JP2003505569A - イオン交換膜の製造および調製に適した液体組成物 - Google Patents

イオン交換膜の製造および調製に適した液体組成物

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Abstract

(57)【要約】 官能基−SOM(Mは水素イオンまたはアルカリ金属イオン、EMが900以上)を有するパーフルオロ化コポリマーであるイオン交換コポリマーと、極性有機溶剤または極性有機溶剤と非極性有機溶剤を含む流体組成物であって、パーフルオロイオン交換コポリマーとして、その組成物は結晶度2〜10%、該当するイオン交換コポリマーの密度と、非イオン型の元のパーフルオロ化コポリマーの密度の比が0.9〜0.97のパーフルオロイオン交換コポリマーを含む。成分の割合は重量%でパーフルオロイオン交換コポリマー1〜35;極性有機溶剤、または極性有機溶剤と非極性有機溶剤の混合物65〜99である。この様な組成物は、塩素を有するアルカリ性電解質中、または燃料/ガス分離電池中の電解質水溶液中で使用されるイオン交換膜(IEM)の製造と修復に用いられる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 発明の目的 本発明は、官能基−SOM(MはH、Na、KまたはLi)を有するイオン
交換型パーフルオロ化コポリマー、および極性有機溶剤または有機溶剤の混合物
液体を基にする液体組成物(流体)に関する。この様な組成物は、アルカリ性電
解質水溶液、燃料とガスを分離する電池中で中で用いられるイオン交換膜(IE
M)の製造と調製用、および有機化合物合成のためのスーパーアシッド触媒に異
なった基質を含浸するために使用することができる。
【0002】 発明の背景 官能基−SO(Mは水素、1塩基アミン、アルカリ金属原子)を有するイオ
ン交換型パーフルオロ化コポリマーおよび極性溶剤を含む溶液は公知である(日
本特許番号13333.73、IPC25(1)C122.2、1973年4月
26日公開)。この組成物はテトラフルオロエチレン(TFE)とビニルエーテ
ルの加水分解コポリマーを含み、イオン交換型パーフルオロ化コポリマーとして
硫黄(SVE)を含み、例えば以下で現される: またはテトラフルオロエチレンとビニルエーテルのコポリマーは以下の式であり
、硫黄を含み、等量質量(EM)400−1000である: CF=CF−O−CF−CF−SO
【0003】 組成物は極性有機溶剤として、炭素数4以下の脂肪族アルコール(メタノール
、エタノール、イソプロパノール、n−プロパノール、n−、iso−およびt
ert−ブタノール)、フルオロアルコールH(CF)CHOH、置換アミ
ン(ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等)、セロソルブ、アセトン
その他から選ばれる溶剤を含む。
【0004】 この組成物はコポリマーを溶剤と、22〜170℃に加熱、振とうして混合す
ることにより得られる(日本特許番号13333.7には混合時間、可能な濃度
等は示されていない)。成分を混合すると、0.09〜30重量%のコポリマー
を含む組成物が得られる。この組成物を用いて、スプレーまたは含浸により電気
分解に用いられるIEMおよびバッテリーの分離フィルターを得ることができる
。組成物中のコポリマー含有量は、使用するコポリマーのEMに依存する。EM
値400〜860のコポリマーを用いた場合、30重量%のコポリマーを有する
組成物を得ることができ、EMが860〜1000のコポリマーを用いると0.
5〜1重量%のコポリマーを得ることができる。
【0005】 記載されている流体組成物の欠点は以下の通りである: 1.イオン交換コポリマーが組成物に低いEM値(1000以下)で用いられる
と、得られたフィルム(膜)の強度が特に高温で充分でない。従って、この様な
組成物から製造されたIEMは燃料電池(FC)、電解質水溶液または塩素を有
するアルカリ電解質中で長期間作動することができない。さらに、EM<100
0のコポリマーから製造されたIEMは、含浸で製造されても、ガスの選択性が
低く透過性が高いので塩素によるアルカリ加水分解に適していない。 2.比較的EM値が低い(860〜100)コポリマーが用いられる場合、組成
物を基材に塗布した後のフィルムの厚さが薄い(5〜6μm)ため、コポリマー
の含有率が低い(0.54〜1%)。従って、通常電気分解およびFC中で用い
られるIEMを製造する(厚さ150〜200μm)ためには、溶剤を除去し、
続いて凝固させながらフィルムを25〜30回塗布しなければならない。抵抗が
低いので、EM値が低い(860以下)コポリマーを含む組成物をフィルムまた
は繊維の形のIEM製造に用いることができるが、コポリマー含有率は30重量
%以上となる。
【0006】 イオン交換基に変換し得る部分を有するパーフルオロ化ポリマーと溶剤を含む
ポリマー組成物も公知である(URSS特許番号1769760、IPC C
08 L27/12、1992年10月15日公開)。パーフルオロ化ポリマー
として、この組成物はテトラフルオロエチレンと、 CF=CF−O−CF−CF−SOF (I) および CF=CF−O−CF−CF−COOCH (II) を含む群から選ばれたモノマーのコポリマーを0.3〜13.9重量%含む。
【0007】 テトラフルオロエチレンとモノマー(I)のコポリマーのEMは850〜11
60であり、テトラフルオロエチレンとモノマー(II)のコポリマーのEMは
755〜847である。言い換えると、組成物に用いられるコポリマーのEMは
755〜1160である。溶剤として、このコポリマーは99.7〜86.2重
量%の1,2−ジブロモテトラフルオロエチレン(DBTFE)を含む。
【0008】 該当するポリマー組成物は非イオン型(−SOFまたは−COOCH3を
有する)のパーフルオロ化コポリマーとDBTFEの大部分を実験室で水平グラ
インダーを有するパーカッションミル中、12時間混合して得られる。DBTF
Eの残りの部分を添加後、混合物をさらに3時間振とうする。得られた組成物は
DBTFE中の0.3〜13.8%分散液である。分散液をアルミニウムシート
に塗布し、次いで250〜303℃で凝固させることにより、組成物からIEM
が製造される。フィルムの必要な厚さが得られるまで、分散液をシートに2〜5
回塗布する。得られたフィルムは25%水酸化ナトリウムの水溶液により、90
℃で16時間加水分解し、非イオン交換基であるパーフルオロ化コポリマーの元
の基をイオン交換基に変換する。その後、加水分解フィルムを電解質セル中でI
EMとして用い、塩素とアルカリを得る。
【0009】 USSR特許番号1769760の組成物の欠点は以下の通りである: 1.組成物は非イオン基を有するコポリマーを含み、これらの基をイオン交換基
に変換するために形成したフィルムをさらに加水分解する必要があるので、該当
するポリマー組成物からIEMを直接得ることは不可能である。 2.ポリマー組成物は溶剤中のコポリマーの分散液であり、コポリマーの凝集に
は高温が必要であるので、フィルムまたは他の製品を得る場合、高温(約250
〜300℃)を使用する必要がある。 3.組成物は耐熱性のない材料、および医薬品工業または医薬でフィルターとし
て用いられる紙、カーボン、ポリエチレンその他等の化学的に不安定な材料を含
浸するために使用することができないので、組成物の応用分野が限られる。それ
らの材料は、凝集のための高温、および非イオン基を変換するに必要な90℃、
16時間の25%水酸化ナトリウムを用いる加水分解に耐えられない。
【0010】 必須の物性に関する該当する組成物に最も類似しているのは、官能基−SO M(Mは水素およびアルカリ金属イオン、EM1050〜1500)を有するイ
オン交換型パーフルオロ化コポリマーを含むUSSR特許番号1286108(
IPC C08 J 3/02、1987年1月23日公開)による流体組成
物である。イオン交換型パーフルオロ化コポリマーとして、組成物は例えばEM
1050〜1500の加水分解テトラフルオロエチレンとパーフルオライド(3
,6−ジオキシ−4−メチル−7−オクテンスルホニルフルオライド)(TFE
/PSEPVE)を含む。溶媒として、組成物は水、または20〜80重量%の
水と80〜20重量%の極性溶媒(メタノール、エタノール、n−ブタノールそ
の他)を含む。100mlの組成物中に0.2〜13gの希釈ポリマーが存在す
る。この様な組成物は、電気分解に用いられるIEMの製造と調製に用いられる
。組成物はイオン交換基を有するコポリマーを含むので、示された組成物からI
EMを直接得ることが可能である。
【0011】 このUSSR特許番号1286108の組成物の欠点は以下の通りである: 1.それから得られる製品−フィルムまたは繊維−の低抵抗、および組成物中に
使用されるイオン交換コポリマーの比較的低いEM(1050−1500)に関
連する応用分野の限界。この場合、120℃で形成された、EM1100を有す
るコポリマーに基づく流体組成物から製造されたフィルムの破壊強度は17.7
MPaである(USSR特許番号12861008の実施態様例3参照)。この
強度はトリエチルホスフェートをさらに注入(ポリマー質量の110%)して達
成されるが、それはコポリマーから得られたフィルム中でも維持される。得られ
た製品−フィルムまたは繊維−をIEMとして、例えばFC中、またはガス分離
の繊維として直接(さらに補強せずに)使用することはできない。コポリマーの
EMの比較的狭い範囲により、通常EM>1500のコポリマーが必要である、
効率のよい分布用の膜としてのこの様なフィルムを使用することは困難である。
さらに、この様な組成物を、EM>1500が必要であるガスの脱水素用の水素
検出材を得るために、またはその他の用途に使用できない。 2.組成物製造の複雑さは、成分を加圧下に高温(170〜250℃)で混合し
、上記温度で長時間(3〜18時間)加熱市、続いて溶媒で希釈する必要がある
ことに関係している。この製造の複雑さは、有機溶剤に対する溶解度が高くなく
、水にも溶けがたい、結晶化度と密度比が高いコポリマーに起因している。イオ
ン交換型コポリマーの密度比とは、イオン交換型コポリマーの密度と、イオン交
換基を持たない非イオン型の未加水分解コポリマーそのものの密度の比率である
。通常、パーフルオロサルファイド基を含むテトラフルオロエチレンとビニルエ
ーテルのコポリマー(TFE/OSEPVE)、例えばデュポン社の商品である
ナフィロン(Nafiron)は高い結晶性を有する(ACS Symposi
um Perfluorinated Ionomer Membrane、L
ake Buena Vista、Florida、1982、180、217
−248頁)。従って、コポリマーのEMが1100である場合、結晶化度は1
2%であり、EMが1200である場合は結晶化度は19%であり、EMが14
00である場合は結晶化度は20%である。J.Appl.Polym.Sci
.(V50,1445−1452頁、1993年)によれば、密度は0.993
および0.995である。
【0012】 発明の開示 該当する組成物が提供する技術成果は、本発明の組成物から得られる製品(フ
ィルム、繊維その他)の用途の拡張範囲である。さらに、使用したイオン交換型
コポリマーの物性と組成により、プロセス持続期間が短くなり、組成物を製造す
る温度が低くり、そのため生産プロセスが簡単になる。
【0013】 示された技術成果は官能基−SOM(Mは水素イオンまたはアルカリ金属の
イオン)を有するイオン交換型パーフルオロ化コポリマー(EMは900以上)
、極性有機溶剤および非極性有機溶剤を含む流体組成物であって、組成物は結晶
化度2〜10%、イオン交換型コポリマーの密度と非イオン交換型の元のパーフ
ルオロ化コポリマーの密度比が0.90〜0.97であるイオン交換型パーフル
オロ化コポリマーを含み、重量パーセントで成分の比率がイオン交換型パーフル
オロ化コポリマー1〜35、有機極性溶剤または極性有機溶剤と非極性有機溶剤
の混合物65〜99である流体組成物で達成される。
【0014】 イオン交換型パーフルオロ化コポリマーとして、等価質量1000〜2600
のテトラフルオロエチレンとパーフルオロサルファイド基を有するビニルエーテ
ルの加水分解コポリマーを含むか、テトラフルオロエチレンとパーフルオロサル
ファイド基を含むビニルエーテル、およびパーフルオロ−2−メチレン−4−メ
チル−1,3−ジオキサンおよびパーフルオロアルキルビニルエーテル(C
アルキル)を含む群から選ばれた第3のコモノマーの、等価質量1000〜
2600の加水分解コポリマーを含む。極性有機溶剤として、組成物はメタノー
ル、エタノール、イソプロパノール、n−プロパノール、イソブタノール、アセ
トン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、ジメチルホルムアミド、ジブチ
ルホルムアミド、ジメチルアセトアミドおよびジメチルスルフォキサイドを含む
群から選ばれた1種または複数の溶剤を含む。非極性有機溶剤として、組成物は
1,1,2−トリフルオロ−1,2−ジクロロエタン、1,1−ジフルオロ−1
,2−ジクロロエタン、1,1,2−トリフルオロトリクロロメタン、1,1,
1−トリクロロブロモエタン、1,1−ジフルオロ−1,2,2−トリクロロエ
タン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、ベンゼンまたはトルエンを含む群から選
ばれた1種または複数の溶剤を含む。
【0015】 流体組成物は質量比(1〜10):1で極性有機溶剤と非極性有機溶剤を含む
【0016】 本発明の著者らが行った研究では、先にに示した様に、官能基−SOM(M
はHまたはアルカリ金属)を有するイオン交換型加水分解パーフルオロ化コポリ
マーは極性有機溶剤、または極性および非極性溶剤中の溶解度に強い影響を有す
ることをが示されている。コポリマーの結晶化度が2〜10%である場合、コポ
リマーの構造はコポリマーの侵食を促進する有機溶剤の必要な拡散を与えるに最
適であることが観測された。結晶化度が10%以上に増加すると、高品位の組成
物を製造することが不可能であり、結晶化度が2%以下に減少すると、その組成
物に基づくフィルム、繊維および他の製品の物理−化学的性質が劣化する。
【0017】 比較的低密度比(イオン型のコポリマーの密度とその元の非イオン状態の同じ
コポリマーの密度との比率)0.90〜0.97のイオン交換型パーフルオロ化
コポリマーを用いると、本組成物の製造が可能になる。密度比が0.90以下で
0.97以上である場合、EM1000〜2600を有するイオン交換型加水分
解パーフルオロ化コポリマーの流体組成物を、所望の技術的成果で得ることは不
可能であることが見出された。その理由は、密度が0.97以上である場合、溶
剤の拡散が邪魔され、コポリマーの安定な溶液が生成しないからである。密度比
が0.90以下である場合、必要な結晶化度を有するフルオロコポリマーを得難
くなり、従ってコポリマーに必要な最適構造が達成されない。フィルムおよび繊
維に要求されるガス透過性等の、この様な組成物から得られる製品のいくつかの
重要な物性のために、この構造により水および有機溶剤の吸収および脱吸収が行
われることが重要である。
【0018】 結晶化度2〜10%、イオン交換コポリマーと元の未加水分解コポリマーの密
度比0.90〜0.97、従って溶剤の拡散を促進する構造を有するイオン交換
型パーフルオロ化コポリマーの使用は、EM1000〜2600を有するコポリ
マーの、濃度1〜35%の溶液(組成物)を3〜4時間で高温を用いずに製造し
易くする。溶剤の蒸留は必要ない。
【0019】 組成物に用いられるイオン交換型パーフルオロ化コポリマーの結晶化度を、非
イオン型の元のコポリマーの合成条件、第3のモノマーのコポリマー中への注入
、またはコポリマーを非イオン性からイオン交換型に変換する加水分解条件で制
御することができる。組成物を製造するために用いられるフルオロコポリマーの
密度比は、2つの方法で達成される。第1は、フルオロコポリマーを非イオン型
からイオン交換型に変換する時ののフルオロコポリマーの密度を制御することで
ある。
【0020】 該当する流体組成物中のイオン交換型パーフルオロ化コポリマーとして、テト
ラフルオロエチレンとパーフルオロスルフィド基を含むビニルエーテルとのコポ
リマー(TFE−SVE)が維持される。コポリマーのEMは1000〜260
0の範囲にあり、構造式は以下の通りである: m=64.9〜95.5モル n=4.4〜35.1モル M=H、Na、K又はLi。
【0021】 上記フルオロコポリマーの変形の第3のモノマーとして、パーフルオロ−2−
メチレン−4−メチル−1、3−ジオキサン、パーフルオロアルキルビニルエー
テル(アルキルがC〜C)を使用することができる。本発明の方法の以下の
実施例で、本発明の著者らによって合成された、以下の構造式を有するコポリマ
ーが使用された: EM1000のRTM SPL−1、 ここで、m=84.3モル% n=15.7モル%、 EM2600のRTM SPL−2、 ここで、m=95.5モル% n=4.5モル%、 EM1100のRTM SPL−3、 ここで、m=85.5モル% n=13.1モル% k=2.4モル%、 EM1070のRTM SPL−4 ここで、m=78.9モル% n=15.8モル% k=5.3モル% EM1600のRTM SPL−5 ここで、m=92.0モル% n=8.0モル%、 EM1200のRTM SPL−6、 ここで、m=78.5モル% n=13.1モル% k=8.4モル%、 EM1700のRTM SPL−7、 ここで、m=92.6モル% n=7.4モル%。
【0022】 該当する液体組成物は、イオン交換型パーフルオロ化コポリマーの粉末を単一
溶剤、数種の極性有機溶剤または単一溶剤または数種の極性溶剤と、非極性有機
溶剤(単一または複数)に拡販しながら溶解することで得られる。溶解温度は2
0〜90℃の範囲であり、コポリマーの組成とEM、および使用した溶剤の沸点
で決められる。スプレー、または使用した溶剤により室温から40〜80℃まで
の段階的な温度上昇で含浸することにより、製品が組成物から得られた。ガス分
離用の中空繊維が湿式成型により得られた。
【0023】 フッ素コポリマーの物性、およびそれから得られる溶液の物性を、以下の方法
で決定できる: 1.フッ素コポリマーの組成をパーキンエルマー(Perkin−Elmer)
1760スペクトロホトメーターを用いるIRスペクトロスコピーで測定した。 2.フッ素コポリマーのEMをRNS17552−72による方法で測定した。 3.結晶化度を低角度分散チャンバーCRM−1(KPM−1?)を用いる方法
で得た。 4.フッ素コポリマーの密度をRNS15130−69による方法で測定した。 5.組成物の粘度をRNS−9070−75Eにとる方法で測定した。 6.コポリマーから製造したフィルムの抵抗をRNS14236−81による方
法で測定した。
【0024】 発明を実施するための最良の形態 本発明を説明する実施例を以下に示す。実施例1 液体組成物を得るため、パーフルオロサルファイド基を含むビニル
エーテルSPL−2を有するイオン交換型TFAパーフルオロ化コポリマーを使
用した。コポリマーの結晶化度は10%、EMは3600であり、−SOH型
のイオン交換基を有し、該当する加水分解コポリマーと非加水分解コポリマーの
密度比(相対密度)は0.97であった。
【0025】 粒子サイズ500〜600の粉末である該当するコポリマー(SPL−2)4
gを、196gの極性有機溶剤−イソプロピルアルコール(iso−プロパノー
ル)−と共に、プロペラ攪拌機、温度計および倒置型冷凍機を有する500ml
のガラス丸底フラスコに入れた。その後、ミキサーを回転し、溶液を80℃に加
熱した。この温度で攪拌を4時間続けた。次いでフラスコを冷却し、得られた液
体組成物をフィルターで濾過した。組成物はコポリマー含量2重量%の溶液であ
る(2重量%のSPL−2および98重量%のイソプロパノール)。
【0026】 実施例2〜10、11〜12(分析) 実施例と同様な方法で液体組成物を製造したが、条件と組成物の構造は変えた
【0027】 表1に、コポリマーを溶解する条件(組成物の調製)と組成物の物性と共に、
実施例2〜10、および11〜12(分析)で得られた組成物の構造を示す。
【0028】 実施例13 実施例1により得られた、2重量%のSPL−2コポリマー及びEM2600
で98重量%のiso−プロパノールを有する組成物をAEM調製用の結合剤と
して用いた。
【0029】 0.9gのエレクトロ触媒−プラチナブラック(粒子サイズ0.04μm)を
0.03gの不活性伝導体−粒子サイズ0.001μmのカーボン−とガラス容
器中で混合した。次に実施例1による組成物の形のコポリマー0.07gを得ら
れた混合物、特にSPL−2の2%iso−プロパノール溶液に加えた。得られ
た粘性電極材料を空気乾燥したIEMの一方の表面に塗布し、EM1200、結
晶化度12%のSPL−2コポリマーから製造した厚さ200μmのフィルムを
得たが、電極材料を乾燥後、この厚さの層をこすって厚さを20μmとした。次
いで、得られたAEMを恒温器に入れ、以下の温度で段階的に処理した:20〜
22℃保温10分間、60℃で40分間、80℃で20分間。この後、IEMを
恒温器から取り出し室温に冷却、同様にして電極材料を他の面に塗布し、その後
再度恒温器に入れて同様に処理した。製造されたEAMを燃料電池中で以下の様
に分析した。ポリテトラフルオロエチレンの分散で含浸したカーボン材料(技術
条件−TU6−05−1246−81)をAEM電極層の両面に置き、圧縮した
。次いでカーボン電流コレクターをAEMの両面に塗布し、燃料電池中に設置し
た。試作AEMを80℃に保ち、水素ガスを陽極に圧力1atmで、酸素ガスを
陰極に圧力1atmで燃料電池に供給した。以下の成果が得られた: 素子電圧: 0.78〜0.80V 電流密度: 0.5A/cm
【0030】 この燃料電池は3000時間、安定に作動した。この後、プロセスを中断し、
AEMを電池から取り出した。AEMの目視検査では何らの変化も見られなかっ
た。
【0031】 実施例14 実施例2により得られた組成物を用いた。これはEM1000の12重量%の
SPL−1コポリマーと、88重量%のメチルエチルケトンを含み、4−メチル
−2−トリブチルフェノール合成用のスーパーアシッド触媒とした。
【0032】 シリカゲル粒子をブフナー漏斗中に置き、ブンゼンフラスコに繋いだ。その後
、フラスコを真空にし、液体組成物を連続的に漏斗に加え全ての粒子を覆うよう
にした。次いで溶剤を除去後、被覆層の厚みは5〜10μmとなる。真空を破り
、粒子を22℃で20分間、40℃で20分間乾燥する。SPL−1中の被覆溶
剤からスーパーアシッド触媒である粒子を取り出した後、それを150℃、50
分の4−メチル−2,6−ジトリブチルフェノールの脱アルキル化に使用した。
4−メチル−2,6−ジトリブチルフェノールの収率は86%であった。
【0033】 実施例15 実施例3により得られた組成物を使用した。これはEM1070の8重量%の
SPL−4コポリマーと92重量%のアセトンを含み、均一なフィルムのガス透
過膜が調製される。
【0034】 均一フィルムの膜を、該当する組成物をガラス上にスプレーして調製し、フィ
ルムの溶剤を除去後、この層の厚さは40μmとなる。組成物付きのガラスを恒
温器中に置き、温度を40分で22℃から40℃に徐々に上げて溶剤を蒸発除去
する(22℃10分、40℃30分)。フィルムをガラスから分離し、ガス分離
用の膜として使用する。初期ガス混合物(80容積%の弗化水素および20容積
%の1,1,2−トリクロロトリフルオロエチレン)を高圧容器に入れる。膜に
おける弗化水素の分圧は50kPaである。組成物の分析と、導入チャンバー内
のガス混合物の量の分析に基づいて得られた選択性係数は約1×10であり、
素子の生産性はガス混合物中の弗化水素濃度で0.251m/mである。
【0035】 実施例16 7重量%のEM1200のSPL−6と93重量%のイソプロパノールとベン
ゼンの混合物(マス比10:1)を含む、実施例9により得られた組成物を使用
し、イオン交換膜を均一フィルムとして製造した。
【0036】 組成物をガラス場にスプレーして均一フィルムとしての膜を得、溶剤除去後に
フィルムの厚さを200μmとする。組成物付きのガラスを恒温器に入れ、温度
を22℃10分、75℃40分で段階的に上げて溶剤を蒸発除去する。溶剤除去
後、膜(フィルム)の厚さは205μm、粘着摩擦抵抗は2.78×10Pa
であった。得られたフィルムをAEMを水性電極として製造した場合の膜として
使用した。
【0037】 0.91gのエレクトロ触媒−プラチナブラック(粒子サイズ0.06μm)
を0.04gの1.8%SPL−5コポリマー(EM920、結晶化度2%)溶
液と容器中で混合し、電極材料を製造した。得られた粘性電極材料を該当するI
EM表面に空気乾燥フィルムの形で塗布したが、組成物を層状にスプレーし、層
から溶媒除去後に電極材料にプラチナが1.2mg/cmで付加される様にし
た。次いで得られたAEMを恒温器に入れ、40℃15分、70℃40分で段階
的に温度を上げて処理した。この後、IEMを恒温器から取り出し室温に冷却、
同様にして他の表面に同じ電極材料を塗布し、その後、再度恒温器中に入れて同
様に処理する。製造したEAMを水性電極として分析した。両面に多孔性チタン
電流コレクターをEAMの両面に付け、得られたセットを湾曲プレートを利用し
て押し込み、容器内で蒸留水に浸し、0.5〜1A/cmの電流を90℃で1
時間負荷した。得られたIEMを滅菌水の電気分解用として電池に取り付けた。
電流密度は1A/cm、温度110℃でブロックの電圧は1.69Vであった
【0038】 実施例17 EM1700のSPL−7コポリマー6重量%とiso−プロパノールとヘプ
タンの混合液(質量比2:1)94重量%を含む、実施例10により得られた組
成物を使用し、空気中の湿度センサーの製造に用いた。
【0039】 ガラス表面に生成した層が厚さ40μm、寸法50×50cmとなる様に、組
成物をガラス表面にスプレーしてフィルムを得る。組成物付きのガラスを恒温器
に入れ、温度を22℃10分、70℃20分および80℃20分で徐々に上げて
溶剤を蒸発させた。この後、SLP−7フィルムが生成したガラスを、フィルム
の乾燥度が変化した場合に電気抵抗が変化する原理による作用する空気湿度に敏
感な素子として用いる。該当する湿度センサー付きの装置は20〜100%の範
囲で節度変化に応答する。
【0040】 実施例18 EM1600のSPL−5コポリマー10重量%と、90重量%で質量比1:
1のエタノールとジメチルホルムアミドを含む、実施例6により得られた組成物
を用い、ガス分離用の中空繊維を製造した。
【0041】 中空繊維を実験室規模のプラントで、80重量%の水と20重量%のエタノー
ルを含む浴中で湿式プロセスにより製造した。繊維の内径は80μm、壁の厚さ
は40μmであった。
【0042】 得られた中空繊維をガス分離装置に使用し、アンモニアと水素の混合物からア
ンモニアを分離した。
【0043】 50容積%のアンモニアと50容量%の水素でなるガス混合物を、水であらか
じめ湿らせた中空繊維に22℃、100kPaの圧力で導入した。混合物を形成
するガスの透過係数を、繊維の外側のガス組成物の分析に基づき計算した。アン
モニアで3.82×10−11モル.m/m、水素で1.99×10−15
ル.m/mであり、選択係数はアンモニアが1.92×10倍高かった。分
離後、混合ガスは99.8容量%のアンモニアと0.2容量%の水素を含んでい
た。
【0044】 クレームされた組成物は、プロトタイプと比較してイオン交換型パーフルオロ
化コポリマーをより大きい質量等量で含む。クレームされた組成物はEM105
0〜1500のコポリマーを含み、言い換えれば1100より大きい。さらに、
クレームされた組成物の製品は機械的強度がより高い。例えば、クレームされた
組成物の厚さ205μmの膜は27.8MPaの強度を有するが、プロトタイプ
組成物から得られた膜はわずか17.5MPaの強度を有する。
【0045】 クレームされた組成物のコポリマーの広い範囲のEM、およびそれから製造さ
れた製品(フィルムおよび繊維)の高い強度により、公知の組成物(類似のプロ
トタイプ組成物)と比較してクレームされた組成物のかなり広い分野の応用が可
能になる。クレームされた組成物のフィルム、繊維その他の製品を、何らの添加
物または補教材なしに得ることができる。それらは水溶液の加水分解、燃料電池
、ガス分離器、湿度センサー等に直接使用できる。
【0046】 さらに、EM1500以上のコポリマーを含むクレームされた組成物は、非特
異的成分を大量に含むガス混合物分離のためのガス分離用膜の製造に使用可能で
、それにより分離ガスを請う純度で提供し、またきわめて感度の高い空気湿度セ
ンサー製造にも応用され、密閉空間中の空気湿度をより正確に制御することがで
きる。
【0047】 クレームされた組成物を得るための方法は、プロトタイプによる組成物の製造
法よりかなり簡単である。クレームされた方法はより温和な条件−大気圧下で2
0〜95℃−で行われるが、プロトタイプの方法では170〜250℃でそれ自
体の圧力で行われる。さらに、クレームされた組成物は必要とする濃度の溶液の
形で一度に全てが得られるので、組成物の濃縮工程が省略される。その上、プロ
トタイプによる組成物の製造時間が2および6.5倍短縮される(3〜18時間
が1.5〜4時間)。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C08F 216/14 C08F 216/14 C08J 5/22 101 C08J 5/22 101 CEW CEW // H01M 8/02 H01M 8/02 P 8/10 8/10 (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,SD,SL,SZ,UG,ZW),E A(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU,TJ ,TM),AE,AL,AM,AT,AU,AZ,BA ,BB,BG,BR,BY,CA,CH,CN,CU, CZ,DE,DK,EE,ES,FI,GB,GD,G E,GH,GM,HR,HU,ID,IL,IN,IS ,JP,KE,KG,KP,KR,KZ,LC,LK, LR,LS,LT,LU,LV,MD,MG,MK,M N,MW,MX,NO,NZ,PL,PT,RO,RU ,SD,SE,SG,SI,SK,SL,TJ,TM, TR,TT,UA,UG,US,UZ,VN,YU,Z A,ZW (72)発明者 ティモティーフ・セルゲイ スペイン、エ−48950アスア−エランディ オ、パベリョン10番、エディフィシオ・エ ネクリ (72)発明者 ボブロワ・リュボフ スペイン、エ−48950アスア−エランディ オ、パベリョン10番、エディフィシオ・エ ネクリ (72)発明者 ウラディミール・ファティーフ スペイン、エ−48950アスア−エランディ オ、パベリョン10番、エディフィシオ・エ ネクリ Fターム(参考) 4D006 GA41 MA01 MA03 MA13 MC28X MC74X NA10 PA02 PB18 PB66 4F071 AA27C AA30C AA76C FA02 FA05 4J002 BD151 GD01 GD05 GQ00 HA05 4J100 AC26P AE38Q AE39R AU27R BA56 JA16 JA43 5H026 AA06 CX05 EE19 HH00 HH05

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 官能基−SOM(Mは水素イオンまたはアルカリ金属のイ
    オン)を有するイオン交換型パーフルオロ化コポリマー(EMは900以上)、
    極性有機溶剤および非極性有機溶剤を含む流体組成物であって、組成物は、結晶
    化度2〜10%であり且つ、イオン交換型コポリマーの密度と非イオン交換型の
    元のパーフルオロ化コポリマーとの密度比が0.90〜0.97であるイオン交
    換型パーフルオロ化コポリマーを含み、 成分比が、重量%で、 イオン交換型パーフルオロ化コポリマー1〜35と、 有機極性溶剤または極性有機溶剤と非極性有機溶剤の混合物65〜99と であることを特徴とする流体組成物。
  2. 【請求項2】 イオン交換型パーフルオロ化コポリマーとして、等価質量1
    000〜2600であってテトラフルオロエチレンとパーフルオロサルファイド
    基を有するビニルエーテルとの加水分解コポリマーを含むことを特徴とする請求
    項1に記載の組成物。
  3. 【請求項3】 イオン交換型パーフルオロ化コポリマーとして、テトラフル
    オロエチレンと、パーフルオロサルファイド基を含むビニルエーテルと、パーフ
    ルオロ−2−メチレン−4−メチル−1、3−ジオキサン及びパーフルオロアル
    キルビニルエーテル(C〜Cアルキル)を含む群から選ばれた第3のコモノ
    マーとの、等価質量1000〜2600の加水分解コポリマーを含むことを特徴
    とする請求項1に記載の組成物。
  4. 【請求項4】 極性有機溶剤として、メタノール、エタノール、イソプロパ
    ノール、n−プロパノール、イソブタノール、アセトン、メチルエチルケトン、
    シクロヘキサノン、ジメチルホルムアミド、ジブチルホルムアミド、ジメチルア
    セトアミド、およびジメチルスルフォキサイドを含む群から選ばれた1種以上の
    溶剤を含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の組成物。
  5. 【請求項5】 非極性有機溶剤として、1,1,2−トリフルオロ−1,2
    −ジクロロエタン、1,1−ジフルオロ−1,2−ジクロロエタン、1,1,2
    −トリフルオロトリクロロメタン、1,1,1−トリクロロブロモエタン、1,
    1−ジフルオロ−1,2,2−トリクロロエタン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタ
    ン、ベンゼンまたはトルエンを含む群から選ばれた1種または複数の溶剤を含む
    ことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の組成物。
  6. 【請求項6】 質量比(1〜10):1で極性有機溶剤と非極性有機溶剤を
    含む、独特な特性を有することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の流
    体組成物。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005529205A (ja) * 2002-06-07 2005-09-29 デイビッド・フューエル・セル・コンポーネンツ・ソシエダッド・リミターダ スルホニル官能基を含むパーフルオロスルホネートポリマーの製造方法
CN103283072A (zh) * 2010-12-20 2013-09-04 纳幕尔杜邦公司 用作燃料电池的一个或多个电极的离聚物和离子传导性组合物
CN109152981B (zh) * 2015-10-23 2021-12-31 膜技术研究股份有限公司 基于氟化和全氟化的聚合物的气体分离膜

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL160013C (nl) * 1968-11-26 1979-09-17 Du Pont Werkwijze ter bereiding van oplossingen van een sulfonyl- groepen bevattend fluorkoolstofpolymeer.
JPS5629685A (en) * 1979-08-14 1981-03-25 Asahi Glass Co Ltd Fluorine containing cation exchange membrane for electrolysis
US4453991A (en) * 1981-05-01 1984-06-12 E. I. Du Pont De Nemours And Company Process for making articles coated with a liquid composition of perfluorinated ion exchange resin
US4386987A (en) * 1981-06-26 1983-06-07 Diamond Shamrock Corporation Electrolytic cell membrane/SPE formation by solution coating

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8043763B2 (en) 2000-12-26 2011-10-25 Asahi Glass Company, Limited Solid polymer electrolyte material, liquid composition, solid polymer fuel cell and fluoropolymer
US8263710B2 (en) 2000-12-26 2012-09-11 Asahi Glass Company, Limited Solid polymer electrolyte material, liquid composition, solid polymer fuel cell and fluoropolymer
US8470943B2 (en) 2000-12-26 2013-06-25 Asahi Glass Company, Limited Solid polymer electrolyte material, liquid composition, solid polymer fuel cell and fluoropolymer

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