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JP7618927B2 - Gas Storage and Release Compounds - Google Patents
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Description

本発明は、ガスを貯蔵及び放出することができる気体貯蔵放出化合物に関する。 The present invention relates to a gas storage and release compound capable of storing and releasing gas.

地球温暖化のような環境問題を解決するために、これまでの化石燃料に代わる、クリーンなエネルギー源の開発が進められている。このうち、水素は、資源が多様かつ豊富であり、燃焼性能特性・発熱量が良好であり、燃料電池や内燃機関による発電時に二酸化炭素が排出されない低環境負荷であることから、エネルギー源として有望なものの一つとされている。 In order to solve environmental problems such as global warming, efforts are underway to develop clean energy sources to replace fossil fuels. Of these, hydrogen is considered one of the most promising energy sources because it is a diverse and abundant resource, has good combustion performance characteristics and heat generation, and has a low environmental impact as no carbon dioxide is emitted when generating electricity using fuel cells or internal combustion engines.

水素をエネルギー源として用いるためには、変動する需要に柔軟に対応して供給を行うことができる、水素の貯蔵・放出システムの構築が必要である。例えば、余剰電力を用いて水を電気分解して得られた水素を、利用施設へ輸送する水素サプライチェーンの構築が必要である。
しかし、水素は常温常圧で気体であるため、現在、タンクやボンベ等の容器を用い高圧水素ガスとして貯蔵されている。そのため、これまで水素を利用する場合、高圧水素や液化水素をタンクローリーにより輸送する必要があった。また、水素貯蔵施設においても、高圧水素ガスタンクなどの大規模なインフラの整備が必要であった。
To use hydrogen as an energy source, it is necessary to build a hydrogen storage and release system that can flexibly respond to changing demand. For example, it is necessary to build a hydrogen supply chain that transports hydrogen obtained by electrolyzing water using surplus electricity to facilities where it will be used.
However, because hydrogen is a gas at room temperature and pressure, it is currently stored as high-pressure hydrogen gas in containers such as tanks and cylinders. Therefore, in order to use hydrogen, it was necessary to transport high-pressure hydrogen or liquefied hydrogen by tank truck. In addition, hydrogen storage facilities also required the development of large-scale infrastructure such as high-pressure hydrogen gas tanks.

容器を用いた高圧水素ガスの貯蔵・放出システムに代えて、オンサイトで水素を使用する場合、水素と材料間の相互作用により低圧で大量かつ安全に貯蔵・放出できる、水素貯蔵材料を用いた水素貯蔵・放出システムが検討されている。水素貯蔵材料は、水素を選択的かつ可逆的に貯蔵及び放出できる材料である。水素貯蔵材料としては、水素貯蔵合金が有望とされているが、水素貯蔵能力に問題がある。また、不純物ガスによる性能低下や、レアメタルや高純度金属を原材料として使用することに伴うコスト上昇等の点において、改善の余地がある。さらに、水素貯蔵合金は、加工性が悪く、構成するチタンやマンガンなどの密度が4~8g/cmと高いため貯蔵体の重量が大きくなり、水素貯蔵時には冷却が、水素放出時には加熱が必要であり、取り扱い性の点で問題がある。 Instead of using a high-pressure hydrogen gas storage/release system using a container, when using hydrogen on-site, a hydrogen storage/release system using a hydrogen storage material that can safely store and release a large amount of hydrogen at low pressure by the interaction between hydrogen and the material is being considered. A hydrogen storage material is a material that can selectively and reversibly store and release hydrogen. Hydrogen storage alloys are considered to be promising hydrogen storage materials, but they have problems with their hydrogen storage capacity. There is also room for improvement in terms of performance degradation due to impurity gases and increased costs associated with using rare metals and high-purity metals as raw materials. Furthermore, hydrogen storage alloys have poor workability, and the density of the titanium and manganese that make up the alloys is as high as 4 to 8 g/cm 3, which makes the storage body heavy, and requires cooling when storing hydrogen and heating when releasing hydrogen, which is problematic in terms of handling.

特許文献1には、グラフェン及びカーボンナノチューブから3D立体構造を発現させた炭素材料を含む水素貯蔵材料が記載されている。しかしながら、水素貯蔵材料に水素を吸収させる際の圧力範囲が20気圧から50気圧と高く、水素貯蔵吸着材料としては実用的なものではない。
特許文献2には、1つ以上の金属イオンを含有する複数の金属クラスター及び隣り合う金属クラスターを結合する複数の荷電した多座結合配位子を含有する多孔性金属有機構造体と、多孔性金属有機構造体のポア内に設けられた複数の機能性フラーレン又はフラーリドを含み、温度77Kで6重量%の水素を吸着できるガス吸着物質が記載されている。しかしながら、多孔性金属有機構造体は、金属と多座結合配位子が共有結合しておらず、弱い相互作用で結合しているのみであることから、水分によって結晶構造が崩壊し、水素貯蔵能力の低下を起こすため実用的なものではない。
特許文献3には、水素化ホウ素化合物等の水素貯蔵材料と、水素透過性ポリマーを含むコーティングを含む被覆化水素貯蔵ペレットが記載されている。しかし、代表的な水素化ホウ素化合物である水素化ホウ素ナトリウムは、水素放出の温度が300℃以上と非常に高く、水素生成のために長時間を要するため、実用的なものではない。
Patent Document 1 describes a hydrogen storage material containing a carbon material in which a 3D structure is expressed from graphene and carbon nanotubes. However, the pressure range required for absorbing hydrogen into the hydrogen storage material is as high as 20 atm to 50 atm, and the material is not practical as a hydrogen storage adsorption material.
Patent Literature 2 describes a gas adsorption material that includes a porous metal-organic framework containing a plurality of metal clusters containing one or more metal ions and a plurality of charged multidentate bonding ligands bonding adjacent metal clusters, and a plurality of functional fullerenes or fullerides provided in the pores of the porous metal-organic framework, and that can adsorb 6% by weight of hydrogen at a temperature of 77 K. However, since the metal and the multidentate bonding ligands are not covalently bonded to each other in the porous metal-organic framework, but are bonded only by weak interactions, the crystal structure of the porous metal-organic framework is destroyed by moisture, causing a decrease in hydrogen storage capacity, making the material impractical.
Patent Document 3 describes a coated hydrogen storage pellet that includes a hydrogen storage material such as a borohydride compound and a coating that includes a hydrogen-permeable polymer. However, sodium borohydride, a typical borohydride compound, is not practical because it has a very high hydrogen release temperature of 300° C. or more and requires a long time to generate hydrogen.

特表2021-510364号公報Special Publication No. 2021-510364 特表2012-514530号公報Special Publication No. 2012-514530 特表2016-502968号公報Special table 2016-502968 publication

本発明の解決しようとする課題は、各種のガスの貯蔵・放出特性に優れた新規な気体貯蔵放出化合物及び該気体貯蔵放出化合物を含むガス貯蔵放出材料を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a novel gas storage/release compound that has excellent storage and release properties for various gases, and a gas storage/release material that contains the gas storage/release compound.

本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討を行った。この結果、特定の構造単位を有する気体貯蔵放出化合物及び該気体貯蔵放出化合物を含むガス貯蔵放出材料が、各種のガス、特に水素の貯蔵・放出特性に優れており、これを用いることにより上記課題が解決できることを見出した。 The present inventors have conducted extensive research to solve the above problems. As a result, they have found that a gas storage/release compound having a specific structural unit and a gas storage/release material containing the gas storage/release compound have excellent storage/release properties for various gases, particularly hydrogen, and that the above problems can be solved by using them.

すなわち、上記課題を解決する本発明には、以下の構成が主に含まれる。
[項1]
式(1)で表される構造単位と、式(2)で表される構造単位とを有する、気体貯蔵放出化合物。
(式(1)中、R~Rはそれぞれ独立に炭素数2~8の2価の脂肪族炭化水素基である。式(2)中、Rは、3価の芳香族炭化水素基である。式(1)と式(2)は、アミド結合により結合し、同じ式の構造単位が直接結合しない。)
[項2]
前記気体貯蔵放出化合物が、網目状構造を有する、項1に記載の気体貯蔵放出化合物。
[項3]
少なくとも、式(3)で表されるトリス(アミノアルキル)アミン化合物と、式(4)で表される芳香族トリカルボン酸とを反応させる、気体貯蔵放出化合物の製造方法。
(式(3)中、R~Rはそれぞれ独立に炭素数2~8の2価の脂肪族炭化水素基である。式(4)中、Rは、3価の芳香族炭化水素基であり、X、Y及びZは、それぞれ独立に、OH、ハロゲン、OR(Rは1~6のアルキル基であり、複数ある場合はそれぞれ同一でも異なっていてもよい。)又はNHR(Rは1~6のアルキル基であり、複数ある場合はそれぞれ同一でも異なっていてもよい。)を表す。)
[項4]
項1又は2に記載の気体貯蔵放出化合物を含む、ガス貯蔵放出材料。
[項5]
ガスが、水素、二酸化炭素、窒素、希ガス、炭化水素ガスからなる群より選ばれる1種類以上である、項4に記載のガス貯蔵放出材料。
[項6]
ガスの貯蔵及び/又は放出が、加圧、減圧、昇温、降温、電位の印加及びエネルギー波の照射からなる群より選ばれる1つ以上の手段を含む方法により行われる、項4又は5に記載のガス貯蔵放出材料。
[項7]
ガス貯蔵放出材料の形状が、粒子、繊維、フィルム、不織布、織布、多孔質体、成形体である、項4~6のいずれかに記載のガス貯蔵放出材料。
That is, the present invention for solving the above problems mainly includes the following configurations.
[Item 1]
A gas storage and release compound having a structural unit represented by formula (1) and a structural unit represented by formula (2).
(In formula (1), R 1 to R 3 are each independently a divalent aliphatic hydrocarbon group having 2 to 8 carbon atoms. In formula (2), R 4 is a trivalent aromatic hydrocarbon group. Formulas (1) and (2) are bonded by an amide bond, and structural units of the same formula are not directly bonded.)
[Item 2]
Item 2. The gas storage and release compound according to item 1, wherein the gas storage and release compound has a network structure.
[Item 3]
A method for producing a gas storage/release compound, comprising reacting at least a tris(aminoalkyl)amine compound represented by formula (3) with an aromatic tricarboxylic acid represented by formula (4).
(In formula (3), R 1 to R 3 are each independently a divalent aliphatic hydrocarbon group having 2 to 8 carbon atoms. In formula (4), R 4 is a trivalent aromatic hydrocarbon group, and X, Y, and Z are each independently OH, halogen, OR 5 (R 5 is an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and when there are multiple R 5 s, they may be the same or different), or NHR 6 (R 6 is an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and when there are multiple R 6 s, they may be the same or different).)
[Item 4]
Item 3. A gas storage and release material comprising the gas storage and release compound according to item 1 or 2.
[Item 5]
Item 5. The gas storage and release material according to item 4, wherein the gas is at least one selected from the group consisting of hydrogen, carbon dioxide, nitrogen, a rare gas, and a hydrocarbon gas.
[Item 6]
Item 6. The gas storage and/or release material according to item 4 or 5, wherein the gas is stored and/or released by a method including one or more means selected from the group consisting of pressurization, depressurization, temperature increase, temperature decrease, application of electric potential, and irradiation with energy waves.
[Item 7]
Item 7. The gas storage and release material according to any one of Items 4 to 6, wherein the gas storage and release material is in the form of particles, fibers, a film, a nonwoven fabric, a woven fabric, a porous body, or a molded body.

本発明により、各種のガスの貯蔵・放出特性に優れた新規な気体貯蔵放出化合物及び該気体貯蔵放出化合物を含むガス貯蔵放出材料が提供される。
本発明の気体貯蔵放出化合物及び該気体貯蔵放出化合物を含むガス貯蔵放出材料は、特に、水素貯蔵・放出特性が非常に優れている。
本発明の気体貯蔵放出化合物及び該気体貯蔵放出化合物を含むガス貯蔵放出材料は、水素貯蔵合金よりも水素を多量に貯蔵できて密度が低く、水素を貯蔵させる場合の冷却時や放出させる際の加温時に必要とするエネルギーが小さく、水素貯蔵・放出の制御が容易である。
本発明の気体貯蔵放出化合物及び該気体貯蔵放出化合物を含むガス貯蔵放出材料は、市販の化合物を用い、簡便な合成方法により得られることから、安価で汎用性が高い。また、水素貯蔵合金よりも密度が低い高分子材料であるから、取り扱い性に優れ、効率の良い水素輸送が可能となる。さらに、水素の貯蔵・放出時に、加熱冷却、加圧減圧等の条件を温和なものにできることから、低いエネルギー利用下にて使用できる。そのため、余剰電力から得られた水素を利用施設に輸送する水素サプライチェーンを、安全に安価で構築することが可能である。
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention provides a novel gas storage/release compound having excellent storage/release properties for various gases, and a gas storage/release material containing the gas storage/release compound.
The gas storage and release compound of the present invention and the gas storage and release material containing the gas storage and release compound have particularly excellent hydrogen storage and release properties.
The gas storage/release compound of the present invention and the gas storage/release material containing the gas storage/release compound can store larger amounts of hydrogen than hydrogen storage alloys and have a lower density, require less energy when cooling to store hydrogen or when heating to release hydrogen, and are easy to control the storage and release of hydrogen.
The gas storage/release compound and the gas storage/release material containing the gas storage/release compound of the present invention are inexpensive and highly versatile because they can be obtained by a simple synthesis method using commercially available compounds. In addition, since the compound is a polymer material with a lower density than hydrogen storage alloys, it is easy to handle and enables efficient hydrogen transportation. Furthermore, since the conditions for heating/cooling, pressurization/depressurization, etc. during hydrogen storage/release can be made mild, it can be used under low energy usage. Therefore, it is possible to safely and inexpensively build a hydrogen supply chain that transports hydrogen obtained from surplus electricity to utilization facilities.

本発明の気体貯蔵放出化合物を含むガス貯蔵放出材料と、水素貯蔵合金との水素貯蔵・放出特性を示す図。FIG. 2 is a diagram showing the hydrogen storage and release characteristics of a gas storage and release material containing the gas storage and release compound of the present invention and a hydrogen storage alloy. 本発明の気体貯蔵放出化合物の表面のFE-SEM(電界放出型走査電子顕微鏡)写真。FE-SEM (field emission scanning electron microscope) photograph of the surface of the gas storage and release compound of the present invention.

以下、本発明の気体貯蔵放出化合物及びそれを含むガス貯蔵放出材料について説明する。
[気体貯蔵放出化合物]
本発明の気体貯蔵放出化合物は、式(1)で表される構造単位と、式(2)及で表される構造単位とを有している。
(式(1)中、R~Rはそれぞれ独立に炭素数2~8の2価の脂肪族炭化水素基である。式(2)中、Rは、3価の芳香族炭化水素基である。式(1)と式(2)は、アミド結合により結合し、同じ式の構造単位が直接結合しない。)
なお、本発明の式(1)で表される構造単位中の3つの結合部位の少なくとも2つは、それぞれの別の式(2)で表される構造単位と結合することで高分子化している。同様に、本発明の式(2)で表される構造単位中の3つの結合部位の少なくとも2つは、それぞれの別の式(1)で表される構造単位と結合することで高分子化している。
The gas storing and releasing compound and the gas storing and releasing material containing the same of the present invention will be described below.
[Gas storage and release compounds]
The gas storage and release compound of the present invention has a structural unit represented by formula (1) and a structural unit represented by formula (2).
(In formula (1), R 1 to R 3 are each independently a divalent aliphatic hydrocarbon group having 2 to 8 carbon atoms. In formula (2), R 4 is a trivalent aromatic hydrocarbon group. Formulas (1) and (2) are bonded by an amide bond, and structural units of the same formula are not directly bonded.)
At least two of the three binding sites in the structural unit represented by formula (1) of the present invention are polymerized by bonding with the structural unit represented by another formula (2). Similarly, at least two of the three binding sites in the structural unit represented by formula (2) of the present invention are polymerized by bonding with the structural unit represented by another formula (1).

式(1)で表される構造単位は、例えば、式(3)で表されるトリス(アミノアルキル)アミン化合物から得ることができる。
(式(3)中、R~Rはそれぞれ独立に炭素数2~8の2価の脂肪族炭化水素基である。)
The structural unit represented by formula (1) can be obtained, for example, from a tris(aminoalkyl)amine compound represented by formula (3).
(In formula (3), R 1 to R 3 each independently represent a divalent aliphatic hydrocarbon group having 2 to 8 carbon atoms.)

式(3)中のR~Rの炭素数2~8の2価の脂肪族炭化水素基は、例えば、それぞれ独立に、-(CH-、-(CH-、-(CH-、-(CH-、-(CH-、-(CH(CH)CH)-等からなる群より選ばれる1種類以上の基が好ましい。R~Rが炭素数2~8の2価の脂肪族炭化水素基であることで、粒子化した際の気体貯蔵放出化合物の表面積が適切なものとなり、気体貯蔵放出能力を高くすることができる。 In formula (3), the divalent aliphatic hydrocarbon groups having 2 to 8 carbon atoms for R 1 to R 3 are preferably, for example, each independently one or more groups selected from the group consisting of -(CH 2 ) 2 -, -(CH 2 ) 3 -, -(CH 2 ) 4 -, -(CH 2 ) 6 -, -(CH 2 ) 8 -, -(CH(CH 3 )CH 2 )-, etc. When R 1 to R 3 are divalent aliphatic hydrocarbon groups having 2 to 8 carbon atoms, the surface area of the gas storage and release compound when granulated becomes appropriate, and the gas storage and release capacity can be increased.

式(3)で表されるトリス(アミノアルキル)アミン化合物は、市販品を用いてもよく、また合成して得ることができる。本発明においては、トリス(2-アミノエチル)アミン、トリス(3-アミノトリメチレン)アミン、トリス(4-アミノブチル)アミン、トリス(6-アミノヘキシル)アミン、トリス(アミノプロピル)アミン等からなる群より選ばれる1種類以上を用いることが好ましい。 The tris(aminoalkyl)amine compound represented by formula (3) may be a commercially available product or may be obtained by synthesis. In the present invention, it is preferable to use one or more types selected from the group consisting of tris(2-aminoethyl)amine, tris(3-aminotrimethylene)amine, tris(4-aminobutyl)amine, tris(6-aminohexyl)amine, tris(aminopropyl)amine, etc.

式(2)で表される構造単位は、例えば、式(4)で表される芳香族トリカルボン酸化合物又はその反応性誘導体から得ることができる。
(式(4)中、Rは、3価の芳香族炭化水素基であり、X、Y及びZは、それぞれ独立に、OH、ハロゲン、OR(Rは1~6のアルキル基であり、複数ある場合はそれぞれ同一でも異なっていてもよい。)又はNHR(Rは1~6のアルキル基であり、複数ある場合はそれぞれ同一でも異なっていてもよい。)を表す。)
The structural unit represented by formula (2) can be obtained, for example, from an aromatic tricarboxylic acid compound represented by formula (4) or a reactive derivative thereof.
(In formula (4), R 4 is a trivalent aromatic hydrocarbon group, and X, Y, and Z each independently represent OH, a halogen, OR 5 (R 5 is an alkyl group of 1 to 6, and when there are multiple R 5s, they may be the same or different), or NHR 6 (R 6 is an alkyl group of 1 to 6, and when there are multiple R 6s, they may be the same or different).)

式(4)中の3価の芳香族炭化水素基であるRとしては、例えば、炭素数6~30の芳香族炭化水素基があげられる。このうち、トリメリット酸、1,2,3-ベンゼントリカルボン酸、トリメシン酸、ヘミリット酸、1,2,4-ナフタレントリカルボン酸、1,4,5-ナフタレントリカルボン酸、1,3,6-ナフタレントリカルボン酸又は2,3,6-ナフタレントリカルボン酸、1,2,8-ナフタレントリカルボン酸、2,3,6-アントラセントリカルボン酸、3,4,4’-ベンゾフェノントリカルボン酸、3,4,4’-ビフェニルエーテルトリカルボン酸、3,4,4’-ビフェニルトリカルボン酸、2,3,2’-ビフェニルトリカルボン酸、3,4,4’-ビフェニルメタントリカルボン酸、3,4,4’-ビフェニルスルホントリカルボン酸、これらの芳香族トリカルボン酸の反応性誘導体(酸ハロゲン化物、酸無水物、エステル化物及びアミド化物等)等からなる群より選ばれる1種類以上の3価の芳香族トリカルボン酸から誘導される基が好ましい。 The trivalent aromatic hydrocarbon group R 4 in the formula (4) is, for example, an aromatic hydrocarbon group having 6 to 30 carbon atoms. Among these, trimellitic acid, 1,2,3-benzenetricarboxylic acid, trimesic acid, hemillitic acid, 1,2,4-naphthalenetricarboxylic acid, 1,4,5-naphthalenetricarboxylic acid, 1,3,6-naphthalenetricarboxylic acid or 2,3,6-naphthalenetricarboxylic acid, 1,2,8-naphthalenetricarboxylic acid, 2,3,6-anthracenetricarboxylic acid, 3,4,4'-benzophenonetricarboxylic acid, 3,4,4'-biphenylethertricarboxylic acid, 3,4,4'-biphenyltricarboxylic acid, 2,3,2'-biphenyltricarboxylic acid, 3,4,4'-biphenylmethanetricarboxylic acid, 3,4,4'-biphenylsulfonetricarboxylic acid, and reactive derivatives of these aromatic tricarboxylic acids (acid halides, acid anhydrides, esterified products, amidated products, etc.), and the like, are preferably groups derived from one or more trivalent aromatic tricarboxylic acids selected from the group consisting of these.

本発明の気体貯蔵放出化合物は、式(1)及び(2)で表される構造単位以外に、共重合単位を含んでいてもよい。
本発明の気体貯蔵放出化合物が含んでいてもよい共重合単位としては、例えば、次の式(5)~(7)で表され、式(1)又は(2)で表される構造単位以外のものがあげられる。
-HN-R(-NH-) ・・・(5)
-OC-R(-CO-) ・・・(6)
(-CO-)(-CO-) ・・・(7)
(式(5)~(7)中、wは1~3の整数、xは1~3の整数、yは1又は2、zは1又は2、Rはw+1価の有機基、Rはx+1価の有機基、Rはy+z価の有機基である。)
なお、式(1)、式(2)、式(5)~(7)で表される構造単位は、それぞれ、アミド結合(-HN-CO-又は>N-CO-)を形成することで結合している。
本発明において、式(5)で表される構造単位は、式(1)で表される構造単位を構成しないポリアミン化合物から、式(6)で表される構造単位は、式(2)で表される構造単位を構成しないポリカルボン酸又はその反応性誘導体から、式(7)で表される構造単位は、(ジ)アミノ(ジ)カルボン酸、その反応性誘導体又はラクタムから、それぞれ得ることができる。
The gas storage/release compound of the present invention may contain copolymer units in addition to the structural units represented by formulas (1) and (2).
Copolymerization units that may be contained in the gas storage/release compound of the present invention include, for example, those represented by the following formulas (5) to (7), other than the structural units represented by formula (1) or (2).
-HN-R 7 (-NH-) w ...(5)
-OC-R 8 (-CO-) x ...(6)
(-CO-) y R 9 (-CO-) z ...(7)
(In formulas (5) to (7), w is an integer of 1 to 3, x is an integer of 1 to 3, y is 1 or 2, z is 1 or 2, R7 is an organic group having a valence of w+1, R8 is an organic group having a valence of x+1, and R9 is an organic group having a valence of y+z.)
The structural units represented by formula (1), formula (2), and formulas (5) to (7) are bonded together by forming an amide bond (-HN-CO- or >N-CO-).
In the present invention, the structural unit represented by formula (5) can be obtained from a polyamine compound that does not constitute a structural unit represented by formula (1), the structural unit represented by formula (6) can be obtained from a polycarboxylic acid or a reactive derivative thereof that does not constitute a structural unit represented by formula (2), and the structural unit represented by formula (7) can be obtained from a (di)amino(di)carboxylic acid, a reactive derivative thereof, or a lactam.

、R及びRとしては、それぞれ独立に、例えば、炭素数2~20の2価の脂肪族炭化水素基、炭素数3~20の2価の脂環族炭化水素基、炭素数6~20の2価の芳香族炭化水素基及び炭素数6~20でN及び/又はO及び/又はSを有する芳香族複素環基があげられる。好ましくは、それぞれ独立に、炭素数2~6のアルキレン基、フェニレン基等があげられる。 R 7 , R 8 and R 9 each independently include, for example, a divalent aliphatic hydrocarbon group having 2 to 20 carbon atoms, a divalent alicyclic hydrocarbon group having 3 to 20 carbon atoms, a divalent aromatic hydrocarbon group having 6 to 20 carbon atoms, and an aromatic heterocyclic group having 6 to 20 carbon atoms and containing N and/or O and/or S. Preferred examples thereof include an alkylene group, a phenylene group, etc. having 2 to 6 carbon atoms.

式(5)中のw+1価の有機基であるRとしては、例えば、1,4-ジアミノベンゼン、1,3-ジアミノベンゼン、1,2-ジアミノベンゼン、1,5-ジアミノナフタレン、1,8-ジアミノナフタレン、2,3-ジアミノナフタレン、2,6-ジアミノトルエン、2,4-ジアミノトルエン、3,4-ジアミノトルエン、4,4’-ジアミノジフェニルメタン、3,4’-ジアミノジフェニルエーテル、4,4’-ジアミノジフェニルエーテル、4,4’-ジアミノ-1,2-ジフェニルエタン、3,3’-ジアミノジフェニルメタン、3,4’-ジアミノジフェニルメタン、4,4’-ジアミノベンゾフェノン、4,4’-ジアミノジフェニルスルホン、3,3’-ジアミノベンゾフェノン、3,3’-ジアミノジフェニルスルホン等の芳香族ジアミン;エチレンジアミン、1,3-プロパンジアミン、1,4-ブタンジアミン、1,6-ヘキサンジアミン、1,7-ヘプタンジアミン、1,9-ノナンジアミン、1,12-ドデカメチレンジアミン、メタキシレンジアミン等の脂肪族ジアミン;イソホロンジアミン、ノルボルナンジアミン、1,2-シクロヘキサンジアミン、1,3-シクロヘキサンジアミン、1,4-シクロヘキサンジアミン、4,4’-ジアミノジシクロヘキシルメタン、ピペラジン等の脂環族ジアミン;2,2-ビス(3-アミノ-4-ヒドロキシフェニル)プロパン、9,9-ビス(3-アミノ-4-ヒドロキシフェニル)フルオレン、2,2-ビス(3-アミノ-4-ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン等のポリアミンフェノール;1,2,4-トリアミノベンゼン、3,4,4’-トリアミノジフェニルエーテル等の多官能アミン等からなる群より選ばれる1種類以上のポリアミン化合物から誘導される基が好ましい。 R is an organic group having a valence of w+1 in formula (5). Examples of the compound 7 include aromatic diamines such as 1,4-diaminobenzene, 1,3-diaminobenzene, 1,2-diaminobenzene, 1,5-diaminonaphthalene, 1,8-diaminonaphthalene, 2,3-diaminonaphthalene, 2,6-diaminotoluene, 2,4-diaminotoluene, 3,4-diaminotoluene, 4,4'-diaminodiphenylmethane, 3,4'-diaminodiphenylether, 4,4'-diaminodiphenylether, 4,4'-diamino-1,2-diphenylethane, 3,3'-diaminodiphenylmethane, 3,4'-diaminodiphenylmethane, 4,4'-diaminobenzophenone, 4,4'-diaminodiphenylsulfone, 3,3'-diaminobenzophenone, and 3,3'-diaminodiphenylsulfone; ethylenediamine, 1,3-propanediamine, 1,4-butanediamine, and 1,6-hexaaminodiamine. aliphatic diamines such as isophorone diamine, norbornane diamine, 1,2-cyclohexane diamine, 1,3-cyclohexane diamine, 1,4-cyclohexane diamine, 4,4'-diaminodicyclohexylmethane, piperazine, and the like; polyamine phenols such as 2,2-bis(3-amino-4-hydroxyphenyl)propane, 9,9-bis(3-amino-4-hydroxyphenyl)fluorene, and 2,2-bis(3-amino-4-hydroxyphenyl)hexafluoropropane, and polyfunctional amines such as 1,2,4-triaminobenzene and 3,4,4'-triaminodiphenyl ether, and the like.

式(6)中のx+1価の有機基であるRとしては、例えば、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、1,4-ナフタレンジカルボン酸、2,6-ナフタレンジカルボン酸、ベンゾフェノン-4,4’-ジカルボン酸、4,4’-ビフェニルジカルボン酸、2,7-ピレンジカルボン酸等の芳香族二塩基酸;シュウ酸、メチルマロン酸、マレイン酸、フマル酸、りんご酸、酒石酸、チオりんご酸、ジグリコール酸等の脂肪族二塩基酸;1,3-シクロヘキサンジカルボン酸、1,4-シクロヘキサンジカルボン酸、1,3-シクロペンタンジカルボン酸、ジシクロヘキサンメタン-4,4’-ジカルボン酸、ノルボルナンジカルボン酸等の脂環族二塩基酸;水添トリメリット酸、ピロメリット酸、水添ピロメリット酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸等からなる群より選ばれる1種類以上のポリカルボン酸化合物又はその反応性誘導体(酸ハロゲン化物、エステル化物、アミド化物、酸無水物等)から誘導される基が好ましい。 R is an organic group having a valence of x+1 in formula (6). As 8 , for example, aromatic dibasic acids such as phthalic acid, isophthalic acid, terephthalic acid, 1,4-naphthalenedicarboxylic acid, 2,6-naphthalenedicarboxylic acid, benzophenone-4,4'-dicarboxylic acid, 4,4'-biphenyldicarboxylic acid, and 2,7-pyrene dicarboxylic acid; aliphatic dibasic acids such as oxalic acid, methylmalonic acid, maleic acid, fumaric acid, malic acid, tartaric acid, thiomalic acid, and diglycolic acid; alicyclic dibasic acids such as 1,3-cyclohexanedicarboxylic acid, 1,4-cyclohexanedicarboxylic acid, 1,3-cyclopentanedicarboxylic acid, dicyclohexanemethane-4,4'-dicarboxylic acid, and norbornanedicarboxylic acid; hydrogenated trimellitic acid, pyromellitic acid, hydrogenated pyromellitic acid, and benzophenonetetracarboxylic acid; or a group derived from one or more polycarboxylic acid compounds or reactive derivatives thereof (acid halides, esters, amidations, acid anhydrides, etc.) selected from the group consisting of these.

式(7)中のy+1価の有機基であるRとしては、例えば、7-アミノヘプタン酸、8-アミノオクタン酸、9-アミノノナン酸、10-アミノカプリン酸、11-アミノウンドデカン酸、アミノ安息香酸、ε-カプロラクタム、ω-エナントラクタム、ω-ウンデカラクタム、ω-ラウロラクタム、α-ピロリドン、α-ピペリドン等からなる群より選ばれる1種類以上の(ジ)アミノ(ジ)カルボン酸、その反応性誘導体又はラクタムから誘導される基が好ましい。 As R 9 which is an organic group having a valence of y+1 in formula (7), for example, one or more kinds of (di)amino(di)carboxylic acids selected from the group consisting of 7-aminoheptanoic acid, 8-aminooctanoic acid, 9-aminononanoic acid, 10-aminocapric acid, 11-aminoundodecanoic acid, aminobenzoic acid, ε-caprolactam, ω-enantholactam, ω-undecalactam, ω-laurolactam, α-pyrrolidone, α-piperidone, etc., or reactive derivatives thereof, or groups derived from lactams are preferred.

本発明の気体貯蔵放出化合物は、式(1)で表される構造単位及び式(2)で表される構造単位のみから構成されていてもよい。また、式(1)で表される構造単位及び式(2)で表される構造単位に加えて、式(5)~(7)で表される構造単位を1種類以上含んでいてもよい。
気体貯蔵放出化合物中の全構造単位(式(1)で表される構造単位、式(2)で表される構造単位、式(5)で表される構造単位、式(6)で表される構造単位及び式(7)で表される構造単位、以下、これらをまとめて「全構造単位」という場合がある。)の合計量に対する、式(1)で表される構造単位の含有量は1~60モル%、好ましくは5~60モル%、より好ましくは10~50モル%である。1モル%未満又は60モル%超の場合には、気体貯蔵放出特性が低下するおそれがある。
The gas storage/release compound of the present invention may be composed only of the structural unit represented by formula (1) and the structural unit represented by formula (2). In addition to the structural unit represented by formula (1) and the structural unit represented by formula (2), the gas storage/release compound may contain one or more structural units represented by formulas (5) to (7).
The content of the structural unit represented by formula (1) relative to the total amount of all structural units in the gas storage/release compound (structural units represented by formula (1), structural units represented by formula (2), structural units represented by formula (5), structural units represented by formula (6) and structural units represented by formula (7), hereinafter, these may be collectively referred to as "all structural units") is 1 to 60 mol%, preferably 5 to 60 mol%, more preferably 10 to 50 mol%. If it is less than 1 mol% or more than 60 mol%, the gas storage/release properties may be reduced.

気体貯蔵放出化合物中の全構造単位の合計量に対する、式(2)で表される構造単位の含有量は1~60モル%、好ましくは5~60モル%、より好ましくは10~50モル%である。1モル%未満又は60モル%超の場合には、気体貯蔵放出特性が低下するおそれがある。 The content of the structural unit represented by formula (2) relative to the total amount of all structural units in the gas storage/release compound is 1 to 60 mol%, preferably 5 to 60 mol%, and more preferably 10 to 50 mol%. If it is less than 1 mol% or more than 60 mol%, the gas storage/release properties may be reduced.

気体貯蔵放出化合物中の全構造単位の合計量に対する、式(5)で表される構造単位の含有量は0~30モル%、好ましくは0~20モル%、より好ましくは0~10モル%である。30モル%超の場合には、気体貯蔵放出特性が低下するおそれがある。
気体貯蔵放出化合物中の全構造単位の合計量に対する、式(6)で表される構造単位の含有量は0~30モル%、好ましくは0~20モル%、より好ましくは0~10モル%である。30モル%超の場合には、気体貯蔵放出特性が低下するおそれがある。
気体貯蔵放出化合物中の全構造単位の合計量に対する、式(7)で表される構造単位の含有量は0~40モル%、好ましくは0~20モル%、より好ましくは0~10モル%である。40モル%超の場合には、気体貯蔵放出特性が低下するおそれがある。
The content of the structural unit represented by formula (5) relative to the total amount of all structural units in the gas storage/release compound is 0 to 30 mol%, preferably 0 to 20 mol%, more preferably 0 to 10 mol%. If it exceeds 30 mol%, the gas storage/release properties may be deteriorated.
The content of the structural unit represented by formula (6) relative to the total amount of all structural units in the gas storage/release compound is 0 to 30 mol%, preferably 0 to 20 mol%, more preferably 0 to 10 mol%. If it exceeds 30 mol%, the gas storage/release properties may be deteriorated.
The content of the structural unit represented by formula (7) relative to the total amount of all structural units in the gas storage/release compound is 0 to 40 mol%, preferably 0 to 20 mol%, more preferably 0 to 10 mol%. If it exceeds 40 mol%, the gas storage/release properties may be deteriorated.

本発明の気体貯蔵放出化合物の重量平均分子量は、特に限定されないが、10,000~300,000、好ましくは50,000~200,000、より好ましくは80,000~180,000である。 The weight average molecular weight of the gas storage and release compound of the present invention is not particularly limited, but is 10,000 to 300,000, preferably 50,000 to 200,000, and more preferably 80,000 to 180,000.

[気体貯蔵放出化合物の製造方法]
本発明の気体貯蔵放出化合物は、少なくとも、式(3)で表されるトリス(アミノアルキル)アミン化合物を含むポリアミン成分と、式(4)で表される芳香族トリカルボン酸化合物又はその反応性誘導体を含むポリカルボン酸成分とを、公知のポリアミド重合反応手段を用いて反応させて得ることができる。
[Method of producing gas storage and release compound]
The gas storage and release compound of the present invention can be obtained by reacting at least a polyamine component containing a tris(aminoalkyl)amine compound represented by formula (3) with a polycarboxylic acid component containing an aromatic tricarboxylic acid compound represented by formula (4) or a reactive derivative thereof, using a known polyamide polymerization reaction means.

(式(3)中、R~Rはそれぞれ独立に炭素数2~8の2価の脂肪族炭化水素基である。) (In formula (3), R 1 to R 3 each independently represent a divalent aliphatic hydrocarbon group having 2 to 8 carbon atoms.)

(式(4)中、Rは、3価の芳香族炭化水素基であり、X、Y及びZは、それぞれ独立に、OH、ハロゲン、OR(Rは1~6のアルキル基であり、複数ある場合はそれぞれ同一でも異なっていてもよい。)又はNHR(Rは1~6のアルキル基であり、複数ある場合はそれぞれ同一でも異なっていてもよい。)を表す。) (In formula (4), R 4 is a trivalent aromatic hydrocarbon group, and X, Y, and Z each independently represent OH, a halogen, OR 5 (R 5 is an alkyl group of 1 to 6, and when there are multiple R 5s, they may be the same or different), or NHR 6 (R 6 is an alkyl group of 1 to 6, and when there are multiple R 6s, they may be the same or different).)

<ポリアミン成分>
ポリアミン成分に含まれる式(3)で表されるトリス(アミノアルキル)アミン化合物において、式(3)中のR~Rの炭素数2~8の2価の脂肪族炭化水素基は、例えば、それぞれ独立に、-(CH-、-(CH-、-(CH-、-(CH-、-(CH-、-(CH(CH)CH)-等からなる群より選ばれる1種類以上の基が好ましい。R~Rが炭素数2~8の2価の脂肪族炭化水素基であることで、粒子化した際の気体貯蔵放出化合物の表面積が適切なものとなり、気体貯蔵放出能力を高くすることができる。
<Polyamine component>
In the tris(aminoalkyl)amine compound represented by formula (3) contained in the polyamine component, the divalent aliphatic hydrocarbon groups having 2 to 8 carbon atoms for R 1 to R 3 in formula (3) are preferably, for example, each independently one or more groups selected from the group consisting of -(CH 2 ) 2 -, -(CH 2 ) 3 -, -(CH 2 ) 4 -, -(CH 2 ) 6 -, -(CH 2 ) 8 -, -(CH(CH 3 )CH 2 )-, etc. When R 1 to R 3 are divalent aliphatic hydrocarbon groups having 2 to 8 carbon atoms, the surface area of the gas storage and release compound when granulated becomes appropriate, and the gas storage and release capacity can be increased.

式(3)で表されるトリス(アミノアルキル)アミン化合物は、市販品を用いてもよく、また合成して得ることができる。本発明においては、トリス(2-アミノエチル)アミン、トリス(3-アミノトリメチレン)アミン、トリス(4-アミノブチル)アミン、トリス(6-アミノヘキシル)アミン、トリス(アミノプロピル)アミン等からなる群より選ばれる1種類以上を用いることが好ましい。 The tris(aminoalkyl)amine compound represented by formula (3) may be a commercially available product or may be obtained by synthesis. In the present invention, it is preferable to use one or more types selected from the group consisting of tris(2-aminoethyl)amine, tris(3-aminotrimethylene)amine, tris(4-aminobutyl)amine, tris(6-aminohexyl)amine, tris(aminopropyl)amine, etc.

本発明において、ポリアミン成分は、式(3)で表されるトリス(アミノアルキル)アミン化合物以外のポリアミン又はその反応性誘導体を含んでいてもよい。このようなポリアミンとしては、例えば、ジアミン、ポリアミンフェノール、その他のポリアミンがあげられる。
ジアミンとしては、例えば、1,4-ジアミノベンゼン、1,3-ジアミノベンゼン、1,2-ジアミノベンゼン、1,5-ジアミノナフタレン、1,8-ジアミノナフタレン、2,3-ジアミノナフタレン、2,6-ジアミノトルエン、2,4-ジアミノトルエン、3,4-ジアミノトルエン、4,4’-ジアミノジフェニルメタン、3,4’-ジアミノジフェニルエーテル、4,4’-ジアミノジフェニルエーテル、4,4’-ジアミノー1,2-ジフェニルエタン、3,3’-ジアミノジフェニルメタン、3,4’-ジアミノジフェニルメタン、4,4’-ジアミノベンゾフェノン、4,4’-ジアミノジフェニルスルホン、3,3’-ジアミノベンゾフェノン、3,3’-ジアミノジフェニルスルホン等の芳香族ジアミン;エチレンジアミン、1,3-プロパンジアミン、1,4-ブタンジアミン、1,6-ヘキサンジアミン、1,7-ヘプタンジアミン、1,9-ノナンジアミン、1,12-ドデカメチレンジアミン、メタキシレンジアミン等の脂肪族ジアミン;イソホロンジアミン、ノルボルナンジアミン、1,2-シクロヘキサンジアミン、1,3-シクロヘキサンジアミン、1,4-シクロヘキサンジアミン、4,4’-ジアミノジシクロヘキシルメタン、ピペラジン等の脂環族ジアミン;2,2-ビス(3-アミノ-4-ヒドロキシフェニル)プロパン、9,9-ビス(3-アミノ-4-ヒドロキシフェニル)フルオレン、2,2-ビス(3-アミノ-4-ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン等のポリアミンフェノール;1,2,4-トリアミノベンゼン、3,4,4’-トリアミノジフェニルエーテル等の多官能アミン等からなる群より選ばれる1種類以上を用いることができる。
式(3)で表されるトリス(アミノアルキル)アミン化合物以外のポリアミン又はその反応性誘導体は、式(5)で表される構造単位である共重合単位を構成するモノマーである。
In the present invention, the polyamine component may contain a polyamine other than the tris(aminoalkyl)amine compound represented by formula (3) or a reactive derivative thereof. Examples of such polyamines include diamines, polyamine phenols, and other polyamines.
Examples of diamines include aromatic diamines such as 1,4-diaminobenzene, 1,3-diaminobenzene, 1,2-diaminobenzene, 1,5-diaminonaphthalene, 1,8-diaminonaphthalene, 2,3-diaminonaphthalene, 2,6-diaminotoluene, 2,4-diaminotoluene, 3,4-diaminotoluene, 4,4'-diaminodiphenylmethane, 3,4'-diaminodiphenylether, 4,4'-diaminodiphenylether, 4,4'-diamino-1,2-diphenylethane, 3,3'-diaminodiphenylmethane, 3,4'-diaminodiphenylmethane, 4,4'-diaminobenzophenone, 4,4'-diaminodiphenylsulfone, 3,3'-diaminobenzophenone, and 3,3'-diaminodiphenylsulfone; ethylenediamine, 1,3-propanediamine, and 1,4-butanediamine. One or more selected from the group consisting of aliphatic diamines such as 1,6-hexanediamine, 1,7-heptanediamine, 1,9-nonanediamine, 1,12-dodecamethylenediamine, and metaxylenediamine; alicyclic diamines such as isophoronediamine, norbornanediamine, 1,2-cyclohexanediamine, 1,3-cyclohexanediamine, 1,4-cyclohexanediamine, 4,4'-diaminodicyclohexylmethane, and piperazine; polyamine phenols such as 2,2-bis(3-amino-4-hydroxyphenyl)propane, 9,9-bis(3-amino-4-hydroxyphenyl)fluorene, and 2,2-bis(3-amino-4-hydroxyphenyl)hexafluoropropane; and polyfunctional amines such as 1,2,4-triaminobenzene and 3,4,4'-triaminodiphenyl ether can be used.
The polyamine other than the tris(aminoalkyl)amine compound represented by formula (3) or a reactive derivative thereof is a monomer that constitutes a copolymerization unit, which is a structural unit represented by formula (5).

ポリアミン成分中における、式(3)で表されるトリス(アミノアルキル)アミン化合物の含有量は、10~100モル%、好ましくは50~100モル%である。10モル%未満であると、高分子構造中における気体貯蔵空間が縮小するため、気体貯蔵放出特性が低下するおそれがある。 The content of the tris(aminoalkyl)amine compound represented by formula (3) in the polyamine component is 10 to 100 mol %, preferably 50 to 100 mol %. If it is less than 10 mol %, the gas storage space in the polymer structure will shrink, which may result in a decrease in gas storage and release characteristics.

<ポリカルボン酸成分>
ポリカルボン酸成分に含まれる式(4)で表される芳香族トリカルボン酸化合物又はその反応性誘導体は、式(2)で表される構造単位を構成するモノマーである。
<Polycarboxylic Acid Component>
The aromatic tricarboxylic acid compound represented by formula (4) or a reactive derivative thereof contained in the polycarboxylic acid component is a monomer that constitutes the structural unit represented by formula (2).

本発明において用いられる式(4)で表される芳香族トリカルボン酸化合物又はその反応性誘導体としては、例えば、トリメリット酸、1,2,3-ベンゼントリカルボン酸、トリメシン酸、ヘミリット酸、1,2,4-ナフタレントリカルボン酸、1,4,5-ナフタレントリカルボン酸、1,3,6-ナフタレントリカルボン酸又は2,3,6-ナフタレントリカルボン酸、1,2,8-ナフタレントリカルボン酸、2,3,6-アントラセントリカルボン酸、3,4,4’-ベンゾフェノントリカルボン酸、3,4,4’-ビフェニルエーテルトリカルボン酸、3,4,4’-ビフェニルトリカルボン酸、2,3,2’-ビフェニルトリカルボン酸、3,4,4’-ビフェニルメタントリカルボン酸、3,4,4’-ビフェニルスルホントリカルボン酸、これらの芳香族トリカルボン酸の反応性誘導体(酸ハロゲン化物、酸無水物、エステル化物及びアミド化物等)等からなる群より選ばれる1種類以上の3価の芳香族トリカルボン酸から誘導される基が好ましい。
本発明においては、式(4)で表される芳香族トリカルボン酸化合物又はその反応性誘導体として、芳香族トリカルボン酸ハロゲン化物を用いることが、反応性等の点から好ましい。
The aromatic tricarboxylic acid compound represented by formula (4) used in the present invention or a reactive derivative thereof is, for example, trimellitic acid, 1,2,3-benzenetricarboxylic acid, trimesic acid, hemillitic acid, 1,2,4-naphthalenetricarboxylic acid, 1,4,5-naphthalenetricarboxylic acid, 1,3,6-naphthalenetricarboxylic acid or 2,3,6-naphthalenetricarboxylic acid, 1,2,8-naphthalenetricarboxylic acid, 2,3,6-anthracenetricarboxylic acid, 3,4,4'-benzophenonetricarboxylic acid, 3,4,4'-biphenylethertricarboxylic acid, 3,4,4'-biphenyltricarboxylic acid, 2,3,2'-biphenyltricarboxylic acid, 3,4,4'-biphenylmethanetricarboxylic acid, 3,4,4'-biphenylsulfonetricarboxylic acid, reactive derivatives of these aromatic tricarboxylic acids (acid halides, acid anhydrides, esterified products, amidated products, etc.), and the like. A group derived from one or more trivalent aromatic tricarboxylic acids selected from the group consisting of such is preferred.
In the present invention, it is preferable to use an aromatic tricarboxylic acid halide as the aromatic tricarboxylic acid compound represented by formula (4) or a reactive derivative thereof from the viewpoint of reactivity and the like.

本発明において、ポリカルボン酸成分は、式(4)で表される芳香族トリカルボン酸化合物又はその反応性誘導体ではない、ポリカルボン酸又はその反応性誘導体(酸ハロゲン化物、エステル化物、アミド化物、酸無水物等)を含んでいてもよい。このようなポリカルボン酸としては、例えば、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、1,4-ナフタレンジカルボン酸、2,6-ナフタレンジカルボン酸、ベンゾフェノン-4,4’-ジカルボン酸、4,4’-ビフェニルジカルボン酸、2,7-ピレンジカルボン酸等の芳香族二塩基酸;シュウ酸、メチルマロン酸、マレイン酸、フマル酸、りんご酸、酒石酸、チオりんご酸、ジグリコール酸等の脂肪族二塩基酸;1,3-シクロヘキサンジカルボン酸、1,4-シクロヘキサンジカルボン酸、1,3-シクロペンタンジカルボン酸、ジシクロヘキサンメタン-4,4’-ジカルボン酸、ノルボルナンジカルボン酸等の脂環族二塩基酸;水添トリメリット酸、ピロメリット酸、水添ピロメリット酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸等の多塩基酸等からなる群より選ばれる1種類以上を用いることができる。
式(4)で表される芳香族トリカルボン酸化合物又はその反応性誘導体ではない、ポリカルボン酸又はその反応性誘導体は、式(6)で表される構造単位である共重合単位を構成するモノマーである。
In the present invention, the polycarboxylic acid component may contain a polycarboxylic acid or a reactive derivative thereof (such as an acid halide, an ester, an amidation, or an acid anhydride) other than the aromatic tricarboxylic acid compound represented by formula (4) or a reactive derivative thereof. Examples of such polycarboxylic acids include aromatic dibasic acids such as phthalic acid, isophthalic acid, terephthalic acid, 1,4-naphthalenedicarboxylic acid, 2,6-naphthalenedicarboxylic acid, benzophenone-4,4'-dicarboxylic acid, 4,4'-biphenyldicarboxylic acid, and 2,7-pyrene dicarboxylic acid; aliphatic dibasic acids such as oxalic acid, methylmalonic acid, maleic acid, fumaric acid, malic acid, tartaric acid, thiomalic acid, and diglycolic acid; alicyclic dibasic acids such as 1,3-cyclohexanedicarboxylic acid, 1,4-cyclohexanedicarboxylic acid, 1,3-cyclopentanedicarboxylic acid, dicyclohexanemethane-4,4'-dicarboxylic acid, and norbornanedicarboxylic acid; and polybasic acids such as hydrogenated trimellitic acid, pyromellitic acid, hydrogenated pyromellitic acid, and benzophenonetetracarboxylic acid. At least one selected from the group consisting of these can be used.
A polycarboxylic acid or a reactive derivative thereof other than the aromatic tricarboxylic acid compound represented by formula (4) or a reactive derivative thereof is a monomer that constitutes a copolymerization unit, which is a structural unit represented by formula (6).

ポリカルボン酸成分中における、式(4)で表される芳香族トリカルボン酸化合物又はその反応性誘導体の含有量は、10~100モル%、好ましくは50~100モル%である。10モル%未満であると、気体貯蔵放出特性が低下するおそれがある。 The content of the aromatic tricarboxylic acid compound represented by formula (4) or its reactive derivative in the polycarboxylic acid component is 10 to 100 mol %, preferably 50 to 100 mol %. If it is less than 10 mol %, the gas storage and release properties may be reduced.

<その他の反応成分>
本発明においては、ポリアミド重合反応の際には、ポリカルボン酸成分及びポリアミン成分以外に、必要に応じて、(ジ)アミノ(ジ)カルボン酸化合物(ジアミノカルボン酸化合物、ジアミノジカルボン酸化合物、アミノジカルボン酸化合物)、ラクタム等をその他の反応成分として用いることができる。(ジ)アミノ(ジ)カルボン酸及びラクタムは、式(7)で表される構造単位である共重合単位を構成するモノマーである。
<Other reaction components>
In the present invention, in addition to the polycarboxylic acid component and the polyamine component, (di)amino(di)carboxylic acid compounds (diaminocarboxylic acid compounds, diaminodicarboxylic acid compounds, aminodicarboxylic acid compounds), lactams, etc. can be used as other reaction components as necessary during the polyamide polymerization reaction. (Di)amino(di)carboxylic acid and lactam are monomers that constitute copolymerization units, which are structural units represented by formula (7).

(ジ)アミノ(ジ)カルボン酸化合物としては、例えば、7-アミノヘプタン酸、8-アミノオクタン酸、9-アミノノナン酸、10-アミノカプリン酸、11-アミノウンドデカン酸、アミノ安息香酸、ジアミノ安息香酸、アミノテレフタル酸、ジアミノテレフタル酸、アミノイソフタル酸、ジアミノイソフタル酸等からなる群より選ばれる1種類以上を用いることができる。
ラクタムとしては、例えば、ε-カプロラクタム、ω-エナントラクタム、ω-ウンデカラクタム、ω-ラウロラクタム、α-ピロリドン、α-ピペリドン等からなる群より選ばれる1種類以上を用いることができる。
As the (di)amino(di)carboxylic acid compound, for example, one or more compounds selected from the group consisting of 7-aminoheptanoic acid, 8-aminooctanoic acid, 9-aminononanoic acid, 10-aminocapric acid, 11-aminoundodecanoic acid, aminobenzoic acid, diaminobenzoic acid, aminoterephthalic acid, diaminoterephthalic acid, aminoisophthalic acid, diaminoisophthalic acid, and the like can be used.
As the lactam, for example, one or more species selected from the group consisting of ε-caprolactam, ω-enantholactam, ω-undecalactam, ω-laurolactam, α-pyrrolidone, α-piperidone, and the like can be used.

<各成分の反応比率>
本発明において、式(3)で表されるトリス(アミノアルキル)アミン化合物を含むポリアミン成分と、式(4)で表される芳香族トリカルボン酸化合物又はその反応性誘導体を含むポリカルボン酸成分との反応モル比は、式(3)で表されるアミノ基末端ポリオキシアルキレン付加トリオール化合物を含むポリアミン成分1モルに対して、式(4)で表される芳香族トリカルボン酸化合物又はその反応性誘導体を含むポリカルボン酸成分が0.8~1.7モル、好ましくは0.9~1.6モル、より好ましくは0.95~1.45モルである。式(4)で表される芳香族トリカルボン酸化合物又はその反応性誘導体を含むポリカルボン酸成分の量が1.7モル超又は0.8モル未満であると、気体貯蔵放出化合物の分子量が十分に大きくならず、気体貯蔵放出特性が低下するおそれがある。
式(3)で表される化合物と、式(4)で表される化合物とのモル比は、式(3):式(4)=1:1.6~1:0.8、好ましくは1:1.5~1:0.9である。
また、式(3)で表されるアミノ基末端ポリオキシアルキレン付加トリオール化合物を含むポリアミン成分1モルに対する前記「その他の反応成分」の量は、0~9モル、好ましくは0~2モルの範囲である。
<Reaction ratio of each component>
In the present invention, the reaction molar ratio of the polyamine component containing the tris(aminoalkyl)amine compound represented by formula (3) and the polycarboxylic acid component containing the aromatic tricarboxylic acid compound represented by formula (4) or its reactive derivative is 0.8 to 1.7 moles, preferably 0.9 to 1.6 moles, more preferably 0.95 to 1.45 moles of the polycarboxylic acid component containing the aromatic tricarboxylic acid compound represented by formula (4) or its reactive derivative, per mole of the polyamine component containing the amino group-terminated polyoxyalkylene-added triol compound represented by formula (3). If the amount of the polycarboxylic acid component containing the aromatic tricarboxylic acid compound represented by formula (4) or its reactive derivative is more than 1.7 moles or less than 0.8 moles, the molecular weight of the gas storage and release compound is not sufficiently large, and the gas storage and release properties may be reduced.
The molar ratio of the compound represented by formula (3) to the compound represented by formula (4) is formula (3):formula (4)=1:1.6 to 1:0.8, preferably 1:1.5 to 1:0.9.
The amount of the "other reactive components" per mole of the polyamine component containing the amino-terminated polyoxyalkylene-added triol compound represented by formula (3) is in the range of 0 to 9 moles, preferably 0 to 2 moles.

[重合方法]
本発明において、少なくとも、式(3)で表されるトリス(アミノアルキル)アミン化合物を含むポリアミン成分と、式(4)で表される芳香族トリカルボン酸化合物又はその反応性誘導体を含むポリカルボン酸成分とを反応させる方法としては、公知のポリアミド重合反応手段を用いることができる。
例えば、
(i)式(4)で表される芳香族トリカルボン酸化合物又はその反応性誘導体を芳香族トリカルボン酸酸塩化物とし、式(3)で表されるトリス(アミノアルキル)アミン化合物を含むポリアミン成分と反応させる方法、
(ii)式(4)で表される芳香族トリカルボン酸化合物又はその反応性誘導体をジカルボン酸ジエステルとし、金属触媒存在下において式(3)で表されるトリス(アミノアルキル)アミン化合物を含むポリアミン成分と反応させる方法、
(iii)式(4)で表される芳香族トリカルボン酸化合物又はその反応性誘導体をジカルボン酸とし、カルボジイミド触媒存在下において式(3)で表されるトリス(アミノアルキル)アミン化合物を含むポリアミン成分と反応させる方法、
等があげられる。
本発明においては、式(4)で表される芳香族トリカルボン酸化合物又はその反応性誘導体をジカルボン酸塩化物とし式(3)で表されるトリス(アミノアルキル)アミン化合物を含むポリアミン成分と反応させる方法を用いることが好ましい。
[Polymerization method]
In the present invention, as a method for reacting at least a polyamine component containing a tris(aminoalkyl)amine compound represented by formula (3) with a polycarboxylic acid component containing an aromatic tricarboxylic acid compound represented by formula (4) or a reactive derivative thereof, a known polyamide polymerization reaction means can be used.
for example,
(i) a method of converting an aromatic tricarboxylic acid compound represented by formula (4) or a reactive derivative thereof into an aromatic tricarboxylic acid chloride and reacting the resulting acid chloride with a polyamine component containing a tris(aminoalkyl)amine compound represented by formula (3);
(ii) a method in which an aromatic tricarboxylic acid compound represented by formula (4) or a reactive derivative thereof is converted into a dicarboxylic acid diester, and the diester is reacted with a polyamine component containing a tris(aminoalkyl)amine compound represented by formula (3) in the presence of a metal catalyst;
(iii) a method in which an aromatic tricarboxylic acid compound represented by formula (4) or a reactive derivative thereof is converted into a dicarboxylic acid and reacted with a polyamine component containing a tris(aminoalkyl)amine compound represented by formula (3) in the presence of a carbodiimide catalyst;
etc.
In the present invention, it is preferable to use a method in which an aromatic tricarboxylic acid compound represented by formula (4) or a reactive derivative thereof is converted into a dicarboxylic acid chloride and reacted with a polyamine component containing a tris(aminoalkyl)amine compound represented by formula (3).

本発明の気体貯蔵放出化合物は、式(1)で表される構造単位及び式(2)で表される構造単位を含むことから、網目状構造を有している。この網目状構造が、水素分子を保持する壁のような役割を果たすことにより、気体、例えば、水素分子(水素ガス)を貯蔵放出する機能が発現するのではないかと推測されるが、この推測により本発明は何ら限定されない。 The gas storage/release compound of the present invention has a mesh-like structure because it contains a structural unit represented by formula (1) and a structural unit represented by formula (2). It is speculated that this mesh-like structure acts like a wall that holds hydrogen molecules, thereby exerting the function of storing and releasing gas, for example, hydrogen molecules (hydrogen gas), but the present invention is not limited by this speculation in any way.

[ガス貯蔵放出材料]
本発明のガス貯蔵放出材料は、前記気体貯蔵放出化合物の1種類以上を1~100質量%、好ましくは10~100質量%、より好ましくは50~100質量%含んでいる。前記気体貯蔵放出化合物の含有量が1質量%未満であると、ガス貯蔵特性を十分に発揮することができない場合がある。
本発明のガス貯蔵放出材料に含まれていてもよい、式(1)及び(2)で表される構造単位を有する気体貯蔵放出化合物以外の成分としては、例えば、樹脂、充填剤、各種添加剤等をあげることができる。
[Gas storage and release material]
The gas storage and release material of the present invention contains one or more kinds of the gas storage and release compounds in an amount of 1 to 100% by mass, preferably 10 to 100% by mass, and more preferably 50 to 100% by mass. If the content of the gas storage and release compounds is less than 1% by mass, the gas storage properties may not be fully exhibited.
Examples of components other than the gas storage/release compound having structural units represented by formulas (1) and (2) that may be contained in the gas storage/release material of the present invention include resins, fillers, various additives, etc.

樹脂としては、特に限定されないが、例えば、ポリオレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂、アクリル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ウレタン系樹脂等があげられる。充填剤としては、特に限定されないが、例えば、シリカ、タルク、クレー、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、酸化チタン、ガラスフレーク、炭素繊維、ガラス繊維、金属繊維、有機繊維、有機ナノファイバー、無機ナノファイバー、金属ナノファイバー等があげられる。各種添加剤としては、特に限定されないが、例えば、有機顔料、無機顔料、染料等の着色剤、ゼオライトや活性炭等の吸着剤、可塑剤、抗菌剤、導電材等があげられる。 The resin is not particularly limited, but examples thereof include polyolefin resin, polyester resin, acrylic resin, polyamide resin, urethane resin, etc. The filler is not particularly limited, but examples thereof include silica, talc, clay, calcium carbonate, barium sulfate, titanium oxide, glass flake, carbon fiber, glass fiber, metal fiber, organic fiber, organic nanofiber, inorganic nanofiber, metal nanofiber, etc. The various additives are not particularly limited, but examples thereof include colorants such as organic pigments, inorganic pigments, and dyes, adsorbents such as zeolite and activated carbon, plasticizers, antibacterial agents, conductive materials, etc.

ガス貯蔵放出材料の形状は、任意の形状とすることができる。例えば、粒子、繊維、フィルム、不織布、織布、多孔質体、成形体等のいずれかとすることができる。
粒子である場合は、例えば、平均粒子径0.1μm~20mmの範囲で任意に調節することができる。本発明におけるガス貯蔵放出材料の平均粒子径は、レーザー回折散乱式粒度分布測定法による累積体積50容量%における体積基準累積粒子径D50の値である。
繊維である場合は、例えば、長さ1mm~3m、直径0.1mm~5mm、デニール数0.5d~20dの範囲で任意に調節することができる。
フィルムである場合、例えば、厚さ2μm~5mmの範囲で任意に調整することができる。フィルムの幅及び長さは、任意の大きさとすることができる
不織布又は織布である場合は、例えば、目付5g/m~200g/mの範囲で任意に調整することができる。
多孔質体である場合は、例えば、見かけ密度0.1g/m~1.2g/m、空隙率5~80vol%の範囲で任意に調整することができる。
成形体である場合は、例えば、押出成形、射出成形等の任意の成形手段を用い、任意の形状の成形体に調整することができる。
本発明のガス貯蔵放出材料は、粒子、多孔質体、不織布、フィルム、繊維の形状であることが、製造の容易性、水素等とのガスと接触する面積の調整、取り扱い性の向上等の点から好ましい。
The gas storage and release material may have any shape, such as particles, fibers, films, nonwoven fabrics, woven fabrics, porous bodies, molded bodies, and the like.
In the case of particles, the average particle diameter can be arbitrarily adjusted within the range of, for example, 0.1 μm to 20 mm. The average particle diameter of the gas storage/release material in the present invention is the volume-based cumulative particle diameter D50 value at a cumulative volume of 50% by volume as measured by a laser diffraction/scattering particle size distribution measurement method.
In the case of fibers, the length can be adjusted to any value within the ranges of 1 mm to 3 m, the diameter 0.1 mm to 5 mm, and the denier number 0.5d to 20d.
In the case of a film, the thickness can be adjusted to any value within the range of, for example, 2 μm to 5 mm. The width and length of the film can be any size. In the case of a nonwoven fabric or woven fabric, the basis weight can be adjusted to any value within the range of, for example, 5 g/m 2 to 200 g/m 2 .
In the case of a porous body, the apparent density can be adjusted to within the range of 0.1 g/m 3 to 1.2 g/m 3 and the porosity can be adjusted to within the range of 5 to 80 vol %.
In the case of a molded article, any molding means such as extrusion molding or injection molding may be used to prepare a molded article of any shape.
The gas storage/release material of the present invention is preferably in the form of particles, porous bodies, nonwoven fabrics, films or fibers from the standpoints of ease of production, adjustment of the area in contact with gases such as hydrogen, and improved handling.

[気体(ガス)]
本発明の気体貯蔵放出化合物又はガス貯蔵放出材料が貯蔵・放出する気体(ガス)は、特に限定されない。例えば、水素、二酸化炭素、窒素、希ガス(ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、ラドン)、炭化水素ガス(メタン、エタン、プロパン、ブタン、アセチレン等)、酸素、ハロゲンガス(フッ素、塩素)等からなる群より選ばれる1種類以上があげられる。好ましくは、水素、窒素、アルゴン、メタン、エタン、プロパン、アセチレンからなる群より選ばれる1種類以上であり、特に好ましくは水素である。
[Gas]
The gas (gas) stored and released by the gas storage and release compound or gas storage and release material of the present invention is not particularly limited. For example, one or more types selected from the group consisting of hydrogen, carbon dioxide, nitrogen, rare gases (helium, neon, argon, krypton, radon), hydrocarbon gases (methane, ethane, propane, butane, acetylene, etc.), oxygen, halogen gases (fluorine, chlorine), etc. are included. Preferably, one or more types selected from the group consisting of hydrogen, nitrogen, argon, methane, ethane, propane, and acetylene are selected, and more preferably, hydrogen.

[気体の貯蔵・放出方法]
本発明の気体貯蔵放出化合物又はガス貯蔵放出材料における気体(ガス)の貯蔵(会合)・放出(離脱)方法は、気体貯蔵放出化合物又はガス貯蔵放出材料、特に、水素貯蔵材料において、水素を貯蔵・放出させる公知の方法を用いることができる。
例えば、加圧、減圧、昇温(加熱)、降温(冷却)、電位の印加、紫外線、赤外線などのエネルギー波の照射からなる群より選ばれる1つ以上の手段を含む方法があげられる。
[Method of storing and releasing gas]
The method for storing (associating) and releasing (desorbing) a gas (gas) in the gas storage/release compound or gas storage/release material of the present invention can use a known method for storing and releasing hydrogen in a gas storage/release compound or gas storage/release material, particularly a hydrogen storage material.
For example, the method may include one or more means selected from the group consisting of pressurization, depressurization, temperature increase (heating), temperature decrease (cooling), application of electric potential, and irradiation with energy waves such as ultraviolet rays and infrared rays.

貯蔵手段として、好ましくは、加圧、減圧、昇温(加熱)、降温(冷却)、電位の印加、紫外線の照射からなる群より選ばれる1つ以上の手段を含む方法があげられ、より好ましくは、加圧、減圧、昇温(加熱)、降温(冷却)からなる群より選ばれる1つ以上の手段を含む方法があげられる。本発明において、特に好ましくは、加圧手段を含む方法が用いられる。
放出手段として、好ましくは、減圧、加圧、昇温(加熱)、降温(冷却)、電位の印加、紫外線の照射からなる群より選ばれる1つ以上の手段を含む方法があげられ、より好ましくは、減圧、加圧、昇温(加熱)、降温(冷却)からなる群より選ばれる1つ以上の手段を含む方法があげられる。本発明において、特に好ましくは、減圧手段を含む方法が用いられる。
The storage means is preferably a method including one or more means selected from the group consisting of pressurization, depressurization, temperature increase (heating), temperature decrease (cooling), application of electric potential, and irradiation with ultraviolet light, and more preferably a method including one or more means selected from the group consisting of pressurization, depressurization, temperature increase (heating), and temperature decrease (cooling). In the present invention, a method including pressurization means is particularly preferably used.
The releasing means is preferably a method including one or more means selected from the group consisting of decompression, pressurization, temperature increase (heating), temperature decrease (cooling), application of electric potential, and irradiation with ultraviolet light, and more preferably a method including one or more means selected from the group consisting of decompression, pressurization, temperature increase (heating), and temperature decrease (cooling). In the present invention, a method including a decompression means is particularly preferably used.

[気体貯蔵放出化合物又はガス貯蔵放出材料の用途]
本発明の気体貯蔵放出化合物又はガス貯蔵放出材料は、気体(ガス)を、常温(25℃±20℃)で大気圧下において安全に長期間貯蔵でき、貯蔵された気体(ガス)を簡便な手段で放出させることができる。本発明の気体貯蔵放出化合物又はガス貯蔵放出材料は、特に水素を、常温(25℃±20℃)で大気圧下において安全に長期間貯蔵でき、貯蔵された水素を簡便な手段で放出できることから、水素貯蔵材料として有用である。
また、水素貯蔵合金が水素の貯蔵・放出特性を示さない大気圧未満の低圧状態においても、水素の貯蔵・放出特性に優れるものであるから、この点からも、水素貯蔵材料として有用である。
さらに、成形性に優れることから任意の形状に容易に加工することが可能であり、軽量であることから、運搬・保存を容易に行うことができる。
[Uses of gas storage and release compounds or gas storage and release materials]
The gas storage/release compound or gas storage/release material of the present invention can safely store a gas (gas) at room temperature (25° C.±20° C.) under atmospheric pressure for a long period of time, and can release the stored gas (gas) by a simple means. The gas storage/release compound or gas storage/release material of the present invention is useful as a hydrogen storage material, since it can safely store hydrogen at room temperature (25° C.±20° C.) under atmospheric pressure for a long period of time, and can release the stored hydrogen by a simple means.
Furthermore, even under low pressure conditions below atmospheric pressure where hydrogen storage alloys do not exhibit hydrogen storage/release characteristics, the alloys have excellent hydrogen storage/release characteristics, and from this point of view, they are also useful as hydrogen storage materials.
Furthermore, since it has excellent moldability, it can be easily processed into any shape, and since it is lightweight, it can be easily transported and stored.

例えば、風力発電所で発電した電気を使い、水電解水素製造装置で水素を製造し、車載コンテナに収納した本発明の気体貯蔵放出化合物又はガス貯蔵放出材料に水素を貯蔵する。水素を貯蔵した気体貯蔵放出化合物又はガス貯蔵放出材料が収納されたコンテナを車両に搭載し、水素貯蔵材料タンクと純水素型燃料電池とを設備として有する温浴施設に運び、気体貯蔵放出化合物又はガス貯蔵放出材料からこれら設備に水素を移送する。
燃料電池で発生する電気と温水は温浴施設で使用するとともに、水素移送時に「熱のカスケード利用」を行い、水素を貯蔵する側で発生する熱を、放出する側の加熱に利用する。また、水素貯蔵材料タンクから水素を放出するために必要な熱は、建物からの低温排熱を利用しエネルギー効率を向上させることができる。
For example, electricity generated at a wind power plant is used to produce hydrogen in a water electrolysis hydrogen production device, and the hydrogen is stored in the gas storage/release compound or gas storage/release material of the present invention housed in an on-board container. The container housing the gas storage/release compound or gas storage/release material with stored hydrogen is loaded onto a vehicle and transported to a hot spring facility having a hydrogen storage material tank and a pure hydrogen fuel cell as equipment, and hydrogen is transferred from the gas storage/release compound or gas storage/release material to these facilities.
The electricity and hot water generated by the fuel cell will be used in the hot spring facility, and "heat cascade utilization" will be implemented during hydrogen transport, with heat generated on the hydrogen storage side being used to heat the hydrogen release side. In addition, the heat required to release hydrogen from the hydrogen storage material tank can be provided by utilizing low-temperature exhaust heat from the building, improving energy efficiency.

以下に実施例をあげて本発明をさらに詳細に説明する。なお、本発明は、実施例により何ら限定されるものではない。 The present invention will be described in more detail below with reference to examples. Note that the present invention is not limited in any way by these examples.

[実施例]
<気体貯蔵放出化合物の合成>
200ml丸底フラスコに、1,3,5-ベンゼントリカルボニルトリクロリド 2.0g(0.0075mol)、トリス(2-アミノエチル)アミン 1.1g(0.0075mol)及びN,N-ジメチルホルムアミド 4mlを加え、反応温度25℃にてマグネチックスターラーを用いて反応系を2時間撹拌した。反応溶液にメタノール 10mlを加え、沈殿を生じさせ、得られた沈殿物をグラスフィルターG3にて濾過し、高分子粉末を得た。得られた高分子粉末を80℃で3時間真空乾燥を行い、目的の気体貯蔵放出化合物を得た。
[Example]
Synthesis of Gas Storage and Release Compounds
2.0 g (0.0075 mol) of 1,3,5-benzenetricarbonyl trichloride, 1.1 g (0.0075 mol) of tris(2-aminoethyl)amine, and 4 ml of N,N-dimethylformamide were added to a 200 ml round-bottom flask, and the reaction system was stirred for 2 hours using a magnetic stirrer at a reaction temperature of 25°C. 10 ml of methanol was added to the reaction solution to cause precipitation, and the resulting precipitate was filtered using a glass filter G3 to obtain a polymer powder. The resulting polymer powder was vacuum-dried at 80°C for 3 hours to obtain the target gas storage/release compound.

<構造分析>(FT-IR)
得られた気体貯蔵放出化合物について、日本分光社製フーリエ変換赤外分光光度計FT/IR-6800を用い、一回反射ATR法によりFT-IRを測定した。結果は以下のとおりとなった。
C=O:1723、1786(cm-1
CH:1495、2932、2963(cm-1
NH:1746、1788(cm-1
C-O-C:1642、1689(cm-1
フェニル環:3086(cm-1
<Structural analysis> (FT-IR)
The gas storage/release compound thus obtained was subjected to FT-IR measurement by a single reflection ATR method using a Fourier transform infrared spectrophotometer FT/IR-6800 manufactured by JASCO Corp. The results are as follows.
C=O: 1723, 1786 (cm -1 )
CH 2 : 1495, 2932, 2963 (cm −1 )
NH: 1746, 1788 (cm -1 )
C-O-C: 1642, 1689 (cm -1 )
Phenyl ring: 3086 (cm −1 )

(重量平均分子量)
得られた気体貯蔵放出化合物について、島津製作所社製ゲルパーミュエーションクロマトグラフィー装置に、島津ジーエルシー社製HPLCカラム Shim-pack GPC-805を装着し、N,N’-ジメチルホルムアミド溶媒に溶解させた気体貯蔵放出化合物を注入し、カラム保持時間を測定した。得られたカラム保持時間から、分子量が判明しているポリスチレンを測定することで予め作成した検量線と比較計算して、ポリスチレン換算分子量を算出した。
なお、島津製作所社製ゲルパーミュエーションクロマトグラフィー装置の装置構成は以下のとおりである。
・システム
Nexera GPCシステム
・システムコントローラ
CBM-40
・送液ユニット
LC40D
・オンライン脱気ユニット
DGU-403
・オートサンプラ
SIL-40C
・カラムオーブン
CTO-40C
・検出器
RID-20ABLK、LabSolutionsGPCソフトウエア、LCワークステーションPC、LabSolutions LC Single LC
(Weight average molecular weight)
For the obtained gas storage/release compound, a HPLC column Shim-pack GPC-805 manufactured by Shimadzu GLC was attached to a gel permeation chromatography device manufactured by Shimadzu Corporation, the gas storage/release compound dissolved in N,N'-dimethylformamide solvent was injected, and the column retention time was measured. From the obtained column retention time, the molecular weight in terms of polystyrene was calculated by comparison with a calibration curve prepared in advance by measuring polystyrene whose molecular weight was known.
The gel permeation chromatography device manufactured by Shimadzu Corporation had the following configuration:
・System: Nexera GPC system ・System controller: CBM-40
・Liquid delivery unit LC40D
・Online degassing unit DGU-403
・Autosampler SIL-40C
・Column oven CTO-40C
・Detector: RID-20ABLK, LabSolutions GPC software, LC workstation PC, LabSolutions LC Single LC

(構造分析の結果)
これらFT-IR及び重量平均分子量測定の結果より、実施例に係る気体貯蔵放出化合物は、下記の2種類の構造単位(8)及び(9)を少なくとも有し、これらの構造単位がアミド結合により網目状に結合した、重量平均分子量が146,000の網目状ポリアミド化合物であることが確認された。
(Structural analysis results)
From the results of the FT-IR and weight average molecular weight measurements, it was confirmed that the gas storage/release compound according to the example had at least the following two types of structural units (8) and (9), and was a network polyamide compound having a weight average molecular weight of 146,000 in which these structural units were bonded in a network shape through amide bonds.

<水素貯蔵放出能力の評価>
水素貯蔵放出能力の評価は、試験用粉末をSUS製サンプル菅に充填し、PCT特性評価装置(鈴木商館社製、PCT-4SDWIN)を用い25℃においてPCT曲線を観察することで行った。PCT特性測定装置は、物質が水素を吸放出するときの特性(P:圧力、C:貯蔵量(吸収量)、T:温度)を測定する装置で、ジーベルツ装置とも呼ばれるものである。
圧力に対する、実施例に係る気体貯蔵放出化合物の水素の貯蔵量(Adsorption:質量%)及び放出量(Desorption:質量%)との関係は、図1のとおりとなった。なお、ここでいう貯蔵量及び放出量は、気体貯蔵放出化合物の質量に対する水素の貯蔵量(吸収量)又は放出量を質量%として表したものである。
<Evaluation of hydrogen storage and release capacity>
The hydrogen storage and release capacity was evaluated by filling a SUS sample tube with the test powder and observing the PCT curve at 25°C using a PCT characteristic evaluation device (PCT-4SDWIN, manufactured by Suzuki Shokan Co., Ltd.). The PCT characteristic measurement device is a device that measures the characteristics (P: pressure, C: storage amount (absorption amount), T: temperature) when a substance absorbs and releases hydrogen, and is also called a Sieverts device.
The relationship between pressure and the amount of hydrogen stored (Adsorption: mass%) and the amount of hydrogen released (Desorption: mass%) of the gas storage and release compound according to the embodiment is as shown in Figure 1. Note that the amount of hydrogen stored (absorption) or released is expressed as mass% relative to the mass of the gas storage and release compound.

<走査電子顕微鏡観察>
得られた気体貯蔵放出化合物の粉末を、40℃真空中で1時間乾燥後、分散法にて観察試料を調製した。気体貯蔵放出化合物の表面を、FE-SEM(電界放出型走査電子顕微鏡)を用いて観察した。結果を図2に示す。
図1より、高分子粒子表面に10nm~50nm程度の細孔が多数存在することが確認され、気体分子がこれらの細孔を通じて高分子鎖内部に吸着されるものと推察できる。
なお、走査電子顕微鏡観察の条件は、以下のとおりである。
・電界放出型走査電子顕微鏡
Zeiss社製 Merlin
・加圧電圧
0.8kV
<Scanning electron microscope observation>
The obtained powder of the gas storage/release compound was dried in a vacuum at 40° C. for 1 hour, and then an observation sample was prepared by a dispersion method. The surface of the gas storage/release compound was observed using a FE-SEM (field emission scanning electron microscope). The results are shown in FIG.
From FIG. 1, it can be seen that there are many pores of about 10 nm to 50 nm on the surface of the polymer particle, and it can be inferred that gas molecules are adsorbed inside the polymer chains through these pores.
The conditions for the scanning electron microscope observation are as follows.
・Field emission scanning electron microscope Zeiss Merlin
・Applying voltage 0.8kV

[比較例]
酸化グラフェン粉末(アルドリッチ社製、製品番号(796034)) 2.0gをバイアル瓶に取り、真空乾燥機(アズワン社製、ETTAS AVO-200V)に120℃で24時間保管して真空乾燥した。この粉末について、実施例1と同様に水素貯蔵放出能力を評価した。結果を図1に併せて示す。その結果、実施例1の気体貯蔵化合物(それを含むガス貯蔵放出材料)の方が高い水素貯蔵放出能力を示した。
[Comparative Example]
2.0 g of graphene oxide powder (manufactured by Aldrich, product number (796034)) was placed in a vial and stored in a vacuum dryer (manufactured by AS ONE, ETTAS AVO-200V) at 120°C for 24 hours to be vacuum dried. The hydrogen storage and release capacity of this powder was evaluated in the same manner as in Example 1. The results are also shown in Figure 1. As a result, the gas storage compound of Example 1 (gas storage and release material containing it) showed a higher hydrogen storage and release capacity.

実施例の気体貯蔵放出化合物の気体貯蔵放出特性が高い理由について、本発明者は次のように推察している。
酸化グラフェンは、炭素-炭素結合からなる六員環が二次元的に広がった層が積層して形成された炭素化合物である。層と層の間の距離は0.5nmから2.0nmの範囲にあり、10MPa以上の圧力を加えることで水素分子が捕捉可能である。
一方、本発明の気体貯蔵放出化合物は、π電子雲を有する芳香環が網目状に配置した高分子で、高分子構造の内部に水素分子が容易に入ることが可能である。水素分子は、π電子によりδ+とδーに分極し、これにより1MPa程度の圧力下であっても、π電子雲とπ電子雲との相互作用により、水素分子を高分子構造の内部(芳香環の間)に容易に捕捉することが可能になると推察している。なお、本発明は、本推察に限定されるものではない。
The present inventors speculate as follows about the reason why the gas storage and release properties of the gas storage and release compounds of the Examples are high.
Graphene oxide is a carbon compound formed by stacking layers of six-membered rings consisting of carbon-carbon bonds that are spread out two-dimensionally. The distance between each layer is in the range of 0.5 to 2.0 nm, and it is capable of capturing hydrogen molecules by applying a pressure of 10 MPa or more.
On the other hand, the gas storage and release compound of the present invention is a polymer in which aromatic rings having π electron clouds are arranged in a network shape, and hydrogen molecules can easily enter the inside of the polymer structure. It is presumed that hydrogen molecules are polarized to δ+ and δ- by π electrons, and that this makes it possible to easily capture hydrogen molecules inside the polymer structure (between aromatic rings) due to the interaction between the π electron clouds even under a pressure of about 1 MPa. However, the present invention is not limited to this presumption.

これらの結果より、本発明の気体貯蔵放出化合物及びそれを含むガス貯蔵放出材料は、比較例の酸化グラフェンと比較して、気体貯蔵放出化合物の質量に対する水素の貯蔵量(吸収量)及び放出量の質量%が大きく、水素の貯蔵・放出能力が高いことが判明した。
これより、本発明の気体貯蔵放出化合物及びそれを含むガス貯蔵放出材料は、ガス、特に水素を貯蔵・放出することができる材料として有用であることが確認された。
These results demonstrate that the gas storage and release compound of the present invention and the gas storage and release material containing it have a larger mass percentage of hydrogen storage (absorption) and release relative to the mass of the gas storage and release compound than the graphene oxide of the comparative example, and thus have a higher hydrogen storage and release capacity.
From this, it was confirmed that the gas storing and releasing compound of the present invention and the gas storing and releasing material containing the same are useful as materials capable of storing and releasing gas, particularly hydrogen.

Claims (6)

式(1)で表される構造単位と、式(2)で表される構造単位とを有する、気体貯蔵放出化合物を含む、ガス貯蔵放出材料
(式(1)中、R~Rはそれぞれ独立に炭素数2~8の2価の脂肪族炭化水素基である。式(2)中、Rは、3価の芳香族炭化水素基である。式(1)と式(2)は、アミド結合により結合し、同じ式の構造単位が直接結合しない。)
A gas storage and release material comprising a gas storage and release compound having a structural unit represented by formula (1) and a structural unit represented by formula (2).
(In formula (1), R 1 to R 3 are each independently a divalent aliphatic hydrocarbon group having 2 to 8 carbon atoms. In formula (2), R 4 is a trivalent aromatic hydrocarbon group. Formulas (1) and (2) are bonded by an amide bond, and structural units of the same formula are not directly bonded.)
前記気体貯蔵放出化合物が、網目状構造を有する、請求項1に記載のガス貯蔵放出材料 The gas storage and release material according to claim 1 , wherein the gas storage and release compound has a network structure. 少なくとも、式(3)で表されるトリス(アミノアルキル)アミン化合物と、式(4)で表される芳香族トリカルボン酸とを反応させる、ガス貯蔵放出材料の製造方法。
(式(3)中、R~Rはそれぞれ独立に炭素数2~8の2価の脂肪族炭化水素基である。式(4)中、Rは、3価の芳香族炭化水素基であり、X、Y及びZは、それぞれ独立に、OH、ハロゲン、OR(Rは1~6のアルキル基であり、複数ある場合はそれぞれ同一でも異なっていてもよい。)又はNHR(Rは1~6のアルキル基であり、複数ある場合はそれぞれ同一でも異なっていてもよい。)を表す。)
A method for producing a gas storage and release material , comprising reacting at least a tris(aminoalkyl)amine compound represented by formula (3) with an aromatic tricarboxylic acid represented by formula (4).
(In formula (3), R 1 to R 3 are each independently a divalent aliphatic hydrocarbon group having 2 to 8 carbon atoms. In formula (4), R 4 is a trivalent aromatic hydrocarbon group, and X, Y, and Z are each independently OH, halogen, OR 5 (R 5 is an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and when there are multiple R 5 s, they may be the same or different), or NHR 6 (R 6 is an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and when there are multiple R 6 s, they may be the same or different).)
ガスが、水素、二酸化炭素、窒素、希ガス、炭化水素ガスからなる群より選ばれる1種類以上である、請求項1又は2に記載のガス貯蔵放出材料。 3. The gas storage and release material according to claim 1 , wherein the gas is at least one selected from the group consisting of hydrogen, carbon dioxide, nitrogen, a rare gas, and a hydrocarbon gas. ガスの貯蔵及び/又は放出が、加圧、減圧、昇温、降温、電位の印加及びエネルギー波の照射からなる群より選ばれる1つ以上の手段を含む方法により行われる、請求項1、2、4のいずれか1項に記載のガス貯蔵放出材料。 The gas storage and/or release material according to any one of claims 1, 2 and 4, wherein the gas is stored and/or released by a method including one or more means selected from the group consisting of pressurization, depressurization, temperature increase, temperature decrease, application of electric potential and irradiation with energy waves. ガス貯蔵放出材料の形状が、粒子、繊維、フィルム、不織布、織布、多孔質体、成形体である、請求項1、2、4、5のいずれか1項に記載のガス貯蔵放出材料。 6. The gas storage and release material according to claim 1 , which is in the form of particles, fibers, a film, a nonwoven fabric, a woven fabric, a porous body, or a molded body.
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