JP2508554B2 - 表面改質成分溶液の製造方法,及び吸着材の製造方法 - Google Patents

表面改質成分溶液の製造方法,及び吸着材の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は,優れた表面処理性能を
発揮させることができる表面改質成分溶液の製造方法,
及び該表面改質成分溶液を用いた吸着材の製造方法に関
する。
【0002】
【従来技術】従来,表面改質剤としては,シランカップ
リング剤,界面活性剤,チタンカップリング剤など多く
のものが知られている。これら表面改質剤は,その溶液
を浸漬,塗布等の手段により,合成樹脂,繊維,ガラス
等の被処理物の表面に接触させ,表面処理を行ってい
る。
【0003】
【解決しようとする課題】しかしながら,表面改質剤
は,これを用いて表面処理する際に不要な副産物が生成
され,表面処理後にその処理液の廃液中からこの副産物
を除去する必要がある。そのため,上記副産物を除去す
るための,大がかりな廃液処理設備を必要とする。ま
た,表面処理後に被処理物を乾燥する際にも,上記副産
物が表面にあるために,大がかりな乾燥設備が必要であ
る。また,表面処理中に上記副産物が生成するため,上
記副産物が被処理物の表面に付着し,表面改質剤と被処
理物との反応を阻害する。
【0004】例えば,シランカップリング剤の場合に
は,その原液(表面改質剤)の50容量%以上ものアル
コールが,副産物として生成する。しかし,このアルコ
ールは不要な副産物であり,上記のごとく,種々の問題
を生ぜしめる。特に,アルコールは廃液中のCOD濃度
を著しく向上させる。本発明はかかる問題点に鑑み,表
面処理時に副産物の生成がなく,優れた表面処理能力を
有する表面改質成分を取得することができる,表面改質
成分溶液の製造方法,及び該表面改質成分溶液を用いた
吸着材の製造方法を提供しようとするものである。
【0005】
【課題の解決手段】本発明は,加水分解する性質を有す
る表面改質剤に該表面改質剤と反応させるための水を加
えて加水分解反応させ,その後この反応により副産物と
して生成したアルコールを除去して,表面改質成分を含
む表面改質成分溶液を取得することを特徴とする表面改
質成分溶液の製造方法にある。上記表面改質剤は,従来
表面改質剤として用いられているものをいい,本発明で
は,これを原料として,反応物質である水と加水分解反
をさせている。上記表面改質剤希釈可能で且つ水と
加水分解反応を起こすそして,上記アルコールは,上
記反応により副産物として生成したもので,表面処理に
不要なものである
【0006】具体的には,上記表面改質剤としては,例
えば,アミノ基を含むシランカップリング剤がある。該
シランカップリング剤としては,γ−アミノプロピルト
リエトキシシラン,γ−グリシドキシプロピルトリメト
キシシラン,N−β(アミノエチル)−γ−アミノプロ
ピルトリメトキシシラン,ジメチルトリメチル−シリル
アミン,N−(β−アミノエチル)−γ−アミノプロピ
ル−トリメトキシシランなどがある。そして,原料とし
てシランカップリング剤を用いた場合には,図1に示す
ごとく,水との加水分解反応により,副産物としてアル
コールが生成する。そして,反応液中から上記アルコー
ルを除去して表面改質成分の溶液を取得する。該表面改
質成分は,表面処理に使用する。
【0007】また,他の表面改質剤としては,チタンカ
ップリング剤がある。該チタンカップリング剤として
は,イソプロピルトリチタネート,イソプロピルトリイ
ソステアロイルチタネート,イソプロピルトリドデシル
ベンゼンスルホニルチタネート,テトライソプロピルー
ビスチタネートなどがある。これらにおいても,シラン
カップリング剤と同様に,加水分解反応により,副産物
としてアルコールを生成する。更に他の表面改質剤とし
ては,アルミニウム系のカップリング剤がある。その該
当品としては,アセトアルコキシアルミニウムジイソプ
ロピレートがあり,同様に副産物が生成する。
【0008】次に,上記反応液中から副産物であるアル
コールを除去する方法としては,ロータリーエバポレー
タ等を用いた蒸留方法,減圧蒸留,加熱などがある。ま
た,副産物除去方法としては,反応液のpH調整,反応
液にゲル化剤を加えて,表面改質成分をゲル化させ副産
物を濾過分離する方法(ゲル化分離法)がある。また,
塩類に対する表面改質成分とアルコール等の副産物との
溶解度の差を利用して液相分離する方法がある。また,
吸着剤に対する表面改質成分と副産物との吸着速度差を
利用して,副産物を除去する方法もある。上記のごとく
副産物のアルコールを除去し,取得した表面改質成分
は,改質された表面改質剤として使用する。
【0009】また,本発明において,原料としてシラン
カップリング剤を用い,これを加水分解し,副産物のア
ルコールを除去し,表面改質成分溶液を得た場合には,
該表面改質成分溶液は炭素系の被処理物である吸着材
対して,特に優れた表面改質効果を発揮する。ここに炭
素系の被処理物としては,活性炭素繊維,粒状活性炭,
粉末活性炭,脱臭用活性炭などがある。上記表面改質成
分溶液を使用する方法としては,例えば,加水分解する
性質を有する表面改質剤に該表面改質剤と反応させるた
めの水を加えて加水分解反応させ,その後この反応によ
り副産物として生成したアルコールを除去して,表面改
質成分を含む表面改質成分溶液を取得し,次いで,該表
面改質成分溶液を吸着材の表面に付着させて表面改質成
分付きの吸着材を得ることを特徴とする吸着材の製造方
法がある。
【0010】
【作用及び効果】本発明の表面改質成分溶液の製造方法
においては,従来用いられてる表面改質剤を原料と
し,これに反応物質である水と加水分解反応させ,表面
改質成分と副産物とを生成させる。その後,反応液中よ
り副産物のアルコールを除去し,表面改質成分溶液を取
得する。この表面改質成分は,表面処理に使用する。こ
のように本発明においては,表面処理時に生成する副産
のアルコールを,表面処理の前行程において上記反応
を行い除去している。そのため,上記表面改質成分溶液
を用いて表面処理を行なう際には,上記副産物が生成し
ない。それ故,被処理物の表面処理後において,処理液
の廃液中から副産物を除去する必要がない。それ故,従
来のごとく大がかりな廃液処理設備,大がかりな乾燥設
備を設ける必要がない。また,表面処理中において上記
副産物が生成しないので,かかる副産物が被処理物の表
面に付着することもなく,表面改質剤と被処理物との反
応が阻害されない。また,本発明の吸着材の製造方法に
おいては,副産物であるアルコールを除去した後に表面
改質成分を被処理物である吸着材に付着させているた
め,吸着材に不要なアルコールが付着せず,優れた吸着
性能を有する吸着材を得ることができる。したがって,
本発明によれば,表面処理時に副産物の生成がなく,優
れた表面処理能力を有する表面改質成分を取得すること
ができる,表面改質成分溶液の製造方法,及び該表面改
質成分溶液を用いた吸着材の製造方法を提供することが
できる。
【0011】
【実施例】実施例1 原料(表面改質剤)であるシランカップリング剤とし
て,γ−アミノプロピルトリエトキシシラン〔HNC
Si(OC〕(以下,γ−APTSと
いう)を用い,このものを本発明法を用いて処理し,
面改質成分溶液を得た。その後,該表面改質成分溶液
用いて,比表面積が1200m/gの活性炭素繊維を
表面処理し,その効果を測定した。以下,これを詳述す
る。まず,上記γ−APTSに反応物質としての水を加
えて加水分解反応を行い,不必要な副産物として多量の
アルコールを生成させ,反応液中よりこのアルコールを
除去した。
【0012】その反応式を以下に示す。 H2 NC3 6 Si(OC2 5 3 +3H2 O →H2 NC3 6 Si(OH)3 +3C2 5 OH このように,上記反応により,γ−APTS1モルか
ら,副産物としてのエタノールが3モル生成する。ま
た,上記反応により,表面改質成分としての上記H2
3 6 Si(OH)3 〔3−アミノプロピルトリハイ
ドロシランオリゴマー〕が得られる。
【0013】上記の加水分解方法,及びアルコールの除
去は,次の方法により行った。まず,γ−APTSを水
で2〜20倍に希釈して加水分解させ,エタノールを生
成させる。次に,図2に示すごとく,ロータリーエバポ
レーターの蒸留用丸底フラスコ1に上記の加水分解反応
液を入れて,加温(40〜70℃),減圧(1.013
×10Pa以下)の条件下でエタノールを蒸発させ
る。この場合,例えば加水分解反応液が500mlの場
合,約1時間で蒸留が完了する。なお,上記蒸留時に
は,図2に示すごとく,回転する丸底フラスコ1内に原
料としてのシランカップリング剤と水を入れ,ヒータ1
6を設けた温水浴15により,加熱する。そして,アル
コール31を回収用フラスコ25内に回収する。上記丸
底フラスコ1は,コンデンサ2,パイプ26を介して真
空パイプ4に接続されている。コンデンサ2には,入口
21から出口22に向けて冷却水が導入されている。な
お,符号23は回収用パイプである。これにより,目的
とする表面改質成分溶液が得られた。次に,上記蒸留処
理により,生成アルコールがどの程度除去できたかを,
TN−TOC計(全窒素,全炭素分析装置)で測定し
た。その結果を表1に示す。
【0014】
【表1】
【0015】表1は,上記改質方法を4回行った場合を
それぞれ示している。いずれの場合も,高い副産物除去
率,即ち高いアルコール除去率を示している。次に,表
2に示すごとく,本発明にかかる上記脱アルコール処理
を行った表面改質剤(処理液No.1〜3)と,比較例
としての未処理表面改質剤(γ−APTS,処理液N
o.C1〜C3)を用い,上記活性炭素繊維をそれぞれ
表面処理した。上記表面処理は,各処理液500mlに
活性炭素繊維を3g浸漬し,1Hr後に濾過することに
より行った。廃水は,その濾液である。また,本発明に
かかる表面改質剤は,上記のごとくして得た表面改質成
分を50%水溶液としたものである。そして,表面処理
後の廃水中に含まれるアルコール濃度を比較した。その
結果を表2に示す。同表には,表面処理前の処理液中,
表面処理後の処理液(廃水)中における窒素,炭素,ア
ルコールの各濃度を併示した。
【0016】
【表2】
【0017】表2より知られるごとく,廃水中のアルコ
ール濃度は,本発明にかかる表面改質剤(No.1〜
3)に関しては著しく低減(95%以上)できることが
わかる(No.C1〜C3とNo.1〜3を比較)。ま
た,この効果のために,廃水中に含まれるCOD濃度も
廃水基準以下になり,従来必要であった大がかりな廃水
設備が不要になった。また,本発明による脱アルコール
処理により加水分解のアルコール成分が減少したため,
表面処理後に活性炭素繊維の表面に残留しているアルコ
ールを除去するための乾燥効率が著しく(2〜3倍)向
上した。また,表面処理中に副産物のアルコールが生成
しないため,活性炭素繊維に対して優れた表面処理を施
すことができた。次に,本発明による脱アルコール処理
により,表面処理効率が向上した結果につき,表3を用
いて説明する。
【0018】
【表3】
【0019】表3から知られる様に,本発明にかかる脱
アルコール処理液(No.1〜3)を用いると,表面改
質成分である〔H2 NC3 6 Si(OH)3 〕が被処
理物である活性炭素繊維に担持される効率が向上してい
ることが確認できる。特に,被処理物に対する表面改質
成分濃度(同表のA%)が上がるほど担持効率(同表の
B%)は顕著に表れる。なお,同表のB(%)は,表面
改質成分が担持に使用された割合を示しているので,そ
の数字が高い程多くの表面改質成分が有効に担持された
ことを示している。次に,上記表3で示した6種類の処
理液を用いて表面処理を行った活性炭素繊維につき,そ
の単成分ガス吸着性能につき,測定した。その結果を表
4に示す。
【0020】
【表4】
【0021】同表において,表面処理繊維No.C11
〜C13は前記の比較例処理液C1〜C3を用い,また
No.11〜13は前記本発明にかかる処理液1〜3を
用いて表面処理を行った活性炭素繊維を示している。ま
た,吸着性能の測定方法は,ガスクロマトグラフィー分
析によった。また,各ガスの初期濃度は硫化水素及びア
セトアルデヒドはそれぞれ100ppm,トルエンは9
00ppmであった。また,活性炭素繊維は0.05g
用いた。また,同表の「除去率」は〔(初期濃度−1時
間後の濃度)/初期濃度〕×100%で示す。
【0022】同表より,酸性ガスの除去性能に関して
は,該酸性ガスと表面改質成分中のアミノ基とが反応し
て,著しく優れた性能を示すことがわかる。また,本発
明の場合(No.11〜13)には,未処理表面改質剤
を使用した比較例の場合(No.C11〜C13)に比
べて,処理液が低濃度でピークの吸着性能を示している
ことがわかる。したがって,活性炭素繊維において,同
じ脱臭性能を発揮させるためには,本発明にかかる脱ア
ルコール表面改質成分を用いれば,低濃度の処理液でよ
いことになる。
【0023】実施例2 実施例1で示した,ロータリエバポレータを用いた方法
よりも簡便な方法として,減圧を用いず,加熱のみでシ
ランカップリング剤の脱アルコールを行った。その6回
の改質方法における結果を表5に示す。原料の表面改質
剤としては,実施例1と同じものを用いた。また,加水
分解溶液としては,上記表面改質剤の濃度20〜50%
の水溶液とした。加熱温度は70〜90℃とした。脱ア
ルコール率は,表5に示すごとく約91%であった。ま
た,これにより得られた,改質された表面改質剤につい
ても,実施例1と同様の表面処理効果が得られた。
【0024】
【表5】
【0025】実施例3 原料のシランカップリング剤として(A)γ−グリシド
キシプロピルトリメトキシシラン,(B)N−β(アミ
ノエチル)−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン,
(C)ジメチルトリメチル−シリルアミン,(D)N−
(β−アミノエチル)−γ−アミノプロピル−トリメト
キシシランを用いた。そして,実施例1又は実施例2と
同様にして,各シランカップリング剤につき脱アルコー
ル処理を行い,また表面処理を行った。いずれの場合も
実施例1と同様の効果が得られた。
【0026】実施例4 実施例1〜3により製造した表面改質成分溶液を用い,
実施例1で示した活性炭素繊維に代えて,粒状活性炭,
粉末活性炭,及びゼオライト,シリカゲルなどの無機質
物質に,表面処理を行った。この場合も実施例1と同様
の効果が得られた。
【図面の簡単な説明】
【図1】シランカップリング剤を用いた場合の本発明の
説明図。
【図2】実施例における減圧蒸留の説明図。
【符号の説明】
15...温水浴, 3...表面改質剤の水溶液, 31...回収アルコール, 4...真空ポンプ,
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C09J 5/00 JGN C09J 5/00 JGN (56)参考文献 特開 昭61−57663(JP,A) 特開 平3−72551(JP,A) 特開 昭61−275365(JP,A) 特開 平2−18463(JP,A) 特開 昭64−126(JP,A) 特開 昭60−115666(JP,A) 特開 昭60−233164(JP,A)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 加水分解する性質を有する表面改質剤に
    該表面改質剤と反応させるための水を加えて加水分解反
    応させ,その後この反応により副産物として生成したア
    ルコールを除去して,表面改質成分を含む表面改質成分
    溶液を取得することを特徴とする表面改質成分溶液の製
    造方法。
  2. 【請求項2】 請求項1において,上記表面改質剤は,
    アミノ基を含むシランカップリング剤であることを特徴
    とする表面改質成分溶液の製造方法。
  3. 【請求項3】 請求項1又は2において,上記副産物で
    あるアルコールの除去は,ロータリーエバポレータによ
    り行うことを特徴とする表面改質成分溶液の製造方法。
  4. 【請求項4】 加水分解する性質を有する表面改質剤に
    該表面改質剤と反応させるための水を加えて加水分解反
    応させ,その後この反応により副産物として生成したア
    ルコールを除去して,表面改質成分を含む表面改質成分
    溶液を取得し,次いで、該表面改質成分溶液を吸着材の
    表面に付着させて表面改質成分付きの吸着材を得ること
    を特徴とする吸着材の製造方法。
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