JP2021042330A - Copolymer, draw solute, draw solution and water treatment device - Google Patents

Copolymer, draw solute, draw solution and water treatment device Download PDF

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大昂 溝口
Hirotaka Mizuguchi
大昂 溝口
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Abstract

To provide a copolymer that can be suitably used for a positive osmosis membrane method, a draw solute, and a draw solution and a water treatment device using the same.SOLUTION: A copolymer has a constitutional unit derived from a monomer having a nitrogen-containing heterocycle and an ethylenically unsaturated group of 35-75 mass% and a constitutional unit derived from (meth) acrylate of 25-65 mass% and has a molecular weight distribution of 1.5 or less.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、共重合体、ドロー溶質、ドロー溶液及び水処理装置に関する。 The present invention relates to copolymers, draw solutes, draw solutions and water treatment equipment.

正浸透膜法は、濃度の異なる2つの溶液を半透膜を介して接触させ、浸透圧の低い側から高い側へ溶媒が移動する現象を利用するものであり、溶液の成分の分離等に利用することができる。浸透圧に逆らって溶液に圧力をかけ強制的に液を膜透過させる逆浸透膜法に比べて、浸透圧を利用して膜濾過を行う正浸透膜法は省エネルギー化がしやすく、海水の淡水化等の水処理や発電への応用が期待されている。 The forward osmosis membrane method utilizes a phenomenon in which two solutions having different concentrations are brought into contact with each other via a semipermeable membrane, and the solvent moves from the side having a low osmotic pressure to the side having a high osmotic pressure. It can be used. Compared to the reverse osmosis membrane method, which applies pressure to the solution against the osmotic pressure to forcibly permeate the membrane, the forward osmosis membrane method, which uses osmotic pressure to perform membrane filtration, is easier to save energy and is freshwater in seawater. It is expected to be applied to water treatment such as chemical conversion and power generation.

正浸透膜法を用いて水処理を行う場合、処理の対象となる溶液(処理対象溶液)よりも浸透圧の高い溶液(ドロー溶液)を用いて、処理対象溶液側から半透膜を通してドロー溶液側に溶媒(水)を移動させる。その後、ドロー溶液から溶媒を回収する必要があるため、ドロー溶液は、溶媒を容易に分離できる性質を有する必要があり、このようなドロー溶液を調製するための浸透圧誘導物質(ドロー溶質)が種々検討されている。例えば、特許文献1では、「基本骨格をグリセリン骨格とし、親水部としてのエチレンオキシド群と、疎水部としてのプロピレンオキシドおよび/またはブチレンオキシドからなる群とを含むブロック共重合体」を温度感応性吸水剤(ドロー溶質)として用いることが提案されている。 When water treatment is performed using the forward osmosis membrane method, a draw solution is used from the treatment target solution side through a semipermeable membrane using a solution (draw solution) having a higher osmotic pressure than the treatment target solution (treatment target solution). Move the solvent (water) to the side. After that, since it is necessary to recover the solvent from the draw solution, the draw solution must have a property that the solvent can be easily separated, and an osmotic pressure inducer (draw solute) for preparing such a draw solution is used. Various studies have been conducted. For example, in Patent Document 1, "a block copolymer having a glycerin skeleton as a basic skeleton and containing an ethylene oxide group as a hydrophilic part and a group consisting of propylene oxide and / or butylene oxide as a hydrophobic part" is subjected to temperature-sensitive water absorption. It has been proposed to be used as an agent (draw solute).

特許6172385号公報Japanese Patent No. 6172385

ところで、今後の正浸透膜法の様々な技術への応用範囲を広げる点からは、プロセスに応じた最適なドロー溶液を選択することができるよう、ドロー溶質のバリエーションを増やすことが好ましい。 By the way, from the viewpoint of expanding the range of application of the forward osmosis membrane method to various techniques in the future, it is preferable to increase the variation of the draw solute so that the optimum draw solution can be selected according to the process.

そこで本発明は、正浸透膜法に好適に用いることができる共重合体、ドロー溶質及びこれを用いたドロー溶液及び水処理装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a copolymer, a draw solute, and a draw solution and a water treatment apparatus using the copolymer, which can be suitably used for the forward osmosis membrane method.

上記事情に鑑み、本発明者等は鋭意検討を重ねた結果、以下の[1]〜[5]に示す発明を完成させた。
[1] 35〜75質量%の含窒素複素環及びエチレン性不飽和基を有する単量体由来の構造単位と、25〜65質量%の(メタ)アクリル酸エステル由来の構造単位とを含み、且つ分子量分布が1.5以下である共重合体。
[2] 重量平均分子量が100000未満である、[1]に記載の共重合体。
[3] [1]又は[2]に記載の共重合体を含む正浸透膜用ドロー溶質。
[4] [3]に記載の正浸透膜用ドロー溶質を含むドロー溶液。
[5] [4]に記載のドロー溶液を用いた水処理装置。
In view of the above circumstances, the present inventors have completed the inventions shown in the following [1] to [5] as a result of repeated diligent studies.
[1] Containing 35 to 75% by mass of a nitrogen-containing heterocycle and a structural unit derived from a monomer having an ethylenically unsaturated group, and 25 to 65% by mass of a structural unit derived from a (meth) acrylic acid ester. A copolymer having a molecular weight distribution of 1.5 or less.
[2] The copolymer according to [1], which has a weight average molecular weight of less than 100,000.
[3] A draw solute for a forward osmosis membrane containing the copolymer according to [1] or [2].
[4] A draw solution containing the draw solute for a forward osmosis membrane according to [3].
[5] A water treatment apparatus using the draw solution according to [4].

本発明によれば、正浸透膜法に好適に用いることができる共重合体、ドロー溶質及びこれを用いたドロー溶液及び水処理装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a copolymer, a draw solute, and a draw solution and a water treatment apparatus using the copolymer, which can be suitably used for the forward osmosis membrane method.

重合体1を約50%含む水溶液についての相図である。It is a phase diagram about the aqueous solution containing about 50% of polymer 1. 重合体9を約50%含む水溶液についての相図である。It is a phase diagram about the aqueous solution containing about 50% of polymer 9. 重合体1の5〜95%濃度の水溶液について浸透圧を測定した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having measured the osmotic pressure about the aqueous solution of the polymer 1 with the concentration of 5 to 95%. 重合体9の5〜95%濃度の水溶液について浸透圧を測定した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having measured the osmotic pressure about the aqueous solution of the polymer 9 with the concentration of 5 to 95%.

以下、本発明の一実施形態を詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。なお、本明細書中、(メタ)アクリル酸エステルとは、アクリル酸エステル及び/又はメタクリル酸エステルを意味する。(メタ)アクリレート等の類似の表現についても同様である。 Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described in detail, but the present invention is not limited thereto. In the present specification, the (meth) acrylic acid ester means an acrylic acid ester and / or a methacrylic acid ester. The same applies to similar expressions such as (meth) acrylate.

<共重合体>
本実施形態の共重合体は、35〜75質量%の含窒素複素環及びエチレン性不飽和基を有する単量体由来の構造単位と、25〜65質量%の(メタ)アクリル酸エステル由来の構造単位とを含み、且つ分子量分布が1.5以下である。
<Copolymer>
The copolymer of the present embodiment is derived from a structural unit derived from a monomer having 35 to 75% by mass of a nitrogen-containing heterocycle and an ethylenically unsaturated group, and 25 to 65% by mass from a (meth) acrylic acid ester. It contains structural units and has a molecular weight distribution of 1.5 or less.

かかる共重合体は、溶媒(特に水)に溶解させて溶液とした際に、曇点(下限臨界溶液温度)を有し得る。曇点とは、透明又は半透明な液体を温度変化させることにより相分離が起き、その結果不透明になる温度のことを意味する。このため、溶液を加熱することにより共重合体と溶媒とを分離することが可能となるため、本実施形態の共重合体は、正浸透膜用ドロー溶質として好適に適用し得る。 Such a copolymer may have a cloud point (lower limit critical solution temperature) when dissolved in a solvent (particularly water) to form a solution. The cloud point means the temperature at which phase separation occurs by changing the temperature of a transparent or translucent liquid, resulting in opacity. Therefore, since the copolymer and the solvent can be separated by heating the solution, the copolymer of the present embodiment can be suitably applied as a draw solute for a forward osmosis membrane.

含窒素複素環及びエチレン性不飽和基を有する単量体における含窒素複素環としては、特に限定されないが、例えば、ラクタム環(ピロリドン環、ピペリドン環、ε−カプロラクタム環等)、イミダゾール環、ピリジン環、ピロール環、ピリミジン環、モルホリン環、ピロリジン環、ピペリジン環、ピペラジン環、ピラジン環、ヘキサメチレンイミン環、ヘプタメチレンイミン環等が挙げられる。含窒素複素環は、非芳香族含窒素複素環であると好ましく、ラクタム環、ピロリジン環、ピペリジン環又はモルホリン環であるとより好ましく、ラクタム環又はモルホリン環であると更に好ましい。 The nitrogen-containing heterocycle in the nitrogen-containing heterocycle and the monomer having an ethylenically unsaturated group is not particularly limited, and for example, a lactam ring (pyrrolidone ring, piperidone ring, ε-caprolactam ring, etc.), imidazole ring, pyridine. Examples thereof include a ring, a pyrrol ring, a pyrimidine ring, a morpholin ring, a pyrrolidine ring, a piperidine ring, a piperazine ring, a pyrazine ring, a hexamethyleneimine ring, and a heptamethyleneimine ring. The nitrogen-containing heterocycle is preferably a non-aromatic nitrogen-containing heterocycle, more preferably a lactam ring, a pyrrolidine ring, a piperidine ring or a morpholin ring, and further preferably a lactam ring or a morpholin ring.

含窒素複素環及びエチレン性不飽和基を有する単量体におけるエチレン性不飽和基としては、特に限定されないが、例えば、ビニル基、アリル基、(メタ)アクリロイル基、(メタ)アクリロイルオキシ基等が挙げられる。 The ethylenically unsaturated group in the monomer having a nitrogen-containing heterocycle and an ethylenically unsaturated group is not particularly limited, but for example, a vinyl group, an allyl group, a (meth) acryloyl group, a (meth) acryloyloxy group and the like. Can be mentioned.

含窒素複素環及びエチレン性不飽和基を有する単量体の具体例としては、N−ビニルピロリドン、N−ビニルピペリドン,N−ビニル−ε−カプロラクタム、メチルビニルピロリドン等のラクタム系ビニル単量体;ビニルピリジン、ビニルピリミジン、ビニルピペラジン、ビニルピラジン、ビニルピロール、ビニルイミダゾール、ビニルオキサゾール、ビニルモルホリン等の窒素含有複素環を有するビニル系単量体、N−(メタ)アクリロイルモルホリン、N−(メタ)アクリロイルピペリジン、N−(メタ)アクリロイルピペリジン、N−(メタ)アクリロイルピロリジン、N−アクリルオキシスクシンイミド、アクリル酸エステルモルホリンカルボニル、(メタ)アクリル酸エステルカルバミン酸モルホリン等の含窒素複素環を有する(メタ)アクリル系単量体等が挙げられる。これらの中で、ラクタム系ビニル単量体又は含窒素複素環を有する(メタ)アクリル系単量体が好ましく、N−ビニルピロリドン又はN−(メタ)アクリロイルモルホリンがより好ましい。 Specific examples of the monomer having a nitrogen-containing heterocycle and an ethylenically unsaturated group include lactam-based vinyl monomers such as N-vinylpyrrolidone, N-vinylpiperidone, N-vinyl-ε-caprolactam, and methylvinylpyrrolidone; Vinyl-based monomers having a nitrogen-containing heterocycle such as vinylpyridine, vinylpyrimidine, vinylpiperazin, vinylpyrazine, vinylpyrrole, vinylimidazole, vinyloxazole, vinylmorpholin, N- (meth) acryloylmorpholin, N- (meth) It has a nitrogen-containing heterocycle such as acryloyl piperidine, N- (meth) acryloyl piperidine, N- (meth) acryloyl pyrrolidine, N-acrylic oxysuccinimide, acrylate morpholine carbonyl, (meth) acrylate morpholine carbamate (meth). ) Acrylic monomer and the like can be mentioned. Among these, a lactam vinyl monomer or a (meth) acrylic monomer having a nitrogen-containing heterocycle is preferable, and N-vinylpyrrolidone or N- (meth) acryloylmorpholine is more preferable.

含窒素複素環及びエチレン性不飽和基を有する単量体由来の構造単位の含有量は、共重合体の総量に対して、35〜75質量%であり、37.5〜72.5質量%であると好ましく、40〜70質量%であると更に好ましい。 The content of the structural unit derived from the nitrogen-containing heterocycle and the monomer having an ethylenically unsaturated group is 35 to 75% by mass and 37.5 to 72.5% by mass with respect to the total amount of the copolymer. It is preferable, and it is more preferable that it is 40 to 70% by mass.

(メタ)アクリル酸エステルとしては、特に限定されないが、例えば、脂肪族(メタ)アクリレート[例えば、(メタ)アクリル酸アルキルエステル(例えば、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸ブチル等の(メタ)アクリル酸C1−18アルキル)等]、脂環族(メタ)アクリレート[例えば、(メタ)アクリル酸シクロアルキルエステル(例えば、(メタ)アクリル酸シクロプロピル、(メタ)アクリル酸シクロブチル等の(メタ)アクリル酸C3−20シクロアルキル)、架橋環式(メタ)アクリレート(例えば、(メタ)アクリル酸イソボルニル)等]、芳香族(メタ)アクリレート[例えば、(メタ)アクリル酸アリールエステル(例えば、(メタ)アクリル酸フェニル、(メタ)アクリル酸o−トリル等の(メタ)アクリル酸C6−20アリール)、(メタ)アクリル酸アラルキルエステル(例えば、(メタ)アクリル酸ベンジル等の(メタ)アクリル酸C6−10アリールC1−4アルキル)、(メタ)アクリル酸フェノキシアルキル(例えば、(メタ)アクリル酸フェノキシエチル等の(メタ)アクリル酸フェノキシC1−4アルキル)等]、ヒドロキシル基を有する(メタ)アクリル酸エステル[例えば、(メタ)アクリル酸ヒドロキシアルキルエステル(例えば、(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシエチル等の(メタ)アクリル酸ヒドロキシC1−12アルキル)等]、アルコキシ基を有する(メタ)アクリル酸エステル[例えば、(メタ)アクリル酸アルコキシアルキルエステル(例えば、(メタ)アクリル酸2−メトキシエチル等のメタクリル酸C1−12アルコキシC1−12アルキル等)]、グリシジル基を有する(メタ)アクリル酸エステル(例えば、(メタ)アクリル酸グリシジル等)等が挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。 The (meth) acrylic acid ester is not particularly limited, but for example, an aliphatic (meth) acrylate [for example, (meth) acrylic acid alkyl ester (for example, methyl (meth) acrylic acid, ethyl (meth) acrylic acid, ( (Meta) acrylic acid C 1-18 alkyl such as butyl acrylate (meth)], alicyclic (meth) acrylate [eg, (meth) acrylic acid cycloalkyl ester (eg, (meth) acrylic acid cyclopropyl, C 3-20 cycloalkyl (meth) acrylate such as cyclobutyl (meth) acrylate), crosslinked (meth) acrylate (eg, isobornyl (meth) acrylate)], aromatic (meth) acrylate [eg. (Meta) acrylic acid aryl ester (eg, (meth) acrylic acid C 6-20 aryl such as (meth) acrylic acid phenyl, (meth) acrylic acid o-tolyl), (meth) acrylic acid aralkyl ester (eg, (meth) acrylic acid aralkyl ester (Meta) acrylate C such as benzyl (meth) acrylate 6-10aryl C 1-4 alkyl), phenoxyalkyl (meth) acrylate (eg, phenoxy C (meth) acrylate such as phenoxyethyl (meth) acrylate) 1-4 alkyl), etc.], (meth) acrylic acid ester having a hydroxyl group [for example, (meth) acrylic acid hydroxyalkyl ester (for example, (meth) acrylic acid hydroxyC, such as 2-hydroxyethyl (meth) acrylic acid) 1-12 Alkyl), etc.], (meth) acrylic acid ester having an alkoxy group [for example, (meth) acrylic acid alkoxyalkyl ester (for example, C 1-12 alkoxymethacrylate such as 2-methoxyethyl (meth) acrylic acid) C 1-12 alkyl, etc.)], (meth) acrylic acid ester having a glycidyl group (for example, glycidyl (meth) acrylate, etc.) and the like. These may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more type.

本実施形態の共重合体は、これらの中で、脂肪族(メタ)アクリレート由来の構造単位を含むことが好ましく、(メタ)アクリル酸C1−18アルキルを含むことがより好ましく、(メタ)アクリル酸C1−10アルキルを含むことがより好ましく、(メタ)アクリル酸C1−6アルキルを含むことが更に好ましく、(メタ)アクリル酸C1−4アルキルを含むことが特に好ましい。 Among these, the copolymer of the present embodiment preferably contains a structural unit derived from an aliphatic (meth) acrylate , more preferably contains C 1-18 alkyl (meth) acrylate, and (meth). It is more preferable to contain C 1-10 alkyl acrylate, further preferably C 1-6 alkyl (meth) acrylate, and particularly preferably C 1-4 alkyl (meth) acrylate.

(メタ)アクリル酸エステル由来の構造単位の含有量は、共重合体の総量に対して、25〜65質量%であり、27.5〜62.5質量%であると好ましく、30〜60質量%であると更に好ましい。 The content of the structural unit derived from the (meth) acrylic acid ester is 25 to 65% by mass, preferably 27.5 to 62.5% by mass, preferably 30 to 60% by mass, based on the total amount of the copolymer. % Is more preferable.

本実施形態の共重合体は、必要に応じて、他の重合性単量体(モノマー)由来の構成単位を含んでいてもよい。このような他のモノマーとしては、例えば、酸基含有モノマー(メタクリル酸、アクリル酸等)、スチレン系モノマー[例えば、スチレン、ビニルトルエン、置換基(例えば、ハロゲン基、アルコキシ基、アルキル基、ヒドロキシ基等)を有するスチレン(例えば、α―メチルスチレン、クロロスチレン等)、スチレンスルホン酸又はその塩等]、ビニルエステル(例えば、酢酸ビニル等)、不飽和ニトリル(例えば、アクリロニトリル、メタクリロニトリル等)、オレフィン系モノマー(例えば、エチレン、プロピレン、1−ブテン、イソブチレン、1−オクテン等のC2−10アルケン)、アミド基含有ビニル系単量体[例えば、(メタ)アクリルアミド、N−置換(メタ)アクリルアミド(例えば、N−メチル(メタ)アクリルアミド等のN−アルキル(メタ)アクリルアミド;N−シクロヘキシル(メタ)アクリルアミド等のN−シクロアルキル(メタ)アクリルアミド;N−フェニル(メタ)アクリルアミド等のN−アリール(メタ)アクリルアミド;N−ベンジル(メタ)アクリルアミド等のN−アラルキル(メタ)アクリルアミド等)等]、2−(ヒドロキシメチル)アクリル酸エステル(例えば、2−(ヒドロキシメチル)アクリル酸エチル等のアルキルエステル)等が挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。 The copolymer of the present embodiment may contain a structural unit derived from another polymerizable monomer (monomer), if necessary. Examples of such other monomers include acid group-containing monomers (methacrylic acid, acrylic acid, etc.), styrene-based monomers [for example, styrene, vinyltoluene, substituents (eg, halogen group, alkoxy group, alkyl group, hydroxy). Styrene having a group (eg, α-methylstyrene, chlorostyrene, etc.), styrene sulfonic acid or a salt thereof, etc.], vinyl ester (eg, vinyl acetate, etc.), unsaturated nitrile (eg, acrylonitrile, methacrylnitrile, etc.), etc. ), Olefin-based monomers (eg, C 2-10 alkenes such as ethylene, propylene, 1-butene, isobutylene, 1-octene), amide group-containing vinyl-based monomers [eg, (meth) acrylamide, N-substituted (eg, (meth) acrylamide, N-substituted (. Meta) acrylamide (eg, N-alkyl (meth) acrylamide such as N-methyl (meth) acrylamide; N-cycloalkyl (meth) acrylamide such as N-cyclohexyl (meth) acrylamide; N-phenyl (meth) acrylamide and the like. N-aryl (meth) acrylamide; N-aralkyl (meth) acrylamide such as N-benzyl (meth) acrylamide), etc.], 2- (Hydroxymethyl) acrylic acid ester (for example, ethyl 2- (hydroxymethyl) acrylic acid) Alkyl ester) and the like. These may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more type.

他の重合性単量体由来の構成単位の含有量は、共重合体の総量に対して、30質量%以下であると好ましく、20質量%以下であるとより好ましく、10質量%以下であると更に好ましい。 The content of the structural unit derived from the other polymerizable monomer is preferably 30% by mass or less, more preferably 20% by mass or less, and 10% by mass or less, based on the total amount of the copolymer. Is even more preferable.

本実施形態の共重合体の重合平均分子量(Mw)は、100000未満であると好ましく、80000未満であるとより好ましく、60000未満であると更に好ましい。重量平均分子量が上記範囲であることにより、溶液とした際に曇点が生じ易くなる。重量平均分子量の下限値は特に限定されないが、例えば、10000以上とすることができる。 The polymerization average molecular weight (Mw) of the copolymer of the present embodiment is preferably less than 100,000, more preferably less than 80,000, and even more preferably less than 60,000. When the weight average molecular weight is in the above range, cloud points are likely to occur when the solution is prepared. The lower limit of the weight average molecular weight is not particularly limited, but may be, for example, 10,000 or more.

本実施形態の共重合体の数平均分子量(Mn)は、80000未満であると好ましく、70000未満であるとより好ましい。 The number average molecular weight (Mn) of the copolymer of the present embodiment is preferably less than 80,000, more preferably less than 70,000.

本実施形態の共重合体の分子量分布(Mw/Mn)は、1.5以下であり、1.4以下であると好ましく、1.3以下であるとより好ましい。分子量分布が上記範囲であることにより、溶液とした際に曇点が生じ易くなる。 The molecular weight distribution (Mw / Mn) of the copolymer of the present embodiment is 1.5 or less, preferably 1.4 or less, and more preferably 1.3 or less. When the molecular weight distribution is in the above range, cloud points are likely to occur when the solution is prepared.

なお、分子量(及び分子量分布)は、例えば、GPCを用い、ポリスチレン換算により測定してもよく、実施例に記載の方法で測定してもよい。 The molecular weight (and molecular weight distribution) may be measured by, for example, using GPC in terms of polystyrene, or may be measured by the method described in Examples.

上記共重合体は、上述の単量体を適宜選択して重合反応を行うことにより製造することができる。重合反応の際の単量体の好ましい使用量は、上記共重合体おけるこれらの単量体由来の構造単位の好ましい含有量と同様である。 The above-mentioned copolymer can be produced by appropriately selecting the above-mentioned monomer and carrying out a polymerization reaction. The preferable amount of the monomer used in the polymerization reaction is the same as the preferable content of the structural unit derived from these monomers in the above-mentioned copolymer.

上記重合反応は、重合開始剤の存在下で行うことが好ましい。重合開始剤としては、例えば、過酸化水素;過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム等の過硫酸塩;ジメチル2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオネート)、2,2’−アゾビス(イソブチロニトリル)、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)等のアゾ系化合物;過酸化ベンゾイル、過酢酸、ジ−t−ブチルパーオキサイド等の有機過酸化物等が好適である。これらの重合開始剤は、単独で使用されてもよく、2種以上の混合物の形態で使用されてもよい。
重合開始剤の使用量としては、重合反応に使用される単量体の使用量100質量部あたり、0.1〜20質量部であることが好ましく、0.5〜15質量部であることがより好ましい。
The polymerization reaction is preferably carried out in the presence of a polymerization initiator. Examples of the polymerization initiator include hydrogen peroxide; persulfates such as sodium persulfate, potassium persulfate, and ammonium persulfate; dimethyl 2,2'-azobis (2-methylpropionate), 2,2'-azobis. (Isobutyronitrile), azo compounds such as 2,2'-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile); organic peroxides such as benzoyl peroxide, peracetic acid, di-t-butyl peroxide, etc. Suitable. These polymerization initiators may be used alone or in the form of a mixture of two or more.
The amount of the polymerization initiator used is preferably 0.1 to 20 parts by mass, preferably 0.5 to 15 parts by mass, per 100 parts by mass of the amount of the monomer used in the polymerization reaction. More preferred.

上記重合反応は、連鎖移動剤の存在下で行うことが好ましい。これにより、分子量分布をより小さくし易い。 The polymerization reaction is preferably carried out in the presence of a chain transfer agent. This makes it easier to make the molecular weight distribution smaller.

連鎖移動剤としては、例えば、チオ酢酸ナトリウム、チオ酢酸カリウム等のチオ酢酸アルカリ金属塩、システイン、システアミン、2−メルカプトエタノール、チオグリセロール、チオグリコール酸、メルカプトプロピオン酸、2−メルカプトプロピオン酸、3−メルカプトプロピオン酸、チオ酢酸、チオリンゴ酸、2−メルカプトエタンスルホン酸、それらのナトリウム塩、カリウム塩等の親水性チオール系連鎖移動剤;2−アミノプロパン−1−オール等の1級アルコール、イソプロピルアルコール等の2級アルコール、亜リン酸、次亜リン酸及びそれらの塩(例えば、次亜リン酸ナトリウム、次亜リン酸カリウム等)、亜硫酸、亜硫酸水素、亜二チオン酸、メタ重亜硫酸及びそれらの塩(例えば、亜硫酸ナトリウム、亜硫酸水素ナトリウム、亜二チオン酸ナトリウム、メタ重亜硫酸ナトリウム、亜硫酸カリウム、亜硫酸水素カリウム、亜二チオン酸カリウム、メタ重亜硫酸カリウム等)等の非チオール系の連鎖移動剤;ブタンチオール、オクタンチオール、デカンチオール、ドデカンチオール、ヘキサデカンチオール、オクタデカンチオール、シクロヘキシルメルカプタン、チオフェノール、チオグリコール酸オクチル、2−メルカプトプロピオン酸オクチル、3−メルカプトプロピオン酸オクチル、メルカプトプロピオン酸2−エチルヘキシルエステル、オクタン酸2−メルカプトエチルエステル、1,8−ジメルカプト−3,6−ジオキサオクタン、デカントリチオール、ドデシルメルカプタン等の疎水性チオール系連鎖移動剤;4−クロロ−3,5−ジメチルピラゾール−1−カルボジチオ酸2’−シアノブタン−2’−イル、3,5−ジメチルピラゾール−1−カルボジチオ酸2’−シアノブタン−2’−イル、3,5−ジメチルピラゾール−1−カルボジチオ酸シアノメチル、2−シアノプロプ−2−イル-ジチオベンゾアート、S−(2−シアノプロプ−2−イル)−S−ドデシルトリチオカルボナート、4−[(2−カルボキシエチルスルファニルチオカルボニル)スルファニル]−4−シアノペンタン酸、4−シアノ−4−(チオベンゾイルチオ)ペンタン酸、4−シアノ−4−[(ドデシルスルファニルチオカルボニル)スルファニル]ペンタン酸、ビス(ドデシルスルファニルチオカルボニル)ジスルフィド等の可逆的付加開裂連鎖移動重合法用の連鎖移動剤(RAFT剤)等が挙げられる。これらの連鎖移動剤は、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。これらの中で、分子量分布を更に小さくし易い観点から、RAFT剤を用いることが好ましい。 Examples of the chain transfer agent include alkali metal salts of thioacetate such as sodium thioacetate and potassium thioacetate, cysteine, cysteamine, 2-mercaptoethanol, thioglycerol, thioglycolic acid, mercaptopropionic acid, 2-mercaptopropionic acid, 3 -Hydrothiol chain transfer agents such as mercaptopropionic acid, thioacetic acid, thioannic acid, 2-mercaptoethanesulfonic acid, their sodium salts and potassium salts; primary alcohols such as 2-aminopropan-1-ol, isopropyl Secondary alcohols such as alcohols, phosphite, hypophosphoric acid and salts thereof (eg, sodium hypophosphite, potassium hypophosphite, etc.), sulfites, hydrogen sulfites, dithionic acids, metabisulfites and Non-thiol chains of their salts (eg, sodium sulfite, sodium hydrogen sulfite, sodium dithionate, sodium metabisulfite, potassium sulfite, potassium hydrogen sulfite, potassium dithioate, potassium metabisulfite, etc.) Transfer agents: butane thiol, octane thiol, decane thiol, dodecane thiol, hexadecane thiol, octadecane thiol, cyclohexyl mercaptan, thiophenol, octyl thioglycolate, octyl 2-mercaptopropionate, octyl 3-mercaptopropionate, mercaptopropionic acid 2 Hydrophobic thiol-based chain transfer agents such as −ethylhexyl ester, octanoic acid 2-mercaptoethyl ester, 1,8-dimercapto-3,6-dioxaoctane, decantrythiol, dodecyl mercaptan; 4-chloro-3,5- Dimethylpyrazole-1-carbodithioic acid 2'-cyanobutane-2'-yl, 3,5-dimethylpyrazole-1-carbodithioic acid 2'-cyanobutane-2'-yl, 3,5-dimethylpyrazole-1-carbodithioate cyanomethyl , 2-Cyanoprop-2-yl-dithiobenzoate, S- (2-cyanoprop-2-yl) -S-dodecyltrithiocarbonate, 4-[(2-carboxyethyl sulfanylthiocarbonyl) sulfanyl] -4- Reversible addition cleavage of cyanopentanoic acid, 4-cyano-4- (thiobenzoylthio) pentanoic acid, 4-cyano-4-[(dodecylsulfanylthiocarbonyl) sulfanyl] pentanoic acid, bis (dodecylsulfanylthiocarbonyl) disulfide, etc. Examples thereof include a chain transfer agent (RAFT agent) for a chain transfer polymerization method. These chain transfer agents may be used alone or in combination of two or more. Among these, it is preferable to use a RAFT agent from the viewpoint of making it easier to further reduce the molecular weight distribution.

連鎖移動剤の量は、目標とする共重合体の分子量・分子量分布等に応じて適宜設定すればよく、特に限定されないが、重合反応に使用される単量体の使用量100質量部あたり、0.1〜20質量部であることが好ましく、0.5〜15質量部であることがより好ましい。 The amount of the chain transfer agent may be appropriately set according to the target molecular weight, molecular weight distribution, etc. of the copolymer, and is not particularly limited, but is not particularly limited, but per 100 parts by mass of the amount of the monomer used in the polymerization reaction. It is preferably 0.1 to 20 parts by mass, and more preferably 0.5 to 15 parts by mass.

重合反応の際には、溶媒を用いることができる。溶媒として、例えば、n−ヘキサン、n−ヘプタン等の脂肪族炭化水素化合物;ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族化合物;メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、n−ブチルアルコール、1−ヘキサノール等のアルコール;プロピレングリコールメチルエーテル、ジプロピレングリコールメチルエーテル、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ等のエーテル;酢酸エチル、酢酸ブチル、セロソルブアセテート等のエステル;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジアセトンアルコール等のケトン;ジメチルホルムアミド等のアミド等の有機溶媒が挙げられる。これらの溶媒は、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。これらの中で、人体に対する影響を小さくする観点から、脂肪族炭化水素化合物、アルコール、エーテル、エステル、ケトン及びアミドが好ましく、脂肪族炭化水素化合物及びエステルがより好ましく、n−ヘキサン及び酢酸エチルが更に好ましい。 A solvent can be used in the polymerization reaction. As the solvent, for example, an aliphatic hydrocarbon compound such as n-hexane and n-heptane; an aromatic compound such as benzene, toluene and xylene; an alcohol such as methanol, ethanol, isopropyl alcohol, n-butyl alcohol and 1-hexanol; Ethers such as propylene glycol methyl ether, dipropylene glycol methyl ether, ethyl cellosolve, butyl cellosolve; esters such as ethyl acetate, butyl acetate, cellosolve acetate; ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, diacetone alcohol; Examples include organic solvents such as amides. Each of these solvents may be used alone, or two or more kinds may be used in combination. Among these, aliphatic hydrocarbon compounds, alcohols, ethers, esters, ketones and amides are preferable, aliphatic hydrocarbon compounds and esters are more preferable, and n-hexane and ethyl acetate are preferable from the viewpoint of reducing the influence on the human body. More preferred.

上記重合反応は、通常、0〜150℃で行われることが好ましく、30〜120℃で行われることがより好ましく、50〜90℃で行われることが更に好ましい。重合温度は、重合反応において、常にほぼ一定に保持する必要はなく、一度又は二度以上変動(加温又は冷却)してもよい。重合反応は、常圧、加圧、減圧のいずれの条件下で行ってもよい。 The polymerization reaction is usually preferably carried out at 0 to 150 ° C., more preferably 30 to 120 ° C., and even more preferably 50 to 90 ° C. The polymerization temperature does not have to be kept substantially constant in the polymerization reaction, and may be changed once or twice or more (heating or cooling). The polymerization reaction may be carried out under any conditions of normal pressure, pressure and reduced pressure.

上記重合反応において、単量体や重合開始剤等は、それぞれ反応器に一括で添加してもよく、逐次的又は連続的に添加してもよい。 In the above polymerization reaction, the monomer, the polymerization initiator and the like may be added to the reactor all at once, or may be added sequentially or continuously.

共重合体の製造方法は、上記重合反応工程以外の他の工程を含んでいてもよい。その他の工程としては、例えば、熟成工程、中和工程、重合開始剤や連鎖移動剤の失活工程、希釈工程、乾燥工程、濃縮工程、精製工程が挙げられる。 The method for producing the copolymer may include steps other than the above-mentioned polymerization reaction step. Examples of other steps include a aging step, a neutralizing step, a deactivating step of a polymerization initiator and a chain transfer agent, a diluting step, a drying step, a concentration step, and a purification step.

<ドロー溶液>
本実施形態のドロー溶液は、上述の共重合体をドロー溶質として含む。ドロー溶質の含有量は、ドロー溶液全量に対して、20〜100質量%であると好ましく、50〜100質量%であるとより好ましく、75〜100質量%であると更に好ましい。
<Draw solution>
The draw solution of the present embodiment contains the above-mentioned copolymer as a draw solute. The content of the draw solute is preferably 20 to 100% by mass, more preferably 50 to 100% by mass, and even more preferably 75 to 100% by mass with respect to the total amount of the draw solution.

上記ドロー溶液は、溶媒を含んでいてもよい。溶媒は、ドロー溶液を用いる正浸透膜法の条件等に応じて適宜選択すればよいが、水、メタノール、エタノール等から選ばれる溶媒を1種又は2種以上用いることができる。処理対象溶媒と同じ溶媒を含むことがより好ましい。溶媒の含有量は、ドロー溶液全量に対して、例えば80〜0質量%とすることができる。 The draw solution may contain a solvent. The solvent may be appropriately selected depending on the conditions of the forward osmosis membrane method using a draw solution, etc., but one or more solvents selected from water, methanol, ethanol and the like can be used. It is more preferable to contain the same solvent as the solvent to be treated. The content of the solvent can be, for example, 80 to 0% by mass with respect to the total amount of the draw solution.

上記ドロー溶液は、上記ドロー溶質以外のドロー溶質(その他のドロー溶質)を含んでいてもよいが、その含有量はドロー溶質全量に対して20質量%以下であると好ましい。ドロー溶液は、上記ドロー溶質、任意の溶媒、任意のその他のドロー溶質から構成されることが好ましく、上記ドロー溶質及び溶媒から構成されることがより好ましい。 The draw solution may contain a draw solute other than the draw solute (other draw solutes), but the content thereof is preferably 20% by mass or less based on the total amount of the draw solute. The draw solution is preferably composed of the above draw solute, any solvent, any other draw solute, and more preferably composed of the above draw solute and solvent.

上記ドロー溶液は曇点を有することが好ましい。曇点を有するドロー溶液は加熱することによりドロー溶質と溶媒とを相分離させることができる。 The draw solution preferably has a cloud point. The draw solution having a cloud point can be phase-separated from the draw solute and the solvent by heating.

上記ドロー溶液の曇点は、上記共重合体の構成、例えば含窒素複素環及びエチレン性不飽和基を有する単量体及び(メタ)アクリル酸エステル由来の構造単位の種類及び含有量や重量平均分子量、分子量分布等を変更することにより、適宜調整することができ、適用する用途に合わせて適切な曇点のドロー溶液を選択することができる。 The cloud point of the draw solution is the composition of the copolymer, for example, the type and content and weight average of structural units derived from a monomer having a nitrogen-containing heterocycle and an ethylenically unsaturated group and a (meth) acrylic acid ester. By changing the molecular weight, the molecular weight distribution, etc., it can be appropriately adjusted, and an appropriate cloud point draw solution can be selected according to the application.

例えば、工場の低温排熱を利用した水処理に正浸透膜法を適用する際には、正浸透膜処理を行う室温前後の温度ではドロー溶液が相分離せず、且つ工場の低温排熱程度の温度でドロー溶液が相分離することが好ましい。このような用途で用いられるドロー溶液の好適な曇点は、ドロー溶液におけるドロー溶質の濃度により変動するが、例えば、35〜80℃であると好ましく、40〜75℃であるとより好ましい。 For example, when the forward osmosis membrane method is applied to water treatment using low temperature exhaust heat of a factory, the draw solution does not phase-separate at a temperature around room temperature where the forward osmosis membrane treatment is performed, and the low temperature exhaust heat of the factory is about It is preferable that the draw solution is phase-separated at the temperature of. The suitable cloud point of the draw solution used in such an application varies depending on the concentration of the draw solute in the draw solution, but is preferably 35 to 80 ° C, more preferably 40 to 75 ° C, for example.

工場の低温排熱は、従来活用困難であり、多くが廃熱とされていたことから、低温排熱を用いた水処理はエネルギー効率の観点から特に好ましい。 Since low-temperature waste heat from factories has been difficult to utilize in the past and most of it has been regarded as waste heat, water treatment using low-temperature waste heat is particularly preferable from the viewpoint of energy efficiency.

<正浸透膜法>
正浸透膜法では、供給液(処理対象溶液)とドロー溶液とを半透膜を介して接触させ、浸透圧の低い供給液側から浸透圧の高いドロー溶液に溶媒が移動する。溶媒の移動に伴い、ドロー溶液の濃度は徐々に低下する。このため、正浸透膜法を継続して行うためには、ドロー溶液に含まれるドロー溶質と溶媒とを分離する必要がある。
<Forward osmosis membrane method>
In the forward osmosis membrane method, the feed solution (solution to be treated) and the draw solution are brought into contact with each other via a semipermeable membrane, and the solvent moves from the feed solution side having a low osmotic pressure to the draw solution having a high osmotic pressure. As the solvent moves, the concentration of the draw solution gradually decreases. Therefore, in order to continue the forward osmosis membrane method, it is necessary to separate the draw solute and the solvent contained in the draw solution.

曇点を有する上記ドロー溶液によれば、加熱によりドロー溶質と溶媒とを相分離させることができる。 According to the above-mentioned draw solution having a cloud point, the draw solute and the solvent can be phase-separated by heating.

このような曇点を有するドロー溶液を用いた正浸透膜法では、例えば、以下の処理を繰り返すことにより、目的の処理物を継続して製造することができる。
・半透膜の一方の側に供給液、他方の側にドロー溶液を、それぞれ半透膜と接触するように配置して供給液側から半透膜を通してドロー溶液側へ溶媒を移動させる。
・濃度の低下したドロー溶液を取り出して加熱し、ドロー溶質と溶媒とを相分離させる。
・相分離させたドロー溶質を再び上記他方の側に循環させる。
・相分離させた溶媒を、例えばナノろ過膜(NF膜)を用いて、更に精製して、目的の処理物(精製水等)を得る。
In the forward osmosis membrane method using a draw solution having such a cloud point, for example, the target processed product can be continuously produced by repeating the following treatment.
-Place the feed solution on one side of the semipermeable membrane and the draw solution on the other side so that they are in contact with the semipermeable membrane, and move the solvent from the feed solution side through the semipermeable membrane to the draw solution side.
-Take out the drawn solution with reduced concentration and heat it to separate the draw solute and the solvent from each other in phase.
-The phase-separated draw solute is circulated again to the other side.
-The phase-separated solvent is further purified using, for example, a nanofiltration membrane (NF membrane) to obtain a desired treated product (purified water, etc.).

また別の方法として、ドロー溶質に酸性ガスを吸収させることで溶媒との相溶性を高めたドロー溶液を用い、供給液側からドロー溶液側に溶媒を膜透過させた後、ドロー溶質から酸性ガスを除去してドロー溶質と溶媒とを相分離させる方法を適用することもできる。
上記酸性ガスとしては、一酸化炭素、二酸化炭素等の炭素酸化物;一酸化硫黄、二酸化硫黄、三酸化硫黄等の硫黄酸化物;一酸化窒素、二酸化窒素、亜酸化窒素、三酸化二窒素、四酸化二窒素、五酸化二窒素等の窒素の酸化物等が挙げられる。これらの中でも、上記酸性ガスは、二酸化炭素であることが好ましい。
As another method, a draw solution having improved compatibility with the solvent by allowing the draw solute to absorb the acid gas is used, the solvent is permeated from the supply solution side to the draw solution side, and then the draw solute to the acid gas. It is also possible to apply a method of phase-separating the draw solute and the solvent by removing the acid gas.
Examples of the acidic gas include carbon oxides such as carbon monoxide and carbon dioxide; sulfur oxides such as sulfur monoxide, sulfur dioxide and sulfur trioxide; nitric oxide, nitrogen dioxide, nitrous oxide and dinitrogen trioxide. Examples thereof include oxides of nitrogen such as dinitrogen tetroxide and dinitrogen pentoxide. Among these, the acid gas is preferably carbon dioxide.

上記正浸透膜処理を行う温度は特に制限されないが、通常室温前後であり、例えば5〜40℃とすることができる。 The temperature at which the forward osmosis membrane treatment is performed is not particularly limited, but is usually around room temperature, and can be, for example, 5 to 40 ° C.

正浸透膜法に用いる半透膜(Membrane)としては、従来公知のものを用いることができるが、膜としての強度を維持するために、膜の選択透過性を決定する緻密な活性層(Active layer)と多孔質の支持層(Support layer)と組み合わせて用いることが好ましい。活性層よりも支持層の方が汚れを吸着しやすいため、膜汚れ低減の観点から、一般的には、半透膜の活性層は供給液(被処理水)側に設けることが好ましい。 As the semipermeable membrane (Membrane) used in the forward osmosis membrane method, a conventionally known one can be used, but in order to maintain the strength of the membrane, a dense active layer (Active) that determines the selective permeability of the membrane is used. It is preferable to use it in combination with a layer) and a porous support layer. Since the support layer is more likely to adsorb dirt than the active layer, it is generally preferable to provide the active layer of the semipermeable membrane on the supply liquid (water to be treated) side from the viewpoint of reducing film dirt.

上記ドロー溶液は、正浸透膜法を利用する種々の用途に適用することができる。中でも、水処理装置や発電装置は、正浸透膜法の利用が期待される用途であり、上記ドロー溶液はこれらの用途に好適に適用可能である。 The draw solution can be applied to various applications utilizing the forward osmosis membrane method. Among them, water treatment equipment and power generation equipment are applications in which the forward osmosis membrane method is expected to be used, and the draw solution can be suitably applied to these applications.

以下に実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。なお、特に断りのない限り、「%」は「質量%」を意味するものとする。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples. Unless otherwise specified, "%" shall mean "mass%".

<重合体の合成>
(実施例1)
撹拌子を入れた100mL試験管に酢酸エチル18.92gを加え、N−ビニルピロリドン(NVP)8.0gとアクリル酸メチル(MA)5.34gを溶解させた。さらに、アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)0.26gと4−[(2−カルボキシエチルスルファニルチオカルボニル)スルファニル]−4−シアノペンタン酸(以下、「連鎖移動剤A」ともいう。)0.82gを加えた後に試験管の中を窒素置換し密閉した。その後、70℃で24時間反応させ、得られた組成物をヘキサン中で再沈殿し、減圧乾燥を行うことで重合体1を得た。
<Synthesis of polymer>
(Example 1)
18.92 g of ethyl acetate was added to a 100 mL test tube containing a stir bar to dissolve 8.0 g of N-vinylpyrrolidone (NVP) and 5.34 g of methyl acrylate (MA). Further, 0.26 g of azobisisobutyronitrile (AIBN) and 4-[(2-carboxyethyl sulfanylthiocarbonyl) sulfanyl] -4-cyanopentanoic acid (hereinafter, also referred to as "chain transfer agent A") 0. After adding 82 g, the inside of the test tube was replaced with nitrogen and sealed. Then, the reaction was carried out at 70 ° C. for 24 hours, the obtained composition was reprecipitated in hexane, and the mixture was dried under reduced pressure to obtain polymer 1.

(実施例2)
酢酸エチル量を9.91g、NVP量を3.5g、MA量を3.5g、AIBN量を0.14g、連鎖移動剤A量を0.44gに変更した以外は実施例1と同様の操作を行うことで重合体2を得た。
(Example 2)
The same operation as in Example 1 except that the amount of ethyl acetate was changed to 9.91 g, the amount of NVP was changed to 3.5 g, the amount of MA was changed to 3.5 g, the amount of AIBN was changed to 0.14 g, and the amount of chain transfer agent A was changed to 0.44 g. The polymer 2 was obtained.

(実施例3)
AIBN量を0.2g、連鎖移動剤Aを3,5−ジメチルピラゾール−1−カルボジチオ酸2’−シアノブタン−2’−イル(以下、「連鎖移動剤B」ともいう。)0.31gに変更した以外は実施例2と同様の操作を行うことで重合体3を得た。
(Example 3)
The amount of AIBN was changed to 0.2 g, and the chain transfer agent A was changed to 0.31 g of 3,5-dimethylpyrazole-1-carbodithioic acid 2'-cyanobutane-2'-yl (hereinafter, also referred to as "chain transfer agent B"). The polymer 3 was obtained by performing the same operation as in Example 2 except for the above.

(実施例4)
酢酸エチル量を7.93g、NVP量を2.5g、MA量を3.06g、AIBN量を0.11g、連鎖移動剤B量を0.29gに変更した以外は実施例3と同様の操作を行うことで重合体4を得た。
(Example 4)
The same operation as in Example 3 except that the amount of ethyl acetate was changed to 7.93 g, the amount of NVP was changed to 2.5 g, the amount of MA was changed to 3.06 g, the amount of AIBN was changed to 0.11 g, and the amount of chain transfer agent B was changed to 0.29 g. The polymer 4 was obtained.

(実施例5)
酢酸エチル量を8.78g、NVP量を2.4g、MA量を3.6g、AIBN量を0.12g、連鎖移動剤A量を0.32gに変更した以外は実施例1と同様の操作を行うことで重合体5を得た。
(Example 5)
The same operation as in Example 1 except that the amount of ethyl acetate was changed to 8.78 g, the amount of NVP was 2.4 g, the amount of MA was 3.6 g, the amount of AIBN was 0.12 g, and the amount of chain transfer agent A was changed to 0.32 g. The polymer 5 was obtained.

(実施例6)
酢酸エチル量を9.56g、NVP量を4.0g、MAをアクリル酸エチル(EA)2.67g、AIBN量を0.12g、連鎖移動剤B量を0.32gに変更した以外は実施例4と同様の操作を行うことで重合体6を得た。
(Example 6)
Examples except that the amount of ethyl acetate was changed to 9.56 g, the amount of NVP was changed to 4.0 g, MA was changed to ethyl acrylate (EA) 2.67 g, the amount of AIBN was changed to 0.12 g, and the amount of chain transfer agent B was changed to 0.32 g. The polymer 6 was obtained by performing the same operation as in 4.

(実施例7)
酢酸エチル量を8.63g、NVP量を4.2g、MAをアクリル酸ブチル(BA)1.8g、AIBN量を0.10g、連鎖移動剤B量を0.27gに変更した以外は実施例4と同様の操作を行うことで重合体7を得た。
(Example 7)
Examples except that the amount of ethyl acetate was changed to 8.63 g, the amount of NVP was changed to 4.2 g, the amount of MA was changed to 1.8 g of butyl acrylate (BA), the amount of AIBN was changed to 0.10 g, and the amount of chain transfer agent B was changed to 0.27 g. The polymer 7 was obtained by performing the same operation as in 4.

(実施例8)
酢酸エチル量を8.61g、NVP量を4.8g、MAをメタクリル酸メチル(MMA)1.2g、AIBN量を0.11g、連鎖移動剤B量を0.28gに変更した以外は実施例4と同様の操作を行うことで重合体8を得た。
(Example 8)
Examples except that the amount of ethyl acetate was changed to 8.61 g, the amount of NVP was changed to 4.8 g, the amount of MA was changed to 1.2 g of methyl methacrylate (MMA), the amount of AIBN was changed to 0.11 g, and the amount of chain transfer agent B was changed to 0.28 g. The polymer 8 was obtained by performing the same operation as in 4.

(実施例9)
冷却管や温度計を備えた300mLのセパラブルフラスコ中に2−プロパノール101.2gを加え、窒素フローを行い撹拌しながら75℃まで昇温させた。その後、NVP31.5g、MA38.5g、酢酸エチル60gにAIBN2.1gを溶解させた溶液をそれぞれ別々に3時間かけて滴下した。滴下終了後、1時間75℃を保ったまま熟成を行い、その後降温した。得られた組成物をヘキサン中で再沈殿し、減圧乾燥を行うことで重合体を得た。
(Example 9)
101.2 g of 2-propanol was added to a 300 mL separable flask equipped with a cooling tube and a thermometer, and the temperature was raised to 75 ° C. with stirring by flowing nitrogen. Then, a solution prepared by dissolving 2.1 g of AIBN in 31.5 g of NVP, 38.5 g of MA, and 60 g of ethyl acetate was separately added dropwise over 3 hours. After completion of the dropping, aging was carried out while maintaining 75 ° C. for 1 hour, and then the temperature was lowered. The obtained composition was reprecipitated in hexane and dried under reduced pressure to obtain a polymer.

(実施例10)
酢酸エチル量を9.61g、NVPをアクリロイルモルホリン(ACMO)4.0g、MA量を2.67g、AIBN量を0.19g、連鎖移動剤A量を0.36gに変更した以外は実施例1と同様の操作を行うことで重合体10を得た。
(Example 10)
Example 1 except that the amount of ethyl acetate was changed to 9.61 g, the amount of NVP was changed to 4.0 g of acryloyl morpholine (ACMO), the amount of MA was 2.67 g, the amount of AIBN was 0.19 g, and the amount of chain transfer agent A was changed to 0.36 g. The polymer 10 was obtained by performing the same operation as in the above.

(比較例1)
酢酸エチル量を8.63g、NVP量を1.8g、MA量を4.2g、AIBN量を0.10g、連鎖移動剤A量を0.26gに変更した以外は実施例1と同様の操作を行うことで比較重合体1を得た。
(Comparative Example 1)
The same operation as in Example 1 except that the amount of ethyl acetate was changed to 8.63 g, the amount of NVP was changed to 1.8 g, the amount of MA was changed to 4.2 g, the amount of AIBN was changed to 0.10 g, and the amount of chain transfer agent A was changed to 0.26 g. The comparative polymer 1 was obtained.

(比較例2)
酢酸エチル量を8.78g、NVP量を2.4g、MA量を3.6g、AIBN量を0.12g、連鎖移動剤B量を0.32gに変更した以外は実施例4と同様の操作を行うことで比較重合体2を得た。
(Comparative Example 2)
The same operation as in Example 4 except that the amount of ethyl acetate was changed to 8.78 g, the amount of NVP was 2.4 g, the amount of MA was 3.6 g, the amount of AIBN was 0.12 g, and the amount of chain transfer agent B was changed to 0.32 g. The comparative polymer 2 was obtained.

(比較例3)
酢酸エチル量を8.61g、NVP量を4.8g、MA量を1.2g、AIBN量を0.11g、連鎖移動剤A量を0.27gに変更した以外は実施例1と同様の操作を行うことで比較重合体3を得た。
(Comparative Example 3)
The same operation as in Example 1 except that the amount of ethyl acetate was changed to 8.61 g, the amount of NVP was changed to 4.8 g, the amount of MA was changed to 1.2 g, the amount of AIBN was changed to 0.11 g, and the amount of chain transfer agent A was changed to 0.27 g. The comparative polymer 3 was obtained.

<重合体の評価1>
実施例及び比較例で得られた重合体について、以下の方法で評価した。その結果を表1に示す。
<Evaluation of polymer 1>
The polymers obtained in Examples and Comparative Examples were evaluated by the following methods. The results are shown in Table 1.

(重量平均分子量、数平均分子量及び分散度)
重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)及び分散度(Mw/Mn)は、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)を用いて、ポリスチレン換算により求めた。測定に用いた装置及び測定条件は以下の通りである。
システム:東ソー製GPCシステムHLC−8220
測定側カラム構成:
・ガードカラム(東ソー製、TSKguardcolumn SuperHZ−L)
・分離カラム(東ソー製、TSKgel SuperHZM−M)2本直列接続
リファレンス側カラム構成:
・リファレンスカラム(東ソー製、TSKgel SuperH−RC)
展開溶媒:ジメチルホルムアミド(和光純薬工業製、特級)
展開溶媒の流量:0.6mL/分
標準試料:TSK標準ポリスチレン(東ソー製、PS−オリゴマーキット)
カラム温度:40℃
(Weight average molecular weight, number average molecular weight and dispersity)
The weight average molecular weight (Mw), number average molecular weight (Mn) and dispersity (Mw / Mn) were determined by gel permeation chromatography (GPC) in terms of polystyrene. The equipment and measurement conditions used for the measurement are as follows.
System: Tosoh GPC system HLC-8220
Measurement side column configuration:
・ Guard column (manufactured by Tosoh, TSKguardcolum SuperHZ-L)
-Separation column (manufactured by Tosoh, TSKgel SuperHZM-M) 2 series connection Reference side column configuration:
・ Reference column (manufactured by Tosoh, TSKgel SuperH-RC)
Developing solvent: Dimethylformamide (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., special grade)
Flow rate of developing solvent: 0.6 mL / min Standard sample: TSK standard polystyrene (manufactured by Tosoh, PS-oligomer kit)
Column temperature: 40 ° C

(曇点)
重合体を水に溶解させ、30%水溶液を調製し、曇点(Cp)の評価を行った。具体的には、水溶液の温度を上げていった際に、相分離が起きて不透明となった温度を曇点(Cp)として評価した。
(Cloud point)
The polymer was dissolved in water to prepare a 30% aqueous solution, and the cloud point (Cp) was evaluated. Specifically, when the temperature of the aqueous solution was raised, the temperature at which phase separation occurred and became opaque was evaluated as a cloud point (Cp).

Figure 2021042330
Figure 2021042330

表1から明らかであるように、実施例1〜10で得られた重合体1〜10の30%水溶液における曇点は30〜75℃程度であり、ドロー溶質として好適であることが分かる。一方、比較例1で得られた比較重合体1については5℃においてポリマーが水に溶解しなかった。比較例2及び3で得られた比較重合体2及び3の各30%水溶液については、100℃まで温度を上げても相分離が生じなかった。 As is clear from Table 1, the cloud point in the 30% aqueous solution of the polymers 1 to 10 obtained in Examples 1 to 10 is about 30 to 75 ° C., and it can be seen that the polymer is suitable as a draw solute. On the other hand, with respect to the comparative polymer 1 obtained in Comparative Example 1, the polymer did not dissolve in water at 5 ° C. For each of the 30% aqueous solutions of the comparative polymers 2 and 3 obtained in Comparative Examples 2 and 3, phase separation did not occur even when the temperature was raised to 100 ° C.

<重合体の評価2>
実施例1及び9で得られた重合体1及び9について、以下に示す相図作成及び浸透圧測定を行った。
<Evaluation of polymer 2>
For the polymers 1 and 9 obtained in Examples 1 and 9, the phase diagram and the osmotic pressure measurement shown below were performed.

(相図作成)
上記重合体を約50%含む水溶液を調製し、スクリューバイアルに封入した。これを所定の温度の恒温槽に静置し、十分平衡に至らしめた後、上相(有機濃厚相)と下相(水濃厚相)をそれぞれシリンジで取り出した。各サンプルの有機濃厚相の水分量及び水濃厚相の有機物量について、それぞれハイブリッドカールフィッシャー水分計(MKH−700、京都電子工業社製)及び全有機炭素分析装置(TOC−VCSH、島津製作所)で測定した。3〜5回測定を行い、その平均値を測定値とした。得られた水分量又は有機物量から溶質の重量百分率を算出し、平衡温度に対してプロットした。
重合体1についての相図を図1に、重合体9についての相図を図2に、それぞれ示す。
(Phase diagram creation)
An aqueous solution containing about 50% of the above polymer was prepared and sealed in a screw vial. This was allowed to stand in a constant temperature bath at a predetermined temperature to achieve sufficient equilibrium, and then the upper phase (organic rich phase) and the lower phase (water-rich phase) were taken out with a syringe. For the water content of the organic rich phase and the organic matter content of the water rich phase of each sample, use a hybrid Karl Fischer titer (MKH-700, manufactured by Kyoto Electronics Co., Ltd.) and a total organic carbon analyzer (TOC-VCSH, Shimadzu Corporation), respectively. It was measured. The measurement was performed 3 to 5 times, and the average value was used as the measured value. The weight percentage of the solute was calculated from the obtained water content or organic matter content and plotted against the equilibrium temperature.
The phase diagram for the polymer 1 is shown in FIG. 1, and the phase diagram for the polymer 9 is shown in FIG. 2, respectively.

(浸透圧測定)
上記重合体の5〜95%濃度の水溶液を調製した。約7mlの水溶液試料を専用のサンプルカップに移し、水分活性測定装置(AquaLab Series4 TDL)を用いて、各水溶液の25℃における水分活性を測定した。3〜5回測定を行い、その平均値を水分活性測定値とした。得られた水分活性測定値から計算式及び単位換算により、浸透圧(bar)を算出し、仕込濃度に対してプロットした。
重合体1についての評価結果を図3に、重合体9についての評価結果を図4に、それぞれ示す。
(Osmotic pressure measurement)
An aqueous solution having a concentration of 5 to 95% of the above polymer was prepared. About 7 ml of the aqueous solution sample was transferred to a dedicated sample cup, and the water activity of each aqueous solution at 25 ° C. was measured using a water activity measuring device (AquaLab Series4 TDL). The measurement was performed 3 to 5 times, and the average value was taken as the water activity measurement value. The osmotic pressure (bar) was calculated from the obtained measured values of water activity by a calculation formula and unit conversion, and plotted against the charged concentration.
The evaluation results for the polymer 1 are shown in FIG. 3, and the evaluation results for the polymer 9 are shown in FIG. 4, respectively.

Claims (5)

35〜75質量%の含窒素複素環及びエチレン性不飽和基を有する単量体由来の構造単位と、25〜65質量%の(メタ)アクリル酸エステル由来の構造単位とを含み、且つ分子量分布が1.5以下である共重合体。 It contains 35 to 75% by mass of a nitrogen-containing heterocycle and a structural unit derived from a monomer having an ethylenically unsaturated group, and 25 to 65% by mass of a structural unit derived from a (meth) acrylic acid ester, and has a molecular weight distribution. A copolymer having a value of 1.5 or less. 重量平均分子量が100000未満である、請求項1に記載の共重合体。 The copolymer according to claim 1, wherein the weight average molecular weight is less than 100,000. 請求項1又は2に記載の共重合体を含む正浸透膜用ドロー溶質。 A draw solute for a forward osmosis membrane containing the copolymer according to claim 1 or 2. 請求項3に記載の正浸透膜用ドロー溶質を含むドロー溶液。 A draw solution containing the draw solute for a forward osmosis membrane according to claim 3. 請求項4に記載のドロー溶液を用いた水処理装置。 A water treatment apparatus using the draw solution according to claim 4.
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