(57)【要約】  ２５〜１４００μｍの粒径を有する、化学結合クラウンエーテルを有する非イオン性多孔性の固体球状ビーズ形樹脂。【特許請求の範囲】
【請求項１】
２５〜１４００μｍの粒径を有する、化学結合クラウンエーテルを有する非イオン性多孔性の固体球状ビーズ形樹脂。
【請求項２】
アクリレート又は重合反応に関与することができる類似の官能基を有するクラウンエーテルと共に、エチルスチレン、スチレン、メチルアクリレート、エチルアクリレート、ブチルアクリレート、メチルメタクリレート等などのアクリレートなどのモノマー、及び／又はジビニルベンゼン（ＤＶＢ）、エチレングリコールジメタクリレート（ＥＧＤＭＡ）等などの架橋剤から調製される、請求項１に記載の樹脂。
【請求項３】
前記クラウンエーテルが、アクリル又は他の類似の重合可能基官能化クラウンエーテルである、請求項１に記載の樹脂。
【請求項４】
化学結合クラウンエーテルを有する非イオン性多孔性の固体球状ビーズ形樹脂の調製方法であって、
懸濁安定剤及び塩を水に溶解するステップ、及び溶液を加熱して水相を得るステップ、クラウンエーテルを第１のポロゲン溶媒に溶解して、クラウンエーテル溶液を得るステップ、並びに重合開始剤をモノマー及び／又は架橋剤に溶解して、第２の溶液を得るステップ、前記溶液をクラウンエーテル溶液に添加し、その後、第２のポロゲン溶液を添加して、生成した混合物を得て、その後、撹拌して有機相を得るステップ、有機相を水相に添加して、反応混合物を得るステップ、反応混合物を加熱及び撹拌して、ポリマービーズを得るステップ、ポリマービーズを硬化させるステップを含み、その後、精製して、化学結合クラウンエーテルを有する非イオン性多孔性固体樹脂を得るステップを含む方法。
【請求項５】
前記懸濁安定剤が、０．２％〜２％、好ましくは０．４％〜１％の濃度のヒドロキシエチルセルロース（ＨＥＣ）、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、ゼラチン等から選択され、リグノスルホン酸ナトリウム、ポリスチレンスルホン酸ナトリウム、ベントナイト、ホウ酸ナトリウム、ナフタレンスルホン酸ナトリウム、ラウリルスルホン酸ナトリウム、ポリ−ジメチルジアリルアンモニウムクロリド、スルホコハク酸ジオクチル、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム塩等から選択される更なる懸濁安定剤と組み合わされ、その濃度は、０．１％〜１％、好ましくは０．１〜０．５％の間で変化することができる、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記塩が、５％〜４０％の割合の塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）、硫酸ナトリウム（Ｎａ２ＳＯ４）、硝酸ナトリウム（ＮａＮＯ３）及び亜硝酸ナトリウム（ＮａＮＯ２）から選択される、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
モノマーが、スチレン、エチルスチレン、メチルアクリレート、エチルアクリレート、ブチルアクリレート、メチルメタクリレート等などのアクリレート、及び／又はジビニルベンゼン（ＤＶＢ）エチレングリコールジメタクリレート（ＥＧＤＭＡ）等などの架橋剤から選択される、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記第１のポロゲン溶媒が、イソブタノール、イソオクタノール、アミルアルコール等から選択される、請求項４に記載の方法。
【請求項８】
前記第２のポロゲン溶媒が、トルエン、若しくはベンゼン、キシレンの様な他の芳香族溶媒、又はヘプタン、ヘキサン等の様な脂肪族炭化水素から選択される、請求項４に記載の方法。
【請求項９】
２つ以上の不混和性モノマーの共重合の前記技法が、全てのモノマーがその中で混和できる、適切な不活性ポロゲン溶媒の選択及び使用を伴う、請求項４に記載の方法。
【請求項１０】
前記重合開始剤が、過酸化ベンゾイル、過酸化水素、過酸化ラウリル、アゾイソブチロニトリル、第三級ブチルペルオキシベンゾエート、ジ−第三級ブチルペルオキシド、第三級ブチルヒドロペルオキシド、過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウム等から選択される、請求項４に記載の方法。
【請求項１１】
前記重合開始剤が、モノマーの総重量の０．１％〜５％、好ましくは０．５％〜２％の割合で使用される、請求項４に記載の方法。
【請求項１２】
前記水溶液が、懸濁安定剤及び塩を水に溶解すること、及び８０℃まで加熱することにより形成される、請求項４に記載の方法。
【請求項１２】
クラウンエーテルがアクリル基官能化クラウンエーテルである、請求項４に記載の方法。
【請求項１３】
クラウンエーテル溶液が、４５〜５０℃で撹拌しながら加熱することにより形成される、請求項４に記載の方法。
【請求項１４】
重合開始剤が、周囲温度で撹拌しながらモノマー及び／又は架橋剤溶液に溶解される、請求項４に記載の方法。
【請求項１５】
生成した混合物が周囲温度で撹拌される、請求項４に記載の方法。
【請求項１６】
生成した混合物が少なくとも３０分撹拌される、請求項４に記載の方法。
【請求項１７】
水相及び有機相を含む反応混合物が、６０〜９０℃、好ましくは７５〜８５℃の範囲の温度まで加熱される、請求項４に記載の方法。
【請求項１８】
生成した混合物が、８〜２５時間、好ましくは８〜１５時間の期間撹拌される、請求項４に記載の方法。
【請求項１８】
ポリマービーズが７５〜９５℃で硬化される、請求項４に記載の方法。
【請求項１９】
ポリマービーズが５〜１５時間の期間にわたって硬化される、請求項４に記載の方法。
【請求項１９】
ポリマービーズの精製ステップが、水で洗浄することによりポリマービーズを濾過して取り除くこと、及び過剰な水の中でビーズを撹拌してスラリーを形成すること、スラリーを加熱してポロゲンを蒸留し、その後、スラリーを冷却すること、ポリマービーズを濾過し、有機溶媒で洗浄し、その後、水で洗浄し、乾燥させることを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項２０】
ポロゲン溶媒が真空蒸留／抽出により除去される、請求項２２に記載の方法。
【請求項２１】
蒸留が、エタノール、メタノール、アセトン、ジオキサン、エーテル等から選択される極性溶媒を使用して実施される、請求項２３に記載の方法。
【請求項２２】
洗浄に使用される有機溶媒が、メタノール、エタノールアセトン等から選択される、請求項２２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学結合クラウンエーテルを有する非イオン性多孔性固体樹脂及びその調製方法に関する。
【０００２】
本発明は、さらに、汚染抑制、分析化学及び医学的診断で使用するための非イオン性多孔性固体樹脂に関する。
【背景技術】
【０００３】
当技術分野では、イオン交換樹脂により水溶液からイオンを抽出することが知られている。陽イオンは、陽イオン性樹脂を使用して抽出され、該樹脂中のＨ＋が、溶液中の陽イオンで置き換えられる。陰イオンは、陰イオン性樹脂で抽出され、該樹脂中のＯＨ−が、溶液中の陰イオンで置き換えられる。その方法では、各樹脂は、イオンに対する選択性を全く有していない。したがって、各樹脂は、イオン選択抽出に使用することができない。
【０００４】
クラウンエーテルは、陽イオンに対して特異的なイオン親和性及び選択性を有するため、分離プロセスで広範に使用される。任意の特異的クラウンエーテルは、特定の陽イオンを選択的に抽出することになろう。クラウンエーテルは、何ら化学交換せずに、樹脂表面に吸着されるか、又は物理的に樹脂内に捕捉される。
【０００５】
これらのクラウンエーテル含浸樹脂は、特定のイオンを抽出するが、クラウンエーテルは、捕捉イオンの有無にかかわらず、該樹脂から浸出し、問題を引き起こす恐れがある。クラウンエーテルは神経毒性であり、特定のイオンは、環境危険又は健康危険となる恐れがある。
【０００６】
クラウンエーテルが溶液に添加され、そこで特定のイオンを捕捉することが、当技術分野から知られている。この溶液は、溶液から未結合の残存イオンを捕捉するイオン交換樹脂と接触させられる。したがって、特定のイオンは、該樹脂上で回避される。クラウンエーテルは、この用途では任意の樹脂又は基材に結合する。
【０００７】
クラウンエーテルは、クロマトグラフィーで使用される多糖類ポリマーの拡張多孔性支持体に共有結合する。この支持体は、多孔性であるが、小さい樹脂ビーズではない。さらに、該支持体がクラウンエーテルを結合するように後修飾されているため、クラウンエーテルは、細孔表面全体で均一に結合しない。これにより、イオン除去の効率が不十分となる。
【０００８】
クラウンエーテルは、二官能樹脂を提供するために、多孔性カルボキシレート／ホスフェート系陽イオン樹脂に共有グラフトされてきた。この方法では、該樹脂は中性ではないが、表面上に負電荷基を有する。
【０００９】
イオン交換可能樹脂として使用される固体支持体に共有結合するクラウンエーテルも知られている。この支持体は多孔性ではなく、支持体の単位質量当たりのクラウンエーテルの量は少ないと考えられ、ある特定量の陽イオンを除去するのに必要とされる樹脂の量を多くする。これは費用効果がなく、イオン性溶液の取り扱い及び廃棄において問題を引き起こす。
【００１０】
基材に共有結合するイオン交換クリプタントは、米国特許出願第２００３００７５５０号から知られている。クリプタントは、遊離基重合により、不飽和二重結合を使用して非多孔性固体基材に共有結合する。これは、面積対質量比が小さいことが原因で捕捉効率が不十分であるが、特定のイオン捕捉に使用される。高分子量マトリックスに化学結合するリチウム捕捉クリプタントは、１９８４年８月２０日付のＢＯＩＤ５９／３０から知られている。これも、小さい面積対質量比が原因で不十分な捕捉効率を有するという欠点を有する。
【００１１】
ＪＰ５６０４７４０６は、クラウンエーテルを非多孔性固体ポリマー粒子の表面上に固定化するために架橋ポリスチレン固体粒子に化学結合するアミノクラウンエーテルを開示している。これも前述の特許と同じ欠点を有する。
【００１２】
水溶液中の金属元素のイオンを分離するための方法及び装置に関連している米国特許出願第２００４０１６４０２５号は、グラファイト又は炭素膜又はフェルト上に吸着される疎水性オルガノホスフェートキレート抽出剤を開示している。様々な特定のイオンの抽出及びストリッピングは、様々なｐＨで実施される。ここでは、該抽出剤は物理的に吸着され、基材から離れやすく、好ましくない。これは、非多孔性であり、上記特許で述べた欠点を有する。
【００１３】
多孔性支持体の後修飾を対象としている米国特許出願第２００４０２６２２２８号及び同第２００５００６５２８２号は、クロマトグラフィーのためにビニルエーテルを共有結合させるように後修飾した多糖類多孔性支持体を扱っている。この生成物は、特異的なイオン捕捉剤を全く含有しない。共有結合は、多孔性支持体の調製後に実施された。それ故、該支持体中の細孔の使用表面積は、該支持体中に存在するものより小さくなろう。これにより効率が低減する。大きい多孔性支持体は、捕捉されるイオンを含有する溶液の流れを妨害する。これにより、より小さい寸法の同じ多孔性支持体と比較して、溶液中に存在する全てのイオンを捕捉するのに要する時間が増加する。
【００１４】
米国特許出願第５８６５９９４号は、二官能クラウンエーテル系陽イオン交換固定相を開示しており、共有グラフトクラウンエーテル（二段階で）及びカルボキシレート基と共に表面積４５０２ｍ／ｇを有するマクロ多孔性樹脂が記載されている。この樹脂は、カルボキシル基で負に帯電している。負電荷は、該樹脂細孔を通る陽イオンの流れを妨害し、樹脂の効率及び感度を低下させよう。
【００１５】
別の研究領域では、クラウンエーテルは、特定のイオンが捕捉されるヒドロゲルに共有結合されてきた。しかし、ヒドロゲルは脆く、取り扱いが困難であり、常に水性媒体中に保持される必要がある。
【００１６】
Ｓｕｐｅｒｌｉｇ＠６４４は、市販されている製品であり、クラウンエーテルが樹脂マトリックスに結合している。６サイクルの配合で、クラウンエーテル活性の２０％損失が報告され、これは欠点である。
【００１７】
したがって、溶液又は空気からのイオンの効率的除去のため、及びクラウンエーテル活性を損なうことなく、多くのサイクルの配合で繰り返し使用可能な樹脂を提供することが必要であると考えられた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
したがって、高表面積を有する、化学結合クラウンエーテルを有する非イオン性多孔性固体樹脂を提案することが、本発明の目的である。
【００１９】
繰返し再生により再利用することができる非イオン性多孔性固体樹脂を提案することが、本発明のさらなる目的である。
【００２０】
本発明の別の目的は、単位質量当たりより高いクラウンエーテルの配合を有する非イオン性多孔性固体樹脂を提案することである。
【００２１】
本発明のさらに別の目的は、クラウンエーテルが該樹脂マトリックスに永久的に固定される非イオン性多孔性固体樹脂を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明は、化学結合クラウンエーテルを有する非イオン性多孔性の小さい固体樹脂及びその調製方法を提供する。特異的クラウンエーテルは、周囲の液体又は空気媒体から対象となる特定のイオンが浸透するために多孔性である、サブミリサイズのポリマー固体樹脂の主鎖に結合する。
【００２３】
多孔性の小さい３Ｄポリマー網目固体材料を形成するために、クラウンエーテル含有ポロゲン溶液を前駆体溶液に添加する。クラウンエーテル分子は、細孔表面におけるポリマー網目と共重合することを可能にするような二重結合の性質を有するアクリル化学基を含有し、クラウンエーテルは、中性多孔性の固体樹脂マトリックスに共重合及び共有結合する。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
したがって、本発明によると、化学結合クラウンエーテルを有する非イオン性多孔性の小さい固体樹脂が提供される。
【００２５】
本発明は、さらに、化学結合クラウンエーテルを有する非イオン性多孔性の小さい固体樹脂の調製方法に関する。
【００２６】
本発明によると、該樹脂は、クラウンエーテルが中性多孔性固体樹脂マトリックスに共重合及び共有結合する懸濁重合技法により調製される。その方法は、懸濁安定剤及び塩を水に溶解することにより水相を調製すること、並びに溶液を最大で８０℃まで加熱することを含む。
【００２７】
その後、クラウンエーテルの透明な溶液が形成するまで、４５〜５０℃で撹拌しながらクラウンエーテルを第１のポロゲン溶媒に溶解する。周囲温度で撹拌しながら重合開始剤をモノマー及び／又は架橋剤の溶液に溶解して混合物を得て、次いで、混合物をクラウンエーテル溶液に添加し、その後、そこに第２のポロゲン溶媒を添加し、その後、周囲温度で少なくとも３０分生成した混合物を撹拌して有機相を得る。ポロゲン溶媒をモノマーに添加し、重合反応の完了後に蒸留して除去して、ポリマーマトリックス中に多孔性を生じさせる。
【００２８】
有機相を撹拌しながら水相に添加して反応混合物を得て、必要な粒径のビーズを生じるように撹拌の速度を調整する。次いで、反応混合物を６０〜９０℃、好ましくは７５〜８５℃の範囲の温度まで、８〜２５時間、好ましくは８〜１５時間の範囲の期間加熱する。重合は、最初に、軟質ビーズ、及び次いで、硬質ビーズの形成により進行する。硬質ビーズが得られると、ポリマーを７５〜９５℃で５〜１５時間硬化する。次いで、ポリマーを濾過して除去し、十分な水で洗浄して付着した化学物質、安定剤等を除去し、洗浄したポリマービーズを過剰な水の中で撹拌し、スラリーを加熱する。ポリマービーズ中のポロゲン溶媒を完全に蒸留して除去する。次いで、反応混合物を室温まで冷却する。樹脂を濾過し、水、メタノール（微量のポロゲン溶媒を除去するために）及び再度水で洗浄する。過剰水を真空下で濾過して除去し、樹脂を充填する。
【００２９】
懸濁安定剤は、０．２％〜２％、好ましくは０．４％〜１％の濃度のヒドロキシエチルセルロース（ＨＥＣ）、ポリビニルアルコール、カルボキシ−メチルセルロース、ゼラチン等から選択される。これらの懸濁安定剤は、リグノスルホン酸ナトリウム、ポリスチレンスルホン酸ナトリウム、ベントナイト、ホウ酸ナトリウム、ナフタレンスルホン酸ナトリウム、ラウリルスルホン酸ナトリウム、ポリジメチルジアリルアンモニウムクロリド、スルホコハク酸ジオクチル、ドデシルベンゼンスルホン酸のナトリウム塩等から選択される第２の懸濁安定剤と組み合わせて使用される。濃度は、０．１％〜１％、好ましくは０．１〜０．５％の間で変化することができる。
【００３０】
ＮａＣｌ及びＣａＣｌ２などの水相で使用される塩は、特に安定剤の存在下、及びより高温で、水中のモノマーの溶解度を低減させるために添加される。代替物は、Ｎａ２ＳＯ４、ＮａＮＯ３、ＮａＮＯ２等であることができ、濃度は、より高温で５％〜４０％と変化することができる。
【００３１】
モノマーは、エチルスチレン、スチレン、メチルアクリレート、エチルアクリレート、ブチルアクリレート、メチルメタクリレート等などのアクリレートから選択され、架橋剤は、ジビニルベンゼン（ＤＶＢ）、エチレングリコールジメタクリレート（ＥＧＤＭＡ）等から選択される。架橋は、２％と１００％の間で変化することができる。（ＥＧＤＭＡ純度は１００％）。
【００３２】
混合物中の４−アクリルアミドベンゾ１８−クラウン−６クラウンエーテルモノマー（ＣＥ）量は、０．２〜５０％と変化することができる。このクラウンエーテルは、Ｓｒ、Ｋ及びＰｂに特異的である。これらのイオン間の選択性は、上記ＣＥにおけるベンゾ基をジベンゾ又はシクロヘキシル又はジシクロヘキシルに変えることにより、改善することができる。様々なイオンのために様々なクラウンエーテルが使用されなければならず、唯一の条件は、共重合のための二重結合を提供するために、アクリル基官能化クラウンエーテルが使用されなければならないことである。
【００３３】
第１のポロゲン溶媒は、イソブタノール及びイソオクタノール、アミルアルコール等などの他のアルコールから選択される。このポロゲンは４−アクリルアミドベンゾ１８−クラウン−６の溶解に使用されるため、その％は、クラウンエーテルの量に従って変化することができる。
【００３４】
第２のポロゲン溶媒は、トルエン、若しくはベンゼン、キシレンの様な他の芳香族溶媒、又はヘプタン、ヘキサン等の様な脂肪族炭化水素でもよい。
【００３５】
本発明による好ましい実施形態によると、イソブタノール及びトルエンが、第１の及び第２のポロゲンとして使用される。イソブタノールは、４−アクリルアミドベンゾ１８−クラウン−６の溶解にも使用される。クラウンエーテルの％はビーディングで異なるため、イソブタノール及び他のポロゲンの量は、適宜調整されなければならない。クラウンエーテルがＤＶＢ、スチレン、ＥＧＤＭＡ等などの他の全てのモノマーに不溶であるため、イソブタノール又は任意の他の代替のアルコールは、クラウンエーテルをモノマーミックスに導入するのに必要である。
【００３６】
重合開始剤は、過酸化ベンゾイル、過酸化水素、過酸化ラウリル、アゾイソブチロニトリル、第三ブチルペルオキシベンゾエート、ジ−第三ブチルペルオキシド、第三ブチルヒドロペルオキシド等から選択される。開始剤の％は、総モノマー重量の０．１％〜５％、好ましくは０．５％〜２％と変化することができる。
【００３７】
有機相対水相比は、１：１と１：１０の間、より好ましくは１：５と変化することができる。
【００３８】
重合温度は、６０〜９０℃、好ましくは７５〜８５℃の間であることができる。
【００３９】
重合時間では、８〜２５時間、より好ましくは８〜１５時間あることができる。ポリマー硬化温度及び時間は、それぞれ７５〜９５℃及び５〜１５時間と変化することができる。
【００４０】
コポリマービーズからのポロゲンの除去は、エタノール、メタノール、アセトン、ジオキサン、エーテル等などの極性溶媒での真空蒸留／ソックスレー抽出により実施される。
【００４１】
ビーズは、エタノール、メタノール、アセトン等での繰返し洗浄を受け、その後、脱塩水での洗浄を受ける。
【００４２】
本発明は、以下の非限定的実施例を用いてより詳細に説明する。
【実施例】
【００４３】
６５ｇｍの非イオン性多孔性の小さい固体樹脂を得るために使用する化学物質の一般的量を示す。
【００４４】
有機相
ジビニルベンゼン（ＤＶＢ）、４６．７５ｇｍ
エチルスチレン、２７．５ｇｍ
４−アクリルアミドベンゾ１８−クラウン−６、７５０ｍｇ
イソブタノール（ＩＢＡ）、４４ｍｌ
トルエン、８１ｍｌ
過酸化ベンゾイル（ＢＰＯ）、１．８７ｇｍ
【００４５】
トルエン及びＩＢＡは、ポロゲンとして使用する。すなわち、それらをモノマーに添加し、重合反応の完了後に蒸留して除去して、ポリマーマトリックス中に多孔性を生じさせる。ＢＰＯは、重合開始剤として使用する。
【００４６】
水相
脱塩水、５２５ｍｌ
ヒドロキシエチルセルロース（ＨＥＣ）、３．１５ｇｍ
リグノスルホン酸ナトリウム、０．５２５ｇｍ
塩化カルシウム、１３ｇｍ
塩化ナトリウム、１８４ｇｍ
【００４７】
方法
ＨＥＣ、リグノスルホン酸ナトリウム、ＣａＣｌ２及び塩化ナトリウムを水に溶解することにより水相を調製し、溶液を８０℃まで加熱した（ステップ１）。透明な溶液が形成するまで、４５〜５０℃で撹拌しながら４−アクリルアミドベンゾ−ｌ８−クラウン−６をＩＢＡに溶解させた（ステップ２）。周囲温度で撹拌しながらＢＰＯをＤＶＢ及びエチルスチレンに溶解させ、次いで、混合物をステップ２で調製したクラウンエーテル溶液に添加した。次いで、トルエンをこの溶液に添加し、周囲温度で少なくとも３０分混合物を撹拌した。これにより、有機相が形成する。撹拌しながら有機相を水相（ステップ１）に添加し、必要な粒径のビーズを生じるように、撹拌の速度を適切に調整した。次いで、この反応混合物を７８〜８０℃まで加熱し、撹拌しながら１８時間維持した。軟質ビーズ、及び次いで、硬質ビーズを形成した。その後、８０〜８２℃で少なくとも８時間硬化させた。次いで、ポリマーを濾過して除去し、水で洗浄して付着した化学物質、安定剤等を除去し、洗浄したビーズを過剰な水の中で撹拌してスラリーを形成した。スラリーを加熱し、完全にポロゲン溶媒を蒸留して除去した。反応混合物を室温まで冷却した。樹脂を濾過し、水、メタノール（微量のポロゲン溶媒を除去するために、及び再度水で洗浄した。真空下で過剰な水を濾過して除去し、樹脂を充填した。ここで結合したクラウンエーテルの量は、同じサイズの非多孔性樹脂表面に結合したと思われる量の約５００倍と計算される。６５ｇの樹脂中の約３ｇのクラウンエーテルが、この方法で共有結合することができる。それ故、該樹脂中の細孔表面積は、約１２００ｍ２／ｇとなろう。
【００４８】
樹脂粒径は、２５〜１４００マイクロメーターと変化することができる。
【００４９】
イオンを含有する溶液又は空気を非イオン性多孔性の固体樹脂カラムと接触させる。溶液は、該カラムを通って流れるときに樹脂を包囲し、移動する距離が短く、イオンが溶液と共に流れることを妨害する固体上の電荷が全く存在しないので、短時間で樹脂の細孔に入る。細孔表面は、対象となるイオンを捕捉する、共有結合クラウンエーテル有する。クラウン環直径よりわずかに小さい直径を有するイオンの捕捉は、イオン性電荷−クラウン双極子相互作用により達成される。細孔表面積が大きいため、各粒子は、多数の特定のイオンを捕捉し、捕捉効率を増加させる。１つのイオンを１つのクラウンエーテルにより捕捉することができるため、イオンは、この多孔性固体樹脂中で濃縮することができる。捕捉イオンを固体粒子と共に輸送、貯蔵、又は処理して、該イオンをストリッピングすることができる。
【００５０】
捕捉イオンは、樹脂中で互いに反発し、多孔性樹脂の浸透圧を増加させ、その結果、樹脂を膨張させる。この膨張は、捕捉イオンのセンサーとしての機能を果たす光センシングにより、樹脂カラムの体積又は高さの変化によって検出及び定量化することができる。
【００５１】
クラウンエーテルは、細孔中の固体多孔性の中性３Ｄ網目に共有結合する。最大で１０サイクルの抽出及びストリッピングに関してこの樹脂を試験し、抽出効率が２％変化したことを見出した。樹脂からのＣＥの損失はない。樹脂は、何ら分解することなく再利用可能であった。樹脂中で利用可能なＣＥの７４％は、２ｇの樹脂カラムを通過させたときに、２５ｍｌの１０００ｐｐｍＳｒＣｌ２水溶液からＳｒ＋＋を捕捉した。こうして捕捉したＳｒ＋＋を２５ｍｌの２ＮのＨＮＯ３によりストリッピングした。クラウンエーテルを３Ｄ網目に共有結合させる必要性を試験するために、アクリル基を含まないＣＥを使用する同じプロセスにより、クラウンエーテルを閉じ込めた固体多孔性中性３Ｄ網目を調製した。この閉じ込め樹脂は、閉じ込めＣＥが、清浄ステップそのものの間に樹脂から出たと思われるため、Ｓｒ＋＋を全く抽出しなかった。したがって、アクリル基は、共有結合に必要である。共有結合ＣＥは、該樹脂から浸出して離れない。本発明に従って調整した樹脂の樹脂使用性及び繰返し性は非常に良好である。
【００５２】
このプロセスでは、二重結合を有するようにアクリル基で官能化したクラウンエーテルは、クラウンエーテルの多孔性固体ポリマー３Ｄ網目に対する共有結合につながる共重合で利用する。クラウンエーテルの浸出は、捕捉イオンの有無にかかわらず厳禁である。
【００５３】
固体３Ｄ網目は、前駆体に添加した細孔形成溶液により多孔性となり、クラウンエーテルをこの溶液に溶解させた。それ故、クラウンエーテルは、そこからイオンを除去するイオン性溶液と接触すると考えられる細孔表面に結合する。クラウンの双極子は表面を親水性にし、その結果、イオン性溶液は約１０μｍの細孔に容易に達する。大きい細孔表面積（同じサイズの非多孔性固体樹脂の細孔表面積と比較して約２０００倍）は、より多くのクラウンエーテルを支持し、それ故効率を増加させる。
【００５４】
多孔性固体マトリックス支持体は非イオン性である。それ故、捕捉されるイオンに対する支持体マトリックスからの静電気的妨害は全くなかろう。イオンは、クラウン双極子−イオン電荷相互作用により誘引される。水溶液又は空気からのイオンは捕捉することができる。イオンの捕捉時に該支持体において生じる物理的変化は、対象となるイオン／化学物質の定量化に利用することができる。捕捉イオンは、多孔性固体材料内で任意の長さの時間保持され、各所に輸送される。必要なときには、捕捉イオンは、該材料からストリッピングし、優先して使用することができる。したがって、この生成物は、特定のイオンのスカベンジャー、そのようなイオンの濃縮剤、イオン分離剤、イオン輸送剤及びイオン／化学物質センサーとしての有用性を得る。
【００５５】
樹脂は、約０．１ｍｍのサイズに作製されているため、溶液が樹脂を包囲し、樹脂の細孔表面に達するのを速めることができる。これにより、効率が増加し、応答時間が低減する。
【手続補正書】
【提出日】平成22年5月25日(2010.5.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２５〜１４００μｍの粒径を有する、化学結合クラウンエーテルを有する非イオン性多孔性の固体球状ビーズ形樹脂。
【請求項２】
アクリレート又は重合反応に関与することができる類似の官能基を有するクラウンエーテルと共に、エチルスチレン、スチレン、メチルアクリレート、エチルアクリレート、ブチルアクリレート、メチルメタクリレート等などのアクリレートなどのモノマー、及び／又はジビニルベンゼン（ＤＶＢ）、エチレングリコールジメタクリレート（ＥＧＤＭＡ）等などの架橋剤から調製される、請求項１に記載の樹脂。
【請求項３】
前記クラウンエーテルが、アクリル又は他の類似の重合可能基官能化クラウンエーテルである、請求項１に記載の樹脂。
【請求項４】
化学結合クラウンエーテルを有する非イオン性多孔性の固体球状ビーズ形樹脂の調製方法であって、
懸濁安定剤及び塩を水に溶解するステップ、及び溶液を加熱して水相を得るステップ、クラウンエーテルを第１のポロゲン溶媒に溶解して、クラウンエーテル溶液を得るステップ、並びに重合開始剤をモノマー及び／又は架橋剤に溶解して、第２の溶液を得るステップ、前記溶液をクラウンエーテル溶液に添加し、その後、第２のポロゲン溶液を添加して、生成した混合物を得て、その後、撹拌して有機相を得るステップ、有機相を水相に添加して、反応混合物を得るステップ、反応混合物を加熱及び撹拌して、ポリマービーズを得るステップ、ポリマービーズを硬化させるステップを含み、その後、精製して、化学結合クラウンエーテルを有する非イオン性多孔性固体樹脂を得るステップを含む方法。
【請求項５】
前記懸濁安定剤が、０．２％〜２％、好ましくは０．４％〜１％の濃度のヒドロキシエチルセルロース（ＨＥＣ）、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、ゼラチン等から選択され、リグノスルホン酸ナトリウム、ポリスチレンスルホン酸ナトリウム、ベントナイト、ホウ酸ナトリウム、ナフタレンスルホン酸ナトリウム、ラウリルスルホン酸ナトリウム、ポリ−ジメチルジアリルアンモニウムクロリド、スルホコハク酸ジオクチル、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム塩等から選択される更なる懸濁安定剤と組み合わされ、その濃度は、０．１％〜１％、好ましくは０．１〜０．５％の間で変化することができる、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記塩が、５％〜４０％の割合の塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）、硫酸ナトリウム（Ｎａ２ＳＯ４）、硝酸ナトリウム（ＮａＮＯ３）及び亜硝酸ナトリウム（ＮａＮＯ２）から選択される、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
モノマーが、スチレン、エチルスチレン、メチルアクリレート、エチルアクリレート、ブチルアクリレート、メチルメタクリレート等などのアクリレート、及び／又はジビニルベンゼン（ＤＶＢ）エチレングリコールジメタクリレート（ＥＧＤＭＡ）等などの架橋剤から選択される、請求項４に記載の方法。
【請求項８】
前記第１のポロゲン溶媒が、イソブタノール、イソオクタノール、アミルアルコール等から選択される、請求項４に記載の方法。
【請求項９】
前記第２のポロゲン溶媒が、トルエン、若しくはベンゼン、キシレンの様な他の芳香族溶媒、又はヘプタン、ヘキサン等の様な脂肪族炭化水素から選択される、請求項４に記載の方法。
【請求項１０】
２つ以上の不混和性モノマーの共重合の前記技法が、全てのモノマーがその中で混和できる、適切な不活性ポロゲン溶媒の選択及び使用を伴う、請求項４に記載の方法。
【請求項１１】
前記重合開始剤が、過酸化ベンゾイル、過酸化水素、過酸化ラウリル、アゾイソブチロニトリル、第三級ブチルペルオキシベンゾエート、ジ−第三級ブチルペルオキシド、第三級ブチルヒドロペルオキシド、過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウム等から選択される、請求項４に記載の方法。
【請求項１２】
前記重合開始剤が、モノマーの総重量の０．１％〜５％、好ましくは０．５％〜２％の割合で使用される、請求項４に記載の方法。
【請求項１３】
前記水溶液が、懸濁安定剤及び塩を水に溶解すること、及び８０℃まで加熱することにより形成される、請求項４に記載の方法。
【請求項１４】
クラウンエーテルがアクリル基官能化クラウンエーテルである、請求項４に記載の方法。
【請求項１５】
クラウンエーテル溶液が、４５〜５０℃で撹拌しながら加熱することにより形成される、請求項４に記載の方法。
【請求項１６】
重合開始剤が、周囲温度で撹拌しながらモノマー及び／又は架橋剤溶液に溶解される、請求項４に記載の方法。
【請求項１７】
生成した混合物が周囲温度で撹拌される、請求項４に記載の方法。
【請求項１８】
生成した混合物が少なくとも３０分撹拌される、請求項４に記載の方法。
【請求項１９】
水相及び有機相を含む反応混合物が、６０〜９０℃、好ましくは７５〜８５℃の範囲の温度まで加熱される、請求項４に記載の方法。
【請求項２０】
生成した混合物が、８〜２５時間、好ましくは８〜１５時間の期間撹拌される、請求項４に記載の方法。
【請求項２１】
ポリマービーズが７５〜９５℃で硬化される、請求項４に記載の方法。
【請求項２２】
ポリマービーズが５〜１５時間の期間にわたって硬化される、請求項４に記載の方法。
【請求項２３】
ポリマービーズの精製ステップが、水で洗浄することによりポリマービーズを濾過して取り除くこと、及び過剰な水の中でビーズを撹拌してスラリーを形成すること、スラリーを加熱してポロゲンを蒸留し、その後、スラリーを冷却すること、ポリマービーズを濾過し、有機溶媒で洗浄し、その後、水で洗浄し、乾燥させることを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項２４】
ポロゲン溶媒が真空蒸留／抽出により除去される、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
蒸留が、エタノール、メタノール、アセトン、ジオキサン、エーテル等から選択される極性溶媒を使用して実施される、請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
洗浄に使用される有機溶媒が、メタノール、エタノールアセトン等から選択される、請求項２３に記載の方法。
【手続補正書】
【提出日】平成22年7月7日(2010.7.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
懸濁重合による共有結合クラウンエーテルを有する非イオン性多孔性の固体球状ビーズ形樹脂の調製方法であって、
懸濁安定剤及び塩を水に溶解するステップ、及び溶液を加熱して水相を得るステップ、クラウンエーテルを第１のポロゲン溶媒に溶解して、クラウンエーテル溶液を得るステップ、並びに重合開始剤をモノマー及び／又は架橋剤に溶解して、第２の溶液を得るステップ、前記溶液をクラウンエーテル溶液に添加し、その後、第２のポロゲン溶液を添加して、生成した均一混合物を得て、その後、撹拌して最終的な有機相を得るステップ、攪拌下で有機相を水相に添加して、安定な懸濁液の形態である反応混合物を得るステップ、反応混合物を加熱及び撹拌して、ポリマービーズを得るステップ、ポリマービーズを硬化させるステップを含み、その後、精製して、共有結合クラウンエーテルを有する非イオン性多孔性固体樹脂を得るステップを含む方法。
【請求項２】
前記懸濁安定剤が、０．２％〜２％、好ましくは０．４％〜１％の濃度のヒドロキシエチルセルロース（ＨＥＣ）、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、ゼラチン等から選択され、０．１％〜１％、好ましくは０．１〜０．５％の間の濃度のリグノスルホン酸ナトリウム、ポリスチレンスルホン酸ナトリウム、ベントナイト、ホウ酸ナトリウム、ナフタレンスルホン酸ナトリウム、ラウリルスルホン酸ナトリウム、ポリ−ジメチルジアリルアンモニウムクロリド、スルホコハク酸ジオクチル、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム塩等から選択される更なる懸濁安定剤と組み合わされる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記塩が、５％〜４０％の割合の塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）、硫酸ナトリウム（Ｎａ２ＳＯ４）、硝酸ナトリウム（ＮａＮＯ３）及び亜硝酸ナトリウム（ＮａＮＯ２）から選択されるか、又は
モノマーが、スチレン、エチルスチレン、メチルアクリレート、エチルアクリレート、ブチルアクリレート、メチルメタクリレート等などのアクリレート、及び／又はジビニルベンゼン（ＤＶＢ）エチレングリコールジメタクリレート（ＥＧＤＭＡ）等などの架橋剤から選択されるか、又は
前記第１のポロゲン溶媒が、イソブタノール、イソオクタノール、アミルアルコール等から選択されるか、又は
前記第２のポロゲン溶媒が、トルエン、若しくはベンゼン、キシレンの様な他の芳香族溶媒、又はヘプタン、ヘキサン等の様な脂肪族炭化水素から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
２つ以上の不混和性モノマーの共重合の前記技法が、全てのモノマーがその中で混和できる、適切な不活性ポロゲン溶媒の選択及び使用を伴うか、又は
前記重合開始剤が、過酸化ベンゾイル、過酸化水素、過酸化ラウリル、アゾイソブチロニトリル、第三級ブチルペルオキシベンゾエート、ジ−第三級ブチルペルオキシド、第三級ブチルヒドロペルオキシド、過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウム等から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記重合開始剤が、モノマーの総重量の０．１％〜５％、好ましくは０．５％〜２％の割合で使用されるか、又は
前記水溶液が、懸濁安定剤及び塩を水に溶解すること、及び６０〜９０℃まで加熱することにより形成されるか、又は
クラウンエーテルがアクリル基官能化クラウンエーテル、アクリルアミド基官能化クラウンエーテル、又はその他の重合基官能化クラウンエーテルである、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
クラウンエーテル溶液が、４５〜５０℃で撹拌しながら加熱することにより形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
重合開始剤が、周囲温度で撹拌しながらモノマー及び／又は架橋剤溶液に溶解されるか、又は、
生成した混合物が周囲温度で撹拌される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
生成した混合物が少なくとも２分〜４５分撹拌され、前記混合物を完全に均質にする、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
水相及び有機相を含む反応混合物が、６０〜９０℃、好ましくは７５〜８５℃の範囲の温度まで加熱される、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
生成した混合物が、８〜２５時間、好ましくは８〜１５時間の期間撹拌される、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
ポリマービーズが７５〜９５℃で硬化される、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
ポリマービーズが５〜１５時間の期間にわたって硬化される、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
ポリマービーズの精製ステップが、水で洗浄することによりポリマービーズを濾過して取り除くこと、及び過剰な水の中でビーズを撹拌してスラリーを形成すること、スラリーを加熱してポロゲンを蒸留し、その後、スラリーを冷却するか又は極性溶媒を使用してポリマービーズからポロゲンを抽出すること、ポリマービーズを濾過し、有機溶媒で洗浄し、その後、水で洗浄し、乾燥させることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
ポロゲン溶媒が、単なる蒸留又は真空蒸留により除去されるか、又は抽出が、エタノール、メタノール、アセトン、ジオキサン、エーテル等から選択される極性溶媒を使用して実施されるか、又は洗浄に使用される有機溶媒が、メタノール、エタノールアセトン等から選択される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか一項に記載の方法により製造された、２５〜１４００μｍの粒径を有する、共有結合クラウンエーテルによる繰返し使用周期に、より適した非イオン性多孔性の固体球状ビーズ形樹脂。
【国際調査報告】
2010540714.tif 000002
2010540714.tif 000003
2010540714.tif 000004