JPH04342746A - 表面改質成分溶液の製造方法，及び吸着材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，優れた表面処理性能を
発揮させることができる表面改質剤の改質方法に関する
。

【０００２】

【従来技術】従来，表面改質剤としては，シランカップ
リング剤，界面活性剤，チタンカップリング剤など多く
のものが知られている。これら表面改質剤は，その溶液
を浸漬，塗布等の手段により，合成樹脂，繊維，ガラス
等の被処理物の表面に接触させ，表面処理を行っている
。

【０００３】

【解決しようとする課題】しかしながら，表面改質剤は
，これを用いて表面処理する際に不要な副産物が生成さ
れ，表面処理後にその処理液の廃液中からこの副産物を
除去する必要がある。そのため，上記副産物を除去する
ための，大がかりな廃液処理設備を必要とする。また，
表面処理後に被処理物を乾燥する際にも，上記副産物が
表面にあるために，大がかりな乾燥設備が必要である。 また，表面処理中に上記副産物が生成するため，上記副
産物が被処理物の表面に付着し，表面改質剤と被処理物
との反応を阻害する。

【０００４】例えば，シランカップリング剤の場合には
，その原液（表面改質剤）の５０容量％以上ものアルコ
ールが，副産物として生成する。しかし，このアルコー
ルは不要な副産物であり，上記のごとく，種々の問題を
生ぜしめる。特に，アルコールは廃液中のＣＯＤ濃度を
著しく向上させる。本発明はかかる問題点に鑑み，表面
処理時に副産物の生成がなく，優れた表面処理能力を有
する表面改質成分を取得することができる，表面改質剤
の改質方法を提供しようとするものである。

【０００５】

【課題の解決手段】本発明は，表面改質剤に反応物質を
添加して反応させ，この反応により生じた副産物を反応
液中から除去し，表面改質成分を取得することを特徴と
する表面改質剤の改質方法にある。上記表面改質剤は，
従来表面改質剤として用いられているものをいい，本発
明では，これを原料として，反応物質を反応させている
。上記反応物質とは，上記表面改質剤が希釈可能で且つ
加水分解反応を起こす性質を有するものをいう。そして
，上記副産物としては，上記反応により生成したもので
，表面処理に不要なものをいう。

【０００６】具体的には，上記表面改質剤としては，例
えばシランカップリング剤がある。該シランカップリン
グ剤としては，γ−アミノプロピルトリエトキシシラン
，γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン，Ｎ−
β（アミノエチル）−γ−アミノプロピルトリメトキシ
シラン，ジメチルトリメチル−シリルアミン，Ｎ−（β
−アミノエチル）−γ−アミノプロピル−トリメトキシ
シランなどがある。そして，上記シランカップリング剤
に対する反応物質としては，水がある。そして，原料と
してシランカップリング剤を用いた場合には，図１に示
すごとく，両者の反応，即ち加水分解反応により，副産
物としてアルコールが生成する。そして，このアルコー
ルを除去して反応液中から表面改質成分を取得する。該
表面改質成分は，表面処理に使用する。

【０００７】また，他の表面改質剤としては，チタンカ
ップリング剤がある。該チタンカップリング剤としては
，イソプロピルトリチタネート，イソプロピルトリイソ
ステアロイルチタネート，イソプロピルトリドデシルベ
ンゼンスルホニルチタネート，テトライソプロピルービ
スチタネートなどがある。これらにおいても，シランカ
ップリング剤と同様に，加水分解反応により，副産物と
してアルコールを生成する。更に他の表面改質剤として
は，アルミニウム系のカップリング剤がある。その該当
品としては，アセトアルコキシアルミニウムジイソプロ
ピレートがあり，同様に副産物が生成する。

【０００８】次に，上記反応液中から副産物を除去する
方法としては，ロータリーエバポレータ等を用いた蒸留
方法，減圧蒸留，加熱などがある。また，副産物除去方
法としては，反応液のｐＨ調整，反応液にゲル化剤を加
えて，表面改質成分をゲル化させ副産物を濾過分離する
方法（ゲル化分離法）がある。更に，表面改質成分を乾
燥粉末とすることによりアルコール等の副産物を除去し
，その後乾燥粉末を再溶解して，表面処理に用いる方法
がある。また，塩類に対する表面改質成分とアルコール
等の副産物との溶解度の差を利用して液相分離する方法
がある。また，吸着剤に対する表面改質成分と副産物と
の吸着速度差を利用して，副産物を除去する方法もある
。上記のごとく副産物を除去し，取得した表面改質成分
は，これを表面改質剤として使用する。

【０００９】また，本発明において，原料としてシラン
カップリング剤を用い，これを実施例に示すごとく加水
分解し，副産物のアルコールを除去し，表面改質成分を
得た場合には，該表面改質成分は炭素系の被処理物に対
して，特に優れた効果を発揮する。ここに炭素系の被処
理物としては，活性炭素繊維，粒状活性炭，粉末活性炭
，脱臭用活性炭などがある。

【００１０】

【作用及び効果】本発明においては，従来用いられてる
表面改質剤を原料とし，これに水，アルコール水溶液，
エーテル水溶液などの反応物質を反応させ，表面改質成
分と副産物を生成させる。その後，反応液中より副産物
を除去し，表面改質成分を取得する。この表面改質成分
は，改質された表面改質剤として，表面処理に使用する
。このように本発明においては，表面処理時に生成する
副産物を，表面処理の前行程において上記反応を行い除
去している。そのため，表面処理の際には，上記副産物
が生成しない。それ故，被処理物の表面処理後において
，処理液の廃液中から副産物を除去する必要がない。 それ故，従来のごとく大がかりな廃液処理設備，大がか
りな乾燥設備を設ける必要がない。また，表面処理中に
おいて上記副産物が生成しないので，かかる副産物が被
処理物の表面に付着することもなく，表面改質剤と被処
理物との反応が阻害されない。したがって，本発明によ
れば，表面処理時に副産物の生成がなく，優れた表面処
理能力を有する表面改質成分を取得することができる，
表面改質剤の改質方法を提供することができる。

【００１１】

【実施例】

実施例１ 原料（表面改質剤）であるシランカップリング剤として
，γ−アミノプロピルトリエトキシシラン〔Ｈ２　ＮＣ
３　Ｈ６　Ｓｉ（ＯＣ２　Ｈ５　）３　〕（以下，γ−
ＡＰＴＳという）を用い，このものを本発明法を用いて
処理し，改質された表面改質剤を得た。その後，該表面
改質剤を用いて，比表面積が１２００ｍ２　／ｇの活性
炭素繊維を表面処理し，その効果を測定した。以下，こ
れを詳述する。まず，上記γ−ＡＰＴＳに反応物質とし
ての水を加えて加水分解反応を行い，不必要な副産物と
して多量のアルコールを生成させ，反応液中よりこのア
ルコールを除去した。

【００１２】その反応式を以下に示す。 Ｈ２　ＮＣ３　Ｈ６　Ｓｉ（ＯＣ２　Ｈ５　）３　＋３
Ｈ２　Ｏ→Ｈ２　ＮＣ３　Ｈ６　Ｓｉ（ＯＨ）３　＋３
Ｃ２　Ｈ５　ＯＨこのように，上記反応により，γ−Ａ
ＰＴＳ１モルから，副産物としてのエタノールが３モル
生成する。また，上記反応により，表面改質成分として
の上記Ｈ２　ＮＣ３　Ｈ６　Ｓｉ（ＯＨ）３　〔３−ア
ミノプロピルトリハイドロシランオリゴマー〕が得られ
る。

【００１３】上記の加水分解方法，及びアルコールの除
去は，次の方法により行った。まず，γ−ＡＰＴＳを水
で２〜２０倍に希釈して加水分解させ，エタノールを生
成させる。次に，図２に示すごとく，ロータリーエバポ
レーターの蒸留用丸底フラスコ１に上記の加水分解反応
液を入れて，加温（４０〜７０℃），減圧（１．０１３
×１０５　Ｐａ以下）の条件下でエタノールを蒸発させ
る。この場合，例えば加水分解反応液が５００ｍｌの場
合，約１時間で蒸留が完了する。なお，上記蒸留時には
，図２に示すごとく，回転する丸底フラスコ１内に原料
としてのシランカップリング剤と水を入れ，ヒータ１６
を設けた温水浴１５により，加熱する。そして，アルコ
ール３１を回収用フラスコ２５内に回収する。上記丸底
フラスコ１は，コンデンサ２，パイプ２６を介して真空
パイプ４に接続されている。コンデンサ２には，入口２
１から出口２２に向けて冷却水が導入されている。なお
，符号２３は回収用パイプである。これにより，目的と
する表面改質成分，即ち改質された表面改質剤が得られ
た。次に，上記蒸留処理により，生成アルコールがどの
程度除去できたかを，ＴＮ−ＴＯＣ計（全窒素，全炭素
分析装置）で測定した。その結果を表１に示す。

【００１４】

【表１】

【００１５】表１は，上記改質方法を４回行った場合を
それぞれ示している。いずれの場合も，高い副産物除去
率，即ち高いアルコール除去率を示している。次に，表
２に示すごとく，本発明にかかる上記脱アルコール処理
を行った表面改質剤（処理液Ｎｏ．１〜３）と，比較例
としての未処理表面改質剤（γ−ＡＰＴＳ，処理液Ｎｏ
．Ｃ１〜Ｃ３）を用い，上記活性炭素繊維をそれぞれ表
面処理した。上記表面処理は，各処理液５００ｍｌに活
性炭素繊維を３ｇ浸漬し，１Ｈｒ後に濾過することによ
り行った。廃水は，その濾液である。また，本発明にか
かる表面改質剤は，上記のごとくして得た表面改質成分
を５０％水溶液としたものである。そして，表面処理後
の廃水中に含まれるアルコール濃度を比較した。その結
果を表２に示す。同表には，表面処理前の処理液中，表
面処理後の処理液（廃水）中における窒素，炭素，アル
コールの各濃度を併示した。

【００１６】

【表２】

【００１７】表２より知られるごとく，廃水中のアルコ
ール濃度は，本発明にかかる表面改質剤（Ｎｏ．１〜３
）に関しては著しく低減（９５％以上）できることがわ
かる（Ｎｏ．Ｃ１〜Ｃ３とＮｏ．１〜３を比較）。また
，この効果のために，廃水中に含まれるＣＯＤ濃度も廃
水基準以下になり，従来必要であった大がかりな廃水設
備が不要になった。また，本発明による脱アルコール処
理により加水分解のアルコール成分が減少したため，表
面処理後に活性炭素繊維の表面に残留しているアルコー
ルを除去するための乾燥効率が著しく（２〜３倍）向上
した。また，表面処理中に副産物のアルコールが生成し
ないため，活性炭素繊維に対して優れた表面処理を施す
ことができた。次に，本発明による脱アルコール処理に
より，表面処理効率が向上した結果につき，表３を用い
て説明する。

【００１８】

【表３】

【００１９】表３から知られる様に，本発明にかかる脱
アルコール処理液（Ｎｏ．１〜３）を用いると，表面改
質成分である〔Ｈ２　ＮＣ３　Ｈ６　Ｓｉ（ＯＨ）３　
〕が被処理物である活性炭素繊維に担持される効率が向
上していることが確認できる。特に，被処理物に対する
表面改質成分濃度（同表のＡ％）が上がるほど担持効率
（同表のＢ％）は顕著に現れる。なお，同表のＢ（％）
は，表面改質成分が担持に使用された割合を示している
ので，その数字が高い程多くの表面改質成分が担持され
たことを示している。次に，上記表３で示した６種類の
処理液を用いて表面処理を行った活性炭素繊維につき，
その単成分ガス吸着性能につき，測定した。その結果を
表４に示す。

【００２０】

【表４】

【００２１】同表において，表面処理繊維Ｎｏ．Ｃ１１
〜Ｃ１３は前記の比較例処理液Ｃ１〜Ｃ３を用い，また
Ｎｏ．１１〜１３は前記本発明にかかる処理液１〜３を
用いて表面処理を行った活性炭素繊維を示している。ま
た，吸着性能の測定方法は，ガスクロマトグラフィー分
析によった。また，各ガスの初期濃度は硫化水素及びア
セトアルデヒドはそれぞれ１０００ｐｐｍ，トルエンは
９００ｐｐｍであった。また，活性炭素繊維は０．０５
ｇ用いた。また，同表の「除去率」は〔（初期濃度−１
時間後の濃度）／初期濃度〕×１００％で示す。

【００２２】同表より，酸性ガスの除去性能に関しては
，該酸性ガスと表面改質成分中のアミノ基とが反応して
，著しく優れた性能を示すことがわかる。また，本発明
の場合（Ｎｏ．１１〜１３）には，未処理表面改質剤を
使用した比較例の場合（Ｎｏ．Ｃ１１〜Ｃ１３）に比べ
て，処理液が低濃度でピークの吸着性能を示しているこ
とがわかる。したがって，活性炭素繊維において，同じ
脱臭性能を発揮させるためには，本発明にかかる脱アル
コール表面改質成分を用いれば，低濃度の処理液でよい
ことになる。

【００２３】実施例２ 実施例１で示した，ロータリエバポレータを用いた方法
よりも簡便な方法として，減圧を用いず，加熱のみでシ
ランカップリング剤の脱アルコールを行った。その６回
の改質方法における結果を表５に示す。原料の表面改質
剤としては，実施例１と同じものを用いた。また，加水
分解溶液としては，上記表面改質剤の濃度２０〜５０％
の水溶液とした。加熱温度は７０〜９０℃とした。脱ア
ルコール率は，表５に示すごとく約９１％であった。ま
た，これにより得られた，改質された表面改質剤につい
ても，実施例１と同様の表面処理効果が得られた。

【００２４】

【表５】

【００２５】実施例３ 原料のシランカップリング剤として（Ａ）γ−グリシド
キシプロピルトリメトキシシラン，（Ｂ）Ｎ−β（アミ
ノエチル）−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン，
（Ｃ）ジメチルトリメチル−シリルアミン，（Ｄ）Ｎ−
（β−アミノエチル）−γ−アミノプロピル−トリメト
キシシランを用いた。そして，実施例１又は実施例２と
同様にして，各シランカップリング剤につき脱アルコー
ル処理を行い，また表面処理を行った。いずれの場合も
実施例１と同様の効果が得られた。

【００２６】実施例４ 実施例１〜３により製造した表面改質成分を用い，実施
例１で示した活性炭素繊維に代えて，粒状活性炭，粉末
活性炭，及びゼオライト，シリカゲルなどの無機質物質
に，表面処理を行った。この場合も実施例１と同様の効
果が得られた。

【図面の簡単な説明】

【図１】シランカップリング剤を用いた場合の本発明の
説明図。

【図２】実施例における減圧蒸留の説明図。

【符号の説明】

１５．．．温水浴， ３．．．表面改質剤の水溶液， ３１．．．回収アルコール， ４．．．真空ポンプ，

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　表面改質剤に反応物質を添加して反応
   させ，この反応により生じた副産物を反応液中から除去
   し，表面改質成分を取得することを特徴とする表面改質
   剤の改質方法。