JP4694711B2 - Method for producing porous material - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、油中水型高分散相エマルション(以下、HIPEと称する。)を形成して多孔質材料を製造するに際し、該HIPEを形成する水相に使用した廃水を再使用する際に、含まれる重合開始剤を除去し、重合開始剤濃度が800ppm以下の廃水を使用するものである多孔質材料の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
孔径が微細で均一な連続気泡からなる多孔質材料を得る1つの方法として、特定の界面活性剤の存在下にモノマー相と水相よりなるHIPEを形成させた後に重合させる方法がある。一般に、HIPEとは、該HIPEの全容積に占める分散相の比率が70容量%を超えるものを呼ぶ。例えば米国特許第5334621号には、このようなHIPEに含まれる重合性単量体を架橋重合するHIPE法によって多孔質材料を製造する方法が開示されている。
【0003】
この手法は、(i)油溶性ビニル単量体と分子内に2以上の官能基を有する架橋単量体とを含有する重合性単量体混合物、(ii)エマルションの90重量%、より好ましくは95重量%、特に好ましくは97重量%を占める水相、(iii)ソルビタン脂肪酸エステルとグリセロールモノ脂肪酸エステルなどの界面活性剤、および(iv)重合開始剤とを含有するHIPEを調製し、該HIPEを加熱し重合および架橋することで多孔質材料を製造するものである。このHIPE法によれば、逆相乳化重合により網目状の連続気泡からなる多孔質材料が形成される。このため、HIPE法によって得られる多孔質材料は低密度かつ吸水性、保持性、断熱性、防音性などの特性を有するものとなる。
【0004】
しかしながら、この様なHIPE法で得られる多孔質材料は、その製造工程の逆相乳化重合の際の内相である水相と外相である油相の比、つまりW/Oによって多孔の形成が影響を受ける。より空孔容積率の大きい多孔質材料を得ようとすればW/Oは必然的に水相側の比率が高くなる。空孔容積率の大きな多孔質材料は、吸収性に加え、断熱性や防音性にも優れるため、紙おむつや生理用品などの衛生材料、建築材料、オーディオ製品、園芸など数々の分野で使用することができることから、このような多孔質材料の需要は大きい。多孔質材料をHIPE法によって製造する場合、一般的にW/Oが10/1〜100/1で実施されることが多い。すなわち、HIPE法によって多孔質材料を製造しようとすれば、HIPEを形成するために多量の水が必要となる。このことは、HIPE法で多孔質材料を製造する場合には、多孔質材料の製造後に該多孔質材料に含まれる水分の脱水および乾燥の必要があり、多量の廃水が発生することを意味する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
このような多孔質材料の製造工程で得た多量の廃水は、使水相量が多量であるため多孔質材料の製造工程で再度使用することが効率的である。特に、多孔質材料の製造工程では、HIPEの形成時に最も多量の水を使用するため、HIPEの形成工程で廃水を再使用することが好ましい。しかしながら、無処理のまま再使用すると廃水中に含まれる成分や不純物によってHIPEの形成が困難となったり、pHが変化したりする場合がある。このため、廃水を中和処理し、不溶の固形分などは瀘過や遠心分離などによって除去して使用するが、HIPEの形成時にHIPE乳化機内で不溶物が形成され乳化操作を中止せざるを得ない場合が発生する。
【0006】
その一方、使用目的によっては、単にHIPE形成時の使水相量を低減させることは容易でない。多孔質材料の機械的性質や吸収性は上記W/Oに支配されるために、目的の多孔質材料を得る場合に、HIPE中の水相の重量%を大きく低下することはできないからである。多孔質材料は、衛生材料の吸収体や廃油処理剤等として使用され、断熱材や防音材などとして使用されるため、これらの十分な特性を確保するにはその構造中に微細な多孔を有することが好ましく、上述のごとく水相重量%が低い場合には、微細かつ連続気泡の多孔質材料が得られず機械的性質が劣化しまたは吸水特性等が低下する場合がある。特に、多孔質材料は多方面に応用される部材であり、連続的生産を実施する際にHIPEの形成工程で乳化操作が中止したのではその後の工程も停止せざるを得ず、生産率が低下する。特にこのHIPEの乳化工程における停止は、生産率を向上させるためにHIPEの乳化温度や重合温度を上昇させて重合時間を短縮させようとした場合に頻発する傾向がある。
【0007】
このように、効率よく短時間で多孔質材料を得、かつ多量に発生する廃水を効率よく再利用できるようなプロセスはこれまでに知られておらず開発が望まれる。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、HIPE法による多孔質材料製造のプロセスを検討し、得られる廃水に特定の処理を行ったあとHIPEの形成に再度使用するとHIPEの形成が極めて円滑に進行し、また、重合温度も高くすることができるために相乗的に多孔質材料の製造を効率を向上させることができることを見い出し、本発明を完成させた。すなわち、本願は以下の(1)〜()を提供するものである。
【0009】
(1) 重合性単量体を含む油中水型高分散相エマルションを形成および重合して多孔質架橋重合体を得る工程と、該多孔質架橋重合体を脱水して廃水を得る工程を含む多孔質材料の製造方法において、該廃水に還元剤を添加することにより該廃水に含まれる重合開始剤を低減させ、該廃水を含みかつ重合開始剤含有量が800ppm以下である水相を用いて油中水型高分散相エマルションを形成し、更に70℃以上の温度で重合することを特徴とする、多孔質材料の製造方法。
【0012】
) 該油中水型高分散相エマルションを、温度70〜150℃で重合するものである、上記(1)に記載の製造方法。
【0013】
) 油中水型高分散相エマルションの形成工程、該エマルションを重合する多孔質架橋重合体の重合工程、多孔質架橋重合体の脱水による廃水の調整工程、および該廃水に含まれる重合開始剤を低減する工程とを含み、該各工程が連続的に行われるものである、上記(1)または(2)に記載の製造方法。
【0014】
) 該多孔質架橋重合体の製造工程が、30分以内で行われるものである、上記()記載の製造方法。
【0015】
) 多孔質材料の製造ラインを2以上有し、1の製造ラインで得た廃水を他の製造ラインで使用するものである、上記(1)〜()のいずれかに記載の製造方法。
【0016】
【発明の実施の形態】
本発明の第一は、重合性単量体を含む油中水型高分散相エマルションを形成および重合して多孔質架橋重合体を得る工程と、該多孔質架橋重合体を脱水して廃水を得る工程を含む多孔質材料の製造方法において、該廃水に含まれる重合開始剤を低減させ、該廃水を含みかつ重合開始剤含有量が800ppm以下である水相を用いて油中水型高分散相エマルションを形成し、更に70℃以上の温度で重合することを特徴とする、多孔質材料の製造方法である。
【0017】
従来では、HIPEの形成温度は40〜65℃で行われることが一般的であり、このため廃水に特別な処理を施さなくても、乳化工程でHIPEが分離し、この結果ゲル状物を発生したり重合物を形成させることはあまり観察され無かった。しかしながら、多孔質材料をより短時間で効率的に生産する場合には、特に重合温度を上昇させ、短時間で重合を完成させることが効果的である。その一方、この重合温度の上昇はその前段階である乳化温度の上昇によってより効率的に促進されるため、廃水中に含まれる成分、特に残存する重合開始剤等によって乳化機内部でHIPEのゲル状物が発生し、乳化機が停止して連続運転ができない場合が認められるようになった。このような弊害は、高い乳化温度でHIPEを調整する場合に特に多く発生するものであり、従来には大きく問題視されなかった。本発明は、廃水に含まれる重合開始剤を低減させ、重合開始剤濃度が800ppm以下である廃水を使用してHIPEを効率的に形成させることで、製造工程外に廃棄すべき水相量を大きく低減させ、多孔質材料の生産効率も向上させるものである。
【0018】
ここに、HIPEを重合させて多孔質材料を連続的に製造する態様の一例を、図1のフローを用いて説明する。図1に示すように、油相501と水相502とを乳化機503に導入してHIPE101を形成し、このHIPE101をHIPE供給部119から連続的にシート材203上に供給し、回転ローラー209の設定高さ調整により所定厚みのシート状に成形する。シート材203はコンベアベルト201と同期できるように巻出・巻取ローラー208,212の回転速度が制御される。シート材205はHIPE101の厚さが一定になるようにテンションをかけながら回転ローラー209,211と巻出・巻取ローラー207,213により回転速度を制御する。該コンベアベルト201の下部から温水シャワーからなる加熱昇温手段219とコンベアベルト上方から熱風循環装置からなる加熱昇温手段217によって、重合炉215内でHIPE101を重合させて多孔質架橋重合体102を得る。次いで、上下のシート材203、205をはがした後、該多孔質架橋重合体102を脱水装置303の回転ロールによる搬送用コンベア302によって回転するベルト上に載せ、ベルトの上下に設けた圧縮ロール301の間に挟んでロールを回転しつつ脱水して廃水304を得る。この廃水304を廃水処理装置310に移送して重合開始剤を除去し、これをHIPE101形成のための水相として使用する。このなお、脱水した多孔質材料102’は連続して設けたエンドレスバンドナイフ式スライサー401に移送させ回転するバンドナイフ402により厚み方向にスライスすることもできる。以下、本発明を詳細に説明する。
【0019】
[I]HIPEの使用原料
HIPEの使用原料は、(a)重合性単量体(以下、単に「モノマー」ともいう)、(b)架橋性単量体および(c)界面活性剤を油相を構成する必須成分として含有し、(d)水を、水相を構成する必須成分として含有するものであればよい。さらに、必要に応じて、(e)重合開始剤、(f)塩類、(g)その他の添加剤を油相および/または水相を構成する任意成分として含有するものであってもよい。
【0020】
(a)重合性単量体
上記重合性単量体としては、分子内に1個の重合性不飽和基を有するものであればよく、分散または油中水滴型高分散相エマルション中で重合可能であって気泡を形成できれば特に制限されるものではない。好ましくは少なくとも一部は(メタ)アクリル酸エステルを含むものであり、より好ましくは(メタ)アクリル酸エステルを20質量%以上を含むものであり、特に好ましくは(メタ)アクリル酸エステルを35質量%以上を含むものである。重合性単量体として、(メタ)アクリル酸エステルを含有することにより、柔軟性や強靭性に富む多孔質材料を得ることができるため望ましい。
【0021】
重合性単量体としては、具体的には、スチレン等のアリレン単量体;スチレン、エチルスチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン、ビニルエチルベンゼンなどのモノアルキレンアリレン単量体;(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸ブチル、(メタ)アクリル酸イソブチル、(メタ)アクリル酸イソデシル、(メタ)アクリル酸2−エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸ラウリル、(メタ)アクリル酸ステアリル、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸ベンジルなどの(メタ)アクリル酸エステル;塩化ビニル、塩化ビニリデン、クロロメチルスチレン等の塩素含有単量体;アクリロニトリル、メタクリロニトリル等のアクリロニトリル化合物;その他、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、N−オクタデシルアクリルアミド、エチレン、プロピレン、ブテン等が例示できる。これらは、1種を単独で使用する他、2種以上を併用してもよい。
【0022】
上記重合性単量体の使用量は、該重合性単量体と下記架橋性単量体からなる単量体成分全体の質量に対し、10〜99.9質量%の範囲であることが好ましい。この範囲で、微細な孔径の多孔質材料が得られるからである。より好ましくは30〜99質量%、特に好ましくは30〜70質量%の範囲である。重合性単量体の使用量が10質量%未満の場合には、得られる多孔質材料が脆くなったり吸水倍率が不充分となることがある。一方、重合性単量体の使用量が99.9質量%を超える場合には、得られる多孔質材料の強度、弾性回復力などが不足したり、充分な吸水量および吸水速度を確保できないことがある。
【0023】
(b)架橋性単量体
上記架橋性単量体としては、分子内に少なくとも2個の重合性不飽和基を有するものであればよく、上記重合性単量体と同様に、分散または油中水滴型高分散相エマルション中で重合可能であって気泡を形成できれば特に制限されるものではない。
【0024】
架橋性単量体としては、具体的には、ジビニルベンゼン、トリビニルベンゼン、ジビニルトルエン、ジビニルキシレン、p−エチル−ジビニルベンゼン、ジビニルアルキルベンゼン類、ジビニルナフタレン、ジビニルフェナンスレン、ジビニルビフェニル、ジビニルジフェニルメタン、ジビニルベンジル、ジビニルフェニルエーテル、ジビニルジフェニルスルフィド等の芳香族系単量体;ジビニルフラン等の酸素含有単量体;ジビニルスルフィド、ジビニルスルフォン等の硫黄含有単量体;ブタジエン、イソプレン、ペンタジエン等の脂肪族単量体;エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,3−ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,4−ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、オクタンジオールジ(メタ)アクリレート、デカンジオールジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールジ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールジ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、N,N’−メチレンビス(メタ)アクリルアミド、イソシアヌル酸トリアリル、トリアリルアミン、テトラアリロキシエタン、並びにヒドロキノン、カテコール、レゾルシノール、ソルビトールなどの多価アルコールとアクリル酸又はメタクリル酸とのエステル化合物などが例示できる。これらは、1種を単独で使用する他、2種以上を併用してもよい。
【0025】
上記架橋性単量体の使用量は、上記重合性単量体と該架橋性単量体からなる単量体成分全体の質量に対し、0.1〜90質量%の範囲であることが好ましく、より好ましくは1〜70質量%、特に好ましくは30〜70質量%の範囲である。上記架橋性単量体の使用量が0.1質量%未満では、得られる多孔質材料の強度、弾性回復力などが不足したり、単位体積当たりまたは単位質量当たりの吸収量が不十分となり、充分な吸水量および吸水速度を確保できないことがある一方、上記架橋性単量体の使用量が90質量%を越えると、多孔質材料が脆くなったり吸水倍率が不充分となることがある。
【0026】
(c)界面活性剤
上記界面活性剤としては、HIPEを構成する油相中で水相を乳化し得るものであれば特に制限はなく、従来公知のノニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤、両性界面活性剤等を使用することができる。
【0027】
このうち、ノニオン性界面活性剤としては、ノニルフェノールポリエチレンオキサイド付加物;エチレンオキサイドとプロピレンオキサイドのブロックポリマー;ソルビタンモノラウレート、ソルビタンモノミリスチレート、ソルビタンモノパルミテート、ソルビタンモノステアレート、ソルビタントリステアレート、ソルビタンモノオレエート、ソルビタントリオレエート、ソルビタンセスキオレエート、ソルビタンジステアレート等のソルビタン脂肪酸エステル;グリセロールモノステアレート、グリセロールモノオレエート、ジグリセロールモノオレエート、自己乳化型グリセロールモノステアレート等のグリセリン脂肪酸エステル;ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンセチルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル、ポリオキシエチレン高級アルコールエーテル等のポリオキシエチレンアルキルエーテル;ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル等のポリオキシエチレンアルキルアリールエーテル; ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート、ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート、ポリオキシエチレンソルビタンモノパルミテート、ポリオキシエチレンソルビタンモノステアレート、ポリオキシエチレンソルビタントリステアレート、ポリオキシエチレンソルビタンモノオレエート、ポリオキシエチレンソルビタントリオレエート等のポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル;テトラオレイン酸ポリオキシエチレンソルビット等のポリオキシエチレンソルビトール脂肪酸エステル;ポリエチレングリコールモノラウレート、ポリエチレングリコールモノステアレート、ポリエチレングリコールジステアレート、ポリエチレングリコールモノオレエート等のポリオキシエチレン脂肪酸エステル;ポリオキシエチレンアルキルアミン;ポリオキシエチレン硬化ヒマシ油;アルキルアルカノールアミド等があり、特にHLBが10以下、好ましくは2〜6のものが好ましい。これらのうち2種以上のノニオン性界面活性剤を併用してもよく、併用によりHIPEの安定性が改良される場合がある。
【0028】
カチオン性界面活性剤としては、ステアリルトリメチルアンモニウムクロライド、ジタロウジメチルアンモニウムメチルサルフェート、セチルトリメチルアンモニウムクロライド、ジステアリルジメチルアンモニウムクロライド、アルキルベンジルジメチルアンモニウムクロライド、ラウリルトリメチルアンモニウムクロライド等の第四級アンモニウム塩;ココナットアミンアセテート、ステアリルアミンアセテート等のアルキルアミン塩;ラウリルベタイン、ステアリルベタイン、ラウリルカルボキシメチルヒドロキシエチルイミダゾリニウムベタイン等のアルキルベタイン;ラウリルジメチルアミンオキサイド等のアミンオキサイドがある。カチオン性界面活性剤を用いることにより、得られる多孔質材料を吸水材等に利用する場合に優れた抗菌性等を付与することもできる。
【0029】
アニオン界面活性剤としては、アニオン部と油溶性部とを有するものが好ましく使用でき、例えば、ナトリウムドデシルサルフェート、カリウムドデシルサルフェート、アンモニウムアルキルサルフェート等の如きアルキルサルフェート塩;ナトリウムドデシルポリグリコールエーテルサルフェート;ナトリウムスルホリシノエート;スルホン化パラフィン塩等の如きアルキルスルホネート;ナトリウムドデシルベンゼンスルホネート、アルカリフェノールヒドロキシエチレンのアルカリ金属サルフェート等の如きアルキルスルホネート;高アルキルナフタレンスルホン酸塩;ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物、ナトリウムラウレート、トリエタノールアミンオレエート、トリエタノールアミンアヒエート等の如き脂肪酸塩;ポリオキシアルキルエーテル硫酸エステル塩;ポリオキシエチレンカルボン酸エステル硫酸エステル塩、ポリオキシエチレンフェニルエーテル硫酸エステル塩;コハク酸ジアルキルエステルスルホン酸塩;ポリオキシエチレンアルキルアリールサルフェート塩等の如き二重結合を持った反応性アニオン乳化剤等が使用できる。アニオン性界面活性剤にカチオン性界面活性剤を併用してHIPEを調製することができる。
【0030】
なお、ノニオン性界面活性剤とカチオン性界面活性剤を併用するとHIPEの安定性が改良される場合がある。
【0031】
上記界面活性剤の使用量は、重合性単量体と架橋性単量体からなる単量体成分全体の質量100質量部に対し、1〜30質量部であることが好ましく、より好ましくは3〜15質量部である。界面活性剤の使用量が1質量部未満の場合には、HIPEの高分散性が不安定化することがあったり、界面活性剤本来の作用効果が充分に発現できないことがある。一方、上記界面活性剤の使用量が30質量部を超える場合には、得られる多孔質材料が脆くなり過ぎることがあり、これを超える添加に見合うさらなる効果が期待できず、不経済である。
【0032】
(d)水
上記水は、水道水、純水、イオン交換水の他、廃水の再利用を図るべく、多孔質材料を製造して得た廃水をそのまま、または所定の処理を行ったものを使用することができる。本発明では、廃水を処理した結果、含まれる重合開始剤濃度が800ppmである処理水を使用することが好ましい。廃水を有効利用できるからである。この際、水の全量を廃水から重合開始剤を除去した処理水にする場合に限られず、該処理水を一部に使用する場合であってもよい。また、複数の多孔質材料の製造ラインを有する場合に、一つのラインで得た廃水を処理した後に他のラインのHIPE形成用に該廃水を利用するものであってもよい。
【0033】
(e)重合開始剤
本発明の目的である非常に短時間でのHIPEの重合を達成するためには、重合開始剤を用いる。該重合開始剤としては、逆相乳化重合で使用できるものであればよく、水溶性、油溶性の何れも使用することができる。
【0034】
水溶性重合開始剤としては、例えば、2,2’−アゾビス(2−アミジノプロパン)二塩酸塩等のアゾ化合物;過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウム、過硫酸ナトリウム等の過硫酸塩;過酢酸カリウム、過酢酸ナトリウム、過炭酸カリウム、過炭酸ナトリウム、過酸化水素等の過酸化物等が挙げられる。
【0035】
油溶性重合開始剤としては、例えば、クメンヒドロパーオキサイド、t−ブチルヒドロペルオキシド、t−ブチルペルオキシ−2−エチルヘキサノエート、ジ−t−ブチルパーオキサイド、ジイソプロピルベンゼンヒドロペルオキシド、p−メンタンヒドロペルオキシド、1,1,3,3−テトラメチルブチルヒドロペルオキシド、2,5−ジメチルヘキサン−2,5−ジヒドロペルオキシド、ベンゾイルペルオキシド、メチルエチルケトンペルオキシドなどの過酸化物などが挙げられる。
【0036】
これら重合開始剤は、単独で用いてもよく、また、2種類以上を併用してもよい。10時間で濃度が半分になるときの温度である10時間半減期温度の異なる2種以上の重合開始剤を併用する事が好ましい。当然のことながら、水溶性重合開始剤と油溶性重合開始剤とを併用してもよいことはいうまでもない。
【0037】
上記逆相乳化重合で使用できる重合開始剤の使用量は、上記単量体成分および重合開始剤の組み合わせにもよるが、重合性単量体と架橋性単量体からなる単量体成分全体の質量100質量部に対し、0.05〜25質量部の範囲であることが好ましく、より好ましくは1.0〜10質量部である。上記重合開始剤の使用量が0.05質量部未満の場合には、未反応の単量体成分が多くなり、従って、得られる多孔質材料中の残存単量体量が増加するので好ましくない。一方、上記重合開始剤の使用量が25質量部を超える場合には、重合の制御が困難となったり、得られる多孔質材料中の機械的性質が劣化するので好ましくない。
【0038】
さらに、上記重合開始剤と還元剤とを組み合わせてなるレドックス重合開始剤系を使用しても良い。レドックス重合開始剤は、重合開始剤として過酸化物のほかに更に還元剤を存在させるもので、添加方法は特に制限されないが、例えば予め添加した還元剤に過酸化物を添加すると2成分間の酸化還元反応によって活性遊離基を生成し、重合が開始される。この場合においては、重合開始剤として水溶性、油溶性の何れも使用することができ、水溶性レドックス重合開始剤系と油溶性レドックス重合開始剤系とを併用してもよい。具体的には、上記過酸化物に下記還元剤を併用する。
【0039】
レドックス重合開始剤系に用いることのできる還元剤については、水溶性還元剤としては、例えば、亜硫酸水素ナトリウム、チオ硫酸やチオ硫酸ナトリウム、チオ硫酸カリウムなどのチオ硫酸塩、亜ジチオン酸やその塩、L−アスコルビン酸、L−アスコルビン酸ナトリウムなどのL−アスコルビン酸塩、エリソルビン酸、エリソルビン酸ナトリウムなどのエリソルビン酸塩、シュウ酸鉄(II)、硫酸鉄(II)、乳酸鉄(II)、塩化鉄(II)、硫酸第一鉄アンモニウム(モール塩)などの2価の鉄塩、塩化銅(I)、臭化銅(I)、よう化銅(I)、硫酸銅(I)、亜酸化銅、シアン化銅(I)などの1価の銅塩等がある。ホルムアルデヒド、ホルムアルデヒドナトリウムスルホキシレート、グルコース、デキストロース、トリエタノールアミン、ジエタノールアミン、シュウ酸等が挙げられる。また、油溶性還元剤としては、例えば、アニリン、ジメチルアニリン、p−フェニレンジアミンなどの有機アミン化合物、オクチル酸スズ、ナフテン酸コバルト等の有機酸遷移金属塩が挙げられる。これらレドックス重合開始剤系の還元剤は、単独で用いてもよく、また、2種類以上を併用してもよい。
【0040】
上記レドックス重合開始剤系の場合の還元剤の含有比率(質量比)は、重合開始剤(酸化剤)/還元剤=1/0.01〜1/10、好ましくは1/0.2〜1/5程度である。
【0041】
(f)塩類
上記塩類としては、HIPEの安定性を改良するために必要であれば使用してもよい。
【0042】
上記塩類としては、具体的には、塩化カルシウム、硫酸ナトリウム、塩化ナトリウム、硫酸マグネシウムなどのアルカリ金属、アルカリ土類金属のハロゲン化物、硫酸塩、硝酸塩などの水溶性塩が挙げられる。これらの塩類は、単独で用いてもよく、また、2種類以上を併用してもよい。これらの塩類は、水相中に添加することが好ましい。なかでも、重合時のHIPEの安定性の観点から多価金属塩が好ましい。
【0043】
この様な塩類の使用量は、水100質量部に対し、0.1〜20質量部とすることが好ましく、より好ましくは0.5〜10質量部である。塩類の使用量が20質量部を超える場合には、HIPEから搾り出された廃水中に多量の塩類を含むことになり、廃水を処理するコストがかさみ、これを超える添加に見合うさらなる効果も期待できず不経済である。塩類の使用量が0.1質量部未満の場合には、塩類の添加による作用効果が十分に発現できないおそれがある。
【0044】
(g)その他添加剤
さらに、他の各種添加剤をこれらが有する性能・機能を付加することにより、製造条件や得られるHIPE特性や多孔質材料の性能の向上につながるものであれば適当に使用しても良く、例えば、pH調整のために、塩基および/または緩衝剤を加えても良い。これらの他の添加剤の使用量については、それぞれの添加の目的に見合うだけの性能・機能、さらには経済性を十分に発揮できる範囲内で添加すればよい。このような添加剤としては、活性炭、無機粉末、有機粉末、金属粉末、消臭剤、抗菌剤、防かび剤、香料、各種高分子などが例示できる。
【0045】
[II]HIPEの形成
HIPEの形成方法については、特に制限されるものではなく、水相として、多孔質架橋重合体を脱水して得られた廃水中の重合開始剤を低減させて得た水相を使用時に重合開始剤濃度を800ppm以下に低減させた水相を用いる以外は、従来既知のHIPEの形成方法を適宜利用することができる。以下にその代表的な調製法につき、具体的に説明する。
【0046】
(a)HIPEの製造装置
HIPEの形成装置としては、特に制限されるものではなく従来公知の製造装置を利用することができる。例えば、水相と油相とを混合撹拌するために使用する撹拌機(乳化器)としては、公知の撹拌機、混練機が使用できる。例えば、プロペラ型、櫂型、タービン型などの羽根の撹拌機、ホモミキサー類、ラインミキサー、ピンミルなどが例示でき、これらの何れでもよい。
【0047】
(b)HIPE材料の混合
一般には、少なくとも重合性単量体、架橋性単量体および界面活性剤とを含む油相を構成する成分を所定温度で撹拌し均一の油相を調製し、乳化機に仕込む。
【0048】
水相としては、多孔質架橋重合体を脱水して得られた廃水中の重合開始剤を低減させて得られた重合開始剤含有量が800ppm以下であるものを用いる。この水相に水に必要に応じて塩類や他の水相構成する成分および水を加えながら撹拌し、30〜95℃の所定温度に加温して均一の水相を調製し、乳化機に仕込む。後記する所定温度で効率良く混合撹拌して適度のせん断力をかけ、乳化することによってHIPEを安定に形成することができる。HIPE形成用の水相および油相には、必要に応じて第3の成分を添加してもよい。
【0049】
いずれにしても、本発明では、重合開始剤を低減させその含有量が800ppm以下である水をHIPE形成に使用するものであり、乳化機内でのゲル化を防止し、円滑にHIPEを形成するために、あらかじめ水相にも水溶性の重合開始剤を添加しないことが好ましく、同様に油相にも油溶性の重合開始剤を添加しないことが好ましい。
【0050】
(c)HIPEの形成温度
HIPEの形成温度(以下、乳化温度ともいう。)は、70〜110℃の範囲、より好ましくは80〜110℃の範囲である。HIPEの形成温度が70℃未満の場合には、硬化温度によっては加熱に長持間を有する場合があり、一方、HIPEの形成温度が110℃を超える場合には、形成したHIPEの安定性に劣る場合がある。このため、油相および/または水相の温度を予め所定の乳化温度に調整しておいて撹拌・混合して乳化し、最終的に上記温度範囲のHIPEを形成することができる。
【0051】
(d)水相/油相(W/O)比
こうして得られるHIPEの水相/油相(W/O)比(質量比)は、連続気泡を有する多孔質材料の使用目的(例えば、吸水材、吸油材、防音材、フィルターなど)等によって適宜選択することができるものであり、特に制限されるものではなく、先に規定したとおり3/1以上のものであればよいが、好ましくは10/1〜250/1、特には10/1〜100/1である。なお、W/O比が3/1未満の場合には、多孔質材料の水やエネルギーを吸収する能力が不充分で、開口度も低くなり、得られる多孔質材料の表面の開口度が低くなり、十分な通液性能等が得られないおそれがある。但し、W/O比を変化させることによって多孔質材料の空孔比率が決定される。したがって、用途、目的に合致する空孔比率になるようにW/O比を選択することが望ましい。例えば、オムツや衛生材料等その他各種吸収材として使う場合、W/O比は10/1〜100/1程度とするのが好ましい。なお、水相と油相との撹拌・混合により得られるHIPEは、通常、白色、高粘度のエマルションである。
【0052】
[III] 多孔質架橋重合体の製造
(a)重合開始剤の添加
重合開始剤は、HIPEの形成後に添加することが好ましく、本発明では、温度70℃以上のHIPEに重合開始剤を添加して重合を開始させることが好ましい。
【0053】
また、重合開始剤には、レドックス系開始剤のように酸化剤と還元剤とを併用する場合があり、この場合には両者が混合した後に特に重合が促進する。このため、本明細書における「重合開始剤を添加」とは、重合開始剤が2以上の化合物を併用する場合には、該複数の重合開始剤が添加されたことをいう。重合開始剤としてレドックス重合開始剤を使用する場合には、油相および/または水相中に予め還元剤を添加してHIPEを形成し、該HIPEを所定温度に調温し、その後に過酸化物を添加することが好ましい。
【0054】
また、乳化温度および重合温度を高くすることで多孔質材料を連続的に短時間で生産することができるが、乳化温度が高い場合には重合開始剤の添加によってただちに重合が開始される場合がある。このため、本発明では、HIPEを形成する乳化機から重合容器あるいは重合機への経路に還元剤または酸化剤その他の重合開始剤の導入経路を設けてHIPEに添加し、ラインミキサーで混合することが好ましい。これによって、乳化機内におけるゲル化を防止することができる。この際に、HIPEに添加する重合開始剤の種類は問わない。従って、該経路で油溶性または水溶性の重合開始剤を添加する場合のほか、HIPE形成時に過酸化物を添加した後に、乳化機から該重合機への経路で水溶性還元剤を添加する方法等も、使用する重合開始剤の種類によっては有効である。
【0055】
重合開始剤は、無希釈、または水や有機溶剤の溶液、あるいは分散体などの形態で使用することができるが、特に、重合開始剤またはレドックス系重合開始剤の還元剤が油溶性の場合は油相溶媒に溶解し、水溶性の場合は水性溶媒に溶解してHIPEに添加することが効率的である。
【0056】
(b)HIPEの重合装置
本発明に用いることのできる重合装置は、特に制限されるものではなく、例えば、温度調整装置を備えたベルトコンベア方式の連続重合機、連続式注型重合機などを使用できる。連続重合機は、重合時間に応じた長さを必要とするが、本発明の方法によれば、HIPEを短時間で重合できるため重合ラインが長大にならずコンパクトな装置とすることができる。もちろん、バッチ式重合槽やバッチ式注型重合機を用いることもできる。
【0057】
(c)重合方法
HIPEは、従来公知の方法で重合させることができる。従って、上記重合装置にHIPEを供給し、加熱することで多孔質架橋重合体を得ることができる。
【0058】
本発明のHIPEでは、常温〜150℃の範囲でHIPEを加熱し、重合させることが好ましく、HIPEの安定性、重合速度の観点から、重合温度は好ましくは70〜150℃の範囲、より好ましくは80〜130℃、特に好ましくは90〜110℃の範囲である。重合温度が常温未満では、重合に長時間を要し、工業的生産に好ましくない場合がある。他方、重合温度が150℃を越える場合には、得られる多孔質材料の孔径が不均一となったり、また多孔質材料の強度が低下するため好ましくない場合がある。また、重合温度は、重合中に2段階、さらには多段階に変更させてもよく、こうした重合の仕方を排除するものではない。
【0059】
また、HIPEの重合時間は、1分〜20時間の範囲である。好ましくは1時間以内、より好ましくは30分以内、最も好ましくは1〜10分の範囲である。
重合時間が20時間を超える場合には、生産性に劣り工業的に好ましくない場合がある。特に、重合は賦形後に行われることから、賦形後の重合槽の効率化をはかることができ、重合時間を短くすることで連続的なシート状物の製造においては重合装置の長さを短くすることができる。なお、1分未満の場合には、多孔質材料の強度が十分でない場合がある。勿論上記より長い重合時間を採用することを排除するものではない。なお、重合後は、所定の温度まで冷却ないし徐冷されるが、特に限定されず、重合された多孔質材料を冷却することなく、後述する脱水や圧縮などの後処理工程に移行しても良い。
【0060】
ここに、本発明では、「重合時間」とは、賦形されたHIPEが重合炉に入ってから重合炉から出るまでの合計の時間をいう。本発明ではこの時間についての特別の制限はない。しかしながら、本発明のHIPEの重合時間は、1分〜20時間であるが、好ましくは1時間以内の範囲である。さらに好ましくは30分以内、最も好ましくは1〜20分、最も好ましくは1〜10分の範囲である。重合時間が1時間を超える場合には、生産性に劣り工業的に好ましくない場合がある。なお、1分未満の場合には、多孔質材料の強度が十分でない場合がある。勿論上記より長い重合硬化時間を採用することを排除するものではない。
【0061】
HIPEを重合して得る多孔質架橋重合体の形状は、連続的なシート状であっても不連続的なシートであっても、また、個別にモールドにHIPEを仕込んで重合させた形状であってもよい。具体的には、加熱装置によってベルトコンベアーのベルト表面が加温される構造等の、走行するベルト上にHIPEを連続的に供給し、ベルトの上で平滑なシート状にHIPEを賦形しつつ重合する方法がある。また、該コンベアーのエマルション接触面が平滑であれば、HIPEを所定厚みでベルト上に供給することで所望の厚みの連続したシート状物を得ることができる。更に、三次元立体形状の多孔質架橋重合体を製造するには、HIPEを該形状のメス型に注入して重合する方法、即ち注型重合を行うこともできる。なお、注型重合は上記のごとくバッチ法でもよく、型を連続して走行させる連続法でもよい。
【0062】
[IV] 廃水の調製および使用
(a)多孔質架橋重合体の脱水
重合完結により形成された多孔質材料は、通常、圧縮、減圧吸引およびこれらの組み合わせによって脱水する。一般に、こうした脱水により、使用した水の50〜98質量%の水が脱水され、残りは多孔質材料に付着して残る。
【0063】
脱水率は、多孔質材料の用途などによって、適当に設定する。通常、完全に乾燥した状態での多孔質材料1g当たり、1〜10gの含水量、あるいは1〜5gの含水量となるように設定すればよい。
【0064】
この脱水工程で得た廃水を、本発明ではHIPEの形成に再使用する。その他にも、HIPEの水相を形成するために使用した水、多孔質材料の乾燥に際して発生した水分なども廃水として使用することができる。
【0065】
(b)廃水の処理方法
該廃水には、通常、HIPE形成で使用した各種原料、該原料の誘導体や洗浄水の成分が含まれる。多孔質材料の製造には、HIPEの形成時に多量の水を使用し、また脱水等によって得た廃水は、HIPEのW/O比に依存して多量に発生するため、HIPEの形成に再使用するため、HIPEを安定に形成できるように、特に重合開始剤の含有量を低減させる必要がある。
【0066】
重合開始剤の除去方法としては、例えば、重合開始剤を熱分解する方法が例示できる。例えば、廃水を貯槽に導入し、温度70℃以上に加温する。温度は、含まれる重合開始剤の種類によって異なるが、より好ましくは80〜180℃、特に好ましくは90〜180℃である。70℃を下回ると分解時間が長くなるため、貯槽の内容量を大きくしなければならず不利である。その一方、180℃を越えるとこれをHIPEの調製に使用するために冷却する必要が生じ、熱エネルギーの過量の消費となる。この加熱による重合開始剤の分解時間は、加熱温度によってことなるが、上記温度範囲において、一般には10秒〜24時間であり、より好ましくは10秒〜1時間、特に好ましくは10秒〜30分である。この範囲で十分に重合開始剤が除去できるからである。
【0067】
特に、本発明ではHIPEを形成する際の温度は70〜110℃である。このため、重合開始剤を除去するために加熱処理を行った場合には、上記形成温度を加味して温度を設定すれば、この除去処理で得た温度を有効に利用することができる点で、熱経済上有利である。
【0068】
また、重合開始剤の別の除去方法としては、例えば、重合開始剤に第3成分を添加させて分解させる手法が例示できる。例えば、重合開始剤が過酸化物である場合、過酸化物の使用量やその過酸化物の種類によって、廃水中に過酸化物が残存する場合がある。また、重合開始剤として過酸化物と還元剤を組み合わせたレドックスで重合する場合でも、使用する過酸化物と還元剤との比によっては、廃水に過酸化物が残存する場合がある。これらの場合には、廃水に還元剤を添加することで、廃水中の過酸化物を分解することができる。しかも、分解反応は還元剤を添加しない場合と比べて、低温で迅速に行われるためより経済的で好ましい。
【0069】
このような還元剤としては、重合開始剤の項に記載した水溶性還元剤や油溶性還元剤を使用することができる。これらの還元剤は、単独で用いてもよく、また、2種類以上を併用してもよい。還元剤を添加する場合の添加量は、この添加によって廃水中に含まれる重合開始剤の含有量が低減でき、再度HIPEを形成させる際の水相中の重合開始剤含有量が800ppm以下にできれば問題ない。例えば廃水に含まれる重合開始剤の含有量を測定し、適宜必要な還元剤量を添加すればよい。
【0070】
また、廃水中の重合開始剤を分解する場合に使用する還元剤としては、鉄や銅、マンガン、コバルト、ニッケル、クロムなどの遷移金属があり、これら遷移金属と廃水を接触させて分解する方法がある。その際は、例えば遷移金属をそのまま、または粉末や繊維、ウール状に加工された遷移金属を、廃水タンクや製造ラインの配管中に投入して該廃水と遷移金属とを接触させて重合開始剤を分解させる。
【0071】
なお、本発明においては、加熱による重合開始剤の除去処理と、還元剤の添加による除去方法とを併用することが好ましい。
【0072】
本発明では、重合開始剤の含有量を低減した後の廃水を再度HIPEの調整に使用するため、重合開始剤の含有量を800ppm以下に低減することが好ましい。この範囲であれば、HIPEの調整用の水相の全量に該処理後の廃水を使用してもHIPEの安定性が損なわれることが少ないからである。この際、重合開始剤としてレドックス系重合開始剤を使用した場合には、重合開始剤の含有量とは過酸化物の含有量を意味するものとする。
【0073】
その一方、該処理後の廃水に含まれる重合開始剤の含有量が800ppmを超える場合でも、これに新鮮水を添加してHIPE調整用の水相として使用することはかまわない。本発明は、重合開始剤濃度が800ppm以下、より好ましくは500ppm以下、特には、100ppm以下である水相を使用することで、HIPEを70℃以上の高温で重合させる場合にもHIPEの安定性を損なわないことを見出したものだからである。
【0074】
(c)不純物の除去
また、多孔質材料となる多孔質重合架橋体は適度に撹拌して形成されたHIPEを静置重合して得るのであり、HIPEの安定性が多孔質材料の性状に大きな影響を与える。廃水中は、HIPEに含有された反応分解物、例えば、過硫酸ナトリウムの分解物によって酸性を呈する場合があり、かつ重合過程で生成した塩類などの不純物の存在等が存在し、このためHIPEの安定性が害される場合がある。そこで、上記重合開始剤の除去に加え、不純物の除去やpHの調整を行うことが好ましい。
【0075】
不純物としては、HIPE法による多孔質材料の製造で必要でない成分であって、廃水に含有される水溶性成分と水不溶性成分の双方がある。水溶性成分としては、硫酸イオンや亜硫酸イオンなどの重合開始剤の分解生成物や、モノマーの分解物や酸化生成物、モノマー中に存在する不純物、乳化剤の分解生成物や酸化生成物、乳化剤中に存在する不純物等から由来する有機化合物がある。また水不溶性成分としては、上記イオンの水不溶性塩、水に溶解しない有機化合物、HIPE重合体の小片、その他の固形物等がある。
【0076】
不純物の除去方法としては、例えば廃水中の好ましくない成分をイオン交換樹脂、半透膜もしくは中空糸膜などで処理したり、例えば、活性炭やゼオライトなどによって吸着処理したり、ろ紙、ろ布、限外ろ過膜によってろ過したり、または遠心分離による分離や蒸留によって除去・精製する方法などがある。本発明ではこれらの1種のほか2種以上を併用してもよく、上記水溶性成分と水不溶性成分の除去とを同時に行うこともできる。HIPEの安定性を阻害する物質は、上記のごとく水溶性成分と水不溶性成分であるが、なかでも水不溶性成分の影響が大きく、これを除去すると安定性が効果的に改良される。水不溶性成分を除去する方法としては、ろ過、遠心分離、蒸留などの方法があるが、遠心分離法が効率よく、特に連続遠心分離機にかけるのが最も効率の良い方法であることを見いだした。
【0077】
ここに、遠心分離機は、公知のものを使用することができるが、連続式デカンター型遠心分離機、連続式チューブラー型超遠心分離機、連続式デラバルタイプデスクマシン型遠心分離機、などを用いると効率よく連続的に水不溶分を除去できるので好ましく、連続式デカンター型遠心分離機は大量の廃水処理に適した装置で特に好ましい。このような不純物の除去処理によりHIPEが安定し、表面状態に優れる多孔質材料を製造することができる。なお、不純物の除去の程度は、HIPEの安定性が阻害されない程度に廃水中から除去されていればよい。
【0078】
(d)pHの調整
一方、再使用する廃水のpHの調整方法としては、該HIPEを形成する際の架橋重合前にpHを何らかの方法で調整し、その後に架橋重合してあれば、特に制限はない。例えば、該廃水に塩基性成分を添加してpHを7以上、より好ましくは7〜12に調整し、この廃水を用いて該エマルションを形成させ、または該エマルション形成の際にpH調整剤を添加してpHを上記範囲に調整する。
【0079】
廃水には重合開始剤である過硫酸塩等から発生する硫酸イオン、亜硫酸イオン、重合開始剤未反応物質等が含有されるために酸性を呈することが多く、HIPEを安定に維持することができない場合がある。そこで、HIPEを安定に維持させて廃水の再使用率を向上させるために、pHを調整することが好ましい。また、HIPEを重合して得られる多孔質架橋重合体の表面のpHも使用する原料等によって変化するが酸性領域である事が多い。従って、重合開始剤として用いる過酸化物、還元剤の分解生成物の影響を除去するために、予め弱アルカリ側にpHを調整した廃水を再使用することで、多孔質架橋重合体のpHを中性域に近づけることができる。
【0080】
pHの調整方法としては、具体的には、HIPEの作成に再使用する水のpHを7以上にしておくか水相のpHを中性付近に保つ事のできる緩衝液を添加する事が好ましい。特には、廃水に塩基を加えpHを7から12の範囲に調整する方法が簡便であって特に好ましい。
【0081】
この様な塩基としては、水酸化ナトリウム,水酸化カリウム,水酸化カルシウムなどのアルカリ金属またはアルカリ土類金属の水酸化物、トリエチルアミン、エタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ジメチルアミノエタノールなど有機塩基、アンモニアなどがある。本発明ではこれらの1種を単独で使用する場合の他2種以上を併用してもよい。
【0082】
また、緩衝液としては、公知の緩衝液を使用することができる。リン酸、ホウ酸、炭酸、酢酸などの塩とその酸または塩基の混合物等、公知の緩衝液で水相のpHを中性付近に保つ事のできる組成のものを用いることができる。なお、pHの調整は、再使用前に行ってもよいが、例えばHIPEの形成に際して適宜調整してもよい。
【0083】
[V] 多孔質材料の連続製造方法
本明細書における「連続重合」とは、連続的に水相および油相を乳化機に供給し、連続的にHIPEを形成する工程、得られたHIPEを連続的に重合ゾーンを通過させ多孔質架橋重合体を得る工程、得られた多孔質架橋重合体を連続的に脱水する工程等をすべて連続的に行うものである。一方「バッチ法」とは、適当な量の水相および油相を乳化機に供給し、得られたHIPEを間欠的に容器に充填して多孔質架橋重合体を得、次いでこれを脱水するものである。この際、HIPEの形成、重合、脱水の各工程が連続的に行われるか否かは問わない。
【0084】
HIPEを連続的に重合する連続重合法は、生産効率が高く、重合時間の短縮効果を最も有効に利用できるので好ましい方法である。具体的には、シート状の多孔質架橋重合体の連続重合法としては、例えば、加熱装置によってベルトコンベアーのベルト表面が加温される構造等の、走行するベルト上にたHIPEを連続的に供給し、ベルトの上で平滑なシート状にHIPEを賦形しつつ重合する方法がある。該コンベアーのエマルション接触面が平滑であれば、HIPEを所定厚みでベルト上に供給することで所望の厚みの連続したシート状物を得ることができる。このように、連続して生産することにより生産性を高め、短時間での重合を達成するために本手法は極めて有効である。
【0085】
また、三次元立体形状の多孔質架橋重合体を製造するには、HIPEを該形状のメス型に注入して重合する方法、即ち注型重合を行うこともできる。なお、注型重合は上記のごとくバッチ法でもよく、型を連続して走行させる連続法でもよい。
【0086】
[VI] 多孔質材料形成後の後処理(製品化)工程
(a)圧縮
本発明の多孔質材料は、元の厚みの数分の1に圧縮した形態にすることができる。圧縮したシート状などの形態は、元の多孔質材料に比べて容積が小さく、輸送や貯蔵のコストを低減できる。圧縮形態の多孔質材料は、多量の水に接すると吸水して元の厚みに戻る性質があり、吸水速度は元の厚みのものより速くなる特徴がある。輸送や在庫スペースの節約、取り扱いやすさの点から、元の厚みの1/2以下に圧縮するのが効果的である。より好ましくは元の厚みの1/4以下に圧縮するのがよい。
【0087】
(b)洗浄
多孔質材料の表面状態を改良するなどの目的で、多孔質材料を純水や任意の添加剤を含む水溶液、溶剤で洗浄してもよい。
【0088】
(c)乾燥
以上の工程で得られた多孔質材料は、必要であれば、熱風、マイクロ波などで加熱乾燥してもよく、また加湿して水分を調整してもよい。
【0089】
(d)切断
以上の工程で得られた多孔質材料は、必要であれば、所望の形状、サイズに切断して各種用途に応じた製品に加工してもよい。
【0090】
(e)含浸加工
洗浄剤、芳香剤、消臭剤、抗菌剤などの添加剤を含浸加工して機能性を付与することもできる。
【0091】
【実施例】
以下、本発明の実施例により具体的に説明する。なお、本実施例において、多孔質架橋重合体の性能は以下のようにして測定し評価した。
【0092】
<多孔質架橋重合体の表面状態>
重合した多孔質架橋重合体の表面の微細な均一性をSEMを用いて50倍で観察、評価した。
【0093】
<圧縮強度>
インストロン試験機(インストロン社製;商品名Instron1186−RE5500)を用いて、24℃において、一軸(厚さ方向の)圧縮強度を測定し、国際単位系(kPa)に換算した。
【0094】
<粘度安定性評価>
乳化工程での乳化物の粘度安定性については、ヘリパス粘度計を用いて乳化直後の粘度と5分後の粘度を測定し、粘度上昇がないかについて評価した。
【0095】
ヘリパス型の粘度計(ブルックフィールド社製:商品名デジタルレオメーターDV−III、T字型スピンドルA型)を用いて、内径80mm、高さ100mmのポリプロピレンカップに乳化直後のHIPEを250質量部採取し、100rpmの回転数で粘度を測定した。測定温度はHIPEの形成温度と同じ温度で測定した。
【0096】
<重合開始剤量の定量方法>
廃水中の重合開始剤量の定量はヨウ素適定法を用いた。
まず、廃水100gをヨウ素価フラスコに投入し、ヨウ化カリウムを0.1g添加した。その後、フラスコを密栓し十分攪拌した後、18時間冷暗所放置した。18時間後、冷暗所から取り出し、1%のでんぷん水溶液を2〜3ml加え、0.01mol/Lのチオ硫酸ナトリウムを用いて滴定し、紫色が消色するまで適定した(Aml)。残存重合開始剤量は下式より計算した。
【0097】
【数1】

Figure 0004694711
【0098】
<重合率測定>
重合後に得られた多孔質架橋重合体1.0gを塩化メチレン200g中に加え、2時間撹拌し、濾過後、濾液を島津製作所(株)製GC−14、キャピラリーカラムLiquid Phase TC-1(GL Science Inc. 30m×0.53mm×1.5μm)を用いてガスクロマトグラフィーで分析し、多孔質架橋重合体の残存モノマー量を求めた。キャリアーとしてヘリウムガスを用い、インジェクション温度=210℃、ディテクター温度=220℃、カラム温度は40℃で10分ホールド後、20℃/min.で3分間昇温し、5℃/min.で14分昇温、その後20℃/min.で200℃まで昇温した。HIPEの調整に供給したモノマー量を100と換算した場合の残存モノマー量の百分率を算出し、下式を用いて重合率を計算した。
【0099】
【数2】
Figure 0004694711
【0100】
(製造例1)
2−エチルヘキシルアクリレート5.1質量部(以下、単に「部」と称する)、42%ジビニルベンゼン(他成分はp−エチル−ビニルベンゼン)3.1部、1.6−へキサンジオールジアクリレート1.1部からなる単量体成分、界面活性剤としてのグリセリンモノオレエート0.6部、ジタロウジメチルアンモニウムメチルサルフェート0.1部を加え、均一に溶解して、油相混合物溶液(以下、「油相」と称する)を調製した。一方、塩化カルシウム18部をイオン交換水425部に溶解して、水相水溶液(以下、「水相」と称する)を調製し、95℃に加温した。油相と水相を上記比で連続的に乳化機である攪拌混合機内に供給し連続的にHIPEを形成させた。なお、水相と油相の比は44.3/1であった。該エマルションの粘度安定性評価等についての結果を表1に記載した。なお、表1において、「水相中の残存重合開始剤量(ppm)」とは、エマルションを形成する際のエマルション形成に使用する水相に含まれる残存重合開始剤量の質量ppmである。
【0101】
得られたHIPEを連続的に攪拌混合機より抜き出し、あらかじめ95℃に加熱し、周囲に加熱、保温部材を具備したスタティックミキサーに供給した。スタティックミキサーの入り口より別途水溶性重合開始剤としての過硫酸ナトリウム0.5部を6部のイオン交換水に溶解した液を送り、HIPEと重合開始剤を連続的に混合した。これにより最終的に水相と油相の比は45/1になった。
【0102】
このHIPEを、フレキシブルチューブを通して搬送し、95℃に加熱しかつ水平に設置した速度0.8〜1.5m/分で走行するベルト上に幅約50cm、厚み約5mmのシート状に連続的に供給して成形した。続いて重合温度を95℃に制御した重合ゾーンを10分間で通過させた。該重合ゾーンを通過後、ただちに脱水圧縮して、多孔質材料(1)と廃水(1)とを得た。
【0103】
(製造例2)
2−エチルヘキシルアクリレート5.1質量部(以下、単に「部」と称する)、42%ジビニルベンゼン(他成分はp−エチル−ビニルベンゼン)3.1部、1,6−へキサンジオールジアクリレート1.1部からなる単量体成分、界面活性剤としてのグリセリンモノオレエート0.6部、ジタロウジメチルアンモニウムメチルサルフェート0.1部を加え、均一に溶解して、油相混合物溶液(以下、「油相」と称する)を調製した。一方、塩化カルシウム18部をイオン交換水432部に溶解して、水相を調製し、95℃に加温した。油相と水相を上記比で連続的に乳化機である攪拌混合機内に供給し連続的にエマルション(HIPE)を形成させた。水相と油相の比は45/1であった。該エマルションの粘度安定性評価については、乳化直後の粘度は987mPa・secで、5分後の粘度は992mPa・secであった。
【0104】
得られたHIPEを連続的に攪拌混合機より抜き出し、あらかじめ95℃に加熱し、周囲に加熱、保温部材を具備したスタティックミキサーに供給した。スタティックミキサーの入り口より別途油溶性重合開始剤としてのt−ブチルペルオキシ−2−エチルヘキサノエート0.22部を送り、HIPEと重合開始剤を連続的に混合した。これにより最終的に水相と油相の比は45/1になった。
【0105】
このHIPEを、フレキシブルチューブを通して搬送し、95℃に加熱しかつ水平に設置した速度0.8〜1.5m/分で走行するベルト上に幅約50cm、厚み約5mmのシート状に連続的に供給して成形した。続いて重合温度を95℃に制御した重合ゾーンを10分間で通過させた。該重合ゾーンを通過後、ただちに脱水圧縮して、多孔質材料(2)と廃水(2)とを得た。
【0106】
(製造例3)
2−エチルヘキシルアクリレート5.1部、42%ジビニルベンゼン(他成分はp−エチル−ビニルベンゼン)3.1部、1,6−へキサンジオールジアクリレート1.1部からなる単量体成分、界面活性剤としてのグリセリンモノオレエート0.6部、ジタロウジメチルアンモニウムメチルサルフェート0.1部を加え、均一に溶解して、油相を調製した。一方、塩化カルシウム18部をイオン交換水432部に溶解して、水相を調製し、95℃に加温した。
【0107】
油相と水相を上記比で連続的に乳化機である攪拌混合機内に供給し連続的にHIPEを形成させた。水相と油相の比は45/1であった。該エマルションの粘度安定性評価については、乳化直後の粘度は880mPa・secで、5分後の粘度は879mPa・secであった。
【0108】
得られたHIPEを連続的に攪拌混合機より抜き出し、あらかじめ95℃に加熱し、周囲に加熱、保温部材を具備したスタティックミキサーに供給した。スタティックミキサーの入口より別途重合開始剤として過硫酸ナトリウム0.5部を6部イオン交換水に溶解した液を送り、HIPEと重合開始剤を連続的に混合した。これにより最終的に水相と油相の比は45/1になった。
【0109】
このHIPEを、フレキシブルチューブを通して搬送し、95℃に加熱しかつ水平に設置した速度1.6〜3.0m/分で走行するベルト上に幅約50cm、厚み約5mmのシート状に連続的に供給して成形した。続いて重合温度を95℃に制御した重合ゾーンを約5分間で通過させた。該重合ゾーンを通過後、ただちに脱水圧縮して、多孔質材料(24)と廃水(3)とを得た。
【0110】
(実施例1)
製造例1で得た500部の廃水(1)をセパラブルフラスコに採取し、還流下で100℃で加熱した。水温が90℃に達した後、続いて亜硫酸水素ナトリウムを0.29部を添加して、添加後30分間加熱し、処理水(1)を得た。処理水(1)に残存重合開始剤量は検出されなかった。
【0111】
製造例1と同じ油相を処理水(1)を用いて粘度安定性評価用HIPEを形成した。製造例1の油相と水相に処理水(1)443部を連続的に攪拌混合機内に供給し連続的にHIPEを形成させた。水相と油相の比は44.3/1であった。得られたエマルションを250部取り出して、粘度安定性評価を行なった。粘度安定性評価の結果を表1に示す。
【0112】
製造例1においてHIPE調製用の水相として、処理水(1)を用いた以外は、製造例1と同じ操作を行ない多孔質材料(3)を得た。多孔質材料(3)についての物性を表1に示す。
【0113】
(実施例2)
添加後10分間加熱する以外は実施例1と同じ操作で、処理水(2)を得た。処理水(2)の残存重合開始剤量は検出されなかった。処理水(2)を用いたHIPEの粘度安定性評価結果を表1に示す。
【0114】
製造例1においてHIPE調製用の水相として、処理水(2)を用いた以外は、製造例1と同じ操作を行ない多孔質材料(4)を得た。多孔質材料(4)についての物性を表1に示す。
【0115】
(実施例3)
添加後5分間加熱する以外は実施例1と同じ操作で、処理水(3)を得た。処理水(3)の残存重合開始剤量は検出されなかった。処理水(3)を用いたHIPEの粘度安定性評価結果を表1に示す。
【0116】
製造例1においてHIPE調製用の水相として、処理水(3)を用いた以外は、製造例1と同じ操作を行ない多孔質材料(5)を得た。多孔質材料(5)についての物性を表1に示す。
【0117】
(実施例4)
亜硫酸水素ナトリウムの添加量を0.38部添加し、添加後5分間加熱する以外は実施例1と同じ操作で、処理水(4)を得た。処理水(4)の残存重合開始剤量は検出されなかった。処理水(4)を用いたHIPEの粘度安定性評価結果を表1に示す。
【0118】
製造例1においてHIPE調製用の水相として、処理水(4)を用いた以外は、製造例1と同じ操作を行ない多孔質材料(6)を得た。多孔質材料(6)についての物性を表1に示す。
【0119】
(実施例5)
亜硫酸水素ナトリウムの添加量を0.19部添加し、添加後30分間加熱する以外は、実施例1と同じ操作で処理水(5)を得た。処理水(5)の残存重合開始剤量は80ppmであった。処理水(5)を用いたHIPEの粘度安定性評価結果を表1に示す。
【0120】
製造例1においてHIPE調製用の水相として、処理水(5)を用いた以外は、製造例1と同じ操作を行ない多孔質材料(7)を得た。多孔質材料(7)についての物性を表1に示す。
【0121】
(実施例6)
製造例1で得た500gの廃水(1)をセパラブルフラスコに採取し、還流下で100℃で加熱した。水温が90℃に達した後、続いてL−アスコルビン酸0.64部を添加して、添加後10分間加熱し、処理水(6)を得た。処理水(6)の残存重合開始剤量は検出されなかった。処理水(6)を用いたHIPEの粘度安定性評価結果を表1に示す。
【0122】
製造例1においてHIPE調製用の水相として、処理水(6)を用いた以外は、製造例1と同じ操作を行ない多孔質材料(8)を得た。多孔質材料(8)についての物性を表1に示す。
【0123】
(実施例7)
実施例6においてL−アスコルビン酸0.32部添加する他は同じ操作を行ない、処理水(7)を得た。処理水(7)の残存重合開始剤量は50ppmであった。処理水(7)を用いたHIPEの粘度安定性評価結果を表1に示す。
【0124】
製造例1においてHIPE調製用の水相として、処理水(7)を用いた以外は、製造例1と同じ操作を行ない多孔質材料(9)を得た。多孔質材料(9)についての物性を表1に示す。
【0125】
(実施例8)
実施例6においてD−アスコルビン酸0.32部添加する他は同じ操作を行ない、処理水(7)を得た。処理水(8)の残存重合開始剤量は60ppmであった。処理水(8)を用いたHIPEの粘度安定性評価結果を表1に示す。
【0126】
製造例1においてHIPE調製用の水相として、処理水(8)を用いた以外は、製造例1と同じ操作を行ない多孔質材料(10)を得た。多孔質材料(10)についての物性を表1に示す。
【0127】
(実施例9)
実施例1で得た処理水(1)を水酸化カルシウムを攪拌下でpH7に調整した。その後、沈殿物をろ過することで、処理水(9)を得た。処理水(9)の残存重合開始剤量は検出されなかった。処理水(9)を用いたHIPEの粘度安定性評価結果を表1に示す。
【0128】
製造例1においてHIPE調製用の水相として、処理水(9)を用いた以外は、製造例1と同じ操作を行ない多孔質材料(11)を得た。多孔質材料(11)についての物性を表1に示す。
【0129】
(実施例10)
処理水(3)を用いた以外は実施例9と同じ操作を行ない、処理水(10)を得た。処理水(10)の残存重合開始剤量は検出されなかった。処理水(10)を用いたHIPEの粘度安定性評価結果を表1に示す。
【0130】
製造例1においてHIPE調製用の水相として、処理水(10)を用いた以外は、製造例1と同じ操作を行ない多孔質材料(12)を得た。多孔質材料(12)についての物性を表1に示す。
【0131】
(実施例11)
処理水(4)を用いた他は実施例9と同じ操作を行ない、処理水(11)を得た。処理水(11)の残存重合開始剤量は検出されなかった。処理水(11)を用いたHIPEの粘度安定性評価結果を表1に示す。
【0132】
製造例1においてHIPE調製用の水相として、処理水(11)を用いた以外は、製造例1と同じ操作を行ない多孔質材料(13)を得た。多孔質材料(13)についての物性を表1に示す。
【0133】
(実施例12)
処理水(6)を用いた他は実施例9と同じ操作を行ない、処理水(12)を得た。処理水(12)の残存重合開始剤量は検出されなかった。処理水(12)を用いたHIPEの粘度安定性評価結果を表1に示す。
【0134】
製造例1においてHIPE調製用の水相として、処理水(12)を用いた以外は、製造例1と同じ操作を行ない多孔質材料(14)を得た。多孔質材料(14)についての物性を表1に示す。
【0135】
(実施例13)
処理水(7)を用いた他は実施例9で同じ操作を行ない、処理水(13)を得た。処理水(13)の残存重合開始剤量は45ppmであった。処理水(13)を用いたHIPEの粘度安定性評価結果を表1に示す。
【0136】
製造例1においてHIPE調製用の水相として、処理水(13)を用いた以外は、製造例1と同じ操作を行ない多孔質材料(15)を得た。多孔質材料(15)についての物性を表1に示す。
【0137】
(実施例14)
処理水(8)を用いた他は実施例9で同じ操作を行ない、処理水(14)を得た。処理水(14)の残存重合開始剤量は50ppmであった。処理水(14)を用いたHIPEの粘度安定性評価結果を表1に示す。
【0138】
製造例1においてHIPE調製用の水相として、処理水(14)を用いた以外は、製造例1と同じ操作を行ない多孔質材料(16)を得た。多孔質材料(16)についての物性を表1に示す。
【0139】
(実施例15)
製造例1で得た廃水(1)をオートクレーブ中で加圧下150℃で3分間加熱して処理水(12)を得た。処理水(15)の残存重合開始剤量は検出され無かった。処理水(15)を用いたHIPEの粘度安定性評価結果を表1に示す。
【0140】
製造例1においてHIPE調製用の水相として、処理水(15)を用いた以外は、製造例1と同じ操作を行ない多孔質材料(17)を得た。多孔質材料(17)についての物性を表1に示す。
【0141】
(実施例16)
製造例1においてHIPE調製用の水相として廃水(2)を使用した以外は製造例1と同じ操作を行ない多孔質材料(18)を得た。多孔質材料(18)についての物性を表1に示す。
【0142】
(実施例17)
製造例2においてHIPE調製用の水相として廃水(2)を使用した以外は製造例2と同じ操作を行ない多孔質材料(19)を得た。多孔質材料(19)についての物性を表1に示す。
【0143】
(実施例18)
実施例1で得た処理水(1)400部に対して1.7部の塩化カルシウムとイオン交換水41.3部を均一に加えて溶解し処理水(16)を得た。
【0144】
処理水(16)の残存重合開始剤量は処理水(1)と同じく検出限界以下であった。製造例1と同じ油相を処理水(16)を用いて、粘度安定性評価用のHIPEを形成した。製造例1の油相と水相に処理水(16)443部を連続的に撹拌混合機内に供給し、連続的にHIPEを形成させた。水相と油相の比は44.3/1であった。得られたエマルションを250部取り出して、粘度安定性評価を行った。粘度安定性評価の結果を表1に示す。
【0145】
次いで、製造例1においてHIPE調整用の水相として処理水(16)を用いた以外は、製造例1と同じ操作を行い多孔質材料(20)を得た。多孔質材料(20)の物性を表1に示す。
【0146】
(実施例19)
実施例9で得た処理水(9)400部に対して1.7部の塩化カルシウムとイオン交換水41.3部を均一に加えて溶解し処理水(17)を得た。処理水(17)の残存重合開始剤量は処理水(9)と同じく検出限界以下であった。
【0147】
製造例1と同じ油相を処理水(17)を用いて粘度安定性評価用のHIPEを形成した。製造例1の油相と水相に処理水(17)443部を連続的に撹拌混合機内に供給し、連続的にHIPEを形成させた。水相と油相の比は44.3/1であった。得られたエマルションを250部取り出して、粘度安定性評価を行った。粘度安定性評価の結果を表1に示す。
【0148】
製造例1においてHIPE調整用の水相として処理水(17)を用いた以外は、製造例1と同じ操作を行い、多孔質材料(21)を得た。多孔質材料(21)の物性を表1に示す。
【0149】
(実施例20)
廃水(1)を80℃で30分加熱して処理水(18)を得た。処理水(18)の残存重合開始剤量は620ppmであった。処理水(18)を用いて実施例1と同じ操作を行い粘度安定性評価を行った。粘度安定性評価結果を表1に示す。実施例1の水相を処理水(18)に変える以外は実施例1と同じ操作を行い多孔質材料(22)を得た。多孔質材料(22)の物性を表1に示す。
【0150】
(実施例21)
製造例3で得た500部の廃水(3)をセパラブルフラスコに採取し、還流下で100℃で加熱した。水温が90℃に達した後、続いて硫酸鉄(II)7水和物を1.2部を添加し混合した。2分後、水酸化カルシウムを添加して0.3部を加えて中和した。中和後、0.2μmのフィルターでろ過して処理水(19)を得た。処理水(19)に残存重合開始剤量は検出されなかった。
【0151】
製造例1と同じ油相を処理水(19)を443部連続的に攪拌混合機内に供給し連続的にHIPEを形成させた。水相と油相の比は44.3/1であった。得られたエマルションを250部取り出して、粘度安定性評価を行なった。粘度安定性評価の結果を表1に示す。製造例1においてHIPE調整用の水相として処理水(19)を用いた以外は製造例1と同じ操作を行ない多孔質材料(23)を得た。
【0152】
(比較例1)
製造例1において使用するHIPE調整用の水相として廃水(1)を使用した以外は、製造例1と同じ操作を行ない比較多孔質材料(1)を得た。比較多孔質材料(1)についての物性を表1に示す。
【0153】
また、廃水(1)を用いて実施例1と同じ操作を行ない、粘度安定性評価を行なった。粘度安定性評価結果を表1に示す。
【0154】
(比較例2)
廃水(1)を60℃で30分間加熱して、比較処理水(1)を得た。比較処理水の残存重合開始剤量は880ppmであった。比較処理水(1)を用いて実施例1と同じ操作を行い粘度安定性評価を行った。粘度安定性評価結果を表1に示す。
【0155】
実施例1の水相を比較処理水(1)に変える以外は実施例1と同じ操作を行い比較多孔質材料(2)を得た。比較多孔質材料(2)についての物性を表1に示す。
【0156】
【表1】
Figure 0004694711
【0157】
【発明の効果】
本発明によれば、廃水の有効利用ができる。しかも、HIPEを調整する水相として重合開始剤の含有量を低減した後の廃水を用いて、重合開始剤濃度が800ppm以下の水相を使用することでHIPEを高温でも形成でき、かつ高温で安定に重合させることができる。また、この際のHIPEの重合温度は、70℃以上という高温でも安定であるため、これに続く重合時間を短縮することができる。このため、多孔質材料を効率よく製造することができる。しかも、得られた多孔質材料は、圧縮強度にも優れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1は、本発明の多孔質材料の製造方法における、好適な連続重合装置の代表的な一実施態様を表す概略側面図である。
【符号の説明】
101…HIPE、102…多孔質架橋重合体、102’…多孔質材料、119…HIPE供給部、201…エンドレスベルト式のコンベア(駆動搬送装置付き)、203,205…シート材、207,208…巻出ローラー、
209,211…回転ローラー、212,213…巻取ローラー、
215…重合炉、217…加熱昇温手段、219…加熱昇温手段、
301…圧縮ロール、302、403、405…搬送用コンベアロール、
303…脱水装置、廃水…304、310…廃水処理装置、401…エンドレスバンドナイフ式スライサー、402…バンドナイフ、501…油相、502…水相、503…乳化機。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
In the present invention, when producing a porous material by forming a water-in-oil high dispersion phase emulsion (hereinafter referred to as HIPE), when reusing the wastewater used in the aqueous phase forming the HIPE, The present invention relates to a method for producing a porous material in which a polymerization initiator contained is removed and waste water having a polymerization initiator concentration of 800 ppm or less is used.
[0002]
[Prior art]
One method for obtaining a porous material composed of open cells with fine and uniform pore diameter is a method of polymerizing after forming a HIPE composed of a monomer phase and an aqueous phase in the presence of a specific surfactant. In general, HIPE refers to one in which the proportion of the dispersed phase in the total volume of the HIPE exceeds 70% by volume. For example, US Pat. No. 5,334,621 discloses a method for producing a porous material by a HIPE method in which a polymerizable monomer contained in such HIPE is subjected to crosslinking polymerization.
[0003]
In this method, (i) a polymerizable monomer mixture containing an oil-soluble vinyl monomer and a crosslinking monomer having two or more functional groups in the molecule, (ii) 90% by weight of the emulsion, more preferably Prepared HIPE containing 95% by weight, particularly preferably 97% by weight of aqueous phase, (iii) a surfactant such as sorbitan fatty acid ester and glycerol mono fatty acid ester, and (iv) a polymerization initiator, A porous material is produced by heating and polymerizing and crosslinking HIPE. According to this HIPE method, a porous material composed of network-like open cells is formed by reverse phase emulsion polymerization. For this reason, the porous material obtained by the HIPE method has characteristics such as low density and water absorption, retention, heat insulation, and soundproofing.
[0004]
However, the porous material obtained by such a HIPE method has a porous structure formed by the ratio of the water phase which is the inner phase to the oil phase which is the outer phase in the reverse phase emulsion polymerization in the production process, that is, W / O. to be influenced. In order to obtain a porous material having a larger pore volume ratio, the ratio of W / O inevitably increases on the water phase side. Porous material with a large void volume ratio is excellent in heat insulation and soundproofing in addition to absorbability, so it should be used in many fields such as sanitary materials such as disposable diapers and sanitary products, building materials, audio products, and horticulture. Therefore, the demand for such a porous material is great. When the porous material is produced by the HIPE method, generally, W / O is often carried out at 10/1 to 100/1. That is, if an attempt is made to produce a porous material by the HIPE method, a large amount of water is required to form HIPE. This means that when the porous material is produced by the HIPE method, it is necessary to dehydrate and dry the water contained in the porous material after the production of the porous material, and a large amount of waste water is generated. .
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
A large amount of waste water obtained in the production process of such a porous material is efficient to reuse in the production process of the porous material because the amount of water used is large. In particular, in the manufacturing process of the porous material, since the most amount of water is used when forming the HIPE, it is preferable to reuse the waste water in the forming process of the HIPE. However, when it is reused without treatment, the formation of HIPE may become difficult or the pH may change due to components or impurities contained in the wastewater. For this reason, wastewater is neutralized and insoluble solids are removed and used by filtration or centrifugation. However, when HIPE is formed, insoluble matters are formed in the HIPE emulsifier and the emulsification operation must be stopped. There are cases where it cannot be obtained.
[0006]
On the other hand, depending on the purpose of use, it is not easy to simply reduce the amount of water used during HIPE formation. This is because the mechanical properties and absorbability of the porous material are governed by the above W / O, so that when the desired porous material is obtained, the weight% of the aqueous phase in HIPE cannot be greatly reduced. . Porous materials are used as sanitary material absorbers, waste oil treatment agents, etc., and are used as heat insulating materials, soundproofing materials, etc., so that they have fine pores in their structures to ensure their sufficient properties Preferably, when the water phase weight% is low as described above, a fine and open-celled porous material cannot be obtained, and the mechanical properties may deteriorate or the water absorption characteristics and the like may deteriorate. In particular, the porous material is a member that is applied in many fields. If the emulsification operation is stopped in the HIPE formation process when continuous production is carried out, the subsequent process must be stopped and the production rate is increased. descend. In particular, the stop in the emulsification process of HIPE tends to occur frequently when the emulsification temperature or polymerization temperature of HIPE is increased to shorten the polymerization time in order to improve the production rate.
[0007]
As described above, a process capable of efficiently obtaining a porous material in a short time and efficiently reusing a large amount of generated wastewater has not been known so far, and development is desired.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The inventors of the present invention have studied a process for producing a porous material by the HIPE method, and when the obtained waste water is subjected to a specific treatment and then used again for the formation of the HIPE, the formation of the HIPE proceeds very smoothly. The inventors have found that the efficiency of the production of porous materials can be improved synergistically because the temperature can be increased, and the present invention has been completed. That is, the present application includes the following (1) to ( 5 ).
[0009]
(1) A step of forming and polymerizing a water-in-oil high-dispersion phase emulsion containing a polymerizable monomer to obtain a porous crosslinked polymer, and a step of dehydrating the porous crosslinked polymer to obtain waste water In the method for producing a porous material, By adding a reducing agent to the wastewater A polymerization initiator contained in the wastewater is reduced, and a water-in-oil type highly dispersed phase emulsion is formed using an aqueous phase containing the wastewater and having a polymerization initiator content of 800 ppm or less, and a temperature of 70 ° C. or higher. A method for producing a porous material, characterized in that polymerization is carried out with
[0012]
( 2 ) The above (1), wherein the water-in-oil highly dispersed phase emulsion is polymerized at a temperature of 70 to 150 ° C ) The manufacturing method as described.
[0013]
( 3 ) A step of forming a water-in-oil highly dispersed phase emulsion, a step of polymerizing a porous crosslinked polymer for polymerizing the emulsion, a step of adjusting wastewater by dehydration of the porous crosslinked polymer, and a polymerization initiator contained in the wastewater. (1), wherein each step is performed continuously. Or (2) The manufacturing method as described in.
[0014]
( 4 ) The above (wherein the production process of the porous crosslinked polymer is performed within 30 minutes) 3 ) Described production method.
[0015]
( 5 ) The above (1) to (1), which have two or more porous material production lines and use the waste water obtained in one production line in another production line. 4 The manufacturing method in any one of).
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The first of the present invention is a step of forming and polymerizing a water-in-oil type highly dispersed phase emulsion containing a polymerizable monomer to obtain a porous crosslinked polymer, and dewatering the porous crosslinked polymer to produce waste water. In a method for producing a porous material including a step of obtaining, a polymerization initiator contained in the wastewater is reduced, and a water-in-oil type high dispersion using an aqueous phase containing the wastewater and having a polymerization initiator content of 800 ppm or less A method for producing a porous material, characterized in that a phase emulsion is formed and further polymerized at a temperature of 70 ° C. or higher.
[0017]
Conventionally, HIPE is generally formed at a temperature of 40 to 65 ° C. Therefore, HIPE is separated in the emulsification step without generating any special treatment on the wastewater, and as a result, a gel is generated. It has not been observed much to form a polymer. However, when the porous material is produced efficiently in a shorter time, it is particularly effective to raise the polymerization temperature and complete the polymerization in a short time. On the other hand, since the increase in the polymerization temperature is more efficiently accelerated by the increase in the emulsification temperature, which is the previous step, the HIPE gel is contained inside the emulsifier by the components contained in the wastewater, particularly the remaining polymerization initiator. A case where a solid product was generated and the emulsifier stopped and continuous operation was not possible was observed. Such an adverse effect occurs particularly when HIPE is adjusted at a high emulsification temperature, and has not been regarded as a significant problem in the past. The present invention reduces the polymerization initiator contained in the wastewater, and efficiently forms HIPE using wastewater having a polymerization initiator concentration of 800 ppm or less, thereby reducing the amount of water phase to be discarded outside the production process. This greatly reduces the production efficiency of the porous material.
[0018]
Here, an example of a mode in which a porous material is continuously produced by polymerizing HIPE will be described with reference to the flow of FIG. As shown in FIG. 1, an oil phase 501 and an aqueous phase 502 are introduced into an emulsifier 503 to form a HIPE 101, and this HIPE 101 is continuously supplied from a HIPE supply unit 119 onto a sheet material 203, and a rotating roller 209 Is formed into a sheet having a predetermined thickness by adjusting the set height. The rotational speed of the unwinding / winding rollers 208 and 212 is controlled so that the sheet material 203 can be synchronized with the conveyor belt 201. The rotation speed of the sheet material 205 is controlled by rotating rollers 209 and 211 and unwinding / winding rollers 207 and 213 while applying tension so that the thickness of the HIPE 101 becomes constant. The HIPE 101 is polymerized in the polymerization furnace 215 by the heating temperature raising means 219 comprising a hot water shower from the lower part of the conveyor belt 201 and the heating temperature raising means 217 comprising a hot air circulating device from above the conveyor belt to thereby form the porous crosslinked polymer 102. obtain. Next, after the upper and lower sheet materials 203 and 205 are peeled off, the porous crosslinked polymer 102 is placed on a belt that is rotated by a conveyor 302 by a rotating roll of a dehydrator 303, and a compression roll provided above and below the belt. The waste water 304 is obtained by dehydrating while rotating the roll sandwiched between 301. The waste water 304 is transferred to the waste water treatment apparatus 310 to remove the polymerization initiator, and this is used as an aqueous phase for forming the HIPE 101. The dehydrated porous material 102 ′ can also be sliced in the thickness direction by a band knife 402 that is transferred to an endless band knife slicer 401 that is continuously provided and rotated. Hereinafter, the present invention will be described in detail.
[0019]
[I] Raw material used for HIPE
The raw material used for HIPE contains (a) a polymerizable monomer (hereinafter also simply referred to as “monomer”), (b) a crosslinkable monomer and (c) a surfactant as essential components constituting the oil phase. And (d) What is necessary is just to contain water as an essential component which comprises a water phase. Further, if necessary, (e) a polymerization initiator, (f) salts, (g) other additives may be contained as optional components constituting the oil phase and / or the aqueous phase.
[0020]
(A) Polymerizable monomer
The polymerizable monomer is not particularly limited as long as it has one polymerizable unsaturated group in the molecule, and can be polymerized in a dispersed or water-in-oil type highly dispersed phase emulsion to form bubbles. It is not limited. Preferably at least a part contains (meth) acrylic acid ester, more preferably contains 20% by mass or more of (meth) acrylic acid ester, and particularly preferably contains 35 mass of (meth) acrylic acid ester. % Or more. By containing (meth) acrylic acid ester as the polymerizable monomer, a porous material rich in flexibility and toughness can be obtained, which is desirable.
[0021]
Specific examples of the polymerizable monomer include arylene monomers such as styrene; monoalkylene arylene monomers such as styrene, ethylstyrene, α-methylstyrene, vinyltoluene, and vinylethylbenzene; (meth) acrylic Methyl methacrylate, ethyl (meth) acrylate, butyl (meth) acrylate, isobutyl (meth) acrylate, isodecyl (meth) acrylate, 2-ethylhexyl (meth) acrylate, lauryl (meth) acrylate, (meth) (Meth) acrylic esters such as stearyl acrylate, cyclohexyl (meth) acrylate, benzyl (meth) acrylate; chlorine-containing monomers such as vinyl chloride, vinylidene chloride, chloromethylstyrene; acrylonitrile, methacrylonitrile, etc. Acrylonitrile compounds; other, vinyl acetate, propi Nsan vinyl, N- octadecyl acrylamide, ethylene, propylene, butene and the like. These may be used alone or in combination of two or more.
[0022]
The amount of the polymerizable monomer used is preferably in the range of 10 to 99.9% by mass with respect to the mass of the whole monomer component composed of the polymerizable monomer and the following crosslinkable monomer. . This is because a porous material having a fine pore diameter can be obtained within this range. More preferably, it is 30-99 mass%, Most preferably, it is the range of 30-70 mass%. When the amount of the polymerizable monomer used is less than 10% by mass, the resulting porous material may become brittle or the water absorption capacity may be insufficient. On the other hand, when the amount of the polymerizable monomer used exceeds 99.9% by mass, the obtained porous material has insufficient strength, elastic recovery, etc., and sufficient water absorption and water absorption speed cannot be secured. There is.
[0023]
(B) Crosslinkable monomer
The crosslinkable monomer is not particularly limited as long as it has at least two polymerizable unsaturated groups in the molecule, and in the same manner as the polymerizable monomer, in a dispersed or water-in-oil type highly dispersed phase emulsion. It is not particularly limited as long as it can be polymerized and can form bubbles.
[0024]
Specific examples of the crosslinkable monomer include divinylbenzene, trivinylbenzene, divinyltoluene, divinylxylene, p-ethyl-divinylbenzene, divinylalkylbenzenes, divinylnaphthalene, divinylphenanthrene, divinylbiphenyl, and divinyldiphenylmethane. Aromatic monomers such as divinyl benzyl, divinyl phenyl ether and divinyl diphenyl sulfide; oxygen-containing monomers such as divinyl furan; sulfur-containing monomers such as divinyl sulfide and divinyl sulfone; butadiene, isoprene, pentadiene and the like Aliphatic monomer; ethylene glycol di (meth) acrylate, diethylene glycol di (meth) acrylate, triethylene glycol di (meth) acrylate, polyethylene glycol di (meth) acrylate 1,3-butanediol di (meth) acrylate, 1,4-butanediol di (meth) acrylate, 1,6-hexanediol di (meth) acrylate, octanediol di (meth) acrylate, decanediol di ( (Meth) acrylate, trimethylolpropane di (meth) acrylate, trimethylolpropane tri (meth) acrylate, pentaerythritol di (meth) acrylate, pentaerythritol tri (meth) acrylate, pentaerythritol tetra (meth) acrylate, dipentaerythritol di (Meth) acrylate, dipentaerythritol tri (meth) acrylate, dipentaerythritol tetra (meth) acrylate, N, N'-methylenebis (meth) acrylamide, isocyanuric acid triary , Triallylamine, tetraallyloxyethane, and hydroquinone, catechol, resorcinol, and ester compounds of polyhydric alcohols with acrylic acid or methacrylic acid such as sorbitol may be cited. These may be used alone or in combination of two or more.
[0025]
The amount of the crosslinkable monomer used is preferably in the range of 0.1 to 90% by mass with respect to the mass of the whole monomer component composed of the polymerizable monomer and the crosslinkable monomer. More preferably, it is 1-70 mass%, Most preferably, it is the range of 30-70 mass%. When the amount of the crosslinkable monomer used is less than 0.1% by mass, the resulting porous material has insufficient strength, elastic recovery, etc., or the amount of absorption per unit volume or unit mass is insufficient. While sufficient water absorption and water absorption speed may not be ensured, if the amount of the crosslinkable monomer used exceeds 90% by mass, the porous material may become brittle or the water absorption capacity may be insufficient.
[0026]
(C) Surfactant
The surfactant is not particularly limited as long as it can emulsify the aqueous phase in the oil phase constituting HIPE, and conventionally known nonionic surfactants, cationic surfactants, anionic surfactants , Amphoteric surfactants and the like can be used.
[0027]
Among these, nonionic surfactants include nonylphenol polyethylene oxide adducts; block polymers of ethylene oxide and propylene oxide; sorbitan monolaurate, sorbitan monomyristate, sorbitan monopalmitate, sorbitan monostearate, sorbitan tristearate Sorbitan fatty acid esters such as rate, sorbitan monooleate, sorbitan trioleate, sorbitan sesquioleate, sorbitan distearate; glycerol monostearate, glycerol monooleate, diglycerol monooleate, self-emulsifying glycerol monostearate, etc. Glycerin fatty acid ester; polyoxyethylene lauryl ether, polyoxyethylene cetyl ether, polyoxyethylenes Polyoxyethylene alkyl ethers such as allyl ether, polyoxyethylene oleyl ether, polyoxyethylene higher alcohol ether; polyoxyethylene alkyl aryl ethers such as polyoxyethylene nonylphenyl ether; polyoxyethylene sorbitan monolaurate, polyoxyethylene sorbitan Polyoxyethylene sorbitan fatty acid esters such as monolaurate, polyoxyethylene sorbitan monopalmitate, polyoxyethylene sorbitan monostearate, polyoxyethylene sorbitan tristearate, polyoxyethylene sorbitan monooleate, polyoxyethylene sorbitan trioleate ; Polyoxyethylene sorbitol fatty acids such as polyoxyethylene sorbitol tetraoleate Steal; Polyoxyethylene fatty acid ester such as polyethylene glycol monolaurate, polyethylene glycol monostearate, polyethylene glycol distearate, polyethylene glycol monooleate; polyoxyethylene alkylamine; polyoxyethylene hydrogenated castor oil; alkyl alkanolamide, etc. In particular, HLB is 10 or less, preferably 2-6. Among these, two or more kinds of nonionic surfactants may be used in combination, and the combined use may improve the stability of HIPE.
[0028]
Cationic surfactants include quaternary ammonium salts such as stearyl trimethyl ammonium chloride, ditallow dimethyl ammonium methyl sulfate, cetyl trimethyl ammonium chloride, distearyl dimethyl ammonium chloride, alkylbenzyl dimethyl ammonium chloride, lauryl trimethyl ammonium chloride; Examples include alkylamine salts such as nutamine acetate and stearylamine acetate; alkylbetaines such as laurylbetaine, stearylbetaine, and laurylcarboxymethylhydroxyethylimidazolinium betaine; and amine oxides such as lauryldimethylamine oxide. By using a cationic surfactant, it is possible to impart excellent antibacterial properties when the resulting porous material is used as a water-absorbing material.
[0029]
As the anionic surfactant, those having an anion portion and an oil-soluble portion can be preferably used. For example, an alkyl sulfate salt such as sodium dodecyl sulfate, potassium dodecyl sulfate, ammonium alkyl sulfate, etc .; sodium dodecyl polyglycol ether sulfate; sodium Sulforicinoates; alkyl sulfonates such as sulfonated paraffin salts; alkyl sulfonates such as sodium dodecylbenzene sulfonate and alkali metal sulfates of alkali phenol hydroxyethylene; high alkyl naphthalene sulfonates; naphthalene sulfonic acid formalin condensate, sodium laurate Fatty acid salts such as rate, triethanolamine oleate, triethanolamine ahiate, etc .; polyoxy Reactions with double bonds such as alkyl ether sulfates; polyoxyethylene carboxylate sulfates, polyoxyethylene phenyl ether sulfates; dialkyl ester succinates; polyoxyethylene alkylaryl sulfates Anionic emulsifiers can be used. HIPE can be prepared by using an anionic surfactant in combination with a cationic surfactant.
[0030]
In addition, when a nonionic surfactant and a cationic surfactant are used in combination, the stability of HIPE may be improved.
[0031]
The amount of the surfactant used is preferably 1 to 30 parts by mass, more preferably 3 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the whole monomer component composed of a polymerizable monomer and a crosslinkable monomer. -15 parts by mass. When the amount of the surfactant used is less than 1 part by mass, the high dispersibility of the HIPE may become unstable or the original function and effect of the surfactant may not be sufficiently exhibited. On the other hand, when the usage-amount of the said surfactant exceeds 30 mass parts, the porous material obtained may become too weak, the further effect corresponding to the addition exceeding this cannot be anticipated, and it is uneconomical.
[0032]
(D) Water
In addition to tap water, pure water, and ion exchange water, the above-mentioned water may be used as it is or after being subjected to a predetermined treatment from waste water obtained by producing a porous material in order to reuse waste water. it can. In the present invention, it is preferable to use treated water having a polymerization initiator concentration of 800 ppm as a result of treating wastewater. This is because wastewater can be used effectively. At this time, it is not limited to the case where the entire amount of water is treated water from which the polymerization initiator has been removed from the waste water, and may be a case where the treated water is partially used. Moreover, when it has the production line of a some porous material, after processing the wastewater obtained by one line, you may utilize this wastewater for HIPE formation of another line.
[0033]
(E) Polymerization initiator
In order to achieve HIPE polymerization in a very short time which is the object of the present invention, a polymerization initiator is used. The polymerization initiator is not particularly limited as long as it can be used in reverse emulsion polymerization, and both water-soluble and oil-soluble can be used.
[0034]
Examples of the water-soluble polymerization initiator include azo compounds such as 2,2′-azobis (2-amidinopropane) dihydrochloride; persulfates such as ammonium persulfate, potassium persulfate, and sodium persulfate; potassium peracetate, Examples thereof include peroxides such as sodium peracetate, potassium percarbonate, sodium percarbonate, and hydrogen peroxide.
[0035]
Examples of the oil-soluble polymerization initiator include cumene hydroperoxide, t-butyl hydroperoxide, t-butyl peroxy-2-ethylhexanoate, di-t-butyl peroxide, diisopropylbenzene hydroperoxide, p-menthane hydro Examples thereof include peroxides, peroxides such as 1,1,3,3-tetramethylbutyl hydroperoxide, 2,5-dimethylhexane-2,5-dihydroperoxide, benzoyl peroxide, and methyl ethyl ketone peroxide.
[0036]
These polymerization initiators may be used alone or in combination of two or more. It is preferable to use two or more polymerization initiators having different 10-hour half-life temperatures, which are temperatures at which the concentration is halved in 10 hours. Of course, it goes without saying that a water-soluble polymerization initiator and an oil-soluble polymerization initiator may be used in combination.
[0037]
The amount of the polymerization initiator that can be used in the reverse emulsion polymerization depends on the combination of the monomer component and the polymerization initiator, but the entire monomer component composed of the polymerizable monomer and the crosslinkable monomer. It is preferable that it is the range of 0.05-25 mass parts with respect to 100 mass parts of, More preferably, it is 1.0-10 mass parts. When the amount of the polymerization initiator used is less than 0.05 parts by mass, the amount of unreacted monomer components increases, and therefore the amount of residual monomers in the resulting porous material increases, which is not preferable. . On the other hand, when the usage-amount of the said polymerization initiator exceeds 25 mass parts, since control of superposition | polymerization becomes difficult or the mechanical property in the porous material obtained deteriorates, it is unpreferable.
[0038]
Furthermore, you may use the redox polymerization initiator system formed by combining the said polymerization initiator and a reducing agent. The redox polymerization initiator further includes a reducing agent in addition to the peroxide as a polymerization initiator, and the addition method is not particularly limited. For example, when a peroxide is added to a reducing agent added in advance, the redox polymerization initiator is between two components. Active red radicals are generated by a redox reaction, and polymerization is initiated. In this case, both water-soluble and oil-soluble polymerization initiators can be used, and a water-soluble redox polymerization initiator system and an oil-soluble redox polymerization initiator system may be used in combination. Specifically, the following reducing agent is used in combination with the peroxide.
[0039]
For the reducing agent that can be used in the redox polymerization initiator system, examples of the water-soluble reducing agent include sodium bisulfite, thiosulfates such as sodium thiosulfate, sodium thiosulfate, and potassium thiosulfate, dithionite and salts thereof. L-ascorbate such as L-ascorbic acid and sodium L-ascorbate, erythorbates such as erythorbic acid and sodium erythorbate, iron (II) oxalate, iron (II) sulfate, iron (II) lactate, Divalent iron salts such as iron (II) chloride and ferrous ammonium sulfate (Mole salt), copper (I) chloride, copper (I) bromide, copper (I) iodide, copper (I) sulfate, Examples thereof include monovalent copper salts such as copper oxide and copper (I) cyanide. Examples include formaldehyde, sodium formaldehyde sulfoxylate, glucose, dextrose, triethanolamine, diethanolamine, and oxalic acid. Examples of oil-soluble reducing agents include organic amine compounds such as aniline, dimethylaniline, and p-phenylenediamine, and organic acid transition metal salts such as tin octylate and cobalt naphthenate. These redox polymerization initiator-based reducing agents may be used alone or in combination of two or more.
[0040]
The content ratio (mass ratio) of the reducing agent in the case of the redox polymerization initiator system is polymerization initiator (oxidizing agent) / reducing agent = 1 / 0.01 to 1/10, preferably 1 / 0.2 to 1. / 5 or so.
[0041]
(F) Salts
The above salts may be used if necessary for improving the stability of HIPE.
[0042]
Specific examples of the salts include water-soluble salts such as alkali metals such as calcium chloride, sodium sulfate, sodium chloride and magnesium sulfate, halides of alkaline earth metals, sulfates and nitrates. These salts may be used alone or in combination of two or more. These salts are preferably added to the aqueous phase. Of these, polyvalent metal salts are preferred from the viewpoint of the stability of HIPE during polymerization.
[0043]
The amount of such salts used is preferably 0.1 to 20 parts by mass, more preferably 0.5 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of water. If the amount of salt used exceeds 20 parts by mass, the waste water squeezed from HIPE will contain a large amount of salt, which increases the cost of treating the waste water, and expects further effects commensurate with the addition exceeding this amount. It is uneconomical. When the amount of the salt used is less than 0.1 parts by mass, there is a possibility that the effect of adding the salt cannot be sufficiently exhibited.
[0044]
(G) Other additives
Furthermore, any other various additives may be appropriately used as long as they lead to improvement of the manufacturing conditions and the performance of the obtained HIPE characteristics and porous material by adding the performance and functions of these additives. In order to adjust the pH, a base and / or a buffer may be added. About the usage-amount of these other additives, what is necessary is just to add in the range which can fully exhibit the performance and the function and also economical efficiency only for the purpose of each addition. Examples of such additives include activated carbon, inorganic powder, organic powder, metal powder, deodorant, antibacterial agent, fungicide, fragrance, various polymers, and the like.
[0045]
[II] Formation of HIPE
The method for forming HIPE is not particularly limited, and polymerization is started when the aqueous phase obtained by reducing the polymerization initiator in the wastewater obtained by dehydrating the porous crosslinked polymer is used as the aqueous phase. Conventionally known HIPE formation methods can be used as appropriate, except for using an aqueous phase in which the agent concentration is reduced to 800 ppm or less. The typical preparation method will be specifically described below.
[0046]
(A) HIPE manufacturing equipment
The HIPE forming apparatus is not particularly limited, and a conventionally known manufacturing apparatus can be used. For example, as a stirrer (emulsifier) used for mixing and stirring a water phase and an oil phase, known stirrers and kneaders can be used. Examples include propeller type, saddle type, turbine type blade agitators, homomixers, line mixers, pin mills, etc., and any of these may be used.
[0047]
(B) Mixing of HIPE materials
In general, a component constituting an oil phase containing at least a polymerizable monomer, a crosslinkable monomer and a surfactant is stirred at a predetermined temperature to prepare a uniform oil phase, and charged into an emulsifier.
[0048]
As the aqueous phase, those having a polymerization initiator content of 800 ppm or less obtained by reducing the polymerization initiator in the wastewater obtained by dehydrating the porous crosslinked polymer are used. This water phase is stirred while adding salts and other water phase constituents and water to the water phase as necessary, and heated to a predetermined temperature of 30 to 95 ° C. to prepare a uniform aqueous phase. Prepare. HIPE can be stably formed by mixing and stirring efficiently at a predetermined temperature described later, applying an appropriate shearing force, and emulsifying. You may add a 3rd component to the water phase and oil phase for HIPE formation as needed.
[0049]
In any case, in the present invention, water with a polymerization initiator content reduced to 800 ppm or less is used for HIPE formation, which prevents gelation in the emulsifier and forms HIPE smoothly. Therefore, it is preferable not to add a water-soluble polymerization initiator to the aqueous phase in advance, and it is also preferable not to add an oil-soluble polymerization initiator to the oil phase.
[0050]
(C) HIPE formation temperature
The formation temperature of HIPE (hereinafter also referred to as emulsification temperature) is in the range of 70 to 110 ° C, more preferably in the range of 80 to 110 ° C. When the HIPE formation temperature is less than 70 ° C., the heating may last longer depending on the curing temperature. On the other hand, when the HIPE formation temperature exceeds 110 ° C., the stability of the formed HIPE is poor. There is a case. For this reason, the temperature of the oil phase and / or the aqueous phase is adjusted in advance to a predetermined emulsification temperature, and stirred and mixed to emulsify, and finally HIPE in the above temperature range can be formed.
[0051]
(D) Water phase / oil phase (W / O) ratio
The water phase / oil phase (W / O) ratio (mass ratio) of the HIPE thus obtained is appropriately determined depending on the purpose of use of the porous material having open cells (for example, a water absorbing material, an oil absorbing material, a soundproof material, a filter, etc.). It can be selected and is not particularly limited, and may be 3/1 or more as defined above, preferably 10/1 to 250/1, particularly 10/1 to 100/1. In addition, when the W / O ratio is less than 3/1, the ability of the porous material to absorb water and energy is insufficient, the opening degree is low, and the opening degree of the surface of the resulting porous material is low. Therefore, there is a possibility that sufficient liquid passing performance may not be obtained. However, the pore ratio of the porous material is determined by changing the W / O ratio. Therefore, it is desirable to select the W / O ratio so that the hole ratio matches the application and purpose. For example, when used as various other absorbents such as diapers and sanitary materials, the W / O ratio is preferably about 10/1 to 100/1. The HIPE obtained by stirring and mixing the aqueous phase and the oil phase is usually a white, high-viscosity emulsion.
[0052]
[III] Production of porous crosslinked polymer
(A) Addition of polymerization initiator
The polymerization initiator is preferably added after the formation of HIPE. In the present invention, it is preferable to start the polymerization by adding a polymerization initiator to HIPE having a temperature of 70 ° C. or higher.
[0053]
Further, the polymerization initiator may be used in combination with an oxidizing agent and a reducing agent, as in the case of a redox initiator, and in this case, the polymerization is particularly promoted after mixing the two. For this reason, “adding a polymerization initiator” in the present specification means that when a polymerization initiator is used in combination with two or more compounds, the plurality of polymerization initiators are added. When a redox polymerization initiator is used as a polymerization initiator, a reducing agent is added in advance to the oil phase and / or the aqueous phase to form HIPE, the HIPE is adjusted to a predetermined temperature, and then peroxidized. It is preferable to add a product.
[0054]
In addition, the porous material can be continuously produced in a short time by increasing the emulsification temperature and the polymerization temperature, but when the emulsification temperature is high, the polymerization may be started immediately by the addition of the polymerization initiator. is there. For this reason, in this invention, the introduction path | route of a reducing agent or an oxidizing agent other polymerization initiator is provided in the path | route from the emulsifier which forms HIPE to a polymerization container or a polymerization machine, and it adds to HIPE, and mixes with a line mixer. Is preferred. This can prevent gelation in the emulsifier. At this time, the kind of the polymerization initiator added to the HIPE is not limited. Therefore, in addition to the case where an oil-soluble or water-soluble polymerization initiator is added by the route, a method of adding a water-soluble reducing agent by a route from an emulsifier to the polymerizer after adding a peroxide during HIPE formation. Are effective depending on the type of polymerization initiator used.
[0055]
The polymerization initiator can be used undiluted or in the form of a solution of water or an organic solvent, or a dispersion, etc. Especially when the polymerization initiator or the reducing agent of the redox polymerization initiator is oil-soluble. It is efficient to dissolve in an oil phase solvent, and in the case of water solubility, dissolve in an aqueous solvent and add to HIPE.
[0056]
(B) HIPE polymerization equipment
The polymerization apparatus that can be used in the present invention is not particularly limited, and for example, a belt conveyor type continuous polymerization machine equipped with a temperature adjustment apparatus, a continuous casting polymerization machine, or the like can be used. The continuous polymerization machine requires a length corresponding to the polymerization time. However, according to the method of the present invention, since the HIPE can be polymerized in a short time, the polymerization line does not become long and the apparatus can be made compact. Of course, a batch type polymerization tank or a batch type casting polymerization machine can also be used.
[0057]
(C) Polymerization method
HIPE can be polymerized by a conventionally known method. Therefore, a porous crosslinked polymer can be obtained by supplying HIPE to the polymerization apparatus and heating it.
[0058]
In the HIPE of the present invention, it is preferable to heat and polymerize the HIPE in the range of room temperature to 150 ° C. From the viewpoint of the stability and polymerization rate of the HIPE, the polymerization temperature is preferably in the range of 70 to 150 ° C, more preferably. It is 80-130 degreeC, Most preferably, it is the range of 90-110 degreeC. When the polymerization temperature is less than room temperature, the polymerization takes a long time, which is not preferable for industrial production. On the other hand, when the polymerization temperature exceeds 150 ° C., the pore diameter of the resulting porous material may become non-uniform, and the strength of the porous material may decrease, which may be undesirable. Further, the polymerization temperature may be changed in two stages or even multiple stages during the polymerization, and this polymerization method is not excluded.
[0059]
Moreover, the polymerization time of HIPE is in the range of 1 minute to 20 hours. Preferably it is within 1 hour, more preferably within 30 minutes, and most preferably in the range of 1 to 10 minutes.
When the polymerization time exceeds 20 hours, productivity may be inferior and industrially undesirable. In particular, since the polymerization is carried out after shaping, the efficiency of the polymerization tank after shaping can be improved, and the length of the polymerization apparatus can be reduced in the production of continuous sheets by shortening the polymerization time. Can be shortened. When the time is less than 1 minute, the strength of the porous material may not be sufficient. Of course, it is not excluded to employ a longer polymerization time. After the polymerization, the polymer is cooled or gradually cooled to a predetermined temperature, but is not particularly limited, and may be transferred to a post-treatment step such as dehydration or compression described below without cooling the polymerized porous material. good.
[0060]
Here, in the present invention, “polymerization time” refers to the total time from when the shaped HIPE enters the polymerization furnace until it exits the polymerization furnace. There is no particular restriction on this time in the present invention. However, the polymerization time of the HIPE of the present invention is from 1 minute to 20 hours, preferably within 1 hour. More preferably, it is within 30 minutes, most preferably 1 to 20 minutes, most preferably 1 to 10 minutes. When the polymerization time exceeds 1 hour, productivity may be inferior and industrially undesirable. When the time is less than 1 minute, the strength of the porous material may not be sufficient. Of course, it is not excluded to employ a longer polymerization curing time.
[0061]
The shape of the porous crosslinked polymer obtained by polymerizing HIPE may be a continuous sheet or a discontinuous sheet, or may be a shape obtained by individually charging HIPE into a mold and polymerizing the mold. May be. Specifically, HIPE is continuously supplied onto a traveling belt such as a structure in which the belt surface of the belt conveyor is heated by a heating device, and the HIPE is shaped into a smooth sheet on the belt. There is a way to polymerize. If the emulsion contact surface of the conveyor is smooth, a continuous sheet-like material having a desired thickness can be obtained by supplying HIPE onto the belt with a predetermined thickness. Furthermore, in order to produce a three-dimensional three-dimensional porous crosslinked polymer, it is possible to perform polymerization by injecting HIPE into a female mold having the shape, that is, cast polymerization. The casting polymerization may be a batch method as described above, or a continuous method in which the mold is continuously run.
[0062]
[IV] Preparation and use of wastewater
(A) Dehydration of porous crosslinked polymer
The porous material formed by completing the polymerization is usually dehydrated by compression, vacuum suction and a combination thereof. In general, 50 to 98% by mass of the used water is dehydrated by such dehydration, and the rest remains attached to the porous material.
[0063]
The dehydration rate is appropriately set depending on the use of the porous material. Usually, the water content may be set to 1 to 10 g or 1 to 5 g per 1 g of the porous material in a completely dried state.
[0064]
In the present invention, the waste water obtained in this dehydration step is reused for the formation of HIPE. In addition, water used for forming the aqueous phase of HIPE, moisture generated upon drying of the porous material, and the like can also be used as waste water.
[0065]
(B) Wastewater treatment method
The wastewater usually contains various raw materials used in HIPE formation, derivatives of the raw materials, and components of washing water. For the production of porous materials, a large amount of water is used at the time of HIPE formation, and waste water obtained by dehydration, etc. is generated depending on the W / O ratio of HIPE, so it is reused for the formation of HIPE. Therefore, it is necessary to particularly reduce the content of the polymerization initiator so that the HIPE can be stably formed.
[0066]
Examples of the method for removing the polymerization initiator include a method in which the polymerization initiator is thermally decomposed. For example, waste water is introduced into a storage tank and heated to a temperature of 70 ° C. or higher. Although temperature changes with kinds of polymerization initiator contained, More preferably, it is 80-180 degreeC, Most preferably, it is 90-180 degreeC. If the temperature falls below 70 ° C., the decomposition time becomes longer, which is disadvantageous because the internal volume of the storage tank must be increased. On the other hand, if the temperature exceeds 180 ° C., it is necessary to cool the HIPE for use in preparing HIPE, resulting in excessive consumption of heat energy. The decomposition time of the polymerization initiator by heating varies depending on the heating temperature, but in the above temperature range, it is generally 10 seconds to 24 hours, more preferably 10 seconds to 1 hour, particularly preferably 10 seconds to 30 minutes. It is. This is because the polymerization initiator can be sufficiently removed within this range.
[0067]
In particular, in the present invention, the temperature at which HIPE is formed is 70 to 110 ° C. For this reason, when heat treatment is performed to remove the polymerization initiator, if the temperature is set in consideration of the formation temperature, the temperature obtained by this removal treatment can be used effectively. This is advantageous in terms of heat economy.
[0068]
Moreover, as another removal method of a polymerization initiator, the method of adding a 3rd component to a polymerization initiator and making it decompose can be illustrated, for example. For example, when the polymerization initiator is a peroxide, the peroxide may remain in the wastewater depending on the amount of peroxide used and the type of the peroxide. Even in the case of polymerizing with a redox in which a peroxide and a reducing agent are combined as a polymerization initiator, the peroxide may remain in the waste water depending on the ratio of the peroxide to the reducing agent used. In these cases, the peroxide in the wastewater can be decomposed by adding a reducing agent to the wastewater. Moreover, the decomposition reaction is more economical and preferable because it is carried out rapidly at a lower temperature than when no reducing agent is added.
[0069]
As such a reducing agent, the water-soluble reducing agent and the oil-soluble reducing agent described in the section of the polymerization initiator can be used. These reducing agents may be used alone or in combination of two or more. When the reducing agent is added, the addition amount of the polymerization initiator contained in the wastewater can be reduced by this addition, and if the polymerization initiator content in the aqueous phase when forming HIPE again can be reduced to 800 ppm or less. no problem. For example, the content of the polymerization initiator contained in the wastewater is measured, and a necessary reducing agent amount may be added as appropriate.
[0070]
Moreover, as a reducing agent used when decomposing | disassembling the polymerization initiator in wastewater, there are transition metals, such as iron, copper, manganese, cobalt, nickel, and chromium, The method of contacting these transition metals and wastewater, and decomposing | disassembling There is. In this case, for example, the transition metal is used as it is, or a transition metal processed into powder, fiber, or wool is introduced into a waste water tank or a pipe of a production line, and the waste water and the transition metal are brought into contact with each other to form a polymerization initiator. To decompose.
[0071]
In addition, in this invention, it is preferable to use together the removal process of the polymerization initiator by heating, and the removal method by addition of a reducing agent.
[0072]
In the present invention, since the waste water after reducing the content of the polymerization initiator is used again for adjusting the HIPE, it is preferable to reduce the content of the polymerization initiator to 800 ppm or less. This is because, within this range, the stability of the HIPE is hardly impaired even when the treated waste water is used for the total amount of the aqueous phase for adjusting the HIPE. At this time, when a redox polymerization initiator is used as the polymerization initiator, the content of the polymerization initiator means the content of peroxide.
[0073]
On the other hand, even when the content of the polymerization initiator contained in the wastewater after the treatment exceeds 800 ppm, it is possible to add fresh water to this and use it as an aqueous phase for HIPE adjustment. The present invention uses a water phase having a polymerization initiator concentration of 800 ppm or less, more preferably 500 ppm or less, and particularly 100 ppm or less, so that HIPE is stable even when polymerizing HIPE at a high temperature of 70 ° C. or more. This is because it has been found that there is no loss of
[0074]
(C) Removal of impurities
Moreover, the porous polymer crosslinked body used as a porous material is obtained by standing-polymerizing HIPE formed by moderate stirring, and the stability of HIPE greatly affects the properties of the porous material. Wastewater may be acidic due to the reaction decomposition products contained in HIPE, for example, sodium persulfate decomposition products, and there may be impurities such as salts generated in the polymerization process. Stability may be harmed. Therefore, it is preferable to remove impurities and adjust pH in addition to the removal of the polymerization initiator.
[0075]
As impurities, there are both a water-soluble component and a water-insoluble component contained in the wastewater, which are components that are not necessary for the production of the porous material by the HIPE method. Water-soluble components include decomposition products of polymerization initiators such as sulfate ions and sulfite ions, decomposition products and oxidation products of monomers, impurities present in monomers, decomposition products and oxidation products of emulsifiers, and emulsifiers. There are organic compounds derived from impurities, etc. present in Examples of water-insoluble components include water-insoluble salts of the above ions, organic compounds that do not dissolve in water, HIPE polymer pieces, and other solid materials.
[0076]
As a method for removing impurities, for example, undesired components in wastewater are treated with an ion exchange resin, a semipermeable membrane or a hollow fiber membrane, or adsorbed with, for example, activated carbon or zeolite, or filter paper, filter cloth, There are methods such as filtration with an outer filtration membrane, removal / purification by separation by distillation or distillation. In the present invention, one or more of these may be used in combination, and the water-soluble component and the water-insoluble component may be removed simultaneously. Substances that inhibit the stability of HIPE are a water-soluble component and a water-insoluble component as described above, and among them, the influence of the water-insoluble component is significant, and removal of this will effectively improve the stability. There are methods for removing water-insoluble components such as filtration, centrifugation, and distillation. However, we found that centrifugation is efficient, especially that it is the most efficient method when applied to a continuous centrifuge. .
[0077]
Here, a known centrifuge can be used, but a continuous decanter centrifuge, a continuous tubular ultracentrifuge, a continuous deLaval type desk machine centrifuge, etc. When used, the water-insoluble matter can be efficiently and continuously removed, and the continuous decanter type centrifuge is particularly preferable as an apparatus suitable for treating a large amount of waste water. By such an impurity removal treatment, a HIPE is stabilized, and a porous material having an excellent surface state can be produced. In addition, the removal degree of impurities should just be removed from waste water to such an extent that the stability of HIPE is not inhibited.
[0078]
(D) pH adjustment
On the other hand, as a method for adjusting the pH of the wastewater to be reused, there is no particular limitation as long as the pH is adjusted by some method before the cross-linking polymerization in forming the HIPE and the cross-linking polymerization is performed thereafter. For example, a basic component is added to the wastewater to adjust the pH to 7 or more, more preferably 7 to 12, and the wastewater is used to form the emulsion, or a pH adjuster is added during the formation of the emulsion Then, the pH is adjusted to the above range.
[0079]
Wastewater often contains acidity because it contains sulfate ions, sulfite ions, unreacted substances such as polymerization initiators from persulfates that are polymerization initiators, and HIPE cannot be stably maintained. There is a case. Therefore, it is preferable to adjust the pH in order to stably maintain HIPE and improve the reuse rate of wastewater. Moreover, although the pH of the surface of the porous crosslinked polymer obtained by polymerizing HIPE varies depending on the raw materials used, it is often in the acidic region. Therefore, in order to remove the influence of the peroxide used as the polymerization initiator and the decomposition product of the reducing agent, the pH of the porous crosslinked polymer can be reduced by reusing wastewater whose pH has been adjusted to the weak alkali side in advance. Can approach the neutral range.
[0080]
As a method for adjusting the pH, specifically, it is preferable to keep the pH of water to be reused for preparing HIPE to be 7 or more or to add a buffer that can keep the pH of the aqueous phase near neutral. . In particular, a method of adding a base to waste water and adjusting the pH to a range of 7 to 12 is particularly convenient and particularly preferable.
[0081]
Such bases include alkali metal or alkaline earth metal hydroxides such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, calcium hydroxide, organic bases such as triethylamine, ethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, dimethylaminoethanol, There is ammonia. In the present invention, when one of these is used alone, two or more may be used in combination.
[0082]
Moreover, a well-known buffer solution can be used as a buffer solution. A mixture of a salt such as phosphoric acid, boric acid, carbonic acid, acetic acid and the acid or base thereof having a composition capable of keeping the pH of the aqueous phase near neutral with a known buffer solution can be used. The pH may be adjusted before reuse, but may be appropriately adjusted when forming HIPE, for example.
[0083]
[V] Continuous production method of porous material
In the present specification, “continuous polymerization” means a step of continuously supplying a water phase and an oil phase to an emulsifier to continuously form HIPE, and the resulting HIPE is continuously passed through a polymerization zone to be porous. The step of obtaining a crosslinked polymer, the step of continuously dehydrating the obtained porous crosslinked polymer, etc. are all carried out continuously. On the other hand, in the “batch method”, appropriate amounts of an aqueous phase and an oil phase are supplied to an emulsifier, and the resulting HIPE is intermittently filled into a container to obtain a porous crosslinked polymer, which is then dehydrated. Is. At this time, it does not matter whether each step of HIPE formation, polymerization, and dehydration is performed continuously.
[0084]
The continuous polymerization method in which HIPE is continuously polymerized is a preferable method because the production efficiency is high and the effect of shortening the polymerization time can be most effectively utilized. Specifically, as a continuous polymerization method of a sheet-like porous cross-linked polymer, for example, a structure in which the belt surface of a belt conveyor is heated by a heating device is used to continuously apply HIPE on a traveling belt. There is a method of supplying and polymerizing the HIPE in a smooth sheet shape on the belt. If the emulsion contact surface of the conveyor is smooth, a continuous sheet-like material having a desired thickness can be obtained by supplying HIPE onto the belt with a predetermined thickness. Thus, this technique is extremely effective for improving productivity by continuously producing and achieving polymerization in a short time.
[0085]
Moreover, in order to produce a three-dimensional three-dimensional porous crosslinked polymer, it is possible to perform polymerization by injecting HIPE into a female mold having the shape, that is, cast polymerization. The casting polymerization may be a batch method as described above, or a continuous method in which the mold is continuously run.
[0086]
[VI] Post-processing (commercialization) process after porous material formation
(A) Compression
The porous material of the present invention can be in a form compressed to a fraction of the original thickness. The compressed sheet form or the like has a smaller volume than the original porous material, and can reduce transportation and storage costs. The compressed porous material has the property of absorbing water and returning to its original thickness when it comes into contact with a large amount of water, and has a feature that the water absorption speed is faster than that of the original thickness. From the viewpoint of transportation, stock space saving, and ease of handling, it is effective to compress to 1/2 or less of the original thickness. More preferably, it is good to compress to 1/4 or less of the original thickness.
[0087]
(B) Cleaning
For the purpose of improving the surface state of the porous material, the porous material may be washed with pure water, an aqueous solution containing any additive, or a solvent.
[0088]
(C) Drying
If necessary, the porous material obtained in the above steps may be heat-dried with hot air, microwaves, or the like, or may be humidified to adjust moisture.
[0089]
(D) Cutting
If necessary, the porous material obtained in the above steps may be cut into a desired shape and size and processed into products according to various applications.
[0090]
(E) Impregnation processing
Functionality can also be imparted by impregnating with additives such as cleaning agents, fragrances, deodorants and antibacterial agents.
[0091]
【Example】
Hereinafter, examples of the present invention will be described in detail. In this example, the performance of the porous crosslinked polymer was measured and evaluated as follows.
[0092]
<Surface condition of porous crosslinked polymer>
The fine uniformity of the surface of the polymerized porous crosslinked polymer was observed and evaluated at 50 times using SEM.
[0093]
<Compressive strength>
The uniaxial (in the thickness direction) compressive strength was measured at 24 ° C. using an Instron testing machine (manufactured by Instron; trade name Instron 1186-RE5500) and converted to the international unit system (kPa).
[0094]
<Viscosity stability evaluation>
About the viscosity stability of the emulsion in an emulsification process, the viscosity immediately after emulsification and the viscosity after 5 minutes were measured using the helicopter viscometer, and it was evaluated whether there was any increase in viscosity.
[0095]
250 parts by mass of HIPE immediately after emulsification was collected in a polypropylene cup having an inner diameter of 80 mm and a height of 100 mm using a helipath-type viscometer (manufactured by Brookfield, Inc .: trade name Digital Rheometer DV-III, T-shaped spindle A type). The viscosity was measured at a rotational speed of 100 rpm. The measurement temperature was measured at the same temperature as the HIPE formation temperature.
[0096]
<Quantification method of the amount of polymerization initiator>
The iodine titration method was used to determine the amount of the polymerization initiator in the wastewater.
First, 100 g of waste water was put into an iodine number flask, and 0.1 g of potassium iodide was added. Thereafter, the flask was sealed and sufficiently stirred, and then left in a cool dark place for 18 hours. After 18 hours, the mixture was taken out from a cool dark place, added with 2 to 3 ml of 1% starch aqueous solution, titrated with 0.01 mol / L sodium thiosulfate, and adjusted until the purple color disappeared (Aml). The amount of residual polymerization initiator was calculated from the following formula.
[0097]
[Expression 1]
Figure 0004694711
[0098]
<Measurement of polymerization rate>
1.0 g of the porous cross-linked polymer obtained after the polymerization was added to 200 g of methylene chloride, stirred for 2 hours, filtered, and the filtrate was GC-14 manufactured by Shimadzu Corporation, Liquid Phase TC-1 (GL Science Inc. 30 m × 0.53 mm × 1.5 μm) was analyzed by gas chromatography to determine the amount of residual monomer in the porous crosslinked polymer. Using helium gas as a carrier, injection temperature = 210 ° C., detector temperature = 220 ° C., column temperature held at 40 ° C. for 10 minutes, then 20 ° C./min. For 3 minutes and 5 ° C./min. For 14 minutes and then 20 ° C./min. The temperature was raised to 200 ° C. The percentage of the residual monomer amount when the monomer amount supplied for the adjustment of HIPE was converted to 100 was calculated, and the polymerization rate was calculated using the following equation.
[0099]
[Expression 2]
Figure 0004694711
[0100]
(Production Example 1)
5.1 parts by mass of 2-ethylhexyl acrylate (hereinafter, simply referred to as “parts”), 3.1 parts of 42% divinylbenzene (the other component is p-ethyl-vinylbenzene), 1.6-hexanediol diacrylate 1 .1 part monomer component, 0.6 part glycerin monooleate as a surfactant, 0.1 part ditallowdimethylammonium methyl sulfate are added and dissolved uniformly to obtain an oil phase mixture solution (hereinafter, (Referred to as “oil phase”). On the other hand, 18 parts of calcium chloride was dissolved in 425 parts of ion-exchanged water to prepare an aqueous phase aqueous solution (hereinafter referred to as “aqueous phase”) and heated to 95 ° C. The oil phase and the aqueous phase were continuously fed into the stirring mixer which is an emulsifier at the above ratio to continuously form HIPE. The ratio of the water phase to the oil phase was 44.3 / 1. The results of the viscosity stability evaluation of the emulsion are shown in Table 1. In Table 1, “Residual polymerization initiator amount (ppm) in the aqueous phase” is ppm by mass of the residual polymerization initiator amount contained in the aqueous phase used for forming the emulsion when forming the emulsion.
[0101]
The obtained HIPE was continuously extracted from the stirring mixer, heated to 95 ° C. in advance, and supplied to a static mixer equipped with a heating and heat retaining member. Separately, a solution obtained by dissolving 0.5 part of sodium persulfate as a water-soluble polymerization initiator in 6 parts of ion-exchanged water was fed from the entrance of the static mixer, and HIPE and the polymerization initiator were continuously mixed. As a result, the ratio of the water phase to the oil phase finally became 45/1.
[0102]
This HIPE is conveyed through a flexible tube, heated to 95 ° C. and continuously on a belt that runs horizontally at a speed of 0.8 to 1.5 m / min. Supplied and molded. Subsequently, a polymerization zone in which the polymerization temperature was controlled to 95 ° C. was passed for 10 minutes. After passing through the polymerization zone, it was immediately dehydrated and compressed to obtain a porous material (1) and waste water (1).
[0103]
(Production Example 2)
5.1 parts by weight of 2-ethylhexyl acrylate (hereinafter, simply referred to as “parts”), 3.1 parts of 42% divinylbenzene (the other component is p-ethyl-vinylbenzene), 1,6-hexanediol diacrylate 1 .1 part monomer component, 0.6 part glycerin monooleate as a surfactant, 0.1 part ditallowdimethylammonium methyl sulfate are added and dissolved uniformly to obtain an oil phase mixture solution (hereinafter, (Referred to as “oil phase”). On the other hand, 18 parts of calcium chloride was dissolved in 432 parts of ion-exchanged water to prepare an aqueous phase and heated to 95 ° C. The oil phase and the aqueous phase were continuously fed into the stirring mixer as an emulsifier at the above ratio to continuously form an emulsion (HIPE). The ratio of water phase to oil phase was 45/1. Regarding the viscosity stability evaluation of the emulsion, the viscosity immediately after emulsification was 987 mPa · sec, and the viscosity after 5 minutes was 992 mPa · sec.
[0104]
The obtained HIPE was continuously extracted from the stirring mixer, heated to 95 ° C. in advance, and supplied to a static mixer equipped with a heating and heat retaining member. Separately, 0.22 part of t-butylperoxy-2-ethylhexanoate as an oil-soluble polymerization initiator was sent from the entrance of the static mixer, and HIPE and the polymerization initiator were continuously mixed. As a result, the ratio of the water phase to the oil phase finally became 45/1.
[0105]
This HIPE is conveyed through a flexible tube, heated to 95 ° C. and continuously on a belt that runs horizontally at a speed of 0.8 to 1.5 m / min. Supplied and molded. Subsequently, a polymerization zone in which the polymerization temperature was controlled to 95 ° C. was passed for 10 minutes. After passing through the polymerization zone, it was immediately dehydrated and compressed to obtain a porous material (2) and waste water (2).
[0106]
(Production Example 3)
Monomer component consisting of 5.1 parts of 2-ethylhexyl acrylate, 3.1 parts of 42% divinylbenzene (the other component is p-ethyl-vinylbenzene), 1.1 parts of 1,6-hexanediol diacrylate, interface An oil phase was prepared by adding 0.6 parts of glycerin monooleate and 0.1 part of ditallowdimethylammonium methyl sulfate as activators and dissolving uniformly. On the other hand, 18 parts of calcium chloride was dissolved in 432 parts of ion-exchanged water to prepare an aqueous phase and heated to 95 ° C.
[0107]
The oil phase and the aqueous phase were continuously fed into the stirring mixer which is an emulsifier at the above ratio to continuously form HIPE. The ratio of water phase to oil phase was 45/1. Regarding the viscosity stability evaluation of the emulsion, the viscosity immediately after emulsification was 880 mPa · sec, and the viscosity after 5 minutes was 879 mPa · sec.
[0108]
The obtained HIPE was continuously extracted from the stirring mixer, heated to 95 ° C. in advance, and supplied to a static mixer equipped with a heating and heat retaining member. A liquid obtained by dissolving 0.5 part of sodium persulfate in 6 parts of ion exchange water as a polymerization initiator was fed separately from the inlet of the static mixer, and HIPE and the polymerization initiator were continuously mixed. As a result, the ratio of the water phase to the oil phase finally became 45/1.
[0109]
This HIPE is conveyed through a flexible tube, heated to 95 ° C. and continuously on a belt that runs horizontally at a speed of 1.6 to 3.0 m / min. Supplied and molded. Subsequently, a polymerization zone in which the polymerization temperature was controlled to 95 ° C. was passed in about 5 minutes. After passing through the polymerization zone, it was immediately dehydrated and compressed to obtain a porous material (24) and waste water (3).
[0110]
Example 1
500 parts of the waste water (1) obtained in Production Example 1 was collected in a separable flask and heated at 100 ° C. under reflux. After the water temperature reached 90 ° C., 0.29 parts of sodium bisulfite was subsequently added, and the mixture was heated for 30 minutes to obtain treated water (1). The amount of residual polymerization initiator was not detected in the treated water (1).
[0111]
A viscosity stability evaluation HIPE was formed from the same oil phase as in Production Example 1 using treated water (1). 443 parts of treated water (1) was continuously fed into the stirring mixer in the oil phase and aqueous phase of Production Example 1 to continuously form HIPE. The ratio of water phase to oil phase was 44.3 / 1. 250 parts of the obtained emulsion was taken out and evaluated for viscosity stability. The results of viscosity stability evaluation are shown in Table 1.
[0112]
A porous material (3) was obtained in the same manner as in Production Example 1 except that treated water (1) was used as the aqueous phase for preparing HIPE in Production Example 1. Table 1 shows the physical properties of the porous material (3).
[0113]
(Example 2)
Treated water (2) was obtained by the same operation as in Example 1 except that heating was performed for 10 minutes after the addition. The amount of residual polymerization initiator in the treated water (2) was not detected. Table 1 shows the viscosity stability evaluation results of HIPE using treated water (2).
[0114]
A porous material (4) was obtained in the same manner as in Production Example 1, except that treated water (2) was used as the aqueous phase for preparing HIPE in Production Example 1. Table 1 shows the physical properties of the porous material (4).
[0115]
(Example 3)
Treated water (3) was obtained by the same operation as in Example 1 except that heating was performed for 5 minutes after the addition. The amount of residual polymerization initiator in the treated water (3) was not detected. Table 1 shows the viscosity stability evaluation results of HIPE using treated water (3).
[0116]
A porous material (5) was obtained in the same manner as in Production Example 1, except that treated water (3) was used as the aqueous phase for preparing HIPE in Production Example 1. Table 1 shows the physical properties of the porous material (5).
[0117]
Example 4
Treated water (4) was obtained in the same manner as in Example 1 except that 0.38 part of sodium bisulfite was added and heated for 5 minutes after the addition. The amount of residual polymerization initiator in the treated water (4) was not detected. Table 1 shows the viscosity stability evaluation results of HIPE using treated water (4).
[0118]
A porous material (6) was obtained in the same manner as in Production Example 1, except that treated water (4) was used as the aqueous phase for preparing HIPE in Production Example 1. Table 1 shows the physical properties of the porous material (6).
[0119]
(Example 5)
Treated water (5) was obtained in the same manner as in Example 1, except that 0.19 part of sodium bisulfite was added and heated for 30 minutes after the addition. The amount of the remaining polymerization initiator in the treated water (5) was 80 ppm. Table 1 shows the viscosity stability evaluation results of HIPE using treated water (5).
[0120]
A porous material (7) was obtained in the same manner as in Production Example 1, except that treated water (5) was used as the aqueous phase for preparing HIPE in Production Example 1. Table 1 shows the physical properties of the porous material (7).
[0121]
(Example 6)
500 g of waste water (1) obtained in Production Example 1 was collected in a separable flask and heated at 100 ° C. under reflux. After the water temperature reached 90 ° C., 0.64 part of L-ascorbic acid was subsequently added and heated for 10 minutes after addition to obtain treated water (6). The amount of residual polymerization initiator in the treated water (6) was not detected. Table 1 shows the viscosity stability evaluation results of HIPE using treated water (6).
[0122]
A porous material (8) was obtained in the same manner as in Production Example 1, except that treated water (6) was used as the aqueous phase for preparing HIPE in Production Example 1. Table 1 shows the physical properties of the porous material (8).
[0123]
(Example 7)
The same operation was carried out except that 0.32 part of L-ascorbic acid was added in Example 6 to obtain treated water (7). The amount of the residual polymerization initiator in the treated water (7) was 50 ppm. Table 1 shows the viscosity stability evaluation results of HIPE using treated water (7).
[0124]
A porous material (9) was obtained in the same manner as in Production Example 1 except that treated water (7) was used as the aqueous phase for preparing HIPE in Production Example 1. Table 1 shows the physical properties of the porous material (9).
[0125]
(Example 8)
The same operation was carried out except that 0.32 part of D-ascorbic acid was added in Example 6 to obtain treated water (7). The amount of residual polymerization initiator in the treated water (8) was 60 ppm. Table 1 shows the viscosity stability evaluation results of HIPE using treated water (8).
[0126]
A porous material (10) was obtained in the same manner as in Production Example 1, except that treated water (8) was used as the aqueous phase for preparing HIPE in Production Example 1. Table 1 shows the physical properties of the porous material (10).
[0127]
Example 9
The treated water (1) obtained in Example 1 was adjusted to pH 7 with stirring with calcium hydroxide. Then, the treated water (9) was obtained by filtering a deposit. The amount of residual polymerization initiator in the treated water (9) was not detected. Table 1 shows the viscosity stability evaluation results of HIPE using treated water (9).
[0128]
A porous material (11) was obtained in the same manner as in Production Example 1 except that treated water (9) was used as the aqueous phase for preparing HIPE in Production Example 1. Table 1 shows the physical properties of the porous material (11).
[0129]
(Example 10)
Except having used treated water (3), the same operation as Example 9 was performed and the treated water (10) was obtained. The amount of residual polymerization initiator in the treated water (10) was not detected. The viscosity stability evaluation results of HIPE using treated water (10) are shown in Table 1.
[0130]
A porous material (12) was obtained in the same manner as in Production Example 1, except that treated water (10) was used as the aqueous phase for preparing HIPE in Production Example 1. Table 1 shows the physical properties of the porous material (12).
[0131]
(Example 11)
Except having used the treated water (4), the same operation as Example 9 was performed and the treated water (11) was obtained. The amount of residual polymerization initiator in the treated water (11) was not detected. Table 1 shows the viscosity stability evaluation results of HIPE using treated water (11).
[0132]
A porous material (13) was obtained in the same manner as in Production Example 1, except that treated water (11) was used as the aqueous phase for preparing HIPE in Production Example 1. Table 1 shows the physical properties of the porous material (13).
[0133]
(Example 12)
Except having used the treated water (6), the same operation as Example 9 was performed and the treated water (12) was obtained. The amount of residual polymerization initiator in the treated water (12) was not detected. Table 1 shows the viscosity stability evaluation results of HIPE using treated water (12).
[0134]
A porous material (14) was obtained in the same manner as in Production Example 1, except that treated water (12) was used as the aqueous phase for preparing HIPE in Production Example 1. Table 1 shows the physical properties of the porous material (14).
[0135]
(Example 13)
Except having used the treated water (7), the same operation was performed in Example 9 and the treated water (13) was obtained. The amount of residual polymerization initiator in the treated water (13) was 45 ppm. Table 1 shows the viscosity stability evaluation results of HIPE using treated water (13).
[0136]
A porous material (15) was obtained in the same manner as in Production Example 1, except that treated water (13) was used as the aqueous phase for preparing HIPE in Production Example 1. Table 1 shows the physical properties of the porous material (15).
[0137]
(Example 14)
Except having used the treated water (8), the same operation was performed in Example 9 and the treated water (14) was obtained. The amount of residual polymerization initiator in the treated water (14) was 50 ppm. The viscosity stability evaluation results of HIPE using treated water (14) are shown in Table 1.
[0138]
A porous material (16) was obtained in the same manner as in Production Example 1, except that treated water (14) was used as the aqueous phase for preparing HIPE in Production Example 1. Table 1 shows the physical properties of the porous material (16).
[0139]
(Example 15)
The waste water (1) obtained in Production Example 1 was heated under pressure at 150 ° C. for 3 minutes in an autoclave to obtain treated water (12). The amount of residual polymerization initiator in the treated water (15) was not detected. The viscosity stability evaluation results of HIPE using treated water (15) are shown in Table 1.
[0140]
A porous material (17) was obtained in the same manner as in Production Example 1 except that treated water (15) was used as the aqueous phase for preparing HIPE in Production Example 1. Table 1 shows the physical properties of the porous material (17).
[0141]
(Example 16)
A porous material (18) was obtained in the same manner as in Production Example 1 except that waste water (2) was used as the aqueous phase for preparing HIPE in Production Example 1. Table 1 shows the physical properties of the porous material (18).
[0142]
(Example 17)
A porous material (19) was obtained in the same manner as in Production Example 2, except that waste water (2) was used as the aqueous phase for HIPE preparation in Production Example 2. Table 1 shows the physical properties of the porous material (19).
[0143]
(Example 18)
To 400 parts of the treated water (1) obtained in Example 1, 1.7 parts of calcium chloride and 41.3 parts of ion exchange water were uniformly added and dissolved to obtain treated water (16).
[0144]
The amount of residual polymerization initiator in the treated water (16) was below the detection limit as in the treated water (1). HIPE for viscosity stability evaluation was formed from the same oil phase as in Production Example 1 using treated water (16). 443 parts of treated water (16) was continuously fed into the stirred mixer in the oil phase and aqueous phase of Production Example 1 to continuously form HIPE. The ratio of water phase to oil phase was 44.3 / 1. 250 parts of the obtained emulsion was taken out and viscosity stability was evaluated. The results of viscosity stability evaluation are shown in Table 1.
[0145]
Next, a porous material (20) was obtained in the same manner as in Production Example 1, except that treated water (16) was used as the aqueous phase for HIPE adjustment in Production Example 1. Table 1 shows the physical properties of the porous material (20).
[0146]
(Example 19)
To 400 parts of the treated water (9) obtained in Example 9, 1.7 parts of calcium chloride and 41.3 parts of ion-exchanged water were uniformly added and dissolved to obtain treated water (17). The amount of residual polymerization initiator in the treated water (17) was below the detection limit as in the treated water (9).
[0147]
A HIPE for viscosity stability evaluation was formed from the same oil phase as in Production Example 1 using treated water (17). 443 parts of treated water (17) was continuously fed into the stirring mixer to the oil phase and water phase of Production Example 1 to continuously form HIPE. The ratio of water phase to oil phase was 44.3 / 1. 250 parts of the obtained emulsion was taken out and viscosity stability was evaluated. The results of viscosity stability evaluation are shown in Table 1.
[0148]
Except having used treated water (17) as a water phase for HIPE adjustment in manufacture example 1, the same operation as manufacture example 1 was performed and porous material (21) was obtained. Table 1 shows the physical properties of the porous material (21).
[0149]
(Example 20)
Waste water (1) was heated at 80 ° C. for 30 minutes to obtain treated water (18). The amount of the residual polymerization initiator in the treated water (18) was 620 ppm. Using the treated water (18), the same operation as in Example 1 was performed to evaluate the viscosity stability. The viscosity stability evaluation results are shown in Table 1. Except changing the aqueous phase of Example 1 into treated water (18), the same operation as in Example 1 was performed to obtain a porous material (22). Table 1 shows the physical properties of the porous material (22).
[0150]
(Example 21)
500 parts of the waste water (3) obtained in Production Example 3 was collected in a separable flask and heated at 100 ° C. under reflux. After the water temperature reached 90 ° C., 1.2 parts of iron (II) sulfate heptahydrate was added and mixed. After 2 minutes, calcium hydroxide was added and neutralized by adding 0.3 part. After neutralization, it was filtered through a 0.2 μm filter to obtain treated water (19). No residual polymerization initiator was detected in the treated water (19).
[0151]
443 parts of treated water (19) of the same oil phase as in Production Example 1 was continuously fed into the stirring mixer to continuously form HIPE. The ratio of water phase to oil phase was 44.3 / 1. 250 parts of the obtained emulsion was taken out and evaluated for viscosity stability. The results of viscosity stability evaluation are shown in Table 1. A porous material (23) was obtained in the same manner as in Production Example 1 except that treated water (19) was used as the aqueous phase for HIPE adjustment in Production Example 1.
[0152]
(Comparative Example 1)
A comparative porous material (1) was obtained by performing the same operation as in Production Example 1 except that waste water (1) was used as the aqueous phase for HIPE adjustment used in Production Example 1. Table 1 shows the physical properties of the comparative porous material (1).
[0153]
Moreover, the same operation as Example 1 was performed using waste water (1), and viscosity stability evaluation was performed. The viscosity stability evaluation results are shown in Table 1.
[0154]
(Comparative Example 2)
The waste water (1) was heated at 60 ° C. for 30 minutes to obtain comparative treated water (1). The amount of the residual polymerization initiator in the comparative treated water was 880 ppm. The viscosity stability evaluation was performed by performing the same operation as Example 1 using the comparison process water (1). The viscosity stability evaluation results are shown in Table 1.
[0155]
A comparative porous material (2) was obtained by performing the same operation as in Example 1 except that the aqueous phase of Example 1 was changed to comparatively treated water (1). Table 1 shows the physical properties of the comparative porous material (2).
[0156]
[Table 1]
Figure 0004694711
[0157]
【The invention's effect】
According to the present invention, waste water can be effectively used. Moreover, HIPE can be formed at high temperatures by using waste water after reducing the content of the polymerization initiator as an aqueous phase for adjusting HIPE, and using an aqueous phase having a polymerization initiator concentration of 800 ppm or less, and at high temperatures. It can be polymerized stably. Moreover, since the polymerization temperature of HIPE at this time is stable even at a high temperature of 70 ° C. or higher, the subsequent polymerization time can be shortened. For this reason, a porous material can be manufactured efficiently. Moreover, the obtained porous material is excellent in compressive strength.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic side view showing a typical embodiment of a suitable continuous polymerization apparatus in the method for producing a porous material of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... HIPE, 102 ... Porous crosslinked polymer, 102 '... Porous material, 119 ... HIPE supply part, 201 ... Endless belt type conveyor (with drive conveyance apparatus), 203, 205 ... Sheet material, 207, 208 ... Unwinding roller,
209, 211 ... rotating roller, 212, 213 ... winding roller,
215 ... polymerization furnace, 217 ... heating temperature raising means, 219 ... heating temperature raising means,
301: Compression roll, 302, 403, 405 ... Conveyor roll for conveyance,
DESCRIPTION OF SYMBOLS 303 ... Dehydration apparatus, waste water ... 304, 310 ... Waste water treatment apparatus, 401 ... Endless band knife type slicer, 402 ... Band knife, 501 ... Oil phase, 502 ... Water phase, 503 ... Emulsifier.

Claims (5)

重合性単量体を含む油中水型高分散相エマルションを形成および重合して多孔質架橋重合体を得る工程と、該多孔質架橋重合体を脱水して廃水を得る工程を含む多孔質材料の製造方法において、該廃水に還元剤を添加することにより該廃水に含まれる重合開始剤を低減させ、該廃水を含みかつ重合開始剤含有量が800ppm以下である水相を用いて油中水型高分散相エマルションを形成し、更に70℃以上の温度で重合することを特徴とする、多孔質材料の製造方法。A porous material comprising a step of forming and polymerizing a water-in-oil highly dispersed phase emulsion containing a polymerizable monomer to obtain a porous crosslinked polymer, and a step of dehydrating the porous crosslinked polymer to obtain waste water In the production method of the present invention, the polymerization initiator contained in the wastewater is reduced by adding a reducing agent to the wastewater, and the water-in-oil is used using an aqueous phase containing the wastewater and having a polymerization initiator content of 800 ppm or less. A method for producing a porous material, characterized in that a highly dispersed phase emulsion is formed and further polymerized at a temperature of 70 ° C. or higher. 該油中水型高分散相エマルションを、温度70〜150℃で重合するものである、請求項1に記載の製造方法。Water type high internal phase emulsion oil, is to polymerization at a temperature 70 to 150 ° C., the manufacturing method according to claim 1. 油中水型高分散相エマルションの形成工程、該エマルションを重合する多孔質架橋重合体の重合工程、多孔質架橋重合体の脱水による廃水の調整工程、および該廃水に含まれる重合開始剤を低減する工程とを含み、該各工程が連続的に行われるものである、請求項1または2に記載の製造方法。The formation process of water-in-oil type highly dispersed phase emulsion, the polymerization process of porous cross-linked polymer that polymerizes the emulsion, the adjustment process of waste water by dehydration of porous cross-linked polymer, and the polymerization initiator contained in the waste water are reduced and a step of, in which respective steps are continuously carried out, method according to claim 1 or 2. 該多孔質架橋重合体の製造工程が、30分以内で行われるものである、請求項記載の製造方法。The production method according to claim 3 , wherein the production step of the porous crosslinked polymer is carried out within 30 minutes. 多孔質材料の製造ラインを2以上有し、1の製造ラインで得た廃水を他の製造ラインで使用するものである、請求項1〜4のいずれかに記載の製造方法。The manufacturing method in any one of Claims 1-4 which has two or more production lines of a porous material, and uses the waste water obtained with one production line with another production line.
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