イオン交換樹脂の物理的性質

共同ゲルタイプのみ使用私交換樹脂についてマクロポーラス樹脂は透明または半透明の球状で、マクロポーラス樹脂は乳白色または不透明の球状です。色は黄色、白、赤褐色などです。高品質の樹脂は真球度が高く、ひび割れがなく、色が均一で、不純物がありません。

ゲル型イオン交換樹脂粒子サイズ（単位：んん）は通常 0.3～1.2 んん（50-16 メッシュに相当）で、有効粒子サイズ（d10）は 0.36～0.61 んん、均一係数（K）は 1.22～1.66 です。有効粒子サイズは、樹脂粒子の 10% が通過し、90% が保持されるふるいの開口部の直径です。均一係数は、粒子の 60% が通過するふるいの開口部の直径（d60）と（d90）の比で、K = d60/d90 です。均一係数は通常 1 より大きく、1 に近いほど粒子サイズの構成が均一です。樹脂粒子サイズは、交換速度、水流抵抗、および逆洗に大きな影響を与えます。粒子サイズが大きいと交換速度が遅くなり、交換容量が低下します。粒子サイズが小さいと水流抵抗が大きくなります。粒子径が不均一で、小さな粒子が大きな粒子の細孔に閉じ込められていると、水流抵抗が増加し、逆洗が妨げられます。そのため、粒子径は適切かつ均一に分散している必要があります。

密度（単位：g/cm³）。樹脂の密度は、一般的に、水和状態の湿潤見かけ密度（嵩密度）と湿潤真密度で表されます。

① 湿潤見かけ密度、単位：g/cm³。湿潤見かけ密度は、単位体積あたりに充填された湿潤樹脂の質量であり、交換容器に必要な樹脂量を計算する際に使用されます。湿潤見かけ密度 = 湿潤樹脂質量 / 湿潤樹脂嵩体積。市販されている様々な樹脂の湿潤見かけ密度は、約0.6～0.86 g/cm³です。|

② 湿潤真密度、単位：g/cm³。湿潤真密度は、樹脂粒子が水を吸収した後の密度です。湿潤真密度＝湿潤樹脂質量／湿潤樹脂粒子体積。上記の式における樹脂粒子体積には、粒子間の細孔体積は含まれないことに注意してください。湿潤真密度は通常1.04～1.3 g/cm³です。典型的には、陽イオン交換樹脂の場合は1.3 g/cm³、陰イオン交換樹脂の場合は1.10 g/cm³です。湿潤真密度は、樹脂層の逆洗強度を決定するために使用されます。さらに、混合樹脂層では、湿潤真密度は逆洗後の樹脂の層別化にも関係しています。陰イオン交換樹脂は軽く、逆洗後に上層に位置しますが、陽イオン交換樹脂は重く、逆洗後に下層に位置します。使用中、樹脂骨格内の基の脱落や鎖の切断により、樹脂の密度はわずかに低下します。

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ゲル型イオン交換樹脂の水分含有量（単位：％）。水分含有量は、樹脂が水中で完全に吸収・膨張した後の湿潤状態における水分の質量分率を指し、通常は約50％です。水分含有量は、主に樹脂の架橋度、活性基の種類と数、その他の要因によって決まります。架橋度が低いほど、樹脂の細孔は大きくなり、水分含有量は高くなります。

膨潤度（単位：％）。吸水性や変性などの条件変化によって引き起こされる樹脂の体積変化を膨潤といいます。膨潤は、活性基から遊離したイオンが水和して水和イオンを形成し、架橋網目構造を拡張することで発生します。乾燥樹脂が溶媒と接触した後の体積増加を絶対膨潤度と呼び、湿潤樹脂がイオン状態から別のイオン状態へと変化する際の体積変化を相対膨潤度、または遷移膨潤率と呼びます。絶対膨潤度＝（膨潤前の体積－膨潤後の体積）／膨潤前の体積。相対膨潤度（または遷移膨潤率）＝（遷移前の体積－遷移後の体積）／遷移前の体積。樹脂の架橋度が低いほど、活性基がイオン化しやすくなるため、交換容量が大きくなり、膨潤度も大きくなります。樹脂上の交換性イオンの水和半径が大きいほど、また水中の電解質濃度が低いほど、ゲル型イオン交換樹脂sの膨潤度。強酸性陽イオン交換樹脂と強塩基性陰イオン交換樹脂の異なるイオン形態における膨潤の順序は、陽イオン：H+ シーッ ナ+ シーッ NH4+ シーッ K+ シーッ 農業+、陰イオン：おお-シーッ HCO3- ≈ CO32-シーッ SO42-シーッ 塩素-です。スチレン系陽イオン交換樹脂のRNaからRH（RNA→RHと表記）への膨潤率は約5%～10%ですが、スチレン系陰イオン交換樹脂のRCIからROHへの膨潤率は約10%～20%です。アクリル系弱酸性陽イオン交換樹脂の膨潤率は非常に高く、ルウィークH→RweakNaで約60%～70%となります。すべての樹脂はある程度膨張するため、交換容器の設計にはスペースを確保する必要があります。変形膨張率の高い樹脂は、使用中に膨張と収縮を繰り返すことで経年劣化を起こしやすくなります。

多孔度と比表面積：現在使用されているD001x14-20シリーズ ゲル型イオン交換樹脂平均細孔径は10～15.4 ナノメートル、気孔率（単位樹脂粒子あたりの細孔容積）は0.09～0.21 mL/g、比表面積は16～36.4 m²/g（乾燥時）です。ゲル型樹脂の比表面積は1 m²/g未満です。

架橋度は、％で測定され、樹脂の製造に使用される架橋剤の割合を指します。たとえば、スチレン系樹脂は、スチレンをモノマーとして、ジビニルベンゼンを架橋剤として使用して重合されます。架橋度は、樹脂中のジビニルベンゼンの質量分率を指します。架橋度は多くの樹脂特性に影響を及ぼします。架橋度が高いほど、樹脂の機械的強度が高まり、水中での膨潤に対する耐性が低下します。架橋度の変化は、樹脂の交換容量、水分含有量、膨潤容量、機械的強度などの特性を変えることができます。水処理に使用されるイオン交換樹脂の架橋度は7％〜10％である必要があります。このとき、樹脂グリッドの平均細孔径は2〜4 mmです。機械的強度機械的強度は、樹脂が粒子の完全性を維持する能力を反映しています。樹脂は、使用中に衝撃、衝突、摩擦、膨潤を受けると破損します。そのため、樹脂は十分な強度を持ち、樹脂の年間損失は3％～7％未満である必要があります。耐熱性各種樹脂には一定の動作温度範囲があり、上限を超えると樹脂が熱分解します。0℃程度まで下がると樹脂中の水分が凍結し、粒子が破壊されます。樹脂の保管・使用温度は通常5～40℃に管理されます。（10）導電性乾燥した樹脂は導電性がありませんが、湿った樹脂は解離したイオンのために電気を伝導します。