JP2016000841A - Method for producing purified aqueous dispersion of nano metal particles - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、精製されたナノ金属粒子水性分散液の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a purified aqueous dispersion of nano metal particles.
金属ナノ粒子は、比表面積の大きさ由来の融点低下、高触媒効率等の機能に着目され、導電路形成、触媒、殺菌剤、センサー分野等での応用が検討されており、その内、ナノ銀は、既に携帯電話の電磁波シールド用のコーティングフィルム等、一部分野で実用化されている。 Metal nanoparticles have been focused on functions such as melting point reduction and high catalyst efficiency derived from the size of the specific surface area, and are being studied for applications in the formation of conductive paths, catalysts, bactericides, sensors, etc. Silver has already been put into practical use in some fields such as a coating film for electromagnetic wave shielding of mobile phones.
このような、金属ナノ粒子合成法の多くは液相での塩還元反応によるが、この反応に当たっては、保護剤、還元剤などの未反応原料、副生成物、イオン成分が不可避に残留し、これら残留物が導電性を含む機能の低下や劣化を引き起こすものと考えられている。 Many of these metal nanoparticle synthesis methods are based on a salt-reduction reaction in the liquid phase. In this reaction, unreacted raw materials such as a protective agent and a reducing agent, by-products, and ionic components remain unavoidably, These residues are considered to cause deterioration and deterioration of functions including conductivity.
然るに各種金属ナノ粒子の製造において、粒子形成工程に関して多様な検討が進められる一方、その分離精製方法に関しては、乾燥、遠心分離、限外濾過等、周知の方法以外の検討が少ないのが現状である。 However, in the production of various types of metal nanoparticles, various studies on the particle formation process are being promoted. On the other hand, regarding the separation and purification methods, there are few studies other than known methods such as drying, centrifugation, and ultrafiltration. is there.
この内、最も簡便な乾燥においては、金属ナノ粒子が凝集或いは融着する、不揮発性の不純物が除去できないという問題がある。また、遠心分離においては、金属ナノ粒子は沈降しにくいというデメリットを避けられない。大規模生産で実現可能な遠心力Gでは沈降しない為、貧溶媒を加えて軟凝集させ一時的な巨大粒子として沈降させる方法が知られているが、大量の有機溶剤を必要とする、高Gにより金属ナノ粒子の凝集が強まる或いは融着する、ひいては、解砕工程が別途必要となる、設備費が高額となる等の問題がある(特許文献1)。 Among these, in the simplest drying, there is a problem that the non-volatile impurities that the metal nanoparticles aggregate or fuse cannot be removed. Further, in the centrifugal separation, the disadvantage that the metal nanoparticles are difficult to settle is unavoidable. Since centrifugal force G that can be realized in large-scale production does not settle, a method of adding a poor solvent to soft agglomerate and sedimenting as temporary giant particles is known, but a large amount of organic solvent is required. As a result, the aggregation of the metal nanoparticles is strengthened or fused, and as a result, a crushing step is required separately, and the equipment cost is high (Patent Document 1).
また限外濾過においては、大量の水を使用し廃水が多い、濾過に長い時間を要する、安定的に精製を行うに当たって濾過膜のメンテナンスを頻繁に行う必要があるといった問題がある(特許文献2〜3)。 In ultrafiltration, there is a problem that a large amount of water is used and a large amount of waste water is used, a long time is required for filtration, and the filtration membrane needs to be frequently maintained for stable purification (Patent Document 2). ~ 3).
このように、保護剤、還元剤などの未反応原料、副生成物やイオン成分が不可避に残留しているナノ金属粒子水性分散液から、金属ナノ粒子を凝集或いは融着させることなく、精製されたナノ金属粒子水性分散液を得る簡便な方法がないのが現状である。 In this way, it is purified without agglomerating or fusing metal nanoparticles from an aqueous dispersion of nanometal particles in which unreacted raw materials such as a protective agent and a reducing agent, by-products and ionic components inevitably remain. In addition, there is no simple method for obtaining an aqueous dispersion of nano metal particles.
上記の実情を鑑み、本発明が解決しようとする課題は、金属ナノ粒子を凝集或いは融着させることなく、精製されたナノ金属粒子水性分散液を得る簡便な方法を提供することにある。 In view of the above circumstances, the problem to be solved by the present invention is to provide a simple method for obtaining a purified aqueous dispersion of nano metal particles without aggregating or fusing metal nanoparticles.
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、原料のカウンターアニオンである無機酸イオンを少なくとも含有する、ナノ金属粒子水性分散液を、吸水性樹脂と接触させることで、ナノ金属粒子及びそれと強い相互作用の有している保護剤を主成分とした不揮発分だけを吸水性樹脂表面に残して、無機酸イオンやその他の上記不可避成分を、液媒体と共に吸水性樹脂内部に吸収することで、ナノ金属粒子を凝集或いは融着させることなく選択的に回収できることを見出し、当該吸水性樹脂表面の不揮発分を再度液媒体に分散させることで、上記した様な不可避成分を含まない、精製されたナノ金属粒子水性分散液が容易に得られることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the inventors of the present invention brought an aqueous dispersion of nano metal particles containing at least an inorganic acid ion that is a counter anion of a raw material into contact with a water absorbent resin. Only the non-volatile component mainly composed of nano metal particles and a protective agent having strong interaction with the nano metal particles is left on the surface of the water absorbent resin, and the inorganic acid ions and other inevitable components described above are mixed with the liquid medium inside the water absorbent resin. By absorbing it, it is found that the nanometal particles can be selectively recovered without agglomeration or fusion, and the non-volatile content on the surface of the water-absorbent resin is dispersed again in the liquid medium, so that the inevitable components as described above can be obtained. The present inventors have found that a purified aqueous dispersion of nano metal particles that does not contain can be easily obtained, and completed the present invention.
即ち、本発明は、無機酸イオンを含有するナノ金属粒子水性分散液(A)と、吸水性樹脂(B)とを接触させ吸液させた後に、吸水性樹脂(B)上のナノ金属粒子を、水と有機溶媒を用いて再分散させる、精製されたナノ金属粒子水性分散液(D)の製造方法を提供するものである。 That is, the present invention relates to the nanometal particles on the water absorbent resin (B) after bringing the aqueous dispersion of nanometal particles (A) containing inorganic acid ions into contact with the water absorbent resin (B) to absorb the liquid. Is redispersed using water and an organic solvent, and the manufacturing method of the refined nano metal particle aqueous dispersion (D) is provided.
本発明は、吸水性樹脂を用いるので、比較的短時間で、ナノ金属粒子及びそれと強い相互作用を有している保護剤を主成分とした不揮発分だけを吸水性樹脂表面に残して、その他の上記不可避成分を、液媒体と共に吸水性樹脂内部に吸収させることが可能となり、ナノ金属粒子を凝集或いは融着させることなく選択的に回収できる。このため、吸水性樹脂表面から回収された上記不揮発分を、再度液媒体に分散させるだけで、精製されたナノ金属粒子水性分散液を容易に得ることができる、という格別顕著な効果を奏する。 Since the present invention uses a water-absorbent resin, in the relatively short time, only the non-volatile content mainly composed of nanometal particles and a protective agent having a strong interaction with them is left on the surface of the water-absorbent resin. The above inevitable components can be absorbed inside the water-absorbent resin together with the liquid medium, and can be selectively recovered without agglomerating or fusing the nanometal particles. For this reason, there is an especially remarkable effect that the purified nano metal particle aqueous dispersion can be easily obtained simply by dispersing the non-volatile content recovered from the surface of the water-absorbent resin into the liquid medium again.
本発明は、無機酸イオンを含有するナノ金属粒子水性分散液(A)と、吸水性樹脂(B)とを接触させ吸液させた後に、吸水性樹脂(B)上のナノ金属粒子を、水と有機溶媒を用いて再分散させる、精製されたナノ金属粒子水性分散液(D)の製造方法に関する。 In the present invention, the nanometal particle aqueous dispersion (A) containing inorganic acid ions and the water absorbent resin (B) are brought into contact with each other to absorb the liquid, and then the nanometal particles on the water absorbent resin (B) are The present invention relates to a method for producing a purified aqueous dispersion of nanometal particles (D) that is redispersed using water and an organic solvent.
<無機酸イオンを含有するナノ金属粒子水性分散液>
本発明において「無機酸イオン」は、後記するナノ金属粒子分散液の製造に用いる金属化合物により異なるため一概に定義することはできないが、塩素イオン、硝酸イオン、硫酸イオン等が挙げられる。
本発明においてナノ金属粒子は1〜数百ナノメートルの粒径を有するナノ粒子である。ナノ金属はバルク金属に比べて比表面積が格段に高いため、相互に融着して表面エネルギーを低下させようとする傾向が強く、バルク金属の融点よりはるかに低い温度で粒子相互が融着する。こうしたナノ金属の性質により、触媒、電子材料、磁気材料、光学材料、各種センサー、色材、医療検査用途等への応用が期待されている。ここで、ナノ金属の粒子成長の場としてミセルを形成する役割を担い、また、成長後のナノ金属粒子の融着を防ぐ役割も担う、後記するような保護剤(以下、ナノ金属粒子用保護剤と表す場合もある)で保護する必要がある。
本発明で使用するナノ金属粒子用保護剤としては、ナノ金属粒子に被覆されるものであれば何れであっても良く、例えば、アミン基、カルボキシル基、アミノ基、ヒドロキシ基、チオール基、リン酸基、4級アンモニウム基、4級ホスホニウム基、シアノ基、エーテル基、チオエーテル基、ジスルフィド基等の官能基を有する化合物、界面活性剤、両親媒性高分子や、ゼラチン、コラーゲン等のたんぱく質、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン等の水溶性高分子などを使用することができる。
これらのより具体的な例をいくつか例示すると、ポリエチレンイミン(a)中のアミノ基にポリエチレングリコール(b)が結合してなる化合物(x1)、ポリエチレンイミン(a)中のアミノ基に線状エポキシ樹脂(c)が結合してなる化合物(x2)、及びポリエチレンイミン(a)中のアミノ基に、ポリエチレングリコール(b)と、線状エポキシ樹脂(c)とが結合してなる化合物(x3)からなる群から選ばれる1種以上の化合物(X)などが挙げられる。このような化合物については、すでに特開2010−118168号公報において、金属ナノ粒子への保護機能に優れることが記載され、その製法も記載されている。
特開2010−209421号公報に記載の化合物も用いることができる。
また、ポリエチレングリコール鎖を有する(メタ)アクリレート系マクロモノマーと、−OP(O)(OH)2で表されるリン酸エステル残基を有する(メタ)アクリレート系モノマーとを、−SR(Rは、炭素数1〜18のアルキル基、ベンゼン環上に置換基を有していても良いフェニル基、又は、ヒドロキシ基、炭素数1〜18のアルコキシ基、炭素数1〜18のアラルキルオキシ基、ベンゼン環上に置換基を有していても良いフェニルオキシ基、カルボキシ基、カルボキシ基の塩、炭素数1〜18の1価若しくは多価のアルキルカルボニルオキシ基及び炭素数1〜18の1価若しくは多価のアルコキシカルボニル基からなる群から選ばれる1つ以上の官能基を有する炭素数1〜8のアルキル基である。)で表される官能基を有する連鎖移動剤の存在下で重合させて得られる(メタ)アクリル系重合体(Y)、又は下記一般式(1)
X−(OCH2CHR1)n−O−CH2−CH(OH)−CH2−S−Z (1)
〔式(1)中、XはC1〜C8のアルキル基であり、R1は水素原子又はメチル基であり、nは2〜100の繰り返し数を示す整数であって、R1は繰り返し単位ごとに独立し、同一であっても異なっていても良く、ZはC2〜C12のアルキル基、アリル基、アリール基、アリールアルキル基、−R2−OH、−R2−NHR3、又は−R2−COR4(但し、R2はC2〜C4のアルキレン鎖であり、R3は水素原子、C2〜C4のアシル基、C2〜C4のアルコキシカルボニル基、又は芳香環上にC1〜C4のアルキル基又はC1〜C8のアルコキシ基を置換基を有していても良いベンジルオキシカルボニル基であり、R4はヒドロキシ基、C1〜C4のアルキル基又はC1〜C8のアルコキシ基である。)で表される基である。〕で表されるチオエーテル含有有機化合物(Z)などが挙げられる。特許第4697356号公報、特許第4784847号公報において、金属ナノ粒子への保護機能に優れることが記載され、その製法も記載されている。
<Nanometal particle aqueous dispersion containing inorganic acid ions>
In the present invention, the “inorganic acid ion” varies depending on the metal compound used in the production of the nanometal particle dispersion described later, and thus cannot be defined unconditionally, but includes chlorine ion, nitrate ion, sulfate ion and the like.
In the present invention, the nano metal particles are nanoparticles having a particle size of 1 to several hundred nanometers. Nanometals have a much higher specific surface area than bulk metals, so they tend to fuse with each other to reduce surface energy, and particles fuse with each other at temperatures much lower than the melting point of bulk metals. . Due to the nature of these nanometals, application to catalysts, electronic materials, magnetic materials, optical materials, various sensors, color materials, medical examination applications and the like is expected. Here, a protective agent as described later (hereinafter referred to as protection for nanometal particles) plays a role of forming micelles as a place for nanometal particle growth and also prevents fusion of nanometal particles after growth. It may be expressed as an agent).
The protective agent for nano metal particles used in the present invention may be any as long as it is coated with nano metal particles. For example, amine group, carboxyl group, amino group, hydroxy group, thiol group, phosphorus Compounds having functional groups such as acid groups, quaternary ammonium groups, quaternary phosphonium groups, cyano groups, ether groups, thioether groups, disulfide groups, surfactants, amphiphilic polymers, proteins such as gelatin and collagen, Water-soluble polymers such as polyvinyl alcohol and polyvinyl pyrrolidone can be used.
To illustrate some of these more specific examples, a compound (x1) in which polyethylene glycol (b) is bonded to an amino group in polyethyleneimine (a) is linear to the amino group in polyethyleneimine (a). Compound (x2) in which epoxy resin (c) is bonded, and compound (x3) in which polyethylene glycol (b) and linear epoxy resin (c) are bonded to an amino group in polyethyleneimine (a) And one or more compounds (X) selected from the group consisting of: About such a compound, it is already described in Unexamined-Japanese-Patent No. 2010-118168 that it is excellent in the protection function to a metal nanoparticle, and the manufacturing method is also described.
The compounds described in JP 2010-209421 A can also be used.
Further, a (meth) acrylate macromonomer having a polyethylene glycol chain and a (meth) acrylate monomer having a phosphate ester residue represented by -OP (O) (OH) 2 are represented by -SR (R is , An alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, a phenyl group optionally having a substituent on the benzene ring, or a hydroxy group, an alkoxy group having 1 to 18 carbon atoms, an aralkyloxy group having 1 to 18 carbon atoms, Phenyloxy group, carboxy group, carboxy group salt, monovalent or polyvalent alkylcarbonyloxy group having 1 to 18 carbon atoms and monovalent having 1 to 18 carbon atoms, which may have a substituent on the benzene ring Or a chain having a functional group represented by a C1-C8 alkyl group having one or more functional groups selected from the group consisting of polyvalent alkoxycarbonyl groups. (Meth) acrylic polymer (Y) obtained by polymerization in the presence of a transfer agent, or the following general formula (1)
X- (OCH 2 CHR 1) n -O-CH 2 -CH (OH) -CH 2 -S-Z (1)
Wherein (1), X is an alkyl group of C 1 ~C 8, R 1 is a hydrogen atom or a methyl radical, n is an integer indicating the number of repetitions of 2 to 100, R 1 is repeated independently for each unit, may be different even in the same, Z is an alkyl group of C 2 -C 12, an allyl group, an aryl group, an arylalkyl group, -R 2 -OH, -R 2 -NHR 3 , or -R 2 -COR 4 (where, R 2 is an alkylene chain of C 2 ~C 4, R 3 is a hydrogen atom, an acyl group of C 2 -C 4, alkoxycarbonyl group C 2 -C 4, Or a C 1 -C 4 alkyl group or a C 1 -C 8 alkoxy group which may have a substituent on the aromatic ring, and R 4 is a hydroxy group, C 1 -C 4 It is alkyl or alkoxy group C 1 -C 8 ) Is a group represented by. ] The thioether containing organic compound (Z) etc. which are represented by these are mentioned. In Japanese Patent No. 4697356 and Japanese Patent No. 4784847, it is described that the metal nanoparticle has an excellent protection function, and its production method is also described.
本発明で使用する金属化合物は、溶媒に対する溶解性を有することが好ましく、具体的には金属塩が好ましく、金属の酢酸塩、硝酸塩、硫酸塩、塩化物、アセチルアセトナート等が挙げられる。中でも硝酸塩が好ましい。また、不溶性の塩であっても、錯化剤としてアンモニア、アミン類、或いは還元剤と兼用になるヒドラジン類、ヒドロキシルアミン類を添加することで溶解度を付与することができ、これらの場合には上記に加えて金属酸化物なども使用することができる。 The metal compound used in the present invention preferably has solubility in a solvent. Specifically, metal salts are preferable, and examples include metal acetates, nitrates, sulfates, chlorides, and acetylacetonates. Of these, nitrate is preferable. Even insoluble salts can be provided with solubility by adding ammonia, amines, or hydrazines or hydroxylamines that also serve as reducing agents as complexing agents. In addition to the above, metal oxides can also be used.
本発明の金属種としては、いわゆる遷移金属元素が挙げられるが、とくに産業上有用な金属コロイドとなるのは、具体的には、金、銀、銅又は白金族元素(ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム又は白金)であり、これらが使用される。本発明の金属種には、これらの金属の合金、コア−シェル型粒子なども含まれる。
金属化合物として、例えば金属種が金、白金の場合は、テトラクロロ金酸、テトラクロロ白金を用いることができる。
また、例えば金属種が銅の場合、Cu(OAc)2、Cu(NO3)2、CuCl2、Cu(HCOO)2、Cu(CH3COO)2、Cu(CH3CH2COO)2、CuCO3、CuSO4、C5H7CuO2のほか、カルボン酸塩を加熱して得られる塩基性塩、例えばCu(OAc)2・CuOも同様に用いることができる。
例えば金属種が銀の場合は、硝酸銀、酸化銀、酢酸銀、塩化銀などを用いることができるが、水溶液として取り扱う場合には硝酸銀はその溶解度の点で好ましい。
Examples of the metal species of the present invention include so-called transition metal elements. Specifically, industrially useful metal colloids are gold, silver, copper or platinum group elements (ruthenium, rhodium, palladium, Osmium, iridium or platinum) and these are used. The metal species of the present invention includes alloys of these metals, core-shell type particles, and the like.
As the metal compound, for example, when the metal species is gold or platinum, tetrachloroauric acid or tetrachloroplatinum can be used.
For example, when the metal species is copper, Cu (OAc) 2 , Cu (NO 3 ) 2 , CuCl 2 , Cu (HCOO) 2 , Cu (CH 3 COO) 2 , Cu (CH 3 CH 2 COO) 2 , In addition to CuCO 3 , CuSO 4 , and C 5 H 7 CuO 2, a basic salt obtained by heating a carboxylate, for example, Cu (OAc) 2 .CuO can be used in the same manner.
For example, when the metal species is silver, silver nitrate, silver oxide, silver acetate, silver chloride and the like can be used. However, when handled as an aqueous solution, silver nitrate is preferable in terms of its solubility.
ナノ金属粒子水性分散液(D)の製造方法としては、液相中、前記ナノ金属粒子用保護剤の存在下で前記金属化合物を還元する方法などの公知慣用の方法が挙げられ、特開2008−037884号公報、特開2008−037949号公報、特開2008−03818号公報、特開2010−007124号公報等に記載の方法を用いて製造することができる。 Examples of the method for producing the nanometal particle aqueous dispersion (D) include known and conventional methods such as a method of reducing the metal compound in the presence of the protective agent for nanometal particles in the liquid phase. It can be produced by using the methods described in JP-0337884, JP2008-037949, JP2008-03818, JP2010-007124, and the like.
<吸水性樹脂>
吸水性樹脂としては、ポリアルキレンオキサイドを主成分とするノニオン性の吸水性樹脂、アクリルアミド・ターシャリーブチルスルホン酸を主成分とする樹脂、N−ビニルカルボン酸アミドを主成分とする樹脂などが挙げられる。
また、セルロース−アクリロニトリルグラフト共重合体、カルボキシメチルセルロース架橋体等のセルロース系のもの、ポリビニルアルコール架橋体、ポリビニルアルコール吸水ゲル凍結・解凍エラストマー等のポリビニルアルコール系のもの、アクリル酸−ナトリウム・ビニルアルコール共重合体、ポリアクリル酸ナトリウム架橋体等のアクリル酸系のもの、N−置換アクリルアミド架橋体等のアクリルアミド系のもの、ヒアルロン酸等のその他多糖類系のものなども用いることができる。
<Water absorbent resin>
Examples of water-absorbing resins include nonionic water-absorbing resins mainly composed of polyalkylene oxide, resins mainly composed of acrylamide / tertiary butyl sulfonic acid, resins mainly composed of N-vinylcarboxylic acid amide, and the like. It is done.
Cellulose-based products such as cellulose-acrylonitrile graft copolymer and carboxymethylcellulose cross-linked product, polyvinyl alcohol cross-linked products, polyvinyl alcohol-based products such as polyvinyl alcohol water-absorbing gel freeze / thaw elastomer, acrylic acid-sodium / vinyl alcohol co-polymer Polymers, acrylic acid-based products such as sodium polyacrylate crosslinked products, acrylamide-based products such as N-substituted acrylamide crosslinked products, and other polysaccharide-based materials such as hyaluronic acid can also be used.
これらの中でも、ポリアルキレンオキサイドを主成分とするノニオン性の吸水性樹脂、アクリルアミド・ターシャリーブチルスルホン酸を主成分とする樹脂、N−ビニルカルボン酸アミドを主成分とする樹脂が好ましく、ポリアルキレンオキサイドを主成分とするノニオン性の吸水性樹脂がより好ましい。また、主成分であるポリアルキレンオキサイドが、ポリアルキレンオキサイドの変性物であるものがさらに好ましい。前記変性は、ウレタン変性などが挙げられる。 Among these, nonionic water-absorbing resins mainly composed of polyalkylene oxide, resins mainly composed of acrylamide / tertiary butyl sulfonic acid, and resins mainly composed of N-vinylcarboxylic amide are preferable. A nonionic water-absorbing resin mainly composed of oxide is more preferable. Further, it is more preferable that the main component polyalkylene oxide is a modified product of polyalkylene oxide. Examples of the modification include urethane modification.
ノニオン型ポリアルキレンオキサイド系樹脂としては、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、エチレンオキサイド−プロピレンオキサイド共重合体のいずれか単独あるいは2種以上を組み合わせた複合系のもの等が挙げられる。前記ポリエチレンオキサイドとしては、重量平均分子量が1万〜50万であることが好ましく、重量平均分子量が2万〜10万であることがより好ましい。また、前記ポリプロピレンオキサイドとしては、重量平均分子量が500〜5万であることが好ましく、重量平均分子量が1000〜2万であることが好ましい。さらに、エチレンオキサイド−プロピレンオキサイド共重合体のいずれか単独あるいは2種以上を組み合わせた複合系としては、重量平均分子量が500〜5万であることが好ましく、重量平均分子量が1000〜2万であることが好ましい。上記重量平均分子量の下限未満では、吸水性が不充分となる傾向にあり、上記重量平均分子量の上限を超えると、成型加工性及び作業性が低下する傾向にある。 Examples of the nonionic polyalkylene oxide-based resin include polyethylene oxide, polypropylene oxide, ethylene oxide-propylene oxide copolymers, or a composite system in which two or more kinds are combined. The polyethylene oxide preferably has a weight average molecular weight of 10,000 to 500,000, and more preferably 20,000 to 100,000. Moreover, as said polypropylene oxide, it is preferable that a weight average molecular weight is 500-50,000, and it is preferable that a weight average molecular weight is 1000-20,000. Furthermore, as a composite system in which any one of ethylene oxide-propylene oxide copolymers or a combination of two or more thereof is used, the weight average molecular weight is preferably 500 to 50,000, and the weight average molecular weight is 1000 to 20,000. It is preferable. If the weight average molecular weight is less than the lower limit, the water absorption tends to be insufficient, and if the weight average molecular weight is exceeded, the moldability and workability tend to decrease.
また、本発明にかかるノニオン型ポリアルキレンオキサイド系吸水性樹脂の変性物としては、ポリアルキレンオキサイドとポリオールとをイソシアネート系化合物で架橋させて得られるものが好ましい。このようにして得られるノニオン型ポリアルキレンオキサイド系吸水性樹脂の変性物を用いると、吸水能力、成型等の加工性、保型性、使用感、安定性及び安全性等がより優れたものとなる傾向にある。 Further, the nonionic polyalkylene oxide water-absorbing resin modified product according to the present invention is preferably obtained by crosslinking polyalkylene oxide and polyol with an isocyanate compound. By using the modified nonionic polyalkylene oxide water-absorbent resin thus obtained, water absorption capacity, processability such as molding, shape retention, usability, stability and safety are more excellent. Tend to be.
このようなポリアルキレンオキサイドとしては前述のポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、エチレンオキサイド−プロピレンオキサイド共重合体のいずれか単独あるいは2種以上を組み合わせた複合系のものが好ましい。 As such a polyalkylene oxide, any of the above-mentioned polyethylene oxide, polypropylene oxide, ethylene oxide-propylene oxide copolymer, or a composite system in which two or more are combined is preferable.
また、ポリオールとしては特に限定するものではないが、分子量500以下の低分子ジオールであることが好ましく、より好ましくはエチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、トリメチレングリコール、1,3−ブタンジオール、2,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、ヘキシレングリコール、オクチレングリコール、グリセリルモノアセテート、グリセリルモノブチレート、1,6−ヘキサンジオール、1,9−ノナンジオール、1,4−ビスヒドロキシエチルベンゼン等の脂肪族又は芳香族ジオールが挙げられる。この中でも、吸水能力及び安定性の向上という観点から、特にエチレングリコール、プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,9−ノナンジオールを好適に使用することができる。また、これら低分子ジオールは単独あるいは2種以上の組み合わせで使用できる。 The polyol is not particularly limited, but is preferably a low molecular diol having a molecular weight of 500 or less, more preferably ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, tetraethylene glycol, propylene glycol, dipropylene glycol, triethylene. Methylene glycol, 1,3-butanediol, 2,3-butanediol, 1,4-butanediol, 1,5-pentanediol, hexylene glycol, octylene glycol, glyceryl monoacetate, glyceryl monobutyrate, 1, Examples thereof include aliphatic or aromatic diols such as 6-hexanediol, 1,9-nonanediol, and 1,4-bishydroxyethylbenzene. Among these, ethylene glycol, propylene glycol, 1,4-butanediol, 1,6-hexanediol, and 1,9-nonanediol can be preferably used from the viewpoint of improving water absorption capacity and stability. These low molecular diols can be used alone or in combination of two or more.
また、前記イソシアネート系化合物としては特に限定するものではないが、脂肪族又は芳香族ジイソシアネートが好ましく、具体的には、1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、1,8−ジメチルベンゾール−2,4−ジイソシアネート、2,4−トリレンジイソシアネート、2,2’−ジメチル−4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、1,3−又は1,4−ビス(イソシアネートメチル)ベンゼン、1,3−又は1,4−ビス(イソシアネートメチル)シクロヘキサン、4,4’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート等が挙げられる。このような脂肪族又は芳香族ジイソシアネートの中でも、吸水能力、使用感及び安定性の向上という観点から、1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、2,4−トリレンジイソシアネート、4,4’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート等を好適に使用することができる。これらジイソシアネート系化合物は単独あるいは2種以上の組み合わせで使用できる。 The isocyanate compound is not particularly limited, but is preferably an aliphatic or aromatic diisocyanate, specifically 1,6-hexamethylene diisocyanate, 4,4′-diphenylmethane diisocyanate, 1,8- Dimethylbenzole-2,4-diisocyanate, 2,4-tolylene diisocyanate, 2,2′-dimethyl-4,4′-diphenylmethane diisocyanate, 1,3- or 1,4-bis (isocyanatomethyl) benzene, 1, 3- or 1,4-bis (isocyanate methyl) cyclohexane, 4,4′-dicyclohexylmethane diisocyanate, isophorone diisocyanate and the like. Among such aliphatic or aromatic diisocyanates, 1,6-hexamethylene diisocyanate, 4,4′-diphenylmethane diisocyanate, 2,4-tolylene diisocyanate, from the viewpoint of improving water absorption capacity, feeling of use and stability, 4,4′-dicyclohexylmethane diisocyanate and the like can be preferably used. These diisocyanate compounds can be used alone or in combination of two or more.
また、本発明においてポリアルキレンオキサイドとポリオールとをイソシアネート系化合物で架橋させる方法としては、一般的に、適当な溶媒、例えば、トルエン、キシレン、ジメチルホルムアミド等を用いた溶液状で反応させることも可能であるが、分散状で反応させる方法や、粉末状または固体状で両者を均一に混合した後、所定の温度に加熱して反応させることもできる。
具体的には、特開平09−143210号公報の式(I)又は(II)に記載の化合物が挙げられる。
In the present invention, the polyalkylene oxide and polyol can be cross-linked with an isocyanate compound, generally in the form of a solution using an appropriate solvent such as toluene, xylene or dimethylformamide. However, it is also possible to react in a dispersed state, or after mixing both uniformly in powder or solid form, the reaction can be carried out by heating to a predetermined temperature.
Specific examples include compounds described in formula (I) or (II) of JP-A No. 09-143210.
吸水性樹脂の使用量は、ナノ金属粒子水性分散液(A)中の揮発分の質量換算100部当たり1〜15部の吸水性樹脂(B)を用いることが好ましい。 As for the usage-amount of a water absorbing resin, it is preferable to use 1-15 parts of water absorbing resin (B) per 100 parts of volatile matter mass conversion in a nano metal particle aqueous dispersion (A).
吸水性樹脂の形状は、ペレット状、粒状のものなどが挙げられるが、後記精製処理時に効率的に再分散を行う観点から、ペレット状のものが好ましい。 Examples of the shape of the water-absorbent resin include pellets and granules. From the viewpoint of efficient redispersion during the refining treatment described later, pellets are preferable.
<精製処理>
このように調製したナノ金属粒子水性分散液(D)に、密閉容器中で、吸水性樹脂を加え、6〜24時間静置するという簡便な操作だけで、吸水性樹脂が不可避液分を含む液を吸液することができる。吸液し、膨潤した吸水性樹脂の周囲をナノ金属が覆っている状態になる。これらの操作を密閉容器中で行うことで、ナノ金属が完全には乾かず凝集することなく処理をすることができる。
その後、水又は有機溶媒を加え、手混ぜし、濾紙上で濾過し、吸水性樹脂に付着したナノ金属を濾液に分散させることができる。水又は有機溶媒を複数回に分けてかけ洗いすることで吸水性樹脂に付着したナノ金属を洗い落とし、濾液に効率よく分散(再分散)させることができる。
ここで、有機溶媒は、吸水性樹脂を溶かすなどの悪影響を与えない限りいずれのものでもよいが、ナノ金属の用途別に適宜選択して用いることができる。すなわち、エタノール、メタノール、プロパノール、ブタノール等の低級アルコール類、アセトン、MEK、MIBK、酢酸エチル等のケトン類、トルエン、キシレン等の疎水性溶剤、α−ターピネオール等の高沸点溶剤などが挙げられる。
<脱水工程>
精製されたナノ金属粒子水性分散液(D)を、更に脱水させることもできる。これらは、切り替えたい溶剤を加えて共沸させる方法など公知慣用の方法で行うことができる。
<Purification treatment>
The water-absorbent resin contains an unavoidable liquid component by simply adding the water-absorbent resin to the nanometal particle aqueous dispersion (D) thus prepared and allowing it to stand for 6 to 24 hours. The liquid can be absorbed. The nanometal covers the periphery of the water-absorbing resin that has absorbed and swollen. By performing these operations in a sealed container, the nanometal can be processed without being completely dried and aggregated.
Thereafter, water or an organic solvent can be added, mixed by hand, filtered on a filter paper, and the nanometal adhering to the water absorbent resin can be dispersed in the filtrate. The nano metal adhering to the water-absorbent resin can be washed away by washing with water or an organic solvent divided into a plurality of times, and can be efficiently dispersed (redispersed) in the filtrate.
Here, the organic solvent may be any organic solvent as long as it does not have an adverse effect such as dissolving the water-absorbent resin. That is, lower alcohols such as ethanol, methanol, propanol and butanol, ketones such as acetone, MEK, MIBK and ethyl acetate, hydrophobic solvents such as toluene and xylene, and high-boiling solvents such as α-terpineol.
<Dehydration process>
The purified nano metal particle aqueous dispersion (D) can be further dehydrated. These can be performed by a known and commonly used method such as a method of adding a solvent to be switched and azeotropically.
以下、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限定されるものではない。なお、特に断わりがない限り「%」は「質量%」を表わす。
<本発明に用いた機器類の記載>
[硝酸イオン濃度の測定]
東亜ディーケーケー(株)のポータブルイオン・pH計、IM−32P型を用いた。固形分が所定量となるようナノ銀水分散体を容器に精秤し、125℃、30分乾燥後の溶融残滓に所定量の水を再添加し抽出した硝酸イオン濃度を測定した。
[粒径の測定]
レーザードップラー法を応用した粒度分布測定装置(日機装(株)製のナノトラック(登録商標)、UPA−EX150)を用いて測定した。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention in more detail, this invention is not limited to these Examples. Unless otherwise specified, “%” represents “mass%”.
<Description of equipment used in the present invention>
[Measurement of nitrate ion concentration]
A portable ion / pH meter, IM-32P type, manufactured by Toa DK Corporation was used. The nanosilver aqueous dispersion was precisely weighed in a container so that the solid content was a predetermined amount, and the nitrate ion concentration extracted by adding a predetermined amount of water to the molten residue after drying at 125 ° C. for 30 minutes was measured.
[Measurement of particle size]
Measurement was performed using a particle size distribution measuring apparatus (Nanotrack (registered trademark), UPA-EX150, manufactured by Nikkiso Co., Ltd.) using a laser Doppler method.
合成例1(ナノ銀の合成)
(1)<保護剤及びその水溶液>
特許4573138号記載の合成例1に基づき保護剤となる樹脂を得た。
得られた樹脂を溶解した水溶液(銀重量120g(製造予定の銀重量)に対し、固形分で7.10%になるように調製した。34.16g、濃度24.94wt%)に、保護剤に対して0.527wt%の過酸化水素を30%水溶液の形で添加し、室温で1時間撹拌後静置し、保護剤水溶液を得た。
(2)<硝酸銀水溶液>
硝酸銀189.00gを水314.95gに加え、室温で撹拌し溶解させ硝酸銀水溶液を得た。この際、光照射によるナノ銀核の自然形成を避けるため、使用する容器はアルミホイルで包んだものを使用した。
(3)<ナノ銀粒子水性分散液>
2,000mL四ツ口フラスコに、水455.63g、上記(1)で得られた保護剤水溶液34.31g及びジメチルアミノエタノール297.37gを投入した。前記四ツ口フラスコをバス中にセットし、半月翼で撹拌(250rpm)しながら窒素ガスを1分間当たり10mL吹き込み、40℃まで昇温した。40℃に到達後、上記(2)で得られた硝酸銀水溶液を30分間かけて滴下し、次いで容器を共洗いした水15.75gも滴下した後、50℃まで昇温し、5時間保持した後、自然放冷した。
Synthesis Example 1 (Synthesis of nano silver)
(1) <Protective agent and its aqueous solution>
A resin serving as a protective agent was obtained based on Synthesis Example 1 described in Japanese Patent No. 4573138.
To the aqueous solution in which the obtained resin was dissolved (the silver weight was 120 g (the silver weight to be manufactured), the solid content was adjusted to 7.10%. 34.16 g, the concentration was 24.94 wt%). 0.527 wt% hydrogen peroxide was added in the form of a 30% aqueous solution, and the mixture was stirred at room temperature for 1 hour and allowed to stand to obtain an aqueous protective agent solution.
(2) <Silver nitrate aqueous solution>
189.00 g of silver nitrate was added to 314.95 g of water, and stirred and dissolved at room temperature to obtain an aqueous silver nitrate solution. At this time, in order to avoid spontaneous formation of nano silver nuclei by light irradiation, the container used was an aluminum foil wrapped.
(3) <Nanosilver particle aqueous dispersion>
Into a 2,000 mL four-necked flask, 455.63 g of water, 34.31 g of the protective agent aqueous solution obtained in the above (1) and 297.37 g of dimethylaminoethanol were added. The four-necked flask was set in a bath, and nitrogen gas was blown in at 10 mL per minute while stirring with a half-moon blade (250 rpm), and the temperature was raised to 40 ° C. After reaching 40 ° C., the aqueous silver nitrate solution obtained in (2) above was added dropwise over 30 minutes, and then 15.75 g of water in which the container was co-washed was also added dropwise, and then the temperature was raised to 50 ° C. and held for 5 hours. Later, it was allowed to cool naturally.
実施例1(本発明の精製処理)
前記合成例1(3)で得られた自然放冷後のナノ銀粒子水性分散液50gに、密閉容器中で、住友精化(株)製アクアコークTWB(吸水性樹脂、ウレタン変性ポリアルキレンオキサイド、住友精化(株)の登録商標)5.00gを加え、30分間撹拌後翌日まで静置した。静置後、液分をほぼ吸液し、膨潤した吸水性樹脂の周囲をナノ銀が覆っているのを確認した。これらの操作を密閉容器中で行ったため、ナノ銀は完全には乾かず凝集しない。
その後、水50gを加え、手混ぜし、濾紙上で濾過し、水100gを3回に分けてかけ洗いし(一回目は水25g、二回目は水25g、三回目は水50g)、吸水性樹脂に付着したナノ銀を洗い落とし、濾液に分散させた。
<硝酸イオン濃度>
前記濾液の硝酸イオン濃度を、イオン電極を用いて測定した。その結果、精製処理前に比べて硝酸イオン濃度が29%まで減少した。
<粒径>
前記濾液中のナノ銀の粒径を、ナノトラック(日機装(株)の登録商標)により測定した。その結果、精製処理の前後で粒径の変化は見られなかった。
このことから、本発明の方法により、ナノ金属粒子を凝集或いは融着させることなく不可避成分を除去し、選択的に回収することができたことがわかる。
Example 1 (Purification treatment of the present invention)
In an airtight container, 50 g of the aqueous dispersion of nano silver particles after natural cooling obtained in Synthesis Example 1 (3) was mixed with Aqua Coke TWB (water absorbent resin, urethane-modified polyalkylene oxide) manufactured by Sumitomo Seika Co., Ltd. 5.00 g of Sumitomo Seika Co., Ltd.) was added, and the mixture was stirred for 30 minutes and allowed to stand until the next day. After standing, the liquid was almost absorbed, and it was confirmed that nanosilver covered the swollen water absorbent resin. Since these operations were performed in a closed container, the nanosilver did not dry completely and did not aggregate.
Then, add 50 g of water, mix by hand, filter on filter paper, wash 100 g of water in three portions (first time 25 g water, second time water 25 g, third time water 50 g), water absorption The nano silver adhering to the resin was washed away and dispersed in the filtrate.
<Nitrate ion concentration>
The nitrate ion concentration of the filtrate was measured using an ion electrode. As a result, the nitrate ion concentration decreased to 29% compared to before the purification treatment.
<Particle size>
The particle size of nanosilver in the filtrate was measured with Nanotrac (registered trademark of Nikkiso Co., Ltd.). As a result, no change in particle size was observed before and after the purification treatment.
From this, it can be seen that the inevitable component could be removed and selectively recovered by the method of the present invention without agglomerating or fusing the nano metal particles.
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