JP3964663B2 - ゴム錯体、ゴム誘導体及びその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ゴム誘導体に関する。より詳しくは、本発明は、完全な又は部分的な水溶性を有し、或いは非常に安定な水性乳濁液又はコロイド溶液を形成する親水性ゴム誘導体を提供する。
【０００２】
【従来の技術】
種々の天然及び合成ゴム誘導体が知られている。
【０００３】
例えば、二重結合を有するゴムは、所望の変性特性を備えたゴムを提供するため、様々な他の分子を導入するのに使用することのできる活性部位を有する誘導体を提供するためにエポキシ化が行われてきた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
広範な用途に用いることのできる水溶性ゴム誘導体を製造するために、多くの試みがなされてきた。しかし、今までのところ、安定性が限られていて、誘導体が短時間で沈降する水性懸濁液を形成するのに使用できる誘導体が得られているにすぎない。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に従うと、ゴム誘導体は、二重結合及び/又はエポキシ、或いは一つ又は複数の電気陰性原子を含む他の基をアルカリ又はアルカリ土類金属と共に含み、重量平均分子量が好ましくは２００００乃至９００００、より好ましくは２００００乃至８５０００、特には約８００００である、天然又は合成ゴムの配位化合物からなる。
【０００６】
本発明の配位化合物誘導体を生成するのに用いることのできる典型的なゴムとしては、天然ゴム（シスポリイソプレン）、好適には液状天然ゴム、トランスポリイソプレン、ネオプレン、ニトリルゴム、ポリブタジエン類、エポシキ化ゴムが挙げられ、特には液状エポキシ化ポリイソプレン類又はこれらのゴムの混合物が挙げられる。
【０００７】
本発明の配位化合物は重量平均分子量の比較的低いゴムを用いて生成することが好ましいが、比較的大きいゴム分子の存在下でも生成できる。このため、収率は低くなるが、任意のゴムの分子量の比較的低い成分から配位化合物を生成することが可能である。
【０００８】
配位化合物の金属成分としてはアルカリ金属が好ましく、カリウム又はナトリウムがより好ましいが、アルカリ土類金属類（好適には、カルシウム）も配位化合物の生成に用いることができる。金属の混合物、例えばカリウムとナトリウムもしくはリチウム、又はカリウムとカルシウムとの混合物も利用できる。
【０００９】
強固な配位内結合(intra-coordinated bond)を形成するには、複数の部位で結合が形成されるよう、ゴム分子が金属原子の周囲を被覆することが必要である。このため金属原子の大きさを考慮しなくてはならない。金属原子の大きさが小さすぎると、ゴム分子の可撓性が不十分となり、金属原子の周囲に密着して被覆することができず、ゴム分子中の活性部位が金属原子から離れすぎ、多数の結合が形成されない。また、金属原子の大きさが大きすぎると、金属原子がゴム分子内の空いている空間に入ることができない。但し、配位内結合及び配位間結合(inter-coordinated bond)の両方が形成され、配位間結合はゴムとより大きい又はより小さい金属原子との間に形成されることがあると考えられている。
【００１０】
本発明のゴム誘導体は親水性であり、水に溶解して茶色がかった透明な溶液となることができる。分子量の大きい成分を有するゴムから誘導体を形成する場合、このような成分から形成される配位化合物はいずれも全く水に溶けないが、誘導体は可溶性部分の溶液中で、長期間にわたり安定な不溶性部分の懸濁液を形成する。
【００１１】
本発明の誘導体は、二重結合及び/又はエポキシ、或いは一つ又は複数の電気陰性原子を含む他の基を含み、重量平均分子量が２００００乃至９００００、より好ましくは２００００乃至８５０００、特には約８００００である少なくとも一つの成分を含むゴムを極性溶媒に溶解し、この溶液に少なくとも等量の水酸化及び/又は炭酸粉体アルカリ金属及び/又はアルカリ土類金属を、溶媒が水を含む場合は必要に応じて乾燥剤と共に添加し、この混合物をゴムと金属原子との間で配位化合物が生成するまで攪拌し、この配位化合物を溶媒から分離することにより生成することができる。
【００１２】
極性溶媒は1,4-ジオキサン又はテトラヒドロフランであることが好ましい。
【００１３】
ゴム溶液と金属との混合物は、連続的に攪拌しながら、還流しつつ３時間乃至２４時間加熱することが好ましい。溶液は乾燥するまで蒸発させ、残留物を真空下で更に乾燥させることが好ましい。
【００１４】
平均分子量が大きいゴムを誘導体の調製に用いる場合には、塩基を添加する前に、ゴムを極性溶媒中で還流させながら、分子量を低下させるために少なくとも分子鎖の一部が切断するに足る時間加熱し、これにより誘導体の収率を増加させる。
【００１５】
この後、残留物は水中に溶解することができ、溶液又は懸濁液のｐＨがずっと７を超えたままでいるのであれば、その溶液又は懸濁液は無限に安定である。しかしながら、溶液又は懸濁液が例えば希塩酸又は他の酸を添加することにより酸性化される場合には、配位結合が切断され、ゴムが沈殿する。
【００１６】
この驚嘆すべき現象は、水処理剤として非常に効果的に使用することができるという、本発明のゴム誘導体の特別な用途の源となった。
【００１７】
懸濁された又は分散された汚染物質を含有する水に、希薄溶液又は懸濁液を少量でも添加し、次いで酸を添加すると、沈殿したゴムが汚染物質を収集し、汚染物質を含んだ容易に分離可能なマトリックスを形成する。汚染物質の密度が水の密度よりも低ければ、沈殿したゴムは汚染物質を運びながら水面へ浮上し、水面において汚染物質は例えばすくい取ることによって水から容易に分離することができる。
【００１８】
従って、例えば煙の残留物、炭素又は木材の粉塵等の非常に細かい、濾過できない微粒状物質、或いは油滴等の細かく分散された液状物質を含有する水を、非常に単純で費用対効果の高い方法で清浄化するために本発明の誘導体を使用することができる。
【００１９】
誘導体は単独でも、或いは例えば塩、又はキチン、キトサン及び種々のアクリルポリマー等のオリゴマー又はポリマー物質等の一般的な凝集剤又は凝固剤と共に使用することもできる。
【００２０】
更に、誘導体はイオン、特には例えば銅、ニッケル、鉄、スズ、白金、金、クロム、水銀、鉛等の金属イオンを水中から抽出又は除去したり、或いは水から刺激臭や不都合な色素沈着を取り除いたりするために用いることもできる。誘導体は、処理剤として単独に用いることも、或いはイオンを捕捉するために例えば活性炭、イオン交換樹脂、ゼオライト、キチン、キトサン等の他のイオン除去物質を水中に添加し、その後誘導体を添加して酸性化することで、これらのイオン除去物質と併用することもできる。これにより、この方法によらなければ従来の処理後に除去することが困難なイオン除去物質の微細粒子を容易に除去することができる。この応用では、有用な金属を水中から再生利用するためにこれらの誘導体を用いることができる。
【００２１】
また、これまでは実現できなかったことであるが、誘導体を水性ゴム化接着剤、塗料及び被膜剤の製造に使用することも可能である。
【００２２】
更に、肥料や殺虫剤のための緩開放(スローリリース)結合マトリックスとして誘導体を使用することもできる。これらの製品は、有効成分を水に溶解又は懸濁し、誘導体溶液、次いで酸を添加し、生成した有効成分を含むゴムマトリックスを収集することにより製造される。この形態の肥料及び殺虫剤は、豪雨に遭っても容易には流されないという利点を有する。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に実施例により本発明を説明する。
【００２４】
実施例１
エポキシ含有量が５０％（ＥＮＲ ５０）のエポキシ化液状天然ゴム２０グラムを１リットルの乾燥1,4-ジオキサンに溶解し、この溶液に粉体水酸化カリウム３０グラムを添加した。この混合物を還流しながら１２時間加熱した。加熱中に溶液の色が薄い黄色がかった茶色から赤みがかった色合いに変化し、これによりゴムとカリウムとの間の配位化合物が生成したことが示された。加熱期間の最後に、反応混合物を濾過又は傾瀉することで、未使用の水酸化カリウムを除去し、回転蒸発器を用いて溶媒を蒸発させた。得られた残留物を真空下で更に２時間乾燥させた。収率はゴムに対して定量的であった。
【００２５】
残留物は水に容易に溶解し、茶色がかった透明な溶液となり、その外観は２年以上変化しないことがわかった。
【００２６】
残留物を１リットルの水に溶解し、この溶液１〜２ミリリットルを、活性炭又は炭素粉塵約５グラムを含有する水約５０ミリリットルに添加し、１０〜２０秒間攪拌した。得られた混合物を塩酸で酸性化したところ、ゴムが沈殿し、粉塵を運びながら水面へ浮上した。粉塵上又は粉塵中に吸収された他の物質はいずれも沈殿したゴムマトリックスにより捕捉された。
【００２７】
炭素粉塵の除去は実質上定量的であった。
【００２８】
実施例２
エポキシ含有量が２５％（ＥＮＲ ２５）のエポキシ化液状天然ゴムを用いたほかは、実施例１と同じ手順を用いて、同様の結果を得た。
【００２９】
水から炭素粉塵を除去する場合の誘導体の特性は実施例１と同様であった。
【００３０】
実施例３
重量平均分子量が約８００００の液状天然ゴムを用いたほかは、実施例１と同じ手順を用いて、同様の結果を得た。
【００３１】
水から炭素粉塵を除去する場合の誘導体の特性は実施例１と同様であった。
【００３２】
実施例４
重量平均分子量が１４００００の液状天然ゴムを用いて、実施例３と同様の手順で行った。得られた誘導体は全く水溶性をもたなかったが、乳白色の非常に安定な懸濁液を形成した。但し、この誘導体を水から炭素粉塵を除去するために使用すると、同様の結果が得られた。

Claims (15)

1. エポキシ基をアルカリ又はアルカリ土類金属と共に含む液状天然ゴムの配位化合物からなるゴム誘導体。
2. 二重結合及び／又はエポキシ基をアルカリ又はアルカリ土類金属と共に含む、液状天然ゴムの配位化合物からなるゴム錯体
3. 前記ゴムの重量平均分子量が２００００乃至９００００である、請求項２に記載のゴム錯体。
4. 前記ゴムの重量平均分子量が８００００である、請求項３に記載のゴム錯体。
5. アルカリ金属を含む、請求項２乃至４のいずれかに記載のゴム錯体。
6. 前記アルカリ金属がカリウムである、請求項５に記載のゴム錯体。
7. エポキシ含有率が２５〜５０％であるエポキシ化液状天然ゴムを含む、請求項２乃至６のいずれかに記載のゴム錯体。
8. アルカリ土類金属を含む、請求項２乃至４のいずれかに記載のゴム錯体。
9. 前記アルカリ土類金属がカルシウムである、請求項８に記載のゴム錯体。
10. ７を超えるｐＨにおいて１，４−ジオキサン又はテトラヒドロフランと、請求項２乃至９のいずれかに記載のゴム錯体を含む混合物。
11. 請求項２乃至９のいずれかに記載のゴム錯体を製造する方法であって、（ａ）二重結合及び／又はエポキシ基を含む天然ゴムを１，４−ジオキサン又はテトラヒドロフランに溶解して溶液又は乳濁液を形成し、（ｂ）この溶液又は乳濁液に、前記天然ゴムに対し少なくとも等量の水酸化及び／又は炭酸粉体アルカリ金属又はアルカリ土類金属を、溶液又は乳濁液が水を含む場合は必要に応じて乾燥剤と共に添加し、（ｃ）工程（ｂ）で得られた混合物をゴムとアルカリ金属又はアルカリ土類金属イオンとの間で配位錯体が生成するまで攪拌し、（ｄ）このゴム錯体を１，４−ジオキサン又はテトラヒドロフランから分離することを含む、方法。
12. 工程（ｂ）に水酸化アルカリ金属が使用され、該水酸化アルカリ金属が水酸化カリウムである、請求項１１に記載の方法。
13. 工程（ａ）と（ｂ）の間に、前記ゴムの分子鎖の少なくとも一部を切るのに十分な時間前記天然ゴムを１，４−ジオキサン又はテトラヒドロフランで加熱しゴムの分子量を低下させる、請求項１１又は１２のいずれかに記載の方法。
14. 汚染物質を水から除去するため、或いは水に含まれる物質を再生利用するために水を処理する方法であって、７を超えるｐＨにおいて水に請求項２乃至９のいずれかに記載のゴム錯体を添加して混合物を形成し、該混合物を攪拌し、該混合物をｐＨ７未満に酸性化し、ゴム錯体と除去すべき汚染物質又は再生利用すべき物質を水から分離することを含む、方法。
15. 再生利用すべき前記物質が水に含まれる金属イオンである、請求項１４に記載の方法。