JP3087905B2 - Adsorbent and method for removing suspended impurities - Google Patents

Adsorbent and method for removing suspended impurities

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JP3087905B2
JP3087905B2 JP02276600A JP27660090A JP3087905B2 JP 3087905 B2 JP3087905 B2 JP 3087905B2 JP 02276600 A JP02276600 A JP 02276600A JP 27660090 A JP27660090 A JP 27660090A JP 3087905 B2 JP3087905 B2 JP 3087905B2
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、懸濁性不純物除去用吸着剤及び懸濁性不純
物除去方法に関する。特に、本発明は、半導体産業用超
純水製造装置や汽力発電設備の復水浄化装置の被処理水
中に存在する懸濁性不純物を吸着除去するための吸着剤
及びそれを用いてかかる懸濁性不純物を吸着除去する方
法に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an adsorbent for removing suspended impurities and a method for removing suspended impurities. In particular, the present invention relates to an adsorbent for adsorbing and removing suspending impurities present in water to be treated in an ultrapure water production apparatus for semiconductor industry or a condensate purification apparatus of a steam power plant, and a suspension using the adsorbent. The present invention relates to a method for adsorptive removal of an impurity.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

汽力発電設備ではボイラーの内部を常に清浄な状態に
保つ必要上、タービン復水器からボイラー内へ還流する
復水を復水脱塩器にて浄化処理し、高度に浄化した後、
ボイラー内への冷却水として給水している。この復水脱
塩器は、陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂とが混合
充填された、いわゆる混床式脱塩器であって、復水中の
不純物であるイオン成分と懸濁固形分(主に金属酸化物
微粒子)とをイオン交換及び吸着・濾過により分離除去
し、復水を浄化するものである。
In the steam power plant, it is necessary to keep the inside of the boiler clean at all times, so the condensate returning from the turbine condenser into the boiler is purified by a condensate desalinator, and after being highly purified,
Water is supplied as cooling water to the boiler. This condensate demineralizer is a so-called mixed-bed type demineralizer in which a cation exchange resin and an anion exchange resin are mixed and filled. Metal oxide fine particles) by ion exchange and adsorption / filtration to purify condensate.

かかる懸濁固形分の蓄積は、システムの圧力上昇、流
量減少と発電設備の効率低下の原因になることがある。
従って、不純物レベル、特に懸濁固形分のレベルを低下
させることにより、還流ループを良好に維持することが
できる。
Such accumulation of suspended solids can cause increased system pressure, reduced flow rates, and reduced efficiency of power generation equipment.
Thus, by reducing the level of impurities, especially the level of suspended solids, a good reflux loop can be maintained.

特開平1−174998号は、3〜7.5%の低架橋剤(ジビ
ニルベンゼン)含量の混床イオン交換樹脂の使用による
沸騰水型原子炉(BWR)の主冷却水からの懸濁不純物の
除去を提案している。前記公開公報は、低架橋度樹脂
が、より高い架橋度のイオン交換樹脂よりも大きなミク
ロポアを持ち、かつ比較的軟らかく、より弾性的である
とし、そしてこれらの特長ゆえにこの低架橋度樹脂によ
り復水からクラッドをより効果的に除去することが可能
であると述べている。
JP-A-1-174998 discloses the removal of suspended impurities from the main cooling water of a boiling water reactor (BWR) by using a mixed bed ion exchange resin having a low crosslinking agent (divinylbenzene) content of 3 to 7.5%. is suggesting. The publication states that low-crosslinking resins have larger micropores than higher-crosslinking ion-exchange resins, and are relatively softer and more elastic, and because of these features, they have a lower degree of crosslinking. He states that the cladding can be more effectively removed from the water.

特開昭63−59355号には、カチオン交換樹脂を、プラ
チナ電極を用い、硫酸ソーダの希釈溶液中、2Aの電流で
3〜4時間、酸化することが開示されている。酸化され
た樹脂は、火力又は原子力発電設備の配管又は他の構造
材料の腐蝕により発生する、復水中の微細かつ非晶性の
粒子の除去に有効であると報告されている。
JP-A-63-59355 discloses that a cation exchange resin is oxidized in a dilute solution of sodium sulfate at a current of 2 A for 3 to 4 hours using a platinum electrode. The oxidized resin has been reported to be effective in removing fine and amorphous particles in condensate generated by corrosion of thermal or nuclear power plant piping or other structural materials.

米国特許第4,564,644号には、シェル/コア構造のイ
オン交換樹脂が記載されている。これらは、本発明に用
いられる樹脂と同一の構造を有している。これらは、従
来のゲル型樹脂よりも過酷な条件下で、及び特に復水浄
化や採鉱作業において有効であると述べられている。し
かし、この特許には、コロイド鉄を従来では達成不能な
程度に除去することができるというそれらの特別な能力
は示されておらず、またBWR復水中のクラッド除去に対
するいかなる特定の有用性についても言及されていな
い。
U.S. Pat. No. 4,564,644 describes an ion exchange resin having a shell / core structure. These have the same structure as the resin used in the present invention. These are stated to be more effective under harsher conditions than conventional gel-type resins, and especially in condensate purification and mining operations. However, this patent does not show their special ability to remove colloidal iron to an extent previously unattainable, and does not disclose any particular utility for decladding during BWR condensate. Not mentioned.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

前述の粒状イオン交換樹脂を用いる方法においては、
イオン交換樹脂にイオン交換吸着され又は捕捉されたイ
オン成分や金属酸化物や、定期的に化学的薬品再生や物
理的逆洗再生を施すことによって、イオン交換樹脂から
不純物を除去し、常に復水脱塩器の清浄度の維持するこ
とが行われている。
In the method using the above granular ion exchange resin,
Removes impurities from ion-exchange resin by constantly regenerating chemical components and physical backwashing by ion-exchange-adsorbed or trapped ion-exchange resin on ion-exchange resin, and constantly recovering water. The maintenance of the cleanliness of the desalinator is performed.

一方、汽力発電設備のうち、BWR発電設備にあって
は、最近、復水からのイオン成分及び金属酸化物の除去
効果のうちで、金属酸化物の分離効果を強化することに
より、冷却水から原子炉へ持ち込まれる金属酸化物を低
減し、プラントの定期点検時の作業員の被曝線量を減ら
そうとすることが検討されはじめている。このように、
原子力発電所の冷却水に要求される金属酸化物の除去効
果への要求が高度化されると、従来の粒状イオン交換樹
脂を用いる方法では金属酸化物の分離除去効果が小さい
ということから、前述のような要求に対応できないこと
が判った。
On the other hand, among the steam power generation facilities, the BWR power generation facilities have recently been strengthening the separation effect of metal oxides among the removal effects of ionic components and metal oxides from condensate water, and Attempts are being made to reduce the amount of metal oxides brought into the reactor and to reduce the exposure of workers during periodic inspections of the plant. in this way,
As the demand for the effect of removing metal oxides required for cooling water of nuclear power plants has become more sophisticated, the conventional method using granular ion exchange resins has a small effect of separating and removing metal oxides. It was found that such a request could not be met.

本発明者らは、このような現状によく対応することの
できる手段を開発することを目的として鋭意研究を重
ね、本発明を完成するに至ったものである。
The present inventors have conducted intensive studies for the purpose of developing means capable of coping with such a current situation, and have completed the present invention.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

上記目的を達成するため、本発明は、半導体産業用超
純水製造装置や汽力発電設備の復水浄化装置の被処理水
中に存在する懸濁性不純物(主に金属酸化物等のコロイ
ド物質)を吸着除去する、粒状又は粉末状陽イオン交換
樹脂及び/又は陰イオン交換樹脂からなる有機性高分子
吸着剤において、走査型電子顕微鏡を用いて50〜20万倍
の視野で検査した場合に、該吸着剤の表層が顆粒状結合
構造を有することを確認できる懸濁性不純物除去用吸着
剤を提供する。
In order to achieve the above-mentioned object, the present invention relates to a method for producing suspended impurities (mainly colloidal substances such as metal oxides) present in water to be treated in an ultrapure water production apparatus for semiconductor industry or a condensate purification apparatus for steam power generation equipment. When the organic polymer adsorbent composed of a granular or powdered cation exchange resin and / or an anion exchange resin is adsorbed and removed by using a scanning electron microscope and inspected in a visual field of 500 to 200,000 times, Provided is an adsorbent for removing suspended impurities, which can confirm that the surface layer of the adsorbent has a granular binding structure.

そして、上記の吸着剤は、好ましくは、その顆粒状結
合構造が、走査型電子顕微鏡写真によって観測され、計
測される顆粒状微粒子の見掛け上の単位顆粒寸法が0.1
〜1.0μmである顆粒が、結果として集合的に結合する
様子を呈しているものであって、また吸着剤の直径が0.
2〜1.2mmである球状、さらに好ましくは真空状吸着剤で
ある。球状粒子の粒径は必ずしも連続的な、いわゆるガ
ウシアン分布を持つものとは限らず、単一もしくは均一
粒径のものも含まれる。
The above adsorbent preferably has a granular binding structure in which the apparent unit granule size of the granular fine particles is observed and observed by a scanning electron micrograph, and is 0.1 mm.
~ 1.0 μm, resulting in the appearance of collectively binding, and the adsorbent has a diameter of 0.
A spherical adsorbent having a diameter of 2 to 1.2 mm, more preferably a vacuum adsorbent. The particle diameter of the spherical particles is not always limited to a continuous one having a so-called Gaussian distribution, and includes a single or uniform particle diameter.

上記球状粒子吸着剤は、一般に、その表面に溝を有
し、この溝は亀甲状及び/又は鱗状模様を呈する。ま
た、亀甲状及び/又は鱗状模様は、それぞれ、1〜50μ
m2の単位面積を持ち、不定形に集合した表面構造を呈
し、且、それぞれの単位亀甲状及び/又は鱗状模様は、
幅0.1〜5μm、深さ0.1〜5μmの溝を介して隣接する
表面状態を呈し、この溝は、その単位面積当たりの全長
が100〜1000mm/mm2である。
The spherical particle adsorbent generally has grooves on its surface, and the grooves have a turtle-like and / or scaly pattern. In addition, the turtle-like and / or scale-like pattern is 1 to 50μ, respectively.
It has a unit area of m 2 , exhibits an irregularly shaped surface structure, and each unit has a turtle-like and / or scale-like pattern,
Adjacent surface states are present via grooves having a width of 0.1 to 5 μm and a depth of 0.1 to 5 μm, and the total length of the grooves is 100 to 1000 mm / mm 2 per unit area.

さらに、上記球状粒子吸着剤は、クリプトン及び/又
はクリプトンと同等の気体吸着量から測定される有効比
表面積が0.02〜1.00m2/g−乾燥吸着剤であり、表面から
0.1〜10μm以上のスキン層を有する二重構造を有して
いる。
Further, the spherical particle adsorbent has an effective specific surface area of 0.02 to 1.00 m 2 / g-dry adsorbent, which is measured from krypton and / or a gas adsorption amount equivalent to krypton.
It has a double structure having a skin layer of 0.1 to 10 μm or more.

また、前記の球状粒子吸着剤を粉体化すると粉末状吸
着剤が得られる。
Further, when the spherical particle adsorbent is powdered, a powdery adsorbent is obtained.

これらの吸着剤を用いて充填層及び/又は濾過層を形
成すると、超純水や復水中の懸濁性不純物除去能力の強
化・向上を特徴とする懸濁性不純物除去材料が得られ
る。
When a packed bed and / or a filtration bed are formed using these adsorbents, a suspended impurity removing material characterized by enhancing and improving the ability to remove suspended impurities in ultrapure water or condensed water can be obtained.

半導体産業用超純水製造装置や汽力発電設備の復水浄
化装置の被処理水中に存在する懸濁性不純物を吸着除去
する方法において、上記被処理水を本発明の懸濁性不純
物除去用吸着剤に接触させることにより、極めて効果的
に懸濁性不純物を除去することができる。即ち、本発明
の吸着剤を用いる場合には、従来の混床式脱塩器に使用
しているイオン交換吸着剤に比較して、使用する吸着剤
の表面及び/又は表層構造が、金属酸化物を選択的に吸
着除去する構造となっているため、金属酸化物との親和
性が高く、金属酸化物の分離除去効果が大きいことによ
り、脱塩操作に際してより金属酸化物濃度の低い高純度
の処理水を提供することができる。
In the method for adsorbing and removing suspending impurities present in the water to be treated in an ultrapure water production device for semiconductor industry or a condensate purification device for a steam power plant, the treatment water is adsorbed and removed according to the present invention. The contact with the agent makes it possible to very effectively remove the suspended impurities. That is, when the adsorbent of the present invention is used, the surface and / or surface structure of the adsorbent used is higher than that of the ion-exchange adsorbent used in the conventional mixed-bed desalter. It has a structure that selectively adsorbs and removes substances, has a high affinity for metal oxides, and has a large effect of separating and removing metal oxides. Treated water can be provided.

例えば、汽力発電設備の復水中に含まれるコロイド鉄
を除去する場合、混床で従来樹脂を用いた場合に約75〜
80%の持続的除去が得られるのに対し、本発明の吸着剤
を用いれば約95%の持続的除去が達成される。
For example, when removing colloidal iron contained in condensate of steam power generation equipment, when using a conventional resin in a mixed bed, about 75 to
80% sustained removal is achieved, while about 95% sustained removal is achieved using the adsorbents of the present invention.

本発明に係る懸濁物の除去方法においては、従来公知
の装置を用いることができ、従来公知のプロセス条件を
適用することができる。例えば、第4図に示す混床式カ
ラムを用いた装置に、本発明に係る吸着剤を充填して被
処理水を処理する。その際、通水線流速は、被処理水の
種類によっても異なるが、好ましくは20〜130m/h、更に
好ましくは90〜120m/hの範囲で選ばれる。この条件で、
例えば1サイクル10時間〜100日で、1〜10サイクル処
理する。被処理水の温度は、10〜60℃であるのが適当で
ある。
In the method of removing a suspension according to the present invention, a conventionally known apparatus can be used, and conventionally known process conditions can be applied. For example, an apparatus using a mixed bed type column shown in FIG. 4 is filled with the adsorbent according to the present invention to treat water to be treated. At that time, the water flow velocity varies depending on the type of the water to be treated, but is preferably selected in the range of 20 to 130 m / h, more preferably 90 to 120 m / h. Under these conditions,
For example, processing is performed for 1 to 10 cycles in one cycle of 10 hours to 100 days. The temperature of the water to be treated is suitably from 10 to 60 ° C.

本発明に有用な前記陽イオン交換樹脂及び陰イオン交
換樹脂は、コア/シェル構造を有するゲル型共重合体ビ
ーズを含み、下記工程を含む製法によって製造される: (a)遊離基を含む複数のポリマー・マトリックスを連
続相中で形成する工程; (b)少なくとも1種の単量体を含み、遊離基開始剤を
含まない、単量体原料を前記マトリックスに吸収させ、
そのマトリックスに吸収された単量体原料を、前記マト
リックス中の遊離基が、前記単量体原料のマトリックス
内での重合を触媒させる条件下におく工程;及び (c)得られた共重合体ビーズに官能基を付与する工
程。
The cation exchange resin and anion exchange resin useful in the present invention comprise gel-type copolymer beads having a core / shell structure and are produced by a process comprising the following steps: (a) a plurality containing free radicals; Forming a polymer matrix in a continuous phase; (b) allowing the matrix to absorb a monomeric material comprising at least one monomer and no free radical initiator;
Subjecting the monomeric material absorbed by the matrix to conditions in which free radicals in the matrix catalyze the polymerization of the monomeric material in the matrix; and (c) the resulting copolymer A step of providing a functional group to the beads.

好ましくは、陽イオン交換樹脂(成分1)又は陰イオ
ン交換樹脂(成分2)、更に好ましくは両者に用いられ
るコポリマービーズは、少なくとも部分的にモノビニリ
デン芳香族とジビニリデン芳香族単量体からなるコポリ
マーのビーズを含む。特に、少なくとも、部分的にスチ
レンとジビニルベンゼン(DVB)からなるコポリマーを
含むコポリマービーズが好ましい。最も好ましくは、本
発明に用いられるコポリマービーズは、モノビニリデン
芳香族単量体及びジビニリデン芳香族単量体のみから、
更に好ましくはスチレン及びDVBのみからなる。
Preferably, the cation exchange resin (component 1) or the anion exchange resin (component 2), more preferably the copolymer beads used for both, are copolymers comprising at least partially monovinylidene aromatic and divinylidene aromatic monomers Including beads. In particular, copolymer beads containing a copolymer comprising at least partially styrene and divinylbenzene (DVB) are preferred. Most preferably, the copolymer beads used in the present invention comprise only monovinylidene aromatic monomers and divinylidene aromatic monomers,
More preferably, it consists only of styrene and DVB.

好ましくは、本発明に用いられる成分1の官能基付与
コポリマービーズは、少なくとも約700g/ビーズ、更に
好ましくは約800g/粒の圧潰強度を有する。好ましく
は、成分2の官能基付与コポリマービーズは、少なくと
も約500g/ビーズ、更に好ましくは約600g/粒の圧潰強度
を有する。
Preferably, the functionalized copolymer beads of Component 1 used in the present invention have a crush strength of at least about 700 g / bead, more preferably about 800 g / grain. Preferably, the functionalized copolymer beads of Component 2 have a crush strength of at least about 500 g / bead, more preferably about 600 g / particle.

好ましくは、成分1及び2の官能基付与コポリマービ
ーズは、8モルの塩酸と8モルの水酸化ナトリウムを交
互に10回接触させた後(酸と塩基の両方の接触が一サイ
クルである)、ビーズ数で15%未満、更に好ましくは10
%未満が破壊されるような耐浸透圧破壊性を有する。
Preferably, the functionalized copolymer beads of components 1 and 2 are contacted with 8 moles of hydrochloric acid and 8 moles of sodium hydroxide alternately 10 times (both acid and base contact are one cycle). Less than 15% in the number of beads, more preferably 10
% Less than the osmotic pressure.

好ましくは、本発明において、成分1は、復水に接触
される前に硫酸の如き強酸に接触されることによってH
型に大部分変換されたものである。同様に、成分2は、
もしそうなっていない場合、好ましくは、復水に接触さ
れる前に、例えば、水酸化ナトリウムの如き強塩基に、
成分2を接触させることによってOH型に大部分変換され
たものである。
Preferably, in the present invention, component 1 is contacted with a strong acid, such as sulfuric acid, before contacting the condensate with H
Mostly converted to type. Similarly, component 2 is
If not, preferably before contact with the condensate, a strong base such as, for example, sodium hydroxide,
It was mostly converted to the OH form by contacting component 2.

成分1及び2は、好ましくは3:1〜0.5〜1、より好ま
しくは2:1〜1:2の容積比で混合されている。
Components 1 and 2 are preferably mixed in a volume ratio of 3: 1 to 0.5 to 1, more preferably 2: 1 to 1: 2.

特に好ましい態様においては、吸着剤中の成分1又は
成分2の樹脂源であるゲル型コポリマービーズは、 i)連続水相に、約0.1、好ましくは約0.2から約2.0、
好ましくは約1.0までのDVB重量%の、複数のスチレン−
DVBコポリマーシード粒子を懸濁させ、 ii)それらの粒子にスチレン、DVBとラジカル開始剤
(フリーラジカル)の単量体混合物を吸収させ、次いで
吸収されたスチレンとDVBの反応を開始させて初期モノ
マー量の少なくとも約20重量%、好ましくは約40重量
%、更に好ましくは約85重量%、特に約90重量%を粒子
中でポリマーに変性させ、次いで iii)この水性懸濁液に、スチレン又はスチレン及びDVB
を含むけれども、本質的に重合開始剤を含まない第二単
量体組成物を、この第二単量体組成物が粒子中に吸収さ
れ、第二単量体組成物の重合が前記粒子内で触媒される
ような条件下に、連続して添加する、 ことにより、製造される。
In a particularly preferred embodiment, the gel-type copolymer beads, which are the resin source of component 1 or component 2 in the adsorbent, comprise: i) about 0.1, preferably about 0.2 to about 2.0,
Preferably, up to about 1.0 DVB weight percent of a plurality of styrene-
Suspending the DVB copolymer seed particles, ii) allowing the particles to absorb a monomer mixture of styrene, DVB and a radical initiator (free radical), and then initiating a reaction between the absorbed styrene and DVB to produce an initial monomer At least about 20%, preferably about 40%, more preferably about 85%, especially about 90% by weight of the amount is modified into a polymer in the particles, and iii) styrene or styrene is added to the aqueous suspension. And DVB
But containing essentially no polymerization initiator, the second monomer composition is absorbed into the particles, and the polymerization of the second monomer composition is carried out in the particles. By continuously adding them under the conditions catalyzed by

上記の重合は、次いで、第1の単量体混合物の全てと
第2の単量体成分の本質的に全部が重合されるまで、続
けられるのがよい。好ましくは、第1の単量体混合物
は、約1重量%、更に好ましくは約2重量%から、約10
重量%、更に好ましくは約8重量%までのジビニルベン
ゼンを含む。また、好ましくは、第2の単量体組成物
は、約90重量%、更に好ましくは約95重量%から、約98
重量%、更に好ましくは約100重量%までのスチレンを
含む。
The above polymerization may then be continued until all of the first monomer mixture and essentially all of the second monomer components have been polymerized. Preferably, the first monomer mixture comprises from about 1% by weight, more preferably from about 2% by weight to about 10% by weight.
%, More preferably up to about 8% by weight of divinylbenzene. Also, preferably, the second monomer composition comprises from about 90% by weight, more preferably from about 95% by weight to about 98% by weight.
% Styrene, more preferably up to about 100% by weight.

本発明の方法で処理される水は、例えば沸騰水型原子
炉からの復水である。また、前記復水は、懸濁固形分の
より大きな粒子を除去するために、標準の多孔質フィル
ター又は他の類似の手段の如き機械的フィルターを適当
に通過されるのがよい。しかし、好ましくは、この方法
は、機械的ろ過の如き前処理なしに行われる。これは、
用いられる混床樹脂の極めて効果的な作用が、機械的ろ
過を不要とし、又は少なくとも用いられるべきろ過装置
の規模を減少させるからである。
The water treated in the method of the present invention is, for example, condensate from a boiling water reactor. Also, the condensate may suitably be passed through a mechanical filter, such as a standard porous filter or other similar means, to remove larger particles of suspended solids. However, preferably, the method is performed without a pretreatment such as mechanical filtration. this is,
This is because the very effective action of the mixed bed resin used eliminates the need for mechanical filtration or at least reduces the size of the filtration equipment to be used.

本発明の方法は極めて微細な構造のイオン交換樹脂ビ
ーズの利用に基づいており、この構造を以下においては
「コア/シェル構造」と称する。それらは、イオン交換
樹脂に転換されたとき、高い圧潰強度と耐浸透圧衝撃性
を有することにより特徴づけられている。共重合体ビー
ズは、強酸、弱酸、強塩基、又は弱塩基イオン交換樹脂
を形成するために官能基が付与されており、これら全て
は典型的なゲル型樹脂と比較して改良された機械的特性
を示す。好ましくは、本発明の方法では、強酸及び弱塩
基イオン交換樹脂のみが使用される。代表的なアニオン
基及びカチオン基にいては後に述べる。前記樹脂はゲル
型樹脂の他の好ましい特徴、即ち高容量及び高イオン選
択性を保持している。
The method of the present invention is based on the use of ion exchange resin beads with a very fine structure, which structure will be referred to hereinafter as "core / shell structure". They are characterized by having high crush strength and osmotic shock resistance when converted to ion exchange resins. The copolymer beads are functionalized to form a strong acid, weak acid, strong base, or weak base ion exchange resin, all of which have improved mechanical properties compared to typical gel-type resins. Show characteristics. Preferably, only strong acid and weak base ion exchange resins are used in the process of the present invention. Representative anionic groups and cationic groups will be described later. The resin retains other desirable features of the gel-type resin, namely, high capacity and high ion selectivity.

ここで使用される用語「コア/シェル構造」は、本発
明において使用される共重合体ビーズの重合構造がビー
ズの内側から外側に変化することを意味する。重合構造
は、ビーズの内側から外側にいく分ゆっくり変化し、半
径に沿って重合構造の勾配を有するビーズを生成する。
また、重合構造は、ビーズの半径の中心から外側に沿っ
て比較的急激に変化する可能性があり、1つの重合構造
を有する比較的はっきりしたコアと、別の重合構造を有
する第2の比較的はっきりしたシェルとを有するビーズ
を生成する。ビーズの重合構造の変化の割合は、特に重
要ではない。したがって、ここに用いられる「コア」と
「シェル」なる語は、それぞれ、ビーズの内側と外側の
重合構造を言い、これらの用語の使用は、使用されたビ
ーズがビーズの内側の重合体と外側の重合体との間のは
っきりした界面を示すという意味に解釈されるべきでは
ない。「コア重合体」と「シェル重合体」とについて述
べる場合は、通常、常にではないが、共重合体ビーズの
コアとシェルにそれぞれ存在する重合体のかなりの量の
相互浸透があるということを理解されたい。従って、
「コア重合体」はシェル内にいく分浸透し、反対に「シ
ェル重合体」はコア内にいく分浸透する。「コア重合
体」及び「シェル重合体」なる語は、「シェル」又は
「コア」の重合体として特定の重合体を同定しようとす
る試みではなく、ビーズの特定の部分の重合物質を一般
的方法で説明するために用いられている。
As used herein, the term "core / shell structure" means that the polymerized structure of the copolymer beads used in the present invention changes from inside to outside of the beads. The polymerized structure changes slowly from the inside of the bead to the outside, producing beads with a gradient of the polymerized structure along the radius.
Also, the polymerized structure can change relatively abruptly from the center of the radius of the bead to the outside, with a relatively distinct core having one polymerized structure and a second comparison having another polymerized structure. Generate beads with well-defined shells. The rate of change of the polymerized structure of the beads is not particularly important. Thus, as used herein, the terms "core" and "shell" refer to the polymerized structure inside and outside the bead, respectively, and the use of these terms means that the beads used are the polymer inside and outside the bead. Should not be construed as indicating a distinct interface between the polymer and the polymer. When referring to "core polymer" and "shell polymer", it is usually, but not always, to indicate that there is a significant amount of interpenetration of the polymer present in the core and shell, respectively, of the copolymer bead. I want to be understood. Therefore,
The "core polymer" penetrates somewhat into the shell, while the "shell polymer" penetrates somewhat into the core. The terms "core polymer" and "shell polymer" are not intended to identify a particular polymer as a "shell" or "core" polymer, but rather refer to the polymer material in a particular portion of the bead. It is used to describe the method.

共重合体ビーズの前記コア/シェル構造は、重合物質
の構造を決定するために種々の公知の技法を用いて見出
すことができる。一般に、1又はそれ以上の次の分析技
法が、本発明に用いられる共重合体ビーズのコア/シェ
ル構造を決定するのに適している。すなわち、動的熱分
析、示差熱分析オスミウムステイン技法、共重合体ビー
ズのコア及びシェルの各屈折率の測定、在来の透過型電
子顕微鏡法、分析透過型電子顕微鏡法、走査型電子顕微
鏡法及び他の技法がある。更に、本発明のビーズは、し
ばしば、偏光の下でビーズを調べることにより検知可能
な対称的歪みパターンを示す。本発明の共重合体ビーズ
のコア/シェル構造は、しばしば、1倍又は低倍率でビ
ーズを光学的に検査することにより簡単に識別でき、そ
こでは、コアはシェルとは異なった色の領域として、即
ち、より暗いか又は明るい領域として観察される。
The core / shell structure of the copolymer beads can be found using various known techniques to determine the structure of the polymeric material. In general, one or more of the following analytical techniques are suitable for determining the core / shell structure of the copolymer beads used in the present invention. Dynamic thermal analysis, differential thermal analysis, osmium stain technique, measurement of refractive index of core and shell of copolymer beads, conventional transmission electron microscopy, analytical transmission electron microscopy, scanning electron microscopy And other techniques. Further, the beads of the present invention often exhibit a symmetric distortion pattern that is detectable by examining the beads under polarized light. The core / shell structure of the copolymer beads of the invention can often be easily identified by optical inspection of the beads at 1 × or low magnification, where the core is a region of a different color than the shell. That is, it is observed as a darker or lighter area.

イオン交換樹脂を形成するために官能基が付与される
場合、これらのビーズのコア/シェル構造は、乾燥した
ビーズを水に浸漬し、ビーズが水和した割合を決定する
ことによりしばしば観察される。典型的には、これらビ
ーズのシェル部分に対する水の浸透は、コアに対する浸
透より急速である。
When functional groups are provided to form the ion exchange resin, the core / shell structure of these beads is often observed by immersing the dried beads in water and determining the percentage of hydration of the beads. . Typically, the penetration of water into the shell portion of these beads is faster than the penetration into the core.

好ましくは、ビーズは、コア内の架橋単量体の平均割
合に等しいかそれ以下の架橋単量体の平均割合を含むシ
ェルを有している。この種のビーズは、コアよりやわら
かい(すなわち、もろさが少なくより弾性的な)シェル
を有し、従ってビーズはその形状及び一体性を維持する
ことができ、かつビーズが外部応力や圧力を受けたとき
その構造全体にわたってエネルギーを分散できる。エネ
ルギーをその構造全体にわたって分散させることによっ
て、これらの不均質ビーズの圧潰強度や耐浸透圧衝撃性
は大幅に高められる。
Preferably, the beads have a shell that contains an average percentage of crosslinking monomer equal to or less than the average percentage of crosslinking monomer in the core. This type of bead has a shell that is softer (i.e., less brittle and more elastic) than the core, so that the bead can maintain its shape and integrity, and the bead is subjected to external stress or pressure. Sometimes the energy can be distributed throughout the structure. By dispersing the energy throughout the structure, the crush strength and osmotic shock resistance of these heterogeneous beads are greatly enhanced.

また、コアとシェルの架橋密度の相違に加えて、好ま
しくはシェル内の重合体はコア内の重合体より分子量が
大きい。このシェル重合体の高い分子量が、ビーズに機
械的強度を付与し、耐浸透圧衝撃性を増加させる。
Also, in addition to the difference in crosslink density between the core and the shell, preferably the polymer in the shell has a higher molecular weight than the polymer in the core. The high molecular weight of the shell polymer imparts mechanical strength to the beads and increases osmotic shock resistance.

ここで使用される共重合体ビーズは、一般的に、コア
とシェルの調製に現実に使用される架橋単量体の平均割
合より高い有効架橋密度を示す。有効架橋密度は、John
Wiley and Sonsにより1966年に発行されたKirk−Othme
r化学技術辞典、第2巻、第879頁のR.M.Wheaton及びA.
H.Seamsterによる「イオン交換」の項で描かれたような
グラフを使用して、ビーズをトルエンで膨潤させた後の
容量パーセントの増加から決定される。一般的に、本発
明のビーズは、コア及びシェルの重合に使用される架橋
単量体の平均割合から予測した約1.5倍から5倍の有効
架橋密度を示す。
The copolymer beads used herein generally exhibit an effective crosslink density higher than the average percentage of crosslink monomers actually used in core and shell preparation. The effective crosslink density is John
Kirk-Othme, published in 1966 by Wiley and Sons
RMWheaton and A.R.
Determined from the increase in volume percent after swelling the beads with toluene using a graph such as that described in the "Ion Exchange" section by H. Seamster. In general, the beads of the present invention exhibit an effective crosslink density of about 1.5 to 5 times, as predicted from the average proportion of crosslinking monomers used for core and shell polymerization.

本発明に使用された共重合体ビーズは、すぐれた圧潰
強度を示し、陰イオン交換樹脂又は陽イオン交換樹脂に
転換されたときに、すぐれた耐浸透圧衝撃性を示す。共
重合体ビーズの圧潰強度は、陰イオン交換樹脂として使
用されるか陽イオン交換樹脂として使用されるかにかか
わらず、すぐれている。しかしながら、樹脂の機械的特
性と浸透性の特性は、含まれる活性イオン交換基のタイ
プと量によっていく分変化する。共重合体ビーズの圧潰
強度は、一般に、陰イオン交換樹脂を形成するために完
全にアミノ化されたときに最低になり、この完全にアミ
ノ化されたビーズの圧潰強度はここでは共重合体ビーズ
の圧潰強度を比較する目的のために使用される。「完全
にアミノ化された」なる語は、アミノ基が結合されうる
ビーズ内の繰り返し単位の少くとも75%、好ましくは少
くとも90%、より好ましくは少なくとも95%がアミノ基
を有することを意味する。アミノ化の度合は、しばし
ば、アミノ化された樹脂のイオン交換容量により示され
る。完全にアミノ化されたゲル型イオン交換樹脂は、そ
の容量は架橋度、樹脂内に存在する特定の重合体及び樹
脂の多孔性等の他のファクターにより影響されうるが、
一般には、少なくとも4.0meq/gの乾燥樹脂重量当たりの
容量を示し、通常、少なくとも4.2meq/gの容量を示す。
The copolymer beads used in the present invention exhibit excellent crush strength and, when converted to an anion exchange resin or a cation exchange resin, exhibit excellent osmotic shock resistance. The crush strength of the copolymer beads is excellent, whether used as an anion exchange resin or as a cation exchange resin. However, the mechanical and osmotic properties of the resin will vary somewhat depending on the type and amount of active ion exchange groups involved. The crush strength of the copolymer beads is generally lowest when fully aminated to form an anion exchange resin, and the crush strength of the fully aminated beads is herein referred to as the copolymer beads. Used to compare the crush strength of The term "fully aminated" means that at least 75%, preferably at least 90%, more preferably at least 95% of the repeating units in the bead to which amino groups can be attached have amino groups. I do. The degree of amination is often indicated by the ion exchange capacity of the aminated resin. A fully aminated gel-type ion exchange resin can have its capacity affected by other factors such as the degree of crosslinking, the specific polymer present in the resin and the porosity of the resin,
Generally, it indicates a volume per dry resin weight of at least 4.0 meq / g, and usually at least 4.2 meq / g.

ここに用いられる「圧潰強度」なる語は、個々の樹脂
のビーズを破壊するのに必要な機械的荷重を言い、これ
は30回のテストの平均の数値で与えられる。陰イオン交
換樹脂を形成するために完全にアミノ化された、ここで
使用されるゲル型ビーズの圧潰強度は1ビーズ当たり少
なくとも約400g、好ましくは少なくとも約500g、特に好
ましくは少なくとも約600gである。これに対して、最初
に使用されたゲル型共重合体ビーズは陰イオン交換樹脂
を形成するために完全にアミノ化されたときに、1ビー
ズ当たり500g以下の圧潰強度を示す。強酸型陽イオン交
換樹脂を形成するためにスルホン化されたときには、本
発明の方法で用いられる重合体ビーズは、一般に、1ビ
ーズ当たり少なくとも約500g、好ましくは約700g、特に
好ましくは、少なくとも約800gの圧潰強度を示す。
As used herein, the term "crush strength" refers to the mechanical load required to break an individual resin bead, which is given as the average of 30 tests. The gel-type beads used herein, fully aminated to form an anion exchange resin, have a crush strength of at least about 400 g per bead, preferably at least about 500 g, particularly preferably at least about 600 g per bead. In contrast, the first gel-type copolymer beads used, when fully aminated to form an anion exchange resin, exhibit a crush strength of less than 500 g per bead. When sulfonated to form a strong acid cation exchange resin, the polymer beads used in the method of the present invention generally comprise at least about 500 g, preferably about 700 g, particularly preferably at least about 800 g per bead. Shows the crushing strength of

ここで使用される官能基付与ビーズ(即ち、活性イオ
ン交換基が結合されたビーズ)は、また、すぐれた耐浸
透圧衝撃性を示す。本発明の目的のための耐浸透圧衝撃
性は、所定量の官能基付与ビーズを8M HClと8M NaOHを
交互に10回ずつ接触させることによって測定され、ここ
では各処理は脱イオン化された水で逆洗した後に行なわ
れる。前記処理の1サイクルは、(a)所定量のビーズ
を8Mの酸に1分間浸漬し、(b)洗浄水が中性になるま
で脱イオン化された水で洗浄し、(c)ビーズを8Mの水
酸化ナトリウムに1分間浸漬し、次いで(d)洗浄水が
中性になるまでビーズを脱イオン水で洗浄することから
なる。ここでは、8M HClと8M NaOHで交互に処理するこ
とを、繰り返しサイクルテストと言う。ビーズの耐浸透
圧衝撃性は、10サイクルのテストの後、破壊されないで
残ったビーズの数によって測定される。典型的には、官
能基付与ビーズの少なくとも85%が、10サイクルの浸透
圧衝撃性テストの後、破壊されずに残留する。好ましく
は、官能基付与ビーズの少なくとも90%、より好ましく
は少なくとも95%が、10サイクルの浸透圧衝撃性テスト
の後で破壊されずに残留する。
The functionalized beads used herein (ie, beads having an active ion exchange group attached) also exhibit excellent osmotic shock resistance. Osmotic shock resistance for the purposes of the present invention is measured by contacting a predetermined amount of functionalized beads with 8 M HCl and 8 M NaOH alternately 10 times, where each treatment is deionized water. This is done after backwashing with. One cycle of the treatment comprises (a) immersing a predetermined amount of beads in 8M acid for 1 minute, (b) washing with deionized water until the washing water becomes neutral, and (c) washing the beads with 8M acid. For one minute, and then (d) washing the beads with deionized water until the wash water is neutral. Here, alternate treatment with 8M HCl and 8M NaOH is referred to as a repeated cycle test. The osmotic shock resistance of the beads is measured by the number of beads left unbroken after 10 cycles of testing. Typically, at least 85% of the functionalized beads remain undamaged after 10 cycles of osmotic impact testing. Preferably, at least 90%, more preferably at least 95% of the functionalized beads remain unbroken after 10 cycles of osmotic impact testing.

更に、コア/シェル構造を有する共重合体ビーズから
なるイオン交換樹脂は、完全にアミノ化されるか又はス
ルホン化されると、従来のゲル型樹脂に匹敵するイオン
交換容量を示す。しかしながら、いく分低いイオン交換
容量を有するイオン交換樹脂が、意図的にビーズをより
程度に官能基化することによって本発明の共重合体ビー
ズから調製されうる。しかしながら、本発明で使用され
る陰イオン交換樹脂の乾燥樹脂重量当りの容量は、一般
に、少なくとも約2.5meq/g、好ましくは少なくとも3.5m
eq/g、より好ましくは少なくとも4.0meq/gである。本発
明で使用される陽イオン交換樹脂は、一般に、少なくと
も2.5meq/gの乾燥樹脂重量当りの容量を示し、好ましく
は少なくとも4.5meq/g、より好ましくは少なくとも5.0m
eq/gを示す。
Furthermore, ion exchange resins consisting of copolymer beads having a core / shell structure, when fully aminated or sulfonated, exhibit ion exchange capacities comparable to conventional gel-type resins. However, ion exchange resins having somewhat lower ion exchange capacity can be prepared from the copolymer beads of the present invention by intentionally functionalizing the beads to a greater extent. However, the capacity per dry resin weight of the anion exchange resin used in the present invention is generally at least about 2.5 meq / g, preferably at least 3.5 mq / g.
eq / g, more preferably at least 4.0 meq / g. The cation exchange resin used in the present invention generally exhibits a capacity per dry resin weight of at least 2.5 meq / g, preferably at least 4.5 meq / g, more preferably at least 5.0 mq / g.
Indicates eq / g.

本発明で使用される共重合体ビーズは、適当なサイズ
で調製され、50ミクロンから2000ミクロンまでの平均径
であってよく、好ましくは200ミクロンから1200ミクロ
ンまでであってよい。前記ビーズはいわゆる「ゲル」又
は「ミクロポア」型である。更に、ここで使用されるビ
ーズのコアは、イオン交換基がそれに結合されるときに
水溶性である重合体材料を含み、その材料の全部又は一
部は、ビーズ内でポア又はチャンネルを形成するため抽
出されてもよい。かかるゲル及び抽出可能なシードビー
ズの調製を、以下に詳細に説明する。
The copolymer beads used in the present invention may be prepared in a suitable size and have an average diameter of from 50 microns to 2000 microns, preferably from 200 microns to 1200 microns. The beads are of the so-called "gel" or "micropore" type. Further, the core of the beads as used herein comprises a polymeric material that is water-soluble when the ion exchange group is attached to it, all or a portion of which form pores or channels within the bead. Therefore, it may be extracted. The preparation of such gels and extractable seed beads is described in detail below.

共重合体ビーズは、好ましくはマトリックスを含む架
橋遊離基を形成し(以下、遊離基マトリックスと言
う)、前記架橋遊離基を、少なくとも、1種の単量体を
含む単量体原料と、コア/シェル構造を有する共重合体
ビーズを形成するために遊離基が前記単量体の重合を触
媒するような条件下で、接触させることにより調製され
る。前記重合は懸濁重合として行われ、ここでは、重合
体マトリックスと重合されるべき単量体とが、懸濁安定
剤を含む水溶液である適当な懸濁媒体中で懸濁される。
The copolymer beads preferably form cross-linked free radicals containing a matrix (hereinafter, referred to as a free-radical matrix), and the cross-linked free radicals are mixed with a monomer material containing at least one kind of monomer and a core material. Prepared by contacting under conditions such that the free radicals catalyze the polymerization of the monomer to form a copolymer bead having a / shell structure. The polymerization is carried out as a suspension polymerization, wherein the polymer matrix and the monomers to be polymerized are suspended in a suitable suspension medium, which is an aqueous solution containing a suspension stabilizer.

遊離基マトリックスの調製は、所定の方法によって行
なわれうる。有利には、前記遊離基マトリックスは、後
述するような、現場、一段又は二段タイプのものであ
る。この「現場」タイプの遊離基マトリックスは、好ま
しくは、前記単量体の重合体への転換が少なくとも20
%、好ましくは少なくとも50%、より好ましくは50%〜
80%になるまで、モノ及びポリエチレン系不飽和付加重
合性単量体を含む単量体混合物を懸濁重合することによ
って生成される。前記「一段」遊離基マトリックスは、
好ましくは、連続相中に複数のシード粒子を懸濁し、前
記シード粒子を遊離基開始剤で膨潤させて調製する。前
記「二段」の遊離基マトリックスは、好ましくは、連続
相中に複数のシード粒子を懸濁し、前記シード粒子を、
モノ及びポリエチレン系不飽和単量体と遊離基開始剤と
からなる初期単量体仕込原料で膨潤させ、重合体への転
換が少なくとも20%、好ましくは40%〜90%、より好ま
しくは約45%〜約95%になるまで前記シード粒子内で単
量体を重合させることにより調製される。
Preparation of the free radical matrix can be performed by a predetermined method. Advantageously, said free-radical matrix is of the in-situ, one-stage or two-stage type, as described below. This “in situ” type free radical matrix preferably has a conversion of the monomer to polymer of at least 20%.
%, Preferably at least 50%, more preferably 50% to
It is produced by suspension polymerization of a monomer mixture containing mono- and polyethylene-based unsaturated addition polymerizable monomers to 80%. The "single stage" free radical matrix comprises:
Preferably, it is prepared by suspending a plurality of seed particles in a continuous phase and swelling the seed particles with a free radical initiator. The "two-stage" free-radical matrix preferably suspends a plurality of seed particles in a continuous phase, and comprises:
Swelling with an initial monomer charge consisting of mono- and polyethylene-based unsaturated monomers and a free radical initiator, the conversion to polymer is at least 20%, preferably 40% to 90%, more preferably about 45%. % To about 95% by polymerizing the monomers in the seed particles.

「現場」型遊離基マトリックスは、好ましくは、架橋
マトリックスを形成するために、モノエチレン系不飽和
単量体とポリエチレン系不飽和単量体との懸濁重合によ
り調製される。使用されるポリエチレン系不飽和単量体
の量は、シード粒子が単量体原料中で溶解しないように
十分に架橋されるように選ばれるが、シードが単量体原
料中の単量体を吸収することが不可能である量以下に選
ばれる。一般に、前記シード粒子は、架橋単量体の約0.
05〜約12.5重量パーセントを用いて調製される。重合
は、多数の架橋重合体粒子が調製されるような条件下で
遊離基開始剤を用いて行われる。重合は、単量体が重合
体に少なくとも20%、好ましくは少くとも50%、より好
ましくは約50%〜約80%にまで転換されるまで、続けら
れる。本発明の方法によれば、架橋重合体粒子は、その
中に所定量の未反応単量体と多数の遊離基を含むように
調製される。
"In-situ" free radical matrices are preferably prepared by suspension polymerization of monoethylenically unsaturated monomers and polyethylene-based unsaturated monomers to form a crosslinked matrix. The amount of the polyethylene-based unsaturated monomer used is selected so that the seed particles are sufficiently crosslinked so as not to dissolve in the monomer raw material. It is selected below the amount that cannot be absorbed. Generally, the seed particles comprise about 0.2 of the cross-linking monomer.
Prepared using from about 05 to about 12.5 weight percent. The polymerization is performed using a free radical initiator under conditions such that a large number of crosslinked polymer particles are prepared. The polymerization is continued until the monomer has been converted to at least 20%, preferably at least 50%, more preferably from about 50% to about 80% of the polymer. According to the method of the present invention, crosslinked polymer particles are prepared so as to include a predetermined amount of unreacted monomer and a large number of free radicals therein.

「一段」の遊離基マトリックスを調製する際、連続相
中に重合体シード粒子からなる懸濁物が生成される。前
記シード粒子は、好ましくは、架橋付加重合体からなる
が、フェノール/ホルムアルデヒド重合体のような架橋
縮合重合体からなってもよい。前記シード粒子はプロセ
スの後の段階で使用されるあるタイプの、かつある量の
単量体内で溶解されない量において架橋されるが、シー
ド粒子が遊離基開始剤と単量体とを吸収することを不可
能にさせる量以下において架橋される。一般に、前記シ
ード粒子は、約0.05〜12.5重量パーセント、好ましくは
約0.2〜2.0重量パーセントの架橋単量体を用いて調製さ
れる。連続相内で本質的に不溶性であり、かつシード粒
子によって吸収される遊離基開始剤が、架橋シード粒子
を含む懸濁液に添加される。遊離基マトリックスがこの
方法で形成される場合、前記遊離基開始剤を吸収したシ
ード粒子は「遊離基マトリックス」を含む。
In preparing the "single stage" free radical matrix, a suspension of polymer seed particles is formed in the continuous phase. The seed particles preferably comprise a crosslinked addition polymer, but may also comprise a crosslinked condensation polymer such as a phenol / formaldehyde polymer. The seed particles are cross-linked in an amount that does not dissolve in certain types and in certain amounts of monomers used in later stages of the process, but the seed particles absorb free radical initiator and monomer. Is crosslinked below the amount that renders it impossible. Generally, the seed particles are prepared using about 0.05 to 12.5 weight percent, preferably about 0.2 to 2.0 weight percent, of a cross-linking monomer. A free radical initiator that is essentially insoluble in the continuous phase and is absorbed by the seed particles is added to the suspension containing the cross-linked seed particles. When a free radical matrix is formed in this manner, the seed particles that have absorbed the free radical initiator include a "free radical matrix".

また、「二段」遊離基マトリックスは、好ましくは、
適当な懸濁媒体中で多数の重合体シード粒子を懸濁さ
せ、初期単量体仕込原料を含む遊離基を前記粒子に吸収
させ、重合体への転換が少くとも約20〜95%、好ましく
は少くとも40%になるまで初期単量体仕込原料の単量体
を重合させることによって調製される。この二段遊離基
マトリックスは2つの網状組織からなる。このプロセス
においては、シードは、好ましくは付加重合体であるけ
れども、フェノール/ホルムアルデヒド重合体のような
縮合重合体であってもよい。前記シード重合体は、前記
シード粒子が初期単量体仕込原料に使用されるあるタイ
プでかつある量の単量体に溶解しないことを条件とし
て、架橋されていても、架橋されていなくてもよい。前
記広い制限内で、シード粒子内の架橋量は、シードが初
期単量体仕込原料内で所望量の単量体を吸収できるよう
に選択される。一般に、架橋の増加量がシード粒子によ
り吸収されうる初期単量体仕込原料の量を減少させる。
有利には、シード粒子は約10重量パーセント未満の、好
ましくは約0.1〜1.0重量パーセントの架橋性単量体を使
用して調製される。
Also, the "two-stage" free radical matrix is preferably
A number of polymer seed particles are suspended in a suitable suspending medium, and the free radicals, including the initial monomer charge, are absorbed by said particles and the conversion to polymer is at least about 20-95%, preferably Is prepared by polymerizing the monomers of the initial monomer charge to at least 40%. This two-stage free radical matrix consists of two networks. In this process, the seed is preferably an addition polymer, but may be a condensation polymer such as a phenol / formaldehyde polymer. The seed polymer may be cross-linked or not cross-linked, provided that the seed particles are not dissolved in a certain type and a certain amount of monomer used for the initial monomer charge. Good. Within said broad limits, the amount of crosslinking in the seed particles is selected so that the seed can absorb the desired amount of monomer in the initial monomer charge. Generally, increasing amounts of cross-linking reduce the amount of initial monomer charge that can be absorbed by the seed particles.
Advantageously, the seed particles are prepared using less than about 10 weight percent, preferably about 0.1 to 1.0 weight percent of crosslinkable monomer.

二段遊離基マトリックスの調製に使用される初期単量
体仕込原料は、重合されるときに、架橋重合体を形成す
るモノ及びポリエチレン系不飽和単量体の両方を含んで
いる。ここで使用される架橋性単量体の量は、官能基付
与されたときに、一般に、ビーズを水に不溶性とするの
に十分であり、かつビーズに物理的に一体性と機械的強
度とを付与するのに十分なものである。一般に、初期単
量体仕込原料は、約0.5〜25重量パーセント、好ましく
は約1〜12重量パーセントの架橋性単量体を含む。更
に、前記初期単量体仕込原料は、好ましくは、約0.005
〜2重量パーセントの遊離基開始剤を含む。
The initial monomer charge used to prepare the two-stage free radical matrix contains both mono- and polyethylene-based unsaturated monomers that when polymerized form a crosslinked polymer. The amount of crosslinkable monomer used herein, when functionalized, is generally sufficient to render the beads insoluble in water, and provide physical integrity and mechanical strength to the beads. Is sufficient. Generally, the initial monomer charge comprises about 0.5 to 25 weight percent, preferably about 1 to 12 weight percent, of crosslinkable monomer. Further, the initial monomer charge is preferably about 0.005.
Contains ~ 2 weight percent free radical initiator.

サイズ外の粒子もしくは「微粒子」の量を減らすため
に、シード粒子と初期単量体仕込原料の相対的割合は、
少なくとも初期単量体仕込原料の75重量パーセント、好
ましくは本質的に初期単量体仕込原料の全部がシード粒
子内に吸収されるように選択される。前記割合は、もち
ろん、シード粒子のサイズ及びシード粒子内の架橋度と
ともに変わる。例えば、比較的小さいサイズのシード粒
子は、一般に、同様な架橋密度の、より大きい粒子よ
り、比例的により少ない単量体を吸収する。同様に、シ
ード粒子内の高架橋密度は単量体を吸収する粒子の容量
を制限する。一般に、シード粒子は、初期単量体仕込原
料の約0.5〜19倍、好ましくは約1.5〜9倍の重量を吸収
する。遊離基マトリックスは、好ましくは、生成共重合
体ビーズの約5重量パーセント、好ましくは約10重量パ
ーセント、最も好ましくは約25重量パーセントから、約
90重量パーセント、好ましくは約70重量パーセント、よ
り好ましくは約50重量パーセントを占める。
To reduce the amount of out-of-size particles or "fines", the relative proportions of seed particles and initial monomer charge are:
At least 75 weight percent of the initial monomer charge, preferably essentially all of the initial monomer charge, is selected to be absorbed within the seed particles. The ratio will, of course, vary with the size of the seed particles and the degree of crosslinking within the seed particles. For example, relatively small sized seed particles generally absorb proportionately less monomer than larger particles of similar crosslink density. Similarly, high crosslink density within the seed particles limits the capacity of the particles to absorb monomer. Generally, the seed particles will absorb about 0.5 to 19 times, preferably about 1.5 to 9 times, the weight of the initial monomer charge. The free radical matrix preferably comprises from about 5 weight percent, preferably about 10 weight percent, and most preferably from about 25 weight percent of the resulting copolymer beads.
It comprises 90 weight percent, preferably about 70 weight percent, more preferably about 50 weight percent.

調製された遊離基マトリックスは、適当な懸濁媒体中
に懸濁される。一段又は二段遊離基マトリックスが使用
される場合、前記マトリックスと次の添加物の調製及び
単量体原料の重合は、好ましくは単一の反応容器内で行
なわれる。一般に、前記懸濁媒体は、遊離基マトリック
スとこれと接触される単量体とがいずれも溶解されない
液体である。前記懸濁媒体は、典型的には、約0.1〜1.5
重量パーセントの懸濁安定剤を含む水溶液であるが、水
溶性の単量体の重合に対しては、有機化合物であってよ
い。適当な懸濁安定剤は、ゼラチン、ポリビニールアル
コール、メタクリル酸ナトリウム、カルボキシルメチル
メチルセルロース及びラウリル硫酸ナトリウム、スルホ
ン化ポリスチレン等の界面活性剤を含む。更に、懸濁液
は、重合防止剤、分散剤、及びエチレン系不飽和単量体
の懸濁重合に有利に用いられることが知られている他の
材料を含む。
The prepared free radical matrix is suspended in a suitable suspending medium. If a one-stage or two-stage free-radical matrix is used, the preparation of said matrix and the following additives and the polymerization of the monomer raw materials are preferably carried out in a single reaction vessel. Generally, the suspending medium is a liquid in which neither the free radical matrix nor the monomers contacted with it are dissolved. The suspension medium is typically between about 0.1 and 1.5.
It is an aqueous solution containing a weight percent of a suspension stabilizer, but may be an organic compound for the polymerization of water-soluble monomers. Suitable suspension stabilizers include surfactants such as gelatin, polyvinyl alcohol, sodium methacrylate, carboxymethyl methylcellulose and sodium lauryl sulfate, and sulfonated polystyrene. In addition, the suspension contains a polymerization inhibitor, a dispersant, and other materials known to be advantageously used in suspension polymerization of ethylenically unsaturated monomers.

遊離基マトリックス内に含まれる遊離基が前記単量体
原料の重合に触媒作用を及ぼす条件下で、懸濁液は少な
くとも1種のエチレン系不飽和単量体からなる単量体原
料と接触される。このプロセスによって調製された共重
合体ビーズは、通常、コア/シェル構造を示す。一般
に、遊離基マトリックスは、主として、このプロセスで
調製された重合体ビーズのコア内にあり、一方単量体原
料から形成された重合体は、一般に、共重合体ビーズの
シェル内にある。しかし、遊離基マトリックスの重合体
と単量体原料から誘導されたものとの間に相互浸透が起
こると考えられる。従って、コアとシェル間の界面はは
っきりしていない。好ましくは、懸濁液は、エチレン系
不飽和単量体が遊離基重合を開始するために十分な温度
まで加熱される。前記単量体の本質的に全部の重合が重
合体マトリックス内に含まれる遊離基によって開始され
る条件下で、単量体原料が加熱された懸濁液に加えられ
る。好ましくは、単量体原料を加えている間のいかなる
ときにも存在する重合体と単量体との合計重量に対する
単量体の重量の割合(瞬間転化率)は少なくとも20%、
より好ましくは少なくとも50%である。
The suspension is contacted with a monomer material comprising at least one ethylenically unsaturated monomer under conditions in which the free radicals contained in the free radical matrix catalyze the polymerization of the monomer material. You. Copolymer beads prepared by this process typically exhibit a core / shell structure. In general, the free radical matrix is primarily in the core of the polymer beads prepared in this process, while the polymer formed from the monomeric sources is generally in the shell of the copolymer beads. However, it is believed that interpenetration occurs between the polymer of the free radical matrix and that derived from the monomer source. Therefore, the interface between the core and the shell is not clear. Preferably, the suspension is heated to a temperature sufficient for the ethylenically unsaturated monomer to initiate free radical polymerization. The monomer feed is added to the heated suspension under conditions where essentially all polymerization of the monomer is initiated by free radicals contained within the polymer matrix. Preferably, the ratio of the weight of the monomer to the total weight of the polymer and the monomer present at any time during the addition of the monomer raw material (instantaneous conversion) is at least 20%,
More preferably at least 50%.

瞬間転化率は、実施者が選択すべき、反応を監視する
特別の手段によって、種々の方法で測定される。反応
は、反応の進行に応じて反応混合物の定期的な赤外スペ
クトルをとり、単量体の炭素−炭素二重結合の重合体へ
の転化を監視する等によって、化学的に監視される。未
反応単量体と重合体との密度の相違も、混合物を監視す
るための根拠となる。例えば、水1g当たり約1.35gのス
チレン単量体を含む反応混合物は、重合前は約0.936g/c
m3の密度を有し、重合後(約96%の転化率で)は約1.04
g/cm3の密度を有する。前記密度の相違は、重量測定方
法、又は好ましくはテキサスニュークリア(Texas Nucl
ear)により販売されているSGシリーズ密度計のような
原子核写真濃度計を使用して監視される。より簡単に
は、瞬間転化率は重合の熱から容易に計算される。
The instantaneous conversion is measured in various ways by the special means of monitoring the reaction, which the practitioner chooses. The reaction is monitored chemically as by taking periodic infrared spectra of the reaction mixture as the reaction progresses and monitoring the conversion of monomeric carbon-carbon double bonds to polymer. Differences in density between unreacted monomer and polymer are also grounds for monitoring the mixture. For example, a reaction mixture containing about 1.35 g of styrene monomer per gram of water has about 0.936 g / c before polymerization.
a density of m 3, after polymerization (at about 96% conversion) is about 1.04
It has a density of g / cm 3 . The difference in density can be determined by a gravimetric method or, preferably, by Texas Nucl.
Monitored using a nuclear photographic densitometer such as the SG series densitometer sold by ear). More simply, the instant conversion is easily calculated from the heat of polymerization.

瞬間転化率は、単量体原料が懸濁液に添加される割合
を調整することによってコントロールされる。前記モノ
マーの原料は、重合過程の間、一定の又は種々の割合で
懸濁液に連続的に又は間欠的に加えられる。単量体原料
の添加割合は、好ましくは、重合反応の間のいかなると
きにも瞬間転化率が少なくとも20%、好ましくは50%で
あるように、設定される。
The instant conversion is controlled by adjusting the rate at which the monomer feed is added to the suspension. The monomer feed is added continuously or intermittently to the suspension at a constant or variable rate during the polymerization process. The proportion of monomer feed added is preferably set such that the instantaneous conversion at any time during the polymerization reaction is at least 20%, preferably 50%.

単量体原料はある比率のポリエチレン系不飽和単量体
を含み、又は完全にモノエチレン系不飽和単量体からな
る。ここで、単量体原料中の単量体は、それに含まれる
架橋単量体の比率において、又は使用される単量体のタ
イプにおいて、あるいはその両方において、時間ととも
に変えることができる。有利には、単量体原料は、平均
して、重合マトリックス中の平均比率の架橋性単量体よ
り大きくない比率の架橋性単量体を含む。より好ましく
は、より低い比率の架橋性単量体が単量体原料中に使用
され、コア中により高い比率の架橋とシェル中により低
い比率の架橋とを有する不均質共重合体ビーズを生成す
る。
The monomer feed contains a proportion of polyethylene unsaturated monomer or consists entirely of monoethylenically unsaturated monomer. Here, the monomers in the monomer material can vary over time in the ratio of cross-linking monomers contained therein, or in the type of monomer used, or both. Advantageously, the monomer feed comprises, on average, a proportion of crosslinkable monomer not greater than the average proportion of crosslinkable monomer in the polymerization matrix. More preferably, a lower proportion of crosslinkable monomer is used in the monomer feed to produce a heterogeneous copolymer bead having a higher proportion of crosslinks in the core and a lower proportion of crosslinks in the shell. .

単量体原料中における単量体の重合を重合体マトリッ
クス中に含まれる遊離基によって本質的に完全に触媒さ
せるためには、単量原料は本質的に開始剤を含んでいな
いのが好ましい。更に、連続相にも本質的に開始剤が存
在しない。連続相内で可溶である1又はそれ以上の遊離
基防止剤が、前記連続相内で遊離基の形成を抑制するた
めに使用されるのが有利である。従って、本発明をいか
なる理論によっても拘束するする積もりは無いけれど
も、遊離基の発生がほとんど遊離基重合体マトリックス
内でのみ起こり、単量体原料中の単量体に遊離基マトリ
ックスの重合構造のまわりに高度にからみ合っている高
分子量鎖を形成させやすいのであると思われる。
In order for the polymerization of the monomer in the monomer feed to be essentially completely catalyzed by the free radicals contained in the polymer matrix, the monomer feed is preferably essentially free of initiator. Furthermore, there is essentially no initiator in the continuous phase. Advantageously, one or more free radical inhibitors which are soluble in the continuous phase are used to suppress the formation of free radicals in said continuous phase. Therefore, although there is no intention to restrict the present invention by any theory, the generation of free radicals occurs almost exclusively in the free radical polymer matrix, and the monomer in the monomer raw material has a polymerized structure of the free radical matrix. It is likely that high molecular weight chains that are highly entangled around are easily formed.

結局、単量体原料は反応混合物に添加され、反応混合
物は、重合反応が本質的に完成するまで、重合温度に維
持される。好ましくは、重合温度は、反応を終了させる
ための重合反応の最終段階の間、約20℃〜約30℃上昇さ
れる。得られる重合体ビーズは、濾過、脱水、乾燥のよ
うな従来の手段によって回収される。
Eventually, the monomer feed is added to the reaction mixture, and the reaction mixture is maintained at the polymerization temperature until the polymerization reaction is essentially complete. Preferably, the polymerization temperature is increased from about 20C to about 30C during the final stage of the polymerization reaction to complete the reaction. The resulting polymer beads are recovered by conventional means such as filtration, dehydration, and drying.

遊離基マトリックスの調製に使用される単量体(即
ち、シード粒子と初期単量体仕込原料の形成に使用され
るもの)と単量体原料は、好ましくは、懸濁重合可能な
エチレン系不飽和単量体である。懸濁重合可能な単量体
は、この技術分野で公知であり、ニューヨークのInters
cience社(株)により1956年に発行され、Calvin E.Sch
ildknechtにより編集された“Polymer Processes"のIII
章、第69頁から第109頁において、E.Trommsdoff及びC.
E.Schildknechtによる“Polymerization in Suspensio
n"で論及されている。Schildknechtの第78頁から第81頁
のテーブルIIにおいて、本発明の実施に使用されうるさ
まざまな種類の単量体がリストされている。そのような
懸濁重合可能な単量体のうち、ここで特に興味のあるも
のは、スチレン、ビニルナフタレン、アルキル置換スチ
レン(特に、ビニルトルエンやエチルビニルベンゼン等
のモノアルキル置換スチレン)及びブロモスチレンやク
ロロスチレン等のハロゲン置換スチレンなどのモノビニ
リデン芳香族化合物、ジビニルベンゼン、ジビニルナフ
タレン、トリビニルベンゼン、ジビニルジフェニルエー
テル、ジビニルジフェニルスルホン等のポリビニリデン
芳香族化合物、メタクリル酸メチル、アクリル酸エチ
ル、多様なアルキレンジアクリレート及びアルキレンジ
メタクリレート等のα,β−エチレン系不飽和カルボン
酸、特にアクリル酸又はメタクリル酸のエステル、及び
前記単量体の1種又はそれ以上の混合物を含む水不溶性
の単量体である。前記単量体のうち、モノビニリデン芳
香族化合物(特にスチレン又はスチレンとモノアルキル
置換スチレンの混合物)、ポリビニリデン芳香族化合物
(特にジビニルベンゼン)、α,β−エチレン系不飽和
カルボン酸のエステル、特にメタクリル酸メチル又はメ
タクリル酸メチルを含む混合物、特にスチレンとジビニ
ルベンゼン又はスチレン、ジビニルベンゼンとメチルメ
タクリル酸の混合物が、好ましく使用される。
The monomers used to prepare the free radical matrix (ie, those used to form the seed particles and the initial monomer charge) and the monomer materials are preferably an ethylene-based suspension polymerizable polymer. It is a saturated monomer. Suspension polymerizable monomers are known in the art and are available from Inters, New York.
Published by Cience Corporation in 1956, Calvin E. Sch
III of "Polymer Processes" edited by ildknecht
Chapters, pages 69-109, E. Trommsdoff and C.
"Polymerization in Suspensio" by E. Schildknecht
n ". Table II of Schildknecht, pages 78 to 81, lists various types of monomers that can be used in the practice of the invention. Such suspension polymerizations Of the possible monomers, of particular interest are styrene, vinylnaphthalene, alkyl-substituted styrenes (especially monoalkyl-substituted styrenes such as vinyltoluene and ethylvinylbenzene) and halogens such as bromostyrene and chlorostyrene. Monovinylidene aromatic compounds such as substituted styrene, polyvinylidene aromatic compounds such as divinylbenzene, divinylnaphthalene, trivinylbenzene, divinyldiphenylether, divinyldiphenylsulfone, methyl methacrylate, ethyl acrylate, various alkylene diacrylates and alkylene diene Α, β- such as methacrylate A water-insoluble monomer comprising an ester of a thylene-based unsaturated carboxylic acid, especially an ester of acrylic acid or methacrylic acid, and one or more of the above-mentioned monomers. Aromatic compounds (especially styrene or mixtures of styrene and monoalkyl-substituted styrenes), polyvinylidene aromatic compounds (especially divinylbenzene), esters of α, β-ethylenically unsaturated carboxylic acids, especially methyl methacrylate or methyl methacrylate Mixtures, especially mixtures of styrene and divinylbenzene or styrene, divinylbenzene and methyl methacrylic acid, are preferably used.

また、重合可能な単量体のうちここで有用なものは、
液体、一般には水、と溶液を形成する単量体であり、こ
の場合生成される溶液は、1又はそれ以上の液体、一般
には水と混和しない油等に十分に不溶性であり、従って
単量体溶液は、前記他の液体内に分散して小滴を形成す
る。そのような単量体の代表なものは、米国特許第2,98
2,749号に述べられているように油中水滴型懸濁(即
ち、逆懸濁)重合技術を使用して重合されうる水溶性単
量体であり、例えばアクリルアミド、メタクリルアミド
等のエチレン系不飽和カルボキシアミド、不飽和カルボ
ン酸及び無水物のアミノアルキルエステル、エチレン系
不飽和カルボン酸、例えばアクリル酸又はメタクリル酸
等を含む。用いられる単量体のうち好ましいものは、エ
チレン系不飽和カルボキシアミド(特に、アクリルアミ
ド)とエチレン系不飽和カルボン酸(特に、アクリル酸
又はメタクリル酸)である。
Also useful among the polymerizable monomers here are:
A monomer that forms a solution with a liquid, generally water, in which case the resulting solution is sufficiently insoluble in one or more liquids, generally water-immiscible oils, etc. The body solution disperses in the other liquid to form droplets. Representative of such monomers are U.S. Pat.
Water-soluble monomers that can be polymerized using water-in-oil suspension (ie, inverse suspension) polymerization techniques as described in 2,749, and include ethylenically unsaturated monomers such as acrylamide and methacrylamide. Includes carboxamides, aminoalkyl esters of unsaturated carboxylic acids and anhydrides, ethylenically unsaturated carboxylic acids such as acrylic acid or methacrylic acid. Preferred among the monomers used are ethylenically unsaturated carboxamides (especially acrylamide) and ethylenically unsaturated carboxylic acids (especially acrylic acid or methacrylic acid).

前記エチレン系不飽和単量体のほかに、一段及び二段
遊離基マトリックスは、フェノール/フォルムアルデヒ
ド樹脂の如き架橋縮合重合体を含んでいてもよい。一般
に、前記縮合重合体は、遊離基開始剤と初期単量体仕込
原料の単量体、及び単量体原料を吸収できなければなら
ない。
In addition to the ethylenically unsaturated monomers, the one-stage and two-stage free radical matrices may include a crosslinked condensation polymer such as a phenol / formaldehyde resin. In general, the condensation polymer must be able to absorb the free radical initiator, the monomer of the initial monomer charge, and the monomer feed.

単量体原料は遊離基マトリックスを調製するために使
用されるものとは異なった単量体を含んでいてもよい。
例えば、単量体原料は、スチレン、ジビニルベンゼン及
びメチルメタクリル酸を含んでいてよく、遊離基マトリ
ックスは主としてスチレン/ジビニルベンゼン重合体を
含んでいてもよい。遊離基マトリックスが初期単量体仕
込原料を含む触媒をシード粒子に吸収させることによっ
て調製される場合、シード粒子は初期単量体仕込原料と
は異なる単量体を含んでいてよい。同様に、重合体シェ
ルの重合体の組成は、重合過程の間に単量体原料の組成
を変えることによってシェルの内側から外側に向かって
変えることができる。本発明で使用される重合体ビーズ
に含まれる重合体は広く変えることができる。
The monomer feed may include a different monomer than that used to prepare the free radical matrix.
For example, the monomer feed may include styrene, divinylbenzene, and methyl methacrylic acid, and the free radical matrix may include predominantly a styrene / divinylbenzene polymer. If the free radical matrix is prepared by absorbing a catalyst containing the initial monomer charge onto the seed particles, the seed particles may include a different monomer than the initial monomer charge. Similarly, the polymer composition of the polymer shell can be changed from inside to outside of the shell by changing the composition of the monomeric raw materials during the polymerization process. The polymer contained in the polymer beads used in the present invention can vary widely.

抽出可能なシードを有するビーズは、好ましくは重合
体マトリックスと初期単量体仕込原料の調製に使用され
るある量のかつあるタイプの単量体に不溶性である、高
度に架橋した又は架橋していないシード粒子を使用して
調製されるが、活性イオン交換基が結合されると、前記
シード粒子は水溶性となり、水に浸漬されるとビーズか
ら抽出可能である。そのような抽出可能なシードを用い
て調製されたビーズは、全部の又は一部のシートがそこ
から除去されたとき小さな空隙を形成する。
Beads with extractable seeds are preferably highly crosslinked or crosslinked, which are insoluble in the amount and type of monomer used in the preparation of the polymer matrix and initial monomer charge. Prepared using no seed particles, but once the active ion exchange groups are attached, the seed particles become water soluble and can be extracted from the beads when immersed in water. Beads prepared with such extractable seeds form small voids when all or some of the sheets are removed therefrom.

比較的均一なサイズの共重合体ビーズは、本発明によ
れば、均一なサイズのシード粒子を使用して調製され
る。均一なサイズのシード粒子は、シード粒子をふるい
分けすることにより、又は公開欧州特許出願第0005619
号及び第0051210号にり開示されているような均一なサ
イズの重合体粒子を製造するプロセスを用いてシード粒
子を調製することによって調製される。好ましくは、本
発明の共重合体ビーズを調製するために使用されるシー
ド粒子の少なくとも80%は、シード粒子の重量平均粒子
サイズの0.5倍から1.5倍の範囲内にある。
Relatively uniform sized copolymer beads are prepared according to the present invention using uniformly sized seed particles. Uniformly sized seed particles can be obtained by sieving the seed particles or in published European Patent Application 0005619.
No. 0051210 and prepared by preparing the seed particles using a process for producing uniformly sized polymer particles as disclosed in US Pat. Preferably, at least 80% of the seed particles used to prepare the copolymer beads of the present invention are in the range of 0.5 to 1.5 times the weight average particle size of the seed particles.

本発明の共重合体ビーズのサイズは、好ましくは、約
50ミクロン〜約2000ミクロン、より好ましくは約200ミ
クロン〜約1200ミクロンの範囲にある。ビーズのサイズ
のコントロールは、主として使用されるシード粒子のサ
イズと架橋及び単量体原料に使用される単量体の量をコ
ントロールすることにより達成される。シード粒子は、
サイズにおいて、きわめて小さい粒子、すなわち約10ミ
クロンから750ミクロン又はそれ以上の径を有する大き
な粒子までにわたっている。好ましくは、シード粒子の
サイズは、直径約100ミクロンから約750ミクロンまでで
ある。
The size of the copolymer beads of the present invention is preferably about
It ranges from 50 microns to about 2000 microns, more preferably from about 200 microns to about 1200 microns. The control of the size of the beads is mainly achieved by controlling the size of the seed particles used and the amount of the monomer used for crosslinking and the monomer raw material. Seed particles are
In size, they range from very small particles, ie, large particles having a diameter of about 10 microns to 750 microns or more. Preferably, the size of the seed particles is from about 100 microns to about 750 microns in diameter.

重合体ビーズは、モノエチレン系及びポリエチレン系
不飽和単量体の架橋付加重合体を樹脂に転換する、当業
者に周知の技術を使用して陰イオン又は陽イオン交換ビ
ーズに転換される。
The polymer beads are converted to anion or cation exchange beads using techniques well known to those skilled in the art that convert a cross-linked addition polymer of monoethylenic and polyethylene-based unsaturated monomers to a resin.

架橋ポリスチレンビーズのようなポリ(ビニル芳香
族)共重合体から弱塩基樹脂を調製する際、ビーズは、
好ましくは、ハロアルキル化、ハロメチル化、より好ま
しくはクロロメチル化され、そしてハロアルキル化され
た共重合体にその後に結合された活性イオン交換基であ
る。架橋付加共重合体をハロアルキル化するための方法
及びその方法に使用されるハロアルキル化剤はこの技術
分野において良く知られている。次に、参考文献を示
す。米国特許第2,642,417号、第2,960,480号、第2,597,
492号、第2,597,493号、第3,311,602号、第2,616,817号
及びニューヨークのマグローヒル社により1962年に発行
されたF.Helferichによる「イオン交換」等である。代
表的には、ハロアルカリ化反応は、架橋付加共重合体
を、ハロアルキル化剤、好ましくはブロモメチルメチル
エーテル、クロロメチルメチルエーテル又はホルムアル
デヒドと塩酸の混合物、より好ましくはクロロメチルメ
チルエーテルで膨潤させ、塩化亜鉛、塩化鉄及び塩化ア
ルミニウムのようなフリーデルークラフツ触媒の存在で
共重合体とハロアルキル化剤を反応させることからな
る。
When preparing a weak base resin from a poly (vinyl aromatic) copolymer such as cross-linked polystyrene beads, the beads are:
Preferably, the active ion exchange group is haloalkylated, halomethylated, more preferably chloromethylated, and subsequently attached to the haloalkylated copolymer. Methods for haloalkylating cross-linked addition copolymers and haloalkylating agents used in the methods are well known in the art. Next, references are shown. U.S. Patent Nos. 2,642,417, 2,960,480, 2,597,
No. 492, No. 2,597,493, No. 3,311,602, No. 2,616,817, and "ion exchange" by F. Helferich issued in 1962 by McGraw-Hill, New York. Typically, the haloalkalization reaction swells the crosslinked addition copolymer with a haloalkylating agent, preferably bromomethyl methyl ether, chloromethyl methyl ether or a mixture of formaldehyde and hydrochloric acid, more preferably chloromethyl methyl ether. Reacting the copolymer with a haloalkylating agent in the presence of a Friedel-Crafts catalyst such as zinc chloride, iron chloride and aluminum chloride.

一般的に、イオン交換ビーズは、ビーズを、ハロアル
キル基のハロゲンと反応させ、反応により活性イオン交
換基を形成する化合物と接触させることにより、ハロア
ルキル化ビーズから調製される。イオン交換樹脂即ち弱
塩基樹脂及び強塩基樹脂を生成する化合物及び調製方法
は、この技術分野及び米国特許第2,632,000号、第2,61
6,877号、第2,642,417号、第2,632,001号、第2,992,544
号で良く知られており、上記F.Helfferichはそれを説明
している。代表的には、弱塩基樹脂はハロアルキル化共
重合体をアンモニア、第1アミン又は第2アミンと接触
させることによって調製される。代表的な第1及び第2
アミンはメチルアミン、エチルアミン、ブチルアミン、
シクロヘキシルアミン、ジメチルアミン、ジエチルアミ
ン等を含む。弱塩基イオン交換樹脂は、アミノ化剤とし
てトリメチルアミン、トリエチルアミン、トリブチルア
ミン、ジメチルイソプロパノールアミン、エチルメチル
プロピルアミン等を使用して調製される。
Generally, ion exchange beads are prepared from haloalkylated beads by reacting the beads with a halogen of a haloalkyl group and contacting with a compound that reacts to form an active ion exchange group. Compounds and methods for preparing ion exchange resins, ie, weak base resins and strong base resins, are described in the art and in U.S. Pat. Nos. 2,632,000, 2,61
No. 6,877, No. 2,642,417, No. 2,632,001, No. 2,992,544
And F. Helfferich described above. Typically, a weak base resin is prepared by contacting a haloalkylated copolymer with ammonia, a primary amine or a secondary amine. Representative first and second
The amines are methylamine, ethylamine, butylamine,
Includes cyclohexylamine, dimethylamine, diethylamine and the like. The weak base ion exchange resin is prepared using trimethylamine, triethylamine, tributylamine, dimethylisopropanolamine, ethylmethylpropylamine and the like as an aminating agent.

一般に、アミノ化は、ハロアルキル化共重合体ビーズ
と、少なくとも化学量論的量のアミノ化剤(すなわちア
ンモニア又はアミンの混合物)とを、還流で、アミノ化
剤の単量体の芳香族核に対してα位でカーボン原子に結
合しているハロゲン原子と反応させるのに十分な温度ま
で、加熱することを含む。水、エタノール、メタノー
ル、塩化メチレン、エチレンジクロライド、ジメタオキ
シメチレン又はそれらの組合せの如き膨潤剤が、任意に
かつ好ましく使用される。従来、アミノ化は、陰イオン
交換基がビーズ全体にわたって均一に分散されるような
条件で行なわれる。そのような完全なアミノ化は、約25
℃から約150℃の反応温度で約2時間から約24時間で達
成される。
Generally, the amination involves combining the haloalkylated copolymer beads and at least a stoichiometric amount of the aminating agent (ie, a mixture of ammonia or amine) with the aromatic nucleus of the aminating monomer at reflux. Heating to a temperature sufficient to react with a halogen atom bonded to the carbon atom at the α-position. A swelling agent such as water, ethanol, methanol, methylene chloride, ethylene dichloride, dimethoxymethylene or a combination thereof is optionally and preferably used. Conventionally, amination is performed under conditions such that the anion exchange groups are uniformly dispersed throughout the beads. Such a complete amination takes about 25
It is achieved at a reaction temperature of from about 2 to about 24 hours at a reaction temperature of from about 150C to about 150C.

ポリ(ビニル芳香族)ビーズ以外の共重合体ビーズを
陰イオン交換樹脂に転換する方法は、上記Helfferichの
第48頁から第58頁に説明されている。更に、ホスホニウ
ムのような他のタイプの陰イオン交換基を共重合体ビー
ズに結合させる方法がその中に述べられている。
Methods for converting copolymer beads other than poly (vinyl aromatic) beads to anion exchange resins are described in Helfferich, pp. 48-58, supra. Further, methods of attaching other types of anion exchange groups, such as phosphonium, to the copolymer beads are described therein.

陽イオン交換樹脂ビーズは、モノ及びポリエチレン系
不飽和単量体の架橋添加共重合体を陽イオン交換樹脂に
転換するための当業者周知の技術を用いて調製される。
陽イオン交換樹脂を調製する方法は、米国特許第3,266,
007号、第2,500,149号、第2,631,127号、第2,664,801
号、および第2,764,566号及びF.Helfferichに説明され
ている。一般に、有用な陽イオン交換樹脂は、ここでは
共重合体ビーズをスルホン化することによって調製され
る強酸樹脂である。スルホン化は直接的に行なうことが
できるけれども、一般にビーズは適当な膨潤剤を使用し
て膨潤され、そして膨潤したビーズが硫酸又はクロロ硫
酸又は三酸化イオウ等のスルホン化剤と反応される。好
ましくは、過剰の量のスルホン化剤、例えば、共重合体
ビーズの重量の約2倍から約7倍のスルホン化剤が使用
される。スルホン化は約0℃から約150℃の温度で行な
われる。
Cation exchange resin beads are prepared using techniques well known to those skilled in the art for converting cross-linked copolymers of mono- and polyethylene-based unsaturated monomers into cation exchange resins.
Methods for preparing cation exchange resins are described in U.S. Pat.
007, 2,500,149, 2,631,127, 2,664,801
No. 2,764,566 and F. Helfferich. In general, useful cation exchange resins are strong acid resins prepared herein by sulfonating copolymer beads. Although sulfonation can be performed directly, generally the beads are swelled using a suitable swelling agent and the swollen beads are reacted with a sulfonating agent such as sulfuric acid or chlorosulfuric acid or sulfur trioxide. Preferably, an excess amount of sulfonating agent is used, for example, about 2 to about 7 times the weight of the copolymer beads. The sulfonation is performed at a temperature from about 0 ° C to about 150 ° C.

以下、本発明を従来技術と対比して述べる。第1図
は、各種イオン交換樹脂からなる各種高分子吸着剤の走
査型電子顕微鏡写真の一例を示したものであり、これに
よれば、(a)の従来ゲル型汎用品(未使用新品)の表
面状態は極めて平滑な状態を呈しているのが判る。これ
を長期間純水製造装置にて使用したのち、使用済として
廃棄処分したものを観察した結果が(b)の写真であ
る。これまでの、発明者等の各種研究成果によると、純
水中に微量で含まれる金属酸化物の懸濁物質(コロイド
物質)の高分子吸着剤による除去効率は、吸着剤が新し
いうちは低く、経年的使用に伴って上昇する傾向を示す
ことが判っている。その原因の一つに、高分子吸着剤の
経年使用によって、吸着剤がコロイド物質を吸着しやす
く変質し、コロイド物質が吸着剤の表面を介して内部に
取り込まれ易い状態に変化することがあげられる。この
現象は、一般に、高分子吸着剤の酸化不可逆膨潤による
吸着剤基質の変化として説明される。その結果、写真
(a)のような平滑な表面は(b)のように亀甲状そし
て/又は鱗状に変質し、且、溝状にも変化している様子
が判る。次に、(c)は、ポーラス(多孔質)型汎用品
(未使用新品)の表面状態を示すが、多孔性の表面状態
がよく判る。この種の吸着剤の、コロイド物質除去効率
は、使用開始直後は高い性能を示すものの、比較的短時
間に、コロイド物質が孔に侵入し、孔が閉塞するため除
去効率は急速に低下する。これらに対して、(d)は、
本発明による新しい高分子吸着剤(未使用新品)の表面
状態であり、従来のゲル型及びポーラス型の未使用新品
と明らかに異なった表面状態を呈しており、むしろ
(b)の状態に類似した様子を呈している。即ち、本発
明品は、初期の段階から、コロイド物質の吸着除去に優
れた能力を発揮する構造を持った高分子吸着剤であるこ
とが判る。
Hereinafter, the present invention will be described in comparison with the related art. FIG. 1 shows an example of a scanning electron micrograph of various polymer adsorbents composed of various ion exchange resins. According to FIG. 1, (a) a conventional gel type general-purpose product (unused new product) It can be seen that the surface state is extremely smooth. (B) shows the result of observing what was used for a long period of time in a pure water production apparatus and then discarded as used. According to various research results of the present inventors, the removal efficiency of suspended substances (colloidal substances) of metal oxides contained in trace amounts in pure water with a polymer adsorbent is low when the adsorbent is new. It has been found that it tends to increase with aging. One of the causes is that with the aging of the polymer adsorbent, the adsorbent is likely to adsorb the colloidal substance and deteriorates, and the colloidal substance changes to a state where it is easily taken in through the surface of the adsorbent. Can be This phenomenon is generally described as a change in the adsorbent substrate due to irreversible swelling of the polymer adsorbent by oxidation. As a result, it can be seen that the smooth surface as shown in the photograph (a) is transformed into a turtle-like and / or scale-like form as shown in (b), and is also transformed into a groove-like form. Next, (c) shows the surface condition of a porous (porous) type general-purpose product (new unused product). Although the colloidal substance removal efficiency of this type of adsorbent shows high performance immediately after the start of use, the colloidal substance penetrates into the pores in a relatively short time, and the pores are closed, so that the removal efficiency drops rapidly. On the other hand, (d)
The surface condition of the new polymer adsorbent (unused new product) according to the present invention, which is clearly different from the conventional gel-type and porous-type unused new products, and is rather similar to the condition of (b). It has a state of having done. That is, it can be understood that the product of the present invention is a polymer adsorbent having a structure that exhibits excellent ability to adsorb and remove colloidal substances from an early stage.

第2図は、各種の高分子吸着剤の架橋度をパラメータ
として、被処理水中に含まれる金属酸化物の除去効率を
調査した結果の一例を示したものである。第2図におい
て、横軸は吸着剤の架橋度を示し、縦軸は処理水中に除
去されずに通過して出てきた金属酸化物の濃度(この場
合は、鉄酸化物濃度)を示す。これまでの、発明者等の
各種研究成果によると、純水中の金属酸化物を高分子吸
着剤によって除去する能力は、吸着剤の架橋度に依存
し、架橋度が低くなるにつれて除去能力が向上するとい
う現象を見いだした。さらに、本発明の結果、同等の架
橋度を持った高分子吸着剤であっても、その表面状態及
び/又は表層などの構造の違いによって、金属酸化物の
除去能力に著しい差が生ずることが判明した。第2図
は、本発明品の金属酸化物除去能力が、従来のゲル型汎
用品に比べて著しく優れていることを示している。
FIG. 2 shows an example of the result of investigation on the removal efficiency of metal oxides contained in the water to be treated, using the degree of crosslinking of various polymer adsorbents as a parameter. In FIG. 2, the horizontal axis represents the degree of crosslinking of the adsorbent, and the vertical axis represents the concentration of the metal oxide (in this case, the concentration of iron oxide) that has passed through the treated water without being removed. According to the results of various studies by the inventors, the ability of the polymer adsorbent to remove metal oxides in pure water depends on the degree of cross-linking of the adsorbent. I found a phenomenon of improvement. Furthermore, as a result of the present invention, even with a polymer adsorbent having the same degree of cross-linking, a significant difference may occur in the ability to remove metal oxides due to differences in the surface state and / or structure such as the surface layer. found. FIG. 2 shows that the metal oxide removal ability of the product of the present invention is remarkably superior to that of a conventional gel-type general-purpose product.

第3図は、高分子吸着剤の表面状態を数量的に把握す
る手段の一つとして、クリプトンの気体吸着剤から測定
される有効比表面積(通称BET法による比表面積測定)
と金属酸化物除去効率の関係を調査した結果を示したも
のであり、第2図の結果に比表面積測定結果を加味し
て、従来のゲル型汎用品の比表面積と金属酸化物除去効
率を1に規格化して相対値比較したものである。第2図
と同様、この図からも、本発明品は、金属酸化物に対す
る優れた除去能力を有していることが判る。
Fig. 3 shows the effective specific surface area measured from a krypton gas adsorbent (measurement of specific surface area by BET method) as one of means to quantitatively grasp the surface state of polymer adsorbent.
Fig. 2 shows the results of an investigation of the relationship between the specific surface area and the metal oxide removal efficiency. It is normalized to 1 and the relative value is compared. As in FIG. 2, it can be seen from this figure that the product of the present invention has an excellent ability to remove metal oxides.

コア/シェル構造のビーズの調製に使用される架橋
剤、例えば、DVBの量は、ビーズを調製するために使用
される技術によって構造半径の関数として変わるから、
この事実を反映する架橋を表わす方法が採用される。官
能基付与されていない共重合体ビーズに対して、実施例
2に説明するようにトルエン膨潤テストは「有効な」架
橋密度を決定するために有用である。官能基付与された
樹脂に対して「Apparent Relative Crosslink Percenta
ge」として実施例2及び4で言及されているものを決定
するために水分吸収テストを採用することが妥当であ
る。
Since the amount of cross-linking agent, e.g., DVB, used in the preparation of the core / shell structured beads varies as a function of the structure radius depending on the technique used to prepare the beads,
A method representing cross-linking that reflects this fact is employed. For unfunctionalized copolymer beads, the toluene swell test is useful for determining the "effective" crosslink density as described in Example 2. For the resin with the functional group, "Apparent Relative Crosslink Percenta
It is reasonable to employ a moisture absorption test to determine what is referred to in Examples 2 and 4 as "ge".

この値は、官能基付与された樹脂の水分吸収容量を、
同一機能と同一能力を有し、同一共重合体から作られた
標準のゲル型樹脂の予じめ定められた水分吸収容量と比
較することによって誘導される。
This value is the water absorption capacity of the functionalized resin,
It is derived by comparing to a predetermined moisture absorption capacity of a standard gel-type resin having the same function and the same ability and made from the same copolymer.

「Apparent Relative Crosslink」を実務的な日常作
業で決定できるような標準を得るために、一連の標準の
ゲル型の、例えば公知のDVB含有量、例えば4,6,8,10,12
%等を有する、スチレン−DVB樹脂が調製される。これ
らの樹脂には所望の官能基が付与され、各レベルのDVB
含有量の樹脂により、各官能基に対して種々の容量、例
えば3.0,3.5,4.0,4.5,5.0meq/gにおいて、吸収された水
分の量のグラフが実験結果からプロットされる。
In order to obtain a standard by which the `` Apparent Relative Crosslink '' can be determined in practical daily work, a series of standard gel forms, e.g., known DVB contents, e.g. 4,6,8,10,12
% Styrene-DVB resin is prepared. These resins are provided with the desired functional groups, and each level of DVB
Depending on the resin content, a graph of the amount of water absorbed at various capacities for each functional group, eg, 3.0, 3.5, 4.0, 4.5, 5.0 meq / g, is plotted from the experimental results.

次に、同一レベルのイオン交換容量と同一機能を有す
るシェル/コア樹脂の、吸収された水の重量%で正常に
記録された、測定された水分吸収容量を比較することに
より、コア/シェルイオン交換樹脂と同一レベルの水分
吸収を示す標準のゲル型樹脂中のDVB架橋剤の量を知る
ことができる。「Apparent Relative Crosslink Percen
tage(見かけ上の相対架橋度)」は、比較可能な標準樹
脂に存在するDVB架橋剤の重量パーセントとして報告さ
れる。
The core / shell ion was then compared by comparing the measured water absorption capacity of the shell / core resin having the same function with the same level of ion exchange capacity, which was normally recorded in% by weight of water absorbed. It is possible to know the amount of the DVB cross-linking agent in the standard gel-type resin showing the same level of water absorption as the exchange resin. "Apparent Relative Crosslink Percen
"tage (apparent relative degree of cross-linking)" is reported as the weight percent of DVB cross-linking agent present in a comparable standard resin.

本発明においては、成分1及び成分2樹脂は、8%以
下、好ましくは約7%又はそれ以下、より好ましくは約
6%又はそれ以下で、3%以上、好ましくは約4%又は
それ以上、最も好ましくは約5%又はそれ以上の「Appa
rent Relative Crosslink Percentages」を有する。
In the present invention, Component 1 and Component 2 resins comprise no more than 8%, preferably about 7% or less, more preferably about 6% or less, 3% or more, preferably about 4% or more, Most preferably, about 5% or more of "Appa
rent Relative Crosslink Percentages. "

BWRプラントにおける本発明のプロセスに必要な操作
に関して、イオン除去の目的に現在使用されているイオ
ン交換器をここに述べた混床イオン交換器と代えた以外
は何ら大きな変更はない。
There is no significant change in the operation required for the process of the present invention in a BWR plant, except that the ion exchanger currently used for ion removal purposes is replaced by the mixed bed ion exchanger described herein.

「ブレークスルー(貫流・brcakthrough)」が起こる
とき、混床交換器は、通常、ベッド(床)の逆洗と撹拌
によって何回も再活性化できる。しかしながら、捕捉さ
れた鉄イオン及び粒子の低レベルの放射能のために、ベ
ッドは、通常、イオン交換器として使用される意味では
強酸又は強塩基にさらすことでは再生されない。代わり
に、捕捉された放射性物質とともに樹脂は、通常、固め
られ、集められ、原子力発電炉からの他の低レベル廃棄
物の形で処理される。
When "breakthrough" occurs, the mixed bed exchanger can be reactivated many times, usually by backwashing and stirring the bed. However, due to the low levels of radioactivity of the trapped iron ions and particles, the beds are not usually regenerated by exposure to strong acids or bases in the sense of being used as ion exchangers. Instead, the resin along with the captured radioactive material is typically consolidated, collected, and processed in the form of other low-level waste from nuclear power reactors.

ブレークスルーが起こるときを検出するため、そして
ベッドを再活性化するため又は使用済みの樹脂を集め処
理するための所定の工程がとられたときに、ベッドから
の廃液は低レベルシンチレーション検出装置及び鉄分析
技術等の標準手段によって監視される。
When predetermined steps are taken to detect when breakthrough occurs and to re-activate the bed or collect and treat spent resin, the waste from the bed will have a low level scintillation detector and Monitored by standard means such as iron analysis techniques.

樹脂の非常にすぐれた強度及び耐圧潰性ゆえに、樹脂
からの「微生物」の発生が最小に押さえられ、さらにこ
れが樹脂床の性能及び寿命を高める。
Due to the excellent strength and crush resistance of the resin, the generation of "microbes" from the resin is minimized, which further enhances the performance and life of the resin bed.

樹脂粒子の出荷及び取り扱いの際発生した「微生物」
を除去するために、樹脂をふるい分けする標準化作業
は、もちろん、混床イオン交換器の性能を最大にするた
めに最初に装填するときに使用される。
"Microorganisms" generated during shipping and handling of resin particles
A standardization operation of sieving the resin to remove ash is, of course, used during the initial charge to maximize the performance of the mixed bed ion exchanger.

〔実施例〕〔Example〕

以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本
発明はこれにのみ限定されるものではない。
Hereinafter, the present invention will be described specifically with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto.

実施例1 本発明の効果を確認するために、混床式カラム試験を
実施した。
Example 1 In order to confirm the effects of the present invention, a mixed bed column test was performed.

混床式カラム試験 1)試験条件 第4図の試験装置を使用し、以下の試験条件により試
験を行った。
Mixed-bed column test 1) Test conditions A test was performed using the test apparatus shown in FIG. 4 under the following test conditions.

高分子吸着剤(イオン交換樹脂)の仕様:汎用強酸
性ゲル型陽イオン交換樹脂(H型)の架橋度(XL%)6
%及び8%のものと汎用強塩基性陰イオン交換樹脂(OH
型)の標準品のものの組み合わせ、汎用強酸性ゲル型陽
イオン交換樹脂のXL=8%と汎用強塩基性ゲル型陰イオ
ン交換樹脂の標準品のものの組み合わせで、純水製造装
置にて長年使用したのち廃棄処分としたもので、その時
点における含水率の測定結果から、その陽イオン交換樹
脂の架橋度をXL=7%と推算したもの、更に、汎用強酸
性ポーラス型陽イオン交換樹脂のXL=8%と汎用強塩基
性ポーラス型陰イオン交換樹脂の標準品のものの組み合
わせ、及び、本発明品である、新型強酸性陽イオン交換
樹脂のXL=6%、8%、10%の各カチオン樹脂に新型強
塩基性陰イオン交換樹脂を組み合わせて混床状態で使用
して試験した。
Specifications of polymer adsorbent (ion exchange resin): Degree of crosslinking (XL%) of general-purpose strong acidic gel type cation exchange resin (H type) 6
% And 8% and general-purpose strong basic anion exchange resin (OH
Combination of standard type of standard type), XL = 8% of general-purpose strong acidic gel type cation exchange resin and standard type of general-purpose strong basic gel type anion exchange resin, used in pure water production equipment for many years The cation exchange resin was estimated to be XL = 7% based on the measured moisture content at that time, and the XL of the general strong acid porous cation exchange resin = 8% and the combination of standard products of general-purpose strong basic porous type anion exchange resin, and XL of 6%, 8% and 10% of the new strongly acidic cation exchange resin of the present invention The resin was combined with a new strong basic anion exchange resin and tested in a mixed bed state.

使用樹脂量:陽イオン交換樹脂/陰イオン交換樹脂
容積比=1.66/1.0で層高90cm相当分(約21)を混合して
カラムに充填した。そして、金属酸化物として鉄酸化物
が微量懸濁した(約17.5ppb as Fe)純水を通水した。
Amount of resin used: A cation exchange resin / anion exchange resin volume ratio = 1.66 / 1.0, and a layer height equivalent to 90 cm (about 21) was mixed and packed into a column. Then, pure water in which a trace amount of iron oxide as a metal oxide was suspended (about 17.5 ppb as Fe) was passed.

通水線流速:LV=108m/hr 通水期間:1サイクル約16日間で3サイクル 2)試験結果 第5図に試験結果の一例を示す。第5図において、横
軸は通水日数を示し、縦軸はカラム入口及び出口の金属
酸化物濃度(鉄酸化物濃度:ppb as Fe)を示す。
Water flow velocity: LV = 108 m / hr Water flow period: 3 cycles of about 16 days per cycle 2) Test results Fig. 5 shows an example of test results. In FIG. 5, the horizontal axis indicates the number of days of water passage, and the vertical axis indicates the metal oxide concentration (iron oxide concentration: ppb as Fe) at the inlet and outlet of the column.

本結果から、陽イオン交換樹脂の架橋度を同一指標に
して比較すると、本発明品は、汎用ゲル型品やその使用
済み品及び汎用ポーラス型のイオン交換樹脂よりも懸濁
物質である鉄酸化物の除去効率が優れており、更に、強
酸性陽イオン交換樹脂の架橋度が低くなる程、鉄酸化物
の除去効率が良くなり、特に、XL=6%の本発明品が優
れた除去性能を示すことが証明された。尚、本発明者等
のこれまでの各種研究成果によると、陽イオン交換樹脂
の架橋度をあまり小さくすると、樹脂の基体の破砕強度
が低下し、また、総交換容量も小さくなって、実用上取
り扱いが困難となることが判っている。そして、架橋度
の実用的な下限値は3%である。
From the above results, when the degree of crosslinking of the cation exchange resin is compared using the same index, the product of the present invention shows that iron oxide, which is a suspended substance, is less than a general-purpose gel type product and its used product and a general-purpose porous ion exchange resin. The removal efficiency of iron oxides is better, and the lower the degree of cross-linking of the strongly acidic cation exchange resin, the better the removal efficiency of iron oxides. It was proved to show. According to the various research results of the present inventors, if the degree of crosslinking of the cation exchange resin is too small, the crushing strength of the resin base is reduced, and the total exchange capacity is also reduced. It has proven to be difficult to handle. The practical lower limit of the degree of crosslinking is 3%.

尚、本試験結果について、横軸に陽イオン交換樹脂、
即ち、高分子吸着剤の架橋度(XL%)をとり、縦軸に処
理水中金属酸化物濃度をとって、データ処理して得られ
たものが、第2図である。
In addition, about this test result, a cation exchange resin is plotted on the horizontal axis.
That is, FIG. 2 shows the results obtained by taking the degree of crosslinking (XL%) of the polymer adsorbent, taking the concentration of metal oxide in the treated water on the vertical axis, and performing data processing.

以下の例において、特に指定がない限り、全ての
「部」及び「パーセント」は重量部及び重量パーセント
である。
In the following examples, all "parts" and "percents" are by weight unless otherwise indicated.

実施例2 撹拌器を有する3リットルのステンレススチール製の
反応器に、粒子サイズが150〜300ミクロンである0.3%
架橋スチレン/ジビニルベンゼン共重合体シードを35重
量部と、シード粒子を懸濁するため充分な量の水を入れ
る。さらに、撹拌しながら1.9部のジビニルベンゼン(D
VB)、63部のスチレン(使用される全単量体の総量に対
して)0.036部のt−ブチルパーオクトエート(TBP
O)、(使用される全単量体の総量に対して)0.025部の
t−ブチルパーベンゾエート(TBPB)、0.15部のカルボ
キシメチルメチルセルロール(CMMC)及び0.15部の重ク
ロム酸ナトリウムからなる初期単量体チャージを加え
る。単量体原料を加えた後、有機物相に対して水溶液の
重量割合が1.0になるように水を加える。反応混合物を7
0℃に加熱し、3時間70℃に保持する。その間にスチレ
ンの98.5%とDVBの1.5%が反応開始する。単量体原料
が、最初に単量体のチャージと単量体原料の混合量の7
1.4重量%から成るまで、10時間にわたり反応器に一定
割合で単量体原料を加える。反応混合物をさらに1.5時
間90℃に加熱し、さらに温度を上げ100℃で約1.5時間加
熱する。
Example 2 In a 3 liter stainless steel reactor with stirrer, 0.3% with a particle size of 150-300 microns
35 parts by weight of the crosslinked styrene / divinylbenzene copolymer seed and a sufficient amount of water to suspend the seed particles. Further, with stirring, 1.9 parts of divinylbenzene (D
VB), 63 parts of styrene (based on the total amount of all monomers used) 0.036 parts of t-butyl peroctoate (TBP
O), consisting of (based on the total amount of all monomers used) 0.025 parts of t-butyl perbenzoate (TBPB), 0.15 parts of carboxymethylmethylcellulose (CMMC) and 0.15 parts of sodium dichromate Add initial monomer charge. After adding the monomer raw materials, water is added so that the weight ratio of the aqueous solution to the organic phase becomes 1.0. Add 7 reaction mixture
Heat to 0 ° C. and hold at 70 ° C. for 3 hours. In the meantime, 98.5% of styrene and 1.5% of DVB start to react. The monomer material is initially charged with 7
The monomer feed is added at a constant rate to the reactor over 10 hours until it consists of 1.4% by weight. The reaction mixture is heated to 90 ° C. for an additional 1.5 hours, and the temperature is increased and heated at 100 ° C. for about 1.5 hours.

このようにして得られた共重合体ビーズの一部を乾燥
させ、カラムで20mlを測定する。次にビーズをトルエン
中で膨潤させビーズの体積変化を測定する。体積変化か
ら、有効架橋密度が、John Wiley and Sonsにより1966
年発行のKirk−Othmer化学技術辞典、第2巻の第879
頁、R.M.Wheaton及びA.H.Seamsterによる「イオン交
換」の項に描かれたグラフを使用して決定される。
A part of the copolymer beads thus obtained is dried, and 20 ml is measured using a column. Next, the beads are swollen in toluene and the volume change of the beads is measured. From the volume change, the effective crosslink density was determined by John Wiley and Sons in 1966.
Kirk-Othmer Dictionary of Chemistry and Technology, Vol. 2, No. 879
Determined using the graph depicted in the "Ion Exchange" section on page RMWheaton and AHSeamster.

100gの共重合体ビーズを鉄塩化物の存在下で過剰のク
ロロメチルメチルエーテルと反応させてクロロメチル化
する。クロルメチル化したビーズを、次にトリメチルア
ミンと反応させ、多数の第四アンモニウムイオンを有す
る強塩基陰イオン交換樹脂を生成する。陰イオン交換樹
脂は、原球形パーセント、圧潰強度、樹脂サイズ、耐浸
透圧衝撃性、乾燥樹脂重量当りの容量及び保水能力が試
験される。
100 g of the copolymer beads are chloromethylated by reacting with excess chloromethyl methyl ether in the presence of iron chloride. The chlormethylated beads are then reacted with trimethylamine to produce a strong base anion exchange resin with multiple quaternary ammonium ions. The anion exchange resin is tested for percent spherical, crush strength, resin size, osmotic shock resistance, capacity per dry resin weight and water retention capacity.

本実施例及び以下の実施例における陰イオン交換樹脂
の圧潰強度は、Chatillionスケール、DPP−1KG型を使用
し、約30ビーズの試験により決定される。かかる約30回
のテストの平均値として得られる圧潰強度に関して、個
々のビーズを破砕するのに必要な力をグラム数で記録す
る。
The crushing strength of the anion exchange resin in this and the following examples is determined by testing about 30 beads using a Chatillion scale, type DPP-1KG. The force required to crush the individual beads is recorded in grams for the crush strength obtained as an average of about 30 such tests.

割れ目のない球体である樹脂ビーズのパーセント値
(すなわち、“原完全球形パーセント”)は、ペトリ皿
に少量の樹脂を置き測定する。カメラ付き顕微鏡を、約
200の樹脂ビーズがカメラの視野内に入るように設定す
る。写真撮影する。写真により、全ビーズ数、潰ぶれた
又は割れたビーズ数を数え、球形ビーズのパーセント数
を計算する。
The percentage value of the resin beads, which are unbroken spheres (ie, "percent complete spherical"), is measured by placing a small amount of resin in a Petri dish. A microscope with a camera
Set so that 200 resin beads are within the field of view of the camera. Take a photo. From the photograph, count the total number of beads, the number of crushed or broken beads, and calculate the percentage of spherical beads.

水で膨張した樹脂ビーズのサイズは、スクリーン分析
により決定される。
The size of the resin beads swollen with water is determined by screen analysis.

樹脂ビーズの耐浸透圧衝撃性は、前述した方法により
試験される。ここでは、ビーズを8M HClと8M NaOHとに
交互に10サイクルずつ接触させ、その結果は、上述した
顕微鏡写真を用いたカウント方法により、10サイクルの
試験後に潰ぶれずに残っているビーズのパーセント数と
して得られる。
The osmotic shock resistance of the resin beads is tested by the method described above. Here, the beads were contacted alternately with 8M HCl and 8M NaOH for 10 cycles, and the result was the percentage of beads remaining uncrushed after 10 cycles of testing, using the counting method using micrographs described above. Obtained as a number.

乾燥樹脂重量当りの容量は、塩化物型の樹脂サンプル
を赤外線ランプ下で、一定重量が得られる膨潤度に乾燥
させることにより決定される。乾燥した樹脂を密閉容器
内で室温まで冷却する。乾燥樹脂の約0.5グラムを測
り、適当なフラスコに入れる。そして樹脂を、100mlの
蒸留水、4mlの硫酸及び5gのNa2SO4とともに5分間70〜8
0℃で加熱する。混合物を冷却し、0.1N AgNO3で塩化物
センスィティブ電極を用いて終点を示すまで滴定する。
乾燥樹脂重量当りの容量は、樹脂のmeq/gとして得られ
る。調製された樹脂の物質は以下の通りである。
The capacity per dry resin weight is determined by drying the chloride type resin sample under an infrared lamp to a degree of swelling that gives a constant weight. The dried resin is cooled to room temperature in a closed container. Weigh about 0.5 grams of dry resin and place in a suitable flask. The resin was then mixed with 100 ml of distilled water, 4 ml of sulfuric acid and 5 g of Na 2 SO 4 for 70-8 for 5 minutes.
Heat at 0 ° C. The mixture is cooled and titrated with 0.1N AgNO 3 using a chloride-sensitive electrode until an endpoint is indicated.
Volume per dry resin weight is given as resin meq / g. The prepared resin materials are as follows.

原完全球形パーセント:98 圧潰強度平均値:1470g/ビード 樹脂ビードサイズ:600−1000ミクロン 破壊されないパーセント (10サイクルの浸透圧衝撃テスト):80 乾燥樹脂重量当りの容量:4.28meq/g トルエン膨潤有効架橋密度:4 DVB平均パーセント:1.64 (種(シード)と全単量体原料の総量を基に計算された
共重合体ビーズの調製に用いられるDVBパーセント) 実施例3 実施例2で述べた方法と同様にして共重合体ビーズを
以下のように調製する。
Original perfect spherical percentage: 98 Average crushing strength: 1470 g / bead Resin bead size: 600-1000 microns Percentage not destroyed (10 cycles of osmotic shock test): 80 Capacity per dry resin weight: 4.28 meq / g Toluene swelling effective Crosslink density: 4 DVB average percent: 1.64 (DVB percent used to prepare copolymer beads calculated based on the total amount of seeds and all monomer ingredients) Example 3 Method described in Example 2 A copolymer bead is prepared as follows.

撹拌器を有する密封したステンレススチール製の反応
器に、100部の水と、均一な平均粒子サイズが350〜360
ミクロンである種としてスチレン−DVB(0.3%DVB)共
重合体を入れる。混合物は、機械的に撹拌される。反応
器に、87.1%のスチレン、12.4%の56%DVB溶液、0.18
%のTBPO及び0.14%のTBPBから成る単量体混合物124.7
部を加え、得られた混合物を30℃で1時間、種粒子に単
量体混合物が完全に吸収されるまで撹拌する。
In a sealed stainless steel reactor with a stirrer, 100 parts of water and a uniform average particle size of 350-360
Styrene-DVB (0.3% DVB) copolymer is included as a micron seed. The mixture is agitated mechanically. In a reactor, 87.1% styrene, 12.4% 56% DVB solution, 0.18
% Monomer mixture consisting of 12% TBPO and 0.14% TBPB
And the resulting mixture is stirred at 30 ° C. for 1 hour until the monomer mixture is completely absorbed by the seed particles.

反応器に、97.8%の水、1.7%のゼラチン及び0.5%
(30%活性)のラウリル硫酸ナトリウムから成る懸濁剤
127.8部を加え、さらに空気/単量体混合物の爆発を避
けるために反応器内の圧力を減少させる。反応器内の物
質を78℃に加熱し、該温度を2時間保つ。
In reactor, 97.8% water, 1.7% gelatin and 0.5%
Suspension consisting of (30% active) sodium lauryl sulfate
Add 127.8 parts and reduce the pressure in the reactor to avoid further explosion of the air / monomer mixture. Heat the material in the reactor to 78 ° C. and maintain the temperature for 2 hours.

96.4部のスチレンと2部の(3.6部の56%活性溶液)D
VBからなる第2単量体原料が、240部の第2単量体原料
が加えられるまで、1分間に1部の割合で4時間にわた
って反応器にポンプにより供給される。反応器の内部
は、3時間以上の間、78℃に維持され、それから、110
℃に上げられ、単量体の重合を完了させるため2時間の
間その温度に維持される。
96.4 parts styrene and 2 parts (3.6 parts 56% active solution) D
A second monomer feed comprising VB is pumped into the reactor at a rate of 1 part per minute for 4 hours until 240 parts of the second monomer feed have been added. The interior of the reactor was maintained at 78 ° C. for more than 3 hours, then
C. and maintained at that temperature for 2 hours to complete the polymerization of the monomer.

反応器の内部は40℃以下に冷却され、生成されたビー
ズは懸濁剤を除去するため水で洗浄され、乾燥される。
The interior of the reactor is cooled to below 40 ° C. and the beads formed are washed with water to remove the suspending agent and dried.

実施例3A 実施例2で説明された方法において、実施例3で述べ
られた方法によって調製された共重合体ビーズの一部
が、クロロメチルメチルエーテルとトリメチルアミンに
より官能基化される標準の方法によって、強塩基陰イオ
ン樹脂に転換される。生成された陰イオン交換樹脂ビー
ズは、塩化物型で次の特性を有する。
Example 3A In the method described in Example 2, a portion of the copolymer beads prepared by the method described in Example 3 is functionalized with chloromethyl methyl ether and trimethylamine by a standard method. , Is converted to a strong base anion resin. The resulting anion exchange resin beads are in the chloride form and have the following properties:

圧潰強度平均値:460g/ビード 樹脂ビードサイズ(±10%):550ミクロン 破壊されないパーセント (10サイクルの浸透圧衝撃テスト):95 Apparent Relative Swell Crosslink Percentage:6 乾燥樹脂重量当りの容量:3.9meq/g 実施例3B 実施例3で説明した方法で調製した共重合体ビーズの
一部が、次の方法でガラスが裏張りされた反応器内でス
ルホン化の標準手段によって強酸の陽イオン樹脂に転換
される。
Average crushing strength: 460 g / bead Resin bead size (± 10%): 550 microns Percentage not broken (10 cycles of osmotic shock test): 95 Apparent Relative Swell Crosslink Percentage: 6 Capacity per dry resin weight: 3.9 meq / g Example 3B A portion of the copolymer beads prepared as described in Example 3 was converted to a strong acid cationic resin by standard means of sulfonation in a glass lined reactor in the following manner. Is done.

反応器に、99%の硫酸の464部が加えられ、これに対
して100部の共重合体ビーズが機械的に撹拌しながら徐
々に加えられる。それらは、ビーズが十分に水和される
まで低濃度の硫酸溶液で処理される。樹脂ビーズは2モ
ルのカ性ソーダ溶液内で処理されナトリウム型に転換さ
れ、塩と余分なカ性を除去するため水で洗浄される。
To the reactor is added 464 parts of 99% sulfuric acid, to which 100 parts of copolymer beads are gradually added with mechanical stirring. They are treated with a dilute sulfuric acid solution until the beads are fully hydrated. The resin beads are treated in a 2 molar sodium hydroxide solution, converted to the sodium form, and washed with water to remove salts and excess potassium.

ナトリウム型において、生成された陽イオン交換樹脂
ビーズは、次の特性を有する。
In the sodium form, the resulting cation exchange resin beads have the following properties.

圧潰強度平均値:680g/ビード 樹脂ビードサイズ(±10%):580ミクロン 破壊されないパーセント (10サイクルの浸透圧衝撃テスト):98 Apparent Relative Swell Crosslink Percentage:6 乾燥樹脂重量当りの容量:4.8meq/g 実施例4 実施例3Aの樹脂ビーズは、炭酸ナトリウム溶液で、ま
ず炭酸型にクロマトグラフ的に転換され、次に1モル以
上のカ性ソーダでヒドロキシル型に転換され、それから
繰り返し水で洗浄することにより、約93%のヒドロキシ
ル型に転換される。実施例3Bの樹脂ビーズは、1モル以
上の硫酸で処理され、次に余分な酸及び塩とを除去する
ため水中で繰り返し洗浄されることにより約98%の水素
(酸)型に転換される。
Average crushing strength: 680 g / bead Resin bead size (± 10%): 580 microns Percentage not broken (10 cycles of osmotic shock test): 98 Apparent Relative Swell Crosslink Percentage: 6 Capacity per dry resin weight: 4.8 meq / g Example 4 The resin beads of Example 3A are first converted chromatographically to the carbonated form with a sodium carbonate solution, then converted to the hydroxyl form with 1 mol or more of caustic soda and then repeatedly washed with water. This converts to about 93% of the hydroxyl form. The resin beads of Example 3B are converted to about 98% hydrogen (acid) form by treatment with one or more moles of sulfuric acid and then repeatedly washing in water to remove excess acid and salts. .

それから、水を含むスラリーの各樹脂は、適当なサイ
ズの容器中で1部の陰イオン交換樹脂に対して2部の陽
イオン交換樹脂(体積部、ウェット)の割合で一体にさ
れ、それから2つの種が比較的均一に全体に分散されて
いるベッド(床)を得るため空気を散布して機械的に混
合される。その後、この均一な混合物は、BWR内で復水
流量を処理するために十分な直径を有した垂直カラムに
注意深く入れられる。固定して設置されたカラム上に
は、適当なバルブを操作すると復水流が流入する。カラ
ムへの復水は約10億分の20(20ppb)の鉄分を有してい
る。そのような2つのカラムでの流れにおいて、カラム
からの流出物は、1日の操業で1.0ppbから1.5ppbの鉄分
を含み、2日の操業で0.5ppbから0.6ppbに落ち、15日の
操業で0.3ppbから0.9ppbの鉄分を含んでいた。
Each resin of the water-containing slurry was then combined in a suitably sized vessel at a ratio of 2 parts cation exchange resin (volume, wet) to 1 part anion exchange resin, then 2 parts. The two seeds are mechanically mixed by sparging with air to obtain a relatively evenly distributed bed. This homogeneous mixture is then carefully placed in a vertical column with sufficient diameter to handle the condensate flow in the BWR. When a suitable valve is operated, the condensate flows into the fixedly installed column. The condensate to the column has about 20 parts per billion (20 ppb) of iron. In such a two column flow, the effluent from the column contains between 1.0 ppb and 1.5 ppb of iron per day of operation and drops from 0.5 ppb to 0.6 ppb in 2 days of operation and 15 days of operation Contained 0.3 to 0.9 ppb of iron.

実施例5 実施例4と同様の方法で、混床は次の特質を有した市
販用のゲル型陰イオン及び陽イオン交換樹脂から調製さ
れた。
Example 5 In a manner similar to Example 4, a mixed bed was prepared from a commercially available gel anion and cation exchange resin having the following characteristics.

陰イオン交換樹脂 圧潰強度平均値:390g/ビード ビードサイズ範囲:300−1200ミクロン 破壊されないパーセント (10サイクルの浸透圧衝撃テスト):45 Apparent Relative Crosslink Percentage:8 乾燥樹脂重量当りの容量:3.9meq/g 陽イオン交換樹脂 圧潰強度平均値:680g/ビード ビードサイズ範囲:300−1200ミクロン 破壊されないパーセント (10サイクルの浸透圧衝撃テスト):45 Apparent Relative Crosslink Percentage:8 乾燥樹脂重量当りの容量:4.8meq/g 実施例4の樹脂と実質的に同一割合の、これらの2つ
の陰イオン及び陽イオン樹脂の混床は、カラムに装填さ
れ、この混床に実施例4と同一の復水流(20ppbの鉄
分)が供給された。混床からの初期の流出物は、1日の
操業で約0.5ppbの鉄分、2日の操業で約0.5ppbの鉄分、
それから確実に上昇し、その後5日の操業で約5ppbの鉄
分に達し15日の操業で4.5ppbの鉄分を含んでいた。
Anion exchange resin Average crushing strength: 390 g / bead Bead size range: 300-1200 microns Percent unbreakable (10 cycles of osmotic shock test): 45 Apparent Relative Crosslink Percentage: 8 Capacity per dry resin weight: 3.9 meq / g Cation exchange resin Average crushing strength: 680 g / bead bead size range: 300-1200 microns Percent not broken (10 cycles of osmotic shock test): 45 Apparent Relative Crosslink Percentage: 8 Capacity per dry resin weight: 4.8meq / g A mixed bed of these two anionic and cationic resins, in substantially the same proportions as the resin of Example 4, was loaded onto a column and the same condensate stream (20 ppb Iron). The initial effluent from the mixed bed was about 0.5 ppb of iron per day of operation, about 0.5 ppb of iron per day of operation,
Then it rose steadily, after which it reached about 5 ppb of iron on the 5th run and contained 4.5 ppb of iron on the 15th run.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明に従うならば、イオン交換樹脂からなる高分子
吸着剤を用いる混床式濾過脱塩装置において、純水中に
微量存在する懸濁性不純物を除去する際に、その主成分
である金属酸化物(特に鉄酸化物)を十分に除去するこ
とができる。その結果、例えば、汽力発電設備のうち、
特に沸騰水型原子力発電所の復水(一次冷却水)中に微
量存在する鉄酸化物を飛躍的に吸着除去することが可能
となり、定期点検時の作業員の被曝線量低減効果に寄与
することが可能となる。また、半導体製造産業において
は、超純水中に微量存在する同様な懸濁不純物を効果的
に吸着除去出来ることにより、半導体製品の歩留まり向
上に大いに貢献することになる。
According to the present invention, in a mixed-bed filtration and desalination apparatus using a polymer adsorbent made of an ion-exchange resin, when removing trace amounts of suspending impurities present in pure water, metal oxide which is a main component thereof is removed. Substances (especially iron oxides) can be sufficiently removed. As a result, for example,
In particular, it will be possible to dramatically remove and remove trace amounts of iron oxides in the condensate (primary cooling water) of boiling water nuclear power plants, contributing to the effect of reducing the radiation dose to workers during periodic inspections. Becomes possible. In the semiconductor manufacturing industry, the ability to effectively adsorb and remove similar suspended impurities present in a very small amount in ultrapure water greatly contributes to improving the yield of semiconductor products.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は、各種高分子吸着剤の走査型電子顕微鏡による
表面状態を示す粒子構造写真であり、第2図は、各種高
分子吸着剤の架橋度と処理水中金属酸化物濃度の関係を
示すグラフであり、第3図は、高分子吸着剤の比表面積
と金属酸化物の除去効率に関して相対的比較を示すグラ
フであり、第4図は、本発明の成果を証明すべく実施し
た混床式カラム試験装置の系統図であり、第5図は、混
床式カラム試験結果のうちで、各種イオン交換樹脂によ
る金属酸化物除去に関する破過曲線の一例を示すグラフ
である。 1……入口水中金属酸化物濃度、 2……ゲル型汎用品出口(架橋度8%)、 3……本発明品出口(架橋度10%)、 4……ポーラス型汎用品出口(架橋度8%)、 5……2項使用済廃棄品出口(架橋度7%相当)、 6……ゲル型汎用品出口(架橋度6%)、 7……本発明品出口(架橋度8%)、 8……本発明品出口(架橋度6%)。
FIG. 1 is a particle structure photograph showing the surface state of various polymer adsorbents by a scanning electron microscope, and FIG. 2 shows the relationship between the degree of crosslinking of various polymer adsorbents and the concentration of metal oxides in the treated water. FIG. 3 is a graph showing a relative comparison between the specific surface area of the polymer adsorbent and the removal efficiency of the metal oxide, and FIG. 4 is a mixed bed conducted to prove the results of the present invention. FIG. 5 is a system diagram of a column type column test apparatus, and FIG. 5 is a graph showing an example of a breakthrough curve relating to metal oxide removal by various ion exchange resins among mixed bed type column test results. 1 ... concentration of metal oxide in the inlet water, 2 ... outlet of gel type general-purpose product (degree of crosslinking 8%), 3 ... outlet of the present invention product (degree of crosslinking 10%), 4 ... outlet of porous type general-purpose product (degree of crosslinking) 5 …… 2 Used waste outlet (corresponding to 7% cross-linking degree), 6… Gel type general-purpose outlet (cross-linking degree 6%), 7… The present invention outlet (cross-linking degree 8%) 8: Outlet of the product of the present invention (crosslinking degree: 6%).

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 萩原 正弘 東京都大田区羽田旭町11番1号 株式会 社荏原製作所内 (72)発明者 出水 丈志 東京都大田区羽田旭町11番1号 株式会 社荏原製作所内 (72)発明者 マー キング ウェイ 東京都渋谷区広尾1丁目5番13号 (56)参考文献 特開 平1−159051(JP,A) 特開 平1−156303(JP,A) 特開 昭63−79066(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B01J 20/22 - 20/26 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Masahiro Hagiwara, Inventor 11-1 Haneda Asahicho, Ota-ku, Tokyo Inside Ebara Works Co., Ltd. (72) Inventor Takeshi Izumi 11-1, Haneda Asahi-cho, Ota-ku, Tokyo Stock (72) Inventor Marking Way 1-5-13 Hiroo, Shibuya-ku, Tokyo (56) References JP-A 1-159051 (JP, A) JP-A 1-156303 (JP, A) JP-A-63-79066 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) B01J 20/22-20/26

Claims (21)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】半導体産業用超純水製造装置や汽力発電設
備の復水浄化装置の被処理水中に存在する懸濁性不純物
を吸着除去する、粒状又は粉末状陽イオン交換樹脂及び
/又は陰イオン交換樹脂を含む有機性高分子吸着剤にお
いて、走査型電子顕微鏡を用いて50〜20万倍の視野で検
査した場合に、該吸着剤の表面が顆粒状結合構造を有す
ることを確認できる懸濁性不純物除去用吸着剤。
1. A granular or powdery cation exchange resin and / or a negative ion for adsorbing and removing suspending impurities present in water to be treated in an ultrapure water production apparatus for semiconductor industry or a condensate purification apparatus of a steam power plant. When an organic polymer adsorbent containing an ion-exchange resin is inspected with a scanning electron microscope in a field of view of 500,000 to 200,000, it can be confirmed that the surface of the adsorbent has a granular binding structure. Adsorbent for removing turbid impurities.
【請求項2】請求項1記載の吸着剤において、前記顆粒
状結合構造は、走査型電子顕微鏡写真によって観測さ
れ、計測される顆粒状微粒子の見掛け上の単位顆粒寸法
が0.1〜1.0μmである顆粒が、結果として集合的に結合
する様子を呈しているものであって、また吸着剤の直径
は0.2〜1.2mmである球状吸着剤。
2. The adsorbent according to claim 1, wherein the granular bonding structure is observed by a scanning electron micrograph, and the apparent unit particle size of the measured granular fine particles is 0.1 to 1.0 μm. A spherical adsorbent in which the granules exhibit a collective binding as a result, and the adsorbent has a diameter of 0.2 to 1.2 mm.
【請求項3】請求項2記載の吸着剤において、その表面
において溝を有し、その溝が亀甲状及び/又は鱗状模様
を呈する吸着剤。
3. The adsorbent according to claim 2, wherein the adsorbent has grooves on its surface, and the grooves have a turtle-like and / or scaly pattern.
【請求項4】請求項3記載の吸着剤において、前記亀甲
状又は鱗状模様の構成単位が、1〜50μm2の単位面積を
有し、かつそれぞれの構成単位は、幅0.1〜5μm、深
さ0.1〜5μmの前記溝を介して隣接している吸着剤。
4. The adsorbent according to claim 3, wherein said turtle-shaped or scale-shaped constituent unit has a unit area of 1 to 50 μm 2 , and each constituent unit has a width of 0.1 to 5 μm and a depth of 0.1 to 5 μm. Adsorbents adjoining via said grooves of 0.1-5 μm.
【請求項5】請求項3又は4記載の吸着剤において、前
記溝はその単位面積当たりの長さが、100〜1000mm/mm2
である吸着剤。
5. The adsorbent according to claim 3, wherein said groove has a length per unit area of 100 to 1000 mm / mm 2.
Is an adsorbent.
【請求項6】請求項2記載の吸着剤において、クリプト
ンの吸着量から測定される有効比表面積が、吸着剤の乾
燥重量に基づいて、0.02〜1.00m2/gである吸着剤。
6. The adsorbent according to claim 2, wherein the effective specific surface area measured from the amount of krypton adsorbed is 0.02 to 1.00 m 2 / g based on the dry weight of the adsorbent.
【請求項7】請求項2記載の吸着剤を粉体化して製造さ
れる粉末状吸着剤。
7. A powdery adsorbent produced by pulverizing the adsorbent according to claim 2.
【請求項8】請求項1記載の吸着剤において、少なくと
も前記陽イオン樹脂は、官能基を付与する前に、主にコ
ア/シェル構造を有するゲル型共重合体ビーズを含む吸
着剤。
8. The adsorbent according to claim 1, wherein at least the cationic resin contains gel-type copolymer beads having a core / shell structure before imparting a functional group.
【請求項9】請求項1〜7のいずれか1項に記載の吸着
剤を用いて充填層又は濾過層を形成することを特徴とす
る懸濁性不純物除去方法。
9. A method for removing suspended impurities, comprising forming a packed layer or a filtration layer using the adsorbent according to any one of claims 1 to 7.
【請求項10】請求項1記載の吸着剤において、前記陽
イオン交換樹脂はコア/シェル構造を有するゲル型共重
合体ビーズを含み、下記工程を含む製法によって製造さ
れる吸着剤: (a)遊離基を含む複数のポリマー・マトリックスを連
続相中で形成する工程; (b)少なくとも1種の単量体を含む単量体原料を、遊
離基開始剤を添加することなく、前記マトリックスに吸
収させ、そのマトリックスに吸収された単量体原料を、
前記マトリックス中の遊離基が、前記単量体原料のマト
リックス内で重合触媒として働き、ラジカル重合させる
条件下におく工程;及び (c)得られた共重合体ビーズに官能基を付与する工
程。
10. The adsorbent according to claim 1, wherein said cation exchange resin comprises gel-type copolymer beads having a core / shell structure, and is produced by a method comprising the following steps: Forming a plurality of polymer matrices containing free radicals in a continuous phase; (b) absorbing a monomeric material comprising at least one monomer into said matrix without adding a free radical initiator And the monomer material absorbed in the matrix is
A step in which free radicals in the matrix act as a polymerization catalyst in the matrix of the monomer raw material and are subjected to radical polymerization conditions; and (c) a step of providing a functional group to the obtained copolymer beads.
【請求項11】請求項1記載の吸着剤において、前記陰
イオン交換樹脂はコア/シェル構造を有するゲル型共重
合体ビーズを含み、下記工程を含む製法によって製造さ
れる吸着剤: (a)遊離基を含む複数のポリマー・マトリックスを連
続相中で形成する工程; (b)少なくとも1種の単量体を含む単量体原料を、遊
離基開始剤を添加することなく、前記マトリックスに吸
収させ、そのマトリックスに吸収された単量体原料を、
前記マトリックス中の遊離基が、前記単量体原料のマト
リックス内で重合触媒として働き、ラジカル重合させる
条件下におく工程;及び (c)得られた共重合体ビーズに官能基を付与する工
程。
11. The adsorbent according to claim 1, wherein said anion exchange resin comprises gel-type copolymer beads having a core / shell structure, and is produced by a method comprising the following steps: Forming a plurality of polymer matrices containing free radicals in a continuous phase; (b) absorbing a monomeric material comprising at least one monomer into said matrix without adding a free radical initiator And the monomer material absorbed in the matrix is
A step in which free radicals in the matrix act as a polymerization catalyst in the matrix of the monomer raw material and are subjected to radical polymerization conditions; and (c) a step of providing a functional group to the obtained copolymer beads.
【請求項12】請求項1記載の吸着剤において、請求項
10記載の陽イオン交換樹脂と請求項11記載の陰イオン交
換樹脂を含む吸着剤。
12. The adsorbent according to claim 1, wherein:
An adsorbent comprising the cation exchange resin according to claim 10 and the anion exchange resin according to claim 11.
【請求項13】請求項10又は11記載の吸着剤において、
前記共重合体は、スチレン単量体とジビニルベンゼンか
ら製造された共重合体を含む吸着剤。
13. The adsorbent according to claim 10, wherein
An adsorbent, wherein the copolymer comprises a copolymer prepared from a styrene monomer and divinylbenzene.
【請求項14】請求項12記載の吸着剤において、前記陽
イオン交換樹脂は少なくとも500g/ビーズの圧潰強度を
有し、前記陰イオン交換樹脂は少なくとも400g/ビーズ
の圧潰強度を有する吸着剤。
14. The adsorbent of claim 12, wherein said cation exchange resin has a crush strength of at least 500 g / beads and said anion exchange resin has a crush strength of at least 400 g / beads.
【請求項15】請求項12記載の吸着剤において、前記陽
イオン交換樹脂及び前記陰イオン交換樹脂が、8モルの
塩酸及び8モルの水酸化ナトリウムを交互に10回接触さ
せた場合、ビーズ数の15%未満が破壊されるような耐浸
透圧破壊性を有する吸着剤。
15. The adsorbent according to claim 12, wherein said cation exchange resin and said anion exchange resin are brought into contact with 8 mol of hydrochloric acid and 8 mol of sodium hydroxide alternately 10 times. Adsorbent that has osmotic pressure resistance so that less than 15% of it is destroyed.
【請求項16】請求項12記載の吸着剤において、前記陽
イオン交換樹脂と前記陰イオン交換樹脂はその容積比
(陽イオン交換樹脂:陰イオン交換樹脂)が2:1〜1:2の
範囲で混合されている吸着剤。
16. The adsorbent according to claim 12, wherein the cation exchange resin and the anion exchange resin have a volume ratio (cation exchange resin: anion exchange resin) of 2: 1 to 1: 2. Adsorbent mixed in.
【請求項17】半導体産業用超純水製造装置や汽力発電
設備の復水浄化装置の被処理水中に存在する懸濁性不純
物を吸着除去する方法において、上記被処理水を請求項
1記載の懸濁性不純物除去用吸着剤に接触させることに
より、懸濁性不純物を除去することを特徴とする、懸濁
性不純物の除去方法。
17. A method for adsorbing and removing suspended impurities present in water to be treated in an ultrapure water producing apparatus for semiconductor industry or a condensate purifying apparatus for a steam power plant, the method comprising the step of: A method for removing suspended impurities, comprising removing suspended impurities by contacting the adsorbent for removing suspended impurities.
【請求項18】請求項17記載の方法において、前記陽イ
オン交換樹脂が請求項10記載の樹脂である懸濁性不純物
の除去方法。
18. The method according to claim 17, wherein the cation exchange resin is the resin according to claim 10.
【請求項19】請求項17記載の方法において、前記陰イ
オン交換樹脂が請求項11記載の樹脂である懸濁性不純物
の除去方法。
19. The method according to claim 17, wherein the anion exchange resin is the resin according to claim 11.
【請求項20】請求項17記載の方法において、前記吸着
剤が請求項10記載の陽イオン交換樹脂と請求項11記載の
陰イオン交換樹脂からなる懸濁性不純物の除去方法。
20. The method according to claim 17, wherein the adsorbent is a cation exchange resin according to claim 10 and an anion exchange resin according to claim 11.
【請求項21】請求項20記載の方法において、前記陽イ
オン交換樹脂と前記陰イオン交換樹脂が、4〜8%の架
橋度を有する懸濁性不純物の除去方法。
21. The method according to claim 20, wherein said cation exchange resin and said anion exchange resin have a degree of crosslinking of 4 to 8%.
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