JP3059251B2 - アミノリン酸型キレート樹脂の製造方法 - Google Patents

アミノリン酸型キレート樹脂の製造方法

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JP3059251B2 JP3209938A JP20993891A JP3059251B2 JP 3059251 B2 JP3059251 B2 JP 3059251B2 JP 3209938 A JP3209938 A JP 3209938A JP 20993891 A JP20993891 A JP 20993891A JP 3059251 B2 JP3059251 B2 JP 3059251B2
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    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
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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、アミノリン酸型キレー
ト樹脂の製造方法に関するものであり、詳しくは、高い
吸着容量を有し且つサイクル強度の優れたアミノリン酸
型キレート樹脂の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】アミノリン酸型キレート樹脂は、例え
ば、電解法苛性ソーダ用原料に使用される塩水の精製に
好適に使用され、塩水中の不純物であるカルシウム、ス
トロンチウム等を効率良く除去することができるキレー
ト樹脂である。
【0003】アミノリン酸型キレート樹脂の製造方法に
ついては、例えば、特公昭58−25081号公報、同
60−28536号公報により提案され、いずれも、芳
香核にハロメチル基を有する重合体粒子のハロメチル基
をアミノ化した後に更にリン酸化してアミノリン酸型キ
レート樹脂を製造する方法である。そして、両者の違い
は、アミノ化反応に使用するアミンの種類にあり、前者
には、エチレンジアミン及びジエチレントリアミン等の
ポリアミンが開示され、後者には、ヘキサメチレンテト
ラミンが開示されている。
【0004】上記のキレート樹脂の使用においては、酸
水溶液で処理することにより吸着した金属を脱離させ、
次いで、酸型のまま再使用することもできるが、アルカ
リ水溶液で再生処理してアルカリ塩型にした後に再使用
するのが好ましい。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の各公
報に記載の方法で製造されたアミノリン酸型キレート樹
脂は、使用するアミンの種類により、吸着容量とサイク
ル強度とが異なり、吸着容量が比較的高い樹脂は、サイ
クル強度が低く、それがために、上記の再生工程の酸−
アルカリ負荷の繰り返しにより樹脂が破砕すると言う欠
点がある。本発明は、上記実情に鑑みなされたものであ
り、高い吸着容量を有し且つサイクル強度の優れたアミ
ノリン酸型キレート樹脂の提供を目的としたものであ
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記の目
的を達成すべく種々検討を重ねた結果、特定の混合アミ
ンを用いてハロメチル基のアミノ化反応を行なうなら
ば、上記の目的を容易に達成し得るとの知見を得、本発
明の完成に到った。すなわち、本発明の要旨は、芳香核
にハロメチル基を有する重合体のハロメチル基をアミノ
化した後に更にリン酸化してアミノリン酸型キレート樹
脂を製造するに当り、モノアミン及びポリアミンより成
り両者に対するモノアミンの使用割合が20〜70重量
%の混合アミンを用いて前記のアミノ化反応を行うこと
を特徴とするアミノリン酸型キレート樹脂の製造方法に
存する。
【0007】以下、本発明を詳細に説明する。芳香核に
ハロメチル基を有する重合体粒子は、塩基性イオン交換
樹脂の製造分野等において既に公知であり、従って、公
知の方法により製造することができる。例えば、架橋単
量体の存在下もしくは不存在下に芳香族ビニル単量体を
重合させるか、または、芳香族ビニル単量体と共重合し
得る他のビニル単量体とを重合させた後にハロメチル化
する方法を採用することができる。
【0008】上記の架橋単量体としては、例えば、ジビ
ニルベンゼン、ジビニルトルエン、ジアクリル酸エチレ
ングリコール、ジメタクリル酸エチレングリコール等の
ポリビニル単量体が挙げられ、上記の芳香族ビニル単量
体としては、例えば、スチレン、α−メチルスチレン及
び置換基を有するスチレン誘導体、例えば、O−クロル
スチレン、O−ビニルトルエン等が挙げられ、また、共
重合の場合の相手方のビニル単量体としては、メチルメ
タクリレート、酢酸ビニル、アクリロニトリル等の芳香
族ビニル単量体と常法により共重合し得る各種のビニル
単量体が挙げられる。
【0009】重合体の形状としては、粒状、球状のいず
れもよいが、キレート樹脂に優れた金属吸着能および大
きな機械的強度を付与するためには、架橋タイプの球状
体が好ましい。そして、この場合、架橋単量体は、芳香
族ビニル単量体およびそれと共重合するビニル単量体に
対して3〜10モル%の割合で使用するのがよい。ま
た、重合体は、ゲル型のものでもよいが、多孔質構造を
有する重合体が好ましい。
【0010】通常、球状重合体は懸濁重合法により製造
される。懸濁重合は、懸濁安定剤を含む水性媒体中に必
要な単量体とラジカル重合触媒等を加え、通常、60乃
至90℃で攪拌下に重合させることによって行われる。
触媒は、ビニル重合に汎用されるものから適宜選択する
ことができ、例えば、過酸化ベンゾイル、アゾビスイソ
ブチロニトリル、ラウロイルペルオキシド、第三級ブチ
ルペルオキシド等のラジカル重合触媒が挙げられる。必
要に応じて、ポリビニルアルコール、ポリメタクリル酸
ナトリウム、ポリアクリル酸ナトリウム等の懸濁安定剤
を使用することもできる。反応により得られた重合体
は、熱水で十分に洗浄した後に乾燥させる。
【0011】球状体に多孔質構造を付与する場合は、公
知の方法に従い、単量体に対しては溶媒として作用し、
重合体に対しては相分離剤として作用するような液体、
例えば、イソオクタン、高級アルコール(例えば、オク
タノール)等を重合系に添加する方法を採用することが
できる。また、重合系に適当な線状重合体(例えば、ポ
リスチレン)を添加しておき重合反応終了後に線状重合
体を生成共重合体から溶媒で抽出除去する方法あるいは
線状重合体の代わりにその溶液(例えば、ポリスチレン
のトルエン溶液)を使用する方法も採用することができ
る。
【0012】上記の重合体の芳香核にハロメチル基を導
入する方法としては、通常、次の方法が採用される。す
なわち、重合体にハロメチル化剤およびルイス酸型触媒
を加え、必要に応じて冷却または加熱して反応を行う。
上記のハロメチル化剤としては、クロロメチルエーテ
ル、クロロメチルエチルエーテル、ジクロロメチルエー
テル、ブロムエチルエーテル等が挙げられる。触媒とし
ては、無水塩化亜鉛、塩化アルミニウム、塩化第二錫等
が挙げられる。溶媒としては、例えば、二塩化エチレ
ン、四塩化エチレン、1.1.1−トリクロルエタン等
のハロゲン化炭化水素が好適である。
【0013】また、芳香核にハロメチル基を有する重合
体は、上記の他、パラ位にハロメチル基を有する芳香族
ビニル単量体(例えば、ビニルベンジルクロライド、ビ
ニルベンジルブロマイド等)を重合原料として使用する
ことにより、直接的に製造することもできる。
【0014】本発明の特徴は、上記重合体のハロメチル
基のアミノ化反応に存し、モノアミン及びポリアミンよ
り成り両者に対するモノアミンの使用割合が20〜70
重量%の混合アミンを使用する点に存する。
【0015】モノアミンとしては、通常、炭素数5以下
の各種のモノアルカノールアミン、例えば、エタノール
アミン、プロパノールアミン、ブタノールアミン、また
は、炭素数5以下のモノアルキルアミン、例えば、エチ
ルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン等が挙げられ
る。本発明においては、キレート樹脂に親水性を付与す
る観点から、特に、モノアミンとしては、アルカノール
アミンを使用するのが好ましい。
【0016】ポリアミンとしては、通常、炭素数2〜8
の各種のアルキレンジアミン、例えば、エチレンジアミ
ン又はジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミ
ン、テトラエチレンペンタミンのようなポリエチレンポ
リアミン及びそのN−モノアルキル誘導体(例えば、N
−メチル誘導体)、トリメチレンジアミン、テトラメチ
レンジアミン、ペンタメチレンジアミンのようなポリメ
チレンジアミン及びそのN−モノアルキル誘導体(例え
ば、N−メチル)が挙げられる。
【0017】モノアミンとポリアミンとの使用割合は、
特に重要であり、本発明においては、両者に対するモノ
アミンの使用割合が20〜70重量%、好ましくは30
〜60重量%の範囲の混合アミンを使用する必要があ
る。モノアミンの使用割合が上記範囲よりも少ない場合
は、サイクル強度の十分なキレート樹脂が得られず、逆
に、上記範囲よりも多い場合は、吸着容量の十分なキレ
ート樹脂が得られず、何れの場合も、本発明の目的を達
成し得ない。
【0018】アミノ化反応は、溶媒の存在下または不存
在下に行なうことができるが、使用するモノアミン及び
ポリアミンに対して不活性な溶媒の存在下において、充
分に重合体を膨潤させた後に行なうのが好ましい。溶媒
としては、例えば、トルエン、ベンゼン、ニトロベンゼ
ン、モノクロルベンゼン、ジオキサン等を適宜使用する
ことができる。
【0019】リン酸化反応、すなわち、ホスホメチル化
反応は、アミノ化反応後の重合体を十分洗浄して未反応
のモノアミン及びポリアミンを除去した後、例えば、特
公昭58−25081号公報に記載の方法に従い、ハロ
メタンホスホン酸またはホルマリンと亜りん酸とを用い
た各マンニツヒ型反応のいずれによっても行なうことが
できる。そして、工業的には後者の反応によるのが有利
である。
【0020】ホルマリンと亜りん酸によるホスホメチル
化反応の好ましい実施態様は、次の通りである。すなわ
ち、アミノ化反応後の重合体を水中に懸濁して膨潤さ
せ、少量の鉱酸、例えば、塩酸、硫酸等の存在下にホル
マリン及び亜りん酸を反応させる。反応は、必要に応じ
て攪拌しつつ行われ、反応温度は、70℃以上とするの
が好ましい。
【0021】上記反応によりアミノ基がホスホメチルア
ミノ基に転換される。従って、反応試薬の量は、反応式
に従い、原料高分子物質のアミノ基の一部または全部が
ホスホメチルアミノ化されるように選択すればよい。
【0022】本発明方法によって得られたキレート樹脂
は、数多くの金属イオンに対して大きな吸着容量を示す
が、特に、高濃度の食塩水溶液中において、カルシウ
ム、マグネシウム、ストロンチウム等の二価の金属イオ
ンに対して優れた選択性を有する。そして、最も大きな
特徴は、サイクル強度が優れている点である。従って、
再生工程の酸−アルカリ負荷の繰り返しによる樹脂の破
砕を軽減することができる。
【0023】以下、本発明を実施例に従って更に詳細に
説明するが、本発明は、その要旨を越えない限り、以下
の実施例に限定されるものではない。なお、以下の諸例
では、次のようにして重合とクロロメチル化反応を行な
って得たクロロメチル化重合体(A)及び(B)を使用
し、また、キレート樹脂の物性評価は、以下の方法によ
って行なった。
【0024】1.重合体の製造 <重合体(A)>攪拌機および還流冷却器を備えた2リ
ットルの三つ口フラスコに脱塩水1125ml及び2%
ポリビニルアルコール75mlを採取して攪拌し、分散
浴を調整した。得られた分散浴に、予め調整しておい
た、スチレン227.3g、ジビニルベンゼン(純度5
6.5%)12.7g、ポリスチレン60.0g及び2
5%含水過酸化ベンゾイル0.96gの混合物を一度に
添加した後、攪拌して分散させた。分散後、80℃に昇
温し、この温度で8時間攪拌しながら反応を行なった。
反応終了後、生成した重合体を濾取した後、脱塩水で十
分洗浄した。
【0025】次いで、攪拌機および還流冷却器を備えた
3リットルの三つ口フラスコに上記の重合体とトルエン
1680mlとを採取して40℃に昇温し、この温度で
1時間攪拌しながら重合体中のポリスチレンの抽出を行
なった。抽出後、重合体をトルエンから濾過分離した。
上記の抽出操作を3回行なった後、脱塩水1440ml
を加え、100℃に昇温し、この温度で8時間攪拌しな
がら重合体中のトルエンを留去した。次いで、濾取した
重合体を減圧加熱下で乾燥させた。得られた重合体
(A)は、白色不透明の球状粒子であった。
【0026】<重合体(B)>攪拌機および還流冷却器
を備えた2リットルの三つ口フラスコ内に重合体(A)
の場合と同様の分散液を調整した。得られた分散浴に、
予め調整しておいた、スチレン145.9g、ジビニル
ベンゼン(純度56.5%)24.1g、イソオクタン
119.0g及び25%含水過酸化ベンゾイル0.68
gの混合物を一度に添加した後、攪拌して分散させた。
分散後、80℃に昇温し、この温度で8時間攪拌しなが
ら反応を行なった。反応終了後、生成した重合体を濾取
した後、脱塩水で十分洗浄した。
【0027】次いで、攪拌機および還流冷却器を備えた
3リットルの三つ口フラスコに上記の重合体と脱塩水1
020mlとを採取して100℃に昇温し、この温度で
8時間攪拌しながら重合体中のイソオクタンの抽去を行
なった。次いで、濾取した重合体を減圧加熱下で乾燥さ
せた。得られた重合体(B)は、白色不透明の球状粒子
であった。
【0028】2.クロロメチル化反応 攪拌機および還流冷却器を備えた2リットルの三つ口フ
ラスコ内に上記の重合体(A)100g(297〜10
00μm)、ジクロルエタン240g及びクロロメチル
エーテル323gを採取し、攪拌して重合体(A)を膨
潤させた後、無水塩化亜鉛50gを添加し、55℃に昇
温した後に攪拌しながら10時間反応を行なった。反応
終了後、生成したクロロメチル化重合体(A)を濾取し
た後、減圧加熱下で乾燥させた。重合体(B)について
も、上記と同様にクロロメチル化反応を行い、クロロメ
チル化重合体(B)を得た。
【0029】(1)交換容量の測定 キレート樹脂を充填したカラムに2Nの水酸化ナトリウ
ムを通液、次いで、脱塩水を通液して十分に洗浄する。
その後、5.0mlを正確に採取してカラムに充填し、
2N塩酸を通液し、脱塩水を通液して十分に洗浄する。
次いで、遠心分離機にて付着水を除去した後、300m
lの三角フラスコに採取し、0.2N水酸化ナトリウム
100mlを加え、振盪機にて室温下に15時間振盪す
る(100r.p.m、4cmストローク)。振盪終了
後、上澄み液10mlを採取し、0.1N塩酸で滴定
し、残存水酸化ナトリウム量を求め、交換容量(meq
/ml−R)に換算する。
【0030】(2)Ca吸着容量の測定 300mlの三角フラスコに0.05M塩化カルシウム
(2水塩)の0.2Mトリス・塩酸緩衝液(PH8.
0)200mlを採取する。次いで、カラム内にて2N
の水酸化ナトリウムを通液した後、脱塩水を通液して十
分に洗浄したキレート樹脂をメスシリンダーで5.0m
l正確に採取し、遠心分離機で付着水を除き、上記の三
角フラスコ内の緩衝液に添加する。次いで、振盪機にて
室温下に20時間三角フラスコを振盪する(100r.
p.m、4cmストローク)。振盪終了後、上澄み液5
mlを採取し、0.01Mエチレンジアミン四酢酸二ナ
トリウムで滴定し、残存カルシウム量を求め、Ca交換
容量(meq/ml−R)に換算する。
【0031】(3)サイクル強度の測定 篩分けした粒径850〜425μのキレート樹脂13.
0ml(試験前体積)をメスシリンダーで正確に採取し
てガラスカラムに充填する。カラムに2N水酸化ナトリ
ウムを流速6.5ml/min.で通液し、次いで、脱
塩水、2N塩酸、脱塩水を各々20分間通液する。斯か
る通液を1サイクルとして50回行なった後、425μ
mの篩で篩分けし、篩に残留したキレート樹脂の体積
(試験後樹脂体積)をメスシリンダーで測定する。一
方、キレート樹脂粒子中の完全球粒子の百分率を外観指
数とし、試験前後について求める。以上の結果から、下
記の数式[数1]により、サイクル強度を算出する。
【0032】
【数1】
【0033】実施例1〜3及び比較例1〜2 攪拌機および還流冷却器を備えた1リットルの三つ口フ
ラスコ内にクロロメチル化重合体(A)100g及びト
ルエン300gを採取し、60℃に昇温し、この温度で
1時間攪拌しながらポリマーを膨潤させた。その後、2
0℃以下に冷却し、表1に記載の混合アミン(モノエタ
ノールアミン(MEA)/エチレンジアミン(ED
A))2.0molを添加し、80℃に昇温し、この温
度で8時間攪拌しながらアミノ化反応を行なった。反応
終了後、脱塩水を加えて100℃に昇温し、この温度で
5時間攪拌しながらトルエンの留去を行なった。次い
で、濾過分離し、脱塩水で十分に洗浄してアミノ化樹脂
を得た。
【0034】次いで、攪拌機および還流冷却器を備えた
1リットルの三つ口フラスコ内に膨潤アミノ化重合体
(A)120.0g、濃塩酸65.1ml、37%ホル
ムアルデヒド55.4ml、亜リン酸60.5gを脱塩
水49.6mlに溶解した水溶液を採取し、100℃に
昇温し、この温度で4時間攪拌しながら反応を行なっ
た。反応終了後、濾取し、脱塩水で充分に洗浄した。得
られたキレート樹脂は、微黄色不透明であった。各キレ
ート樹脂の物性評価の結果を表1に示す。
【0035】
【表1】 比較例1 実施例1 実施例2 実施例3 比較例2 ───────────────────────────────── <モノアミン> MEA(mol) 0.0 0.4 0.8 1.2 2.0 (g) 0.0 24.4 48.9 73.3 122.2 <ポリアミン> EDA(mol) 2.0 1.6 1.2 0.8 0.0 (g) 120.2 96.2 72.1 48.1 0.0 <物性> 交換容量 2.24 2.18 2.11 1.99 1.59 Ca吸着容量 1.85 1.82 1.65 1.40 0.70 サイクル強度 0.0 43.9 94.7 98.0 99.9 ─────────────────────────────────
【0036】実施例4〜5及び比較例3〜4 クロロメチル化重合体(B)を使用し、表2に記載の混
合アミンを使用した他は、前記と同様にしてキレート樹
脂を製造し物性評価を行なった。得られた各キレート樹
脂の物性評価の結果を表2に示す。
【0037】
【表2】 比較例3 実施例4 実施例5 比較例4 ──────────────────────────── <モノアミン> MEA(mol) 0.0 0.8 1.2 2.0 (g) 0.0 48.9 73.3 122.2 <ポリアミン> EDA(mol) 2.0 1.2 0.8 0.0 (g) 120.2 72.1 48.1 0.0 <物性> 交換容量 1.91 1.67 1.56 1.15 Ca吸着容量 1.44 − 1.06 0.55 サイクル強度 41.0 89.3 99.9 99.9 ────────────────────────────
【0038】実施例6〜7及び比較例5 クロロメチル化重合体(B)を使用し、表3に記載の混
合アミンを使用した他は、前記と同様にしてキレート樹
脂を製造し物性評価を行なった。得られた各キレート樹
脂の物性評価の結果を表3に示す。表3中のDETAは
ジエチレントリアミンを表す。
【0039】
【表3】 比較例5 実施例6 実施例7 ────────────────────────── <モノアミン> MEA(mol) 0.0 0.8 1.2 (g) 0.0 48.9 73.3 <ポリアミン> DETA(mol) 2.0 1.2 0.8 (g) 206.3 123.8 82.5 <物性> 交換容量 1.92 1.80 1.68 サイクル強度 25.8 79.7 97.0 ──────────────────────────
【0040】実施例8〜9 クロロメチル化重合体(B)を使用し、表4に記載の混
合アミンを使用した他は、前記と同様にしてキレート樹
脂を製造し物性評価を行なった。得られた各キレート樹
脂の物性評価の結果を表4に示す。表4中のTETAは
トリエチレンテトラミンを表す。
【0041】
【表4】
【0042】
【応用例】以下に記載の運転方法により、実施例3で得
られたキレート樹脂と公知のキレート樹脂(官能基:イ
ミノ二酢酸基)について通液試験を行なった。原液とし
ては、脱塩水に塩化カルシウムを溶解し、濃度300m
gCa/l、PH9.0に調整したものを使用した。得
られたリーク曲線を図1に示す。図中、(a)は本発明
のキレート樹脂のリーク曲線であり、(b)は公知のキ
レート樹脂のリーク曲線である。
【0043】<運転方法>キレート樹脂を充填したカラ
ムに2Nの水酸化ナトリウムを通液し、次いで、脱塩水
を通液して十分に洗浄した。洗浄後のキレート樹脂4
0.0mlを正確に採取し、内径10mmのジャケット
付ガラスカラムに充填した。層高は51cmとした。カ
ラム温度を60℃に保持し、上部から流速80.0ml
/min.で原液を通液した。一定時間毎に溶出液をサ
ンプリングし、溶出液中のCaをEDTA滴定法により
分析してリーク曲線を求めた。
【0044】また、上記の各キレート樹脂についてカル
シウム貫流交換容量(BTC)の測定を行い、その結果
を表5に示す。なお、貫流点(BTP)はCa=10.
0mg/lとした。
【0045】
【表5】 ───────────────────────────────── Ca−BTC(eq/l−R) ───────────────────────────────── 実施例3のキレート樹脂 1.03 イミノ二酢酸基型キレート樹脂 0.75 ─────────────────────────────────
【0046】
【発明の効果】以上説明した本発明によれば、高い交換
容量を有し且つサイクル強度の優れたアミノリン酸型キ
レート樹脂が提供されるが、本発明のキレート樹脂は、
特に、電解法苛性ソーダ用原料に使用される塩水の精製
に好適に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明方法で得られたキレート樹脂の連続通液
試験の結果を示すリーク曲線である。図中、(a)は本
発明のアミノリン酸型キレート樹脂、(b)はイミノ二
酢酸型キレート樹脂の結果である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−226006(JP,A) 特開 昭57−177012(JP,A) 特開 昭59−179606(JP,A) 特開 平2−103208(JP,A) 特公 昭60−28536(JP,B2) 特公 昭58−25081(JP,B2) 特表 平4−500223(JP,A) 特表 昭59−500274(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08F 8/30 B01J 45/00 C08F 8/40

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 芳香核にハロメチル基を有する重合体の
    ハロメチル基をアミノ化した後に更にリン酸化してアミ
    ノリン酸型キレート樹脂を製造するに当り、モノアミン
    及びポリアミンより成り両者に対するモノアミンの使用
    割合が20〜70重量%の混合アミンを用いて前記のア
    ミノ化反応を行うことを特徴とするアミノリン酸型キレ
    ート樹脂の製造方法。
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