JP2009079187A - Method for producing organic-inorganic composite - Google Patents

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Michiya Nakajima
道也 中嶋
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing a composite having a fine inorganic compound uniformly dispersed in a polymer by a simple synthesizing operation by cleaving a clay layer by removing alkali metal ions between clay layers simultaneously with synthesis of polyester or polyacidic anhydride. <P>SOLUTION: The method for producing an organic-inorganic composite comprises retaining an organic solvent solution 1 containing at least one compound a selected from the group consisting of a dihydric phenol compound, a dicarboxylic acid compound and a dicarboxylic anhydride (a), and an acid halide (b), and an aqueous solution 2 containing clay mineral in a state in which at least parts of the organic solvent solution 1 and the aqueous solution 2 are compatibilized, or making both the solutions coexist in a separated state, to generate an alkali metal salt of the compound (a) and to further react the alkali metal salt with the acid halide (b). <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、ポリエステルあるいはポリ酸無水物をマトリクスポリマーし、粘土鉱物を無機成分とする有機無機複合体の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing an organic-inorganic composite comprising polyester or polyanhydride as a matrix polymer and clay mineral as an inorganic component.

有機無機複合体はマトリクスとなる有機ポリマー中に無機化合物を分散させた複合材料であり、有機ポリマーの加工性や柔軟性等と無機材料の耐熱性や硬度等の特性を併せ持った材料として注目されている。このような有機無機複合体の無機成分として粘土鉱物を用いる方法が広く検討されているが、中でも粘土層間に有機アンモニウム塩を挿入し粘土に有機材料親和性を持たせることで、本来、複合化しにくい有機材料と無機材料(粘土鉱物)とを複合化する検討が非常に多い(例えば特許文献1,2)。しかしこれらの方法は、高コスト化の原因となる粘土の有機化処理を必須としている。粘土鉱物を有機化処理するにはナトリウム等の金属イオンを層間に持つ粘土鉱物を水に分散、膨潤させた水溶液に、有機鎖を持つ四級アンモニウム塩を水溶液または有機溶液の状態で添加し粘土層間のイオンを交換した後、濾過、洗浄を行うことで作製する。したがって原料である金属イオンを層間に持つ粘土鉱物よりも確実に高価な材料となり(通常5000円/kg以上)、これを原料に用いた有機無機複合体も高価格化を免れない。こうした処理が必須である理由は、粘土鉱物への有機材料への親和性の付与に加えて、ナトリウム等の粘土鉱物層間の金属イオンがポリマーの耐熱性等に悪影響を及ぼすからである。   An organic-inorganic composite is a composite material in which an inorganic compound is dispersed in an organic polymer that serves as a matrix, and has attracted attention as a material that combines the processability and flexibility of organic polymers with the heat resistance and hardness of inorganic materials. ing. The method of using clay minerals as an inorganic component of such organic-inorganic composites has been widely studied, but inter alia, by combining an organic ammonium salt between clay layers to give clay an organic material affinity, There are very many studies of combining difficult organic materials and inorganic materials (clay minerals) (for example, Patent Documents 1 and 2). However, these methods require organic treatment of clay, which causes high costs. To organically treat clay minerals, clay minerals containing metal ions such as sodium are dispersed in water and swelled in water, and quaternary ammonium salts with organic chains are added in the form of aqueous solutions or organic solutions. After exchanging ions between layers, it is prepared by filtering and washing. Therefore, the material is certainly more expensive than a clay mineral having metal ions as a raw material between layers (usually 5000 yen / kg or more), and the organic-inorganic composite using this material as a raw material cannot be avoided. The reason why such treatment is essential is that metal ions between clay mineral layers such as sodium adversely affect the heat resistance of the polymer in addition to imparting affinity to the organic material to the clay mineral.

一方、有機化処理を行わない、金属イオン(特にアルカリ金属イオン)を層間に持つ安価な粘土鉱物を複合体原料として用い、且つ、合成に伴い該アルカリ金属イオンを複合体外部に排出しうる、ポリアミドとの複合体を合成する技術が特許文献3,4に開示されている。これらは重縮合型反応を適用し、粘土中の金属イオンはポリアミド末端のアミノ基をイオン交換することで除去される。特に、特許文献3では実施例には示されていないが、ジフェノールモノマーと水溶解性又は分散性の粘土鉱物とを必須成分とする水溶液と、アシル化したジカルボン酸モノマーと有機溶媒を必須とする有機溶液相を接触させることで、ポリエステルを有機成分として持つ有機無機複合体も合成できるとされている。   On the other hand, an organic treatment is not performed, an inexpensive clay mineral having metal ions (particularly alkali metal ions) between layers is used as a composite raw material, and the alkali metal ions can be discharged to the outside of the composite upon synthesis. Patent Documents 3 and 4 disclose techniques for synthesizing composites with polyamide. These apply a polycondensation type reaction, and metal ions in the clay are removed by ion exchange of the amino group at the end of the polyamide. In particular, although not shown in Examples in Patent Document 3, an aqueous solution containing a diphenol monomer and a water-soluble or dispersible clay mineral as essential components, an acylated dicarboxylic acid monomer, and an organic solvent are essential. It is said that an organic-inorganic composite having polyester as an organic component can also be synthesized by bringing the organic solution phase into contact.

特許文献3の方法は粘土鉱物と同時にジフェノールモノマーを水溶液中で完全に溶解させる必要があるが、本方法で使用可能なジフェノールモノマーは元来水溶性のレゾルシンやハイドロキノン等の芳香環が1つのモノマーのみであった。ビスフェノールA等の汎用二価フェノールは粘土鉱物と同時には殆ど水に溶解しないために実質ポリマーを得ることが困難であり、得られる有機無機複合体の収率は著しく低いものであった。
特開平6−248176号公報 特開平7−26123号公報 特開平9−208291号公報 特開平11−236501号公報
In the method of Patent Document 3, it is necessary to completely dissolve the diphenol monomer in the aqueous solution simultaneously with the clay mineral, but the diphenol monomer that can be used in this method originally has an aromatic ring such as water-soluble resorcinol or hydroquinone. There was only one monomer. General-purpose dihydric phenols such as bisphenol A are hardly dissolved in water at the same time as the clay mineral, so that it is difficult to obtain a substantial polymer, and the yield of the organic-inorganic composite obtained is extremely low.
JP-A-6-248176 JP-A-7-26123 JP-A-9-208291 Japanese Patent Laid-Open No. 11-236501

本発明は、ポリエステルやポリ酸無水物をマトリクスポリマーとし、且つ金属イオン(特にアルカリ金属イオン)を層間に持つ安価な粘土鉱物を複合体原料に用い、該ポリマーを合成させながら粘土層間のアルカリ金属イオンを除去することで粘土層をへき開させることで、該ポリマー中に微細な無機化合物を均一に分散させた複合体を、簡易な合成操作により製造できる方法を提供する。   The present invention uses an inexpensive clay mineral having polyester or polyanhydride as a matrix polymer and a metal ion (particularly alkali metal ion) between layers as a composite raw material, and while synthesizing the polymer, an alkali metal between clay layers A method is provided by which a complex in which fine inorganic compounds are uniformly dispersed in the polymer can be produced by a simple synthesis operation by cleaving the clay layer by removing ions.

本発明者は、先に、ポリエステルやポリ酸無水物中に微細な無機化合物を均一に分散させた複合体が得られる手段として、ポリエステルやポリ酸無水物の原料である二価フェノール化合物やジカルボン酸化合物や酸ハライド等のモノマーを全て有機溶剤に溶解し、無機化合物の原料であるアルカリ金属を含む水溶性金属化合物や珪酸アルカリを水に溶解し、それぞれの溶液を、少なくとも一部が相溶した状態に保ち又は分離した状態で共存させる方法を見いだしている。   As a means for obtaining a composite in which a fine inorganic compound is uniformly dispersed in a polyester or polyanhydride, the present inventor previously described a dihydric phenol compound or dicarboxylic acid as a raw material for the polyester or polyanhydride. All monomers such as acid compounds and acid halides are dissolved in an organic solvent, and water-soluble metal compounds and alkali silicates containing alkali metals that are raw materials for inorganic compounds are dissolved in water. Each solution is at least partially compatible. Have found ways to keep them in a separated state or to coexist in a separated state.

二価フェノール化合物やジカルボン酸化合物と酸ハライドとは、常温常圧下において塩基の不存在下では反応しない。即ち、二価フェノール化合物やジカルボン酸化合物と酸ハライドとを溶解させた有機溶剤溶液は常温下では反応せず安定に存在する。一方、水中で分散、膨潤、溶解した粘土鉱物も、粘土鉱物の選定をうまく行えば基本的に安定であることに加え、該水溶液はアルカリ性となる。これらの安定な溶液を、少なくとも一部が相溶した状態に保ち又は分離した状態で共存させることで、粘土層間のアルカリ金属イオンにより、二価フェノール化合物のヒドロキシ基やジカルボン酸化合物のカルボキシ基の水素原子が水素イオンとして解離し、アルカリ金属イオンとイオン交換反応を生じ、二価フェノール化合物やジカルボン酸化合物はアルカリ金属塩となる。アルカリ金属塩となった二価フェノール化合物やジカルボン酸化合物は反応性を著しく増し、酸ハライドと重縮合反応を生じることで、ポリマーが生成しうる。更に層間のアルカリ金属が脱離した粘土鉱物は、層を構成するシートが持つ負電荷により層間が反発することでへき開するが、この状況で生成したポリマーに囲まれ固定化されることにより、微細な状態でポリエステル等の有機ポリマー中に均一に分散される。またその際に粘土鉱物より除かれたアルカリ金属イオンは、酸ハライドより生成したハロゲンイオンと反応することで、NaCl等のハロゲン化アルカリの形で水に溶解することで複合体外に除去されると推定される。   A dihydric phenol compound or dicarboxylic acid compound and an acid halide do not react in the absence of a base at ordinary temperature and pressure. That is, an organic solvent solution in which a dihydric phenol compound or dicarboxylic acid compound and an acid halide are dissolved does not react at room temperature and exists stably. On the other hand, clay minerals dispersed, swollen and dissolved in water are basically stable if the clay minerals are properly selected, and the aqueous solution becomes alkaline. By keeping these stable solutions coexisting at least partially in a compatible state or separated, alkali metal ions between the clay layers cause the hydroxy group of the dihydric phenol compound or the carboxy group of the dicarboxylic acid compound. A hydrogen atom dissociates as a hydrogen ion to cause an ion exchange reaction with an alkali metal ion, and a dihydric phenol compound or a dicarboxylic acid compound becomes an alkali metal salt. A dihydric phenol compound or dicarboxylic acid compound that has become an alkali metal salt significantly increases the reactivity, and a polymer can be formed by causing a polycondensation reaction with an acid halide. Furthermore, the clay mineral from which the alkali metal between the layers has been detached is cleaved by the repulsion between the layers due to the negative charge of the sheet constituting the layer, but it is finely surrounded by the polymer produced in this situation and fixed. And uniformly dispersed in an organic polymer such as polyester. In this case, the alkali metal ions removed from the clay mineral react with the halogen ions generated from the acid halide and are removed from the composite by dissolving in water in the form of an alkali halide such as NaCl. Presumed.

即ち、本発明は、二価フェノール化合物、ジカルボン酸化合物及びジカルボン酸無水物からなる群から選ばれる少なくとも1つの化合物(a)と、酸ハライド(b)とを含有する有機溶剤溶液(1)と、
粘土鉱物を含有する水溶液(2)を、
前記有機溶剤溶液(1)と前記水溶液(2)の少なくとも一部が相溶した状態に保ち又は分離した状態で共存させることで前記化合物(a)のアルカリ金属塩を生成させ、更に、該アルカリ金属塩を前記酸ハライド(b)とを反応させる有機無機複合体の製造方法を提供する。
That is, the present invention provides an organic solvent solution (1) containing at least one compound (a) selected from the group consisting of a dihydric phenol compound, a dicarboxylic acid compound and a dicarboxylic acid anhydride, and an acid halide (b). ,
An aqueous solution (2) containing clay minerals,
An alkali metal salt of the compound (a) is produced by keeping at least a part of the organic solvent solution (1) and the aqueous solution (2) in a compatible state or in a separated state. Provided is a method for producing an organic-inorganic composite in which a metal salt is reacted with the acid halide (b).

本発明により、汎用のポリマーであるポリエステルやポリ酸無水物をマトリクスポリマーとし、該ポリマーを合成しながら同時に粘土鉱物の層を剥離させることで、該ポリマー中に少なくとも一部の層がへき開した粘土鉱物を分散させた複合体を、簡易な合成操作で、且つ金属イオンを層間に持つ安価な粘土鉱物を用いて製造できる。粘土鉱物を有機ポリマー中に物理的に混合する方法とは異なり、粘土層を乖離させながらポリマーを合成し複合化させるので、非常に微細に有機成分と無機成分とが複合化した複合体が得られる。
更に該反応は、汎用の攪拌装置を用いて常温常圧下、短時間の1ステップで行うことが可能である。
According to the present invention, a general-purpose polymer such as polyester or polyanhydride is used as a matrix polymer, and at the same time, the clay mineral layer is peeled off while synthesizing the polymer. A composite in which minerals are dispersed can be produced by a simple synthetic operation and using an inexpensive clay mineral having metal ions between layers. Unlike the method of physically mixing clay minerals into organic polymers, the polymer is synthesized and compounded while separating the clay layers, resulting in a very fine composite of organic and inorganic components. It is done.
Further, the reaction can be carried out in a short step at ordinary temperature and pressure using a general-purpose stirring device.

(有機無機複合体の製造方法)
本発明の製造方法は、二価フェノール化合物、ジカルボン酸化合物及びジカルボン酸無水物からなる群から選ばれる少なくとも1つの化合物(a)と、粘土鉱物を含有する水溶液(2)を、攪拌混合することによるものである。
(Method for producing organic-inorganic composite)
In the production method of the present invention, at least one compound (a) selected from the group consisting of a dihydric phenol compound, a dicarboxylic acid compound and a dicarboxylic acid anhydride and an aqueous solution (2) containing a clay mineral are stirred and mixed. Is due to.

(有機溶剤溶液(1))
本発明で使用する有機溶媒溶液(1)は、二価フェノ−ル化合物、ジカルボン酸化合物及びジカルボン酸無水物からなる群から選ばれる少なくとも1つの化合物(a)と、酸ハライド(b)とを含有する。前記化合物(a)と、酸ハライド(b)との重縮合反応で得られるポリエステルまたはポリ酸無水物が、マトリクスポリマーとなる。このとき、前記化合物(a)として二価フェノール化合物を使用し、前記酸ハライド(b)としてジカルボン酸ハロゲン化物を使用するとポリエステルとなり、前記化合物(a)としてジカルボン酸化合物あるいはジカルボン酸無水物を使用し、前記酸ハライド(b)としてジカルボン酸ハロゲン化物を使用するとポリ酸無水物となる。ポリ酸無水物の場合は、使用するジカルボン酸化合物として芳香族ジカルボン酸化合物、脂肪族ジカルボン酸化合物、芳香族ジカルボン酸無水物又は脂肪族ジカルボン酸無水物であることが好ましい。
(Organic solvent solution (1))
The organic solvent solution (1) used in the present invention comprises at least one compound (a) selected from the group consisting of a divalent phenol compound, a dicarboxylic acid compound and a dicarboxylic acid anhydride, and an acid halide (b). contains. A polyester or polyanhydride obtained by a polycondensation reaction between the compound (a) and the acid halide (b) serves as a matrix polymer. At this time, when a dihydric phenol compound is used as the compound (a) and a dicarboxylic acid halide is used as the acid halide (b), a polyester is obtained, and a dicarboxylic acid compound or a dicarboxylic acid anhydride is used as the compound (a). When a dicarboxylic acid halide is used as the acid halide (b), it becomes a polyanhydride. In the case of a polyacid anhydride, the dicarboxylic acid compound to be used is preferably an aromatic dicarboxylic acid compound, an aliphatic dicarboxylic acid compound, an aromatic dicarboxylic acid anhydride or an aliphatic dicarboxylic acid anhydride.

(化合物(a):二価フェノール化合物)
本発明で使用する二価フェノール化合物は、酸ハライドと同時に有機溶剤に溶解可能な、2つのフェノール性水酸基を有する化合物である。2つのフェノール性水酸基は、1つの芳香環上にあっても複数の芳香環上にあっても良い。これらは所望するポリマーの性質により適宜決定される。
2つのフェノール性水酸基が1つの芳香環上にある化合物としては、例えば、レゾルシン(1,3−ジヒドロキシベンゼン)、ヒドロキノン(1,4−ジヒドロキシベンゼン)、カテコール(1,2−ジヒドロキシベンゼン)等が挙げられる。
また、2つのフェノール性水酸基がそれぞれ複数の芳香環上にある化合物としては、例えば、2,2’−ビフェノール、4,4’−ビフェノール、3,3’−5,5’−テトラメチルビフェノール(テトラメチルビフェノール)、等のビフェノール化合物、ビスフェノールS、4,4’−イソプロピリデンジフェノール(ビスフェノールA)、ビスフェノールH、ビスフェノールC、ビスフェノールE等のビスフェノール化合物、1,4−ジヒドロキシナフタレン、1,5−ジヒドロキシナフタレン、1,6−ジヒドロキシナフタレン、2,6−ジヒドロキシナフタレン等のナフタレン骨格を持つ化合物、アントラセン等の芳香環が3つ以上の化合物のいずれかの芳香環に、置換部位は問わずに2つのフェノール性水酸基を有する化合物をあげることができる。
(Compound (a): Dihydric phenol compound)
The dihydric phenol compound used in the present invention is a compound having two phenolic hydroxyl groups that can be dissolved in an organic solvent simultaneously with an acid halide. Two phenolic hydroxyl groups may be on one aromatic ring or on a plurality of aromatic rings. These are appropriately determined depending on the properties of the desired polymer.
Examples of the compound having two phenolic hydroxyl groups on one aromatic ring include resorcin (1,3-dihydroxybenzene), hydroquinone (1,4-dihydroxybenzene), catechol (1,2-dihydroxybenzene) and the like. Can be mentioned.
Examples of the compound having two phenolic hydroxyl groups on a plurality of aromatic rings include 2,2′-biphenol, 4,4′-biphenol, 3,3′-5,5′-tetramethylbiphenol ( Tetraphenol biphenol), bisphenol S, 4,4′-isopropylidenediphenol (bisphenol A), bisphenol compounds such as bisphenol H, bisphenol C, bisphenol E, 1,4-dihydroxynaphthalene, 1,5 -A compound having a naphthalene skeleton such as dihydroxynaphthalene, 1,6-dihydroxynaphthalene, 2,6-dihydroxynaphthalene, etc., and any aromatic ring such as anthracene having three or more aromatic rings, regardless of the substitution site List compounds with two phenolic hydroxyl groups Can.

また前記二価フェノールは、酸ハライドと常温、常圧下では反応せず且つ使用する有機溶剤や後述の水溶液(B)と反応しないような置換基を有していてもよい。このような置換基の例としては、ハロゲン元素やアルキル基が挙げられる。   The dihydric phenol may have a substituent which does not react with the acid halide at room temperature and normal pressure and does not react with the organic solvent to be used or the aqueous solution (B) described later. Examples of such substituents include halogen elements and alkyl groups.

なお本発明においては、エチレングリコールや1,4−ブタンジオール等の脂肪族アルキルジオール化合物では酸ハロゲン化物と重縮合反応が生じない。これは、脂肪族アルキルジオール化合物の水酸基の水素イオンの解離性が二価フェノールと比べて極めて低いために、後述の粘土鉱物中のアルカリ金属イオンが脂肪族アルキルジオール化合物の水酸基の水素イオンとイオン交換反応が極めて遅いためと考えられる。   In the present invention, an aliphatic alkyldiol compound such as ethylene glycol or 1,4-butanediol does not cause a polycondensation reaction with an acid halide. This is because the hydrogen ion dissociation property of the hydroxyl group of the aliphatic alkyl diol compound is extremely lower than that of the dihydric phenol, so that the alkali metal ion in the clay mineral described later becomes an ion and an ion of the hydroxyl group of the aliphatic alkyl diol compound. This is probably because the exchange reaction is extremely slow.

(化合物(a):ジカルボン酸化合物)
本発明で使用するジカルボン酸化合物は、酸ハライドと同時に有機溶剤に溶解可能な、2つのカルボキシ基を有する化合物である。ジカルボン酸化合物は脂肪族ジカルボン酸でも芳香族ジカルボン酸でも良い。
(Compound (a): Dicarboxylic acid compound)
The dicarboxylic acid compound used in the present invention is a compound having two carboxy groups that can be dissolved in an organic solvent simultaneously with an acid halide. The dicarboxylic acid compound may be an aliphatic dicarboxylic acid or an aromatic dicarboxylic acid.

芳香族ジカルボン酸化合物としては、例えば、芳香環から構成された化合物としてはテレフタル酸、イソフタル酸等の1つの芳香環を有する化合物、1,4−ジカルボキシナフタレン、1,5−ジカルボキシナフタレン、1,6−ジカルボキシナフタレン、2,6−ジカルボキシナフタレン等のナフタレン骨格を持つ化合物等の複数の芳香環を有する化合物、あるいは、ビフェニル−2,2´−ジカルボン酸等のビフェニル骨格を持つジカルボン酸等が挙げられる。   As the aromatic dicarboxylic acid compound, for example, as a compound composed of an aromatic ring, a compound having one aromatic ring such as terephthalic acid and isophthalic acid, 1,4-dicarboxynaphthalene, 1,5-dicarboxynaphthalene, A compound having a plurality of aromatic rings such as a compound having a naphthalene skeleton such as 1,6-dicarboxynaphthalene or 2,6-dicarboxynaphthalene, or a dicarboxylic acid having a biphenyl skeleton such as biphenyl-2,2′-dicarboxylic acid An acid etc. are mentioned.

また脂肪族ジカルボン酸化合物としては、例えば、エタン二酸(しゅう酸)、プロパン二酸(マロン酸)、ブタン二酸(コハク酸)、ペンタン二酸(グルタル酸)、ヘキサン二酸(アジピン酸)、オクタン二酸(スベリン酸)、デカン二酸(セバシン酸)等が挙げられる。
また前記ジカルボン酸化合物は、酸ハライドと反応せず且つ使用する有機溶剤や後述の水溶液(B)と反応しないような置換基を有していてもよい。このような置換基の例としては、ハロゲン元素やアルキル基が挙げられる。
Examples of the aliphatic dicarboxylic acid compound include ethanedioic acid (oxalic acid), propanedioic acid (malonic acid), butanedioic acid (succinic acid), pentanedioic acid (glutaric acid), and hexanedioic acid (adipic acid). , Octanedioic acid (suberic acid), decanedioic acid (sebacic acid), and the like.
The dicarboxylic acid compound may have a substituent that does not react with the acid halide and does not react with the organic solvent to be used or the aqueous solution (B) described later. Examples of such substituents include halogen elements and alkyl groups.

(化合物(a):ジカルボン酸無水物)
本発明で使用するジカルボン酸無水化合物は、水と塩基の存在下で酸無水結合が加水分解されジカルボン酸になる化合物であればよい。例えばテトラヒドロフラン−2,5−ジオン(無水コハク酸)、無水グルタル酸等を脂肪族ジカルボン酸無水物として例示することができる。加えて、無水フタル酸、2,3−ナフタレンジカルボン酸無水物、1、8−ナフタル酸無水物、1、2−ナフタル酸無水物等の芳香族ジカルボン酸無水物を例示することができる。これらの化合物は酸ハライドと反応せず且つ使用する有機溶剤や後述の水溶液(B)と反応しないような置換基を有していてもよい。このような置換基の例としては、ハロゲン元素やアルキル基が挙げられる。ジカルボン酸無水物は前記ジカルボン酸化合物よりも有機溶剤に対する溶解性が高いため、有機溶剤溶液(1)中の濃度を高めることができ、反応効率をより高くすることができる。
(Compound (a): Dicarboxylic anhydride)
The dicarboxylic acid anhydride compound used in the present invention may be any compound as long as the acid anhydride bond is hydrolyzed to dicarboxylic acid in the presence of water and a base. For example, tetrahydrofuran-2,5-dione (succinic anhydride), glutaric anhydride and the like can be exemplified as the aliphatic dicarboxylic acid anhydride. In addition, aromatic dicarboxylic anhydrides such as phthalic anhydride, 2,3-naphthalenedicarboxylic anhydride, 1,8-naphthalic anhydride, and 1,2-naphthalic anhydride can be exemplified. These compounds may have a substituent that does not react with the acid halide and does not react with the organic solvent to be used or the aqueous solution (B) described later. Examples of such substituents include halogen elements and alkyl groups. Since the dicarboxylic acid anhydride has higher solubility in the organic solvent than the dicarboxylic acid compound, the concentration in the organic solvent solution (1) can be increased, and the reaction efficiency can be further increased.

(酸ハライド(b))
本発明で使用する酸ハライド(b)は、有機溶剤溶液(1)中での常温、常圧条件下では二価フェノール化合物、ジカルボン酸化合物、ジカルボン酸無水物とは反応せず、水溶液(2)と共存させることで初めて重縮合反応を生じるような化合物であれば特に限定されない。
例えば、芳香族基を有する酸ハライド(b)としては、イソフタル酸クロリド、テレフタル酸クロリド、2つ以上の芳香環から構成される1,4−ジカルボキシナフタレン、1,5−ジカルボキシナフタレン、1,6−ジカルボキシナフタレン、2,6−ジカルボキシナフタレン等の酸ハロゲン化物が挙げられる。これらの芳香族酸ハライドは水溶液(2)を構成する水との加水分解反応に対して強いため、有機溶剤に水に相溶する溶媒を用いた場合でも収率を高くすることができ、特に好ましく用いられる。
また、脂肪族基を有する酸ハライド(b)としては、例えば、コハク酸、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸等の酸ハロゲン化物が挙げられる。
また、前記酸ハライド(b)は、有機溶剤や後述の水溶液(B)と反応しないような置換基を有していてもよい。このような置換基の例としては、ハロゲン元素やアルキル基が挙げられる。
(Acid halide (b))
The acid halide (b) used in the present invention does not react with a dihydric phenol compound, a dicarboxylic acid compound, or a dicarboxylic acid anhydride under normal temperature and normal pressure conditions in the organic solvent solution (1). If it is a compound which produces a polycondensation reaction for the first time by making it coexist with this, it will not specifically limit.
For example, examples of the acid halide (b) having an aromatic group include isophthalic acid chloride, terephthalic acid chloride, 1,4-dicarboxynaphthalene, 1,5-dicarboxynaphthalene composed of two or more aromatic rings, Acid halides such as 1,6-dicarboxynaphthalene and 2,6-dicarboxynaphthalene. Since these aromatic acid halides are strong against hydrolysis reaction with water constituting the aqueous solution (2), the yield can be increased even when a solvent compatible with water is used as the organic solvent. Preferably used.
Examples of the acid halide (b) having an aliphatic group include acid halides such as succinic acid, adipic acid, azelaic acid, and sebacic acid.
The acid halide (b) may have a substituent that does not react with an organic solvent or an aqueous solution (B) described later. Examples of such substituents include halogen elements and alkyl groups.

(有機溶剤)
前記化合物(a)及び酸ハライド(b)は、いずれも有機溶剤に溶解した有機溶剤溶液(1)として使用する。使用できる有機溶剤としては、前記化合物(a)や前記酸ハライド(b)のいずれとも反応せずに溶解できる有機溶剤であれば特に制限はない。具体的な例としては、テトラヒドロフラン、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、n−ブチルエーテル、アニソール等のエーテル類、アセトン、2−ブタノン、シクロヘキサノン等のケトン類の他、酸酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル等の酢酸アルキル、クロロホルム、塩化メチレン等のハロゲン化炭化水素類、炭酸プロピレン等をあげることができる。またトルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類、n−ヘキサン等の脂肪族炭化水素類は非常に極性が低いため、前記化合物(a)の炭化水素部位が大きいことで極性が低く、完全に溶解させることができるときのみ用いることができる。
(Organic solvent)
The compound (a) and the acid halide (b) are both used as an organic solvent solution (1) dissolved in an organic solvent. The organic solvent that can be used is not particularly limited as long as it can be dissolved without reacting with either the compound (a) or the acid halide (b). Specific examples include ethers such as tetrahydrofuran, dimethyl ether, diethyl ether, n-butyl ether and anisole, ketones such as acetone, 2-butanone and cyclohexanone, and acetic acid such as ethyl acid acid, propyl acetate and butyl acetate. Examples thereof include halogenated hydrocarbons such as alkyl, chloroform and methylene chloride, and propylene carbonate. In addition, aromatic hydrocarbons such as toluene and xylene, and aliphatic hydrocarbons such as n-hexane are very low in polarity, so the polarity of the compound (a) is large due to the large hydrocarbon moiety, and it is completely dissolved. Can be used only when

有機溶剤として、テトラヒドロフラン、ジメチルエーテル、アセトン、酢酸エチル等の、水可溶性もしくは水溶性である有機溶剤を使用すると、得られる前記有機溶剤溶液(1)と後述の水溶液(2)とが相溶した状態で反応することとなり、反応場が均一な溶液中である溶液重合で反応が進行し、得られる有機無機複合体は粉末状となる。
一方、ジブチルエーテル、アニソール、酢酸ブチル、クロロホルム、塩化メチレン等の、水難溶性もしくは水不溶性である有機溶剤を使用すると、得られる有機溶剤溶液(1)と後述の水溶液(2)とが分離した状態で反応することとなり、反応場が水と有機溶剤との界面である界面重合で反応は進行し、得られる有機無機複合体は塊状となる。
When a water-soluble or water-soluble organic solvent such as tetrahydrofuran, dimethyl ether, acetone, ethyl acetate or the like is used as the organic solvent, the resulting organic solvent solution (1) and the aqueous solution (2) described below are compatible with each other. The reaction proceeds by solution polymerization in a solution having a uniform reaction field, and the resulting organic-inorganic composite becomes powdery.
On the other hand, when an organic solvent that is hardly water-soluble or water-insoluble, such as dibutyl ether, anisole, butyl acetate, chloroform, methylene chloride, is used, the resulting organic solvent solution (1) is separated from the aqueous solution (2) described later. The reaction proceeds by interfacial polymerization in which the reaction field is an interface between water and an organic solvent, and the resulting organic-inorganic composite becomes a lump.

有機溶剤溶液(1)中の化合物(a)と酸ハライド(b)とのモル比は、有機無機複合体の合成反応が正常に進行すれば特に限定されないが、収率よく反応を進行させるためにはおよそ1:1であることが好ましい。
また、本発明での前記有機溶剤溶液(1)中の化合物(a)と酸ハライド(b)のそれぞれのモノマー濃度は、重合反応が十分に進行すれば特に制限されないが、各々のモノマー同士を良好に接触させる観点から、0.01〜3モル/Lの濃度範囲、特に0.05〜1モル/Lが好ましい。
また、前記有機溶剤溶液(1)は、その他反応を阻害しないような添加剤を適宜加えてもよい。
The molar ratio of the compound (a) to the acid halide (b) in the organic solvent solution (1) is not particularly limited as long as the synthesis reaction of the organic-inorganic complex proceeds normally, but the reaction proceeds in a high yield. Is preferably approximately 1: 1.
The monomer concentrations of the compound (a) and the acid halide (b) in the organic solvent solution (1) in the present invention are not particularly limited as long as the polymerization reaction proceeds sufficiently. From the viewpoint of good contact, a concentration range of 0.01 to 3 mol / L, particularly 0.05 to 1 mol / L is preferable.
Moreover, you may add suitably the additive which does not inhibit other reaction to the said organic solvent solution (1).

(水溶液(2))
(粘土鉱物)
本発明で使用する粘土鉱物は、水溶液(2)に溶解させて使用することから水に溶解性、膨潤性、分散性である必要がある。さらに、アルカリ金属イオン層間に持つ粘土鉱物であることが好ましく、中でも、該アルカリ金属がナトリウムである粘土鉱物は水に対する溶解性、膨潤性が高い上、安価であるため最も好ましく用いられる。これらの粘土鉱物は水中で膨潤または微分散し、その際にアルカリ性を示す。この粘土層間のアルカリ金属はポリマーの合成を促進する。
(Aqueous solution (2))
(Clay mineral)
Since the clay mineral used in the present invention is dissolved in the aqueous solution (2) and used, it must be soluble, swellable, and dispersible in water. Further, a clay mineral having an alkali metal ion layer is preferable. Among them, a clay mineral in which the alkali metal is sodium is most preferably used because it is highly soluble in water and swellable and is inexpensive. These clay minerals swell or finely disperse in water and show alkalinity. This alkali metal between the clay layers facilitates the synthesis of the polymer.

粘土構造として特に好ましいのはスメクタイト群が挙げられ、その中でもさらに具体的にはモンモリロナイト、バイデライト、ノントロナイト、サポナイト、ヘクトライト、ソーコナイト、スチブンサイト等を例示することができる。   Particularly preferred as the clay structure is a smectite group, and among them, montmorillonite, beidellite, nontronite, saponite, hectorite, soconite, stevensite and the like can be exemplified more specifically.

(水溶液(2)の溶媒)
本発明で用いる粘土鉱物は、水に分散、溶解、あるいは膨潤させて水溶液(2)として使用する。また、前記有機溶剤溶液との反応を相溶した状態で行いたい場合には、アセトンやテトラヒドロフラン等の極性有機溶剤を水溶液(2)の30質量%程度を上限にして混合し、溶解度を調節してもよい。
(Solvent of aqueous solution (2))
The clay mineral used in the present invention is dispersed, dissolved, or swollen in water and used as an aqueous solution (2). When the reaction with the organic solvent solution is desired to be carried out in a compatible state, a polar organic solvent such as acetone or tetrahydrofuran is mixed up to about 30% by mass of the aqueous solution (2) to adjust the solubility. May be.

また、水溶液(2)には有機ポリマーの合成を促進するために、水酸化アルカリ、炭酸アルカリ等の塩基性物質を溶解させてもよい。また、有機溶剤溶液(1)との混合性を高めるために界面活性剤等の添加剤を含有していても良い。   Moreover, in order to accelerate | stimulate the synthesis | combination of an organic polymer, you may dissolve basic substances, such as an alkali hydroxide and an alkali carbonate, in aqueous solution (2). Moreover, in order to improve mixing property with the organic solvent solution (1), additives such as a surfactant may be contained.

(製造方法)
本発明の有機無機複合体の製造方法は、前記化合物(a)と酸ハライド(b)とを含有する有機溶剤溶液(1)と粘土鉱物とを含有する水溶液(2)を、前記有機溶剤溶液(1)と前記水溶液(2)の少なくとも一部が相溶した状態に保ち又は分離した状態で共存させることで前記化合物(a)のアルカリ金属塩を生成させ、更に、該アルカリ金属塩と前記酸ハライド(b)とを反応させることを特徴とする。
本発明での有機無機複合体の合成機構は以下のように推定している。
(Production method)
In the method for producing an organic-inorganic composite of the present invention, an organic solvent solution (1) containing the compound (a) and an acid halide (b) and an aqueous solution (2) containing a clay mineral are used as the organic solvent solution. (1) and at least a part of the aqueous solution (2) are kept in a compatible state or coexisted in a separated state to form an alkali metal salt of the compound (a), and further, the alkali metal salt and the It is characterized by reacting with an acid halide (b).
The synthesis mechanism of the organic-inorganic composite in the present invention is estimated as follows.

(マトリクスとなるポリマーの合成反応)
前述の通り、前記化合物(a)と前記酸ハライド(b)とは、常温常圧下では塩基の不存在下では反応しない。即ち、前記化合物(a)と前記酸ハライド(b)とを溶解させた有機溶剤溶液は常温下では反応せず安定に存在する。一方、粘土鉱物の水溶液や分散液も一定期間安定である。
これらの安定な溶液を、少なくとも一部が相溶した状態に保ち又は分離した状態で共存させると、前記、粘土鉱物層間のアルカリ金属により、前記化合物(a)のヒドロキシ基やカルボキシ基の水素原子が水素イオンとして解離し、アルカリ金属イオンとイオン交換反応を生じ、前記化合物(a)はアルカリ金属塩となる。アルカリ金属塩となった前記化合物(a)は反応性を著しく増し、前記酸ハライド(b)との重縮合反応が開始され、ポリエステルやポリ酸無水物等のポリマーが生じる。具体的には、下記の通りである(以下アルカリ金属塩として、ナトリウム金属塩の場合を記載している)。
(Synthesis reaction of polymer used as matrix)
As described above, the compound (a) and the acid halide (b) do not react in the absence of a base at normal temperature and pressure. That is, the organic solvent solution in which the compound (a) and the acid halide (b) are dissolved does not react at room temperature and exists stably. On the other hand, aqueous solutions and dispersions of clay minerals are also stable for a certain period.
When these stable solutions are allowed to coexist in a state where at least a part thereof is compatible or separated, the alkali metal between the clay mineral layers causes a hydrogen atom of the hydroxy group or carboxy group of the compound (a). Dissociates as hydrogen ions and causes an ion exchange reaction with alkali metal ions, whereby the compound (a) becomes an alkali metal salt. The compound (a), which has become an alkali metal salt, is remarkably increased in reactivity, and a polycondensation reaction with the acid halide (b) is started to produce a polymer such as polyester or polyanhydride. Specifically, it is as follows (hereinafter, the case of a sodium metal salt is described as an alkali metal salt).

前記化合物(a)が二価フェノールである場合、フェノール性水酸基の水素原子が水素イオンとして解離し、ナトリウムイオンとイオン交換し、−ONa基が生じる。   When the compound (a) is a dihydric phenol, the hydrogen atom of the phenolic hydroxyl group is dissociated as a hydrogen ion and ion-exchanged with a sodium ion to produce an -ONa group.

前記化合物(a)がジカルボン酸化合物やカルボン酸無水物である場合は、カルボキシ基の水素原子が水素イオンとして解離し、ナトリウムイオンとイオン交換し、−COONaが生じる。   When the compound (a) is a dicarboxylic acid compound or a carboxylic acid anhydride, the hydrogen atom of the carboxy group is dissociated as a hydrogen ion and ion-exchanged with a sodium ion to generate -COONa.

このようにアルカリ金属塩となった前記化合物(a)は反応性を著しく増すことで、前記酸ハライド(b)と重縮合反応を生じ、前記化合物(a)として二価フェノールを使用した場合はポリエステルが、ジカルボン酸化合物やジカルボン酸無水物を使用した場合はポリ酸無水物が生成する。その際に発生するNaCl等のハロゲン化アルカリは、合成系中の水や洗浄工程での水に溶解することで、合成系外に排出される。   The compound (a) thus converted into an alkali metal salt significantly increases the reactivity, thereby causing a polycondensation reaction with the acid halide (b). When dihydric phenol is used as the compound (a), When the polyester uses a dicarboxylic acid compound or a dicarboxylic acid anhydride, a polyacid anhydride is generated. Alkali halides such as NaCl generated at this time are discharged out of the synthesis system by dissolving in water in the synthesis system or water in the washing step.

(粘土鉱物の層剥離)
一方、アルカリ金属が層間より除去された粘土鉱物は、負電荷を持つ粘土層間同士の反発により合成系中で微分散する。このままでは不安定な存在であると推定されるが、粘土層周辺でポリエステル等のポリマーが合成され、固体として析出するため層間が剥離した状態で有機ポリマー中に固定化されると考えられる。
(Clay mineral delamination)
On the other hand, the clay mineral from which the alkali metal has been removed from the interlayer is finely dispersed in the synthetic system due to repulsion between the clay layers having negative charges. Although it is presumed that it is unstable as it is, a polymer such as polyester is synthesized around the clay layer and precipitated as a solid, so it is considered to be fixed in the organic polymer in a state where the layers are separated.

(有機無機複合体の合成反応場)
前記合成反応の反応場は、有機溶剤溶液(1)と水溶液(2)とが相溶するか、非相溶であるかにより異なる。
前述の通り、有機溶剤として、テトラヒドロフラン、ジメチルエーテル、アセトン、酢酸エチル等の、水可溶性もしくは水溶性である有機溶剤を使用すると、得られる前記有機溶剤溶液(1)と後述の水溶液(2)とが相溶した状態で反応することとなり、反応場が均一な溶液中である溶液重合で反応が進行し、得られる有機無機複合体は粉末状となる。この時得られるポリマーの分子量は低いものが多い。
一方、前述の通り、ジブチルエーテル、アニソール、酢酸ブチル、クロロホルム、塩化メチレン等の、水難溶性もしくは水不溶性である有機溶剤を使用すると、得られる有機溶剤溶液(1)と後述の水溶液(2)とが分離した状態で共存し反応することとなる。このとき、反応場が水と有機溶剤との界面であると、界面重合で反応は進行し、得られる有機無機複合体は塊状〜粗大粒子状となる。この時得られるポリマーの分子量は高いものが多い。
これらの重合方法は特に限定されず、所望する有機無機複合体の形状、ポリマーの分子量等により選択することが可能である。
(Synthetic reaction field of organic-inorganic composite)
The reaction field of the synthesis reaction differs depending on whether the organic solvent solution (1) and the aqueous solution (2) are compatible or incompatible.
As described above, when an organic solvent that is water-soluble or water-soluble, such as tetrahydrofuran, dimethyl ether, acetone, or ethyl acetate, is used as the organic solvent, the obtained organic solvent solution (1) and an aqueous solution (2) described later are obtained. The reaction occurs in a compatible state, the reaction proceeds by solution polymerization in a solution having a uniform reaction field, and the resulting organic-inorganic composite becomes powdery. Many of the polymers obtained at this time have a low molecular weight.
On the other hand, as described above, when an organic solvent that is hardly water-soluble or water-insoluble, such as dibutyl ether, anisole, butyl acetate, chloroform, methylene chloride, is used, an organic solvent solution (1) to be obtained and an aqueous solution (2) to be described later are obtained. Will coexist and react in a separated state. At this time, if the reaction field is an interface between water and an organic solvent, the reaction proceeds by interfacial polymerization, and the resulting organic-inorganic composite is in the form of lumps to coarse particles. Many of the polymers obtained at this time have a high molecular weight.
These polymerization methods are not particularly limited, and can be selected depending on the desired shape of the organic-inorganic composite, the molecular weight of the polymer, and the like.

(有機溶剤溶液(1)と水溶液(2)の共存方法)
前記有機溶剤溶液(1)と前記水溶液(2)とを、少なくとも一部が相溶した状態に保ち又は分離した状態で共存させるには、有機溶剤溶液(1)と水溶液(2)とが接触する環境があれば特に限定はなく、通常は、攪拌翼を有する1つの反応釜に前記有機溶剤溶液(1)と前記水溶液(2)とを同時に仕込めばよい。反応温度は特に高く設定する必要は無く、例えば−10〜50℃の常温付近の温度範囲で十分に反応が進行する。また、加圧や減圧は特に必要としない。有機無機複合体の合成反応は、用いるモノマー種や反応装置、スケールにもよるが、通常10分以下の短時間で完結する。
(Method for coexistence of organic solvent solution (1) and aqueous solution (2))
In order for the organic solvent solution (1) and the aqueous solution (2) to coexist in a state where at least a part thereof is compatible or separated, the organic solvent solution (1) and the aqueous solution (2) are in contact with each other. The organic solvent solution (1) and the aqueous solution (2) may be charged simultaneously in one reaction kettle having a stirring blade. The reaction temperature does not need to be set particularly high. For example, the reaction proceeds sufficiently in a temperature range of about −10 to 50 ° C. near room temperature. Further, pressurization and decompression are not particularly required. The synthesis reaction of the organic-inorganic composite is usually completed in a short time of 10 minutes or less, although it depends on the monomer species, reactor, and scale used.

具体的には、前記有機溶剤溶液(1)または前記水溶液(2)を仕込んだ反応釜中に、攪拌しながらもう1方の溶液を添加していく方法が挙げられる。前記有機溶剤溶液(1)及び前記水溶液(2)の仕込み順序については特に限定はないが、より好ましくは、前記有機溶剤溶液(1)を仕込んだ反応釜中に、攪拌しながら前記水溶液(2)を滴下し、前記水溶液(2)を徐々に添加していく方法であると、得られる有機無機複合体のポリマー成分であるポリエステルやポリ酸無水物のエステル部位や酸無水部位が切断する恐れもなく、良好な有機無機複合体を得ることができる。これは、アルカリ性水溶液が共存する状態ではエステル部位や酸無水部位が切断する恐れがあり、アルカリ性を示す水溶液(2)と生成したポリエステルやポリ酸無水物とが長時間接触するのを避けるためである。   Specifically, the other solution may be added to the reaction kettle charged with the organic solvent solution (1) or the aqueous solution (2) while stirring. The order of charging the organic solvent solution (1) and the aqueous solution (2) is not particularly limited, but more preferably, the aqueous solution (2) while stirring in the reaction kettle charged with the organic solvent solution (1). ) And adding the aqueous solution (2) gradually, there is a risk that the ester part or the acid anhydride part of the polyester or polyanhydride that is the polymer component of the obtained organic-inorganic composite will be cleaved. Therefore, a good organic-inorganic composite can be obtained. This is because the ester site and acid anhydride site may be cleaved in the presence of an alkaline aqueous solution, so that the aqueous solution (2) showing alkalinity and the produced polyester or polyanhydride do not contact for a long time. is there.

(製造装置)
本発明で用いる製造装置としては、有機溶剤溶液(1)と前記水溶液(2)とを良好に接触反応させることができる製造装置であればとくに限定されず連続式、バッチ式のいずれの方式でも可能である。連続式の具体的な装置としては大平洋機工株式会社製「ファインフローミルFM−15型」、同社製「スパイラルピンミキサSPM−15型」、あるいは、インダク・マシネンバウ・ゲーエムベー(INDAG Machinenbaugmb)社製「ダイナミックミキサDLM/S215型」などが挙げられる。また、バッチ式の場合は有機溶液と水溶液の接触を良好に行わせる必要があるので、アンカ−翼やマックスブレンド翼やファウドラ−翼等の攪拌力が強い攪拌装置を用いるのが好ましい。
(Manufacturing equipment)
The production apparatus used in the present invention is not particularly limited as long as the production apparatus can satisfactorily contact and react the organic solvent solution (1) and the aqueous solution (2). Is possible. Specific equipment for continuous operation is “Fine Flow Mill FM-15” manufactured by Taihei Koki Co., Ltd., “Spiral Pin Mixer SPM-15” manufactured by the same company, or INDAG Machinenbaugmb. "Dynamic mixer DLM / S215 type" etc. are mentioned. In the case of the batch type, since it is necessary to make good contact between the organic solution and the aqueous solution, it is preferable to use a stirrer having a strong stirring force such as an anchor blade, a max blend blade or a fowler blade.

(その他の無機成分添加について)
本発明では水溶液(2)中に粘土鉱物以外にも、金属酸化物、金属水酸化物及び金属炭酸化物からなる群から選ばれ少なくとも1つのアルカリ金属を含む2つ以上の金属元素を有する金属化合物(c−1)(以降単に金属化合物(c−1)と称する場合有り)及び/又は珪酸アルカリ(c−2)や、塩基性水溶液に溶解し且つ中性溶液では析出する金属化合物(c−3)を含有しても良い。これらの化合物を水溶液(2)に含有させることで多様な無機成分を含有させることができる。
(Addition of other inorganic components)
In the present invention, in addition to the clay mineral, the metal compound having at least one metal element containing at least one alkali metal selected from the group consisting of metal oxides, metal hydroxides and metal carbonates in the aqueous solution (2) (C-1) (hereinafter may be simply referred to as metal compound (c-1)) and / or metal silicate (c-2) or metal compound that dissolves in basic aqueous solution and precipitates in neutral solution (c- 3) may be contained. By containing these compounds in the aqueous solution (2), various inorganic components can be contained.

(その他の成分の原料:金属化合物(c−1))
本発明で使用する金属化合物(c−1)は、具体的には、下記一般式(1)で表される。
(Raw material of other components: metal compound (c-1))
The metal compound (c-1) used in the present invention is specifically represented by the following general formula (1).

Figure 2009079187
Figure 2009079187

前記一般式(1)において、Aはアルカリ金属元素を表し、Mはアルカリ金属以外の金属元素を表し、Bは酸素原子、カルボキシ基、またはヒドロキシ基を表す。x、y、及びzは各々独立してA、MとBの結合を可能とする数である。(複合酸化物系の無機材料には不定比化合物(例えばNa1.6Al0.92.8 のような類が多いために、xyzともに整数とも小数とも定義できない。そのため、安定して存在しえる数を指す。)
前記一般式(1)で表される化合物は、水に完全または一部溶解し塩基性を示すものが好ましい。且つ、析出する金属化合物が、水に殆どまたは全く溶解しない化合物であることが好ましい。
In the general formula (1), A represents an alkali metal element, M represents a metal element other than an alkali metal, and B represents an oxygen atom, a carboxy group, or a hydroxy group. x, y, and z are numbers that allow A, M, and B to be combined independently. (Since there are many non-stoichiometric compounds (for example, Na 1.6 Al 0.9 O 2.8 ) in complex oxide-based inorganic materials, neither xyz can be defined as an integer or a decimal. Therefore, it indicates a number that can exist stably. .)
The compound represented by the general formula (1) is preferably a compound that is completely or partially dissolved in water and exhibits basicity. And it is preferable that the metal compound which precipitates is a compound which hardly melt | dissolves in water.

前記一般式(1)におけるBが酸素原子である化合物としては、例えば、亜鉛酸ナトリウム、アルミン酸ナトリウム、亜クロム酸ナトリウム、モリブデン酸ナトリウム、スズ酸ナトリウム、タンタル酸ナトリウム、亜テルル酸ナトリウム、チタン酸ナトリウム、バナジン酸ナトリウム、タングステン酸ナトリウム、ジルコン酸ナトリウム等のナトリウム複合酸化物や、亜鉛酸カリウム、アルミン酸カリウム、亜クロム酸カリウム、モリブデン酸カリウム、スズ酸カリウム、マンガン酸カリウム、タンタル酸カリウム、亜テルル酸カリウム、鉄酸カリウム、バナジン酸カリウム、タングステン酸カリウム、金酸カリウム、銀酸カリウム、ジルコン酸カリウム等のカリウム複合酸化物、アルミン酸リチウム、モリブデン酸リチウム、スズ酸リチウム、マンガン酸リチウム、タンタル酸リチウム、チタン酸リチウム、バナジン酸リチウム、タングステン酸リチウム、ジルコン酸リチウム等のリチウム複合酸化物のほかルビジウム複合酸化物が挙げられる。   Examples of the compound in which B in the general formula (1) is an oxygen atom include sodium zincate, sodium aluminate, sodium chromite, sodium molybdate, sodium stannate, sodium tantalate, sodium tellurite, titanium. Sodium complex oxides such as sodium oxide, sodium vanadate, sodium tungstate, sodium zirconate, potassium zincate, potassium aluminate, potassium chromite, potassium molybdate, potassium stannate, potassium manganate, potassium tantalate , Potassium tellurite, potassium ferrate, potassium vanadate, potassium tungstate, potassium goldate, potassium silverate, potassium zirconate, etc., potassium aluminate, lithium aluminate, lithium molybdate, lithium stannate , Lithium manganate, lithium tantalite, lithium titanate, lithium vanadate, lithium tungstate, in addition rubidium compound oxide of the lithium composite oxide of lithium zirconate and the like.

前記一般式(1)におけるBがカルボキシ基及びヒドロキシ基の両方を含む金属化合物(c−1)としては、例えば、炭酸亜鉛カリウム、炭酸ニッケルカリウム、炭酸ジルコニウムカリウム、炭酸コバルトカリウム、炭酸スズカリウム等が挙げられる。
前記金属化合物(c−1)は、水に溶解させて用いるために水和物であっても良い。また、各々を単独でまたは2種以上を組み合わせて使用することもできる。
Examples of the metal compound (c-1) in which B in the general formula (1) includes both a carboxy group and a hydroxy group include zinc carbonate potassium, nickel carbonate potassium, potassium zirconium carbonate, cobalt carbonate potassium, and tin carbonate potassium. Is mentioned.
The metal compound (c-1) may be a hydrate in order to be dissolved in water. Moreover, each can also be used individually or in combination of 2 or more types.

金属化合物(c−1)の中でも、特に、アルミン酸アルカリ、スズ酸アルカリ、亜鉛酸アルカリ、炭酸ジルコニウムアルカリが特に好ましく用いられる。これらの金属化合物は、水溶性が高く溶解させた際の塩基性が強いため、前記マトリクスとなるポリマーの縮重合反応を進行させやすい。中でもアルミン酸アルカリは特に水溶性が高い上安価であるため最も好ましく用いられる。   Among metal compounds (c-1), alkali aluminate, alkali stannate, alkali zincate, and zirconium carbonate alkali are particularly preferably used. Since these metal compounds have high water solubility and strong basicity when dissolved, the polycondensation reaction of the polymer serving as the matrix tends to proceed. Of these, alkali aluminates are most preferably used because they are particularly water-soluble and inexpensive.

本発明で、前記金属化合物(c−1)を併用した場合は、金属化合物(c−1)中のアルカリ金属は粘土鉱物層間のアルカリ金属同様、ポリエステル等のポリマー合成促進剤的に使用されることで除去され、アルカリ金属以外の金属元素を有する金属化合物が析出する。例としてスズ酸アルカリの一種であるスズ酸ナトリウム(NaSnO)を使用した場合はSnOが粘土鉱物と同時に複合化される。 In the present invention, when the metal compound (c-1) is used in combination, the alkali metal in the metal compound (c-1) is used as a polymer synthesis accelerator such as polyester, like the alkali metal between the clay mineral layers. Thus, a metal compound having a metal element other than the alkali metal is precipitated. As an example, when sodium stannate (Na 2 SnO 3 ), which is a kind of alkali stannate, is used, SnO 2 is compounded simultaneously with the clay mineral.

(その他の成分 珪酸アルカリ(c−2))
本発明で使用する珪酸アルカリ(c−2)は、例えば、珪酸ナトリウム(水ガラス)1号、2号、3号、4号が例となるMO・nSiOの組成式で、Mがアルカリ金属、nの平均値が1.8〜4のものが挙げられる。また、nの平均値が1.8以下でありMがナトリウムであるオルト珪酸ナトリウムやメタ珪酸ナトリウム、前記の珪酸ナトリウムのナトリウムが他のアルカリ金属に変更された、珪酸リチウム、珪酸カリウム、珪酸ルビジウム等も用いることができる。
(Other components alkali silicate (c-2))
The alkali silicate (c-2) used in the present invention is a composition formula of M 2 O · nSiO 2 in which sodium silicate (water glass) No. 1, No. 2, No. 3, No. 4 is an example, and M is Alkali metals, those having an average value of n of 1.8 to 4 can be mentioned. Further, sodium orthosilicate or sodium metasilicate whose average value of n is 1.8 or less and M is sodium, or sodium silicate is changed to another alkali metal, lithium silicate, potassium silicate, rubidium silicate. Etc. can also be used.

本発明で、前記珪酸アルカリ(c−2)を併用した場合は、金属化合物(c−1)の場合と同様に珪酸アルカリ(c−2)中のアルカリ金属はポリエステル等のポリマー合成促進剤的に使用されることで除去され、シリカ(酸化ケイ素)が析出する。   In the present invention, when the alkali silicate (c-2) is used together, the alkali metal in the alkali silicate (c-2) is like a polymer synthesis accelerator such as polyester as in the case of the metal compound (c-1). Is used to remove silica (silicon oxide).

(その他の成分 金属化合物(c−3))
前記水溶液(2)に、塩基性水溶液に溶解し且つ中性溶液では析出する金属化合物(c−3)を添加する方法がある。この方法は、前記ポリマーの合成反応に伴い、水溶液のpHが塩基性から中性に変化することを利用する。即ち、ポリマー生成反応初期では水溶液が塩基性であるために、金属化合物(c−3)は溶解状態のままであるが、有機無機複合化反応が進み水溶液が中性に近づくと、容易に析出し、異種の無機化合物を複数有する有機無機複合体が得られる。金属化合物(c−3)は、pHによる水溶液への溶解度の変化により析出し、化学反応は伴わないため、添加前の組成のまま複合化することができる。
(Other components Metal compound (c-3))
There is a method of adding to the aqueous solution (2) a metal compound (c-3) that dissolves in a basic aqueous solution and precipitates in a neutral solution. This method utilizes the fact that the pH of the aqueous solution changes from basic to neutral as the polymer is synthesized. That is, since the aqueous solution is basic at the initial stage of the polymer formation reaction, the metal compound (c-3) remains in a dissolved state. However, when the organic-inorganic complexing reaction proceeds and the aqueous solution approaches neutrality, it easily precipitates. Thus, an organic-inorganic composite having a plurality of different inorganic compounds is obtained. Since the metal compound (c-3) precipitates due to a change in solubility in an aqueous solution due to pH and does not involve a chemical reaction, the metal compound (c-3) can be combined with the composition before the addition.

本発明で使用する金属化合物(c−3)の塩基性溶液への溶解量は、pH13の常温下の塩基性溶液に100mg/L以上が目安となる。
この量よりも溶解量が小さいと、金属化合物が持つ機能を十分に発揮させうる量を該複合体上に微粒子状に担持することができない。
また、本発明に用いる金属化合物(c−3)の中性溶液への溶解量は、pH6〜8の常温下の中性水溶液に30mg/L以下が目安となる。この量よりも溶解量が大きい場合には、該複合体の合成後のろ過や水洗の工程で金属化合物が流出し、担持効率が低くなり、目的とする担持量が得られにくくなる場合がある。
The amount of the metal compound (c-3) used in the present invention dissolved in the basic solution is 100 mg / L or more in a basic solution at a normal temperature of pH 13.
If the dissolved amount is smaller than this amount, the amount capable of sufficiently exerting the function of the metal compound cannot be supported in the form of fine particles on the composite.
In addition, the amount of the metal compound (c-3) used in the present invention dissolved in the neutral solution is 30 mg / L or less in a neutral aqueous solution at room temperature of pH 6-8. If the amount of dissolution is larger than this amount, the metal compound may flow out in the filtration or water washing steps after synthesis of the complex, resulting in low loading efficiency and difficulty in obtaining the desired loading amount. .

本発明で使用する金属化合物(c−3)の金属種は、上記の溶解特性を示す化合物を有するものであればいずれの金属も用いることができる。リチウム、マグネシウム、カルシウム等のアルカリ金属やアルカリ土類金属、チタン、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、銀、金、モリブデン、タングステン、パラジウム、ルテニウムなどの遷移金属、アルミニウム、亜鉛、インジウム、スズ、鉛、アンチモン等の典型金属を例示することができる。中でも、周期表第3〜第12族の遷移金属元素又は周期表第13〜16族の典型金属元素の物が好ましく使用される。また、金属元素が2種以上含まれる複合化合物を用いることもできる。また、化合物種としては上記溶解特性を満たすものであれば酸化物、ハロゲン化物、水酸化物や、各種金属のシュウ酸塩、炭酸塩、リン酸塩、過塩素酸塩等を制限なく用いることができる。そのため、本発明では極めて多種多様の金属酸化物を容易に担持することができる。   As the metal species of the metal compound (c-3) used in the present invention, any metal can be used as long as it has a compound exhibiting the above-described solubility characteristics. Alkali metals and alkaline earth metals such as lithium, magnesium and calcium, transition metals such as titanium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, silver, gold, molybdenum, tungsten, palladium and ruthenium, aluminum, zinc, indium and tin Typical metals such as lead, antimony and the like can be exemplified. Among them, a transition metal element belonging to Group 3 to Group 12 of the periodic table or a typical metal element belonging to Groups 13 to 16 of the periodic table is preferably used. A composite compound containing two or more metal elements can also be used. In addition, as long as the compound species satisfies the above-mentioned solubility characteristics, oxides, halides, hydroxides, oxalates, carbonates, phosphates, perchlorates, etc. of various metals can be used without limitation. Can do. Therefore, in the present invention, a very wide variety of metal oxides can be easily supported.

本発明で使用する金属化合物(c−3)として、好適に用いられる金属化合物を例示すると、リン酸リチウム、水酸化マグネシウム等のアルカリ金属やアルカリ土類金属化合物、酸化タングステン(VI)、酸化バナジウム(V)、酸化コバルト(II) 、水酸化コバルト(II) 、シュウ酸コバルト(II)、酸化ニオブ(II)、水酸化鉄(II)、酸化ニオブ(V)、酸化モリブデン(VI)、水酸化マンガン(II)、酸化金(III)、水酸化金(III)、ヨウ素酸銀(I)、炭酸銀(I)、酸化銀(I)、硫化銀(I)、酸化銅(I)、水酸化銅(II)、塩基性炭酸銅(II)、酸化銅(II)、リン酸銅(II)、シュウ酸銅(II)、酸化レニウム(VI)、水酸化パラジウム(II)、水酸化ルテニウム(IV)等の遷移金属化合物、酸化スズ(II)、水酸化スズ(II)、水酸化アルミニウム、リン酸アルミニウム、水酸化インジウム(III)、シュウ酸ニッケル(II)、酸化亜鉛(II)、水酸化亜鉛(II)、シュウ酸亜鉛(II)、酸化アンチモン(III)、酸化ガリウム(III)、酸化鉛(II) 、酸化鉛(IV)、リン酸鉛(II)、 水酸化鉛(II)等の典型金属化合物が挙げられる。これら金属化合物は水に溶解させて用いるため、水和物であっても良い。これらは単独で、または2種以上を組み合わせて使用することができる。 Examples of metal compounds that can be suitably used as the metal compound (c-3) used in the present invention include alkali metals and alkaline earth metal compounds such as lithium phosphate and magnesium hydroxide, tungsten (VI) oxide, and vanadium oxide. (V), cobalt oxide (II), cobalt hydroxide (II), cobalt oxalate (II), niobium oxide (II), iron hydroxide (II), niobium oxide (V), molybdenum oxide (VI), water Manganese oxide (II), gold oxide (III), gold hydroxide (III), silver iodate (I), silver carbonate (I), silver oxide (I), silver sulfide (I), copper oxide (I), Copper hydroxide (II), basic copper carbonate (II), copper oxide (II), copper phosphate (II), copper oxalate (II), rhenium oxide (VI), palladium hydroxide (II), hydroxide Transition metal compounds such as ruthenium (IV), tin oxide (II), tin hydroxide (II), aluminum hydroxide, phosphorus Aluminum oxide, indium (III) hydroxide, nickel (II) oxalate, zinc (II) oxide, zinc (II) hydroxide, zinc (II) oxalate, antimony (III) oxide, gallium (III) oxide, oxidation Typical metal compounds such as lead (II), lead (IV) oxide, lead (II) phosphate, lead (II) hydroxide are listed. Since these metal compounds are dissolved in water and used, they may be hydrates. These can be used alone or in combination of two or more.

以下に具体例をもって本発明を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、特に断わりのない限り「部」、「%」は質量基準である。 Hereinafter, the present invention will be described with specific examples, but the present invention is not limited thereto. Unless otherwise specified, “part” and “%” are based on mass.

(実施例1:ポリエステル/粘土鉱物複合体)
(複合体の合成処理)
アセトン50gに化合物(a)として4,4’−イソプロピリデンジフェノール(ビスフェノールA)を3.78g入れて常温下で5分間攪拌を行い完全に溶解させた。次に酸ハライド(b)としてテレフタル酸クロライド3.37gをいれ常温下で5分間攪拌することにより淡黄色の透明均一な有機溶剤溶液(1−1)を得た。
次に、イオン交換水60gに粘土鉱物として合成ヘクトライト(化学式Na0.33(Mg2.67Li0.33)Si410(OH)2 :コープケミカル株式会社製“ルーセンタイト SWN”)1.38gと水酸化ナトリウム1.37gを入れ常温下で15分間攪拌することにより、半透明均質透明な水溶液(2−1)を得た。次に、有機溶剤溶液(1−1)をアンカ−翼を持つ300cm攪拌装置の中に入れ、常温下で翼の回転数200回転/分で攪拌しつつ、1分間かけて水溶液(2−1)を滴下し、反応させた。水溶液(2−1)を滴下するに伴い白色生成物が発生した。この状態で攪拌を30分間継続することで白色の複合体を含有するスラリーを得た。
(Example 1: Polyester / clay mineral composite)
(Composite synthesis process)
3.78 g of 4,4′-isopropylidenediphenol (bisphenol A) as compound (a) was added to 50 g of acetone and stirred at room temperature for 5 minutes for complete dissolution. Next, 3.37 g of terephthalic acid chloride was added as an acid halide (b) and stirred at room temperature for 5 minutes to obtain a light yellow transparent uniform organic solvent solution (1-1).
Next, 1.38 g of synthetic hectorite (chemical formula Na 0.33 (Mg 2.67 Li 0.33 ) Si 4 O 10 (OH) 2 : “Lucentite SWN” manufactured by Co-op Chemical Co., Ltd.)) as a clay mineral and hydroxylated in 60 g of ion-exchanged water 1.37 g of sodium was added and stirred at room temperature for 15 minutes to obtain a translucent homogeneous transparent aqueous solution (2-1). Next, the organic solvent solution (1-1) was placed in a 300 cm 3 stirring device having an anchor blade, and the aqueous solution (2- 1) was dropped and reacted. A white product was generated as the aqueous solution (2-1) was dropped. In this state, stirring was continued for 30 minutes to obtain a slurry containing a white composite.

(複合体の洗浄処理)
このスラリーを95mmφのヌッチェ上に目開き4μmの濾紙を設置し0.015MPaで減圧濾過することにより白色のぺースト状の含液有機無機複合体を得た。この粉体をメタノール200g中に分散させ常温下で30分間攪拌することによりメタノール洗浄を行いその分散液を、上記と同様な方法で濾過することで含メタノール有機無機複合体を得た。これを引き続きイオン交換水250g中に分散させ常温下で30分間攪拌することにより水洗浄を行いその分散液を上記と同様な方法で濾過する水洗工程を2回行うことで含水有機無機複合体を得た。これを120℃で5時間乾燥することにより、白色の有機無機複合体を得た。
(Cleaning process of complex)
The slurry was placed on a 95 mmφ Nutsche filter paper having a mesh size of 4 μm and filtered under reduced pressure at 0.015 MPa to obtain a white pasty liquid-containing organic-inorganic composite. This powder was dispersed in 200 g of methanol and stirred at room temperature for 30 minutes to wash with methanol, and the dispersion was filtered by the same method as above to obtain a methanol-containing organic-inorganic composite. This was subsequently dispersed in 250 g of ion-exchanged water, washed with water by stirring at room temperature for 30 minutes, and the water-containing organic-inorganic composite was obtained by performing a water washing step of filtering the dispersion in the same manner as described above. Obtained. This was dried at 120 ° C. for 5 hours to obtain a white organic-inorganic composite.

(実施例2:ポリエステル/粘土鉱物複合体)
アニソール85gに、化合物(a)として4,4’−イソプロピリデンジフェノール(ビスフェノールA)を3.78g入れて常温下で5分間攪拌を行い完全に溶解させた。次に酸ハライド(b)としてイソフタル酸クロライド3.37gをいれ常温下で5分間攪拌することにより淡黄色の透明均一な有機溶剤溶液(2−1)を得た。本有機溶剤溶液を用いた以外は実施例1と同様な合成、洗浄、乾燥処理を行うことにより、白色の有機無機複合体を得た。
(Example 2: Polyester / clay mineral composite)
3.78 g of 4,4′-isopropylidenediphenol (bisphenol A) as compound (a) was added to 85 g of anisole and stirred at room temperature for 5 minutes to completely dissolve it. Next, 3.37 g of isophthalic acid chloride was added as an acid halide (b) and stirred at room temperature for 5 minutes to obtain a light yellow transparent uniform organic solvent solution (2-1). A white organic-inorganic composite was obtained by carrying out the same synthesis, washing, and drying treatment as in Example 1 except that this organic solvent solution was used.

(実施例3:ポリエステル/粘土鉱物複合体)
イオン交換水80gに実施例1で用いたのと同じ粘土鉱物を10.82g入れ攪拌することで半透明、粘調な水溶液(3−2)を得た。本水溶液をアンカ−翼を持つ300cm攪拌装置の中に入れ、常温下で翼の回転数200回転/分で攪拌しつつ、1分間かけて有機溶剤溶液(1−1)と同様な構成である有機溶剤溶液(3−1)を滴下し、反応させた。有機溶剤溶液(3−1)を滴下するに伴い白色生成物が発生した。この状態で攪拌を30分間継続することで白色の複合体を含有するスラリーを得た。得られたスラリーの洗浄の際、イオン交換水250gでの60℃水洗工程を最後に1回追加した以外は実施例1と同様な洗浄、乾燥処理を行うことにより、灰色の有機無機複合体を得た。
(Example 3: Polyester / clay mineral composite)
By adding 10.82 g of the same clay mineral used in Example 1 to 80 g of ion-exchanged water and stirring, a translucent and viscous aqueous solution (3-2) was obtained. This aqueous solution was put into a 300 cm 3 stirring device having an anchor blade, and stirred at a blade rotation speed of 200 revolutions / minute at room temperature with the same structure as the organic solvent solution (1-1) over 1 minute. A certain organic solvent solution (3-1) was dropped and reacted. As the organic solvent solution (3-1) was added dropwise, a white product was generated. In this state, stirring was continued for 30 minutes to obtain a slurry containing a white composite. When the obtained slurry was washed, a gray organic-inorganic composite was obtained by performing the same washing and drying treatment as in Example 1 except that a 60 ° C. water washing step with 250 g of ion-exchanged water was added once last. Obtained.

(実施例4:ポリ酸無水物/粘土鉱物複合体)
テトラヒドロフラン53gに化合物(a)としてコハク酸1.96gを入れて常温下で5分間攪拌を行い完全に溶解させた。次に酸ハライド(b)としてイソフタル酸クロライド3.37gをいれ常温下で5分間攪拌することにより透明均一な有機溶剤溶液(4−1)を得た。本有機溶剤溶液を用いた以外は実施例1と同様な合成、洗浄処理を行うことにより、白色の有機無機複合体を得た。
(Example 4: polyanhydride / clay mineral complex)
To 53 g of tetrahydrofuran, 1.96 g of succinic acid as compound (a) was added and stirred at room temperature for 5 minutes to completely dissolve. Next, 3.37 g of isophthalic acid chloride was added as an acid halide (b) and stirred at room temperature for 5 minutes to obtain a transparent and uniform organic solvent solution (4-1). A white organic-inorganic composite was obtained by carrying out the same synthesis and washing treatment as in Example 1 except that this organic solvent solution was used.

(実施例5:ポリ酸無水物/粘土鉱物複合体)
実施例1の有機溶剤溶液(1−1)中の化合物(A)を無水コハク酸1.66gに変更した有機溶剤溶液(5−1)を用いた以外は実施例1と同様な合成、洗浄処理を行うことにより、白色の有機無機複合体を得た。
(Example 5: polyanhydride / clay mineral complex)
Synthesis and washing similar to Example 1 except that the organic solvent solution (5-1) in which the compound (A) in the organic solvent solution (1-1) of Example 1 was changed to 1.66 g of succinic anhydride was used. By processing, a white organic-inorganic composite was obtained.

(実施例6:ポリエステル/粘土鉱物、酸化タングステン複合体;金属化合物(c−3)の併用)
実施例1で用いた水溶液(2-1)と同様な組成の水溶液を調整した。該水溶液に酸化タングステン0.10gを入れ、60℃に加熱下で攪拌することにより酸化タングステンを溶解させ、半透明均一な水溶液(6−2)を得た。本水溶液を用いた以外は実施例1と同様な合成、洗浄処理を行うことにより、白色の有機無機複合体を得た。
(Example 6: Polyester / clay mineral, tungsten oxide composite; combined use of metal compound (c-3))
An aqueous solution having the same composition as the aqueous solution (2-1) used in Example 1 was prepared. 0.10 g of tungsten oxide was put into the aqueous solution, and the tungsten oxide was dissolved by stirring under heating at 60 ° C. to obtain a translucent uniform aqueous solution (6-2). A white organic-inorganic composite was obtained by performing the same synthesis and washing treatment as in Example 1 except that this aqueous solution was used.

(比較例1)
水60gに4,4’−イソプロピリデンジフェノール(ビスフェノールA)を3.78gを入れて常温下で15分間攪拌を行ったが、溶解せずに白色粉末の分散液が得られた。
次に、実施例1で用いたのと同様な粘土鉱物1.38gと水酸化ナトリウム1.37gを入れ常温下で160分間攪拌したが、ビスフェノールAの白色粉末は完全には溶解しなかった。本白色沈殿は水溶液を60℃まで加熱する処理や、水をさらに50g添加する処理によっても溶解できなかった。従って、均一溶解(分散、膨潤)原料溶液からの合成は断念した。
(Comparative Example 1)
3.78 g of 4,4′-isopropylidenediphenol (bisphenol A) was added to 60 g of water and stirred for 15 minutes at room temperature, but a white powder dispersion was obtained without dissolving.
Next, 1.38 g of the same clay mineral as used in Example 1 and 1.37 g of sodium hydroxide were added and stirred for 160 minutes at room temperature, but the white powder of bisphenol A was not completely dissolved. This white precipitate could not be dissolved by the treatment of heating the aqueous solution to 60 ° C. or the treatment of adding 50 g of water. Therefore, synthesis from a uniform solution (dispersion, swelling) raw material solution was abandoned.

(比較例2)
樹脂溶融混練装置である、ラボプラストミルCタイプ、KF−15ミキサー((株)東洋精機製作所)を用いて以下の条件で溶融混練法により樹脂と粘土鉱物とを混練、複合化する試験を行った。加熱温度320℃、ミキサー回転数300rpm、混練時間10分、混合試験物:ポリアリレート(芳香族ポリエステル)樹脂(U−ポリマー「U−100、ユニチカ製)7.0g、粘土鉱物:実施例1で用いたのと同様な粘土鉱物1.75g
(Comparative Example 2)
Using a resin melt kneading device, Labo Plast Mill C type, KF-15 mixer (Toyo Seiki Seisakusho Co., Ltd.), the following tests were conducted to knead and combine the resin and clay mineral by the melt kneading method. It was. Heating temperature 320 ° C., mixer rotation speed 300 rpm, kneading time 10 minutes, mixed test product: 7.0 g of polyarylate (aromatic polyester) resin (U-polymer “U-100, manufactured by Unitika”), clay mineral: in Example 1 1.75 g of the same clay mineral used

上記各実施例及び比較例2で得られた有機無機複合体について以下の項目の測定、試験を行なった。   The organic inorganic composites obtained in the above Examples and Comparative Example 2 were measured and tested for the following items.

(測定1)灰分含有率の測定法及び、複合体中粘土鉱物含有量の算出法
有機無機複合体を絶乾後に精秤(複合体質量)し、これを空気中で5℃/分の昇温速度で600℃まで加熱し、同温度で1時間焼成しポリマー成分を完全に焼失させ、焼成後の質量を測定し灰分質量とした。尚、本発明で用いた無機原料である合成へクトライトを単独で同様な加熱条件で焼成したところ粘土鉱物の結晶水等が除去されたことより、残存重量は仕込みの85質量%となった。従って、実施例1〜5までの、無機成分として粘土鉱物のみを持つ有機無機複合体では、複合体中の粘土鉱物含有率は下記数式1で示される。
(Measurement 1) Measurement method of ash content and calculation method of clay mineral content in the complex The organic-inorganic complex was thoroughly dried and then precisely weighed (complex mass), and this was increased in air at 5 ° C / min. The mixture was heated to 600 ° C. at a temperature rate and baked at the same temperature for 1 hour to completely burn off the polymer component, and the mass after calcination was measured to obtain the ash mass. In addition, when synthetic hectorite, which is an inorganic raw material used in the present invention, was baked alone under the same heating conditions, the residual weight was 85% by mass due to removal of crystal water of the clay mineral. Therefore, in the organic-inorganic composites having only clay mineral as an inorganic component in Examples 1 to 5, the clay mineral content in the composite is expressed by the following mathematical formula 1.

Figure 2009079187
Figure 2009079187

また、実施例6の無機成分として金属化合物(c−3)を粘土鉱物以外の無機成分を導入した場合は、本測定で得られた灰分含有率より、下式によって粘土鉱物の含有率を算出した。 In addition, when an inorganic component other than clay mineral was introduced as the inorganic component of Example 6, the content of clay mineral was calculated from the ash content obtained in this measurement by the following formula. did.

Figure 2009079187
Figure 2009079187

本式で算出できるのは、本発明と同様な方法で粘土鉱物以外の無機成分を複合化した場合(例えば無機原料が金属化合物(c−3)を原料に用いた複合体の合成)の無機収率はほぼ無機理論値と一致することが既知であるからである。 This formula can calculate the inorganicity when inorganic components other than clay minerals are compounded by the same method as in the present invention (for example, the synthesis of a complex using a metal compound (c-3) as a raw material). This is because it is known that the yield almost coincides with the theoretical inorganic value.

(測定2)無機成分の検証
(蛍光X線での測定)
有機無機複合体粉末約1gを開口部が直径10mmの測定用ホルダ−にセットし測定用試料とした。該試料を理化学電気工業株式会社製蛍光X線分析装置「ZSX100e」を用いて全元素分析を行った。また、得られた全元素分析の結果を用い、測定用試料の試料データ(与えたデータは、試料形状;フィルム、補正成分;セルロース、実測した試料の面積当たりの質量値)を装置に与えることにより、FP法(Fundamental Parameter法;試料の均一性、表面平滑性を仮定し装置内の定数を用いて補正を行い成分の定量を行う方法)にて該複合体中の元素存在割合を算出した。
(Measurement 2) Verification of inorganic components (measurement with fluorescent X-rays)
About 1 g of the organic-inorganic composite powder was set in a measurement holder having an opening of 10 mm in diameter, and used as a measurement sample. The sample was subjected to total elemental analysis using a fluorescent X-ray analyzer “ZSX100e” manufactured by RIKEN ELECTRIC CO., LTD. In addition, using the obtained results of total element analysis, give sample data of the sample for measurement (given data is sample shape; film, correction component: cellulose, mass value per area of actually measured sample) to the apparatus. By using the FP method (Fundamental Parameter method; a method in which the uniformity and surface smoothness of the sample is assumed and correction is performed using constants in the apparatus and the components are quantified), the element abundance ratio in the complex is calculated. .

いずれの実施例で得られた試料でも、粘土鉱物を構成する元素である、マグネシウム、珪素が検出され、目的とする無機物質の複合化がされていることが示された。一方、粘土鉱物を構成する元素のうち、粘土層間の元素であるナトリウムは元の粘土鉱物中での含有率よりも大幅に低減しているのが確認できた。
この時のナトリウムの減少割合を下式よりナトリウム除去率として算出した。
In the samples obtained in any of the examples, magnesium and silicon, which are elements constituting the clay mineral, were detected, and it was shown that the target inorganic substance was complexed. On the other hand, among the elements constituting the clay mineral, it was confirmed that sodium, which is an element between the clay layers, was significantly reduced from the content in the original clay mineral.
The reduction rate of sodium at this time was calculated as the sodium removal rate from the following formula.

Figure 2009079187
Figure 2009079187

一方、実施例6ではタングステンがこれらの原料の仕込み量から推定されるのとほぼ等しい値が存在することが示された。   On the other hand, in Example 6, it was shown that tungsten has a value almost equal to that estimated from the charged amounts of these raw materials.

(測定3)有機ポリマーの検証
(フ−リエ変換型赤外分光分析:FT−IRの測定)
得られた有機無機複合体の粉末をKBr粉末と混合粉砕した試料を作製しKBrディスク法により、FT−IR(日本分光(株)製FT/IR−550)による測定を行った。
参照用のサンプルとして、実施例1〜3及び6〜8ではビスフェノールA型の芳香族ポリエステル(ポリアリレート)であるユニチカ“U−ポリマー U−100”を粉砕して用いた。
一方、実施例4,5でのポリ酸無水物を有機ポリマー成分として持つ複合体用には好適な参照サンプルが無いため、IR測定で酸無水結合に特徴的なC=O伸縮に相当する1800cm−1付近のピ−クの有無とその強度を見ることで検証を行った。
(Measurement 3) Verification of organic polymer (Fliers conversion type infrared spectroscopic analysis: measurement of FT-IR)
A sample obtained by mixing and pulverizing powder of the obtained organic-inorganic composite with KBr powder was prepared, and measurement was performed by FT-IR (FT / IR-550 manufactured by JASCO Corporation) by the KBr disk method.
In Examples 1 to 3 and 6 to 8, Unitika “U-polymer U-100”, which is a bisphenol A type aromatic polyester (polyarylate), was used as a reference sample.
On the other hand, since there is no suitable reference sample for the composite having the polyanhydride as the organic polymer component in Examples 4 and 5, 1800 cm corresponding to C = O stretching characteristic of acid anhydride bond in IR measurement. Verification was performed by observing the presence and the intensity of the peak in the vicinity of -1 .

その結果、実施例実施例1〜3及び6ではいずれの例でも参照サンプルと同一のピ−ク位置に、殆ど同様なピ−ク強度を持つIRスペクトルデ−タ−が得られた。また、実施例4,5ではいずれの例でも1800cm−1付近に明瞭な酸無水結合特有のピ−クが観察された。この結果、いずれの実施例でも有機ポリマーの合成が良好に行われていることが示された。 As a result, in Examples 1 to 3 and 6, IR spectrum data having almost the same peak intensity was obtained at the same peak position as that of the reference sample. In Examples 4 and 5, a clear peak specific to an acid anhydride bond was observed in the vicinity of 1800 cm −1 in any of the examples. As a result, it was shown that the synthesis of the organic polymer was satisfactorily performed in any of the examples.

(透過型電子顕微鏡(TEM)観察、及び元素マッピング)
有機無機複合体を170℃、20MPa/cmの条件で2時間熱プレスを行い、厚さ約1mmの有機無機複合体からなる薄片を得た。これを収束イオンビーム装置を用いて厚さ75nmの超薄切片とした。得られた切片をTEM観察と同時にEDS元素分析による元素マッピングが可能なエネルギーフィルターTEMである「JEM−2010EFE」(日本電子株式会社製)を用いて、各々50万倍のTEM写真を撮影した。
このとき、高アスペクト比の線状に暗色で観察され且つ、元素マッピングで粘土鉱物特有のMgを含有するのが粘土鉱物であるが、これらが、厚さ50nm以下の薄片状物となり、それ以上の厚さのものが観察されなかった場合には粘土鉱物の分散状態が良好である(○)と判定した。一方、粘土鉱物が粗大な凝集物を形成していたり、50nm以上の厚さの粘土鉱物が見られたりした場合は(×)と判定した。
また、2種類の無機成分を有する複合体では、元素マッピングにより粘土鉱物以外の成分由来の無機成分を同定し、該成分中に任意の粒子中の最大辺が200nm以上である粒子が無い場合は無機成分の分散状態が良好である(○)と判定した。一方、最大辺が200nm以上である粒子が見られた場合は(×)と判定した。
(Transmission electron microscope (TEM) observation and element mapping)
The organic-inorganic composite was hot-pressed for 2 hours under the conditions of 170 ° C. and 20 MPa / cm 2 to obtain a flake made of an organic-inorganic composite having a thickness of about 1 mm. This was made into an ultrathin slice having a thickness of 75 nm using a focused ion beam apparatus. The obtained slices were each photographed at 500,000 times using TEM observation "JEM-2010EFE" (manufactured by JEOL Ltd.) which is an energy filter TEM capable of elemental mapping by EDS elemental analysis.
At this time, it is a clay mineral that is observed in a dark color with a high aspect ratio, and contains Mg specific to the clay mineral by element mapping, but these become flakes having a thickness of 50 nm or less, and more In the case where the thickness was not observed, it was determined that the dispersion state of the clay mineral was good (◯). On the other hand, when the clay mineral formed a coarse aggregate or a clay mineral having a thickness of 50 nm or more was observed, it was determined as (×).
In the case of a composite having two types of inorganic components, when an inorganic component derived from a component other than clay mineral is identified by element mapping, and there is no particle having a maximum side of 200 nm or more in any particle in the component. It was determined that the dispersed state of the inorganic component was good (◯). On the other hand, when particles having a maximum side of 200 nm or more were observed, it was determined as (×).

以下の表1に実施例1〜5の無機成分が粘土鉱物のみの例及び、比較例2で得られた有機無機複合体の評価結果を示した。 Table 1 below shows the results of evaluation of the organic-inorganic composite obtained in Example 1 and Comparative Example 2 where the inorganic components of Examples 1 to 5 were only clay minerals.

Figure 2009079187
Figure 2009079187

以下の表2に実施例6の無機成分が粘土鉱物と金属化合物(c−3)とからなる複合体の評価結果を示した。   Table 2 below shows the evaluation results of composites in which the inorganic component of Example 6 is composed of a clay mineral and a metal compound (c-3).

Figure 2009079187
Figure 2009079187

表1,2に示したとおり、本発明の製造方法により無機成分が粘土鉱物で、有機ポリマー成分がポリエステルまたはポリ酸無水物である有機無機複合体が常温、常圧での短時間の合成操作により得ることができた。また、得られた複合体中の粘土鉱物中の粘土層間金属イオンでありポリマーの耐熱性低下の原因となりうるナトリウムイオンはポリマーの合成に伴い大部分が除去された。加えて粘土鉱物の分散も良好であった。また、表2に示された通り、水溶液(2)に無機原料を共存させることにより、粘土鉱物以外の無機成分(金属化合物(c−3))も同時に担持することができた。   As shown in Tables 1 and 2, an organic-inorganic composite in which the inorganic component is a clay mineral and the organic polymer component is polyester or polyanhydride is synthesized in a short time at normal temperature and normal pressure by the production method of the present invention. Could be obtained. In addition, most of the sodium ions, which are metal ions between the clay layers in the clay mineral in the obtained composite and can cause a decrease in the heat resistance of the polymer, were removed with the synthesis of the polymer. In addition, the dispersion of clay minerals was also good. Moreover, as shown in Table 2, the inorganic component (metal compound (c-3)) other than the clay mineral could be supported simultaneously by allowing the inorganic raw material to coexist in the aqueous solution (2).

一方、比較例1に示されたとおり、ポリエステルの原料である2価フェノールは粘土鉱物を含有するアルカリ性水溶液には均一に溶解させることが出来ず、複合体の合成自体が不可能であった。また、比較例2で示されたとおり、ポリエステルに粘土鉱物を直接溶融混練する試験では、粘土鉱物の分散状態が不良である上、粘土鉱物中のナトリウム分が当然のことながら残存したことが明らかとなった。   On the other hand, as shown in Comparative Example 1, divalent phenol as a raw material of polyester could not be uniformly dissolved in an alkaline aqueous solution containing clay mineral, and synthesis of the composite itself was impossible. Further, as shown in Comparative Example 2, in the test in which the clay mineral was directly melt-kneaded with the polyester, it was clear that the dispersion state of the clay mineral was poor and the sodium content in the clay mineral naturally remained. It became.

(産業上の利用の可能性)
本発明の複合体は、複合体単独で成型等の加工を行うことで無機成分の補強効果を持つ構造材料や耐熱材料として用いることができる。また、ポリエステル等の低極性ポリマーに混練等の手法で複合化することにより、該ポリマーの高機能化(耐熱性、強度、ガスバリア性等)材料としても用いることができる。
(Possibility of industrial use)
The composite of the present invention can be used as a structural material or a heat-resistant material having a reinforcing effect of inorganic components by processing such as molding by itself. Moreover, it can also be used as a high functional (heat resistance, strength, gas barrier property, etc.) material of the polymer by compounding it with a low polar polymer such as polyester by a method such as kneading.

Claims (2)

二価フェノール化合物、ジカルボン酸化合物及びジカルボン酸無水物からなる群から選ばれる少なくとも1つの化合物(a)と、酸ハライド(b)とを含有する有機溶剤溶液(1)と、
粘土鉱物を含有する水溶液(2)を、
前記有機溶剤溶液(1)と前記水溶液(2)の少なくとも一部が相溶した状態に保ち又は分離した状態で共存させることで前記化合物(a)のアルカリ金属塩を生成させ、更に、該アルカリ金属塩を前記酸ハライド(b)とを反応させることを特徴とする有機無機複合体の製造方法。
An organic solvent solution (1) containing at least one compound (a) selected from the group consisting of a dihydric phenol compound, a dicarboxylic acid compound and a dicarboxylic anhydride, and an acid halide (b);
An aqueous solution (2) containing clay minerals,
An alkali metal salt of the compound (a) is produced by keeping at least a part of the organic solvent solution (1) and the aqueous solution (2) in a compatible state or in a separated state. A method for producing an organic-inorganic composite comprising reacting a metal salt with the acid halide (b).
前記水溶液(2)が塩基性水溶液に溶解し且つ中性溶液では析出する金属化合物(c−3)を含有する、請求項1に記載の有機無機複合体の製造方法。 The method for producing an organic-inorganic composite according to claim 1, wherein the aqueous solution (2) contains a metal compound (c-3) dissolved in a basic aqueous solution and precipitated in a neutral solution.
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