JP2007313400A - Gaseous hazardous substance adsorbent and method for manufacturing the same - Google Patents

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一志 藤岡
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a safe and inexpensive gaseous hazardous substance adsorbent that is of high performance of adsorption to a gaseous hazardous substance, particularly of high adsorptive capacity thereto, and maintains high adsorptive capacity for a long period of time and a method for manufacturing a high adsorptive capacity-gaseous hazardous substance adsorbent. <P>SOLUTION: The gaseous hazardous substance adsorbent with a functional group including a base material and a polymer thin film where a surface of the base material is modified, wherein the polymer thin film is composed of an aggregate of polymer chains bonded through a polymerization initiating group on the surface of the base material, the polymer chains are straightly extended in the direction going away from the surface of the base material and have adsorptive capacity to the gaseous hazardous substance and a method for manufacturing the same. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、吸着能および寿命の優れたポリマー薄膜を有するガス状有害物質吸着剤およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a gaseous harmful substance adsorbent having a polymer thin film having excellent adsorption ability and lifetime and a method for producing the same.

近年、住宅・オフィスなどの建築物は建築コスト低減や快適化、省エネルギー化のため、新建材を多用し高密度化が進められているが、これらに付随する問題も表面化してきている。新建材からはホルムアルデヒド、トルエン、キシレン等の揮発性有機化合物(VOC)が住空間中に排出され、シックハウス症候群等の健康障害を引き起こしている。また、高気密化された住空間において、燃焼器具を使用した場合、CO、CO2、NOX、SOX等の濃度は相当高くなり、これらも健康障害を引き起こす可能性がある。これらの問題を
効果的に改善・解決するには、住空間中に含まれる揮発性有機化合物(VOC)やNOX等のガス状有害物質の除去が必要不可欠であり、低コスト・高効率な総合的空気質改善化技術の開発が様々な手法により進められている。
In recent years, buildings, such as houses and offices, have been increased in density by using new building materials in order to reduce construction costs, make them more comfortable, and save energy, but problems associated with these have also surfaced. New building materials emit volatile organic compounds (VOC) such as formaldehyde, toluene and xylene into the living space, causing health problems such as sick house syndrome. In addition, when a combustion appliance is used in a highly airtight living space, the concentration of CO, CO 2 , NO x , SO x, etc. becomes considerably high, which may cause health problems. To improve and solve these problems effectively, volatile organic compounds contained in the living space (VOC) and NO X removal of gaseous harmful substances such as is essential, low cost and high efficiency Development of comprehensive air quality improvement technology is being promoted by various methods.

ガス状有害物質の吸着剤の1つとして、放射線グラフト重合法で合成したイオン交換繊維が注目されている。たとえば、特許文献1においては、織布/不織布基材に、放射線グラフト重合法によって、スチレンやクロロメチルスチレンなどのハロアルキルスチレンをグラフト重合し、次に得られたグラフト重合体側鎖上にイオン交換基を導入することによって得られるガス吸着剤が提案されている。放射線グラフト重合法とは、ポリマー基材に放射線を照射してラジカルを形成させ、このラジカル部分に重合性モノマーをグラフト反応させるというものであり、この重合法を用いることにより、様々な形状の高分子に機能性官能基を導入し得る。   As one of adsorbents for gaseous harmful substances, an ion exchange fiber synthesized by a radiation graft polymerization method has attracted attention. For example, in Patent Document 1, a woven / nonwoven fabric substrate is graft-polymerized with haloalkylstyrene such as styrene or chloromethylstyrene by a radiation graft polymerization method, and then ion exchange groups are formed on the obtained graft polymer side chain. There has been proposed a gas adsorbent obtained by introducing. The radiation graft polymerization method is a method in which a polymer substrate is irradiated with radiation to form radicals, and a polymerizable monomer is grafted to the radical portion. By using this polymerization method, various shapes can be obtained. Functional functional groups can be introduced into the molecule.

このようにして得られた吸着剤は、1)活性炭のような物理反応では無く、化学反応によりガス状有害物質を吸着しているので脱離による再放出がない。2)酸処理やアルカリ処理等、基材に溶剤を物理的に含浸させて官能基を導入する方法を用いた場合のように、官能基が物理的に基材に固定されるのではなく、強固な化学結合により官能基が基材に固定化されているため、導入した官能基自体の脱離が起こらない。3)酸処理やアルカリ処理による官能基の導入に比べて、重量あたりの官能基の容量も大きい。4)対象物質に応じた種々の官能基の導入が可能である。5)織布や不織布素材の特徴を損なうことがない、等の特徴を有する。   The adsorbent thus obtained does not re-release due to desorption because it adsorbs gaseous harmful substances by chemical reaction, not physical reaction such as 1) activated carbon. 2) The functional group is not physically fixed to the base material as in the case of using a method of introducing a functional group by physically impregnating the base material with a solvent, such as acid treatment or alkali treatment, Since the functional group is fixed to the substrate by a strong chemical bond, the introduced functional group itself does not desorb. 3) Compared with the introduction of functional groups by acid treatment or alkali treatment, the capacity of functional groups per weight is large. 4) Various functional groups can be introduced according to the target substance. 5) It does not impair the characteristics of the woven fabric or nonwoven fabric material.

しかしながら、酸・アルカリ処理による官能基導入法と比べて重量あたりの官能基の容量は大きいものの、ガス状有害物質の吸着剤としての性能・寿命を十分満足するものには至っていない。さらに、基材表面のラジカル形成に高エネルギー放射線(電子線やガンマー線等)を用いるため、安全性の面での不安があり、また大がかりな製造装置を設ける必要があるため、製作された吸着剤が高コストになるという問題を抱えていた。   However, although the capacity of functional groups per weight is larger than the method of introducing functional groups by acid / alkali treatment, it has not yet fully satisfied the performance and life as an adsorbent for gaseous harmful substances. Furthermore, because high-energy radiation (electron beams, gamma rays, etc.) is used to form radicals on the substrate surface, there are concerns about safety, and it is necessary to install a large-scale manufacturing device. The problem was that the agent would be expensive.

また、重量あたりの官能基の容量を向上させる目的で重合性モノマーではなく、ガス状有害物質の吸着能を有する官能基を含むマクロモノマーをGraft on法により、基材に固定化した吸着剤が報告されている(特許文献2)。この吸着剤のマクロモノマーの重合度は約10〜100であるので、重合性モノマーと比べて1本あたりの官能基の量を単純に約10〜100倍程度とすることが可能となる。しかしながら、この吸着剤の重量あたりの官能基容量は重合性モノマーをグラフトした吸着剤と比べて増加しているものの数倍程度に留まっている。   In addition, an adsorbent in which a macromonomer containing a functional group capable of adsorbing a gaseous harmful substance is immobilized on a substrate by the Grafton method is used to improve the capacity of the functional group per weight. It has been reported (Patent Document 2). Since the degree of polymerization of the macromonomer of this adsorbent is about 10 to 100, the amount of the functional group per one can be simply made about 10 to 100 times that of the polymerizable monomer. However, the functional group capacity per weight of the adsorbent is only about several times that of the adsorbent grafted with the polymerizable monomer.

これは、重合性モノマーをグラフトした場合と比べて基材表面に形成したラジカルに効率よくグラフトされていないためであると考えられる。マクロモノマーをGraft on法で基材に固定化する方法では、マクロモノマーは一斉にグラフト重合することは無く、順次グラフト重合していく。すなわち、初期にグラフト重合したマクロモノマーは隣接部にマクロモノマーが存在しないので隣接マクロモノマー間の立体反発がなく、マクロモノマーは基材に対して非常に傾いた状態で固定化されることになる。よって、初期にグラフトされたマクロモノマーが次にグラフト重合しようとするマクロモノマーの立体障害となる。つまり、基材表面に形成されたラジカルが隠れ、初期にグラフトされたマクロモノマー近傍ではマクロモノマーがグラフト重合できず、基材表面に形成したラジカルを有効に利用することができない。結果、形成されたマクロモノマーの表面密度は低くなってしまう。   This is considered because it is not efficiently grafted to the radical formed on the surface of the substrate as compared with the case where the polymerizable monomer is grafted. In the method of immobilizing the macromonomer on the base material by the Graft on method, the macromonomers are not graft-polymerized all at once, but are successively graft-polymerized. That is, since the macromonomer that was initially graft polymerized does not have a macromonomer in the adjacent portion, there is no steric repulsion between adjacent macromonomers, and the macromonomer is immobilized in a very inclined state with respect to the substrate. . Therefore, the initially grafted macromonomer becomes a steric hindrance to the macromonomer to be grafted next. That is, the radical formed on the surface of the substrate is hidden, and the macromonomer cannot be graft-polymerized in the vicinity of the initially grafted macromonomer, and the radical formed on the surface of the substrate cannot be used effectively. As a result, the surface density of the formed macromonomer becomes low.

また、重合性モノマーをグラフトする吸着剤と同様、基材表面のラジカル形成に高エネルギー放射線(電子線やガンマー線等)を用いるため、安全性の面での不安があり、大がかりな製造装置を設ける必要があることから、製作された吸着剤が高コストになるという問題を抱えていた。   In addition, as with the adsorbent that grafts the polymerizable monomer, high energy radiation (electron beam, gamma ray, etc.) is used to form radicals on the surface of the substrate. Since it was necessary to provide, the produced adsorbent had the problem that it became high cost.

一方、ポリマー鎖を基材に高密度にグラフトする手法が検討されてきたが、最近、表面開始リビングラジカル重合法を用いて、鎖長および鎖長分布の制御された従来にない高密度なポリマー鎖を基材に固定化したグラフト表面固体が報告されている(特許文献3)。リビングラジカル重合は、ラジカル重合であるため分子量分布が狭く、しかも構造の明確なポリマーを大がかりな製造装置を用いず簡便に合成できるため世界的に注目されている重合法で、適用可能なモノマー種が広範囲であることや操作が簡便且つ安全であることなど、他のリビング重合系にはない利点を有しており、様々な分野での適用が検討されている。   On the other hand, techniques for grafting polymer chains to a substrate at high density have been studied, but recently, an unprecedented high-density polymer whose chain length and chain length distribution are controlled using surface-initiated living radical polymerization. A graft surface solid having a chain immobilized on a substrate has been reported (Patent Document 3). Living radical polymerization is radical polymerization, so it has a narrow molecular weight distribution and can be synthesized easily without using a large-scale manufacturing equipment, and it is a polymerization method attracting worldwide attention. Has advantages not found in other living polymerization systems, such as a wide range and simple and safe operation, and application in various fields is being studied.

表面開始リビングラジカル重合法を用いてガス状有害物質に対する吸着能を有する官能基を持つポリマー鎖を基材に高密度でグラフトできれば、上記で説明したモノマーやマクロモノマーを重合した場合と比較して重量あたりの官能基の容量を桁違いに向上させることができると考えられる。   If polymer chains with functional groups capable of adsorbing gaseous harmful substances can be grafted with high density onto the substrate using the surface-initiated living radical polymerization method, compared to the case of polymerizing the monomers and macromonomers described above It is believed that the functional group capacity per weight can be improved by orders of magnitude.

しかしながら、表面開始リビングラジカル重合法を用いて作製したポリマー薄膜は、隣接ポリマー鎖の間隙が非常に狭く、ガス状有害物質が薄膜内部に侵入できない又は侵入しにくいため、ポリマー膜内部を利用した吸着能及び寿命の優れた吸着剤とは成りえなかった。
特公平6−20554号公報 特開平6−327969号公報 特開平11−263819号公報
However, the polymer thin film prepared using the surface-initiated living radical polymerization method has a very narrow gap between adjacent polymer chains, and gaseous harmful substances cannot or do not easily enter the thin film. It could not be an adsorbent with excellent performance and longevity.
Japanese Patent Publication No. 6-20554 JP-A-6-327969 Japanese Patent Laid-Open No. 11-263819

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、ガス状有害物質に対する吸着能、特に吸着容量が高く、長期にわたって高吸着能が維持されるガス状有害物質吸着剤、および安全性が高く、低コストな、高吸着能ガス状有害物質吸着剤の製造方法を提供することである。   The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and the object of the present invention is to provide a gaseous harmful substance that has a high adsorption capacity for a gaseous harmful substance, in particular, a high adsorption capacity and maintains a high adsorption capacity over a long period of time. It is an object of the present invention to provide a material adsorbent and a method for producing a high adsorbability gaseous harmful substance adsorbent with high safety and low cost.

本発明のガス状有害物質吸着剤は、基材と、基材表面を修飾したポリマー薄膜からなり、前記ポリマー薄膜は、前記基材表面に重合開始基を介して結合されたポリマー鎖の集合体から構成され、前記ポリマー鎖は、前記基材表面から遠ざかる方向へ直線状に伸びており、ガス状有害物質に対する吸着能を有する官能基を含む。   The gaseous harmful substance adsorbent of the present invention comprises a base material and a polymer thin film whose surface is modified, and the polymer thin film is an aggregate of polymer chains bonded to the base material surface via a polymerization initiating group. The polymer chain extends linearly in a direction away from the surface of the base material, and includes a functional group having an adsorption ability for gaseous harmful substances.

本発明のガス状有害物質吸着剤においては、ガス状有害物質は、VOC(揮発性有機化合物)、アルデヒド類、アンモニア、硫化水素、アミン類、メルカプタン類、一酸化炭素、窒素酸化物、硫黄酸化物からなる群から選択される少なくとも1種である。また、ガス状有害物質に対する吸着能を有する官能基は、アミノ基、スルホン基、ヒドロキシル基、アルデヒド基、カルボキシル基、カルボニル基、ニトロ基、ホスホン酸基、アンモニウム基からなる群から選択される少なくとも1種である。   In the gaseous harmful substance adsorbent of the present invention, the gaseous harmful substances are VOC (volatile organic compounds), aldehydes, ammonia, hydrogen sulfide, amines, mercaptans, carbon monoxide, nitrogen oxides, sulfur oxidation. It is at least one selected from the group consisting of things. Further, the functional group capable of adsorbing gaseous harmful substances is at least selected from the group consisting of an amino group, a sulfone group, a hydroxyl group, an aldehyde group, a carboxyl group, a carbonyl group, a nitro group, a phosphonic acid group, and an ammonium group. One type.

本発明のガス状有害物質吸着剤においては、ポリマー鎖間の平均間隔が0.5〜5.0nmであることが好ましい。   In the gaseous harmful substance adsorbent of the present invention, the average distance between polymer chains is preferably 0.5 to 5.0 nm.

また本発明のガス状有害物質吸着剤においては、ポリマー鎖の重合度が10〜10000であることが好ましい。   In the gaseous harmful substance adsorbent of the present invention, the polymerization degree of the polymer chain is preferably 10 to 10,000.

また本発明は、少なくとも以下の工程(a)および(b)を含む、上記ガス状有害物質吸着剤の製造方法も提供する。   The present invention also provides a method for producing the gaseous harmful substance adsorbent comprising at least the following steps (a) and (b).

(a)基材表面に重合開始基を導入する重合開始基導入工程、
(b)重合開始基が導入された基材表面に、ガス状有害物質に対する吸着能を有する官能基を含む重合性モノマーを接触させ、リビングラジカル重合により、前記重合開始基が導入された基材表面に重合開始基を介してポリマー鎖を形成させるリビングラジカル重合工程。
(A) a polymerization initiating group introduction step for introducing a polymerization initiating group to the substrate surface;
(B) A base material into which the polymerization initiating group has been introduced by living radical polymerization by bringing a polymerizable monomer containing a functional group capable of adsorbing gaseous harmful substances into contact with the surface of the base material into which the polymerization initiating group has been introduced. A living radical polymerization process in which a polymer chain is formed on the surface via a polymerization initiating group.

前記重合開始基導入工程においては、重合開始基とともに非重合性官能基を基材表面に導入することが好ましい。   In the polymerization initiating group introduction step, it is preferable to introduce a non-polymerizable functional group to the substrate surface together with the polymerization initiating group.

重合開始基および非重合性官能基を基材表面に導入することは、重合開始剤および重合開始基の表面密度制御剤を含む溶液に基材を浸漬させることにより行なわれることが好ましい。   The introduction of the polymerization initiating group and the non-polymerizable functional group to the surface of the base material is preferably performed by immersing the base material in a solution containing a polymerization initiator and a surface density controlling agent for the polymerization initiating group.

また、重合開始基の表面密度制御剤は、その一端が基材に固定化し得る官能基であり、その他端が非重合性官能基であることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the surface density control agent of a polymerization initiating group is a functional group that can be fixed to a substrate at one end and a non-polymerizable functional group at the other end.

重合開始基の表面密度制御剤としては、2−(4−フェニル)エチルホスホン酸を好適に用いることができる。   2- (4-Phenyl) ethylphosphonic acid can be suitably used as the surface density controlling agent for the polymerization initiating group.

本発明のガス状有害物質吸着剤は、吸着容量に優れているため、長期間にわたって高吸着能を維持することができる。このような本発明のガス状有害物質吸着剤は、ガス状有害物質を吸着除去する目的で、オフィスビル、工場、病院、老人ホーム、映画館、一般家庭などの大規模空間から小規模空間まで幅広い範囲で好適に使用され得る。また、本発明のガス状有害物質吸着剤は、これをフィルタとして用いた空気清浄機など様々な分野に応用が可能である。   Since the gaseous harmful substance adsorbent of the present invention has an excellent adsorption capacity, it can maintain a high adsorption capacity over a long period of time. Such a gaseous harmful substance adsorbent of the present invention is used for adsorbing and removing gaseous harmful substances from large-scale spaces such as office buildings, factories, hospitals, nursing homes, movie theaters and general homes to small-scale spaces. It can be suitably used in a wide range. Moreover, the gaseous harmful substance adsorbent of the present invention can be applied to various fields such as an air purifier using the adsorbent as a filter.

さらに、本発明のガス状有害物質吸着剤の製造方法によれば、放射線を用いず、大掛かりな装置も必要としないため、安全かつ低コストで高吸着能を有するガス状有害物質吸着剤を製造することができる。   Furthermore, according to the method for producing a gaseous harmful substance adsorbent of the present invention, since no radiation is used and no large-scale apparatus is required, a gaseous harmful substance adsorbent having a high adsorbing ability is produced safely and at low cost. can do.

図1は、本発明の好ましい一例のガス状有害物質吸着剤の概略断面図である。図1に示すように、本発明のガス状有害物質吸着剤は、基材101と、当該基材表面を修飾したポリマー薄膜102からなり、そのポリマー薄膜102は基材表面に重合開始基105を介して結合されたポリマー鎖103の集合体から構成される。また、ポリマー鎖103は基材表面より遠ざかる方向に直線状に伸びており、ガス状有害物質に対する吸着能を有する官能基104を有している。重合開始基105は、後述するように、基材101に重合開始剤を作用させることによって導入される。なお、重合開始剤およびポリマー鎖を形成する重合性モノマーについては後述する。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a preferred example of a gaseous harmful substance adsorbent according to the present invention. As shown in FIG. 1, the gaseous harmful substance adsorbent of the present invention comprises a base material 101 and a polymer thin film 102 with a modified base material surface. The polymer thin film 102 has a polymerization initiating group 105 on the base material surface. It is comprised from the aggregate | assembly of the polymer chain 103 couple | bonded through. Further, the polymer chain 103 extends linearly in a direction away from the surface of the base material, and has a functional group 104 having an adsorption ability for gaseous harmful substances. The polymerization initiating group 105 is introduced by allowing a polymerization initiator to act on the substrate 101 as will be described later. The polymerization initiator and the polymerizable monomer that forms the polymer chain will be described later.

ここで、本明細書中において「ガス状有害物質」とは、気体であって、人間にとって有害とされる物質を指す。このような物質は特に限定されないが、たとえば、VOC(揮発性有機化合物)、アルデヒド類、アンモニア、硫化水素、アミン類、メルカプタン類、一酸化炭素、窒素酸化物、硫黄酸化物などを挙げることができる。   As used herein, “gaseous harmful substance” refers to a substance that is a gas and is harmful to humans. Such substances are not particularly limited, and examples thereof include VOC (volatile organic compounds), aldehydes, ammonia, hydrogen sulfide, amines, mercaptans, carbon monoxide, nitrogen oxides, sulfur oxides, and the like. it can.

本発明で使用される基材101は、その種類に特に制限はなく、その表面に重合開始剤を作用させることにより、重合開始基105を導入することが可能である材料からなるものであればよい。そのような材料としては、たとえば、シリコン樹脂、セルロース、ポリオレフィン、ポリアクリロニトリル、ポリエステル、ポリアミド、活性炭などの有機材料や、シリカ、アルミナ、ゼオライト等の無機材料を挙げることができる。   The substrate 101 used in the present invention is not particularly limited in its type, and may be any material that can introduce a polymerization initiator group 105 by allowing a polymerization initiator to act on its surface. Good. Examples of such a material include organic materials such as silicon resin, cellulose, polyolefin, polyacrylonitrile, polyester, polyamide and activated carbon, and inorganic materials such as silica, alumina and zeolite.

また、基材101の形状も特に制限されるものではなく、たとえば、ハニカム状、粉末状、球状、粒状、発泡体状、繊維状、布状、あるいはリング状など、一般的に使用されている形状が使用可能である。   Further, the shape of the base material 101 is not particularly limited, and for example, it is generally used such as a honeycomb shape, a powder shape, a spherical shape, a granular shape, a foam shape, a fiber shape, a cloth shape, or a ring shape. The shape can be used.

ポリマー鎖103は、基材表面から遠ざかる方向に直線状に伸びている。ここで、本明細書中において「基材表面から遠ざかる方向」とは、各ポリマー鎖が一斉に同一の方向を向いていることを意味するものではなく、各ポリマー鎖はそれぞれ基材表面に対して異なる角度をなして伸びていることを含むものであり、このように各ポリマー鎖は種々の角度を有しながらも、およそ基材表面に対して垂直な方向に向かって伸びていることを意味するものである。また、本明細書中において「直線状」とは、完全に直線であることを意味するものではなく、およそある一定方向に向かってまっすぐ伸びている状態を意味し、ランダムコイル状でないことを指すものである。このように、ポリマー鎖103が基材表面から遠ざかる方向に直線状に伸びていることは、断面TEM観察等により確認することができる。   The polymer chain 103 extends linearly in a direction away from the substrate surface. Here, in this specification, the “direction away from the substrate surface” does not mean that the polymer chains are all directed in the same direction, and the polymer chains are respectively directed to the substrate surface. In this way, each polymer chain has various angles, but extends in a direction approximately perpendicular to the substrate surface. That means. Further, in the present specification, the term “linear” does not mean a completely straight line, but means a state of extending straight in a certain direction and not being a random coil. Is. Thus, it can be confirmed by cross-sectional TEM observation or the like that the polymer chain 103 extends linearly in a direction away from the substrate surface.

ポリマー鎖103をランダムコイル状ではなく直線状にするには、重合方法および隣接するポリマー鎖の間隔が重要となる。重合方法としては、後述するように、リビングラジカル重合が好適に用いられる。   In order to make the polymer chain 103 linear instead of random coil, the polymerization method and the interval between adjacent polymer chains are important. As a polymerization method, living radical polymerization is suitably used as described later.

本発明においては、ポリマー鎖103間の平均間隔は0.5nm〜5.0nmであることが好ましい。隣接するポリマー鎖103間の隙間は、ポリマー鎖103間の平均間隔からポリマー鎖の分子直径を引いたものであるので、吸着対象となるガス状有害物質がポリマー膜内部に侵入するためには、ポリマー鎖103間の平均間隔はポリマー鎖の臨海分子直径+ガス状有害物質の臨海分子直径より大きくしておく必要がある。ポリマー鎖103間の平均間隔が0.5nm未満である場合には、ポリマー鎖103の密度は増加するものの、ガス状有害物質がポリマー膜内部に侵入できない、または侵入しにくくなり、吸着剤としての機能を果たせなくなる虞がある。たとえば、ガス状有害物質の一例である、ホルムアルデヒドの臨海分子直径は0.5nm、トルエンの臨海分子直径は0.67nm、アンモニアの臨海分子直径は0.36nmである。また、間隔が5.0nmより大きい場合には、ポリマー鎖103の密度が低下するばかりではなく、3次元方向(基材101の表面に対して垂直な方向)への成長が乏しくなり、吸着容量の低下をもたらす虞がある。これは、本発明において好適に用いられるリビングラジカル重合においては、隣り合うポリマー鎖同士の立体反発を利用して2次元方向ではなく3次元方向への成長を促進させているため、隣接するポリマー鎖間の間隔が非常に大きい場合には、ポリマー鎖同士によるコンフォメーション規制の度合いが弱くなり、結果ランダムコイル状に近づき3次元方向への成長を阻んでしまうと考えられるからである。   In the present invention, the average interval between the polymer chains 103 is preferably 0.5 nm to 5.0 nm. Since the gap between the adjacent polymer chains 103 is the average distance between the polymer chains 103 minus the molecular diameter of the polymer chains, in order for gaseous harmful substances to be adsorbed to enter the polymer film, The average distance between the polymer chains 103 needs to be larger than the critical molecular diameter of the polymer chain + the critical molecular diameter of the gaseous harmful substance. When the average distance between the polymer chains 103 is less than 0.5 nm, the density of the polymer chains 103 increases, but the gaseous harmful substance cannot enter the polymer film or does not easily enter the polymer film. There is a possibility that the function cannot be performed. For example, the critical molecular diameter of formaldehyde, which is an example of a gaseous harmful substance, is 0.5 nm, the critical molecular diameter of toluene is 0.67 nm, and the critical molecular diameter of ammonia is 0.36 nm. In addition, when the interval is larger than 5.0 nm, not only the density of the polymer chain 103 decreases, but also the growth in the three-dimensional direction (direction perpendicular to the surface of the substrate 101) becomes poor, and the adsorption capacity. There is a risk of lowering. This is because, in the living radical polymerization suitably used in the present invention, the steric repulsion between adjacent polymer chains is utilized to promote the growth in the three-dimensional direction instead of the two-dimensional direction. This is because, when the interval between them is very large, the degree of conformation regulation by the polymer chains is weakened, and as a result, it approaches a random coil shape and is considered to hinder growth in the three-dimensional direction.

本発明において、ポリマー鎖103の重合度は、特に制限されないが、10〜10000であることが好ましい。重合度が10未満では、吸着容量は極めて低いものとなる。重合度を高くすることにより、ガス状有害物質に対する吸着能を有する官能基の数を増加させることができるため、吸着容量を大きくすることができる。ポリマー鎖103の重合度は、重合条件を制御することにより、任意の値とすることが可能である。なお、HF加水分解処理によりポリマー鎖を切り出し、そのポリマー鎖をGPC(Gel Permeation Chromatography)装置(たとえば、島津製GPCシステム)を用いて分子量および分子量分布を決定し、得られたポリマー鎖の分子量からポリマー鎖の重合度を算出することができる。   In the present invention, the degree of polymerization of the polymer chain 103 is not particularly limited, but is preferably 10 to 10,000. When the degree of polymerization is less than 10, the adsorption capacity is extremely low. By increasing the degree of polymerization, the number of functional groups capable of adsorbing gaseous harmful substances can be increased, so that the adsorption capacity can be increased. The degree of polymerization of the polymer chain 103 can be set to an arbitrary value by controlling the polymerization conditions. In addition, a polymer chain is cut out by HF hydrolysis treatment, and the molecular weight and molecular weight distribution of the polymer chain are determined by using a GPC (Gel Permeation Chromatography) apparatus (for example, GPC system manufactured by Shimadzu). From the molecular weight of the obtained polymer chain The degree of polymerization of the polymer chain can be calculated.

以上のような構成を採ることにより、2次元方向(基材表面方向)にガス状有害物質に対する吸着能を有する官能基の密度が高いだけでなく、3次元方向(基板表面に対し垂直な方向)にも官能基の数を増加させることができるため、吸着容量の極めて大きいガス状有害物質吸着剤が実現される。このような本発明のガス状有害物質吸着剤が有する官能基の数は、酸・アルカリ溶液処理法、放射線グラフトモノマー重合法、放射線グラフトマクロモノマー重合法等の官能基を導入するための従来表面修飾法と比べて極めて多い。また、吸着容量が高いため、高吸着能を長期間維持することができる。   By adopting the above configuration, not only the density of the functional group having the ability to adsorb gaseous harmful substances in the two-dimensional direction (base material surface direction) is high, but also the three-dimensional direction (direction perpendicular to the substrate surface). ) Can also increase the number of functional groups, thereby realizing a gaseous harmful substance adsorbent with an extremely large adsorption capacity. The number of functional groups possessed by the gaseous harmful substance adsorbent of the present invention is the conventional surface for introducing functional groups such as acid / alkali solution treatment method, radiation graft monomer polymerization method, radiation graft macromonomer polymerization method, etc. This is much more than the modification method. Moreover, since the adsorption capacity is high, a high adsorption capacity can be maintained for a long time.

本発明は、上記ガス状有害物質吸着剤を製造する方法をも提供する。上記したように、ポリマー鎖間の間隔を制御することは吸着能を向上させるための重要なファクターである。そこで、ポリマー鎖間の間隔を制御する方法について本発明者は鋭意研究を重ねた。その結果、重合開始基を導入する工程において、重合開始基とともに、重合開始基の表面密度制御剤を用いて非重合性官能基を導入し、その重合開始基の表面密度制御剤の添加量により重合開始基の表面密度を制御することができること、並びに、重合開始基の表面密度とその重合開始基を介してリビングラジカル重合するポリマー鎖の密度とは非常に良い相関関係を示すことを見出した。すなわち、重合開始基の表面密度制御剤の添加量により、隣接するポリマー鎖間の間隔を制御することが可能であることを見出した。   The present invention also provides a method for producing the gaseous harmful substance adsorbent. As described above, controlling the distance between the polymer chains is an important factor for improving the adsorption capacity. Therefore, the present inventor has conducted extensive research on a method for controlling the interval between polymer chains. As a result, in the step of introducing the polymerization initiating group, together with the polymerization initiating group, a non-polymerizable functional group is introduced by using the surface density controlling agent of the polymerization initiating group, and the amount of the surface initiating group surface density controlling agent added It was found that the surface density of the polymerization initiating group can be controlled, and that the surface density of the polymerization initiating group and the density of the polymer chain that undergoes living radical polymerization via the polymerization initiating group show a very good correlation. . That is, it has been found that the spacing between adjacent polymer chains can be controlled by the addition amount of the surface density controlling agent for the polymerization initiating group.

本発明のガス状有害物質吸着剤の製造方法は、上記研究成果に基づくものである。すなわち、本発明の製造方法は、少なくとも以下の工程、
(a)基材表面に重合開始基を導入する重合開始基導入工程、
(b)重合開始基が導入された基材表面に、ガス状有害物質に対する吸着能を有する官能基を含む重合性モノマーを接触させ、リビングラジカル重合により、前記重合開始基が導入された基材表面に重合開始基を介してポリマー鎖を形成させるリビングラジカル重合工程を含むことを特徴とする。
The method for producing the gaseous harmful substance adsorbent of the present invention is based on the above research results. That is, the production method of the present invention comprises at least the following steps:
(A) a polymerization initiating group introduction step for introducing a polymerization initiating group to the substrate surface;
(B) A base material into which the polymerization initiating group has been introduced by living radical polymerization by bringing a polymerizable monomer containing a functional group capable of adsorbing gaseous harmful substances into contact with the surface of the base material into which the polymerization initiating group has been introduced. It includes a living radical polymerization step for forming a polymer chain on the surface via a polymerization initiating group.

ここで、重合開始基導入工程(a)においては、重合開始基とともに非重合性官能基を基材表面に導入することが好ましく、好適には重合開始剤および重合開始基の表面密度制御剤を含む溶液に基材を浸漬させることにより行なわれる。重合開始基の表面密度制御剤としては、その一端が基材に固定化し得る官能基であり、その他端が非重合性官能基である化合物が好適に使用される。このようなものとしてはたとえば、2−(4−フェニル)エチルホスホン酸を挙げることができる。以下、本発明のガス状有害物質吸着剤の製造方法の好ましい実施形態を図2および図3を参照しながら詳細に説明する。   Here, in the polymerization initiating group introduction step (a), it is preferable to introduce a non-polymerizable functional group to the substrate surface together with the polymerization initiating group, and preferably a polymerization initiator and a surface density controlling agent for the polymerization initiating group are added. It is carried out by immersing the substrate in the solution containing it. As the surface density controlling agent for the polymerization initiating group, a compound in which one end is a functional group that can be immobilized on a substrate and the other end is a non-polymerizable functional group is preferably used. An example of such is 2- (4-phenyl) ethylphosphonic acid. Hereinafter, a preferred embodiment of the method for producing a gaseous harmful substance adsorbent of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.

本実施形態においては、まず、基材表面に重合開始基を導入するにあたり、重合開始剤を適当な溶媒に溶解させて、重合開始基導入溶液を調製する。当該重合開始基導入溶液には、さらに重合開始基の表面密度制御剤を溶解させることが好ましい。重合開始基の表面密度制御剤を添加することにより、重合開始基の表面密度を制御することが可能となり、ひいてはポリマー鎖間の間隔を制御することが可能となる。   In this embodiment, first, when introducing a polymerization initiating group on the surface of a substrate, a polymerization initiator is dissolved in an appropriate solvent to prepare a polymerization initiating group introduction solution. It is preferable that a surface density controlling agent for the polymerization initiating group is further dissolved in the polymerization initiating group introduction solution. By adding a surface density controlling agent for the polymerization initiating group, it is possible to control the surface density of the polymerization initiating group, and thus it is possible to control the spacing between the polymer chains.

ここで、重合開始剤としては、従来公知のものを使用することができ、たとえば、下記の一般式(1)〜(6)で表わされる。   Here, as a polymerization initiator, a conventionally well-known thing can be used, for example, it represents with following General formula (1)-(6).

(1)W−(CH2p−Z−(CH2q−SiCln3-n
(2)W−(CH2p−Z−(CH2q−Si(OR)n3-n
(3)W−(CH2p−Z−(CH2q−PO32
(4)W−(CH2p−Z−(CH2q−COOH
(5)W−(CH2p−Z−(CH2q−NO22
(6)W−(CH2p−Z−(CH2q−SH
一般式(1)〜(6)における置換基および変数について説明する。Wとしては、たとえば下記に示すような構造が挙げられ、重合開始基を含む。尚、これらに限定されるものではない。
(1) W- (CH 2) p -Z- (CH 2) q -SiCl n X 3-n
(2) W- (CH 2) p -Z- (CH 2) q -Si (OR) n X 3-n
(3) W- (CH 2) p -Z- (CH 2) q -PO 3 H 2
(4) W- (CH 2) p -Z- (CH 2) q -COOH
(5) W- (CH 2) p -Z- (CH 2) q -NO 2 H 2
(6) W- (CH 2) p -Z- (CH 2) q -SH
The substituents and variables in the general formulas (1) to (6) will be described. Examples of W include the following structures, and include a polymerization initiating group. However, it is not limited to these.

Figure 2007313400
Figure 2007313400

Zは、−CH2−、アルケニレン、アルキニレン、フェニレン、アミノフェニレン、アルキルフェニレン、フェニレンビニレン、フェニレンエチニレン、ピリジニレン、ピリジルビニレン、ピリジルエチニル、チエニレン、ピロニレン、アセン(すなわち、縮合多環)の骨格、ピリジノピリジニレンなどが挙げられる。Xは、低級アルキル基であり、−CH3または−C25が特に好ましい。Rは、−Hまたは低級アルキル基であり、たとえば−CH3などが挙げられる。nは、1〜3の整数である。pおよびqは、負を含まない整数であり、p+q=2〜30程度が最も取り扱い易く、好ましい。 Z represents —CH 2 —, alkenylene, alkynylene, phenylene, aminophenylene, alkylphenylene, phenylene vinylene, phenylene ethynylene, pyridinylene, pyridyl vinylene, pyridylethynyl, thienylene, pyronylene, acene (ie, condensed polycyclic) skeleton, And pyridinopyridinylene. X is a lower alkyl group, and —CH 3 or —C 2 H 5 is particularly preferred. R is —H or a lower alkyl group, and examples thereof include —CH 3 . n is an integer of 1 to 3. p and q are integers that do not include a negative value, and p + q = 2 to 30 is most easy to handle and is preferable.

本発明に用いられる重合開始剤は、一端に重合開始基を、他端に基材の表面に直接化学吸着する官能基を有する直鎖の有機分子により形成されていることが好ましい。重合開始剤の濃度は特に限定されないが、たとえば0.002mM〜5mMとすることができる。   The polymerization initiator used in the present invention is preferably formed of a linear organic molecule having a polymerization initiating group at one end and a functional group that directly chemisorbs to the surface of the substrate at the other end. Although the density | concentration of a polymerization initiator is not specifically limited, For example, it can be set as 0.002 mM-5 mM.

重合開始基の表面密度制御剤としては、好適にはその分子の一端が基材に固定化し得る官能基であり、他端が非重合性官能基である化合物が使用される。このような一端が基材に固定化し得る官能基であり、他端が非重合性官能基である重合開始基の表面密度制御剤としては、従来公知のものを挙げることができ、たとえば、下記の一般式(7)〜(12)で表わされる。   As the surface density controlling agent for the polymerization initiating group, a compound in which one end of the molecule is a functional group that can be immobilized on a substrate and the other end is a non-polymerizable functional group is preferably used. Examples of the surface density control agent for the polymerization initiating group in which one end is a functional group that can be immobilized on a substrate and the other end is a non-polymerizable functional group include those conventionally known. These are represented by general formulas (7) to (12).

(7) V−(CH2p−Z−(CH2q−SiCln3-n
(8) V−(CH2p−Z−(CH2q−Si(OR)n3-n
(9) V−(CH2p−Z−(CH2q−PO32
(10)V−(CH2p−Z−(CH2q−COOH
(11)V−(CH2p−Z−(CH2q−NO22
(12)V−(CH2p−Z−(CH2q−SH
一般式(7)〜(12)における置換基および変数について説明する。Vとしては、たとえば下記に示すような構造が挙げられ、非重合性官能基を含む。尚、非重合性官能基であればいかなるものでもよく、これらに限定されるものではない。
(7) V- (CH 2) p -Z- (CH 2) q -SiCl n X 3-n
(8) V- (CH 2) p -Z- (CH 2) q -Si (OR) n X 3-n
(9) V- (CH 2) p -Z- (CH 2) q -PO 3 H 2
(10) V- (CH 2) p -Z- (CH 2) q -COOH
(11) V- (CH 2) p -Z- (CH 2) q -NO 2 H 2
(12) V- (CH 2) p -Z- (CH 2) q -SH
The substituents and variables in the general formulas (7) to (12) will be described. Examples of V include the following structures, and include a non-polymerizable functional group. Any non-polymerizable functional group may be used, and the present invention is not limited to these.

Figure 2007313400
Figure 2007313400

Zは、−CH2−、アルケニレン、アルキニレン、フェニレン、アミノフェニレン、アルキルフェニレン、フェニレンビニレン、フェニレンエチニレン、ピリジニレン、ピリジルビニレン、ピリジルエチニル、チエニレン、ピロニレン、アセン(すなわち、縮合多環)の骨格、ピリジノピリジニレンなどが挙げられる。Xは、低級アルキル基であり、−CH3または−C25が特に好ましい。Rは、−Hまたは低級アルキル基であり、たとえば−CH3などが挙げられる。nは、1〜3の整数である。pおよびqは、負を含まない整数であり、p+q=2〜30程度が最も取り扱い易く、好ましい。 Z represents —CH 2 —, alkenylene, alkynylene, phenylene, aminophenylene, alkylphenylene, phenylene vinylene, phenylene ethynylene, pyridinylene, pyridyl vinylene, pyridylethynyl, thienylene, pyronylene, acene (ie, condensed polycyclic) skeleton, And pyridinopyridinylene. X is a lower alkyl group, and —CH 3 or —C 2 H 5 is particularly preferred. R is —H or a lower alkyl group, and examples thereof include —CH 3 . n is an integer of 1 to 3. p and q are integers that do not include a negative value, and p + q = 2 to 30 is most easy to handle and is preferable.

本発明に用いられる表面密度制御剤は、一端に非重合性官能基を、他端に基材の表面に直接化学吸着する官能基を有する直鎖の有機分子により形成されていることが好ましい。重合開始基の表面密度制御剤の濃度は特に限定されないが、たとえば0.002mM〜5mMとすることができる。   The surface density controlling agent used in the present invention is preferably formed of a linear organic molecule having a non-polymerizable functional group at one end and a functional group directly chemisorbed on the surface of the substrate at the other end. Although the density | concentration of the surface density control agent of a polymerization initiating group is not specifically limited, For example, it can be set as 0.002 mM-5 mM.

ここで、本明細書中において「重合開始基の表面密度制御剤」とは、重合開始剤と同様に基材表面に固定化されるが、これを介してはグラフト重合されない性質を有し、この性質により、重合開始基の表面密度を変化させることができる剤を意味し、また、「重合開始基の表面密度」とは、一定表面積あたりの重合開始基の数と定義される。なお、「重合開始基の表面密度」は、高感度反射赤外分光法等により測定することができる。   Here, in the present specification, the “surface density control agent of the polymerization initiator group” is immobilized on the surface of the base material in the same manner as the polymerization initiator, but has the property of not being graft-polymerized through this, By this property, it means an agent capable of changing the surface density of the polymerization initiating group, and the “surface density of the polymerization initiating group” is defined as the number of polymerization initiating groups per certain surface area. The “surface density of the polymerization initiating group” can be measured by high sensitivity reflection infrared spectroscopy or the like.

重合開始基の表面密度は重合開始剤に対する重合開始基の表面密度制御剤の添加量の割合が増加するに従い減少する。よって、用いる基材、重合開始剤、重合開始基の表面密度制御剤の組み合わせごとに求めた重合開始基の表面密度と添加量との関係を考慮して、所望の重合開始基の表面密度になるよう適宜、重合開始基の表面密度制御剤の添加量を調整する。重合開始基の表面密度制御剤の添加量を調整して重合開始基の表面密度を所望の値とすることにより、ポリマー鎖間の間隔を所望の値とすることができる。   The surface density of the polymerization initiating group decreases as the ratio of the addition amount of the surface density controlling agent for the polymerization initiating group to the polymerization initiator increases. Therefore, in consideration of the relationship between the surface density of the polymerization initiating group obtained for each combination of the base material to be used, the polymerization initiator, and the surface density controlling agent for the polymerization initiating group and the addition amount, the surface density of the desired polymerization initiating group is adjusted. As appropriate, the addition amount of the surface density control agent for the polymerization initiating group is adjusted. By adjusting the addition amount of the surface density control agent for the polymerization initiating group to set the surface density of the polymerization initiating group to a desired value, the interval between the polymer chains can be set to a desired value.

なお、その分子の一端が基材に固定化し得る官能基であり、他端が非重合性官能基である重合開始基の表面密度制御剤において、当該基材に固定化し得る官能基は、重合開始剤の基材に固定化し得る官能基と同一であることが好ましい。また、非重合性官能基以外の分子構造は、重合開始剤の対応する部分と同一もしくは類似の構造であることが好ましい。これは、それぞれの分子がドメイン構造(相分離)をとらず、両分子がほぼ均一に分散した状態で基材に接触することが可能となるからである。   In addition, in the surface density control agent of a polymerization initiating group in which one end of the molecule is a functional group that can be immobilized on a base material and the other end is a non-polymerizable functional group, the functional group that can be immobilized on the base material is a polymer It is preferably the same as the functional group that can be immobilized on the base material of the initiator. The molecular structure other than the non-polymerizable functional group is preferably the same or similar to the corresponding part of the polymerization initiator. This is because each molecule does not have a domain structure (phase separation), and both molecules can be in contact with the substrate in a substantially uniformly dispersed state.

重合開始剤、重合開始基の表面密度制御剤を溶解させる溶媒は、両剤を溶解させることができるものであれば特に限定されないが、たとえば水、メタノール、エタノール、プロパノール、2−プロパノール、アセトン、2−ブタノンおよびこれらの混合物、ヘキサン、デカン、ヘキサデカン、ベンゼン、トルエン、キシレン、四塩化炭素、クロロホルム、塩化メチレン、1,1,2−トリクロロエタン、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン、1,2−ジメトキシエタンおよびこれらの混合物などを挙げることができる。   The solvent for dissolving the polymerization initiator and the surface density controlling agent for the polymerization initiator group is not particularly limited as long as both agents can be dissolved. For example, water, methanol, ethanol, propanol, 2-propanol, acetone, 2 -Butanone and mixtures thereof, hexane, decane, hexadecane, benzene, toluene, xylene, carbon tetrachloride, chloroform, methylene chloride, 1,1,2-trichloroethane, diethyl ether, tetrahydrofuran, dioxane, 1,2-dimethoxyethane and A mixture of these can be mentioned.

次に、上記の重合開始基導入溶液を用いて、基材の表面に重合開始基を導入する(工程(a))。重合開始基導入溶液に重合開始基の表面密度制御剤が含まれている場合には重合開始基とともに非重合性官能基も導入される。   Next, a polymerization initiating group is introduced onto the surface of the substrate using the above polymerization initiating group introduction solution (step (a)). When the polymerization initiator group introduction solution contains a polymerization initiator group surface density controller, a non-polymerizable functional group is also introduced together with the polymerization initiator group.

図2は、表面に重合開始基および非重合性官能基が導入された基材の概略断面図である。重合開始剤204および重合開始基の表面密度制御剤207は、それぞれ基材に固定化できる官能基202および205を介して基材201に結合している。これにより、基材201の表面に重合開始基203および非重合性官能基206が導入される。なお、図2においては、重合開始基203および非重合性官能基206が1:1の比で導入されているが、勿論これに限られるものではなく、その比率は添加量の調整により任意の値とすることができる。   FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a substrate having a polymerization initiating group and a non-polymerizable functional group introduced on the surface. The polymerization initiator 204 and the polymerization initiator surface density controller 207 are bonded to the substrate 201 via functional groups 202 and 205 that can be immobilized on the substrate, respectively. Thereby, the polymerization initiating group 203 and the non-polymerizable functional group 206 are introduced on the surface of the base material 201. In FIG. 2, the polymerization initiating group 203 and the non-polymerizable functional group 206 are introduced at a ratio of 1: 1, but of course the present invention is not limited to this, and the ratio can be arbitrarily set by adjusting the addition amount. Can be a value.

重合開始基導入溶液を用いて、基材表面に重合開始基および非重合性官能基を導入する方法としては、従来公知の方法を用いることができ、たとえば、自己組織化化学吸着法、ラングミュア−ブロジェット法(LB法)などを挙げることができる。これらの方法は、放射線ラジカル形成法と比べて大掛かりな装置を必要とせず、簡易かつ安全に行なうことができ、また、基材にダメージを与えることがないため非常に優れた方法である。基材を重合開始基導入溶液に浸漬させる、自己組織化化学吸着法の場合、従来より知られている手段を適用することができ、浸漬時間は特に制限されないが、温度が低いと処理に長時間を要し、温度が高いと短時間で処理が終了することから、一般に1分〜1日の範囲が好ましく、5分〜5時間の範囲が特に好ましい。また、浸漬時の温度も特に制限はないが、−10〜100℃の範囲が好ましく、0〜50℃の範囲が特に好ましい。また、ラングミュア−ブロジェット法(LB法)についても従来より知られている手段を適用することができる。   As a method for introducing a polymerization initiating group and a non-polymerizable functional group onto a substrate surface using a polymerization initiating group introduction solution, a conventionally known method can be used. For example, a self-organized chemical adsorption method, Langmuir- Examples thereof include a blow jet method (LB method). These methods are very excellent because they do not require a large-scale apparatus as compared with the radiation radical forming method, can be carried out simply and safely, and do not damage the substrate. In the case of the self-organized chemisorption method in which the base material is immersed in the polymerization initiator group introduction solution, conventionally known means can be applied, and the immersion time is not particularly limited, but the treatment is longer when the temperature is low. Since time is required and the treatment is completed in a short time when the temperature is high, a range of 1 minute to 1 day is generally preferable, and a range of 5 minutes to 5 hours is particularly preferable. Moreover, although the temperature at the time of immersion does not have a restriction | limiting in particular, The range of -10-100 degreeC is preferable and the range of 0-50 degreeC is especially preferable. Also, conventionally known means can be applied to the Langmuir-Blodgett method (LB method).

このように、基材表面に重合開始基および非重合性官能基が導入されるが、結果形成された重合開始基および非重合性官能基からなる膜は、図2に示されているような単分子膜であることが好ましい。単分子膜が形成されていることは、AFM(Atomic Force Microscope)装置等により、確認することができる。   Thus, although the polymerization initiating group and the non-polymerizable functional group are introduced on the surface of the substrate, the film formed of the resulting polymerization initiating group and the non-polymerizable functional group is as shown in FIG. A monomolecular film is preferable. The formation of the monomolecular film can be confirmed with an AFM (Atomic Force Microscope) apparatus or the like.

なお、基材に重合開始基を導入する前に、たとえば、シリコン樹脂を基材とする場合に、表面の水酸基密度を向上させる目的で、基材に硝酸処理を施し表面を酸化する、前処理工程を設けてもよい。また、基材を重合開始基導入溶液に浸漬させた後に、表面に付着した過剰の重合開始剤、重合開始基の表面密度制御剤を除去する目的で、基材を溶媒で洗浄する工程および基材を乾燥させるために、Arガス等でブローする工程を設けてもよい。洗浄に用いる溶媒に特に制限はないが、重合開始基導入溶液の調製に用いた溶媒と同一であることが好ましい。   In addition, before introducing the polymerization initiating group into the base material, for example, when using a silicon resin as the base material, the base material is subjected to nitric acid treatment to oxidize the surface for the purpose of improving the hydroxyl group density on the surface. A process may be provided. In addition, after the substrate is immersed in the polymerization initiator introduction solution, the step of washing the substrate with a solvent and the substrate for the purpose of removing the excess polymerization initiator attached to the surface and the surface density controller of the polymerization initiator In order to dry the material, a process of blowing with Ar gas or the like may be provided. Although there is no restriction | limiting in particular in the solvent used for washing | cleaning, It is preferable that it is the same as the solvent used for preparation of the polymerization initiator group introduction | transduction solution.

続く工程において、重合開始基が導入された基材表面に、ガス状有害物質に対する吸着能を有する官能基を含む重合性モノマーを接触させ、リビングラジカル重合により、前記重合開始基が導入された基材表面に重合開始基を介してポリマー鎖を形成させる(工程(b))。ここで、工程(a)において、重合開始基とともに非重合性官能基が基材表面に導入されている場合には、当該重合開始基を介してポリマー鎖がグラフトされ、非重合性官能基は非重合性であるため、これを介してはポリマー鎖はグラフトされない。   In the subsequent step, the surface of the substrate into which the polymerization initiating group has been introduced is brought into contact with a polymerizable monomer containing a functional group capable of adsorbing a gaseous harmful substance, and the polymerization initiating group is introduced by living radical polymerization. A polymer chain is formed on the surface of the material via a polymerization initiating group (step (b)). Here, in the step (a), when a non-polymerizable functional group is introduced to the substrate surface together with the polymerization initiating group, the polymer chain is grafted through the polymerization initiating group, and the non-polymerizable functional group is Since it is non-polymerizable, the polymer chain is not grafted through it.

図3は、本発明の製造方法の好ましい実施形態に従って製造されたガス状有害物質吸着剤の概略断面図である。図3において、基材301の表面には、重合開始基306および非重合性官能基309が導入されており、ポリマー鎖303は、重合開始基306を介してのみグラフトされている。重合開始基の表面密度制御剤310を用いて、非重合性官能基309を導入することにより、重合開始基の表面密度を制御し、ひいてはポリマー鎖303間の間隔を制御することが可能となる。すなわち、ポリマー鎖303は非重合性官能基309にはグラフトされないので、非重合性官能基309の密度が増加すると重合開始基の表面密度は減少し、ポリマー鎖303間の間隔は大きくなる。逆に、非重合性官能基309の密度が減少すると重合開始基の表面密度は増加し、ポリマー鎖303間の間隔は狭まることになる。このようにポリマー鎖303間の間隔を制御するとともに、適切な重合方法を選択することにより、ポリマー鎖303を基材表面から遠ざかる方向に直線状に伸ばすことが可能となる。本発明においては、このような適切な重合方法としてリビングラジカル重合法を用いる。   FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a gaseous harmful substance adsorbent produced according to a preferred embodiment of the production method of the present invention. In FIG. 3, a polymerization initiating group 306 and a non-polymerizable functional group 309 are introduced on the surface of the substrate 301, and the polymer chain 303 is grafted only through the polymerization initiating group 306. By introducing the non-polymerizable functional group 309 by using the surface density control agent 310 for the polymerization initiating group, it is possible to control the surface density of the polymerization initiating group and thus to control the spacing between the polymer chains 303. . That is, since the polymer chain 303 is not grafted to the non-polymerizable functional group 309, when the density of the non-polymerizable functional group 309 increases, the surface density of the polymerization initiating group decreases and the spacing between the polymer chains 303 increases. On the contrary, when the density of the non-polymerizable functional group 309 is decreased, the surface density of the polymerization initiating group is increased, and the interval between the polymer chains 303 is narrowed. Thus, by controlling the distance between the polymer chains 303 and selecting an appropriate polymerization method, the polymer chains 303 can be linearly extended in the direction away from the substrate surface. In the present invention, a living radical polymerization method is used as such an appropriate polymerization method.

リビングラジカル重合においては、すべてのポリマー鎖がほぼ均一に成長するため、隣接ポリマー鎖間の立体障害が少なくなり基材表面より遠ざかる方向に直線状に形成される。なお従来の重合法ではランダムコイル状に成長し、直線状に成長させることができなかった。   In living radical polymerization, all polymer chains grow almost uniformly, so that the steric hindrance between adjacent polymer chains is reduced and formed linearly in a direction away from the substrate surface. The conventional polymerization method grows in a random coil shape and cannot grow in a straight line shape.

リビングラジカル重合法によるポリマー鎖303のグラフトは、従来公知の手段によって行なうことができる。従来公知のリビングラジカル重合法としては、たとえば、解離―結合機構に基づくニトロキシル系リビングラジカル重合、繊維金属錯体を触媒とするハロゲン原子の移動に基づく原子移動ラジカル重合、交換連鎖移動機構に基づく可逆的付加―解裂連鎖移動重合などを挙げることができる。重合条件は、ポリマー鎖303を構成する重合性モノマー311の種類、重合開始基307および重合開始基の表面密度制御剤310の種類等に応じて、適宜選択される。典型的には、重合性モノマーを含む溶液に工程(a)を経た基材を浸漬させ、加熱することにより重合を行なう。たとえば、重合温度は約15〜200℃、重合温度は5〜120分とすることができる。当該重合性モノマーを含む溶液には適宜重合反応を促進させるための触媒やその他添加剤を混入させてもよい。   Grafting of the polymer chain 303 by the living radical polymerization method can be performed by a conventionally known means. Conventional living radical polymerization methods include, for example, nitroxyl living radical polymerization based on dissociation-bonding mechanism, atom transfer radical polymerization based on halogen atom transfer catalyzed by fiber metal complex, and reversible based on exchange chain transfer mechanism. Addition-cleavage chain transfer polymerization and the like can be mentioned. The polymerization conditions are appropriately selected according to the type of the polymerizable monomer 311 constituting the polymer chain 303, the type of the polymerization initiating group 307, the type of the surface density controlling agent 310 for the polymerization initiating group, and the like. Typically, the polymerization is carried out by immersing the substrate after the step (a) in a solution containing a polymerizable monomer and heating. For example, the polymerization temperature can be about 15 to 200 ° C., and the polymerization temperature can be 5 to 120 minutes. The solution containing the polymerizable monomer may be appropriately mixed with a catalyst and other additives for promoting the polymerization reaction.

本発明において、リビングラジカル重合によってポリマー鎖を形成するのに用いられる重合性モノマー311は、ガス状有害物質に対して吸着能を有する官能基304を持つリビングラジカル重合性モノマーである。   In the present invention, the polymerizable monomer 311 used for forming a polymer chain by living radical polymerization is a living radical polymerizable monomer having a functional group 304 capable of adsorbing a gaseous harmful substance.

このようなリビングラジカル重合性モノマーは、ガス状有害物質に対して吸着能を有する官能基304を有するものであれば特に制限はないが、たとえば、アクリル酸、メタクリル酸、スチレンスルホン酸、ビニルスルホン酸、アリルスルホン酸、メタリルスルホン酸、メタリルオキシベンゼンスルホン酸、スルホエチルメタクリレート、スルホブチルメタクリレート、ビニルベンジルスルホン酸、メタリルスルホン酸ナトリウム、アリルスルホン酸ナトリウム、ビニルベンジルトリメチルアンモニウムクロライド、ジエチルアミノエチルメタクリレート、ジメチルアミノエチルメタクリレート、ジエチルアミノエチルアクリレート、ジエチルアミノメチルメタクリレート、ターシャリーブチルアミノエチルアクリレート、ターシャリーブチルアミノエチルメタクリレート、ジメチルアミノプロピルアクリルアミド、アクリルアミド、メタクリルアミド、ジメチルアミノプロピルアクリルアミド、ジメチルアクリルアミド、アクリルアミドメチルプロパンスルホン酸、ビニルカルボン酸、スチレンカルボン酸、アリルカルボン酸、ビニルホスホン酸、アリルホスホン酸、ビニルヒドロキシアルコキ、アリルヒドロキシカルボキシレート、アクリルアルデヒド、アリルアルデヒド、スチレンアンモニウム、アクリルニトロなどを用いることができる。このような重合性モノマーを用いることにより、これらが有する官能基:アミノ基、スルホン基、ヒドロキシル基、アルデヒド基、カルボキシル基、カルボニル基、ニトロ基、ホスホン酸基、アンモニウム基などの極性を利用して、効果的にVOC(揮発性有機化合物)、アルデヒド類、アンモニア、硫化水素、アミン類、メルカプタン類、一酸化炭素、窒素酸化物、硫黄酸化物などのガス状有害物質を吸着することが可能となる。   Such a living radical polymerizable monomer is not particularly limited as long as it has a functional group 304 capable of adsorbing gaseous harmful substances. For example, acrylic acid, methacrylic acid, styrene sulfonic acid, vinyl sulfone can be used. Acid, allyl sulfonic acid, methallyl sulfonic acid, methallyloxybenzene sulfonic acid, sulfoethyl methacrylate, sulfobutyl methacrylate, vinyl benzyl sulfonic acid, sodium methallyl sulfonate, sodium allyl sulfonate, vinyl benzyl trimethyl ammonium chloride, diethylaminoethyl Methacrylate, dimethylaminoethyl methacrylate, diethylaminoethyl acrylate, diethylaminomethyl methacrylate, tertiary butyl aminoethyl acrylate, tertiary buty Aminoethyl methacrylate, dimethylaminopropylacrylamide, acrylamide, methacrylamide, dimethylaminopropylacrylamide, dimethylacrylamide, acrylamidemethylpropanesulfonic acid, vinyl carboxylic acid, styrene carboxylic acid, allyl carboxylic acid, vinyl phosphonic acid, allyl phosphonic acid, vinyl hydroxy Alkoxy, allyl hydroxycarboxylate, acrylic aldehyde, allyl aldehyde, styrene ammonium, acrylic nitro and the like can be used. By using such a polymerizable monomer, the polarities such as functional groups of these: amino group, sulfone group, hydroxyl group, aldehyde group, carboxyl group, carbonyl group, nitro group, phosphonic acid group, ammonium group are utilized. It can effectively adsorb gaseous harmful substances such as VOC (volatile organic compounds), aldehydes, ammonia, hydrogen sulfide, amines, mercaptans, carbon monoxide, nitrogen oxides, sulfur oxides, etc. It becomes.

リビングラジカル重合反応に用いる溶媒としては、生成するポリマー鎖の良溶媒でありかつ連鎖移動定数の小さな溶媒が好ましく、たとえば、水、メタノール、ジフェニルエーテル、テトラヒドロフラン、ベンゼン、トルエン、キシレン等が挙げられる。   As the solvent used in the living radical polymerization reaction, a solvent that is a good solvent for the polymer chain to be generated and has a small chain transfer constant is preferable, and examples thereof include water, methanol, diphenyl ether, tetrahydrofuran, benzene, toluene, and xylene.

リビングラジカル重合によりグラフトされるポリマー鎖の重合度は重合時間により制御することができ、10〜10000の任意の値とすることが可能である。重合度を増加させることにより、吸着能を有する官能基の数も増加する。   The degree of polymerization of the polymer chain grafted by living radical polymerization can be controlled by the polymerization time, and can be any value between 10 and 10,000. By increasing the degree of polymerization, the number of functional groups having adsorption ability also increases.

以上のような本発明の方法によれば、吸着容量を極めて高いガス状有害物質吸着剤を製造することができる。なお、本発明のガス状有害物質吸着剤の製造方法の特徴は、ポリマー鎖間の間隔を、吸着対象となるガス状有害物質のサイズに応じて、任意の値とすることができる点にあることは上述したとおりである。ポリマー鎖間の間隔は、重合開始基の表面密度制御剤の添加量を調節することにより制御することが可能である。   According to the method of the present invention as described above, a gaseous harmful substance adsorbent having an extremely high adsorption capacity can be produced. The feature of the method for producing the gaseous harmful substance adsorbent of the present invention is that the interval between the polymer chains can be set to an arbitrary value depending on the size of the gaseous harmful substance to be adsorbed. This is as described above. The distance between the polymer chains can be controlled by adjusting the amount of the surface density control agent for the polymerization initiating group.

以下、本発明を実施例に基づいてさらに具体的に説明するが、実施例で使用した材料およびその量、処理温度や処理時間などの数値的条件などは一例に過ぎず、これらの実施例により本発明が限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on examples. However, the materials used in the examples and their amounts, numerical conditions such as processing temperature and processing time are only examples, and these examples are used. The present invention is not limited.

<実施例1>
[本発明のガス状有害物質吸着剤の製造]
重合開始剤として2−(4−クロロスルホニルフェニル)エチルホスホン酸、重合開始基の表面密度制御剤として2−(4−フェニル)エチルホスホン酸、溶媒としてエタノールを用い、重合開始剤の濃度が1mM、重合開始基の表面密度制御剤の濃度がそれぞれ0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0mMとなるように、重合開始基導入溶液を調製した。次に、あらかじめ基材表面の水酸基密度を向上させる目的で硝酸を用いて酸化処理を施したシリコン基板(大きさ:2×2cm、厚さ:500μm)を上記重合開始基導入溶液に浸漬し、25℃で、約1時間保持した。その後、基板をエタノールで洗浄して表面に付着した過剰の重合開始剤および重合開始基の表面密度制御剤を除去した後、これをArガスブローにより十分乾燥させ、シリコン基材表面上に重合開始基および非重合性官能基を単分子膜として導入した。ついで、真空脱気下、4,4’−ジ−n−ヘプチル−2,2’−ビピリジン(25mM)とCuBr(15mM)を含むジフェニルエーテルにジメチルアミノエチルメタクリレート(10mM)と4−トルエンスルフォニルクロライド(2.5mM)を加えポリマー薄膜作製用溶液を調製した後、これに上記重合開始基および非重合性官能基が導入された基板を25℃で浸漬させ、脱気封管後80℃に加熱して、1〜10時間保持することにより、リビングラジカル重合法によるグラフト重合を行ない、本発明のガス状有害物質吸着剤を得た。
<Example 1>
[Production of Gaseous Hazardous Substance Adsorbent of the Present Invention]
Using 2- (4-chlorosulfonylphenyl) ethylphosphonic acid as the polymerization initiator, 2- (4-phenyl) ethylphosphonic acid as the surface density controller for the polymerization initiator group, and ethanol as the solvent, the concentration of the polymerization initiator is 1 mM. The concentration of the surface density control agent of the polymerization initiating group is 0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0 mM, respectively. Then, a polymerization initiating group introduction solution was prepared. Next, a silicon substrate (size: 2 × 2 cm, thickness: 500 μm) that has been previously oxidized with nitric acid for the purpose of improving the hydroxyl group density on the surface of the base material is immersed in the polymerization initiation group introduction solution, Hold at 25 ° C. for about 1 hour. Thereafter, the substrate is washed with ethanol to remove the excess polymerization initiator and the surface density control agent of the polymerization initiator group adhering to the surface, and then sufficiently dried by Ar gas blowing to form a polymerization initiator group on the silicon substrate surface. And non-polymerizable functional groups were introduced as monolayers. Then, under vacuum deaeration, dimethylaminoethyl methacrylate (10 mM) and 4-toluenesulfonyl chloride ( 2.5 mM) is added to prepare a polymer thin film preparation solution, and the substrate into which the above-described polymerization initiating group and non-polymerizable functional group are introduced is immersed at 25 ° C., and heated to 80 ° C. after deaeration and sealing. Then, by holding for 1 to 10 hours, graft polymerization by a living radical polymerization method was performed to obtain the gaseous harmful substance adsorbent of the present invention.

[製造したガス状有害物質吸着剤の物性評価]
(単分子膜の形成およびその膜厚)
シリコン基材表面上に重合開始基および非重合性官能基が単分子膜として導入されていることの確認および単分子膜の膜厚の測定は、AFM(Atomic Force Microscope)装置(Digital Instruments社製NanoscopeIII)を用いて行なった。具体的には単分子膜がFull−Coverageに至るまでのシリコン基材の表面形状の変化(浸漬時間依存)を観察することにより、単分子膜がアイランド成長していき、完全に単分子膜でシリコン基材表面が完全に覆われていく様子が確認できる。また、Full−Coverageに至っていない状態で観察したAFM像において、単分子膜表面とシリコン基材表面との段差を測定することにより、単分子膜の膜厚を測定することができる。測定結果より、単分子膜であることが確認され、その膜厚は4Åであった。
[Evaluation of physical properties of the produced gaseous harmful substance adsorbent]
(Monomolecular film formation and film thickness)
Confirmation that a polymerization initiating group and a non-polymerizable functional group are introduced as a monomolecular film on the surface of a silicon substrate and measurement of the film thickness of the monomolecular film are performed by an AFM (Atomic Force Microscope) apparatus (Digital Instruments). Nanoscope III). Specifically, by observing the surface shape change (depending on the immersion time) of the silicon substrate until the monomolecular film reaches Full-Coverage, the monomolecular film grows in islands, and the monomolecular film is completely It can be seen that the silicon substrate surface is completely covered. Moreover, in the AFM image observed in a state where the full-coverage is not reached, the film thickness of the monomolecular film can be measured by measuring the step between the monomolecular film surface and the silicon substrate surface. From the measurement result, it was confirmed that it was a monomolecular film, and the film thickness was 4 mm.

(重合開始基の表面密度)
単分子膜の重合開始基表面密度はFT−IR測定(Nicolet製)を用いて、SO2の対称伸縮ピーク面積比またはSO2の非対称伸縮ピーク面積比より算出した。図4に重合開始基の表面密度制御剤の添加量(mM)と単分子膜の重合開始基表面密度(個/nm2)の関係を示す。重合開始基の表面密度制御剤2−(4−フェニル)エチルホスホン酸の添加量の増加に伴い、形成された単分子膜の重合開始基表面密度が減少しており、重合開始基の表面密度制御剤の添加量を調整することにより重合開始基の表面密度を制御できることがわかる。
(Surface density of polymerization initiating group)
The surface density of the polymerization initiation group of the monomolecular film was calculated from the symmetric stretch peak area ratio of SO 2 or the asymmetric stretch peak area ratio of SO 2 using FT-IR measurement (manufactured by Nicolet). FIG. 4 shows the relationship between the addition amount (mM) of the polymerization start group surface density control agent and the polymerization start group surface density (number / nm 2 ) of the monomolecular film. With the increase of the addition amount of the surface density control agent 2- (4-phenyl) ethylphosphonic acid of the polymerization initiating group, the surface density of the polymerization initiating group of the formed monomolecular film is decreased, and the surface density of the polymerization initiating group It can be seen that the surface density of the polymerization initiating group can be controlled by adjusting the addition amount of the control agent.

(ポリマー薄膜の乾燥膜厚)
形成されたポリマー薄膜の乾燥膜厚は、TEM(Transmission Electron Microscope)装置(日本FEI製TECNAI)を用いて断面観察を行ない、断面TEM像より計測した。重合開始基の表面密度制御剤の添加量が0.2mMである場合における、重合反応時間(加熱後の保持時間をいう)とポリマー薄膜の膜厚の関係を図5に示す。重合反応時間の増加に伴い膜厚がほぼ比例して増加しており、3次元方向(基材表面に対して垂直な方向)への官能基量の増加を重合反応時間の増加により行なえることがわかる。また、高分解能TEM観察を行なうことにより、本発明のガス状有害物質吸着剤のポリマー鎖がランダムコイル状ではなく、直線状に伸びていることを確認した。
(Dry film thickness of polymer thin film)
The dry film thickness of the formed polymer thin film was measured from a cross-sectional TEM image by performing cross-sectional observation using a TEM (Transmission Electron Microscope) apparatus (TECNAI manufactured by FEI, Japan). FIG. 5 shows the relationship between the polymerization reaction time (referred to as retention time after heating) and the film thickness of the polymer thin film when the amount of the surface density controlling agent added to the polymerization initiating group is 0.2 mM. The film thickness increases almost proportionally with increasing polymerization reaction time, and the amount of functional groups in the three-dimensional direction (direction perpendicular to the substrate surface) can be increased by increasing the polymerization reaction time. I understand. Further, by performing high-resolution TEM observation, it was confirmed that the polymer chain of the gaseous harmful substance adsorbent of the present invention was not in the form of a random coil but extended linearly.

(ポリマー鎖の分子量、分子量分布および重合度)
ポリマー鎖の分子量及び分子量分布を次に述べる手順に従って測定した。すなわち、HF加水分解処理によりポリマー鎖を切り出し、そのポリマー鎖をGPC装置(島津製GPCシステム)を用いて分子量および分子量分布を決定した。また、得られたポリマー鎖の分子量からポリマー鎖の重合度を算出した。重合開始基の表面密度制御剤の添加量が0.2mMである場合における、重合反応時間(加熱後の保持時間をいう)とポリマー鎖の重合度の関係を図6に示す。
(Molecular weight of polymer chain, molecular weight distribution and degree of polymerization)
The molecular weight and molecular weight distribution of the polymer chain were measured according to the following procedure. That is, a polymer chain was cut out by HF hydrolysis treatment, and the molecular weight and molecular weight distribution of the polymer chain were determined using a GPC apparatus (Shimadzu GPC system). Further, the degree of polymerization of the polymer chain was calculated from the molecular weight of the obtained polymer chain. FIG. 6 shows the relationship between the polymerization reaction time (referred to as the retention time after heating) and the degree of polymerization of the polymer chain in the case where the addition amount of the surface density controlling agent for the polymerization initiating group is 0.2 mM.

(隣接ポリマー鎖間の間隔)
ポリマー薄膜の乾燥膜厚とポリマー鎖の分子量の関係からポリマー薄膜を構成するポリマー鎖間の間隔を算出した。重合時の重合反応時間が5時間の場合における、重合開始基の表面密度制御剤の添加量と隣接ポリマー鎖間の平均間隔の関係を図7に示す。重合開始基の表面密度制御剤の添加量の増加に伴い形成されたポリマー薄膜を構成するポリマー鎖間の間隔が広くなっており、重合開始基の表面密度制御剤の添加量を調整することにより、ポリマー鎖間の間隔を制御することが可能であることがわかる。
(Spacing between adjacent polymer chains)
The distance between the polymer chains constituting the polymer thin film was calculated from the relationship between the dry film thickness of the polymer thin film and the molecular weight of the polymer chain. FIG. 7 shows the relationship between the addition amount of the surface density controlling agent for the polymerization initiating group and the average distance between adjacent polymer chains when the polymerization reaction time during polymerization is 5 hours. By increasing the amount of addition of the surface density control agent for the polymerization initiating group, the interval between the polymer chains constituting the polymer thin film formed becomes wider, and by adjusting the amount of addition of the surface density control agent for the polymerization initiating group It can be seen that the spacing between the polymer chains can be controlled.

[製造したガス状有害物質吸着剤の吸着能評価]
上記のごとくして得られた本発明のガス状有害物質吸着剤(重合反応時間が5時間のものを使用)の吸着容量を、ガス状有害物質としてホルムアルデヒドガスを用いたワンパス試験を連続的に行なうことにより評価した。表1に重合開始基表面密度制御剤の添加量(mM)とホルムアルデヒド総吸着容量(mmol/g)の関係を示す。比較品として市販の脱臭用活性炭についても評価した。
[Evaluation of adsorptive capacity of produced gaseous hazardous substance adsorbent]
The adsorption capacity of the gaseous harmful substance adsorbent of the present invention (using a polymerization reaction time of 5 hours) obtained as described above was continuously measured in a one-pass test using formaldehyde gas as the gaseous harmful substance. Evaluated by performing. Table 1 shows the relationship between the addition amount (mM) of the polymerization initiating group surface density control agent and the total formaldehyde adsorption capacity (mmol / g). A commercially available activated carbon for deodorization was also evaluated as a comparative product.

Figure 2007313400
Figure 2007313400

重合開始基の表面密度制御剤を添加しない場合を除き、本発明の吸着剤のいずれも市販の脱臭活性炭に比べ、ホルムアルデヒド総吸着容量は極めて高いことがわかる。特に、重合開始基の表面密度制御剤の添加量が0.4mMであるガス状有害物質吸着剤は、市販の脱臭用活性炭と比べて、ホルムアルデヒド総吸着容量は約4000倍であり、除去能力が桁違いに高いことがわかる。重合開始基の表面密度制御剤を添加しない場合にホルムアルデヒドを全く吸着できなかったのは、隣接するポリマー鎖間の間隔が狭く、ホルムアルデヒドがポリマー薄膜内に侵入できないためと考えられる。重合開始基の表面密度制御剤の添加量が0.2mMである吸着剤はポリマー鎖の密度は高いにも関わらず0.4mMと比べてホルムアルデヒド総吸着容量が少なくなっている。これについても同様に、隣接するポリマー鎖間の間隔が狭く、ホルムアルデヒドがポリマー薄膜内へ侵入しにくくなっているためと考えられる。   It can be seen that all the adsorbents of the present invention have a very high formaldehyde total adsorption capacity as compared with commercially available deodorized activated carbon, except when the polymerization initiator surface density control agent is not added. In particular, a gaseous harmful substance adsorbent having an addition amount of the surface density control agent of the polymerization initiator group of 0.4 mM has a formaldehyde total adsorption capacity of about 4000 times that of commercially available activated carbon for deodorization, and has a removal capability. It can be seen that it is orders of magnitude higher. The reason why the formaldehyde could not be adsorbed at all without adding the surface density controlling agent for the polymerization initiating group is considered to be that the interval between adjacent polymer chains is so narrow that formaldehyde cannot penetrate into the polymer thin film. The adsorbent in which the addition amount of the surface density control agent for the polymerization initiating group is 0.2 mM has a smaller total formaldehyde adsorption capacity compared to 0.4 mM despite the high polymer chain density. Similarly, it is considered that the interval between adjacent polymer chains is narrow and formaldehyde is less likely to enter the polymer thin film.

以上のように、重合開始基の表面密度制御剤の添加量を調節することにより、ポリマー鎖間の間隔を制御することが可能であり、ポリマー鎖間の間隔を制御することにより、従来にない吸着能、特に吸着容量が極めて優れたガス状有害物質吸着剤を実現することができる。本発明のガス状有害物質吸着剤は、極めて吸着容量が大きいため、長期間にわたって高吸着能を維持することができる。また、本発明のガス状有害物質吸着剤の製造方法によれば、吸着対象となるガス状有害物質のサイズに応じて、ポリマー鎖間の間隔を任意の値とすることができるため、様々なガス状有害物質に対応できる。   As described above, it is possible to control the interval between polymer chains by adjusting the addition amount of the surface density control agent of the polymerization initiating group, and it is not possible by controlling the interval between polymer chains. It is possible to realize a gaseous harmful substance adsorbent with extremely excellent adsorption capacity, particularly adsorption capacity. Since the gaseous harmful substance adsorbent of the present invention has an extremely large adsorption capacity, it can maintain a high adsorption capacity over a long period of time. Further, according to the method for producing a gaseous harmful substance adsorbent of the present invention, the interval between the polymer chains can be set to an arbitrary value according to the size of the gaseous harmful substance to be adsorbed. It can cope with gaseous harmful substances.

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   It should be understood that the embodiments and examples disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

本発明の好ましい一例のガス状有害物質吸着剤の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the gaseous harmful substance adsorption agent of a preferable example of this invention. 表面に重合開始基および非重合性官能基が導入された基材の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the base material with which the polymerization initiation group and the non-polymerizable functional group were introduce | transduced on the surface. 本発明の製造方法の好ましい実施形態に従って製造されたガス状有害物質吸着剤の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the gaseous harmful-substance adsorbent manufactured according to preferable embodiment of the manufacturing method of this invention. 実施例1における重合開始基の表面密度制御剤の添加量と単分子膜の重合開始基表面密度の関係を示したグラフである。3 is a graph showing the relationship between the addition amount of the polymerization start group surface density control agent and the polymerization start group surface density of the monomolecular film in Example 1. FIG. 実施例1における重合反応時間とポリマー薄膜の膜厚の関係を示したグラフである。2 is a graph showing the relationship between the polymerization reaction time and the film thickness of a polymer thin film in Example 1. 実施例1における重合反応時間とポリマー鎖の重合度の関係を示したグラフである。2 is a graph showing the relationship between the polymerization reaction time and the degree of polymerization of polymer chains in Example 1. FIG. 実施例1における重合開始基の表面密度制御剤の添加量と隣接ポリマー鎖間の平均間隔の関係を示したグラフである。4 is a graph showing the relationship between the addition amount of the surface density control agent for the polymerization initiating group and the average distance between adjacent polymer chains in Example 1. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

101,201,301 基材、102,302 ポリマー薄膜、103,303 ポリマー鎖、104,304 ガス状有害物質に対する吸着能を有する官能基、105,203,306 重合開始基、202,205,305,308 基材に固定化できる官能基、204,307 重合開始剤、206,309 非重合性官能基、207,310 重合開始基の表面密度制御剤、311 重合性モノマー。   101, 201, 301 Substrate, 102, 302 Polymer thin film, 103, 303 Polymer chain, 104, 304 Functional group capable of adsorbing to gaseous harmful substances, 105, 203, 306 Polymerization initiation group, 202, 205, 305, 308 Functional group that can be immobilized on a substrate, 204,307 polymerization initiator, 206,309 Non-polymerizable functional group, 207,310 Surface density controller for polymerization initiator group, 311 polymerizable monomer.

Claims (10)

基材と、基材表面を修飾したポリマー薄膜からなり、
前記ポリマー薄膜は、前記基材表面に重合開始基を介して結合されたポリマー鎖の集合体から構成され、
前記ポリマー鎖は、前記基材表面から遠ざかる方向へ直線状に伸びており、
前記ポリマー鎖は、ガス状有害物質に対する吸着能を有する官能基を含む、ガス状有害物質吸着剤。
It consists of a base material and a polymer thin film with a modified base material surface.
The polymer thin film is composed of an assembly of polymer chains bonded to the substrate surface via a polymerization initiating group,
The polymer chain extends linearly in a direction away from the substrate surface,
The above-mentioned polymer chain is a gaseous harmful substance adsorbent containing a functional group capable of adsorbing gaseous harmful substances.
ガス状有害物質は、VOC(揮発性有機化合物)、アルデヒド類、アンモニア、硫化水素、アミン類、メルカプタン類、一酸化炭素、窒素酸化物、硫黄酸化物からなる群から選択される少なくとも1種である、請求項1に記載のガス状有害物質吸着剤。   The gaseous harmful substance is at least one selected from the group consisting of VOC (volatile organic compounds), aldehydes, ammonia, hydrogen sulfide, amines, mercaptans, carbon monoxide, nitrogen oxides and sulfur oxides. The gaseous hazardous substance adsorbent according to claim 1, wherein ガス状有害物質に対する吸着能を有する官能基は、アミノ基、スルホン基、ヒドロキシル基、アルデヒド基、カルボキシル基、カルボニル基、ニトロ基、ホスホン酸基、アンモニウム基からなる群から選択される少なくとも1種である、請求項1または2に記載のガス状有害物質吸着剤。   The functional group capable of adsorbing gaseous harmful substances is at least one selected from the group consisting of an amino group, a sulfone group, a hydroxyl group, an aldehyde group, a carboxyl group, a carbonyl group, a nitro group, a phosphonic acid group, and an ammonium group. The gaseous harmful substance adsorbent according to claim 1 or 2, wherein 前記ポリマー鎖間の平均間隔が0.5〜5.0nmであることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のガス状有害物質吸着剤。   The gaseous harmful substance adsorbent according to any one of claims 1 to 3, wherein an average interval between the polymer chains is 0.5 to 5.0 nm. 前記ポリマー鎖の重合度が10〜10000であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のガス状有害物質吸着剤。   The gaseous harmful substance adsorbent according to any one of claims 1 to 4, wherein the polymerization degree of the polymer chain is 10 to 10,000. 少なくとも、
(a)基材表面に重合開始基を導入する重合開始基導入工程と、
(b)重合開始基が導入された基材表面に、ガス状有害物質に対する吸着能を有する官能基を含む重合性モノマーを接触させ、リビングラジカル重合により、前記重合開始基が導入された基材表面に重合開始基を介してポリマー鎖を形成させるリビングラジカル重合工程と、
を含む、
請求項1〜5のいずれかに記載のガス状有害物質吸着剤の製造方法。
at least,
(A) a polymerization initiating group introduction step for introducing a polymerization initiating group to the substrate surface;
(B) A base material into which the polymerization initiating group has been introduced by living radical polymerization by bringing a polymerizable monomer containing a functional group capable of adsorbing gaseous harmful substances into contact with the surface of the base material into which the polymerization initiating group has been introduced. A living radical polymerization step for forming a polymer chain on the surface via a polymerization initiating group;
including,
The manufacturing method of the gaseous harmful | toxic substance adsorption agent in any one of Claims 1-5.
前記重合開始基導入工程において、重合開始基とともに非重合性官能基を基材表面に導入することを特徴とする請求項6に記載の方法。   The method according to claim 6, wherein in the polymerization initiating group introduction step, a non-polymerizable functional group is introduced to the substrate surface together with the polymerization initiating group. 重合開始剤および重合開始基の表面密度制御剤を含む溶液に基材を浸漬させることにより、重合開始基および非重合性官能基を基材表面に導入することを特徴とする請求項7に記載の方法。   The polymerization initiator group and the non-polymerizable functional group are introduced to the substrate surface by immersing the substrate in a solution containing a polymerization initiator and a surface density control agent for the polymerization initiator group. the method of. 重合開始基の表面密度制御剤は、その一端が基材に固定化し得る官能基であり、その他端が非重合性官能基である請求項8に記載の方法。   The method according to claim 8, wherein the surface density controlling agent of the polymerization initiating group is a functional group that can be immobilized on a substrate and the other end is a non-polymerizable functional group. 重合開始基の表面密度制御剤は、2−(4−フェニル)エチルホスホン酸である請求項9に記載の方法。   The method according to claim 9, wherein the surface density controlling agent of the polymerization initiating group is 2- (4-phenyl) ethylphosphonic acid.
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