JP2014047301A - Polymer gel and production method thereof, and fluoride ion scavenger - Google Patents

Polymer gel and production method thereof, and fluoride ion scavenger Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a polymer gel containing a 1,8-naphthalene diurea unit, a production method thereof and a fluoride ion scavenger.SOLUTION: The polymer gel containing a 1,8-naphthalene diurea unit is synthesized by a radical crosslinking polymerization using a monomer containing polymerizable functional groups at both terminals of a 1,8-naphthalene diurea unit, a hydrophilic monomer and a cross-linkable monomer as raw materials to obtain a scavenger specifically recognizing and absorbing fluoride ions and exhibiting luminous characteristics.

Description

本発明は、1,8−ナフタレンジウレア単位を含む高分子ゲルとその製造方法並びにフッ化物イオン捕集剤に関するものである。   The present invention relates to a polymer gel containing 1,8-naphthalenediurea units, a method for producing the same, and a fluoride ion scavenger.

フッ素原子を含む材料は、その優れた性能により幅広い分野で利用されている。フッ素樹脂、フッ素コーティング、フッ素ゴムはフッ素系材料を代表する材料であり、フッ素原子を含むことにより従来の材料を凌駕する性能を有している。例えばP(登録商標)の融点はPEより80℃も高く、耐熱性、耐薬品性、強誘電性はP(登録商標)のみが有する性質である。   Materials containing fluorine atoms are used in a wide range of fields due to their excellent performance. Fluorine resin, fluorine coating, and fluorine rubber are materials that represent fluorine-based materials, and have performances that surpass conventional materials by containing fluorine atoms. For example, the melting point of P (registered trademark) is 80 ° C. higher than that of PE, and heat resistance, chemical resistance, and ferroelectricity are properties that only P (registered trademark) has.

また、フッ素樹脂はエンジニアリングプラスチックの中でも特に性能が高いため、スーパーエンジニアリングプラスチックに分類されている。優れた熱的性質、物理的性質、機械的性質、電気的性質がフッ素樹脂の特徴とされ、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)がよく知られている。PTFEは耐薬品性、耐熱性、表面特性、電気絶縁性を有し、パイプや軸受け、フライパンや電子ジャーなどとして普及している。また、PTFEの唯一の欠点である成形性はポリフッ化ビニリデンなどのホモポリマーの開発および、6−フッ化プロピレン(HFP)との共重合体FEPなどコポリマーが開発されることにより解決されており、現在ではブレンドポリマー、ブロックコポリマー、ポリマーアロイの技術を駆使し、半導体や電気・電子部品関連などの分野で欠かせない材料になっている。   In addition, fluororesins are classified as super engineering plastics because of their particularly high performance among engineering plastics. Excellent thermal properties, physical properties, mechanical properties, and electrical properties are characteristic of fluororesins, and PTFE (polytetrafluoroethylene) is well known. PTFE has chemical resistance, heat resistance, surface characteristics, and electrical insulation, and is widely used as pipes, bearings, frying pans, electronic jars, and the like. Moreover, the moldability which is the only fault of PTFE is solved by the development of a homopolymer such as polyvinylidene fluoride and the development of a copolymer such as a copolymer FEP with 6-fluoropropylene (HFP). Today, blended polymer, block copolymer, and polymer alloy technologies make it an indispensable material in fields such as semiconductors and electrical / electronic components.

しかしながら、フッ素系材料については、その開発、製造には莫大な資金を必要としているのが現状である。その第一の理由として製造のために必要とされるフッ素源の価格が高いという問題点が挙げられる。例えばアルコールをフッ素化する際に用いられる(diethylamino)sulfur trifluoride(DAST)は5gで12000円、通常のフッ素化剤でも5gで10000円程度の価格である。これはフッ素の希少性と決して無関係ではない。このため、社会に浸透したフッ素系材料は代替の効かない材料であることから、早急な対応が求められている。   However, the current situation is that enormous funds are required for the development and production of fluorine-based materials. The first reason is that the fluorine source required for production is expensive. For example, (diethylamino) sulfur trifluoride (DAST) used when fluorinating alcohol is 12000 yen for 5 g, and a normal fluorinating agent is about 10,000 yen for 5 g. This is by no means related to the scarcity of fluorine. For this reason, since the fluorine-based material that has permeated society is a material that does not work as a substitute, immediate response is required.

一方で、ガラス工場や医療現場の排水および温泉水には多量のフッ化物イオンが含まれ、その多くが河川に流されてきた。2006年に改正された水質汚濁防止法により含フッ素溶液も有害物質とみなされ、フッ素8mg/L(海域排出の場合15mg/L)と排水上限値が定められている。このような時代環境の変化に対し、企業ではカルシウムイオンを添加することで急場を凌いでいる。しかしながら、生成するフッ化カルシウムの溶解度積値から計算すると基準値を満たすことが難しくなっている。   On the other hand, wastewater and hot spring water at glass factories and medical sites contain a large amount of fluoride ions, and many of them have been washed away into rivers. According to the Water Pollution Control Law amended in 2006, fluorine-containing solutions are also regarded as harmful substances, and fluorine 8 mg / L (15 mg / L for sea discharge) and a drainage upper limit are set. In response to these changes in the environment, companies have surpassed the urgent need by adding calcium ions. However, when it calculates from the solubility product value of the calcium fluoride to produce | generate, it becomes difficult to satisfy | fill a reference value.

いずれにしても現在では、有用な資源であるフッ化物イオンはごみ同然に扱われて再利用はなされていない。また、温泉水に関しては何の対策も取られていないのが現状である。価値ある資源の再資源化および河川に流れる有害物質の軽減のための解決策を早急に考えなければならない。   In any case, at present, fluoride ions, which are a useful resource, are treated just like garbage and are not reused. In addition, no measures have been taken regarding hot spring water. We must urgently consider solutions for the recycling of valuable resources and the reduction of harmful substances flowing into rivers.

全般的には、近年の急速な化学の発展とともに、イオン捕集あるいはイオン認識を可能とする分子の合成が数多く報告されている。その研究の多くはクラウンエーテルに代表されるアルカリ金属イオン、放射性金属イオンなどカチオンの捕集目的である。   In general, with the rapid development of chemistry in recent years, there have been many reports on the synthesis of molecules that enable ion collection or ion recognition. Most of the research is aimed at collecting cations such as alkali metal ions and radioactive metal ions typified by crown ether.

これに対し、アニオンの捕集に関する研究例としては、NH官能部を持つアザクラウンエーテルやポルフィリンなどが挙げられる。   On the other hand, examples of research on the collection of anions include azacrown ethers and porphyrins having an NH functional part.

これらの化合物に共通するのは、N−H水素がアニオンを捕集するのに適したδ+性(酸性)を持っていることである。しかし、カチオンの捕集に関する研究例に比べ、アニオンの捕集に関する報告例は少ない。これはアニオンの有する特性が、ホスト分子の合成を難しくしているためである。その特性とはまず、他の化学種との静電気相互作用が弱い点にある。これは等電子のカチオンに比べイオン半径が大きく、半径に占める電荷がカチオンより小さいためである。また、同じ理由から、カチオンに比べて極性が高くなり、アニオンを認識するための拘束力のあるサイトの構築が困難であることも挙げられる。   What is common to these compounds is that N—H hydrogen has a δ + property (acidity) suitable for collecting anions. However, there are few reports on the collection of anions compared to the research examples on the collection of cations. This is because the properties of anions make it difficult to synthesize host molecules. The characteristic is that the electrostatic interaction with other chemical species is weak. This is because the ionic radius is larger than that of an isoelectronic cation, and the charge in the radius is smaller than that of the cation. Moreover, for the same reason, the polarity is higher than that of the cation, and it is difficult to construct a site having a binding force for recognizing the anion.

このような全般状況からして、またハロゲン化物イオンのなかでも特異な性状を有していることからして、フッ化物イオンを捕集するための分子設計は容易ではなかった。実際にも、これまで研究例はほとんどない。これまで報告されてきたフッ化物イオンの捕集についての例はわずかである。   From such a general situation, and because it has unique properties among halide ions, molecular design for collecting fluoride ions has not been easy. In fact, there have been few research examples so far. There are only a few examples of fluoride ion collection that have been reported so far.

例えば一つの例はホウ素原子を基にしたフッ化物イオンの認識である。ホスホニオボリンが、水中のフッ化物イオンを効率的に認識できることが報告されている(非特許文献1)。   For example, one example is the recognition of fluoride ions based on boron atoms. It has been reported that phosphonioborin can efficiently recognize fluoride ions in water (Non-patent Document 1).

また、両端にベンゼン環を持つ低分子化合物の1,8−ナフタレンジウレアがアセトニトリル/ジメチルスルホキシド溶液中でフッ化物イオンを捕集し、特異な蛍光挙動を示すことが明らかにされている(非特許文献2)。この化合物においては、構造的に、四つのNH水素に取り囲まれるようにしてフッ化物イオンが取り込まれていると考えられる。フッ化物イオンが取り込まれることでジウレア構造が平面に近い構造となり、π共役系の拡張が起きると考えられる。   In addition, it has been clarified that 1,8-naphthalene diurea, a low molecular weight compound having a benzene ring at both ends, collects fluoride ions in acetonitrile / dimethyl sulfoxide solution and exhibits unique fluorescence behavior (non-patented). Reference 2). This compound is structurally considered to incorporate fluoride ions so as to be surrounded by four NH hydrogen atoms. By incorporating fluoride ions, the diurea structure becomes a structure close to a flat surface, and the expansion of the π-conjugated system occurs.

また、この化合物では、同族元素でよりイオン半径の大きい塩化物イオン、臭化物イオン、ヨウ化物イオンに対しては全くこのような蛍光特性を示さない。このことから、フッ化物イオンの選択的認識が達成されていると言える。   Further, this compound does not exhibit such fluorescence characteristics at all for chloride ions, bromide ions, and iodide ions having the same ionic radius as the elements of the same group. From this, it can be said that selective recognition of fluoride ions has been achieved.

Chemistry Letters, 36, 976-977(2007).Chemistry Letters, 36, 976-977 (2007). Journal of American Chemical Society, 125, 12376-12377(2003).Journal of American Chemical Society, 125, 12376-12377 (2003).

しかしながら、非特許文献1、2で報告されている有機分子は、フッ化物イオンをいずれも認識し、いずれもフッ化物イオンの視認が行える、すなわち、化学センサーとして利用できるという特長を持っているものの、フッ化物イオンの捕集用途には実際使用されていない。これらは低分子であることから、実用的な汚染水等からの捕集用途への展開は困難である。   However, the organic molecules reported in Non-Patent Documents 1 and 2 both recognize fluoride ions and both can visually recognize fluoride ions, that is, they can be used as chemical sensors. It is not actually used for collecting fluoride ions. Since these are small molecules, it is difficult to develop them for practical use from contaminated water.

本発明は、以上のような背景から、実用的に汚染水等からフッ化物イオンを捕集可能とする新しい技術的手段を提供することを課題としている。   The present invention has an object to provide a new technical means that can practically collect fluoride ions from contaminated water or the like from the background described above.

本発明は、発明者によって高分子ゲルに着目することから導かれている。すなわち、高分子ゲルとは高分子鎖が網目構造をとり、溶媒を吸収し一定限度の容積に膨潤するものとして存在し、溶解しない物質である。高分子ゲルは、身近に幅広く存在し、こんにゃくや豆腐、吸水性おむつ、さらには、砂漠の緑化における保水剤としても近年期待されている。また、イオン交換樹脂やGPC(ゲル浸透クロマトグラフィー)における担体としてもよく用いられている。そして、本発明者は、前記非特許文献2の分子設計を足がかりに、1,8−ナフタレンジウレア構造を高分子ゲルに組み込むことを検討した。有機溶媒中、さらには水中でフッ化物イオンの捕集剤としての利用展開が大いに期待できるからである。特に、従来の炭酸カルシウム沈降法により大部分のフッ化物イオンを沈殿により除いた後の、希薄溶液からのフッ化物イオンの捕集用途に十分利用できると考えられるためである。このことは同時に、フッ素源を含む廃液のフッ化物イオン濃度を水質汚濁防止法に抵触しない濃度まで下げることが期待できる。   The present invention is derived from focusing on polymer gels by the inventors. That is, the polymer gel is a substance that does not dissolve because the polymer chain has a network structure, absorbs the solvent and swells to a certain volume. Polymer gels exist widely and are expected in recent years as water-retaining agents for konjac, tofu, water-absorbing diapers, and desert greening. It is also often used as a carrier in ion exchange resins and GPC (gel permeation chromatography). Then, the present inventor examined incorporating the 1,8-naphthalene diurea structure into the polymer gel based on the molecular design of Non-Patent Document 2. This is because the development of utilization as a scavenger for fluoride ions in organic solvents and further in water can be greatly expected. This is because, in particular, it can be sufficiently used for collecting fluoride ions from a dilute solution after most of the fluoride ions are removed by precipitation by the conventional calcium carbonate precipitation method. At the same time, it can be expected that the fluoride ion concentration of the waste liquid containing the fluorine source is lowered to a concentration that does not conflict with the water pollution prevention method.

本発明は、以上の検討の結果として発明されたものであって、従来の知見からは予想、予期できない顕著な特徴を有している。   The present invention has been invented as a result of the above studies, and has remarkable features that cannot be expected or predicted from conventional knowledge.

すなわち、本発明は、1,8−ナフタレンジウレア構造を有する高分子ゲルと、その製造方法およびフッ化物イオン捕集剤を提供する。   That is, the present invention provides a polymer gel having a 1,8-naphthalene diurea structure, a production method thereof, and a fluoride ion scavenger.

まず、次式(1)   First, the following formula (1)

(式中のA、B、Cは、各々、重合により炭素鎖状に結合する分子単位を示し、Aは、1,8−ナフタレンジウレア構造を有する分子単位を、Bは、架橋性分子単位を、Cは、親水性分子単位を示す。各分子単位の配列の順序は問わない。)
で表わされる繰り返し単位構造を有することを特徴とする高分子ゲルである。
(In the formula, A, B and C each represents a molecular unit bonded in a carbon chain by polymerization, A represents a molecular unit having a 1,8-naphthalene diurea structure, and B represents a crosslinkable molecular unit. C represents a hydrophilic molecular unit, and the order of arrangement of each molecular unit is not limited.)
It is a polymer gel characterized by having the repeating unit structure represented by these.

分子単位Aは、次式(2)   The molecular unit A is represented by the following formula (2)

(式中のR、Rは、各々、同一又は別異に水素原子又は炭化水素基を示し、Rは、水素原子、炭化水素基又はアルコキシ基を示し、X、Xは、同一又は別異に酸素原子又はNHを示し、Y、Yは、同一又は別異にアルキレン又はオリゴオキシアルキレン基を示す。nは、1〜6の整数を示す。)
で表わされる1,8−ナフタレンジウレア構造を有していることが好ましい。
(Wherein R 1 and R 2 are the same or different and each represents a hydrogen atom or a hydrocarbon group, R 3 represents a hydrogen atom, a hydrocarbon group or an alkoxy group, and X 1 and X 2 are The same or different represents an oxygen atom or NH, and Y 1 and Y 2 represent the same or different alkylene or oligooxyalkylene group, and n represents an integer of 1 to 6.)
It preferably has a 1,8-naphthalene diurea structure represented by

また、分子単位Bは、次式(3)   The molecular unit B is represented by the following formula (3)

(式中のRは、水素原子又は炭化水素基を示し、Z、Zは、同一又は別異に酸素原子又はNHを示し、Yは、アルキレン又はオリゴオキシアルキレン基を示す)
で表わされる架橋性分子単位であることが好ましい。
(In the formula, R 4 represents a hydrogen atom or a hydrocarbon group, Z 1 and Z 2 represent the same or different oxygen atom or NH, and Y 3 represents an alkylene or oligooxyalkylene group)
It is preferable that it is a crosslinkable molecular unit represented by these.

分子単位Cは、次式(4)   The molecular unit C is represented by the following formula (4)

(式中のRは、水素原子又は炭化水素基を示し、Qは親水性基を示す)
で表わされる親水性分子単位であることが好ましい。
(Wherein R 5 represents a hydrogen atom or a hydrocarbon group, and Q represents a hydrophilic group)
It is preferable that it is a hydrophilic molecular unit represented by these.

ここで、親水性基Qは、次式(5a)(5b)   Here, the hydrophilic group Q has the following formula (5a) (5b)

(式中のW、Wは酸素原子又はNHを示し、Rはアルキレン又はオリゴオキシアルキレン基を示し、Rは炭化水素基を示す。)
で表わされるいずれかのものであることが好ましく考慮される。
(W 1 and W 2 in the formula represent an oxygen atom or NH, R 6 represents an alkylene or oligooxyalkylene group, and R 7 represents a hydrocarbon group.)
It is preferably considered that any one of

また、本発明は、上記高分子ゲルの製造方法であって、重合性炭素鎖とともに1,8−ナフタレンジウレア構造を有するモノマー、重合性炭素鎖を有する架橋性モノマー並びに重合性炭素鎖を有する親水性モノマーをラジカル架橋共重合させることを特徴とする高分子ゲルの製造方法を提供する。   The present invention also provides a method for producing the polymer gel, wherein the monomer has a 1,8-naphthalene diurea structure with a polymerizable carbon chain, a crosslinkable monomer having a polymerizable carbon chain, and a hydrophilic polymer having a polymerizable carbon chain. Provided is a method for producing a polymer gel, which comprises radical crosslinking copolymerization of a functional monomer.

この製造方法では、ラジカル開始剤の存在下、有機溶媒中でラジカル架橋共重合させることが好ましい。   In this production method, it is preferable to carry out radical crosslinking copolymerization in an organic solvent in the presence of a radical initiator.

そして本発明は、上記高分子ゲルを有効成分として含有することを特徴とするフッ化物イオン捕集剤を提供する。   And this invention provides the fluoride ion scavenger characterized by containing the said polymer gel as an active ingredient.

この捕集剤では、高分子ゲルが液中に分散されていることや、フッ化物イオンを、塩化物イオン、臭化物イオン、ヨウ化物イオンよりも10倍以上の選択性で捕集可能であること、さらには、フッ化物イオン捕集時のみ蛍光特性を示すことが好ましく考慮される。   With this scavenger, the polymer gel is dispersed in the liquid, and fluoride ions can be collected with a selectivity 10 times higher than that of chloride ions, bromide ions, and iodide ions. Furthermore, it is preferably considered that the fluorescent property is exhibited only at the time of collecting fluoride ions.

本発明は、また、上記フッ化物イオン捕集剤を用いてフッ化物イオンを捕集することを特徴とするフッ化物イオンの捕集方法を提供する。   The present invention also provides a method for collecting fluoride ions, characterized in that fluoride ions are collected using the fluoride ion collector.

さらに本発明では、上記高分子ゲルの合成用のモノマー等として有用な、
次式(6)
Furthermore, in the present invention, useful as a monomer for the synthesis of the polymer gel,
Formula (6)

(式中のR、Rは、各々、同一又は別異に水素原子又は炭化水素基を示し、Rは、水素原子、炭化水素基又はアルコキシ基を示し、X、Xは、同一又は別異に酸素原子又はNHを示し、Y、Yは、同一又は別異にアルキレン又はオリゴオキシアルキレン基を示す。nは、1〜6の整数を示す。)
で表わされることを特徴とする新規1,8−ナフタレンジウレア化合物をも提供する。
(Wherein R 1 and R 2 are the same or different and each represents a hydrogen atom or a hydrocarbon group, R 3 represents a hydrogen atom, a hydrocarbon group or an alkoxy group, and X 1 and X 2 are The same or different represents an oxygen atom or NH, and Y 1 and Y 2 represent the same or different alkylene or oligooxyalkylene group, and n represents an integer of 1 to 6.)
A novel 1,8-naphthalenediurea compound is also provided.

また、この化合物を用いたフッ化物イオン検知の化学センサーとフッ化物イオンの検知方法も提供する。   Also provided are a chemical sensor for detecting fluoride ions using this compound and a method for detecting fluoride ions.

本発明によれば、フッ化物イオンの捕集能に優れた高分子ゲルが提供される。この高分子ゲルにおいては、例えば親水性分子ユニットを適度な割合で導入することによりその捕集能を制御、向上させることができる。これまで希薄溶液からの効率的なフッ化物イオン捕集剤の例は皆無であったが、本発明の高分子ゲル、そして既存のカルシウム沈殿法を併用することにより、効率的にフッ素源が回収できれば、回収したフッ素源の再利用によるフッ素系材料の製造コストの低減および、フッ素源による環境汚染の低減の両方を一挙に実現することができる。   According to the present invention, a polymer gel excellent in the ability to collect fluoride ions is provided. In this polymer gel, for example, the collection ability can be controlled and improved by introducing hydrophilic molecular units at an appropriate ratio. There have been no examples of efficient fluoride ion scavengers from dilute solutions so far, but the fluorine source can be efficiently recovered by using the polymer gel of the present invention and the existing calcium precipitation method together. If possible, it is possible to reduce both the manufacturing cost of the fluorine-based material by reusing the recovered fluorine source and the reduction of environmental pollution due to the fluorine source.

1,8−ナフタレンジウレアモノマー化合物のアセトニトリル―ジメチルスルホキシド(DMSO)溶液中での(a)イオン添加なし、(b)フッ化物イオン添加、(c)塩化物イオン添加、(d)臭化物イオン添加時における各蛍光スペクトルを示した図で、(b)のみフッ化物イオンの配位により極大蛍光波長の長波長シフトが見られ、青色蛍光発光が起きていることが分かる。(A) No ion addition, (b) Fluoride ion addition, (c) Chloride ion addition, (d) Bromide ion addition in 1,8-naphthalene diurea monomer compound in acetonitrile-dimethyl sulfoxide (DMSO) solution FIG. 5 shows each fluorescence spectrum in (b), and it can be seen that a long wavelength shift of the maximum fluorescence wavelength is observed due to the coordination of fluoride ions, and blue fluorescence is generated. 本発明のモノマー混合比の異なる二種類の高分子ゲルのフッ化物錯形成前後での蛍光スペクトルを示した図で、フッ素源添加後の(b),(d)においていずれも極大蛍光波長の長波長シフトが見られ、青色蛍光発光が起きていることが分かる。FIG. 2 is a diagram showing fluorescence spectra before and after the formation of fluoride complexes of two types of polymer gels having different monomer mixing ratios of the present invention, both of (b) and (d) after addition of a fluorine source having a long maximum fluorescence wavelength. A wavelength shift is observed, and it can be seen that blue fluorescence occurs.

以下に、本発明について詳細に説明する。   The present invention is described in detail below.

本発明の高分子ゲルは、前記式(1)により一般的に示される構造を有している。1,8−ナフタレンジウレア構造を有する分子単位A、架橋性分子単位B、そして親水性分子単位Cより構成されている。   The polymer gel of the present invention has a structure generally represented by the formula (1). It consists of a molecular unit A having a 1,8-naphthalene diurea structure, a crosslinkable molecular unit B, and a hydrophilic molecular unit C.

そして、これらの分子単位(A)(B)(C)は、その配列の順序は問わずに、重合により炭素鎖状に結合している。このうち1,8−ナフタレンジウレア構造を有する分子単位(A)においては、炭素鎖状に結合するいわゆる主鎖構造に対して、側鎖部分としてナフタレンジウレア単位を有していると言える。側鎖部分としてのナフタレンジウレア単位は、多様な分子構造であってよいことは言うまでもない。
架橋性分子単位(B)、そして視水性分子単位(C)についても、前記のとおり炭素鎖状に結合する主鎖構造を形成する限り多様であってよい。
従来、このような分子単位(A)(B)(C)が重合により炭素鎖状に結合した高分子ゲルは知られておらず、この高分子ゲルが優れたフッ化物イオン捕集能を有していることも知られていない。
These molecular units (A), (B), and (C) are bonded in a carbon chain by polymerization regardless of the order of arrangement. Among these, it can be said that the molecular unit (A) having a 1,8-naphthalene diurea structure has a naphthalene diurea unit as a side chain portion with respect to a so-called main chain structure bonded in a carbon chain shape. Needless to say, the naphthalene diurea unit as the side chain moiety may have various molecular structures.
The crosslinkable molecular unit (B) and the hydrophobic molecular unit (C) may be various as long as the main chain structure bonded in a carbon chain is formed as described above.
Conventionally, no polymer gel in which such molecular units (A), (B), and (C) are bonded in a carbon chain by polymerization is known, and this polymer gel has an excellent ability to collect fluoride ions. It is not known that they are doing.

前記分子単位Aについては、前記式(2)で表わされるものが、架橋性分子単位Bについては前記式(3)で表わされるものが、親水性分子単位Cについては前記式(4)、さらには式(5a)(5b)で表わされるものが好適なものとして例示される。   The molecular unit A is represented by the formula (2), the crosslinkable molecular unit B is represented by the formula (3), the hydrophilic molecular unit C is represented by the formula (4), and Is preferably represented by the formulas (5a) and (5b).

これらの式において、炭化水素基、アルコキシ基については、炭素数1〜10のものが、またアルキレン、オリゴオキシアルキレン基については炭素数2〜30程度のものが好ましく考慮される。なお、オリゴオキシアルキレン基とは、−(アルキレン鎖−O)−の単位が複数繰り返されたものを意味している。   In these formulas, those having 1 to 10 carbon atoms are preferably considered for hydrocarbon groups and alkoxy groups, and those having about 2 to 30 carbon atoms are preferred for alkylene and oligooxyalkylene groups. The oligooxyalkylene group means a group in which a plurality of units of-(alkylene chain -O)-are repeated.

一般的には、式(1)における分子単位A、B、Cの繰り返し係数a、b、cについては、各々、1〜100の整数が目安であって、
b/a=5〜100
c/a=5〜50
の割合を考慮することができる。
In general, for the repetition coefficients a, b, and c of the molecular units A, B, and C in the formula (1), an integer of 1 to 100 is a standard,
b / a = 5-100
c / a = 5-50
Can be taken into account.

そして、本発明の高分子ゲルは、分子単位Aに対応する1,8−ナフタレンジウレア単位をコアとし、その両末端に重合性反応基を導入したモノマーと分子単位Bに対応する架橋性モノマー、そして分子単位Cに対応する親水性モノマーを混合し、例えばラジカル開始剤存在下、ラジカル架橋重合を行うことで製造することができる。特に、例えば1,8−ナフタレンジウレア単位をコアとして両末端にメタクリル酸エステル部位を導入したモノマーをエチレンジメタクリレート(EDMA)などの架橋剤、および親水性を有するヒドロキシエチルメタクリレート(HEMA)などの親水性モノマーを用いることで、フッ化物イオンの吸着能をより向上させることができる。構成成分を替えるとフッ化物イオンの吸着能を変化させることができる。これは、フッ化物イオン特有の高い水和性に基づくものであり、新規な捕集挙動と言える。   The polymer gel of the present invention has a 1,8-naphthalene diurea unit corresponding to the molecular unit A as a core, a monomer having a polymerizable reactive group introduced at both ends thereof, and a crosslinkable monomer corresponding to the molecular unit B, And it can manufacture by mixing the hydrophilic monomer corresponding to the molecular unit C, for example, performing radical crosslinking polymerization in presence of a radical initiator. In particular, for example, a monomer having a 1,8-naphthalene diurea unit as a core and a methacrylic acid ester moiety introduced at both ends is used as a crosslinking agent such as ethylene dimethacrylate (EDMA), and hydrophilic such as hydroxyethyl methacrylate (HEMA) having hydrophilicity. By using a functional monomer, the adsorption ability of fluoride ions can be further improved. When the constituent components are changed, the adsorption ability of fluoride ions can be changed. This is based on the high hydration characteristic peculiar to fluoride ions, and can be said to be a novel collection behavior.

本発明において原料に用いられる1,8−ナフタレンジウレア単位をコアとしてその両末端に重合性反応基を導入したモノマーとしては、特に限定されないが、前記(6)で表わされるものを好ましく用いることができる。   A monomer having a 1,8-naphthalene diurea unit used as a raw material in the present invention as a core and a polymerizable reactive group introduced at both ends thereof is not particularly limited, but the monomer represented by the above (6) is preferably used. it can.

特に、R、Rは水素原子もしくは炭素数1〜10の炭化水素基であることが好ましく、Rはそれぞれ独立に水素原子もしくは炭素数1〜10の炭化水素基あるいは炭素数1〜10のアルコキシ基であることが好ましく、X、Xは酸素原子もしくはNHであり、Y、Yは炭素数2〜30の2価の炭化水素基もしくはオリゴオキシエチレン基(CHCHを数個つなげたもの)であることが好ましい。 In particular, R 1 and R 2 are preferably a hydrogen atom or a hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms, and R 3 is independently a hydrogen atom, a hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms, or a C 1 to 10 carbon atom. X 1 and X 2 are each an oxygen atom or NH, and Y 1 and Y 2 are a divalent hydrocarbon group having 2 to 30 carbon atoms or an oligooxyethylene group (CH 2 CH 2 It is preferable that several O are connected.

炭化水素基としては、メチル基、エチル基等の直鎖アルキル基、シクロヘキシル等の環状アルキル基等が挙げられる。   Examples of the hydrocarbon group include linear alkyl groups such as a methyl group and an ethyl group, and cyclic alkyl groups such as cyclohexyl.

中でも、R、Rはメチル基が原料であるメタクリル酸の供給の観点から最も好ましく、水素原子も同じく原料であるアクリル酸の供給の観点から好ましく用いることができる。 Among these, R 1 and R 2 are most preferable from the viewpoint of supplying methacrylic acid whose methyl group is a raw material, and hydrogen atoms can also be preferably used from the viewpoint of supplying acrylic acid which is also a raw material.

、Xは酸素原子であること、すなわち、メタクリル酸エステルもしくはアクリル酸エステルであることが好ましい。 X 1 and X 2 are preferably oxygen atoms, that is, methacrylic acid esters or acrylic acid esters.

、Yはそれぞれ異なる2価の基であってよいが、同一であることが好ましい。重合性反応基と捕集部位である1,8−ナフタレンジウレア単位を繋ぐY、Yは炭素数2〜30の基であることが好ましいが、親水性高分子のポリエチレングリコールの部分構造であるオリゴ(オキシエチレン)基がより好ましい。 Y 1 and Y 2 may be different divalent groups, but are preferably the same. Y 1 and Y 2 linking the polymerizable reactive group and the 1,8-naphthalene diurea unit that is the collection site are preferably groups having 2 to 30 carbon atoms, but the hydrophilic polymer has a partial structure of polyethylene glycol. Certain oligo (oxyethylene) groups are more preferred.

本発明において原料に用いられる1,8−ナフタレンジウレア単位をコアとしてその両末端に重合性反応基を導入したモノマーは、ナフタレン環の1,8−位にウレア構造をコアに含んでいる。この1,8−ナフタレンジウレア構造に含まれる四つのNH基上の適度な酸性(δ+性)を有する水素原子を頂点とする四角形の中心にフッ化物イオンを効率的に導入することができる。また、導入されることで分子構造が変化し、フッ化物イオンを含む1,8−ナフタレンジウレア単位がより平面的になり共役長が拡張されることから、その光学的性質が大きく変化し、吸収波長および蛍光波長の長波長シフトが見られる。そのため、フッ化物イオンの吸着の有無を目視および分光学的手法により確かめることができる。   A monomer having a 1,8-naphthalene diurea unit used as a raw material in the present invention and having a polymerizable reactive group introduced at both ends thereof contains a urea structure at the 1,8-position of the naphthalene ring. Fluoride ions can be efficiently introduced into the center of a square having apexes of hydrogen atoms having moderate acidity (δ +) on the four NH groups contained in the 1,8-naphthalene diurea structure. Moreover, since the molecular structure is changed by the introduction, the 1,8-naphthalene diurea unit containing fluoride ions becomes more planar and the conjugate length is extended, so that its optical properties are greatly changed and absorbed. Long wavelength shifts in wavelength and fluorescence wavelength are seen. Therefore, the presence or absence of fluoride ion adsorption can be confirmed by visual and spectroscopic techniques.

フッ化物イオン以外の同族元素イオンである塩化物イオン、臭化物イオン、ヨウ化物イオンでは吸着がほとんど起こらず、フッ化物イオンのみを選択的に捕集できる点が本発明の特徴である。これは、イオン吸着サイトがイオン半径の小さいフッ化物イオンのサイズとマッチしていること、および、フッ素原子の電気陰性度が大きいことによると考えられる。   A feature of the present invention is that adsorption is hardly caused by chloride ions, bromide ions, and iodide ions that are group element ions other than fluoride ions, and only fluoride ions can be selectively collected. This is considered to be due to the fact that the ion adsorption site matches the size of the fluoride ion having a small ionic radius and the electronegativity of the fluorine atom is large.

親水性モノマーは、前記式(4)において式(5a)(5b)に対応するモノマーが好ましいが、より具体的には、例えば次式(7)   The hydrophilic monomer is preferably a monomer corresponding to the formulas (5a) and (5b) in the above formula (4). More specifically, for example, the following formula (7)

で示されるいずれかのものを好ましく用いることができる。水和性を有するフッ化物イオンの吸着能を向上させるには、親水性モノマーを用いるが、これらに限定されることはない。 Any of those represented by can be preferably used. In order to improve the adsorption ability of fluoride ions having hydration properties, a hydrophilic monomer is used, but is not limited thereto.

架橋性モノマーとしては、前記分子単位B、好ましくは前記式(3)に対応するものとして、次式(8)   As the crosslinkable monomer, the molecular unit B, preferably corresponding to the formula (3), is represented by the following formula (8):

のものを用いることができる。 Can be used.

なお、以上の式中の係数m、p、q、s、rは、それぞれ独立に2〜100の整数を示す。   In addition, the coefficients m, p, q, s, and r in the above formulas each independently represent an integer of 2 to 100.

としては、水素原子または炭素数1〜10の炭化水素基であることが好ましいが、このような炭化水素基としては飽和脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基等が挙げられる。中でも、メチル基が原料であるメタクリル酸の供給の観点から最も好ましく、水素原子も同じく原料であるアクリル酸の供給の観点から好ましく用いることができる。 R 4 is preferably a hydrogen atom or a hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms, and examples of such a hydrocarbon group include a saturated aliphatic hydrocarbon group and an alicyclic hydrocarbon group. Among these, a methyl group is most preferable from the viewpoint of supply of methacrylic acid as a raw material, and a hydrogen atom can also be preferably used from the viewpoint of supply of acrylic acid as a raw material.

、Zは酸素原子であること、すなわち、メタクリル酸エステルもしくはアクリル酸エステルであることが好ましい。 Z 1 and Z 2 are preferably oxygen atoms, that is, methacrylic acid esters or acrylic acid esters.

は重合性反応基同士を繋ぐわけだが、特に限定されるものではないが、炭素数2のエチレン基が好ましく用いられる。 Y 3 connects the polymerizable reactive groups to each other, but is not particularly limited, but an ethylene group having 2 carbon atoms is preferably used.

本発明においては、1,8−ナフタレンジウレア単位を有するモノマーと親水性モノマーおよび架橋性モノマーの仕込み比は、特に限定されないが、1:1〜200:1〜20の範囲であることが好ましい。   In the present invention, the charging ratio of the monomer having 1,8-naphthalene diurea unit, the hydrophilic monomer and the crosslinkable monomer is not particularly limited, but is preferably in the range of 1: 1 to 200: 1 to 20.

ラジカル開始剤は、汎用の試剤でよく、アゾビスイソブチルニトリル(AIBN)等のアゾ化合物、過酸化ベンゾイル(BPO)等の過酸化物などが例として挙げられ、モノマー全量に対し0.1〜10重量%用いられる。少なすぎても多く使いすぎても重合度が上がりにくい。   The radical initiator may be a general-purpose reagent, and examples thereof include azo compounds such as azobisisobutylnitrile (AIBN), peroxides such as benzoyl peroxide (BPO), and the like. % By weight. If the amount is too little or too much, the degree of polymerization is difficult to increase.

重合溶媒には、例えば、非プロトン性有機溶媒を用いることができる。重合時、1,8−ナフタレンジウレア単位を有するモノマーを完全に溶解させることが望ましいことから、溶解性に優れた有機溶媒が好ましく、中でも、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)やN−メチルピロリジノン(NMP)がより好ましい。また、単独ではなく2種以上を併用してもよい。なお、酸素が重合を阻害する場合があるので、使用前に窒素バブリング等の脱気操作を行うことが好ましい。   For example, an aprotic organic solvent can be used as the polymerization solvent. Since it is desirable to completely dissolve the monomer having a 1,8-naphthalenediurea unit at the time of polymerization, an organic solvent having excellent solubility is preferable. Among them, N, N-dimethylformamide (DMF) and N-methylpyrrolidinone are preferable. (NMP) is more preferred. Moreover, you may use 2 or more types together, not single. In addition, since oxygen may inhibit polymerization, it is preferable to perform a deaeration operation such as nitrogen bubbling before use.

有機溶媒の配合量は、特に限定されないが、原料の1,8−ナフタレンジウレア単位を有するモノマー1質量部に対して10〜100質量部が好ましい。   Although the compounding quantity of an organic solvent is not specifically limited, 10-100 mass parts is preferable with respect to 1 mass part of monomer which has a 1,8- naphthalene diurea unit of a raw material.

高分子ゲルの製造では、原料の1,8−ナフタレンジウレア単位を有するモノマーと有機溶媒とを容器内に入れて加熱下溶解させた後、親水性モノマーと架橋性モノマーおよびラジカル開始剤をさらに加えて、窒素置換後、加熱下で攪拌しながら行うことができる。ゲル作製の好ましい反応温度は使用するモノマー、特に1,8−ナフタレンジウレア単位を有するモノマー類によっても変化するが、反応温度が低すぎると反応速度が低下するとともに、重合が停止する場合がある。一方、反応温度が高すぎると連鎖移動反応や有機溶媒の分解などの副反応により高分子ゲルに不純物が含まれる。一般に重合反応は50〜120℃で行うことが好ましく、特に有機溶媒にN,N−ジメチルホルムアミド(DMF)を用いる場合には90℃以下で行うことが好ましい。反応時間は、特に限定されないが、例えば5分〜5時間である。目視により、容器内に不溶成分が生成したら反応を止めてもよい。   In the production of a polymer gel, a raw material monomer having an 1,8-naphthalene diurea unit and an organic solvent are placed in a container and dissolved under heating, and then a hydrophilic monomer, a crosslinkable monomer, and a radical initiator are further added. After nitrogen substitution, the reaction can be carried out with stirring under heating. The preferable reaction temperature for gel preparation varies depending on the monomers used, particularly monomers having 1,8-naphthalene diurea units, but if the reaction temperature is too low, the reaction rate may decrease and polymerization may stop. On the other hand, if the reaction temperature is too high, impurities are contained in the polymer gel due to side reactions such as chain transfer reaction and decomposition of the organic solvent. In general, the polymerization reaction is preferably performed at 50 to 120 ° C., and particularly when N, N-dimethylformamide (DMF) is used as the organic solvent, it is preferably performed at 90 ° C. or less. Although reaction time is not specifically limited, For example, it is 5 minutes-5 hours. The reaction may be stopped when an insoluble component is generated in the container by visual observation.

反応終了後、固形物を容器から取り出し、乳鉢で細かくすりつぶし、吸引ろ集を行い、クロロホルムおよび蒸留水で順次洗浄した後、乾燥させることにより目的とする高分子ゲルを得ることができる。   After completion of the reaction, the solid is taken out from the container, finely ground in a mortar, collected by suction, washed successively with chloroform and distilled water, and dried to obtain the intended polymer gel.

この高分子ゲルは、フッ化物イオンが微量(10-2〜10-5mol/L)含まれる有機溶媒中あるいは水中から効率よくフッ化物イオンを捕集することができる。フッ化物イオンが捕集されたことは蛍光特性として明示される。そしてフッ化物イオンの捕集性能は、塩化物イオン、臭化物イオン、ヨウ化物イオンの場合の少なくとも10倍以上である。 This polymer gel can efficiently collect fluoride ions in an organic solvent containing a trace amount of fluoride ions (10 −2 to 10 −5 mol / L) or from water. The fact that fluoride ions are collected is manifested as fluorescence characteristics. The collection performance of fluoride ions is at least 10 times that of chloride ions, bromide ions, and iodide ions.

このように、選択性が十分あり、また、視認可能であることからも他の例を見ない高分子ゲルである。従来フッ化物イオン回収に用いられてきた炭酸カルシウム沈殿法やヒドロキシアパタイト法を組み合わせて行うことにより、高濃度から低濃度まで幅広い濃度におけるフッ化物イオンの捕集が可能となる。高濃度溶液の場合は、まず炭酸カルシウムを添加し、フッ化カルシウム(蛍石)として沈殿分別した後、濃度の低下した溶液に、この高分子ゲルを加えることにより微量含まれるフッ化物イオンを効率的に捕集することができる。   Thus, it is a polymer gel that has sufficient selectivity and is not visible because it is visible. By combining the calcium carbonate precipitation method and the hydroxyapatite method conventionally used for fluoride ion recovery, it is possible to collect fluoride ions in a wide range of concentrations from high to low. In the case of high-concentration solution, first add calcium carbonate, precipitate and separate as calcium fluoride (fluorite), and then add this polymer gel to the solution with reduced concentration to make the fluoride ion contained in a trace amount more efficient. Can be collected.

捕集効率は、親水性モノマーの混合割合を大きくすることで向上する傾向がある。   The collection efficiency tends to be improved by increasing the mixing ratio of the hydrophilic monomer.

また、本発明において使用する1,8−ナフタレンジウレア単位を有するモノマーは、前記式(6)のものとして、新規低分子化合物を用いた化学センサー、すなわちフッ化物イオン検出のための化学センサーとして有用である。   In addition, the monomer having 1,8-naphthalene diurea unit used in the present invention is useful as a chemical sensor using a novel low molecular weight compound, that is, a chemical sensor for detecting fluoride ions, as the formula (6). It is.

以下に、実施例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples.

以下の実施例において、H−NMR測定はJEOL製JNM−ECX400(400MHz)を用いた。内部標準としてMeSi(δ=0.00)を用いた。 In the following examples, JHOL JNM-ECX400 (400 MHz) was used for 1 H-NMR measurement. Me 4 Si (δ = 0.00) was used as an internal standard.

13C−NMR測定はJEOL製JNM−ECX400(100MHz)を用いた。内部標準としてDMSO−d(δ=39.5)を用いた。 13 C-NMR measurement was performed using JNM-JNM-ECX400 (100 MHz). DMSO-d 6 (δ = 39.5) was used as an internal standard.

IR測定はJEOL製FTIR−4100を用いた。   IR measurement used FTIR-4100 made from JEOL.

UV−vis測定は水中で行い、二面透明セル(10×10mm)を使った。測定機器にはJASCO製V−630分光光度計を用いた。蛍光測定にはアセトニトリル−ジメチルスルホキシド混合溶媒(体積比9:1)中、全面透明型透明セル(10×10mm)を使った。測定機器にはJASCO製FP−6500分光光度計を用いた。
<実施例1>
次式の反応式に従い、1,8−ジアミノナフタレンと2−イソシアナトエチルメタクリレートとの反応により1,8−ジアミノナフタレンジウレア単位を有するモノマーを得た。
The UV-vis measurement was performed in water, and a two-sided transparent cell (10 × 10 mm) was used. A JASCO V-630 spectrophotometer was used as a measuring instrument. For the fluorescence measurement, a transparent transparent cell (10 × 10 mm) was used in a mixed solvent of acetonitrile and dimethyl sulfoxide (volume ratio 9: 1). A JASCO FP-6500 spectrophotometer was used as a measuring instrument.
<Example 1>
According to the following reaction formula, a monomer having 1,8-diaminonaphthalene diurea unit was obtained by the reaction of 1,8-diaminonaphthalene and 2-isocyanatoethyl methacrylate.

すなわち、まず、30mL二口フラスコに三方コック、セプタムを付け減圧乾燥を行った。1,8−ナフタレンジアミン(0.238g,1.5mmol)にDMF(5mL)を加え加熱し完全に溶解させた。次に、2−イソシアナトエチルメタクリレート(0.424mL,3mmol)を氷冷下でゆっくり加えた。窒素風船を付け、窒素置換後、80℃で5時間反応させた。反応終了後、反応溶液をエタノールの入ったビーカーに滴下した。固体を捕集し、エタノールで洗浄、真空乾燥を行うことにより、目的物を収率78%(0.547g)で得た。構造解析は、H−NMRスペクトル、13C−NMRスペクトルおよびIRスペクトルにより行った。 That is, first, a three-way cock and a septum were attached to a 30 mL two-necked flask and dried under reduced pressure. DMF (5 mL) was added to 1,8-naphthalenediamine (0.238 g, 1.5 mmol) and heated to dissolve completely. Next, 2-isocyanatoethyl methacrylate (0.424 mL, 3 mmol) was slowly added under ice cooling. A nitrogen balloon was attached and the reaction was carried out at 80 ° C. for 5 hours after nitrogen substitution. After completion of the reaction, the reaction solution was dropped into a beaker containing ethanol. The solid was collected, washed with ethanol, and vacuum dried to obtain the desired product in a yield of 78% (0.547 g). The structural analysis was performed by 1 H-NMR spectrum, 13 C-NMR spectrum and IR spectrum.

その結果は表1に示す。   The results are shown in Table 1.

得られた1,8−ナフタレンジウレア化合物について、フッ化物イオンの配位性について検証するため、アセトニトリル−DMSO(v/v=9/1)溶液にテトラブチルアンモニウムハライド(TBAX)のTHF溶液を加え、フッ化物イオン(F)、塩化物イオン(Cl)、臭化物イオン(Br)の各々についての配位を確認した。   For the obtained 1,8-naphthalene diurea compound, a THF solution of tetrabutylammonium halide (TBAX) was added to an acetonitrile-DMSO (v / v = 9/1) solution in order to verify the coordination properties of fluoride ions. Coordination for each of fluoride ion (F), chloride ion (Cl), and bromide ion (Br) was confirmed.

図1はその結果を示したものであり、TBAF、すなわち、フッ化物イオンを添加した場合のみ、励起光310nmに対し、極大蛍光波長が長波長シフトし、青色蛍光発光することが確認された。選択的にFと配位していることがわかる。
<実施例2>
次式に従い、1,8−ジアミノナフタレンと2−イソシアナトエトキシエチルメタクリレートとの反応により1,8−ジアミノナフタレンジウレア単位を有するモノマーを得た。
FIG. 1 shows the result. It was confirmed that only when TBAF, that is, fluoride ions were added, the maximum fluorescence wavelength was shifted by a long wavelength with respect to the excitation light of 310 nm, and blue fluorescence was emitted. It can be seen that the coordinated - selectively F.
<Example 2>
According to the following formula, a monomer having 1,8-diaminonaphthalene diurea unit was obtained by reaction of 1,8-diaminonaphthalene and 2-isocyanatoethoxyethyl methacrylate.

すなわち、まず、30mL二口フラスコに三方コック、セプタムを付け減圧乾燥を行った。1,8−ナフタレンジアミン(0.474g,3mmol)にDMF(10mL)を加え完全に溶解させた。次に、2−イソシアナトエトキシエチルメタクリレート(1.194g,6mmol)を氷冷下でゆっくり加えた。窒素風船を付け、窒素置換後、80℃で30分反応させた。反応終了後、反応溶液をエタノールの入ったビーカーに滴下した。固体をろ集し、エタノールで洗浄、真空乾燥を行うことにより、目的物を収率92%(1.529g)で得た。構造解析は、H−NMRスペクトル、13C−NMRスペクトルおよびIRスペクトルにより行った。 That is, first, a three-way cock and a septum were attached to a 30 mL two-necked flask and dried under reduced pressure. DMF (10 mL) was added to 1,8-naphthalenediamine (0.474 g, 3 mmol) and completely dissolved. Next, 2-isocyanatoethoxyethyl methacrylate (1.194 g, 6 mmol) was slowly added under ice cooling. A nitrogen balloon was attached and the reaction was carried out at 80 ° C. for 30 minutes after nitrogen substitution. After completion of the reaction, the reaction solution was dropped into a beaker containing ethanol. The solid was collected by filtration, washed with ethanol, and vacuum dried to obtain the desired product in 92% yield (1.529 g). The structural analysis was performed by 1 H-NMR spectrum, 13 C-NMR spectrum and IR spectrum.

その結果を表2に示す。   The results are shown in Table 2.

<実施例3>
実施例1で合成した1,8−ジアミノナフタレンジウレア単位を有するモノマーと2−ヒドロキシエチルメタクリレート(HEMA)および架橋剤であるエチレンジメタクリレート(EDMA)を原料に次式に従ってラジカル架橋重合を行うことで高分子ゲルの作製を行った。
<Example 3>
By performing radical crosslinking polymerization according to the following formula using the monomer having 1,8-diaminonaphthalene diurea unit synthesized in Example 1, 2-hydroxyethyl methacrylate (HEMA) and ethylene dimethacrylate (EDMA) as a crosslinking agent as raw materials. A polymer gel was prepared.

すなわち、まず、30mL二口フラスコに還流管、三方コック、セプタムを付け減圧乾燥を行った。次にDMF(2mL)を加え、15分間窒素バブリングを行った。実施例1で合成した1,8−ジアミノナフタレンジウレア単位を有するモノマー(93.6mg,0.2mmol)を加え、完全に溶解させた。次に、HEMA(0.048mL,0.4mmol)、EDMA(0.8mmolもしくは1.2mmol)、およびラジカル開始剤であるアゾビスイソブチロニトリル(AIBN)をモノマー全量の10wt%加えた。窒素風船を付け、窒素置換後、80℃で30分反応させた。反応終了後、得られた固体を乳鉢で粉砕し、吸引ろ集時にクロロホルムで洗浄することで、EDMAが0.8mmolの場合のゲル(GelA)と、1.2mmolの場合のゲル(GelB)をそれぞれ定量的に得た。精製は、高分子ゲルを乳鉢で粉砕し、蒸留水で洗浄操作を行った。   That is, first, a reflux tube, a three-way cock and a septum were attached to a 30 mL two-necked flask and dried under reduced pressure. DMF (2 mL) was then added and nitrogen bubbling was performed for 15 minutes. The monomer (93.6 mg, 0.2 mmol) having 1,8-diaminonaphthalene diurea units synthesized in Example 1 was added and completely dissolved. Next, HEMA (0.048 mL, 0.4 mmol), EDMA (0.8 mmol or 1.2 mmol), and azobisisobutyronitrile (AIBN) as a radical initiator were added at 10 wt% of the total amount of monomers. A nitrogen balloon was attached and the reaction was carried out at 80 ° C. for 30 minutes after nitrogen substitution. After completion of the reaction, the obtained solid was pulverized in a mortar and washed with chloroform at the time of suction filtration to obtain a gel (GelA) in the case of EDMA 0.8 mmol and a gel (GelB) in the case of 1.2 mmol. Each was obtained quantitatively. For purification, the polymer gel was pulverized in a mortar and washed with distilled water.

得られたGelA、GelBについて、実施例1の場合と同様にして、フッ化物の錯形成について評価した。図2はその結果を示したものである。励起光310nmに対し、極大蛍光波長の長波長シフトによる青色蛍光発光が明瞭に確認された。これによりFとの錯形成が確認された。
<実施例4>
実施例2で合成したオキシエチレン鎖を多く含む1,8−ジアミノナフタレンジウレア単位を有するモノマーと2−ヒドロキシエチルメタクリレート(HEMA)および架橋剤であるエチレンジメタクリレート(EDMA)を原料に次式に従ってラジカル架橋重合を行うことで高分子ゲルの作製を行った。
About the obtained GelA and GelB, it carried out similarly to the case of Example 1, and evaluated the complex formation of the fluoride. FIG. 2 shows the result. Blue fluorescence emission due to the long wavelength shift of the maximum fluorescence wavelength was clearly confirmed with respect to the excitation light of 310 nm. This confirmed the complex formation with F .
<Example 4>
A radical having a 1,8-diaminonaphthalene diurea unit containing a lot of oxyethylene chains synthesized in Example 2, 2-hydroxyethyl methacrylate (HEMA) and ethylene dimethacrylate (EDMA) as a crosslinking agent as raw materials according to the following formula A polymer gel was prepared by cross-linking polymerization.

すなわち、まず、30mL二口フラスコに還流管、三方コック、セプタムを付け減圧乾燥を行った。次にDMF(2mL)を加え、15分間窒素バブリングを行った。実施例2で合成した1,8−ジアミノナフタレンジウレア単位を有するモノマー(112mg,0.2mmol)を加え加熱し、完全に溶解させた。次に、HEMA(0.145〜0.581mL,1.2〜4.8mmol)、EDMA(0.225mL,1.2mmol)、およびラジカル開始剤であるアゾビスイソブチロニトリル(AIBN)をモノマー全量の10wt%加えた。窒素風船を付け、窒素置換後、80℃で30分反応させた。反応終了後、得られた固体を乳鉢で粉砕し、吸引ろ集時にクロロホルムで洗浄することで、高分子ゲルをそれぞれ定量的に得た。精製は、高分子ゲルを乳鉢で粉砕し、蒸留水で洗浄操作を行った。
<実施例5>
高分子ゲルのアセトニトリル−ジメチルスルホキシド(MeCN−DMSO,v/v=9/1)溶液中でのフッ化物イオン吸着実験を以下の通り実施した。
That is, first, a reflux tube, a three-way cock and a septum were attached to a 30 mL two-necked flask and dried under reduced pressure. DMF (2 mL) was then added and nitrogen bubbling was performed for 15 minutes. The monomer (112 mg, 0.2 mmol) having 1,8-diaminonaphthalene diurea unit synthesized in Example 2 was added and heated to be completely dissolved. Next, HEMA (0.145 to 0.581 mL, 1.2 to 4.8 mmol), EDMA (0.225 mL, 1.2 mmol), and azobisisobutyronitrile (AIBN) which is a radical initiator are used as monomers. 10 wt% of the total amount was added. A nitrogen balloon was attached and the reaction was carried out at 80 ° C. for 30 minutes after nitrogen substitution. After completion of the reaction, the obtained solid was pulverized in a mortar and washed with chloroform at the time of suction filtration to obtain a polymer gel quantitatively. For purification, the polymer gel was pulverized in a mortar and washed with distilled water.
<Example 5>
The fluoride ion adsorption experiment in a polymer gel acetonitrile-dimethyl sulfoxide (MeCN-DMSO, v / v = 9/1) solution was performed as follows.

まず、サンプル瓶に乳鉢を使って十分細かく粉砕した高分子ゲル40mgを加えた。次に、100mLのメスフラスコに1mol/Lのテトラブチルアンモニウムフルオリド(TBAF)のTHF溶液を0.164mL加えた後、MeCN−DMSO混合溶液を加え、全量を100mLとした。この溶液から10mLを取り出し、先程の高分子ゲルの入ったサンプル瓶に加え3時間室温でかき混ぜフッ化物イオンを高分子ゲルに吸着させた。分散液から高分子ゲルをろ去した後のろ液から、エバポレーターおよび真空乾燥(20mmHg)によりアセトニトリルのみを留去した。その後のジメチルスルホキシド溶液に蒸留水100mLを加えた。この溶液から1mLシリンジで量り取り、空の10mLメスフラスコに加えた。このメスフラスコに5%アルフッソン水溶液1mL、アセトン4mLおよび蒸留水を加え全量を10mLとし、3時間静置した。得られた溶液を石英セルに移した後、紫外可視吸収スペクトル測定を行い、620nmにおける吸光度を測定し、別途作成したTBAF溶液の濃度、すなわち、フッ化物イオンのモル濃度(x)と吸光度(y)の関係を表す検量線であるy=186.5x+0.5166から、当該溶液に含まれるフッ化物イオン濃度を求めた。最終的に、吸着前のフッ化物イオン濃度との差および容量から、高分子ゲルにより吸着されたフッ化物イオンの物質量を見積もった。   First, 40 mg of polymer gel finely pulverized using a mortar was added to the sample bottle. Next, 0.164 mL of a THF solution of 1 mol / L tetrabutylammonium fluoride (TBAF) was added to a 100 mL volumetric flask, and then a MeCN-DMSO mixed solution was added to make the total volume 100 mL. 10 mL was taken out from this solution, added to the sample bottle containing the polymer gel, and stirred at room temperature for 3 hours to adsorb fluoride ions to the polymer gel. Only acetonitrile was distilled off from the filtrate after removing the polymer gel from the dispersion by an evaporator and vacuum drying (20 mmHg). 100 mL of distilled water was added to the subsequent dimethyl sulfoxide solution. This solution was weighed with a 1 mL syringe and added to an empty 10 mL volumetric flask. To this volumetric flask, 1 mL of 5% Alfusson aqueous solution, 4 mL of acetone and distilled water were added to make a total volume of 10 mL, and left for 3 hours. After the obtained solution was transferred to a quartz cell, UV-visible absorption spectrum measurement was performed, and the absorbance at 620 nm was measured. The concentration of TBAF solution prepared separately, that is, the molar concentration (x) and absorbance (y The concentration of fluoride ions contained in the solution was determined from a calibration curve representing the relationship of (1)) = 186.5x + 0.5166. Finally, the amount of fluoride ion adsorbed by the polymer gel was estimated from the difference and volume from the fluoride ion concentration before adsorption.

実施例2で合成したモノマーおよびEDMAの量は0.2mmol,1.2mmolにそれぞれ固定し、HEMAの量を1.2,2.4,3.6,4.8mmolとかえて作製した4種類の高分子ゲルを用いて上記操作を行った。測定結果を表3に示す。   The amount of monomer and EDMA synthesized in Example 2 was fixed at 0.2 mmol and 1.2 mmol, respectively, and the amount of HEMA was changed to 1.2, 2.4, 3.6, and 4.8 mmol. The above operation was performed using a polymer gel. Table 3 shows the measurement results.

フッ化物イオンの吸着量は、親水性コモノマーとして用いるHEMAの含量により異なり、HEMAの割合を大きくすると、より増加することが分かる(Run5>4>3>2)。表3に示すように同重量の高分子ゲルに対してこのような傾向がみられる。同重量であるから、フッ化物イオン吸着部位はRun5が最も割合が小さいにもかかわらず、吸着量は多くなっている。これはHEMAの導入割合が大きくなることにより、より親水的環境が高分子ゲル内に構築され、水との相互作用の極めて大きいフッ化物イオンがより吸着サイトに近づきやすくなっているためと考えられる。検討した中で最もフッ化物イオン吸着能の優れていたRun5においては、1.80×10−3mol/Lの溶液から8.06×10−3mol/L相当のフッ化物イオンを吸着したことになり、原液に対して45%吸着していることが分かる。 It can be seen that the amount of fluoride ion adsorbed depends on the content of HEMA used as the hydrophilic comonomer, and increases as the proportion of HEMA increases (Run 5>4>3> 2). As shown in Table 3, such a tendency is observed for the polymer gel having the same weight. Since the weight is the same, the amount of adsorption of the fluoride ion adsorption site is large even though Run5 has the smallest ratio. This is thought to be due to the fact that the introduction ratio of HEMA increases, so that a more hydrophilic environment is built in the polymer gel, and fluoride ions having extremely large interaction with water are more likely to approach the adsorption site. . In Run 5, which had the highest fluoride ion adsorption ability, the fluoride ions equivalent to 8.06 × 10 −3 mol / L were adsorbed from a solution of 1.80 × 10 −3 mol / L. It can be seen that 45% is adsorbed to the stock solution.

フッ素原子を含む材料は、その優れた性能により幅広い分野で利用されている。フッ素樹脂、フッ素コーティング、フッ素ゴムはフッ素系材料を代表する材料であり、フッ素原子を含むことにより従来の材料を凌駕する性能を有している。例えばPVDF(登録商標)の融点はPEより80℃も高く、耐熱性、耐薬品性、強誘電性はPVDF(登録商標)のみが有する性質である。
Materials containing fluorine atoms are used in a wide range of fields due to their excellent performance. Fluorine resin, fluorine coating, and fluorine rubber are materials that represent fluorine-based materials, and have performances that surpass conventional materials by containing fluorine atoms. For example, the melting point of P VDF (registered trademark) is 80 ° C. higher than that of PE, and heat resistance, chemical resistance, and ferroelectricity are properties that only P VDF (registered trademark) has.

Claims (15)

次式(1)
(式中のA、B、Cは、各々、重合により炭素鎖状に結合する分子単位を示し、Aは、1,8−ナフタレンジウレア構造を有する分子単位を、Bは、架橋性分子単位を、Cは、親水性分子単位を示す。各分子単位の配列の順序は問わない。)
で表わされる繰り返し単位構造を有することを特徴とする高分子ゲル。
The following formula (1)
(In the formula, A, B and C each represents a molecular unit bonded in a carbon chain by polymerization, A represents a molecular unit having a 1,8-naphthalene diurea structure, and B represents a crosslinkable molecular unit. C represents a hydrophilic molecular unit, and the order of arrangement of each molecular unit is not limited.)
A polymer gel having a repeating unit structure represented by:
分子単位Aは、次式(2)
(式中のR、Rは、各々、同一又は別異に水素原子又は炭化水素基を示し、Rは、水素原子、炭化水素基又はアルコキシ基を示し、X、Xは、同一又は別異に酸素原子又はNHを示し、Y、Yは、同一又は別異にアルキレン又はオリゴオキシアルキレン基を示す。nは、1〜6の整数を示す。)
で表わされる1,8−ナフタレンジウレア構造を有していることを特徴とする請求項1に記載の高分子ゲル。
The molecular unit A is represented by the following formula (2)
(Wherein R 1 and R 2 are the same or different and each represents a hydrogen atom or a hydrocarbon group, R 3 represents a hydrogen atom, a hydrocarbon group or an alkoxy group, and X 1 and X 2 are The same or different represents an oxygen atom or NH, and Y 1 and Y 2 represent the same or different alkylene or oligooxyalkylene group, and n represents an integer of 1 to 6.)
The polymer gel according to claim 1, which has a 1,8-naphthalene diurea structure represented by:
分子単位Bは、次式(3)
(式中のRは、水素原子又は炭化水素基を示し、Z、Zは、同一又は別異に酸素原子又はNHを示し、Yは、アルキレン又はオリゴオキシアルキレン基を示す)
で表わされる架橋性分子単位であることを特徴とする請求項1に記載の高分子ゲル。
The molecular unit B is represented by the following formula (3)
(In the formula, R 4 represents a hydrogen atom or a hydrocarbon group, Z 1 and Z 2 represent the same or different oxygen atom or NH, and Y 3 represents an alkylene or oligooxyalkylene group)
The polymer gel according to claim 1, wherein the polymer gel is a crosslinkable molecular unit represented by the formula:
分子単位Cは、次式(4)
(式中のRは、水素原子又は炭化水素基を示し、Qは親水性基を示す)
で表わされる親水性分子単位であることを特徴とする請求項1に記載の高分子ゲル。
The molecular unit C is represented by the following formula (4)
(Wherein R 5 represents a hydrogen atom or a hydrocarbon group, and Q represents a hydrophilic group)
The polymer gel according to claim 1, wherein the polymer gel is a hydrophilic molecular unit represented by the formula:
親水性基Qは、次式(5a)(5b)
(式中のW、Wは酸素原子又はNHを示し、Rはアルキレン又はオリゴオキシアルキレン基を示し、Rは炭化水素基を示す。)
で表わされるいずれかのものであることを特徴とする請求項4に記載の高分子ゲル。
The hydrophilic group Q has the following formulas (5a) (5b)
(W 1 and W 2 in the formula represent an oxygen atom or NH, R 6 represents an alkylene or oligooxyalkylene group, and R 7 represents a hydrocarbon group.)
The polymer gel according to claim 4, wherein the polymer gel is any one of the following:
請求項1から5のいずれか一項に記載の高分子ゲルの製造方法であって、重合性炭素鎖とともに1,8−ナフタレンジウレア構造を有するモノマー、重合性炭素鎖を有する架橋性モノマー並びに重合性炭素鎖を有する親水性モノマーをラジカル架橋共重合させることを特徴とする高分子ゲルの製造方法。   A method for producing a polymer gel according to any one of claims 1 to 5, wherein the monomer has a 1,8-naphthalene diurea structure together with a polymerizable carbon chain, a crosslinkable monomer having a polymerizable carbon chain, and polymerization. A method for producing a polymer gel, comprising subjecting a hydrophilic monomer having a functional carbon chain to radical crosslinking copolymerization. ラジカル開始剤の存在下、有機溶媒中でラジカル架橋共重合させることを特徴とする請求項6に記載の高分子ゲルの製造方法。   The method for producing a polymer gel according to claim 6, wherein radical crosslinking copolymerization is performed in an organic solvent in the presence of a radical initiator. 請求項1から5のいずれか一項に記載の高分子ゲルを有効成分として含有することを特徴とするフッ化物イオン捕集剤。   A fluoride ion scavenger comprising the polymer gel according to any one of claims 1 to 5 as an active ingredient. 高分子ゲルが液中に分散されていることを特徴とする請求項8に記載のフッ化物イオン捕集剤。   The fluoride ion scavenger according to claim 8, wherein the polymer gel is dispersed in a liquid. フッ化物イオンを、塩化物イオン、臭化物イオン、ヨウ化物イオンよりも10倍以上の選択性で捕集可能な請求項8又は9に記載のフッ化物イオン捕集剤。   The fluoride ion scavenger according to claim 8 or 9, which can collect fluoride ions with a selectivity 10 times or more than chloride ions, bromide ions, and iodide ions. フッ化物イオン捕集時のみ蛍光特性を示すことを特徴とする請求項8から10のいずれか一項に記載のフッ化物イオン捕集剤。   The fluoride ion scavenger according to any one of claims 8 to 10, which exhibits a fluorescence characteristic only at the time of fluoride ion trapping. 請求項8から11のいずれか一項に記載のフッ化物イオン捕集剤を用いてフッ化物イオンを捕集することを特徴とするフッ化物イオンの捕集方法。   The fluoride ion collection method characterized by collecting fluoride ion using the fluoride ion collection agent as described in any one of Claims 8-11. 次式(6)
(式中のR、Rは、各々、同一又は別異に水素原子又は炭化水素基を示し、Rは、水素原子、炭化水素基又はアルコキシ基を示し、X、Xは、同一又は別異に酸素原子又はNHを示し、Y、Yは、同一又は別異にアルキレン又はオリゴオキシアルキレン基を示す。nは、1〜6の整数を示す。)
で表わされることを特徴とする1,8−ナフタレンジウレア化合物。
Formula (6)
(Wherein R 1 and R 2 are the same or different and each represents a hydrogen atom or a hydrocarbon group, R 3 represents a hydrogen atom, a hydrocarbon group or an alkoxy group, and X 1 and X 2 are The same or different represents an oxygen atom or NH, and Y 1 and Y 2 represent the same or different alkylene or oligooxyalkylene group, and n represents an integer of 1 to 6.)
A 1,8-naphthalene diurea compound represented by the formula:
請求項13に記載の1,8−ナフタレンジウレア化合物をフッ化物イオン検知成分としていることを特徴とする化学センサー。   A chemical sensor comprising the 1,8-naphthalene diurea compound according to claim 13 as a fluoride ion detection component. 請求項14に記載の化学センサーをもってフッ化物イオンを検知することを特徴とするフッ化物イオンの検知方法。   A method for detecting fluoride ions, comprising detecting fluoride ions by using the chemical sensor according to claim 14.
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