JPH07116525A - 陽イオン交換樹脂 - Google Patents

陽イオン交換樹脂

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JPH07116525A
JPH07116525A JP5263250A JP26325093A JPH07116525A JP H07116525 A JPH07116525 A JP H07116525A JP 5263250 A JP5263250 A JP 5263250A JP 26325093 A JP26325093 A JP 26325093A JP H07116525 A JPH07116525 A JP H07116525A
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JP
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exchange resin
cation exchange
monomer
polyvinyl
halostyrene
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JP5263250A
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Hiroshi Kanbara
弘 蒲原
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Tokyo Organic Chemical Industries Inc
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 物理的強度が改善され、且つ溶出物が少ない
ゲル形カチオン交換樹脂の製造方法を提供すること。 【構成】 芳香族モノビニル単量体、ポリビニル単量体
と全モノマーに対して0.1ないし15重量パーセント
のハロスチレンのからなる共重合母体をベースとしたゲ
ル形カチオン交換樹脂及びその製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、カチオン交換樹脂に係
り、更に詳しくは物理的強度が改善され、且つ溶出物が
少ないカチオン交換樹脂に関する。
【0002】
【従来技術】カチオン交換樹脂としては、通常スチレン
とジビニルベンゼンとの架橋共重合体粒子にスルホン化
剤を作用させることによって得られることが知られてい
る。スチレンとジビニルベンゼンの共重合体粒子は、ス
ルホン化剤に親和性を持たず、苛酷な条件によって先ず
表面よりスルホン化を受け、スルホン化を受けた部分は
高分子ベンゼンスルホン酸の如き組成となってスルホン
化剤に対する親和性を得て、この層を通じて更に内部へ
と反応が進行するものである。この際スルホン化部と未
スルホン化部が形成され、膨潤度が著しく異なるため亀
裂を生じ、さらに亀裂を生じない場合でも内部歪を残
し、カチオン交換樹脂としてくり返し再生使用している
間に破壊される。
【0003】従ってスチレンとジビニルベンゼンとの架
橋共重合体粒子にスルホン化剤を反応させる通常の方法
では陽イオン交換樹脂の機械的強度は充分改善されない
ので、そこでこの様な技術的課題を解決するための方法
が種々なされている。例えば特公昭33−4092号公
報に記載の方法によれば、スチレンとジビニルベンゼン
との架橋共重合体粒子を膨潤性溶媒の存在下にスルホン
化剤を反応させて、カチオン交換樹脂を製造している。
しかしこの方法では、破損率等の物理的強度の改善がな
されるが、その効果は充分ではない。また特公昭60−
50361号公報によれば、(メタ)アクリル酸やこれ
らのエステルをスチレンおよびジビニルベンゼンととも
に懸濁重合し、得られた架橋共重合体をスルホン化して
カチオン交換樹脂を生成している。
【0004】またドイツ特許第1155603号では、
スチレン、ジビニルベンゼン及び(メタ)アクリル酸や
これらのエステルを懸濁重合し、架橋共重合体を膨潤性
溶媒の存在下にスルホン化剤を反応させて、カチオン交
換樹脂を製造している。しかしこれとて充分に物理的強
度の改善がなされるものではない。更にヨーロッパ特許
公開第502619号では、スチレンの代りにP−置換
スチレン、具体的にはP−メチルスチレンやP−ブロム
スチレン等とジビニルベンゼンを懸濁重合し、この共重
合母体をスルホン化を行うことが開示されている。シュ
ミレーションされた酸化環境で樹脂の水保持容量が測定
され、このカチオン交換樹脂は、水保持容量の変化が少
ないために、カチオン交換樹脂の化学工程の固定床への
使用に際して、床圧力の低下、反応物の流速の低下等が
少なくなり、長期間にわたって使用ができるとしてい
る。しかしながらこの樹脂は、交換容量が少ない欠点を
有する。
【0005】一方イオン交換樹脂は各種分野に使用さ
れ、最も広く水の精製に使用されている。最近の技術の
進歩により精製水の要求レベルが厳しくなっていて、イ
オン交換樹脂からの溶出物の低減が図られている。この
溶出物は、イオン交換樹脂の製造工程において関与した
原料、副生成物等がわずかに分解して生成する分解生成
物を微量含有し、溶出物成分となるのである。特開昭6
2−114662号公報では、この溶出物の推測がなさ
れ、スチレン−ジビニルベンゼン共重合体に基くイオン
交換樹脂の溶出物の除去方法が開示されている。この様
な溶出物の除去技術は、イオン交換樹脂の製造段階にお
いて解決する手段または、製造されたイオン交換樹脂を
後処理によって解決する手段とがある。この様にイオン
交換樹脂の開発にとって溶出物を除去することも重要な
要素である。
【0006】
【発明が解決しようとする問題点】上述の通り、芳香族
モノビニル単量体とポリビニル単量体からなる架橋共重
合体粒子を母体とするカチオン交換樹脂において、技術
の進展とともに物理的強度の改善および溶出物が少ない
ことを併存した効果を持つカチオン交換樹脂が求められ
ている。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、芳香族
モノビニル単量体、ポリビニル単量体および全モノマー
に対して0.1ないし15重量パーセントのハロスチレ
ンの存在下重合し、得られたビーズ状架橋共重合体をス
ルホン化することからなるカチオン交換樹脂及びその製
造方法に係り、更には物理的強度の改善および溶出物が
少ないカチオン交換樹脂を提供することにある。
【0008】以下に本発明の構成を説明する。芳香族モ
ノビニル単量体としては、スチレン、メチルスチレン、
ビニルトルエン、ビニルキシレンやエチルスチレン等が
具体的に挙げられ、これらから適宜に選択されるが最も
典型的にはスチレンである。一方架橋剤としてのポリビ
ニル化合物としては、具体的には、ジビニルベンゼン、
ジビニルトルエン、ジビニルキシレン、ジビニルナフタ
レン、トリビニルベンゼン、トリビニルキシレン等のポ
リビニル芳香族単量体が挙げられ、また、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、プロピレングリコールジ(メ
タ)アクリレート、ブチレングリコールジ(メタ)アク
リレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレ
ートやトリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレー
ト、マレイン酸ジアリル、アジピン酸ジアリル等のポリ
ビニル脂肪族単量体を適宜ポリビニル芳香族単量体と共
に使用することも可能である。
【0009】次にハロスチレンとしては、クロルスチレ
ン、ブロムスチレン、フロロスチレン等があげられる
が、クロルスチレンが経済上、取扱上最も好都合であ
る。ハロスチレンは、全単量体、即ち芳香族モノビニル
単量体、ポリビニル単量体およびクロルスチレンに対し
て0.1ないし15重量パーセント存在させることが好
ましい。これ以上存在させることは、下記の実施例に示
す通り、交換容量を減少させることになり、また物理的
強度の点等で好ましくない。架橋剤とするポリビニル単
量体の使用量は、全単量体に対して、0.5−60重量
%の範囲内で用いられ、好ましくは、1.5−50重量
%範囲内である。
【0010】本発明では前述の単量体を重合するにあた
っては、公知の重合方法、例えば、懸濁重合法、分散重
合法や塊状重合法等の方法で重合できるが、均一粒径の
共重合体が得られる懸濁重合法が最も好ましい方法であ
る。この際用いられる分散媒としては、通常水などが一
般的に使用され、分散剤としては、ポリビニルアルコー
ル、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、
ゼラチン、ポリアクリル酸ソーダ、カルボキシメチルセ
ルロース、ポリ(ジメチルジアリル)アンモニウムクロ
リド等の公知の懸濁重合法に用いられるものが使用可能
である。重合開始剤としては、通常用いられる過酸化ベ
ンゾイル等の過酸化物触媒等やあるいはアゾビスイソブ
チロニトリル等のアゾ触媒等の公知の1種または2種以
上の混合系であっても使用できる。重合は、50ないし
100℃程度の温度にて2ないし30時間程度で行われ
る。
【0011】この重合操作は、水および分散剤等を仕込
み、これに攪拌下に重合開始剤と溶解した単量体を加
え、懸濁状態下に所定温度において実施される。かくし
て得られた架橋共重合体は公知の方法により、スルホン
化して陽イオン交換樹脂が得られる。スルホン化に際し
ては、架橋共重合体を膨潤する性質を有する有機溶媒の
存在下または非存在下で実施される。その有機溶媒の具
体例としては、二塩化エタン、ニトロベンゼン、キシレ
ン、トルエン、トリクロルエチレン、ベンゼン、プロピ
レンジクロライド、クロルベンゼン、四塩化炭素等が挙
げられる。これら有機溶媒を使用する場合には、使用量
は架橋共重合体に対して0.5ないし10倍重量の範囲
内にて、適宜選択される。そしてスルホン化剤として
は、硫酸、クロルスルホン酸やオリウム等やこれらの混
合物が挙げられ、0.3ないし20時間および50ない
し100℃の範囲で反応が実施される。
【0012】この様にして製造された陽イオン交換樹脂
は、充分な交換容量を保持しつつ、物理的強度の改善が
なされ、且つ溶出物の少ない従来には見られない性質を
有する。本発明の陽イオン交換樹脂は、溶出物が少ない
ので高純度の水の精製に使用することが可能である。従
って半導体工業における超純水の精製、原子力発電所や
火力発電所等の復水の処理、医療や医薬に使用される純
水の精製等の分野にも広く使用でき、単床としての使用
ばかりでなく陰イオン交換樹脂と混合したモノベットと
しても使用できる。この様な水処理分野ばかりでなく、
クロマトグラフィー用や種々の分野で使用できる。
【0013】
【実施例】以下に本発明を具体例を以て説明するが、本
発明はこれらのみに限定されるものではない。
【0014】実施例1 スチレン240.15g、ジビニルベンゼン(純度5
8.8%)56.1g、エチレングリコールジメタアク
リレート0.75gとパラクロルスチレン(純度99.
3%、北興化学工業(株)製品)3gおよび重合開始剤
として2,2−アゾビスイソブチロニトリル0.54g
よりなるモノマー混合物にポリ(ジメチルジアリル)ア
ンモニウムクロリド5g、ゼラチン0.75g、ホウ酸
0.75gを加え、水酸化ナトリウム25%水溶液でp
Hを10に調製した脱イオン水350ml中にこれを加
え、窒素下にて攪拌しながら75℃に加温し、その温度
において5時間、90℃にて1時間攪拌することにより
重合した。得られた共重合物を濾過後、充分量の水で洗
浄し、次いで充分脱水を行った。得られた共重合体10
0gに二塩化エタン40g、95%硫酸500gを加
え、室温にて1時間攪拌した後に125℃で6時間攪拌
下に加熱した。反応物を冷却後1000mlの脱イオン
水を10時間かけて加え、生じた廃酸を吸引濾過し、次
いでこの作業を滴下時間を短縮して4回繰り返した。こ
のスルホン化樹脂を1000mlの脱イオン水中に加
え、100℃にて5時間加熱することにより二塩化エタ
ンを除き、次いで濾過、乾燥することにより樹脂290
gを得た。この陽イオン交換樹脂の性質を表−1に示
す。
【0015】実施例2 実施例1において、スチレン228.15gとパラクロ
ルスチレン15gを用いた以外は実施例1と全く同様に
処理し、285gの樹脂を得た。この陽イオン交換樹脂
の性質を表−1に示す。
【0016】実施例3 実施例1において、スチレン213.15gとパラクロ
ルスチレン30gを用いた以外は実施例1と全く同様に
処理し、280gの樹脂を得た。この陽イオン交換樹脂
の性質を表−1に示す。
【0017】実施例4 実施例1において、スチレン198.15gとパラクロ
ルスチレン45gを用いた以外は実施例1と全く同様に
処理し、276gの樹脂を得た。この陽イオン交換樹脂
の性質を表−1に示す。
【0018】比較例1 実施例1において、スチレン123.15gとパラクロ
ルスチレン120gを用いた以外は実施例1と全く同様
に処理し、192gの樹脂を得た。この陽イオン交換樹
脂の性質を表−1に示す。なお、ここで製造された樹脂
は、亀裂が多数観察されたので、押し潰し強度試験は、
実施しなかった。
【0019】
【表1】 表−1 アンバー ダイヤ 実施例 比較例 ライト イオン 1 2 3 4 1 IR-124 SK-1B スチレン (%) 80.05 76.05 71.05 66.05 41.05 - - パラクロルスチレン(%) 1 5 10 15 40 - - EGDMA *1 (%) 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 - - DVB *2 (%) 11 11 11 11 11 - 8 交換容量 (meq/ml) 2.4 2.3 2.2 2.2 1.6 2.3 1.9 水分 (%) 43 43 44 43 35 43 51 無亀裂完全球 (%) *3 99.5 99.5 99.5 99.5 85 99 99 押し潰し強度 (g/粒)*4 2900 3400 3400 2600 - 1000 620 TOC (ppm )*5 6.9 7.8 5.6 5.4 95 33.9 23
【0020】*1 エチレングリコールジメタアクリレー
トを示す。 *2 ジビニルベンゼンを示す。 *3 無亀裂完全球の測定 各樹脂をふるいに採取し、その中から500粒を採取し
て顕微鏡下に観察し、亀裂の全く入っていない完全球状
を有する樹脂球の総数Xを数えて下記の式によって算出
した。 無亀裂完全球(%)=X/500×100
【0021】*4 押し潰し強度の測定 各樹脂(H型)を590μのふるいにてふるい、そのふ
るいの目に詰った樹脂粒を採取し、ジョン・シャチロン
・アンド・サンズ(ニューヨーク)社製シャチロン押し
潰し強度測定機にて1粒の樹脂が押し潰し圧力によって
破砕される圧力(g単位)P1 を測定した。平均の押し
潰し強度(g/粒)は下記の式によって求めた。
【数1】
【0022】*5 樹脂溶出物の測定 試料樹脂の一部を使用し、正秤した重量とそれをメスシ
リンダーでタッビングした時の体積を測定し、タッビン
グ密度を求めた。計算により各樹脂のタッビングによる
50ml相当量を求め、200mlの三角フラスコに重
量法で採取した。純水50mlを加え、その全重量を記
録する。次いで密栓し、40℃で暗所保存し、3日後に
上澄液を0.22ミクロンフィルターで濾過してTOC
測定(島津TOC−5000)した。
【0023】
【発明の効果】本発明のカチオン交換樹脂は、公知の樹
脂や汎用の樹脂の交換容量等の性質を維持しつつ、物理
的強度の改善がなされ、且つ樹脂からの溶出物が少な
い。従ってカチオン交換樹脂が使用される各種の分野、
特に純水の精製等に使用することは最も好ましい。

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 芳香族モノビニル単量体、ポリビニル単
    量体および全モノマーに対して0.1から15重量パー
    セントのハロスチレンから共重合された母体からなるこ
    とを特徴とするゲル形カチオン交換樹脂。
  2. 【請求項2】 芳香族モノビニル単量体がスチレンであ
    ることを特徴とする請求項1に記載のゲル形カチオン交
    換樹脂。
  3. 【請求項3】 ポリビニル単量体がジビニルベンゼンで
    あることを特徴とする請求項1に記載のゲル形カチオン
    交換樹脂。
  4. 【請求項4】 ポリビニル単量体がジビニルベンゼンお
    よびエチレングリコールジメタアクリレートであること
    を特徴とする請求項1に記載のゲル形カチオン交換樹
    脂。
  5. 【請求項5】 ハロスチレンがクロルスチレンであるこ
    とを特徴とする請求項1に記載のゲル形カチオン交換樹
    脂。
  6. 【請求項6】 芳香族モノビニル単量体、ポリビニル単
    量体および全モノマーに対して0.1から15重量パー
    セントのハロスチレンの存在下懸濁重合し、得られたビ
    ーズ状架橋共重合体をスルホン化することを特徴とする
    ゲル形カチオン交換樹脂の製造方法。
  7. 【請求項7】 芳香族モノビニル単量体がスチレンであ
    ることを特徴とする請求項6に記載の製造方法。
  8. 【請求項8】 ポリビニル単量体がジビニルベンゼンで
    あることを特徴とする請求項6に記載の製造方法。
  9. 【請求項9】 ポリビニル単量体がジビニルベンゼンお
    よびエチレングリコールジメタアクリレートであること
    を特徴とする請求項6に記載の製造方法。
  10. 【請求項10】 ハロスチレンがクロルスチレンである
    ことを特徴とする請求項6に記載の製造方法。
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