JP2008264732A - Porous ion exchanger and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、多孔性イオン交換体およびその製造方法に関する。詳しくは、本発明は、無機多孔質単体とイオン交換性樹脂とからなり、貫通孔を有する多孔性イオン交換体およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a porous ion exchanger and a method for producing the same. Specifically, the present invention relates to a porous ion exchanger made of an inorganic porous simple substance and an ion exchange resin and having through holes, and a method for producing the same.
イオン交換性樹脂は、従来より、吸着剤、分離剤、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)のカラム充填剤などとして利用されている。しかしながらイオン交換性樹脂単独では、形状保持性や強度に劣る場合があり、用途が限られる。 Conventionally, ion-exchange resins have been used as adsorbents, separation agents, high-performance liquid chromatography (HPLC) column fillers, and the like. However, the ion exchange resin alone may be inferior in shape retention and strength, and its application is limited.
一方、シリカ等の無機酸化物粒子は、機械的強度に優れ、また化学的な安定性が高く、さらには安価に種々の形状や大きさのものが容易に入手可能な点で、液晶表示装置のスペーサー、半導体封止用樹脂や歯科用樹脂あるいは各種ゴム等の充填材、HPLCのカラム充填材、フィルムのアンチブロッキング剤、トナー用外添剤等の様々な用途に用いられている。 On the other hand, inorganic oxide particles such as silica are excellent in mechanical strength, have high chemical stability, and are easily available in various shapes and sizes at a low cost. It is used in various applications such as spacers for semiconductors, fillers such as semiconductor sealing resins, dental resins or various rubbers, HPLC column fillers, film antiblocking agents, and toner external additives.
無機酸化物粒子を使用する場合には、一般的には、用途や目的に応じ、無機酸化物シリカ系粒子の表面を様々な物質で被覆し、分散性や混和性を改良したり、あるいは機能性を付与したりすることが行われている。このような表面改質の代表的な手法としては、シランカップリング剤による表面処理がある。該シランカップリング剤としては、アルキル基、メルカプト基、アミノ基、第4級アンモニウム基、スルホン酸基、エポキシ基、メタアクリルオキシ基、ビニル基等の種々の官能基を持つものが提案されており(例えば、特許文献1、2参照)、多くのものが既に実用化されている。 When using inorganic oxide particles, the surface of the inorganic oxide silica particles is generally coated with various substances according to the application and purpose, and the dispersibility and miscibility are improved, or the function is improved. It is done to give sex. As a typical technique for such surface modification, there is a surface treatment with a silane coupling agent. As the silane coupling agent, those having various functional groups such as an alkyl group, a mercapto group, an amino group, a quaternary ammonium group, a sulfonic acid group, an epoxy group, a methacryloxy group, and a vinyl group have been proposed. (See, for example, Patent Documents 1 and 2), many have already been put to practical use.
また、シランカップリング剤等のカップリング剤以外の処理により粒子に官能基を導入する方法も種々提案されている。例えば、無機酸化物粒子をSi−H基を有する環状シロキサンで被覆し、ついで、このSi−H基と、ビニル基を有する化合物とを白金触媒を用いて反応させることによって、ビニル基を有する化合物の持つ他の官能基が導入された粒子を得る方法が提案されている(例えば、特許文献3、4参照)。 Various methods for introducing functional groups into particles by a treatment other than a coupling agent such as a silane coupling agent have also been proposed. For example, a compound having a vinyl group is obtained by coating inorganic oxide particles with a cyclic siloxane having a Si—H group, and then reacting the Si—H group with a compound having a vinyl group using a platinum catalyst. Has been proposed (see, for example, Patent Documents 3 and 4).
さらに無機酸化物粒子に種々の機能性を付与するために、無機酸化物粒子をビニル系の重合体で被覆して、機能性を付与する方法が提案されている。無機酸化物粒子をビニル系の重合体で被覆する方法としては、ビニル系の重合性単量体で被覆した後、該単量体を重合させる方法と、ビニル系重合体で直接被覆する方法に大別される。 Furthermore, in order to impart various functionalities to the inorganic oxide particles, a method for imparting functionality by coating the inorganic oxide particles with a vinyl polymer has been proposed. As a method of coating inorganic oxide particles with a vinyl-based polymer, after coating with a vinyl-based polymerizable monomer, the monomer is polymerized, and a method of directly coating with a vinyl-based polymer. Broadly divided.
例えば、ビニル系の重合性単量体を吸着させて粒子を被覆した後に、該単量体を重合させる方法としては、塗料等に用いる白色顔料用の粒子の製造方法として、コロイダルシリカ粒子を溶剤に分散させ、アクリル酸等のカルボン酸系のビニル系単量体で被覆、重合させ、さらにその上からメチルメタクリレート、スチレン等のビニル系単量体でさらに被覆、重合させた中空粒子が提案されている(例えば、特許文献5参照)。また、イオン交換液体クロマトグラフィー用の充填材粒子の製造方法として、溶液中に、マレイン酸等の不飽和カルボン酸と、該不飽和カルボン酸と共重合可能なポリビニル化合物(ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ジビニルベンゼン等)とシリカ粒子を加えて懸濁液を調整、濃縮、乾燥してシリカ表面に不飽和カルボン酸及びポリビニル化合物からなる皮膜を形成させ、さらに加熱により重合させて架橋型のイオン交換組成物を形成させる方法(例えば、特許文献6参照)、液晶表示装置のスペーサー用の被覆粒子の製造方法として、シリカ系粒子をビニル系のシランカップリング剤で処理し、ついで、これを極性溶剤中に分散させ、これに単官能ビニル系単量体を加え、これを重合させて非架橋型のビニル系重合体で被覆された粒子を得る方法(例えば、特許文献7参照)等が提案されている。 For example, as a method of polymerizing the monomer after adsorbing a vinyl polymerizable monomer and coating the particle, colloidal silica particles can be used as a method for producing particles for white pigment used in paints and the like. A hollow particle is proposed that is dispersed in a polymer, coated and polymerized with a carboxylic acid-based vinyl monomer such as acrylic acid, and further coated and polymerized with a vinyl-based monomer such as methyl methacrylate or styrene. (For example, see Patent Document 5). In addition, as a method for producing filler particles for ion exchange liquid chromatography, an unsaturated carboxylic acid such as maleic acid and a polyvinyl compound copolymerizable with the unsaturated carboxylic acid (pentaerythritol tetraacrylate, divinyl) are used in a solution. Benzene etc.) and silica particles are added to adjust the suspension, concentrated and dried to form a film comprising an unsaturated carboxylic acid and a polyvinyl compound on the silica surface, and further polymerized by heating to form a crosslinked ion exchange composition As a method for forming coated particles for spacers of liquid crystal display devices (for example, see Patent Document 6), silica-based particles are treated with a vinyl-based silane coupling agent, and then this is dissolved in a polar solvent. Disperse, add monofunctional vinyl monomer to this, polymerize it and coat with non-crosslinked vinyl polymer How to obtain the particles (e.g., Patent Document 7 references) it has been proposed.
また、重合体で直接被覆する方法としては、例えば、液晶表示装置のスペーサー用の被覆粒子の製造方法として、ビニル系の重合体を溶剤中に分散させ、これとシリカ系粒子とを混合して被覆する方法(例えば、特許文献8参照)、シリカ系粒子粉末と重合体粉末とをボールミル等で、湿式あるいは乾式で混合し、機械的応力により粒子表面に樹脂層を形成する方法(例えば、特許文献9)等が提案されている。 In addition, as a method of directly coating with a polymer, for example, as a method for producing coated particles for spacers of a liquid crystal display device, a vinyl polymer is dispersed in a solvent, and this is mixed with silica particles. A method of coating (for example, see Patent Document 8), a method in which silica-based particle powder and polymer powder are mixed by a wet or dry method using a ball mill or the like, and a resin layer is formed on the particle surface by mechanical stress (for example, Patent Document 9) has been proposed.
しかしながら、シランカップリング剤は、その有するSi−X(Xはハロゲン原子、アルコキシ基等)が加水分解して生じるSi−OHが、無機酸化物粒子の表面に存在するM−OH基(Mは無機酸化物粒子を構成する金属元素)と反応することにより該粒子上に結合する。従って、シランカップリング剤の処理量は、被処理粒子の表面積及びM−OH基の量に大きく依存する。このため、無機酸化物粒子に種々の官能基を導入しようとしても、その量はさほど多くならないという問題がある。また、シランカップリング剤は無機酸化物粒子表面のM−OH基と完全に反応するわけではないため、過酷な条件下では加水分解等を起こしてしまう場合がある。またSi−H基を有する環状シロキサンで被覆した後、ビニル基を有する化合物と反応させる方法でも、導入可能な官能基の数に制限があり、さらには、該方法では用いた白金触媒の粒子からの除去が困難であるという問題を有する。 However, the silane coupling agent has an M-OH group (M is an M-OH group) in which Si-OH produced by hydrolysis of Si-X (X is a halogen atom, an alkoxy group, etc.) is present on the surface of the inorganic oxide particles. By reacting with the metal element constituting the inorganic oxide particles, the particles are bonded onto the particles. Therefore, the processing amount of the silane coupling agent greatly depends on the surface area of the particles to be processed and the amount of M-OH groups. For this reason, even if it is going to introduce | transduce various functional groups to an inorganic oxide particle, there exists a problem that the quantity does not increase so much. Further, since the silane coupling agent does not completely react with the M-OH group on the surface of the inorganic oxide particles, it may cause hydrolysis or the like under severe conditions. In addition, there is a limit to the number of functional groups that can be introduced even after a method of reacting with a compound having a vinyl group after coating with a cyclic siloxane having a Si-H group. There is a problem that it is difficult to remove.
また、シリカ系粒子等の無機酸化物を溶剤中に分散させ、この分散液中でビニル系単量体を吸着・重合させる方法は、形成された被覆層は比較的均一なものにでき、またその厚みの制御も比較的容易なため、多量の官能基を導入できるという利点がある。しかしながら、この方法では、粒子表面以外で重合するビニル系単量体も少なくない。従って、ビニル系単量体のロスが多く、さらには、粒子表面以外で重合したビニル系単量体の重合体粒子が生じて混入してしまう場合がある。また、重合は溶剤中で行われるため、ビニル系単量体が溶剤を取り込んだ状態で重合しやすく、得られる重合体の被覆層が粗なものとなりやすい。さらに、イオン性基を有するビニル重合体で被覆した場合は、イオン反発によりその官能基密度を高めることが困難である。そしてさらに、架橋型の重合体被覆を得るためには、架橋剤を配合するなど、複数種の重合性単量体を用いる場合、これら単量体の粒子表面と溶剤に対する分配係数が異なることが多いため得られる重合体の組成比が仕込み値と異なる場合が多く、その制御にも労力を要する。特に、第4級アンモニウム塩基、スルホン酸基等の極めて親水性の高い官能基を有する架橋型重合体を得るために、これら官能基を有する重合性単量体と、架橋剤とを併用しても、架橋剤となる単量体は通常疎水性の化合物であるため、分配傾向が全く異なり、事実上、このような官能基を有する架橋型の重合体で被覆された粒子を得ることはできなかった。 In addition, a method in which an inorganic oxide such as silica-based particles is dispersed in a solvent and a vinyl monomer is adsorbed and polymerized in the dispersion can form a relatively uniform coating layer. Since control of the thickness is relatively easy, there is an advantage that a large amount of functional groups can be introduced. However, in this method, there are not a few vinyl monomers that are polymerized outside the particle surface. Therefore, the loss of the vinyl monomer is large, and further, polymer particles of the vinyl monomer polymerized on the surface other than the particle surface may be generated and mixed. Further, since the polymerization is performed in a solvent, the vinyl monomer is easily polymerized in a state in which the solvent is taken in, and the resulting coating layer of the polymer is likely to be rough. Furthermore, when it coat | covers with the vinyl polymer which has an ionic group, it is difficult to raise the functional group density by ionic repulsion. Furthermore, in order to obtain a cross-linked polymer coating, when a plurality of types of polymerizable monomers are used, such as a cross-linking agent, the distribution coefficient of these monomers on the particle surface and the solvent may be different. In many cases, the composition ratio of the obtained polymer is different from the charged value, and control is also required for the control. In particular, in order to obtain a crosslinked polymer having a highly hydrophilic functional group such as a quaternary ammonium base or a sulfonic acid group, a polymerizable monomer having these functional groups is used in combination with a crosslinking agent. However, since the monomer used as a crosslinking agent is usually a hydrophobic compound, the distribution tendency is completely different, and in fact, particles coated with a crosslinked polymer having such a functional group cannot be obtained. There wasn't.
さらに、予め重合させた重合体を被覆する方法では、重合体粒子の生成や仕込み値の問題が生じ難いが、溶剤へ溶解させるためには非架橋のものを用いる必要があり、架橋重合体を得るためには別途、複雑な操作が必要な場合が多く、さらには架橋度の調整もやはり困難である。他方、架橋型の重合体で直接被覆する方法では、強い機械的応力が必要であり、エネルギー的に不利であるのみならず、この応力付与の際に粒子が破砕する場合がある。またこのような溶剤を用いる方法では、後工程として、ろ過、洗浄、乾燥等の工程を必要とし工業的に煩雑なだけでなく、これらの工程で粒子同士が、解砕することが困難なほど強く凝集してしまう場合が多い。 Furthermore, in the method of coating a polymer that has been polymerized in advance, it is difficult to generate polymer particles or charge value, but in order to dissolve in a solvent, it is necessary to use a non-crosslinked polymer. In order to obtain it, complicated operations are often required separately, and it is also difficult to adjust the degree of crosslinking. On the other hand, the method of directly coating with a cross-linked polymer requires a strong mechanical stress, which is not only energetically disadvantageous, but also particles may be crushed when this stress is applied. In addition, in the method using such a solvent, as post-processes, steps such as filtration, washing, and drying are required, which is industrially complicated, and particles are difficult to disintegrate in these processes. In many cases, it strongly aggregates.
従って、厚みがあり、その密度も高い被覆層を容易に得られ、かつ、副生物も少なく、さらには、操作が簡単で工業的に製造の容易な方法の提供が求められていた。
このような状況において、本出願人は、核となる粒子粉体を攪拌しつつ、重合性単量体
を噴霧等により接触させて該核粒子に重合性単量体を吸着させ、ついで重合性単量体を重合させることにより、粒子上に重合体を好適に生成させることができること、重合性単量体として、スルホン酸基、アンモニウム基等の親水性の高い官能基を有する化合物を用いる場合には、表面処理等を行っていない粒子を、逆にスチレン等の疎水性の高い重合性単量体を用いる場合には環状シロキサン処理等により疎水化された粒子を用いると効率的に吸着が起こること、さらに、原料とした重合性単量体が目的の官能基を有していない場合には、イオン交換樹脂の製造方法に準じて官能基導入を行うなどすれば良いことを見いたし、既に提案している(特許文献10参照)。この方法では、厚みがあり、密度も高い被覆層を、粒子表面全体に有する重合体被覆無機酸化物粒子が得られている。
Accordingly, there has been a demand for providing a method that can easily provide a coating layer having a high thickness and a high density, has few by-products, and is simple in operation and easy to manufacture industrially.
In such a situation, the present applicant, while stirring the core particle powder, causes the polymerizable monomer to adsorb onto the core particle by contacting the polymerizable monomer by spraying or the like, and then polymerizable. By polymerizing the monomer, a polymer can be suitably formed on the particles, and a compound having a highly hydrophilic functional group such as a sulfonic acid group or an ammonium group is used as the polymerizable monomer In the case of using particles that have not been subjected to surface treatment or, on the contrary, if highly hydrophobic polymerizable monomers such as styrene are used, particles that have been hydrophobized by cyclic siloxane treatment or the like can be used for efficient adsorption. In addition, when the polymerizable monomer used as a raw material does not have the target functional group, we have found that it is only necessary to introduce a functional group according to the production method of the ion exchange resin, Already proposed (patent text) Reference 10). In this method, polymer-coated inorganic oxide particles having a coating layer with a large thickness and a high density on the entire particle surface are obtained.
しかしながら、イオン交換性を有する樹脂で被覆した無機酸化物粒子としては、さらにイオン交換速度が速く、交換容量の高いものが望まれていた。
本発明者はこのような状況において鋭意研究したところ、無機担体とイオン交換樹脂とが複合体を形成した後も、貫通孔を有し、多孔性を保持したものが、イオン交換速度が速く、交換容量に優れることを見出して本発明を完成するに至った。
As a result of intensive research in this situation, the inventor of the present invention has a through-hole and retains porosity even after the inorganic carrier and the ion exchange resin form a complex, and the ion exchange rate is high. The inventors have found that the exchange capacity is excellent and have completed the present invention.
本発明は、無機担体とイオン交換性樹脂とからなり、イオン交換速度が速く、交換容量が高く、機械的強度にも優れた多孔性のイオン交換体およびそれを製造する方法を提供することを課題としている。 The present invention provides a porous ion exchanger comprising an inorganic carrier and an ion exchange resin, having a high ion exchange rate, a high exchange capacity, and excellent mechanical strength, and a method for producing the same. It is an issue.
本発明の多孔性イオン交換体は、無機多孔質担体と、これに担持されたイオン交換性樹脂とからなり、平均体積が5×10-4mm3/個以上であり、水銀圧入法により測定した
総細孔容積が0.5〜1.5cm3/gであり、かつ、貫通孔を有することを特徴として
いる。
The porous ion exchanger of the present invention comprises an inorganic porous carrier and an ion exchange resin supported thereon, and has an average volume of 5 × 10 −4 mm 3 / piece or more, and is measured by a mercury intrusion method. The total pore volume is 0.5 to 1.5 cm 3 / g and has through holes.
本発明の多孔性イオン交換体は、細孔直径が0.5〜15μmの範囲にある細孔(マクロ細孔に由来する貫通孔)の占める容積が、0.4〜1.5cm3/gであることが好ま
しい。
In the porous ion exchanger of the present invention, the volume occupied by pores having pore diameters in the range of 0.5 to 15 μm (through holes derived from macropores) is 0.4 to 1.5 cm 3 / g. It is preferable that
本発明の多孔性イオン交換体は、イオン交換性樹脂が、カチオン交換性樹脂であることが好ましい。
本発明の多孔性イオン交換体の製造方法は、細孔直径が0.1〜30μmのマクロ細孔と、細孔直径が1〜50nmのメソ細孔とを有し、平均体積が5×10-4mm3/個以上
である無機多孔質担体(A)と、重合によりイオン交換性樹脂またはその前駆体を形成するモノマー(B)とを接触させる工程と、前記モノマー(B)を重合させる重合工程とを含み、水銀圧入法により測定した総細孔容積が0.5〜1.5cm3/gであり、かつ、
貫通孔を有する多孔性イオン交換体を得ることを特徴としている。
In the porous ion exchanger of the present invention, the ion exchange resin is preferably a cation exchange resin.
The method for producing a porous ion exchanger of the present invention has macropores having a pore diameter of 0.1 to 30 μm, mesopores having a pore diameter of 1 to 50 nm, and an average volume of 5 × 10. -4 mm 3 / piece or more of the porous inorganic carrier (A) and the monomer (B) that forms an ion-exchange resin or its precursor by polymerization, and the monomer (B) is polymerized A total pore volume measured by a mercury intrusion method is 0.5 to 1.5 cm 3 / g, including a polymerization step, and
It is characterized by obtaining a porous ion exchanger having through holes.
本発明のイオン交換体の製造方法では、重合工程の後において、水銀圧入法により測定した細孔直径0.5〜15μmの範囲にある細孔の占める容積が、0.4〜1.5cm3
/gとなるように、前記モノマー(B)の接触量を調整することが好ましい。
In the ion exchanger production method of the present invention, after the polymerization step, the volume occupied by pores in the pore diameter range of 0.5 to 15 μm measured by mercury porosimetry is 0.4 to 1.5 cm 3.
It is preferable to adjust the contact amount of the monomer (B) so as to be / g.
本発明の多孔性イオン交換体の製造方法では、無機多孔質担体(A)が、二元細孔シリカ粒子であることが好ましく、前記二元細孔シリカ粒子が、マクロ細孔の容積が0.6〜2.0cm3/gの範囲内にあり、メソ細孔の容積が0.4〜1.5cm3/gの範囲内にあることがより好ましい。本発明の多孔性イオン交換体の製造方法では、前記二元細孔シリカ粒子が、珪素原、水溶性高分子および酸触媒を含むゾル液を相分離の過渡構造においてゲル化させてゲル体を生成し、前記ゲル体を水熱処理して得られた粒子であることが好ましい。 In the method for producing a porous ion exchanger of the present invention, it is preferable that the inorganic porous carrier (A) is a binary pore silica particle, and the binary pore silica particle has a macropore volume of 0. in the range of .6~2.0cm 3 / g, the volume of mesopores and more preferably within a range of 0.4~1.5cm 3 / g. In the method for producing a porous ion exchanger according to the present invention, the binary pore silica particles are obtained by gelling a sol solution containing a silicon raw material, a water-soluble polymer and an acid catalyst in a phase separation transient structure. The particles are preferably produced and obtained by hydrothermal treatment of the gel body.
本発明によれば、貫通孔を有することにより、特に初期のイオン交換速度が速く、イオン交換容量が大きく、機械的強度に優れ、耐熱性にも優れ、各種触媒、分離剤、吸着剤等として好適に使用できる多孔性イオン交換体、ならびにその製造方法を提供することができる。 According to the present invention, by having a through-hole, the initial ion exchange rate is particularly fast, the ion exchange capacity is large, the mechanical strength is excellent, the heat resistance is also excellent, and various catalysts, separation agents, adsorbents, etc. The porous ion exchanger which can be used conveniently, and its manufacturing method can be provided.
以下、本発明について具体的に説明する。
多孔性イオン交換体
本発明の多孔性イオン交換体は、無機多孔質担体と、これに担持されたイオン交換性樹脂とからなる。
Hereinafter, the present invention will be specifically described.
Porous ion exchanger The porous ion exchanger of the present invention comprises an inorganic porous carrier and an ion exchange resin supported on the inorganic porous carrier.
本発明において、無機多孔質担体は、貫通孔を有する無機多孔質であって、人工的に合成されたものでも天然鉱物であってもよい。たとえば、シリカ、アルミナ、シリカアルミナ、チタニアなどから形成されるものが挙げられる。 In the present invention, the inorganic porous carrier is an inorganic porous material having through holes, and may be artificially synthesized or a natural mineral. Examples thereof include those formed from silica, alumina, silica alumina, titania and the like.
本発明で用いられる無機多孔質担体は、貫通孔を有する多孔質構造であればその形状を特に限定されるものではなく、球形、立方体、円柱形、角柱形、楕球形、板状、不定形などどのような形状であってもよく、混合されていてもよい。これらのうちでは、球形もしくはこれに類似した形状であるのが好ましい。無機多孔質担体の平均体積は、5×10-4mm3/個以上、好ましくは平均体積は、1×10-3mm3/個以上であるのが望ましい。たとえば無機多孔質担体が粒子状である場合には、平均体積が、好ましくは5×10-4〜1000mm3/個、より好ましくは1×10-3〜150mm3/個程度であるのが望ましい。また、特に限定されるものではないが、無機多孔質担体の平均径(無機多孔質担体の最長径の平均値)は、100μm以上であるのが望ましく、たとえば無機多孔質担体が粒子状である場合には、平均粒子径(粒子の最長径の平均値)が100μm〜5mm程度であるのが望ましい。 The shape of the inorganic porous carrier used in the present invention is not particularly limited as long as it has a porous structure having through-holes. Spherical shape, cubic shape, cylindrical shape, prismatic shape, elliptical shape, plate shape, irregular shape Any shape may be sufficient, and it may be mixed. Of these, a spherical shape or a similar shape is preferable. The average volume of the inorganic porous carrier is 5 × 10 −4 mm 3 / piece or more, preferably the average volume is 1 × 10 −3 mm 3 / piece or more. For example, when the inorganic porous support is in the form of particles, the average volume is preferably about 5 × 10 −4 to 1000 mm 3 / piece, more preferably about 1 × 10 −3 to 150 mm 3 / piece. . Although not particularly limited, the average diameter of the inorganic porous carrier (the average value of the longest diameter of the inorganic porous carrier) is desirably 100 μm or more. For example, the inorganic porous carrier is particulate. In this case, it is desirable that the average particle diameter (average value of the longest diameter of the particles) is about 100 μm to 5 mm.
本発明に係る無機多孔質担体は、貫通孔を含む細孔を有する多孔質であればよいが、好ましくは、マイクロメートル領域の孔径のマクロ細孔と、オングストローム領域の孔径のメソ細孔との二種類のタイプの細孔を有している二元細孔粒子であることが好ましく、細孔直径が0.1〜30μmのマクロ細孔と、細孔直径が1〜50nmのメソ細孔とを有する二元細孔粒子であることがより好ましい。なかでも、本発明に係る無機多孔質担体は、二元細孔シリカ粒子であることが特に好ましい。 The inorganic porous carrier according to the present invention may be porous as long as it has pores including through-holes. Preferably, the microporous pore size macropores and the angstrom region pore size mesopores are used. It is preferably a binary pore particle having two types of pores, a macropore having a pore diameter of 0.1 to 30 μm, a mesopore having a pore diameter of 1 to 50 nm, More preferably, it is a binary pore particle having. Among these, the inorganic porous carrier according to the present invention is particularly preferably a biporous silica particle.
本発明に係る無機多孔質担体が、二元細孔粒子である場合、好ましくは二元細孔シリカ粒子である場合には、細孔直径が0.1〜30μmのマクロ細孔の容積が、好ましくは0
.6〜2.0cm3/g、より好ましくは0.7〜1.5cm3/gの範囲内にあり、細孔直径が1〜50nmのメソ細孔の容積が、好ましくは0.4〜1.5cm3/g、より好
ましくは0.5〜1.2cm3/gの範囲内にあることが望ましい。
When the inorganic porous carrier according to the present invention is a binary pore particle, preferably a binary pore silica particle, the volume of macropores having a pore diameter of 0.1 to 30 μm, Preferably 0
. The volume of mesopores having a pore diameter of 1 to 50 nm, preferably 0.4 to 1, is in the range of 6 to 2.0 cm 3 / g, more preferably 0.7 to 1.5 cm 3 / g. It is desirable that the thickness be in the range of 0.5 cm 3 / g, more preferably 0.5 to 1.2 cm 3 / g.
本発明の多孔性イオン交換体を構成するイオン交換性樹脂は、イオン交換基を有する樹脂であれば特に限定されるものではなく、カチオン(陽イオン)交換性樹脂であっても、アニオン(陰イオン)交換性樹脂であってもよい。このうち本発明では、イオン交換性樹脂がカチオン交換性樹脂であることが好ましい。 The ion exchange resin constituting the porous ion exchanger of the present invention is not particularly limited as long as it is a resin having an ion exchange group. Even if it is a cation (cation) exchange resin, an anion (anion) It may be an ion) exchangeable resin. Among these, in the present invention, the ion exchange resin is preferably a cation exchange resin.
本発明に係る多孔性イオン交換体は、前記無機多孔質担体上に、イオン交換性樹脂が担持されたものである。
無機多孔質担体上へのイオン交換性樹脂の担持は、どのような方法で行ってもよく、イオン交換性樹脂を直接無機多孔質担体に担持させる方法、イオン交換性を有さない樹脂を無機多孔質担体に担持させた後にイオン交換能を有する官能基を導入する方法、重合性モノマーを無機多孔質担体に担持させて重合し、必要に応じてイオン交換能を有する官能基を導入する方法、などの方法をいずれも採用することができるが、好ましくは、後述する本発明の多孔性イオン交換体の製造方法により行うことができる。
The porous ion exchanger according to the present invention is obtained by supporting an ion exchange resin on the inorganic porous carrier.
The ion-exchange resin may be supported on the inorganic porous carrier by any method, such as a method of directly supporting the ion-exchange resin on the inorganic porous carrier, or a resin having no ion exchange property. A method for introducing a functional group having ion exchange capacity after being supported on a porous carrier, a method for polymerizing a polymerizable monomer supported on an inorganic porous carrier, and introducing a functional group having ion exchange capacity if necessary Any of these methods can be employed, but it can be preferably carried out by the method for producing a porous ion exchanger of the present invention described later.
本発明の多孔性イオン交換体は、上述した無機多孔質担体と、これに担持されたイオン交換性樹脂とからなり、平均体積は、5×10-4mm3/個以上、好ましくは5×10-4
〜1000mm3/個、より好ましくは1×10-3〜150mm3/個程度であるのが望ましい。また、平均径(最長径の平均値)が通常100μm以上、好ましくは100μm〜5mm程度であるのが望ましい。本発明の多孔性イオン交換体の大きさおよび形状は、通常無機多孔質担体の形状に大きく依存するものであるが、無機多孔質担体にイオン交換性樹脂が担持されたものの複数が結合して構造体となったものであってもよく、特に限定されるものではない。
The porous ion exchanger of the present invention comprises the above-described inorganic porous carrier and an ion exchange resin carried thereon, and the average volume is 5 × 10 −4 mm 3 / piece or more, preferably 5 ×. 10 -4
It is desirable that the thickness is about 1000 mm 3 / piece, more preferably about 1 × 10 −3 to 150 mm 3 / piece. The average diameter (average value of the longest diameter) is usually 100 μm or more, preferably about 100 μm to 5 mm. The size and shape of the porous ion exchanger of the present invention usually depends largely on the shape of the inorganic porous carrier, but a plurality of the ion-exchange resins supported on the inorganic porous carrier are combined. It may be a structure and is not particularly limited.
本発明の多孔性イオン交換体は、その水銀圧入法により測定した総細孔容積が0.5〜1.5cm3/g、好ましくは0.7〜1.4cm3/gであるのが望ましい。
また、本発明の多孔性イオン交換体は、細孔直径が0.5〜15μm、好ましくは1〜10μmの貫通孔を有するものであって、無機多孔質担体の細孔のすべてがイオン交換性樹脂で充填されたものではない。このような貫通孔は、たとえば本発明の多孔性イオン交換体を高速液体クロマトグラフィー(HPLC)のカラム充填剤として用いた場合など、液体もしくは気体と接触してイオン交換を行う用途に用いる場合には、接触する液体もしくは気体の流路として作用し、これによりイオン交換速度の向上が期待される。
The porous ion exchanger of the present invention desirably has a total pore volume measured by the mercury intrusion method of 0.5 to 1.5 cm 3 / g, preferably 0.7 to 1.4 cm 3 / g. .
The porous ion exchanger of the present invention has a through-hole having a pore diameter of 0.5 to 15 μm, preferably 1 to 10 μm, and all the pores of the inorganic porous carrier are ion-exchangeable. It is not filled with resin. Such a through-hole is used when, for example, the porous ion exchanger of the present invention is used as a column filler for high performance liquid chromatography (HPLC), such as when it is used for an ion exchange in contact with a liquid or gas. Acts as a flow path for the liquid or gas in contact therewith, and this is expected to improve the ion exchange rate.
本発明の多孔性イオン交換体が貫通孔を有することは、電子顕微鏡写真により確認することができる。貫通孔の表面は、イオン交換性樹脂で被覆されていてもよく、被覆されていなくてもよい。また、貫通孔の細孔直径は水銀圧入法による細孔分布の測定結果から求めることができる。 It can be confirmed by an electron micrograph that the porous ion exchanger of the present invention has a through-hole. The surface of the through hole may or may not be coated with an ion exchange resin. Moreover, the pore diameter of the through hole can be obtained from the measurement result of the pore distribution by the mercury intrusion method.
本発明の多孔性イオン交換体は、無機多孔質担体が二元細孔無機担体である場合、メソ細孔の少なくとも一部、好ましくはメソ細孔の細孔容積の50%以上がイオン交換性樹脂で充填されており、無機多孔質担体が有していた貫通孔であるマクロ細孔が貫通孔として保持されたものとなっていることが好ましい。この場合において貫通孔内表面は、イオン交換性樹脂で被覆されていてもよく、無機担体内壁が露出していてもよい。 In the porous ion exchanger of the present invention, when the inorganic porous carrier is a binary porous inorganic carrier, at least a part of the mesopores, preferably 50% or more of the pore volume of the mesopores is ion-exchangeable. It is preferable that the macropores that are filled with the resin and that are the through holes of the inorganic porous carrier are held as the through holes. In this case, the inner surface of the through hole may be coated with an ion exchange resin, and the inner wall of the inorganic carrier may be exposed.
本発明の多孔性イオン交換体は、特に限定されるものではないが、N2吸着によるBE
T法により測定される比表面積が、好ましくは5m2/g以上、より好ましくは50〜3
00m2/gであるのが望ましい。
The porous ion exchanger of the present invention is not particularly limited, but is BE by N 2 adsorption.
The specific surface area measured by the T method is preferably 5 m 2 / g or more, more preferably 50 to 3
It is preferably 00 m 2 / g.
さらに本発明の多孔性イオン交換体は、滴定法で求めたイオン交換容量が、好ましくは0.1〜2.0meq/g、より好ましくは0.5〜1.8meq/gであるのが望ましい。 Furthermore, the porous ion exchanger of the present invention preferably has an ion exchange capacity determined by a titration method of 0.1 to 2.0 meq / g, more preferably 0.5 to 1.8 meq / g. .
このような本発明の多孔性イオン交換体は、優れたイオン交換性能を有し、しかも高いイオン交換速度を示す。
多孔性イオン交換体の製造方法
本発明の多孔性イオン交換体の製造方法は、特定の無機多孔質担体(A)と、重合によりイオン交換性樹脂またはその前駆体を形成するモノマー(B)とを接触させる工程と、前記モノマー(B)を重合させる重合工程とを含む。
Such a porous ion exchanger of the present invention has excellent ion exchange performance and also exhibits a high ion exchange rate.
Method for Producing Porous Ion Exchanger The method for producing a porous ion exchanger of the present invention comprises a specific inorganic porous carrier (A) and a monomer (B) that forms an ion exchange resin or its precursor by polymerization. And a polymerization step of polymerizing the monomer (B).
無機多孔質担体(A)としては、細孔直径が0.1〜30μm、好ましくは0.5〜15μmのマクロ細孔と、細孔直径が1〜50nm、好ましくは2〜20nmのメソ細孔を有し、平均体積が5×10-4mm3/個以上、好ましくは1×10-3mm3/個以上のもの
を用いることができる。ここで、無機多孔質担体(A)のマクロ細孔の少なくとも一部は貫通孔である。無機多孔質担体(A)の平均体積は、たとえば無機多孔質担体が粒子状である場合には、好ましくは5×10-4〜1000mm3/個、より好ましくは1×10-3
〜150mm3/個程度であるものを好適に用いることができる。
The inorganic porous carrier (A) includes macropores having a pore diameter of 0.1 to 30 μm, preferably 0.5 to 15 μm, and mesopores having a pore diameter of 1 to 50 nm, preferably 2 to 20 nm. And an average volume of 5 × 10 −4 mm 3 / piece or more, preferably 1 × 10 −3 mm 3 / piece or more can be used. Here, at least a part of the macropores of the inorganic porous carrier (A) is a through-hole. The average volume of the inorganic porous carrier (A) is preferably 5 × 10 −4 to 1000 mm 3 / piece, more preferably 1 × 10 −3 when the inorganic porous carrier is in the form of particles, for example.
What is about -150 mm < 3 > / piece can be used suitably.
また、特に限定されるものではないが、無機多孔質担体の平均径(無機多孔質担体の最長径の平均値)は、100μm以上であるのが望ましく、たとえば無機多孔質担体が粒子状である場合には、平均粒子径(粒子の最長径の平均値)が100μm〜5mm程度であるのが望ましい。 Although not particularly limited, the average diameter of the inorganic porous carrier (the average value of the longest diameter of the inorganic porous carrier) is desirably 100 μm or more. For example, the inorganic porous carrier is particulate. In this case, it is desirable that the average particle diameter (average value of the longest diameter of the particles) is about 100 μm to 5 mm.
このような無機多孔質担体(A)としては、シリカ、アルミナ、シリカアルミナ、チタニアなどから形成される二元細孔粒子が挙げられ、このうち二元細孔シリカ粒子が特に好ましく用いられる。本発明で用いる無機多孔質担体(A)は、マクロ細孔の容積が0.5〜2.5cm3/g、好ましくは0.6〜2.0cm3/g、より好ましくは0.7〜1.5cm3/gの範囲であるのが望ましい。 Examples of such inorganic porous carrier (A) include binary pore particles formed from silica, alumina, silica alumina, titania and the like, and among these, binary pore silica particles are particularly preferably used. The inorganic porous carrier (A) used in the present invention has a macropore volume of 0.5 to 2.5 cm 3 / g, preferably 0.6 to 2.0 cm 3 / g, more preferably 0.7 to The range of 1.5 cm 3 / g is desirable.
特に無機多孔質担体(A)が二元細孔シリカ粒子である場合、マクロ細孔の容積が0.6〜2.0cm3/g、好ましくは0.7〜1.5cm3/gの範囲であり、かつ、メソ細孔の容積が0.4〜1.5cm3/g、好ましくは0.5〜1.2cm3/gの範囲であるのが望ましい。 Particularly when the inorganic porous carrier (A) is a binary porous silica particle, the macropore volume is in the range of 0.6 to 2.0 cm 3 / g, preferably 0.7 to 1.5 cm 3 / g. In addition, it is desirable that the volume of the mesopores is in the range of 0.4 to 1.5 cm 3 / g, preferably 0.5 to 1.2 cm 3 / g.
無機多孔質担体(A)として用いられる二元細孔粒子は、どのような方法で製造されたものであってもよいが、たとえば二元細孔シリカ粒子では、珪素原、水溶性高分子および酸触媒を含むゾル液を相分離の過渡構造においてゲル化させてゲル体を生成し、前記ゲル体を水熱処理して得られた粒子であることが好ましい。このような二元細孔シリカ粒子の製造においては、ゲル体を生成した後水熱処理の前に、ゲル体を乾燥および焼結することも好ましく、また、ゲル体の水熱処理を100〜150℃の範囲内で行うことも好ましい。本発明に係る無機多孔質担体(A)として好適に用いられる二元細孔シリカとしては、たとえば、特開2006−213588号公報、特開2006−104016号公報、国際公開WO2002/87585号パンフレットなどに記載のものを挙げることができる。 The binary pore particles used as the inorganic porous carrier (A) may be produced by any method. For example, in the case of binary pore silica particles, silicon raw material, water-soluble polymer and The sol solution containing the acid catalyst is preferably gelled in a phase separation transient structure to form a gel body, and the gel body is obtained by hydrothermal treatment. In the production of such binary pore silica particles, it is also preferable to dry and sinter the gel body after the gel body is formed and before the hydrothermal treatment, and the hydrothermal treatment of the gel body is performed at 100 to 150 ° C. It is also preferable to carry out within the range. Examples of the binary porous silica suitably used as the inorganic porous carrier (A) according to the present invention include, for example, JP-A-2006-213588, JP-A-2006-104016, International Publication WO2002 / 87585, etc. Can be mentioned.
本発明の製造方法では、上述した無機多孔質担体(A)と、重合によりイオン交換性樹脂またはその前駆体を形成するモノマー(B)とを接触させる工程を有する。無機多孔質担体(A)とモノマー(B)との接触は、特に限定されることなくどのような方法で行っ
てもよく、モノマー(B)が液相あるいは気相のいずれの条件で接触されてもよい。液相での接触の方法としては、たとえば、液状のモノマー(B)を、無機多孔質担体(A)に噴霧する、無機多孔質担体(A)を液状のモノマー(B)中に浸漬するなどが挙げられる。ここで、液状のモノマー(B)は、必要に応じて溶媒に溶解または分散されていてもよい。
The production method of the present invention includes a step of bringing the inorganic porous carrier (A) described above into contact with the monomer (B) that forms an ion-exchange resin or a precursor thereof by polymerization. The contact between the inorganic porous carrier (A) and the monomer (B) is not particularly limited and may be performed by any method, and the monomer (B) is contacted under either liquid phase or gas phase conditions. May be. Examples of the contact method in the liquid phase include spraying the liquid monomer (B) onto the inorganic porous carrier (A), immersing the inorganic porous carrier (A) in the liquid monomer (B), and the like. Is mentioned. Here, the liquid monomer (B) may be dissolved or dispersed in a solvent as necessary.
本発明では、無機多孔質担体(A)とモノマー(B)との接触を、接触後の重合工程のあとにおいて、水銀圧入法により測定した総細孔容積が0.5〜1.5cm3/gであり
、かつ、貫通孔を有するように、前記モノマー(B)の接触量を調整することが好ましく、さらに、水銀圧入法により測定した細孔直径が0.5〜15μmの範囲にある細孔の占める容積が、好ましくは0.4〜1.5cm3/g、より好ましくは0.4〜1.2cm3/gとなるように、前記モノマー(B)の接触量を調整することが望ましい。ここで、細孔直径が0.5〜15μmの範囲にある細孔は、無機多孔質担体(A)のマクロ細孔に由来する貫通孔であるのが望ましい。
In the present invention, the contact between the inorganic porous carrier (A) and the monomer (B) is conducted after the polymerization step after the contact, and the total pore volume measured by mercury porosimetry is 0.5 to 1.5 cm 3 / It is preferable to adjust the contact amount of the monomer (B) so as to have a through-hole, and the fine pore diameter measured by mercury porosimetry is in the range of 0.5 to 15 μm. The contact amount of the monomer (B) may be adjusted so that the volume occupied by the pores is preferably 0.4 to 1.5 cm 3 / g, more preferably 0.4 to 1.2 cm 3 / g. desirable. Here, the pores having a pore diameter in the range of 0.5 to 15 μm are desirably through-holes derived from the macropores of the inorganic porous carrier (A).
すなわち、本発明では、無機多孔質担体(A)とモノマー(B)との接触により、無機多孔質担体(A)に担持されるモノマー(B)の量を、前記細孔容積および貫通孔の平均孔径を満たすように調整することが望ましい。このような方法としては、接触に用いるモノマー(B)の量を制御する、接触に用いるモノマー(B)の濃度を制御する、接触時間を制御する、接触後に遠心などの適宜の方法で過剰なモノマー(B)を除去するなどの方法が挙げられる。モノマー(B)が気相となる条件で無機多孔質担体(A)と接触させる方法は、比較的制御が困難であるため、無機多孔質担体(A)とモノマー(B)との接触は、モノマー(B)が液相となる条件を選択することがより好ましい。また、モノマー(B)と接触した後の無機多孔質担体(A)が、重合時において粒子同士が凝集せず粉体として取り扱える条件を選択することが好ましい。モノマー(B)の使用量は、特に限定されるものではないが、たとえば、無機多孔質担体(A)1gあたり、0.001〜0.4g程度とすることができる。 That is, in the present invention, the amount of the monomer (B) supported on the inorganic porous carrier (A) by the contact between the inorganic porous carrier (A) and the monomer (B) is set to the pore volume and the through hole. It is desirable to adjust so as to satisfy the average pore diameter. As such a method, the amount of the monomer (B) used for contact is controlled, the concentration of the monomer (B) used for contact is controlled, the contact time is controlled, and an appropriate method such as centrifugation after contact is used. Examples thereof include a method of removing the monomer (B). Since the method of bringing the monomer (B) into contact with the inorganic porous carrier (A) under a gas phase condition is relatively difficult to control, the contact between the inorganic porous carrier (A) and the monomer (B) is It is more preferable to select conditions under which the monomer (B) becomes a liquid phase. Moreover, it is preferable to select the conditions that the inorganic porous carrier (A) after contacting with the monomer (B) can be handled as a powder without aggregation of particles during polymerization. Although the usage-amount of a monomer (B) is not specifically limited, For example, it can be set as about 0.001-0.4g per 1g of inorganic porous support | carriers (A).
本発明においては、無機多孔質担体(A)とモノマー(B)との接触に先立ち、無機多孔質担体(A)に表面処理を施してもよい。無機多孔質担体(A)への表面処理は、用いるモノマー(B)の種類に応じて行うことができ、これによっても無機多孔質担体(A)に担持されるモノマー(B)の量を制御することができる。表面処理としては、たとえば、公知の親水性を付与する処理、疎水性を付与する処理などが挙げられる。たとえば、モノマー(B)としてスルホン酸基、アンモニウム基等の親水性の高い官能基を有する化合物を用いる場合には、表面処理等を行っていない無機多孔質担体(A)を用いるのが好ましく、逆にスチレン等の疎水性の高いモノマー(B)を用いる場合には、環状シロキサン処理等により表面を疎水化した無機多孔質担体(A)を用いることが望ましい。 In the present invention, the inorganic porous carrier (A) may be subjected to a surface treatment prior to the contact between the inorganic porous carrier (A) and the monomer (B). The surface treatment on the inorganic porous carrier (A) can be carried out according to the type of the monomer (B) used, and this also controls the amount of the monomer (B) carried on the inorganic porous carrier (A). can do. Examples of the surface treatment include a treatment for imparting known hydrophilicity and a treatment for imparting hydrophobicity. For example, when a compound having a highly functional group such as a sulfonic acid group or an ammonium group is used as the monomer (B), it is preferable to use an inorganic porous carrier (A) that has not been subjected to surface treatment or the like. Conversely, when using a highly hydrophobic monomer (B) such as styrene, it is desirable to use an inorganic porous carrier (A) whose surface has been hydrophobized by cyclic siloxane treatment or the like.
本発明においては、モノマー(B)の種類は、目的とするイオン交換性樹脂に応じて選択すればよく、特に制限されるものではないが、重合性に優れる点で、(メタ)アクリル基、スチリル基等のラジカル重合性の不飽和二重結合を有する重合性単量体(以下、ビニル系単量体)であることが好ましい。 In the present invention, the type of the monomer (B) may be selected according to the target ion exchange resin, and is not particularly limited. However, in terms of excellent polymerizability, a (meth) acryl group, A polymerizable monomer having a radically polymerizable unsaturated double bond such as a styryl group (hereinafter referred to as a vinyl monomer) is preferable.
モノマー(B)として用いられるビニル系単量体を具体的に例示すると、以下のものが挙げられる。
1.イオン解離可能な親水性基を有さないビニル系単量体;スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン、2,4−ジメチルスチレン、p−tert−ブチルスチレン、クロロメチルスチレン、p−クロロスチレン、ビニルナフタレン等の単官能の芳香族ビニル系の単量体類;ジビニルベンゼン、ジビニルビフェニル、トリビニルベンゼン、ジビニルナフタレン等の多官能の芳香族ビニル化合物類等の芳香族ビニル系の単量体類。(メタ)
アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸ブチル、(メタ)アクリル酸2−エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸ラウリル、(メタ)アクリル酸トリトリデシル、(メタ)アクリル酸ベンジル、(メタ)アクリル酸フェノキシエチル、(メタ)アクリル酸グリシジル、(メタ)アクリル酸ベンジル、(メタ)アクリル酸フェノキシエチル、(メタ)アクリル酸2−メトキシエチル、(メタ)アクリル酸2−エトキシエチル、ジアセトンメタクリルアミド、メタクリロニトリル、メタクリロレイン等の単官能の非フッ素系(メタ)アクリル系の単量体類。エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、プロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、トリメチロールメタントリ(メタ)アクリレート、テトラメチロールメタンテトラ(メタ)アクリレート、メチレンビス(メタ)アクリルアミド、ヘキサメチレンジ(メタ)アクリルアミド等の多官能の非フッ素系(メタ)アクリル系の単量体類。(メタ)アクリル酸トリフロロメチル、(メタ)アクリル酸ペンタフロロエチル、(メタ)アクリル酸パーフロロブチル、(メタ)アクリル酸パーフロロ2−エチルヘキシル等の(メタ)アクリル酸のパーフロロアルキルエステル類。酢酸ビニル、メチルビニルケトン、ビニルピロリドン、エチルビニルエーテル、ジビニルスルホン、フタル酸ジアリル等。
Specific examples of the vinyl monomer used as the monomer (B) include the following.
1. Vinyl monomers having no ion-dissociable hydrophilic group; styrene, α-methylstyrene, vinyltoluene, 2,4-dimethylstyrene, p-tert-butylstyrene, chloromethylstyrene, p-chlorostyrene, Monofunctional aromatic vinyl monomers such as vinyl naphthalene; aromatic vinyl monomers such as polyfunctional aromatic vinyl compounds such as divinylbenzene, divinylbiphenyl, trivinylbenzene, and divinylnaphthalene . (Meta)
Methyl acrylate, ethyl (meth) acrylate, butyl (meth) acrylate, 2-ethylhexyl (meth) acrylate, lauryl (meth) acrylate, tritridecyl (meth) acrylate, benzyl (meth) acrylate, ( Phenoxyethyl (meth) acrylate, glycidyl (meth) acrylate, benzyl (meth) acrylate, phenoxyethyl (meth) acrylate, 2-methoxyethyl (meth) acrylate, 2-ethoxyethyl (meth) acrylate, di Monofunctional non-fluorine (meth) acrylic monomers such as acetone methacrylamide, methacrylonitrile, methacrylolein and the like. Ethylene glycol di (meth) acrylate, diethylene glycol di (meth) acrylate, triethylene glycol di (meth) acrylate, propylene glycol di (meth) acrylate, 1,6-hexanediol di (meth) acrylate, trimethylol methanetri (meta ) Polyfunctional non-fluorinated (meth) acrylic monomers such as acrylate, tetramethylolmethanetetra (meth) acrylate, methylenebis (meth) acrylamide, hexamethylenedi (meth) acrylamide and the like. Perfluoroalkyl esters of (meth) acrylic acid such as trifluoromethyl (meth) acrylate, pentafluoroethyl (meth) acrylate, perfluorobutyl (meth) acrylate, and perfluoro-2-ethylhexyl (meth) acrylate. Vinyl acetate, methyl vinyl ketone, vinyl pyrrolidone, ethyl vinyl ether, divinyl sulfone, diallyl phthalate, etc.
2.イオン解離可能な親水性基を有するビニル系単量体;スチレンスルホン酸及びその塩類、ビニルナフタレンスルホン酸及びその塩類、ビニルベンジルトリメチルアミン、ビニルベンジルトリエチルアミン、ビニルピリジン、ビニルイミダゾール等の芳香族ビニル系の単量体類。(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸3−ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸3−クロロ−2−ヒドロキシプロピル、N−メチロール(メタ)アクリルアミド等の水酸基を有する(メタ)アクリル系の単量体類。(メタ)アクリル酸、マレイン酸、コハク酸2−(メタ)アクリロイルオキシエチル及びその塩類、マレイン酸2−(メタ)アクリロイルオキシエチル及びその塩類、フタル酸2−(メタ)アクリオイルオキシエチル等のカルボキシル基を有する(メタ)アクリル系の単量体類及びこれらの塩類。(メタ)アクリルオキシエチルアシッドフォスフェート等のリン酸基を有する(メタ)アクリル系の単量体類及びこれらの塩類。2−(メタ)アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、3−メタクリロイルオキシプロパンスルホン酸等のスルホン酸基を有する(メタ)アクリル系の単量体類及びこれらの塩類。(メタ)アクリル酸ジメチルアミノエチル、(メタ)アクリル酸ジエチルアミノエチル等のアミノ基を有する(メタ)アクリル系の単量体類。(メタ)アクリル酸ジメチルアミノエチルメチルクロライド塩、(メタ)アクリル酸ジメチルアミノエチルベンジルクロライド塩等の第4級アンモニウム塩基を有する(メタ)アクリル系の単量体類。ビニルホスホン酸等のホスホン酸基を有するビニル単量体及びこれらの塩類等。 2. Vinyl monomers having hydrophilic groups capable of ion dissociation; styrene sulfonic acid and its salts, vinyl naphthalene sulfonic acid and its salts, vinyl benzyltrimethylamine, vinylbenzyltriethylamine, vinylpyridine, vinylimidazole, and other aromatic vinyl-based monomers Monomers. (Meth) acrylic having a hydroxyl group such as 2-hydroxyethyl (meth) acrylate, 3-hydroxypropyl (meth) acrylate, 3-chloro-2-hydroxypropyl (meth) acrylate, N-methylol (meth) acrylamide, etc. Series of monomers. (Meth) acrylic acid, maleic acid, 2- (meth) acryloyloxyethyl succinate and its salts, 2- (meth) acryloyloxyethyl maleate and its salts, 2- (meth) acryloyloxyethyl phthalate, etc. (Meth) acrylic monomers having a carboxyl group and salts thereof. (Meth) acrylic monomers having a phosphate group such as (meth) acryloxyethyl acid phosphate and salts thereof. (Meth) acrylic monomers having a sulfonic acid group such as 2- (meth) acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid and 3-methacryloyloxypropanesulfonic acid, and salts thereof. (Meth) acrylic monomers having an amino group such as dimethylaminoethyl (meth) acrylate and diethylaminoethyl (meth) acrylate; (Meth) acrylic monomers having a quaternary ammonium base such as (meth) acrylic acid dimethylaminoethyl methyl chloride salt and (meth) acrylic acid dimethylaminoethylbenzyl chloride salt. Vinyl monomers having a phosphonic acid group such as vinylphosphonic acid and salts thereof.
本発明の製造方法において、モノマー(B)を構成するこれらの重合性単量体は、目的とする重合体被覆層に応じて単独で用いても、2種以上を併用してもよい。例えば、多官能の重合性単量体を、モノマー(B)全量中0.05〜100質量%用いることにより、溶剤に対して不溶な架橋型の重合体を得られる。またモノマー(B)の主成分とする重合性単量体が常温、常圧下で固体の場合などには、該重合性単量体と共重合する液状の重合性単量体に溶解することも好ましい。 In the production method of the present invention, these polymerizable monomers constituting the monomer (B) may be used alone or in combination of two or more kinds depending on the intended polymer coating layer. For example, by using 0.05 to 100% by mass of the polyfunctional polymerizable monomer in the total amount of the monomer (B), a crosslinked polymer insoluble in the solvent can be obtained. In addition, when the polymerizable monomer as the main component of the monomer (B) is a solid at room temperature and normal pressure, it may be dissolved in a liquid polymerizable monomer copolymerized with the polymerizable monomer. preferable.
モノマー(B)として複数の重合性単量体を組み合わせて用いる方法としては、例えば次の(1)、(2)および(3)の方法が挙げられる。
(1)単官能の芳香族ビニル系の単量体、又は単官能の(メタ)アクリル系の単量体だけをモノマー(B)として用いる方法。これにより非架橋の重合体からなる被膜が生じる。(2)親水性基を有さない単官能の芳香族ビニル系の単量体を主とし、多官能の単量体(好ましくは多官能の芳香族ビニル系の単量体)をモノマー(B)全量100質量部に対し
て、0.05〜40質量部(好ましくは0.1〜10質量部)の範囲で配合した混合物をモノマー(B)として用いる方法。この方法では、(メタ)アクリル系の単量体を主として用いた場合よりも耐加水分解性などの化学的安定性に優れ、より過酷な条件でも、得られる重合体が無機多孔質担体(A)から剥離や分解を生じ難いものとなる。また、この方法で得られた重合体は、後述するような手法で芳香族基にイオン解離可能な基などを導入することが容易なため、優れた化学的安定性を有し、かつイオン交換性などの機能性に優れた多孔性イオン交換体を得ることができる。
(3)親水性基を有する単官能の(メタ)アクリル系の単量体類を主とし、多官能の単量体(好ましくは多官能の(メタ)アクリル系の単量体類)をモノマー(B)全量100質量部に対して、0.05〜40(好ましくは0.1〜10質量部)の範囲で配合した重合性単量体混合物をモノマー(B)として用いる方法。(メタ)アクリル系の単量体類は、種々の官能基を有する化合物が工業的に安価に提供されており、このような官能基を有する重合体被覆層を有する被覆粒子の製造がより容易である。またこれにより、異なる官能基を特定の比率で有する重合体被覆層を調整することが容易であるなど、重合体層の化学構造の制御が容易である。さらには、単量体の状態で精製可能であり、官能基を導入する際に不本意な副反応が起きて不純物が混入するなどしても、該精製によってその除去が容易ある。
Examples of the method of using a plurality of polymerizable monomers in combination as the monomer (B) include the following methods (1), (2) and (3).
(1) A method in which only a monofunctional aromatic vinyl monomer or a monofunctional (meth) acrylic monomer is used as the monomer (B). As a result, a film made of a non-crosslinked polymer is produced. (2) Mainly monofunctional aromatic vinyl monomers having no hydrophilic group, and polyfunctional monomers (preferably polyfunctional aromatic vinyl monomers) as monomers (B ) A method of using, as the monomer (B), a mixture blended in the range of 0.05 to 40 parts by mass (preferably 0.1 to 10 parts by mass) with respect to 100 parts by mass in total. In this method, the polymer obtained is superior in chemical stability such as hydrolysis resistance than when a (meth) acrylic monomer is mainly used, and the resulting polymer is an inorganic porous carrier (A) even under harsher conditions. ) From peeling and decomposition. In addition, the polymer obtained by this method has excellent chemical stability because it is easy to introduce an ion-dissociable group into an aromatic group by the method described later, and ion exchange It is possible to obtain a porous ion exchanger excellent in functionality such as functionality.
(3) Monofunctional (meth) acrylic monomers having a hydrophilic group are mainly used, and polyfunctional monomers (preferably polyfunctional (meth) acrylic monomers) are used as monomers. (B) A method of using a polymerizable monomer mixture blended in a range of 0.05 to 40 (preferably 0.1 to 10 parts by mass) as a monomer (B) with respect to 100 parts by mass of the total amount. For (meth) acrylic monomers, compounds having various functional groups are provided industrially at low cost, and it is easier to produce coated particles having a polymer coating layer having such functional groups. It is. This also makes it easy to control the chemical structure of the polymer layer, for example, it is easy to adjust a polymer coating layer having different functional groups in a specific ratio. Furthermore, it can be purified in a monomer state, and even if an undesired side reaction occurs when a functional group is introduced and impurities are mixed in, it can be easily removed by the purification.
本発明の製造方法においては、このような一種以上の重合性単量体からなるモノマー(B)を、上述の無機多孔質担体(A)と接触させて吸着させる。モノマー(B)は単独で接触に用いてもよいが、後述する重合工程を効率よく行うために、重合開始剤を加えた状態の混合物で無機多孔質担体(A)と接触させてもよい。 In the production method of the present invention, the monomer (B) composed of one or more polymerizable monomers is brought into contact with the inorganic porous carrier (A) and adsorbed. The monomer (B) may be used alone for contact, but may be contacted with the inorganic porous carrier (A) with a mixture in which a polymerization initiator is added in order to efficiently carry out the polymerization step described later.
重合開始剤としては、用いるモノマー(B)の種類に応じて、公知の重合開始剤を適宜選択して用いればよく特に制限されることはないが、加熱により重合開始能を発現するものであることが操作がより簡便であり好ましい。例えば、重合性単量体としてビニル系単量体を採用した場合には、オクタノイルパーオキシド、ラウロイルパーオキシド、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、ベンゾイルパーオキシド、t−ブチルパーオキシイソブチレート、t−ブチルパーオキシラウレート、t−ヘキシルパーオキシベンゾエート、ジ−t−ブチルパーオキシド等の有機過酸化物や、2,2,−アゾビスイソブチロニトリルや2,2,−アゾビス−(2,4,−ジメルバレロニトリル)等のアゾビス系重合開始剤等が好適な重合開始剤として挙げられる。これら重合開始剤は、モノマー(B)100質量部に対して、0.1〜20質量部、好適には0.5〜10質量部用いるのが一般的である。 As the polymerization initiator, a known polymerization initiator may be appropriately selected and used according to the type of the monomer (B) to be used, and is not particularly limited. However, the polymerization initiator exhibits a polymerization initiating ability by heating. This is preferable because the operation is simpler. For example, when a vinyl monomer is used as the polymerizable monomer, octanoyl peroxide, lauroyl peroxide, t-butylperoxy-2-ethylhexanoate, benzoyl peroxide, t-butyl peroxide Organic peroxides such as oxyisobutyrate, t-butylperoxylaurate, t-hexylperoxybenzoate, di-t-butylperoxide, 2,2, -azobisisobutyronitrile and 2,2 An azobis-based polymerization initiator such as, -azobis- (2,4, -dimethylvaleronitrile) can be cited as a suitable polymerization initiator. These polymerization initiators are generally used in an amount of 0.1 to 20 parts by weight, preferably 0.5 to 10 parts by weight, based on 100 parts by weight of the monomer (B).
また、必要に応じて、重合禁止剤や重合抑制剤、紫外線吸収剤等の他の添加剤を配合したものを用いても良い。さらに、モノマー(B)が固体である場合には、少量の溶剤を用いて液状で用いてもよい。 Moreover, you may use what mix | blended other additives, such as a polymerization inhibitor, a polymerization inhibitor, and an ultraviolet absorber, as needed. Furthermore, when the monomer (B) is a solid, it may be used in a liquid state with a small amount of solvent.
上述したように、無機多孔質担体(A)とモノマー(B)及び必要に応じて配合される任意成分の混合物との接触は、特に制限されるものではないが、好ましくは、窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気中、モノマー(B)またはその混合物を気体状もしくは液状で加える方法であり、より好ましくは、不活性雰囲気中で液状のモノマー(B)またはその混合物を噴霧して加える方法である。噴霧に際しては公知のスプレーノズル等が好適に使用できる。また添加速度も特に限定されず、他の種々の条件によって決定すれば良いが、一般的には、無機多孔質担体(A)100g当たり1〜20ml/minである。これらを加える際の温度条件も特に制限されず、冷却下でも、加熱下でも良いが、あまりに高い温度では担持前にモノマー(B)が重合してしまうため、一般には−10〜40℃程度が好ましい。 As described above, the contact of the inorganic porous carrier (A) with the monomer (B) and the mixture of optional components blended as necessary is not particularly limited, but preferably nitrogen, argon, etc. In the inert gas atmosphere, the monomer (B) or a mixture thereof is added in a gaseous or liquid state, and more preferably, the liquid monomer (B) or a mixture thereof is added by spraying in an inert atmosphere. is there. A known spray nozzle or the like can be suitably used for spraying. The addition rate is not particularly limited and may be determined according to various other conditions, but is generally 1 to 20 ml / min per 100 g of the inorganic porous carrier (A). The temperature conditions for adding these are not particularly limited, and may be under cooling or under heating. However, since the monomer (B) is polymerized before loading at an excessively high temperature, it is generally about −10 to 40 ° C. preferable.
無機多孔質担体(A)とモノマー(B)との接触は、攪拌下に行うことが好ましく、さらに、無機多孔質担体(A)とモノマー(B)との接触操作後、無機多孔質担体(A)にモノマー(B)を分散させるため、たとえば30分〜3時間程度などの適当な時間、攪拌を継続することがより好ましい。 The contact between the inorganic porous carrier (A) and the monomer (B) is preferably carried out with stirring. Further, after the contact operation between the inorganic porous carrier (A) and the monomer (B), the inorganic porous carrier ( In order to disperse the monomer (B) in A), it is more preferable to continue stirring for an appropriate time such as about 30 minutes to 3 hours.
このような本発明に係る接触工程では、モノマー(B)が、無機多孔質担体(A)のメソ細孔に優先的に吸着されるものと考えられる。
本発明においては、上述のように無機多孔質担体(A)とモノマー(B)とを接触させて、モノマー(B)が無機多孔質担体(A)に吸着した状態となった後、モノマー(B)を重合させる重合工程を行う。
In such a contact step according to the present invention, it is considered that the monomer (B) is preferentially adsorbed on the mesopores of the inorganic porous carrier (A).
In the present invention, as described above, the inorganic porous carrier (A) and the monomer (B) are brought into contact with each other, and after the monomer (B) is adsorbed to the inorganic porous carrier (A), the monomer ( A polymerization step for polymerizing B) is performed.
無機多孔質担体(A)に吸着した状態のモノマー(B)を重合させる方法としては、用いたモノマー(B)の重合方法として公知の方法を採用すればよく、特に制限されるものではないが、好適な方法としては、加熱により重合を開始させる方法が挙げられる。モノマー(B)体がビニル系単量体である場合には、前記したような熱重合開始剤を用いることにより、より効率的に重合させることができる。また、当該加熱温度は、用いたモノマー(B)及び重合開始剤の種類等により公知の条件を適宜設定すればよく、一般には40〜230℃、好ましくは50〜180℃程度である。 As a method of polymerizing the monomer (B) adsorbed on the inorganic porous carrier (A), a known method may be adopted as a polymerization method of the monomer (B) used, and it is not particularly limited. A preferable method includes a method of initiating polymerization by heating. When the monomer (B) is a vinyl monomer, it can be polymerized more efficiently by using a thermal polymerization initiator as described above. Moreover, the said heating temperature should just set suitably well-known conditions with the kind of monomer (B) and polymerization initiator which were used, etc., and generally is 40-230 degreeC, Preferably it is about 50-180 degreeC.
また、用いたモノマー(B)がビニル系単量体である場合には、酸素による重合阻害を防止するため、重合工程を窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気下で行うことが好ましい。 When the monomer (B) used is a vinyl monomer, it is preferable to perform the polymerization step in an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon in order to prevent polymerization inhibition due to oxygen.
重合反応容器内の圧力は、特に制限されず、加圧でもよいし、常圧でもよいし、減圧でもよい。用いたモノマー(B)の種類にもよるが、それらの中でも加圧が好ましい。加圧する際の圧力としては、一般的には0.01〜0.6MPa程度である。重合時間も上記したような他の条件に合わせて適宜設定すればよく、一般的には、30〜180分程度である。 The pressure in the polymerization reaction vessel is not particularly limited, and may be pressurized, normal pressure, or reduced pressure. Depending on the type of monomer (B) used, pressurization is preferred among them. The pressure for pressurization is generally about 0.01 to 0.6 MPa. The polymerization time may be appropriately set according to the other conditions as described above, and is generally about 30 to 180 minutes.
本発明においては、無機多孔質担体(A)とモノマー(B)との接触を、溶媒を用いずに行った場合には、重合後の粒子を乾燥する工程は不要であり、溶媒を用いて行った場合には、必要に応じて重合の前あるいは後に適宜乾燥を行うことができる。 In the present invention, when the contact between the inorganic porous carrier (A) and the monomer (B) is carried out without using a solvent, the step of drying the polymerized particles is unnecessary, and the solvent is used. When it is carried out, it can be appropriately dried before or after the polymerization as required.
このような重合工程の後において、得られた粒子は、水銀圧入法により測定した細孔容積が0.5〜1.5cm3/g、好ましくは0.7〜1.4cm3/gであり、かつ、貫通孔を有する。この貫通孔は、平均細孔直径が通常0.5〜15μm、好ましくは1〜10μmであるのが望ましい。この貫通孔は、通常、無機多孔質担体のマクロ細孔に由来する。 After such a polymerization step, the obtained particles have a pore volume measured by mercury porosimetry of 0.5 to 1.5 cm 3 / g, preferably 0.7 to 1.4 cm 3 / g. And it has a through hole. These through holes have an average pore diameter of usually 0.5 to 15 μm, preferably 1 to 10 μm. This through hole is usually derived from the macropores of the inorganic porous carrier.
本発明では、モノマー(B)としてカルボキシル基、スルホン酸基、アミノ基、アンモニウム基等を有する重合性単量体を用いた場合には、これら官能基に由来するイオン交換性を有する多孔性イオン交換体とすることができる。 In the present invention, when a polymerizable monomer having a carboxyl group, a sulfonic acid group, an amino group, an ammonium group or the like is used as the monomer (B), a porous ion having ion exchange properties derived from these functional groups. It can be an exchanger.
また、モノマー(B)としてイオン交換性を示す官能基を有さない単量体を用いた場合には、重合工程の後において、無機多孔質担体(A)にイオン交換性樹脂の前駆体が担持された粒子が生成している。本発明においては、この粒子に公知のイオン交換樹脂の製造方法に準じてイオン交換性を示す官能基を導入することにより、多孔性イオン交換体とすることができる。 When a monomer having no functional group exhibiting ion exchange properties is used as the monomer (B), the precursor of the ion exchange resin is added to the inorganic porous carrier (A) after the polymerization step. Supported particles are generated. In this invention, it can be set as a porous ion exchanger by introduce | transducing the functional group which shows ion exchange property into this particle | grains according to the manufacturing method of well-known ion exchange resin.
導入するイオン交換性を示す官能基は、目的に応じ適宜選択すればよく、特に限定され
るものではないが、たとえば、陽イオンを解離可能な基として、スルホン酸基、カルボン酸基、ホスホン酸基、リン酸基、フェノール性水酸基、チオール基、パーフルオロ3級アルコール性水酸基、ヒ酸基、セレン酸基及びこれらの塩等が挙げられ、陰イオンを解離可能な基としては、第4級又は第3級アンモニウム塩基、第3級アミン基、ピリジニウム塩基、イミダゾリウム塩基等が挙げられる。これらのなかでも、有用性が高く、また芳香族ビニル系の単量体の重合体への導入が簡単であるなど製造が容易な点で、スルホン酸基あるいはその塩、又は第4級あるいは第3級アンモニウム塩基であることが特に好ましい。
The functional group exhibiting ion exchange properties to be introduced may be appropriately selected according to the purpose and is not particularly limited. For example, as a group capable of dissociating a cation, a sulfonic acid group, a carboxylic acid group, a phosphonic acid Groups, phosphoric acid groups, phenolic hydroxyl groups, thiol groups, perfluoro tertiary alcoholic hydroxyl groups, arsenic acid groups, selenic acid groups, and salts thereof. Examples of groups capable of dissociating anions are quaternary. Alternatively, a tertiary ammonium base, a tertiary amine group, a pyridinium base, an imidazolium base, and the like can be given. Among these, sulfonic acid groups or salts thereof, quaternary or quaternary are preferred because they are highly useful and easy to manufacture such as introduction of an aromatic vinyl monomer into a polymer. A tertiary ammonium base is particularly preferred.
このようなイオン交換性を示す官能基の導入は、公知のイオン交換樹脂の製造方法におけるイオン交換性基の導入手法に準じて行うことができる。
たとえば、モノマー(B)としてスチレン等を用い、重合体がその構造中にベンゼン環等の芳香族炭化水素環を有する場合には、発煙硫酸、クロルスルホン酸、三酸化硫黄等と反応させる公知の方法でスルホン化等を行えばよい。また、重合体がメタクリル酸メチルの重合体等の酸エステル構造を持つ場合には、該エステルの加水分解を行えば酸基を導入することができる。また重合体がアミノ基を有する場合には、ハロゲン化アルキルと反応させて、或いはハロゲン化アルキル基を有す場合には、アミン化合物と反応させていずれもアンモニウム基を導入できる。さらには、エポキシ基を有する場合には、スルファニル酸、亜硫酸ナトリウム等を用いることによりスルホン化させてスルホン酸基を導入したり、あるいはアミン化合物と反応させることで、アンモニウム塩基を導入することができる。また、その他公知の化学反応を応用して、種々のイオン交換性基を導入することが可能である。なおこれらの官能基導入の際には、無機多孔質担体(A)に担持された重合体が剥離等により喪失してしまわないよう、適宜その導入形態や反応条件を選択する必要がある。一般に、芳香族ビニル系の単量体の重合体は、エステル構造を有す(メタ)アクリレート系単量体に比べて化学的に安定であり、種々の官能基の導入が容易である
このような官能基の導入に際しては、特に限定されるものではないが、得られる多孔性イオン交換体の凝集を防止するため、溶剤を用いず、温度、圧力等の反応条件を適宜設定し、反応化剤をガス状で粒子と接触させる方法を採用することが好ましい。例えば、上記イオン交換性基の導入において、スルホン酸基を導入する場合には、三酸化硫黄のガスと接触させる方法が好適に採用できる。同様にアンモニウム塩基を導入する場合には、用いるアミン化合物又はハロゲン化アルキルがガス状で粒子と接触するよう、反応温度及び圧力等の条件を選択することが好ましい。
The introduction of such functional groups exhibiting ion exchange properties can be carried out according to the method for introducing ion exchange groups in known methods for producing ion exchange resins.
For example, when styrene or the like is used as the monomer (B) and the polymer has an aromatic hydrocarbon ring such as a benzene ring in its structure, it is known to react with fuming sulfuric acid, chlorosulfonic acid, sulfur trioxide or the like. Sulfonation or the like may be performed by a method. When the polymer has an acid ester structure such as a methyl methacrylate polymer, an acid group can be introduced by hydrolysis of the ester. Further, when the polymer has an amino group, it can be reacted with an alkyl halide, or when it has a halogenated alkyl group, it can be reacted with an amine compound to introduce an ammonium group. Furthermore, when it has an epoxy group, it can be sulfonated by using sulfanilic acid, sodium sulfite, etc. to introduce a sulfonic acid group, or an ammonium base can be introduced by reacting with an amine compound. . In addition, various ion exchange groups can be introduced by applying other known chemical reactions. When these functional groups are introduced, it is necessary to appropriately select the introduction form and reaction conditions so that the polymer supported on the inorganic porous carrier (A) is not lost due to peeling or the like. In general, a polymer of an aromatic vinyl monomer is chemically more stable than a (meth) acrylate monomer having an ester structure, and various functional groups can be easily introduced. The introduction of such functional groups is not particularly limited, but in order to prevent aggregation of the resulting porous ion exchanger, reaction conditions such as temperature and pressure are appropriately set without using a solvent, and the reaction is performed. It is preferable to employ a method in which the agent is in gaseous form and brought into contact with the particles. For example, in the introduction of the ion-exchange group, when a sulfonic acid group is introduced, a method of contacting with a sulfur trioxide gas can be suitably employed. Similarly, when introducing an ammonium base, it is preferable to select conditions such as reaction temperature and pressure so that the amine compound or alkyl halide to be used is in gaseous form and in contact with the particles.
なおその用途にもよるが、芳香族ビニル系の単量体類を主として用いた重合体の方が、(メタ)アクリレート系単量体類を主として用いた重合体より高い化学的安定性を得られる点で好ましい。また、形成されるイオン交換性樹脂が架橋を有する場合には、一般的に高い耐水性を得られるため好ましい。 Depending on the application, polymers that are mainly composed of aromatic vinyl monomers have higher chemical stability than polymers that are mainly composed of (meth) acrylate monomers. This is preferable. Moreover, when the ion exchange resin formed has bridge | crosslinking, since generally high water resistance is obtained, it is preferable.
このようにして得られた多孔性イオン交換体は、水銀水銀圧入法により測定した総細孔容積が0.5〜1.5cm3/g、好ましくは0.7〜1.4cm3/gであり、かつ、貫通孔を有する。この貫通孔の平均細孔直径は、0.5〜15μm、好ましくは1〜10μmの範囲であるのが望ましい。 The thus obtained porous ion exchanger, a total pore volume measured by mercury mercury porosimetry is 0.5 to 1.5 cm 3 / g, preferably 0.7~1.4cm 3 / g Yes and has a through hole. The average pore diameter of the through-holes is desirably in the range of 0.5 to 15 μm, preferably 1 to 10 μm.
本発明に係る多孔性イオン交換体は、貫通孔を有することにより、イオン交換体として使用した場合に流体との接触がより円滑になり、イオン交換速度が速く、また、イオン交換性樹脂と無機多孔質担体との長所を持ち合わせるため、耐熱性や機械的強度にも優れる。このような本発明に係る多孔性イオン交換体は、イオン交換クロマトグラフィー用の充填材、各種酸または塩基触媒反応の固相触媒、酸化または脱水反応に用いる固体酸触媒、各種樹脂製品用の充填材、水処理剤、分離剤、金属吸着・回収剤、食品あるいは医薬品などの精製用途などに有用である。 The porous ion exchanger according to the present invention has through-holes, so that when used as an ion exchanger, the contact with the fluid becomes smoother, the ion exchange speed is faster, and the ion exchange resin and the inorganic material are inorganic. Since it has the advantages of a porous carrier, it has excellent heat resistance and mechanical strength. Such a porous ion exchanger according to the present invention includes a packing material for ion exchange chromatography, a solid phase catalyst for various acid or base catalytic reactions, a solid acid catalyst used for oxidation or dehydration reaction, and a packing for various resin products. It is useful for materials, water treatment agents, separation agents, metal adsorption / recovery agents, food or pharmaceutical purification applications, and the like.
実施例
以下、実施例に基づいて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically based on examples, but the present invention is not limited to these examples.
(細孔容積、平均細孔直径)
試料の細孔容積ならびに平均細孔直径は、細孔分布測定装置(PoreMaster−60、QUANTACHROME社製)を用いて、水銀圧入法により測定した。なお、測定は細孔直径換算で、3.7nm〜100μmの範囲で行い、総細孔容積は該範囲における全ての細孔の容積を表す。
(Pore volume, average pore diameter)
The pore volume and average pore diameter of the sample were measured by a mercury intrusion method using a pore distribution measuring device (PoreMaster-60, manufactured by QUANTACHROME). The measurement is performed in the range of 3.7 nm to 100 μm in terms of pore diameter, and the total pore volume represents the volume of all pores in the range.
(比表面積)
試料の比表面積は、比表面積測定装置(SA−1000、柴田科学製)を用いて、N2
ガスを吸着ガスとしてBET法により求めた。
(Specific surface area)
The specific surface area of the sample is N 2 using a specific surface area measuring device (SA-1000, manufactured by Shibata Kagaku).
The gas was determined by the BET method using an adsorption gas.
(平均粒子径)
試料を水に超音波によって分散させ、光散乱回折式粒度分布測定装置(コールターLS230、ベックマンコールター社製)を用いて粒度分布を測定し、体積基準算術平均径D50の値を平均粒子径とした。
(Average particle size)
The sample is dispersed in water by ultrasonic waves, the particle size distribution is measured using a light scattering diffraction particle size distribution analyzer (Coulter LS230, manufactured by Beckman Coulter, Inc.), and the value of the volume-based arithmetic average diameter D 50 is determined as the average particle diameter. did.
(陽イオン交換容量測定)
試料を予め60℃で24時間以上乾燥し乾燥試料重量(WC/g)を測定した後、1m
ol/dm3のNaCl水溶液中に8時間以上撹拌してナトリウムイオン型に置換させた
。続いて、ろ過して得られた溶液を、0.2mol/dm3のNaOH水溶液により、フ
ェノールフタレインを指示薬として中和滴定し、ろ液に含まれる遊離した水素イオンの量(A/mmol)を求めた。
(Cation exchange capacity measurement)
After the sample was previously dried at 60 ° C. for 24 hours and the dry sample weight (W C / g) was measured, 1 m
The mixture was stirred for 8 hours or more in an aqueous ol / dm 3 NaCl solution to replace the sodium ion type. Subsequently, the solution obtained by filtration was neutralized with a 0.2 mol / dm 3 NaOH aqueous solution using phenolphthalein as an indicator, and the amount of free hydrogen ions contained in the filtrate (A / mmol). Asked.
上記測定値に基づいて、陽イオン交換容量を下記式
陽イオン交換容量(meq/g)=A/WC・・・(式1)
により求めた。
Based on the measured value, the cation exchange capacity is expressed by the following formula: cation exchange capacity (meq / g) = A / W C (Equation 1)
Determined by
(イオン交換速度の測定)
カチオン交換性イオン交換体のイオン交換速度の測定を行うため、カチオンとして鉄(II)イオンを用い測定を行った。測定方法は以下通り。
(Measurement of ion exchange rate)
In order to measure the ion exchange rate of the cation exchange ion exchanger, measurement was performed using iron (II) ions as cations. The measurement method is as follows.
硫酸アンモニウム鉄(II)・6水和物0.35gと6mol/dm3の塩酸1cm3に水を加え500cm3にし(溶液(1))、さらに、水で10倍希釈する(溶液(2))
。1,10−フェナントロリン塩酸塩0.24gを水を加え200cm3にする(溶液(
3))。酢酸ナトリウム0.42gに水50cm3を加え、さらに0.1mol/dm3の酢酸水溶液を50cm3加える(溶液(4))。塩化ヒドロキシアンモニウム10gを1
00cm3の水に溶かす(溶液(5))。
Water is added to 0.35 g of ammonium iron (II) sulfate hexahydrate and 1 cm 3 of 6 mol / dm 3 hydrochloric acid to 500 cm 3 (solution (1)), and further diluted 10 times with water (solution (2)).
. Add 0.24 g of 1,10-phenanthroline hydrochloride to 200 cm 3 by adding water (solution (
3)). Water 50 cm 3 in addition to sodium acetate 0.42 g, further acetic acid aqueous solution of 0.1mol / dm 3 50cm 3 added (solution (4)). 1 of 10g of hydroxyammonium chloride
Dissolve in 00 cm 3 of water (solution (5)).
ビーカーに溶液(2)5cm3を入れ、さらに水を15cm3加えた後、イオン交換体1.00gを加え、スターラー(20mmスターラーチップ、500rpm)によって所定時間撹拌した後、すぐに減圧ろ過を行い、ろ液を得る。該ろ液に、溶液(3)8cm3、
溶液(4)8cm3、溶液(5)5cm3を加え、さらに水を加えて50cm3にする。該
溶液の波長517nmの吸光度を吸光光度計(UV−240、島津製作所製)によって測定した。
Place 5 cm 3 of solution (2) in a beaker, add 15 cm 3 of water, add 1.00 g of ion exchanger, and stir with a stirrer (20 mm stirrer chip, 500 rpm) for a predetermined time, and immediately perform vacuum filtration. Get the filtrate. To the filtrate, solution (3) 8 cm 3 ,
The solution (4) 8 cm 3, solution (5) 5 cm 3 was added, further to 50 cm 3 by addition of water. The absorbance of the solution at a wavelength of 517 nm was measured with an absorptiometer (UV-240, manufactured by Shimadzu Corporation).
また別に、溶液(1)5cm3、溶液(3)8cm3、溶液(4)8cm3、溶液(5)
5cm3を混ぜ、さらに水を加えて50cm3にした混合液(溶液A)、溶液(2)5cm
3、溶液(3)8cm3、溶液(4)8cm3、溶液(5)5cm3を混ぜ、さらに水を加えて50cm3にした混合液(溶液B)、溶液(2)0.5cm3、溶液(3)8cm3、溶
液(4)8cm3、溶液(5)5cm3を混ぜ、さらに水を加えて50cm3にした混合液
(溶液C)を用いて検量線を作成した。
Separately, solution (1) 5 cm 3 , solution (3) 8 cm 3 , solution (4) 8 cm 3 , solution (5)
Mix 5cm 3 and add water to make 50cm 3 (Solution A), Solution (2) 5cm
3 , solution (3) 8 cm 3 , solution (4) 8 cm 3 , solution (5) 5 cm 3 , mixed with water to make 50 cm 3 (solution B), solution (2) 0.5 cm 3 , solution (3) 8 cm 3, solution (4) 8 cm 3, a mixed solution (5) 5 cm 3, a calibration curve was obtained by using further mixed solution was 50 cm 3 by addition of water (solution C).
測定によって得られた吸光度と検量線より、溶液中の鉄(II)イオンの濃度を算出し、その値と初期濃度との差を単位時間当たりのイオン交換量とし、イオン交換速度の比較を行った。 Calculate the concentration of iron (II) ions in the solution from the absorbance obtained by the measurement and the calibration curve, and compare the ion exchange rate with the difference between the value and the initial concentration as the amount of ion exchange per unit time. It was.
[実施例1]
平均分子量25,000のポリアクリル酸(以下HPAAという)共存下、水ガラス(3号珪曹)より、二元細孔シリカを作製した。仕込み組成は、重量比で水:濃硝酸:HPAA:水ガラス=97:37:6.5:55とし、室温で攪拌し均一なゾル液とした。
[Example 1]
In the presence of polyacrylic acid having an average molecular weight of 25,000 (hereinafter referred to as HPAA), biporous silica was produced from water glass (No. 3 silica). The charged composition was water: concentrated nitric acid: HPAA: water glass = 97: 37: 6.5: 55 by weight ratio, and stirred at room temperature to obtain a uniform sol solution.
撹拌後、ゾル液を、プラスチック容器に移し、35℃、1日間、静置しゲル化させた。その後、該湿潤ゲルを、ナトリウムを除去するために水洗し、続いて、0.1規定のアンモニアに浸漬し、50℃、1日間、熟成した。その後、50℃で乾燥し、600℃で2時間焼成を行った。焼成後の試料を、乳鉢により粉砕し、ふるい分けして、二元細孔シリカ粉体を得た。得られた二元細孔シリカの物性を表1に示す
得られた二元細孔シリカ50gをテフロン(登録商標)製フラスコに仕込み、スチレン13.019g、ジビニルベンゼン1.627g、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート2.7gを予め混合した重合性単量体混合溶液を、撹拌下で噴霧し、続いて容器内をN2ガスで置換し密閉して、さらに2時間室温中で撹拌した。撹拌後、容器を1
00℃で2時間加熱し、スチレン/ジビニルベンゼン共重合体被覆二元細孔シリカを得た。
After stirring, the sol solution was transferred to a plastic container and allowed to stand at 35 ° C. for 1 day to gel. Thereafter, the wet gel was washed with water to remove sodium, then immersed in 0.1 N ammonia and aged at 50 ° C. for 1 day. Then, it dried at 50 degreeC and baked at 600 degreeC for 2 hours. The calcined sample was pulverized with a mortar and sieved to obtain a dual pore silica powder. The physical properties of the obtained binary porous silica are shown in Table 1. 50 g of the obtained binary porous silica was charged into a Teflon (registered trademark) flask, and 13.3.019 g of styrene, 1.627 g of divinylbenzene, t-butyl perfluoroethylene. A polymerizable monomer mixed solution preliminarily mixed with 2.7 g of oxy-2-ethylhexanoate was sprayed with stirring, and the inside of the container was then replaced with N 2 gas and sealed, and further at room temperature for 2 hours. Stir with. 1 container after stirring
The mixture was heated at 00 ° C. for 2 hours to obtain a styrene / divinylbenzene copolymer-coated binary porous silica.
得られたスチレン/ジビニルベンゼン共重合体被覆二元細孔シリカ20gを、テフロン(登録商標)製耐圧容器に仕込み、60%発煙硫酸30gを入れた口の空いたガラス容器を、該容器内に入れ密閉した。その後8時間、80℃で加熱し、水洗、乾燥を行って多孔性イオン交換体を得た。 20 g of the obtained styrene / divinylbenzene copolymer-coated binary pore silica was charged into a Teflon (registered trademark) pressure vessel, and an open glass vessel containing 30 g of fuming sulfuric acid was placed in the vessel. The container was sealed. Thereafter, it was heated at 80 ° C. for 8 hours, washed with water and dried to obtain a porous ion exchanger.
得られたイオン交換体のイオン交換容量は1.5meq/gであった。また、その他物性を併せて表1に示す。また、水銀圧入法で測定した細孔分布を図1(A)に示し、電子顕微鏡写真を図2(A)に示す。また、前記「イオン交換速度の測定」により測定された結果を表2ならびに図3に示す。 The ion exchange capacity of the obtained ion exchanger was 1.5 meq / g. In addition, other physical properties are shown in Table 1. Moreover, the pore distribution measured by the mercury intrusion method is shown in FIG. 1 (A), and the electron micrograph is shown in FIG. 2 (A). The results measured by the above “measurement of ion exchange rate” are shown in Table 2 and FIG.
[実施例2]
実施例1において、用いた重合性単量体混合溶液の組成を、スチレン5.208g、ジビニルベンゼン0.651g、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート1.08gとしたことの他は、実施例1と同様の操作を行って、多孔性イオン交換体を得た。
[Example 2]
In Example 1, except that the composition of the polymerizable monomer mixed solution used was 5.208 g of styrene, 0.651 g of divinylbenzene, and 1.08 g of t-butylperoxy-2-ethylhexanoate. The same operation as in Example 1 was performed to obtain a porous ion exchanger.
得られたイオン交換体のイオン交換容量は0.44meq/gであった。また、その他物性を併せて表1に示す。また、水銀圧入法で測定した細孔分布を図1(B)に示し、電子顕微鏡写真を図2(B)に示す。また、前記「イオン交換速度の測定」により測定された結果を表2ならびに図3に示す。
[比較例1]
測定用試料として、市販のイオン交換樹脂(アンバーリスト15DRY、ロームアンドハース社製)を用いた。
The ion exchange capacity of the obtained ion exchanger was 0.44 meq / g. In addition, other physical properties are shown in Table 1. Moreover, the pore distribution measured by the mercury intrusion method is shown in FIG. 1 (B), and the electron micrograph is shown in FIG. 2 (B). The results measured by the above “measurement of ion exchange rate” are shown in Table 2 and FIG.
[Comparative Example 1]
As a measurement sample, a commercially available ion exchange resin (Amberlyst 15DRY, manufactured by Rohm and Haas) was used.
該イオン交換樹脂のイオン交換容量は4.0meq/gであった。また、その他物性を
併せて物性を表1に示す。また、前記「イオン交換速度の測定」により測定された結果を表2ならびに図3に示す。
The ion exchange capacity of the ion exchange resin was 4.0 meq / g. The physical properties are shown in Table 1 together with other physical properties. The results measured by the above “measurement of ion exchange rate” are shown in Table 2 and FIG.
本発明に係る多孔性イオン交換体は、イオン交換クロマトグラフィー用の充填材、各種酸または塩基触媒反応の固相触媒、酸化または脱水反応に用いる固体酸触媒、各種樹脂製品用の充填材、水処理剤、分離剤、金属吸着・回収剤、食品あるいは医薬品などの精製用途などに好適に用いることができる。 The porous ion exchanger according to the present invention includes a packing material for ion exchange chromatography, a solid phase catalyst for various acid or base catalytic reactions, a solid acid catalyst used for oxidation or dehydration reaction, a packing material for various resin products, water It can be suitably used for treating agents, separation agents, metal adsorption / recovery agents, food or pharmaceutical purification applications, and the like.
Claims (8)
/gである請求項1記載の多孔性イオン交換体。 The volume occupied by pores having a pore diameter in the range of 0.5 to 15 μm is 0.4 to 1.5 cm 3.
The porous ion exchanger according to claim 1, which is / g.
イオン交換性樹脂またはその前駆体を形成するモノマー(B)とを接触させる工程と、前記モノマー(B)を重合させる重合工程とを含み、水銀圧入法により測定した総細孔容積が0.5〜1.5cm3/gであり、かつ、貫通孔を有する多孔性イオン交換体を得るこ
とを特徴とする多孔性イオン交換体の製造方法。 An inorganic porous carrier having macropores having a pore diameter of 0.1 to 30 μm and mesopores having a pore diameter of 1 to 50 nm and having an average volume of 5 × 10 −4 mm 3 / piece or more (A), a step of contacting the monomer (B) that forms an ion-exchange resin or a precursor thereof by polymerization, and a polymerization step of polymerizing the monomer (B), and the total amount measured by mercury porosimetry A method for producing a porous ion exchanger, wherein a porous ion exchanger having a pore volume of 0.5 to 1.5 cm 3 / g and having a through-hole is obtained.
の接触量を調整することを特徴とする請求項4に記載の多孔性イオン交換体の製造方法。 After the polymerization step, the monomer (B) is adjusted so that the volume occupied by pores in the pore diameter range of 0.5 to 15 μm measured by mercury porosimetry is 0.4 to 1.5 cm 3 / g. )
The method for producing a porous ion exchanger according to claim 4, wherein the amount of contact is adjusted.
あり、メソ細孔の容積が0.4〜1.5cm3/gの範囲内にあることを特徴とする請求
項6に記載の多孔性イオン交換体の製造方法。 The binary pore silica particles have a macropore volume in the range of 0.6 to 2.0 cm 3 / g and a mesopore volume in the range of 0.4 to 1.5 cm 3 / g. The method for producing a porous ion exchanger according to claim 6, wherein:
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