JP4587376B2 - Metal ion-supported inorganic particle powder - Google Patents
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Description
本発明は、ガス吸着材、充填材、防錆材、合成反応の触媒等として有用な、多価金属イオンを坦持した無機粒子の粉末に関する。 The present invention relates to a powder of inorganic particles carrying a polyvalent metal ion, useful as a gas adsorbent, a filler, a rust preventive, a synthesis reaction catalyst, and the like.
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比表面積、細孔をもつものが容易に入手可能な点で、ガス吸着材、各種ゴム等の充填材等の様々な用途に用いられている。 Inorganic oxide particles such as silica are excellent in mechanical strength, have high chemical stability, and are easily available with various shapes, specific surface areas, and pores at low cost. It is used in various applications such as adsorbents and fillers such as various rubbers.
従来、ガス吸着材料としては、安価であること、比表面積が大きいことなどから木炭、活性炭等の炭素系材料、および鉱物系の材料が用いられてきた。炭素系材料を用いる場合、その吸着効果を高める目的で母材にアミン類や無機塩類を担持または付着させたものが用いられている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, carbon-based materials such as charcoal and activated carbon, and mineral-based materials have been used as gas adsorbing materials because they are inexpensive and have a large specific surface area. In the case of using a carbon-based material, a material in which an amine or an inorganic salt is supported or attached to a base material is used for the purpose of enhancing the adsorption effect (see, for example, Patent Document 1).
また、無機酸化物粒子を使用する場合には、一般的には、ガス種やその目的に応じ、無機酸化物シリカ系粒子の表面を様々な物質で被覆し、吸着機能を付与したりといった表面改質なども行われている。表面改質された無機酸化物粒子の代表的なものとしては、シランカップリング処理された粒子がある。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2、3参照)、ガス吸着を目的とした用途においても多くのものが既に実用化されている。
In addition, when inorganic oxide particles are used, the surface of the inorganic oxide silica-based particles is generally coated with various substances according to the type of gas and the purpose thereof to provide an adsorption function. Modifications are also being carried out. Typical examples of the surface-modified inorganic oxide particles include particles subjected to silane coupling treatment. 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. (For example, see
他方、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したものとして、無機酸化物粒子をビニル系の重合体で被覆して、機能性を付与させたものも種々提案されている。 On the other hand, as a functional group introduced into the particles by a treatment other than a coupling agent such as a silane coupling agent, various proposals were made by coating inorganic oxide particles with a vinyl polymer to add functionality. Has been.
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たものとして、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4参照)。また、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たもの(例えば、特許文献5参照)、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(例えば、特許文献6参照)等が提案されている。 For example, after adsorbing a vinyl polymerizable monomer and coating the particles, the monomer is polymerized, and colloidal silica particles are dispersed in a solvent, and a carboxylic acid vinyl such as acrylic acid is used. There has been proposed a hollow particle which is coated and polymerized with a monomer, and further coated and polymerized with a vinyl monomer such as methyl methacrylate and styrene (for example, see Patent Document 4). In addition, an unsaturated carboxylic acid such as maleic acid, a polyvinyl compound copolymerizable with the unsaturated carboxylic acid (pentaerythritol tetraacrylate, divinylbenzene, etc.) and silica particles are added to the solution to prepare a suspension. Concentrated and dried to form a film composed of an unsaturated carboxylic acid and a polyvinyl compound on the silica surface, and further polymerized by heating to form a crosslinked ion exchange composition (for example, see Patent Document 5), silica The particles are treated with a vinyl silane coupling agent, then dispersed in a polar solvent, a monofunctional vinyl monomer is added thereto, and this is polymerized to form a non-crosslinked vinyl polymer. Have been proposed (see, for example, Patent Document 6).
吸着材料として活性炭を使用する場合、活性炭自体が黒色であるため、これを利用する用途が限定されるという問題があった。さらに、活性炭に無機塩などを添着させたものは、多湿条件下において用いた場合、吸着成分である塩やアミン類が溶出してしまうことによって、吸着性能が低下するといった問題があった。 When activated carbon is used as the adsorbing material, the activated carbon itself is black, so that there is a problem that the use of this is limited. Further, when activated carbon is impregnated with an inorganic salt or the like, when used under humid conditions, there is a problem that the adsorption performance deteriorates due to the elution of salts and amines as adsorbing components.
また、シランカップリング剤により表面の改質を行った無機粒子においては、シランカップリング剤が有する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させる製法であるため、シランカップリング剤の処理量が、被処理粒子の表面積及びM−OH基の量に大きく依存し、官能基量がさほど多くないという問題があった。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い、その性能が低下する場合がある。 In addition, in inorganic particles whose surface has been modified with a silane coupling agent, Si—OH produced by hydrolysis of Si—X (X is a halogen atom, an alkoxy group, etc.) of the silane coupling agent is inorganic. Since it is a production method in which M-OH groups (M is a metal element constituting the inorganic oxide particles) existing on the surface of the oxide particles are bonded to the particles, the treatment amount of the silane coupling agent is There is a problem in that the amount of functional groups is not so much depending on the surface area of the particles to be treated and the amount of M-OH groups. In addition, since the silane coupling agent does not completely react with the M-OH group on the surface of the inorganic oxide particles, hydrolysis or the like may occur under severe conditions, and the performance may be deteriorated.
従って、ガス吸着能に優れ、かつ活性炭のように色調が限定されず、また、種々の条件下で使用しても性能が低下することが少ないガス吸着材として使用可能な材料の提供が求められていた。 Accordingly, there is a need to provide a material that can be used as a gas adsorbent that is excellent in gas adsorbing ability and has a color tone that is not limited as in activated carbon and that is less likely to deteriorate in performance under various conditions. It was.
本発明者等は上記課題を解決すべく鋭意検討を進めた。そして、シリカ等の無機酸化物は、化学的に安定で、また通常、着色もなく、さらには、粒径や粒度分布の異なるものが容易かつ安価に入手可能な点に着目し、このような無機酸化物を用いる手法につき種々検討を行い、その結果、本発明を完成した。 The present inventors have intensively studied to solve the above problems. In addition, inorganic oxides such as silica are chemically stable, usually not colored, and moreover, those having different particle sizes and particle size distributions can be obtained easily and inexpensively. Various studies have been conducted on methods using inorganic oxides, and as a result, the present invention has been completed.
即ち本発明は、陽イオン交換基を有する架橋重合体で被覆されており、かつ該陽イオン交換基における対イオンの少なくとも一部は、多価金属陽イオンであることを特徴とする、金属イオン担持無機粒子粉末である。 That is, the present invention provides a metal ion, characterized in that it is coated with a crosslinked polymer having a cation exchange group, and at least a part of the counter ion in the cation exchange group is a polyvalent metal cation. It is a supported inorganic particle powder.
本発明の金属イオン担持無機粒子粉末は、金属イオンを担持させる官能基を有する被覆層が架橋重合体で形成されているため高湿度や溶液中で陽イオン交換基が脱離することがない。また、シランカップリング剤により直接官能基を導入したものよりも遥かに高濃度で官能基を有する粒子であり、種々の多価金属イオンを担持させたものとすることができる。そして無機粒子が核となっているため、化学的安定性、機械的強度などにも優れたものとなる。従って、本発明の金属イオン担持無機粒子粉末は、種々の条件下での安定性に優れ、ガス吸着能の高いガス吸着剤として好適に使用で切る。さらには、坦持する多価金属イオンに応じて、合成反応の触媒担体や防錆剤としても好適に使用することができる。 In the metal ion-carrying inorganic particle powder of the present invention, since the coating layer having a functional group for carrying metal ions is formed of a cross-linked polymer, the cation exchange group does not desorb in high humidity or in a solution. Further, the particles having functional groups at a much higher concentration than those obtained by directly introducing functional groups with a silane coupling agent, and can carry various polyvalent metal ions. Since the inorganic particles are the core, the chemical stability and mechanical strength are excellent. Therefore, the metal ion-carrying inorganic particle powder of the present invention is suitable for use as a gas adsorbent having excellent stability under various conditions and high gas adsorbing ability. Furthermore, according to the polyvalent metal ion to carry, it can be used conveniently also as a catalyst support | carrier and rust preventive of a synthetic reaction.
本発明の金属イオン坦持無機粒子粉末は、核となる無機粒子(以下、核粒子とも呼ぶ)が、陽イオン交換基を有する架橋重合体により被覆されており、かつ、該架橋重合体の有する陽イオン交換基における対イオンの少なくとも一部は、多価金属陽イオンである。 In the metal ion-carrying inorganic particle powder of the present invention, the core inorganic particles (hereinafter also referred to as “nuclear particles”) are coated with a crosslinked polymer having a cation exchange group, and the crosslinked polymer has At least a part of the counter ion in the cation exchange group is a polyvalent metal cation.
上記核粒子は、無機粒子であれば特に限定されるものではなく、本発明の金属イオン坦持無機粒子粉末の用途等に応じて適宜選択すればよい。粒子径、比表面積、細孔容積、形状等の異なる種々のものが容易に入手可能であり、また化学的安定性にも優れる点で、ケイ素、チタン、アルミニウム、ジルコニウム、スズ、鉛、鉄、亜鉛等の金属又は半金属の単独酸化物、もしくは複合酸化物が好ましい。また、複合酸化物としては、さらにナトリウム、カリウム、マグネシウム、カルシウム等のアルカリ金属やアルカリ土類金属を含むものも好適である。これらのなかでも特に、化学的安定性に優れ、また容易に種々の性状のものが入手できる点で、ケイ素の単独酸化物、又はケイ素を構成元素として含む複合酸化物(以下、ケイ素系酸化物)が好ましい。 The core particles are not particularly limited as long as they are inorganic particles, and may be appropriately selected according to the use of the metal ion-carrying inorganic particle powder of the present invention. A variety of different particle diameters, specific surface areas, pore volumes, shapes, etc. are readily available, and are excellent in chemical stability. Silicon, titanium, aluminum, zirconium, tin, lead, iron, A single oxide or composite oxide of a metal such as zinc or a semimetal is preferable. As the composite oxide, those containing an alkali metal or alkaline earth metal such as sodium, potassium, magnesium and calcium are also suitable. Among these, a silicon single oxide or a composite oxide containing silicon as a constituent element (hereinafter referred to as silicon-based oxide) is particularly excellent in chemical stability and easily available in various properties. ) Is preferred.
ケイ素系酸化物をより具体的に例示すると、石英、沈降シリカ、ヒュームドシリカ、ゾルゲルシリカ等のシリカ類;シリカ−チタニア、シリカ−ジルコニア、シリカ−バリウムオキサイド、シリカ−アルミナ、シリカ−カルシア、シリカ−ストロンチウムオキサイド、シリカ−マグネシア、シリカ−チタニア−ナトリウムオキサイド、シリカ−チタニア−カリウムオキサイド、シリカ−ジルコニア−ナトリウムオキサイド、シリカ−ジルコニア−カリウムオキサイド、シリカ−アルミナ−ナトリウムオキサイド、またはシリカ−アルミナ−カリウムオキサイド等の複合酸化物類;ケイ酸カルシウム、タルク、ゼオライト、モンモリロナイト等のケイ酸塩類が挙げられる。 More specific examples of silicon-based oxides include silicas such as quartz, precipitated silica, fumed silica, sol-gel silica; silica-titania, silica-zirconia, silica-barium oxide, silica-alumina, silica-calcia, silica -Strontium oxide, silica-magnesia, silica-titania-sodium oxide, silica-titania-potassium oxide, silica-zirconia-sodium oxide, silica-zirconia-potassium oxide, silica-alumina-sodium oxide, or silica-alumina-potassium oxide And complex oxides such as calcium silicate, talc, zeolite, and montmorillonite.
陽イオン交換基を有する架橋重合体も特に限定されることはなく、一般に陽イオン交換樹脂として知られる、陽イオン交換基及び母体樹脂からなる公知の架橋重合体でよい。架橋重合体とすることにより、溶剤等に対する溶解性がなくなり、高湿度環境や湿潤条件下での安定性、耐久性に優れたものとなる。また該重合体が陽イオン交換基を有するものであることにより、多価金属イオンが保持されやすくなり、また水洗等により簡単に脱離してしまうことも少なくなる。なお本発明においては、酸型(プロトン型)の状態のみならず、金属イオン等のプロトン以外の陽イオンにより置換されている状態(塩)のものも陽イオン交換基と呼ぶ。また、特に断らない限り、酸の状態であっても塩の状態であっても単に「・・・酸基」と称す(例えば、スルホン酸基と称する場合には、酸型のスルホン酸基と塩型のスルホン酸基の双方を示す)。 The crosslinked polymer having a cation exchange group is not particularly limited, and may be a known crosslinked polymer composed of a cation exchange group and a base resin, which is generally known as a cation exchange resin. By using a crosslinked polymer, the solubility in a solvent or the like is lost, and the stability and durability under a high humidity environment and a wet condition are excellent. In addition, since the polymer has a cation exchange group, the polyvalent metal ions are easily retained, and are less likely to be easily detached by washing with water or the like. In the present invention, not only an acid type (proton type) state but also a state (salt) substituted with a cation other than a proton such as a metal ion is called a cation exchange group. Unless otherwise specified, the acid state or the salt state is simply referred to as “... acid group” (for example, when referred to as a sulfonic acid group, an acid type sulfonic acid group and Both salt type sulfonic acid groups are shown).
陽イオン交換基を具体的に例示すると、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、セレン酸基等が挙げられる。これらの中でも、化学的安定性に優れ、多価金属イオンを対イオンとしたものの製造が容易であるのみならず、該陽イオン交換基を有する架橋重合体自体の製造も容易である点で、スルホン酸基、カルボン酸基が好ましく、特にスルホン酸基が好ましい。また必要に応じて、異なる複数種の陽イオン交換基を有していてもよい。 Specific examples of cation exchange groups include sulfonic acid groups, carboxylic acid groups, phosphonic acid groups, phosphoric acid groups, phenolic hydroxyl groups, thiol groups, perfluoro tertiary alcoholic hydroxyl groups, arsenic acid groups, selenic acid groups, and the like. Is mentioned. Among these, it is excellent in chemical stability and not only easy to produce a polyvalent metal ion as a counter ion, but also easy to produce a crosslinked polymer itself having the cation exchange group, A sulfonic acid group and a carboxylic acid group are preferable, and a sulfonic acid group is particularly preferable. Moreover, you may have several different cation exchange groups as needed.
上記陽イオン交換基が結合している重合体の骨格部分(母体樹脂)としては、架橋型であり、かつ陽イオン交換基が結合可能な構造のものであれば特に制限されない。但し、本発明における該架橋重合体の架橋とは、共有結合性の架橋を示し、イオン架橋は含まない。 The polymer skeleton portion (matrix resin) to which the cation exchange group is bonded is not particularly limited as long as it is a crosslinked type and has a structure capable of bonding a cation exchange group. However, the cross-linking of the cross-linked polymer in the present invention indicates covalent cross-linking and does not include ionic cross-linking.
母体樹脂としては、ポリスチレン系、(メタ)アクリル系、エポキシ系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリイミド系、ポリウレタン系、ポリスルホン系、ポリエーテル系、ポリエーテルスルホン系等の公知の如何なる架橋樹脂でもよい。これらのなかでも、本発明の金属イオン坦持無機粒子粉末の製造が容易な点で、ポリスチレン系、(メタ)アクリル系であることが好ましく、特に耐加水分解性などの化学的安定性等にも優れる点でポリスチレン系の架橋樹脂であることが好ましい。 The base resin may be any known cross-linked resin such as polystyrene, (meth) acrylic, epoxy, polyester, polyamide, polyimide, polyurethane, polysulfone, polyether, and polyethersulfone. Among these, in terms of easy production of the metal ion-carrying inorganic particle powder of the present invention, polystyrene and (meth) acrylic are preferable, particularly for chemical stability such as hydrolysis resistance. It is preferable that it is a polystyrene-type crosslinked resin at the point which is also excellent.
上記陽イオン交換基を有する架橋重合体は、前記核粒子を被覆しているが、本発明においてこの被覆とは、架橋重合体が核粒子の最表面を覆った状態だけでなく、核粒子が細孔を有している場合には、該細孔の壁面を覆った状態や、あるいは該細孔を埋めるように存在している状態、あるいはそれらが組み合わさった状態も含む。 The crosslinked polymer having the cation exchange group coats the core particles. In the present invention, this coating means not only the state in which the crosslinked polymer covers the outermost surface of the core particles, but also the core particles. When it has a pore, the state which covered the wall surface of this pore, the state which exists so that this pore may be filled, or the state which combined them is also included.
本発明の金属イオン坦持無機粒子粉末が坦持している多価金属イオンは、2価以上の価数の金属イオンであれば特に限定されるものではない。このような多価金属イオンを例示すると、Mg、Ca、Sr、Al、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Mo、W等が挙げられる。なお、上記金属のうち異なる価数を取りうるものについては、坦持させた状態で2価以上であればよく、特定の価数に限定されるものではない。また、本発明の金属イオン坦持無機粒子粉末は、元素種や価数の異なる2種以上の金属イオンを坦持していてもよい。 The polyvalent metal ion carried by the metal ion-carrying inorganic particle powder of the present invention is not particularly limited as long as it is a metal ion having a valence of 2 or more. Examples of such polyvalent metal ions include Mg, Ca, Sr, Al, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Zr, Mo, and W. In addition, what can take a different valence among the said metals should just be 2 valence or more in the carried state, and is not limited to a specific valence. Moreover, the metal ion carrying | support inorganic particle powder of this invention may carry | support two or more types of metal ions from which an element seed | species and a valence differ.
本発明の金属イオン坦持無機粒子粉末を構成する金属イオン坦持無機粒子においては、上記多価金属イオンは、前記陽イオン交換基における対イオンとして存在する。即ち、前記陽イオン交換基の少なくとも一部は、多価金属イオンの塩(あるいはコンプレックス)の状態で存在することになる。スルホン酸基、カルボン酸基等の陽イオン交換基は1価であるため、これらが多価金属イオンと塩を形成すると、通常、該多価金属イオンの1つと、その価数に応じた数の陽イオン交換基の残基(R−SO3 −、R−CO2 −など。Rは母体樹脂)が1組の塩の形成に関与することになるが、多価金属イオンの一部は半塩の状態で存在していてもよい。例えば、陽イオン交換基がスルホン酸基であり、多価金属イオンの価数が2価である場合、R−SO3−M−OSO2−R(Mは金属原子を示す)の状態となるが、一部は、−SO3−M−L(Lは配位子)の状態で存在する場合もある。また逆に、陽イオン交換基のすべてが多価金属イオンと塩を形成した状態で存在している必要はなく、一部が酸型の状態や、アルカリ金属イオンやアンモニウムイオン等の1価のイオンとの塩の状態で存在していてもよい。 In the metal ion-carrying inorganic particles constituting the metal ion-carrying inorganic particle powder of the present invention, the polyvalent metal ion is present as a counter ion in the cation exchange group. That is, at least a part of the cation exchange group exists in the state of a salt (or complex) of polyvalent metal ions. Since cation exchange groups such as sulfonic acid groups and carboxylic acid groups are monovalent, when they form a salt with a polyvalent metal ion, usually one of the polyvalent metal ions and a number corresponding to the valence. Cation exchange group residues (R—SO 3 − , R—CO 2 —, etc., R is a base resin) are involved in the formation of a set of salts, but some of the polyvalent metal ions are It may exist in the state of a half salt. For example, a cation exchange group sulfonic acid group, when the valence of the polyvalent metal ion is a divalent, a state of the R-SO 3 -M-OSO 2 -R (M represents a metal atom) but, in part, (the L ligand) -SO 3 -M-L may exist in the form of. Conversely, not all of the cation exchange groups need to exist in the form of a salt with a polyvalent metal ion, but a part of the cation exchange group is in an acid form, or a monovalent such as an alkali metal ion or ammonium ion. It may exist in the form of a salt with ions.
本発明の金属イオン坦持無機粒子粉末における多価金属イオンの坦持量は特に限定されるものではなく、使用目的に応じて適宜選択すればよい。通常、坦持量が多いほど、各種用途において必要とされる効果を得られやすいが、一方で、ある程度以上は、坦持させて得られる効果に対して、高コストになりすぎたり、坦持させるための工程が煩雑になったりする。例えば、ガス吸着材や防錆材用途に用いる場合には、0.01〜2mmol/gであることが好ましく、0.05〜1.5mmol/gであることが特に好ましい。 The amount of polyvalent metal ions supported in the metal ion-supported inorganic particle powder of the present invention is not particularly limited, and may be appropriately selected according to the purpose of use. Usually, the larger the carrying amount, the easier it is to obtain the effects required in various applications, but on the other hand, it is too expensive or carried for the effect obtained by carrying it to some extent. The process for making it complicated becomes complicated. For example, when used for a gas adsorbent or a rust preventive, it is preferably 0.01 to 2 mmol / g, and particularly preferably 0.05 to 1.5 mmol / g.
前記のように本発明の金属イオン坦持無機粒子粉末においては、上記多価金属イオンは、前記陽イオン交換基における対イオンとして存在する。従って、対イオンとして坦持されている該多価金属イオンは、金属イオン坦持無機粒子粉末における陽イオン交換容量が大きなほど、多量に坦持できるが、極端にイオン交換容量の大きなものは製造が困難であり、また、用途によっては、多価金属イオンとの対イオン形成に関与しない陽イオン交換基が悪影響を及ぼす場合もある。本発明の金属イオン坦持無機粒子粉末における陽イオン交換容量(=陽イオン交換基の数)は、0.005〜4mmol/g(乾燥粉末の重量。以下同じ)が好ましく、0.1〜3mmol/gがより好ましい。なお、後述するような製造方法で、本発明の陽イオン交換基を有する架橋重合体を製造した場合、一般的には、陽イオン交換容量がXmmmol/gの無機粒子粉末が、N価の多価金属イオンを坦持する量は、X/Nの1.2〜0.3倍程度(mmol/g)となる。 As described above, in the metal ion-carrying inorganic particle powder of the present invention, the polyvalent metal ion is present as a counter ion in the cation exchange group. Therefore, the polyvalent metal ions supported as counter ions can be supported in large amounts as the cation exchange capacity in the metal ion-supported inorganic particle powder increases, but those with extremely large ion exchange capacity are produced. In some applications, cation exchange groups that do not participate in counter ion formation with polyvalent metal ions may have an adverse effect. The cation exchange capacity (= number of cation exchange groups) in the metal ion-carrying inorganic particle powder of the present invention is preferably 0.005 to 4 mmol / g (weight of dry powder; the same applies hereinafter), and 0.1 to 3 mmol. / G is more preferable. In addition, when the crosslinked polymer having a cation exchange group of the present invention is produced by a production method as described later, generally, inorganic particle powder having a cation exchange capacity of Xmmmol / g is highly N-valent. The amount of valence metal ions supported is about 1.2 to 0.3 times (mmol / g) of X / N.
本発明の金属イオン坦持無機粒子粉末を構成する金属イオン坦持無機粒子の粒径や粒度分布、形状等は特に限定されるものではなく、用途等に応じて適宜選択すればよい。これら粒径や粒度分布、形状等は、後述するような製造方法により、核粒子の選択や、被覆に用いる重合性単量体の量などで制御できる。 The particle size, particle size distribution, shape, and the like of the metal ion-carrying inorganic particles constituting the metal ion-carrying inorganic particle powder of the present invention are not particularly limited, and may be appropriately selected according to the application. These particle sizes, particle size distributions, shapes, and the like can be controlled by selection of core particles, the amount of polymerizable monomer used for coating, and the like by a manufacturing method as described later.
平均粒径が小さく、比表面積が大きいほど周囲との接触面積が大きくなり、各種用途に使用した場合の効果に優れ、かつ樹脂等に練り込む際の分散性や塗膜性に優れる点で、本発明の金属イオン坦持無機粒子粉末の平均一次粒子径は、0.005〜300μmであることが好ましく、0.005〜100μmであることがより好ましく、0.005〜10μmであることが特に好適である。 The smaller the average particle size, the larger the specific surface area, the larger the contact area with the surroundings, the better the effects when used in various applications, and the excellent dispersibility and coating properties when kneaded into resins, etc. The average primary particle diameter of the metal ion-carrying inorganic particle powder of the present invention is preferably 0.005 to 300 μm, more preferably 0.005 to 100 μm, and particularly preferably 0.005 to 10 μm. Is preferred.
形状も特に制限されず球状、板状、層状、ウィスカー状あるいは不定形等、どのような形状でもよい。 The shape is not particularly limited and may be any shape such as a spherical shape, a plate shape, a layer shape, a whisker shape, or an indefinite shape.
また、本発明の金属イオン坦持無機粒子粉末における無機粒子は、核粒子を架橋重合体が被覆したものであり、その両者の割合は特に制限されるものではない。通常、架橋重合体の割合が多いほど、陽イオン交換基も多量に有すことができ、よって、多価金属イオンの坦持量も多くなるが、あまりにその割合が多いと、その製造のために粉砕等の工程が必要となる場合が多いため、架橋重合体被覆層の平均厚さが、核粒子の直径の1/10以下、且つ1000nm以下であることが好ましい。 In addition, the inorganic particles in the metal ion-carrying inorganic particle powder of the present invention are those in which the core particles are coated with a crosslinked polymer, and the ratio of both is not particularly limited. Usually, the greater the proportion of the crosslinked polymer, the more cation exchange groups can be present, and thus the greater the amount of polyvalent metal ions supported, but if the proportion is too large, Therefore, the average thickness of the crosslinked polymer coating layer is preferably 1/10 or less and 1000 nm or less of the diameter of the core particles.
上記本発明の金属イオン坦持無機粒子粉末の製造方法は特に限定されるものではないが、好適には、陽イオン交換基を有する架橋重合体で被覆された無機粒子を、多価金属イオンを含有する溶液で処理して、イオン交換させ、ついで乾燥させればよい。この方法によれば、処理に用いる多価金属イオン溶液として様々な金属イオンのものを選択でき、よって任意の多価金属イオンを坦持させた粉末が極めて容易に製造できる。 The method for producing the metal ion-carrying inorganic particle powder of the present invention is not particularly limited. Preferably, the inorganic particles coated with a crosslinked polymer having a cation exchange group are treated with polyvalent metal ions. What is necessary is just to process with the solution to contain, to carry out ion exchange, and to make it dry. According to this method, various metal ions can be selected as the polyvalent metal ion solution used for the treatment, and therefore, a powder carrying any polyvalent metal ion can be produced very easily.
また、陽イオン交換基を有する架橋重合体で被覆された無機粒子の製造方法も特に限定されるものではないが、好適には、無機粒子の粉体を攪拌下に重合性単量体と接触させて、該粒子に該重合性単量体を吸着させ、ついで吸着した重合性単量体を重合させ、さらに必要に応じて陽イオン交換基を導入することにより製造できる(なお、この方法は、本発明者等が既に、特願2004−131887号として出願している)。この方法では、核粒子を重合性単量体と接触させるに際して粉末の状態で行うため、溶剤に分散させるなどして、懸濁液やペーストのような非粉体状態で行う場合に生じやすい、被覆層の厚さや化学的組成の制御が困難となったり、目的とする重合体被覆層が得られない場合があるなどの問題が生じ難い。以下、これら方法についてより具体的に述べる。 Also, the method for producing inorganic particles coated with a crosslinked polymer having a cation exchange group is not particularly limited, but preferably, the inorganic particle powder is brought into contact with the polymerizable monomer under stirring. Then, the polymerizable monomer is adsorbed on the particles, and then the adsorbed polymerizable monomer is polymerized, and a cation exchange group is introduced as necessary (this method is The present inventors have already filed the application as Japanese Patent Application No. 2004-131887). In this method, since it is performed in a powder state when the core particles are brought into contact with the polymerizable monomer, it is likely to occur when performed in a non-powder state such as a suspension or paste, for example, by dispersing in a solvent. Problems such as difficulty in controlling the thickness and chemical composition of the coating layer, and in some cases the desired polymer coating layer may not be obtained. Hereinafter, these methods will be described more specifically.
まず、陽イオン交換基を有する架橋重合体で被覆された無機粒子(粉末)の製造方法について述べる。該方法では、核となる粒子が架橋重合体によって被覆された構造の粒子からなる粉体が製造される。当該核となる粒子が、前記本発明の金属イオン坦持無機粒子粉末における核粒子になる。従って、最終的に得られる金属イオン坦持無機粒子粉末の粒径や粒度分布、形状等が、この核粒子として如何なる粒子(の粉末)を用いるかにより大きく依存するのは前述した通りである。 First, a method for producing inorganic particles (powder) coated with a crosslinked polymer having a cation exchange group will be described. In this method, a powder composed of particles having a structure in which core particles are covered with a crosslinked polymer is produced. The core particles are core particles in the metal ion-carrying inorganic particle powder of the present invention. Therefore, as described above, the particle size, the particle size distribution, the shape, and the like of the finally obtained metal ion-carrying inorganic particle powder greatly depend on which particle (powder) is used as the core particle.
この方法では、核粒子に対して、重合により架橋型の重合体を生じる重合性単量体を接触させて吸着させる。核粒子を溶剤中に分散させないため、用いる重合性単量体が溶剤に溶解したままで、ほとんど吸着しないという現象は生じ難いが、重合性単量体を効率良く吸着させるためには、重合性単量体の物性に応じて核粒子の表面を改質した方が好ましい場合がある。 In this method, a polymerizable monomer that generates a cross-linked polymer by polymerization is brought into contact with and adsorbed on the core particles. Since the core particles are not dispersed in the solvent, the phenomenon that the polymerizable monomer used remains dissolved in the solvent and hardly adsorbs hardly occurs, but in order to adsorb the polymerizable monomer efficiently, the polymerizable monomer It may be preferable to modify the surface of the core particle depending on the physical properties of the monomer.
具体的には、吸着させようとする重合性単量体(混合物である場合には、主成分である重合性単量体)がカルボキシル基、ホスホン酸基、リン酸基、スルホン酸基等の陽イオン交換基を有し、これにより水に対する溶解度が5質量%以上である化合物の場合には、一般に、核粒子として水/n−ヘキサン分散性向が水側にある粒子を用いることが好ましい。特にスルホン酸基を有し、水に対する溶解度が5質量%以上かつn−ヘキサンに対する溶解度が5質量%以下の化合物である場合には、水/n−ヘキサン分散性向が水側にある粒子を用いることが、均一な重合体層を有する被覆粒子を得るために重要である。 Specifically, the polymerizable monomer to be adsorbed (in the case of a mixture, the main component polymerizable monomer) is a carboxyl group, phosphonic acid group, phosphoric acid group, sulfonic acid group or the like. In the case of a compound having a cation exchange group and thereby having a solubility in water of 5% by mass or more, it is generally preferable to use particles having a water / n-hexane dispersibility tendency on the water side as the core particles. In particular, when the compound has a sulfonic acid group and has a solubility in water of 5% by mass or more and a solubility in n-hexane of 5% by mass or less, particles having a water / n-hexane dispersibility tendency on the water side are used. It is important to obtain coated particles having a uniform polymer layer.
一方、陽イオン交換基を有していないか、或いは有していても疎水性基の影響が大きいなどの理由により、水に対する溶解度が5質量%未満の重合性単量体を吸着させようとする場合には、水/n−ヘキサン分散性向がヘキサン側にある粒子を用いることが好ましい。特にスチレン等の、水に対する溶解度が1質量%未満の重合性単量体を吸着させようとする場合には、水/n−ヘキサン分散性向がヘキサン側にあるのみならず、修飾疎水化度が40質量%以上(特に50〜90質量%)の粒子を核粒子とすることが好ましい。 On the other hand, a polymerizable monomer having a solubility in water of less than 5% by mass is adsorbed because it has no cation exchange group or has a large influence of a hydrophobic group even if it has a cation exchange group. In this case, it is preferable to use particles having a water / n-hexane dispersibility tendency on the hexane side. In particular, when a polymerizable monomer having a solubility in water of less than 1% by mass such as styrene is to be adsorbed, not only the water / n-hexane dispersibility tends to be on the hexane side but also the modified hydrophobicity degree. It is preferable to use 40% by mass or more (particularly 50 to 90% by mass) of particles as core particles.
なお上記水/n−ヘキサン分散性向は、ガラス製試験管等に水及びn−ヘキサンをほぼ等量入れ、そこへ少量の粒子粉体を加えてよく振とうして、粒子が水側とヘキサン側のどちらに分配しているかで判断できる。また、修飾疎水化度は、水−メタノールの比を変えた溶液に対する粒子粉体の浮遊割合を測定する方法によって求められる浮遊量が50%となるメタノール濃度である。 In addition, the water / n-hexane dispersibility is said to be obtained by adding substantially equal amounts of water and n-hexane to a glass test tube, etc., adding a small amount of particle powder thereto, and shaking well so that the particles are mixed with water and hexane. It can be judged by which side it is distributed. The modified hydrophobization degree is a methanol concentration at which the amount of suspension obtained by a method of measuring the suspension ratio of the particle powder with respect to a solution with a changed water-methanol ratio is 50%.
一般に、なんら表面処理等を行っていない無機酸化物粒子等の無機粒子は、水/n−ヘキサン分散性向が水側にある。このような無機粒子の分散性向をn−ヘキサン側にする方法は特に制限されず、公知の表面処理方法を採用すればよい。具体的には、シランカップリング剤、チタネート系カップリング剤、シリコーンオイル、環状シロキサン、ヘキサアルキルジシラザン等により処理する方法が挙げられる。これらのなかでも、粒子の表面のシラノール基等の反応性基の量が少ない場合でも均一に処理され、また反応端が1〜2つしかないため、処理剤自体がゲル化して微小な粒子が混ざったり、該ゲル化によって生じる凝集塊が無機粒子表面に付着して不均一な表面となることもなく、さらに、反応性に富むため、効率よく処理された粒子となり、固定化されていない表面処理剤が溶出してくることなども少ない点で、環状シロキサン又はヘキサアルキルジシラザンにより処理することが好ましい。さらに、環状シロキサン又はヘキサアルキルジシラザンにより処理された粒子である場合には、シランカップリング剤のみで処理された粒子の場合よりも、本発明の製造方法で得られる被覆粒子の耐酸、耐アルカリ性に優れる傾向がある。 In general, inorganic particles such as inorganic oxide particles not subjected to any surface treatment have a water / n-hexane dispersibility tendency on the water side. The method for setting the dispersibility of such inorganic particles to the n-hexane side is not particularly limited, and a known surface treatment method may be employed. Specific examples include treatment with a silane coupling agent, a titanate coupling agent, silicone oil, cyclic siloxane, hexaalkyldisilazane, and the like. Among these, even when the amount of reactive groups such as silanol groups on the surface of the particle is small, it is uniformly processed, and since there are only one or two reaction ends, the treatment agent itself gels and fine particles are formed. An agglomerate generated by mixing or gelation does not adhere to the surface of the inorganic particles to form a non-uniform surface, and further, because it is highly reactive, it becomes an efficiently treated particle and is not immobilized. The treatment with cyclic siloxane or hexaalkyldisilazane is preferred in that the treatment agent is less likely to elute. Furthermore, in the case of particles treated with cyclic siloxane or hexaalkyldisilazane, the acid resistance and alkali resistance of the coated particles obtained by the production method of the present invention are higher than in the case of particles treated only with a silane coupling agent. Tend to be better.
環状シロキサンのなかでも、ひずみが大きく開裂しやすいために、表面が均一に被覆された無機粒子を入手することが容易な点で、下記一般式 Among cyclic siloxanes, the following general formula is used because it is easy to obtain inorganic particles whose surface is uniformly coated due to large strain and easy cleavage.
(式中R1は炭素数1〜18の一価の炭化水素基、水素原子もしくは水酸基のいずれかであり、Meはメチル基であり、nは3から6の整数である)
で示される環状シロキサンで処理することが好ましい。
(Wherein R 1 is a monovalent hydrocarbon group having 1 to 18 carbon atoms, a hydrogen atom or a hydroxyl group, Me is a methyl group, and n is an integer of 3 to 6)
It is preferable to treat with a cyclic siloxane represented by
上記式において、R1は炭素数1〜18の炭化水素基である。当該炭化水素基は炭素数が1〜18であれば特に限定されず、公知の如何なる基でもよい。当該炭化水素基を具体的に例示すると、メチル基、エチル基、プロピル基、ヘキシル基、オクタデシル基等の炭素数1〜18の直鎖又は分枝状アルキル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等の炭素数4〜6の環状アルキル基;ビニル基、アリル基、イソプロペニル基、オクタデシニル基等の炭素数2〜18のアルケニル基;フェニル基、ナフチル基、トリル基、スチリル基、キシリル基、メシチル基等の炭素数6〜18の置換又は非置換のアリール基;ベンジル基、フェネチル基等の炭素数7〜9のアラルキル基等が挙げられる。 In the above formula, R 1 is a hydrocarbon group having 1 to 18 carbon atoms. The hydrocarbon group is not particularly limited as long as it has 1 to 18 carbon atoms, and may be any known group. Specific examples of the hydrocarbon group include straight chain or branched alkyl groups having 1 to 18 carbon atoms such as a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a hexyl group, and an octadecyl group, a carbon such as a cyclopentyl group and a cyclohexyl group. A cyclic alkyl group having 4 to 6 carbon atoms; an alkenyl group having 2 to 18 carbon atoms such as vinyl group, allyl group, isopropenyl group, and octadecynyl group; phenyl group, naphthyl group, tolyl group, styryl group, xylyl group, mesityl group, etc. A substituted or unsubstituted aryl group having 6 to 18 carbon atoms; an aralkyl group having 7 to 9 carbon atoms such as a benzyl group and a phenethyl group;
上記炭化水素基のなかでも、炭素数1〜3の直鎖アルキル基、フェニル基、フェネチル基又はビニル基が特に好ましい。また上記式においてnは3〜6であり、特に好ましくは3〜4である。 Among the hydrocarbon groups, a linear alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, a phenyl group, a phenethyl group, or a vinyl group is particularly preferable. Moreover, in said formula, n is 3-6, Most preferably, it is 3-4.
このような環状シロキサンを具体的に例示すると、オクタメチルシクロテトラシロキサン、ヘキサメチルシクロトリシロキサン、テトラメチルテトラフェニルシクロテトラシロキサン、トリメチルトリフェニルシクロトリシロキサン、テトラメチルテトラビニルシクロテトラシロキサン、トリメチルトリビニルシクロトリシロキサン、テトラメチルシクロテトラシロキサン、トリメチルシクロトリシロキサン等が挙げられる。 Specific examples of such cyclic siloxanes include octamethylcyclotetrasiloxane, hexamethylcyclotrisiloxane, tetramethyltetraphenylcyclotetrasiloxane, trimethyltriphenylcyclotrisiloxane, tetramethyltetravinylcyclotetrasiloxane, trimethyltrivinyl. Examples thereof include cyclotrisiloxane, tetramethylcyclotetrasiloxane, and trimethylcyclotrisiloxane.
また、ヘキサアルキルジシラザンで処理する場合には、下記一般式 In the case of treatment with hexaalkyldisilazane, the following general formula
(上記式中、R2、R3、R4、R5、R6及びR7は各々独立に、炭素数1〜18のアルキル基である。)
で示されるヘキサアルキルジシラザンが好ましい。上記式において、R2〜R7として示されるアルキル基としては、前記環状シロキサンにおけるR1として例示したものと同様の基が挙げられる。高い処理効率を得るためには、当該R2〜R7としては炭素数1〜3の直鎖アルキル基が好ましい。また、R2〜R7は互いに異なっていても良いが、入手の容易さや表面処理効率の点からいずれも同一の基であることが好ましい。
(In the above formula, R 2 , R 3 , R 4 , R 5 , R 6 and R 7 are each independently an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms.)
A hexaalkyldisilazane represented by In the above formula, examples of the alkyl group represented by R 2 to R 7 include the same groups as those exemplified as R 1 in the cyclic siloxane. In order to obtain high processing efficiency, the R 2 to R 7 are preferably a linear alkyl group having 1 to 3 carbon atoms. R 2 to R 7 may be different from each other, but are preferably the same group from the standpoint of availability and surface treatment efficiency.
特に好ましいヘキサアルキルジシラザンを具体的に例示すると、ヘキサメチルジシラザン、ヘキサエチルジシラザン、ヘキサプロピルジシラザン等が挙げられる。 Specific examples of particularly preferred hexaalkyldisilazane include hexamethyldisilazane, hexaethyldisilazane, hexapropyldisilazane and the like.
上記環状シロキサン、ヘキサアルキルジシラザンは各々単独で用いてもよいし、異なる化合物を2種以上併用して表面処理を行っても良い。また、他の表面処理剤と併用しても構わない。 The cyclic siloxane and hexaalkyldisilazane may be used alone or in combination with two or more different compounds. Moreover, you may use together with another surface treating agent.
上記のような表面処理剤を用いて無機粒子を表面処理、疎水化する方法は、公知の手法に従えばよく特に限定されるものではないが、処理の際に凝集が起こり難く、また、溶剤除去等の手間が不要な点で、溶剤を用いない乾式処理による方法が好ましい。 The method of surface treating and hydrophobizing inorganic particles using the surface treating agent as described above is not particularly limited as long as it is in accordance with a known technique, but aggregation is unlikely to occur during the treatment. A method using a dry process that does not use a solvent is preferable because it does not require time and effort such as removal.
例えば、ヘキサアルキルジシラザンによる処理を行う場合には、特許第2886037号公報、特許第2886105号公報等に記載の方法を採用すると好適である。該方法は、容器に無機粒子の粉末を導入し、容器を密閉して、200〜300℃程度の温度において、不活性ガスの雰囲気下、ヘキサメチルジシラザンを分圧25〜150kPa程度になるように導入し一定時間、好ましくは0.5〜2時間程度保持することにより行う。この時、容器内に水蒸気を分圧で30〜100kPa程度存在させ、さらには必要に応じてアンモニア等の塩基性ガスを分圧で10〜100kPa程度共存させる方法である。 For example, when the treatment with hexaalkyldisilazane is performed, it is preferable to employ the methods described in Japanese Patent No. 2886037 and Japanese Patent No. 2886105. In this method, powder of inorganic particles is introduced into a container, and the container is sealed so that the partial pressure of hexamethyldisilazane is about 25 to 150 kPa in an inert gas atmosphere at a temperature of about 200 to 300 ° C. And is maintained for a certain period of time, preferably about 0.5 to 2 hours. At this time, water vapor is present in the container at a partial pressure of about 30 to 100 kPa, and a basic gas such as ammonia is allowed to coexist at a partial pressure of about 10 to 100 kPa as necessary.
また、環状シロキサンで処理する場合には、無機粒子の粉末を撹拌しつつ、そこへ液状あるいはガス状の環状シロキサンを加え、次いで、密閉された反応系で加熱する方法である。この方法をより具体的に述べると、まず、窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気中、ヘンシェルミキサー等の高速撹拌装置で粒子を攪拌しつつ、そこへ環状シロキサン等を気体状もしくは液状で加え、密閉された反応系にて所定の温度まで加熱することにより製造できる。環状シロキサン等を粒子に加える方法は、液状あるいはガス状のいずれでもよく、さらに液状で加える場合には、滴下によっても良いし、噴霧によって加えても良い。均一に処理することが可能な点ではガス状で加えることが特に好ましい。上記加熱温度は、環状シロキサン等によって粒子表面が疎水化できる範囲であれば、特に制限されるものではないが、一般には、用いる環状シロキサンの沸点以上であることが好ましく、通常100〜300℃程度である。また、攪拌の際の攪拌速度等も特に限定されるものではなく、用いる攪拌装置等により一概には言えないが、一般的には、100〜3000rpm程度である。 In the case of treating with cyclic siloxane, a liquid or gaseous cyclic siloxane is added to the inorganic particle powder while stirring, and then heated in a sealed reaction system. To describe this method more specifically, first, while stirring particles with a high-speed stirring device such as a Henschel mixer in an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon, a cyclic siloxane or the like is added in a gaseous or liquid state thereto, It can be produced by heating to a predetermined temperature in a sealed reaction system. The method of adding cyclic siloxane or the like to the particles may be either liquid or gaseous, and when added in liquid form, it may be added dropwise or by spraying. It is particularly preferable to add it in the form of a gas from the viewpoint that it can be uniformly processed. The heating temperature is not particularly limited as long as the particle surface can be hydrophobized by cyclic siloxane or the like, but in general, it is preferably not less than the boiling point of the cyclic siloxane to be used, and usually about 100 to 300 ° C. It is. Further, the stirring speed at the time of stirring is not particularly limited, and cannot be generally specified depending on the stirring device used, but is generally about 100 to 3000 rpm.
このような乾式処理を採用することにより、無機粒子の表面処理工程における凝集を防止することができ、また必要に応じて、同じ反応容器内で重合体による被覆も可能となり、工業的に有利である。 By adopting such a dry treatment, it is possible to prevent agglomeration in the surface treatment step of inorganic particles, and if necessary, it is possible to coat with a polymer in the same reaction vessel, which is industrially advantageous. is there.
ついで、上記のような疎水性或いは親水性の粒子に、重合性単量体を吸着させる。当該重合性単量体は、重合させることにより架橋重合体を生じ、かつ、陽イオン交換基を有しているか、あるいは重合させた後に陽イオン交換基を導入できるものであればよく、むろん、混合物でもよい。好適には、陽イオン交換基を有するか、又は陽イオン交換基を導入可能な官能基を有する単官能の重合性単量体と、架橋剤となる多官能の重合性単量体との混合物である。また、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であることが好ましい。 Next, the polymerizable monomer is adsorbed on the hydrophobic or hydrophilic particles as described above. The polymerizable monomer may be any polymer as long as it generates a cross-linked polymer by polymerization and has a cation exchange group or can introduce a cation exchange group after polymerization. It may be a mixture. Preferably, a mixture of a monofunctional polymerizable monomer having a cation exchange group or having a functional group capable of introducing a cation exchange group and a polyfunctional polymerizable monomer serving as a crosslinking agent It is. Moreover, it is preferable that it is a polymerizable monomer which has radically polymerizable unsaturated double bonds, such as a (meth) acryl group and a styryl group, at the point which is excellent in polymerizability.
これら重合性単量体を具体的に例示すると、以下のものが挙げられる。 Specific examples of these polymerizable monomers include the following.
1.陽イオン交換基を有する単官能単量体
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等の芳香族ビニル系の単量体類。(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。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。
1. Monofunctional monomers having a cation exchange group Aromatic vinyl monomers such as styrene sulfonic acid and its salts, vinyl naphthalene sulfonic acid and its salts. (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. Vinyl monomers having a phosphonic acid group such as vinylphosphonic acid and salts thereof.
2.陽イオン交換基を導入可能な官能基を有する単量体
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芳香族ビニル系の単量体類等;(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−エトキシエチル等の単官能の(メタ)アクリル酸エステル系の単量体類。
2. Monomers having functional groups capable of introducing cation exchange groups Styrene, α-methylstyrene, vinyltoluene, 2,4-dimethylstyrene, p-tert-butylstyrene, chloromethylstyrene, p-chlorostyrene, vinylnaphthalene Aromatic vinyl monomers such as; methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, butyl (meth) acrylate, 2-ethylhexyl (meth) acrylate, lauryl (meth) acrylate, Trimethydecyl (meth) acrylate, benzyl (meth) acrylate, phenoxyethyl (meth) acrylate, glycidyl (meth) acrylate, benzyl (meth) acrylate, phenoxyethyl (meth) acrylate, (meth) acrylic acid Monofunctional (meth) acrylic acid ester such as 2-methoxyethyl and 2-ethoxyethyl (meth) acrylate Lu monomer.
3.架橋剤となる多官能の重合性単量体
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;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;ジビニルスルホン、フタル酸ジアリル等。
3. Polyfunctional polymerizable monomers that serve as crosslinking agents Aromatic vinyl monomers such as polyfunctional aromatic vinyl compounds such as divinylbenzene, divinylbiphenyl, trivinylbenzene, and divinylnaphthalene; 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, trimethylolmethane tri (meth) acrylate, tetra Polyfunctional non-fluorine (meth) acrylic monomers such as methylolmethane tetra (meth) acrylate, methylenebis (meth) acrylamide, hexamethylenedi (meth) acrylamide; divinylsulfone, diallyl phthalate, etc.
核粒子を架橋重合体で被覆するためには、上記陽イオン交換基を有する単官能単量体又は陽イオン交換基を導入可能な官能基を有する単量体と、架橋剤となる多官能の重合性単量体との混合物を用いればよく、代表的には、架橋剤となる多官能の重合性単量体を、全重合性単量体中、0.05〜99質量%程度、好適には0.5〜30質量%程度配合した重合性単量体を用いればよい。なお上記各重合性単量体は、必要に応じて異なる複数のものを併用してもよい。 In order to coat the core particles with a crosslinked polymer, the monofunctional monomer having a cation exchange group or a monomer having a functional group capable of introducing a cation exchange group and a polyfunctional monomer serving as a crosslinking agent are used. A mixture with a polymerizable monomer may be used. Typically, a polyfunctional polymerizable monomer serving as a cross-linking agent is preferably about 0.05 to 99% by mass in the total polymerizable monomer. For this, a polymerizable monomer blended in an amount of about 0.5 to 30% by mass may be used. The above polymerizable monomers may be used in combination with a plurality of different monomers as required.
さらに上記したような重合性単量体を核粒子に吸着させやすくしたり、その他、種々の物性を付与するために、上記した以外の重合性単量体を混合して用いることも可能である。例えば、陽イオン交換基を有する単官能単量体や陽イオン交換基を導入可能な官能基を有する単量体が常温、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。このような重合性単量体としては、(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)アクリロニトリル、(メタ)アクロレイン、酢酸ビニル、N−ビニルピロリドン、ジアセトン(メタ)アクリルアミド、メチルビニルケトン等が挙げられる。 Further, in order to facilitate the adsorption of the polymerizable monomer as described above to the core particles, and to impart various other physical properties, it is also possible to use a mixture of polymerizable monomers other than those described above. . For example, in the case where the monofunctional monomer having a cation exchange group or the monomer having a functional group capable of introducing a cation exchange group is a solid at normal temperature and normal pressure, it can be co-polymerized with the polymerizable monomer. It is also preferable to dissolve in a liquid polymerizable monomer to be polymerized. Such polymerizable monomers include 2-hydroxyethyl (meth) acrylate, 3-hydroxypropyl (meth) acrylate, 3-chloro-2-hydroxypropyl (meth) acrylate, N-methylol (meth) ) (Meth) acrylic monomers having a hydroxyl group such as acrylamide; (meth) acrylonitrile, (meth) acrolein, vinyl acetate, N-vinylpyrrolidone, diacetone (meth) acrylamide, methyl vinyl ketone and the like.
上記重合性単量体(若しくはその混合物)はそれ単独で核粒子と接触させても良いが、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加えることが好ましい。 The polymerizable monomer (or a mixture thereof) may be brought into contact with the core particles alone, but is preferably added as a mixture with a polymerization initiator added in order to efficiently perform the polymerization step described later. .
用いる重合開始剤としては、用いる重合性単量体に応じて、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、重合性単量体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 a polymerization initiator to be used, a known polymerization initiator may be appropriately selected and used according to the polymerizable monomer to be used, and is not particularly limited. However, the polymerization initiator exhibits a polymerization initiation 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 polymerizable monomer.
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、重合性単量体が固体である場合には、少量の溶剤を用いて液状のものとすることも可能である。 Moreover, you may use what mix | blended other additives, such as a polymerization inhibitor, a polymerization inhibitor, and an ultraviolet absorber, as needed. Further, when the polymerizable monomer is a solid, it can be made liquid by using a small amount of a solvent.
上記のような重合性単量体及び必要に応じて配合される任意成分の混合物(以下、重合性単量体混合物)を前記核粒子の粉体と接触させる際には、該核粒子粉体を攪拌下に行うことが好ましい。攪拌を行わないと、被覆層が不均一となってしまう。当該攪拌の方法は特に限定されるものではなく、粒子が該攪拌により浮遊する程度の状態を得られるのであれば、公知の如何なる方法でも良い。例えば、ヘンシェルミキサー等を用いて直接機械的に攪拌してもよいし、また高速気流を吹き込んで攪拌したり、外部から振動や揺動等を与える方法でも良い。直接機械的に攪拌する場合の攪拌速度は、核粒子の材質や形状、粒子径により一概には言えないが、一般的には、100〜3000rpm程度でよい。 When contacting the above-mentioned polymerizable monomer and a mixture of optional components blended as necessary (hereinafter, polymerizable monomer mixture) with the powder of the core particles, the core particle powder Is preferably carried out with stirring. Without stirring, the coating layer will be non-uniform. The stirring method is not particularly limited, and any known method may be used as long as particles can be floated by the stirring. For example, it may be directly mechanically stirred using a Henschel mixer or the like, or may be agitated by blowing a high-speed air stream, or a method of giving vibration or swinging from the outside. The stirring speed in the case of direct mechanical stirring cannot be generally specified depending on the material, shape, and particle diameter of the core particles, but generally it may be about 100 to 3000 rpm.
重合性単量体混合物を、核粒子と接触させる方法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、重合性単量体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、不活性ガス雰囲気中で液状の重合性単量体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、核粒子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被覆前に単量体が重合してしまうため、一般には−10〜40℃程度が好ましい。 The method for bringing the polymerizable monomer mixture into contact with the core particles is not particularly limited. Preferably, the polymerizable monomer mixture is gaseous or liquid in an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon. More preferably, the liquid polymerizable monomer mixture is sprayed and added in an inert gas atmosphere. 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 core particles. The temperature conditions for adding these are not particularly limited, and may be under cooling or under heating. However, since the monomer is polymerized before coating at an excessively high temperature, generally about −10 to 40 ° C. is preferable. .
加える重合性単量体の量は特に制限されるものではなく、所望の被覆厚さにより適宜設定すればよいが、重合性単量体混合物の使用量が多すぎる場合には、粒子同士の凝集が生じ、粉末ではなく塊となってしまう傾向があり、本発明の金属イオン坦持無機粒子粉末を得るためには、その後に粉砕工程が必要となってしまう。さらに多すぎると重合体中に核粒子が存在するかたちになり、本発明の粉末を得ることが困難になる。適度な厚さの被覆層とするために用いる重合性単量体の量は、核粒子の比表面積や粒子径等に依存し一概には言えないが、一般的には、粒子の比表面積1m2あたり、2×10−4〜8×10−4gの重合性単量体を使用すれば、約1nm相当の厚さの被覆層が形成されるため、この値を元に、粒径や比表面積に応じて適宜決定することができる。代表的な重合性単量体の使用量としては、核粒子1gあたり、0.001〜0.4gである。 The amount of the polymerizable monomer to be added is not particularly limited and may be appropriately set depending on the desired coating thickness. However, when the amount of the polymerizable monomer mixture used is too large, the particles are aggregated. In order to obtain the metal ion-carrying inorganic particle powder of the present invention, a pulverization step is required thereafter. If the amount is too large, the core particles are present in the polymer, making it difficult to obtain the powder of the present invention. The amount of the polymerizable monomer used to form a coating layer having an appropriate thickness depends on the specific surface area and particle diameter of the core particles and cannot be generally stated, but in general, the specific surface area of the particles is 1 m. per 2, the use of polymerizable monomer 2 × 10 -4 ~8 × 10 -4 g, since the coating layer having a thickness of about 1nm equivalent is formed, based on this value, the particle size Ya It can be appropriately determined according to the specific surface area. A typical use amount of the polymerizable monomer is 0.001 to 0.4 g per 1 g of core particles.
また、前記したような溶剤、あるいは他の任意成分を加える場合に、この溶剤等の使用量も多すぎると粒子同士の凝集を生じやすくする。従って、加える重合性単量体、溶剤及びその他成分の全量を加えた時点でも、ペースト状や分散液の状態を形成しない、粉体の状態を維持する範囲内に収めることが好ましい。粒子同士の凝集を避けるために、一般的には、加える重合性単量体、溶剤及びその他成分の量を、核粒子からなる粉末の吸油量(重合性単量体、溶剤及びその他成分の混合物に対するもの)の3/4以下、より好ましくは1/2、さらに好ましくは1/3以下、特に好ましくは1/5以下、最も好ましくは1/10以下となるようにすればよい。 Moreover, when adding the above-mentioned solvent or other optional components, if the amount of the solvent used is too large, the particles are likely to aggregate. Therefore, even when all the polymerizable monomers, solvents, and other components to be added are added, it is preferable that the amount of the polymerizable monomer, the solvent, and the other components be within the range that does not form a paste or dispersion and maintains the powder state. In order to avoid agglomeration between particles, generally the amount of polymerizable monomer, solvent and other components to be added is the amount of oil absorption of the powder composed of core particles (mixture of polymerizable monomer, solvent and other components). 3/4 or less, more preferably 1/2, further preferably 1/3 or less, particularly preferably 1/5 or less, and most preferably 1/10 or less.
このようにして、重合性単量体(及びその他任意成分)を攪拌された状態の核粒子に加えることにより、この重合性単量体(及びその他任意成分)は、該核粒子に吸着される。本発明の製造方法では、ついで、該重合性単量体を重合させて重合体とし、核粒子が該重合体により被覆された状態の粒子からなる粉体とする。 In this way, by adding the polymerizable monomer (and other optional components) to the stirred core particle, the polymerizable monomer (and other optional component) is adsorbed on the core particle. . In the production method of the present invention, the polymerizable monomer is then polymerized to form a polymer, and the powder is made of particles in a state where the core particles are covered with the polymer.
このようにして吸着した重合性単量体を重合させる方法としては、用いた重合性単量体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である。用いた重合性単量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、用いた重合性単量体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 polymerizable monomer thus adsorbed, a known method may be adopted as a polymerization method of the polymerizable monomer used, and it is not particularly limited. Is a method of initiating polymerization by heating. When the polymerizable monomer used is a vinyl monomer, it can be more efficiently polymerized by using a thermal polymerization initiator as described above. Moreover, the said heating temperature should just set suitably well-known conditions with the kind etc. of the polymerizable monomer and polymerization initiator which were used, and is generally 40-230 degreeC, Preferably it is about 50-180 degreeC.
また、用いた重合性単量体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、これら操作は窒素、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。 Further, when the polymerizable monomer used is a vinyl monomer, these operations are preferably performed in an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon in order to prevent polymerization inhibition by oxygen.
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。用いた重合性単量体の種類にもよるが、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 reaction vessel is not particularly limited, and may be pressurized, normal pressure, or reduced pressure. Depending on the type of polymerizable monomer 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.
なお、上記架橋重合体により被覆された粒子の製造方法は一例であり、湿式法で製造したり、非架橋の重合体で被覆を行った後、電子線照射等により架橋させて製造したりしてもよい。 The method for producing particles coated with the above-mentioned crosslinked polymer is an example, and it may be produced by a wet method or coated with a non-crosslinked polymer and then crosslinked by electron beam irradiation or the like. May be.
上記のようにして得られる架橋重合体で被覆された粒子が、スルホン酸基、カルボン酸基等の陽イオン交換基を有する重合性単量体を用いて製造された場合には、そのまま後述する多価金属イオンを坦持させる工程に供すればよい。 When the particles coated with the crosslinked polymer obtained as described above are produced using a polymerizable monomer having a cation exchange group such as a sulfonic acid group or a carboxylic acid group, it will be described later. What is necessary is just to use for the process of carrying a polyvalent metal ion.
一方、陽イオン交換基を導入可能な官能基を有する単量体を用いた場合には、多価金属イオンを坦持させる前に、陽イオン交換基を導入する必要があり、これは陽イオン交換樹脂の製造方法における陽イオン交換基の導入手法に準じて行うことができる。 On the other hand, when a monomer having a functional group capable of introducing a cation exchange group is used, it is necessary to introduce a cation exchange group before supporting the polyvalent metal ion. This can be carried out according to the method for introducing a cation exchange group in the method for producing an exchange resin.
例えばスチレン等の重合性単量体を用い、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。メタクリル酸メチルの重合体等のエステル構造を持つ重合体である場合には、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。さらには、エポキシ基やクロロメチル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することができる。 For example, when a polymerizable monomer such as styrene is used 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, etc. Sulfonation or the like may be performed by a method. In the case of a polymer having an ester structure such as a methyl methacrylate polymer, an acid group can be introduced by hydrolysis of the ester. Furthermore, when it has an epoxy group or a chloromethyl group, it can be sulfonated by using sulfanilic acid, sodium sulfite or the like to introduce a sulfonic acid group.
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、被覆している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べき必要がある。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る(メタ)アクリル系単量体に比し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。 In addition, various ion exchange groups can be introduced by applying other known chemical reactions. When introducing these functional groups, it is necessary to select the introduction form and reaction conditions as appropriate so that the covering polymer is not lost due to peeling or the like. In general, a polymer of an aromatic vinyl monomer is chemically stable as compared with a (meth) acrylic monomer having an ester structure, and various functional groups can be easily introduced.
このような官能基の導入に際しては、得られる粒子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被覆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、上記陽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。 In introducing such a functional group, a method of appropriately setting reaction conditions such as temperature and pressure without using a solvent and contacting the reactive agent in gaseous form with the coated particles in order to prevent aggregation of the resulting particles. Is preferably adopted. For example, when introducing a sulfonic acid group in the introduction of the cation exchange group, a method of contacting with a sulfur trioxide gas can be suitably employed.
このような製造方法で得られる陽イオン交換基を有する架橋重合体で被覆された無機粒子(粉末)は、該陽イオン交換基における対イオンを多価金属イオンと交換することにより、本発明の金属イオン坦持無機粒子粉末ができる。陽イオン交換基における対イオンを多価金属イオンと交換する方法としては、従来公知の各種方法を採用することができ、特に制限されない。好適には、対象となる多価金属イオンを含む溶液と混合、ついでろ過し、さらにイオン交換水等で洗浄する方法や、同じく多価金属イオンを含む溶液と混合した後、そのまま乾燥させる方法などが挙げられる。 Inorganic particles (powder) coated with a crosslinked polymer having a cation exchange group obtained by such a production method, the counter ion in the cation exchange group is exchanged with a polyvalent metal ion. Metal ion-carrying inorganic particle powder is made. As a method of exchanging the counter ion in the cation exchange group with the polyvalent metal ion, various conventionally known methods can be adopted and are not particularly limited. Preferably, mixing with the solution containing the target polyvalent metal ion, followed by filtration and further washing with ion-exchanged water, etc., or mixing with the solution containing the same polyvalent metal ion and then drying as it is Is mentioned.
多価金属イオンを含む溶液における、多価金属イオン源は特に制限されず、溶液を調整できるものであればよい。具体的には、硝酸塩、硫酸塩、塩酸塩(塩化物)等の無機酸の塩や、酢酸塩等の有機酸塩、アンモニウム塩、水酸化物等が挙げられる。 The polyvalent metal ion source in the solution containing polyvalent metal ions is not particularly limited as long as the solution can be adjusted. Specific examples include salts of inorganic acids such as nitrates, sulfates and hydrochlorides (chlorides), organic acid salts such as acetates, ammonium salts, hydroxides, and the like.
溶液とする場合の溶媒も特に限定されず、水でも有機溶媒でも良いが、多価金属イオンを含む溶液の調整が容易で、また経済面、環境面、安全面から水を用いることが特に好ましい。また、多価金属イオンを含む溶液を調製する際の溶解度の調整などが必要な場合には、該溶液には追加で酸(硫酸、硝酸、塩酸等)やアルカリ(アンモニア等)が加えられていてもよい。 The solvent in the case of the solution is not particularly limited, either water or an organic solvent may be used, but it is easy to prepare a solution containing polyvalent metal ions, and it is particularly preferable to use water from the economical, environmental, and safety aspects. . In addition, when it is necessary to adjust the solubility when preparing a solution containing polyvalent metal ions, an acid (sulfuric acid, nitric acid, hydrochloric acid, etc.) or alkali (ammonia, etc.) is additionally added to the solution. May be.
上記多価金属イオン溶液の濃度も特に限定されないが、調製が容易で、また各種操作性にも優れる点で、金属イオン濃度が0.001〜5mol/L程度のものを用いればよい。好ましくは0.01〜1mol/L程度である。 The concentration of the polyvalent metal ion solution is not particularly limited, but a metal ion concentration of about 0.001 to 5 mol / L may be used in terms of easy preparation and excellent operability. Preferably it is about 0.01-1 mol / L.
陽イオン交換基を有する架橋重合体で被覆された無機粒子粉末と、多価金属イオン溶液とを混合する場合、その混合比は、該無機粒子粉末のイオン交換容量や、多価金属イオン溶液の濃度、さらには坦持させようとする多価金属イオンの量等により一概には言えないが、ろ過、洗浄を行う場合には、前記X/Nに対して、1倍以上、好ましくは1.5倍以上、より好ましくは2倍以上、特に好ましくは3倍以上となるように多価金属イオンを過剰に用いることが好ましい。一方、多すぎても多価金属イオンを含む廃液が多量に生じるなど問題があるため、好ましくは1000倍以下、より好ましくは100倍以下とするとよい。一方、混合後、直接乾燥させる場合には、X/Nに対して1.2〜0.3倍程度の範囲となるように、溶液の濃度及び量を調製するとよい。 When mixing the inorganic particle powder coated with the cross-linked polymer having a cation exchange group and the polyvalent metal ion solution, the mixing ratio depends on the ion exchange capacity of the inorganic particle powder and the polyvalent metal ion solution. Although it cannot be said unconditionally depending on the concentration and the amount of polyvalent metal ions to be carried, etc., when performing filtration and washing, it is 1 or more times, preferably 1. It is preferable to use an excessive amount of polyvalent metal ions so as to be 5 times or more, more preferably 2 times or more, particularly preferably 3 times or more. On the other hand, there is a problem that even if the amount is too large, a large amount of waste liquid containing polyvalent metal ions is generated. On the other hand, when directly drying after mixing, the concentration and amount of the solution may be adjusted so as to be in the range of about 1.2 to 0.3 times the X / N.
また、陽イオン交換基を有する架橋重合体で被覆された無機粒子粉末と、多価金属イオン溶液との混合は攪拌下に行うことが好ましい。混合、攪拌時間は通常、1分〜24時間程度である。また該混合の際の温度は溶液の凝固点〜沸点の範囲で行えばよく、通常は室温下で行えばよい。 Further, it is preferable to mix the inorganic particle powder coated with the crosslinked polymer having a cation exchange group and the polyvalent metal ion solution with stirring. The mixing and stirring time is usually about 1 minute to 24 hours. The temperature at the time of mixing may be in the range from the freezing point to the boiling point of the solution, and usually at room temperature.
ろ過、洗浄を行う場合、該ろ過は、目的物である無機粒子が保持される条件であれば特に限定されず、必要に応じて公知のろ過手段を選択すればよい。また、ろ過に代えて遠心沈降等でもよい。 When filtration and washing are performed, the filtration is not particularly limited as long as the target inorganic particles are retained, and a known filtration means may be selected as necessary. Further, centrifugal sedimentation or the like may be used instead of filtration.
洗浄はイオン交換水や蒸留水等の夾雑イオンを含まない水で行うことが好適である。洗浄は不要な成分、例えば、過剰に用いた多価金属イオンや、イオン交換により溶出してきたアニオン成分が、必要な程度まで洗い流されるまで行えばよい。洗浄の終点は、ろ液中の多価金属イオン濃度や、pH、色調などにより確認することができる。 Washing is preferably performed with water that does not contain contaminating ions such as ion-exchanged water or distilled water. Washing may be performed until unnecessary components such as excess polyvalent metal ions and anion components eluted by ion exchange are washed away to a necessary level. The end point of washing can be confirmed by the polyvalent metal ion concentration, pH, color tone, etc. in the filtrate.
乾燥の条件は、核粒子を被覆している架橋重合体が分解等しない条件で行えばよく、加熱乾燥、送風乾燥、減圧乾燥等、公知の如何なる乾燥方法を適用してもよい。また水溶液を用いた場合には、乾燥時間を節約するため、アルコール、アセトン等の揮発性有機溶媒で置換してから乾燥してもよい。加熱する場合、その温度は150℃以下が好ましく、120℃以下がより好ましい。なお、大気中などの酸素存在下で加熱すると酸化されて価数が変化する金属イオンの場合には、窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気下で加熱するとよい。逆に、本発明の金属イオン坦持無機粒子粉末の製造に際しては、上記のような方法で金属イオンを坦持させた後、積極的に酸化したり、あるいは還元したりして目的とする価数の金属イオンにすることもできる。 The drying may be performed under the condition that the crosslinked polymer covering the core particles is not decomposed or the like, and any known drying method such as heat drying, air drying, or reduced pressure drying may be applied. When an aqueous solution is used, in order to save drying time, it may be dried after being replaced with a volatile organic solvent such as alcohol or acetone. When heating, the temperature is preferably 150 ° C. or lower, and more preferably 120 ° C. or lower. Note that in the case of metal ions whose valence changes when heated in the presence of oxygen, such as in the air, heating may be performed in an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon. On the contrary, in the production of the metal ion-carrying inorganic particle powder of the present invention, after the metal ion is carried by the above method, the target value is obtained by positively oxidizing or reducing. It can also be a number of metal ions.
上記のようにして得られた乾燥品は、通常、前記した陽イオン交換基を有する架橋重合体で被覆された無機粒子と同等の粒径、粒度分布を有する粉末であるが、乾燥工程で軽く凝集した状態になることがある。このような凝集は、通常、使用条件下(例えば、樹脂成分と混合する)で解砕されるが、必要に応じて解砕し、微粉化してもよい。逆に、取り扱い性を向上させるなどの目的で、公知の方法で造粒することもできる。 The dried product obtained as described above is usually a powder having the same particle size and particle size distribution as the inorganic particles coated with the above-mentioned crosslinked polymer having a cation exchange group. May be agglomerated. Such agglomeration is usually pulverized under use conditions (for example, mixed with a resin component), but may be pulverized and pulverized as necessary. Conversely, granulation can also be performed by a known method for the purpose of improving the handleability.
上記例のようにして製造可能な本発明の金属イオン坦持無機粒子粉末は、核となっている無機粒子の機械的強度と、架橋重合体による被覆層に存在する多価金属イオンに由来する種々の物性、さらには、架橋重合体自体の物性をも併せ持つ優れた粉末であり、例えば、ガス吸着充填材、各種金属触媒反応の固相触媒、各種樹脂製品用の抗菌性充填材、防錆剤等として有用性が高い。使用に際しては各々の用途に応じた公知の方法を適用すればよく、例えば、粉末のまま用いたり、各種溶剤やバインダーに分散、塗布、乾燥させたり、硬化性樹脂との混合物を調製、成形後に硬化させたりしればよい。 The metal ion-carrying inorganic particle powder of the present invention that can be produced as in the above example is derived from the mechanical strength of the core inorganic particles and the polyvalent metal ions present in the coating layer of the crosslinked polymer. It is an excellent powder that has various physical properties as well as the physical properties of the crosslinked polymer itself. For example, gas adsorption fillers, solid phase catalysts for various metal catalysis reactions, antibacterial fillers for various resin products, rust prevention It is highly useful as an agent. In use, a known method corresponding to each application may be applied. For example, the powder may be used as it is, dispersed in various solvents or binders, coated, dried, prepared with a curable resin, after molding It may be cured.
以下、実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated further in detail, this invention is not limited to these.
1.各物性の測定方法
各実施例、比較例で用いた原料、及び中間生成物、最終生成物等における各種物性は以下の方法で測定した。
1. Measuring methods of physical properties Various physical properties of raw materials, intermediate products, and final products used in Examples and Comparative Examples were measured by the following methods.
平均粒子径A(平均一次粒子径)
走査型電子顕微鏡(SEM)もしくは透過型電子顕微鏡(TEM)によって撮影した粒子に関し、それぞれ1000個以上2000個未満の画像を使って、高精細画像解析ソフトウェアIP−1000PC(旭エンジニアリング社製)で解析し、粒子の形状を球形に仮定し、一次粒子の平均粒子径を求めた。
Average particle size A (average primary particle size)
For particles photographed with a scanning electron microscope (SEM) or transmission electron microscope (TEM), each image is analyzed with high-definition image analysis software IP-1000PC (Asahi Engineering Co., Ltd.) using 1000 or more and less than 2000 images. Then, assuming that the shape of the particles is spherical, the average particle diameter of the primary particles was obtained.
平均粒子径B
粒子粉体をエタノールに分散して超音波をかけながら、光散乱回折式粒度分布測定装置(ベックマンコールター社製:コールターLS230)により粒度分布を測定し、個数基準算術平均径D50の値を平均粒子径Bとした。
Average particle size B
While dispersing the particle powder in ethanol and applying ultrasonic waves, the particle size distribution is measured by a light scattering diffraction type particle size distribution analyzer (Beckman Coulter, Inc .: Coulter LS230), and the value of the number-based arithmetic average diameter D 50 is averaged. The particle diameter was set to B.
比表面積
比表面積測定装置(島津製作所製:フローソーブ2−2300型)を用いて、窒素ガスを吸着ガスとしBET法により求めた。
Specific surface area Using a specific surface area measuring apparatus (manufactured by Shimadzu Corporation: Flowsorb 2-2300 type), nitrogen gas was used as an adsorbed gas, and the BET method was used.
炭素量
粒子を被覆している炭素の量は、微量炭素分析装置(堀場製作所製EMIA−511型)を用い粒子粉体を酸素雰囲気中で1350℃に加熱して測定した。この測定により得られた炭素量を被覆粒子1g当たりに換算して示した。なお、被覆量測定のための前処理として、粒子粉末を80℃で加熱し、系内を減圧にすることによって表面の被覆に関与してない単量体及び空気中で吸着した水分等を除いた後、該粒子粉体の炭素含有量を求めた。
Carbon Amount The amount of carbon coating the particles was measured by heating the particle powder to 1350 ° C. in an oxygen atmosphere using a trace carbon analyzer (EMIA-511 type manufactured by Horiba Seisakusho). The amount of carbon obtained by this measurement was converted to 1 g of coated particles. In addition, as a pretreatment for the coating amount measurement, the particles powder is heated at 80 ° C., and the system is depressurized to remove monomers not involved in the surface coating and moisture adsorbed in the air. After that, the carbon content of the particle powder was determined.
陽イオン交換容量
粒子粉体を、1mol/lのHCl水溶液中に分散させて10時間以上撹拌し、水素イオン型とした後、ろ過、水洗し、残渣を1mol/lのNaCl水溶液中に10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中に含まれる遊離した水素イオンを電位差滴定装置(COMTITE−900、平沼産業株式会社製)で定量した(A:mol)。
Cation exchange capacity The particle powder is dispersed in 1 mol / l HCl aqueous solution and stirred for 10 hours or more to form a hydrogen ion type, followed by filtration and washing with water, and the residue in 1 mol / l NaCl aqueous solution for 10 hours. The mixture was stirred and replaced with the sodium ion type. Subsequently, the liberated hydrogen ions contained in the solution obtained by filtration were quantified with a potentiometric titrator (COMTITE-900, manufactured by Hiranuma Sangyo Co., Ltd.) (A: mol).
続いて上記粒子を1mol/lのHCl水溶液中に分散させて4時間以上撹拌し、ろ過して得られた残渣をイオン交換水で十分水洗した後、60℃で5時間乾燥させその重量を測定した(WC:g)。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=A×1000/WC[mmol/g−乾燥重量]
により求めた。
Subsequently, the particles are dispersed in a 1 mol / l HCl aqueous solution, stirred for 4 hours or more, and the residue obtained by filtration is thoroughly washed with ion-exchanged water, dried at 60 ° C. for 5 hours, and its weight is measured. (W C : g). Based on the above measurements, the following equation cation exchange capacity * cation exchange capacity = A × 1000 / W C [ mmol / g- dry weight]
Determined by
金属イオン量測定
蛍光X線分析装置(株式会社リガク製:X線スペクトロメーター3270)により金属原子の含有量を測定し、担持量(mmol/g)を求めた。
Measurement of metal ion content The content of metal atoms was measured with a fluorescent X-ray analyzer (manufactured by Rigaku Corporation: X-ray spectrometer 3270) to determine the supported amount (mmol / g).
2.原料無機粒子粉末の製造
各実施例、比較例で製造原料として用いた無機粒子粉末のうち、市販されていないものは以下の方法で市販品から製造した。製造した無機粒子粉末の物性は原料の物性と併せて表1に示す。
2. Production of raw material inorganic particle powder Among the inorganic particle powders used as production raw materials in each Example and Comparative Example, those not commercially available were produced from commercial products by the following method. The physical properties of the produced inorganic particle powder are shown in Table 1 together with the physical properties of the raw materials.
QS102−D4の製造
熱分解法により製造された比表面積200m2/g、平均粒子径A(平均一次粒子径)が0.016μm、平均粒子径B(平均二次粒子径)が0.07μmで表面処理を行っていないシリカ粉末(トクヤマ社製、商品名QS102;以下、QS102)50gを内容積1000mlのステンレス製オートクレーブに仕込んだ。オートクレーブ内を窒素ガスで内部ガス置換した後、オートクレーブ付属の撹拌羽を400rpmで回転させながら20gのオクタメチルシクロテトラシロキサンを二流体ノズルにて霧状にし、シリカ粉末に均一に吹き付けた。窒素ガスを流通させたまま30分間撹拌した後、オートクレーブを密閉し、275℃で1時間加熱した。続いて、加熱したまま系中を減圧し、未反応のD4を除去した。得られた粒子粉体(以下、QS102−D4)の物性を表1に示す。また処理前後の粒度分布パターン(平均粒子径Bの測定方法による)を図1として示す。
Production of QS102-D4 Specific surface area of 200 m 2 / g produced by a thermal decomposition method, average particle diameter A (average primary particle diameter) of 0.016 μm, average particle diameter B (average secondary particle diameter) of 0.07 μm 50 g of silica powder (trade name: QS102; manufactured by Tokuyama Co., Ltd .; hereinafter referred to as QS102) not subjected to surface treatment was charged into a stainless steel autoclave having an internal volume of 1000 ml. After the inside of the autoclave was replaced with nitrogen gas, 20 g of octamethylcyclotetrasiloxane was atomized with a two-fluid nozzle while the stirring blade attached to the autoclave was rotated at 400 rpm and sprayed uniformly onto the silica powder. After stirring for 30 minutes with nitrogen gas flowing, the autoclave was sealed and heated at 275 ° C. for 1 hour. Subsequently, the system was depressurized while being heated to remove unreacted D4. Table 1 shows the physical properties of the obtained particle powder (hereinafter, QS102-D4). Moreover, the particle size distribution patterns before and after the treatment (according to the measuring method of the average particle diameter B) are shown in FIG.
X37B−D4の製造
沈降法により製造された比表面積290m2/g、平均粒子径Aが3.7μm、平均粒子径Bが5.4μmで表面処理を行っていないシリカ粉末(トクヤマ社製、商品名X37B;以下、X37B)を用いた以外は製造例1と同様にして環状シロキサン処理シリカ粒子の粉末を得た。得られた粒子粉体(以下、X37B−D4)の物性を表1に示す。
X37B-D4 specific surface area 290 m 2 / g manufactured by the precipitation method, the average particle diameter A is 3.7 .mu.m, silica powder having an average particle size B is not subjected to a surface treatment with 5.4 [mu] m (manufactured by Tokuyama Corp., trade A powder of cyclic siloxane-treated silica particles was obtained in the same manner as in Production Example 1 except that the name X37B; hereinafter, X37B) was used. Table 1 shows the physical properties of the obtained particle powder (hereinafter, X37B-D4).
実施例1
50gのQS102−D4を、内容積1000mlのステンレス製オートクレーブに仕込んだ。オートクレーブ内を窒素ガスで内部ガス置換した後、オートクレーブ付属の撹拌羽を800rpmで回転させ、スチレン5g、ジビニルベンゼン0.5g、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート0.3gの重合性単量体混合溶液を、約15秒かけて二流体ノズルにて霧状にし、シリカ粉末に吹き付け、表面を濡らした。30分間撹拌した後、オートクレーブのコックを閉じて密閉し、20℃から80℃まで1時間かけて昇温し、同温度で1時間保持して単量体を重合させて架橋ポリスチレンで被覆された粒子の粉末を得た。この粉末の平均粒子径Aは0.019μm、平均粒子径Bは0.082μm、炭素量は0.08g/gであった。
Example 1
50 g of QS102-D4 was charged into a stainless steel autoclave having an internal volume of 1000 ml. After the inside of the autoclave was replaced with nitrogen gas, the stirring blade attached to the autoclave was rotated at 800 rpm to polymerize 5 g of styrene, 0.5 g of divinylbenzene, and 0.3 g of t-butylperoxy-2-ethylhexanoate. The monomer mixed solution was atomized with a two-fluid nozzle for about 15 seconds and sprayed onto silica powder to wet the surface. After stirring for 30 minutes, the autoclave cock was closed and sealed, the temperature was raised from 20 ° C. to 80 ° C. over 1 hour, and the monomer was polymerized by being held at the same temperature for 1 hour and coated with crosslinked polystyrene. A powder of particles was obtained. This powder had an average particle size A of 0.019 μm, an average particle size B of 0.082 μm, and a carbon content of 0.08 g / g.
この被覆粒子のうちの50gを耐圧性ポリテトラフルオロエチレン容器に移し、それに直結したフラスコ内へ固体の三酸化硫黄を入れ、気化した三酸化硫黄を窒素ガスで架橋性樹脂被覆シリカの入った容器に15分間送り込み、系内の三酸化硫黄ガス濃度を30vol%以上とし、さらに系内に窒素ガスを導入して、0.3MPa程度に加圧して、密閉下にて撹拌しながら80℃で1時間加熱してスルホン化した。続いて、系中を減圧にして、未反応の三酸化硫黄ガスを完全に除去し粉末を回収した。得られた粉末の比表面積は130m2/g、イオン交換容量は1.01mmol/gであった。 50 g of the coated particles are transferred to a pressure-resistant polytetrafluoroethylene container, solid sulfur trioxide is put into a flask directly connected to the container, and the vaporized sulfur trioxide is filled with crosslinkable resin-coated silica with nitrogen gas. For 15 minutes, the sulfur trioxide gas concentration in the system is set to 30 vol% or more, nitrogen gas is further introduced into the system, the pressure is increased to about 0.3 MPa, and the mixture is stirred at 80 ° C. with stirring in a sealed state. Sulfonated by heating for hours. Subsequently, the system was evacuated to completely remove the unreacted sulfur trioxide gas and recover the powder. The specific surface area of the obtained powder was 130 m 2 / g, and the ion exchange capacity was 1.01 mmol / g.
この陽イオン交換基(スルホン酸基)を導入した架橋ポリスチレンで被覆された粒子からなる粉末35gをガラス容器に移し、銅イオン濃度0.1mol/Lの塩化第二銅の水溶液700mlを加えて分散させ、撹拌しながら室温で2時間イオン交換処理を行った。続いてろ過を行い、さらに300mlのイオン交換水で4回洗浄を行った。なお最後の洗浄におけるろ液は、ほぼ中性の無色透明の液体であった。洗浄終了後、100℃で乾燥して、比表面積が125m2/g、銅イオン坦持量が0.56mmol/g、僅かに青みがかった粉末を得た。 35 g of powder consisting of particles coated with crosslinked polystyrene introduced with cation exchange groups (sulfonic acid groups) is transferred to a glass container and dispersed by adding 700 ml of an aqueous solution of cupric chloride having a copper ion concentration of 0.1 mol / L. Then, ion exchange treatment was performed for 2 hours at room temperature with stirring. Subsequently, filtration was performed, and washing was further performed 4 times with 300 ml of ion exchange water. The filtrate in the last washing was a nearly neutral, colorless and transparent liquid. After washing, the powder was dried at 100 ° C. to obtain a slightly bluish powder having a specific surface area of 125 m 2 / g, a copper ion carrying amount of 0.56 mmol / g.
さらに、上記乾燥粉末の10gを再度200mlのイオン交換水で洗浄、乾燥させた後、銅イオン坦持量を測定したが、洗浄前後で変化していなかった。このことから、単に粒子表面に塩化銅の結晶が付着しているのではないことが明らかである。 Furthermore, 10 g of the dry powder was washed again with 200 ml of ion exchange water and dried, and then the amount of copper ions carried was measured. However, there was no change before and after washing. From this, it is clear that copper chloride crystals are not simply attached to the particle surface.
また別途、上記の銅を坦持させた乾燥粉末10gを200mlの熱水に24時間浸漬した後、放冷、ろ過、乾燥し、銅坦持量を測定したところ、0.55mmol/gであり、ほとんど変化はなかった。 Separately, 10 g of the dry powder carrying copper was immersed in 200 ml of hot water for 24 hours, then allowed to cool, filtered and dried, and the amount of copper carried was measured to be 0.55 mmol / g. There was little change.
比較例1
実施例1と同様の方法で、架橋ポリスチレンで被覆された粒子粉末を得た。この粉末をスルホン化せずにそのまま塩化第二銅の水溶液に分散させようとしたが、全く分散しなかった。そこで、銅イオン濃度が0.1mol/Lの塩化第二銅の水−メタノール溶液(水20質量%)700mlに分散させ、室温で2時間攪拌後、ろ過した。300mlの水−メタノール溶液で4回洗浄を行い、70℃で乾燥後、銅イオン坦持量を測定したが、銅は検出されなかった。
Comparative Example 1
In the same manner as in Example 1, particle powder coated with crosslinked polystyrene was obtained. An attempt was made to disperse this powder in an aqueous solution of cupric chloride without sulfonation, but it did not disperse at all. Then, it disperse | distributed to 700 ml of water-methanol solutions (20 mass% of water) of cupric chloride with a copper ion concentration of 0.1 mol / L, stirred for 2 hours at room temperature, and filtered. After washing 4 times with 300 ml of water-methanol solution and drying at 70 ° C., the amount of supported copper ions was measured, but copper was not detected.
上記実施例1と比較例1との対比から、陽イオン交換基(スルホン酸基)を有さない場合には銅イオンが坦持されず、よって、銅イオンは該イオン交換基における対イオンとして存在、保持されていることがわかる。また、実施例1において、イオン交換容量に対して若干多い量の銅イオンが坦持されていることから、銅イオンの一部は半塩(R−SO3−Cu(II)−L)として粒子上に保持されていると推測される。 From the comparison between Example 1 and Comparative Example 1, when no cation exchange group (sulfonic acid group) is present, copper ions are not supported, and therefore, the copper ions are used as counter ions in the ion exchange groups. It can be seen that it exists and is retained. Moreover, in Example 1, since a little larger amount of copper ions is supported with respect to the ion exchange capacity, a part of the copper ions is a half salt (R—SO 3 —Cu (II) -L). Presumed to be retained on the particles.
比較例2
50gのQS102をジューサーミキサーに入れ、浮遊状態になるように撹拌しながら、フェネチルトリメトキシシラン(アヅマックス製)20gをヘキサン5gに溶解させた溶液を二流体ノズルにて霧状にし、シリカ粉末に吹き付け表面を濡らした。その後、1リットルセパラブルフラスコに移し、窒素気流下100℃で2時間加熱して、表面が上記アルコキシシラン化合物で処理されたシリカ粉末を得た。ついでこれを実施例1と同様の処理操作で三酸化硫黄と接触させスルホン化を行った。得られた粒子粉末の炭素量は0.051g/g−被覆粒子、陽イオン交換容量は0.11mmol/gであった。
Comparative Example 2
50 g of QS102 is put in a juicer mixer, and while stirring so as to be in a floating state, a solution in which 20 g of phenethyltrimethoxysilane (manufactured by Amax) is dissolved in 5 g of hexane is atomized with a two-fluid nozzle and sprayed onto silica powder. Wet the surface. Then, it moved to the 1 liter separable flask, and heated at 100 degreeC under nitrogen stream for 2 hours, and obtained the silica powder by which the surface was processed with the said alkoxysilane compound. Then, this was contacted with sulfur trioxide by the same treatment operation as in Example 1 for sulfonation. The obtained particle powder had a carbon content of 0.051 g / g-coated particles and a cation exchange capacity of 0.11 mmol / g.
この粉末を実施例1と同様にして塩化第二銅水溶液で処理、イオン交換させて、銅坦持量が0.03mmol/gの粉末を得た。これを実施例1と同様にして100℃の熱水で24時間処理した後の銅イオン坦持量は0.02mmol/gであり、約7割に低下していた。 This powder was treated with an aqueous cupric chloride solution and ion exchanged in the same manner as in Example 1 to obtain a powder having a copper loading of 0.03 mmol / g. The amount of copper ions carried after treatment with hot water at 100 ° C. for 24 hours in the same manner as in Example 1 was 0.02 mmol / g, which was reduced to about 70%.
実施例2〜9
塩化第二銅に代えて、表2に示す金属塩の水溶液(いずれも金属イオン濃度が0.1mol/L)を用いた以外は、実施例1と同様の操作を行って、金属イオンを坦持させた粒子の粉末を得た。得られた粉末の比表面積、金属イオン坦持量を併せて表2に示す。
Examples 2-9
Instead of cupric chloride, the same operation as in Example 1 was performed except that an aqueous solution of metal salts shown in Table 2 (both had a metal ion concentration of 0.1 mol / L) was used to carry the metal ions. A powder of held particles was obtained. The specific surface area and metal ion carrying amount of the obtained powder are shown together in Table 2.
実施例10
塩化第二銅に代えて、ジルコニウムイオン濃度15wt%の酢酸ジルコニウム水溶液を用いた以外は、実施例1と同様の操作を行って、金属イオンを坦持させた粒子の粉末を得た。得られた粉末の比表面積、金属イオン坦持量を併せて表2に示す。
Example 10
A powder of particles carrying metal ions was obtained in the same manner as in Example 1 except that an aqueous zirconium acetate solution having a zirconium ion concentration of 15 wt% was used instead of cupric chloride. The specific surface area and metal ion carrying amount of the obtained powder are shown together in Table 2.
実施例11
QS102−D4に代えて、X37B−D4を用いた以外は実施例1と同様の処理操作を行い、架橋ポリスチレンで被覆された無機粒子粉末を得た。この粉末の平均粒子径Bは4.8μm、炭素量は0.08g/gであった。この架橋ポリスチレン被覆粉末を実施例1と同様にしてスルホン化し、比表面積140m2/g、イオン交換容量0.97mmol/gの粉末を得た。さらに実施例1と同様にして塩化第二銅水溶液で処理して得られた乾燥粉末は、比表面積135m2/g、銅イオン坦持量0.44mmol/gであった。
Example 11
Instead of QS102-D4, the same processing operation as in Example 1 was performed except that X37B-D4 was used to obtain inorganic particle powder coated with crosslinked polystyrene. This powder had an average particle diameter B of 4.8 μm and a carbon content of 0.08 g / g. This crosslinked polystyrene-coated powder was sulfonated in the same manner as in Example 1 to obtain a powder having a specific surface area of 140 m 2 / g and an ion exchange capacity of 0.97 mmol / g. Furthermore, the dry powder obtained by treating with an aqueous cupric chloride solution in the same manner as in Example 1 had a specific surface area of 135 m 2 / g and a copper ion carrying amount of 0.44 mmol / g.
実施例12
50gのX37Bを、内容積2000mlのガラス製セパラブルフラスコに仕込んだ。内部を窒素ガスで置換した後、撹拌羽を800rpmで回転させつつ、15gのアクリルアミド2−メチルプロパンスルホン酸ナトリウム塩、1gのエチレングリコールジメタクリレート、15gの水、16gの2−ヒドロキシエチルメタクリレート及び0.5gのt−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエートからなる重合性単量体混合溶液を、約15秒かけて二流体ノズルにて霧状にして吹き付けた。30分間撹拌した後、20℃から90℃まで1時間かけて昇温し、同温度で1時間保持して単量体を重合させた。得られた粉末の比表面積は125m2/g、イオン交換容量は0.81mmol/gであった。
Example 12
50 g of X37B was charged into a glass separable flask having an internal volume of 2000 ml. After replacing the interior with nitrogen gas, 15 g of acrylamido 2-methylpropanesulfonic acid sodium salt, 1 g of ethylene glycol dimethacrylate, 15 g of water, 16 g of 2-hydroxyethyl methacrylate and 0 g while rotating the stirring blade at 800 rpm A polymerizable monomer mixed solution composed of 0.5 g of t-butylperoxy-2-ethylhexanoate was sprayed in a mist form with a two-fluid nozzle for about 15 seconds. After stirring for 30 minutes, the temperature was raised from 20 ° C. to 90 ° C. over 1 hour, and kept at the same temperature for 1 hour to polymerize the monomer. The specific surface area of the obtained powder was 125 m 2 / g, and the ion exchange capacity was 0.81 mmol / g.
この陽イオン交換基(スルホン酸Na塩)を有する架橋アクリル系樹脂で被覆された無機粒子粉末を、実施例1と同様にして塩化第二銅水溶液で処理してイオン交換させ、乾燥後得られた粉末の物性を測定したところ、比表面積が120m2/g、銅イオン坦持量が0.32mmol/gであった。 This inorganic particle powder coated with a crosslinked acrylic resin having a cation exchange group (sulfonic acid Na salt) was treated with an aqueous cupric chloride solution in the same manner as in Example 1 to exchange ions, and obtained after drying. When the physical properties of the powder were measured, the specific surface area was 120 m 2 / g, and the supported amount of copper ions was 0.32 mmol / g.
実施例14
側面に撹拌装置を設けた内容量20Lのアクリル製容器に、実施例1で得られた銅イオン坦持シリカの乾燥粉末を3g入れ、ガスの初期濃度が8ppmになるようにメチルメルカプタンガスを注入した。気相を撹拌しながら表3に示した所定の時間毎に容器内部の残留ガス濃度を、ガス検知管にて測定した。銅イオン坦持シリカ粉末を入れなかった場合(ブランク値)と併せて結果を表3及び図2に示す。
Example 14
3 g of dry powder of copper ion-supported silica obtained in Example 1 is placed in a 20 L acrylic container with a stirring device on the side, and methyl mercaptan gas is injected so that the initial gas concentration is 8 ppm. did. While stirring the gas phase, the residual gas concentration inside the container was measured at a predetermined time shown in Table 3 using a gas detector tube. The results are shown in Table 3 and FIG. 2 together with the case where no copper ion-supporting silica powder was added (blank value).
比較例3
銅イオン坦持シリカ粉末に代えて、市販の機能性活性炭を用いた以外は実施例14と同様にしてガス吸着能を測定した。結果を表3及び図2に示す。
Comparative Example 3
Gas adsorption capacity was measured in the same manner as in Example 14 except that a commercially available functional activated carbon was used instead of the copper ion-supporting silica powder. The results are shown in Table 3 and FIG.
Claims (3)
Inorganic particles coated with a crosslinked polymer having a cation exchange group are brought into contact with a solution containing a polyvalent metal ion to exchange at least a part of the counter ion in the cation exchange group with the polyvalent metal ion. And then drying the metal ion-supporting inorganic particle powder.
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