度を４０℃以下に保つことが好ましい。
【００７０】
モノマーの重合が進行すると、第１の高分子のネットワークが形成されるとともに、該ネットワーク中に第２分散媒が取り込まれる。その結果、第１の高分子に第２分散媒が吸収された高分子ゲルからなる第１の被包材１８が生成する。これにより、イオン液体１６の固化物が第１の被包材１８に内包された粒状物（第１のイオン液体内包粒体１２）が得られる。
【００７１】
次に、第２の手法につき説明する。
【００７２】
第２の手法は、高分子を粒子の表面で架橋させて架橋重合体を得るものである。このような高分子の好適な例としては、ポリアクリル酸メチル、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸メチル、ポリメタクリル酸、ポリアクリルアミド、ポリアクリロニトリル、ポリヒドロキシエチルメタクリレート、ポリ酢酸ビニルが重合したもの等が挙げられる。
【００７３】
この場合、高分子及び架橋剤を溶媒に溶解する。溶媒及び架橋剤の好適な例は、上記した通りである。
【００７４】
このようにして調製された溶液に対し、イオン液体の固化物を添加する。この溶液を、上記したような機械的撹拌によって強制的に撹拌する。これにより、固化物が溶液中に分散する。
【００７５】
次に、固化物が分散した溶液を、別途用意した第２分散媒に混合して混合溶液とするとともに、強制撹拌を行う。なお、この第２分散媒にも上記したような界面活性剤を添加しておくことが好ましい。
【００７６】
この状態で放置すれば、粒子の表面で高分子の架橋が自発的に開始して進行する。なお、混合溶液の温度が過度に高いと、第１のエマルジョンが破壊され易くなる傾向がある。従って、混合溶液を収容した容器をオイルバスに浸漬する等して冷却を行い、混合溶液の温度を４０℃以下に保つことが好ましい。
【００７７】
高分子の架橋が進行すると、第１の高分子のネットワークが形成されるとともに、該ネットワーク中に第２分散媒が取り込まれる。その結果、架橋重合体に第２分散媒が吸収された高分子ゲル、すなわち、第１の被包材１８が生成する。これにより、イオン液体１６の固化物が第１の被包材１８に内包された粒状物、すなわち、第１のイオン液体内包粒体１２が得られる。
【００７８】
このようにして得られた粒状物を室温で放置した場合、第１の被包材１８に内包された固化物の融点が室温以下であれば、該固化物が溶融して液相となる。これにより、液相のイオン液体１６が第１の被包材１８に内包された第１のイオン液体内包粒体１２となる。
【００７９】
第１手法又は第２手法のいずれにおいても、得られた粒状物は、前記第１のエマルジョンを固化したものに第１の被包材１８を形成することで得られたものであるので、微細である。すなわち、粒径が１ｎｍ〜１ｍｍの微粒子となる。なお、粒径は、例えば、反応時間を適宜設定することで調節することができる。
【００８０】
その一方で、第２のイオン液体内包粒体１４を生成させる。このためには、上記に準拠した操作を行えばよい。
【００８１】
すなわち、第２のイオン液体内包粒体１４を得るためのイオン液体２０を第３分散媒に添加する。この第３分散媒としては、上記同様にｎ−ヘキサン、ｎ−ドデカン、トルエン等の各種有機溶媒や、水を選定すればよい。また、イオン液体２０は、第１のイオン液体内包粒体１２を得る際に用いたイオン液体１６と同一物質であってもよいし、別の物質であってもよい。
【００８２】
以降は上記に従って、第２のエマルジョンを形成する。さらに、第２のエマルジョンを固化して粒子（固化物）とし、この粒子を、例えば、精密濾過を行うこと等によって第３分散媒と分離する。
【００８３】
次に、前記粒子の表面に第２の被包材２２を形成する。
【００８４】
上記した第１の手法を実施する場合には、第２の高分子となるモノマーを溶媒に溶解する。ここで、第１の高分子が、−ＣＯＯＨ、−ＳＯ3Ｈ、−ＯＰ（ＯＨ3）等の酸性の反応性官能基を有する物質である場合、第２の高分子を得るためのモノマーとしては、−ＮＨ、−ＯＨ、−ＳＨ等のような塩基性基を有する物質を選定する。その反対に、第１の高分子の反応性官能基が塩基性基である場合、酸性基を有する物質を第２の高分子のモノマーとして選定する。
【００８５】
また、第１の高分子が、−ＮＨを有する物質である場合、第２の高分子としては、−ＮＨとともに共有結合をなす−Ｃ（＝Ｏ）−Ｒ、−Ｃ＝Ｃ−Ｒ、又は−Ｃ（＝Ｏ）ＮＨを具備する物質を第２の高分子のモノマーとして選定する。その反対に、第１の高分子の反応性官能基が−Ｃ（＝Ｏ）−Ｒ、−Ｃ＝Ｃ−Ｒ、又は−Ｃ（＝Ｏ）ＮＨのいずれかであるときには、これらのいずれかとともに共有結合をなす−ＮＨを具備する物質を第２の高分子のモノマーとしてとして選定する。
【００８６】
溶媒としては、上記したようなモノマーを溶解することが可能であり、且つ粒状化したイオン液体２０に比して融点が低いもの、具体的には、水や各種有機溶媒を用いればよい。勿論、粒状化したイオン液体２０とは別のイオン液体であって、モノマーを溶解することが可能であり、且つ粒状化したイオン液体２０に比して融点が低いイオン液体であってもよい。
【００８７】
この溶液には、さらに、モノマーの重合を促進するための重合開始剤又は架橋剤の少なくともいずれか一方を添加することもできる。重合開始剤としては、上記同様にラウロイルパーオキサイド、アゾビスイソブチロニトリル、２、２’−アゾビス（２−メチルプロピオンアミド）ジヒドロクロライド、過酸化ベンゾイル等を用いることができる。架橋剤も、上記と同様に、Ｎ，Ｎ−メチレンビスアクリルアミド、エチレングリコールジメタクリレート、ポリエチレンイミン、グルタルアルデヒド等を用いればよい。
【００８８】
以上のような物質が添加されることで調製された溶液に対し、イオン液体２０の固化物を添加する。この溶液を、上記したような機械的撹拌によって強制的に撹拌する。これにより、固化物が溶液中に分散する。
【００８９】
次に、固化物が分散した溶液を、別途用意した第４分散媒に混合して、強制撹拌を行う。なお、この第４分散媒にも上記したような界面活性剤を添加しておくことが好ましい。
【００９０】
この状態で放置すれば、粒子の表面でモノマーの重合が自発的に開始して進行する。又は、前記溶液と第４分散媒との混合溶液の温度が上昇しない程度に紫外線を照射することで重合を開始させるようにしてもよい。なお、混合溶液の温度が過度に高いと、第２のエマルジョンが破壊され易くなる傾向がある。従って、混合溶液を収容した容器をオイルバスに浸漬する等して冷却を行い、混合溶液の温度を４０℃以下に保つことが好ましい。
【００９１】
モノマーの重合が進行すると、第２の高分子のネットワークが形成されるとともに、該ネットワーク中に第４分散媒が取り込まれる。その結果、第２の高分子に第４分散媒が吸収された高分子ゲルからなる第２の被包材２２が生成する。これにより、イオン液体２０の固化物が第２の被包材２２に内包された粒状物（第２のイオン液体内包粒体１４）が得られる。
【００９２】
一方、第２の手法を実施する場合には、第２の高分子及び架橋剤を溶媒に溶解する。第２の高分子、溶媒及び架橋剤の好適な例は、上記した通りである。
【００９３】
このようにして調製された溶液に対し、イオン液体２０の固化物を添加する。さらに、この溶液を、上記したような機械的撹拌によって強制的に撹拌する。これにより、固化物が溶液中に分散する。
【００９４】
次に、固化物が分散した溶液を、別途用意した第４分散媒に混合して混合溶液とするとともに、強制撹拌を行う。この第４分散媒にも、上記したような界面活性剤を添加しておくことが好ましい。
【００９５】
この状態で放置すれば、粒子の表面で高分子の架橋が自発的に開始して進行する。なお、混合溶液の温度が過度に高いと、第２のエマルジョンが破壊され易くなる傾向がある。従って、混合溶液を収容した容器をオイルバスに浸漬する等して冷却を行い、混合溶液の温度を４０℃以下に保つことが好ましい。
【００９６】
高分子の架橋が進行すると、第２の高分子のネットワークが形成されるとともに、該ネットワーク中に第４分散媒が取り込まれる。その結果、架橋重合体に第４分散媒が吸収された高分子ゲル、すなわち、第２の被包材２２が生成する。これにより、イオン液体２０の固化物が第２の被包材２２に内包された粒状物、すなわち、第２のイオン液体内包粒体１４が得られる。
【００９７】
この第２のイオン液体内包粒体１４も、粒径が１ｎｍ〜１ｍｍの微粒子である。上記と同様に、粒径は、例えば、反応時間を適宜設定することで調節することができる。
【００９８】
以上のようにして得た第１のイオン液体内包粒体１２と、第２のイオン液体内包粒体１４とを同一の溶媒中で混合する。すなわち、第１のイオン液体内包粒体１２を得た混合溶液と、第２のイオン液体内包粒体１４を得た混合溶液とを混合すればよい。勿論、各混合溶液から第１のイオン液体内包粒体１２、第２のイオン液体内包粒体１４をそれぞれ分離した後、これら第１のイオン液体内包粒体１２及び第２のイオン液体内包粒体１４を同一の溶媒に添加するようにしてもよい。
【００９９】
この溶媒中で、第１の被包材１８に含まれる第１の高分子と、第２の被包材２２に含まれる第２の高分子とが相互反応を起こす。すなわち、例えば、反応性官能基同士を介する架橋反応が起こる。その結果、被包材１８、２２同士が化学的に結合するとともに、被包材１８、２２同士の界面に反応生成物が生成する。場合によっては、第１の被包材１８の全てと第２の被包材２２の全てが反応生成物となることもある。
【０１００】
以上により、第１のイオン液体内包粒体１２と、これに隣接する第２のイオン液体内包粒体１４とが反応生成物を介して凝集した被覆されたイオン液体内包物集合体１０が得られるに至る。
【０１０１】
このようにして得られたイオン液体内包物集合体１０を室温で放置した場合、被包材１８、２２に内包された固化物の融点が室温以下であれば、該固化物が溶融して液相となる。これにより、液相のイオン液体１６、２０が被包材１８、２２の各々に内包されたイオン液体内包物集合体１０となる。
【０１０２】
イオン液体１６、２０は蒸気圧が極めて低いため、イオン液体内包物集合体１０を加熱又は減圧の少なくともいずれか一方を行うことにより、被包材１８、２２中の溶媒を除去することができる。これにより、イオン伝導性が一層向上するので好ましい。なお、被包材１８、２２中の溶媒の除去は、第１のイオン液体内包粒体１２、第２のイオン液体内包粒体１４の各々に対して、凝集前に予め行ってもよいし、凝集と同時に行ってもよい。
【実施例１】
【０１０３】
開閉栓付容器に貯留した１０ｍｌの脱イオン水に対し、非イオン性界面活性剤であるイゲパールＤＭ−９７０（シグマ−アルドリッチ社製ポリオキシエチレンノニルフェノールの商品名、ＨＬＢ＝１９）を０．５ｇ溶解した。この溶液を分散媒とし、イオン液体であるジメチルエチルアミンビス（トリフルオロメタン）スルホンイミドを１．０ｇ添加した。
【０１０４】
次に、内容物を液体窒素によって凍結した後、開閉栓付容器内を真空ポンプにて減圧した。これを室温に戻すことにより、内容物を溶解した。この操作を３回繰り返すことにより、内容物及び開閉栓付容器内から酸素を除去した。さらに、開閉栓付容器内にＡｒを充填した。
【０１０５】
次に、前記内容物を、前記開閉栓付容器に貯留したまま８０℃まで加熱した。なお、ジメチルエチルアミンビス（トリフルオロメタン）スルホンイミドの融点は７８℃であるので、この際の加熱温度は、イオン液体の融点を上回っている。
【０１０６】
次に、前記内容物をマグネチックスターラで激しく撹拌することでジメチルエチルアミンビス（トリフルオロメタン）スルホンイミドを分散させてエマルジョンとした。さらに、撹拌を続行しながら室温まで冷却し、これにより、ジメチルエチルアミンビス（トリフルオロメタン）スルホンイミドを凝固させて粒状の凝固物とした。
【０１０７】
次に、精密濾過を行って凝固物と分散媒とを分離した。さらに、凝固物を脱イオン水で洗浄した。乾燥後の固化物の光学顕微鏡写真を図３に示す。この図３から、凝固物が粒状体であることが分かる。
【０１０８】
その一方で、別の開閉栓付容器に貯留した０．５ｍｌの脱イオン水に対し、０．１２５ｇ（１．７ｍｍｏｌ）のアクリル酸、０．００６ｇ（０．０４ｍｍｏｌ）のＮ，Ｎ−メチレンビスアクリルアミド、０．００６ｇ（０．０３７ｍｍｏｌ）の２，２’−アゾビス（イソブチロニトリル）を溶解した。これを「アクリル酸水溶液」と表記する。
【０１０９】
このアクリル酸水溶液を液体窒素によって凍結した後、開閉栓付容器内を真空ポンプにて減圧した。これを室温に戻すことにより、アクリル酸水溶液を溶解した。この操作を３回繰り返すことにより、アクリル酸水溶液及び開閉栓付容器内から酸素を除去した。さらに、開閉栓付容器内にＡｒを充填した。
【０１１０】
さらに、また別の開閉栓付容器に貯留した１０ｍｌのｎ−ドデカンに対し、ニッコールデカグリム５−ＩＳＶ（日光ケミカルズ社製の非イオン界面活性剤の商品名、ＨＬＢ＝３．５）を０．５ｇ溶解したものを分散媒として調製した。これを「ｎ−ドデカン分散媒」と表記する。
【０１１１】
このｎ−ドデカン分散媒を液体窒素によって凍結した後、開閉栓付容器内を真空ポンプにて減圧した。これを室温に戻すことにより、ｎ−ドデカン分散媒を溶解した。この操作を３回繰り返すことにより、ｎ−ドデカン分散媒及び開閉栓付容器内から酸素を除去した。さらに、開閉栓付容器内にＡｒを充填した。
【０１１２】
以上により、アクリル酸が重合することを阻害する酸素を除去した。
【０１１３】
次に、室温にて、粒状体である前記凝固物、すなわち、イオン液体の微粒子の一部を前記アクリル酸水溶液に添加し、撹拌して該アクリル酸水溶液中に分散させた。
【０１１４】
次に、Ａｒ雰囲気としたグローブボックス内において、前記ｎ−ドデカン分散媒と、イオン液体の微粒子が分散した前記アクリル酸水溶液とを混合し、マグネチックスターラで激しく撹拌することで、ｎ−ドデカン分散媒に微粒子を分散させた。
【０１１５】
次に、ｎ−ドデカン分散媒を５℃に保ちながら、該ｎ−ドデカン分散媒に対し、紫外線ランプから波長３６５ｎｍの紫外線を照射してアクリル酸を重合させた。これにより、凝固物の表面にアクリル酸の部分架橋重合体からなる被包材が形成された生成物を得た。
【０１１６】
この生成物の断面の光学顕微鏡写真を図４に示す。図４から、微粒子が被包材で覆われていることが分かる。
【０１１７】
この生成物を２５℃のエタノールに１２時間浸漬した後、エタノールから分離して乾燥させた。乾燥物の電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を図５に示す。この図５から、乾燥物が、直径方向略中心近傍の外表面が陥没するとともに中空の球体が圧潰されることでリング形状を呈していることが分かる。これは、被包材に内包されていた微粒子が溶解してイオン液体に戻り、さらに、このイオン液体の良溶媒であるエタノールに溶出したことと、アクリル酸の部分架橋重合体の高分子ネットワークが乾燥によって圧潰されたことが理由であると推察される。
【０１１８】
その一方で、分子量が約１００００であるポリエチレンイミンを０．０７５ｇ秤量し、０．５ｍｌの脱イオン水に溶解した。これを「ポリエチレンイミン水溶液」と表記する。
【０１１９】
このポリエチレンイミン水溶液に対し、室温において、上述の操作で得たイオン液体の微粒子の一部を添加し、撹拌して該ポリエチレンイミン水溶液中に分散させた。
【０１２０】
次に、上記に準拠して調製したｎ−ドデカン分散媒とポリエチレンイミン水溶液とを混合し、室温にてマグネチックスターラで６０分間激しく撹拌することで、該混合溶液中にエマルジョンを分散させた。
【０１２１】
この混合溶液を水冷しながら撹拌するとともに、撹拌の最中に１重量％グルタルアルデヒド水溶液を０．１５ｇ（０．０１５ｍｍｏｌ）滴下した。その後、室温でさらに２４時間撹拌した。その結果、イオン液体の表面が、ポリエチレンイミンの架橋体からなる被包材で被覆された生成物を得た。この生成物の断面の光学顕微鏡写真を図６に示す。この図６から、微粒子が被包材で覆われていることが明らかである。
【０１２２】
次に、この生成物を２５℃のエタノールに１２時間浸漬した。この浸漬物の光学顕微鏡による断面写真を図７に示す。この図７を参照して諒解されるように、被包材内部のイオン液体がエタノールに置換され、その結果、被包材が膨潤したと考えられる二相構造が観察された。
【０１２３】
さらに、生成物を２５℃のエタノールに１２時間浸漬した後、エタノールから分離して乾燥させた。乾燥物のＳＥＭ写真を図８に示す。
【０１２４】
この図８から分かるように、この乾燥物もまた、直径方向略中心近傍の外表面が陥没するとともに中空の球体が圧潰されることでリング形状を呈していた。この理由は、被包材に内包されていた微粒子が溶解してイオン液体に戻り、さらに、このイオン液体の良溶媒であるエタノールに溶出したため、及び、ポリエチレンイミンの高分子ネットワークが乾燥によって圧潰されためであると推察される。
【０１２５】
次に、イオン液体がアクリル酸の部分架橋重合体からなる被包材で被覆された粒状物を含む液と、イオン液体がポリエチレンイミンの架橋重合体からなる被包材で被覆された粒状物を含む液とを室温で混合し、撹拌した。その後、双方の液が均一に混合したことが確認された時点で撹拌を停止した。
【０１２６】
次に、混合溶液中の沈殿物を遠心分離によって分離し、ｎ−ドデカンで洗浄した。さらに６０℃で真空乾燥し、イオン液体内包物集合体の乾式粉末とした。
【０１２７】
この乾式粉末を用い、水素雰囲気下において、１２０℃で直流四端子法でプロトン伝導度を測定したところ、３．２×１０-2Ｓ／ｃｍであった。
【０１２８】
また、乾式粉末を蒸留水に浸漬して室温で１２時間放置し、その後、遠心分離で蒸留水と分離して再度乾燥したところ、蒸留水に溶出することに伴う重量減少は０．８重量％であった。
【実施例２】
【０１２９】
アクリル酸、Ｎ，Ｎ−メチレンビスアクリルアミドの各溶解量を０．２５ｇ（３．５ｍｍｏｌ）、０．０１２ｇ（０．０７８ｍｍｏｌ）に設定し、且つ重合剤として０．０１２ｇ（０．０７３ｍｍｏｌ）の２，２’−アゾビス（２−メチルプロピオンアミジン）ジヒドロクロライドを用いるとともに、ポリエチレンイミンの溶解量を０．１５ｇ（３．５ｍｍｏｌ）、１重量％グルタルアルデヒド水溶液の添加量を０．３ｇ（０．０３ｍｍｏｌ）としたことを除いては実施例１と同様にして、イオン液体内包物集合体の乾式粉末を得た。
【０１３０】
この乾式粉末を用い、水素雰囲気下において、１２０℃で直流四端子法でプロトン伝導度を測定したところ、２．５×１０-2Ｓ／ｃｍであった。また、乾式粉末を蒸留水に浸漬して室温で１２時間放置し、その後、遠心分離で蒸留水と分離して再度乾燥したところ、蒸留水に溶出することに伴う重量減少は０．３重量％であった。
【実施例３】
【０１３１】
ポリエチレンイミンとして分子量が約１２００のものを選定し、その溶解量を０．０７５ｇとした。また、１重量％グルタルアルデヒド水溶液の添加量を０．３ｇ（０．０３ｍｍｏｌ）とした。それ以外は実施例１、２と同様にして、イオン液体内包物集合体の乾式粉末を得た。
【０１３２】
この乾式粉末を用い、水素雰囲気下において、１２０℃で直流四端子法でプロトン伝導度を測定したところ、２．５×１０-2Ｓ／ｃｍであった。また、乾式粉末を蒸留水に浸漬して室温で１２時間放置し、その後、遠心分離で蒸留水と分離して再度乾燥したところ、蒸留水に溶出することに伴う重量減少は０．３重量％であった。
【実施例４】
【０１３３】
アクリル酸、Ｎ，Ｎ−メチレンビスアクリルアミド、２，２’−アゾビス（２−メチルプロピオンアミジン）ジヒドロクロライドの各溶解量を０．２５ｇ（３．５ｍｍｏｌ）、０．０１２ｇ（０．０７８ｍｍｏｌ）、０．０１２ｇ（０．０７３ｍｍｏｌ）とし、分子量が約１２００のポリエチレンイミンの溶解量を０．１５ｇ（３．５ｍｍｏｌ）、１重量％グルタルアルデヒド水溶液の添加量を０．３ｇ（０．０３ｍｍｏｌ）としたことを除いては実施例１〜３と同様にして、イオン液体内包物集合体の乾式粉末を得た。
【０１３４】
この乾式粉末を用い、水素雰囲気下において、１２０℃で直流四端子法でプロトン伝導度を測定したところ、１．５×１０-2Ｓ／ｃｍであった。また、乾式粉末を蒸留水に浸漬して室温で１２時間放置し、その後、遠心分離で蒸留水と分離して再度乾燥したところ、蒸留水に溶出することに伴う重量減少は０．８重量％であった。
【実施例５】
【０１３５】
アクリル酸、Ｎ，Ｎ−メチレンビスアクリルアミド、２，２’−アゾビス（２−メチルプロピオンアミジン）ジヒドロクロライドの各溶解量を０．５ｇ（７．０ｍｍｏｌ）、０．０２４ｇ（０．１５ｍｍｏｌ）、０．０２４ｇ（０．１５ｍｍｏｌ）とし、分子量が約１２００のポリエチレンイミンの溶解量を０．３ｇ、１重量％グルタルアルデヒド水溶液の添加量を０．６ｇ（０．０６ｍｍｏｌ）としたことを除いては実施例１〜４と同様にして、イオン液体内包物集合体の乾式粉末を得た。
【０１３６】
この乾式粉末を用い、水素雰囲気下において、１２０℃で直流四端子法でプロトン伝導度を測定したところ、４．６×１０-3Ｓ／ｃｍであった。また、乾式粉末を蒸留水に浸漬して室温で１２時間放置し、その後、遠心分離で蒸留水と分離して再度乾燥したところ、蒸留水に溶出することに伴う重量減少は０．５重量％であった。
【比較例】
【０１３７】
比較のため、ｎ−ドデカン分散媒に対して紫外線を照射しなかったこと、すなわち、アクリル酸を重合させなかったことを除いては実施例１に準拠し、ｎ−ドデカン分散媒とアクリル酸水溶液との混合溶液にイオン液体の微粒子を分散させた。次に、該微粒子を遠心分離によって前記混合溶液から分離した後、ｎ−ドデカンで洗浄し、さらに、６０℃で真空乾燥して乾式粉末とした。この乾式粉末を蒸留水に浸漬して室温で１２時間放置し、その後、遠心分離で蒸留水と分離して再度乾燥したところ、蒸留水に溶出することに伴う重量減少は５３．３重量％であり、実施例１〜５に比して著しく大きかった。
【０１３８】
以上の結果から、介在物を含むイオン液体内包物集合体とすることにより、イオン液体と親和性が高い物質と接触した場合においても、イオン液体を十分に保持し得ること、換言すれば、イオン液体が流出し難くなることが明らかである。
【符号の説明】
【０１３９】
１０…イオン液体内包物集合体 １２…第１のイオン液体内包粒体
１４…第２のイオン液体内包粒体 １６、２０…イオン液体
１８…第１の被包材 ２２…第２の被包材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の高分子からなる第１の被包材にイオン液体又はその固化物を内包した第１のイオン液体内包粒体と、第２の高分子からなる第２の被包材にイオン液体又はその固化物を内包した第２のイオン液体内包粒体とが集合して形成されるイオン液体内包物集合体であって、
互いに隣接する前記第１のイオン液体内包粒体の前記第１の被包材と、前記第２のイオン液体内包粒体の前記第２の被包材とが化学的に結合して反応生成物を形成していることを特徴とするイオン液体内包物集合体。
【請求項２】
請求項１記載の集合体において、前記第１の高分子及び前記第２の高分子の双方が反応性官能基を有するものであり、前記反応生成物は、前記第１の高分子と前記第２の高分子とが、前記反応性官能基同士を介する架橋反応を起こすことで生成したものであることを特徴とするイオン液体内包物集合体。
【請求項３】
請求項１又は２記載の集合体において、前記１のイオン液体内包粒体及び前記第２のイオン液体内包粒体の粒径が１ｎｍ〜１ｍｍの範囲内であることを特徴とするイオン液体内包物集合体。
【請求項４】
イオン液体を、該イオン液体の融点以上の温度で第１分散媒中に分散して第１のエマルジョンを調製する工程と、
前記第１のエマルジョンを、前記イオン液体の融点よりも低温であり且つ前記第１分散媒の融点以上の温度として、前記イオン液体の固化物を第１粒子として得る工程と、
前記第１粒子を前記分散媒から分離した後、第２分散媒に添加し、前記イオン液体の融点よりも低温であり且つ前記第２分散媒の融点以上の温度で、第１の高分子からなる第１の被包材を前記第１粒子の表面に形成して、第１のイオン液体内包粒体を得る工程と、
イオン液体を、該イオン液体の融点以上の温度で第３分散媒中に分散して第２のエマルジョンを調製する工程と、
前記第２のエマルジョンを、前記イオン液体の融点よりも低温であり且つ前記第３分散媒の融点以上の温度として、前記イオン液体の固化物を第２粒子として得る工程と、
前記第２粒子を前記第３分散媒から分離した後、第４分散媒に添加し、前記イオン液体の融点よりも低温であり且つ前記第４分散媒の融点以上の温度で、第２の高分子からなる第２の被包材を前記第２粒子の表面に形成して、第２のイオン液体内包粒体を得る工程と、
前記第１のイオン液体内包粒体の前記第１の被包材をなす前記第１の高分子と、前記第２のイオン液体内包粒体の前記第２の被包材をなす前記第２の高分子とを、同一の溶媒中で反応させ、互いに隣接する前記第１のイオン液体内包粒体の前記第１の被包材と、前記第２のイオン液体内包粒体とを化学的に結合させるとともに、前記第１の高分子と前記第２の高分子の反応生成物を形成してイオン液体内包物集合体を得る工程と、
を有することを特徴とするイオン液体内包物集合体の製造方法。
【請求項５】
請求項４記載の製造方法において、前記第１の被包材又は前記第２の被包材の少なくともいずれか一方を、モノマーを重合することによって形成することを特徴とするイオン液体内包物集合体の製造方法。
【請求項６】
請求項５記載の製造方法において、前記モノマーを重合して得た高分子をさらに架橋することを特徴とするイオン液体内包物集合体の製造方法。
【請求項７】
請求項４記載の製造方法において、前記第１の被包材又は前記第２の被包材の少なくともいずれか一方を、高分子を架橋することによって形成することを特徴とするイオン液体内包物集合体の製造方法。
【請求項８】
請求項４〜７のいずれか１項に記載の製造方法において、前記第１のイオン液体内包粒体及び前記第２のイオン液体内包粒体を、粒径が１ｎｍ〜１ｍｍの範囲内であるものとして得ることを特徴とするイオン液体内包物集合体の製造方法。
【請求項１】
第１の高分子からなる第１の被包材にイオン液体又はその固化物を内包した第１のイオン液体内包粒体と、第２の高分子からなる第２の被包材にイオン液体又はその固化物を内包した第２のイオン液体内包粒体とが集合して形成されるイオン液体内包物集合体であって、
互いに隣接する前記第１のイオン液体内包粒体の前記第１の被包材と、前記第２のイオン液体内包粒体の前記第２の被包材とが化学的に結合して反応生成物を形成していることを特徴とするイオン液体内包物集合体。
【請求項２】
請求項１記載の集合体において、前記第１の高分子及び前記第２の高分子の双方が反応性官能基を有するものであり、前記反応生成物は、前記第１の高分子と前記第２の高分子とが、前記反応性官能基同士を介する架橋反応を起こすことで生成したものであることを特徴とするイオン液体内包物集合体。
【請求項３】
請求項１又は２記載の集合体において、前記１のイオン液体内包粒体及び前記第２のイオン液体内包粒体の粒径が１ｎｍ〜１ｍｍの範囲内であることを特徴とするイオン液体内包物集合体。
【請求項４】
イオン液体を、該イオン液体の融点以上の温度で第１分散媒中に分散して第１のエマルジョンを調製する工程と、
前記第１のエマルジョンを、前記イオン液体の融点よりも低温であり且つ前記第１分散媒の融点以上の温度として、前記イオン液体の固化物を第１粒子として得る工程と、
前記第１粒子を前記分散媒から分離した後、第２分散媒に添加し、前記イオン液体の融点よりも低温であり且つ前記第２分散媒の融点以上の温度で、第１の高分子からなる第１の被包材を前記第１粒子の表面に形成して、第１のイオン液体内包粒体を得る工程と、
イオン液体を、該イオン液体の融点以上の温度で第３分散媒中に分散して第２のエマルジョンを調製する工程と、
前記第２のエマルジョンを、前記イオン液体の融点よりも低温であり且つ前記第３分散媒の融点以上の温度として、前記イオン液体の固化物を第２粒子として得る工程と、
前記第２粒子を前記第３分散媒から分離した後、第４分散媒に添加し、前記イオン液体の融点よりも低温であり且つ前記第４分散媒の融点以上の温度で、第２の高分子からなる第２の被包材を前記第２粒子の表面に形成して、第２のイオン液体内包粒体を得る工程と、
前記第１のイオン液体内包粒体の前記第１の被包材をなす前記第１の高分子と、前記第２のイオン液体内包粒体の前記第２の被包材をなす前記第２の高分子とを、同一の溶媒中で反応させ、互いに隣接する前記第１のイオン液体内包粒体の前記第１の被包材と、前記第２のイオン液体内包粒体とを化学的に結合させるとともに、前記第１の高分子と前記第２の高分子の反応生成物を形成してイオン液体内包物集合体を得る工程と、
を有することを特徴とするイオン液体内包物集合体の製造方法。
【請求項５】
請求項４記載の製造方法において、前記第１の被包材又は前記第２の被包材の少なくともいずれか一方を、モノマーを重合することによって形成することを特徴とするイオン液体内包物集合体の製造方法。
【請求項６】
請求項５記載の製造方法において、前記モノマーを重合して得た高分子をさらに架橋することを特徴とするイオン液体内包物集合体の製造方法。
【請求項７】
請求項４記載の製造方法において、前記第１の被包材又は前記第２の被包材の少なくともいずれか一方を、高分子を架橋することによって形成することを特徴とするイオン液体内包物集合体の製造方法。
【請求項８】
請求項４〜７のいずれか１項に記載の製造方法において、前記第１のイオン液体内包粒体及び前記第２のイオン液体内包粒体を、粒径が１ｎｍ〜１ｍｍの範囲内であるものとして得ることを特徴とするイオン液体内包物集合体の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−２００６３４（Ｐ２０１２−２００６３４Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６５４１６（Ｐ２０１１−６５４１６）
【出願日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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