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公開番号2025111775
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-30
出願番号2025076404,2021558820
出願日2025-05-01,2020-03-31
発明の名称水吸着を向上させるゼオライトを含有するポリマー組成物
出願人シーエスピーテクノロジーズ,インコーポレイティド,サントルナスィオナルドラルシェルシュスィアンティフィク,ユニヴェルシテドオートアルザス,Universite de Haute Alsace
代理人アクシス国際弁理士法人
主分類B01J 20/30 20060101AFI20250723BHJP(物理的または化学的方法または装置一般)
要約【課題】本発明は、概して、水、アンモニアおよび他の類似化合物の吸着のための向上した吸着容量を有する、ゼオライトおよびゼオライトを有するポリマー組成物に関する。本発明は、特に、アルミノケイ酸塩ゼオライト、および向上した水吸着特性を有するゼオライト混入ポリマー組成物を調製するための方法に関する。本発明はまた、ゼオライトを含有するポリマー組成物を組み込んだ、向上した水吸着特性を有する改善された包装材料にも関する。
【解決手段】収着が向上したポリマー組成物を作製するためのプロセスである。
【選択図】図7A
特許請求の範囲【請求項１】
収着が向上したポリマー組成物を作製するためのプロセスであって、
（ａ）粗アルミノケイ酸塩ゼオライトを提供するステップと、
（ｂ）前記粗ゼオライトを、一価、二価または三価カチオンを含む溶液で処理して、処理されたカチオン交換ゼオライトを形成するステップと、
（ｃ）任意選択的に、ステップ（ｂ）を１回以上繰り返すステップと、
（ｄ）前記処理されたカチオン交換ゼオライトを乾燥させて、乾燥カチオン交換ゼオライトを提供するステップであって、前記乾燥カチオン交換ゼオライトが、カチオン交換処理前の前記粗ゼオライトの水吸着容量よりも大きい水吸着容量を有する、ステップと、
（ｅ）任意選択的に、ステップ（ｂ）およびステップ（ｃ）を１回以上繰り返すステップと、
（ｆ）前記乾燥カチオン交換ゼオライトをベースポリマーに添加し、ブレンドするステップと、
（ｇ）前記粗ゼオライトよりも大きいゼオライト１グラム当たりの水吸着容量を有するポリマー組成物を形成するステップと、を含む、プロセス。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
前記ゼオライトが、補償カチオンを含有するアルミノケイ酸塩またはシリコアルミノリン酸塩であり、ナトリウム、マグネシウム、リチウム、カリウム、カルシウム、亜鉛、マンガンおよび鉄を含む群から選択される、請求項１に記載のプロセス。
【請求項３】
前記粗ゼオライトが、ＬＴＡ型またはＦＡＵ型ゼオライトである、請求項２に記載のプロセス。
【請求項４】
前記粗ゼオライトがナトリウムゼオライトであり、Ｍｇ
2+
、Ｌｉ
+
、Ｋ
+
、Ｃａ
2+
、Ｚｎ
2+
、Ｍｎ
2+
およびＦｅ
3+
カチオン、またはそれらの組み合わせを含む溶液で処理される、請求項３に記載のプロセス。
【請求項５】
前記ゼオライト溶液がＭｇＣｌ
2
またはＬｉＣｌを含む、請求項４に記載のプロセス。
【請求項６】
前記粗ゼオライトおよび前記ＭｇＣｌ
2
またはＬｉＣｌ溶液が、０．５ｇ／２０ｍＬ～２ｇ／２０ｍＬの比率である、請求項５に記載のプロセス。
【請求項７】
前記乾燥カチオン交換ゼオライトが、粉末形態で前記ベースポリマーに添加される、請求項１～６のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項８】
前記粗ゼオライトがナトリウムゼオライトであり、カチオン交換用の前記溶液がＭｇ
2+
カチオンおよびＬｉ
+
カチオンまたはそれらの組み合わせを含み、前記ポリマー組成物の前記水吸着容量が前記粗ナトリウムゼオライトの前記水吸着容量より少なくとも１％～３３％大きい、請求項１～７のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項９】
前記ゼオライトポリマー組成物が、水、アンモニア、窒素、もしくは酸素、またはそれらの組み合わせのうちの少なくとも１つの前記収着のために使用される、請求項１～８のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項１０】
前記ポリマー組成物内のゼオライトの濃度が、前記ポリマー組成物の総重量に対して１重量％～７４重量％の範囲である、請求項１～９のいずれか一項に記載のプロセス。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０２０年１月１４日に出願された「ＺＥＯＬＩＴＥＷＩＴＨＥＮＨＡＮＣＥＤＷＡＴＥＲＡＤＳＯＲＰＴＩＯＮ」と題された米国仮特許出願第６２／９６１，０２４号、２０２０年１月１４日に出願された「ＣＯＭＰＯＳＩＴＥＳＣＯＮＴＡＩＮＩＮＧＺＥＯＬＩＴＥＦＯＲＥＮＨＡＮＣＥＤＷＡＴＥＲＡＤＳＯＲＰＴＩＯＮ」と題された米国仮特許出願第６２／９６１，０３８号、および２０１９年４月１日に出願された「ＺＥＯＬＩＴＥＷＩＴＨＥＮＨＡＮＣＥＤＷＡＴＥＲＡＤＳＯＲＰＴＩＯＮ」と題された米国仮特許出願第６２／８２７，３３２号からの米国特許法第１１９条（ｅ）に基づく優先権を主張し、これらの３つの出願のすべての内容は、それら全体が参照により本明細書に組み込まれる。
続きを表示（約 2,400 文字）【０００２】
本発明は、概して、水、アンモニア、窒素および酸素の吸着のための向上した吸着容量を有する、ゼオライトおよびゼオライトを有するポリマー組成物に関する。本発明は、特に、アルミノケイ酸塩ゼオライト、および向上した水吸着特性を有するゼオライト混入ポリマー組成物を調製するための方法に関する。本発明はまた、ゼオライトを含有するポリマー組成物を組み込んだ、向上した水吸着特性を有する改善された包装材料にも関する。
【背景技術】
【０００３】
材料による水の吸着は、除湿器、吸着ヒートポンプ、様々な特殊包装などの水の捕捉および放出を必要とする多くの用途にとって重要である。この文脈で最も有望な吸着ヒートポンプ技術のうちの１つは、特定の条件下での水の蒸発および連続吸着に基づいている。天然ガス中の含水量は、パイプラインの閉塞に至る腐食および水和物の形成を引き起こす可能性があるため、吸着ヒートポンプでは重要な懸念事項である。
【０００４】
湿度の高い環境は、イエダニを繁殖させ、真菌および様々な有害な細菌の増殖に適した環境をもたらす。大気の相対湿度は健康に影響を及ぼす重要な要因である。湿気条件を制御し、有害な微生物のレベルを低下させるために、家庭および商業環境のための除湿材料が必要とされ続けている。
【０００５】
水分除去技術および水分管理包装に対する必要性は、加工食品、医薬品、および化粧品の品質および安全な保管を改善するためにも重要である。電子部品および弾薬などの湿気に敏感な材料の輸送および保管も、水分管理包装を必要とする。
【０００６】
環境の汚染除去および浄化の取り組みには、吸着技術の使用も必要とされ、世界中の工業プロセスの数および複雑性が増加するにつれて、そのようなクリーン技術への要求は増え続けている。したがって、湿度を制御するための需要が存在し続けており、新規および効果的な吸着材料を含む高効率吸着剤技術の開発が必要である。
【０００７】
ガス流から水蒸気を除去するために、固体または液体乾燥剤、膜、冷却、および超音速方法の使用を伴ういくつかの戦略が使用されてきた。最も効果的な戦略のうちの１つは、依然として気体混合物から水蒸気を除去するための効果的な特性を有する多孔質乾燥剤を組み込んだ固体多孔質床の使用である。様々な用途のために、ゼオライト、金属有機構造体、粘土、炭素系吸着剤、および有機ポリマーなどの様々な多孔質材料が探索されてきた。天然ガススイートニング、埋立地ガス回収、水素回収および精製、煙道ガスならびに空気分離などのガス分離のための高分子膜は、ポリマーマトリックス中に分散された無機多孔質および非多孔質材料を使用する最も重要な用途のうちの１つである。金属有機構造体（ＭＯＦ）、活性炭（ＡＣ）、メソポーラスシリカ（ＭＳ）、およびゼオライトなどの充填剤は、複合材料にある程度の吸着作用、浸透性および選択性を付与する（ｃｏｎｆｅｒ）ためにポリマー中に組み込まれてきた。
【０００８】
ゼオライトは、分子ふるいとして作用する化合物であり、それらの高い吸着特性ならびにそれらの熱的、化学的および機械的安定性のために広く使用される。ゼオライトはそれらの吸湿特性で知られている。ゼオライトは、溶液の乾燥、密閉空間の除湿だけでなく、洗浄プロセス後の織物の乾燥のため、および食器洗い機での食器用の乾燥部品としても使用される。米国特許第８，９０４，６６７号は、織物などの対象物のエネルギー改善乾燥のための吸着剤としてチタノ－アルミノ－リン酸塩を含む熱管理を有するゼオライト材料に基づく乾燥溶液およびその生成について教示している。吸着熱または冷却ポンプの最初のプロトタイプは、ゼオライト遊離粒子から製造された吸着床を使用した。ゼオライト系材料はまた、廃水中に存在する汚染カチオンを除去するために粉末形態でも使用される。ゼオライトの選択性は、大気中で微量レベルの揮発性有機化合物を吸着するその能力のために、臭気除去にも特に使用される。したがって、水除去のためのゼオライト系複合体は、大きな関心領域を提示している。
【０００９】
ゼオライトは、酸素共有ＳｉＯ４およびＡｌＯ４－四面体構造からなる三次元の開放アニオン骨格を有する結晶性アルミノケイ酸塩である。本質的にすべてのゼオライトはアルミノケイ酸塩であるが、あるものはより多くのアルミナを含有し、他のものはより多くのシリカを含有する。アルミナに富んだゼオライトは水などの極性分子へと引きつけられるが、シリカに富んだゼオライトは非極性分子とより良好に作用する。各ケイ素イオンは、４つの四面体酸素によって平衡したその＋４電荷を有し、したがって、シリカ四面体は、電気的に中性である。三価アルミニウムは４つの酸素アニオンに結合しているため、各アルミナ四面体は－１の残留電荷を有する。したがって、各アルミナ四面体は、電気的中性を維持するために、その微多孔性において骨格外カチオンからの＋１電荷を必要とする。
【００１０】
ナトリウムカチオンは、典型的には、その天然または合成形態でゼオライト構造内に存在する。ナトリウムイオンは、一価、二価または三価カチオンによって交換することができる。いくつかの研究では、Ｎａ＋、Ｋ＋、Ｌｉ＋、Ｍｇ２＋、Ｃａ２＋、Ｚｎ２＋、Ｍｎ２＋およびＦｅ３＋などのカチオンが、吸着質と吸着剤との間の親和性を増加させるか、またはゼオライトの分離特性を改変する際に果たす主な役割について議論されている。さらに、それらの骨格中に補償カチオンを含有するアルミノケイ酸ゼオライトは高い親水性を示し、特に水に対して強い親和性をそれらに与える低いＳｉ／Ａｌ比を有するものが知られている。
（【００１１】以降は省略されています）

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