JP2023085581A - Molded product of porous hydrogel, production method thereof and use thereof - Google Patents

Molded product of porous hydrogel, production method thereof and use thereof Download PDF

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Abstract

To provide a molded product of porous hydrogel which has a good volume restoration property when dipped in water after storage in a reduced volume by compression, drying and the like.SOLUTION: Provided is a molded product of a porous hydrogel comprising polyvinyl alcohol acetalized with a monoaldehyde or a dialdehyde, where the degree of acetalization when acetalized with a monoaldehyde is 15-80 mol% or the degree of acetalization when acetalized with a dialdehyde is 0.1-15 mol%, the polyvinyl alcohol includes a monomer unit containing a carboxylic acid salt with the content of the monomer unit being 1-7 mol%, and the molded product (A) has continuous pores with a specific surface area of 2-15 m2/g.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、モノアルデヒド又はジアルデヒドでアセタール化されたポリビニルアルコールを含む多孔質含水ゲル成形物に関する。また、本発明はそのような多孔質含水ゲル成形物の製造方法及び用途に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to porous hydrogel moldings containing polyvinyl alcohol acetalized with monoaldehyde or dialdehyde. The present invention also relates to a method for producing such porous hydrogel moldings and uses thereof.

高分子素材からなる含水ゲル成形物は、生体触媒の担体、保水剤、保冷剤、眼・皮膚・関節などの生体ゲルの代替、薬物の徐放剤の基材として、その研究が盛んである。これらの含水ゲル成形物の原料となる高分子素材としては、寒天、アルギン酸塩、カラギーナン、ポリアクリルアミド、ポリビニルアルコール(以下、PVAと略記することがある)、光硬化性樹脂などがある。排水処理などに用いる担体としては、含水率が高いこと、酸素や基質の透過性に優れること、生体との親和性が高いことなどが要求される。PVAはこれらの条件を満たす素材として特に優れている。 Hydrous gel moldings made of polymer materials have been extensively studied as biocatalyst carriers, water retention agents, cooling agents, substitutes for biogels for eyes, skin, joints, etc., and as base materials for sustained drug release agents. . Macromolecular materials used as raw materials for these hydrogel moldings include agar, alginate, carrageenan, polyacrylamide, polyvinyl alcohol (hereinafter sometimes abbreviated as PVA), photocurable resins, and the like. Carriers used for wastewater treatment are required to have a high water content, excellent permeability to oxygen and substrates, and high affinity with living organisms. PVA is particularly excellent as a material that satisfies these conditions.

PVAを含有する含水ゲル成形物において求められる能力は、用途によって様々である。例えば農業用保水材や人工培地であれば、生物、植物に対する親和性、含水率等の保水能力、水分の吐き出し性、減容して運搬できる等のハンドリング性、耐光性等が挙げられる。 The ability required in a PVA-containing hydrous gel molded article varies depending on the application. For example, in the case of agricultural water-retaining materials and artificial culture media, affinity for organisms and plants, water-retaining capacity such as water content, water discharge properties, handling properties such as being able to be transported in a reduced volume, light resistance, and the like can be mentioned.

PVAからなる多孔質含水ゲル成形物は排水処理用途にも使用される。PVAからなる多孔質含水ゲル成形物を用いた排水処理方法は、処理槽内に含水ゲル成形物を投入し、当該含水ゲル成形物内に担持された微生物の働きで処理槽の排水を分解処理するものである。 Porous hydrogel moldings made of PVA are also used for wastewater treatment. In the wastewater treatment method using a porous hydrogel molded article made of PVA, the hydrogel molded article is put into a treatment tank, and the wastewater in the treatment tank is decomposed by the action of microorganisms supported in the hydrogel molded article. It is something to do.

生物処理に用いられる含水ゲル成形物に求められる点としては、まず、生物との親和性が高く、連続孔を有しており、微生物の担持量が多いことが挙げられる。加えて、圧搾や乾燥などにより含水ゲル成形物を減容し保管した後に、水で膨潤させた際の体積復元性が良好であることも挙げられる。良好な体積復元性を有することで、含水ゲル成形物を減容したまま輸送することができる。そのため、水を含水ゲル成形物と共に封入して輸送することが不要になるため輸送コストの削減や含水ゲル成形物を処理槽に投入する手間を簡便にすることができる。排水処理場にて微生物担体を使用する際、その輸送量は数十mから多い場合では数百mとなるため、含水ゲル成形物を減容して輸送することにより、現場でのハンドリング性が向上するとともに輸送費を削減することもできる。 The hydrous gel moldings used for biological treatment are first required to have a high affinity with living organisms, have continuous pores, and carry a large amount of microorganisms. In addition, after the volume of the water-containing gel molding is reduced by compression, drying, or the like, and stored, the volume recovery property is good when swollen with water. By having good volume restoring property, it is possible to transport the water-containing gel molding while reducing its volume. Therefore, it becomes unnecessary to enclose water together with the hydrous gel molding and transport it, so that the transportation cost can be reduced and the labor of putting the hydrous gel molding into the treatment tank can be simplified. When using a microbial carrier in a wastewater treatment plant, the amount of transport is from several tens of m3 to several hundreds of m3 in many cases. As well as improving efficiency, transportation costs can also be reduced.

特許文献1には、ポリビニルアルコール含有溶液を成形後、アセタール化処理することを特徴とするポリビニルアセタールからなる含水ゲル成形物の製造方法が記載されている。そして、この方法で得られた含水ゲル成形物が、強度が高く、耐水性に優れており、バイオリアクター、排水処理の担体、保水材、保冷材などに有用であるとされている。 Patent Literature 1 describes a method for producing a hydrous gel molded product made of polyvinyl acetal, characterized in that after molding a solution containing polyvinyl alcohol, the molded product is acetalized. The hydrous gel molded article obtained by this method is said to have high strength and excellent water resistance, and is useful for bioreactors, carriers for wastewater treatment, water retention materials, cold insulation materials, and the like.

特許文献2には、ジアルデヒドでアセタール化されたポリビニルアルコールを含む多孔質含水ゲル成形物であって;アセタール化度が1~15mol%であり、含水率が90~98重量%であり、孔径が0.1~50μmであり、かつ前記多孔質含水ゲル成形物からのポリビニルアルコールの溶出量が、該多孔質含水ゲル成形物1kgに対して1g以下であることを特徴とする多孔質含水ゲル成形物が記載されている。そして、この多孔質含水ゲル成形物は微生物の棲息性及び撹拌耐久性に優れているとされている。 Patent Document 2 discloses a porous hydrogel molding containing polyvinyl alcohol acetalized with dialdehyde; is 0.1 to 50 μm, and the amount of polyvinyl alcohol eluted from the porous hydrogel molded article is 1 g or less per 1 kg of the porous hydrogel molded article. Moldings are described. And, this porous hydrogel molding is said to be excellent in microbial habitability and agitation durability.

しかしながら、特許文献1及び2に記載されている成形物はいずれも、圧搾や乾燥などにより成形物を減容し保管した後に、水で膨潤させた際の体積復元性が十分ではなかった。そのため、特許文献1及び2に記載されている成形物を減容した状態で保管することや輸送することが困難であった。 However, neither of the molded articles described in Patent Documents 1 and 2 has sufficient volume recovery when swollen with water after the volume of the molded article is reduced by compression, drying, etc. and stored. Therefore, it was difficult to store and transport the molded products described in Patent Documents 1 and 2 in a reduced volume state.

特開平7-41516号公報JP-A-7-41516 特開2015-10215号公報JP 2015-10215 A

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、圧搾や乾燥等により減容して保管した後に、水に浸漬させた際の体積復元性が良好な多孔質含水ゲル成形物を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and provides a porous hydrous gel molded article having good volume restoration property when immersed in water after being stored after being reduced in volume by squeezing, drying, or the like. It is intended to

上記課題は、モノアルデヒド又はジアルデヒドでアセタール化されたポリビニルアルコールを含む多孔質含水ゲル成形物(A)であって;モノアルデヒドでアセタール化されたときのアセタール化度が15~80mol%であるか、ジアルデヒドでアセタール化されたときのアセタール化度が0.1~15mol%であり、前記ポリビニルアルコールがカルボン酸塩を含む単量体単位を含み、該単量体単位の含有量が1~7mol%であり、成形物(A)が連続孔を有し、比表面積が2~15m/gであることを特徴とする、多孔質含水ゲル成形物(A)を提供することによって解決される。 The above object is a porous hydrogel molding (A) containing polyvinyl alcohol acetalized with monoaldehyde or dialdehyde; the degree of acetalization when acetalized with monoaldehyde is 15 to 80 mol%. Alternatively, the degree of acetalization when acetalized with a dialdehyde is 0.1 to 15 mol%, the polyvinyl alcohol contains a monomer unit containing a carboxylate, and the content of the monomer unit is 1 Solved by providing a porous hydrous gel molding (A), characterized in that the molding (A) has continuous pores and a specific surface area of 2 to 15 m 2 /g. be done.

球相当径が2~10mmの粒子であることが好ましい。 Particles having an equivalent spherical diameter of 2 to 10 mm are preferred.

このとき、含水率が90~98質量%であることが好ましい。 At this time, the water content is preferably 90 to 98% by mass.

上記成形物(A)からなる微生物担体が本発明の好適な実施態様である。 A preferred embodiment of the present invention is a microbial carrier comprising the shaped article (A).

上記多孔質含水ゲル成形物(A)は、カルボキシル基又はその誘導体を含む単量体単位を含むポリビニルアルコールと水溶性多糖とを含む水溶液を、多価金属塩を含む水溶液に滴下してゲル化させて粒子を得る工程1と、得られた粒子を、pHが3以下であり、金属塩を含み、該金属塩のカチオンの濃度に価数を乗じた値が0.2~5mol/Lである水溶液に加え、モノアルデヒド又はジアルデヒドと反応させて該粒子中のポリビニルアルコールをアセタール化する工程2と、工程2で得られた粒子を、pHが8以上の水溶液に接触させる工程3とを有する、製造方法によって提供される。 The porous hydrogel molded product (A) is obtained by dropping an aqueous solution containing polyvinyl alcohol containing a monomer unit containing a carboxyl group or a derivative thereof and a water-soluble polysaccharide into an aqueous solution containing a polyvalent metal salt to form a gel. Step 1 of obtaining particles by allowing the obtained particles to have a pH of 3 or less, containing a metal salt, and having a value obtained by multiplying the cation concentration of the metal salt by a valence of 0.2 to 5 mol / L Step 2 of reacting with monoaldehyde or dialdehyde in addition to an aqueous solution to acetalize the polyvinyl alcohol in the particles, and Step 3 of contacting the particles obtained in Step 2 with an aqueous solution having a pH of 8 or higher. provided by a manufacturing method.

上記課題は、モノアルデヒドでアセタール化されたときのアセタール化度が15~80mol%であるか、ジアルデヒドでアセタール化されたときのアセタール化度が0.1~15mol%であり、前記ポリビニルアルコールがカルボン酸塩を含む単量体単位を含み、該単量体単位の含有量が1~7mol%であり、成形物(B)が、球相当径が1~8mmの粒子であり、成形物(B)が連続孔を有し、かつ成形物(B)の含水率が0.2~70質量%である、成形物(B)を提供することによっても解決される。 The above-mentioned problem is that the degree of acetalization when acetalized with monoaldehyde is 15 to 80 mol%, or the degree of acetalization when acetalized with dialdehyde is 0.1 to 15 mol%, and the polyvinyl alcohol contains a monomer unit containing a carboxylate, the content of the monomer unit is 1 to 7 mol%, the molded product (B) is a particle having an equivalent sphere diameter of 1 to 8 mm, and the molded product The problem can also be solved by providing a molding (B) in which (B) has continuous pores and has a water content of 0.2 to 70% by mass.

上記成形物(B)は、含水率が90~98質量%である多孔質含水ゲル成形物(A)から加圧、加熱及び送風乾燥の少なくとも一つの方法によって、水分を取り除くことで得られる。 The shaped product (B) is obtained by removing moisture from the porous hydrogel shaped product (A) having a water content of 90 to 98% by mass by at least one method of pressurization, heating and air drying.

上記成形物(B)を容器に入れ梱包品とすることができ、この梱包品を運搬又は保管することができる。 The molded product (B) can be packed in a container, and the packed product can be transported or stored.

また、本発明の好適な実施態様は成形物(B)を水で膨潤させてなる比表面積が2~15m/g、かつ含水率が90~98質量%の多孔質含水ゲル成形物(C)である。この成形物(C)からなる微生物担体も本発明の好適な実施態様である。この担体に担持された微生物によって排水を処理する排水処理方法も本発明の好適な実施態様である。 A preferred embodiment of the present invention is a porous hydrogel shaped article (C ). A microbial carrier comprising this molding (C) is also a preferred embodiment of the present invention. A wastewater treatment method in which wastewater is treated with microorganisms supported on the carrier is also a preferred embodiment of the present invention.

本発明によれば、圧搾や乾燥等により減容して保管した後に、水に浸漬させた際の体積復元性が良好な多孔質含水ゲル成形物を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a shaped article made of porous hydrogel that exhibits good volume restoration properties when it is immersed in water after being stored after being reduced in volume by compression, drying, or the like.

本発明の多孔質含水ゲル成形物(A)は、モノアルデヒド又はジアルデヒドでアセタール化されたポリビニルアルコールを含む。 The porous hydrogel shaped article (A) of the present invention contains polyvinyl alcohol acetalized with monoaldehyde or dialdehyde.

これまでの含水ゲル成形物は、圧搾や乾燥などにより水分を取り除いて減容すると、その後水に浸漬させたとしても膨潤せず元の含水ゲル成形物に復元しにくいという問題があった。そのため、含水ゲル成形物を水に浸漬させたままの状態で運搬しなければならず、運搬コストは多大なものであった。本発明者らは鋭意検討した結果、圧搾や乾燥などにより水分を取り除いて減容したとしても、水に浸漬させることにより膨潤させて元の含水ゲル成形物に復元させることのできる多孔質含水ゲル成形物(A)を発明するに至った。しかも、多孔質含水ゲル成形物(A)及び復元された含水ゲル成形物(C)は微生物担体として有用であることも示された。 Conventional hydrogel moldings have had the problem that when water is removed by compression or drying to reduce the volume, the hydrogel moldings do not swell even when immersed in water and are difficult to restore to the original hydrogel moldings. Therefore, the hydrous gel molded product must be transported in a state of being immersed in water, resulting in a large transportation cost. As a result of intensive studies by the present inventors, even if the volume is reduced by removing water by squeezing or drying, the porous hydrogel can be swelled by being immersed in water and restored to the original hydrogel molding. The molding (A) was invented. Moreover, it was also shown that the shaped porous hydrogel (A) and the restored shaped hydrogel (C) are useful as microorganism carriers.

本発明の多孔質含水ゲル成形物(A)は、モノアルデヒド又はジアルデヒドでアセタール化されたポリビニルアルコールを含む多孔質含水ゲル成形物(A)であって;モノアルデヒドでアセタール化されたときのアセタール化度が15~80mol%であるか、ジアルデヒドでアセタール化されたときのアセタール化度が0.1~15mol%であり、前記ポリビニルアルコールがカルボン酸塩を含む単量体単位を含み、該単量体単位の含有量が1~7mol%であり、かつ多孔質含水ゲル成形物(A)が連続孔を有し、比表面積が2~15m/gであることを特徴とするものである。 The porous hydrogel molded article (A) of the present invention is a porous hydrogel molded article (A) containing polyvinyl alcohol acetalized with monoaldehyde or dialdehyde; The degree of acetalization is 15 to 80 mol%, or the degree of acetalization when acetalized with dialdehyde is 0.1 to 15 mol%, and the polyvinyl alcohol contains a monomer unit containing a carboxylate, The content of the monomer unit is 1 to 7 mol %, and the shaped porous hydrogel (A) has continuous pores and a specific surface area of 2 to 15 m 2 /g. is.

本発明の成形物(A)は、原料となるPVAを、モノアルデヒド又はジアルデヒドでアセタール化することによって得ることができる。このとき、原料となるPVAとしては、カルボキシル基又はその誘導体を含む単量体単位を含むポリビニルアルコール(以下、原料PVAと称すことがある)を好適に用いることができる。 The molded product (A) of the present invention can be obtained by acetalizing PVA as a raw material with monoaldehyde or dialdehyde. At this time, polyvinyl alcohol containing a monomer unit containing a carboxyl group or a derivative thereof (hereinafter sometimes referred to as raw material PVA) can be preferably used as the raw material PVA.

上記原料PVAの製造方法は特に限定されないが、好適な製造方法は、カルボキシル基又はその誘導体を含む単量体の存在下でビニルエステルを重合させてポリビニルエステルを得た後、該ポリビニルエステルをけん化する方法である。この方法により、原料PVAを好適に得ることができる。 The production method of the raw material PVA is not particularly limited, but a preferred production method is to obtain a polyvinyl ester by polymerizing a vinyl ester in the presence of a monomer containing a carboxyl group or a derivative thereof, and then saponifying the polyvinyl ester. It is a way to By this method, raw material PVA can be suitably obtained.

原料PVAの製造に用いられるビニルエステルとしては、例えば酢酸ビニル、ギ酸ビニル、プロピオン酸ビニル、カプリル酸ビニル、バーサチック酸ビニル等が挙げられ、中でも工業的観点から酢酸ビニルが好ましい。 Vinyl esters used in the production of raw material PVA include, for example, vinyl acetate, vinyl formate, vinyl propionate, vinyl caprylate, and vinyl versatate, among which vinyl acetate is preferred from an industrial point of view.

原料PVAの製造に用いられるカルボキシル基又はその誘導体を含む単量体としては、ビニルエステルと共重合可能で、その後の加水分解によりカルボン酸塩を生成するものであればよい。カルボキシル基を含む単量体としては、(メタ)アクリル酸、マレイン酸、無水マレイン酸、フマル酸、クロトン酸、イタコン酸等のカルボキシル基含有単量体などが挙げられる。また、カルボキシル基の誘導体を含む単量体としては、(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n-プロピル、(メタ)アクリル酸イソプロピル等の(メタ)アクリル酸エステル;(メタ)アクリル酸の塩;マレイン酸モノメチル、マレイン酸ジメチル、マレイン酸モノエチル、マレイン酸ジエチル等のマレイン酸エステル;マレイン酸の塩;フマル酸モノメチル、フマル酸ジメチル、フマル酸モノエチル、フマル酸ジエチル等のフマル酸エステル;フマル酸の塩;クロトン酸メチル、クロトン酸エチル等のクロトン酸エステル;クロトン酸の塩;イタコン酸モノメチル、イタコン酸ジメチル、イタコン酸モノエチル、イタコン酸ジエチル等のイタコン酸エステル;イタコン酸の塩などが挙げられる。中でも、変性反応時の反応性や入手のしやすさなどを考慮すれば、アクリル酸エステルが好適に用いられ、アクリル酸メチルがより好適に用いられる。すなわち、原料PVAが、アクリル酸エステルに由来する単量体単位を含むことが好ましく、アクリル酸メチルに由来する単量体単位を含むことがより好ましい。 As the monomer containing a carboxyl group or a derivative thereof used in the production of raw material PVA, any monomer can be used as long as it can be copolymerized with a vinyl ester and forms a carboxylate by subsequent hydrolysis. Examples of monomers containing carboxyl groups include carboxyl group-containing monomers such as (meth)acrylic acid, maleic acid, maleic anhydride, fumaric acid, crotonic acid and itaconic acid. Examples of monomers containing derivatives of a carboxyl group include (meth)acrylic acids such as methyl (meth)acrylate, ethyl (meth)acrylate, n-propyl (meth)acrylate, and isopropyl (meth)acrylate. Ester; Salts of (meth)acrylic acid; Maleic acid esters such as monomethyl maleate, dimethyl maleate, monoethyl maleate, and diethyl maleate; Salts of maleic acid; Monomethyl fumarate, dimethyl fumarate, monoethyl fumarate, fumaric acid fumaric acid esters such as diethyl; fumaric acid salts; methyl crotonate, ethyl crotonate and other crotonic acid esters; crotonic acid salts; itaconic acid esters such as monomethyl itaconate, dimethyl itaconate, monoethyl itaconate and diethyl itaconate and salts of itaconic acid. Among them, acrylic acid esters are preferably used, and methyl acrylate is more preferably used, in consideration of reactivity during the modification reaction, availability, and the like. That is, the raw material PVA preferably contains a monomer unit derived from an acrylate ester, and more preferably contains a monomer unit derived from methyl acrylate.

原料PVAにカルボキシル基又はその誘導体を含む単量体単位を含有させる方法としては、前述のように、カルボキシル基又はその誘導体を含む単量体とビニルエステルとを共重合してからけん化する方法が好適な方法として挙げられる。他の方法として、無変性のPVAに含まれるビニルアルコール単位に対してカルボキシル基又はその誘導体を導入する方法が挙げられる。このとき、無変性のPVAに対してカルボキシル基又はその誘導体を導入してから成形物を製造してもよいし、無変性のPVAを用いて成形物を製造してから、当該PVAに対してカルボキシル基又はその誘導体を導入してもよい。 As a method for incorporating a monomer unit containing a carboxyl group or a derivative thereof into the raw material PVA, as described above, a method of copolymerizing a monomer containing a carboxyl group or a derivative thereof with a vinyl ester and then saponifying the copolymer is used. Suitable methods include: Another method is to introduce a carboxyl group or a derivative thereof into vinyl alcohol units contained in unmodified PVA. At this time, a molded article may be produced after introducing a carboxyl group or a derivative thereof into unmodified PVA, or after producing a molded article using unmodified PVA, A carboxyl group or derivative thereof may be introduced.

原料PVAにおいて、カルボキシル基又はその誘導体を含む単量体単位の含有量は1~7mol%であることが好ましい。含有量が上記範囲にあることで、本発明の成形物(A)を得ることができる。ここで、カルボキシル基の誘導体とは、カルボキシル基の塩やエステルなどが挙げられる。カルボキシル基は、隣接した水酸基と反応して、ラクトンを形成する場合があるがこのラクトンもカルボキシル基の誘導体に含まれる。原料PVAにおけるカルボキシル基又はその誘導体を含む単量体単位の含有量はNMRを用いて測定することができる。 In raw PVA, the content of monomer units containing a carboxyl group or a derivative thereof is preferably 1 to 7 mol %. The molded product (A) of the present invention can be obtained when the content is within the above range. Here, the derivatives of carboxyl group include salts and esters of carboxyl group. A carboxyl group may react with an adjacent hydroxyl group to form a lactone, and this lactone is also included in derivatives of the carboxyl group. The content of monomeric units containing a carboxyl group or a derivative thereof in raw material PVA can be measured using NMR.

本発明で用いられるモノアルデヒドとしては、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、ブチルアルデヒドなどが挙げられる。中でも薬液のコストや入手容易性の観点からホルムアルデヒドが好ましい。 The monoaldehyde used in the present invention includes formaldehyde, acetaldehyde, propionaldehyde, butyraldehyde and the like. Among them, formaldehyde is preferable from the viewpoint of cost and availability of the chemical solution.

成形物(A)に含まれるPVAの、モノアルデヒドでアセタール化されたときのアセタール化度は15~80mol%である。アセタール化度が15mol%未満の場合、成形物(A)において必要な強度が得られない。アセタール化度は25mol%以上であることが好ましい。一方、アセタール化度が80mol%を超える場合、成形物(A)の疎水化が進行し、体積収縮が顕著となり、減容保管後の体積復元性が低下する。アセタール化度は60mol%以下であることが好ましい。 The degree of acetalization of PVA contained in the molding (A) when acetalized with monoaldehyde is 15 to 80 mol %. If the degree of acetalization is less than 15 mol %, the required strength cannot be obtained in the molding (A). The degree of acetalization is preferably 25 mol % or more. On the other hand, when the degree of acetalization exceeds 80 mol %, the molded article (A) becomes more hydrophobized, resulting in significant volume shrinkage and reduced volume recovery after volume-reduced storage. The degree of acetalization is preferably 60 mol % or less.

一方、本発明で用いられるジアルデヒドとしては、グリオキサール、マロンアルデヒド、スクシンアルデヒド、グルタルアルデヒド、アジプアルデヒド、マレアルデヒド、タルタルアルデヒド、シトルアルデヒド、フタルアルデヒド、イソフタルアルデヒド、テレフタルアルデヒドなどが挙げられる。中でも薬液のコストや入手容易性の観点からグルタルアルデヒドが好ましい。 On the other hand, the dialdehyde used in the present invention includes glyoxal, malonaldehyde, succinaldehyde, glutaraldehyde, adipaldehyde, malealdehyde, tartaraldehyde, citraldehyde, phthalaldehyde, isophthalaldehyde, terephthalaldehyde and the like. Among them, glutaraldehyde is preferable from the viewpoint of cost and availability of the chemical solution.

成形物(A)に含まれるPVAの、ジアルデヒドでアセタール化されたときのアセタール化度は0.1~15mol%である。アセタール化度が0.1mol%未満の場合、成形物(A)において必要な強度が得られない。アセタール化度は0.2mol%以上であることが好ましい。一方、アセタール化度が15mol%を超える場合、成形物(A)の疎水化が進行し、体積収縮が顕著となり、膨潤性が損なわれる。アセタール化度は10mol%以下であることが好ましく、5mol%以下であることがより好ましい。 The degree of acetalization of PVA contained in the molding (A) when acetalized with dialdehyde is 0.1 to 15 mol %. If the degree of acetalization is less than 0.1 mol %, the required strength cannot be obtained in the molding (A). The degree of acetalization is preferably 0.2 mol % or more. On the other hand, if the degree of acetalization exceeds 15 mol %, the molded product (A) will be hydrophobized, causing significant volume shrinkage and impairing the swelling property. The degree of acetalization is preferably 10 mol % or less, more preferably 5 mol % or less.

減容後の体積復元性を重視する場合には、モノアルデヒドでアセタール化されたポリビニルアルコールを含む多孔質含水ゲル成形物(A)が好適である。また、成形物の膨潤性を重視する場合には、ジアルデヒドでアセタール化されたポリビニルアルコールを含む多孔質含水ゲル成形物(A)が好適である。 If importance is placed on volume recovery after volume reduction, a porous hydrogel molding (A) containing polyvinyl alcohol acetalized with monoaldehyde is suitable. Moreover, when emphasizing the swelling property of the molded article, the porous hydrogel molded article (A) containing polyvinyl alcohol acetalized with dialdehyde is suitable.

成形物(A)に含まれるPVAが、カルボン酸塩を含む単量体単位を含み、該単量体単位の含有量が1~7mol%であることが重要である。成形物(A)に含まれるPVAが、カルボン酸塩を含む単量体単位を含むことで、水に浸漬させた際の体積復元性が良好になる。当該含有量が1mol%未満の場合、良好な体積復元性を得ることができない。当該含有量は2mol%以上であることが好ましい。一方、当該含有量が7mol%を超える場合、成形物(A)の膨潤が顕著となり、成形物(A)の形状維持性が悪化し、強度が極端に低下する。当該含有量は6mol%以下であることが好ましい。 It is important that the PVA contained in the molded product (A) contains a monomer unit containing a carboxylate, and the content of the monomer unit is 1 to 7 mol %. Since the PVA contained in the molded article (A) contains a monomer unit containing a carboxylate, the volume recovery property when immersed in water is improved. If the content is less than 1 mol%, good volume recovery cannot be obtained. The content is preferably 2 mol % or more. On the other hand, when the content exceeds 7 mol %, swelling of the molded article (A) becomes remarkable, shape retention of the molded article (A) is deteriorated, and strength is extremely lowered. The content is preferably 6 mol % or less.

カルボン酸塩のカチオン種としては、リチウムイオン、ナトリウムイオン、カリウムイオン、ルビジウムイオン、及びセシウムイオンなどのアルカリ金属イオン;マグネシウムイオン、カルシウムイオン、ストロンチウムイオン、及びバリウムイオンなどのアルカリ土類金属イオン;アルミニウムイオン、及び亜鉛イオンなどのその他金属イオン;アンモニウムイオン、イミダゾリウム類、ピリジニウム類、及びホスホニウムイオン類などのオニウムカチオン;などが挙げられる。 Cationic species of carboxylates include alkali metal ions such as lithium, sodium, potassium, rubidium and cesium ions; alkaline earth metal ions such as magnesium, calcium, strontium and barium ions; aluminum ions and other metal ions such as zinc ions; onium cations such as ammonium ions, imidazoliums, pyridiniums, and phosphonium ions; and the like.

成形物(A)~(C)における、カルボン酸塩を含む単量体単位の含有量の測定は、赤外分光法(IR)による測定で得られたスペクトルに基づいて求めることができる。測定ではThermo SCIENCE社製の赤外分光光度計「Nicolet iS10」を用いることができる。 The content of the carboxylate-containing monomeric unit in the moldings (A) to (C) can be determined based on the spectrum obtained by infrared spectroscopy (IR). In the measurement, an infrared spectrophotometer "Nicolet iS10" manufactured by Thermo SCIENCE can be used.

得られたIRスペクトルにおいて、ビニルアルコール単位、及びカルボキシル基又はその誘導体を含む単量体単位のメチレン基及びメチン基に由来するピーク(2990~2560cm-1)の面積を求める。また、カルボン酸塩を含む単量体単位のカルボキシレート基に由来するピーク(1625~1510cm-1)の面積を求める。そして、下記式に基づいて、カルボン酸塩を含む単量体単位の含有量(mol%)を算出する。下記式における13.07は、カルボン酸塩を含む単量体単位の含有量を計算するための係数である。この係数は、事前に作成した検量線から求められる。
カルボン酸塩を含む単量体単位の含有量(mol%)=13.07×(カルボキシレート基に由来するピークの面積)/(メチレン基およびメチン基に由来するピークの面積)
In the obtained IR spectrum, the area of the peaks (2990 to 2560 cm -1 ) derived from the vinyl alcohol unit and the methylene group and methine group of the monomer unit containing the carboxyl group or its derivative is determined. Also, the area of the peak (1625 to 1510 cm −1 ) derived from the carboxylate group of the monomer unit containing the carboxylate is determined. Then, the content (mol %) of monomeric units containing a carboxylate is calculated based on the following formula. 13.07 in the following formula is a coefficient for calculating the content of monomeric units including carboxylate. This coefficient is obtained from a calibration curve prepared in advance.
Content of monomer unit containing carboxylate (mol%) = 13.07 × (area of peak derived from carboxylate group)/(area of peak derived from methylene group and methine group)

成形物(A)が連続孔を有することが重要である。成形物(A)を微生物担体として用いる場合、成形物(A)が連続孔を有することで多くの微生物を担持させることができる。ここで、孔が連続しているとは、孔が各々独立に存在しているのではなく、孔同士が相互に連通していることをいう。連続孔は、電子顕微鏡を用いて成形物(A)を観察することにより確認することができる。 It is important that the molding (A) has continuous pores. When the molded article (A) is used as a microorganism carrier, the molded article (A) having continuous pores can support many microorganisms. Here, the continuous holes do not mean that the holes exist independently, but that the holes communicate with each other. Continuous pores can be confirmed by observing the molding (A) using an electron microscope.

成形物(A)の比表面積が2~15m/gであることが重要である。比表面積には、成形物(A)表面、及び内部の連続孔を形成するPVA骨格の面積を含む。比表面積が2m/g未満である場合、微生物担体として使用する際、微生物の付着量が低下し、担体の見かけ体積当たりの生物処理能力が低下する。比表面積は5m/g以上であることが好ましい。一方、比表面積が15m/gを超える場合は、成形物(A)の連続孔が緻密になり、脱水、乾燥により減容する際のエネルギー及びコストが過大となる。比表面積は、12m/g以下であることが好ましい。 It is important that the molding (A) has a specific surface area of 2 to 15 m 2 /g. The specific surface area includes the surface area of the molding (A) and the area of the PVA skeleton that forms the internal continuous pores. If the specific surface area is less than 2 m 2 /g, when used as a microorganism carrier, the amount of microorganisms adhered is reduced, and the biological treatment capacity per apparent volume of the carrier is reduced. The specific surface area is preferably 5 m 2 /g or more. On the other hand, when the specific surface area exceeds 15 m 2 /g, the continuous pores of the molding (A) become dense, and the energy and cost for volume reduction by dehydration and drying become excessive. The specific surface area is preferably 12 m 2 /g or less.

成形物(A)~(C)における比表面積は、各成形物を前処理として凍結乾燥し、BET法でのKr(クリプトン)吸着法を用いて測定を行った。測定では、マイクロトラック・ベル株式会社製の比表面積・細孔分布測定装置「BELSORP-MAX」を用いることができる。 The specific surface areas of the moldings (A) to (C) were measured by freeze-drying each molding as a pretreatment and using the Kr (krypton) adsorption method in the BET method. In the measurement, a specific surface area/pore distribution measuring device "BELSORP-MAX" manufactured by Microtrack Bell Co., Ltd. can be used.

本発明の成形物(A)は、球相当径が2~10mmの粒子であることが好ましい。球相当径とは粒子の体積と等しい体積を有する球の直径のことである。微生物担体を用いて排水を処理する場合、通常、処理槽にはスクリーン(濾過部)が設けられている。この場合、担体の流出を防止するためにスクリーンの目開きは担体の球相当径よりも小さくしなければならない。したがって、成形物(A)を微生物担体として用いる場合、成形物(A)の球相当径が小さいとスクリーンの目開きも小さくしなければならない。そのため、汚泥や異物がスクリーンに詰まりやすくなるおそれがある。かかる観点から、成形物(A)が、球相当径が2mm以上の粒子であることが好ましい。成形物(A)が、球相当径が3mm以上の粒子であることがより好ましい。一方、球相当径が大きすぎる場合、担体の比表面積が低下し、担体の見かけ体積当たりの生物処理能力が低下するおそれがある。また、球相当径が大きいと、処理槽内における担体の流動性が低下するため、曝気量や撹拌動力を上げなければならないおそれもある。かかる観点から、成形物(A)が、球相当径が10mm以下の粒子であることが好ましい。成形物(A)が、球相当径が6mm以下の粒子であることがより好ましい。 The molded article (A) of the present invention is preferably particles having an equivalent spherical diameter of 2 to 10 mm. Equivalent sphere diameter is the diameter of a sphere having a volume equal to that of the particle. When treating wastewater using a microbial carrier, a treatment tank is usually provided with a screen (filtration section). In this case, the opening of the screen must be smaller than the sphere equivalent diameter of the carrier in order to prevent the carrier from flowing out. Therefore, when the shaped article (A) is used as a microorganism carrier, if the equivalent sphere diameter of the shaped article (A) is small, the opening of the screen must also be small. Therefore, sludge and foreign matter may easily clog the screen. From this point of view, the molded product (A) is preferably particles having an equivalent sphere diameter of 2 mm or more. More preferably, the molded article (A) is particles having an equivalent sphere diameter of 3 mm or more. On the other hand, if the equivalent sphere diameter is too large, the specific surface area of the carrier may decrease, and the biological treatment capacity per apparent volume of the carrier may decrease. Further, when the equivalent sphere diameter is large, the fluidity of the carrier in the treatment tank is lowered, so there is a possibility that the amount of aeration and the stirring power must be increased. From this point of view, it is preferable that the molded article (A) is particles having an equivalent sphere diameter of 10 mm or less. More preferably, the molded article (A) is particles having an equivalent sphere diameter of 6 mm or less.

成形物(A)の形状は特に限定されず、球状、円盤状、棒状、楕円体状、凹凸部があるコンタクトレンズ状、ドーム状の形状が挙げられる。中でも処理槽内の流動性に優れる点から、球状であることが好ましい。 The shape of the molded article (A) is not particularly limited, and examples thereof include a spherical shape, a disk shape, a rod shape, an ellipsoidal shape, a contact lens shape having irregularities, and a dome shape. Among them, a spherical shape is preferable from the viewpoint of excellent fluidity in the treatment tank.

成形物(A)の含水率が90~98質量%であることが好ましい。微生物担体として使用する場合、含水率が90質量%未満の場合、成形物(A)が収縮して体積が小さくなるとともに連続孔の孔径が小さくなり、減容保管後の体積復元性が低下するおそれがある。含水率は92質量%以上であることがより好ましい。農業用保水材を含めた保水材として使用する場合は、吸水量の観点から95%質量%以上であることが好ましい。一方、含水率が98質量%を超える場合、成形物(A)の形状保持性や強度が低下するおそれがある。含水率は97質量%以下であることがより好ましい。 It is preferable that the molded product (A) has a water content of 90 to 98% by mass. When used as a microbial carrier, if the water content is less than 90% by mass, the molded article (A) shrinks and the volume becomes smaller, the pore diameter of the continuous pores becomes smaller, and the volume recovery after volume-reduced storage decreases. There is a risk. More preferably, the water content is 92% by mass or more. When used as a water-retaining material including water-retaining material for agriculture, it is preferably at least 95% by mass from the viewpoint of water absorption. On the other hand, if the water content exceeds 98% by mass, the molded product (A) may be deteriorated in shape retention and strength. More preferably, the water content is 97% by mass or less.

含水率の測定は、水切りした成形物(A)を採取し、その質量を測定後、乾燥機に入れ、乾燥後の質量と乾燥前の質量から算出することができる。
含水率(質量%)=[(乾燥前の成形物(A)の質量-乾燥後の成形物(A)の質量)/乾燥前の成形物(A)の質量]×100
The water content can be measured by sampling the drained molding (A), measuring its mass, placing it in a dryer, and calculating from the mass after drying and the mass before drying.
Moisture content (mass%) = [(mass of molded article (A) before drying - mass of molded article (A) after drying) / mass of molded article (A) before drying] x 100

本発明の成形物(A)の製造方法は特に限定されないが、好適な製造方法は、カルボキシル基又はその誘導体を含む単量体単位を含むポリビニルアルコールと水溶性多糖とを含む水溶液を、多価金属塩を含む水溶液に滴下してゲル化させて粒子を得る工程1と、得られた粒子を、pHが3以下であり、金属塩を含み、該金属塩のカチオンの濃度に価数を乗じた値が0.2~5mol/Lである水溶液に加え、モノアルデヒド又はジアルデヒドと反応させて該粒子中のポリビニルアルコールをアセタール化する工程2と、工程2で得られた粒子を、pHが8以上の水溶液に接触させる工程3とを有する方法である。 The method for producing the molded article (A) of the present invention is not particularly limited, but a preferred production method is to prepare an aqueous solution containing polyvinyl alcohol containing a monomer unit containing a carboxyl group or a derivative thereof and a water-soluble polysaccharide in a polyhydric Step 1: dropwise addition to an aqueous solution containing a metal salt to cause gelation to obtain particles; Step 2 of adding to an aqueous solution having a pH of 0.2 to 5 mol/L and reacting with monoaldehyde or dialdehyde to acetalize the polyvinyl alcohol in the particles; and a step 3 of contacting with 8 or more aqueous solutions.

工程1において、カルボキシル基又はその誘導体を含む単量体単位を含むポリビニルアルコールと水溶性多糖とを含む水溶液を、多価金属塩を含む水溶液に滴下してゲル化させて粒子を得る。以下、カルボキシル基又はその誘導体を含む単量体単位を含むポリビニルアルコールを原料PVAと称すことがある。原料PVAは、上述した方法で製造した変性PVAを好適に用いることができる。 In step 1, an aqueous solution containing polyvinyl alcohol containing a monomer unit containing a carboxyl group or a derivative thereof and a water-soluble polysaccharide is added dropwise to an aqueous solution containing a polyvalent metal salt for gelation to obtain particles. Hereinafter, polyvinyl alcohol containing a monomer unit containing a carboxyl group or a derivative thereof may be referred to as raw material PVA. Modified PVA produced by the method described above can be suitably used as the raw material PVA.

工程1において、原料PVA及び水溶性多糖を含む混合水溶液を調整する。水溶性多糖としては、アルギン酸のアルカリ金属塩、カラギーナン、マンナン、キトサンなどを例示することができる。入手容易性の観点からアルギン酸ナトリウムが好ましい。アルギン酸ナトリウムは、主に褐藻(昆布など)から産出される多糖の一種であり、カルボキシル基を有するα-L-グルロン酸及びβ-D-マンヌロン酸という単糖のナトリウム塩から形成されている。 In step 1, a mixed aqueous solution containing raw material PVA and water-soluble polysaccharide is prepared. Examples of water-soluble polysaccharides include alkali metal salts of alginic acid, carrageenan, mannan, and chitosan. Sodium alginate is preferred from the viewpoint of availability. Sodium alginate is a type of polysaccharide mainly produced from brown algae (such as kelp), and is formed from sodium salts of monosaccharides having carboxyl groups, α-L-guluronic acid and β-D-mannuronic acid.

工程1における混合水溶液の原料PVA濃度は、2~15質量%であることが好ましい。原料PVAの濃度が高いほど、より強固なゲルを形成するが、必要なゲル強度が得られれば、原料PVAの濃度が低い方が原料コスト面から有利である。また、工程1における水溶液中の水溶性多糖の濃度は、ゲルの成形性の観点から、0.2~4質量%であることが好ましく、0.5~2質量%であることがより好ましい。 The starting PVA concentration of the mixed aqueous solution in step 1 is preferably 2 to 15% by mass. The higher the concentration of raw material PVA, the stronger the gel formed, but if the necessary gel strength is obtained, the lower the concentration of raw material PVA, the more advantageous from the raw material cost point of view. The concentration of the water-soluble polysaccharide in the aqueous solution in step 1 is preferably 0.2 to 4% by mass, more preferably 0.5 to 2% by mass, from the viewpoint of gel moldability.

以上のようにして調製した混合水溶液を、多価金属塩を含む水溶液に接触させることで、様々な形状の粒子を得ることが可能となる。本明細書において、混合水溶液を、多価金属塩を含む水溶液に接触させて凝固させるときの水溶液のことを凝固液と称す。 By bringing the mixed aqueous solution prepared as described above into contact with an aqueous solution containing a polyvalent metal salt, it is possible to obtain particles of various shapes. In this specification, the aqueous solution when the mixed aqueous solution is brought into contact with the aqueous solution containing the polyvalent metal salt to be coagulated is referred to as the coagulating liquid.

多価金属塩のカチオン種としては、カルシウム、マグネシウム、ストロンチウム、バリウムなどのアルカリ土類金属;アルミニウム、ニッケルイオン、セリウムなどが挙げられる。中でも多価金属塩のカチオン種としては、アルカリ土類金属が好適である。凝固液の多価金属塩の濃度は、0.03~0.5mol/Lであることが好ましい。 Cationic species of polyvalent metal salts include alkaline earth metals such as calcium, magnesium, strontium, and barium; aluminum, nickel ions, cerium, and the like. Among them, alkaline earth metals are suitable as the cationic species of the polyvalent metal salt. The concentration of the polyvalent metal salt in the coagulation liquid is preferably 0.03-0.5 mol/L.

接触させる方法は特に限定はされないが、混合水溶液を凝固液に空気中から滴下する方法でもよいし、液中で接触させる方法でもよく、通常使用する接触方法を適宜選択して使用できる。混合水溶液を凝固液に滴下することで、水溶性多糖と多価金属塩のカチオンとでイオン結合が形成され、粒子が球状となる。このとき、混合水溶液中の原料PVAと水溶性多糖は、その多くがゲル化した粒子の中に取り込まれ、凝固液中に溶出する量は少ない。 The method of contacting is not particularly limited, but a method of dropping the mixed aqueous solution into the coagulation liquid from the air or a method of contacting in the liquid may be used, and a commonly used contact method can be appropriately selected and used. By dropping the mixed aqueous solution into the coagulation liquid, an ionic bond is formed between the water-soluble polysaccharide and the cation of the polyvalent metal salt, and the particles become spherical. At this time, most of the raw material PVA and water-soluble polysaccharide in the mixed aqueous solution are taken into the gelled particles, and the amount of them eluted into the coagulation liquid is small.

次に、工程2において、工程1で得られた粒子を、pHが3以下であり、金属塩を含み、該金属塩のカチオンの濃度に価数を乗じた値が0.2~5mol/Lである水溶液に加え、モノアルデヒド又はジアルデヒドと反応させて該粒子中のポリビニルアルコールをアセタール化する。本明細書において、このpHが3以下であり、金属塩を含む水溶液のことをアセタール化反応液と称す。 Next, in step 2, the particles obtained in step 1 have a pH of 3 or less, contain a metal salt, and have a cation concentration of the metal salt multiplied by a valence of 0.2 to 5 mol/L. and reacted with monoaldehyde or dialdehyde to acetalize the polyvinyl alcohol in the particles. In this specification, an aqueous solution having a pH of 3 or less and containing a metal salt is referred to as an acetalization reaction solution.

工程2において、pHが3以下であり、金属塩を含むアセタール化反応液を調製する。アセタール化反応液に含まれる酸としては、硫酸、塩酸、リン酸、硝酸、酢酸、シュウ酸などの酸や、硫酸水素ナトリウム、硫酸水素アンモニウムなどの酸性塩を例示することができる。その中でも、汎用性、コストの点から、硫酸が好ましい。酸濃度が低いと反応時間がかかり、粒子からのPVAの溶出量が多くなることから、アセタール化反応液のpHは2.5以下であることがより好ましく、2以下であることがさらに好ましい。 In step 2, an acetalization reaction solution having a pH of 3 or less and containing a metal salt is prepared. Examples of the acid contained in the acetalization reaction solution include acids such as sulfuric acid, hydrochloric acid, phosphoric acid, nitric acid, acetic acid and oxalic acid, and acid salts such as sodium hydrogensulfate and ammonium hydrogensulfate. Among them, sulfuric acid is preferable in terms of versatility and cost. If the acid concentration is low, the reaction takes a long time and the amount of PVA eluted from the particles increases.

金属塩としては、硫酸塩、塩酸塩、リン酸塩、硝酸塩、酢酸塩、シュウ酸塩、酒石酸塩などを例示することができ、その中でも硫酸塩、塩酸塩が好ましい。また、カチオン種としては、アルカリ金属、アルカリ土類金属を例示することができる。上記アセタール化反応液において、金属カチオンの濃度に価数を乗じた値が0.2~5mol/Lであることが好ましい。金属カチオンの濃度に価数を乗じた値が0.2mol/L未満であると成形物中に多孔構造が形成されないおそれやPVAの反応液中への溶出量が多くなるおそれがあり、0.4mol/L以上であることがより好ましい。一方、金属カチオンの濃度に価数を乗じた値が5mol/Lを超えるとスケールが発生するおそれがあり、3mol/L以下であることがより好ましい。 Examples of metal salts include sulfates, hydrochlorides, phosphates, nitrates, acetates, oxalates, and tartrates, among which sulfates and hydrochlorides are preferred. Examples of cationic species include alkali metals and alkaline earth metals. In the acetalization reaction solution, the value obtained by multiplying the concentration of the metal cation by the valence is preferably 0.2 to 5 mol/L. If the value obtained by multiplying the concentration of the metal cation by the valence is less than 0.2 mol/L, there is a risk that a porous structure will not be formed in the molded article, or that the amount of PVA eluted into the reaction solution will increase. It is more preferably 4 mol/L or more. On the other hand, if the value obtained by multiplying the concentration of the metal cation by the valence exceeds 5 mol/L, scale may occur, and it is more preferably 3 mol/L or less.

ここで、金属カチオンの濃度に価数を乗じた値とは、例えば、アセタール化反応液に含まれる金属塩が硫酸ナトリウム(Na2SO4)の場合、ナトリウムイオンの濃度に1を乗じた値のことである。したがって、硫酸ナトリウムの濃度が1mol/Lの場合、当該値は2mol/Lとなる。金属塩が塩化ナトリウム(NaCl)の場合、ナトリウムイオンの濃度に1を乗じた値のことである。したがって、塩化ナトリウムの濃度が1mol/Lの場合、当該値は1mol/Lとなる。金属塩が硫酸マグネシウム(MgSO4)の場合、マグネシウムイオンの濃度に2を乗じた値のことである。したがって、硫酸マグネシウムの濃度が1mol/Lの場合、当該値は2mol/Lとなる。 Here, the value obtained by multiplying the concentration of the metal cation by the valence is, for example, when the metal salt contained in the acetalization reaction solution is sodium sulfate (Na 2 SO 4 ), the value obtained by multiplying the concentration of sodium ion by 1. It's about. Therefore, when the concentration of sodium sulfate is 1 mol/L, the value is 2 mol/L. When the metal salt is sodium chloride (NaCl), it is the value obtained by multiplying the sodium ion concentration by 1. Therefore, when the sodium chloride concentration is 1 mol/L, the value is 1 mol/L. When the metal salt is magnesium sulfate (MgSO 4 ), it is the value obtained by multiplying the concentration of magnesium ions by 2. Therefore, when the concentration of magnesium sulfate is 1 mol/L, the value is 2 mol/L.

粒子をアセタール化反応液に接触させるときのアセタール化反応液の温度は20~80℃であることが好ましい。20℃未満では、反応時間が長くなるためアセタール化反応液中に原料であるPVAが溶出するおそれがある。また、80℃を超えるとプラントの酸による腐食が激しく、好ましくない。 The temperature of the acetalization reaction liquid when the particles are brought into contact with the acetalization reaction liquid is preferably 20 to 80°C. If the temperature is less than 20° C., the reaction time becomes long, and there is a risk that the raw material PVA may be eluted into the acetalization reaction solution. On the other hand, if the temperature exceeds 80° C., corrosion of the plant by acid is severe, which is not preferable.

工程1で得られた粒子をアセタール化反応液に接触させることで、当該粒子中のPVAをアセタール化する。アセタール化反応が進行するにつれて、ポリビニルアルコールリッチな領域と水リッチな領域に相分離が誘起され、ポリビニルアルコールリッチな領域がゲル成形物の骨格部分に、水リッチな領域が連続孔となり、粒子中に多孔構造が形成される。 By bringing the particles obtained in step 1 into contact with the acetalization reaction solution, the PVA in the particles is acetalized. As the acetalization reaction progresses, phase separation is induced between the polyvinyl alcohol-rich region and the water-rich region. A porous structure is formed in the

上記製造方法において、孔径の大きい連続孔を有する成形物を製造する場合には、必要に応じて、コーンスターチ、タピオカ澱粉、馬鈴薯澱粉や種々の変性澱粉などを上記混合水溶液に添加し、工程2において、粒子をアセタール化反応液に接触させるときの温度を糊化温度以上に上げて、糊化させることによって相分離を促進させ、孔径の大きい連続孔を有する成形物を製造することもできる。 In the above production method, when producing a molded product having continuous pores with a large pore size, cornstarch, tapioca starch, potato starch, various modified starches, etc. are added to the mixed aqueous solution as necessary, and in step 2, It is also possible to increase the temperature at which the particles are brought into contact with the acetalization reaction solution to the gelatinization temperature or higher to promote phase separation by gelatinization, thereby producing a molding having continuous pores with a large pore size.

工程1及び2の順序は特に限定はされない。ゲル化させて粒子を得る工程とアセタール化する工程を同時に行ってもよい。ゲル化させて粒子を得た後アセタール化してもよい。また、アセタール化した後、ゲル化させても良い。中でも、工程1及び工程2はこの順序で行うことが好ましい。 The order of steps 1 and 2 is not particularly limited. The step of gelling to obtain particles and the step of acetalizing may be performed simultaneously. After gelling to obtain particles, they may be acetalized. Alternatively, gelation may be performed after acetalization. Above all, it is preferable to perform Step 1 and Step 2 in this order.

モノアルデヒドを用いてアセタール化する場合、アセタール化反応液中のモノアルデヒド濃度は、0.01~1.5mol/Lであることが好ましい。モノアルデヒド濃度が、0.01mol/L未満であるとアセタール化反応が効率よく進行せず、得られる成形物(A)からの原料PVAの溶出が多くなるおそれがある。モノアルデヒド濃度は0.3mol/L以上であることがより好ましい。一方、モノアルデヒド濃度が、1.5mol/Lを超えると、得られる成形物(A)が脆くなるとともに、製造過程での収縮が大きくなって含水率が低下するおそれがある。また、成形物(A)を微生物担体として用いた場合、成形物(A)の収縮によって微生物の棲息性が低下するおそれがある。そのため排水を分解処理したとき、その分解効率が低下するおそれがある。モノアルデヒド濃度は、1.0mol/L以下であることがより好ましい。モノアルデヒド濃度をこのような範囲とすることで、微生物の棲息性に優れた成形物(A)を得ることができる。 When acetalization is performed using monoaldehyde, the concentration of monoaldehyde in the acetalization reaction solution is preferably 0.01 to 1.5 mol/L. When the monoaldehyde concentration is less than 0.01 mol/L, the acetalization reaction does not proceed efficiently, and there is a risk that a large amount of raw material PVA will be eluted from the molded product (A) obtained. More preferably, the monoaldehyde concentration is 0.3 mol/L or more. On the other hand, if the concentration of monoaldehyde exceeds 1.5 mol/L, the molded product (A) obtained becomes brittle, and there is a possibility that the shrinkage during the production process will increase and the moisture content will decrease. Moreover, when the molding (A) is used as a microorganism carrier, the shrinkage of the molding (A) may reduce the habitability of microorganisms. Therefore, when the waste water is decomposed, there is a possibility that the decomposition efficiency is lowered. More preferably, the monoaldehyde concentration is 1.0 mol/L or less. By setting the concentration of monoaldehyde in such a range, it is possible to obtain a molding (A) having excellent microbial habitability.

また、ジアルデヒドを用いてアセタール化する場合、アセタール化反応液中のジアルデヒド濃度は、0.001~0.02mol/Lであることが好ましい。ジアルデヒド濃度が、0.001mol/L未満であるとアセタール化反応が効率よく進行せず架橋不足となり、得られる成形物(A)からの原料PVAの溶出が多くなるおそれがある。ジアルデヒド濃度は0.003mol/L以上であることがより好ましい。一方、ジアルデヒド濃度が、0.02mol/Lを超えると、得られる成形物(A)が脆くなるとともに、製造過程での収縮が大きくなって含水率が低下するおそれがある。また、成形物(A)を微生物担体として用いた場合、成形物(A)の収縮によって微生物の棲息性が低下するおそれがある。そのため排水を分解処理したとき、その分解効率が低下するおそれがある。ジアルデヒド濃度は、0.015mol/L以下であることがより好ましい。ジアルデヒド濃度をこのような範囲とすることで、微生物の棲息性に優れた成形物(A)を得ることができる。 In the case of acetalization using dialdehyde, the dialdehyde concentration in the acetalization reaction solution is preferably 0.001 to 0.02 mol/L. When the dialdehyde concentration is less than 0.001 mol/L, the acetalization reaction does not proceed efficiently, resulting in insufficient cross-linking, which may increase the elution of raw material PVA from the obtained molding (A). More preferably, the dialdehyde concentration is 0.003 mol/L or more. On the other hand, if the dialdehyde concentration exceeds 0.02 mol/L, the molded article (A) to be obtained becomes brittle, and there is a possibility that the shrinkage during the manufacturing process will increase and the moisture content will decrease. Moreover, when the molding (A) is used as a microorganism carrier, the shrinkage of the molding (A) may reduce the habitability of microorganisms. Therefore, when the waste water is decomposed, there is a possibility that the decomposition efficiency is lowered. More preferably, the dialdehyde concentration is 0.015 mol/L or less. By setting the dialdehyde concentration in such a range, it is possible to obtain a molding (A) having excellent microbial habitability.

次に工程3において、工程2で得られた粒子を、pHが8以上の水溶液に接触させる。粒子を当該水溶液に接触させることにより、PVAに含まれるカルボキシル基又はその誘導体がカルボン酸塩となる。すなわち、遊離のカルボキシル基は塩を形成し、エステルは加水分解されてカルボキシル基となって塩を形成する。このとき用いられる水溶液としては、水酸化ナトリウム水溶液や水酸化カリウム水溶液が好適に使用される。 Next, in step 3, the particles obtained in step 2 are brought into contact with an aqueous solution having a pH of 8 or higher. By bringing the particles into contact with the aqueous solution, the carboxyl group or derivative thereof contained in PVA becomes a carboxylate. That is, free carboxyl groups form salts, and esters are hydrolyzed to carboxyl groups to form salts. As the aqueous solution used at this time, an aqueous sodium hydroxide solution or an aqueous potassium hydroxide solution is preferably used.

このようにして得られた成形物(A)は、生物親和性が高く、連続孔を有しており、微生物の担持量が多く微生物担体として好適に用いられる。また、圧搾や乾燥などにより水分を取り除いて減容した場合に、水に浸漬させることによって体積を十分に増加させることができるため、体積復元性が良好である。 The shaped product (A) thus obtained has high biocompatibility, has continuous pores, and can carry a large amount of microorganisms, and is suitably used as a microorganism carrier. In addition, when the volume is reduced by removing moisture by pressing or drying, the volume can be sufficiently increased by immersing it in water, so that the volume recovery property is good.

また、本発明の成形物(B)は、モノアルデヒド又はジアルデヒドでアセタール化されたポリビニルアルコールを含む多孔質ゲル成形物(B)であって;モノアルデヒドでアセタール化されたときのアセタール化度が15~80mol%であるか、ジアルデヒドでアセタール化されたときのアセタール化度が0.1~15mol%であり、前記ポリビニルアルコールがカルボン酸塩を含む単量体単位を含み、該単量体単位の含有量が1~7mol%であり、成形物(B)が、球相当径が1~8mmの粒子であり、成形物(B)が連続孔を有し、かつ成形物(B)の含水率が0.2~70質量%であるものである。 Further, the molding (B) of the present invention is a porous gel molding (B) containing polyvinyl alcohol acetalized with monoaldehyde or dialdehyde; the degree of acetalization when acetalized with monoaldehyde is 15 to 80 mol%, or the degree of acetalization when acetalized with a dialdehyde is 0.1 to 15 mol%, the polyvinyl alcohol contains a monomer unit containing a carboxylate, and the monomer The body unit content is 1 to 7 mol%, the molded article (B) is a particle having an equivalent sphere diameter of 1 to 8 mm, the molded article (B) has continuous pores, and the molded article (B) has a water content of 0.2 to 70% by mass.

成形物(B)において、成形物(A)と異なる点は、成形物(B)が、球相当径が1~8mmの粒子であることと、含水率が0.2~70質量%であることであり、それ以外の構成については、成形物(A)について前述したものと同様である。成形物(B)は、成形物(A)と比べて球相当径や含水率が小さく、減容されているので保管スペースを削減することができるとともにハンドリング性にも優れている。かかる観点から、成形物(B)が、球相当径が5mm以下の粒子であることが好ましく、3mm以下の粒子であることがより好ましい。成形物(B)の含水率は、50質量%以下であることが好ましく、20質量%以下であることがより好ましく、10質量%以下であることがさらに好ましい。一方、成形物(A)から水分を取り除いて成形物(B)を製造する場合、水分を取り除くためのエネルギーが必要となる。省エネルギーの観点からは、成形物(B)が、球相当径が1.5mm以上の粒子であることが好ましく、成形物(B)の含水率が0.5質量%以上であることがより好ましい。 The molded article (B) is different from the molded article (A) in that the molded article (B) is a particle having an equivalent sphere diameter of 1 to 8 mm and a water content of 0.2 to 70% by mass. The rest of the structure is the same as that described above for the molded article (A). The molded article (B) has a smaller equivalent sphere diameter and a smaller water content than the molded article (A), and has a reduced volume, so that the storage space can be reduced and the handling property is also excellent. From this point of view, the molded article (B) is preferably particles having an equivalent sphere diameter of 5 mm or less, more preferably particles having an equivalent sphere diameter of 3 mm or less. The moisture content of the molding (B) is preferably 50% by mass or less, more preferably 20% by mass or less, and even more preferably 10% by mass or less. On the other hand, when water is removed from the molded product (A) to produce the molded product (B), energy is required to remove the water. From the viewpoint of energy saving, the molded article (B) is preferably particles having an equivalent spherical diameter of 1.5 mm or more, and more preferably has a moisture content of 0.5% by mass or more. .

成形物(B)の製造方法は特に限定されないが、好適な製造方法は、含水率が90~98質量%である多孔質含水ゲル成形物(A)から水分を取り除く方法である。成形物(A)から水分を取り除く方法は特に限定されないが、加圧、加熱及び送風乾燥の少なくとも一つの方法によって成形物(A)から水分を取り除くことが好ましい。加圧方法としては、圧搾機を用いて物理的に圧力をかける方法や遠心分離機を用いる方法などが挙げられる。加熱方法としては、流動層乾燥機や熱風送風乾燥機を用いる方法などが挙げられる。送風乾燥には、送風乾燥機を用いることができる。所望の球相当径や含水率となるように、これらの方法は併用することができコスト等を考慮し適宜選択する。 The method for producing the molding (B) is not particularly limited, but a preferred production method is a method of removing water from the porous hydrogel molding (A) having a water content of 90 to 98% by mass. Although the method for removing moisture from the molded product (A) is not particularly limited, it is preferable to remove moisture from the molded product (A) by at least one method of pressurization, heating, and air drying. Examples of pressurization methods include a method of physically applying pressure using a compressor and a method of using a centrifugal separator. Examples of the heating method include a method using a fluidized bed dryer and a hot air blower dryer. A blow dryer can be used for blow drying. These methods can be used in combination so as to obtain the desired equivalent sphere diameter and water content, and they are appropriately selected in consideration of costs and the like.

本発明の好適な実施態様は、成形物(B)を容器に入れてなる梱包品である。比較的大量の成形物(B)を梱包するときの容器としては、IBCコンテナやフレキシブルコンテナバッグなどが挙げられる。比較的少量の成形物(B)を梱包するときの容器としては、ポリエチレン袋や段ボールなどが挙げられる。また、後述する運搬方法において、例えば、タンクローリー(車両)やタンク車(鉄道)を用いる場合、そのタンク自体が容器となることもある。 A preferred embodiment of the present invention is a packed product in which the molding (B) is placed in a container. As a container for packing a relatively large amount of molding (B), an IBC container, a flexible container bag, and the like can be mentioned. Examples of a container for packing a relatively small amount of molded product (B) include polyethylene bags and corrugated cardboard. Further, in the transportation method described later, for example, when using a tank truck (vehicle) or a tank car (railway), the tank itself may serve as a container.

また、本発明の好適な実施態様は上記梱包品を運搬する運搬方法である。運搬方法としては、作業者が人力で運搬する方法や、トラック、鉄道、船舶、航空機により運搬する方法が挙げられる。上記梱包品を保管する保管方法も本発明の好適な実施態様である。保管方法は特に限定されず、容器を複数積み重ねて保管することもできる。運搬時及び保管時の温度は、10~40℃であることが好ましい。 Also, a preferred embodiment of the present invention is a transportation method for transporting the above packed goods. Examples of the transportation method include a method of manually transporting by a worker, and a method of transporting by truck, railroad, ship, or aircraft. A storage method for storing the above packed goods is also a preferred embodiment of the present invention. The storage method is not particularly limited, and a plurality of containers can be stacked and stored. The temperature during transportation and storage is preferably 10 to 40°C.

本発明の成形物(B)は、水で膨潤させた際の体積復元性が良好である。したがって、成形物(B)を水で膨潤させてなる比表面積が2~15m/g、かつ含水率が90~98質量%の多孔質含水ゲル成形物(C)が好適な実施態様である。成形物(C)の製造方法は特に限定されないが、好適な製造方法は、成形物(B)を水に浸漬させて膨潤させる方法である。このとき、成形物(B)を水に浸漬した後静置してもよいし、成形物(B)を水に浸漬した後流動させてもよい。成形物(B)を十分に膨潤させる観点から、成形物(B)を水に浸漬させた後、少なくとも1日静置、流動させることが好ましい。 The molded article (B) of the present invention has good volume recovery when swollen with water. Therefore, a porous hydrogel molding (C) having a specific surface area of 2 to 15 m 2 /g and a water content of 90 to 98% by mass, which is obtained by swelling the molding (B) with water, is a preferred embodiment. . The method for producing the molding (C) is not particularly limited, but a preferred production method is to immerse the molding (B) in water to swell it. At this time, the molded article (B) may be immersed in water and left to stand, or the molded article (B) may be immersed in water and then allowed to flow. From the viewpoint of sufficiently swelling the molded article (B), it is preferable to immerse the molded article (B) in water and then allow it to stand and flow for at least one day.

このようにして得られた成形物(C)は、排水処理用の微生物担体又は生体触媒の担体として好適に利用できる。さらには、農業用保水材を含めた保水材、人工培地、保冷剤、眼・皮膚・関節などの生体ゲルの代替、薬物の徐放材、アクチュエーターの基材としても利用できる。 The molded product (C) thus obtained can be suitably used as a microbial carrier for wastewater treatment or a carrier for a biocatalyst. Furthermore, it can be used as a water-retaining material including agricultural water-retaining material, an artificial culture medium, a cooling agent, an alternative to biogels for eyes, skin, joints, etc., a sustained-release material for drugs, and a base material for actuators.

本発明の好適な実施態様は成形物(C)からなる微生物担体である。また、当該担体に担持された微生物によって排水を処理する排水処理方法も好適な実施態様である。このときの処理方法としては、成形物(B)を水の入ったタンクや槽に投入し、成形物(B)を水で膨潤させて成形物(C)を得てから、成形物(C)をポンプで排水処理槽に輸送する方法が挙げられる。また、成形物(B)を直接排水処理槽に投入して当該処理槽内で成形物(B)を水で膨潤させて成形物(C)を得る方法も挙げられる。 A preferred embodiment of the present invention is a microbial carrier consisting of a molding (C). A wastewater treatment method in which wastewater is treated with microorganisms supported on the carrier is also a preferred embodiment. As a treatment method at this time, the molded product (B) is put into a tank or tank containing water, the molded product (B) is swollen with water to obtain a molded product (C), and then the molded product (C ) is transported to a wastewater treatment tank by a pump. Alternatively, the molded article (B) may be directly put into a wastewater treatment tank, and the molded article (B) may be swollen with water in the treatment tank to obtain the molded article (C).

水で膨潤させて得られた成形物(C)と、種菌となる汚泥とを、排水処理槽内で混合し、被処理水を連続で流入させることによって成形物(C)に微生物を担持させることができる。こうすることによって成形物(C)を微生物担体として機能させることができる。 The molding (C) obtained by swelling with water and the sludge as the inoculum are mixed in a wastewater treatment tank, and the water to be treated is continuously introduced into the molding (C) to support the microorganisms. be able to. By doing so, the molding (C) can function as a microorganism carrier.

担体に担持される微生物は、嫌気性微生物であっても好気性微生物であってもよい。微生物の種類は処理すべき排水の汚れや種類によって適宜選択すればよい。 Microorganisms carried on the carrier may be anaerobic microorganisms or aerobic microorganisms. The type of microorganisms may be appropriately selected according to the dirt and type of wastewater to be treated.

以上説明したように、本発明の成形物(A)は、微生物担体や農業用保水材などの保水材又は人工培地として有用であるとともに、圧搾や乾燥などにより水分を取り除いて減容することができるので運搬性や保管性に優れている。そして、水分が取り除かれた成形物(B)は、水で膨潤させることにより含水ゲル成形物(C)に復元させることができる。こうして得られた成形物(C)は、微生物担体や農業用保水材を含めた保水材や人工培地として有用である。 As described above, the molded article (A) of the present invention is useful as a microbial carrier, a water-retaining material such as an agricultural water-retaining material, or an artificial culture medium, and can be reduced in volume by removing water by pressing, drying, or the like. It is excellent in transportability and storage because it can be done. Then, the molded article (B) from which moisture has been removed can be restored to the hydrous gel molded article (C) by swelling with water. The molded article (C) thus obtained is useful as a microorganism carrier, a water-retaining material including agricultural water-retaining material, and an artificial culture medium.

実施例1
攪拌機、還流冷却管、窒素導入管、開始剤の添加口を備えた反応器に、酢酸ビニル602g、アクリル酸メチル1.21g、メタノール254gを仕込み、窒素バブリングをしながら30分間反応器内を不活性ガス置換した。水浴を加熱して反応器の昇温を開始し、内温が60℃となったところで、開始剤としてアゾビスイソブチロニトリル(AIBN)を0.16g添加し重合を開始した。適宜サンプリングを行い、その固形分濃度から重合の進行を確認し、仕込んだ酢酸ビニルとアクリル酸メチルの合計の質量に対する、重合により消費された酢酸ビニルとアクリル酸メチルの合計の質量である、消費率を求めた。消費率が4%に到達したところで30℃まで冷却して重合を停止した。真空ラインに接続し、残留する酢酸ビニルをメタノールとともに30℃で減圧留去した。反応器内を目視で確認しながら、粘度が上昇したところで適宜メタノールを添加しながら留去を続け、アクリル酸メチル単位の含有量が5.2mol%のポリ酢酸ビニルを得た。当該含有量はNMRを用いて測定した。次に、上記と同様の反応器に、得られたアクリル酸メチル単位含有ポリ酢酸ビニル1gとメタノール18.2gを添加し溶解した。水浴を加熱して反応器の内温が70℃になるまで加熱撹拌した。ここに水酸化ナトリウムのメタノール溶液(濃度15質量%)0.78gを添加して、70℃で2時間けん化を行った。得られた溶液をろ過し、アクリル酸メチル単位の含有量が5.2mol%のポリビニルアルコール1(PVA1)を得た。
Example 1
602 g of vinyl acetate, 1.21 g of methyl acrylate, and 254 g of methanol were charged into a reactor equipped with a stirrer, a reflux condenser, a nitrogen inlet tube, and an initiator addition port, and the reactor was stirred for 30 minutes with nitrogen bubbling. It was replaced with active gas. A water bath was heated to start raising the temperature of the reactor, and when the internal temperature reached 60° C., 0.16 g of azobisisobutyronitrile (AIBN) was added as an initiator to initiate polymerization. Appropriate sampling was performed to confirm the progress of polymerization from the solid content concentration. asked for a rate. When the consumption rate reached 4%, the polymerization was terminated by cooling to 30°C. A vacuum line was connected and residual vinyl acetate was distilled off under reduced pressure together with methanol at 30°C. While visually confirming the inside of the reactor, when the viscosity increased, methanol was added as appropriate while distillation was continued to obtain polyvinyl acetate having a methyl acrylate unit content of 5.2 mol %. The content was measured using NMR. Next, 1 g of the obtained methyl acrylate unit-containing polyvinyl acetate and 18.2 g of methanol were added and dissolved in the same reactor as above. The water bath was heated and the mixture was heated and stirred until the internal temperature of the reactor reached 70°C. 0.78 g of a methanol solution of sodium hydroxide (concentration: 15% by mass) was added thereto, and saponification was performed at 70° C. for 2 hours. The resulting solution was filtered to obtain polyvinyl alcohol 1 (PVA1) having a methyl acrylate unit content of 5.2 mol %.

PVA1が7質量%となるように水を加え、熱水中で50分間処理しPVA1を溶解させた。このPVA1水溶液に、0.9質量%となるようアルギン酸ナトリウムを加え、30分間攪拌、溶解を行い、混合水溶液を調製した。この混合水溶液300gを、先端に内径3mmのノズルを取り付けた内径3.2mmのシリコンチューブホースを装着したローラーポンプによって送液し、スターラーで攪拌した濃度0.3mol/Lの塩化カルシウム水溶液からなる凝固浴1Lに滴下した。滴下した液滴は塩化カルシウム水溶液中で球状にゲル化し沈降した。 Water was added so that the PVA1 content was 7% by mass, and the mixture was treated in hot water for 50 minutes to dissolve the PVA1. To this PVA1 aqueous solution, sodium alginate was added so as to make it 0.9% by mass, and the mixture was stirred and dissolved for 30 minutes to prepare a mixed aqueous solution. 300 g of this mixed aqueous solution was fed by a roller pump equipped with a silicon tube hose with an inner diameter of 3.2 mm and a nozzle with an inner diameter of 3 mm attached to the tip, and stirred with a stirrer to form a solidified calcium chloride aqueous solution with a concentration of 0.3 mol / L. Dropped into 1 L bath. The dropped droplets were spherically gelled and precipitated in the aqueous calcium chloride solution.

この球状成形物を塩化カルシウム水溶液から分離し、40℃のアセタール化反応液1Lに45分浸漬した。ここで、アセタール化反応液は硫酸250g/L、硫酸ナトリウム100g/L、ホルムアルデヒド50g/Lを含む水溶液である。その後、成形物をアセタール化反応液から分離し、当該成形物を水酸化ナトリウム水溶液(濃度24質量%)に投入し液中pHを12で制御しながら洗浄した後、水洗を施した。得られた含水ゲル成形物の表面及び断面をSEMで観察したところ、外表面から中心部に向かって連続孔が存在することが確認できた。また、この含水ゲル成形物は比表面積が6.9m/g、球相当径が5.2mmの球形の粒子であり、その含水率は95質量%であった。含水ゲル成形物中のPVAのアセタール化度は56mol%であり、アクリル酸ナトリウム単位の含有量は4.8mol%であった。得られたサンプルを1L矩形型槽に投入し、エアー流量6L/minにて1時間曝気し流動させた後の破損の有無を確認したが、破損は見られず成形物の形状保持性は良好であった(表1において評価A)。結果を表1にまとめて示す。 This spherical molded product was separated from the calcium chloride aqueous solution and immersed in 1 L of the acetalization reaction solution at 40° C. for 45 minutes. Here, the acetalization reaction solution is an aqueous solution containing 250 g/L of sulfuric acid, 100 g/L of sodium sulfate, and 50 g/L of formaldehyde. After that, the molded article was separated from the acetalization reaction solution, put into an aqueous sodium hydroxide solution (concentration: 24% by mass), washed while controlling the pH of the liquid at 12, and then washed with water. When the surface and cross section of the obtained hydrous gel molding were observed with an SEM, it was confirmed that continuous pores were present from the outer surface toward the center. This hydrous gel molding was spherical particles with a specific surface area of 6.9 m 2 /g and an equivalent spherical diameter of 5.2 mm, and the water content was 95% by mass. The degree of acetalization of PVA in the hydrous gel molding was 56 mol %, and the content of sodium acrylate units was 4.8 mol %. The obtained sample was placed in a 1 L rectangular tank, and after aeration and fluidization for 1 hour at an air flow rate of 6 L/min, it was checked for damage, but no damage was observed and the shape retention of the molded product was good. (Evaluation A in Table 1). The results are summarized in Table 1.

実施例2
PVA1が7質量%となるように水を加え、熱水中で50分間処理しPVA1を溶解させた。このPVA1水溶液に、0.9質量%となるようアルギン酸ナトリウムを加え、30分間攪拌、溶解を行い、混合水溶液を調製した。この混合水溶液300gを、先端に内径2mmのノズルを取り付けた内径3.2mmのシリコンチューブホースを装着したローラーポンプによって送液し、スターラーで攪拌した濃度0.3mol/Lの塩化カルシウム水溶液からなる凝固浴1Lに滴下した。滴下した液滴は塩化カルシウム水溶液中で球状にゲル化し沈降した。
Example 2
Water was added so that the PVA1 content was 7% by mass, and the mixture was treated in hot water for 50 minutes to dissolve the PVA1. To this PVA1 aqueous solution, sodium alginate was added so as to make it 0.9% by mass, and the mixture was stirred and dissolved for 30 minutes to prepare a mixed aqueous solution. 300 g of this mixed aqueous solution was fed by a roller pump equipped with a silicon tube hose with an inner diameter of 3.2 mm and a nozzle with an inner diameter of 2 mm attached to the tip, and stirred with a stirrer to form a solidified aqueous solution of calcium chloride with a concentration of 0.3 mol / L. Dropped into 1 L bath. The dropped droplets were spherically gelled and precipitated in the aqueous calcium chloride solution.

この球状成形物を塩化カルシウム水溶液から分離し、40℃のアセタール化反応液1Lに45分浸漬した。ここで、アセタール化反応液は硫酸10g/L、硫酸ナトリウム100g/L、グルタルアルデヒド0.8g/Lを含む水溶液である。その後、成形物をアセタール化反応液から分離し、当該成形物を水酸化ナトリウム水溶液(濃度24質量%)に投入し液中pHを12で制御しながら洗浄した後、水洗を施した。得られた含水ゲル成形物の表面及び断面をSEMで観察したところ、外表面から中心部に向かって連続孔が存在することが確認できた。また、この含水ゲル成形物は比表面積が9.3m/g、球相当径が4.8mmの球形の粒子であり、その含水率は97質量%であった。含水ゲル成形物中のPVAのアセタール化度は0.9mol%であり、アクリル酸ナトリウム単位の含有量は4.9mol%であった。得られたサンプルを1L矩形型槽に投入し、エアー流量6L/minにて1時間曝気し流動させた後の破損の有無を確認したが、破損は見られず形状保持性は良好であった(表1において評価A)。結果を表1にまとめて示す。 This spherical molded product was separated from the calcium chloride aqueous solution and immersed in 1 L of the acetalization reaction solution at 40° C. for 45 minutes. Here, the acetalization reaction solution is an aqueous solution containing 10 g/L of sulfuric acid, 100 g/L of sodium sulfate, and 0.8 g/L of glutaraldehyde. After that, the molded article was separated from the acetalization reaction solution, put into an aqueous sodium hydroxide solution (concentration: 24% by mass), washed while controlling the pH of the liquid at 12, and then washed with water. When the surface and cross section of the obtained hydrous gel molding were observed with an SEM, it was confirmed that continuous pores were present from the outer surface toward the center. This hydrous gel molding was spherical particles with a specific surface area of 9.3 m 2 /g and an equivalent spherical diameter of 4.8 mm, and the water content was 97% by mass. The degree of acetalization of PVA in the hydrous gel molding was 0.9 mol %, and the content of sodium acrylate units was 4.9 mol %. The obtained sample was placed in a 1 L rectangular tank, and after aeration and fluidization for 1 hour at an air flow rate of 6 L/min, the presence or absence of damage was checked, but no damage was observed and the shape retention was good. (Evaluation A in Table 1). The results are summarized in Table 1.

比較例1
無変性のPVA2(平均重合度1700、けん化度99.8モル%)に水を加え、熱水中で50分間処理しPVA2を溶解させた(濃度7質量%)。このPVA2水溶液に、0.9質量%となるようアルギン酸ナトリウムを加え、30分間攪拌、溶解を行った。さらにこの混合水溶液100gを、先端に内径4mmのノズルをとりつけた内径3.2mmのシリコンチューブホースを装着したローラーポンプによって送液し、スターラーで攪拌した濃度0.3mol/Lの塩化カルシウム水溶液からなる凝固浴1Lに滴下した。滴下した液滴は塩化カルシウム水溶液中で球状にゲル化し沈降した。
Comparative example 1
Water was added to unmodified PVA2 (average degree of polymerization: 1700, degree of saponification: 99.8 mol%), and the mixture was treated in hot water for 50 minutes to dissolve PVA2 (concentration: 7 mass%). Sodium alginate was added to this PVA2 aqueous solution so as to be 0.9% by mass, and the mixture was stirred for 30 minutes to dissolve. Furthermore, 100 g of this mixed aqueous solution was fed by a roller pump equipped with a silicon tube hose with an inner diameter of 3.2 mm and a nozzle with an inner diameter of 4 mm at the tip, and stirred with a stirrer to form an aqueous solution of calcium chloride with a concentration of 0.3 mol / L. Dropped into 1 L of coagulation bath. The dropped droplets were spherically gelled and precipitated in the aqueous calcium chloride solution.

この球状成形物を塩化カルシウム水溶液から分離し、40℃のアセタール化反応液1Lに90分浸漬した。ここで、アセタール化反応液は硫酸200g/L、硫酸ナトリウム100g/L、ホルムアルデヒド50g/Lを含む水溶液である。その後、成形物をアセタール化反応液から分離し、当該成形物を水酸化ナトリウム水溶液(濃度24質量%)に投入し、液中pHを12で制御しながら洗浄した後、水洗を施した。得られた含水ゲル成形物の表面及び断面をSEMで観察したところ、外表面から中心部に向かって連続孔が存在することが確認できた。また、この含水ゲル成形物は比表面積が16m/g、球相当径が4.0mmの球形の粒子であり、その含水率は88質量%であった。含水ゲル成形物中のPVAのアセタール化度は54mol%であり、アクリル酸ナトリウム単位の含有量は0mol%であった。得られたサンプルを1L矩形型槽に投入し、エアー流量6L/minにて1時間曝気し流動させた後の破損の有無を確認したが、破損は見られず形状保持性は良好であった(表1において評価A)。結果を表1にまとめて示す。 This spherical molded product was separated from the calcium chloride aqueous solution and immersed in 1 L of the acetalization reaction solution at 40° C. for 90 minutes. Here, the acetalization reaction solution is an aqueous solution containing 200 g/L of sulfuric acid, 100 g/L of sodium sulfate, and 50 g/L of formaldehyde. After that, the molded article was separated from the acetalization reaction liquid, put into an aqueous sodium hydroxide solution (concentration: 24% by mass), washed while controlling the pH of the liquid at 12, and then washed with water. When the surface and cross section of the obtained hydrous gel molding were observed with an SEM, it was confirmed that continuous pores were present from the outer surface toward the center. The hydrous gel molding was spherical particles with a specific surface area of 16 m 2 /g and an equivalent spherical diameter of 4.0 mm, and the water content was 88% by mass. The degree of acetalization of PVA in the hydrous gel molding was 54 mol %, and the content of sodium acrylate units was 0 mol %. The obtained sample was placed in a 1 L rectangular tank, and after aeration and fluidization for 1 hour at an air flow rate of 6 L/min, the presence or absence of damage was checked, but no damage was observed and the shape retention was good. (Evaluation A in Table 1). The results are summarized in Table 1.

比較例2
PVA2が7質量%となるように水を加え、熱水中で50分間処理しPVA2を溶解させた。このPVA2水溶液に、0.9質量%となるようアルギン酸ナトリウムを加え、30分間攪拌、溶解を行った。さらにこの混合水溶液100gを、先端に内径2mmのノズルをとりつけた内径3.2mmのシリコンチューブホースを装着したローラーポンプによって送液し、スターラーで攪拌した濃度0.3mol/Lの塩化カルシウム水溶液からなる凝固浴1Lに滴下した。滴下した液滴は塩化カルシウム水溶液中で球状にゲル化し沈降した。
Comparative example 2
Water was added so that the PVA2 content was 7% by mass, and the mixture was treated in hot water for 50 minutes to dissolve the PVA2. Sodium alginate was added to this PVA2 aqueous solution so as to be 0.9% by mass, and the mixture was stirred for 30 minutes to dissolve. Furthermore, 100 g of this mixed aqueous solution was fed by a roller pump equipped with a silicon tube hose with an inner diameter of 3.2 mm and a nozzle with an inner diameter of 2 mm at the tip, and stirred with a stirrer to form an aqueous solution of calcium chloride with a concentration of 0.3 mol / L. It was added dropwise to 1 L of coagulation bath. The dropped droplets were spherically gelled and precipitated in the aqueous calcium chloride solution.

この球状成形物を塩化カルシウム水溶液から分離し、40℃のアセタール化反応液1Lに90分浸漬した。ここで、アセタール化反応液は硫酸10g/L、硫酸ナトリウム100g/L、グルタルアルデヒド0.8g/Lを含む水溶液である。その後、成形物をアセタール化反応液から分離し、当該成形物を水酸化ナトリウム水溶液(濃度24質量%)に投入し、液中pHを12で制御しながら洗浄した後、水洗を施した。得られた含水ゲル成形物の表面及び断面をSEMで観察したところ、外表面から中心部に向かって連続孔が存在することが確認できた。また、含水ゲル成形物は比表面積が17m/g、球相当径が3.9mmの球形の粒子であり、その含水率は91質量%であった。含水ゲル成形物中のPVAのアセタール化度は1.5mol%であり、アクリル酸ナトリウム単位の含有量はは0mol%であった。得られたサンプルを1L矩形型槽に投入し、エアー流量6L/minにて1時間曝気し流動させた後の破損の有無を確認したが、破損は見られず形状保持性は良好であった(表1において評価A)。結果を表1にまとめて示す。 This spherical molded product was separated from the calcium chloride aqueous solution and immersed in 1 L of the acetalization reaction solution at 40° C. for 90 minutes. Here, the acetalization reaction solution is an aqueous solution containing 10 g/L of sulfuric acid, 100 g/L of sodium sulfate, and 0.8 g/L of glutaraldehyde. After that, the molded article was separated from the acetalization reaction liquid, put into an aqueous sodium hydroxide solution (concentration: 24% by mass), washed while controlling the pH of the liquid at 12, and then washed with water. When the surface and cross section of the obtained hydrous gel molding were observed with an SEM, it was confirmed that continuous pores were present from the outer surface toward the center. The hydrous gel molding was spherical particles with a specific surface area of 17 m 2 /g and an equivalent spherical diameter of 3.9 mm, and the water content was 91% by mass. The degree of acetalization of PVA in the hydrous gel molding was 1.5 mol %, and the content of sodium acrylate units was 0 mol %. The obtained sample was placed in a 1 L rectangular tank, and after aeration and fluidization for 1 hour at an air flow rate of 6 L/min, the presence or absence of damage was checked, but no damage was observed and the shape retention was good. (Evaluation A in Table 1). Table 1 summarizes the results.

比較例3
攪拌機、還流冷却管、窒素導入管、開始剤の添加口を備えた反応器に、酢酸ビニル602g、アクリル酸メチル1.21g、メタノール254gを仕込み、窒素バブリングをしながら30分間反応器内を不活性ガス置換した。水浴を加熱して反応器の昇温を開始し、内温が60℃となったところで、開始剤としてアゾビスイソブチロニトリル(AIBN)を0.16g添加し重合を開始した。適宜サンプリングを行い、その固形分濃度から重合の進行を確認し、仕込んだ酢酸ビニルとアクリル酸メチルの合計の質量に対する、重合により消費された酢酸ビニルとアクリル酸メチルの合計の質量である、消費率を求めた。消費率が7%に到達したところで30℃まで冷却して重合を停止した。真空ラインに接続し、残留する酢酸ビニルをメタノールとともに30℃で減圧留去した。反応器内を目視で確認しながら、粘度が上昇したところで適宜メタノールを添加しながら留去を続け、アクリル酸メチル単位の含有量が8.4mol%のポリ酢酸ビニルを得た。当該含有量はNMRを用いて測定した。次に、上記と同様の反応器に、得られたアクリル酸メチル単位含有ポリ酢酸ビニル1gとメタノール18.2gを添加し溶解した。水浴を加熱して内温が70℃になるまで加熱撹拌した。ここに水酸化ナトリウムのメタノール溶液(濃度15質量%)0.78gを添加して、70℃で2時間けん化を行った。得られた溶液をろ過し、アクリル酸メチル単位の含有量が8.4mol%のポリビニルアルコール3(PVA3)を得た。
Comparative example 3
602 g of vinyl acetate, 1.21 g of methyl acrylate, and 254 g of methanol were charged into a reactor equipped with a stirrer, a reflux condenser, a nitrogen inlet tube, and an initiator addition port, and the reactor was stirred for 30 minutes with nitrogen bubbling. It was replaced with active gas. A water bath was heated to start raising the temperature of the reactor, and when the internal temperature reached 60° C., 0.16 g of azobisisobutyronitrile (AIBN) was added as an initiator to initiate polymerization. Appropriate sampling was performed to confirm the progress of polymerization from the solid content concentration. asked for a rate. When the consumption rate reached 7%, the polymerization was stopped by cooling to 30°C. A vacuum line was connected and residual vinyl acetate was distilled off under reduced pressure together with methanol at 30°C. While visually confirming the inside of the reactor, when the viscosity increased, methanol was added as appropriate while distillation was continued to obtain polyvinyl acetate having a methyl acrylate unit content of 8.4 mol %. The content was measured using NMR. Next, 1 g of the obtained methyl acrylate unit-containing polyvinyl acetate and 18.2 g of methanol were added and dissolved in the same reactor as above. A water bath was heated to heat and stir until the internal temperature reached 70°C. 0.78 g of a methanol solution of sodium hydroxide (concentration: 15% by mass) was added thereto, and saponification was performed at 70° C. for 2 hours. The resulting solution was filtered to obtain polyvinyl alcohol 3 (PVA3) having a methyl acrylate unit content of 8.4 mol %.

PVA3が7質量%となるように水を加え、熱水中で50分間処理しPVA3を溶解させた。このPVA3水溶液に、0.9質量%となるようアルギン酸ナトリウムを加え、30分間攪拌、溶解を行い、混合水溶液を調製した。この混合水溶液300gを、先端に内径4mmのノズルを取り付けた内径3.2mmのシリコンチューブホースを装着したローラーポンプによって送液し、スターラーで攪拌した濃度0.3mol/Lの塩化カルシウム水溶液からなる凝固浴1Lに滴下した。滴下した液滴は塩化カルシウム水溶液中で球状にゲル化し沈降した。 Water was added so that the PVA3 content was 7% by mass, and the mixture was treated in hot water for 50 minutes to dissolve the PVA3. Sodium alginate was added to this PVA3 aqueous solution so as to make it 0.9% by mass, and the mixture was stirred and dissolved for 30 minutes to prepare a mixed aqueous solution. 300 g of this mixed aqueous solution was fed by a roller pump equipped with a silicon tube hose with an inner diameter of 3.2 mm and a nozzle with an inner diameter of 4 mm attached to the tip, and stirred with a stirrer to form an aqueous solution of calcium chloride with a concentration of 0.3 mol / L. Dropped into 1 L bath. The dropped droplets were spherically gelled and precipitated in the aqueous calcium chloride solution.

この球状成形物を塩化カルシウム水溶液から分離し、40℃のアセタール化反応液1Lに45分浸漬した。ここで、アセタール化反応液は硫酸250g/L、硫酸ナトリウム100g/L、ホルムアルデヒド50g/Lを含む水溶液である。その後、成形物をアセタール化反応液から分離し、当該成形物を水酸化ナトリウム水溶液(濃度24質量%)に投入し液中pHを12で制御しながら洗浄した後、水洗を行った。しかし、含水ゲル成形物の体積膨張が極端に顕著となり、形状維持性が悪化し、強度が低下し、撹拌により、含水ゲル成形物の破損が生じた(表1において評価B)。アクリル酸ナトリウム単位の含有量は7.5mol%であった。結果を表1にまとめて示す。 This spherical molded product was separated from the calcium chloride aqueous solution and immersed in 1 L of the acetalization reaction solution at 40° C. for 45 minutes. Here, the acetalization reaction solution is an aqueous solution containing 250 g/L of sulfuric acid, 100 g/L of sodium sulfate, and 50 g/L of formaldehyde. After that, the molded product was separated from the acetalization reaction solution, put into an aqueous sodium hydroxide solution (concentration: 24% by mass), washed while controlling the pH of the solution at 12, and then washed with water. However, the volume expansion of the water-containing gel molding became extremely remarkable, the shape retention property deteriorated, the strength decreased, and the water-containing gel molding broke due to stirring (Evaluation B in Table 1). The content of sodium acrylate units was 7.5 mol %. The results are summarized in Table 1.

比較例4
PVA3が7質量%となるように水を加え、熱水中で50分間処理しPVA3を溶解させた。このPVA3水溶液に、0.9質量%となるようアルギン酸ナトリウムを加え、30分間攪拌、溶解を行い、混合水溶液を調製した。この混合水溶液300gを、先端に内径2mmのノズルを取り付けた内径3.2mmのシリコンチューブホースを装着したローラーポンプによって送液し、スターラーで攪拌した濃度0.3mol/Lの塩化カルシウム水溶液からなる凝固浴1Lに滴下した。滴下した液滴は塩化カルシウム水溶液中で球状にゲル化し沈降した。
Comparative example 4
Water was added so that the PVA3 content was 7% by mass, and the mixture was treated in hot water for 50 minutes to dissolve the PVA3. Sodium alginate was added to this PVA3 aqueous solution so as to make it 0.9% by mass, and the mixture was stirred and dissolved for 30 minutes to prepare a mixed aqueous solution. 300 g of this mixed aqueous solution was fed by a roller pump equipped with a silicon tube hose with an inner diameter of 3.2 mm and a nozzle with an inner diameter of 2 mm attached to the tip, and stirred with a stirrer to form a solidified aqueous solution of calcium chloride with a concentration of 0.3 mol / L. Dropped into 1 L bath. The dropped droplets were spherically gelled and precipitated in the aqueous calcium chloride solution.

この球状成形物を塩化カルシウム水溶液から分離し、40℃のアセタール化反応液1Lに45分浸漬した。ここで、アセタール化反応液は硫酸10g/L、硫酸ナトリウム100g/L、グルタルアルデヒド0.8g/Lを含む水溶液である。その後、成形物をアセタール化反応液から分離し、当該成形物を水酸化ナトリウム水溶液(濃度24質量%)に投入し液中pHを12で制御しながら洗浄した後、水洗を行った。比較例4も同様に、水洗時の含水ゲル成形物の体積膨張が極端に顕著となり、形状維持性が悪化し、強度が低下し、撹拌により、含水ゲル成形物の破損が生じた(表1において評価B)。アクリル酸ナトリウム単位の含有量は7.6mol%であった。結果を表1にまとめて示す。 This spherical molded product was separated from the calcium chloride aqueous solution and immersed in 1 L of the acetalization reaction solution at 40° C. for 45 minutes. Here, the acetalization reaction solution is an aqueous solution containing 10 g/L of sulfuric acid, 100 g/L of sodium sulfate, and 0.8 g/L of glutaraldehyde. After that, the molded product was separated from the acetalization reaction solution, put into an aqueous sodium hydroxide solution (concentration: 24% by mass), washed while controlling the pH of the solution at 12, and then washed with water. Similarly, in Comparative Example 4, the volume expansion of the water-containing gel molded product during washing with water was extremely remarkable, the shape retention property deteriorated, the strength decreased, and the water-containing gel molded product broke due to stirring (Table 1). Evaluation B). The content of sodium acrylate units was 7.6 mol %. The results are summarized in Table 1.

比較例5
PVA1が7質量%となるように水を加え、熱水中で50分間処理しPVA1を溶解させた。このPVA1水溶液に、0.9質量%となるようアルギン酸ナトリウムを加え、30分間攪拌、溶解を行い、混合水溶液を調製した。この混合水溶液300gを、先端に内径2mmのノズルを取り付けた内径3.2mmのシリコンチューブホースを装着したローラーポンプによって送液し、スターラーで攪拌した濃度0.3mol/Lの塩化カルシウム水溶液からなる凝固浴1Lに滴下した。滴下した液滴は塩化カルシウム水溶液中で球状にゲル化し沈降した。
Comparative example 5
Water was added so that the PVA1 content was 7% by mass, and the mixture was treated in hot water for 50 minutes to dissolve the PVA1. To this PVA1 aqueous solution, sodium alginate was added so as to make it 0.9% by mass, and the mixture was stirred and dissolved for 30 minutes to prepare a mixed aqueous solution. 300 g of this mixed aqueous solution was fed by a roller pump equipped with a silicon tube hose with an inner diameter of 3.2 mm and a nozzle with an inner diameter of 2 mm attached to the tip, and stirred with a stirrer to form a solidified aqueous solution of calcium chloride with a concentration of 0.3 mol / L. Dropped into 1 L bath. The dropped droplets were spherically gelled and precipitated in the aqueous calcium chloride solution.

この球状成形物を塩化カルシウム水溶液から分離し、40℃のアセタール化反応液1Lに45分浸漬した。ここで、アセタール化反応液は硫酸200g/L、硫酸ナトリウム10g/L、グルタルアルデヒド0.8g/Lを含む水溶液である。その後、成形物をアセタール化反応液から分離し、当該成形物を水酸化ナトリウム水溶液(濃度24質量%)に投入し液中pHを12で制御しながら洗浄した後、水洗を行った。得られた含水ゲル成形物の表面及び断面をSEMで観察したところ、外表面や内部に孔は確認されなかった。また、この含水ゲル成形物は比表面積が0.4m/g、球相当径が3.3mmの球形の粒子であり、その含水率は88質量%であった。含水ゲル成形物中のPVAのアセタール化度は15mol%であり、アクリル酸ナトリウム単位の含有量は4.7mol%であった。得られたサンプルを1L矩形型槽に投入し、エアー流量6L/minにて1時間曝気し流動させた後の破損の有無を確認したが、破損は見られず形状保持性は良好であった(表1において評価A)。結果を表1にまとめて示す。 This spherical molded product was separated from the calcium chloride aqueous solution and immersed in 1 L of the acetalization reaction solution at 40° C. for 45 minutes. Here, the acetalization reaction solution is an aqueous solution containing 200 g/L of sulfuric acid, 10 g/L of sodium sulfate, and 0.8 g/L of glutaraldehyde. After that, the molded product was separated from the acetalization reaction solution, put into an aqueous sodium hydroxide solution (concentration: 24% by mass), washed while controlling the pH of the solution at 12, and then washed with water. When the surface and cross section of the obtained hydrous gel molding were observed by SEM, no holes were confirmed on the outer surface or inside. The hydrous gel molding was spherical particles having a specific surface area of 0.4 m 2 /g and an equivalent spherical diameter of 3.3 mm, and the water content was 88% by mass. The degree of acetalization of PVA in the hydrous gel molding was 15 mol %, and the content of sodium acrylate units was 4.7 mol %. The obtained sample was placed in a 1 L rectangular tank, and after aeration and fluidization for 1 hour at an air flow rate of 6 L/min, the presence or absence of damage was checked, but no damage was observed and the shape retention was good. (Evaluation A in Table 1). The results are summarized in Table 1.

Figure 2023085581000001
Figure 2023085581000001

[減容試験]
実施例1及び2、比較例1、2及び5で得られた含水ゲル成形物をそれぞれ下記の方法により減容した。
[Volume reduction test]
The water-containing gel moldings obtained in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1, 2 and 5 were each reduced in volume by the following method.

方法(a)
含水ゲル成形物に10kPaの圧力を30秒間かけて加圧脱水し減容した。
方法(b)
含水ゲル成形物を乾燥機に入れ、60℃で4時間乾燥し減容した。
方法(c)
含水ゲル成形物に10kPaの圧力を30秒間かけて加圧脱水し減容した後、得られた成形物を乾燥機に入れ、90℃で30分間乾燥しさらに減容した。
method (a)
A pressure of 10 kPa was applied to the water-containing gel molding for 30 seconds to dehydrate it and reduce its volume.
method (b)
The water-containing gel molding was placed in a dryer and dried at 60°C for 4 hours to reduce the volume.
method (c)
After dehydrating the water-containing gel molding for 30 seconds by applying a pressure of 10 kPa for 30 seconds to reduce the volume, the obtained molding was placed in a dryer and dried at 90° C. for 30 minutes to further reduce the volume.

そして、減容後の体積比率(体積%)を下記式に従い測定した。また、上述した式に従い、減容後の成形物の含水率も測定した。結果を表2に示す。
減容後の体積比率(体積%)=[(減容後の成形物の真体積)/(減容する前の含水ゲル成形物の真体積)]×100
Then, the volume ratio (% by volume) after volume reduction was measured according to the following formula. In addition, according to the above formula, the moisture content of the compact after volume reduction was also measured. Table 2 shows the results.
Volume ratio after volume reduction (% by volume) = [(true volume of molded product after volume reduction) / (true volume of hydrous gel molded product before volume reduction)] × 100

減容前の成形物及び、方法(a)~(c)で得られた成形物をそれぞれアルミ内袋に入れて密封した後、当該アルミ内袋に10kPaの圧力をかけたまま、60℃の乾燥機内で3週間保管した。この保管条件は、1トンの成形物をフレキシブルコンテナバッグで保管することを想定した条件である。3週間経過後、フレキシブルコンテナバッグから成形物を取り出し、当該成形物を十分な量の水に浸漬させ室温で静置した。24時間経過後、水から成形物を取り出し、体積及び粒径を測定し、体積復元率を計算した。ここで、体積復元率(体積%)は下記式によって求めた値である。結果を表2に示す。
体積復元率(体積%)=[(水に浸漬させた後の成形物の真体積)/(減容する前の含水ゲル成形物の真体積)]×100
After the molded product before volume reduction and the molded product obtained by methods (a) to (c) were placed in an aluminum inner bag and sealed, the aluminum inner bag was subjected to a pressure of 10 kPa and heated to 60 ° C. Stored in the dryer for 3 weeks. These storage conditions are conditions assuming storage of a 1-ton molded product in a flexible container bag. After 3 weeks had passed, the molded article was taken out from the flexible container bag, immersed in a sufficient amount of water, and allowed to stand at room temperature. After 24 hours, the molding was taken out from the water, the volume and particle size were measured, and the volume recovery rate was calculated. Here, the volume recovery rate (% by volume) is a value determined by the following formula. Table 2 shows the results.
Volume recovery rate (% by volume) = [(true volume of molded product after immersion in water) / (true volume of hydrous gel molded product before volume reduction)] × 100

表2に示されるように、実施例1及び2の含水ゲル成形物は、減容及び保管を行ったとしても、水に浸漬させることで減容前とおおよそ同じ体積まで復元した。これに対し、比較例1及び2の含水ゲル成形物は、減容前と同じ体積まで復元することはなく、体積復元性が悪かった。このとき、減容後の体積が小さい成形物ほど体積復元性が低下する結果となった。また、比較例5の含水ゲル成形物は、連続孔を有するものではないが、体積復元性は悪くなかった。 As shown in Table 2, the hydrogel moldings of Examples 1 and 2 were immersed in water and restored to approximately the same volume as before volume reduction even after volume reduction and storage. On the other hand, the water-containing gel shaped articles of Comparative Examples 1 and 2 did not restore to the same volume as before volume reduction, and had poor volume restoring properties. At this time, the result was that the smaller the volume of the molded product after volume reduction, the lower the volume recovery property. In addition, although the hydrous gel molding of Comparative Example 5 did not have continuous pores, the volume restoring property was not bad.

Figure 2023085581000002
Figure 2023085581000002

[排水処理試験]
実施例1~2、比較例1、2及び5の含水ゲル成形物を微生物の担体として排水処理を行った。また、実施例3として、実施例1の含水ゲル成形物を方法(c)で減容した後、実施例1と同様の方法で保管及び復元を行って得た含水ゲル成形物を用いて排水処理を行った。排水処理の条件は以下の通りである。
[Wastewater treatment test]
The water-containing gel moldings of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1, 2 and 5 were used as carriers for microorganisms to treat waste water. In addition, as Example 3, the water-containing gel molded product of Example 1 was reduced in volume by the method (c), and then stored and restored in the same manner as in Example 1. processed. Conditions for wastewater treatment are as follows.

硝化によるアンモニア除去排水処理装置を用いて、アンモニア硝化試験を行った。曝気槽としては、水槽容積1リットルの曝気槽を用い、その容量の10%にあたる100mlの嵩容積の担体を充填した。さらに、MLSS(Mixed Liquor Suspended Solid)が4000mg/Lになるように、同槽に下水処理汚泥を投入した。曝気は、多孔質散気装置により、3.5L/分の空気を供給し、25~30℃の範囲の水槽温度で連続運転した。塩化アンモニウムが270mg/L、炭酸水素ナトリウムが2800mg/Lを含む模擬排水を400ml/日から開始して連続的に供給し、アンモニア容積負荷を0.03kg/(m・d)から開始して同槽に与え、汚泥を槽外に流出させながら、容積負荷を徐々に増加させ、60日間処理を行い、アンモニアの除去量を観察した。 An ammonia nitrification test was conducted using a nitrification-based ammonia removal wastewater treatment system. As the aeration tank, an aeration tank having a tank volume of 1 liter was used, and the carrier was filled with a bulk volume of 100 ml corresponding to 10% of the capacity. Further, sewage sludge was put into the same tank so that MLSS (Mixed Liquor Suspended Solid) was 4000 mg/L. Aeration was carried out continuously with a water bath temperature in the range of 25-30° C., supplying 3.5 L/min of air from a porous air diffuser. Simulated wastewater containing 270 mg/L of ammonium chloride and 2800 mg/L of sodium bicarbonate was continuously supplied starting from 400 ml/day, and the ammonia volume load was started from 0.03 kg/(m 3 d). It was given to the same tank, and while the sludge was discharged out of the tank, the volumetric load was gradually increased, and the treatment was carried out for 60 days, and the removal amount of ammonia was observed.

アンモニアの除去量は原水のアンモニア濃度(mg/L)、処理水のアンモニア濃度(mg/L)、排水流量(L/d)、槽容積(L)を用い、以下の算式で計算される。
アンモニア除去量=(原水のアンモニア濃度-処理水のアンモニア濃度)×排水流量×10-9/(槽容積×10-3)
The removal amount of ammonia is calculated by the following formula using the raw water ammonia concentration (mg/L), treated water ammonia concentration (mg/L), wastewater flow rate (L/d), and tank volume (L).
Ammonia removal amount = (Ammonia concentration in raw water - Ammonia concentration in treated water) x Wastewater flow rate x 10 -9 / (Tank volume x 10 -3 )

担体中の菌数測定は、下記の方法で行った。試験を開始してから60日後、曝気槽から担体を数個サンプリングし、精製水を加え浮遊物がなくなるまで数回洗った。担体に滅菌水を加え、ホモジナイザーで担体を解砕し、上澄み液を採取した。キッコーマンバイオケミファ製ルミテスターK-200を使用し、上澄み液の発光分析を行い、上澄み液に抽出されたATP(アデノシン三リン酸)を測定した。測定試料(担体と滅菌水の混合)の重量、担体の嵩比重データから担体単位体積あたりの菌数を測定した。 The number of bacteria in the carrier was measured by the following method. After 60 days from the start of the test, several carriers were sampled from the aeration tank, purified water was added, and the carrier was washed several times until no floating matter was left. Sterilized water was added to the carrier, the carrier was pulverized with a homogenizer, and the supernatant was collected. Lumitester K-200 manufactured by Kikkoman Biochemifa was used to perform emission spectrometry on the supernatant, and ATP (adenosine triphosphate) extracted in the supernatant was measured. The number of bacteria per unit volume of the carrier was measured from the weight of the measurement sample (mixture of the carrier and sterilized water) and the bulk specific gravity data of the carrier.

アンモニア除去量の結果を表3に示す。実施例1、2及び比較例1、2については、いずれも約40日経過時点で、アンモニア除去量は0.6kg/(m・d)に達し、担体中の菌も十分量付着していた。実施例3も実施例1、2、比較例1、2と同等の処理性、同量の菌を担持出来ており、復元された含水ゲル成形物も微生物担体として有用であることも示された。 Table 3 shows the results of the amount of ammonia removed. For Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2, after about 40 days, the amount of ammonia removed reached 0.6 kg/(m 3 ·d), and a sufficient amount of bacteria in the carrier adhered. rice field. Example 3 also had the same processability and the same amount of bacteria as Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2, and it was also shown that the restored hydrous gel molding is also useful as a microorganism carrier. .

比較例5は、60日経過後のアンモニア除去量が0.3kg/(m・d)と他の実施例、比較例に対して半分程度に留まった。60日経過時点での担体に担持された菌数も他の担体に比べ、明らかに少ない値となった。これは、連続孔が表面から内部に形成されていないことで、微生物の付着面積が低減したことに起因すると考えられる。 In Comparative Example 5, the amount of ammonia removed after 60 days was 0.3 kg/(m 3 ·d), which was about half that of other Examples and Comparative Examples. The number of microbes supported on the carrier after 60 days was clearly lower than that of other carriers. It is considered that this is because continuous pores are not formed from the surface to the inside, thereby reducing the adhesion area of microorganisms.

Figure 2023085581000003
Figure 2023085581000003

Claims (14)

モノアルデヒド又はジアルデヒドでアセタール化されたポリビニルアルコールを含む多孔質含水ゲル成形物(A)であって;
モノアルデヒドでアセタール化されたときのアセタール化度が15~80mol%であるか、ジアルデヒドでアセタール化されたときのアセタール化度が0.1~15mol%であり、
前記ポリビニルアルコールがカルボン酸塩を含む単量体単位を含み、該単量体単位の含有量が1~7mol%であり、
成形物(A)が連続孔を有し、比表面積が2~15m/gであることを特徴とする、多孔質含水ゲル成形物(A)。
A porous hydrogel molding (A) containing polyvinyl alcohol acetalized with monoaldehyde or dialdehyde;
The degree of acetalization when acetalized with monoaldehyde is 15 to 80 mol%, or the degree of acetalization when acetalized with dialdehyde is 0.1 to 15 mol%,
The polyvinyl alcohol contains a monomer unit containing a carboxylate, and the content of the monomer unit is 1 to 7 mol%,
A shaped article (A) of porous hydrogel, characterized in that the shaped article (A) has continuous pores and a specific surface area of 2 to 15 m 2 /g.
球相当径が2~10mmの粒子である請求項1に記載の多孔質含水ゲル成形物(A)。 The shaped article (A) of porous hydrogel according to claim 1, which is a particle having an equivalent spherical diameter of 2 to 10 mm. 含水率が90~98質量%である請求項1又は2に記載の多孔質含水ゲル成形物(A)。 3. The porous hydrogel molding (A) according to claim 1 or 2, which has a water content of 90 to 98% by mass. 請求項3に記載の成形物(A)からなる微生物担体。 A microorganism carrier comprising the shaped article (A) according to claim 3. 請求項1~3のいずれかに記載の成形物(A)の製造方法であって;
カルボキシル基又はその誘導体を含む単量体単位を含むポリビニルアルコールと水溶性多糖とを含む水溶液を、多価金属塩を含む水溶液に滴下してゲル化させて粒子を得る工程1と、
得られた粒子を、pHが3以下であり、金属塩を含み、該金属塩のカチオンの濃度に価数を乗じた値が0.2~5mol/Lである水溶液に加え、モノアルデヒド又はジアルデヒドと反応させて該粒子中のポリビニルアルコールをアセタール化する工程2と、
工程2で得られた粒子を、pHが8以上の水溶液に接触させる工程3とを有する、成形物(A)の製造方法。
A method for producing a molded article (A) according to any one of claims 1 to 3;
Step 1 of obtaining particles by dropping an aqueous solution containing polyvinyl alcohol containing a monomer unit containing a carboxyl group or a derivative thereof and a water-soluble polysaccharide into an aqueous solution containing a polyvalent metal salt to gel the solution;
The obtained particles are added to an aqueous solution having a pH of 3 or less, containing a metal salt, and having a value obtained by multiplying the cation concentration of the metal salt by the valence of 0.2 to 5 mol/L. step 2 of reacting with an aldehyde to acetalize the polyvinyl alcohol in the particles;
A method for producing a molding (A), comprising a step 3 of bringing the particles obtained in step 2 into contact with an aqueous solution having a pH of 8 or higher.
モノアルデヒド又はジアルデヒドでアセタール化されたポリビニルアルコールを含む多孔質ゲル成形物(B)であって;
モノアルデヒドでアセタール化されたときのアセタール化度が15~80mol%であるか、ジアルデヒドでアセタール化されたときのアセタール化度が0.1~15mol%であり、
前記ポリビニルアルコールがカルボン酸塩を含む単量体単位を含み、該単量体単位の含有量が1~7mol%であり、
成形物(B)が、球相当径が1~8mmの粒子であり、
成形物(B)が連続孔を有し、かつ
成形物(B)の含水率が0.2~70質量%である、成形物(B)。
A porous gel molding (B) comprising polyvinyl alcohol acetalized with monoaldehyde or dialdehyde;
The degree of acetalization when acetalized with monoaldehyde is 15 to 80 mol%, or the degree of acetalization when acetalized with dialdehyde is 0.1 to 15 mol%,
The polyvinyl alcohol contains a monomer unit containing a carboxylate, and the content of the monomer unit is 1 to 7 mol%,
The molding (B) is particles having an equivalent sphere diameter of 1 to 8 mm,
A molded article (B) having continuous pores and having a water content of 0.2 to 70% by mass.
含水率が90~98質量%である多孔質含水ゲル成形物(A)から水分を取り除く、請求項6に記載の成形物(B)の製造方法。 7. The method for producing a molding (B) according to claim 6, wherein water is removed from the porous hydrogel molding (A) having a water content of 90 to 98% by mass. 加圧、加熱及び送風乾燥の少なくとも一つの方法によって成形物(A)から水分を取り除く、請求項7に記載の成形物(B)の製造方法。 8. The method for producing a molded article (B) according to claim 7, wherein moisture is removed from the molded article (A) by at least one method of pressurization, heating and air drying. 請求項6に記載の成形物(B)を容器に入れてなる梱包品。 A packaged product in which the molded article (B) according to claim 6 is placed in a container. 請求項9に記載の梱包品を運搬する運搬方法。 A transport method for transporting the packaged goods according to claim 9 . 請求項9に記載の梱包品を保管する保管方法。 A storage method for storing the packaged goods according to claim 9 . 請求項6に記載の成形物(B)を水で膨潤させてなる、比表面積が2~15m/g、かつ含水率が90~98質量%の多孔質含水ゲル成形物(C)。 A porous hydrogel molding (C) having a specific surface area of 2 to 15 m 2 /g and a water content of 90 to 98% by mass, which is obtained by swelling the molding (B) according to claim 6 with water. 請求項12に記載の成形物(C)からなる微生物担体。 A microorganism carrier comprising the shaped article (C) according to claim 12. 請求項13に記載の担体に担持された微生物によって排水を処理する排水処理方法。 A wastewater treatment method for treating wastewater with the microorganism supported on the carrier according to claim 13.
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