WO2023249114A1 - 調湿材および装置 - Google Patents

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WO2023249114A1
WO2023249114A1 PCT/JP2023/023370 JP2023023370W WO2023249114A1 WO 2023249114 A1 WO2023249114 A1 WO 2023249114A1 JP 2023023370 W JP2023023370 W JP 2023023370W WO 2023249114 A1 WO2023249114 A1 WO 2023249114A1
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carbon atoms
group
humidity control
control material
formula
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PCT/JP2023/023370
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English (en)
French (fr)
Inventor
敏幸 伊藤
僚 井上
周司 池上
達弥 安藤
Original Assignee
ダイキン工業株式会社
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/26Drying gases or vapours
    • B01D53/28Selection of materials for use as drying agents
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24FAIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F3/00Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems
    • F24F3/12Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling
    • F24F3/14Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling by humidification; by dehumidification

Definitions

  • the present invention relates to, for example, a humidity control material used in air conditioners and absorption refrigerators, and devices such as air conditioners and absorption refrigerators.
  • Desiccant type air conditioners use a liquid humidity control material that has the property of absorbing water vapor in the air.
  • Non-Patent Documents 1 and 2 disclose a liquid humidity control material using an aqueous lithium chloride solution, an aqueous calcium chloride solution, and triethylene glycol.
  • Patent Documents 1 to 4 and Non-Patent Documents 3 to 7 disclose liquid humidity conditioning materials using ionic liquids, and the ionic liquids include bromide anions, tetrafluoroborate, dimethyl phosphate anions, and methyl sulfate anions. Salts with imidazolium cations, alkylphosphonium cations, quaternary ammonium cations, and corinium cations are disclosed.
  • Non-Patent Documents 8 and 9 disclose salts of dimethyl phosphate anion and corinium cation, dicationic and cyclic quaternary ammonium cations.
  • Non-Patent Documents 1 and 2 have the advantage of being able to stably obtain low-humidity air.
  • aqueous solutions of alkali metals and alkaline earth metals containing these halide ions have metal corrosive properties. Therefore, when these substances are applied to humidity control materials, there is a problem in that highly corrosion-resistant materials such as titanium must be used for the parts of equipment such as air conditioners and absorption refrigerators that come into contact with the humidity control materials. .
  • Patent Documents 1 to 5 and Non-Patent Documents 4 to 5 use an ionic liquid consisting of imidazolium cations and a bromide anion and a tetrafluoroborate anion as constituent anions. Bromide anions and tetrafluoroborate anions have the problem of being difficult to handle in addition to being corrosive to metals.
  • Patent Document 1 reports that an ionic liquid consisting of a corinium cation and a lactate anion has high hygroscopicity, but the lactate anion is unstable and cannot withstand long-term use.
  • Non-Patent Document 3 reports that the hygroscopicity of imidazolium salt ionic liquids mainly depends on the anion, and also reports that acetate anions have good water absorption.
  • aqueous solutions of imidazolium ionic liquids are highly corrosive to metals such as copper (Non-Patent Document 7).
  • the ionic liquid of acetate anion is unstable and cannot withstand long-term use (Non-Patent Document 7).
  • Non-Patent Documents 7 to 9 focus on dimethyl phosphate and methyl sulfate as anions to select an ionic liquid, and Non-Patent Document 7 selects a phosphonium cation and a dimethyl phosphate anion. It has been clarified that an ionic liquid consisting of a combination shows excellent hygroscopicity, and in Non-Patent Document 8, an ionic liquid aqueous solution consisting of a combination of a corinium cation and a dimethyl phosphate anion has high hygroscopicity and low metal corrosivity. This is reported.
  • Non-Patent Document 9 reports that quaternary ammonium dimethyl phosphate, especially dicationic ammonium, exhibits extremely high hygroscopicity. Although dicationic ammonium dimethyl phosphate exhibits hygroscopicity that exceeds all previously reported humidity control materials, it was found that an aqueous solution of dicationic ammonium dimethyl phosphate has a relatively high viscosity (Non-patent Document 9).
  • the present invention aims to solve this problem, and aims to provide a humidity control material that has significantly excellent hygroscopicity.
  • a humidity control material containing a salt composed of a pyrazolium cation having a specific structure and a phosphate anion represented by the following formula (N1).
  • N1 , R N2 , R N3 , R N4 , and R N5 each independently may have a hydrogen atom or a hydroxy group, and one or more oxygen atoms in the chain.
  • R N1 , R N2 , R N3 , R N4 , and R N5 may be different from each other or the same.
  • Five-membered ring At least one of R N1 and R N2 substituted with the nitrogen atom constituting is an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms which may have a hydroxy group and may contain one or more oxygen atoms in the chain. It is the basis.)
  • ⁇ 2> The humidity control material according to ⁇ 1>, wherein the phosphate ester anion is an anion represented by the following formula (N3).
  • R 21 is a hydrogen atom, a hydroxyl group, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a hydroxyalkyl group having 1 to 6 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms, or an alkoxy group having 2 to 6 carbon atoms.
  • R 22 is a hydrogen atom, and 6 alkyl group, an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 6 carbon atoms, a poly(alkyleneoxy) group having 10 or less carbon atoms, an alkylthio group having 1 to 6 carbon atoms, or an alkyl group having 10 or less carbon atoms It is a poly(alkylenethio) group.)
  • ⁇ 3> The humidity control material according to ⁇ 1> or ⁇ 2>, wherein the pyrazolium cation (N1) is represented by any of the following formulas (1) to (4).
  • ⁇ 4> The humidity control material according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 3>, wherein the phosphate ester anion is represented by the following formula (17) or (18).
  • ⁇ 5> Any of ⁇ 1> to ⁇ 4>, wherein the aqueous solution of the salt composed of the pyrazolium cation and phosphate anion represented by the formula (N1) has a viscosity of 50 mPa s or less at 25 ° C.
  • the equilibrium water vapor pressure at 25°C of the atmosphere in contact with the aqueous solution of the salt composed of the pyrazolium cation and phosphate anion represented by the above formula (N1) is 100 hPa or less, and at 50°C
  • ⁇ 7> Difference between the equilibrium water vapor pressure at 50°C and the equilibrium water vapor pressure at 25°C of the atmosphere in contact with the aqueous solution of the salt composed of the pyrazolium cation and phosphate anion represented by the above formula (N1)
  • the humidity control material according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 6> which has a value ( ⁇ VP 50-25 ) of 40 hPa or more.
  • a device comprising the humidity control material according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 7>.
  • the present invention has made it possible to provide a humidity control material with high hygroscopicity.
  • FIG. 1 is a graph showing the measurement results of the water vapor absorption ability of specific salt (8) in Examples.
  • FIG. 2(a) is a graph showing the results of an equilibrium water vapor pressure measurement test of an 80% by mass aqueous solution of the specific salt (8) in the example
  • FIG. 2C is a graph showing the results of an equilibrium water vapor pressure measurement test of an 80% by mass aqueous solution
  • FIG. 2(c) is a graph showing the results of an equilibrium water vapor pressure measurement test of an 80% by mass aqueous solution of the specific salt (10) in the example. be.
  • alkyl group includes not only an alkyl group without a substituent (unsubstituted alkyl group) but also an alkyl group having a substituent (substituted alkyl group).
  • substituent unsubstituted alkyl group
  • alkyl group having a substituent substituted alkyl group
  • the humidity control material of this embodiment is characterized by containing a salt (hereinafter referred to as a specific salt) composed of a pyrazolium cation and a phosphate anion represented by the following formula (N1). do.
  • a specific salt composed of a pyrazolium cation and a phosphate anion represented by the following formula (N1).
  • a humidity control material having good hygroscopicity hygroscopicity, water vapor exchange capacity
  • the humidity control material of this embodiment can exhibit low viscosity.
  • the humidity control material of this embodiment can be made to have low metal corrosiveness.
  • the humidity control material of the present invention contains a salt composed of a pyrazolium cation and a phosphate anion represented by the following formula (N1).
  • R N1 , R N2 , R N3 , R N4 , and R N5 each independently may have a hydrogen atom or a hydroxy group, and one or more oxygen atoms in the chain. is an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms which may contain R N1 , R N2 , R N3 , R N4 , and R N5 may be different from each other or the same.
  • R N1 and R N2 substituted with the nitrogen atom constituting is an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms which may have a hydroxy group and may contain one or more oxygen atoms in the chain. It is the basis.
  • R N1 , R N2 , R N3 , R N4 , and R N5 each independently may have a hydrogen atom or a hydroxy group, and one or more oxygen atoms in the chain.
  • An optional alkyl group having 1 to 12 carbon atoms In this embodiment, it is preferable not to have a hydroxy group.
  • the alkyl group having 1 to 12 carbon atoms more preferably has 1 or more carbon atoms, and may have 2 or more, 3 or more, 4 or more, 5 or more, 6 or more, 7 or more, and 11 or less, 10 or less, It may be 9 or less, 8 or less, 7 or less, 6 or less, 5 or less, or 3 or less.
  • R N1 , R N2 , R N3 , R N4 , and R N5 may be different or the same.
  • One or more R N1 , R N2 substituting the nitrogen atom constituting the five-membered ring has 1 to 1 carbon atoms, which may have a hydroxy group and may contain one or more oxygen atoms in the chain. 12 alkyl groups.
  • the number of oxygen atoms that may be included in the alkyl group having 1 to 12 carbon atoms is preferably 0 to 8, more preferably 0 to 4, and even more preferably 0 to 2. In this embodiment, it is preferable that the alkyl group having 1 to 12 carbon atoms does not contain an oxygen atom.
  • R N1 , R N2 , R N3 , R N4 , and R N5 may have a substituent (for example, a hydroxy group, a sulfanyl group (thiol group), etc.) as long as it does not significantly deteriorate the performance. good.
  • the carbon atom of the pyrazole core may have the above-mentioned substituents, specific alkyl groups, etc., as long as the performance is not significantly deteriorated. However, in this embodiment, it is preferable to have no substituent.
  • R N1 and R N2 used in this embodiment is that one of R N1 and R N2 is a hydrogen atom or has 1 to 5 carbon atoms (preferably 1 to 3 carbon atoms, more preferably 1 to 2 carbon atoms, More preferably, the other is an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms (preferably 2 or more carbon atoms, more preferably 3 or more carbon atoms, still more preferably 5 or more carbon atoms, still more preferably 6 or more carbon atoms, and preferably is an alkyl group of 11 or less). With such a configuration, the effects of the present invention tend to be more effectively exhibited.
  • the difference between the number of carbon atoms in the alkyl group that R N1 has and the number of carbon atoms in the alkyl group that R N2 has is preferably 1 or more, and preferably 3 or more. More preferably, it is 5 or more.
  • the upper limit is, for example, 10 or less. With such a configuration, the effects of the present invention tend to be more effectively exhibited.
  • the pyrazolium cation represented by the above formula (N1) is preferably a pyrazolium cation represented by the following formula (1-1).
  • R N1 and R N2 have the same meanings as in formula (N1) above.
  • the molecular weight of the pyrazolium cation used in this embodiment is preferably 110 to 500.
  • Specific examples (1) to (4) of the pyrazolium cations used in this embodiment are shown below, but it goes without saying that the present invention is not limited to these.
  • the phosphate ester anion used in this embodiment is not particularly limited in its type as long as it can form a salt with a specific pyrazolium cation, but it should be a phosphate ester anion represented by formula (N3) among others. is preferred. By using such a phosphate ester anion, it forms a stable salt with the pyrazolium cation represented by formula (N1), and the generation of odor can be effectively suppressed.
  • phosphate ester anion includes an anion of phosphonic acid (phosphorous acid) ester or an anion of phosphinic acid (hypophosphorous acid) ester, in addition to the anion of phosphoric acid ester.
  • R 21 is a hydrogen atom, a hydroxyl group, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms (preferably 1 to 3), a hydroxyalkyl group having 1 to 6 carbon atoms (preferably 1 to 3 carbon atoms), or a hydroxyalkyl group having 1 to 6 carbon atoms (preferably 1 to 3 carbon atoms).
  • R 22 is a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms (preferably 1 to 3 carbon atoms), an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms (preferably 1 to 3 carbon atoms), or a carbon number 2 to 6 (preferably 2 to 3 carbon atoms). ), a poly(alkyleneoxy) group having 10 or less carbon atoms (preferably 3 to 8), an alkylthio group having 1 to 6 carbon atoms (preferably 1 to 3), or an alkenyl group having 10 or less carbon atoms (preferably 3 to 3 carbon atoms); -8) is a poly(alkylenethio) group.
  • R 21 and R 22 are preferably an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms (preferably 1 to 3 carbon atoms) and an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms (preferably 1 to 3 carbon atoms), Preferably, it is an alkoxy group having 1 to 3 carbon atoms, more preferably an alkoxy group having 1 to 3 carbon atoms, and even more preferably a methoxy group and an ethoxy group.
  • the molecular weight of the phosphoric acid ester used in this embodiment is preferably 64 to 650.
  • pyrazolium alkyl phosphate salts which are specific salts, are represented by the following formula (N4), and more specifically salts represented by the following formulas (7), (8), (9), and (10). It is preferable that
  • R N1 to R N5 in formula (N4) have the same meanings as those in formula (N1).
  • R 21 and R 22 in formula (N4) are the same groups as in formula (N3).
  • a salt composed of a pyrazolium cation represented by the above formula (1-1) and a dimethyl phosphate anion are the chemical formulas (7) to (10) shown below.
  • Specific salts can be synthesized by oniumization. In this synthesis process, the reaction proceeds easily, so that specific salts can be synthesized extremely easily. Furthermore, since metal exchange reactions and anion exchange using an ion exchange resin are not required, the contamination of halogens, which cause corrosion, can be suppressed.
  • the specific salt may be solid at room temperature or may be liquid (so-called room temperature molten salt (ionic liquid)).
  • the humidity control material may contain one type of specific salt, or may contain two or more types of specific salts in which one or both of the above cation and the above anion are different.
  • the humidity control material may further contain other components normally used in humidity control materials within a range that does not impede the effects of this embodiment.
  • the humidity control material may be an aqueous solution.
  • the specific salt is contained in the form of the above cation and the above anion.
  • the humidity control material of this embodiment can be applied to, for example, a desiccant type air conditioner or an absorption refrigerator. Note that the humidity control material of this embodiment can be used in either an open system or a closed system, but when used in an open system, from the viewpoint of suppressing odor, A humidity control material in which the anion is the above-mentioned phosphate anion is particularly suitable.
  • the salt is preferably an ionic liquid.
  • Ionic liquid means one having a melting point of 100° C. or less at 1 atmosphere.
  • the humidity control material of this embodiment is preferably liquid at least in the range of 0 to 5°C.
  • the humidity control material of this embodiment may be an aqueous solution, and is preferably an aqueous solution.
  • the specific salt is contained in the form of the above cation and the above anion.
  • the amount of water is preferably 10% by mass or more, more preferably 15% by mass or more based on the total amount of the salt (ionic liquid) and water.
  • the amount of water is preferably 95% by mass or less, more preferably 80% by mass or less, and particularly preferably 60% by mass or less.
  • the humidity control material of this embodiment may further contain other components normally used in humidity control materials within a range that does not impede the effects of the present invention.
  • the humidity control material of this embodiment can be used in devices such as air conditioners and absorption refrigerators.
  • devices such as air conditioners and absorption refrigerators.
  • the descriptions in JP-A No. 2006-142121, JP-A No. 2018-144029, JP-A No. 2020-30004, etc. can be referred to.
  • the humidity control material of this embodiment can be preferably applied to, for example, a desiccant type air conditioner or an absorption refrigerator.
  • the humidity control material of this embodiment can be used in either an open system or a closed system, but when used in an open system, from the viewpoint of suppressing odor, A humidity control material in which the anion is the above-mentioned phosphate ester anion is particularly suitable.
  • the pyrazolium phosphate solution constituting the humidity control material of this embodiment has low viscosity.
  • the viscosity of the aqueous solution (for example, a 70% by mass aqueous solution), in terms of viscosity at 25°C, is preferably 50 mPa ⁇ s or less, more preferably 40 mPa ⁇ s or less, and 30 mPa ⁇ s or less. is more preferable, it is even more preferable that it is 25 mPa ⁇ s or less, and it is even more preferable that it is 20 mPa ⁇ s or less.
  • the low viscosity of pyrazolium phosphate is expected to improve the transport efficiency of the humidity control material aqueous solution, as well as the efficiency of water vapor exchange through contact with the outside air.
  • the lower limit is, for example, 5 mPa ⁇ s or more at 25°C.
  • the difference between the viscosity at 20°C and the viscosity at 50°C of the aqueous solution of this embodiment is preferably 40 mPa ⁇ s or less, more preferably 20 mPa ⁇ s or less. preferable.
  • the lower limit of the difference in viscosity is more than 0 mPa ⁇ s.
  • the humidity control material of this embodiment is a humidity control material that is less corrosive to various metals such as zinc, copper, aluminum, and stainless steel.
  • various metals such as zinc, copper, aluminum, and stainless steel.
  • a pyrazolium salt is used, the acidity of hydrogen at the position sandwiched by N does not increase, and metal corrosion tends to be suppressed more effectively.
  • a moisture control material with high moisture absorption rate can be obtained. Further, since the generation of odor is suppressed, it is particularly suitable for open system applications such as desiccant type air conditioners.
  • the precipitated sodium iodide was removed by filtration through Celite, and the contents were transferred to a 500 mL round-bottomed flask and concentrated under reduced pressure using a rotary evaporator. After most of the solvent THF was distilled off, Claisen distillation was carried out under reduced pressure conditions using a viglue (vigreux) tube to obtain 1-ethylpyrazole (24) (bp 72-75°C/22hPa, 21.17g). , 220 mmol) was obtained in a yield of 73%.
  • 1-ethylpyrazole (24) (20.60 g, 214 mmol) was placed in a 200 mL two-necked eggplant flask equipped with a Dimroth condenser, and trimethyl phosphate (33.1 g, 236 mmol) was added from the side tube at room temperature, and the flask was heated with argon gas. After flushing and replacing the inside of the reaction system with argon gas, the reaction system was stirred at 120°C for 72 hours.
  • the structure and chemical formula number of the pyrazolium salt which is a specific salt synthesized by a similar method, is represented by the above-mentioned specific salts (9) and (10).
  • Trimethyl phosphate (1.54 g, 11 mmol) was added to pyrazole (21) (0.68 g, 10.0 mmol) at room temperature and reacted at 85°C for 24 hours in an argon gas atmosphere, then allowed to cool to room temperature. After washing the residue with hexane and diethyl ether, it was dried using a rotary evaporator and then under reduced pressure at 55°C (8.5 hPa) for 3 hours using a vacuum pump to obtain the specific salt (7) as a colorless oil in a yield of 81% (1 .69 g, 8.12 mmol). Since this aqueous solution of specific salt (7) showed acidity (pH 3.4), only the moisture absorption ability was investigated.
  • Example 3 The Petri dish in which 1.0038 g of the specific salt (8) of Example 1 was dispensed was placed in a plastic bag with a zipper and a capacity of 1110 cm 2 ( The sample was placed in a Ziplock (registered trademark) (273 mm x 268 mm) manufactured by Asahi Kasei Home Products Co., Ltd., and the plastic bag was sealed. This was placed in a constant temperature bath at 30° C. and allowed to stand, and the change in humidity inside the plastic bag was measured until the humidity inside the plastic bag reached an equilibrium state. The results are shown in graph Figure 1. As shown in FIG. 1, the humidity decreased over time, indicating that the specific salt (8) has hygroscopic properties.
  • Specific salts (7) to (10) are Comparative Example 4-1 using calcium chloride for drying shown in Table 1, which is currently widely used as a desiccant, and Comparative Example 4-2 using silica gel for drying. showed a much higher moisture absorption rate compared to In addition, Bmim-DMPO 4 (Comparative Example 4-4), a common ionic liquid, exhibits much higher hygroscopicity, and even the specific salt (7), which has the lowest hygroscopicity among the specific salts synthesized this time, exhibits much higher hygroscopicity than Bmim-DMPO 4 (Comparative Example 4-4).
  • [DETMC6][DEPO 4 ] 2 was the world's highest level of hygroscopic compound at the time of publication of the paper, and the hygroscopic performance of specific salt (10) is thought to exceed all previously reported moisture control materials. .
  • Non-Patent Document 3 It has been reported that the hygroscopicity of ionic liquids is higher when the cation moiety is smaller (Non-Patent Document 3), but it has been found that specific salts (7) to (10), which are pyrazolium salt ionic liquids, cannot be predicted using this rule. Ta.
  • Example 4 An 80% by mass aqueous solution of the specific salts (8), (9), and (10) synthesized in Example 1 was prepared, and the equilibrium water vapor pressure at each temperature from 20°C to 60°C was measured. The results are shown in FIG.
  • the equilibrium water vapor pressure must be low at low temperatures and high at high temperatures. This is desirable. From this viewpoint, the equilibrium water vapor pressure at 25° C. is preferably 100 hPa or less, more preferably 70 hPa or less, even more preferably 50 hPa or less, and even more preferably 20 hPa or less. Although there is no particular lower limit, it is practical to set it to 5 hPa or more.
  • the equilibrium water vapor pressure at 50° C. is preferably 50 hPa or more, more preferably 80 hPa or more, particularly preferably 100 hPa or more.
  • the value indicating the difference between the equilibrium water vapor pressure at 50°C and the equilibrium water vapor pressure at 25°C is preferably 20 hPa or more, more preferably 30 hPa or more, and 40 hPa or more. is more preferable, more preferably 75 hPa or more, even more preferably 100 hPa or more. Although there is no particular upper limit, it is practical for ⁇ VP 50-25 to be 200 hPa or less.
  • Example 5-1 in Table 2 indicate that the function of specific salt (8) as a humidity control material is equivalent to that of a 30 mass% lithium chloride aqueous solution in an 80 mass% aqueous solution, and This shows that water vapor can be exchanged smoothly by contact with
  • Example 5 It is desirable that the humidity control material for liquid desiccant air conditioners have as low a viscosity as possible.
  • the specific salt of the present invention was found to have a low viscosity.
  • Figure 3 in descending order of viscosity at a temperature (Temp.) of 20°C, [DETMC6][DMPO 4 ] 2 , specific salt (10), specific salt (9), specific salt (8), Bmim -DMPO 4 is shown.
  • specific salt (10) was found to have a high viscosity, but the moisture absorption performance of Bmim-DMPO 4 was low.
  • the humidity control material aqueous solution has a low viscosity.
  • the viscosity of the 70% by mass aqueous solution of the specific salts (8) to (10) at each temperature is low, making it possible to efficiently control humidity by contacting with outside air. Note that the viscosity was measured in accordance with ISO 23581:2020.

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Abstract

式(N1)で表されるピラゾリウムカチオンとリン酸エステルアニオンとから構成される塩を含有する調湿材。式(N1)中、RN1、RN2、RN3、RN4、およびRN5は、それぞれ独立して、水素原子、またはヒドロキシ基を有してもよく鎖中に1つ以上の酸素原子が含まれていてもよい炭素数1~12のアルキル基である。五員環を構成する窒素原子に置換するRN1およびRN2の少なくとも一つは、ヒドロキシ基を有してもよく鎖中に1つ以上の酸素原子が含まれていてもよい炭素数1~12のアルキル基である。

Description

調湿材および装置
 本発明は、例えば、空調機や吸収冷凍機に用いられる調湿材、および、空調機や吸収冷凍機等の装置に関する。
 デシカント式の空調機においては、空気中の水蒸気を吸収する特性をもつ液体状の調湿材が使用される。非特許文献1~2には、塩化リチウム水溶液、塩化カルシウム水溶液、トリエチレングリコールを用いた液体状の調湿材が開示されている。特許文献1~4および非特許文献3~7には、イオン液体を用いた液体状の調湿材が開示され、上記イオン液体として、臭化物アニオンおよびテトラフルオロボレート、リン酸ジメチルアニオン、メチル硫酸アニオンと、イミダゾリウムカチオン、アルキルホスホニウムカチオン、第4級アンモニウムカチオン、コリニウムカチオンとの塩が開示されている。非特許文献8、9にはリン酸ジメチルアニオンとコリニウムカチオン、ジカチオン性および環状第4級アンモニウムカチオンとの塩が開示されている。
特表2014-505586号公報 特開2017-221940号公報 特開2017-154076号公報 特開2016-052614号公報
L. Mei, Y. J. Dai, A technical review on use of liquid-desiccant dehumidification for air-conditioning application, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2008,12,662-689. R. P. Singh, V. K. Mishra, R. K. Das, Desiccant materials for air conditioning applications: A review, lop Conference Series. Materials Science and Engineering, 404 (2018),012005. L. E. Ficke, J. F. Brennecke, Interactions of Ionic Liquids and Water, J. Phy. Chem. B 114 (2010) 10496-10501. L. Jing, Z. Danxing, F. Lihua, W. Xianghong, D. Li, Vapor Pressure Measurement of the Ternary Systems H20 + LiBr + [Dmim]Cl, H20 + LiBr + [Dmim]BF4, H20 + LiCl + [Dmim]Cl, and H20 + LiCl + [Dmim]BF4, J. Chem. Eng. Data 56 (2011) 97-101. Y. Luo, S. Shao, H. Xu, C. Tian, Dehumidification performance of [EMIM]BF4, Appl. Thermal Eng. 31 (2011) 2772-2777. Y. Luo, S. Shao, F. Qin, C. Tian, H. Yang, Investigation on feasibility of ionic liquids used in solar liquid desiccant air conditioning system, Solar Energy 86 (2012) 2718-2724. Watanabe, H. ; Komura, T.; Matsumoto, R.; Ito, K.; Nakayama, H.;Nokami, T.; Itoh, T. Design of Ionic Liquids as Liquid Desiccant for an Air Conditioning System, Green Energy & Environment, 4 (2019), 139-145. Maekawa, S.; Matsumoto, R.; Ito, K.; Nokami, T.; Li, J-X.; Nakayama, H.; Itoh, T.* Design of Quaternary Ammonium Type-Ionic Liquids as Desiccants for an Air-Conditioning System, Green Chemical Engineering, 1 (2020), 109-116. Dicationic Type Quaternary Ammonium Salts as Candidates of Desiccants for an Air-Conditioning System, Itoh, T.; Hiramatsu, M.; Kamada, K.; Nokami, T.; Nakayama, H.; Yagi, K.; Yan, F.; Kim, H-J. ACS Sustainable Chem. Eng., 9 (2021), 14502-14514.
 非特許文献1~2に開示される塩化リチウム水溶液、塩化カルシウム水溶液は、安定して低湿度の空気を得ることができるという利点がある。しかしながら、一般に、これらハロゲン化物イオンのアルカリ金属の水溶液およびアルカリ土類金属の水溶液は、金属腐食性を有している。そのため、これらの物質を調湿材に適用した場合には、空調機や吸収冷凍機等の装置における調湿材が接する部分に、チタン等の耐食性の高い材料を用いなければならないという問題がある。
 また、特許文献1~5および非特許文献4~5に開表される調湿材は、イミダゾリウムカチオンからなるイオン液体と構成アニオンとして、臭化物アニオンおよびテトラフルオロボレートアニオンが用いられている。臭化物アニオンおよびテトラフルオロボレートアニオンは、金属腐食性を有している点に加えて、取り扱いが難しいという問題もある。
 特許文献1ではコリニウムカチオンと乳酸アニオンからなるイオン液体の吸湿性が高いことが報告されているが、乳酸アニオンは不安定で長期の使用に耐えない。非特許文献3ではイミダゾリウム塩イオン液体の吸湿性は主としてアニオンに依存することが報告されており、アセタートアニオンの吸水性が良いことも報告している。しかし、カチオンはイミダゾリウムカチオンしか検討されておらず、イミダゾリウムイオン液体の水溶液は銅などの金属腐食性が大きい(非特許文献7)。また、アセタートアニオンのイオン液体は不安定で長期の使用に耐えないことがわかっている(非特許文献7)。このような問題を解決するために、非特許文献7から9ではアニオンをジメチルリン酸やメチル硫酸に注目してイオン液体の選択が行われ、非特許文献7ではホスホニウムカチオンとジメチルリン酸アニオンの組み合わせからなるイオン液体が優れた吸湿性を示すことを明らかにしており、非特許文献8ではコリニウムカチオンとジメチルリン酸アニオンの組み合わせからなるイオン液体水溶液は吸湿性が大きく、金属腐食性が低いことを報告している。さらに非特許文献9では第4級アンモニウム=ジメチルリン酸塩、なかでもジカチオン性アンモニウムが極めて高い吸湿性を示すことが報告されている。ジカチオン性アンモニウム=リン酸ジメチルは従来報告されている調湿材をすべて凌駕する吸湿性を示すものの、ジカチオン性アンモニウム=ジメチルリン酸塩の水溶液は粘性が比較的高いことがわかった(非特許文献9)。
 特に、上述の通り、多数の調湿材が検討されているが、近年、さらに、良好な吸湿性(吸湿能、水蒸気交換能)を有する、新たな調湿材が求められている。
 本発明はかかる課題を解決することを目的とするものであって、吸湿性に顕著に優れた調湿材を提供することを目的とする。
 上記課題のもと、本発明者らが検討を行った結果、特定の構造を有するピラゾリウムカチオンと、リン酸エステルアニオンから構成される塩を含む調湿材を用いることにより、上記課題を解決しうることを見出した。
 具体的には、下記手段により、上記課題は解決された。
<1>下記式(N1)で表されるピラゾリウムカチオンとリン酸エステルアニオンとから構成される塩を含有する調湿材。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005
(式(N1)中、RN1、RN2、RN3、RN4、およびRN5は、それぞれ独立して、水素原子、またはヒドロキシ基を有してもよく鎖中に1つ以上の酸素原子が含まれていてもよい炭素数1~12のアルキル基である。RN1、RN2、RN3、RN4、およびRN5は、互いに異なっていても同一であってもよい。五員環を構成する窒素原子に置換するRN1およびRN2の少なくとも一つは、ヒドロキシ基を有してもよく鎖中に1つ以上の酸素原子が含まれていてもよい炭素数1~12のアルキル基である。)
<2>前記リン酸エステルアニオンが下記式(N3)で表されるアニオンである<1>に記載の調湿材。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006
(式(N3)中、R21は、水素原子、水酸基、炭素数1~6のアルキル基、炭素数1~6のヒドロキシアルキル基、炭素数1~6のアルコキシ基、炭素数2~6のアルケニル基、炭素数10以下のポリ(アルキレンオキシ)基、炭素数1~6のアルキルチオ基、または炭素数10以下のポリ(アルキレンチオ)基である。R22は、水素原子、炭素数1~6のアルキル基、炭素数1~6のアルコキシ基、炭素数2~6のアルケニル基、炭素数10以下のポリ(アルキレンオキシ)基、炭素数1~6のアルキルチオ基、または炭素数10以下のポリ(アルキレンチオ)基である。)
<3>前記ピラゾリウムカチオン(N1)が、下記式(1)~(4)のいずれかで表される<1>または<2>に記載の調湿材。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000007
<4>前記リン酸エステルアニオンが下記式(17)または(18)で表される<1>~<3>のいずれか1つに記載の調湿材。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000008
<5>前記式(N1)で表されるピラゾリウムカチオンとリン酸エステルアニオンとから構成される塩の水溶液の粘度が25℃で50mPa・s以下である<1>~<4>のいずれか1つに記載の調湿材。
<6>前記式(N1)で表されるピラゾリウムカチオンとリン酸エステルアニオンとから構成される塩の水溶液と接触する雰囲気の25℃での平衡水蒸気圧が100hPa以下であり、50℃での平衡水蒸気圧が50hPa以上である、<1>~<5>のいずれか1つに記載の調湿材。
<7>前記式(N1)で表されるピラゾリウムカチオンとリン酸エステルアニオンとから構成される塩の水溶液と接触する雰囲気の50℃における平衡水蒸気圧と25℃における平衡水蒸気圧との差を示した値(ΔVP50-25)が40hPa以上である、<1>~<6>のいずれか1つに記載の調湿材。
<8><1>~<7>のいずれか1つに記載の調湿材を含む装置。
 本発明により、吸湿性が高い調湿材が提供可能になった。
図1は、実施例における特定塩(8)の水蒸気吸収能の測定結果を示すグラフである。 図2(a)は、実施例における特定塩(8)の80質量%水溶液の平衡水蒸気圧測定試験の結果を示すグラフであり、図2(b)は、実施例における特定塩(9)の80質量%水溶液の平衡水蒸気圧測定試験の結果を示すグラフであり、図2(c)は、実施例における特定塩(10)の80質量%水溶液の平衡水蒸気圧測定試験の結果を示すグラフである。 図3は、特定塩(8)、(9)、(10)ならびに比較例である[DETMC6][DMPO4]2、1-ブチル-3-メチルイミダゾリウム=リン酸ジメチル(Bmim-DMPO4)の70質量%水溶液の温度可変粘性測定結果を示すグラフである。
 以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、以下の本実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明は本実施形態のみに限定されない。
 なお、本明細書において「~」とはその前後に記載される数値を下限値および上限値として含む意味で使用される。
 本明細書において、各種物性値および特性値は、特に述べない限り、23℃におけるものとする。
 本明細書における基(原子団)の表記において、置換および無置換を記していない表記は、置換基を有さない基(原子団)と共に置換基を有する基(原子団)をも包含する。例えば、「アルキル基」とは、置換基を有さないアルキル基(無置換アルキル基)のみならず、置換基を有するアルキル基(置換アルキル基)をも包含する。本明細書では、置換および無置換を記していない表記は、無置換の方が好ましい。
 本明細書で示す規格が年度によって、測定方法等が異なる場合、特に述べない限り、2022年1月1日時点における規格に基づくものとする。
 本実施形態の調湿材は、下記式(N1)で表されるピラゾリウムカチオンとリン酸エステルアニオンとから構成される塩(以下、特定塩と記載する。)を含有することを特徴とする。
 前記特定塩を用いることにより、良好な吸湿性(吸湿能、水蒸気交換能)を有する調湿材が得られる。さらに、本実施形態の調湿材は、低粘性を示すものとすることができる。加えて、本実施形態の調湿材は、金属腐食性の低いものとすることができる。
<式(N1)で表されるピラゾリウムカチオン>
 本発明の調湿材は、下記式(N1)で表されるピラゾリウムカチオンとリン酸エステルアニオンとから構成される塩を含有する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000009
(式(N1)中、RN1、RN2、RN3、RN4、およびRN5は、それぞれ独立して、水素原子、またはヒドロキシ基を有してもよく鎖中に1つ以上の酸素原子が含まれていてもよい炭素数1~12のアルキル基である。RN1、RN2、RN3、RN4、およびRN5は、互いに異なっていても同一であってもよい。五員環を構成する窒素原子に置換するRN1およびRN2の少なくとも一つは、ヒドロキシ基を有してもよく鎖中に1つ以上の酸素原子が含まれていてもよい炭素数1~12のアルキル基である。)
 式(N1)中、RN1、RN2、RN3、RN4、およびRN5は、それぞれ独立して、水素原子、またはヒドロキシ基を有してもよく鎖中に1つ以上の酸素原子が含まれていてもよい炭素数1~12のアルキル基である。本実施形態においては、ヒドロキシ基は有さない方が好ましい。前記炭素数1~12のアルキル基は、炭素数1以上がより好ましく、2以上、3以上、4以上、5以上、6以上、7以上であってもよく、また、11以下、10以下、9以下、8以下、7以下、6以下、5以下、3以下であってもよい。炭素数を大きくすることにより、吸湿性がより向上する傾向にある。また、炭素数を小さくすることにより、より粘度が低くなる傾向にある。
 RN1、RN2、RN3、RN4、およびRN5は、互いに異なっていても同一であってもよい。五員環を構成する窒素原子に置換する1つ以上のRN1、RN2は、ヒドロキシ基を有してもよく鎖中に1つ以上の酸素原子が含まれていてもよい炭素数1~12のアルキル基である。また、炭素数1~12のアルキル基に含まれてもよい酸素原子の数は0~8が好ましく、0~4がより好ましく、0~2がさらに好ましい。本実施形態においては、炭素数1~12のアルキル基に酸素原子は含まれていない方が好ましい。
 RN1、RN2、RN3、RN4、およびRN5は、性能を大きく悪化させるものでなければ、さらに置換基(例えば、ヒドロキシ基、スルファニル基(チオール基)等)を有していてもよい。あるいは、性能を大きく悪化させない範囲で、ピラゾール母核の炭素原子に上記置換基や特定アルキル基等を有していてもよい。しかしながら、本実施形態においては、置換基を有さない方が好ましい。
 本実施形態で用いられるRN1およびRN2の一例は、RN1およびRN2の一方が、水素原子または炭素数1~5(好ましくは炭素数1~3、より好ましくは炭素数1~2、さらに好ましくは炭素数1)のアルキル基であり、他方が、炭素数1~12(好ましくは炭素数2以上、より好ましくは3以上、さらに好ましくは5以上、一層好ましくは6以上、また、好ましくは11以下)のアルキル基である。このような構成とすることにより、本発明の効果がより効果的に発揮される傾向にある。
 また、本実施形態で用いられるRN1およびRN2は、RN1が有するアルキル基の炭素数と、RN2が有するアルキル基の炭素数の差が1以上であることが好ましく、3以上であることがより好ましく、5以上であることがさらに好ましい。上限としては、例えば、10以下である。このような構成とすることにより、本発明の効果がより効果的に発揮される傾向にある。
<式(1-1)で表されるピラゾリウムカチオン>
 上記の式(N1)で表されるピラゾリウムカチオンは、下記式(1-1)で表されるピラゾリウムカチオンであることが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000010
 式(1-1)において、RN1およびRN2は、前記式(N1)と同義である。
 本実施形態で用いられるピラゾリウムカチオンの分子量は、110~500であることが好ましい。
 以下に本実施形態で用いられるピラゾリウムカチオンの具体例(1)~(4)を示すが、本発明はこれらに限定されるものでは無いことは言うまでもない。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000011
<リン酸エステルアニオン>
 本実施形態で用いるリン酸エステルアニオンは、特定のピラゾリウムカチオンと塩が形成できる限り、その種類等特に定めるものではないが、中でも式(N3)で表されるリン酸エステルアニオンであることが好ましい。
 このようなリン酸エステルアニオンを用いることにより、式(N1)で表されるピラゾリウムカチオンと安定な塩を構成し、臭気の発生を効果的に抑制できる。なお、本発明においてリン酸エステルアニオンの語は、リン酸エステルのアニオンに加え、ホスホン酸(亜リン酸)エステルのアニオンあるいはホスフィン酸(次亜リン酸)エステルのアニオンも含む意味である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000012
 式(N3)中、R21は、水素原子、水酸基、炭素数1~6(好ましくは1~3)のアルキル基、炭素数1~6(好ましくは1~3)のヒドロキシアルキル基、炭素数1~6(好ましくは1~3)のアルコキシ基、炭素数2~6(好ましくは2~3)のアルケニル基、炭素数10以下(好ましくは3~8)のポリ(アルキレンオキシ)基、炭素数1~6(好ましくは1~3)のアルキルチオ基、または、炭素数10以下(好ましくは3~8)のポリ(アルキレンチオ)基である。
 R22は、水素原子、炭素数1~6(好ましくは1~3)のアルキル基、炭素数1~6(好ましくは1~3)のアルコキシ基、炭素数2~6(好ましくは2~3)のアルケニル基、炭素数10以下(好ましくは3~8)のポリ(アルキレンオキシ)基、炭素数1~6(好ましくは1~3)のアルキルチオ基、または、炭素数10以下(好ましくは3~8)のポリ(アルキレンチオ)基である。
 R21およびR22は中でも、炭素数1~6(好ましくは1~3)のアルキル基、および、炭素数1~6(好ましくは1~3)のアルコキシ基が好ましく、炭素数1~6(好ましくは1~3)のアルコキシ基であることがより好ましく、炭素数1~3のアルコキシ基であることがさらに好ましく、メトキシ基およびエトキシ基が一層好ましい。
 本実施形態で用いるリン酸エステルの分子量は、64~650であることが好ましい。
 以下に、本実施形態で用いられるリン酸エステルアニオンの具体例を示す。ただし、本実施形態におけるリン酸エステルアニオンがこれらに限定されるものではないことは言うまでもない。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000013
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000014
<ピラゾリウムカチオン塩>
 特定塩であるピラゾリウム=リン酸アルキル塩の具体例は下記式(N4)で表され、さらに具体的には下記式(7)、(8)、(9)および(10)で表される塩であることが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000015
 式(N4)中のRN1~RN5は式(N1)のものと同義である。式(N4)中のR21およびR22は式(N3)のものと同義の基である。
 例えば、前記式(1-1)で表されるピラゾリウムカチオンとリン酸ジメチルアニオンとから構成される塩の典型的な例は下記に示した化学式(7)から(10)である。  
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000016
 式(N1)記載のピラゾリウムカチオンからRN1、RN2のいずれか一つが省かれた構造のピラゾールに、RN1、RN2のいずれかのアルコキシ基を持つトリアルキルリン酸エステルを作用させてオニウム化することにより、特定塩を合成できる。この合成プロセスは、容易に反応が進むため、極めて簡易に特定塩を合成できる。また、メタル交換反応やイオン交換樹脂を用いるアニオン交換を必要としないため、腐食の原因となるハロゲンの混入を抑制できる。
 なお、特定塩は、常温で固体であってもよいし、液体(所謂、常温溶融塩(イオン液体))であってもよい。
<調湿材>
 調湿材は、1種の特定塩を含有するものであってもよいし、上記カチオンおよび上記アニオンの一方または両方が異なる2種以上の特定塩を含有するものであってもよい。
 調湿材は、本実施形態の効果を阻害しない範囲内において、通常、調湿材に用いられるその他成分をさらに含有してもよい。
 調湿材は、水溶液であってもよい。この場合、特定塩は、上記カチオンおよび上記アニオンの状態で含有される。
 本実施形態の調湿材は、例えば、デシカント式の空調機、吸収冷凍機に適用できる。なお、本実施形態の調湿材は、開放系および密閉系のいずれの態様でも使用可能であるが、開放系の態様で使用する場合、臭気が抑制されている観点から、特定塩を構成するアニオンが上記リン酸アニオンである調湿材が特に適している。
 また、別の実施形態では、前記塩は、イオン液体であることが好ましい。イオン液体とは、1気圧で100℃以下の融点を持つものを意味する。特に、本実施形態の調湿材は、少なくとも、0~5℃の範囲で液体であることが好ましい。
 本実施形態の調湿材は、上記のとおり、水溶液であってもよく、水溶液であることが好ましい。この場合、先にも述べた通り、特定塩は、上記カチオンおよび上記アニオンの状態で含有される。水の量は、前記塩(イオン液体)と水の合計量に対し10質量%以上であることが好ましく、15質量%以上であることがより好ましい。また、水の量が95質量%以下であることが好ましく、80質量%以下であることがより好ましく、60質量%以下であることが特に好ましい。
 さらに、本実施形態の調湿材は、本発明の効果を阻害しない範囲内において、通常、調湿材に用いられるその他成分をさらに含有してもよい。
 本実施形態の調湿材は、空調機や吸収冷凍機等の装置に用いることができる。このような装置の例としては、特開2006-142121号公報、特開2018-144029号公報、特開2020-30004号公報等の記載を参酌できる。特に、臭気の発生が抑制されるため、デシカント式の空調機等の開放系の用途に特に適している。
 本実施形態の調湿材は、例えば、デシカント式の空調機、吸収冷凍機に好ましく適用できる。なお、本実施形態の調湿材は、開放系および密閉系のいずれの態様でも使用可能であるが、開放系の態様で使用する場合、臭気が抑制されている観点から、特定塩を構成するアニオンが上記リン酸エステルアニオンである調湿材が特に適している。
 本実施形態の調湿材を構成するピラゾリウムリン酸塩溶液は低粘性であることが好ましい。その水溶液の粘度(例えば、70質量%の水溶液)は25℃の粘度でいうと、50mPa・s以下であることが好ましく、40mPa・s以下であることがより好ましく、30mPa・s以下であることがさらに好ましく、25mPa・s以下であることが一層好ましく、20mPa・s以下であることがより一層好ましい。ピラゾリウムリン酸塩の粘度が低いことで、調湿材水溶液の移送効率が向上すると共に、外気との接触による水蒸気交換効率が向上すると期待される。下限値は、例えば、25℃で、5mPa・s以上である。
 また、本実施形態の水溶液(例えば、70質量%の水溶液)は、20℃における粘度と50℃の粘度の差が、40mPa・s以下であることが好ましく、20mPa・s以下であることがより好ましい。ピラゾリウムカチオンが有するアルキル基の鎖を短くすることによって、20℃と50℃の粘度の差を小さくすることができる。
 前記粘度の差の下限値は0mPa・s超であることが好ましい。
 本実施形態の調湿材は、亜鉛、銅、アルミニウム、ステンレス等の種々の金属に対して腐食性の低い調湿材となる。本実施形態では、ピラゾリウム塩を用いるため、Nに挟まれたポジションの水素の酸性度が高くならず、金属腐食をより効果的に抑制できる傾向にある。
 上記構成によれば、吸湿率の高い調湿材が得られる。また、臭気の発生が抑制されるため、デシカント式の空調機等の開放系の用途に特に適している。
 以下に実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り、適宜、変更することができる。従って、本発明の範囲は以下に示す具体例に限定されるものではない。また、以下に示す構造式中のEtはエチル基であり、Meはメチル基である。
 実施例で用いた測定機器等が廃番等により入手困難な場合、他の同等の性能を有する機器を用いて測定することができる。
 本実施例は、特に述べない限り、23℃、相対湿度40%の環境下で行った。
<ピラゾリウム特定塩の合成>
実施例1:1-エチル-2-メチルピラゾリウム=リン酸ジメチル(8)の合成
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000017
 ジムロートコンデンサーと100mL円筒型滴下ロートを装着した500mL三口ナスフラスコに水素化ナトリウム(NaH)(12.4g、 ca.60% in Mineral oil、310mmolをはかり取り、アルゴン置換したのち、室温でdryヘキサンを加えて上澄みを取り除き(2回)、鉱物油成分を除いた。ついでdryテトラヒドロフラン(THF)100mLを室温で加えて懸濁液とし、このフラスコを氷浴に浸け、ピラゾール(21)(20.42g、300mL)のdryTHF(100mL)溶液を0℃で滴下した。この時、水素ガスが発生するため、発生した水素ガスを逃がしながら1時間かけて滴下してナトリウム塩(23)を生成させた。滴下修了後に室温で1時間攪拌し、ついでヨウ化エチル(51.47g、330mmol)のdryTHF(100mL)溶液を室温で30分かけて滴下し、滴下終了後70℃で19時間環流させた。放冷後に0℃で氷片5.58g(310mmol)を加え、室温で30分撹拌した。析出したヨウ化ナトリウムをセライト濾過して除き、内容物を500mL一口ナスフラスコに移し、ロータリーエバポレータで減圧濃縮し、溶媒であるTHFを概ね留去させたのち、viglue(vigreux)管を装着して減圧条件でクライゼン蒸留を行い、1-エチルピラゾール(24)(bp 72-75℃/22hPa、21.17g、220mmol)を収率73%で得た。
 1H NMR (500 MHz, ppm, CDCl3) δ1.47 (3H, t, J=7.2 Hz), 4.17 (2H, q, J=7.2Hz), 6.22 (1H, t, J=2.4 Hz), 7.37 (1H, d, J=4.0 Hz), 7.48 (1H, d, J= 2.4 Hz); 13C NMR (20 MHz, ppm, CDCl3) δ15.6, 45.8, 105.2, 128.1, 139.0 ppm.
 ジムロートコンデンサーを装着した200mL二口ナスフラスコに1-エチルピラゾール(24)(20.60g、214mmol)をとり、側管からリン酸トリメチル(33.1g、236 mmol)を室温で加え、アルゴンガスでフラッシュして反応系内をアルゴンガスで置換したのち120℃で72時間攪拌した。室温まで放冷後に純水100mLを加えて水溶液として、水層をエーテルで3回洗浄したのち、凍結乾燥、ついで50℃、7.1hPaで7時間乾燥したところ半融解状無色油状物としてピラゾリウム塩(8)(49.29g、209mmol)を収率97%で得た。
 1H NMR (500 MHz, ppm, CDCl3) δ1.60 (3H, t, J=7.2 Hz), 3.56 (3H, s), 3.71 (3H, s), 4.42(2H, q, J=7.2Hz), 6.80 (1H, t, J=2.4 Hz), 8.16 (2H, t, J= 3.2 Hz); 13C NMR ((20 MHz, ppm, CDCl3) δ13.1, 36.5, 45.3, 53.0, 53.2, 107.3, 137.1, 139.6 ppm. HRMS (ESI) C6H11N2 +111.09227;found 111.0922;HRMS(ESI)calcd for C2H6O4P125.000382;found 124.9995.
 同様の手法で合成した特定塩であるピラゾリウム塩の構造と化学式番号は前述の特定塩(9)および(10)で表される。
実施例2:1-メチルピラゾリウム=リン酸ジメチル(7)の合成
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000018
 ピラゾール(21)(0.68g、10.0mmol)にトリメチルリン酸エステル(1.54g、11mmol)を室温で加えてアルゴンガス雰囲気中、85℃で24時間反応させたのち、室温まで放冷し、残渣をヘキサン、ジエチルエーテルで洗浄したのち、ロータリーエバポレータ、ついで真空ポンプで55℃(8.5hPa)3時間減圧して乾燥し、特定塩(7)を無色油状物として収率81%(1.69g,8.12mmol)で得た。この特定塩(7)の水溶液は酸性(pH3.4)を示したため、吸湿能力のみ調査した。なお、トリメチルリン酸エステルを2当量以上加えてもジメチルピラゾリウム塩は生成しなかった。
 1H NMR (80 MHz, ppm, CDCl3) δ3.57 (3H, s), 3.76 (3H, s), 4.33 (3H, s), 6.73 (1H, t, J=3.2 Hz), 8.47 (1H, d, J=2.4 Hz), 10.55 (2H, s); 13C NMR ((20 MHz, ppm, CDCl3) δ37.0, 53.1, 53.3, 107.3, 138.3 ppm.
<吸湿試験、実施例3>
 実施例1の特定塩(8)1.0038gを分注したシャーレを、湿度計(株式会社T&D製 照度・紫外線・温度・湿度データロガー TR-74Ui)と共にチャック付き内容量1110cmのポリ袋(旭化成ホームプロダクツ株式会社製 ジップロック(登録商標)、273mm×268mm)に入れて、ポリ袋を封止した。これを30℃の恒温槽に入れて静置し、ポリ袋内の湿度が平衡状態に達するまでのポリ袋内の湿度変化を測定した。その結果をグラフ図1に示す。図1に示すように、時間経過とともに湿度が低下しており、特定塩(8)は、吸湿性を有していることが分かる。
 同様の方法で特定塩(7)、(9)、(10)について真空乾燥後の1.000gをシャーレに取り、特定塩(8)と同様の吸湿試験を実施した。その結果を表1に示す。
 非特許文献9に記載の従来最高の吸湿性能を示した[DETMC6][DMPO4]2、および現在除湿剤に使用されている塩化カルシウムの吸湿性能比較
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000019
 特定塩(7)~特定塩(10)は現在広く乾燥剤に使用されている表1に示した乾燥用塩化カルシウムを用いた比較例4-1、乾燥用シリカゲルを用いた比較例4-2と比較して、はるかに高い吸湿率を示した。また、一般的なイオン液体であるBmim-DMPO4(比較例4-4)にくらべてはるかに高い吸湿性を示し、今回合成した特定塩でもっとも吸湿性能が低い特定塩(7)においてもBmim-DMPO4と比較するとモルあたりで1.5倍(DC(mol)、モノカチオンのピラゾリウム塩で最も高い吸湿性を示した特定塩(10)においてはモル比で比較して3.5倍の吸湿性能(DC(mol)を示した。特定塩(7)~(10)のモル当たり吸湿性は(10)>(9)>(8>(7)の順番であり、グラム当たり吸湿性は(10)>(9)>(8)>(7)の順になった。
 [DETMC6][DEPO4]2は論文公表時に世界最高水準の吸湿性の化合物であり、特定塩(10)の吸湿性能は、従来報告のあるすべての調湿材を凌駕していると考えられる。
 イオン液体の吸湿性はカチオン部分が小さい方が高いという報告があるが(非特許文献3)、ピラゾリウム塩イオン液体である特定塩(7)~(10)に関してはこのルールで予測できないことがわかった。
<平衡水蒸気圧測定、実施例4>
 実施例1で合成した特定塩(8)、(9)、および(10)の80質量%水溶液を調製し、20℃から60℃まで、各温度における平衡水蒸気圧を測定した。その結果を図2に示す。
 同様の方法で特定塩(8)、(9)、(10)、および[DETMC6][DEPO4]2の80質量%水溶液、塩化リチウムの30質量%水溶液を調製し、25℃と50℃における平衡水蒸気圧を測定した。平衡水蒸気圧を表2に示す。
 特定塩(8)~(10)、[DETMC6][DEPO4]2、および塩化リチウムの25℃と50℃における平衡水蒸気圧
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000020
 表2の実施例5-1~実施例5-3で示したように、特定塩(8)~(10)の80質量%水溶液の平衡水蒸気圧は25℃で19hPaまたは21hPaと非常に低い値を示し、表2の比較例5-2で示した30質量%塩化リチウム水溶液より幾分低いことがわかった。
 液式デシカント空調機用の調湿材は接触させる外気との間で円滑に水蒸気を吸放出させることが必要であり、このためには低温で平衡水蒸気圧が低く、高温で平衡水蒸気圧が高いことが望ましい。かかる観点から、25℃での平衡水蒸気圧は100hPa以下であることが好ましく、70hPa以下であることがより好ましく、50hPa以下であることがさらに好ましく、20hPa以下であることが一層好ましい。下限値は特にないが5hPa以上であることが実際的である。50℃での平衡水蒸気圧は50hPa以上であることが好ましく、80hPa以上であることがより好ましく、100hPa以上が特に好ましい。上限値は特にないが800hPa以下が実際的である。
 50℃における平衡水蒸気圧と25℃における平衡水蒸気圧との差を示した値(ΔVP50-25)は、20hPa以上であることが好ましく、30hPa以上であることがより好ましく、40hPa以上であることがさらに好ましく、75hPa以上であることが一層好ましく、100hPa以上であることがより一層好ましい。上限は特にないが、ΔVP50-25は200hPa以下であることが実際的である。
 表2の実施例5-1で示した結果は、特定塩(8)の調湿材としての機能は、80質量%水溶液では30質量%塩化リチウム水溶液と同等であることを示しており、外気との接触で円滑に水蒸気交換ができることを示している。
 表2の実施例5-2、5-3で示した実験結果は特定塩(9)ならびに特定塩(10)の80質量%水溶液の調湿材としての機能は低温に於いては30質量%塩化リチウム水溶液よりも優れていることを示している。ただし、50℃における平衡水蒸気圧も低く、外気との接触による水蒸気交換については30質量%塩化リチウムに較べて平衡水蒸気圧が低く、水蒸気交換の性能が低いことがわかった。
<粘度試験、実施例5>
 液式デシカント空調機用の調湿材はなるべく粘性が低いことが望まれる。本発明の特定塩は、図3に示す通り、粘度が低いことが分かった。図3において、温度(Temp.)20℃における粘度(Viscosity)が高いものから順に、[DETMC6][DMPO4]2、特定塩(10)、特定塩(9)、特定塩(8)、Bmim-DMPO4を示している。
 図3に示すように、特定塩(8)~特定塩(10)の70質量%水溶液のうち、特定塩(10)の粘性が高いことがわかったが、Bmim-DMPO4の吸湿性能は低く([表1]比較例4-4)、モル比で特定塩(8)の40%程度しかなかった。また、いずれの温度においても、特定塩(8)~特定塩(10)の70質量%水溶液の粘性は比較例である[DETMC6][DMPO4]([表1]比較例4-3)の70質量%水溶液よりも遙かに低いことがわかった。液式デシカント空調機においては、外気と調湿材水溶液を接触させて外気の調湿と空調温度制御を行う。従って、調湿材水溶液の配管中の抵抗を減らし、外気との接触効率を向上させるためには調湿材水溶液の粘性が低いことが好ましい。特定塩(8)~特定塩(10)の70質量%水溶液の各温度における粘性は低く、外気と接触で効率的な調湿が可能になる。
 なお、粘度の測定は、ISO 23581:2020に準拠して行った。

Claims (8)

  1.  下記式(N1)で表されるピラゾリウムカチオンとリン酸エステルアニオンとから構成される塩を含有する調湿材。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
    (式(N1)中、RN1、RN2、RN3、RN4、およびRN5は、それぞれ独立して、水素原子、またはヒドロキシ基を有してもよく鎖中に1つ以上の酸素原子が含まれていてもよい炭素数1~12のアルキル基である。RN1、RN2、RN3、RN4、およびRN5は、互いに異なっていても同一であってもよい。五員環を構成する窒素原子に置換するRN1およびRN2の少なくとも一つは、ヒドロキシ基を有してもよく鎖中に1つ以上の酸素原子が含まれていてもよい炭素数1~12のアルキル基である。)
  2.  前記リン酸エステルアニオンが下記式(N3)で表されるアニオンである請求項1に記載の調湿材。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
    (式(N3)中、R21は、水素原子、水酸基、炭素数1~6のアルキル基、炭素数1~6のヒドロキシアルキル基、炭素数1~6のアルコキシ基、炭素数2~6のアルケニル基、炭素数10以下のポリ(アルキレンオキシ)基、炭素数1~6のアルキルチオ基、または炭素数10以下のポリ(アルキレンチオ)基である。R22は、水素原子、炭素数1~6のアルキル基、炭素数1~6のアルコキシ基、炭素数2~6のアルケニル基、炭素数10以下のポリ(アルキレンオキシ)基、炭素数1~6のアルキルチオ基、または炭素数10以下のポリ(アルキレンチオ)基である。)
  3.  前記ピラゾリウムカチオン(N1)が、下記式(1)~(4)のいずれかで表される請求項1または2に記載の調湿材。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
  4.  前記リン酸エステルアニオンが下記式(17)または(18)で表される請求項1~3のいずれか1項に記載の調湿材。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
  5.  前記式(N1)で表されるピラゾリウムカチオンとリン酸エステルアニオンとから構成される塩の水溶液の粘度が25℃で50mPa・s以下である請求項1~4のいずれか1項に記載の調湿材。
  6.  前記式(N1)で表されるピラゾリウムカチオンとリン酸エステルアニオンとから構成される塩の水溶液と接触する雰囲気の25℃での平衡水蒸気圧が100hPa以下であり、50℃での平衡水蒸気圧が50hPa以上である、請求項1~5のいずれか1項に記載の調湿材。
  7.  前記式(N1)で表されるピラゾリウムカチオンとリン酸エステルアニオンとから構成される塩の水溶液と接触する雰囲気の50℃における平衡水蒸気圧と25℃における平衡水蒸気圧との差を示した値(ΔVP50-25)が40hPa以上である、請求項1~6のいずれか1項に記載の調湿材。
  8.  請求項1~7のいずれか1項に記載の調湿材を含む装置。
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