JP7417129B2 - 水の処理方法および組成物 - Google Patents
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Description
CX1X3=CX2R(-CZ1Z2-A0)m (I)
(式中、X1及びX3は、それぞれ独立して、F、Cl、H又はCF3であり;X2は、H、F、アルキル基または含フッ素アルキル基であり;A0は、アニオン性基であり;Rは連結基であり;Z1及びZ2は、それぞれ独立して、H、F、アルキル基または含フッ素アルキル基であり;mは1以上の整数である。)
CX1X3=CX2R(-CZ1Z2-A0)m (I)
(式中、X1及びX3は、それぞれ独立して、F、Cl、H又はCF3であり;X2は、H、F、アルキル基または含フッ素アルキル基であり;A0は、アニオン性基であり;Rは連結基であり;Z1及びZ2は、それぞれ独立して、H、F、アルキル基または含フッ素アルキル基であり;mは1以上の整数である。)
前記重合体(I)は、炭素原子に結合した水素原子がフッ素原子に置換された割合が50%以上であり、かつ、イオン性基を含み、イオン交換率が53以下である重合体であってもよい。
前記含フッ素ポリマーは、ポリテトラフルオロエチレンであることが好ましい。
本開示の組成物において、前記含フッ素ポリマーの含有量が、1~5000ppmであることが好ましい。
本開示の組成物は、さらに、2価以上の金属イオンを含むことが好ましい。
本開示の組成物において、2価以上の金属イオンの含有量が、0.05~1000mg/L以上であることが好ましい。
CX1X3=CX2R(-CZ1Z2-A0)m (I)
(式中、X1及びX3は、それぞれ独立して、F、Cl、H又はCF3であり;X2は、H、F、アルキル基または含フッ素アルキル基であり;A0は、アニオン性基であり;Rは連結基であり;Z1及びZ2は、それぞれ独立して、H、F、アルキル基または含フッ素アルキル基であり;mは1以上の整数である。)
当該「有機基」の例は、
1個以上の置換基を有していてもよいアルキル基、
1個以上の置換基を有していてもよいアルケニル基、
1個以上の置換基を有していてもよいアルキニル基、
1個以上の置換基を有していてもよいシクロアルキル基、
1個以上の置換基を有していてもよいシクロアルケニル基、
1個以上の置換基を有していてもよいシクロアルカジエニル基、
1個以上の置換基を有していてもよいアリール基、
1個以上の置換基を有していてもよいアラルキル基、
1個以上の置換基を有していてもよい非芳香族複素環基、
1個以上の置換基を有していてもよいヘテロアリール基、
シアノ基、
ホルミル基、
RaO-、
RaCO-、
RaSO2-、
RaCOO-、
RaNRaCO-、
RaCONRa-、
RaOCO-
RaOSO2-、及び、
RaNRbSO2-
(これらの式中、Raは、独立して、
1個以上の置換基を有していてもよいアルキル基、
1個以上の置換基を有していてもよいアルケニル基、
1個以上の置換基を有していてもよいアルキニル基、
1個以上の置換基を有していてもよいシクロアルキル基、
1個以上の置換基を有していてもよいシクロアルケニル基、
1個以上の置換基を有していてもよいシクロアルカジエニル基、
1個以上の置換基を有していてもよいアリール基、
1個以上の置換基を有していてもよいアラルキル基、
1個以上の置換基を有していてもよい非芳香族複素環基
1個以上の置換基を有していてもよいヘテロアリール基、
Rbは、独立して、Hまたは1個以上の置換基を有していてもよいアルキル基である)
を包含する。
上記有機基としては、1個以上の置換基を有していてもよいアルキル基が好ましい。
本明細書中、特に断りのない限り、「置換基」は、置換可能な基を意味する。当該「置換基」の例は、脂肪族基、芳香族基、ヘテロ環基、アシル基、アシルオキシ基、アシルアミノ基、脂肪族オキシ基、芳香族オキシ基、ヘテロ環オキシ基、脂肪族オキシカルボニル基、芳香族オキシカルボニル基、ヘテロ環オキシカルボニル基、カルバモイル基、脂肪族スルホニル基、芳香族スルホニル基、ヘテロ環スルホニル基、脂肪族スルホニルオキシ基、芳香族スルホニルオキシ基、ヘテロ環スルホニルオキシ基、スルファモイル基、脂肪族スルホンアミド基、芳香族スルホンアミド基、ヘテロ環スルホンアミド基、アミノ基、脂肪族アミノ基、芳香族アミノ基、ヘテロ環アミノ基、脂肪族オキシカルボニルアミノ基、芳香族オキシカルボニルアミノ基、ヘテロ環オキシカルボニルアミノ基、脂肪族スルフィニル基、芳香族スルフィニル基、脂肪族チオ基、芳香族チオ基、ヒドロキシ基、シアノ基、スルホ基、カルボキシ基、脂肪族オキシアミノ基、芳香族オキシアミノ基、カルバモイルアミノ基、スルファモイルアミノ基、ハロゲン原子、スルファモイルカルバモイル基、カルバモイルスルファモイル基、ジ脂肪族オキシホスフィニル基、及び、ジ芳香族オキシホスフィニル基を包含する。
上記脂肪族基は、飽和であっても不飽和であってもよく、また、ヒドロキシ基、脂肪族オキシ基、カルバモイル基、脂肪族オキシカルボニル基、脂肪族チオ基、アミノ基、脂肪族アミノ基、アシルアミノ基、カルバモイルアミノ基等を有していてもよい。上記脂肪族基としては、総炭素原子数1~8、好ましくは1~4のアルキル基、例えば、メチル基、エチル基、ビニル基、シクロヘキシル基、カルバモイルメチル基等が挙げられる。
上記芳香族基は、例えば、ニトロ基、ハロゲン原子、脂肪族オキシ基、カルバモイル基、脂肪族オキシカルボニル基、脂肪族チオ基、アミノ基、脂肪族アミノ基、アシルアミノ基、カルバモイルアミノ基等を有していてもよい。上記芳香族基としては、炭素数6~12、好ましくは総炭素原子数6~10のアリール基、例えば、フェニル基、4-ニトロフェニル基、4-アセチルアミノフェニル基、4-メタンスルホニルフェニル基等が挙げられる。
上記ヘテロ環基は、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、脂肪族オキシ基、カルバモイル基、脂肪族オキシカルボニル基、脂肪族チオ基、アミノ基、脂肪族アミノ基、アシルアミノ基、カルバモイルアミノ基等を有していてもよい。上記ヘテロ環基としては、総炭素原子数2~12、好ましくは2~10の5~6員ヘテロ環、例えば2-テトラヒドロフリル基、2-ピリミジル基等が挙げられる。
上記アシル基は、脂肪族カルボニル基、アリールカルボニル基、ヘテロ環カルボニル基、ヒドロキシ基、ハロゲン原子、芳香族基、脂肪族オキシ基、カルバモイル基、脂肪族オキシカルボニル基、脂肪族チオ基、アミノ基、脂肪族アミノ基、アシルアミノ基、カルバモイルアミノ基等を有していてもよい。上記アシル基としては、総炭素原子数2~8、好ましくは2~4のアシル基、例えばアセチル基、プロパノイル基、ベンゾイル基、3-ピリジンカルボニル基等が挙げられる。
上記アシルアミノ基は、脂肪族基、芳香族基、ヘテロ環基等を有していてもよく、例えば、アセチルアミノ基、ベンゾイルアミノ基、2-ピリジンカルボニルアミノ基、プロパノイルアミノ基等を有していてもよい。上記アシルアミノ基としては、総炭素原子数2~12、好ましくは2~8のアシルアミノ基、総炭素原子数2~8のアルキルカルボニルアミノ基、例えばアセチルアミノ基、ベンゾイルアミノ基、2-ピリジンカルボニルアミノ基、プロパノイルアミノ基等が挙げられる。
上記脂肪族オキシカルボニル基は、飽和であっても不飽和であってもよく、また、ヒドロキシ基、脂肪族オキシ基、カルバモイル基、脂肪族オキシカルボニル基、脂肪族チオ基、アミノ基、脂肪族アミノ基、アシルアミノ基、カルバモイルアミノ基等を有していてもよい。上記脂肪族オキシカルボニル基としては、総炭素原子数2~8、好ましくは2~4のアルコキシカルボニル基、例えばメトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、(t)-ブトキシカルボニル基等が挙げられる。
上記カルバモイル基は、脂肪族基、芳香族基、ヘテロ環基などを有していてもよい。上記カルバモイル基としては、無置換のカルバモイル基、総炭素数2~9のアルキルカルバモイル基、好ましくは無置換のカルバモイル基、総炭素原子数2~5のアルキルカルバモイル基、例えばN-メチルカルバモイル基、N,N-ジメチルカルバモイル基、N-フェニルカルバモイル基等が挙げられる。
上記脂肪族スルホニル基は、飽和であっても不飽和であってもよく、また、ヒドロキシ基、芳香族基、脂肪族オキシ基、カルバモイル基、脂肪族オキシカルボニル基、脂肪族チオ基、アミノ基、脂肪族アミノ基、アシルアミノ基、カルバモイルアミノ基等を有していてもよい。上記脂肪族スルホニル基としては、総炭素原子数1~6、好ましくは総炭素原子数1~4のアルキルスルホニル基、例えばメタンスルホニル等が挙げられる。
上記芳香族スルホニル基は、ヒドロキシ基、脂肪族基、脂肪族オキシ基、カルバモイル基、脂肪族オキシカルボニル基、脂肪族チオ基、アミノ基、脂肪族アミノ基、アシルアミノ基、カルバモイルアミノ基等を有していてもよい。上記芳香族スルホニル基としては、総炭素原子数6~10のアリールスルホニル基、例えばベンゼンスルホニル基等が挙げられる。
上記アミノ基は、脂肪族基、芳香族基、ヘテロ環基等を有していてもよい。
上記アシルアミノ基は、例えば、アセチルアミノ基、ベンゾイルアミノ基、2-ピリジンカルボニルアミノ基、プロパノイルアミノ基等を有していてもよい。上記アシルアミノ基としては、総炭素原子数2~12、好ましくは総炭素原子数2~8のアシルアミノ基、より好ましくは総炭素原子数2~8のアルキルカルボニルアミノ基、例えばアセチルアミノ基、ベンゾイルアミノ基、2-ピリジンカルボニルアミノ基、プロパノイルアミノ基等が挙げられる。
上記脂肪族スルホンアミド基、芳香族スルホンアミド基、ヘテロ環スルホンアミド基は、例えば、メタンスルホンアミド基、ベンゼンスルホンアミド基、2-ピリジンスルホンアミド基等であってもよい。
上記スルファモイル基は、脂肪族基、芳香族基、ヘテロ環基等を有していてもよい。上記スルファモイル基としては、スルファモイル基、総炭素原子数1~9のアルキルスルファモイル基、総炭素原子数2~10のジアルキルスルファモイル基、総炭素原子数7~13のアリールスルファモイル基、総炭素原子数2~12のヘテロ環スルファモイル基、より好ましくはスルファモイル基、総炭素原子数1~7のアルキルスルファモイル基、総炭素原子数3~6のジアルキルスルファモイル基、総炭素原子数6~11のアリールスルファモイル基、総炭素原子数2~10のヘテロ環スルファモイル基、例えば、スルファモイル基、メチルスルファモイル基、N,N-ジメチルスルファモイル基、フェニルスルファモイル基、4-ピリジンスルファモイル基等が挙げられる。
上記脂肪族オキシ基は、飽和であっても不飽和であってもよく、また、メトキシ基、エトキシ基、i-プロピルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基、メトキシエトキシ基等を有していてもよい。上記脂肪族オキシ基としては、総炭素原子数1~8、好ましくは1~6のアルコキシ基、例えばメトキシ基、エトキシ基、i-プロピルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基、メトキシエトキシ基等が挙げられる。
上記芳香族アミノ基、ヘテロ環アミノ基は、脂肪族基、脂肪族オキシ基、ハロゲン原子、カルバモイル基、該アリール基と縮環したヘテロ環基、脂肪族オキシカルボニル基、好ましくは総炭素原子数1~4の脂肪族基、総炭素原子数1~4の脂肪族オキシ基、ハロゲン原子、総炭素原子数1~4のカルバモイル基、ニトロ基、総炭素原子数2~4の脂肪族オキシカルボニル基を有していてもよい。
上記脂肪族チオ基は、飽和であっても不飽和であってもよく、また、総炭素原子数1~8、より好ましくは総炭素原子数1~6のアルキルチオ基、例えばメチルチオ基、エチルチオ基、カルバモイルメチルチオ基、t-ブチルチオ基等が挙げられる。
上記カルバモイルアミノ基は、脂肪族基、アリール基、ヘテロ環基等を有していてもよい。上記カルバモイルアミノ基としては、カルバモイルアミノ基、総炭素原子数2~9のアルキルカルバモイルアミノ基、総炭素原子数3~10のジアルキルカルバモイルアミノ基、総炭素原子数7~13のアリールカルバモイルアミノ基、総炭素原子数3~12のヘテロ環カルバモイルアミノ基、好ましくはカルバモイルアミノ基、総炭素原子数2~7のアルキルカルバモイルアミノ基、総炭素原子数3~6のジアルキルカルバモイルアミノ基、総炭素原子数7~11のアリールカルバモイルアミノ基、総炭素原子数3~10のヘテロ環カルバモイルアミノ基、例えば、カルバモイルアミノ基、メチルカルバモイルアミノ基、N,N-ジメチルカルバモイルアミノ基、フェニルカルバモイルアミノ基、4-ピリジンカルバモイルアミノ基等が挙げられる。
本開示において、端点によって表わされる範囲には、その範囲内に含まれるすべての数値が含まれる(たとえば、1~10には、1.4、1.9、2.33、5.75、9.98などが含まれる)。
本開示において、「少なくとも1」の記載には、1以上の全ての数値が含まれる(たとえば、少なくとも2、少なくとも4、少なくとも6、少なくとも8、少なくとも10、少なくとも25、少なくとも50、少なくとも100など)。
本開示において、ppmおよびppbは特に記載のない限り、質量換算で求める値である。
以下、本開示の処理方法について詳細に説明する。
CX1X3=CX2R(-CZ1Z2-A0)m (I)
(式中、X1及びX3は、それぞれ独立して、F、Cl、H又はCF3であり;X2は、H、F、アルキル基または含フッ素アルキル基であり;A0は、アニオン性基であり;Rは連結基であり;Z1及びZ2は、それぞれ独立して、H、F、アルキル基または含フッ素アルキル基であり;mは1以上の整数である。)
上記濾過の方法は限定されないが、例えば、重合体(I)を含有する水を濾過助剤と接触させる方法、重合体(I)を含有する水を濾過膜に通す方法等が挙げられる。濾過における温度は特に限定されないが、例えば、0~50℃であってよい。
上述した重合体(I)を含有する水は、例えば、濾過助剤と接触させた後に濾過すると、または、濾過助剤を保持した濾過助剤保持部材と接触させると、ろ濾過助剤に捕捉された重合体(I)と、濾液とに分離される。濾過助剤は一般に、濾過抵抗の低減やろ材の目詰まり防止等、濾過特性向上を目的として用いられるものであり、通常は粒子状、粉状または繊維状の物質である。
濾過助剤は、水中の重合体(I)を捕捉する働きをする。
濾過助剤の平均粒径は、好ましくは1~1000μm、より好ましくは1~500μm、より一層好ましくは1~200μm、更に好ましくは10~100μm、特に好ましくは20~60μmである。また、濾過助剤の平均粒径が20μm以上、好ましくは40μm以上、より好ましくは60μm以上、更に好ましくは80μm以上であると、濾過速度をより速くすることができ、単位時間当たりの水の処理量をより増大させることができる。
また、濾過助剤の平均粒径が80μm以下、好ましくは60μm以下、より好ましくは40μm以下、更に好ましくは20μm以下であると、重合体(I)を捕捉する効果がより一層高くなり、濾液に含まれる重合体(I)の濃度をより一層低減することができる。
なお、濾過助剤の平均粒径は、レーザ回折式粒度分布測定装置を用いて測定した、体積基準の平均粒子径(体積平均粒子径)を意味する。
上記濾過助剤としては、平均粒径が20~60μmの珪藻土であることが特に好ましい。
重合体(I)を含有する水を濾過膜に通すことにより、上記水に含まれる重合体(I)を除去することができる。
上記濾過膜の種類は特に限定されるものではなく、重合体(I)を含有する水や濾過条件等に応じて適宜選択してよい。濾過膜としては、逆浸透膜、ナノ濾過膜、フィルター濾紙、精密濾過膜または限外濾過膜のいずれか1つを用いてよく、あるいは2種類以上の濾過膜を組み合わせて用いてもよい。具体的には、孔径が0.05nm~25μmの濾過膜を用いることができる。また、逆浸透膜、ナノ濾過膜、または限外濾過膜としては、孔径が0.05nm~0.5μmの濾過膜を用いることができる。
上記濾過膜は、例えば10%以上のNaCl阻止率を有するものであってよい。なお、NaCl阻止率は、NaCl溶液(原水)を濾過膜で濾過して透過水を得て、原水および透過水のNaCl濃度を測定し、下記式で算出した値である。
NaCl阻止率(%)=(1-(透過水のNaCl濃度)/(原水のNaCl濃度))×100
濾過膜の形状は、特に限定されるものではなく、例えば、平膜であってよく、スパイラル状であってよく、あるいは管状であってよい。また、複数の濾過膜を組み合わせて用いる場合、単膜を直列に配置してよく、予め複数の膜が積層されたいわゆる複合膜を用いてもよい。膜濾過において、濾過圧力は、処理対象の水や使用する濾過膜の種類等に応じて適宜設定してよい。
上記吸着は、重合体(I)を含有する水を吸着剤に接触させることにより行うことができる。重合体(I)を含有する水を吸着剤に接触させる方法としては、常套的に採用されている方法を採用できる。例えば、重合体(I)を含有する水に吸着剤を添加し、攪拌する方法、吸着剤を充填したカラムに上記重合体(I)を含有する水を流すカラム法等によって実施できる。カラム法で使用する充填カラムは移動式、固定層式、又は、流動層式のいずれであってもよい。
重合体(I)を含有する水に吸着剤を添加し、攪拌する方法を用いる場合、攪拌後に、重合体(I)を吸着した吸着剤と、吸着を行った後の水とを分離することが好ましい。上記分離する方法は限定されず、例えば、濾過等を用いることができる。濾過の方法としては、重合体(I)を含有する水に濾過を行う方法として上述した方法を用いることができる。
上記吸着剤は、イオン交換樹脂、キレート剤、合成吸着剤及び活性炭からなる群より選択される少なくとも1種がより好ましい。吸着剤としてイオン交換樹脂、キレート剤、合成吸着剤または活性炭を使用することで、重合体(I)の吸着率が向上し得る。吸着剤として、より好ましくはイオン交換樹脂である。イオン交換樹脂を用いることにより、重合体(I)の吸着率を更に高くすることができる。
上記吸着には、1種類の吸着剤を単独で用いてよく、2種類以上の吸着剤を組み合わせて用いてもよい。
イオン交換樹脂は、細孔径が1~5000Åであることが好ましい。除去効率の観点から、細孔径が50Å以上であることが好ましく、100Å以上がより好ましく、150Å以上が更に好ましい。また、200Å以上であってもよく、250Å以上であってもよい。
また、細孔径1000Å以下であってもよい。細孔径は、例えば、ガス吸着法で比表面積と全細孔容積を測定し、算出することができる。
イオン交換樹脂は、除去効率の観点から、総交換容量が0.1eq/L-Resin以上が好ましい。より好ましくは、0.5eq/L-Resin以上であり、更に好ましくは、0.9eq/L-Resin以上である。また、総交換容量は大きいほどよいが、例えば、上限は5.0eq/L-Resinであってよい。
また、イオン交換樹脂は、通常、球状であり、300~1300μm程度の平均粒子径を有している。
キレート剤としては、例えば、イミノジ酢酸型、イミノプロピオン酸型、アミノメチレンホスホン酸型等のアミノホスホン酸型、ポリアミン型、アミノカルボン酸型、ジチオカルバミン酸型、チオール型、アミドキシム型、ピリジン型等が挙げられる。
上記キレート剤は、球状であることが好ましく、300~1300μm程度の平均粒子径を有していてよい。
キレート剤の具体例としては、「ユニセレック」(商品名)シリーズ(ユニチカ(株)製)、「レバチット」(商品名)シリーズ(ランクセス(株)製)、「エポラス」(登録商標)(商品名) シリーズ(ミヨシ油脂(株)製)(Z-7、Z-100、SE-3、AS-4)などが挙げられる。
合成吸着剤は、細孔径が1~5000Åであることが好ましい。除去効率の観点から、細孔径が50Å以上であることが好ましく、100Å以上がより好ましく、150Å以上が更に好ましい。また、200Å以上であってもよく、250Å以上であってもよい。また、細孔径1000Å以下であってもよい。細孔径は、例えば、ガス吸着法で比表面積と全細孔容積を測定し、算出することができる。
合成吸着剤は、比表面積が300m2/g以上であることが好ましい。比表面積は400m2/g以上がより好ましく、500m2/g以上が更に好ましく、600m2/g以上が殊更に好ましい。比表面積の上限は限定されないが、例えば2000m2/g以下であってよく、1500m2/g以下であってよく、1000m2/g以下であってもよい。
また、合成吸着剤は、通常、球状であり、200~1300μm程度の平均粒子径を有している。
活性炭の形状は、特に限定されるものではなく、例えば、ペレット状、顆粒状、粉末状、球状粒子の形状であってよい。活性炭は市販品であってもよい。活性炭の市販品としては、例えば、大阪ガスケミカル株式会社製の白鷺(商標)など、カルゴン・カーボン・ジャパン株式会社製のFiltrasorb(商標)CAL、ダイアホープ(商標)、ダイアソーブ(商標)など、水ing株式会社製のエバダイヤ(商標)シリーズなどが挙げられる。
活性炭の表面にカチオンを添着させてもよい。カチオンの例としては、金属イオン、金属酸化物イオン、アンモニウムイオンなどが挙げられる。金属の例としては、周期表の1~13族の金属原子(例えば、アルカリ金属(例えば、Li、Na、K)、アルカリ土類金属(例えば、Mg、Ca)、Ti、Zr、V、Cr、Fe、Ni、Cu、Zn)が挙げられる。
上記濾過、吸着及び凝集の中でも、重合体(I)の除去効率をより一層向上できることから、凝集が好ましい。上記凝集は、例えば、重合体(I)を含有する水に凝集剤を添加することにより行うことができる。上記除去工程は、重合体(I)を含有する水に凝集剤を添加する工程であることが好ましい。上記除去工程では、重合体(I)を含有する水に凝集剤を添加した後、攪拌することが好ましい。攪拌時間は限定されず、水中の重合体(I)の量、凝集剤の添加量に応じて適宜設定すればよい。攪拌時間は、例えば、0分~100時間の範囲で適宜設定してよい。
上記凝集剤の添加量は、水に含有される重合体(I)の量、凝集剤の種類等によって適宜選択すればよいが、例えば、重合体(I)に対して300重量%以下であってよく、0.01重量%以上であってよい。なお、50重量%以上であってよく、また、0.01重量%以下であってよい。
上記無機凝集剤としては、金属塩等が挙げられ、市販品を用いてもよい。Mg2+、Ca2+等を含む海水、低分子量のカチオン性高分子凝集剤も使用可能である。
上記無機凝集剤の添加量は、重合体(I)に対して0.01重量%以上が好ましく、0.04重量%以上がより好ましく、0.1重量%以上が更に好ましく、1重量%以上が殊更に好ましく、5重量%以上が特に好ましく、10重量%以上が最も好ましい。また、重合体(I)に対して300重量%以下が好ましく、50重量%以下が好ましく、30重量%以下がより好ましく、20重量%以下が更に好ましい。
上記無機凝集剤の添加量は、重合体(I)を含有する水に対しては、1重量ppm以上が好ましく、10重量ppm以上がより好ましく、20重量ppm以上が更に好ましい。また、15000重量ppm以下が好ましく、10000重量ppm以下がより好ましく、5000重量ppm以下が更に好ましい。
本明細書において「金属塩」とは、単塩、複塩および/または錯塩を意味する。また、「2価以上の金属元素を含む塩」とは、2価以上の金属元素を含む単塩、複塩および/または錯塩を意味する。
上記ケイ酸塩鉱物としては、市販の凝集剤として、シリカアルミナ系凝集剤が挙げられる。例えば、日本活性白土社製のフロナイト723、フロナイト113、フロナイト101、フロナイトS、フロナイトDなどが挙げられる。
なお、凝集剤として用いることができる金属塩は、凝集剤を添加する工程において、金属塩を生成させる、または、金属塩の金属元素の対イオンを変換する態様であってもよい。
このような態様として、例えば、重合体(I)を含有する水中に、金属水酸化物等の対イオンを有する金属塩を加える態様などが挙げられる。このような態様においては、金属塩の対イオンの変換が生じる。金属塩の対イオンの変換が生じることによって、より良好な不純物除去効果が得られる場合がある。
上記高分子凝集剤の添加量は、重合体(I)を含有する水に対しては、0.1重量ppm以上が好ましく、1重量ppm以上がより好ましく、2重量ppm以上が更に好ましい。
また、15000重量ppm以下が好ましく、10000重量ppm以下がより好ましく、5000重量ppm以下が更に好ましい。
カチオン性高分子凝集剤の市販品としては、多木化学社製のタキフロックC-403、C-408、C-805、C-806、C-809;MTアクアポリマー社製のアロンフロックEC-509L、C-508、CX-400、C-303、CX-333等が挙げられる。
アニオン性高分子凝集剤の市販品としては、片山ナルコ社製のフロクランA1210;多木化学社製のタキフロックA-102、A-103、A-177T、A-108T、A-142、A-50;MTアクアポリマー社製のアコフロックA-95、A-110、A-150;MTアクアポリマー社製のスミフロックFA-40、FA-50;三菱ケミカル社製のダイヤフロックAP199、Ap120C、Ap784、DF732B等が挙げられる。
ノニオン性高分子凝集剤の市販品としては、多木化学社製のタキフロックN-100T、N-131、A-122T;MTアクアポリマー社製のアコフロックN-100、N-210;MTアクアポリマー社製のスミフロックFN-10H、FN-20H;三菱ケミカル社製のダイヤフロックNP500、NP780、DF500等が挙げられる。
両性高分子凝集剤の市販品としては、多木化学社製のタキフロックMC-601、MC-602、MC-603;三菱ケミカル社製のダイヤフロックKA003、KA606A等が挙げられる。
その後、高分子凝集剤を添加することによってフロックを粗大化させることによって無機凝集剤で凝集したフロックを架橋して粗大なフロックを形成することができ、これによって、重合体(I)をより効率的に除去することができる。
この場合、無機凝集剤の添加量は、重合体(I)に対して0.01重量%以上であることが好ましく、0.04重量%以上であることがより好ましく、0.1重量%以上であることが更に好ましく、1重量%以上が殊更に好ましく、5重量%以上が特に好ましく、10重量%以上が最も好ましい。また、300重量%以下であることが好ましく、50重量%以下であることがより好ましく、30重量%以下であることが更に好ましく、20重量%以下であることが殊更に好ましい。
上記無機凝集剤の添加量は、重合体(I)を含有する水に対しては、1重量ppm以上が好ましく、10重量ppm以上がより好ましく、20重量ppm以上が更に好ましい。また、15000重量ppm以下が好ましく、10000重量ppm以下がより好ましく、5000重量ppm以下が更に好ましい。
高分子凝集剤の添加量は、重合体(I)に対して0.001重量%以上であることが好ましく、0.004重量%以上であることがより好ましく、0.01重量%以上であることが特に好ましい。また、50重量%以下であることが好ましく、30重量%以下であることがより好ましく、20重量%以下であることが更に好ましい。
上記高分子凝集剤の添加量は、重合体(I)を含有する水に対しては、0.1重量ppm以上が好ましく、1重量ppm以上がより好ましく、2重量ppm以上が更に好ましい。
また、15000重量ppm以下が好ましく、10000重量ppm以下がより好ましく、5000重量ppm以下が更に好ましい。
上記除去工程においては、高分子凝集剤を添加する前に、上記pHを4.0以上にすることが好ましく、より好ましくは5.0以上、更に好ましくは6.0以上である。また、上記pHを11.0以下にすることが好ましく、より好ましくは9.0以下であり、更に好ましくは8.0以下である。
pH調整剤としては限定されず、例えば、酸化合物又はアルカリ化合物を用いることができる。上記酸化合物としては、塩酸(HCl)、硝酸(HNO3)、硫酸(H2SO4)、りん酸(H3PO4)等が挙げられ、特に、塩酸(HCl)又は硝酸(HNO3)が好ましい。アルカリ化合物としては、例えば、NaOH、KOH等のアルカリ金属の水酸化物;Mg(OH)2、Ca(OH)2等のアルカリ土類金属の水酸化物;リン酸水素二ナトリウム等の緩衝作用のある塩等が挙げられ、有機化合物としては、例えば、アンモニア、アミン類等が挙げられる。
上記pHは、pHメーター(例えば、Horiba社製pHメーターD-20)により測定することができる。
本開示の第1の処理方法は、上記重合体(I)を凝集した後、凝集した重合体(I)を回収することが好ましい。回収の方法は限定されないが、例えば、濾過等が挙げられる。上記濾過の方法は限定されず、上述した方法を適宜採用できる。
CX1X3=CX2R(-CZ1Z2-A0)m (I)
(式中、X1及びX3は、それぞれ独立して、F、Cl、H又はCF3であり;X2は、H、F、アルキル基または含フッ素アルキル基であり;A0は、アニオン性基であり;Rは連結基であり;Z1及びZ2は、それぞれ独立して、H、F、アルキル基又は含フッ素アルキル基であり;mは1以上の整数である。)
X2としては、F、Cl、H又はCF3が好ましい。また、Z1及びZ2としては、FまたはCF3が好ましい。
本開示において、アニオン性基には、サルフェート基、カルボキシレート基などのアニオン性基に加えて、-COOHのような酸基、-COONH4のような酸塩基などのアニオン性基を与える官能基が含まれる。上記アニオン性基は、サルフェート基、カルボキシレート基、ホスフェート基、ホスホネート基、スルホネート基、又は、-C(CF3)2OM(式中、Mは、-H、金属原子、-NR7 4、置換基を有していてもよいイミダゾリウム、置換基を有していてもよいピリジニウム又は置換基を有していてもよいホスホニウムであり、R7は、H又は有機基である。)が好ましく、サルフェート基、カルボキシレート基、ホスフェート基、ホスホネート基又はスルホネート基がより好ましい。
重合体(I)は、一般式(I)で表される1種の単量体に基づく重合単位(I)のみを含むものであってもよいし、一般式(I)で表される2種以上の単量体に基づく重合単位(I)を含むものであってもよい。
連結基は、鎖状又は分岐鎖状、環状又は非環状構造、飽和又は不飽和、置換又は非置換であってよく、所望により硫黄、酸素、及び窒素からなる群から選択される1つ以上のヘテロ原子を含み、所望によりエステル、アミド、スルホンアミド、カルボニル、カーボネート、ウレタン、尿素及びカルバメートからなる群から選択される1つ以上の官能基を含んでよい。上記連結基は、炭素原子を含まず、酸素、硫黄又は窒素等のカテナリーヘテロ原子であってもよい。
mは1以上の整数であり、好ましくは1または2であり、より好ましくは1である。mが2以上の整数である場合、Z1、Z2およびA0は、同一であっても、異なっていてもよい。
次に、一般式(I)においてmが1である場合の好適な構成について説明する。
Rが2価の有機基である場合、炭素原子に結合する水素原子は、フッ素以外のハロゲン、例えば塩素等で置き換えられてもよく、二重結合を含んでも含まなくてもよい。また、Rは、鎖状及び分岐鎖状のいずれでもよく、環状及び非環状のいずれでもよい。また、Rは、官能基(例えば、エステル、エーテル、ケトン、アミン、ハロゲン化物等)を含んでもよい。
Rはまた、非フッ素の2価の有機基であってもよいし、部分フッ素化又は過フッ素化された2価の有機基であってもよい。
Rとしては、例えば、炭素原子にフッ素原子が結合していない炭化水素基、炭素原子に結合する水素原子の一部がフッ素原子で置換された炭化水素基、又は、炭素原子に結合する水素原子の全てがフッ素原子で置換された炭化水素基であってもよく、これらは酸素原子を含んでいてもよく、二重結合を含んでいてもよく、官能基を含んでいてもよい。
Rとして好ましくは、-(CH2)a-、-(CF2)a-、-O-(CF2)a-、-(CF2)a-O-(CF2)b-、-O(CF2)a-O-(CF2)b-、-(CF2)a-[O-(CF2)b]c-、-O(CF2)a-[O-(CF2)b]c-、-[(CF2)a-O]b-[(CF2)c-O]d-、-O[(CF2)a-O]b-[(CF2)c-O]d-、-O-[CF2CF(CF3)O]a-(CF2)b-、-[CF2CF(CF3)O]a-、-[CF(CF3)CF2O]a-、-(CF2)a-O-[CF(CF3)CF2O]a-、-(CF2)a-O-[CF(CF3)CF2O]a-(CF2)b-、及び、これらの組み合わせから選択される少なくとも1種である。
式中、a、b、c及びdは独立して少なくとも1以上である。a、b、c及びdは独立して、2以上であってよく、3以上であってよく、4以上であってよく、10以上であってよく、20以上であってよい。a、b、c及びdの上限は、例えば、100である。
-CF2-O-(CX6 2)e-{O-CF(CF3)}f-(O)g- (r1)
(式中、X6はそれぞれ独立してH、F又はCF3であり、eは0~3の整数であり、fは0~3の整数であり、gは0又は1である)で表される2価の基が好ましく、下記一般式(r2):
-CF2-O-(CX7 2)e-(O)g- (r2)
(式中、X7はそれぞれ独立してH、F又はCF3であり、eは0~3の整数であり、gは0又は1である)で表される2価の基が好ましい。
-CF2-O-(CX6 2)e-{O-CF(CF3)}f-(O)g-CZ1Z2- (s1)
(式中、X6はそれぞれ独立してH、F又はCF3であり、eは0~3の整数であり、fは0~3の整数であり、gは0又は1であり、Z1及びZ2は、それぞれ独立して、H、F、アルキル基または含フッ素アルキル基である)で表される2価の基が好ましく、式(s1)において、Z1及びZ2は、FまたはCF3がより好ましく、一方がFで他方がCF3であることがさらに好ましい。
また、上記一般式(I)において、-R-CZ1Z2-としては、下記式(s2):
-CF2-O-(CX7 2)e-(O)g-CZ1Z2- (s2)
(式中、X7はそれぞれ独立してH、F又はCF3であり、eは0~3の整数であり、gは0又は1であり、Z1及びZ2は、それぞれ独立して、F又はCF3である)で表される2価の基が好ましく、式(s2)において、Z1及びZ2は、一方がFで他方がCF3であることがより好ましい。
上記Mは、-H、金属原子、-NR7 4、置換基を有していてもよいイミダゾリウム、置換基を有していてもよいピリジニウム又は置換基を有していてもよいホスホニウムであり、R7は、H又は有機基である。
上記金属原子としては、アルカリ金属(1族)、アルカリ土類金属(2族)等が挙げられ、Na、K又はLiが好ましい。
上記Mとしては、-H、金属原子又は-NR7 4が好ましく、-H、アルカリ金属(1族)、アルカリ土類金属(2族)又は-NR7 4がより好ましく、-H、-Na、-K、-Li又は-NH4が更に好ましく、-Na、-K又は-NH4が更により好ましく、-Na又は-NH4が特に好ましく、-NH4が最も好ましい。
上記重合体(I)において、各重合単位(I)で異なるアニオン性基を有してもよいし、同じアニオン性基を有してもよい。
CF2=CF-O-Rf0-A0 (Ia)
(式中、A0はアニオン性基であり、Rf0は、過フッ素化されており、鎖状又は分岐鎖状、環状又は非環状構造、飽和又は不飽和、置換又は非置換であってもよく、硫黄、酸素、及び窒素からなる群から選択される1つ以上のヘテロ原子を任意追加的に含有する過フッ素化二価連結基である。)
CH2=CH-O-Rf0-A0 (Ib)
(式中、A0はアニオン性基であり、Rf0は式(Ia)で定義される過フッ素化二価連結基である。)
A0がサルフェート基である場合、一般式(I)で表される単量体としては、例えば、CF2=CF(OCF2CF2CH2OSO3M)、CH2=CH((CF2)4CH2OSO3M)、CF2=CF(O(CF2)4CH2OSO3M)、CF2=CF(OCF2CF(CF3)CH2OSO3M)、CF2=CF(OCF2CF(CF3)OCF2CF2CH2OSO3M)、CH2=CH((CF2)4CH2OSO3M)、CF2=CF(OCF2CF2SO2N(CH3)CH2CH2OSO3M)、CH2=CH(CF2CF2CH2OSO3M)、CF2=CF(OCF2CF2CF2CF2SO2N(CH3)CH2CH2OSO3M)、CH2=CH(CF2CF2CF2CH2OSO3M)等が挙げられる。上記式中、Mは上記と同じである。
A0がスルホネート基である場合、一般式(I)で表される単量体としては、CF2=CF(OCF2CF2SO3M)、CF2=CF(O(CF2)3SO3M)、CF2=CF(O(CF2)4SO3M)、CF2=CF(OCF2CF(CF3)SO3M)、CF2=CF(OCF2CF(CF3)OCF2CF2SO3M)、CH2=CH(CF2CF2SO3M)、CF2=CF(OCF2CF(CF3)OCF2CF2CF2CF2SO3M)、CH2=CH((CF2)4SO3M)、CH2=CH(CF2CF2SO3M)、CH2=CH((CF2)3SO3M)等が挙げられる。上記式中、Mは上記と同じである。
A0がホスフェートである場合、一般式(I)で表される単量体としては、CF2=CF(OCF2CF2CH2OP(O)(OM)2)、CF2=CF(O(CF2)4CH2OP(O)(OM)2)、CF2=CF(OCF2CF(CF3)CH2OP(O)(OM)2)、CF2=CF(OCF2CF(CF3)OCF2CF2CH2OP(O)(OM)2)、CF2=CF(OCF2CF2SO2N(CH3)CH2CH2OP(O)(OM)2)、CF2=CF(OCF2CF2CF2CF2SO2N(CH3)CH2CH2OP(O)(OM)2)、CH2=CH(CF2CF2CH2OP(O)(OM)2)、CH2=CH((CF2)4CH2OP(O)(OM)2)、CH2=CH(CF2CF2CH2OP(O)(OM)2)、CH2=CH((CF2)3CH2OP(O)(OM)2)等が挙げられる。上記式中、Mは上記と同じである。
CX2=CY(-CZ2-O-Rf-A) (1)
(式中、Xは、同一又は異なって、-H又は-Fであり、Yは-H、-F、アルキル基又は含フッ素アルキル基であり、Zは、同一又は異なって、-H、-F、アルキル基又はフルオロアルキル基である。Rfは炭素数1~40の含フッ素アルキレン基、又は、炭素数2~100のエーテル結合を有する含フッ素アルキレン基である。Aは、-COOM、-SO3M、-OSO3M又はC(CF3)2OM(Mは、-H、金属原子、-NR7 4、置換基を有していてもよいイミダゾリウム、置換基を有していてもよいピリジニウム又は置換基を有していてもよいホスホニウムであり、R7は、H又は有機基)である。但し、X、Y及びZの少なくとも1つはフッ素原子を含む。)
なお、上記炭素数2~100のエーテル結合を有する含フッ素アルキレン基は、酸素原子が末端である構造を含まず、炭素炭素間にエーテル結合を含んでいるアルキレン基である。
上記アルキル基は、フッ素原子を含有しないアルキル基であり、炭素数は1以上であればよい。上記アルキル基の炭素数は6以下が好ましく、4以下がより好ましく、3以下が更に好ましい。
上記含フッ素アルキル基は、フッ素原子を少なくとも1つ含有するアルキル基であり、炭素数は1以上であればよい。上記含フッ素アルキル基の炭素数は6以下が好ましく、4以下がより好ましく、3以下が更に好ましい。
上記Yとしては、-H、-F又は-CF3が好ましく、-Fがより好ましい。
上記アルキル基は、フッ素原子を含有しないアルキル基であり、炭素数は1以上であればよい。上記アルキル基の炭素数は6以下が好ましく、4以下がより好ましく、3以下が更に好ましい。
上記含フッ素アルキル基は、フッ素原子を少なくとも1つ含有するアルキル基であり、炭素数は1以上であればよい。上記含フッ素アルキル基の炭素数は6以下が好ましく、4以下がより好ましく、3以下が更に好ましい。
上記Zとしては、-H、-F又は-CF3が好ましく、-Fがより好ましい。
上記含フッ素アルキレン基の炭素数は2以上が好ましい。また、上記含フッ素アルキレン基の炭素数は、30以下が好ましく、20以下がより好ましく、10以下が更に好ましい。上記含フッ素アルキレン基としては、-CF2-、-CH2CF2-、-CF2CF2-、-CF2CH2-、-CF2CF2CH2-、-CF(CF3)-、-CF(CF3)CF2-、-CF(CF3)CH2-等が挙げられる。上記含フッ素アルキレン基は、パーフルオロアルキレン基であることが好ましい。
例えば、下記式:
上記エーテル結合を有する含フッ素アルキレン基として具体的には、-CF(CF3)CF2-O-CF(CF3)-、-(CF(CF3)CF2-O)n-CF(CF3)-(式中、nは1~10の整数)、-CF(CF3)CF2-O-CF(CF3)CH2-、-(CF(CF3)CF2-O)n-CF(CF3)CH2-(式中、nは1~10の整数)、-CH2CF2CF2O-CH2CF2CH2-、-CF2CF2CF2O-CF2CF2-、-CF2CF2CF2O-CF2CF2CH2-、-CF2CF2O-CF2-、-CF2CF2O-CF2CH2-等が挙げられる。
上記エーテル結合を有する含フッ素アルキレン基は、パーフルオロアルキレン基であることが好ましい。
R7としては、H又はC1-10の有機基が好ましく、H又はC1-4の有機基がより好ましく、H又はC1-4のアルキル基が更に好ましい。
上記金属原子としては、アルカリ金属(1族)、アルカリ土類金属(2族)等が挙げられ、Na、K又はLiが好ましい。
上記Mとしては、-H、金属原子又は-NR7 4が好ましく、-H、アルカリ金属(1族)、アルカリ土類金属(2族)又は-NR7 4がより好ましく、-H、-Na、-K、-Li又は-NH4が更に好ましく、-Na、-K又は-NH4が更により好ましく、-Na又は-NH4が特に好ましく、-NH4が最も好ましい。
上記Aとしては、-COOM又は-SO3Mが好ましく、-COOMがより好ましい。
CX2=CFCF2-O-(CF(CF3)CF2O)n5-CF(CF3)-A (1a)
(式中、各Xは、同一であり、F又はHを表す。n5は0又は1~10の整数を表し、Aは、上記定義と同じ。)で表されるフルオロアリルエーテル化合物が好適なものとして例示される。
上記式(1a)において、上記n5は一次粒子径が小さいPTFE粒子を得ることができる点で0又は1~5の整数であることが好ましく、0、1又は2であることがより好ましく、0又は1であることが更に好ましい。上記Aは、-COOMであることが好ましく、上記Mは、H又はNH4であることが好ましい。
上記重合体(1)は、一般式(1a)で表されるフルオロアリルエーテル化合物の単独重合体であってもよいし、他の単量体との共重合体であってもよい。
CH2=CF(-CF2-O-Rf-A) (1A)
(式中、Rf及びAは前記と同じ。)
上記重合体(1)は、一般式(1A)で表される単量体の単独重合体であってもよいし、他の単量体との共重合体であってもよい。
(式中、Rf及びAは上記と同じ)
CX2=CY(-O-Rf-A) (2)
(式中、Xは、同一又は異なって、-H又はFであり、Yは-H、-F、アルキル基又は含フッ素アルキル基であり、Rfは炭素数1~40の含フッ素アルキレン基、又は、炭素数2~100のエーテル結合を有する含フッ素アルキレン基である。Aは、前記と同じである。)
上記アルキル基は、フッ素原子を含有しないアルキル基であり、炭素数は1以上であればよい。上記アルキル基の炭素数は6以下が好ましく、4以下がより好ましく、3以下が更に好ましい。
上記含フッ素アルキル基は、フッ素原子を少なくとも1つ含有するアルキル基であり、炭素数は1以上であればよい。上記含フッ素アルキル基の炭素数は6以下が好ましく、4以下がより好ましく、3以下が更に好ましい。
Yとしては、-H、-F又は-CF3が好ましく、-Fがより好ましい。
上記含フッ素アルキレン基の炭素数は2以上が好ましい。また、30以下が好ましく、20以下がより好ましく、10以下が更に好ましい。上記含フッ素アルキレン基としては、-CF2-、-CH2CF2-、-CF2CF2-、-CF2CH2-、-CF2CF2CH2-、-CF(CF3)-、-CF(CF3)CF2-、-CF(CF3)CH2-等が挙げられる。上記含フッ素アルキレン基は、パーフルオロアルキレン基であることが好ましい。
CF2=CF-O-(CF2)n1-A (2a)
(式中、n1は、1~10の整数を表し、Aは前記と同じ。)
CF2=CF-O-(CF2C(CF3)F)n2-A (2b)
(式中、n2は、1~5の整数を表し、Aは、前記定義と同じ。)
CF2=CF-O-(CFX1)n3-A (2c)
(式中、X1は、F又はCF3を表し、n3は、1~10の整数を表し、Aは、前記定義と同じ。)
CF2=CF-O-(CF2CFX1O)n4-(CF2)n6-A (2d)
(式中、n4は、1~10の整数を表し、n6は、1~3の整数であり、A及びX1は、前記定義と同じ。)
CF2=CF-O-(CF2CF2CFX1O)n5-CF2CF2CF2-A (2e)
(式中、n5は、0~10の整数を表し、AおよびX1は、前記定義と同じ。)
上記式(2e)において、n5は、水溶性の点で5以下の整数であることが好ましく、Aは、-COOMであることが好ましく、Mは、HまたはNH4であることが好ましい。
上記式(2e)で表される単量体としては、たとえば、CF2=CFOCF2CF2CF2COOM(式中、Mは、H、NH4またはアルカリ金属を表す。)が挙げられる。
CX2=CY(-Rf-A) (3)
(式中、Xは、同一又は異なって、-H又は-Fであり、Yは-H、-F、アルキル基又は含フッ素アルキル基であり、Rfは炭素数1~40の含フッ素アルキレン基、又は、炭素数2~100のエーテル結合を有する含フッ素アルキレン基である。Aは、前記と同じである。)
なお、炭素数2~100のエーテル結合を有する含フッ素アルキレン基は、酸素原子が末端である構造を含まず、炭素炭素間にエーテル結合を含んでいるアルキレン基である。
CF2=CF-(CF2)n1-A (3a)
(式中、n1は、1~10の整数を表し、Aは、前記定義と同じ。)で表される単量体、及び、一般式(3b):
CF2=CF-(CF2C(CF3)F)n2-A (3b)
(式中、n2は、1~5の整数を表し、Aは、前記定義と同じ。)で表される単量体からなる群より選択される少なくとも1種が好ましい。
上記式(3a)および上記式(3b)において、上記Aは、-SO3M又は-COOMが好ましく、Mは、H、金属原子、NR7 4、置換基を有していてもよいイミダゾリウム、置換基を有していてもよいピリジニウム又は置換基を有していてもよいホスホニウムであることが好ましい。R7は、H又は有機基を表す。
上記式(3a)で表される単量体としては、たとえば、CF2=CFCF2COOM(式中、Mは上記定義と同じ。)が挙げられる。
CF2=CF-CF2-O-QF1-CF(-QF2-CZ1Z2-A)2 (4a)
(式中、Z1、Z2およびAは上記定義と同じ、QF1およびQF2は、同一又は異なって、単結合、炭素炭素間にエーテル結合を含んでいてもよい含フッ素アルキレン基または炭素炭素間にエーテル結合を含んでいてもよい含フッ素オキシアルキレン基である)
CF2=CF-O-QF1-CF(-QF2-CZ1Z2-A)2 (4b)
(式中、Z1、Z2、A、QF1およびQF2は上記定義と同じ)
なかでも、共重合性が良好である点で、テトラフルオロエチレン(CF2=CF2)、クロロトリフルオロエチレン(CF2=CFCl)及びフッ化ビニリデン(CH2=CF2)からなる群より選択される少なくとも1種が好ましく、テトラフルオロエチレンがより好ましい。従って、上記他の単量体に基づく重合単位は、テトラフルオロエチレンに基づく単量体単位(重合単位)であることが好ましい。上記他の単量体に基づく重合単位は、各出現において、同一または異なっていてもよく、重合体(I)は、2種以上の異なる他の単量体に基づく重合単位を含んでいてもよい。
CH2=CHO-Rf5 (n2-2)
(式中、Rf5は炭素数1~40の含フッ素アルキル基または炭素数2~100のエーテル結合を有する含フッ素アルキル基)で表される含フッ素ビニルエーテルも挙げられる。
CH2=CHCH2O-Rf6 (n2-3)
(式中、Rf6は炭素数1~40の含フッ素アルキル基または炭素数2~100のエーテル結合を有する含フッ素アルキル基)で表される含フッ素アリルエーテル、式(n2-4):
CH2=CH-Rf7 (n2-4)
(式中、Rf7は炭素数1~40の含フッ素アルキル基または炭素数2~100のエーテル結合を有する含フッ素アルキル基)で表される含フッ素ビニル単量体等も挙げられる。
これらの末端基は、一般的には、重合体(I)の形成に使用される開始剤又は連鎖移動剤から生成するか、又は連鎖移動反応中に生成する。
重合体(I)において、一般式(I)で表される単量体と共重合可能な他の単量体に基づく重合単位の含有量は、全重合単位に対して99.0モル%以下が好ましく、97.0モル%以下がより好ましく、95.0モル%以下が更に好ましく、90モル%以下が更により好ましく、80モル%以下が殊更好ましく、70モル%以下が特に好ましい。より好ましくは、60モル%以下であり、更に好ましくは40モル%以下であり、更により好ましくは20モル%以下であり、特に好ましくは10モル%以下であり、実質的に0モル%が殊更に好ましく、他の単量体に基づく重合単位を含まないことが特に殊更好ましい。
重合体(I)は、水溶性の観点から、53以下のイオン交換率(IXR)を有することが好ましい。上記IXRは、イオン性基に対するポリマー主鎖中の炭素原子数と定義される。加水分解によりイオン性となる前駆体基(例えば、-SO2F)は、IXRを決定する目的ではイオン性基と見なされない。
IXRは、0.5以上が好ましく、1以上がより好ましく、3以上が更に好ましく、4以上が更により好ましく、5以上が殊更に好ましく、8以上が特に好ましい。また、IXRは43以下がより好ましく、33以下が更に好ましく、23以下が特に好ましい。
重合体(I)において、イオン性基(アニオン性基)は、典型的に、ポリマー主鎖に沿って分布している。上記重合体(I)は、ポリマー主鎖を、この主鎖に結合された繰り返し側鎖とともに含み、この側鎖はイオン性基を有することが好ましい。
重合体(I)は、10未満、より好ましくは7未満のpKaを有するイオン性基を含むことが好ましい。重合体(I)のイオン性基は、好ましくは、スルホナート、カルボキシラート、ホスホナート、及び、ホスファートからなる群から選択される。
用語「スルホナート、カルボキシラート、ホスホナート、およびホスファート」は、それぞれの塩、または塩を形成し得るそれぞれの酸をいうことが意図される。塩が用いられる場合、好ましくは、その塩はアルカリ金属塩またはアンモニウム塩である。好ましいイオン性基は、スルホナート基である。
重合体(I)のイオン交換容量としては、好ましい順に、0.80meg/g以上、1.50meg/g以上、1.75meg/g以上、2.00meg/g以上、2.50meg/g以上、2.60meg/g以上、3.00meg/g以上、3.50meg/g以上である。イオン交換容量は、重合体(I)のイオン性基(アニオン性基)の含有量であり、重合体(I)の組成から計算により求められる。
単量体(I)の重合は、実質的に、後述する含フッ素界面活性剤(ただし、一般式(I)で表される単量体(I)を除く)の非存在下に、行うことが好ましい。「実質的に含フッ素界面活性剤の非存在下に」とは、単量体(I)の重合に用いる媒体に対する含フッ素界面活性剤の量が10質量ppm以下であることを意味する。媒体に対する含フッ素界面活性剤の量としては、好ましくは1質量ppm以下であり、より好ましくは100質量ppb以下であり、更に好ましくは10質量ppb以下であり、更により好ましくは1質量ppb以下である。
上記重合体(I)を含有する水において、重合体(I)の含有量は、1質量%以下がより好ましく、0.5質量%以下が更に好ましく、0.2質量%以下が特に好ましい。また、0質量%超であってよく、0.005質量%超であってよく、0.006質量%超であってよく、0.008質量%超であってよく、0.010質量%以上であってよく、0.020質量%超であってよく、0.025質量%超であってよく、0.1質量%以上であってよい。
上記重合体(I)の含有量は、固体NMRから測定することができる。
上記重合体(I)の含有量の測定方法としては、国際公開第2014/099453号、国際公開第2010/075497、国際公開第2010/075496号、国際公開第2011/008381、国際公開第2009/055521号、国際公開第1987/007619号、特開昭61-293476号公報、国際公開第2010/075494号、国際公開第2010/075359号、国際公開第2012/082454号、国際公開第2006/119224号、国際公開第2013/085864号、国際公開第2012/082707号、国際公開第2012/082703号、国際公開第2012/082454号、国際公開第2012/082451号、国際公開第2006/135825号、国際公開第2004/067588号、国際公開第2009/068528号、特開2004-075978号公報、特開2001-226436号公報、国際公開第1992/017635号、国際公開第2014/069165号、特開平11-181009号公報などに記載のそれぞれの重合体の測定方法が記載されている。
上記重合体(I)を含有する水は、1種の単一の重合体(I)を含んでいてもよいし、2種以上の異なる重合体(I)を含んでいてもよい。
重合体(I)及び水以外の物質としては、重合体(I)以外の非フッ素ポリマー、重合体(I)以外の含フッ素ポリマー(フルオロポリマー)、オリゴマー等が挙げられる。
重合体(I)以外の非フッ素ポリマーおよび含フッ素ポリマーは、一般式(I)で表される単量体に基づく重合単位(I)を含まないことも好ましい。
重合体(I)以外の含フッ素ポリマーとしては、53より高いイオン交換率(IXR)を有する含フッ素ポリマーが好ましい。好ましい重合体(I)以外の含フッ素ポリマーは、イオン性基を全く有さないか、または約100より高いイオン交換率をもたらす限られた数のイオン性基を有する。好ましい重合体(I)以外の含フッ素ポリマーのイオン交換率は、1000以上が好ましく、2000以上がより好ましく、5000以上が更に好ましい。上記重合体(I)以外の含フッ素ポリマーとしては、PTFE、TFEと、TFEと共重合可能な別のモノマー(フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレン、クロロトリフルオロエチレン、パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)等の含フッ素モノマー、エチレン、プロピレン、イソブテン等の炭化水素オレフィン、アルキルビニルエーテル等)とのコポリマー(例えばテトラフルオロエチレン-ヘキサフルオロプロピレンコポリマー(FEP)、テトラフルオロエチレン-パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)コポリマー(PFA)およびエチレン-テトラフルオロエチレンコポリマー(ETFE)等)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、およびエチレン-クロロトリフルオロエチレン(ECTFE)等のフッ素樹脂、フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレンコポリマー等のフッ化ビニリデン系ゴム(FKM)、テトラフルオロエチレン-プロピレンゴム(FEPM)、およびテトラフルオロエチレン-パーフルオロメチルビニルエーテルゴム(FFKM)等のフッ素ゴム、ならびに含フッ素エラストマー等が挙げられる。
上記PTFEは、TFEの単独重合体でもよいし、99.0質量%以上のTFEと、1.0重量%以下の変性モノマーとを含有する変性PTFEであってもよい。
上記含フッ素ポリマーとしては、PTFE及び60.0~98.0質量%のTFE単位および2.0~40.0質量%の他のモノマーを含む溶融加工性フッ素樹脂からなる群より選択される少なくとも1種が好ましく、PTFEがより好ましい。
上記重合体(I)を含有する水は、重合体(I)と、重合体(I)以外の含フッ素ポリマーとを含んでよく、重合体(I)と、PTFE及び60.0~98.0質量%のTFE単位および2.0~40.0質量%の他のモノマーを含む溶融加工性フッ素樹脂からなる群より選択される少なくとも1種とを含むことがより好ましく、重合体(I)とPTFEとを含むことが更に好ましい。
上記重合体(I)を含有する水のpHは、pH調整剤によって調整することができる。pH調整剤としては限定されず、例えば、上述した酸化合物、アルカリ化合物等を使用できる。
上記水性媒体は、重合を行わせる反応媒体であって、水を含む液体を意味する。上記水性媒体は、水を含むものであれば特に限定されず、水と、例えば、アルコール、エーテル、ケトン等のフッ素非含有有機溶媒、及び/又は、沸点が40℃以下であるフッ素含有有機溶媒とを含むものであってもよい。
上記重合体(I)を含有する水には、水溶液、分散液、およびガス(後述する乾燥工程等で生じる排ガス等)を液化して得られる液体が含まれる。
以下、含フッ素ポリマー製造工程を例に挙げて説明するが、上記重合工程を経た水は、含フッ素ポリマー製造工程で生じた水に限らず、どのようなポリマー製造工程で生じた水も含まれる。
上記重合体(I)を含有する水は、重合体(I)を用いた含フッ素ポリマー製造工程で得られた水を含むことが好ましい。
含フッ素モノマーは、一般式(I)で表される単量体以外のモノマーであることが好ましい。
上記PTFEは、TFE単独重合体であってもよいし、TFE単位とTFEと共重合可能な変性モノマーに基づく変性モノマー単位とを含む変性PTFEであってもよい。また、高分子量PTFEであってもよいし、低分子量PTFEであってもよい。
高分子量PTFEは、通常、非溶融加工性及びフィブリル化性を有するものであり、例えば、標準比重(SSG)が2.130~2.280である。上記標準比重は、ASTM D4895-89に準拠して成形されたサンプルを用い、ASTM D-792に準拠した水置換法により測定する。本開示において、「高分子量PTFE」とは、標準比重が上記の範囲内にあることを意味する。
本明細書において、「含フッ素ポリマー製造工程」は、含フッ素ポリマーの製造プロセスに含まれる工程であれば特に限定されるものではなく、公知の含フッ素ポリマー製造プロセスを構成する1以上の工程を含んでよい。「含フッ素ポリマー製造工程」には、含フッ素モノマーを含む1以上のモノマーを重合する重合工程に加えて、重合工程前の前処理工程(例えば、所定濃度の乳化剤を調製する工程等)および重合工程後の後処理工程(例えば、水性分散液の濃縮工程、固液分離工程、凝析工程、洗浄工程、脱水工程、乾燥工程、熱処理工程等)も含まれ得る。以下、「含フッ素ポリマー製造工程」の具体例について説明するが、本実施形態に係る方法は、以下の具体例に限定されるものではない。
水性分散液の状態で使用する場合には、得られた水性分散液は、濃縮工程(例えば、相分離濃縮、電気濃縮、限外濾過膜を用いた濾過処理、逆浸透膜(RO膜)を用いた濾過処理、ナノ濾過処理等)によって濃縮してもよい。その場合、濃縮した水性分散液を回収した後に残る重合体(I)を含有する液は、本明細書における「重合体(I)を含有する水」に含まれ得る。
重合工程の後、凝析工程において、水性分散液に塩または酸を添加して、含フッ素ポリマーを凝集させることが好ましい。次いで、固液分離工程において、凝集した含フッ素ポリマーを分離して回収することが好ましい。含フッ素ポリマーを分離回収した後に残る重合体(I)を含有する液は、本明細書における「重合体(I)を含有する水」に含まれ得る。
固液分離工程で分離回収された含フッ素ポリマーは、脱水工程において、機械的に脱水してよい。脱水工程において含フッ素ポリマーから除去された重合体(I)を含有する液は、本明細書における「重合体(I)を含有する水」に含まれ得る。
脱水後の含フッ素ポリマーを、洗浄液で洗浄してもよく、この洗浄工程において発生する、重合体(I)を含有する排水は、本明細書における「重合体(I)を含有する水」に含まれ得る。この洗浄工程で使用した重合体(I)を含有する洗浄液もまた、本明細書における「重合体(I)を含有する水」に含まれ得る。
乾燥工程で生じる排ガスには、水蒸気および有機溶媒に加えて、含フッ素ポリマーに同伴された重合体(I)が含まれ得る。そのため、この排ガスを、水またはアルカリ水溶液等の洗浄液で洗浄することが好ましい。排ガスの洗浄に用いた重合体(I)を含有する洗浄液もまた、本明細書における「重合体(I)を含有する水」に含まれ得る。
熱処理工程で生じる排ガスには、含フッ素ポリマーに同伴された重合体(I)が含まれ得る。そのため、この排ガスを、水またはアルカリ水溶液等の洗浄液で洗浄することが好ましい。この排ガスの洗浄により発生する、重合体(I)を含有する排水は、本明細書における「重合体(I)を含有する水」に含まれ得る。排ガスの洗浄に用いた重合体(I)を含有する洗浄液もまた、本明細書における「重合体(I)を含有する水」に含まれ得る。
例えば、上記重合体(I)を含有する水は、重合体(I)を用いた含フッ素ポリマー製造工程で得られた水と、含フッ素界面活性剤を用いた含フッ素ポリマー製造工程で得られた水とを混合したものであってもよい。
また、重合体(I)を用いた含フッ素ポリマー製造工程で得られた水と、炭化水素系界面活性剤を用いた含フッ素ポリマー製造工程で得られた水とを混合したものであってもよい。上記炭化水素系界面活性剤としては限定されず、同じ分子上に親水性部分及び疎水性部分を有する界面活性剤であってよい。これらは、カチオン性、非イオン性またはアニオン性であってよい。
例えば、アニオン性炭化水素系界面活性剤としては、R-L-M(式中、Rが、置換基を有してもよい炭素数1以上の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキル基、又は、置換基を有してもよい炭素数3以上の環状のアルキル基であり、炭素数が3以上の場合は1価または2価の複素環を含んでもよいし、環を形成していてもよい。Lが、-ArSO3 -、-SO3 -、-SO4-、-PO3 -又はCOO-であり、Mが、H、金属原子、NR5 4、置換基を有していてもよいイミダゾリウム、置換基を有していてもよいピリジニウム又は置換基を有していてもよいホスホニウム、R5は、H又は有機基、-ArSO3 -は、アリールスルホン酸塩である。)によって表されるアニオン性界面活性剤も挙げられる。
具体的には、ラウリル酸、ラウリル硫酸に代表されるようなCH3-(CH2)n-L-M(式中、nが、6~17の整数である。LおよびMが、上記と同じ)によって表されるものが挙げられる。
Rが、12~16個の炭素原子を有するアルキル基であり、L-Mが、硫酸塩であるものの混合物も使用できる。
アニオン性炭化水素系界面活性剤としては、R6(-L-M)2(式中、R6が、置換基を有してもよい炭素数1以上の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキレン基、又は、置換基を有してもよい炭素数3以上の環状のアルキレン基であり、炭素数が3以上の場合は1価又は2価の複素環を含んでもよいし、環を形成していてもよい。Lが、-ArSO3 -、-SO3 -、-SO4-、-PO3 -又はCOO-であり、Mが、H、金属原子、NR5 4、置換基を有していてもよいイミダゾリウム、置換基を有していてもよいピリジニウム又は置換基を有していてもよいホスホニウム、R5は、H又は有機基、-ArSO3 -は、アリールスルホン酸塩である。)によって表されるアニオン性界面活性剤も挙げられる。
また、アニオン性炭化水素系界面活性剤としては、R7(-L-M)3(式中、R7が、置換基を有してもよい炭素数1以上の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキリジン基、又は、置換基を有してもよい炭素数3以上の環状のアルキリジン基であり、炭素数が3以上の場合は1価又は2価の複素環を含んでもよいし、環を形成していてもよい。Lが、-ArSO3 -、-SO3 -、-SO4-、-PO3 -又はCOO-であり、Mが、H、金属原子、NR5 4、置換基を有していてもよいイミダゾリウム、置換基を有していてもよいピリジニウム又は置換基を有していてもよいホスホニウム、R5はH又は有機基である。-ArSO3 -は、アリールスルホン酸塩である。)によって表されるアニオン性界面活性剤も挙げられる。
アニオン性炭化水素系界面活性剤としては、Resolution Performance ProductsのVersatic(登録商標)10、BASF社製のAvanel Sシリーズ(S-70、S-74等)等が挙げられる。
R10-COOM (α)
(式中、R10は、1個以上の炭素原子を含有する1価の有機基である。Mは、H、金属原子、NR11 4、置換基を有していてもよいイミダゾリウム、置換基を有していてもよいピリジニウムまたは置換基を有していてもよいホスホニウムであり、R11はHまたは有機基であり、同一でも異なっていてもよい。)で示される化合物(α)が挙げられる。R11としてはHまたはC1-10の有機基が好ましく、HまたはC1-4の有機基がより好ましい。界面活性能の観点から、R10の炭素数は2個以上が好ましく、3個以上がより好ましい。また、水溶性の観点から、R10の炭素数は、29個以下であることが好ましく、23個以下がより好ましい。上記Mの金属原子としては、アルカリ金属(1族)、アルカリ土類金属(2族)等が挙げられ、Na、KまたはLiが好ましい。Mとしては、H、金属原子またはNR11 4が好ましく、H、アルカリ金属(1族)、アルカリ土類金属(2族)またはNR11 4がより好ましく、H、Na、K、LiまたはNH4が更に好ましく、Na、KまたはNH4が更により好ましく、NaまたはNH4が特に好ましく、NH4が最も好ましい。
脂肪族カルボン酸またはその塩としては、コハク酸、デカン酸、ウンデカン酸、ウンデセン酸、ラウリン酸、ハイドロドデカン酸、またはそれらの塩が好ましい。
上記アニオン性含フッ素界面活性剤は、例えば、アニオン性基を除く部分の総炭素数が20以下のフッ素原子を含む界面活性剤であってよい。
なお、上記「アニオン性部分」は、上記含フッ素界面活性剤のカチオンを除く部分を意味する。例えば、後述する式(IA)で表されるF(CF2)n1COOMの場合には、「F(CF2)n1COO」の部分である。
上記LogPOWは、カラム;TOSOH ODS-120Tカラム(φ4.6mm×250mm、東ソー(株)製)、溶離液;アセトニトリル/0.6質量%HClO4水=1/1(vol/vol%)、流速;1.0ml/分、サンプル量;300μL、カラム温度;40℃、検出光;UV210nmの条件で、既知のオクタノール/水分配係数を有する標準物質(ヘプタン酸、オクタン酸、ノナン酸及びデカン酸)についてHPLCを行い、各溶出時間と既知のオクタノール/水分配係数との検量線を作成し、この検量線に基づき、試料液におけるHPLCの溶出時間から算出する。
Xn0-Rfn0-Y0 (N0)
(式中、Xn0は、H、Cl又は及びFである。Rfn0は、炭素数3~20で、鎖状、分枝鎖状または環状で、一部または全てのHがFにより置換されたアルキレン基であり、該アルキレン基は1つ以上のエーテル結合を含んでもよく、一部のHがClにより置換されていてもよい。Y0はアニオン性基である。)で表される化合物が挙げられる。
Y0のアニオン性基は、-COOM、-SO2M、-SO3M又は-C(CF3)2OMであってよく、-COOM、又は、-SO3Mであってよい。
Mは、H、金属原子、NR7 4、置換基を有していてもよいイミダゾリウム、置換基を有していてもよいピリジニウム又は置換基を有していてもよいホスホニウムであり、R7は、H又は有機基である。
上記金属原子としては、アルカリ金属(1族)、アルカリ土類金属(2族)等が挙げられ、例えば、Na、K又はLiである。
R7としては、H又はC1-10の有機基であってよく、H又はC1-4の有機基であってよく、H又はC1-4のアルキル基であってよい。
Mは、H、金属原子又はNR7 4であってよく、H、アルカリ金属(1族)、アルカリ土類金属(2族)又はNR7 4であってよく、H、Na、K、Li又はNH4であってよい。
上記Rfn0は、Hの50%以上がフッ素に置換されているものであってよい。
下記一般式(N1):
Xn0-(CF2)m1-Y0 (N1)
(式中、Xn0は、H、Cl及びFであり、m1は3~15の整数であり、Y0は、上記定義したものである。)で表される化合物、下記一般式(N2):
Rfn1-O-(CF(CF3)CF2O)m2CFXn1-Y0 (N2)
(式中、Rfn1は、炭素数1~5のパーフルオロアルキル基であり、m2は、0~3の整数であり、Xn1は、F又はCF3であり、Y0は、上記定義したものである。)で表される化合物、下記一般式(N3):
Rfn2(CH2)m3-(Rfn3)q-Y0 (N3)
(式中、Rfn2は、炭素数1~13のエーテル結合を含み得る、部分または完全フッ素化されたアルキル基であり、m3は、1~3の整数であり、Rfn3は、直鎖状又は分岐鎖状の炭素数1~3のパーフルオロアルキレン基であり、qは0又は1であり、Y0は、上記定義したものである。)で表される化合物、下記一般式(N4):
Rfn4-O-(CYn1Yn2)pCF2-Y0 (N4)
(式中、Rfn4は、炭素数1~12のエーテル結合を含み得る直鎖状または分枝鎖状の部分または完全フッ素化されたアルキル基であり、Yn1及びYn2は、同一若しくは異なって、H又はFであり、pは0又は1であり、Y0は、上記定義したものである。)で表される化合物、及び、一般式(N5):
F(CF2)n1COOM (IA)
(式中、n1は、3~14の整数であり、Mは、H、金属原子、NR7 4、置換基を有していてもよいイミダゾリウム、置換基を有していてもよいピリジニウム又は置換基を有していてもよいホスホニウムであり、R7は、H又は有機基である。)で表されるものである。
H(CF2)n2COOM (II)
(式中、n2は、4~15の整数であり、Mは、上記定義したものである。)で表されるものである。
Rf1-O-(CF(CF3)CF2O)n3CF(CF3)COOM (III)
(式中、Rf1は、炭素数1~5のパーフルオロアルキル基であり、n3は、0~3の整数であり、Mは、上記定義したものである。)で表されるものである。
Rf2(CH2)n4Rf3COOM (IV)
(式中、Rf2は、炭素数1~5のパーフルオロアルキル基であり、Rf3は、直鎖状又は分岐鎖状の炭素数1~3のパーフルオロアルキレン基、n4は、1~3の整数であり、Mは、上記定義したものである。)で表されるものである。
Rf4-O-CY1Y2CF2-COOM (V)
(式中、Rf4は、炭素数1~12のエーテル結合を含み得る直鎖状または分枝鎖状の部分または完全フッ素化されたアルキル基であり、Y1及びY2は、同一若しくは異なって、H又はFであり、Mは、上記定義したものである。)で表されるものである。
F(CF2)n5SO3M (VI)
(式中、n5は、3~14の整数であり、Mは、上記定義したものである。)で表されるものである。
H(CF2)n6SO3M (VII)
(式中、n6は、4~14の整数であり、Mは、上記定義したものである。)で表されるものである。
Rf5(CH2)n7SO3M (VIII)
(式中、Rf5は、炭素数1~13のパーフルオロアルキル基であり、n7は、1~3の整数であり、Mは、上記定義したものである。)で表されるものである。
Rf6(CH2)n8COOM (IX)
(式中、Rf6は、炭素数1~13のエーテル結合を含み得る直鎖状または分岐鎖状の部分または完全フッ素化されたアルキル基であり、n8は、1~3の整数であり、Mは、上記定義したものである。)で表されるものである。
Rf7-O-Rf8-O-CF2-COOM (X)
(式中、Rf7は、炭素数1~6のエーテル結合を含み得る直鎖状または分枝鎖状の部分または完全フッ素化されたアルキル基であり、Rf8は、炭素数1~6の直鎖状または分枝鎖状の部分または完全フッ素化されたアルキル基であり、Mは、上記定義したものである。)で表されるものである。
Rf9-O-CY1Y2CF2-SO3M (XI)
(式中、Rf9は、炭素数1~12のエーテル結合を含み得る直鎖状または分枝鎖状であって、塩素を含んでもよい、部分または完全フッ素化されたアルキル基であり、Y1及びY2は、同一若しくは異なって、H又はFであり、Mは、上記定義したものである。)で表されるものである。
Y0は、-COOM、-SO2M、又は、-SO3Mであってよく、-SO3M、又は、COOMであってよい(式中、Mは上記定義したものである。)。
Lとしては、例えば、単結合、炭素数1~10のエーテル結合を含みうる部分又は完全フッ素化されたアルキレン基が挙げられる。
Rf11-O-(CF2CF(CF3)O)n9(CF2O)n10CF2COOM (XIII)
(式中、Rf11は、塩素を含む炭素数1~5のフルオロアルキル基であり、n9は、0~3の整数であり、n10は、0~3の整数であり、Mは、上記定義したものである。)で表されるものである。化合物(XIII)としては、CF2ClO(CF2CF(CF3)O)n9(CF2O)n10CF2COONH4(平均分子量750の混合物、式中、n9およびn10は上記定義したものである。)が挙げられる。
上記固体成分は、例えば、上述したポリマー製造工程において製造されるポリマーを分離回収した後の水中に残存し得る成分である。例えば、上述したポリマー製造工程としての固液分離工程において、ポリマーを分離回収した後に残る重合体(I)を含有する液、すなわち、ポリマーを分離回収した後の水は、固液分離工程で回収しきれなかった未凝析ポリマーを含み得る。ポリマーを分離回収した後に残る重合体(I)を含有する液から、重合体(I)を除去する際において、このような固体成分は、重合体(I)を除去するプロセスに悪影響を及ぼし得るので、除去工程の前に水から除去することが望ましい。
本明細書において、未凝析ポリマーは、ポリマーの重合工程の後、凝集剤を添加し、固液分離工程を行ってポリマーを分離回収した後に残る水中に分散して存在するポリマー成分であって、フィルタ等のろ材の表面にゲル状物質となって堆積するものを意味する。未凝析ポリマーの粒径は、0.01μm~5.0μm程度であってよい。
重合体(I)を含有する水に含まれ得る微粒子状ポリマーは、その粒径が限定されるものではないが、例えば、粒径が約0.1μm~0.2μm程度のポリマーであってもよい。
すなわち、上記重合体(I)を含有する水は固体成分を含むものであってよく、固体成分として未凝析ポリマー及び/または微粒子状ポリマーを含むものであってよい。
本開示の第1の処理方法において、重合体(I)を含有する水中の固体成分の濃度は特に限定されず、任意の固体成分濃度の水を処理することができる。
重合体(I)を含有する水中の固体成分の濃度は、ポリマー製造工程に応じて変化し得るが、例えば、0.1ppm~50000ppmであってもよい。
また、上記前処理工程によって、例えば、重合体(I)を含有する水中の固体成分を0.05ppm~500ppmにすることが好ましく、0.05ppm~50ppmにすることがより好ましく、0.05ppm~10ppmにすることが更に好ましい。固体成分の下限は、0.1ppmであってもよい。
固体成分を除去する方法としては限定されず、ろ過等が挙げられる。ろ過の方法としては、UF膜、MF膜により固体成分を分離する方法、ろ過助剤を使用する方法、液体サイクロンを使用する方法等が挙げられる。
上記MF膜としては、保安フィルターや中空糸膜、平膜、スパイラル等が挙げられる。
上記ろ過助剤としては、珪藻土、ろ過砂(マンガン砂、マンガンゼオライト、アンスラサイト、セラミックサンド等)、パーライト、セルロース等が挙げられる。
CX1X3=CX2R(-CZ1Z2-A0)m (I)
(式中、X1及びX3は、それぞれ独立して、F、Cl、H又はCF3であり;X2は、H、F、アルキル基または含フッ素アルキル基であり;A0は、アニオン性基であり;Rは連結基であり;Z1及びZ2は、それぞれ独立して、H、F、アルキル基または含フッ素アルキル基であり;mは1以上の整数である。)
本開示の第1の組成物は、重合体(I)の水溶液であってもよいし、重合体(I)の分散液であってもよい。
本開示の第1の組成物に含まれる重合体(I)の含有量は、重合体(I)を含有する水と同じ方法で測定できる。例えば、固体NMR測定より求められる。
本開示の第1の組成物は、1種の単一の重合体(I)を含んでいてもよいし、2種以上の異なる重合体(I)を含んでいてもよい。
重合体(I)以外の含フッ素ポリマーとしては、本開示の第1の処理方法にて記載した重合体(I)以外の含フッ素ポリマーを適宜採用することができ、適宜好適な態様を採用することができる。重合体(I)以外の含フッ素ポリマーとしては、53より高いイオン交換率(IXR)を有する含フッ素ポリマーが好ましい。また、重合体(I)以外の含フッ素ポリマーとしては、PTFEが好ましい。
本開示の第1の組成物がPTFEを含有する場合において、PTFEはTFE単独重合体であってもよいし、TFE単位とTFEと共重合可能な変性モノマーに基づく変性モノマー単位とを含む変性PTFEであってもよく、また、高分子量PTFEであってもよいし、低分子量PTFEであってもよい。本開示の組成物におけるPTFEとしては、本開示の第1の処理方法にて記載したPTFEを適宜採用することができる。
重合体(I)以外の含フッ素ポリマーの含有量は、MF膜により固体成分(重合体(I)以外の含フッ素ポリマー)を分離する方法で求めることができる。
本開示の第1の組成物がPTFEを含有する場合において、PTFEの含有量は、組成物の質量に対して、5000ppm以下であることが好ましい。より好ましくは2000ppm以下であり、更に好ましくは1000ppm以下であり、特に好ましくは500ppm以下である。上記含有量の下限値は特に限定されないが、実質的に0ppmであってよく、0ppm超であってよく、1ppm以上であってよく、100ppm以上であってもよい。
上記PTFEの含有量は、MF膜により固体成分(PTFE)を分離する方法で求めることができる。
2価以上の金属イオンの含有量は、好ましくは、組成物に対して0.05mg/L以上であり、より好ましくは、0.1mg/L以上であり、更に好ましくは0.15mg/L以上であり、特に好ましくは0.2mg/L以上である。また、2価以上の金属イオンの含有量は、1000mg/L以下が好ましく、500mg/L以下がより好ましく、250mg/L以下が更に好ましく、100mg/L以下が更により好ましく、50mg/L以下が殊更に好ましく、10mg/L以下が特に好ましく、5mg/L以下が最も好ましい。
CX1X3=CX2R(-CZ1Z2-A0)m (I)
(式中、X1及びX3は、それぞれ独立して、F、Cl、H又はCF3であり;X2は、H、F、アルキル基または含フッ素アルキル基であり;A0は、アニオン性基であり;Rは連結基であり;Z1及びZ2は、それぞれ独立して、H、F、アルキル基または含フッ素アルキル基であり;mは1以上の整数である。)
本開示の第2の組成物は、重合体(I)の水溶液であってもよいし、重合体(I)の分散液であってもよい。
本開示の第2の組成物に含まれる重合体(I)の含有量は、重合体(I)を含有する水と同じ方法で測定できる。例えば、固体NMR測定より求められる。
本開示の第2の組成物は、1種の単一の重合体(I)を含んでいてもよいし、2種以上の異なる重合体(I)を含んでいてもよい。
本開示の第2の組成物は、上記2価以上の金属イオンの含有量が組成物に対して0.05mg/L以上であることが好ましい。より好ましくは、0.1mg/L以上であり、更に好ましくは0.15mg/L以上であり、特に好ましくは0.2mg/L以上である。また、上記2価以上の金属イオンの含有量は、1000mg/L以下が好ましく、500mg/L以下がより好ましく、250mg/L以下が更に好ましく、100mg/L以下が更により好ましく、50mg/L以下が殊更に好ましく、10mg/L以下が特に好ましく、5mg/L以下が最も好ましい。
上記2価以上の金属イオンの含有量は、パックテスト(共立理化学研究所製)の方法により測定する。
本開示の第2の組成物において、重合体(I)以外の含フッ素ポリマーの含有量は、組成物の質量に対して、5000ppm以下であることが好ましい。より好ましくは2000ppm以下であり、更に好ましくは1000ppm以下であり、特に好ましくは500ppm以下である。上記含有量の下限値は特に限定されないが、実質的に0ppmであってよく、0ppm超であってよく、1ppm以上であってよく、100ppm以上であってもよい。
重合体(I)以外の含フッ素ポリマーの含有量は、MF膜により固体成分(重合体(I)以外の含フッ素ポリマー)を分離する方法で求めることができる。
本開示の第2の組成物がPTFEを含有する場合において、PTFEの含有量は、組成物の質量に対して、5000ppm以下であることが好ましい。より好ましくは2000ppm以下であり、更に好ましくは1000ppm以下であり、特に好ましくは500ppm以下である。上記含有量の下限値は特に限定されないが、実質的に0ppmであってよく、0ppm超であってよく、1ppm以上であってよく、100ppm以上であってもよい。上記PTFEの含有量は、MF膜により固体成分(PTFE)を分離する方法で求めることができる。
水溶性とは、容易に水に溶解または分散する性質を意味する。水溶性重合体は、たとえば、動的光散乱法(DLS)によって、粒子径を測定できない。一方、非水溶性を有する重合体は、たとえば、動的光散乱法(DLS)によって、粒子径を測定することができる。
本開示の第2の処理方法において、上記除去工程は、炭素原子に結合した水素原子がフッ素原子に置換された割合が50%以上である水溶性重合体を含有する水を用いること以外は、本開示の第1の処理方法と同じ方法を全て採用できる。
なお、「炭素原子に結合した水素原子がフッ素原子に置換された割合」は、炭素原子に結合する水素原子と、炭素原子に結合するハロゲン原子(フッ素原子を含む)との合計数に対するフッ素原子数の割合として求められる。
上記除去工程は、水溶性重合体を含有する水に凝集を行う工程であることが好ましく、水溶性重合体を含有する水に凝集剤を添加する工程であることがより好ましく、水溶性重合体を含有する水に無機凝集剤を添加する工程であることが更に好ましく、水溶性重合体を含有する水に無機凝集剤を添加し、その後、高分子凝集剤を添加する工程であることが特に好ましい。凝集剤、無機凝集剤、高分子凝集剤としては、本開示の第1の処理方法で記載したものを適宜採用することができる。
上記除去工程はまた、処理された水中の水溶性重合体の濃度を250ppm以下にする工程であることが好ましい。より好ましくは200ppm以下であり、更に好ましくは100ppm以下であり、更により好ましくは80ppm以下であり、殊更に好ましくは60ppm以下であり、特に好ましくは50ppm以下である。
CX1X3=CX2R(-CZ1Z2-A0)m (I)
(式中、X1及びX3は、それぞれ独立して、F、Cl、H又はCF3であり;X2は、H、F、アルキル基または含フッ素アルキル基であり;A0は、アニオン性基であり;Rは連結基であり;Z1及びZ2は、それぞれ独立して、H、F、アルキル基または含フッ素アルキル基であり;mは1以上の整数である。)
で表される単量体に基づく重合単位(I)を含む水溶性の重合体が挙げられる。
上記水溶性重合体において、重合単位(I)の含有量は、50質量%以上が好ましく、60質量%以上がより好ましく、70質量%以上が更に好ましく、80質量%以上が更により好ましく、90質量%以上が殊更に好ましく、95質量%以上が特に好ましく、99質量%以上が最も好ましい。
また、非含フッ素モノマーとして、アクリル酸エステル及びメタクリル酸エステルからなる群より選択される少なくとも一種の単量体、不飽和カルボン酸類、並びに、加水分解性シリル基含有単量体からなる群より選択される少なくとも1種がより好ましい。
そのほか、ラジカル重合性のエチレン性不飽和結合をもつ単量体を併用してもよい。
これらのアクリル酸エステルまたはメタクリル酸エステルは、単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよく、n-ブチルアクリレート、及び、メチルメタクリレートであることが好ましい。
CH2=CHCOO(CH2)3Si(OCH3)3、
CH2=CHCOO(CH2)3Si(CH3)(OCH3)2、
CH2=CHCOO(CH2)3Si(OC2H5)3、
CH2=CHCOO(CH2)3Si(CH3)(OC2H5)2、
CH2=C(CH3)COO(CH2)3Si(OCH3)3、
CH2=C(CH3)COO(CH2)3Si(CH3)(OCH3)2、
CH2=C(CH3)COO(CH2)3Si(OC2H5)3、
CH2=C(CH3)COO(CH2)3Si(CH3)(OC2H5)2、
CH2=C(CH3)COO(CH2)2O(CH2)3Si(OCH3)3、
CH2=C(CH3)COO(CH2)2(CH2)3Si(CH3)(OCH3)2、CH2=C(CH3)COO(CH2)11Si(OCH3)3、
CH2=C(CH3)COO(CH2)11Si(CH3)(OCH3)2、
などがあげられる。これらの加水分解性シリル基含有単量体は、単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
上記数平均分子量及び重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)により、単分散ポリスチレンを標準として分子量を算出する値である。また、GPCによる測定ができない場合には、NMR、FT-IR等により得られた末端基数から計算された数平均分子量とメルトフローレートとの相関関係により、水溶性重合体の数平均分子量を求めることができる。メルトフローレートは、JIS K 7210に準拠して測定できる。
上記水溶性重合体において、イオン性基(アニオン性基)は、典型的に、ポリマー主鎖に沿って分布している。上記水溶性重合体は、ポリマー主鎖を、この主鎖に結合された繰り返し側鎖とともに含み、この側鎖はイオン性基を有することが好ましい。
水溶性重合体は、10未満、より好ましくは7未満のpKaを有するイオン性基(アニオン性基)を含むことが好ましい。水溶性重合体のイオン性基は、好ましくは、スルホナート、カルボキシラート、ホスホナート、ホスファート、及びそれらの混合物からなる群から選択される。
用語「スルホナート、カルボキシラート、ホスホナート、およびホスファート」は、それぞれの塩、または塩を形成し得るそれぞれの酸をいうことが意図される。塩が用いられる場合、好ましくは、その塩はアルカリ金属塩またはアンモニウム塩である。好ましいイオン性基は、スルホナート基である。
上記水溶性重合体を含有する水において、水溶性重合体の含有量は、1質量%以下がより好ましく、0.5質量%以下が更に好ましく、0.2質量%以下が特に好ましい。また、0質量%超であってよく、0.005質量%超であってよく、0.006質量%超であってよく、0.008質量%超であってよく、0.010質量%以上であってよく、0.020質量%超であってよく、0.025質量%超であってよく、0.1質量%以上であってよい。
上記水溶性重合体の含有量は、例えば、固体NMRから測定することができる。
上記水溶性重合体を含有する水は、1種の単一の水溶性重合体を含んでいてもよいし、2種以上の異なる水溶性重合体を含んでいてもよい。
水溶性重合体及び水以外の物質としては、水溶性重合体以外の非フッ素ポリマー、水溶性重合体以外の含フッ素ポリマー、オリゴマー等が挙げられる。
水溶性重合体以外の含フッ素ポリマーとは、含フッ素ポリマーのうち、炭素原子に結合した水素原子がフッ素原子に置換された割合が50%未満であるか、または、非水溶性の含フッ素ポリマーである。
水溶性重合体以外の含フッ素ポリマーとしては、53より高いイオン交換率(IXR)を有する含フッ素ポリマーが挙げられる。
好ましい水溶性重合体以外の含フッ素ポリマーは、イオン性基を全く有さないか、または約100より高いイオン交換率をもたらす限られた数のイオン性基を有する。
水溶性重合体以外の含フッ素ポリマーのイオン交換率は、53超が好ましく、100以上がより好ましく、1000以上が更に好ましく、2000以上が殊更に好ましく、5000以上が特に好ましい。
上記水溶性重合体以外の含フッ素ポリマーとしては、本開示の第1の処理方法にて記載したものが挙げられる。例えば、PTFE、TFEと、TFEと共重合可能な別のモノマー(フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレン、クロロトリフルオロエチレン、パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)等の含フッ素モノマー、エチレン、プロピレン、イソブテン等の炭化水素オレフィン、アルキルビニルエーテル等)とのコポリマー(例えばテトラフルオロエチレン-ヘキサフルオロプロピレンコポリマー(FEP)、テトラフルオロエチレン-パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)コポリマー(PFA)およびエチレン-テトラフルオロエチレンコポリマー(ETFE)等)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、およびエチレン-クロロトリフルオロエチレン(ECTFE)等のフッ素樹脂、フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレンコポリマー等のフッ化ビニリデン系ゴム(FKM)、テトラフルオロエチレン-プロピレンゴム(FEPM)、およびテトラフルオロエチレン-パーフルオロメチルビニルエーテルゴム(FFKM)等のフッ素ゴム、ならびに含フッ素エラストマー等が挙げられる。
上記PTFEは、TFEの単独重合体でもよいし、99.0質量%以上のTFEと、1.0重量%以下の変性モノマーとを含有する変性PTFEであってもよい。
上記水溶性重合体以外の含フッ素ポリマーとしては、PTFE及び60.0~98.0質量%のTFE単位および2.0~40.0質量%の他のモノマーを含む溶融加工性フッ素樹脂からなる群より選択される少なくとも1種が好ましく、PTFEがより好ましい。
上記水溶性重合体を含有する水は、水の含有量が99.0質量%以上であることが好ましい。より好ましくは99.5質量%以上であり、更に好ましくは99.8質量%以上である。
本開示の第3の組成物は、水溶性重合体の水溶液であることが好ましい。
本開示の第3の組成物に含まれる水溶性重合体の含有量は、水溶性重合体を含有する水と同じ方法で測定できる。例えば、固体NMR測定より求められる。
本開示の第3の組成物は、1種の単一の水溶性重合体を含んでいてもよいし、2種以上の異なる水溶性重合体を含んでいてもよい。
水溶性重合体以外の含フッ素ポリマーのイオン交換率は、53超が好ましく、100以上がより好ましく、1000以上が更に好ましく、2000以上が殊更に好ましく、5000以上が特に好ましい。
水溶性重合体以外の含フッ素ポリマーとしては、PTFEが好ましい。
水溶性重合体以外の含フッ素ポリマーの含有量は、MF膜により固体成分(水溶性重合体以外の含フッ素ポリマー)を分離する方法で求めることができる。
2価以上の金属イオンの含有量は、好ましくは、組成物に対して0.05mg/L以上であり、より好ましくは、0.1mg/L以上であり、更に好ましくは0.15mg/L以上であり、特に好ましくは0.2mg/L以上である。また、2価以上の金属イオンの含有量は、1000mg/L以下が好ましく、500mg/L以下がより好ましく、250mg/L以下が更に好ましく、100mg/L以下が更により好ましく、50mg/L以下が殊更に好ましく、10mg/L以下が特に好ましく、5mg/L以下が最も好ましい。
本開示の第4の組成物は、水溶性重合体の水溶液であることが好ましい。
本開示の第4の組成物に含まれる水溶性重合体の含有量は、水溶性重合体を含有する水と同じ方法で測定できる。例えば、固体NMR測定より求められる。
本開示の第4の組成物は、1種の単一の水溶性重合体を含んでいてもよいし、2種以上の異なる水溶性重合体を含んでいてもよい。
本開示の第4の組成物は、上記2価以上の金属イオンの含有量が組成物に対して0.05mg/L以上であることが好ましい。より好ましくは、0.1mg/L以上であり、更に好ましくは0.15mg/L以上であり、特に好ましくは0.2mg/L以上である。また、上記2価以上の金属イオンの含有量は、1000mg/L以下が好ましく、500mg/L以下がより好ましく、250mg/L以下が更に好ましく、100mg/L以下が更により好ましく、50mg/L以下が殊更に好ましく、10mg/L以下が特に好ましく、5mg/L以下が最も好ましい。
上記2価以上の金属イオンの含有量は、パックテスト(共立理化学研究所製)の方法により測定する。
本開示の第4の組成物において、水溶性重合体以外の含フッ素ポリマーの含有量は、組成物の質量に対して、5000ppm以下であることが好ましい。より好ましくは2000ppm以下であり、更に好ましくは1000ppm以下であり、特に好ましくは500ppm以下である。上記含有量の下限値は特に限定されないが、実質的に0ppmであってよく、0ppm超であってよく、1ppm以上であってよく、100ppm以上であってもよい。
水溶性重合体以外の含フッ素ポリマーの含有量は、MF膜により固体成分(水溶性重合体以外の含フッ素ポリマー)を分離する方法で求めることができる。
本開示の第3の処理方法において、上記除去工程は、炭素原子に結合した水素原子がフッ素原子に置換された割合が50%以上であり、かつ、イオン性基を含み、イオン交換率が53以下である重合体(以下「重合体α」とも記載する)を含有する水を用いること以外は、本開示の第1の処理方法と同じ方法を全て採用できる。
上記除去工程は、重合体αを含有する水に凝集を行うものであることが好ましく、重合体αを含有する水に凝集剤を添加する工程であることがより好ましく、重合体αを含有する水に無機凝集剤を添加する工程であることが更に好ましく、重合体αを含有する水に無機凝集剤を添加し、その後、高分子凝集剤を添加する工程であることが特に好ましい。凝集剤、無機凝集剤、高分子凝集剤としては、本開示の第1の処理方法で記載したものを適宜採用することができる。
上記重合体αを含有する水は特に限定されず、上記重合体αの製造工程、上記重合体αを用いたポリマー重合工程等のポリマー製造工程で生じた水等が挙げられる。上記重合体αを含有する水は排水であってよい。
上記除去工程はまた、処理された水中の重合体αの濃度を250ppm以下にする工程であることが好ましい。より好ましくは200ppm以下であり、更に好ましくは100ppm以下であり、更により好ましくは80ppm以下であり、殊更に好ましくは60ppm以下であり、特に好ましくは50ppm以下である。
CX1X3=CX2R(-CZ1Z2-A0)m (I)
(式中、X1及びX3は、それぞれ独立して、F、Cl、H又はCF3であり;X2は、H、F、アルキル基または含フッ素アルキル基であり;A0は、アニオン性基であり;Rは連結基であり;Z1及びZ2は、それぞれ独立して、H、F、アルキル基または含フッ素アルキル基であり;mは1以上の整数である。)
で表される単量体に基づく重合単位(I)を含む水溶性又は非水溶性の重合体が挙げられる。
上記重合体αにおいて、上記重合単位(I)の含有量は、50質量%以上が好ましく、60質量%以上がより好ましく、70質量%以上が更に好ましく、80質量%以上が更により好ましく、90質量%以上が殊更に好ましく、95質量%以上が特に好ましく、99質量%以上が最も好ましい。
また、非含フッ素モノマーとして、アクリル酸エステル及びメタクリル酸エステルからなる群より選択される少なくとも一種の単量体、不飽和カルボン酸類、並びに、加水分解性シリル基含有単量体からなる群より選択される少なくとも1種がより好ましい。
そのほか、ラジカル重合性のエチレン性不飽和結合をもつ単量体を併用してもよい。
上記非含フッ素モノマーとしては、上記水溶性重合体において記載したものを使用することができる。
また、150.0×104以下が好ましく、100.0×104以下がより好ましく、60.0×104以下が更に好ましく、50.0×104以下が特に好ましく、40.0×104以下が殊更に好ましい。
上記数平均分子量及び重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)により、単分散ポリスチレンを標準として分子量を算出する値である。また、GPCによる測定ができない場合には、NMR、FT-IR等により得られた末端基数から計算された数平均分子量とメルトフローレートとの相関関係により、水溶性重合体の数平均分子量を求めることができる。メルトフローレートは、JIS K 7210に準拠して測定できる。
上記重合体αは、53以下のイオン交換率(IXR)を有する。上記IXRは、0.5以上が好ましく、1以上がより好ましく、3以上が更に好ましく、4以上が更により好ましく、5以上が殊更に好ましく、8以上が特に好ましい。また、IXRは43以下がより好ましく、33以下が更に好ましく、23以下が特に好ましい。
上記重合体αにおいて、イオン性基は、典型的に、ポリマー主鎖に沿って分布している。
上記重合体αは、ポリマー主鎖を、この主鎖に結合された繰り返し側鎖とともに含み、この側鎖はイオン性基を有することが好ましい。
重合体αは、10未満、より好ましくは7未満のpKaを有するイオン性基を含むことが好ましい。重合体αのイオン性基は、好ましくは、スルホナート、カルボキシラート、ホスホナート、ホスファート、及びそれらの混合物からなる群から選択される。
用語「スルホナート、カルボキシラート、ホスホナート、およびホスファート」は、それぞれの塩、または塩を形成し得るそれぞれの酸をいうことが意図される。塩が用いられる場合、好ましくは、その塩はアルカリ金属塩またはアンモニウム塩である。好ましいイオン性基は、スルホナート基である。
上記重合体αの含有量は、例えば、固体NMRから測定することができる。
上記重合体αを含有する水は、1種の単一の重合体αを含んでいてもよいし、2種以上の異なる重合体αを含んでいてもよい。
重合体α及び水以外の物質としては、非フッ素ポリマー、重合体α以外の含フッ素ポリマー、オリゴマー等が挙げられる。
重合体α以外の含フッ素ポリマーとは、炭素原子に結合した水素原子がフッ素原子に置換された割合が50%未満であるか、イオン性基を含まないか、または、イオン交換率が53より高い含フッ素ポリマーである。
重合体α以外の含フッ素ポリマーとしては、53より高いイオン交換率(IXR)を有する含フッ素ポリマーが挙げられる。
好ましい重合体α以外の含フッ素ポリマーは、イオン性基を全く有さないか、または約100より高いイオン交換率をもたらす限られた数のイオン性基を有する。好ましい重合体α以外の含フッ素ポリマーのイオン交換率は、1000以上が好ましく、2000以上がより好ましく、5000以上が更に好ましい。
上記重合体α以外の含フッ素ポリマーとして具体的には、本開示の第1の処理方法にて記載した含フッ素ポリマーのうち、炭素原子に結合した水素原子がフッ素原子に置換された割合が50%未満のもの、イオン性基を含まないもの、または、53より高いイオン交換率(IXR)を有するものが挙げられる。例えば、PTFE、TFEと、TFEと共重合可能な別のモノマー(フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレン、クロロトリフルオロエチレン、パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)等の含フッ素モノマー、エチレン、プロピレン、イソブテン等の炭化水素オレフィン、アルキルビニルエーテル等)とのコポリマー(例えばテトラフルオロエチレン-ヘキサフルオロプロピレンコポリマー(FEP)、テトラフルオロエチレン-パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)コポリマー(PFA)およびエチレン-テトラフルオロエチレンコポリマー(ETFE)等)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、およびエチレン-クロロトリフルオロエチレン(ECTFE)等のフッ素樹脂、フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレンコポリマー等のフッ化ビニリデン系ゴム(FKM)、テトラフルオロエチレン-プロピレンゴム(FEPM)、およびテトラフルオロエチレン-パーフルオロメチルビニルエーテルゴム(FFKM)等のフッ素ゴム、ならびに含フッ素エラストマー等が挙げられる。
上記PTFEは、TFEの単独重合体でもよいし、99.0質量%以上のTFEと、1.0重量%以下の変性モノマーとを含有する変性PTFEであってもよい。
上記重合体α以外の含フッ素ポリマーとしては、PTFE及び60.0~98.0質量%のTFE単位および2.0~40.0質量%の他のモノマーを含む溶融加工性フッ素樹脂からなる群より選択される少なくとも1種が好ましく、PTFEがより好ましい。
上記重合体αを含有する水は、水の含有量が99.0質量%以上であることが好ましい。
より好ましくは99.5質量%以上であり、更に好ましくは99.8質量%以上である。
本開示の第5の組成物は、重合体αの水溶液であってもよいし、重合体αの分散液であってもよい。
本開示の第5の組成物に含まれる重合体αの含有量は、重合体αを含有する水と同じ方法で測定できる。例えば、固体NMR測定より求められる。
本開示の第5の組成物は、1種の単一の重合体αを含んでいてもよいし、2種以上の異なる重合体αを含んでいてもよい。
重合体α以外の含フッ素ポリマーとしては、本開示の第3の処理方法にて記載したものを適宜採用することができ、適宜好適な態様を採用することができる。
重合体α以外の含フッ素ポリマーのイオン交換率は、53超が好ましく、100以上がより好ましく、1000以上が更に好ましく、2000以上が殊更に好ましく、5000以上が特に好ましい。
重合体α以外の含フッ素ポリマーとしては、PTFEが好ましい。
重合体α以外の含フッ素ポリマーの含有量は、MF膜により固体成分(重合体α以外の含フッ素ポリマー)を分離する方法で求めることができる。
2価以上の金属イオンの含有量は、好ましくは、組成物に対して0.05mg/L以上であり、より好ましくは、0.1mg/L以上であり、更に好ましくは0.15mg/L以上であり、特に好ましくは0.2mg/L以上である。また、2価以上の金属イオンの含有量は、1000mg/L以下が好ましく、500mg/L以下がより好ましく、250mg/L以下が更に好ましく、100mg/L以下が更により好ましく、50mg/L以下が殊更に好ましく、10mg/L以下が特に好ましく、5mg/L以下が最も好ましい。
本開示の第6の組成物は、重合体の水溶液であってもよいし、重合体の分散液であってもよい。
本開示の第6の組成物に含まれる重合体αの含有量は、重合体αを含有する水と同じ方法で測定できる。例えば、固体NMR測定より求められる。
本開示の第6の組成物は、1種の単一の重合体αを含んでいてもよいし、2種以上の異なる重合体αを含んでいてもよい。
本開示の第6の組成物は、上記2価以上の金属イオンの含有量が組成物に対して0.05mg/L以上であることが好ましい。より好ましくは、0.1mg/L以上であり、更に好ましくは0.15mg/L以上であり、特に好ましくは0.2mg/L以上である。また、上記2価以上の金属イオンの含有量は、1000mg/L以下が好ましく、500mg/L以下がより好ましく、250mg/L以下が更に好ましく、100mg/L以下が更により好ましく、50mg/L以下が殊更に好ましく、10mg/L以下が特に好ましく、5mg/L以下が最も好ましい。
上記2価以上の金属イオンの含有量は、パックテスト(共立理化学研究所製)の方法により測定する。
本開示の第6の組成物において、重合体α以外の含フッ素ポリマーの含有量は、組成物の質量に対して、5000ppm以下であることが好ましい。より好ましくは2000ppm以下であり、更に好ましくは1000ppm以下であり、特に好ましくは500ppm以下である。上記含有量の下限値は特に限定されないが、実質的に0ppmであってよく、0ppm超であってよく、1ppm以上であってよく、100ppm以上であってもよい。
重合体α以外の含フッ素ポリマーの含有量は、MF膜により固体成分(重合体α以外の含フッ素ポリマー)を分離する方法で求めることができる。
CH2=CF(CF2OCFCF3COOH)
で表される単量体の単独重合体(数平均分子量9万、重量平均分子量19万)(以下「重合体A」という)を用いた。
上記数平均分子量及び重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)により、東ソー(株)製のGPC HLC-8020を用い、Shodex社製のカラム(GPC KF-801を1本、GPC KF-802を1本、GPC KF-806Mを2本直列に接続)を使用し、溶媒としてテトラハイドロフラン(THF)を流速1ml/分で流して測定し、単分散ポリスチレンを標準として分子量を算出した。
処理水溶液中の重合体A含有量は以下の方法により測定した。
濃度既知のトリフルオロ酢酸ナトリウムおよび重合体Aを含む水溶液を5水準調整し、19F NMR測定を行った。それぞれのサンプル中のトリフルオロ酢酸ナトリウムおよび重合体Aの濃度とトリフルオロ酢酸ナトリウムおよび重合体Aのピーク面積値から一次近似を用い、下記関係式(1)によりaを求めた。
A=a×5×B×W×136.00/(3×X×256.08) (1)
A:重合体AのCF2および、CF3由来のピーク面積値(δFppm:-78~-88(-CF-CF2-O-、>CF-CF3))
W:重合体Aの濃度(ppm)
B:トリフルオロ酢酸のピーク面積値(δFppm:-76(CF3-))
X:トリフルオロ酢酸の濃度(ppm)
ケミカルシフトはトリフルオロ酢酸ナトリウムのCF3由来のピークを-76.0ppmとした際の値を用いた。
Y=3×C×Z×P×256.08/(a×5×D×Q×136.00) (2)
C:重合体Aのピーク面積値(δFppm:-78~-88(-CF-CF2-O-、>CF-CF3))
Y:処理水溶液中の重合体A含有量(ppm)
D:トリフルオロ酢酸のピーク面積値(δFppm:-76(CF3-))
Z:トリフルオロ酢酸の濃度(ppm)
P:濃縮前処理水溶液の質量(g)
Q:濃縮後処理水溶液の質量(g)
ケミカルシフトはトリフルオロ酢酸ナトリウムのCF3由来のピークを-76.0ppmとした際の値を用いた。
Hоriba社製pHメーターD-20により測定した。
簡易水質分析製品であるパックテスト アルミニウム(共立理化学研究所製、型式WAK-AI、測定限界0.05mg/L)を用いて測定した。
モデル水溶液として、重合体Aを500ppm含む水溶液(水溶液A)100gに、26.8質量%の硫酸アルミニウム水溶液0.37gを添加した。重合体A含有水溶液(水溶液A)を容器中で温度25℃で30分間攪拌した。攪拌後、pHは3.2であった。重合体A含有水溶液(水溶液A)にpH調整剤として、NaOH水溶液(25%)を添加してpHを7.3に調整した。
pH調整後の水溶液に、ポリアクリルアミド部分加水分解物(商品名:フロクランA1210 片山ナルコ社製)の0.07質量%水溶液を0.34g添加した。温度25℃で30分間攪拌したところ、アルミニウム沈殿物が沈殿した。
沈殿したアルミニウム沈殿物をフィルター濾紙で濾過し、処理水溶液を得た。得られた処理水溶液中の重合体Aの濃度は、42ppmであった。得られた処理水溶液中の溶存アルミニウム濃度は、1mg/Lであった。
硫酸アルミニウム水溶液の添加量を0.05g、pH調整前のpHを2.9、pH調整したpHを6.8に変更した以外は、実験例1と同様にして処理水溶液を得た。得られた処理水溶液中の重合体Aの濃度は、90ppmであった。得られた処理水溶液中の溶存アルミニウム濃度は、0.5mg/Lであった。
Claims (22)
- 下記一般式(I)で表される単量体に基づく重合単位(I)を含む重合体(I)を含有する水から前記重合体(I)を除去する除去工程を含み、前記除去工程は、前記重合体(I)を含有する水に無機凝集剤および高分子凝集剤を添加することにより、前記重合体(I)を含有する水に凝集を行う工程であり、前記重合体(I)の数平均分子量が、1.0×104以上であり、前記重合体(I)の重合単位(I)の含有量が、前記重合体(I)の全重合単位に対して、40モル%以上100モル%以下であることを特徴とする水の処理方法。
CX1X3=CX2R(-CZ1Z2-A0)m (I)
(式中、X1及びX3は、それぞれ独立して、F、Cl、H又はCF3であり;X2は、H、F、アルキル基または含フッ素アルキル基であり;A0は、アニオン性基であり;Rは連結基であり;Z1及びZ2は、それぞれ独立して、H、F、アルキル基または含フッ素アルキル基であり;mは1以上の整数である。) - 前記重合体(I)が、水溶性重合体である、請求項1記載の処理方法。
- 前記無機凝集剤は、アルミニウム塩、鉄塩、カルシウム塩、並びに、2価以上の金属元素およびケイ素を含むケイ酸塩鉱物からなる群より選択される少なくとも1種の金属塩である請求項1または2記載の処理方法。
- 前記無機凝集剤は、硫酸アルミニウム及びポリ塩化アルミニウムからなる群より選択される少なくとも1種のアルミニウム塩である請求項1~3のいずれかに記載の処理方法。
- 前記高分子凝集剤は、アニオン性高分子凝集剤である請求項1~4のいずれかに記載の処理方法。
- 前記除去工程は、前記重合体(I)を含有する水に無機凝集剤を添加し、その後、高分子凝集剤を添加する工程である請求項1~5のいずれかに記載の処理方法。
- 前記重合体(I)を含有する水は、フルオロポリマーの重合工程を経た水である請求項1~6のいずれかに記載の処理方法。
- 下記一般式(I)で表される単量体に基づく重合単位(I)を含む重合体(I)、水、及び、53より高いイオン交換率を有する含フッ素ポリマー(ただし、前記重合体(I)を除く)を含み、前記重合体(I)の含有量が250ppm以下であり、前記重合体(I)の数平均分子量が、1.0×104以上であり、前記重合体(I)の重合単位(I)の含有量が、前記重合体(I)の全重合単位に対して、40モル%以上100モル%以下であることを特徴とする組成物。
CX1X3=CX2R(-CZ1Z2-A0)m (I)
(式中、X1及びX3は、それぞれ独立して、F、Cl、H又はCF3であり;X2は、H、F、アルキル基または含フッ素アルキル基であり;A0は、アニオン性基であり;Rは連結基であり;Z1及びZ2は、それぞれ独立して、H、F、アルキル基または含フッ素アルキル基であり;mは1以上の整数である。) - 前記重合体(I)は、炭素原子に結合した水素原子がフッ素原子に置換された割合が50%以上である水溶性重合体である請求項8記載の組成物。
- 前記重合体(I)は、炭素原子に結合した水素原子がフッ素原子に置換された割合が50%以上であり、かつ、アニオン性基を含み、イオン交換率が53以下である重合体である請求項8又は9記載の組成物。
- 炭素原子に結合した水素原子がフッ素原子に置換された割合が50%以上であり、数平均分子量が、1.0×104以上である水溶性重合体、水、及び、53より高いイオン交換率を有する含フッ素ポリマー(ただし、前記水溶性重合体を除く)を含み、前記水溶性重合体の含有量が250ppm以下であることを特徴とする組成物。
- 炭素原子に結合した水素原子がフッ素原子に置換された割合が50%以上であり、数平均分子量が、1.0×104以上であり、かつ、アニオン性基を含み、イオン交換率が53以下である重合体、水、及び、53より高いイオン交換率を有する含フッ素ポリマー(ただし、前記重合体を除く)を含み、前記重合体の含有量が250ppm以下であることを特徴とする組成物。
- 前記含フッ素ポリマーは、ポリテトラフルオロエチレンである請求項8~12のいずれかに記載の組成物。
- 前記含フッ素ポリマーの含有量が、1~5000ppmである請求項8~13のいずれかに記載の組成物。
- さらに、2価以上の金属イオンを含み、2価以上の金属イオンは、Fe、AlおよびCaからなる群から選択される少なくとも1種の金属のイオンである請求項8~14のいずれかに記載の組成物。
- 2価以上の金属イオンの含有量が、0.05~1000mg/Lである請求項15に記載の組成物。
- 下記一般式(I)で表される単量体に基づく重合単位(I)を含む重合体(I)、水、及び、2価以上の金属イオンを含み、前記重合体(I)の含有量が250ppm以下であり、2価以上の金属イオンは、Fe、AlおよびCaからなる群から選択される少なくとも1種の金属のイオンであり、前記重合体(I)の数平均分子量が、1.0×104以上であり、前記重合体(I)の重合単位(I)の含有量が、前記重合体(I)の全重合単位に対して、40モル%以上100モル%以下であることを特徴とする組成物。
CX1X3=CX2R(-CZ1Z2-A0)m (I)
(式中、X1及びX3は、それぞれ独立して、F、Cl、H又はCF3であり;X2は、H、F、アルキル基または含フッ素アルキル基であり;A0は、アニオン性基であり;Rは連結基であり;Z1及びZ2は、それぞれ独立して、H、F、アルキル基または含フッ素アルキル基であり;mは1以上の整数である。) - 炭素原子に結合した水素原子がフッ素原子に置換された割合が50%以上であり、数平均分子量が、1.0×104以上である水溶性重合体、水、及び、2価以上の金属イオンを含み、前記水溶性重合体の含有量が250ppm以下であり、2価以上の金属イオンは、Fe、AlおよびCaからなる群から選択される少なくとも1種の金属のイオンであることを特徴とする組成物。
- 炭素原子に結合した水素原子がフッ素原子に置換された割合が50%以上であり、数平均分子量が、1.0×104以上であり、かつ、アニオン性基を含み、イオン交換率が53以下である重合体、水、及び、2価以上の金属イオンを含み、前記重合体の含有量が250ppm以下であり、2価以上の金属イオンは、Fe、AlおよびCaからなる群から選択される少なくとも1種の金属のイオンであることを特徴とする組成物。
- 2価以上の金属イオンの含有量が、0.05~1000mg/Lである請求項17~19のいずれかに記載の組成物。
- 炭素原子に結合した水素原子がフッ素原子に置換された割合が50%以上であり、数平均分子量が、1.0×104以上である水溶性重合体を含有する水から前記水溶性重合体を除去する工程を含み、前記工程は、前記水溶性重合体を含有する水に無機凝集剤および高分子凝集剤を添加することにより、前記水溶性重合体を含有する水に凝集を行う工程であることを特徴とする水の処理方法。
- 炭素原子に結合した水素原子がフッ素原子に置換された割合が50%以上であり、数平均分子量が、1.0×104以上であり、かつ、アニオン性基を含み、イオン交換率が53以下である重合体を含有する水から前記重合体を除去する工程を含み、前記工程は、前記重合体を含有する水に無機凝集剤および高分子凝集剤を添加することにより、前記重合体を含有する水に凝集を行う工程であることを特徴とする水の処理方法。
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