CN107850837A - 有机酸酯类液体的制造方法,及电子零件制作用阻剂溶剂或电子零件制作用清洗液的制造方法 - Google Patents

有机酸酯类液体的制造方法,及电子零件制作用阻剂溶剂或电子零件制作用清洗液的制造方法 Download PDF

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Abstract

课题为提供一种制作电子零件的方法,该方法精密地、减少不良品且产率良好地制作电子零件,尤其提供一种可在使用液体的制作电子零件的各步骤中,提供更优异的阻剂液及清洗液的方法。该课题的解决方法涉及一种有机酸酯类液体的制造方法,该制造方法是将属于电子零件制作用阻剂溶剂的有机酸酯类液体或属于电子零件制作用清洗液的有机酸酯类液体中含有的有机过氧化物去除的方法,且该制造方法通过使该有机酸酯类液体与铂族金属催化剂接触,而去除该有机酸酯类液体中的有机过氧化物;并且涉及一种电子零件制作用阻剂溶剂或电子零件制作用清洗液,其是使用该制造方法去除有机酸酯类液体中含有的有机过氧化物而成,且过氧化物值(POV)为2mmoL/kg以下。

Description

有机酸酯类液体的制造方法,及电子零件制作用阻剂溶剂或 电子零件制作用清洗液的制造方法
技术领域
本发明涉及去除有机酸酯类液体中的有机过氧化物的方法,更详言之,涉及一种有机酸酯类液体的制造方法,其通过进行特定的处理而将电子零件制作用阻剂溶剂的有机液体或电子零件制作用清洗剂的有机酸酯类液体中含有的有机过氧化物去除。
背景技术
在制作摄像管、显示器、集成电路、印刷电路板、半导体晶片、定向膜等电子零件的过程中,必需微细加工,此时,进行通过各种阻剂的影像成形(图案化(patterning))。在通过阻剂的影像成形中,是在各种基板涂布阻剂液,并进行通过光及X射线等电磁波、电子束等粒子线等能量线的图案化照射,接着以显像液显像后,进行用清洗液清洗等处理之后,将残留在基板上的阻剂去除。
上述阻剂液中的溶剂,通常是有机酸酯类液体(例如,专利文献1),显像液通常是碱性水溶液。
此外,上述清洗液,是有机酸酯类液体,或者已溶解各种水溶性化合物或有机液体的水溶液(例如,专利文献2、3)。
此外,上述阻剂的去除,有灰化(ashing)等不使用液体的方法、使用已溶解碱性物质等的水溶液的方法、使用有机酸酯类液体的方法等,其中在使用液体时,在其后,有时使用由有机酸酯类液体、水溶液等形成的清洗液清洗(例如,专利文献4)。
电子零件的制作过程中使用的水,已知主要作为清洗液使用的水中含有的过氧化氢等无机过氧化物,会对电子零件造成不良影响,例如专利文献5、6中,记载有所谓去除半导体制作上使用的水中的过氧化氢的技术概念与其去除方法。
不过,如同前述,在制作电子零件的过程中,虽然配合其阶段而使用各种有机酸酯类液体,但以往几乎不知为了其目的而自该有机酸酯类液体中去除有机过氧化物,也几乎无将已特意去除有机过氧化物的有机酸酯类液体使用于电子零件的制作中的构想(概念)。
另一方面,不仅是电子零件制作用,已知有从作为烯烃类化合物制品的有机液体或反应中使用的有机溶剂中,去除有机过氧化物的方法(例如,专利文献7至10)。
专利文献7中记载自不宜使有机过氧化物混入的反应中使用的烯烃类烃中,去除有机过氧化物作成最终产品的方法。
此外,专利文献8至10中记载将有机过氧化物作为氧化反应、聚合引发剂等使用之后,自残留未反应的有机过氧化物的有机溶剂中,去除该有机过氧化物的方法。
不过,上述的自有机液体中去除有机过氧化物的程度,为了不妨碍通常的化学反应、或为了在用以将聚合后或反应后使用的溶剂再使用的蒸馏时不使有机过氧化物的浓缩物残渣爆发等,任一种有机过氧化物的去除程度均极不良(即使不良也足够),而并未达到电子零件制作用所要求的程度。
另一方面,已知有各种自水或有机液体中去除过氧化物的手段,关于自水中去除过氧化氢,专利文献5中记载使用钯催化剂去除水中的过氧化氢的方法,专利文献6中记载使用已在单块连续(monolith)状的阴离子交换体承载铂族金属的承载催化剂去除水中的过氧化氢的方法。
此外,关于自有机液体中去除有机过氧化物,专利文献7中记载使用铂承载催化剂去除烯烃类烃中的有机过氧化物的方法,专利文献8、9中记载使用已承载酸或胺化合物的离子交换树脂去除有机过氧化物的方法,专利文献10中记载使用已承载在二氧化硅、活性碳等固体的铂或钯催化剂去除有机过氧化物的方法。
不过,上述专利文献5至10所述的技术是去除水中的过氧化氢,或者与自有机液体中去除有机过氧化物有关,就电子零件制作用而言为未达到充分去除的程度,就去除电子零件制作中使用的有机酸酯类液体中的有机过氧化物的技术而言并不足够,并非可适用(应用)于该技术。
近年来,对电子零件虽然有越来越多精密度的要求,但前述已知技术并不充分,尚有更进一步改善的空间。
另一方面,有机酸酯类液体,通过与大气中的氧气反应而生成有机过氧化物。尤其在夏季等气温高时,过氧化物值明显增加。如欲减低已增加的过氧化物值时,通常是通过再蒸馏的精制方法,但会导致产品收率的降低或制造成本的上升。
此外,依同样的理由预料在运送中也会增加过氧化物值。尤其是因出口而必须长距离的运送时,会明显增加。因此,希望有减少出货前的过氧化物值的方法、抑制运送中的过氧化物值增加的方法、减少已增加的过氧化物值的方法。
[现有技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本特开2014–032407号公报
[专利文献2]日本特开2014–071287号公报
[专利文献3]日本特开2014–202807号公报
[专利文献4]日本特开平09–213612号公报
[专利文献5]日本特开昭62–035838号公报
[专利文献6]日本特开2010–240641号公报
[专利文献7]日本特开平01–013039号公报
[专利文献8]日本特开平06–248249号公报
[专利文献9]日本特开平06–248250号公报
[专利文献10]日本特开平10–158198号公报
发明内容
[发明欲解决的课题]
本发明是有鉴于上述先前技术而达成的发明,其课题是提供一种更优异的阻剂(液)及清洗液,其即使在需要比目前更微细的加工时,也可使用于使用液体的电子零件制作中的各别步骤中。
[解决课题的手段]
本发明人为了解决上述课题而深入探讨的结果发现,通过自制作电子零件的过程中使用的阻剂溶剂的有机酸酯类液体中,或自制作电子零件的过程中使用的清洗液的有机酸酯类液体中,更严密地去除其中含有的极微量的有机过氧化物,可得到作为电子零件用的优异材料,可解决上述课题而完成本发明。
即,本发明提供制造有机酸酯类液体的方法,其是将属于电子零件制作用阻剂溶剂的有机酸酯类液体或属于电子零件制作用清洗液的有机酸酯类液体中含有的有机过氧化物去除的方法,
该方法通过使该有机酸酯类液体与铂族金属催化剂接触,而去除该有机酸酯类液体中的有机过氧化物。
此外,本发明提供制造上述有机酸酯类液体的方法,其是使含有有机过氧化物的有机酸酯类液体与承载有铂族金属催化剂的载体接触,该承载有铂族金属催化剂的载体是在具有单块连续(monolith)结构的有机多孔质阴离子交换体承载铂族金属催化剂而形成的。
此外,本发明提供经去除有机过氧化物的有机酸酯类液体,其是自属于电子零件制作用阻剂溶剂的有机酸酯类液体或属于电子零件制作用清洗液的有机酸酯类液体中去除有机过氧化物,直至过氧化物值(POV)成为2mmoL/kg以下而制成的。
此外,本发明提供经去除有机过氧化物的有机酸酯类液体,其是自过氧化物值(POV)为100mmoL/kg以下的有机酸酯类液体中去除,直至过氧化物值(POV)成为2mmoL/kg以下而制成的。
此外,本发明提供制造电子零件制作用阻剂溶剂或电子零件制作用清洗液的方法,其包含:使用前述的制造有机酸酯类液体的方法,将属于电子零件制作用阻剂溶剂或电子零件制作用清洗液的有机酸酯类液体中含有的有机过氧化物去除的步骤。
此外,本发明提供电子零件制作用阻剂溶剂或电子零件制作用清洗液,其含有前述经去除有机过氧化物的有机酸酯类液体,并作为电子零件制作用阻剂溶剂或电子零件制作用清洗液而使用,且过氧化物值(POV)为2mmoL/kg以下。
此外,本发明提供经去除有机过氧化物的有机酸酯类液体,其是自过氧化物值(POV)的经时所致的增加量为100mmoL/(kg·月)以下的有机酸酯类液体中去除,直至过氧化物值(POV)成为2mmoL/(kg·月)以下而制成的。
此外,本发明提供再处理有机酸酯类液体的方法,其是再处理使用上述有机酸酯类液体的制造方法的有机酸酯类液体的方法,且通过在保管中或运送中使过氧化物值(POV)已增加的有机酸酯类液体与铂族金属催化剂接触,而去除该有机酸酯类液体中的有机过氧化物。
[发明的效果]
若通过本发明,可提供解决前述问题点与上述课题,且适合作为电子零件制作用的“制造已去除有机过氧化物的有机酸酯类液体的方法”。
具体上,在制作例如摄像管、显示器、集成电路(IC)、印刷电路板等电子零件的步骤中,虽然使用例如CCD影像感应器等摄像元件用彩色滤光片阻剂;液晶、等离子体、有机EL等显示器用彩色滤光片阻剂;集成电路(IC)制作用的光阻剂等电磁波(可见光线、紫外线、X射线等)阻剂;集成电路(IC)制作用的电子束等粒子束阻剂;印刷电路板制作用的阻剂等,但预先自例如这种“电子零件制作用阻剂”的溶剂中,使用本发明的方法去除有机过氧化物时,不易在各个阻剂图案的(剖面)形状产生问题,而形成矩形等既定的合适形状。
具体上,例如,化学增幅型的负型阻剂或正型阻剂时,即使为最适宜的曝光条件、预烘条件、经过时间、显像条件等,使用以往的有机液体作为阻剂溶剂时,显像后的各个阻剂图案的侧壁,形成鼓型(侧壁中央部凹陷)或酒桶型(侧壁中央部向外膨胀);在负型阻剂时,上面与侧面所成的棱角变圆,或在正型阻剂时,可能有由上面超出侧面而出现如同屋檐般的突出的情形。此外,在为负型阻剂时,会有认为产生硬化不良的情形。
因此,若使用本发明的制造有机酸酯类液体的方法,则解除或减轻上述问题。
使用本发明的制造有机酸酯类液体的方法获得的有机液体,尤其适合作为化学增幅型的电子零件制作用阻剂的溶剂。
在化学增幅型中,可通过进行“电磁波(可见光线、紫外线、X射线等)或粒子束(电子束等)的照射”(以下,有时也将“”内的内容整合简称为曝光),由光酸产生剂等催化剂产生剂生成自由基、酸等催化剂,仅在存在该催化剂之处,因在加热(预焙等)、室温(例如30℃)中的经时等,在正型阻剂时,切断“具有对于酸的不稳定基的化合物”的化学键,在负型阻剂时,在该化合物中产生聚合/交联而图案化(影像成形)。
因此,因仅于存在催化剂的曝光处会仅依该催化剂的催化剂量改变,故极微量的不纯物的存在,变成例如催化剂毒素,而容易使各个阻剂图案的形状产生问题,容易造成图案化不良。
在阻剂涂布干燥后且曝光前的阻剂涂膜,或曝光后且显像前的阻剂涂膜中,可认为有阻剂的残留溶剂或来自阻剂的溶剂的物质,所以也存在有该残留溶剂中的有机过氧化物,其会产生上述问题。
所以,使用本发明的除去有机过氧化物的方法而得的有机酸酯类液体,尤其适合作为化学增幅型的电子零件制作用阻剂的溶剂。
此外,使用以往的有机液体作为阻剂显像后的清洗液或结束任务的阻剂剥离后的清洗液时,使来自清洗液的有机过氧化物不会残留在电子零件的本体的基板(例如,硅晶圆等)上。
本发明的特征在于将属于电子零件制作用阻剂液的溶剂的有机酸酯类液体或属于电子零件制作用清洗液的有机酸酯类液体中含有的有机过氧化物,在该阻剂液或该清洗液的调液前先行去除的考量本身。
并且,若以特定的方法去除有机过氧化物,则更发挥前述效果,且获得良好的阻剂形状,此外,在阻剂显像后或阻剂剥离后的清洗后,使有机过氧化物不会残留在本体基板上。
此外,若先将上述有机酸酯类液体中的有机过氧化物去除直至过氧化物值(POV)成为2mmol/kg以下为优选,并以直至成为1mmol/kg以下更优选,而以直至成为0.5mmol/kg以下为特别优选,而以直至成为0.3mmol/kg以下又更优选,而以直至成为0.1mmol/kg以下最优选,则发挥前述效果,将该有机酸酯类液体使用于阻剂调液用时,可得良好的阻剂形状,使用于阻剂显像后或阻剂剥离后的清洗液中时,因使有机过氧化物在该清洗步骤后不会残留,故在最后的电子零件不会产生问题。
此外,若一开始即以本发明中的特定方法自有机酸酯类液体中去除过氧化物,则之后,在该有机酸酯类液体的保存中,抑制该液体中的过氧化物的增加幅度。
即,若先将有机酸酯类液体中的有机过氧化物去除,以直至有机酸酯类液体的过氧化物值(POV)成为2mmol/kg以下为优选,并以直至成为1mmol/kg以下更优选,而以直至成为0.5mmol/kg以下为特别优选,而以直至成为0.3mmol/kg以下又更优选,而以直至成为0.1mmol/kg以下最优选,则使有关有机过氧化物的增加的经时稳定性良好。即,可将过氧化物值(POV)的经时所致的增加量(过氧化物值(POV)的经时增加量)作成2mmol/(kg·月)以下。
此外,可提供一种有机酸酯类液体,其为即使在保管中或运送中过氧化物值(POV)增加时,收率也不会降低,且减少过氧化物值(POV)而过氧化物值(POV)低的电子零件制作用阻剂的溶剂或电子零件制作用清洗液。
附图说明
图1为第1单块连续阴离子交换体的形态例的SEM照片。
图2为第2单块连续阴离子交换体的形态例的SEM照片。
图3为第3单块连续阴离子交换体的形态例的SEM照片。
图4为第3单块连续阴离子交换体的SEM照片的以截面形式表示的骨架部的转印图。
图5为第4单块连续阴离子交换体的形态例的SEM照片。
图6为第4单块连续阴离子交换体的共连续结构的示意图。
图7为第5单块连续阴离子交换体的形态例的SEM照片。
图8为第5单块连续阴离子交换体的突起物的示意性的截面图。
图9为第6单块连续阴离子交换体的图10中的“A”部分的形态例的SEM照片。
图10为第6单块连续阴离子交换体的基本结构的示意图。
图11为将本发明中的“承载有铂族金属催化剂的具有单块连续结构的阴离子交换体”填充至管柱中,使其循环,而确认去除有机过氧化物的效果的图表(实施例4)。
图12为将本发明中的“承载有铂族金属催化剂的具有单块连续结构的阴离子交换体”填充至管柱中,使其循环,而确认去除有机过氧化物的效果的图表(实施例5)。
符号说明
图4中的1 骨架相
图4中的2 孔隙相
图6中的11 影像区域
图6中的12 以截面表示的骨架部
图6中的13 巨孔
图8中的1 骨架表面
图8中的2 突起体
图10中的1 巨孔
图10中的2 开口
图10中的3 内层部
图10中的4 表层部
图10中的5 气相部(气泡部)
图10中的6 壁部(骨架部)
图10中的7 细孔
具体实施方式
以下说明本发明,但本发明并非局限于以下的具体形态,在技术概念的范围内可做任意的变形。
本发明是将电子零件制作用阻剂的溶剂的有机酸酯类液体或电子零件制作用清洗液的有机酸酯类液体中含有的有机过氧化物去除的方法。
本发明的特征之一,是自上述有机酸酯类液体中去除有机过氧化物的考量,本发明是若先自上述有机酸酯类液体中去除有机过氧化物,则确认到发挥前述效果而作成的。
本发明中的“电子零件”指:只要有机过氧化物的存在可能会对制作步骤及/或最终制品造成不良影响的电子零件,即无特别的限制,具体上,例如电子管、半导体等主动零件(元件);振子、压电元件等被动零件(元件);印刷电路板、天线等机构零件等。
其中,发挥本发明的效果的对象电子零件,虽然不限于下列,但例如,就电子管而言,可列举等离子显示器、液晶显示器、有机EL显示器等显示器;摄像管等,就半导体而言,可列举集成电路(IC)、晶体管、二极管等。集成电路(IC),可举出大规模集成电路(LSI);动态随机存取存储器(DRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)等泛用存储器等。此外,就印刷电路板而言,可举出拼合集成电路等。
例如,在制作摄像管、显示器、集成电路(IC)、印刷电路板等电子零作的过程中,需要微细加工,进行通过各种阻剂的影像成形(图案化)。就此种阻剂而言,可列举:例如CCD影像感应器等摄像元件用彩色滤光片阻剂;液晶、等离子体、有机EL等显示器用的彩色滤光片阻剂;集成电路(IC)制作用的光阻剂等电磁波(可见光线、紫外线、X射线等)阻剂;集成电路(IC)制作用的电子束等粒子束阻剂;印刷电路板制作用的阻剂等。
在通过此等阻剂的影像成形中,是将阻剂液涂布在各种基板,进行“通过光及X射线等电磁波、电子束等粒子束等能量线的图案化照射”(以下,简称“曝光”),接着,以显像液显像后,进行以清洗液清洗等处理后,将残留在基板上的阻剂剥离去除,然后,视需要而清洗剥离液。
本发明的“制造有机酸酯类液体的方法”,是在制作电子零件时,自微细加工时使用的阻剂溶剂的有机酸酯类液体中去除有机过氧化物的制造方法,此外,是在制作电子零件时,自属于将显像后的显像液去除的清洗液或属于将使完成任务的残留阻剂剥离后的剥离液去除的清洗液的有机酸酯类液体中,去除有机过氧化物的制造方法。
依照本发明,预先自阻剂的溶剂的有机酸酯类液体中去除有机过氧化物时,显像后可如前述般获得良好的阻剂形状。此外,依照本发明,预先自清洗液的有机酸酯类液体中去除有机过氧化物时,如前述般清洗后,可抑制有机过氧化物的残留。
本发明的“制造有机酸酯类液体的方法”,是将前述有机酸酯类液体中含有的有机过氧化物去除的方法,且通过使该有机酸酯类液体与铂族金属催化剂接触,而去除该有机液体中的有机过氧化物。
就铂族金属催化剂而言,可举出钌催化剂、铑催化剂、钯催化剂、锇催化剂、铱催化剂或铂催化剂。此等催化剂,可单独使用一种,也可将两种以上组合使用,并且也可将两种以上的金属作成合金使用。其中就去除有机过氧化物的效果高的观点而言,以钯催化剂、铂催化剂、铂/钯合金催化剂等为优选,就同样的观点而言,以钯催化剂为特别优选。
上述铂族金属催化剂以承载在载体,使其与有机酸酯类液体接触为优选。即,本发明的“制造经去除有机过氧化物的有机酸酯类液体的方法”,以使上述有机酸酯类液体与承载有铂族金属催化剂的载体接触,去除有机过氧化物为优选。
就载体而言,只要是适宜地承载上述铂族金属催化剂,且发挥该铂族金属催化剂的去除有机过氧化物的效果,即无特别限制,具体上,可列举例如二氧化硅、氧化铝、滑石、沸石、硅酸钙、硅藻土、水铝英石、波来铁等无机载体;活性碳、碳水化合物、合成树脂等有机载体。
就上述“合成树脂”而言,可举出离子交换树脂、具有微孔的交联树脂等为优选。
上述离子交换树脂,虽然无特别的限制,但因强碱性阴离子交换树脂、弱碱性阴离子交换树脂等阴离子交换树脂会有效地去除有机过氧化物,故为特别优选。此外,“具有微孔的交联树脂”,并非仅由独立气泡或“无贯穿的孔穴”形成,可举出具有贯穿孔的交联树脂为更优选。此处,“交联树脂”指交联且树脂成分实质上并未溶解于有机液体中的树脂。
此外,就“具有贯穿孔的交联树脂”而言,可举出具有单块连续(monolith)结构的交联树脂为特别优选。此处,“单块连续结构”,指具有微细的连续贯穿孔的结构。
本发明的更优选形态,是上述载体为具有单块连续结构的强碱性阴离子交换体的去除前述有机过氧化物的方法。
本发明中的载体,是在具有单块连续结构的阴离子交换体承载铂族金属催化剂而形成的,自有机酸酯类液体中去除有机过氧化物的能力高。即,去除有机过氧化物的方法的特别优选形态,是使“在具有单块连续结构的阴离子交换体承载铂族金属催化剂而形成的载体”与有机酸酯类液体接触的方法。
以下,说明“在具有单块连续结构的有机多孔质阴离子交换体承载铂族金属催化剂而形成的载体”。
本发明中的“具有单块连续结构的有机多孔质阴离子交换体”,指包含日本特开2010-240641的段落编号[0164]至[0260]中所述的“第1单块连续阴离子交换体”、“第2单块连续阴离子交换体”、“第3单块连续阴离子交换体”、“第4单块连续阴离子交换体”,及日本特开2010-240641的实施例所记载的,和高分子论文集,Vol.62,No.1,pp.7-16(2005)所记载的。
本发明中的“在具有单块连续结构的有机多孔质阴离子交换体承载铂族金属催化剂而形成的载体”,指包含日本特开2010-240641的段落编号[0261]至[0267]中所记载的,和高分子论文集,Vol.68,No.5,pp.320-325(2011)所记载的。
本发明中的“在具有单块连续结构的有机多孔质阴离子交换体承载铂族金属催化剂而形成的载体”中,“具有单块连续结构的有机多孔质阴离子交换体”是将阴离子交换基导入单块连续结构体中而得。
本说明书中,有时将“具有单块连续结构的有机多孔质体”简称为“单块连续”。此外,有时将“具有单块连续结构的有机多孔质阴离子交换体”简称为“具有单块连续结构的阴离子交换体”或“单块连续阴离子交换体”。
以下,虽然并无限制,但表示优选的“在具有单块连续结构的阴离子交换体(单块连续阴离子交换体)承载铂族金属催化剂而形成的载体”的调制方法与构成的一例。
本发明的制造有机酸酯类液体的方法,以前述制造有机酸酯类液体的方法为优选,其中,前述铂族金属催化剂是在具有单块连续结构的有机多孔质阴离子交换体承载平均粒径1至100nm的铂族金属的纳米粒子的铂族金属承载催化剂,
该具有单块连续结构的有机多孔质阴离子交换体由连续骨架相与连续孔隙相形成,连续骨架的厚度为1至100μm,连续孔隙的平均直径为1至1,000μm,全细孔容积为0.5至50mL/g,干燥状态中的每单位重量的离子交换容量为0.5至6mg当量/g,离子交换基均匀地分布在该具有单块连续结构的有机多孔质阴离子交换体中,该铂族金属的承载量在干燥状态为0.004至20质量%。
本发明中的“具有单块连续结构的阴离子交换体(单块连续阴离子交换体)”,以下述第1至第6单块连续阴离子交换体为特别优选。
以下,说明第1至第6单块连续阴离子交换体,及在其上承载铂族金属催化剂而成的载体。
<第1单块连续阴离子交换体的说明>
第1单块连续阴离子交换体,是具有相互连结的巨孔(macropore)与巨孔的壁内有平均直径1至1,000μm的共通开口(中孔(mesopore))的连续气泡结构,全细孔容积为1至50mL/g,干燥状态中的每单位重量的离子交换容量为0.5至6mg当量/g,离子交换基均匀地分布在该具有单块连续结构的有机多孔质阴离子交换体中。
图1表示第1单块连续阴离子交换体的形态例的SEM照片。
第1单块连续阴离子交换体,是连续巨孔结构体,其中气泡状的巨孔彼此相互重叠,此重叠部份成为在干燥状态中平均直径1至1,000μm(以10至200μm为优选,并以20至100μm为特别优选)的共通开口(中孔),且该结构体大部份为开放孔(open pore)结构。开放孔结构,只要使液体流通即在该巨孔与该中孔形成的气泡内形成流路。巨孔与巨孔的重叠,是1个巨孔中有1至12个,大多是3至10个。第1单块连续阴离子交换体的中孔的平均直径,在单块连续中导入阴离子交换基时,单块连续整体膨胀,故变成比单块连续的中孔的平均直径还大。
中孔的干燥状态中的平均直径不到1μm时,通液时的压力损失明显变大,中孔的干燥状态中的平均直径超过1,000μm时,被处理液与单块连续阴离子交换体的接触变得不充分,去除有机过氧化物的特性降低。
通过单块连续阴离子交换体的结构成为如同上述的连续气泡结构,可均匀地形成巨孔群或中孔群,同时在与如同日本特开平8-252579号公报等所述的粒子凝聚型多孔质体比较时,可使细孔容积或比表面积格外地大。
再者,干燥状态的单块连续的开口的平均直径及干燥状态的第1单块连续阴离子交换体的开口的平均直径,是通过水银渗入法测定的值。此外,水湿润状态的第1单块连续阴离子交换体的开口的平均直径,是将干燥状态的第1单块连续阴离子交换体的开口的平均直径乘以膨胀率而计算出的值。
具体上,水湿润状态的第1单块连续阴离子交换体的直径设为x1(mm),使该水湿润状态的第1单块连续阴离子交换体干燥,所得的干燥状态的第1单块连续阴离子交换体的直径设为y1(mm),将此干燥状态的第1单块连续阴离子交换体通过水银渗入法测定时的开口的平均直径设为z1(μm)时,水湿润状态的第1单块连续阴离子交换体的开口的平均直径(μm)由下式“水湿润状态的第1单块连续阴离子交换体的开口的平均直径(μm)=z1×(x1/y1)”计算出。
此外,当得知导入阴离子交换基前的干燥状态的单块连续的开口的平均直径、及在该干燥状态的单块连续中导入阴离子交换基时的相对于干燥状态的单块连续的水湿润状态的第1单块连续阴离子交换体的膨胀率时,也可将干燥状态的单块连续的开口的平均直径乘以膨胀率,计算出水湿润状态的第1单块连续阴离子交换体的开口的平均直径。
本发明的第1单块连续阴离子交换体的全细孔容积为1至50mL/g,并以2至30mL/g为合适。全细孔容积不到1mL/g时,通液时的压力损失变大,并且,每单位截面积的渗过液量变小,而处理能力降低。另一方面,全细孔容积超过50mL/g时,机械强度降低,尤其在以高流速通液时,单块连续阴离子交换体会大幅变形。另外,因被处理液与单块连续阴离子交换体以及承载在其上的铂族金属纳米粒子间的接触效率降低,催化剂效果也会降低。
全细孔容积,在以往的粒子状多孔质离子交换树脂中,最多仅0.1至0.9mL/g,故可使用超越其的以往不存在的1至50mL/g的高细孔容积、高比表面积者。再者,在本发明中,第1单块连续阴离子交换体的全细孔容积,是通过水银渗入法测定的值。此外,第1单块连续阴离子交换体的全细孔容积,在干燥状态中或在水湿润状中均相同。
本发明的第1单块连续阴离子交换体的干燥状态中的每单位质量的阴离子交换容量以0.5至6.0mg当量/g为优选。干燥状态中的每单位质量的阴离子交换容量不到0.5mg当量/g时,铂族金属的纳米粒子承载量降低,过氧化氢分解特性或去除溶氧的特性降低。另一方面,干燥状态中的每单位质量的阴离子交换容量超过6.0mg当量/g时,因离子形的变化而致的单块连续阴离子交换体的膨胀及收缩的体积变化明显变大,依情况,会在单块连续阴离子交换体产生裂纹或破碎。
此外,本发明的第1单块连续阴离子交换体的水湿润状态中的每单位体积的阴离子交换容量,虽然无特别的限制,但通常是0.05至0.5mg当量/mL。此外,离子交换基仅导入表面的多孔质体的离子交换容量,虽然不能一概依多孔质体或离子交换基的种类而决定,但最多仅500μg当量/g。
本发明的第1单块连续阴离子交换体中,构成连续巨孔结构体的骨架的材料是具有交联结构的有机聚合物材料。该聚合物材料的交联密度并无特别的限制,相对于构成聚合物材料的全构成单元,含有0.3至10摩尔%的交联结构单元,并宜以含有0.3至5摩尔%为优选。
交联结构单元不到0.3摩尔%时,因机械强度不足,故不优选;另一方面,超过10摩尔%时,会有导入阴离子交换基变得困难的情形,故不优选。
该聚合物材料的种类并无特别的限制,可列举例如聚苯乙烯、聚(α-甲基苯乙烯)、聚乙烯基甲苯、聚乙烯基苯甲基氯化物、聚乙烯基联苯、聚乙烯基萘等芳香族乙烯聚合物;聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃;聚氯乙烯、聚四氟乙烯等卤化聚烯烃;聚丙烯腈等腈类聚合物;聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸环氧丙酯、聚丙烯酸乙酯等(甲基)丙烯酸类聚合物等交联聚合物。上述聚合物,可以是使单独的乙烯单体与交联剂共聚合而得的聚合物,也可以是使多个乙烯单体与交联剂聚合而得的聚合物,此外,也可以是二种以上的聚合物的混合物。
此等有机聚合物材料中,就形成连续巨孔结构的容易度、导入阴离子交换基的容易度与机械强度的高度、及对于酸或碱的稳定性的高度而言,以芳香族乙烯聚合物的交联聚合物为优选,尤其可举出苯乙烯-二乙烯基苯共聚合物或乙烯基苯甲基氯化物-二乙烯基苯共聚合物作为优选的材料。
本发明的第1单块连续阴离子交换体的阴离子交换基,可举出三甲基铵基、三乙基铵基、三丁基铵基、二甲基羟基乙基铵基、二甲基羟基丙基铵基、甲基二羟基乙基铵基等季铵基团、或叔锍基团、鏻基等。
本发明的第1单块连续阴离子交换体中,导入的阴离子交换基,并不只分布在多孔质体表面,也均匀地分布至多孔质体的骨架内部。此处所言“阴离子交换基为均匀地分布”,指阴离子交换基的分布至少是以μm等级均匀地分布在表面及骨架内部。阴离子交换基的分布状况,可通过将对阴离子离子交换成氯离子、溴离子等之后,使用EPMA而比较简易地确认。此外,阴离子交换基,不只在单块连续的表面,也均匀地分布至多孔质体的骨架内部时,因可使表面与内部的物理性质及化学性质均匀,故对于膨胀及收缩的耐久性提高。
(第1单块连续阴离子交换体的制造方法)
本发明的第1单块连续阴离子交换体的制造方法,并无特别的限制,可举出:以一个阶段将含有阴离子交换基的成分作成单块连续阴离子交换体的方法、通过不含阴离子交换基的成分形成单块连续,然后导入阴离子交换基的方法等。此等方法中,通过不含阴离子交换基的成分形成单块连续,然后导入阴离子交换基的方法,因容易控制单块连续阴离子交换体的多孔结构且可定量导入阴离子交换基,故为优选。
以下表示依据日本特开2002-306976号公报所述方法的制造方法的一例。即,该第1单块连续阴离子交换体,是将不含阴离子交换基的油溶性单体、表面活性剂、水及任选的聚合引发剂混合,获得油包水型乳液,使此乳液聚合且形成多孔质体,然后导入阴离子交换基。
不含阴离子交换基的油溶性单体,指不含季铵基团等阴离子交换基且对于水的溶解性低的亲油性单体。此等单体的具体例,可举出:苯乙烯、α-甲基苯乙烯、乙烯基甲苯、乙烯基苯甲基氯化物、二乙烯基苯、乙烯、丙烯、异丁烯、丁二烯、异戊二烯、氯丁二烯、氯乙烯、溴乙烯、偏二氯乙烯、四氟乙烯、丙烯腈、甲基丙烯腈、乙酸乙烯酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸2-乙基己酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、丁二醇二丙烯酸酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸环己酯、甲基丙烯酸苯甲酯、甲基丙烯酸环氧丙酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯等。此等单体,可单独使用一种,或将二种以上组合使用。
但本发明中,以至少选择二乙烯基苯、乙二醇二甲基丙烯酸酯等交联性单体作为油溶性单体的一成分,并将其含量在全油溶性单体中设为0.3至10摩尔%,并宜设为0.3至5摩尔%,就在之后的步骤中定量地导入阴离子交换基,且可确保实用上充分的机械强度的观点而言为优选。
表面活性剂只要是在将不含阴离子交换基的油溶性单体与水混合时可形成油包水型(W/O)乳液即无特别的限制,可使用山梨醇酐单油酸酯、山梨醇酐单月桂酸酯、山梨醇酐单棕榈酸酯、山梨醇酐单硬脂酸酯、山梨醇酐三油酸酯、聚氧乙烯壬基苯基醚、聚氧乙烯硬脂基醚、聚氧乙烯山梨醇酐单油酸酯等非离子表面活性剂;油酸钾、十二烷基苯磺酸钠、磺酸基琥珀酸二辛酯钠等阴离子表面活性剂;氯化二硬脂基二甲基铵等阳离子表面活性剂;月桂基二甲基甜菜碱等两性表面活性剂。此等表面活性剂可单独使用一种,或将二种以上组合使用。此外,油包水型乳液,指油相成为连续相,水滴分散在其中的乳液。
上述表面活性剂的添加量,虽然因油溶性单体的种类及目标乳液粒子(巨孔)的大小而大幅变动故不能一概而论,但相对于油溶性单体与表面活性剂的合计量可在约2至70%的范围中选择。此外,虽然不一定为必要,但为了控制多孔质体的气泡形状或大小,也可使甲醇、硬脂醇等醇;硬脂酸等羧酸;辛烷、十二烷、甲苯等烃;四氢呋喃、二氧六环等环状醚在系统内共存。
此外,多孔质体形成时,可视需要而使用的聚合引发剂,可适合使用通过热及光照射而产生自由基的化合物。聚合引发剂,可以是水溶性,也可以是油溶性,可列举例如2,2’-偶氮双(异丁腈)、2,2’-偶氮双(2,4-二甲基戊腈)、2,2’-偶氮双(2-甲基丁腈)、2,2’-偶氮双(4-甲氧基-2,4-二甲基戊腈)、2,2’-偶氮双异丁酸二甲酯、4,4’-偶氮双(4-氰基戊酸)、1,1’-偶氮双(环己烷-1-甲腈)、过氧化苯甲酰、过氧化月桂酰、过硫酸钾、过硫酸铵、二硫化四甲基秋兰姆(tetramethylthiuram disulfide)等偶氮双异丁腈、偶氮双二甲基戊腈、偶氮双环己烷腈、偶氮双环己烷甲腈、过氧化苯甲酰、过硫酸钾、过硫酸铵、过氧化氢-氯化亚铁、过硫酸钠-酸式亚硫酸钠、二硫化四甲基秋兰姆等。但,依情况,即使不添加聚合引发剂也有仅通过加热或光照射而进行聚合的系统,故在此种系统中勿添加聚合引发剂。
将不含阴离子交换基的油溶性单体、表面活性剂、水及聚合引发剂混合,形成油包水型乳液时的混合方法,并无特别的限制,可使用将各成分一起一次混合的方法;使油溶性单体、表面活性剂及油溶性聚合引发剂的油溶性成分,与水或水溶性聚合引发剂的水溶性成分分别均匀溶解后,将各别成分混合的方法等。
乳液形成用的混合装置也无特别限制,可使用通常的混合器、均质机、高压均质机,或可使用将被处理物放入混合容器中,并通过在使该混合容器倾斜的状态使其一边绕公转轴的周围公转一边自转,而将被处理物搅拌混合的所谓行星式搅拌装置等,只要选择适合得到目标乳液粒径的装置即可。
此外,混合条件也无特别的限制,可任意设定可得目标乳液粒径的搅拌旋转数或搅拌时间。此等混合装置中,行星式搅拌装置因可使W/O乳液中的水滴均匀地生成,且其平均径可在广范围中任意地设定,故较宜使用。
使如此方式而得的油包水型乳液聚合的聚合条件,可依单体的种类、引发剂类而选择各种条件。例如,在使用偶氮双异丁腈、过氧化苯甲酰、过硫酸钾等作为聚合引发剂时,只要在惰性环境气体下的密封容器内,以30至100℃使其加热聚合1至48小时即可,在使用过氧化氢-氯化亚铁、过硫酸钠-酸式亚硫酸钠等作为引发剂时,只要在惰性环境气体下的密封容器内,以0至30℃使其聚合1至48小时即可。聚合结束后,取出内容物,用异丙醇等溶剂进行索氏萃取(Soxhletextraction),去除未反应单体与残留表面活性剂而获得单块连续。
<第2单块连续阴离子交换体的说明>
第2单块连续阴离子交换体,是平均粒径1至50μm的有机聚合物粒子凝聚形成三维连续的骨架部份,在该骨架间具有平均直径20至100μm的三维连续的孔隙,全细孔容积为1至10mL/g,干燥状态中的每单位重量的离子交换容量为0.5至6mg当量/g,离子交换基均匀地分布在该具有单块连续结构的有机多孔质阴离子交换体中。
图2表示第2单块连续阴离子交换体的形态例的SEM照片。
第2单块连续阴离子交换体的基本结构,是形成具有交联结构单元的平均粒径在水湿润状态中为1至50μm(并以1至30μm为优选)的有机聚合物粒子凝聚形成三维连续的骨架部份,在该骨架间具有平均直径在水湿润状态中为20至100μm(并以20至90μm为优选)的三维连续的孔隙的粒子凝聚型结构,该三维连续的孔隙成为液体或气体的流路。
有机聚合物粒子的平均直径在水湿润状态中不到1μm时,骨架间的连续孔隙的平均直径在水湿润状态中变成小到未达20μm,故不优选;超过50μm时,有机液体与单块连续阴离子交换体间的接触变得不充分,其结果,去除有机过氧化物的效果降低,故不优选。此外,存在于骨架间的三维连续的孔隙的平均直径在水湿润状态中不到20μm时,使有机液体渗透时的压力损失变大,故不优选;另一方面,超过100μm时,有机液体与单块连续阴离子交换体间的接触变得不充分,去除有机过氧化物的特性降低,故不优选。
此外,第2单块连续阴离子交换体的有机聚合物粒子在水湿润状态中的平均粒径,利用SEM而简便地测定。具体上,首先,拍摄干燥状态的第2单块连续阴离子交换体的截面的任意抽出部分的SEM照片,测定该SEM照片中的全粒子的有机聚合物粒子的直径,并测定干燥状态的第2单块连续阴离子交换体中的有机聚合物粒子的平均粒径。接着,将所得的干燥状态的有机合物粒子的平均粒径乘以膨胀率,计算出水湿润状态的第2单块连续阴离子交换体中的有机聚合物粒子的平均粒径。
例如,水湿润状态的第2单块连续阴离子交换体的直径设为x1(mm),使该水湿润状态的第2单块连续阴离子交换体干燥,所得的干燥状态的第2单块连续阴离子交换体的直径设为y1(mm),拍摄此干燥状态的第2单块连续阴离子交换体的截面的SEM照片,测定该SEM照片中的全粒子的有机聚合物粒子的直径时的平均粒径设为z1(μm)时,水湿润状态的第2单块连续阴离子交换体中的有机聚合物粒子的平均粒径(μm)由下式“水湿润状态的第2单块连续阴离子交换体中的有机聚合物粒子的平均粒径(μm)=z1×(x1/y1)”计算出。
此外,当得知导入阴离子交换基前的干燥状态的单块连续中的有机聚合物粒子的平均粒径、及在该干燥状态的单块连续中导入阴离子交换基时的相对于干燥状态的单块连续的水湿润状态的第2单块连续阴离子交换体的膨胀率时,可将干燥状态的单块连续中的有机聚合物粒子的平均粒径乘以膨胀率而计算出水湿润状态的第2单块连续阴离子交换体中的有机聚合物粒子的平均粒径。
本发明的第2单块连续阴离子交换体的全细孔容积为1至10mL/g。全细孔容积不到1mL/g时,通液时的压力损失变大,故不优选,并且,每单位截面积的渗透液量变小,处理能力降低,故不优选。另一方面,全细孔容积超过10mL/g时,第2单块连续阴离子交换体的每单位体积的离子交换容量降低,每单位体积的铂族金属承载量降低,故不优选。
再者,在本发明中,单块连续(第2单块连续阴离子交换体)的全细孔容积,通过水银渗入法求得。此外,单块连续(第2单块连续阴离子交换体)的全细孔容积,不论在干燥状态或在水湿润状态中,均相同。
本发明的第2单块连续阴离子交换体中,有机聚合物粒子凝聚而成三维连续的骨架部份的材料,是具有交联结构单元的有机聚合物材料。即,该有机聚合物材料,具有由乙烯单体形成的构成单元与分子中具有2个以上的乙烯基的交联剂结构单元,相对于构成聚合物材料的全构成单元,该聚合物材料含有1至5摩尔%的交联结构单元,并以含有1至4摩尔%为优选。交联结构单元不到1摩尔%时,机械强度不足,故不优选;另一方面,超过5摩尔%时,在上述骨架间三维连续存在的孔隙径变小,压力损失变大,故不优选。该聚合物材料的种类并无特别的限制,例如与构成第1单块连续的聚合物材料相同,故省略其说明。
第2单块连续阴离子交换体中,水湿润状态中的每单位体积的阴离子交换容量虽然并不特别限制,但通常是0.2至1.0mg当量/mL。本发明的第2单块连续阴离子交换体,可维持抑制压力损失为低值并使得每单位体积的阴离子交换容量格外地大。每单位体积的离子交换容量不到0.2mg当量/mL时,每单位体积的铂族金属纳米粒子承载量降低,故不优选。另一方面,每单位体积的阴离子交换容量超过1.0mg当量/mL时,离子形的变化而致的第2单块连续阴离子交换体的膨胀及收缩的体积变化明显变大,依情况,在第2单块连续阴离子交换体会产生裂纹或破碎,故不优选。
此外,第2单块连续阴离子交换体的每单位干燥质量的阴离子交换容量,并无特别的限制,因使阴离子交换基均匀地导入多孔质体的表面及骨架内部,故表示3至6mg当量/g的值。离子交换基仅导入表面的多孔质体的离子交换容量,虽然不能一概依多孔质体或离子交换基的种类而决定,但最多仅500μg当量/g。
第2单块连续阴离子交换体的制造中使用的乙烯单体/油溶性单体,与第1单块连续阴离子交换体的制造中使用的油溶性单体相同,故省略其说明。
第2单块连续阴离子交换体的制造中的交联剂,与第1单块连续阴离子交换体的制造中使用的交联剂相同,故省略其说明。相对于乙烯单体与交联剂的合计量,交联剂的使用量({交联剂/(乙烯单体+交联剂)}×100)是1至5摩尔%,并以1至4摩尔%为优选。交联剂的使用量对获得的单块连续的多孔结构造成很大的影响,交联剂的使用量超过5摩尔%时,骨架间形成的连续孔隙的大小变小,故不优选。另一方面,交联剂的使用量不到1摩尔%时,多孔质体的机械强度不足,通液时大幅变形,或招致多孔质体的破坏,故不优选。
本发明中使用的有机溶剂,是溶解乙烯单体及交联剂但不溶解乙烯单体聚合生成的聚合物的有机溶剂,换言之,是相对于乙烯单体聚合生成的聚合物而言的不良溶剂。该有机溶剂,因乙烯单体的种类而大为不同,故难以列举通常具体例,但例如乙烯单体为苯乙烯时,有机溶剂可举出甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、己醇、环己醇、辛醇、2-乙基己醇、癸醇、十二烷醇、乙二醇、丁二醇、甘油等醇类;二乙基醚、乙二醇二甲醚等链状醚类;己烷、辛烷、癸烷、十二烷等链状饱和烃类等。
这些之中,醇类因容易通过静置聚合而形成粒子凝聚结构并且三维连续的孔隙变大,故为优选。此外,即使为如同苯或甲苯等聚苯乙烯的良溶剂,当与上述不良溶剂一起使用,且其使用量少时,作为有机溶剂使用。
第2单块连续的制造中使用的聚合引发剂,与第1单块连续阴离子交换体的制造中使用的表面活性剂相同,故省略其说明。聚合引发剂的使用量,虽因单体的种类或聚合温度等而大幅变动,但相对于乙烯单体与交联剂的合计量,聚合引发剂的使用量({聚合引发剂/(乙烯单体+交联剂)}×100)是约为0.01至5摩尔%。
第2单块连续的制造方法中,只要以使已溶解于有机溶剂中的乙烯单体的聚合迅速进行的条件进行,即可使平均粒径接近1μm的有机聚合物粒子沉降、凝聚而形成三维连续的骨架部份。迅速进行乙烯单体聚合的条件,虽然因乙烯单体、交联剂、聚合引发剂及聚合温度等而异,而不能一概决定,但为增加交联剂、提高单体浓度、提高温度等。除了此种聚合条件外,再加上适宜决定使平均粒径1至50μm的有机聚合物粒子凝聚的聚合条件即可。
此外,欲在该骨架间形成平均直径20至100μm的三维连续的孔隙时,如前述般,只要将相对于乙烯单体与交联剂的合计量的交联剂的使用量设为特定量即可。此外,欲将单块连续的全细孔容积设为0.5至10mL/g时,虽然因乙烯单体、交联剂、聚合引发剂及聚合温度等而异,而不能一概决定,但大致上只要在相对于有机溶剂、单体及交联剂的合计使用量的有机溶剂使用量({有机溶剂/(有机溶剂+单体+交联剂)}×100)为30至80质量%的条件中聚合即可,并以40至70质量%为合适。
聚合条件,可依单体的种类、引发剂的种类而选择各式各样的条件。例如,在使用2,2’-偶氮双(异丁腈)、2,2’-偶氮双(2,4-二甲基戊腈)、过氧化苯甲酰、过氧化月桂酰、过硫酸钾等作为引发剂时,只要在惰性环境气体下的密封容器内,以30至100℃加热聚合1至48小时即可。聚合结束后,取出内容物,以去除未反应乙烯单体与有机溶剂为目的,以丙酮等溶剂萃取而获得单块连续。
<第3单块连续阴离子交换体的说明>
第3单块连续阴离子交换体,是包括由已导入离子交换基的全构成单元中含有交联结构单元0.3至5.0摩尔%的芳香族乙烯聚合物形成的平均粗细度为1至60μm的三维连续的骨架、与在该骨架间的平均直径为10至200μm的三维连续的孔隙的共连续结构体,全细孔容积为0.5至10mL/g,干燥状态中的每单位重量的离子交换容量为0.5至6mg当量/g,离子交换基均匀地分布在该具有单块连续结构的有机多孔质阴离子交换体中。
图3表示第3单块连续阴离子交换体的形态例的SEM照片;图4表示第3单块连续阴离子交换体的SEM照片的以截面形式表示的骨架部转印的图。
第3单块连续阴离子交换体,是包括由在已导入阴离子交换基的全构成单元中含有交联结构单元0.3至5.0摩尔%的芳香族乙烯聚合物形成的平均粗细度在水湿润状态中为1至60μm的三维连续的骨架、与在该骨架间平均直径在水湿润状态中为10至200μm的三维连续的孔隙的共连续结构体,全细孔容积为0.5至10mL/g,水湿润状态中的每单位体积的离子交换容量为0.2至1.0mg当量/mL,阴离子交换基均匀地分布在该多孔质离子交换体中。
第3单块连续阴离子交换体,是包括已导入阴离子交换基的平均粗细度在水湿润状态中为1至60μm(并以3至58μm为优选)的三维连续的骨架、与在该骨架间平均直径在水湿润状态中为10至200μm(并以15至180μm为优选,而以20至150μm为特别优选)的三维连续的孔隙的共连续结构体。
即,如同图4的示意图表示,共连续结构是连续的骨架相1与连续的孔隙相2交织且分别皆为三维连续的结构10。此连续的孔隙2,由于与已往的连续气泡型单块连续或粒子凝聚型单块连续相比有较高的孔隙连续性且其大小无偏差,故可达成非常均匀的离子吸附作用。此外,因骨架粗,故机械强度高。
第3单块连续阴离子交换体的骨架粗细度及孔隙直径,在单块连续中导入阴离子交换基时,因单块连续整体膨胀,故比起单块连续的骨架粗细度及孔隙直径变得更大。此连续的孔隙,由于与已往的连续气泡型或粒子凝聚型相比有较高的孔隙连续性且其大小无偏差,故可达成非常均匀的阴离子的吸附作用。三维连续的孔隙的平均直径在水湿润状态中不到10μm时,通液时的压力损失变大,故不优选;超过200μm时,有机液体与有机多孔质阴离子交换体的接触变得不充分,其结果,有机液体中的有机过氧化物的去除变得不充分,故不优选。
此外,骨架的平均粗细度在水湿润状态中不到1μm时,除了有每单位体积的阴离子交换容量降低的缺点以外,还有机械强度降低,尤其在以高流速通液时第3单块连续阴离子交换体会大幅变形,故不优选。此外,因有机液体与第3单块连续阴离子交换体的接触效率降低,催化剂效果降低,故不优选。另一方面,骨架的粗细度超过60μm时,骨架变得过粗,通液时的压力损失增大,故不优选。
上述连续结构体的孔隙在水湿润状态中的平均直径,是将以水银渗入法测定的干燥状态的第3单块连续阴离子交换体的孔隙的平均直径乘以膨胀率而计算出的值。具体上,水湿润状态的第3单块连续阴离子交换体的直径设为x2(mm),使该水湿润状态的第3单块连续阴离子交换体干燥,所得干燥状态的第3单块连续阴离子交换体的直径设为y2(mm),将此干燥状态的第3单块连续阴离子交换体通过水银渗入法测定时的孔隙的平均直径设为z2(μm)时,第3单块连续阴离子交换体的孔隙的水湿润状态的平均直径(μm),由下式“水湿润状态的第3单块连续阴离子交换体的孔隙的平均直径(μm)=z2×(x2/y2)”计算出。
此外,当得知导入阴离子交换基前的干燥状态的单块连续的孔隙的平均直径、及在该干燥状态的单块连续中导入阴离子交换基时的相对于干燥状态的单块连续的水湿润状态的第3单块连续阴离子交换体的膨胀率时,也可将干燥状态的单块连续的孔隙的平均直径乘以膨胀率,计算出水湿润状态的第3单块连续阴离子交换体的孔隙的平均直径。
此外,上述连续结构体的骨架在水湿润状态中的平均粗细度,是至少进行3次干燥状态的第3单块连续阴离子交换体的SEM观察,测定所得影像中的骨架粗细度,将其平均值乘以膨胀率而计算出的值。
具体上,水湿润状态的第3单块连续阴离子交换体的直径设为x3(mm),使该水湿润状态的第3单块连续阴离子交换体干燥,所得的干燥状态的第3单块连续阴离子交换体的直径设为y3(mm),至少进行3次此干燥状态的第3单块连续阴离子交换体的SEM观察,测定所得影像中的骨架粗细度,其平均值设为z3(μm)时,水湿润状态的第3单块连续阴离子交换体的连续结构体的骨架的平均粗细度(μm),由下式“水湿润状态的第3单块连续阴离子交换体的连续结构体的骨架的平均粗细度(μm)=z3×(x3/y3)”计算出。
此外,当得知导入阴离子交换基前的干燥状态的单块连续的骨架的平均粗细度、及在该干燥状态的单块连续中导入阴离子交换基时的相对于干燥状态的单块连续的水湿润状态的第3单块连续阴离子交换体的膨胀率时,也可将干燥状态的单块连续的骨架的平均粗细度乘以膨胀率,计算出水湿润状态的第3单块连续阴离子交换体的骨架的平均粗细度。此外,虽然骨架是棒状且圆形截面形状,但也可含有楕圆截面形状等异径截面者。此时的粗细度是短径与长径的平均。
此外,第3单块连续阴离子交换体的全细孔容积为0.5至10mL/g。全细孔容积不到0.5mL/g时,通液时的压力损失变大,故不优选,并且,每单位截面积的渗透液量变小,处理液量降低,故不优选。另一方面,全细孔容积超过10mL/g时,每单位体积的阴离子交换容量降低,铂族金属纳米粒子的承载量也降低,催化剂效果降低,故不优选。此外,机械强度降低,尤其以高流速通液时第3单块连续阴离子交换体会大幅变形,故不优选。
此外,因有机液体与第3单块连续阴离子交换体的接触效率降低,去除有机过氧化物的效果也降低,故不优选。只要三维连续的孔隙的大小及全细孔容积在上述范围中,则与有机液体的接触非常均匀且接触面积大,且可在低压力损失下通液。此外,单块连续(单块连续中间体、单块连续、单块连续阴离子交换体)的全细孔容积,在干燥状态中或在水湿润状态中均相同。
第3单块连续阴离子交换体中,构成共连续结构体的骨架的材料,是全构成单元中含有0.3至5摩尔%的交联结构单元的芳香族乙烯聚合物,并以含有0.5至3.0摩尔%为优选,且为疏水性。交联结构单元不到0.3摩尔%时,机械强度不足,故不优选;另一方面,超过5摩尔%时,多孔质体的结构容易偏离共连续结构。该芳香族乙烯聚合物的种类并无特别的限制,可列举例如聚苯乙烯、聚(α-甲基苯乙烯)、聚乙烯基甲苯、聚乙烯基苯甲基氯化物、聚乙烯基联苯、聚乙烯基萘等。
上述聚合物,可以是使单独乙烯单体与交联剂共聚合而得的聚合物,也可以是使多个乙烯单体与交联剂聚合而得的聚合物,此外,也可以是使二种以上的聚合物混合物。此等有机聚合物材料中,就形成共连续结构的容易度、导入阴离子交换基的容易度与机械强度的高度及对于酸或碱的稳定性的高度而言,以苯乙烯-二乙烯基苯共聚合物或乙烯基苯甲基氯化物-二乙烯基苯共聚合物为优选。
第3单块连续阴离子交换体,是具有在水湿润状态中的每单位体积的阴离子交换容量为0.2至1.0mg当量/mL的离子交换容量。每单位体积的阴离子交换容量不到0.2mg当量/mL时,每单位体积的铂族金属的纳米粒子承载量降低,故不优选。另一方面,每单位体积的阴离子交换容量超过1.0mg当量/mL时,通液时的压力损失增大,故不优选。此外,第3单块连续阴离子交换体在干燥状态中的每单位质量的阴离子交换容量,虽然无特别的限制,但为了使离子交换基均匀地导入多孔质体的骨架表面及骨架内部,故为3至6mg当量/g。
此外,离子交换基仅导入骨架表面的多孔质体的离子交换容量,虽然不可一概依多孔质体或离子交换基的种类而决定,但最多仅500μg当量/g。
第3单块连续阴离子交换体中的阴离子交换基,与第1单块连续阴离子交换体中的阴离子交换基相同,故省略其说明。第3单块连续阴离子交换体中,导入的阴离子交换基,并不只分布在多孔质体的表面,也均匀地分布至多孔质体的骨架内部。均匀分布的定义,与第1单块连续阴离子交换体的均匀分布的定义相同。
(第3单块连续阴离子交换体的制造方法)
第3单块连续阴离子交换体,通过进行下述步骤而得:(步骤I)通过将不含离子交换基的油溶性单体、表面活性剂及水的混合物搅拌而调制油包水型乳液,接着使油包水型乳液聚合,获得全细孔容积超过16mL/g、30mL/g以下的连续巨孔结构的单块连续状有机多孔质中间体;(步骤II)调制由芳香族乙烯单体、一分子中至少具有2个以上乙烯基的全油溶性单体中0.3至5摩尔%的交联剂、溶解芳香族乙烯单体及交联剂但不溶解芳香族乙烯单体聚合生成的聚合物的有机溶剂、以及聚合引发剂形成的混合物;(步骤III)将步骤II中获得的混合物在静置下,且步骤I中获得的单块连续状的有机多孔质中间体存在下进行聚合,获得共连续结构体;以及在该步骤III中获得的共连续结构体中导入阴离子交换基的步骤。
获得第3单块连续阴离子交换体中的单块连续中间体的步骤I,只要依据日本特开2002-306976号公报所述的方法进行即可。
步骤I中,不含离子交换基的油溶性单体,与第1单块连续阴离子交换体的制造中使用的油溶性单体相同,故省略其说明。但,至少选择二乙烯基苯、乙二醇二甲基丙烯酸酯等交联性单体作为油溶性单体的一成分,且其含量设为在全油溶性单体中为0.3至5摩尔%,并以0.3至3摩尔%为优选,因有利于共连续结构的形成,故为优选。
表面活性剂,与第1单块连续阴离子交换体的步骤I中使用的表面活性剂相同,故省略其说明。
此外,在步骤I中,形成油包水型乳液时,也可视需要而使用聚合引发剂。聚合引发剂,与第1单块连续阴离子交换体的制造中使用的表面活性剂相同,故省略其说明。
将不含离子交换基的油溶性单体、表面活性剂、水及聚合引发剂混合,且形成油包水型乳液时的混合方法,与第1单块连续阴离子交换体的步骤I中的混合方法相同,故省略其说明。
第3单块连续阴离子交换体的制造方法中,步骤I中获得的单块连续中间体,是具有交联结构的有机聚合物材料,宜为芳香族乙烯聚合物。该聚合物材料的交联密度并无特别的限制,相对于构成聚合物材料的全构成单元,宜为含有0.3至5摩尔%的交联结构单元,并以含有0.3至3摩尔%为优选。
交联结构单元不到0.3摩尔%时,机械强度不足,故不优选。另一方面,超过5摩尔%时,单块连续的结构容易从共连续结构偏离,故不优选。尤其全细孔容积为16至20mL/g,在本发明中是偏小的情形时,为了形成共连续结构,交联结构单元是以不到3摩尔%为优选。
单块连续中间体的聚合物材料的种类,与第1单块连续阴离子交换体的单块连续中间体的聚合物材料的种类相同,故省略其说明。单块连续中间体的全细孔容积,为超过16mL/g、30mL/g以下,并以超过16mL/g、25mL/g以下为合适。
即,此单块连续中间体,虽然基本上是连续巨孔结构,但因巨孔与巨孔的重叠部份的开口(中孔)格外地大,故构成单块连续结构的骨架具有自二维的壁面极度接近一维棒状骨架的结构。使此与聚合系共存时,以单块连续中间体的结构作为型而形成共连续结构的多孔质体。全细孔容积太小时,使乙烯单体聚合后获得的单块连续结构会由共连续结构变化成连续巨孔结构,故不优选;另一方面,全细孔容积太大时,使乙烯单体聚合后获得的单块连续的机械强度降低,或每单位体积的阴离子交换容量降低,故不优选。欲将单块连续中间体的全细孔容积设为第3单块连续阴离子交换体的特定范围,只要将单体与水的比设为大致1:20至1:40即可。
此外,单块连续中间体,巨孔与巨孔的重叠部份的开口(中孔)的平均直径在干燥状态中为5至150μm。开口的平均直径在干燥状态中不到5μm时,使乙烯单体聚合后获得的单块连续的开口径变小,流体渗透时的压力损失变大,故不优选。另一方面,超过150μm时,使乙烯单体聚合后获得的单块连续的开口径变太大,有机液体与单块连续阴离子交换体的接触变得不充分,其结果,有机过氧化物特性降低,故不优选。
单块连续中间体,以巨孔的大小或开口径整齐的均匀结构者为合适,但对此并无限制,也可在均匀结构中,分散存在有比均匀的巨孔大小更大的不均匀的巨孔。
第3单块连续阴离子交换体的制造方法中,步骤II是调制由芳香族乙烯单体、一分子中至少具有2个以上乙烯基的全油溶性单体中0.3至5摩尔%的交联剂、溶解芳香族乙烯单体及交联剂但不溶解芳香族乙烯单体聚合生成的聚合物的有机溶剂、以及聚合引发剂形成的混合物的步骤。
步骤II,是调制由乙烯单体、一分子中至少具有2个以上的乙烯基的交联剂、溶解乙烯单体及交联剂但不溶解乙烯单体聚合生成的聚合物的有机溶剂、以及聚合引发剂形成的混合物的步骤。此外,步骤I与步骤II无顺序,可以是步骤I后进行步骤II,也可以是步骤II后进行步骤I。
步骤II中使用的乙烯单体,只要是分子中含有可聚合的乙烯基,且对于有机溶剂的溶解性高的亲油性乙烯单体,即无特别的限制,但以选定生成与上述聚合系共存的单块连续中间体相同种类或类似的聚合物材料的乙烯单体为优选。
此等乙烯单体的具体例,可举出:苯乙烯、α-甲基苯乙烯、乙烯基甲苯、乙烯基苯甲基氯化物、乙烯基联苯、乙烯基萘等芳香族乙烯单体;乙烯、丙烯、1-丁烯、异丁烯等α-烯烃;丁二烯、异戊二烯、氯丁二烯等二烯类单体;氯乙烯、溴乙烯、偏二氯乙烯、四氟乙烯等卤化烯烃;丙烯腈、甲基丙烯腈等腈类单体;乙酸乙烯酯、丙酸乙烯酯等乙烯酯;丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸环己酯、甲基丙烯酸苯甲酯、甲基丙烯酸环氧丙酯等(甲基)丙烯酸类单体。此等单体,可单独使用一种,或将二种以上组合使用。
本发明中适合使用的乙烯单体,是苯乙烯、乙烯基苯甲基氯化物等芳香族乙烯单体。此外,步骤I与步骤II无顺序,可在步骤I后进行步骤II,也可在步骤II后进行步骤I。第3单块连续阴离子交换体的制造方法中,步骤II中使用的芳香族乙烯单体,只要是分子中含有可聚合的乙烯基,且对于有机溶剂的溶解性高的亲油性芳香族乙烯单体,即无特别的限制,并以选定生成与上述聚合系共存的单块连续中间体相同种类或类似的聚合物材料的乙烯单体为优选。
此等芳香族乙烯单体的添加量,相对于聚合时共存的单块连续中间体,以质量计为5至50倍,并以5至40倍为优选。相对于单块连续中间体,芳香族乙烯单体添加量不到5倍时,无法使棒状骨架变粗,导入阴离子交换基后的每单位体积的阴离子交换容量变小,故不优选。另一方面,芳香族乙烯单体添加量超过50倍时,连续孔隙的径变小,通液时的压力损失变大,故不优选。
步骤II中使用的交联剂,可适合使用分子中至少含有2个可聚合的乙烯基,且对有机溶剂的溶解性高者。交联剂的具体例,可举出:二乙烯基苯、二乙烯基萘、二乙烯基联苯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、丁二醇二丙烯酸酯等。此等交联剂,可单独使用一种,或将二种以上组合使用。就机械强度的高度与对于水解的稳定性而言,优选的交联剂,是二乙烯基苯、二乙烯基萘、二乙烯基联苯等芳香族聚乙烯化合物。
相对于乙烯单体与交联剂的合计量(全油溶性单体),交联剂的使用量是0.3至5摩尔%,尤其是0.3至3摩尔%。交联剂的使用量不到0.3摩尔%时,单块连续的机械强度不足,故不优选;另一方面,过多时,会有定量导入阴离子交换基变困难的情况,故不优选。此外,上述交联剂的使用量,优选以与乙烯单体/交联剂聚合时共存的单块连续中间体的交联密度几乎相等的方式使用。两者的使用量相距太大时,生成的单块连续中会产生交联密度分布的偏差,导入阴离子交换基的反应时变得容易产生裂纹。
步骤II中使用的有机溶剂,是溶解乙烯单体及交联剂但不溶解乙烯单体聚合生成的聚合物的有机溶剂,换言之,是相对于乙烯单体聚合生成的聚合物而言的不良溶剂。该有机溶剂,因乙烯单体的种类而大幅相异故难以列举一般的具体例,但例如乙烯单体为苯乙烯时,有机溶剂可列举出甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、己醇、环己醇、辛醇、2-乙基己醇、癸醇、十二烷醇、乙二醇、丙二醇、丁二醇、甘油等醇类;二乙醚、乙二醇二甲醚、溶纤剂(cellosolve)、甲基溶纤剂、丁基溶纤剂、聚乙二醇、聚丙二醇、聚丁二醇等链状(聚)醚类;己烷、庚烷、辛烷、异辛烷、癸烷、十二烷等链状饱和烃类;乙酸乙酯、乙酸异丙酯、乙酸溶纤剂、丙酸乙酯等酯类。此外,即使是如同二氧六环或THF、甲苯等聚苯乙烯的良溶剂,也可与上述不良溶剂共用,其使用量少时,可作为有机溶剂使用。
此等有机溶剂的使用量,优选以使上述乙烯单体的浓度成为30至80质量%的方式使用。有机溶剂的使用量超出上述范围而乙烯单体浓度成为不到30质量%时,聚合速度降低,或聚合后的单块连续结构超出本发明的范围,故不优选。另一方面,乙烯单体浓度超过80质量%时,有聚合失控之虞,故不优选。
步骤II中使用的聚合引发剂,与第1单块连续阴离子交换体的制造中使用的聚合引发剂相同,故省略其说明。
第3单块连续阴离子交换体的制造方法中,步骤III,是将步骤II中获得的混合物在静置下,且该步骤I中获得的单块连续中间体存在下进行聚合,使该单块连续中间体的连续巨孔结构转变成共连续结构,获得共连续结构的单块连续的步骤。步骤III中使用的单块连续中间体,在创建具有本发明的新颖结构的单块连续方面,负责极重要的任务。如同日本特表平7-501140号等揭示,在单块连续中间体不存在下使乙烯单体与交联剂于特定有机溶剂中静置聚合时,可得粒子凝聚型的单块连续状有机多孔质体。
相对于此,如同本发明的第3单块连续,在上述聚合系中使特定的连续巨孔结构的单块连续中间体存在时,聚合后的单块连续的结构戏剧性地变化,粒子凝聚结构消失,获得上述共连续结构的单块连续。虽然尚未能详细地阐明其理由,但认为是:单块连续中间体不存在时,由聚合产生的交联聚合物呈粒子状析出/沉淀,而形成粒子凝聚结构,相对于此,聚合系中存在全细孔容积大的多孔质体(中间体)时,乙烯单体及交联剂由液相吸附或分配到多孔质体的骨架部,在多孔质体中进行聚合,构成单块连续结构的骨架由二维的壁面转变成一维的棒状骨架,而形成具有共连续结构的单块连续状有机多孔质体。
反应容器的内容积,只要为使单块连续中间体存在于反应容器中的大小者即无特别的限制,将单块连续中间体放置于反应容器内时,可为平面视时单块连续周围有间隙者、单块连续中间体无间隙地置入反应容器内者的任一者。其中,聚合后的粗骨的单块连续不受到容器内壁的挤压,且无间隙地置入反应容器内者,不会使单块连续产生扭曲,不浪费反应原料等而有效率。此外,即使在反应容器的内容积大且聚合后的单块连续周围存在间隙时,因乙烯单体或交联剂吸附、分配到单块连续中间体,故在反应容器内的间隙部份不会生成粒子凝聚结构物。
步骤III中,单块连续中间体是以含浸在混合物(溶液)中的状态放置于反应容器中。步骤II中获得的混合物与单块连续中间体的调配比,如同前述,宜以相对于单块连续中间体,芳香族乙烯单体的添加量以质量计成为5至50倍的方式调配,并以成为5至40倍为优选。借此,可获得适度大小的孔隙三维连续、且粗骨的骨架三维连续的共连续结构的单块连续。
反应容器中,混合物中的芳香族乙烯单体与交联剂,吸附、分配在静置的单块连续中间体的骨架,并在单块连续中间体的骨架内进行聚合。具有共连续结构的单块连续的基本结构,为配置有平均粗细度在干燥状态中为0.8至40μm的三维连续的骨架、与在该骨架间平均直径在干燥状态中为5至100μm的三维连续的孔隙的结构。上述三维连续的孔隙的干燥状态的平均直径,可通过水银渗入法测定细孔分布曲线,并以细孔分布曲线的极大值的形式获得。干燥状态的单块连续的骨架粗细度,只要为至少进行三次SEM观察,测定所得影像中的骨架的平均粗细度而计算出即可。此外,具有共连续结构的单块连续,具有0.5至10mL/g的全细孔容积。
第3单块连续阴离子交换体,于共连续结构的单块连续中导入阴离子交换基,故大幅膨胀成例如单块连续的1.4至1.9倍。此外,即使孔隙径因膨胀而变大,全细孔容积也不会变化。所以,第3单块连续阴离子交换体,尽管三维连续的孔隙大小格外地大,因具有粗骨的骨架,故机械强度高。此外,因骨架粗,故可使水湿润状态中的每单位体积的阴离子交换容量变大,并且,可能使有机液体液低压、大流量地长时间通液。
<第4单块连续阴离子交换体的说明>
第4单块连续阴离子交换体,是气泡状的巨孔彼此相互重叠,且此重叠部份成为平均直径30至300μm的开口的连续巨孔结构体,其中,全细孔容积为0.5至10mL/g,干燥状态中的每单位重量的离子交换容量为0.5至6mg当量/g,离子交换基均匀地分布在该具有单块连续结构的有机多孔质阴离子交换体中,且该连续巨孔结构体(干燥体)的切面的SEM影像中,于截面表示的骨架部面积,是影像区域中的25至50%。
图5表示第4单块连续阴离子交换体的形态例的SEM照片;图6表示第4单块连续阴离子交换体的共连续结构的示意图。
第4单块连续阴离子交换体,是气泡状的巨孔彼此相互重叠,且此重叠部份成为在水湿润状态中的平均直径30至300μm的开口(中孔)的连续巨孔结构体,并以30至200μm为优选,而以40至100μm为特别优选。第4单块连续阴离子交换体的开口的平均直径,当将阴离子交换基导入单块连续中时,因单块连续整体膨胀,故变得比单块连续的开口的平均直径更大。水湿润状态中的开口的平均直径不到30μm时,通液时的压力损失变大,故不优选;水湿润状态中的开口的平均直径太大时,有机液体与第4单块连续阴离子交换体及承载的铂族金属纳米粒子的接触变得不充分,其结果,去除有机过氧化物的特性降低,故不优选。再者,在本发明中,干燥状态的单块连续中间体的开口的平均直径、干燥状态的单块连续的开口的平均直径及干燥状态的第4单块连续阴离子交换体的开口的平均直径,是通过水银渗入法测定的值。
此外,水湿润状态的第4单块连续阴离子交换体的开口的平均直径,是将干燥状态的第4单块连续阴离子交换体的开口的平均直径乘以膨胀率而计算出的值,计算方法是与第1单块连续中使用的方法相同,故省略。
第4单块连续阴离子交换体中,连续巨孔结构体的切面的SEM影像中,于截面表示的骨架部面积为影像区域中的25至50%,并以25至45%为优选。于截面表示的骨架部面积不到影像区域中的25%时,变成细骨架,机械强度降低,尤其以高流速通液时第4单块连续阴离子交换体会大幅变形,故不优选。此外,有机液体与第4单块连续阴离子交换体及承载在其上的铂族金属纳米粒子间的接触效率降低,催化剂效果降低,故不优选:超过50%时,骨架变太粗,通液时的压力损失增大,故不优选。
此外,日本特开2002-306976号公报所述的单块连续,实际上即使将相对于水的油相部的调配比变多而使骨架部份变粗,为了确保共通的开口而在调配比上有一定限度,于截面表示的骨架部面积的最大值在影像区域中不能超过25%。
获得SEM影像的条件,只要是明确表示切面的于截面表示的骨架部的条件即可,例如倍率100至600、照片区域约为150mm×100mm。SEM观察,以经排除主观的单块连续的任意切面的任意处拍摄的切断处或摄影处不同的3片以上的影像进行,并以5片以上为优选。切断的单块连续,是干燥状态,以供电子显微镜用。参照图5及图6来说明SEM影像中的切断面的骨架部。此外,图6是转印图5的SEM照片的以截面表示的骨架部。
图5及图6中,大致不定形状且以截面表示的是本发明的“于截面表示的骨架部(符号12)”,图5中表示的圆形孔是开口(中孔),此外,比较大的曲率或曲面者是巨孔(图6中的符号13)。
图6的截面中表示的骨架部面积,在矩形影像区域11中是28%。如此一般,可明确地判断骨架部。SEM影像中,切面的于截面表示的骨架部的面积的测定方法,并无特别的限制,可举出:进行公知的电脑处理等来鉴定该骨架部后,通过电脑等的自动计算或手动计算的计算方法。手动计算,可举出:将不定形物置换成四角形、三角形、圆形或梯形等的集合物,将该等累加而求得面积的方法。
此外,第4单块连续阴离子交换体的全细孔容积是0.5至10mL/g,并以0.8至7mL/g为优选。全细孔容积不到0.5mL/g时,通液时的压力损失变大,故不优选,并且,每单位截面积的渗透流体量变小,处理能力降低,故不优选。另一方面,全细孔容积超过10mL/g时,机械强度降低,尤其以高流速通液时第4单块连续阴离子交换体会大幅变形,故不优选。并且,有机液体与第4单块连续阴离子交换体及承载在其上的铂族金属纳米粒子的接触效率降低,催化剂效果也降低,故不优选。此外,在本发明中,单块连续(单块连续中间体、单块连续、单块连续阴离子交换体)的全细孔容积,是通过水银渗入法测定的值。此外,单块连续(单块连续中间体、单块连续、单块连续阴离子交换体)的全细孔容积,在干燥状态或在水湿润状态中,均相同。
第4单块连续阴离子交换体中,水湿润状态中的每单位体积的阴离子交换容量虽然无特别的限制,但通常是0.2至1.0mg当量/mL。第4单块连续阴离子交换体,因可使开口径变得更大,同时使连续巨孔结构体的骨架变粗(使骨架的壁部变厚),故可维持抑制压力损失为低值并使每单位体积的阴离子交换容量飞跃性地变大。
每单位体积的阴离子交换容量不到0.2mg当量/mL时,每单位体积的铂族金属的纳米粒子承载量降低,故不优选。另一方面,每单位体积的阴离子交换容量超过1.0mg当量/mL时,通液时的压力损失增大,故不优选。此外,第4单块连续阴离子交换体的每单位质量的阴离子交换容量,并无特别的限制,但为了使阴离子交换基均匀地导入多孔质体的表面及骨架内部,故为3至6mg当量/g。此外,离子交换基仅导入表面的多孔质体的离子交换容量,虽然不能一概依多孔质体或离子交换基的种类决定,但最多仅500μg当量/g。
第4单块连续阴离子交换体中,构成连续巨孔结构体的骨架的材料,是具有交联结构的有机聚合物材料。该聚合物材料的交联密度并无特别的限制,相对于构成聚合物材料的全构成单元,含有0.3至10摩尔%的交联结构单元,并宜以含有0.3至5摩尔%为优选。交联结构单元不到0.3摩尔%时,机械强度不足,故不优选;另一方面,超过10摩尔%时,会有导入阴离子交换基变得困难的情形,故不优选。
该聚合物材料的种类并无特别的限制,例如可使用如同构成第1单块连续的聚合物材料,故省略。
第4单块连续阴离子交换体中的阴离子交换基,与第1单块连续阴离子交换体中的阴离子交换基相同,故省略其说明。第4单块连续阴离子交换体中,导入的阴离子交换基不仅在多孔质体的表面,也均匀地分布至多孔质体的骨架内部。均匀分布的定义,与第1单块连续阴离子交换体的均匀分布的定义相同。
(第4单块连续阴离子交换体的制造方法)
第4单块连续阴离子交换体,可通过进行下述步骤获得:(步骤I)通过将不含离子交换基的油溶性单体、表面活性剂及水的混合物搅拌而调制油包水型乳液,接着使油包水型乳液聚合而获得全细孔容积5至16mL/g的连续巨孔结构的单块连续状有机多孔中间体(单块连续中间体);(步骤II)调制由乙烯单体、一分子中具有至少2个以上的乙烯基的交联剂、溶解乙烯单体及交联剂但不溶解乙烯单体聚合生成的聚合物的有机溶剂、以及聚合引发剂形成的混合物;(步骤III)将步骤II中获得的混合物在静置下,且该步骤I中获得的单块连续中间体存在下进行聚合,获得具有比单块连续中间体的骨架更粗的骨架的粗骨有机多孔质体;以及(步骤IV)将阴离子交换基导入该步骤III中获得的粗骨有机多孔质体中。
第4单块连续阴离子交换体的制造方法中,步骤I只要依照日本特开2002-306976号公报所述的方法进行即可。
步骤I的单块连续中间体的制造中,不含离子交换基的油溶性单体,与第1单块连续阴离子交换体的制造中使用的油溶性单体相同,故省略其说明。
表面活性剂,与第1单块连续阴离子交换体的制造中使用的表面活性剂相同,故省略其说明。
此外,在步骤I中,当形成油包水型乳液时,也可视需要而使用聚合引发剂。聚合引发剂,与第1单块连续阴离子交换体的制造中使用的表面活性剂相同,故省略其说明。
将不含离子交换基的油溶性单体、表面活性剂、水及聚合引发剂混合,形成油包水型乳液时的混合方法,与第1单块连续阴离子交换体的步骤I中的混合方法相同,故省略其说明。
步骤I中获得的单块连续中间体,具有连续巨孔结构。使其与聚合系共存时,以单块连续中间体的结构作为型而形成具有粗骨的骨架的多孔结构。此外,单块连续中间体,是具有交联结构的有机聚合物材料。
该聚合物材料的交联密度并无特别的限制,相对于构成聚合物材料的全构成单元,含有0.3至10摩尔%的交联结构单元,并以含有0.3至5摩尔%为优选。交联结构单元不到0.3摩尔%时,机械强度不足,故不优选。尤其是全细孔容积大到10至16mL/g时,为了维持连续巨孔结构,以含有2摩尔%以上的交联结构单元为优选。另一方面,超过10摩尔%时,会有导入阴离子交换基变得困难的情形,故不优选。
单块连续中间体的聚合物材料的种类,并无特别的限制,可举出与前述的单块连续的聚合物材料相同者。借此,即可于单块连续中间体的骨架形成相同的聚合物,使骨架变粗且获得均匀的骨架结构的单块连续。
单块连续中间体的全细孔容积是5至16mL/g,并以6至16mL/g为合适。全细孔容积太小时,使乙烯单体聚合后获得的单块连续的全细孔容积变太小,流体渗透时的压力损失变大,故不优选。另一方面,全细孔容积太大时,使乙烯单体聚合后获得的单块连续的结构会从连续巨孔结构偏离,故不优选。欲使单块连续中间体的全细孔容积设为上述数值范围时,只要将单体与水的比设为大致1:5至1:20即可。
此外,单块连续中间体,巨孔与巨孔的重叠部份的开口(中孔)的平均直径在干燥状态中为20至200μm。干燥状态中的开口的平均直径不到20μm时,使乙烯单体聚合后获得的单块连续的开口径变小,通液时的压力损失变大,故不优选。另一方面,超过200μm时,使乙烯单体聚合后获得的单块连续的开口径变过大,有机液体与单块连续阴离子交换体的接触变得不充分,其结果,去除有机过氧化物的特性降低,故不优选。单块连续中间体,虽然是以巨孔的大小或开口径整齐的均匀结构为适合,但不局限于此,也可以是均匀结构中分散存在有比均匀的巨孔的大小更大的不均匀的巨孔。
步骤II中使用的乙烯单体,与第3单块连续阴离子交换体中使用的乙烯单体相同,故省略其说明。
步骤II中使用的乙烯单体的添加量,相对于聚合时共存的单块连续中间体,以质量计为3至50倍,并以4至40倍为优选。相对于多孔质体,乙烯单体的添加量不到3倍时,生成的单块连续的骨架(单块连续骨架的壁部的厚度)太粗,导入阴离子交换基后的每单位体积的阴离子交换容量变小,故不优选。另一方面,乙烯单体的添加量超过50倍时,开口径变小,通液时的压力损失变大,故不优选。
步骤II中使用的交联剂,与第4单块连续阴离子交换体中使用的交联剂相同,故省略其说明。相对于乙烯单体与交联剂的合计量,交联剂的使用量是0.3至10摩尔%,并以0.3至5摩尔%为特别优选。交联剂的使用量不到0.3摩尔%时,单块连续的机械强度不足,故不优选。另一方面,超过10摩尔%时,会有阴离子交换基的导入量减少的情形,故不优选。
步骤II中使用的有机溶剂与其使用量,与第4单块连续阴离子交换体的步骤II中使用的有机溶剂相同,故省略其说明。
聚合引发剂,与第1单块连续阴离子交换体的制造中使用的表面活性剂相同,故省略其说明。
步骤III,是将步骤II中获得的混合物在静置下、且该步骤I中获得的单块连续中间体存在下进行聚合,获得具有比该单块连续中间体的骨架更粗的骨架的粗骨的单块连续的步骤。步骤III中使用的单块连续中间体,在创建具有本发明的新颖结构的单块连续方面,负责极重要的任务。如同日本特表平7-501140号等揭示,在单块连续中间体不存在下使乙烯单体与交联剂于特定有机溶剂中静置聚合时,可得粒子凝聚型的单块连续状有机多孔质体。
相对于此,如同本发明在上述聚合系中使连续巨孔结构的单块连续中间体存在时,聚合后的单块连续结构戏剧性地变化,粒子凝聚结构消失,可获得上述粗骨的单块连续。虽然尚未能详细地阐明其理由,但认为是:单块连续中间体不存在时,由聚合产生的交联聚合物呈粒子状析出、沉殿,而形成粒子凝聚结构,相对于此,聚合系中存在多孔质体(中间体)时,乙烯单体及交联剂自液相吸附或分配到多孔质体(中间体)的骨架部,在多孔质体(中间体)中进行聚合,而得粗骨骨架的单块连续。
此外,开口径虽然因聚合的进行而变狭窄,但单块连续中间体的全细孔容积大,故即使例如骨架变粗骨也可得适度大小的开口径。
反应容器的内容积,只要使用与第4单块连续阴离子交换体的步骤II中使用的反应容器相同者即可,故省略其说明。
步骤III中,反应容器中,单块连续中间体是以含浸在混合物(溶液)中的状态放置。步骤II中获得的混合物与单块连续中间体的调配比,如同前述,宜以相对于单块连续中间体,乙烯单体的添加量以质量计成为3至50倍的方式调配,并以4至40倍为优选。借此,可获得具有适度的开口径且具有粗骨骨架的单块连续。反应容器中,混合物中的乙烯单体与交联剂,吸附、分配在静置的单块连续中间体的骨架,在单块连续中间体的骨架内进行聚合。
通过加热聚合,使吸附、分配在单块连续中间体的骨架的乙烯单体与交联剂在该骨架内聚合,使该骨架变粗。聚合结束后,取出内容物,以去除未反应乙烯单体与有机溶剂为目的,以丙酮等溶剂萃取,获得粗骨的单块连续。接着,通过上述方法制造单块连续后,导入阴离子交换基的方法,就可严密控制获得的第4单块连续阴离子交换体的多孔结构的观点而言为优选。
<第5单块连续阴离子交换体(复合单块连续阴离子交换体)的说明>
第5单块连续阴离子交换体,是由连续骨架相与连续孔隙相形成者,该骨架具有固定在表面的直径4至40μm的多数个粒子体、或在该有机多孔质体的骨架表面上形成的大小4至40μm的多数个突起体,连续孔隙的平均直径为10至150μm,全细孔容积为0.5至10mL/g,干燥状态中的每单位重量的离子交换容量为0.5至6mg当量/g,离子交换基均匀地分布在该具有单块连续结构的有机多孔质阴离子交换体中。
图7表示第5单块连续阴离子交换体的形态例的SEM照片;图8表示第5单块连续阴离子交换体的突起体的示意性截面图。
第5单块连续阴离子交换体,是在复合单块连续中导入阴离子交换基而得者,且是由连续骨架相与连续孔隙相形成的有机多孔质体、与固定在该有机多孔质体的骨架表面的直径4至40μm的多数个粒子体或在该有机多孔质体的骨架表面上形成的大小为4至40μm的多数个突起体的复合结构体。此外,本说明书中,有时将“粒子体”及“突起体”合并称为“粒子体等”。此外,复合单块连续阴离子交换体,厚度1mm以上、水湿润状态中的孔的平均直径为10至300μm、全细孔容积0.5至10mL/g,且水湿润状态中的每单位体积的离子交换容量0.2mg当量/mL以上,离子交换基均匀地分布在该复合结构体中。
复合单块连续阴离子交换体的连续骨架相与连续孔隙相,可通过SEM影像观察。复合单块连续阴离子交换体的基本结构,可举出连续巨孔结构及共连续结构。复合单块连续阴离子交换体的骨架相,以柱状的连续体、凹状壁面的连续体或此等的复合体表示,且是与粒子状或突起状明显不同的形状。
复合单块连续,即导入阴离子交换基前的有机多孔质体的优选结构,可举出:气泡状的巨孔彼此相互重叠,且此重叠部份成为干燥状态中平均直径10至150μm的开口的连续巨孔结构体(以下,也称为“第5-1复合单块连续”);以及由干燥状态中平均粗细度为0.8至40μm的三维连续的骨架、与在此骨架间干燥状态中平均直径为10至200μm的三维连续的孔隙形成的共连续结构体(以下,也称为“第5-2复合单块连续”)。
而且,本发明的复合单块连续阴离子交换体,是以已在此第5-1复合单块连续中导入阴离子交换基的复合单块连续阴离子交换体(以下,也称为“第5-1复合单块连续阴离子交换体”)、及已在此第5-2复合单块连续中导入阴离子交换基的复合单块连续阴离子交换体(以下,也称为“第5-2复合单块连续阴离子交换体”)为优选。
第5-1复合单块连续阴离子交换体时,该第5-1复合单块连续阴离子交换体,是气泡状的巨孔彼此相互重叠,且此重叠部份形成水湿润状态中平均直径10至150μm(以20至150μm为优选,以30至150μm为特别优选)的开口(中孔)的连续巨孔结构体,该巨孔与该开口(中孔)形成的气泡内成为流路。连续巨孔结构,虽然以巨孔的大小或开口径整齐的均匀结构者为合适,但不局限于此,也可以是均匀结构中分散存在有比均匀巨孔的大小更大的不均匀的巨孔。
第5-1复合单块连续阴离子交换体的水湿润状态中的开口的平均直径不到10μm时,通液时的压力损失变大,故不优选;此外,水湿润状态中的开口的平均直径超过150μm时,有机液体与单块连续阴离子交换体及承载的铂族金属纳米粒子间的接触变得不充分,其结果,去除有机过氧化物的特性降低,故不优选。
此外,水湿润状态的第5-1复合单块连续阴离子交换体的开口的平均直径,是将干燥状态的复合单块连续阴离子交换体的开口的平均直径乘以膨胀率而计算出的值,计算方法是与第1单块连续中使用的方法相同,故省略其说明。
第5-2复合单块连续阴离子交换体时,该第5-2复合单块连续阴离子交换体,是具有水湿润状态中平均粗细度为1至60μm(以5至50μm为优选)的三维连续的骨架、与在该骨架间水湿润状态中平均直径为10至200μm(以15至180μm为优选)的三维连续的孔隙的共连续结构。
第5-2复合单块连续阴离子交换体的三维连续的孔隙在水湿润状态中的平均直径不到10μm时,通液时的压力损失变大,故不优选;此外,超过200μm时,有机液体与单块连续阴离子交换体及承载的铂族金属纳米粒子间的接触变得不充分,其结果,去除有机过氧化物的特性降低,故不优选。此外,第5-2复合单块连续阴离子交换体的骨架的平均粗细度在水湿润状态中不到1μm时,除了有每单位体积的阴离子交换容量降低的缺点以外,还有机械强度降低,尤其在以高流速通液时单块连续阴离子交换体会大幅变形,故不优选。
另一方面,第5-2复合单块连续阴离子交换体的骨架的平均粗细度在水湿润状态中超过50μm时,骨架变得太粗,通液时的压力损失增大,故不优选。
上述第5-2复合单块连续阴离子交换体的孔隙在水湿润状态中的平均直径,是将干燥状态的复合单块连续阴离子交换体的开口的平均直径乘以膨胀率而计算出的值,计算方法是与第3单块连续中使用的方法相同,故省略其说明。
此外,第5-2复合单块连续阴离子交换体的全细孔容积为0.5至10mL/g。全细孔容积不到0.5mL/g时,通液时的压力损失变大,故不优选,此外,每单位截面积的渗透液量变小,处理液量降低,故不优选。另一方面,全细孔容积超过10mL/g时,每单位体积的阴离子交换容量降低,铂族金属纳米粒子承载量也降低,催化剂效果降低,故不优选。此外,机械强度降低,尤其是以高流速通液时单块连续阴离子交换体会大幅变形,故不优选。此外,有机液体与单块连续阴离子交换体间的接触效率降低,去除有机过氧化物的效果也降低,故不优选。
只要三维连续的孔隙大小及全细孔容积为上述范围中,则与有机液体间的接触非常均匀且接触面积也大,且可在低压力损失下通液。此外,单块连续(单块连续中间体、单块连续、单块连续阴离子交换体)的全细孔容积,在干燥状态中或水湿润状态中,均相同。
复合单块连续阴离子交换体的孔的水湿润状态中的平均直径为10至200μm。第5-1复合单块连续阴离子交换体时,复合单块连续阴离子交换体的水湿润状态中的孔径的优选值为20至150μm,此外,第5-2复合单块连续阴离子交换体时,复合单块连续阴离子交换体的水湿润状态中的孔径的优选值为15至180μm。
本发明的复合单块连续阴离子交换体中,水湿润状态中的粒子体的直径及突起体的大小,为4至40μm,并以4至30μm为优选,而以4至20μm为特别优选。此外,本发明中,粒子体及突起体,在骨架表面都观察为突起状者,观察为粒状者称为粒子体,不能称为粒状的突起状者则称为突起体。
图8表示突起体的示意性截面图。如图8中的(A)至(E)所示,自骨架表面1突出的突起状者为突起体2,突起体2,可举出如(A)表示的突起体2a般的近似粒状的形状、如(B)表示的突起体2b般的半球状、如(C)表示的突起体2c般的骨架表面的隆起等。此外,其它,突起体2尚有如(D)表示的突起体2d般,比起骨架表面1的平面方向,相对于骨架表面1的垂直方向较长的形状,或如(E)表示的突起体2e般,在数个方向突起的形状。此外,突起体的大小,使用SEM观察时的SEM影像来判断,且指各个突起体的SEM影像中的宽度成为最大部份的长度。
本发明的复合单块连续阴离子交换体中,水湿润状态中4至40μm的粒子体等在全粒子体等中占有的比率是70%以上,并以80%以上为优选。此外,水湿润状态中4至40μm的粒子体等在全粒子体等中占有的比率,指水湿润状态中4至40μm的粒子体等的个数在全粒子体等的个数中占有的比率。此外,骨架相的表面是以全粒子体等被覆40%以上,并以被覆50%以上为优选。
此外,以全粒子体等被覆骨架层的表面的比率,指以SEM观察表面时的SEM影像上的面积比率,即,以平面观看表面时的面积比率。被覆壁面或骨架的粒子的大小超出上述范围时,改善流体与复合单块连续阴离子交换体的骨架表面及骨架内部间的接触效率的效果变小,故不优选。此外,全粒子体等,指水湿润状态中4至40μm的粒子体等以外的大小的范围的粒子体及突起体全部包含在内的在骨架层的表面形成的全部粒子体及突起体。
附着在上述复合单块连续阴离子交换体的骨架表面的粒子体等在水湿润状态中的直径或大小,是将由观察干燥状态的复合单块连续阴离子交换体的SEM影像获得的粒子体等的直径或大小乘以自干燥状态成为水湿润状态时的膨胀率而计算出的值,或将由观察导入阴离子交换基前的干燥状态的复合单块连续的SEM影像获得的粒子体等的直径或大小乘以导入阴离子交换基前后的膨胀率而计算出的值。
具体上,水湿润状态的复合单块连续阴离子交换体的直径设为x4(mm),使该水湿润状态的复合单块连续阴离子交换体干燥,获得的干燥状态的复合单块连续阴离子交换体的直径设为y4(mm),以SEM观察此干燥状态的复合单块连续阴离子交换体时的SEM影像中的粒子体等的直径或大小设为z4(μm)时,水湿润状态的复合单块连续阴离子交换体的粒子体等的直径或大小(μm)由下式“水湿润状态的复合单块连续阴离子交换体的粒子体等的直径或大小(μm)=z4×(x4/y4)”计算出。
然后,测定干燥状态的复合单块连续阴离子交换体的SEM影像中观察的全部粒子体等的直径或大小,依据该值,计算出一视野的SEM影像中的全粒子体等的水湿润状态中的直径或大小。至少进行3次此干燥状态的复合单块连续阴离子交换体的SEM观察,计算出全视野中SEM影像中的全粒子体等的水湿润状态中的直径或大小,确认是否观察到直径或大小为4至40μm的粒子体等,全视野中确认到时,判断复合单块连续阴离子交换体的骨架表面上形成有直径或大小在水湿润状态中为4至40μm的粒子体等。
此外,依照上述计算出每一视野的SEM影像中的全粒子体等的水湿润状态中的直径或大小,求得每一视野在全粒子体等中的水湿润状态中4至40μm的粒子体等占有的比率,全视野中,全粒子体等中的水湿润状态中4至40μm的粒子体等占有的比率为70%以上时,判断复合单块连续阴离子交换体的骨架表面形成的全粒子体等中,水湿润状态中4至40μm的粒子体等占有的比率是70%以上。
此外,依照上述求得每一视野SEM影像中的以全粒子体等被覆骨架层表面的被覆比率,全视野中,以全粒子体等被覆骨架层表面的比率为40%以上时,判断复合单块连续阴离子交换体的骨架层的表面以全粒子体等被覆的比率为40%以上。
此外,当得知导入阴离子交换基前的干燥状态的复合单块连续的粒子体等的直径或大小、与在该干燥状态的单块连续中导入阴离子交换基时的相对于干燥状态的复合单块连续的水湿润状态的复合单块连续阴离子交换体的膨胀率时,将干燥状态的复合单块连续的粒子体等的直径或大小乘以膨胀率,计算出水湿润状态的复合单块连续阴离子交换体的粒子体等的直径或大小,与上述相同,也可求得水湿润状态的复合单块连续阴离子交换体的粒子体等的直径或大小、水湿润状态中4至40μm的粒子体等在全粒子体等中占有的比率、以粒子体等被覆骨架层的表面的比率。
本发明的复合单块连续阴离子交换体中,以粒子体等被覆骨架相表面的被覆率不到40%时,改善有机液体与复合单块连续阴离子交换体的骨格内部及骨架表面间的接触效率的效果变小,改善去除有机过氧化物的特性的效果降低,故不优选。上述以粒子体等的被覆率的测定方法,可举出由复合单块连续阴离子交换体的SEM影像的影像解析方法。
此外,本发明的复合单块连续阴离子交换体的全细孔容积为0.5至10mL/g,并以0.8至7mL/g为优选。
复合单块连续阴离子交换体的全细孔容积不到0.5mL/g时,通液时的压力损失变大,故不优选;此外,每单位截面积的渗透流体量变小,处理能力降低,故不优选。另一方面,复合单块连续阴离子交换体的全细孔容积超过10mL/g时,机械强度降低,尤其在以高流速通液时复合单块连续阴离子交换体会大幅变形,故不优选。并且,有机液体与复合单块连续阴离子交换体及承载在其上的铂族金属纳米粒子的接触效率降低,催化剂效果也降低,故不优选。此外,单块连续中间体、复合单块连续及复合单块连续阴离子交换体的全细孔容积,在干燥状态中或在水湿润状态,均相同。
本发明的复合单块连续阴离子交换体,水湿润状态中的每单位体积的阴离子交换容量为具有0.2mg当量/mL以上的阴离子交换容量,并以具有0.3至1.8mg当量/mL为优选。
复合单块连续阴离子交换体的每单位体积的阴离子交换容量不到0.2mg当量/mL时,每单位体积的铂族金属的纳米粒子承载量降低,故不优选。另一方面,复合单块连续阴离子交换体的每单位体积的阴离子交换容量超过1.8mg当量/mL时,通液时的压力损失增大,故不优选。此外,本发明的复合单块连续阴离子交换体在干燥状态中的每单位质量的阴离子交换容量,并无特别的限制,但为了使阴离子交换基均匀地导入单块连续阴离子交换体的骨架表面及骨架内部,故为3至6mg当量/g。此外,阴离子交换基仅导入骨架的表面的有机多孔质阴离子交换体的阴离子交换容量,虽然不能一概依有机多孔质体或阴离子交换基的种类决定,但最多仅500μg当量/g。
本发明的复合单块连续阴离子交换体中,构成连续孔隙结构的骨架相的材料,是具有交联结构的有机聚合物材料。该聚合物材料的交联密度虽然无特别的限制,但相对于构成聚合物材料的全构成单元,含有0.3至10摩尔%的交联结构单元,并宜以含有0.3至5摩尔%为优选。交联结构单元不到0.3摩尔%时,机械强度不足,故不优选;另一方面,超过10摩尔%时,阴离子交换基的导入变困难,有导入量减少的情形,故不优选。
该聚合物材料的种类并无特别的限制,例如可使用如同构成第1单块连续的聚合物材料,故省略其说明。
本发明的复合单块连续阴离子交换体中,构成有机多孔质体的骨架相的材料与在骨架相的表面形成的粒子体等,可举出相同组织连续的相同材料、不同组织连续的相互不同的材料等。不同组织连续的相互不同的材料,可举出乙烯单体的种类相互不同的材料的情形、即使乙烯单体或交联剂的种类相同但相互的调配比例不同的材料的情形等。
本发明的复合单块连续阴离子交换体的阴离子交换基,与第1单块连续阴离子交换体中的阴离子交换基相同,故省略其说明。第2单块连续阴离子交换体中,导入的阴离子交换基并不只在多孔质体的表面,也均匀地分布至多孔质体的骨架内部。均匀分布的定义,与第1单块连续阴离子交换体的均匀分布的定义相同。
本发明的复合单块连续阴离子交换体,其厚度是1mm以上,且与膜状的多孔质体区别。厚度不到1mm时,每一多孔质体的离子交换容量变得极低,故不优选。本发明的复合单块连续阴离子交换体的厚度,以3至1,000mm为优选。此外,本发明的复合单块连续阴离子交换体,因骨架的基本结构为连续孔隙结构,故机械强度高。
<复合单块连续阴离子交换体的制造方法>
本发明的复合单块连续阴离子交换体,可通过进行下述步骤获得:(步骤I)通过将不含阴离子交换基的油溶性单体、表面活性剂及水的混合物搅拌而调制油包水型乳液,接着使油包水型乳液聚合,获得全细孔容积为5至30mL/g的连续巨孔结构的单块连续状有机多孔质中间体(单块连续中间体);(步骤II)调制由乙烯单体、一分子中至少具有2个以上乙烯基的交联剂、溶解乙烯单体及交联剂但不溶解乙烯单体聚合生成的聚合物的有机溶剂、以及聚合引发剂形成的混合物;(步骤III)将步骤II中获得的混合物在静置下、且该步骤I中获得的单块连续中间体存在下进行聚合,获得具有复合结构的复合单块连续;以及在该步骤III中获得的复合单块连续中导入阴离子交换基的步骤。
本发明的复合单块连续阴离子交换体的制造方法中,步骤I只要依据日本特开2002-306976号公报所述的方法进行即可。
(单块连续中间体的制造方法)
步骤I的单块连续中间体的制造中,不含离子交换基的油溶性单体,与第1单块连续阴离子交换体的制造中使用的油溶性单体相同,故省略其说明。
表面活性剂,与第1单块连续阴离子交换体的步骤I中使用的表面活性剂相同,故省略其说明。
此外,在步骤I中,形成油包水型乳液时也可视需要而使用聚合引发剂。聚合引发剂,与第1单块连续阴离子交换体的制造中使用的表面活性剂相同,故省略其说明。
将不含离子交换基的油溶性单体、表面活性剂、水及聚合引发剂混合,形成油包水型乳液时的混合方法,与第1单块连续阴离子交换体的步骤I中的混合方法相同,故省略其说明。
步骤I中获得的单块连续中间体,具有连续巨孔结构。使此与聚合系共存时,将该单块连续中间体的结构作为铸型在连续巨孔结构的骨架相的表面形成粒子体等,或在共连续结构的骨架相的表面形成粒子体等。此外,单块连续中间体,是具有交联结构的有机聚合物材料。该聚合物材料的交联密度虽然无特别的限制,但相对于构成聚合物材料的全构成单元,含有0.3至10摩尔%的交联结构单元,并以0.3至5摩尔%为优选。交联结构单元不到0.3摩尔%时,机械强度不足,故不优选。另一方面,超过10摩尔%时,会有多孔质体失去柔软性、或导入阴离子交换基变得困难的情形,故不优选。
单块连续中间体的聚合物材料的种类,并无特别的限制,可举出与前述的复合单块连续的聚合物材料相同者。借此,可在单块连续中间体的骨架形成相同的聚合物,获得复合结构的单块连续。
单块连续中间体的全细孔容积为5至30mL/g,并以6至28mL/g为合适。单块连续中间体的全细孔容积太小时,使乙烯单体聚合后获得的单块连续的全细孔容积变太小,流体渗透时的压力损失变大,故不优选。另一方面,单块连续中间体的全细孔容积太大时,使乙烯单体聚合后获得的复合单块连续的结构容易变得不均匀,依情况会造成结构崩坏,故不优选。欲将单块连续中间体的全细孔容积设为上述数值范围中时,只要将单体与水的比(质量)设为大致1:5至1:35即可。
只要将此单体与水的比设为大致1:5至1:20,即可获得单块连续中间体的全细孔容积为5至16mL/g的连续巨孔结构,经步骤III而获得的复合单块连续成为第5-1的复合单块连续。此外,只要将该调配比率设为大致1:20至1:35,即可获得单块连续中间体的全细孔容积超过16mL/g、30mL/g以下的连续巨孔结构,经步骤III获得的复合单块连续成为第5-2复合单块连续。
此外,单块连续中间体,巨孔与巨孔的重叠部份的开口(中孔)的干燥状态中的平均直径为20至200μm。单块连续中间体的干燥状态中的开口的平均直径不到20μm时,使乙烯单体聚合后获得的单块连续的开口径变小,通液时的压力损失变大,故不优选。另一方面,单块连续中间体的干燥状态中的开口的平均直径超过200μm时,使乙烯单体聚合后获得的单块连续的开口径变太大,有机液体与单块连续阴离子交换体间的接触变得不充分,其结果,去除有机过氧化物的特性降低,故不优选。单块连续中间体,虽然是以巨孔的大小或开口径整齐的均匀结构为合适,但并不局限于此,也可为在均匀结构中分散存在有比均匀的巨孔的大小更大的不均匀的巨孔。
(复合单块连续的制造方法)
步骤II,是调制由乙烯单体、一分子中至少具有2个以上乙烯基的第2交联剂、溶解乙烯单体及第2交联剂但不溶解乙烯聚合生成的聚合物的有机溶剂、以及聚合引发剂形成的混合物的步骤。此外,步骤I与步骤II无顺序,可以在步骤I后进行步骤II,也可在步骤II后进行步骤I。
步骤II中使用的乙烯单体,与第3单块连续阴离子交换体中使用的乙烯单体相同,故省略其说明。
相对于聚合时共存的单块连续中间体,此等乙烯单体的添加量,以质量计为3至50倍,并以4至40倍为优选。相对于多孔质体,乙烯单体的添加量不到3倍时,生成的单块连续的骨架中无法形成粒子体,导入阴离子交换基后的每单位体积的阴离子交换容量变小,故不优选。另一方面,乙烯单体的添加量超过50倍时,开口径变小、通液时的压力损失变大,故不优选。
步骤II中使用的交联剂,可适合使用分子中至少具有2个可聚合的乙烯基、且对有机溶剂的溶解性高者。交联剂的具体例,可举出二乙烯基苯、二乙烯基萘、二乙烯基联苯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、丁二醇二丙烯酸酯等。此等交联剂,可单独使用1种,或将2种以上组合使用。就机械强度的高度与对于水解的稳定性而言,优选的交联剂是二乙烯基苯、二乙烯基萘、二乙烯基联苯等芳香族聚乙烯化合物。
相对于乙烯单体与交联剂的合计量,交联剂的使用量是0.3至20摩尔%,并以0.3至10摩尔%为特别优选。交联剂的使用量不到0.3摩尔%时,单块连续的机械强度不足,故不优选。另一方面,超过20摩尔%时,单块连续进行脆化而失去柔软性,有阴离子交换基的导入量减少的情形,故不优选。
步骤II中使用的有机溶剂,与第3单块连续阴离子交换体的步骤II中使用的有机溶剂相同,故省略其说明。
聚合引发剂,与第3单块连续阴离子交换体的步骤II中使用的聚合引发剂相同,故省略其说明。
步骤III,是将步骤II中获得的混合物于静置下、且该步骤I中获得的单块连续中间体存在下进行聚合,获得复合单块连续的步骤。步骤III中使用的单块连续中间体,在创建具有本发明的新颖结构的复合单块连续方面,负责有极重要的任务。如同日本特表平7-501140号等揭示,在单块连续中间体不存在下使乙烯单体与交联剂于特定有机溶剂中静置聚合时,可得粒子凝聚型的单块连续状有机多孔质体。相对于此,如同本发明在上述聚合系中使连续巨孔结构的单块连续中间体存在时,聚合后的复合单块连续结构戏剧性地转变,并非粒子凝聚结构,获得具有上述的特定骨架结构的复合单块连续。
反应容器的内容积,只要为使单块连续中间体存在于反应容器中的大小者即无特别的限制,将单块连续中间体放置于反应容器内时,可为平面视时于单块连续周围有间隙者、单块连续中间体无间隙地置入反应容器内者的任一者。其中,聚合后的复合单块连续不受到容器内壁的挤压,且无间隙地置入反应容器内,不会使单块连续产生扭曲,不浪费反应原料等而有效率。此外,即使在反应容器的内容积大且聚合后的单块连续周围存在间隙时,因乙烯单体或交联剂吸附、分配到单块连续中间体,故反应容器内的间隙部份不会生成粒子凝聚结构物。
步骤III中,单块连续中间体是以含浸在混合物(溶液)中的状态放置在反应容器中。步骤II中获得的混合物与单块连续中间体的调配比,如同前述,宜以相对于单块连续中间体,乙烯单体的添加量以质量计成为3至50倍的方式调配,并以成为4至40倍为优选。借此,可获得具有适度的开口径且具有特定骨架的复合单块连续。反应容器中,混合物中的乙烯单体与交联剂,吸附、分配在静置的单块连续中间体的骨架,于单块连续中间体的骨架内进行聚合。
聚合条件,可依单体的种类、引发剂的种类选择各式各样的条件。例如,在使用2,2’-偶氮双(异丁腈)、2,2’-偶氮双(2,4-二甲基戊腈)、过氧化苯甲酰、过氧化月桂酰等作为引发剂时,只要在惰性环境气体下的密封容器内,于20至100℃中加热聚合1至48小时即可。通过加热聚合,使已吸附、分配在单块连续中间体的骨架的乙烯单体与交联剂在该骨架内聚合,形成该特定的骨架结构。聚合结束后,取出内容物,以去除未反应乙烯单体与有机溶剂为目的,以丙酮等溶剂萃取而获得特定骨架结构的复合单块连续。
制造上述的复合单块连续时,在下述(1)至(5)的条件中至少满足1个条件下进行步骤II或步骤III时,可制造本发明的特征结构的在骨架表面形成有粒子体等的复合单块连续。
(1)步骤III中的聚合温度,为比聚合引发剂的10小时半衰期温度低至少5℃的温度。
(2)步骤II中使用的交联剂的摩尔%,是步骤I中使用的交联剂的摩尔%的2倍以上。
(3)步骤II中使用的乙烯单体,是与步骤I中使用的油溶性单体不同结构的乙烯单体。
(4)步骤II中使用的有机溶剂,是分子量200以上的聚醚。
(5)步骤II中使用的乙烯单体的浓度,是步骤II的混合物中的30质量%以下。
(上述(1)的说明)
10小时半衰期温度是聚合引发剂的特性值,只要决定使用的聚合引发剂即可知10小时半衰期温度。此外,只要有所期望的10小时半衰期温度,即可选择相当于它的聚合引发剂。步骤III中,通过降低聚合温度而降低聚合速度,可在骨架相的表面形成粒子体等。其理由认为是:因单块连续中间体的骨架相的内部中的单体浓度降低变迟缓,降低单体从液相部到单块连续中间体的分配速度,故剩余的单体在单块连续中间体的骨架层的表面附近浓缩,在该处聚合。
优选的聚合温度,是比使用的聚合引发剂的10小时半衰期温度低至少10℃的温度。聚合温度的下限值虽然无特别的限制,但因聚合速度随着温度降低而降低,聚合时间越变长至实用上无法容许的程度,故宜将聚合温度设定在相对于10小时半衰期温度低5至20℃的范围中。
(上述(2)的说明)
将步骤II中使用的交联剂的摩尔%设定在步骤I中使用的交联剂的摩尔%的2倍以上聚合时,可获得具有本发明的复合结构的复合单块连续。其理由认为是:因单块连续中间体与由含浸聚合而生成的聚合物间的相溶性降低而进行相分离,故由含浸聚合而生成的聚合物被排除至单块连续中间体的骨架相的表面附近,在骨架相表面形成粒子体等凹凸。此外,交联剂的摩尔%,是交联密度摩尔%,且指相对于乙烯单体与交联剂的合计量的交联剂量(摩尔%)。
步骤II中使用的交联剂摩尔%的上限虽然无特别的限制,但交联剂摩尔%明显变大时,聚合后的单块连续会产生碎裂、单块连续进行脆化而失去柔软性,有阴离子交换基的导入量减少的情形的问题产生,故不优选。优选的交联剂摩尔%的倍数是2倍至10倍。另一方面,即使将步骤I中使用的交联剂摩尔%设定为相对于步骤II中使用的交联剂摩尔%的2倍以上,也不会在骨架相表面形成粒子体等,而未能获得本发明的复合单块连续。
(上述(3)的说明)
步骤II中使用的乙烯单体,是与步骤I中使用的油溶性单体不同结构的乙烯单体时,可获得具有本发明的复合结构的复合单块连续。例如,如同苯乙烯与乙烯基苯甲基氯化物,乙烯单体结构只要略有不同时,会生成在骨架相表面形成有粒子体等的复合单块连续。通常,由结构只要略为不同的二种单体获得的二种均聚合物互不相溶。
因此,认为是:将与步骤I中使用的单块连续中间体形成用的单体结构不同的单体在步骤II中使用,于步骤III中进行聚合时,虽然步骤II中使用的单体均匀地分配或含浸在单块连续中间体,但进行聚合而生成聚合物时,生成的聚合物与单块连续中间体不相溶,故进行相分离,生成的聚合物被排除至单块连续中间体的骨架相的表面附近,在骨架相的表面形成粒子体等凹凸。
(上述(4)的说明)
步骤II中使用的有机溶剂为分子量200以上的聚醚时,可获得具有本发明的复合结构的复合单块连续。聚醚与单块连续中间体的亲和性比较高,尤其低分子量的环状聚醚是聚苯乙烯的良溶剂,低分子量的链状聚醚虽不是良溶剂但具有相当大的亲和性。不过,聚醚的分子量变大时,与单块连续中间体的亲和性戏剧性地下降,变成几乎不显示与单块连续中间体的亲和性。在有机溶剂使用此种缺乏亲和性的溶剂时,单体对单块连续中间体的骨架内部的扩散受阻碍,其结果认为是:因单体仅在单块连续中间体的骨架表面附近聚合,故骨架相表面形成粒子体等,在骨架表面形成凹凸。
聚醚的分子量,只要是200以上即无特别限制上限,但太高的分子量时,步骤II中调制的混合物的黏度变高,含浸到单块连续中间体内部变得困难,故不优选。优选的聚醚的分子量是200至100,000,并以200至10,000为特别优选。此外,聚醚的末端结构,可以是未修饰的羟基,也可以是以甲基或乙基等烷基醚化,也可以是以乙酸、油酸、月桂酸、硬脂酸等酯化。
(上述(5)的说明)
步骤II中使用的乙烯单体的浓度在步骤II中的混合物中为30质量%以下时,可得本发明的复合单块连续。因步骤II中使单体浓度降低,而聚合速度降低,因与前述(1)相同的理由,而可在骨架相表面形成粒子体等,可在骨架相表面形成凹凸。单体浓度的下限值虽然无特别的限制,但因聚合速度随着单体浓度下降而下降,聚合时间越变长至实用上无法容许的程度,故宜将单体浓度设定在10至30质量%。
由此而得的复合单块连续,即,导入阴离子交换基前的具有复合结构的有机多孔质体的优选结构,可举出:气泡状的巨孔彼此相互重叠,且此重叠部份成为干燥状态中平均直径5至120μm的开口的连续巨孔结构体(“第5-1复合单块连续”);及由干燥状态中的平均粗细度为0.8至40μm的三维连续的骨架、与在此骨架间干燥状态中的直径为5至100μm的三维连续的孔隙形成的共连续结构体(“第5-2复合单块连续”)。
复合单块连续为第5-1单块连续时,该第5-1复合单块连续,是气泡状的巨孔彼此相互重叠,且此重叠部份成为干燥状态中平均直径10至120μm(以20至120μm为优选,并以25至120μm为特别优选)的开口(中孔)的连续巨孔结构体,以该巨孔与该开口(中孔)形成的气泡内成为流路。连续巨孔结构虽然是以巨孔的大小或开口径整齐的均匀结构者为合适,但并不局限于此,也可为在均匀结构中分散存在有比均匀的巨孔的大小更大的不均匀的巨孔。
第5-1复合单块连续的干燥状态中的开口的平均直径不到10μm时,导入阴离子交换基后的单块连续阴离子交换体的开口的平均直径也变小,通液时的压力损失变大,故不优选,此外,干燥状态中的开口的平均直径超过120μm时,导入阴离子交换基后的单块连续阴离子交换体的开口的平均直径变太大,有机液体与单块连续阴离子交换体及承载的铂族金属纳米粒子间的接触变得不充分,其结果,去除有机过氧化物的特性降低,故不优选。
第5-2的复合单块连续时,该第5-2复合单块连续,是具有干燥状态中的平均粗细度为0.8至40μm的三维连续的骨架、与在其骨架间干燥状态中的平均直径为8至120μm的三维连续的孔隙的共连续结构。第5-2复合单块连续的三维连续的孔隙在干燥状态中的平均直径不到8μm时,导入阴离子交换基后的单块连续阴离子交换体的开口的平均直径也变小,通液时的压力损失变大,故不优选;此外,超过120μm时,导入阴离子交换基后的单块连续阴离子交换体的开口的平均直径变得太大,有机液体与单块连续阴离子交换体及承载的铂族金属纳米粒子间的接触变得不充分,其结果,去除有机过氧化物的特性降低,故不优选。
此外,第5-2复合单块连续的骨架在干燥状态中的平均粗细度不到0.8μm时,除了有导入阴离子交换基后的单块连续阴离子交换体的每单位体积的阴离子交换容量降低的缺点以外,还有机械强度降低,尤其在以高流速通液时单块连续阴离子交换体会大幅变形,故不优选。另一方面,骨格在干燥状态中的平均粗细度超过40μm时,导入阴离子交换基后的单块连续阴离子交换体的骨架变太粗,通液时的压力损失增大,故不优选。
<第6单块连续阴离子交换体(切断型单块连续阴离子交换体)的说明>
第6单块连续阴离子交换体,是气泡状的巨孔彼此相互重叠,且此重叠部份在水湿润状态中成为平均直径20至300μm的开口的连续巨孔结构体,该连续巨孔结构体的骨架部的表层部为多孔结构,水湿润状态中的每单位体积的阴离子交换容量为0.4mg当量/mL以上,阴离子交换基均匀地分布在该具有单块连续结构的有机多孔质阴离子交换体中。
图9表示第6单块连续阴离子交换体的图10中的“A”部份的形态例的SEM照片,图10表示第6单块连续阴离子交换体的基本结构的示意图。
参照示意图的图10,说明第6单块连续阴离子交换体的基本结构。图10中,右侧的四角图,是将单块连续阴离子交换体的壁部(骨架部)A扩大的示意图。单块连续阴离子交换体10是气泡状的巨孔1彼此相互重叠,且此重叠部份成为共通的开口(中孔)2的连续巨孔结构,开口2的平均直径在水湿润状态中为20至300μm,并以20至200μm为优选,而以20至150μm为特别优选,巨孔1与开口2形成的连续气泡内成为流路。单块连续阴离子交换体10是气泡状的巨孔1彼此相互重叠,且此重叠部份成为共通的开口(中孔)2的连续巨孔结构,开口2的平均直径在水湿润状态中为20至300μm,并以20至200μm为优选,而以20至150μm为特别优选,巨孔1与开口2形成的连续气泡内成为流路。
单块连续阴离子交换体的开口的平均直径,在单块连续中导入阴离子交换基时,因单块连续整体膨胀,故变成比单块连续的开口的平均直径大。连续巨孔结构,虽然是以巨孔的大小或开口径整齐的均匀结构者为合适,但并不局限于此,也可为在均匀结构中分散存在有比均匀的巨孔的大小更大的不均匀的巨孔。单块连续阴离子交换体在水湿润状态中的开口(中孔)的平均直径不到20μm时,通液时的压力损失变大,故不优选;此外,水湿润状态中的开口(中孔)的平均直径超过300μm时,有机液体与单块连续阴离子交换体及承载的铂族金属纳米粒子间的接触变得不充分,其结果,去除有机过氧化物的特性降低,故不优选。
此外,水湿润状态的单块连续阴离子交换体的开口的平均直径,是将干燥状态的单块连续阴离子交换体的开口的平均直径乘以膨胀率而计算出的值,计算的方法是与第1单块连续中使用的方法相同,故省略。
此外,单块连续阴离子交换体10在骨架的表层部具有多孔结构,但在骨架中表层部占有的的比率小,并且多孔结构大部份是如同“巢”的非连续孔,故可通过水银渗入法求得中孔的平均直径。
单块连续阴离子交换体10中,连续巨孔结构体的骨架部6是由内层部3与表层部4形成,表层部4为多孔结构。即,多孔结构是在表层部4中存在无数个水湿润状态中直径为0.1至30μm(以0.1至15μm为特别优选)的细孔7的表层部的截面为类似所谓蜂巢的结构。多数的细孔7,相互独立或邻接的孔彼此连通。水湿润状态中表层部4的厚度是大致1至45μm。
此外,图10中,符号5是气相(气泡)部。骨架部6的多孔结构,可用将连续巨孔结构体(干燥体)切断的面的SEM(通过扫描型电子显微镜的二次电子像)影像而确认。即,单块连续阴离子交换体10,可举出:由外部未观察到构成多孔结构的细孔7(以下,也称为“一体型单块连续阴离子交换体”)、或由外部观察到在骨架切断面等端面构成多孔结构的细孔7(以下,也称为“切断型单块连续阴离子交换体”)。
一体型单块连续阴离子交换体是由反应容器取出且不施加切断者,切断型单块连续阴离子交换体是经刀具等切断的例如骰子形状。在本发明的单块连续阴离子交换体已承载铂族金属的本发明的铂族金属承载催化剂,只要作为催化剂使用,则对于多孔结构的表面层的液的渗透快速,液与阴离子交换基的接触效率变高,催化剂活性变高。
上述连续巨孔结构体的水湿润状态中的表层部的细孔直径,是至少进行3次干燥状态的单块连续阴离子交换体的SEM观察,测定所得的影像中的细孔直径,将其平均值乘以膨胀率而计算出的值。具体上,水湿润状态的单块连续阴离子交换体的直径设为x2(mm),使该水湿润状态的单块连续阴离子交换体干燥,所得干燥状态的单块连续阴离子交换体的直径设为y2(mm),至少进行3次此干燥状态的单块连续阴离子交换体的SEM观察,测定所得的影像中的细孔直径,其平均值设为z2(μm)时,单块连续阴离子交换体的连续结构体的表层部的水湿润状态中的细孔直径(μm),由下式“单块连续阴离子交换体的连续巨孔结构体的表层部的水湿润状态中的细孔直径(μm)=z2×(x2/y2)”计算出。
此外,当得知导入阴离子交换基前的干燥状态的单块连续的表层部的细孔直径、及在该干燥状态的单块连续中导入阴离子交换基时的相对于干燥状态的单块连续的水湿润状态的单块连续阴离子交换体的膨胀率时,也可将干燥状态的单块连续的表层部的细孔直径乘以膨胀率,计算出水湿润状态的单块连续阴离子交换体的表层部的细孔直径。此外,单块连续阴离子交换体的表层部的厚度也可用相同的方法计算出。
此外,切断型单块连续阴离子交换体,因骨架部的表层部的多孔结构显示在表面故比表面积格外地大,大多数的情况,使单块连续阴离子交换体干燥而测定的比表面积是20至70m2/g。切断型单块连续阴离子交换体,由于比表面积大,故将在此承载铂族金属的本发明的铂族金属承载催化剂作为催化剂使用时,与流体的接触面积大,且可使流体圆滑地流通,故可发挥优异的催化剂性能。此外,在本发明中,单块连续及单块连续阴离子交换体的比表面积,是通过水银渗入法测定干燥体的值。
本发明的单块连续阴离子交换体,具有水湿润状态中的每单位体积的阴离子交换容量为0.2mg当量/mL以上(并以0.2至1.8mg当量/mL为优选)的阴离子交换容量。单块连续阴离子交换体的每单位体积的阴离子交换容量不到0.4mg当量/mL时,每单位体积的铂族金属的纳米粒子承载量降低,故不优选。另一方面,单块连续阴离子交换体的每单位体积的阴离子交换容量超过1.8mg当量/mL时,通液时的压力损失增大,故不优选。此外,本发明的单块连续阴离子交换体的干燥状态中的每单位质量的阴离子交换容量,虽然无特别的限制,但为了使阴离子交换基均匀地导入单块连续阴离子交换体的骨架表面及骨架内部,故为3至6mg当量/g(干燥体)。此外,阴离子交换基仅导入骨架的表面的有机多孔质阴离子交换体的阴离子交换容量,虽然不能一概依有机多孔质体或阴离子交换基的种类决定,但最多仅500μg当量/g(干燥体)。
第6单块连续阴离子交换体中的阴离子交换基,与第6单块连续阴离子交换体中的阴离子交换基相同,故省略其说明。第6单块连续阴离子交换体中,导入的阴离子交换基,不仅在多孔质体的表面,也均匀地分布至多孔质体的骨架内部。均匀分布的定义,与第1单块连续阴离子交换体的均匀分布的定义相同。
本发明的单块连续阴离子交换体,其厚度是1mm以上,且与膜状的多孔质体区别。厚度不到1mm时,每1片多孔质体的阴离子交换容量变得极低,故不优选。本发明的单块连续阴离子交换体的厚度以3至1,000mm为优选。此外,本发明的单块连续阴离子交换体,因骨架的基本结构是连续巨孔结构,故机械强度高。
此外,本发明的单块连续阴离子交换体,具有0.5至10mL/g的全细孔容积,并以0.8至7mL/g为合适。全细孔容积不到0.5mL/g时,每单位截面积的渗透液量或渗透气体量变小,处理能力降低,故不优选。另一方面,全细孔容积超过10mL/g时,催化剂活性降低,故不优选。此外,在本发明中,单块连续(单块连续中间体、单块连续、单块连续阴离子交换体)的全细孔容积,是通过水银渗入法测定的值。此外,单块连续(单块连续中间体、单块连续、单块连续阴离子交换体)的全细孔容积,在干燥状态中或在水湿润状态,均相同。
该聚合物材料的种类并无特别的限制,例如可使用如同构成第1单块连续的聚合物材料,故省略。
<单块连续阴离子交换体的制造方法>
本发明的单块连续阴离子交换体,可通过进行下述步骤获得:(步骤I)通过将不含阴离子交换基的油溶性单体、表面活性剂及水的混合物搅拌而调制油包水型乳液,接着使油包水型乳液聚合而获得全细孔容积为5至16mL/g的连续巨孔结构的单块连续状有机多孔质中间体(单块连续中间体);(步骤II)调制由乙烯单体、1分子中至少具有2个以上乙烯基的交联剂、碳数3至9的脂肪族醇及聚合引发剂形成的混合物的步骤,且是将乙烯单体、交联剂及脂肪族醇混合物中的乙烯单体浓度(质量%)设为56至80%,或者将乙烯单体浓度设为40%以上、不到56%并且将相对于乙烯单体与交联剂的合计量的该交联剂的量设为0.1至1摩尔%的步骤;(步骤III)将步骤II中获得的混合物在静置下、且该步骤I中获得的单块连续中间体存在下进行聚合,获得单块连续状的有机多孔质体(单块连续);以及在该步骤III中获得的单块连续中导入阴离子交换基的步骤。
此外,本发明的单块连续阴离子交换体的制造方法中,步骤I,只要依照日本特开2002-306976号公报所述的方法进行即可。
(单块连续中间体的制造方法)
步骤I的单块连续中间体的制造,与第4单块连续阴离子交换体的步骤I相同,故省略其说明。
(单块连续的制造方法)
步骤II,是调制由乙烯单体、1分子中至少具有2个以上乙烯基的第2交联剂、碳数3至9的脂肪族醇及聚合引发剂形成的混合物的步骤,且是将乙烯单体、第2交联剂及脂肪族醇混合物中的乙烯单体浓度(质量%)设为56至80%,或者将乙烯单体浓度设为40%以上、不到56%并且将相对于乙烯单体与第2交联剂的合计量的该第2交联剂的量设为0.1至1摩尔%的步骤。此外,步骤I与步骤II无顺序,可在步骤I后进行步骤II,也可在步骤II后进行步骤I。
步骤II中使用的有机溶剂,与第3单块连续阴离子交换体的步骤II中使用的有机溶剂相同,故省略其说明。
乙烯单体、第2交联剂及脂肪族醇的混合物中的乙烯单体浓度(质量%)为56至80%时,相对于乙烯单体与第2交联剂的合计量的该第2交联剂的量是以0.1至5摩尔%为优选,并以0.3至4摩尔%更优选。另一方面,乙烯单体、第2交联剂及脂肪族醇的混合物中的乙烯单体浓度为40%以上、不到56%时,相对于乙烯单体与第2交联剂的合计量的该第2交联剂的量是0.1至1摩尔%,并以0.2至1摩尔%为优选。乙烯单体浓度超出上述范围时,观察不到导入至骨架部的多孔结构。此外,乙烯单体浓度超过80%时,聚合热的除热变得困难,控制聚合反应变得困难,故不优选。
相对于聚合时共存的单块连续中间体,此等乙烯单体的添加量以质量计是3至70倍,并以4至50倍为优选。相对于单块连续中间体,乙烯单体的添加量不到3倍时,多孔结构导入至骨架部变得困难,故不优选。另一方面,乙烯单体的添加量超过70倍时,开口径变小,通液时的压力损失变大,故不优选。
步骤II中使用的第2交联剂,与第3单块连续阴离子交换体的步骤II中使用的交联剂相同,省略其说明。
第2交联剂的使用量,依乙烯单体、第2交联剂、脂肪族醇的混合物中的乙烯单体浓度(质量%)而变动,但相对于乙烯单体与第2交联剂的合计量,是0.1至5摩尔%,并以0.2至5摩尔%为特别优选。第2交联剂使用量不到0.1摩尔%时,单块连续的机械强度不足,故不优选。另一方面,超过5摩尔%时,多孔结构导入至骨架部变得困难,故不优选。此外,上述第2交联剂的使用量,优选以与乙烯单体/第2交联剂聚合时共存的单块连续中间体的交联密度几乎成为相等的方式使用。如两者的使用量偏离太大时,生成的单块连续中产生交联密度分布的偏差,在阴离子交换基导入反应时变得容易产生裂纹。
步骤II中使用的溶剂,是碳数3至9的脂肪族醇。该脂肪族醇的具体例,可举出:1-丙醇、2-丙醇、1-丁醇、异丁醇、仲丁醇、叔丁醇、1-戊醇、1-己醇、环己醇、1-辛醇、2-乙基己醇、乙二醇、丙二醇、丁二醇、甘油、溶纤剂、甲基溶纤剂、丁基溶纤剂等。
此外,即便是上述脂肪族醇以外的溶剂,其使用量少时,也可添加在上述脂肪族醇中使用。此等脂肪族醇的使用量,优选以使上述乙烯单体浓度成为40至80质量%的方式使用。脂肪族醇使用量超出上述范围而使乙烯单体浓度不到40%时,多孔结构导入至骨架部份变得困难,故不优选。另一方面,乙烯单体浓度超过80质量%时,聚合热的除热变得困难,控制聚合反应变得困难,故不优选。
聚合引发剂,与第3单块连续阴离子交换体制造的步骤II中使用的聚合引发剂相同,故省略其说明。
步骤III,是将步骤II中获得的混合物在静置下、且该步骤I中获得的单块连续中间体存在下进行聚合,获得具有比该单块连续中间体的骨架更粗的骨架,且骨架的表面层具有多孔结构的单块连续的步骤。
反应容器的内容积,与第3单块连续阴离子交换体制造中使用的反应容器相同,故省略其说明。
步骤III中,单块连续中间体是以含浸在混合物(溶液)的状态放置于反应容器中。步骤II中获得的混合物与单块连续中间体的调配比,如同前述,宜以相对于单块连续中间体,乙烯单体的添加量以质量计成为3至70倍的方式调配,并以成为4至50倍为优选。借此,可获得具有适度的开口径且骨架中导入有多孔结构的单块连续。反应容器中,混合物中的乙烯单体与第2交联剂,吸附、分配在静置的单块连续中间体的骨架,在单块连续中间体的骨架内进行聚合。进行此聚合的过程中,虽然不明了形成多孔结构的详细理由,但认为因在乙烯单体浓度明显高时或交联剂量明显少时,聚合的进行变得不均匀,交联结构不均匀地存在。
聚合条件,可依单体的种类、引发剂的种类选择各式各样的条件。例如,使用2,2’-偶氮双(异丁腈)、2,2’-偶氮双(2,4-二甲基戊腈)、过氧化苯甲酰、过氧化月桂酰等作为引发剂时,只要在惰性环境气体下的密封容器内,于30至100℃中加热聚合1至48小时即可。通过加热聚合,使吸附、分配在单块连续中间体的骨架的乙烯单体与第2交联剂在该骨架内聚合,使该骨架变粗,同时在骨架中形成多孔结构。聚合结束后,取出内容物,以去除未反应乙烯单体与有机溶剂为目的,以甲醇或丙酮等溶剂萃取,获得特定骨架结构的单块连续。
单块连续是气泡状的巨孔1彼此相互重叠,且此重叠部份成为共通的开口(中孔)2的连续巨孔结构,干燥状态中的开口2的平均直径为15至200μm,并以15至150μm为优选,而以15至100μm为特别优选。此外,单块连续是在骨架的表层部具有与单块连续阴离子交换体相同的多孔结构。单块连续的多孔结构,是表层部4中存在无数个干燥状态中的直径为0.1至20μm(尤其是0.1至10μm)的细孔7的SEM截面为类似所谓蜂巢的结构。
其次,说明本发明的单块连续阴离子交换体的制造方法。该单块连续阴离子交换体的制造方法,虽然无特别的限制,但就可严密地控制获得的单块连续阴离子交换体的多孔结构而言,以通过上述方法制造单块连续后导入阴离子交换基的方法为优选。
第1至第6单块连续中导入阴离子交换基的方法,并无特别的限制,可使用高分子反应或接枝聚合等公知的方法。例如,导入季铵基团的方法,可列举:只要单块连续为苯乙烯-二乙烯基苯共聚合物等时,通过氯甲基甲醚等而导入氯甲基后,使其与叔胺反应的方法;通过氯甲基苯乙烯与二乙烯基苯的共聚合而制造单块连续,使其与叔胺反应的方法;在单块连续中将自由基引发基或链转移基均匀地导入骨架表面及骨架内部,使N,N,N-三甲基铵丙烯酸乙酯或N,N,N-三甲基铵丙基丙烯酰胺接枝聚合的方法;同样地将甲基丙烯酸环氧丙酯接枝聚合后,通过官能基转换而导入季铵基团的方法等。
此等方法中,导入季铵基团的方法,就可均匀且定量地导入离子交换基而言,以通过氯甲基甲醚等而将氯甲基导入至苯乙烯-二乙烯基苯共聚合物中之后,使其与叔胺反应的方法;或通过氯甲基苯乙烯与二乙烯基苯的共聚合而制造单块连续,使其与叔胺反应的方法为优选。此外,导入的离子交换基,可举出三甲基铵基、三乙基铵基、三丁基铵基、二甲基羟基乙基铵基、二甲基羟基丙基铵基、甲基二羟基乙基铵基等季铵基团,或叔锍基团、鏻基等。
此外,将在第1至第6单块连续阴离子交换体承载有铂族金属的催化剂填充至管柱中,当以已将其填充1m的管柱中以通液线速度(LV)1m/h通液时的压力损失(以下,称为“差压系数”)来表示使有机液体渗透时的压力损失时,以0.001至0.1MPa/m·LV的范围为优选,并以0.005至0.05MPa/m·LV为特别优选。
<具有单块连续结构的阴离子交换体整体>
具有单块连续造构的阴离子交换体的全细孔容积,以1至50mL/g为优选,并以2至30mL/g为特别优选。全细孔容积太小时,有压力损失变大、每单位截面积的通液量变小、处理能力降低的情形。
另一方面,全细孔容积太大时,有机械强度降低而变形的情形,有机液体与“具有单块连续结构的阴离子交换体”及承载在其上的铂族金属催化剂间的接触效率降低,故有催化剂效果降低的情形。
全细孔容积,是通过水银渗入法测定的值。此外,全细孔容积,在干燥状态中或水湿润状态中均相同。
具有单块连续结构的阴离子交换体的干燥状态中的每单位重量的阴离子交换容量,虽然无特别的限制,但以0.5至5.0mg当量/g为优选。阴离子交换容量太少时,有铂族金属催化剂的承载量降低、去除有机过氧化物的效率降低的情形。
另一方面,阴离子交换容量太大时,因离子形的变化而致的“具有单块连续造构的阴离子交换体”的体积变化变大,有在具有单块连续造构的阴离子交换体产生裂纹或破碎的情形。
铂族金属粒子的平均粒径,通常是1至100nm,并以1至50nm为优选,而以1至20nm更优选。平均粒径太小时,粒子从载体脱离的可能性变高,另一方面,平均粒径太大时,金属的每单位质量的表面积变少,而有不能有效率地获得催化剂效果的情形。
相对于“已承载铂族金属催化剂的具有单块连续结构的阴离子交换体”的载体整体,干燥状态的具有单块连续结构的阴离子交换体承载的铂族金属催化剂粒子的承载量,通常是0.004至20质量%,并以0.005至15质量%为优选。
承载量太少时,有去除有机过氧化物的效果变得不足的情形。另一方面,承载量太多时,为浪费,有确认到铂族金属催化剂粒子脱离的情形。
铂族金属的承载方法并无特别的限制,可由公知的方法,通过在具有单块连续结构的阴离子交换体承载铂族金属催化剂的粒子而得。
可列举例如:将干燥状态的具有单块连续结构的阴离子交换体浸渍在氯化钯的盐酸水溶液中,使氯化钯酸阴离子通过离子交换而吸附在具有单块连续结构的阴离子交换体,接着,使其与还原剂接触,将钯金属粒子承载在具有单块连续结构的阴离子交换体的方法;或将具有单块连续结构的阴离子交换体填充至管柱中,将氯化钯的盐酸水溶液通液,使氯化钯酸阴离子通过离子交换而吸附在具有单块连续结构的阴离子交换体,接着,通液还原剂,将钯金属粒子承载在具有单块连续结构的阴离子交换体的方法等。
此外,也可经由来自配位子(ligand)的化学结构,使铂族催化剂的粒子承载在具有单块连续结构的有机多孔质体。
此时,使用的还原剂也无特别的限制,可举出蚁酸、草酸、柠檬酸、抗坏血酸等羧酸;甲醛、乙醛等醛;硼氢化钠;肼等。
铂族金属承载催化剂中,作为铂族金属纳米粒子的载体的具有单块连续结构的阴离子交换体的离子形,在承载铂族金属粒子后,通常是成为如同氯化物形般的盐形。此外,因会发挥较高的去除有机过氧化物的效果,故铂族金属催化剂,以将具有单块连续结构的阴离子交换体的离子形再生为OH-形式、NO3 -形式等为优选。
具有单块连续结构的阴离子交换体的再生为OH-形式的方法并无特别的限制,只要使用将氢氧化钠水溶液通液等公知的方法即可。
本发明中,作为去除有机过氧化物的对象的“电子零件制作用阻剂的溶剂的有机液体或电子零件制作用清洗液的有机酸酯类液体”,只要是使用于此目标的有机酸酯类液体即无特别的限制,可适用于任何有机酸酯类液体中。
上述“有机酸酯类液体”,并无特别的限制,可举出乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、乳酸甲酯、乳酸乙酯、乳酸丙酯、乳酸丁酯、丙酮酸甲酯、丙酮酸乙酯、丙酮酸丁酯等羧酸酯类液体等。
本发明的去除有机过氧化物的方法中,有机酸酯类液体的过氧化物值(POV),以去除至2mmol/kg以下为优选,并以去除至1mmol/kg以下更优选,而以去除至0.5mmol/kg以下为特别优选,而以去除至0.3mmol/kg以下又更优选,而以去除至0.1mmol/kg以下最优选。
若通过本发明,可将有机过氧化物去除至使过氧化物值(POV)成为2mmol/kg以下,对于电子零件制作用阻剂的溶剂的有机酸酯类液体,或对于电子零件制作用清洗液的有机酸酯类液体,只要过氧化物值(POV)成为2mmol/kg以下,即发挥前述的本发明的效果。
特别优选的去除有机过氧化物的方法,是自过氧化物值(POV)为100mmol/kg以下的上述有机液体中,去除上述有机酸酯类液体中的有机过氧化物,直至过氧化物值(POV)成为2mmol/kg以下的方法。
又更优选的去除有机过氧化物的方法,是自过氧化物值(POV)为0.01mmol/kg以上、100mmol/kg以下的上述有机液体中,去除上述有机酸酯类液体中的有机过氧化物,直至过氧化物值(POV)成为2mmol/kg以下的方法。
在本发明的实施之前,预先以公知方法去除有机过氧化物直至使过氧化物值(POV)成为100mmol/kg以下也为优选。
过氧化物值(POV),以去除有机过氧化物直至1mmol/kg以下更优选,并以0.5mmol/kg以下为特别优选,而以0.3mmol/kg以下又更优选,而以0.1mmol/kg以下最优选。若通过本发明,即使考量成本也可达成上述者,在电子零件制作用,尤其期望上述下限的有机过氧化物的量。
此外,上述“处理后的有机酸酯类液体中的有机过氧化物的残留量的下限”(去除水准),比通过公知的方法自水中去除过氧化氢时的“处理后的水中的过氧化氢的残留量”(去除水准)更多。此乃因,在量上,自有机酸酯类液体中去除有机过氧化物,比自水中去除过氧化氢更难,在有机液体时,只要达成上述下限即可适合使用于电子零件制作用。
此外,上述有机酸酯类液体的经过保管、运送等直至使用为止的期间中,随着时间的推移确认到该液体中的有机过氧化物的增加。因此,对于有机酸酯类液体而言,每单位时间的过氧化物值(POV)的经时增加量[mmol/(kg·月)]成为重要的性能标准。
在本发明的“经时增加量[mmol/(kg·月)]”中,“月”是表示“30天”。
若通过本发明,可去除有机过氧化物直至过氧化物值(POV)的经时所致的增加量(以下,简称为“过氧化物值(POV)的经时增加量”或简称“经时增加量”)成为2mmol/(kg·月)以下为止,对于电子零件制作用阻剂的溶剂的有机酸酯类液体,或对于电子零件制作用清洗液的有机酸酯类液体,只要过氧化物值(POV)的经时增加量为2mmol/(kg·月)以下,即发挥前述的本发明的效果。
优选是自过氧化物值(POV)经时增加量为100mmol/(kg·月)以下的上述液体,去除上述有机酸酯类液体中的有机过氧化物,直至过氧化物值(POV)经时增加量成为2mmol/(kg·月)以下的有机过氧化物的去除方法。
以事先将有机过氧化物去除直至过氧化物值(POV)的经时增加量成为1mmol/(kg·月)以下更优选,并以0.5mmol/(kg·月)以下为特别优选,而以0.2mmol/(kg·月)以下又更优选。
若通过本发明,即使考量成本也可达成上述者,在电子零件制作用,尤其期望以上述下限为有机过氧化物的经时增加量。
本发明的有机过氧化物的去除方法中,虽然无特别的限制,但以将对象的有机酸酯类液体在填充管柱通液的方法为优选。
此时,优选以通液直至有机过氧化物的浓度成为上述浓度以下为止(的方式),对于空间速度(SV),并无特别的限制,以10hr-1以上2,000hr-1以下为优选,并以20hr-1以上500hr-1以下更优选,而以30hr-1以上300hr-1以下为特别优选。
只要为上述下限以上即可使流量变多,有利于成本效益,若通过本发明,即使为上述下限以上,能以可适合使用于电子零件制作制用的程度去除有机过氧化物。另一方面,在上述上限以上时,有未能充分去除有机过氧化物的情形。
“空间速度(SV)”,指将使铂族金属催化剂或已承载铂族金属催化剂的载体通过的每1小时的有机液体的质量,除以铂族金属催化剂或已承载铂族金属催化剂的载体的质量的值。换言之,是每单位时间的有机酸酯类液体接触到载体等的时间的倒数。
只要使用本发明的有机酸酯类液体的制造方法,即可制造发挥本发明的前述效果的“电子零件制作用阻剂溶剂或清洗液”。
本发明的其他形态,是经去除有机过氧化物的有机酸酯类液体,其是自电子零件制作用阻剂溶剂的有机酸酯类液体或电子零件制作用清洗液的有机酸酯类液体中,去除有机过氧化物直至过氧化物值(POV)成为2mmoL/kg以下而制成的。
此外,本发明的其他形态,是经去除有机过氧化物的有机酸酯类液体,其是自过氧化物值(POV)为100mmoL/kg以下的有机酸酯类液体中,去除有机过氧化物直至过氧化物值(POV)成为2mmoL/kg以下而制成的。
此外,一种电子零件制作用阻剂溶剂或电子零件制作用清洗液的制造方法,其包含使用前述的有机酸酯类液体的制造方法,将电子零件制作用阻剂的溶剂的有机酸酯类液体或电子零件制作用清洗液的有机酸酯类液体中含有的有机过氧化物去除的步骤。
此外,本发明的其他形态,是电子零件制作用阻剂溶剂或电子零件制作用清洗液,其是使用前述的有机酸酯类液体的制造方法,将电子零件制作用阻剂的溶剂的有机酸酯类液体或电子零件制作用清洗液的有机液体中含有的有机酸酯类过氧化物去除而成的,且过氧化物值(POV)为2mmoL/kg以下。
即,一种电子零件制作用阻剂溶剂或电子零件制作用清洗液,其含有前述的经去除有机过氧化物的有机酸酯类液体,并可作为电子零件制作用阻剂的溶剂或电子零件制作用清洗液使用,且过氧化物值(POV)为2mmoL/kg以下。
此外,本发明的其他形态,是电子零件制作用阻剂溶剂或电子零件制作用清洗液,其是使用前述的有机酸酯类液体的制造方法,将电子零件制作用阻剂的溶剂的有机酸酯类液体或电子零件制作用清洗液的有机液体中含有的有机酸酯类过氧化物去除而成的,且自过氧化物值(POV)经时增加量为100mmoL/(kg·月)以下的上述液体变为过氧化物值(POV)经时增加量为2mmoL/(kg·月)以下。
即,一种电子零件制作用阻剂溶剂或电子零件制作用清洗液,其含有前述经去除有机过氧化物的有机酸酯类液体,并可作为电子零件制作用阻剂旳溶剂或电子零件制作用清洗液使用,且过氧化物值(POV)经时增加量为2mmoL/(kg·月)以下。
过氧化物值(POV),以2mmoL/kg以下为优选,并以1mmoL/kg以下更优选,而以0.5mmoL/kg以下为特别优选,而以0.3mmoL/kg以下又更优选,而以0.1mmoL/kg以下最优选。若通过本发明,即使考量成本也可达到上述下限,在电子零件制作用,有机过氧化物是以上述下限为宜。
[实施例]
以下,虽然列举实施例及比较例更具体地说明本发明,但本发明只要不超过其要旨即不局限于此等实施例。
调制例
<承载铂族金属催化剂的载体的调制>
<<已承载钯(Pd)的具有单块连续结构的阴离子交换体的调制>>
已承载铂族金属催化剂的载体,前述的“第3单块连续阴离子交换体”的“已承载钯(Pd)的具有单块连续结构的阴离子交换体”(以下,简称“Pd/M”或“Pd-M”),由ORGANO(股)获得。
构成/形态(制造方法中规定),在高分子论文集,Vol.68,No.5,pp.320-325(2011)中有详细的记载,但以下记载其制造方法的要点。
(1)第1阶段聚合
将乳化剂、苯乙烯、二乙烯基苯及自由基聚合引发剂混合,作成均匀溶液。将此溶液与纯水放入容器中,利用搅拌器搅拌,调制成油包水型(W/O型)乳液。
将放入此乳液的容器内部进行氮气置换后,密封静置下加热而进行聚合。
聚合结束后,自容器中取出已聚合的树脂,通过索氏萃取精制后,进行减压干燥,合成单块连续结构体(A)。
(2)第2阶段聚合
将苯乙烯、二乙烯基苯、“聚苯乙烯的不良溶剂”及自由基聚合引发剂混合作成均匀溶液。将步骤(1)中合成的单块连续结构体(A)浸渍在此溶液,在氮气环境气体下脱泡而使该溶液渗透至单块连续结构体(A)内部。
在氮气环境气体下密封后,静置下加热使其聚合。
聚合结束后,自容器中取出,以索氏萃取精制,减压干燥,合成单块连续结构体(B)。
(3)氯甲基化
使步骤(2)中获得的单块连续结构体(B)与氯甲基甲醚于四氯化锡存在下反应,将氯甲基导入单块连续结构体(B)。
(4)胺基化
将步骤(3)中获得的“经氯甲基化的单块连续结构体(B)”浸渍在三甲基胺与THF的混合溶液中使其反应,而导入季铵基团。
反应结束后,以纯水清洗获得的“具有单块连续结构的阴离子交换体”,用纯水取代直至内部为止。
最后得到的“具有单块连续结构的阴离子交换体”,是直径190mm、厚度40mm的圆柱状,季铵基团的对离子是氯离子。
(5)铂族金属催化剂的承载
将步骤(4)中获得的“具有单块连续结构的阴离子交换体”切出厚度10mm的圆盘状。Pd源使用PdCl2,使其溶解于稀盐酸中,再以水稀释后使用。作为Pd种,认为2价的[PdCl4]2-(氯化钯酸离子)是通过离子交换而导入的,故将切出的“具有单块连续结构的阴离子交换体”浸渍在已调制成特定浓度的PdCl2水溶液中,通过离子交换而导入氯化钯酸离子。
以纯水充分清洗后,用胼的水溶液进行还原。使钯(Pd)催化剂承载。
然后,浸渍在1mol/L的氢氧化钠水溶液中,搅拌,使离子形作成OH-形式之后,以纯水清洗,获得目标“在具有单块连续结构的阴离子交换体承载铂族金属催化剂而成的载体”(Pd/M)。
此外,其中一部份是作成硝酸封锁形。
评估例
<过氧化物值(POV)的测定>
有机液体中的过氧化物值(POV),依据ISO 3960测定。
实施例1
<以振荡法确认效果>
作为承载铂族金属催化剂而成的载体,评估调制例中调制的Pd/M(OH-形式,Pd承载量是3质量%)及Pd/M(硝酸封锁形,Pd承载量是5质量%)。
作为有机酸酯类液体的一例,评估乳酸乙酯(ETL)。
将预先以试验液的乳酸乙酯液体清洗的“承载铂族金属催化剂而成的载体”的Pd/M(OH-形)及Pd/M(硝酸封锁形)均作为Pd以成为10mg的方式称取或切出(Pd/M切出约7mm见方)。
将该等载体添加至已定量过氧化物值的各乳酸乙酯液体100mL中,装入500mL的褐色瓶内,在25℃中振荡12小时。
振荡后,将载体过滤分离,定量过氧化物值。将结果表示于以下的表1中。
[表1]
由表1可知,25℃中振荡12小时后,过氧化物值(POV)减少。
实施例2
<填充至管柱中并改变空间速度(SV)确认效果(1)>
在内径10mm的管柱中,填充7.9mL(层高10cm)的Pd/M(OH-形),将已测定过氧化物值的乳酸乙酯(ETL)以上向流并改变通水空间速度(SV)而通液。
将于管柱出口取样的乳酸乙酯(ETL)的过氧化物值(POV)定量。将结果表示于以下的表2中。
[表2]
由表2可知,即使改变通水空间速度(SV)也确认到过氧化物值(POV)的减少。通水空间速度(SV)为10[hr-1]时,过氧化物值(POV)变得极小至0.15[mmol/kg]。
实施例3
<填充至管柱中并改变空间速度(SV)确认效果(2)>
在内径75mm的管柱中,以水湿润状态填充830mL(层高161mm)的Pd/M(OH-形),将已测定过氧化物值的乳酸乙酯(ETL)以上向流并改变通水空间速度(SV)而通液。此外,Pd/M(OH-形)的体积,在乳酸乙酯中收缩至760mL。
将于管柱出口取样的乳酸乙酯(ETL)的过氧化物值(POV)定量。将结果表示于以下的表3中。
[表3]
由表3可知,将管柱放大(scale-up)时,即使改变通水空间速度(SV),也确认到过氧化物值(POV)的减少。
实施例4
<填充至管柱中并使其循环确认效果(1)>
在内径10mm的管柱中,填充7.9mL(层高10cm)的Pd/M(OH-形),将三阶段改变(0.22、0.53、5.40mmol/kg)过氧化物值(POV)的乳酸乙酯(ETL)作为试料液,一边以上向流循环一边通液。空间速度(SV)统一为177hr-1
每隔一定时间自管柱出口附近取样,定量乳酸乙酯(ETL)的过氧化物。将结果表示于以下的表4(700分钟后的结果)与图11中。
[表4]
如同由表4及图11可知,过氧化物值是随着处理时间的经过而减少。改变作为评估试料的乳酸乙酯(ETL)的初期的(通液前的)过氧化物值(POV)并评估的结果,确认不论初期的(通液前的)过氧化物值(POV)的大小,均可去除至0.1mmol/kg以下。
实施例5
<填充至管柱中并使其循环确认效果(2)>
在内径75mm的管柱中,以水湿润状态填充830mL(层高161mm)的Pd/M(OH-形式),将过氧化物值(POV)1.54mmol/kg的乳酸乙酯(ETL)作为试料液,一边以上向流循环一边通液。空间速度(SV)统一为1040hr-1。此外,Pd/M(OH-形)的体积,在乳酸乙酯中收缩至760mL。
每隔一定时间自管柱出口附近取样,定量乳酸乙酯(ETL)的过氧化物。将结果表示于以下的图12中。
由图12中可知,过氧化物值随着处理时间的经过而减少。
实施例6
<经时稳定性的确认>
将实施例4中获得的“通液后成为POV=0.06mmol/kg的乳酸乙酯(ETL)”(简称“单块连续处理”)、“未通液的POV=5.40mmol/kg的乳酸乙酯(ETL)”(简称“单块连续未处理”)分别于20℃中,于暗处静置经时保存1个月(30天)。
将结果表示于表5中。
[表5]
以发明的有机酸酯类液体的制造方法制造的“单块连续处理”,比起“单块连续未处理”可抑制保管中的过氧化物值经时上升的幅度。即,要求的过氧化物值(POV)经时增加量,相对于“单块连续处理”为0.14mmoL/(kg·月),“单块连续未处理”为5.10mmoL/(kg·月)。
因此,可知以本发明的有机酸酯类液体的制造方法制造的有机酸酯类液体,关于过氧化物值(POV),已抑制“过氧化物值(POV)经时增加量”。即,可知经时稳定性优异。
实施例7
<再处理POV增加的有机酸酯类液体的方法>
将实施例6中获得的“保管1个月(30天)后过氧化物值(POV)成为10.50mmol/kg的乳酸乙酯(ETL)”,在内径10mm的管柱中填充7.9mL(层高10cm)的Pd/M(OH-形式),一边以上向流循环一边通液。空间速度(SV)为177hr-1
每隔一定时间自管柱出口附近取样,定量乳酸乙酯(ETL)中的过氧化物。将处理前后的乳酸乙酯(ETL)的过氧化物值(POV)表示于以下的表6(700分钟后的结果)中。
[表6]
由表6可知,保管中过氧化物值(POV)增加至10.50mmol/kg的乳酸乙酯(ETL),在通液后过氧化物值(POV)成为0.06mmol/kg,可知本发明是优良的“再处理有机酸酯类液体的方法”。
乳酸乙酯(ETL)的回收率是99.9质量%。此外,即便使用连续通液3个月的管柱取代填充后立即的管柱,也可获得与上述相同的结果。
此外,使用连续通液3个月的管柱,利用ICP-MS(包含Pd的23元素)分析处理前与处理后循环700分钟后的乳酸乙酯(ETL)的金属含量,但未确认到处理前后金属含量的增加。
[产业上的可利用性]
使用本发明调制的有机酸酯类液体,因作为电子零件制作用阻剂的溶剂或清洗液优异,故可使用于制作电子零件的过程,尤其是集成电路(IC)制作用光阻剂、显示器用彩色滤光片制作用阻剂,故广泛应用于电子零件制造领域等中。

Claims (23)

1.一种制造有机酸酯类液体的方法,其是将属于电子零件制作用阻剂溶剂的有机酸酯类液体或属于电子零件制作用清洗液的有机酸酯类液体中含有的有机过氧化物去除的方法,
该方法通过使该有机酸酯类液体与铂族金属催化剂接触,而去除该有机酸酯类液体中的有机过氧化物。
2.根据权利要求1所述的制造有机酸酯类液体的方法,其是使含有有机过氧化物的有机酸酯类液体与承载有铂族金属催化剂的载体接触,该承载有铂族金属催化剂的载体是在具有单块连续结构的有机多孔质阴离子交换体承载铂族金属催化剂而形成的。
3.根据权利要求1或2所述的制造有机酸酯类液体的方法,其中,所述铂族金属催化剂为钯催化剂。
4.根据权利要求1至3任一项所述的制造有机酸酯类液体的方法,其中,所述铂族金属催化剂是在具有单块连续结构的有机多孔质阴离子交换体承载有平均粒径1至100nm的铂族金属的纳米粒子的铂族金属承载催化剂,
该具有单块连续结构的有机多孔质阴离子交换体由连续骨架相和连续孔隙相构成,连续骨架的厚度为1至100μm,连续孔隙的平均直径为1至1,000μm,全细孔容积为0.5至50mL/g,干燥状态中的每单位重量的离子交换容量为0.5至6mg当量/g,离子交换基均匀地分布在该具有单块连续结构的有机多孔质阴离子交换体中。
5.根据权利要求2至4任一项所述的制造有机酸酯类液体的方法,其中,所述具有单块连续结构的有机多孔质阴离子交换体具有连续气泡结构,该连续气泡结构具有相互连接的巨孔、及巨孔壁内的平均直径为1至1,000μm的共通开口(中孔),全细孔容积为1至50mL/g,干燥状态中的每单位重量的离子交换容量为0.5至6mg当量/g,离子交换基均匀地分布在该具有单块连续结构的有机多孔质阴离子交换体中。
6.根据权利要求2至4任一项所述的制造有机酸酯类液体的方法,其中,所述具有单块连续结构的有机多孔质阴离子交换体,是平均粒径1至50μm的有机聚合物粒子凝聚而形成三维连续的骨架部份,在该骨架间具有平均直径为20至100μm的三维连续的孔隙,全细孔容积为1至10mL/g,干燥状态中的每单位重量的离子交换容量为0.5至6mg当量/g,离子交换基均匀地分布在该具有单块连续结构的有机多孔质阴离子交换体中。
7.根据权利要求2至4任一项所述的制造有机酸酯类液体的方法,其中,所述具有单块连续结构的有机多孔质阴离子交换体为包括骨架与孔隙的共连续结构体,该骨架为由已导入离子交换基的全构成单元中含有0.3至5.0摩尔%的交联结构单元的芳香族乙烯聚合物所构成的平均粗细度为1至60μm的三维连续的骨架,该孔隙为在该骨架间平均直径为10至200μm的三维连续的孔隙,全细孔容积为0.5至10mL/g,干燥状态中的每单位重量的离子交换容量为0.5至6mg当量/g,离子交换基均匀地分布在该具有单块连续结构的有机多孔质阴离子交换体中。
8.根据权利要求2至4任一项所述的制造有机酸酯类液体的方法,其中,所述具有单块连续结构的有机多孔质阴离子交换体,是气泡状的巨孔彼此相互重叠且此重叠部份成为平均直径30至300μm的开口的连续巨孔结构体,全细孔容积为0.5至10mL/g,干燥状态中的每单位重量的离子交换容量为0.5至6mg当量/g,离子交换基均匀地分布在该具有单块连续结构的有机多孔质阴离子交换体中,且该连续巨孔结构体(干燥体)的切断面的SEM影像中,于截面显现的骨架部面积为影像区域中的25至50%。
9.根据权利要求2至4任一项所述的制造有机酸酯类液体的方法,其中,所述具有单块连续结构的有机多孔质阴离子交换体由连续骨架相与连续孔隙相所构成,该骨架具有固定在表面的直径4至40μm的多数个粒子体或在该有机多孔质体的骨架表面上形成的大小为4至40μm的多数个突起体,连续孔隙的平均直径为10至150μm,全细孔容积为0.5至10mL/g,干燥状态中的每单位重量的离子交换容量为0.5至6mg当量/g,离子交换基均匀地分布在该具有单块连续结构的有机多孔质阴离子交换体中。
10.根据权利要求2至4任一项所述的制造有机酸酯类液体的方法,其中,所述具有单块连续结构的有机多孔质阴离子交换体,是气泡状的巨孔彼此相互重叠且此重叠部份在水湿润状态中成为平均直径20至300μm的开口的连续巨孔结构体,该连续巨孔结构体的骨架部的表层部为多孔结构,水湿润状态中的每单位体积的阴离子交换容量为0.4mg当量/mL以上,阴离子交换基均匀地分布在该具有单块连续结构的有机多孔质阴离子交换体中。
11.根据权利要求2至10任一项所述的制造有机酸酯类液体的方法,其中,所述具有单块连续结构的有机多孔质阴离子交换体为OH形式。
12.根据权利要求1至11任一项所述的制造有机酸酯类液体的方法,其去除所述有机酸酯类液体中的有机过氧化物,直至过氧化物值(POV)成为2mmoL/kg以下。
13.根据权利要求1至12任一项所述的制造有机酸酯类液体的方法,其自过氧化物值(POV)为100mmoL/kg以下的所述有机酸酯类液体中去除所述有机酸酯类液体中的有机过氧化物,直至过氧化物值(POV)成为2mmoL/kg以下。
14.根据权利要求1至13任一项所述的制造有机酸酯类液体的方法,其中,所述有机酸酯类液体含有选自乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、乳酸甲酯、乳酸乙酯、乳酸丙酯、乳酸丁酯、丙酮酸甲酯、丙酮酸乙酯及丙酮酸丁酯所形成组中的至少一种。
15.一种经去除有机过氧化物的有机酸酯类液体,其是自属于电子零件制作用阻剂溶剂的有机酸酯类液体或属于电子零件制作用清洗液的有机酸酯类液体中去除有机过氧化物,直至过氧化物值(POV)成为2mmoL/kg以下而制成的。
16.一种经去除有机过氧化物的有机酸酯类液体,其是自过氧化物值(POV)为100mmoL/kg以下的有机酸酯类液体去除,直至过氧化物值(POV)成为2mmoL/kg以下而制成的。
17.根据权利要求15或16所述的经去除有机过氧化物的有机酸酯类液体,其是过氧化物值(POV)为2mmoL/kg以下的经去除有机过氧化物的有机酸酯类液体,且经时稳定性优异。
18.根据权利要求15至17任一项所述的经去除有机过氧化物的有机酸酯类液体,其过氧化物值(POV)的经时所致增加量为2mmoL/(kg·月)以下。
19.根据权利要求15至18任一项所述的经去除有机过氧化物的有机酸酯类液体,其是使含有有机过氧化物的有机酸酯类液体与承载有铂族金属催化剂的载体接触而形成的,该承载有铂族金属催化剂的载体是使铂族金属触承载在具有单块连续结构的有机多孔质阴离子交换体而形成的。
20.根据权利要求15至19任一项所述的经去除有机过氧化物的有机酸酯类液体,其中,所述有机酸酯类液体含有选自乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、乳酸甲酯、乳酸乙酯、乳酸丙酯、乳酸丁酯、丙酮酸甲酯、丙酮酸乙酯及丙酮酸丁酯所形成组中的至少一种。
21.一种制造电子零件制作用阻剂溶剂或电子零件制作用清洗液的方法,其包含使用权利要求1至14任一项所述的制造有机酸酯类液体的方法,将属于电子零件制作用阻剂溶剂或电子零件制作用清洗液的有机酸酯类液体中含有的有机过氧化物去除的步骤。
22.一种电子零件制作用阻剂溶剂或电子零件制作用清洗液,其含有权利要求15至20任一项所述的经去除有机过氧化物的有机酸酯类液体,作为电子零件制作用阻剂溶剂或电子零件制作用清洗液使用,且过氧化物值(POV)为2mmoL/kg以下。
23.一种再处理有机酸酯类液体的方法,其是再处理使用权利要求1至14任一项所述的制造有机酸酯类液体的方法的有机酸酯类液体的方法,且通过在保管中或运送中使过氧化物值(POV)已增加的有机酸酯类液体与铂族金属催化剂接触而去除该有机酸酯类液体中的有机过氧化物。
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