JP2020138136A - Positive ion exchanger - Google Patents

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JP2020138136A
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竜馬 宮本
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智子 金森
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Abstract

To provide an ion exchanger having a long filtration life.SOLUTION: In a cross section that passes the center of gravity of an ion exchanger and has a minimum cross sectional area when the ion exchanger is particulate-like or irregular-shape particulate-like, and in a cross section perpendicular to the longer direction when the ion exchanger is fiber-like or sheet-like, the area of the ion exchange layer occupies 30% or more of the total cross sectional area. The ion exchange layer contains nonfreezing water of 50 (wt.%-absolute dry weight base) or more and 100 (wt.%-absolute dry weight base) or less and water of a lowered melting point of 2 (wt.%-absolute dry weight base) or more and 20 (wt.%-absolute dry weight base) or less.SELECTED DRAWING: None

Description

水道水の硬度成分、重金属等の除去に好適なイオン交換能を有する陽イオン交換体に関する。 The present invention relates to a cation exchanger having an ion exchange ability suitable for removing hardness components of tap water, heavy metals and the like.

水中から硬度成分を除去する手段として、陽イオン交換体が提案されている。 A cation exchanger has been proposed as a means for removing a hardness component from water.

特許文献1には、イオン交換体として、ポリアクリロニトリル(PAN)繊維をヒドラジン/水酸化ナトリウム水溶液で架橋しつつ、加水分解して形成された繊維が開示されている。 Patent Document 1 discloses, as an ion exchanger, a fiber formed by hydrolyzing polyacrylonitrile (PAN) fiber while cross-linking it with an aqueous solution of hydrazine / sodium hydroxide.

また、特許文献2には、高分子ポリカルボン酸の部分中和塩を混合したポリビニルアルコールを乾式紡糸した繊維が開示されている。 Further, Patent Document 2 discloses a fiber obtained by dry-spinning polyvinyl alcohol mixed with a partially neutralized salt of a high molecular weight polycarboxylic acid.

また、特許文献3には、芯鞘構造を有する繊維に電離性放射線を照射した後、その繊維にグリシジルメタクリレートをグラフトさせる分離機能性繊維の製造方法が開示されている。 Further, Patent Document 3 discloses a method for producing a separation functional fiber in which a fiber having a core-sheath structure is irradiated with ionizing radiation and then the fiber is grafted with glycidyl methacrylate.

日本国特開平1−234428号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-234428 日本国特開平09−087399号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 09-087399 日本国特開平08−199480号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 08-199480

より長いろ過寿命を有するイオン交換体が望まれている。 An ion exchanger having a longer filtration life is desired.

即ち、本発明は以下の(1)〜(6)に関する。
(1)陽イオン交換基を有する架橋高分子化合物を含有するイオン交換層を備える陽イオン交換体であって、
前記イオン交換体が粒子状、または、異形粒子状の場合は該イオン交換体の重心を通り、かつ、最小の断面積となる断面において、
前記イオン交換体が繊維状、またはシート状の場合は、長手方向に垂直な断面において、
前記イオン交換層の面積が全断面積の30%以上を占め、かつ、
前記イオン交換層が、Na型湿潤状態において不凍水を50(重量%−絶乾重量基準)以上、100(重量%−絶乾重量基準)以下、かつ、融点低下水を2(重量%−絶乾重量基準)以上、20(重量%−絶乾重量基準)以下含むことを特徴とする陽イオン交換体。
(2)前記イオン交換層が、Na型湿潤状態において、TD−NMRで測定される緩和時間が極小値を示す温度が−15℃以上であることを特徴とする、(1)に記載の陽イオン交換体。
(3)前記陽イオン交換基が、カルボキシ基であることを特徴とする、(1)または(2)に記載の陽イオン交換体。
(4)前記陽イオン交換体が、繊維形状であることを特徴とする、(1)〜(3)のいずれかに記載の陽イオン交換体。
(5)前記陽イオン交換体が、芯材と、前記芯材の周囲に配置されるとともに、イオン交換基を有する高分子化合物を含有するイオン交換層と、を備えることを特徴とする、(1)〜(4)のいずれかに記載の陽イオン交換体。
(6)前記芯材がポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレートおよびナイロンからなる群から選択される少なくとも1種のポリマーを含むことを特徴とする、(1)〜(5)のいずれかに記載のイオン交換繊維。
That is, the present invention relates to the following (1) to (6).
(1) A cation exchanger including an ion exchange layer containing a crosslinked polymer compound having a cation exchange group.
When the ion exchanger is in the form of particles or irregularly shaped particles, in a cross section that passes through the center of gravity of the ion exchanger and has the minimum cross section.
When the ion exchanger is fibrous or sheet-like, in a cross section perpendicular to the longitudinal direction,
The area of the ion exchange layer occupies 30% or more of the total cross section, and
In the Na-type wet state, the ion exchange layer contains 50 (% by weight-absolute dry weight standard) or more of antifreeze water, 100 (% by weight-absolute dry weight standard) or less, and 2 (% by weight-weight%-) water having a lower melting point. A cation exchanger comprising 20 (% by weight-absolute dry weight standard) or more (absolute dry weight standard) or more.
(2) The positive according to (1), wherein the ion exchange layer is in a Na-type wet state, and the temperature at which the relaxation time measured by TD-NMR shows a minimum value is −15 ° C. or higher. Ion exchanger.
(3) The cation exchanger according to (1) or (2), wherein the cation exchange group is a carboxy group.
(4) The cation exchanger according to any one of (1) to (3), wherein the cation exchanger has a fibrous shape.
(5) The cation exchanger includes a core material and an ion exchange layer which is arranged around the core material and contains a polymer compound having an ion exchange group (5). The cation exchanger according to any one of 1) to (4).
(6) The ion exchange according to any one of (1) to (5), wherein the core material contains at least one polymer selected from the group consisting of polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate and nylon. fiber.

断面におけるイオン交換層の面積が全断面積の30%以上を占めることでイオン交換容量が大きくなり、ろ過寿命が長くなる。また、前記イオン交換層が、Na型湿潤状態において含む不凍水および融点低下水の量が上記範囲にあることで、湿潤重量基準のイオン交換容量が大きくなり、ろ過寿命を長くすることができる。 When the area of the ion exchange layer in the cross section occupies 30% or more of the total cross section, the ion exchange capacity becomes large and the filtration life becomes long. Further, when the amount of antifreeze water and melting point lowering water contained in the ion exchange layer in the Na-type wet state is within the above range, the ion exchange capacity based on the wet weight can be increased and the filtration life can be extended. ..

1.イオン交換体
本発明のイオン交換体は、イオン交換基を有する架橋高分子化合物を含有するイオン交換層を有する。
1. 1. Ion Exchanger The ion exchanger of the present invention has an ion exchange layer containing a crosslinked polymer compound having an ion exchange group.

本実施形態において、イオン交換層は、以下の条件(a)を満たす。
(a)イオン交換繊維を1mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液に浸漬させた後、Na型になったイオン交換体の断面を走査型電子顕微鏡/電子線プローブマイクロアナライザ(Scanning Electron Microscope / Electron Probe Micro Analyzer,SEM/EPMA)で観察した際に、ナトリウム原子濃度が10重量%以上である。イオン交換体の断面は、イオン交換体が粒子状、または、異形粒子状の場合は該イオン交換体の重心を通り、かつ、最小の断面積となる断面とし、前記イオン交換体が繊維状、またはシート状の場合は、長手方向に垂直な断面とする。該断面において、イオン交換層の面積は全断面積の30%以上を占める。好ましくは40%以上である。イオン交換層が30%以上占めることで、イオン交換容量が大きいイオン交換体が得られる。
ナトリウム原子濃度(重量%)とは、試料断面をSEM/EPMAで測定した際に断面画像中の各画素におけるナトリウム元素の重量分率である。EPMAにて、標準サンプルである塩化ナトリウム結晶に電子線を照射した際に、検出されるKα(1.191nm)のX線強度が、ナトリウム原子濃度39.34重量%に対応する。試料の断面をSEM/EPMAで測定した際に断面像中の画素から検出されるKα(1.191nm)のX線強度からナトリウム原子濃度を算出する。
In the present embodiment, the ion exchange layer satisfies the following condition (a).
(A) After immersing the ion-exchange fiber in a 1 mol / L sodium hydroxide aqueous solution, the cross section of the Na-type ion exchanger is shown in a scanning electron microscope / electron probe microscope / Electron Probe Micro. When observed with an Analyzer (SEM / EPMA), the sodium atom concentration is 10% by weight or more. When the ion exchanger is in the form of particles or irregularly shaped particles, the cross section of the ion exchanger shall be a cross section that passes through the center of gravity of the ion exchanger and has the minimum cross-sectional area, and the ion exchanger is in the form of fibrous. Or, in the case of a sheet, the cross section is perpendicular to the longitudinal direction. In the cross section, the area of the ion exchange layer occupies 30% or more of the total cross section. It is preferably 40% or more. When the ion exchange layer occupies 30% or more, an ion exchanger having a large ion exchange capacity can be obtained.
The sodium atom concentration (% by weight) is a weight fraction of the sodium element in each pixel in the cross-sectional image when the sample cross-section is measured by SEM / EPMA. The X-ray intensity of Kα (1.191 nm) detected when the standard sample sodium chloride crystal is irradiated with an electron beam by EPMA corresponds to a sodium atom concentration of 39.34% by weight. The sodium atom concentration is calculated from the X-ray intensity of Kα (1.191 nm) detected from the pixels in the cross-sectional image when the cross section of the sample is measured by SEM / EPMA.

イオン交換層は、Na型湿潤状態において不凍水を50(重量%−絶乾重量基準)以上含み、好ましくは60(重量%−絶乾重量基準)以上含む。不凍水を50(重量%−絶乾重量基準)以上含むことで、吸着対象のイオンがイオン交換層の内部まで拡散することを促進し、イオン交換基が有効に使用されることで、イオン交換容量が大きくなる。また、不凍水を100(重量%−絶乾重量基準)以下含み、好ましくは80(重量%−絶乾重量基準)以下含む。不凍水を100(重量%−絶乾重量基準)以下含むことで膨潤を抑制し、湿潤重量基準のイオン交換容量を大きくできる。不凍水とは、湿潤状態のイオン交換層において、イオン交換基近傍に存在する水であり、大気圧下で−55℃までは凍結することがない水である。 The ion exchange layer contains 50 (% by weight-absolute dry weight standard) or more of antifreeze water in a Na-type wet state, and preferably 60 (% by weight-absolute dry weight standard) or more. By containing 50 (% by weight-absolute dry weight standard) or more of antifreeze water, the ions to be adsorbed are promoted to diffuse into the inside of the ion exchange layer, and the ion exchange groups are effectively used, so that the ions are used. The exchange capacity increases. Further, it contains 100 (% by weight-absolute dry weight standard) or less of antifreeze water, and preferably 80 (% by weight-absolute dry weight standard) or less. By containing 100 (% by weight-absolute dry weight standard) or less of antifreeze water, swelling can be suppressed and the ion exchange capacity based on wet weight can be increased. The antifreeze water is water that exists in the vicinity of the ion exchange group in the wet ion exchange layer and does not freeze up to −55 ° C. under atmospheric pressure.

イオン交換層は、Na型湿潤状態において融点低下水を1(重量%−絶乾重量基準)以上含む。融点低下水を1(重量%−絶乾重量基準)以上含むことで、吸着対象のイオンの拡散を促進し、イオン交換基が有効に使用されることでイオン交換容量が大きくなる。また、融点低下水を20(重量%−絶乾重量基準)以下含み、好ましくは10(重量%−絶乾重量基準)以下含む。融点低下水を20(重量%−絶乾重量基準)以下含むことで、膨潤を抑制し、湿潤重量基準のイオン交換容量を大きくできる。融点低下水とは、湿潤状態のイオン交換層内部に存在する水のうち、大気圧下で0℃より低温、かつ、−55℃以上の温度で凍結する水である。 The ion exchange layer contains 1 (% by weight-absolute dry weight standard) or more of water having a lower melting point in a Na-type wet state. By containing 1 (% by weight-absolute dry weight standard) or more of water having a lower melting point, diffusion of ions to be adsorbed is promoted, and the ion exchange capacity is increased by effectively using the ion exchange group. Further, it contains 20 (% by weight-absolute dry weight standard) or less, preferably 10 (% by weight-absolute dry weight standard) or less of water having a lower melting point. By containing 20 (% by weight-absolute dry weight standard) or less of water having a lower melting point, swelling can be suppressed and the ion exchange capacity based on wet weight can be increased. The melting point-lowering water is water existing inside the wet ion exchange layer that freezes at a temperature lower than 0 ° C. and −55 ° C. or higher under atmospheric pressure.

Na型湿潤状態のイオン交換層における不凍水、および、融点低下水の水分率(重量%−絶乾重量基準)は、示差走査熱量測定法(DSC法:Differential Scanning Calorimetry)を用い、−55℃から5℃の昇温過程のDSC曲線から下記の(1)式を使ってバルク水分率Wfを、(2)式を使って融点低下水分率Wfcを求め、全水分率Wtから差し引くことで、不凍水分率Wnfを求める。バルク水とは、主に試料の表面に存在する水で、0℃で凍結する水である。 The water content (% by weight-absolute dry weight standard) of the antifreeze water and the water whose melting point is lowered in the Na-type wet ion exchange layer is -55 using the differential scanning calorimetry (DSC method). From the DSC curve of the temperature rise process from ° C to 5 ° C, the bulk moisture content Wf is obtained using the following equation (1), and the melting point lowering moisture content Wfc is obtained using equation (2), and subtracted from the total moisture content Wt. , The antifreeze moisture content Wnf is obtained. Bulk water is water that mainly exists on the surface of a sample and freezes at 0 ° C.

Figure 2020138136
Figure 2020138136

は試料重量、mは試料の乾燥重量、dq/dtはDSCの熱流束シグナル、ΔHは大気圧下、0℃での融解熱量である。 m 0 is the sample weight, m is the dry weight of the sample, dq / dt is the heat flux signal of DSC, and ΔH 0 is the amount of heat of fusion at 0 ° C. under atmospheric pressure.

試料の乾燥重量mは、DSC測定後に110℃で2 時間以上真空乾燥後の重量とした。 The dry weight m of the sample was the weight after vacuum drying at 110 ° C. for 2 hours or more after the DSC measurement.

Na型湿潤状態のイオン交換層の示差走査熱量測定において、イオン交換体がイオン交換層以外の部分を含む場合は、イオン交換層のみを取り出し、測定を行う。イオン交換体からイオン交換層のみを取り出す方法は、特に限定しないが、例えば、イオン交換層がイオン交換体表面近傍に存在する場合は、イオン交換体表面近傍部分を片刃等を用いて切り出す方法などが挙げられる。 In the differential scanning calorimetry of the Na-type wet ion exchange layer, when the ion exchanger contains a portion other than the ion exchange layer, only the ion exchange layer is taken out and the measurement is performed. The method of extracting only the ion exchange layer from the ion exchanger is not particularly limited, but for example, when the ion exchange layer is present near the surface of the ion exchanger, a method of cutting out a portion near the surface of the ion exchanger using a single edge or the like is used. Can be mentioned.

Na型湿潤状態について述べる。乾燥状態のイオン交換層100mgを0.1mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液100mLに1時間浸漬させた後、吸引ろ過を行う。その後、蒸留水で洗浄、吸引ろ過を行い、表面の水分を取り除いた状態を、Na型湿潤状態とする。
イオン交換層は、Na型湿潤状態において、TD−NMRで測定される緩和時間が極小値を示す温度、以下、極小温度と記載する、が−15℃以上であり、好ましくは―13℃以上である。緩和時間の極小温度は、水の分子運動性が温度変化によって変化した際に、装置周波数と対応する運動性になった時に観測され、より低温で極小が確認されるほど水分子の運動性が高いことを示す。融点低下水は不凍水に比べ運動性が大きいために、不凍水に対して融点低下水を多く含むと極小温度が小さくなる。一方で、不凍水に対して融点低下水が少ない場合でも、過度に架橋され、吸着対象のイオンがイオン交換層の内部まで拡散することが阻害され、イオン交換基が有効に使用されない状態下では、極性を有するイオン交換基と水との接触が妨げられるために水の運動性は増加し、極小温度が低下する。極小温度が―13℃以上であることで、吸着対象のイオンの拡散を促進し、イオン交換基が有効に使用され、かつ、膨潤を抑制し、湿潤重量基準のイオン交換容量を大きくできる。
イオン交換体の形状については特に限定はなく、粒状、シート状、繊維状などが挙げられるが、ろ過寿命の観点からは、ろ過時にイオン交換体内部の官能基まで素早く吸着対象が拡散できる方が、ろ過寿命が長くなるので、同一の表面積でイオン交換体中心部までの拡散経路が短い繊維形状が好ましい。
The Na type wet state will be described. After immersing 100 mg of the dry ion exchange layer in 100 mL of a 0.1 mol / L sodium hydroxide aqueous solution for 1 hour, suction filtration is performed. After that, washing with distilled water and suction filtration are performed to remove water on the surface, which is referred to as a Na-type wet state.
In the Na-type wet state, the ion exchange layer has a relaxation time measured by TD-NMR, which is a temperature showing a minimum value, hereinafter referred to as a minimum temperature, but is -15 ° C. or higher, preferably -13 ° C. or higher. is there. The minimum temperature of the relaxation time is observed when the molecular motility of water changes due to temperature changes and becomes motility corresponding to the device frequency, and the motility of water molecules becomes so high that the minimum is confirmed at a lower temperature. Indicates high. Since water with a lower melting point has a higher mobility than water with a lower melting point, the minimum temperature becomes smaller when a large amount of water with a lower melting point is contained in the water with a lower melting point. On the other hand, even when the amount of water whose melting point is lowered is smaller than that of antifreeze water, it is excessively crosslinked, hindering the diffusion of the ions to be adsorbed into the ion exchange layer, and the ion exchange group is not effectively used. In, the motility of water increases and the minimum temperature decreases because the contact between the polar ion exchange group and water is hindered. When the minimum temperature is -13 ° C. or higher, diffusion of ions to be adsorbed can be promoted, ion exchange groups can be effectively used, swelling can be suppressed, and the ion exchange capacity based on wet weight can be increased.
The shape of the ion exchanger is not particularly limited and may be granular, sheet-like, fibrous, etc., but from the viewpoint of filtration life, it is better that the adsorption target can be quickly diffused to the functional groups inside the ion exchanger during filtration. Since the filtration life is long, a fiber shape having the same surface area and a short diffusion path to the center of the ion exchanger is preferable.

イオン交換体は、イオン交換基を有する架橋高分子化合物を含有するイオン交換層のみから形成されてもよいが、強度保持の観点から芯材を含むことが好ましい。芯材としては、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン;ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリ乳酸、ポリカーボネート等のポリエステル;芳香族ポリアミド、ナイロン6、ナイロン66、ナイロン11、ナイロン12、ナイロン610等のポリアミド;アクリル、ポリアクリロニトリル、ポリ塩化ビニル、PTFE、ポリフッ化ビニリデン等のハロゲン化ポリオレフィンなどを用いることができる。芯繊維がポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレートおよびナイロンからなる群から選択される少なくとも1種のポリマーを含むことが好ましい。芯繊維としては、特にポリアミド、ポリエステルが好ましい。ポリアミドでは特にナイロン6、ナイロン66、ポリエステルでは特にポリエチレンテレフタレート(PET)が好ましい。 The ion exchanger may be formed only from an ion exchange layer containing a crosslinked polymer compound having an ion exchange group, but preferably contains a core material from the viewpoint of maintaining strength. As the core material, polyolefins such as polyethylene and polypropylene; polyesters such as polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polylactic acid and polycarbonate; polyamides such as aromatic polyamide, nylon 6, nylon 66, nylon 11, nylon 12, nylon 610; and acrylic. , Polyacrylonitrile, polyvinyl chloride, PTFE, polyvinylidene fluoride and other halogenated polyolefins can be used. It is preferable that the core fiber contains at least one polymer selected from the group consisting of polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate and nylon. Polyamide and polyester are particularly preferable as the core fiber. Nylon 6 and nylon 66 are particularly preferable for polyamide, and polyethylene terephthalate (PET) is particularly preferable for polyester.

イオン交換層は、陽イオン交換基を有する高分子化合物を含有する。 The ion exchange layer contains a polymer compound having a cation exchange group.

陽イオン交換基としては、スルホン酸基等の強酸性陽イオン交換基、並びにカルボキシ基およびリン酸基などの弱酸性陽イオン交換基が挙げられる。 Examples of the cation exchange group include a strongly acidic cation exchange group such as a sulfonic acid group and a weakly acidic cation exchange group such as a carboxy group and a phosphoric acid group.

イオン交換基を有する架橋高分子化合物は、複数の高分子鎖が多点的に共有結合で架橋された化合物である。架橋高分子化合物は、架橋によって形成された三次元的な網目構造を有しており、水および有機溶媒等の溶媒に不溶であるが、その網目構造内に溶媒を保持することができる。架橋高分子化合物はゲルであるとも言える。 A crosslinked polymer compound having an ion exchange group is a compound in which a plurality of polymer chains are covalently crosslinked at multiple points. The crosslinked polymer compound has a three-dimensional network structure formed by cross-linking and is insoluble in solvents such as water and organic solvents, but the solvent can be retained in the network structure. It can be said that the crosslinked polymer compound is a gel.

架橋高分子化合物は、例えば、カルボキシ基を有する高分子化合物と、カルボキシ基と反応する官能基を2つ以上有する化合物との架橋反応によって形成される化合物である。 The crosslinked polymer compound is, for example, a compound formed by a crosslinking reaction between a polymer compound having a carboxy group and a compound having two or more functional groups that react with the carboxy group.

カルボキシ基を有する高分子化合物とは、分子内に複数のカルボキシ基を有する化合物であって、具体的には、単独重合体または共重合体を加水分解することで得られるポリマーが例示される。単独重合体としては、アクリル酸またはメタクリル酸の単独重合体が挙げられ、共重合体としては、アクリル酸およびメタクリル酸の少なくとも一方をモノマー成分として含有する共重合体、無水マレイン酸をモノマー成分として含有する共重合体、アクリル酸エステル並びにメタクリル酸エステルが挙げられる。より具体的には、カルボキシ基を有する高分子化合物としては、ポリアクリル酸が挙げられる。 The polymer compound having a carboxy group is a compound having a plurality of carboxy groups in the molecule, and specific examples thereof include a polymer obtained by hydrolyzing a homopolymer or a copolymer. Examples of the homopolymer include a homopolymer of acrylic acid or methacrylic acid, and examples of the copolymer include a copolymer containing at least one of acrylic acid and methacrylic acid as a monomer component and maleic anhydride as a monomer component. Examples thereof include copolymers contained, acrylic acid esters, and methacrylic acid esters. More specifically, polyacrylic acid is mentioned as a polymer compound having a carboxy group.

カルボキシ基と反応する官能基を2つ以上有する化合物とは、分子内にヒドロキシル基、アミノ基、グリシジル基、オキサゾリン基、カルボジイミド基などカルボキシ基と反応して共有結合を形成する官能基を複数有する化合物のことであって、特にグリシジル基、オキサゾリン基、カルボジイミド基など反応性の高い官能基を複数有する化合物が好ましい。このような化合物として、具体的には、ポリグリシジル化合物、ポリオキサゾリン化合物およびポリカルボジイミド化合物が挙げられる。 A compound having two or more functional groups that react with a carboxy group has a plurality of functional groups in the molecule that react with a carboxy group such as a hydroxyl group, an amino group, a glycidyl group, an oxazoline group, and a carbodiimide group to form a covalent bond. It is a compound, and a compound having a plurality of highly reactive functional groups such as a glycidyl group, an oxazoline group and a carbodiimide group is particularly preferable. Specific examples of such a compound include a polyglycidyl compound, a polyoxazoline compound and a polycarbodiimide compound.

ポリグリシジル化合物とは、グリシジル基を1つの分子内に2つ以上含む化合物のことで、具体的な化合物としては、ナガセケムテックス株式会社製デナコールEX−313(グリセロールポリグリシジルエーテル)、EX−421(ジグリセロールポリグリシジルエーテル)、EX−512(ポリグリセロールポリグリシジルエーテル)、EX−612(ソルビトールポリグリシジルエーテル)、EX−810(エチレングリコールジグリシジルエーテル)、EX−821(ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル)、EX−850(ジエチレングリコールジグリシジルエーテル)が挙げられる。 The polyglycidyl compound is a compound containing two or more glycidyl groups in one molecule, and specific compounds include Denacol EX-313 (glycerol polyglycidyl ether) and EX-421 manufactured by Nagase ChemteX Corporation. (Diglycerol polyglycidyl ether), EX-512 (polyglycerol polyglycidyl ether), EX-612 (sorbitol polyglycidyl ether), EX-810 (ethylene glycol diglycidyl ether), EX-821 (polyethylene glycol diglycidyl ether) , EX-850 (diethylene glycol diglycidyl ether).

ポリオキサゾリン化合物とは、オキサゾリン基を1つの分子内に2つ以上含む化合物のことで、具体的な化合物としては、株式会社日本触媒製エポクロスWS−300、WS−500、WS−700が挙げられる。 The polyoxazoline compound is a compound containing two or more oxazoline groups in one molecule, and specific compounds include Epocross WS-300, WS-500, and WS-700 manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd. ..

ポリカルボジイミド化合物とは、カルボジイミド基を1つの分子内に2つ以上含む化合物のことで、具体的な化合物としては日清紡ケミカル株式会社製カルボジライトV−02、SV−02、V−10が挙げられる。 The polycarbodiimide compound is a compound containing two or more carbodiimide groups in one molecule, and specific compounds include carbodilite V-02, SV-02, and V-10 manufactured by Nisshinbo Chemical Co., Ltd.

なお、1種の架橋高分子化合物は複数種類のイオン交換基を有してもよい。また、1種の架橋高分子化合物が陽イオン交換基または陰イオン交換基の片方のみを有していてもよいし、両方を有していてもよい。架橋高分子化合物は、1種類のモノマーで構成されてもよいし、2種類以上のモノマーで構成されてもよい。 One type of crosslinked polymer compound may have a plurality of types of ion exchange groups. Further, one type of crosslinked polymer compound may have only one of a cation exchange group or an anion exchange group, or may have both. The crosslinked polymer compound may be composed of one kind of monomer or may be composed of two or more kinds of monomers.

乾燥重量基準のイオン交換容量の観点から、イオン交換層は特にアクリル系モノマーからなるポリマーを50重量%以上、好ましくは60重量%以上含んでいることが好ましい。アクリル系モノマーからなるポリマーを50重量%以上含むことにより乾燥重量基準のイオン交換容量の大きいイオン交換繊維を得ることができる。また、アクリル系モノマーからなるポリマーを95重量%以下、好ましくは85重量%以下含んでいることが好ましい。アクリル系モノマーからなるポリマーを95重量%以下含むことにより、イオン交換体の膨潤を抑制し、湿潤重量基準のイオン交換容量を大きくすることができる。 From the viewpoint of the ion exchange capacity based on the dry weight, the ion exchange layer preferably contains 50% by weight or more, preferably 60% by weight or more of the polymer composed of the acrylic monomer. By containing 50% by weight or more of the polymer composed of the acrylic monomer, an ion exchange fiber having a large ion exchange capacity based on the dry weight can be obtained. Further, it is preferable that the polymer composed of an acrylic monomer is contained in an amount of 95% by weight or less, preferably 85% by weight or less. By containing 95% by weight or less of the polymer composed of the acrylic monomer, the swelling of the ion exchanger can be suppressed and the ion exchange capacity based on the wet weight can be increased.

2.陽イオン交換体の製造方法
芯材は、粒状体の場合は噴霧法などによって作製できる。芯材が繊維状の場合は、溶融紡糸や電界紡糸、湿式紡糸によって作製できる。芯繊維を複数本にする場合は、海島溶融紡糸法を用い、芯繊維を島成分、芯繊維よりもアルカリ水溶液に溶解しやすい成分を海成分とし、紡糸後アルカリ水溶液にて海成分のみを溶解させる方法があるが、これに限らない。
2. 2. Method for producing cation exchanger The core material can be produced by a spray method or the like in the case of a granular material. When the core material is fibrous, it can be produced by melt spinning, electric field spinning, or wet spinning. When making multiple core fibers, the sea-island melt spinning method is used, the core fibers are island components, the components that are more easily dissolved in the alkaline aqueous solution than the core fibers are the sea components, and only the sea components are dissolved in the alkaline aqueous solution after spinning. There is a way to make it, but it is not limited to this.

イオン交換層の形成方法は以下のとおりである。 The method for forming the ion exchange layer is as follows.

芯材を含む場合は、陽イオン交換基が付与することで、イオン交換能を有するようになる。芯材に付与されるイオン交換基としては、スルホン酸基などの強酸性カチオン交換基や、カルボキシ基、リン酸基などの弱酸性カチオン交換基が挙げられる。スルホン酸基を有するモノマーとして、スチレンスルホン酸、ビニルスルホン酸、2−アクリルアミド−2メチルプロパンスルホン酸、及びこれらのナトリウム塩、アンモニウム塩等が挙げられる。カルボキシ基を有するモノマーとして、アクリル酸、メタクリル酸等のアクリル系モノマーを挙げることができる。また、それ自体はイオン交換基及び/又はキレート基を有していないが、イオン交換基及び/又はキレート基に変換可能な官能基を有するモノマーとしては、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、メタクリル酸グリシジル、スチレン、アクリロニトリル、アクロレイン、クロロメチルスチレンなどを挙げることができる。イオン交換容量の観点から、特にアクリル系モノマーを用いることが好ましい。 When a core material is included, it has an ion exchange ability by adding a cation exchange group. Examples of the ion exchange group imparted to the core material include a strongly acidic cation exchange group such as a sulfonic acid group and a weakly acidic cation exchange group such as a carboxy group and a phosphoric acid group. Examples of the monomer having a sulfonic acid group include styrene sulfonic acid, vinyl sulfonic acid, 2-acrylamide-2 methylpropane sulfonic acid, and sodium salts and ammonium salts thereof. Examples of the monomer having a carboxy group include acrylic monomers such as acrylic acid and methacrylic acid. In addition, although the monomer itself does not have an ion exchange group and / or a chelate group, examples of the monomer having a functional group that can be converted into an ion exchange group and / or a chelate group include acrylic acid ester, methacrylic acid ester, and methacrylic acid. Examples thereof include glycidyl, styrene, acrylonitrile, achlorine, and chloromethylstyrene. From the viewpoint of ion exchange capacity, it is particularly preferable to use an acrylic monomer.

芯材へこのような官能基を付与する方法としては、上記官能基を有するモノマーを、開始剤を用い、架橋剤と共に芯繊維にグラフト共重合するのが好ましいが、ガンマ線または電子線などを照射してカチオン交換基を有するモノマーを架橋剤と共に芯繊維に共重合しても良い。カチオン交換基を有するモノマーを架橋剤と共に芯繊維にグラフト共重合することで、芯繊維の周囲にイオン交換層が形成される。開始剤としては、過硫酸アンモニウム(APS)、アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)、過酸化ベンゾイル(BPO)などが挙げられる。 As a method for imparting such a functional group to the core material, it is preferable to graft-copolymerize the monomer having the above functional group to the core fiber together with the cross-linking agent by using an initiator, but irradiate with gamma rays or electron beams. Then, the monomer having a cation exchange group may be copolymerized with the cross-linking agent on the core fiber. An ion exchange layer is formed around the core fiber by graft-copolymerizing the monomer having a cation exchange group with the cross-linking agent onto the core fiber. Examples of the initiator include ammonium persulfate (APS), azobisisobutyronitrile (AIBN), benzoyl peroxide (BPO) and the like.

特に、開始剤として過硫酸アンモニウム(APS)や過酸化ベンゾイル(BPO)などの過酸化物を用いる場合には、還元剤として、鉄(II)塩、亜硫酸塩、スルフィン酸塩、ヒドロキシルアミンなどを同時に用いることで、より反応を促進させることができる。 In particular, when a peroxide such as ammonium persulfate (APS) or benzoyl peroxide (BPO) is used as the initiator, iron (II) salt, sulfite, sulfinate, hydroxylamine and the like are simultaneously used as the reducing agent. By using it, the reaction can be further promoted.

その他、ラジカル重合を促進させる物質としてテトラメチルエチレンジアミン(TEMED)、エチレンジアミンテトラ酢酸(EDTA)などを添加してもよい。 In addition, tetramethylethylenediamine (TEMED), ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) and the like may be added as substances that promote radical polymerization.

架橋剤をカチオン交換基を有するモノマーと共に共重合することで、膨潤が抑制され、湿潤重量基準のイオン交換容量が大きくなる。 By copolymerizing the cross-linking agent with a monomer having a cation exchange group, swelling is suppressed and the ion exchange capacity based on the wet weight is increased.

架橋剤としては、パラホルムアルデヒド、2官能アクリルアミド、2官能アクリレート、2官能メタクリレート、ジビニルベンゼンが好適に用いられる。2官能アクリルアミドとしては例えば、N,N’−メチレンビスアクリルアミドが挙げられる。2官能アクリレートとしては例えば、2―ヒドロキシ−3−アクリロイロキシプロピルメタクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート、などが挙げられる。2官能メタクリレートとしては例えばエチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、ポリエチレングリコールジメタクリレートなどが挙げられる。 As the cross-linking agent, paraformaldehyde, bifunctional acrylamide, bifunctional acrylate, bifunctional methacrylate and divinylbenzene are preferably used. Examples of the bifunctional acrylamide include N, N'-methylenebisacrylamide. Examples of the bifunctional acrylate include 2-hydroxy-3-acryloyloxypropyl methacrylate, polyethylene glycol diacrylate, 1,6-hexanediol diacrylate, and the like. Examples of the bifunctional methacrylate include ethylene glycol dimethacrylate, diethylene glycol dimethacrylate, triethylene glycol dimethacrylate, and polyethylene glycol dimethacrylate.

イオン交換基にカルボキシ基を含む場合は、芯材へイオン交換層を付与した後に、加熱処理をすることで、膨潤を抑制し、湿潤重量基準のイオン交換容量を増加させることができる。加熱温度は170℃以上、好ましくは180℃以上、さらに好ましくは190℃以上である。170℃以上であることで、カルボキシ基同士が脱炭酸反応によって架橋し、膨潤を抑制でき、湿潤重量基準のイオン交換容量を大きくできる。一方で、加熱温度は230℃以下であることが好ましく、220℃以下であることがより好ましい。加熱温度が230℃以下であることで架橋形成の過度の進行を抑制することができる。また、この工程においてイオン交換体を加熱する際の時間としては、3分以上加熱することが好ましく、5分以上加熱することがより好ましい。加熱時間が3分以上であることで、架橋反応が十分に進むので、カルボキシ基を有する高分子化合物が水中に溶出しにくくなる。また、加熱時間は40分以下であることが好ましく、30分以下であることがより好ましい。加熱時間が40分以下であることで、加工時のコストを抑制することができる。該加熱処理を行う場合は、架橋剤添加による共重合は必須ではない。 When the ion exchange group contains a carboxy group, the swelling can be suppressed and the ion exchange capacity based on the wet weight can be increased by applying the ion exchange layer to the core material and then performing the heat treatment. The heating temperature is 170 ° C. or higher, preferably 180 ° C. or higher, and more preferably 190 ° C. or higher. When the temperature is 170 ° C. or higher, the carboxy groups are crosslinked by the decarboxylation reaction, swelling can be suppressed, and the ion exchange capacity based on the wet weight can be increased. On the other hand, the heating temperature is preferably 230 ° C. or lower, more preferably 220 ° C. or lower. When the heating temperature is 230 ° C. or lower, excessive progress of crosslink formation can be suppressed. In addition, the time for heating the ion exchanger in this step is preferably 3 minutes or more, and more preferably 5 minutes or more. When the heating time is 3 minutes or more, the cross-linking reaction proceeds sufficiently, so that the polymer compound having a carboxy group is less likely to elute into water. The heating time is preferably 40 minutes or less, more preferably 30 minutes or less. When the heating time is 40 minutes or less, the cost at the time of processing can be suppressed. When the heat treatment is performed, copolymerization by adding a cross-linking agent is not essential.

芯材にイオン交換基を有するモノマーを共重合する以外に、芯材にイオン交換層を付与する方法としては、例えば、(1)カルボキシ基を有する高分子化合物、及びカルボキシ基と反応する官能基を2つ以上有する化合物を含む水溶液に、芯材を接触させる工程、(2)上記工程(1)の後に芯材に付着した余剰な水溶液を液切りする工程、(3)上記工程(2)の後にカルボキシ基を有する高分子化合物、及びカルボキシ基と反応する官能基を2つ以上有する化合物を、加熱により架橋反応させる工程、を有する。
(1)の工程において、カルボキシ基を有する高分子化合物、及びカルボキシ基と反応する官能基を2つ以上有する化合物を含む水溶液に、芯材を接触させる方法としては、芯材を上記水溶液に浸漬する方法、芯材に対して上記水溶液をコーターやローラーやスプレー等を用いて塗布する方法を用いることができる。
In addition to copolymerizing a monomer having an ion exchange group on the core material, as a method for imparting an ion exchange layer to the core material, for example, (1) a polymer compound having a carboxy group and a functional group reacting with the carboxy group A step of bringing the core material into contact with an aqueous solution containing two or more compounds, (2) a step of draining excess aqueous solution adhering to the core material after the above step (1), (3) the above step (2). After that, a polymer compound having a carboxy group and a compound having two or more functional groups that react with the carboxy group are subjected to a cross-linking reaction by heating.
In the step (1), as a method of bringing the core material into contact with an aqueous solution containing a polymer compound having a carboxy group and a compound having two or more functional groups that react with the carboxy group, the core material is immersed in the above aqueous solution. A method of applying the above aqueous solution to the core material using a coater, a roller, a spray, or the like can be used.

この工程において、カルボキシ基を有する高分子化合物の溶液中の濃度は100g/L以上であることが好ましく、より好ましくは300g/L以上である。100g/L以上であることで、溶液を芯繊維上に十分に保持することができる。一方で、カルボキシ基を有する高分子化合物の溶液中の濃度は550g/L以下であることが好ましく、より好ましくは500g/L以下である。濃度が550g/Lを超えると溶解が困難になる上に、溶液の粘度が増大するため、加工が困難になる。 In this step, the concentration of the polymer compound having a carboxy group in the solution is preferably 100 g / L or more, more preferably 300 g / L or more. When it is 100 g / L or more, the solution can be sufficiently retained on the core fiber. On the other hand, the concentration of the polymer compound having a carboxy group in the solution is preferably 550 g / L or less, more preferably 500 g / L or less. If the concentration exceeds 550 g / L, dissolution becomes difficult and the viscosity of the solution increases, which makes processing difficult.

また、この工程において、カルボキシ基と反応する官能基を2つ以上有する化合物の溶液中の濃度は10g/L以上であることが好ましく、より好ましくは50g/L以上である。カルボキシ基と反応する官能基を2つ以上有する化合物の溶液中の濃度が10g/L以上であることで、カルボキシ基を有する高分子化合物の水中への溶出を抑制することができる。一方で、カルボキシ基と反応する官能基を2つ以上有する化合物の溶液中の濃度は200g/L以下であることが好ましく、より好ましくは100g/L以下である。濃度が200g/L以下であることで架橋反応の過度な進行が抑制され、その結果、カルボキシ基数が維持される。 Further, in this step, the concentration of the compound having two or more functional groups that react with the carboxy group in the solution is preferably 10 g / L or more, more preferably 50 g / L or more. When the concentration of the compound having two or more functional groups that react with the carboxy group in the solution is 10 g / L or more, the elution of the polymer compound having the carboxy group into water can be suppressed. On the other hand, the concentration of the compound having two or more functional groups that react with the carboxy group in the solution is preferably 200 g / L or less, more preferably 100 g / L or less. When the concentration is 200 g / L or less, the excessive progress of the cross-linking reaction is suppressed, and as a result, the number of carboxy groups is maintained.

なお、充分な量の架橋が形成されていると、イオン交換層の膨潤が抑制されるので、湿潤重量基準でも大きなイオン交換容量が得られ、結果として長いろ過寿命が実現される。また、イオン交換層の内部のイオン交換基にまでイオンを移動させるにはキャリアとなる水が必要であるが、カルボキシ基同士による架橋であれば、他の官能基(例えばエポキシ基)を介した架橋よりも水の量を確保することができる。よって、大きなイオン交換容量が得られ、結果として長いろ過寿命が実現される。 When a sufficient amount of crosslinks are formed, the swelling of the ion exchange layer is suppressed, so that a large ion exchange capacity can be obtained even on a wet weight basis, and as a result, a long filtration life is realized. Further, water as a carrier is required to transfer ions to the ion exchange group inside the ion exchange layer, but in the case of cross-linking between carboxy groups, another functional group (for example, an epoxy group) is used. The amount of water can be secured more than the cross-linking. Therefore, a large ion exchange capacity can be obtained, and as a result, a long filtration life is realized.

(2)の工程において、芯材に付着した余剰な水溶液を液切りする方法としては、マングル等のゴムローラーを用いて液切りする方法や、エアーノズル等で空気を送風し液切りする方法、ノズルを通し液切りする方法、などを用いることができる。 In the step (2), as a method of draining the excess aqueous solution adhering to the core material, a method of draining the liquid using a rubber roller such as a mangle, a method of blowing air with an air nozzle or the like to drain the liquid, A method of draining liquid through a nozzle or the like can be used.

(3)の工程において、カルボキシ基を有する高分子化合物、及びカルボキシ基と反応する官能基を2つ以上有する化合物を、加熱により架橋反応させる方法としては、オーブン、ピンテンター等の加熱装置内で加熱する方法や、ドライヤー等を用いて熱風を送風する方法を用いることができる。 In the step (3), as a method of cross-linking the polymer compound having a carboxy group and the compound having two or more functional groups reacting with the carboxy group by heating, it is heated in a heating device such as an oven or a pin tenter. Or a method of blowing hot air using a dryer or the like can be used.

この工程において、カルボキシ基を有する高分子化合物、及びカルボキシ基と反応する官能基を2つ以上有する化合物を、加熱により架橋反応させる温度としては、170℃以上、好ましくは180℃以上、さらに好ましくは190℃以上である。170℃以上であることで、カルボキシ基を有する高分子化合物と、カルボキシ基と反応する官能基を2つ以上有する化合物が架橋することができるとともに、カルボキシ基同士も脱炭酸反応によって架橋させることができる。一方で、加熱温度は230℃以下であることが好ましく、220℃以下であることがより好ましい。加熱温度が230℃以下であることで過度な架橋の進行を抑制できる。 In this step, the temperature at which the polymer compound having a carboxy group and the compound having two or more functional groups reacting with the carboxy group are crosslinked by heating is 170 ° C. or higher, preferably 180 ° C. or higher, more preferably 180 ° C. or higher. It is over 190 ° C. When the temperature is 170 ° C. or higher, the polymer compound having a carboxy group and the compound having two or more functional groups that react with the carboxy group can be crosslinked, and the carboxy groups can also be crosslinked by a decarboxylation reaction. it can. On the other hand, the heating temperature is preferably 230 ° C. or lower, more preferably 220 ° C. or lower. When the heating temperature is 230 ° C. or lower, the progress of excessive cross-linking can be suppressed.

また、この工程において芯材を加熱する際の時間としては、3分以上加熱することが好ましく、5分以上加熱することがより好ましい。加熱時間が3分以上であることで、架橋反応が十分に進むので、カルボキシ基を有する高分子化合物が水中に溶出しにくくなる。また、加熱時間は40分以下であることが好ましく、30分以下であることがより好ましい。加熱時間が40分以下であることで、加工時のコストを抑制することができる。
なお、イオン交換体を織物、編物、不織布等の形態に加工する場合、芯材にイオン交換基を有する架橋高分子化合物を被覆する工程、および/または芯材の単繊維間隙にイオン交換基を有する架橋高分子化合物を付着させる工程は、芯繊維を織物、編物、不織布等の形態に加工する工程の前に行っても、後に行ってもよい。
Further, as the time for heating the core material in this step, it is preferable to heat for 3 minutes or more, and more preferably for 5 minutes or more. When the heating time is 3 minutes or more, the cross-linking reaction proceeds sufficiently, so that the polymer compound having a carboxy group is less likely to elute into water. The heating time is preferably 40 minutes or less, more preferably 30 minutes or less. When the heating time is 40 minutes or less, the cost at the time of processing can be suppressed.
When the ion exchanger is processed into a form such as a woven fabric, a knitted fabric, or a non-woven fabric, the step of coating the core material with a crosslinked polymer compound having an ion exchange group and / or the ion exchange group is added to the single fiber gap of the core material. The step of adhering the crosslinked polymer compound to be possessed may be performed before or after the step of processing the core fiber into a form such as a woven fabric, a knitted fabric, or a non-woven fabric.

3.陽イオン交換体の利用
上記陽イオン交換体は、例えば、カラムと、カラムに詰めた陽イオン交換体とを備えるイオン交換カラムとして利用できる。
3. 3. Utilization of cation exchanger The cation exchanger can be used, for example, as an ion exchange column including a column and a cation exchanger packed in the column.

以下に実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によってなんら限定されるものではない。 The present invention will be described in more detail below with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.

イオン交換層の割合、湿潤重量基準イオン交換容量、不凍水分率、融点低下水分率、緩和時間の極小温度、ろ過寿命は以下のように測定した。 The ratio of the ion exchange layer, the wet weight-based ion exchange capacity, the antifreeze moisture content, the melting point lowering moisture ratio, the minimum temperature of the relaxation time, and the filtration life were measured as follows.

(イオン交換層の割合)
イオン交換層とは、イオン交換繊維を水酸化ナトリウム水溶液に浸漬させた後、ナトリウム型になったイオン交換繊維の断面を走査型電子顕微鏡/電子線プローブマイクロアナライザ(Scanning Electron Microscope / Electron Probe Micro Analyzer,SEM/EPMA)で観察した際に、ナトリウム原子濃度が10重量%以上である層のことを示す。イオン交換体の断面は、イオン交換体が粒子状、または、異形粒子状の場合は該イオン交換体の重心を通り、かつ、最小の断面積となる断面とし、前記イオン交換体が繊維状、またはシート状の場合は、長手方向に垂直な断面とした。
ナトリウム原子濃度(重量%)とは、試料断面をSEM/EPMAで測定した際に断面画像中の各画素におけるナトリウム元素の重量分率である。EPMAにて、標準サンプルである塩化ナトリウム結晶に電子線を照射した際に、検出されるKα(1.191nm)のX線強度が、ナトリウム原子濃度39.34重量%に対応する。試料の断面をSEM/EPMAで測定した際に断面像中の画素から検出されるKα(1.191nm)のX線強度からナトリウム原子濃度を算出した。詳細なSEM/EPMA測定条件を示す。
装置:日本電子 電子プローブマイクロアナライザ(Fe−EPMA)JXA−8530F
加速電圧:10kV
照射電流:15nA
計測時間:30ms
ビームサイズ:1μm
分析X線・分光結晶:Na Kα(1.191nm)・TAPH(酸性フタル酸ルビジウム)
試料はミクロトームにより断面を形成させ、カーボン蒸着して測定した。
全断面積に対する、イオン交換層の面積の分率をイオン交換層の割合とした。
(Ratio of ion exchange layer)
The ion exchange layer is a scanning electron microscope / electron probe microanalyzer in which a cross section of a sodium type ion exchange fiber is immersed in an aqueous sodium hydroxide solution. , SEM / EPMA) indicates a layer having a sodium atom concentration of 10% by weight or more. When the ion exchanger is in the form of particles or irregularly shaped particles, the cross section of the ion exchanger shall be a cross section that passes through the center of gravity of the ion exchanger and has the minimum cross-sectional area, and the ion exchanger is in the form of fibrous. Or, in the case of a sheet, the cross section is perpendicular to the longitudinal direction.
The sodium atom concentration (% by weight) is a weight fraction of the sodium element in each pixel in the cross-sectional image when the sample cross-section is measured by SEM / EPMA. The X-ray intensity of Kα (1.191 nm) detected when the standard sample sodium chloride crystal is irradiated with an electron beam by EPMA corresponds to a sodium atom concentration of 39.34% by weight. The sodium atom concentration was calculated from the X-ray intensity of Kα (1.191 nm) detected from the pixels in the cross-sectional image when the cross section of the sample was measured by SEM / EPMA. Detailed SEM / EPMA measurement conditions are shown.
Equipment: JEOL Electronic Probe Microanalyzer (Fe-EPMA) JXA-8530F
Acceleration voltage: 10kV
Irradiation current: 15nA
Measurement time: 30 ms
Beam size: 1 μm
Analytical X-ray / spectroscopic crystal: Na Kα (1.191 nm) / TAPH (acidic rubidium phthalate)
The sample was measured by forming a cross section with a microtome and vapor-depositing carbon.
The ratio of the area of the ion exchange layer to the total cross section was defined as the ratio of the ion exchange layer.

(湿潤重量基準イオン交換容量の測定方法)
イオン交換体、または、該イオン交換体のイオン交換層1gに対して、1mol/L塩酸水溶液を100mL調製し、Na型湿潤状態のイオン交換体、または、該イオン交換体のイオン交換層を浸漬(1時間)した。その後純水で洗浄し、上澄みの水溶液が中性になったことを確認した。その後、0.1M水酸化ナトリウム水溶液にイオン交換体を浸漬させ(イオン交換体1g/100mL-水酸化ナトリウム水溶液)、1時間攪拌した。その後溶液の上澄みを5mL採取し、0.1mL 塩酸水溶液を5mL加えた。該溶液10mLをフェノールフタレイン溶液を指示薬として0.1mol/L水酸化ナトリウム水溶液で中和滴定した。その後、中和に要した水酸化ナトリウムのモル数を、Na型湿潤状態の該イオン交換体、または、該イオン交換体のイオン交換層の重量で割ることにより、湿潤重量基準のイオン交換容量(meq/wet−g)とした。
(Measuring method of wet weight-based ion exchange capacity)
Prepare 100 mL of a 1 mol / L hydrochloric acid aqueous solution for 1 g of the ion exchanger or the ion exchange layer of the ion exchanger, and immerse the ion exchanger in the Na-type wet state or the ion exchange layer of the ion exchanger. (1 hour). After that, it was washed with pure water, and it was confirmed that the supernatant aqueous solution became neutral. Then, the ion exchanger was immersed in a 0.1 M sodium hydroxide aqueous solution (ion exchanger 1 g / 100 mL-sodium hydroxide aqueous solution), and the mixture was stirred for 1 hour. Then, 5 mL of the supernatant of the solution was collected, and 5 mL of a 0.1 mL aqueous hydrochloric acid solution was added. 10 mL of the solution was neutralized and titrated with a 0.1 mol / L sodium hydroxide aqueous solution using a phenolphthalein solution as an indicator. Then, by dividing the number of moles of sodium hydroxide required for neutralization by the weight of the Na-type wet state ion exchanger or the ion exchange layer of the ion exchanger, the ion exchange capacity based on the wet weight (wet weight standard) meq / wet-g).

Na型湿潤状態について述べる。乾燥状態のイオン交換体、または、該イオン交換体のイオン交換層を0.1mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液に1時間浸漬させた後(イオン交換体100mgに対して100mL−水酸化ナトリウム水溶液)、吸引ろ過を行う。その後、蒸留水で洗浄、吸引ろ過を行い、表面の水分をウエスで取り除いた状態を、Na型湿潤状態とする。 The Na type wet state will be described. After immersing the dry ion exchanger or the ion exchange layer of the ion exchanger in a 0.1 mol / L sodium hydroxide aqueous solution for 1 hour (100 mL-sodium hydroxide aqueous solution with respect to 100 mg of the ion exchanger). , Perform suction filtration. After that, washing with distilled water and suction filtration are performed, and the state in which the water on the surface is removed with a waste cloth is defined as a Na type wet state.

(不凍水分率、融点低下水分率)
Na型湿潤状態のイオン交換層における不凍水、および、融点低下水の水分率(重量%−絶乾重量基準)は、示差走査熱量測定法(DSC法:Differential Scanning Calorimetry)を用い、以下の測定条件で求めた。
装置 : TA Instruments 社製 DSC Q100
測定温度範囲 : 約−55〜5℃
昇温速度 : 0.3℃/min
試料容器 : アルミニウム製密閉型試料容器
温度・熱量校正: 純水(融点 0.0℃、融解熱量 79.7 cal/g)
試料重量 :10 mg
−55℃から5℃の昇温過程のDSC曲線から上述の(1)式を使ってバルク水分率Wfを、(2)式を使って融点低下水分率Wfcを求め、全水分率Wtから差し引くことで、不凍水分率Wnfを求めた。バルク水とは、主に試料の表面に存在する水で、0℃で凍結する水である。
m0は試料重量、mは試料の乾燥重量、dq/dtはDSCの熱流束シグナル、ΔHは大気圧下、0℃での融解熱量である。
(Antifreeze moisture content, melting point lowering moisture content)
The water content (% by weight-absolute dry weight standard) of the antifreeze water and the water whose melting point is lowered in the Na-type wet ion exchange layer is determined by using the differential scanning calorimetry (DSC method) as follows. Obtained under measurement conditions.
Equipment: DSC Q100 manufactured by TA Instruments
Measurement temperature range: Approximately -55-5 ° C
Heating rate: 0.3 ° C / min
Sample container: Aluminum sealed sample container Temperature / calorie calibration: Pure water (melting point 0.0 ° C, heat of fusion 79.7 cal / g)
Sample weight: 10 mg
From the DSC curve of the temperature rise process from −55 ° C. to 5 ° C., the bulk moisture content Wf is obtained using the above equation (1), and the melting point lowering moisture content Wfc is obtained using the equation (2), and is subtracted from the total moisture content Wt. Therefore, the antifreeze moisture content Wnf was determined. Bulk water is water that mainly exists on the surface of a sample and freezes at 0 ° C.
m0 is the sample weight, m is the dry weight of the sample, dq / dt is the heat flux signal of DSC, and ΔH 0 is the amount of heat of fusion at 0 ° C. under atmospheric pressure.

試料の乾燥重量mは、DSC測定後に110℃で2 時間以上真空乾燥後の重量とした。 The dry weight m of the sample was the weight after vacuum drying at 110 ° C. for 2 hours or more after the DSC measurement.

イオン交換体がイオン交換層以外の部分を含む場合は、イオン交換層のみを取り出し、測定を行った。 When the ion exchanger contained a portion other than the ion exchange layer, only the ion exchange layer was taken out and measured.

(緩和時間の極小温度)
Na型湿潤状態のイオン交換層における、緩和時間の極小温度は、時間領域磁気共鳴(TD−NMR:Time Domain −Nuclear Magnetic Resonance)を用い、以下の条件で求めた。
装置 : mq−20 (Bruker BioSpin)
測定法 : Inversion recovery
測定周波数 : 19.95MHz(1H核)
Pulse繰返し時間: 7 秒
測定時間: 20分/温度
測定温度: 203〜313K(−70〜40oC)を5 K ステップ
解析方法: 得られたT1緩和曲線を以下の式で解析し、各温度における緩和時間T1を求めた。得られたT1のうち最小のT1を示す温度を、緩和時間の極小温度とした。
(Minimum temperature of relaxation time)
The minimum temperature of the relaxation time in the Na-type wet state ion exchange layer was determined by using time domain magnetic resonance (TD-NMR: Time Domain-Nuclear Magnetic Resonance) under the following conditions.
Device: mq-20 (Bruker BioSpin)
Measurement method: Inversion recovery
Measurement frequency: 19.95 MHz (1H nucleus)
Pulse repetition time: 7 seconds Measurement time: 20 minutes / temperature Measurement temperature: 203 to 313K (-70 to 40oC) 5K step analysis method: The obtained T1 relaxation curve is analyzed by the following formula, and the transition at each temperature is performed. The time T1 was calculated. The temperature showing the minimum T1 among the obtained T1s was defined as the minimum temperature of the relaxation time.

Figure 2020138136
Figure 2020138136

A:強度、t:時間、T:T緩和時間
(ろ過寿命)
原水として、塩化カルシウム濃度2mmol/Lかつ炭酸水素ナトリウム濃度2mmol/Lの水溶液を使用し、カルシウムイオンの除去率を測定した。15mLのカラムに、Na型湿潤状態のイオン交換体を5g充填し、空間速度SV値が500(hr−1)となるように原水を通液した。
A: Strength, t: Time, T 1 : T 1 Relaxation time (filtration life)
As raw water, an aqueous solution having a calcium chloride concentration of 2 mmol / L and a sodium hydrogen carbonate concentration of 2 mmol / L was used, and the removal rate of calcium ions was measured. A 15 mL column was filled with 5 g of a Na-type wet ion exchanger, and raw water was passed therethrough so that the space velocity SV value was 500 (hr -1 ).

原水がフィルタを10bed vol.透過するごとに10mLサンプリングし、透過液中のカルシウムイオン濃度をICP-AES(Inductively Coupled Plasma−Atomic Emission Spectrometry)により測定し、カルシウムイオン除去率を算出した。bed vol.とは、透過液の体積を充填層の体積15mLで割った値である。
カルシウムイオン除去率が50%に達した際のbed vol.を、「ろ過寿命」とした。
Raw water filters the filter 10bed vol. 10 mL was sampled for each permeation, and the calcium ion concentration in the permeated solution was measured by ICP-AES (Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrum) to calculate the calcium ion removal rate. bed vol. Is the value obtained by dividing the volume of the permeate by the volume of the packed bed of 15 mL.
Bed vol. When the calcium ion removal rate reached 50%. Was defined as "filtration life".

(実施例1)
167デシテックス、48フィラメントのPET繊維約2gを、46.2質量%ポリアクリル酸25,000(和光純薬工業株式会社製)、および7.7質量%ポリグリセロールポリグリシジルエーテル(ナガセケムテックス株式会社製、EX−512)を含む1Lの水溶液に浸漬した。次にこの繊維を直径430μmのノズルで液切りし、180℃で20分加熱した。得られた繊維を流水で洗浄し、再度130℃で3分加熱することで乾燥させた。得られたイオン交換繊維を0.1mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液に1時間浸漬し、カルボキシ基をナトリウム型に置換した。さらに、RO水で洗浄水のpHが8以下になるまで洗浄した。得られたイオン交換体の性能を表1に示す。
(Example 1)
167 decitex, about 2 g of 48 filament PET fiber, 46.2 mass% polyacrylic acid 25,000 (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), and 7.7 mass% polyglycerol polyglycidyl ether (Nagase Chemtex Co., Ltd.) The product was immersed in a 1 L aqueous solution containing EX-512). Next, the fiber was drained with a nozzle having a diameter of 430 μm and heated at 180 ° C. for 20 minutes. The obtained fibers were washed with running water and dried again by heating at 130 ° C. for 3 minutes. The obtained ion exchange fiber was immersed in a 0.1 mol / L sodium hydroxide aqueous solution for 1 hour, and the carboxy group was replaced with a sodium type. Further, it was washed with RO water until the pH of the washing water became 8 or less. The performance of the obtained ion exchanger is shown in Table 1.

(実施例2)
167デシテックス、48フィラメントのPET繊維約2gを、46.2質量%ポリアクリル酸25,000(和光純薬工業株式会社製)、および7.7質量%ポリグリセロールポリグリシジルエーテル(ナガセケムテックス株式会社製、EX−512)を含む1Lの水溶液に浸漬した。次にこの繊維を直径430μmのノズルで液切りし、200℃で20分加熱した。得られた繊維を流水で洗浄し、再度130℃で3分加熱することで乾燥させた。得られたイオン交換繊維を0.1mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液に1時間浸漬し、カルボキシ基をナトリウム型に置換した。さらに、RO水で洗浄水のpHが8以下になるまで洗浄した。得られたイオン交換体の性能を表1に示す。
(Example 2)
167 decitex, about 2 g of 48 filament PET fiber, 46.2 mass% polyacrylic acid 25,000 (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), and 7.7 mass% polyglycerol polyglycidyl ether (Nagase Chemtex Co., Ltd.) The product was immersed in a 1 L aqueous solution containing EX-512). Next, the fiber was drained with a nozzle having a diameter of 430 μm and heated at 200 ° C. for 20 minutes. The obtained fibers were washed with running water and dried again by heating at 130 ° C. for 3 minutes. The obtained ion exchange fiber was immersed in a 0.1 mol / L sodium hydroxide aqueous solution for 1 hour, and the carboxy group was replaced with a sodium type. Further, it was washed with RO water until the pH of the washing water became 8 or less. The performance of the obtained ion exchanger is shown in Table 1.

(実施例3)
167デシテックス、48フィラメントのナイロン繊維2gに、官能基を付与するため、アクリル酸 1.5wt.%、メタクリル酸 3.5wt.%、APS 0.05wt.%、ヒドロキシメタンスルフィン酸ナトリウム0.15wt.%、エチレンジアミンテトラ酢酸 0.05wt.%の70℃水溶液200mLに1時間浸漬させ、乾燥させた。その後、180℃で20分加熱した
得られたイオン交換繊維を0.1mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液に1時間浸漬し、カルボキシ基をナトリウム型に置換した。さらに、RO水で洗浄水のpHが8以下になるまで洗浄した。得られたイオン交換体の性能を表1に示す。
(Example 3)
Acrylic acid 1.5 wt. To impart a functional group to 2 g of 167 decitex, 48 filament nylon fibers. %, Methacrylic acid 3.5 wt. %, APS 0.05 wt. %, Sodium hydroxymethane sulfinate 0.15 wt. %, Ethylenediamine tetraacetic acid 0.05 wt. It was immersed in 200 mL of a 70 ° C. aqueous solution for 1 hour and dried. Then, the obtained ion-exchange fiber heated at 180 ° C. for 20 minutes was immersed in a 0.1 mol / L sodium hydroxide aqueous solution for 1 hour to replace the carboxy group with a sodium type. Further, it was washed with RO water until the pH of the washing water became 8 or less. The performance of the obtained ion exchanger is shown in Table 1.


(実施例4)
167デシテックス、48フィラメントのナイロン繊維2gに、官能基を付与するため、アクリル酸 1.5wt.%、メタクリル酸 3.5wt.%、APS 0.05wt.%、ヒドロキシメタンスルフィン酸ナトリウム0.15wt.%、エチレンジアミンテトラ酢酸 0.05wt.%の70℃水溶液200mLに1時間浸漬させ、乾燥させた。その後、200℃で20分加熱した
得られたイオン交換繊維を0.1mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液に1時間浸漬し、カルボキシ基をナトリウム型に置換した。さらに、RO水で洗浄水のpHが8以下になるまで洗浄した。得られたイオン交換体の性能を表1に示す。

(Example 4)
Acrylic acid 1.5 wt. To impart a functional group to 2 g of 167 decitex, 48 filament nylon fibers. %, Methacrylic acid 3.5 wt. %, APS 0.05 wt. %, Sodium hydroxymethane sulfinate 0.15 wt. %, Ethylenediamine tetraacetic acid 0.05 wt. It was immersed in 200 mL of a 70 ° C. aqueous solution for 1 hour and dried. Then, the obtained ion-exchange fiber heated at 200 ° C. for 20 minutes was immersed in a 0.1 mol / L sodium hydroxide aqueous solution for 1 hour to replace the carboxy group with a sodium type. Further, it was washed with RO water until the pH of the washing water became 8 or less. The performance of the obtained ion exchanger is shown in Table 1.

(実施例5)
粒径100μmのナイロン微粒子2gに、官能基を付与するため、アクリル酸 1.5wt.%、メタクリル酸 3.5wt.%、APS 0.05wt.%、ヒドロキシメタンスルフィン酸ナトリウム0.15wt.%、エチレンジアミンテトラ酢酸 0.05wt.%の70℃水溶液200mLに1時間浸漬させ、乾燥させた。その後、200℃で20分加熱した
得られたイオン交換体を0.1mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液に1時間浸漬し、カルボキシ基をナトリウム型に置換した。さらに、RO水で洗浄水のpHが8以下になるまで洗浄した。得られたイオン交換体の性能を表1に示す。
(Example 5)
Acrylic acid 1.5 wt. To impart a functional group to 2 g of nylon fine particles having a particle size of 100 μm. %, Methacrylic acid 3.5 wt. %, APS 0.05 wt. %, Sodium hydroxymethane sulfinate 0.15 wt. %, Ethylenediamine tetraacetic acid 0.05 wt. It was immersed in 200 mL of a 70 ° C. aqueous solution for 1 hour and dried. Then, the obtained ion exchanger heated at 200 ° C. for 20 minutes was immersed in a 0.1 mol / L sodium hydroxide aqueous solution for 1 hour to replace the carboxy group with a sodium type. Further, it was washed with RO water until the pH of the washing water became 8 or less. The performance of the obtained ion exchanger is shown in Table 1.

(比較例1)
粒径100μmのナイロン微粒子2gに、官能基を付与するため、アクリル酸 1.5wt.%、メタクリル酸 3.5wt.%、N,N’−メチレンビスアクリルアミド 10wt.%、APS 0.05wt.%、ヒドロキシメタンスルフィン酸ナトリウム0.15wt.%、エチレンジアミンテトラ酢酸 0.05wt.%の70℃水溶液200mLに1時間浸漬させ、乾燥させた。
得られたイオン交換体を0.1mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液に1時間浸漬し、カルボキシ基をナトリウム型に置換した。さらに、RO水で洗浄水のpHが8以下になるまで洗浄した。得られたイオン交換体の性能を表1に示す。
(Comparative Example 1)
Acrylic acid 1.5 wt. To impart a functional group to 2 g of nylon fine particles having a particle size of 100 μm. %, Methacrylic acid 3.5 wt. %, N, N'-methylenebisacrylamide 10 wt.%, APS 0.05 wt. %, Sodium hydroxymethane sulfinate 0.15 wt. %, Ethylenediamine tetraacetic acid 0.05 wt. It was immersed in 200 mL of a 70 ° C. aqueous solution for 1 hour and dried.
The obtained ion exchanger was immersed in a 0.1 mol / L sodium hydroxide aqueous solution for 1 hour to replace the carboxy group with a sodium type. Further, it was washed with RO water until the pH of the washing water became 8 or less. The performance of the obtained ion exchanger is shown in Table 1.

(比較例2)
167デシテックス、48フィラメントのナイロン繊維2gに、官能基を付与するため、アクリル酸 1.5wt.%、メタクリル酸 3.5wt.%、N,N’−メチレンビスアクリルアミド 10wt.%、APS 0.05wt.%、ヒドロキシメタンスルフィン酸ナトリウム0.15wt.%、エチレンジアミンテトラ酢酸 0.05wt.%の70℃水溶液200mLに1時間浸漬させ、乾燥させた。
得られたイオン交換繊維を0.1mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液に1時間浸漬し、カルボキシ基をナトリウム型に置換した。さらに、RO水で洗浄水のpHが8以下になるまで洗浄した。得られたイオン交換体の性能を表1に示す。
(Comparative Example 2)
Acrylic acid 1.5 wt. To impart a functional group to 2 g of 167 decitex, 48 filament nylon fibers. %, Methacrylic acid 3.5 wt. %, N, N'-methylenebisacrylamide 10 wt.%, APS 0.05 wt. %, Sodium hydroxymethane sulfinate 0.15 wt. %, Ethylenediamine tetraacetic acid 0.05 wt. It was immersed in 200 mL of a 70 ° C. aqueous solution for 1 hour and dried.
The obtained ion exchange fiber was immersed in a 0.1 mol / L sodium hydroxide aqueous solution for 1 hour, and the carboxy group was replaced with a sodium type. Further, it was washed with RO water until the pH of the washing water became 8 or less. The performance of the obtained ion exchanger is shown in Table 1.

(比較例3)
167デシテックス、48フィラメントのPET繊維約2gを、46.2質量%ポリアクリル酸25,000(和光純薬工業株式会社製)、および7.7質量%ポリグリセロールポリグリシジルエーテル(ナガセケムテックス株式会社製、EX−512)を含む1Lの水溶液に浸漬した。次にこの繊維を直径430μmのノズルで液切りし、130℃で20分加熱した。得られた繊維を流水で洗浄し、再度130℃で3分加熱することで乾燥させた。得られたイオン交換繊維を0.1mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液に1時間浸漬し、カルボキシ基をナトリウム型に置換した。さらに、RO水で洗浄水のpHが8以下になるまで洗浄した。得られたイオン交換体の性能を表1に示す。
(Comparative Example 3)
167 decitex, about 2 g of 48 filament PET fiber, 46.2 mass% polyacrylic acid 25,000 (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), and 7.7 mass% polyglycerol polyglycidyl ether (Nagase Chemtex Co., Ltd.) The product was immersed in a 1 L aqueous solution containing EX-512). Next, the fiber was drained with a nozzle having a diameter of 430 μm and heated at 130 ° C. for 20 minutes. The obtained fibers were washed with running water and dried again by heating at 130 ° C. for 3 minutes. The obtained ion exchange fiber was immersed in a 0.1 mol / L sodium hydroxide aqueous solution for 1 hour, and the carboxy group was replaced with a sodium type. Further, it was washed with RO water until the pH of the washing water became 8 or less. The performance of the obtained ion exchanger is shown in Table 1.

(比較例4)
167デシテックス、48フィラメントのPET繊維約2gを、46.2質量%ポリアクリル酸25,000(和光純薬工業株式会社製)、および7.7質量%ポリグリセロールポリグリシジルエーテル(ナガセケムテックス株式会社製、EX−512)を含む1Lの水溶液に浸漬した。次にこの繊維を直径430μmのノズルで液切りし、240℃で20分加熱した。得られたイオン交換体を流水で洗浄し、再度130℃で3分加熱することで乾燥させた。得られたイオン交換体を0.1mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液に1時間浸漬し、カルボキシ基をナトリウム型に置換した。さらに、RO水で洗浄水のpHが8以下になるまで洗浄した。得られたイオン交換体の性能を表1に示す。
(Comparative Example 4)
167 decitex, about 2 g of 48 filament PET fiber, 46.2 mass% polyacrylic acid 25,000 (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), and 7.7 mass% polyglycerol polyglycidyl ether (Nagase Chemtex Co., Ltd.) The product was immersed in a 1 L aqueous solution containing EX-512). Next, the fiber was drained with a nozzle having a diameter of 430 μm and heated at 240 ° C. for 20 minutes. The obtained ion exchanger was washed with running water and dried again by heating at 130 ° C. for 3 minutes. The obtained ion exchanger was immersed in a 0.1 mol / L sodium hydroxide aqueous solution for 1 hour to replace the carboxy group with a sodium type. Further, it was washed with RO water until the pH of the washing water became 8 or less. The performance of the obtained ion exchanger is shown in Table 1.

(比較例5)
167デシテックス、48フィラメントのナイロン繊維2gに、官能基を付与するため、アクリル酸 1.5wt.%、メタクリル酸 3.5wt.%、APS 0.05wt.%、ヒドロキシメタンスルフィン酸ナトリウム0.15wt.%、エチレンジアミンテトラ酢酸 0.05wt.%の70℃水溶液200mLに1時間浸漬させ、乾燥させた。
得られたイオン交換体を0.1mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液に1時間浸漬し、カルボキシ基をナトリウム型に置換した。さらに、RO水で洗浄水のpHが8以下になるまで洗浄した。得られたイオン交換体の性能を表1に示す。
(Comparative Example 5)
Acrylic acid 1.5 wt. To impart a functional group to 2 g of 167 decitex, 48 filament nylon fibers. %, Methacrylic acid 3.5 wt. %, APS 0.05 wt. %, Sodium hydroxymethane sulfinate 0.15 wt. %, Ethylenediamine tetraacetic acid 0.05 wt. It was immersed in 200 mL of a 70 ° C. aqueous solution for 1 hour and dried.
The obtained ion exchanger was immersed in a 0.1 mol / L sodium hydroxide aqueous solution for 1 hour to replace the carboxy group with a sodium type. Further, it was washed with RO water until the pH of the washing water became 8 or less. The performance of the obtained ion exchanger is shown in Table 1.

(比較例6)
粒径100μmのナイロン微粒子2gに、官能基を付与するため、アクリル酸 1.5wt.%、メタクリル酸 3.5wt.%、APS 0.05wt.%、ヒドロキシメタンスルフィン酸ナトリウム0.15wt.%、エチレンジアミンテトラ酢酸 0.05wt.%の70℃水溶液200mLに1時間浸漬させ、乾燥させた。
得られたイオン交換体を0.1mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液に1時間浸漬し、カルボキシ基をナトリウム型に置換した。さらに、RO水で洗浄水のpHが8以下になるまで洗浄した。得られたイオン交換体の性能を表1に示す。
(Comparative Example 6)
Acrylic acid 1.5 wt. To impart a functional group to 2 g of nylon fine particles having a particle size of 100 μm. %, Methacrylic acid 3.5 wt. %, APS 0.05 wt. %, Sodium hydroxymethane sulfinate 0.15 wt. %, Ethylenediamine tetraacetic acid 0.05 wt. It was immersed in 200 mL of a 70 ° C. aqueous solution for 1 hour and dried.
The obtained ion exchanger was immersed in a 0.1 mol / L sodium hydroxide aqueous solution for 1 hour to replace the carboxy group with a sodium type. Further, it was washed with RO water until the pH of the washing water became 8 or less. The performance of the obtained ion exchanger is shown in Table 1.

(比較例7)
167デシテックス、48フィラメントのナイロン繊維2gに、官能基を付与するため、アクリル酸 0.7wt.%、メタクリル酸 1.5wt.%、APS 0.03wt.%、ヒドロキシメタンスルフィン酸ナトリウム0.07wt.%、エチレンジアミンテトラ酢酸 0.03wt.%の70℃水溶液200mLに1時間浸漬させ、乾燥させた。その後、200℃で20分加熱した
得られたイオン交換体を0.1mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液に1時間浸漬し、カルボキシ基をナトリウム型に置換した。さらに、RO水で洗浄水のpHが8以下になるまで洗浄した。得られたイオン交換体の性能を表1に示す。
(Comparative Example 7)
Acrylic acid 0.7 wt. To impart a functional group to 2 g of 167 decitex, 48 filament nylon fibers. %, Methacrylic acid 1.5 wt. %, APS 0.03 wt. %, Sodium hydroxymethane sulfinate 0.07 wt. %, Ethylenediamine tetraacetic acid 0.03 wt. It was immersed in 200 mL of a 70 ° C. aqueous solution for 1 hour and dried. Then, the obtained ion exchanger heated at 200 ° C. for 20 minutes was immersed in a 0.1 mol / L sodium hydroxide aqueous solution for 1 hour to replace the carboxy group with a sodium type. Further, it was washed with RO water until the pH of the washing water became 8 or less. The performance of the obtained ion exchanger is shown in Table 1.

(比較例8)
粒径100μmのナイロン微粒子2gに、官能基を付与するため、アクリル酸 0.7wt.%、メタクリル酸 1.5wt.%、APS 0.03wt.%、ヒドロキシメタンスルフィン酸ナトリウム0.07wt.%、エチレンジアミンテトラ酢酸 0.03wt.%の70℃水溶液200mLに1時間浸漬させ、乾燥させた。その後、200℃で20分加熱した
得られたイオン交換体を0.1mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液に1時間浸漬し、カルボキシ基をナトリウム型に置換した。さらに、RO水で洗浄水のpHが8以下になるまで洗浄した。得られたイオン交換体の性能を表1に示す。
(Comparative Example 8)
Acrylic acid 0.7 wt. To impart a functional group to 2 g of nylon fine particles having a particle size of 100 μm. %, Methacrylic acid 1.5 wt. %, APS 0.03 wt. %, Sodium hydroxymethane sulfinate 0.07 wt. %, Ethylenediamine tetraacetic acid 0.03 wt. It was immersed in 200 mL of a 70 ° C. aqueous solution for 1 hour and dried. Then, the obtained ion exchanger heated at 200 ° C. for 20 minutes was immersed in a 0.1 mol / L sodium hydroxide aqueous solution for 1 hour to replace the carboxy group with a sodium type. Further, it was washed with RO water until the pH of the washing water became 8 or less. The performance of the obtained ion exchanger is shown in Table 1.

Figure 2020138136
Figure 2020138136

本発明のイオン交換繊維は、硬水軟水化や純水製造に好適に用いることができる。 The ion exchange fiber of the present invention can be suitably used for hard water softening and pure water production.

Claims (6)

陽イオン交換基を有する架橋高分子化合物を含有するイオン交換層を備えるイオン交換体であって、
前記イオン交換体の形状は、粒子、繊維またはシートのいずれかであり、
前記イオン交換体が粒子状である場合は、該イオン交換体の重心を通り、かつ、最小の面積を有する断面において、
前記イオン交換体が繊維状である場合は、その長手方向に垂直な断面において、
前記イオン交換体がシート状である場合は、その厚み方向の断面において、
前記イオン交換層の面積が全断面積の30%以上を占め、かつ、
前記イオン交換層が、Na型湿潤状態において不凍水を50(重量%−絶乾重量基準)以上、100(重量%−絶乾重量基準)以下、かつ、融点低下水を2(重量%−絶乾重量基準)以上、20(重量%−絶乾重量基準)以下含むことを特徴とする陽イオン交換体。
An ion exchanger including an ion exchange layer containing a crosslinked polymer compound having a cation exchange group.
The shape of the ion exchanger is either particles, fibers or sheets.
When the ion exchanger is in the form of particles, in a cross section that passes through the center of gravity of the ion exchanger and has the smallest area.
When the ion exchanger is fibrous, in a cross section perpendicular to its longitudinal direction,
When the ion exchanger is in the form of a sheet, in the cross section in the thickness direction thereof,
The area of the ion exchange layer occupies 30% or more of the total cross section, and
In the Na-type wet state, the ion exchange layer contains 50 (% by weight-absolute dry weight standard) or more of antifreeze water, 100 (% by weight-absolute dry weight standard) or less, and 2 (% by weight-weight%-) water having a lower melting point. A cation exchanger comprising 20 (% by weight-absolute dry weight standard) or more (absolute dry weight standard) or more.
前記イオン交換層が、Na型湿潤状態において、TD−NMRで測定される緩和時間が極小値を示す温度が−15℃以上であることを特徴とする、請求項1に記載の陽イオン交換体。 The cation exchanger according to claim 1, wherein when the ion exchange layer is in a Na-type wet state, the temperature at which the relaxation time measured by TD-NMR shows a minimum value is −15 ° C. or higher. .. 前記陽イオン交換基が、カルボキシ基であることを特徴とする、請求項1または2に記載の陽イオン交換体。 The cation exchanger according to claim 1 or 2, wherein the cation exchange group is a carboxy group. 前記陽イオン交換体が、繊維形状であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載の陽イオン交換体。 The cation exchanger according to any one of claims 1 to 3, wherein the cation exchanger has a fibrous shape. 前記陽イオン交換体が、芯材と、前記芯材の周囲に配置されるとともに、イオン交換基を有する高分子化合物を含有するイオン交換層と、を備えることを特徴とする、請求項1〜4のいずれかに記載の陽イオン交換体。 Claims 1 to 1, wherein the cation exchanger includes a core material and an ion exchange layer which is arranged around the core material and contains a polymer compound having an ion exchange group. The cation exchanger according to any one of 4. 前記陽イオン交換体がポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレートおよびナイロンからなる群から選択される少なくとも1種のポリマーを含むことを特徴とする、請求項1〜5のいずれかに記載のイオン交換体。 The ion exchanger according to any one of claims 1 to 5, wherein the cation exchanger contains at least one polymer selected from the group consisting of polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate and nylon.
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