JP2007014958A - Ion-exchange membrane - Google Patents

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憲二 福田
Toshio Aritomi
俊男 有冨
Hiroki Hirayama
浩喜 平山
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ion-exchange membrane for electrodialysis capable of suppressing organic pollution, and excellent in fundamental characteristics such as the membrane resistance and ion selectivity. <P>SOLUTION: In the ion-exchange film, an ion-exchange resin is filled in pores 2 of a microporous membrane 1 with micro-pores 2 being penetrated therein. On the surface of the membrane, the diameter of the micro-pores 2 is ≤ 5 μm, the area occupied by the micro-pores 2 is 3-60% of the entire surface, and the thickness of the membrane is 15-120 μm. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、微多孔性膜を母材とするイオン交換膜に関するものであり、より詳細には、厚みの薄い電気透析用のイオン交換膜に関するものである。   The present invention relates to an ion exchange membrane using a microporous membrane as a base material, and more particularly to an ion exchange membrane for electrodialysis having a small thickness.

一般に、食品、医薬品、農薬などの分野における有機物の合成工程では、塩類などを副生する場合が多い。かかる有機物に含まれる塩類を分離するために、イオン交換膜法電気透析によって被処理液を脱塩する場合、被処理液中の有機汚染物質、特に荷電を有する巨大分子(以下、巨大有機イオンという。)がイオン交換膜に付着して膜の性能を低下させる、所謂、膜の有機汚染という問題が生じる。   In general, in the process of synthesizing organic substances in fields such as foods, pharmaceuticals, and agricultural chemicals, salts and the like are often produced as by-products. In order to separate salts contained in such organic substances, when desalting the liquid to be treated by ion exchange membrane electrodialysis, organic contaminants in the liquid to be treated, particularly macromolecules having a charge (hereinafter referred to as giant organic ions). )) Adheres to the ion exchange membrane and degrades the performance of the membrane, so-called organic contamination of the membrane occurs.

従来、有機汚染を抑制するイオン交換膜として、膜内への巨大有機イオンの侵入を膜表層部で阻止するようにしたイオン交換膜と、巨大有機イオンが容易に膜透過するようにしたイオン交換膜が提案されている。   Conventionally, as ion exchange membranes that suppress organic contamination, ion exchange membranes that prevent the entry of giant organic ions into the membrane at the membrane surface layer, and ion exchanges that allow giant organic ions to easily permeate the membrane Membranes have been proposed.

上記巨大有機イオンの膜内への浸入を防止するようにしたイオン交換膜は、膜表面に中性、両性あるいはイオン交換基とは反対荷電の薄層を形成したものである。このイオン交換膜は、膜構造が緻密なもの程、また、巨大有機イオンの分子量が大きい程、その効果は顕著である。上記イオン交換膜の代表的なものとして、陰イオン交換基を有する樹脂膜の表層部に反対荷電のスルホン酸基を導入し有機陰イオンの膜内への浸入を抑制した陰イオン交換膜(特許文献1)等がある。   The ion exchange membrane that prevents the invasion of the giant organic ions into the membrane is a membrane in which a thin layer having a charge opposite to neutral, amphoteric or ion exchange groups is formed on the membrane surface. The effect of this ion exchange membrane becomes more remarkable as the membrane structure is denser and the molecular weight of the giant organic ions is larger. As a representative example of the above-mentioned ion exchange membrane, an anion exchange membrane in which sulfonic acid groups having opposite charges are introduced into the surface layer portion of a resin membrane having an anion exchange group to suppress the penetration of organic anions into the membrane (patents) Reference 1).

他方、巨大有機イオンの膜透過を容易にする方法は、膜構造をルーズにすることによって容易に達成される。
特公昭51−40556号公報
On the other hand, the method of facilitating the permeation of giant organic ions is easily achieved by loosening the membrane structure.
Japanese Patent Publication No.51-40556

しかし、上記巨大有機イオンの膜内への浸入を防止するようにしたイオン交換膜は、ある程度の耐有機汚染性を発揮することができるが、前記樹脂膜の表層部に設ける反対荷電層の形成により膜抵抗が著しく増大するという欠点を有していた。   However, the ion exchange membrane that prevents the invasion of the giant organic ions into the membrane can exhibit a certain degree of organic contamination resistance, but the formation of an oppositely charged layer provided on the surface layer portion of the resin membrane. As a result, the film resistance is remarkably increased.

また、巨大有機イオンの膜透過を容易にする方法は、必然的にイオン選択性が低下し、その結果、電気透析等における効率が低下するという問題があった。   In addition, the method of facilitating the permeation of giant organic ions inevitably has a problem in that the ion selectivity is inevitably lowered, and as a result, the efficiency in electrodialysis or the like is lowered.

従って、本発明の目的は、有機汚染を抑制し、かつ、膜抵抗やイオン選択性などの基礎特性に優れた電気透析用イオン交換膜を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide an ion exchange membrane for electrodialysis that suppresses organic contamination and is excellent in basic properties such as membrane resistance and ion selectivity.

本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた。その結果、微多孔性膜の空隙内にイオン交換樹脂が充填された薄膜のイオン交換膜は、膜抵抗やイオン選択性などの基礎特性を低下させることなく、優れた耐有機汚染性を発揮する電気透析用イオン交換膜として有用であることを見い出し、本発明を完成するに至った。   The inventors of the present invention have made extensive studies to achieve the above object. As a result, a thin ion exchange membrane with a microporous membrane filled with an ion exchange resin exhibits excellent organic contamination resistance without degrading basic properties such as membrane resistance and ion selectivity. It was found useful as an ion exchange membrane for electrodialysis, and the present invention was completed.

本発明によれば、微細な細孔が貫通している微多孔性膜の該細孔内にイオン交換樹脂が充填されて成るイオン交換膜であって、膜表面において、微細孔の細孔径が5μm以下であり、且つ、微細孔の占める面積が全面積の3〜60%であるとともに、15〜120μmの厚みを有していることを特徴とする電気透析用イオン交換膜が提供される。   According to the present invention, an ion exchange membrane is formed by filling an ion exchange resin into the pores of a microporous membrane through which fine pores pass, and the pore diameter of the micropores is on the membrane surface. There is provided an ion exchange membrane for electrodialysis characterized in that it is 5 μm or less and the area occupied by micropores is 3 to 60% of the total area and has a thickness of 15 to 120 μm.

本発明の電気透析用イオン交換膜においては、
(1)前記イオン交換樹脂がアニオン交換樹脂であること、
(2)前記微多孔性膜が、ポリオレフィンの延伸フィルムよりなること、
が好適である。
In the ion exchange membrane for electrodialysis of the present invention,
(1) The ion exchange resin is an anion exchange resin,
(2) The microporous membrane is made of a stretched polyolefin film,
Is preferred.

本発明の電気透析用イオン交換膜は、耐有機汚染性が高く、しかも膜厚が比較的薄いため、膜抵抗が小さく、長期間にわたって効率よく、安定に電気透析を行うことができる。特にアニオン交換膜を用いた場合には有機汚染が顕著であることが知られており、従って、本発明のイオン交換膜は、特にアニオン交換膜であることが好適である。   The ion exchange membrane for electrodialysis of the present invention has a high resistance to organic contamination and a relatively thin film thickness. Therefore, the membrane resistance is small, and electrodialysis can be performed efficiently and stably over a long period of time. In particular, it is known that organic contamination is remarkable when an anion exchange membrane is used. Therefore, the ion exchange membrane of the present invention is particularly preferably an anion exchange membrane.

図1は、本発明のイオン交換膜の代表的な態様を概念的に示す断面図であり、
図2は、本発明のイオン交換膜について、更に所定の処理を行って、イオン交換樹脂を、微多孔性膜表面より陥没した位置で露出させた状態を示す図である。
FIG. 1 is a sectional view conceptually showing a typical embodiment of the ion exchange membrane of the present invention.
FIG. 2 is a view showing a state where the ion exchange membrane of the present invention is further subjected to a predetermined treatment to expose the ion exchange resin at a position depressed from the surface of the microporous membrane.

本発明のイオン交換膜は、図1に示すように、イオン交換樹脂3が、微多孔性膜1を貫通している微細な細孔2内に充填されており、通常、このイオン交換樹脂3は、微多孔性膜1の全表面を覆うように存在している。一般に、このように、イオン交換樹脂が膜表面に露出しているイオン交換膜においては、該イオン交換基と反対荷電を有する巨大有機イオンとの間で静電的引力に起因する強い相互作用が発生し、膜表面に巨大有機イオンが吸着し易くなり、その結果、いわゆる有機汚染が起こって膜抵抗が急激に上昇するのであるが、本発明では、膜1に形成されている細孔が微細であり、しかも微細孔の占める面積が一定割合以下であるため、巨大有機イオンの膜内への侵入が有効に抑制され、後述する実施例に示されているように、高い耐有機汚染性を示す。   In the ion exchange membrane of the present invention, as shown in FIG. 1, the ion exchange resin 3 is filled in fine pores 2 penetrating the microporous membrane 1. Exists so as to cover the entire surface of the microporous membrane 1. In general, in an ion exchange membrane in which the ion exchange resin is exposed on the membrane surface as described above, there is a strong interaction due to electrostatic attraction between the ion exchange group and a giant organic ion having an opposite charge. It occurs, and the organic surface is easily adsorbed on the membrane surface. As a result, so-called organic contamination occurs and the membrane resistance rapidly increases. In the present invention, the pores formed in the membrane 1 are fine. In addition, since the area occupied by the micropores is less than a certain ratio, the invasion of giant organic ions into the film is effectively suppressed, and as shown in the examples described later, high organic contamination resistance is achieved. Show.

また、一般に、微多孔性膜1は、表層にのみ緻密な微細孔2を有しているものが多く、この場合、上記微多孔性膜1の表層部における微細孔2の空間部は、通常、内部の空隙より細い空間となっている。そして、これにイオン交換樹脂が充填されている従来のイオン交換樹脂の場合は、巨大有機イオンの侵入による上記空間の部分における膜抵抗の上昇が著しいが、本発明のイオン交換膜は、かかる部分に存在するイオン交換樹脂が少ないため、上記膜抵抗の急激な上昇も、防止できるものとも推定している。   In general, the microporous membrane 1 has many fine pores 2 only on the surface layer. In this case, the space portion of the micropores 2 in the surface layer portion of the microporous membrane 1 is usually The space is narrower than the internal gap. And in the case of the conventional ion exchange resin filled with the ion exchange resin, the increase in the membrane resistance in the space portion due to the invasion of giant organic ions is remarkable, but the ion exchange membrane of the present invention has such a portion. Since there is little ion exchange resin present in the membrane, it is estimated that the rapid increase in the membrane resistance can also be prevented.

また、本発明のイオン交換膜においては、図2に示されているように、上記の微多孔性膜1の少なくとも片面において、該微多孔性膜1の微細細孔2に充填されたイオン交換樹脂3が微多孔性膜表面4より陥没した位置において露出するように処理することもでき、このような処理により、耐有機汚染性をさらに向上させることができる。   Further, in the ion exchange membrane of the present invention, as shown in FIG. 2, at least one surface of the microporous membrane 1 is filled with the micropores 2 of the microporous membrane 1. It is also possible to treat the resin 3 so that it is exposed at a position recessed from the surface 4 of the microporous membrane, and the organic contamination resistance can be further improved by such treatment.

上記のような処理による発現機構は明らかでないが、該イオン交換樹脂3と微多孔性膜表面1の間にある、微細孔2の空間部(イオン交換樹脂3が存在していない部分)が巨大有機イオンの膜内への侵入を抑制する効果を持ち、イオン交換基と巨大有機イオン間の相互作用が弱まり巨大有機イオンが一層、膜表面に吸着しにくくなり、耐有機汚染性がさらに向上するものと推定される。   Although the expression mechanism by the above treatment is not clear, the space portion of the micropores 2 (portion where the ion exchange resin 3 does not exist) between the ion exchange resin 3 and the microporous membrane surface 1 is huge. It has the effect of suppressing the penetration of organic ions into the membrane, and the interaction between the ion exchange groups and the giant organic ions is weakened, making the giant organic ions more difficult to adsorb on the membrane surface and further improving the organic contamination resistance. Estimated.

また、図1(或いは図2)のような構造の前記特徴的構造を有する本発明のイオン交換膜は、耐有機汚染性を発現するために、イオン交換膜表面に反対荷電の層を設ける必要が無く、現在市販されているイオン交換膜に比して、極めて低抵抗のイオン交換膜となる。   Further, the ion exchange membrane of the present invention having the characteristic structure as shown in FIG. 1 (or FIG. 2) needs to be provided with an oppositely charged layer on the surface of the ion exchange membrane in order to exhibit organic contamination resistance. As a result, the ion exchange membrane has an extremely low resistance compared to the ion exchange membranes currently on the market.

特に、図2の構造のイオン交換膜では、上記微細孔2の空間部は、塩類などの小さなイオンに対しては移動の阻害層としては働かず、低抵抗である。そのため、該部分にイオン交換樹脂が存在する、従来の多孔性膜を母材としたイオン交換膜に対しても低い膜抵抗を示す。   In particular, in the ion exchange membrane having the structure shown in FIG. 2, the space portion of the micropore 2 does not work as a migration inhibition layer for small ions such as salts and has low resistance. Therefore, the membrane resistance is low even with respect to an ion exchange membrane using a conventional porous membrane as a base material in which an ion exchange resin is present in the portion.

更に、本発明のイオン交換膜は、巨大有機イオンの侵入を防止することで有機汚染を防いでいるため、前記したイオン交換樹脂部をルーズにする必要も無く、その結果、良好なイオン選択性を示す。   Furthermore, since the ion exchange membrane of the present invention prevents organic contamination by preventing the invasion of giant organic ions, there is no need to loosen the above-mentioned ion exchange resin part, and as a result, good ion selectivity. Indicates.

以上のように、本発明のイオン交換膜は、膜抵抗が低く、イオン選択性にも優れた、理想的な特性を発揮する。   As described above, the ion exchange membrane of the present invention exhibits ideal characteristics with low membrane resistance and excellent ion selectivity.

本発明のイオン交換膜において、表面に存在する上記微細孔2の孔径(最大孔径)は、膜1の表面において、5μm以下、特に1μm以下であることが、上述した耐有機汚染性を確保する上で必要である。また、膜1の表面部分における微細孔2の平均孔径は、0.005〜4μm、特に、0.01〜0.8μmが好ましい。即ち、対象となる有機汚染物質の種類にも依存するが、イオン交換膜表面に存在する微細孔の最大径が5μmより大きい場合、更には、微細孔の平均孔径が4μmを超える場合、有機汚染物質が容易にイオン交換樹脂の内部に侵入し易くなり、耐有機汚染性が低下する。一方、微細孔2の平均孔径が0.005μmより小さい場合、膜抵抗が高くなり好ましくない。   In the ion exchange membrane of the present invention, the pore diameter (maximum pore diameter) of the micropores 2 existing on the surface is 5 μm or less, particularly 1 μm or less on the surface of the membrane 1 to ensure the above-mentioned organic contamination resistance. Needed above. Moreover, the average pore diameter of the micropores 2 in the surface portion of the membrane 1 is preferably 0.005 to 4 μm, particularly preferably 0.01 to 0.8 μm. That is, depending on the type of organic pollutant to be used, when the maximum diameter of the micropores existing on the surface of the ion exchange membrane is larger than 5 μm, and further when the average pore diameter of the micropores exceeds 4 μm, the organic contamination Substances easily penetrate into the ion exchange resin, and the organic contamination resistance is reduced. On the other hand, when the average pore diameter of the micropores 2 is smaller than 0.005 μm, the membrane resistance increases, which is not preferable.

また、イオン交換膜表面における微細孔2の面積占有率は、3〜60%、特に、20〜50%である。即ち、該面積占有率が60%を超える場合には、膜の機械的強度が低下する傾向にあり、逆に3%より小さい場合には、膜抵抗の上昇を招く。   Further, the area occupation ratio of the micropores 2 on the surface of the ion exchange membrane is 3 to 60%, particularly 20 to 50%. That is, when the area occupancy exceeds 60%, the mechanical strength of the film tends to decrease. Conversely, when the area occupancy is less than 3%, the film resistance increases.

尚、上記微細孔の面積占有率は、孔径0.003μm以上の孔を対象として測定した値である。   The area occupancy ratio of the fine holes is a value measured for holes having a hole diameter of 0.003 μm or more.

更に、膜1の微細孔2の形状は、特に制限されるものではなく、任意の形状を採り得る。通常、該形状は母材である微多孔性膜の製造方法によって決定され、円状、楕円状、正方状、菱形状、その他不定形状の形状を採る。   Furthermore, the shape of the micropore 2 of the membrane 1 is not particularly limited, and any shape can be adopted. Usually, the shape is determined by a method for producing a microporous membrane as a base material, and takes a circular shape, an elliptical shape, a square shape, a rhombus shape, or any other irregular shape.

尚、本発明において、円状以外の前記微細孔の径は、円相当径として示したものである。   In the present invention, the diameters of the fine holes other than circular are shown as equivalent circle diameters.

また、本発明において、所定の陥没処理を行って図2に示すよう構造としたイオン交換膜では、微多孔性膜表面4からイオン交換樹脂3の露出面までの陥没深度Aは特に制限されない。しかし、効果的な耐有機汚染性と低い膜抵抗をイオン交換膜に付与する上で、かかる陥没深度は、その平均値(以下、単に陥没深度ともいう)が0.01μm〜10μm、特に0.03μm〜5μmの範囲であることが好ましい。即ち、上記陥没深度Aが0.01μmより浅い場合、有機汚染物質の吸着抑制効果が低下し、耐有機汚染性のさらなる向上を得ることが困難となる。また、陥没深度Aが10μmより深い場合、耐汚染防止効果が頭打ちとなる。また、イオン交換樹脂3の充填層が結果的に薄くなりイオン選択性の低下を招く場合がある。   In the present invention, the depth A of depression from the microporous membrane surface 4 to the exposed surface of the ion exchange resin 3 is not particularly limited in the ion exchange membrane having a structure shown in FIG. However, in order to impart effective organic contamination resistance and low membrane resistance to the ion exchange membrane, the depression depth is 0.01 μm to 10 μm, particularly 0. It is preferably in the range of 03 μm to 5 μm. That is, when the depression depth A is shallower than 0.01 μm, the effect of suppressing the adsorption of organic contaminants is reduced, and it is difficult to further improve the organic contamination resistance. Further, when the depression depth A is deeper than 10 μm, the anti-contamination effect reaches its peak. In addition, the packed bed of the ion exchange resin 3 may become thin as a result, resulting in a decrease in ion selectivity.

また、本発明のイオン交換膜の膜抵抗は、3モル/l濃度の硫酸中、25℃において測定される膜抵抗を膜厚10μm当たりに換算した値で、0.01〜0.4Ω・cmの範囲にあることが好ましい。 The membrane resistance of the ion exchange membrane of the present invention is a value obtained by converting the membrane resistance measured at 25 ° C. in 3 mol / l sulfuric acid at 25 ° C. per 10 μm thickness, and is 0.01 to 0.4 Ω · cm. A range of 2 is preferable.

上記イオン交換膜の膜抵抗は、母材である微多孔性膜に充填されるイオン交換樹脂の種類によって多少異なるが、主として、後記の微多孔性膜の空隙率、微細孔の孔径、微細孔の占める面積等によって殆ど決定されるため、これらの条件を適宜調節して任意の膜抵抗に調節することができる。   The membrane resistance of the ion exchange membrane is somewhat different depending on the type of ion exchange resin filled in the microporous membrane as a base material, but mainly the porosity of the microporous membrane described later, the pore diameter of the micropores, and the micropores Therefore, the film resistance can be adjusted to an arbitrary film resistance by appropriately adjusting these conditions.

また、本発明のイオン交換膜の厚みは、全厚みにおける膜抵抗を低下させると共に必要な機械的強度を付与するという観点から、15〜120μmの範囲とすべきであり、これにより、電気透析を効率よく、長期間にわたって安定に実行することができる。   In addition, the thickness of the ion exchange membrane of the present invention should be in the range of 15 to 120 μm from the viewpoint of reducing the membrane resistance in the total thickness and imparting the necessary mechanical strength. It can be executed efficiently and stably over a long period of time.

尚、図2に示すような構造として本発明のイオン交換膜を使用する場合には、微細孔2を除く微多孔性膜1の表面4には、実質的にイオン交換樹脂が存在しないことが好ましい。即ち、微多孔性膜表面4にイオン交換樹脂が存在する場合、該表面のイオン交換樹脂3に吸着堆積した巨大有機イオンが陥没部位の周縁部から内部に向かってせり出し、その結果、膜抵抗が上昇し、陥没による効果が低減するおそれがある。   When the ion exchange membrane of the present invention is used as a structure as shown in FIG. 2, the surface 4 of the microporous membrane 1 excluding the micropores 2 may be substantially free of ion exchange resin. preferable. That is, when an ion exchange resin is present on the surface 4 of the microporous membrane, the giant organic ions adsorbed and deposited on the ion exchange resin 3 on the surface protrude from the peripheral portion of the depressed portion toward the inside, and as a result, the membrane resistance is reduced. There is a risk that the effect of depression will be reduced.

尚、上記のように、微多孔性膜表面4にイオン交換樹脂3が存在しない場合、イオン交換膜の厚みは、実質的に微多孔性膜1の厚みとなる。   As described above, when the ion exchange resin 3 is not present on the microporous membrane surface 4, the thickness of the ion exchange membrane is substantially the thickness of the microporous membrane 1.

本発明のイオン交換膜における微多孔性膜1としては、一般に、熱可塑性樹脂よりなり、表裏を連通する微細孔2が前述した孔径及び面積比率で存在しているものが使用される。   As the microporous membrane 1 in the ion exchange membrane of the present invention, generally used is one made of a thermoplastic resin and having the micropores 2 communicating with the front and back surfaces in the aforementioned pore diameter and area ratio.

上記熱可塑性樹脂としては、実質的にイオン交換基を持たないものが好適であり、例えば、ポリ塩化ビニル、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、塩化ビニル−塩化ビニリデン共重合体、塩化ビニル−オレフィン重合体等の塩化ビニル系樹脂;ポリテトラフルオロエチレン、ポリトリフルオロエチレン、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリ(テトラフルオロエチレンーヘキサフルオロプロピレン)、ポリ(テトラフルオロエチレン−ペルフルオロアルキルエーテル)等のフッ素系樹脂;ナイロン6、ナイロン66等のポリアミド樹脂等からなるものが、制限無く使用される。機械的強度、化学的安定性、耐薬品性に優れていることから、ポリオレフィン樹脂を用いるのが特に好ましい。ポリオレフィン樹脂としては、エチレン、プロピレン、1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、3−メチル−1−ブテン、4−メチル−1−ペンテン、5−メチル−1−ヘプテン等のα−オレフィンの単独重合体又は共重合体が挙げられる。このうち、本発明では、ポリエチレン、ポリプロピレンが好ましく、特にポリエチレンが好ましい。   As the thermoplastic resin, those having substantially no ion exchange group are suitable. For example, polyvinyl chloride, vinyl chloride-vinyl acetate copolymer, vinyl chloride-vinylidene chloride copolymer, vinyl chloride-olefin. Polymers and other vinyl chloride resins; fluorine systems such as polytetrafluoroethylene, polytrifluoroethylene, polychlorotrifluoroethylene, poly (tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene), poly (tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl ether) Resin; What consists of polyamide resin, such as nylon 6 and nylon 66, is used without a restriction | limiting. It is particularly preferable to use a polyolefin resin because of its excellent mechanical strength, chemical stability, and chemical resistance. Examples of the polyolefin resin include α-olefins such as ethylene, propylene, 1-butene, 1-pentene, 1-hexene, 3-methyl-1-butene, 4-methyl-1-pentene, and 5-methyl-1-heptene. A homopolymer or a copolymer is mentioned. Among these, in the present invention, polyethylene and polypropylene are preferable, and polyethylene is particularly preferable.

前記イオン交換膜表面に存在する微細孔2の孔径、微細孔2の占める面積等は、母材である微多孔性膜1の性状によって殆ど決定されるので、その性状は、微細孔2の孔径、微細孔2の面積占有率が前述した範囲内となるように選択されるべきである。   The pore diameter of the micropores 2 existing on the surface of the ion exchange membrane, the area occupied by the micropores 2 and the like are almost determined by the properties of the microporous membrane 1 as a base material, and the properties are the pore diameters of the micropores 2. The area occupancy of the micropores 2 should be selected so as to be within the above-described range.

尚、上記微多孔性膜表面における特性は、通気度に主として反映されるが、かかる通気度としては、20〜1500秒/100ml、好ましい範囲で100〜1000秒/100mlとなる。   The characteristics on the surface of the microporous membrane are mainly reflected in the air permeability. The air permeability is 20 to 1500 seconds / 100 ml, and preferably 100 to 1000 seconds / 100 ml.

また、微多孔性膜1は、前記好適な膜抵抗を達成するために、その空隙率が20〜90%、好適には30〜70%のものが好適に使用される。即ち、上記空隙率が20%未満の場合、膜の空隙内にイオン交換樹脂を十分充填することが容易ではなく、更に、単位容積あたりのイオン交換樹脂量が少なくなり十分なイオン交換能が発揮されず、その結果、膜抵抗が高くなる。一方90%を超えると単位容積あたりのイオン交換樹脂量が多くなり、実用に供した場合、イオン交換樹脂の膨潤収縮によって、寸法安定性を欠き機械的強度も低下するため、好ましくない。上記空隙率は、独立気泡を除いたもので、後記の延伸法による製造方法によって得られる微多孔性膜は殆ど独立気泡は存在しない。   The microporous membrane 1 is preferably used with a porosity of 20 to 90%, preferably 30 to 70%, in order to achieve the above-mentioned suitable membrane resistance. That is, when the porosity is less than 20%, it is not easy to sufficiently fill the pores of the membrane with ion exchange resin, and furthermore, the amount of ion exchange resin per unit volume is reduced and sufficient ion exchange performance is exhibited. As a result, the film resistance increases. On the other hand, if it exceeds 90%, the amount of ion exchange resin per unit volume increases, and when used practically, the ion exchange resin swells and shrinks, so that dimensional stability is lost and mechanical strength is also lowered. The porosity is obtained by excluding the closed cells, and the microporous film obtained by the production method based on the stretching method described later has almost no closed cells.

本発明において、上述した微多孔性膜1は、いわゆる延伸法によって製造される。具体的には、熱可塑性樹脂、好ましくは、結晶性を有する熱可塑性樹脂に対して、延伸後に除去が可能な添加剤を分散せしめ、これを一軸又は二軸に、該熱可塑性樹脂の融点以下に加熱しながら延伸した後、上記添加剤を除去することにより製造される。   In the present invention, the microporous membrane 1 described above is manufactured by a so-called stretching method. Specifically, an additive that can be removed after stretching is dispersed in a thermoplastic resin, preferably a thermoplastic resin having crystallinity, and this is uniaxially or biaxially below the melting point of the thermoplastic resin. It is manufactured by removing the additive after stretching while heating.

上記添加剤としては、パラフィン、無機粉体等の公知の添加剤が挙げられ、延伸後の添加剤の除去は、溶剤による抽出、酸による溶解等によって実施される。   Examples of the additive include known additives such as paraffin and inorganic powder. Removal of the additive after stretching is performed by extraction with a solvent, dissolution with an acid, or the like.

このような延伸法により製造される微多孔性膜1は、表層に厚み約0.01〜2μm、一般には、0.3〜1.5μmのスキン層を形成し易く、図1に概念的に示したように、表面に微細な細孔を有しながら、内部に存在する比較的大きな空洞部により適度に大きい空隙率が達成される。   The microporous membrane 1 produced by such a stretching method can easily form a skin layer having a thickness of about 0.01 to 2 μm, generally 0.3 to 1.5 μm on the surface layer. As shown, a reasonably large porosity is achieved by the relatively large cavity existing inside, while having fine pores on the surface.

従って、上記微多孔性膜1を本発明のイオン交換膜の母材として使用することにより、表面の微細孔による耐汚染防止効果が達成される。また、該スキン層の厚みの近傍となるように、充填されたイオン交換樹脂の露出面の陥没深度を調節することによって、上記スキン層における微細孔部分の抵抗を無くし、一層低抵抗のイオン交換膜を実現することが可能である。   Therefore, by using the microporous membrane 1 as a base material of the ion exchange membrane of the present invention, the effect of preventing contamination due to micropores on the surface is achieved. Further, by adjusting the depression depth of the exposed surface of the filled ion exchange resin so as to be in the vicinity of the thickness of the skin layer, the resistance of the micropores in the skin layer is eliminated, and the ion exchange is further reduced in resistance. It is possible to realize a membrane.

本発明において、微多孔性膜1の空隙内に充填されるイオン交換樹脂3は、それ自体公知のものであり、例えば、炭化水素系又はフッ素系の材質より成り、陽イオン交換機能及び/又は陰イオン交換能を有する樹脂である。   In the present invention, the ion exchange resin 3 filled in the voids of the microporous membrane 1 is known per se, and is made of, for example, a hydrocarbon or fluorine material, and has a cation exchange function and / or It is a resin having anion exchange ability.

上記炭化水素系の材質としては、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂等が、また、フッ素系の材質としては、パーフロオロカーボン系樹脂等が挙げられる。   Examples of the hydrocarbon material include styrene resins and acrylic resins, and examples of the fluorine material include perfluorocarbon resins.

また、イオン交換能は、イオン交換基の存在により発現するが、かかるイオン交換基としては、水溶液中で負又は正の電荷となり得る官能基なら特に制限されるものではない。   The ion exchange ability is expressed by the presence of an ion exchange group, and the ion exchange group is not particularly limited as long as it is a functional group that can be negatively or positively charged in an aqueous solution.

具体的には、陽イオン交換基の場合には、スルホン酸基、カルボン酸基、ホスホン酸基等が挙げられ、一般的に、強酸性基であるスルホン酸基が好適に用いられる。   Specifically, in the case of a cation exchange group, a sulfonic acid group, a carboxylic acid group, a phosphonic acid group and the like can be mentioned, and in general, a sulfonic acid group which is a strongly acidic group is preferably used.

また、陰イオン交換基の場合には、1〜3級アミノ基、4級アンモニウム基、ピリジル基、イミダゾール基、4級ピリジニウム基等が挙げられ、一般的に、強塩基性基である4級アンモニウム基や4級ピリジニウム基が好適に用いられる。   Moreover, in the case of an anion exchange group, a quaternary amino group, a quaternary ammonium group, a pyridyl group, an imidazole group, a quaternary pyridinium group, etc. are mentioned, and generally a quaternary which is a strongly basic group. An ammonium group or a quaternary pyridinium group is preferably used.

本発明のイオン交換膜の製造方法は、特に制限されないが、代表的な製造方法を例示すれば、下記の方法が挙げられる。   Although the manufacturing method of the ion exchange membrane of this invention is not restrict | limited in particular, If the typical manufacturing method is illustrated, the following method will be mentioned.

即ち、微多孔性膜1の空隙内に、イオン交換基を有する単量体、架橋性単量体、および重合開始剤を含有する単量体組成物を含浸せしめた後、該単量体組成物を重合せしめてイオン交換樹脂を生成することにより、図1に示す構造の本発明のイオン交換膜を得ることができる。また、前記単量体として、イオン交換基導入可能な官能基を用いた場合には、上記と同様にして重合を行ってイオン交換樹脂前駆体を生成し、この前駆体にイオン交換基を導入することにより、図1の構造のイオン交換膜を得ることができる。   That is, after impregnating the monomer composition containing a monomer having an ion exchange group, a crosslinkable monomer, and a polymerization initiator in the voids of the microporous membrane 1, the monomer composition By polymerizing the product to produce an ion exchange resin, the ion exchange membrane of the present invention having the structure shown in FIG. 1 can be obtained. When a functional group capable of introducing an ion exchange group is used as the monomer, an ion exchange resin precursor is produced by polymerization in the same manner as described above, and the ion exchange group is introduced into the precursor. By doing so, an ion exchange membrane having the structure of FIG. 1 can be obtained.

また、上記のようにしてイオン交換樹脂或いはイオン交換樹脂前駆体を生成した後、さらに、微細孔2内の微多孔性膜表面近傍に存在するイオン交換樹脂3又はイオン交換樹脂前駆体を除去することにより図2に示す構造のイオン交換膜を得ることができる。   Moreover, after producing | generating an ion exchange resin or an ion exchange resin precursor as mentioned above, the ion exchange resin 3 or the ion exchange resin precursor which exists in the microporous 2 vicinity in the micropore 2 vicinity is further removed. Thus, an ion exchange membrane having the structure shown in FIG. 2 can be obtained.

上記単量体組成物は、分子量が低いため微多孔性膜の空隙に充填しやすく、また、その硬化物であるイオン交換樹脂は、空隙に隙間なく高い密度で生成することとなる。   Since the monomer composition has a low molecular weight, it can be easily filled in the voids of the microporous membrane, and the ion exchange resin, which is a cured product thereof, is generated at a high density without any gaps in the voids.

イオン交換基が導入可能な官能基を有する単量体又はイオン交換基を有する単量体としては、従来公知であるイオン交換樹脂の製造において用いられている炭化水素系単量体が特に限定されずに使用される。具体的には、陽イオン交換基が導入可能な官能基を有する単量体としては、スチレン、ビニルトルエン、ビニルキシレン、α−メチルスチレン、ビニルナフタレン、α−ハロゲン化スチレン類等が挙げられる。また、陽イオン交換基を有する単量体としては、α−ハロゲン化ビニルスルホン酸、スチレンスルホン酸、ビニルスルホン酸等のスルホン酸系単量体、メタクリル酸、アクリル酸、無水マレイン酸等のカルボン酸系単量体、ビニルリン酸等のホスホン酸系単量体、それらの塩類およびエステル類等が用いられる。   As the monomer having a functional group into which an ion exchange group can be introduced or the monomer having an ion exchange group, hydrocarbon monomers used in the production of conventionally known ion exchange resins are particularly limited. Used without. Specifically, examples of the monomer having a functional group into which a cation exchange group can be introduced include styrene, vinyl toluene, vinyl xylene, α-methyl styrene, vinyl naphthalene, and α-halogenated styrenes. Examples of the monomer having a cation exchange group include sulfonic acid monomers such as α-halogenated vinyl sulfonic acid, styrene sulfonic acid and vinyl sulfonic acid, and carboxylic acids such as methacrylic acid, acrylic acid and maleic anhydride. Acid monomers, phosphonic acid monomers such as vinyl phosphoric acid, salts and esters thereof, and the like are used.

一方、陰イオン交換基が導入可能な官能基を有する単量体としては、スチレン、ビニルトルエン、クロロメチルスチレン、ビニルピリジン、ビニルイミダゾール、α−メチルスチレン、ビニルナフタレン等が挙げられる。また、陰イオン交換基を有する単量体としては、ビニルベンジルトリメチルアミン、ビニルベンジルトリエチルアミン等のアミン系単量体、ビニルピリジン、ビニルイミダゾール等の含窒素複素環系単量体、それらの塩類およびエステル類等が用いられる。   On the other hand, examples of the monomer having a functional group capable of introducing an anion exchange group include styrene, vinyl toluene, chloromethyl styrene, vinyl pyridine, vinyl imidazole, α-methyl styrene, vinyl naphthalene, and the like. Examples of the monomer having an anion exchange group include amine monomers such as vinylbenzyltrimethylamine and vinylbenzyltriethylamine, nitrogen-containing heterocyclic monomers such as vinylpyridine and vinylimidazole, salts and esters thereof. Etc. are used.

また、架橋性単量体としては、特に制限されるものではないが、例えば、ジビニルベンゼン類、ジビニルスルホン、ブタジエン、クロロプレン、ジビニルビフェニル、トリビニルベンゼン類、ジビニルナフタリン、ジアリルアミン、ジビニルピリジン類等のジビニル化合物が用いられる。   In addition, the crosslinkable monomer is not particularly limited. A divinyl compound is used.

本発明では、上記したイオン交換基が導入可能な官能基を有する単量体又はイオン交換基を有する単量体や架橋性単量体の他に、必要に応じてこれらの単量体と共重合可能な他の単量体を添加しても良い。こうした他の単量体としては、例えば、スチレン、アクリロニトリル、メチルスチレン、アクロレイン、メチルビニルケトン、ビニルビフェニル等が用いられる。   In the present invention, in addition to the above-described monomer having a functional group into which an ion exchange group can be introduced, a monomer having an ion exchange group or a crosslinkable monomer, the monomer can be combined with these monomers as necessary. Other polymerizable monomers may be added. Examples of such other monomers include styrene, acrylonitrile, methylstyrene, acrolein, methyl vinyl ketone, and vinyl biphenyl.

さらに、重合開始剤としては、従来公知のものが特に制限なく使用される。こうした重合開始剤の具体例としては、オクタノイルパーオキシド、ラウロイルパーオキシド、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、ベンゾイルパーオキシド、t−ブチルパーオキシイソブチレート、t−ブチルパーオキシラウレート、t−ヘキシルパーオキシベンゾエート、ジ−t−ブチルパーオキシド等の有機過酸化物が用いられる。   Further, conventionally known polymerization initiators are used without any particular limitation. Specific examples of such polymerization initiators include octanoyl peroxide, lauroyl peroxide, t-butylperoxy-2-ethylhexanoate, benzoyl peroxide, t-butylperoxyisobutyrate, t-butylperoxy Organic peroxides such as laurate, t-hexyl peroxybenzoate, and di-t-butyl peroxide are used.

本発明において、単量体組成物を構成する各成分の配合割合は、一般には、イオン交換基が導入可能な官能基を有する単量体又はイオン交換基を有する単量体100重量部に対して、架橋性単量体を0.1〜50重量部、好適には1〜40重量部、これらの単量体と共重合可能な他の単量体を0〜100重量部使用するのが好適である。また、重合開始剤は、イオン交換基が導入可能な官能基を有する単量体又はイオン交換基を有する単量体100重量部対して、0.1〜20重量部、好適には0.5〜10重量部配合させるのが好ましい。   In the present invention, the mixing ratio of each component constituting the monomer composition is generally based on 100 parts by weight of the monomer having a functional group into which an ion exchange group can be introduced or the monomer having an ion exchange group. In addition, 0.1 to 50 parts by weight of a crosslinkable monomer, preferably 1 to 40 parts by weight, and 0 to 100 parts by weight of another monomer copolymerizable with these monomers are used. Is preferred. Further, the polymerization initiator is 0.1 to 20 parts by weight, preferably 0.5 to 100 parts by weight of the monomer having a functional group into which an ion exchange group can be introduced or the monomer having an ion exchange group. It is preferable to add 10 to 10 parts by weight.

上記単量体組成物を微多孔性膜1の空隙部に充填する方法は特に制限されないが、一般には微多孔性膜を単量体組成物に浸漬する方法や単量体組成物を微多孔性膜に塗布、スプレーする方法が採用される。この時、粘度等の性状により、単量体組成物を微多孔性膜の空隙内に充分充填することが困難な場合には、単量体組成物に微多孔性膜を減圧下で接触させ、充填する方法を採ることもできる。   The method for filling the monomer composition in the voids of the microporous membrane 1 is not particularly limited, but in general, the method for immersing the microporous membrane in the monomer composition or the microporous composition is used. A method of applying and spraying on the conductive film is employed. At this time, if it is difficult to sufficiently fill the monomer composition into the voids of the microporous membrane due to properties such as viscosity, the microporous membrane is brought into contact with the monomer composition under reduced pressure. It is also possible to take a filling method.

単量体組成物を上記したように微多孔性膜に充填させたのち重合する方法は、一般に、ポリエステル等のフィルムに挟んで加圧下で常温から昇温する方法が好ましい。こうした重合条件は、関与する重合開始剤の種類、単量体組成物の組成等によって左右されるものであり、公知の条件より適宜選択して決定すればよい。   The method of polymerizing the monomer composition after filling the monomer composition in the microporous membrane as described above is generally preferably a method of raising the temperature from room temperature under pressure by sandwiching it between films of polyester or the like. Such polymerization conditions depend on the type of polymerization initiator involved, the composition of the monomer composition, and the like, and may be appropriately selected and determined from known conditions.

以上のように重合されて得られる膜状物は、必要に応じてこれを、公知の例えば、陽イオン交換膜であれば、スルホン化、クロルスルホン化、ホスホニウム化、加水分解等の処理、陰イオン交換膜であれば、アミノ化、アルキル化等の処理により所望のイオン交換基を導入して、本発明のイオン交換膜とすることができる。   The membrane-like material obtained by polymerization as described above may be converted into a known, for example, cation exchange membrane such as sulfonated, chlorosulfonated, phosphoniumated, hydrolyzed, or the like if necessary. If it is an ion exchange membrane, a desired ion exchange group can be introduced by a treatment such as amination or alkylation to obtain the ion exchange membrane of the present invention.

また、微細孔内の微多孔性膜表面近傍に存在するイオン交換樹脂の除去或いはイオン交換樹脂前駆体の除去(即ち、陥没処理)は、例えば、コロナ放電処理やプラズマエッチング処理等が挙げられる。   Moreover, examples of the removal of the ion exchange resin existing near the surface of the microporous membrane in the micropores or the removal of the ion exchange resin precursor (that is, the depression process) include a corona discharge process and a plasma etching process.

プラズマエッチング処理の場合、例えば、酸素又は、酸素/アルゴン混合の雰囲気下でプラズマ処理することにより所望の深さまでイオン交換樹脂をエッチング除去することが可能である。   In the case of the plasma etching process, for example, the ion exchange resin can be removed by etching to a desired depth by performing a plasma process in an atmosphere of oxygen or an oxygen / argon mixture.

また、過酸化水素、オゾン、濃硝酸、濃硫酸、重クロム酸カリウム、塩素、ヨウ素、次亜塩素酸ナトリウムなどの酸化剤を膜表面に接触させることによっても、膜表面のイオン交換樹脂ああ類はイオン交換樹脂を除去できる。特に酸化剤を用いる方法は簡便であり、好適に用いられる。   In addition, by contacting the membrane surface with an oxidizing agent such as hydrogen peroxide, ozone, concentrated nitric acid, concentrated sulfuric acid, potassium dichromate, chlorine, iodine, sodium hypochlorite, etc. Can remove the ion exchange resin. In particular, the method using an oxidizing agent is simple and is preferably used.

本発明のイオン交換膜を簡便に得るために好適な方法としては、前記単量体組成物に、更に、溶媒や平均分子量500〜10000の重合体のいずれか一方、又は両方を添加して得られた組成物を微多孔性膜の空隙内に充填した後、該組成物を硬化させ、次いで、必要に応じてイオン交換基を導入する方法を挙げることができる。   As a suitable method for easily obtaining the ion exchange membrane of the present invention, the monomer composition is obtained by further adding one or both of a solvent and a polymer having an average molecular weight of 500 to 10,000. An example is a method of filling the obtained composition into the voids of the microporous membrane, then curing the composition, and then introducing an ion exchange group as necessary.

この製造方法によれば、微細孔2内の表面近傍のイオン交換樹脂は、特殊な除去手段を採用しなくとも、イオン交換基導入工程において容易に除去される。また、イオン交換基導入工程が必要ない場合には、溶剤と接触せしめることによって、微細孔内の微多孔性膜表面近傍のイオン交換樹脂を簡単に除去することができ、微細孔部分にのみイオン交換樹脂3を存在させることができる。   According to this manufacturing method, the ion exchange resin near the surface in the micropore 2 can be easily removed in the ion exchange group introduction step without employing a special removing means. In addition, when an ion exchange group introduction step is not necessary, the ion exchange resin in the vicinity of the surface of the microporous membrane in the micropores can be easily removed by contacting with a solvent, and ions can be introduced only into the micropore portions. An exchange resin 3 can be present.

かかる製造方法において、溶媒は、単量体組成物の重合反応の進行に伴い、いわゆるミクロ相分離を引き起こすため、最表面部に当たる、微細孔内の微多孔性膜表面近傍のイオン交換樹脂は極めてポーラスな多孔体となる。そして、かかるポーラス構造に起因する機械的強度の低さ故に、イオン交換基導入工程や簡単な溶剤処理によって脱落し易く、該部分を容易に除去することができる。   In such a production method, the solvent causes so-called microphase separation with the progress of the polymerization reaction of the monomer composition, so that the ion exchange resin near the surface of the microporous membrane in the micropores corresponding to the outermost surface portion is extremely It becomes a porous porous body. And since the mechanical strength resulting from this porous structure is low, it is easy to drop off by an ion exchange group introduction process or a simple solvent treatment, and this part can be easily removed.

一方、平均分子量500〜10000の重合体は、単量体組成物の微多孔膜1の微細孔2内への充填工程において、分子が大きいため単量体の重合の過程において表面に押し出され、最表面部に当たる、微細孔内の微多孔性膜表面近傍に偏在する。そして、これらの重合体はイオン交換基導入工程などで使用される溶剤によって抽出除去することができ、その結果、やはり微細孔2以外の部分に存在しているイオン交換樹脂3の除去が容易となる。   On the other hand, the polymer having an average molecular weight of 500 to 10000 is pushed out to the surface in the process of polymerization of the monomer because the molecules are large in the filling process of the monomer composition into the micropores 2 of the microporous film 1. It is unevenly distributed in the vicinity of the surface of the microporous membrane in the micropores, which corresponds to the outermost surface portion. These polymers can be extracted and removed by a solvent used in an ion exchange group introduction step and the like, and as a result, the ion exchange resin 3 existing in a portion other than the micropores 2 can be easily removed. Become.

これらの作用は、溶媒および平均分子量500〜10000の重合体を併用することでより効果的となる。すなわち、溶媒のみを用いて微細孔2以外の部分や微細孔2の表面近傍のイオン交換樹脂を完全に除去するには、多量の溶媒を添加することが必要となり、その結果、膜内部に残存するイオン交換樹脂3が更にポーラスになり、イオン選択性に低下を来たす。また、平均分子量500〜10000の重合体のみを用いた場合には、該重合体の抽出除去が不完全になり易く、その結果、耐有機汚染の防止効果のさらなる向上を充分に発現できなくなる。   These actions become more effective when a solvent and a polymer having an average molecular weight of 500 to 10,000 are used in combination. That is, in order to completely remove the ion exchange resin other than the micropores 2 and the vicinity of the surface of the micropores 2 using only the solvent, it is necessary to add a large amount of solvent, and as a result, remain in the membrane. The ion exchange resin 3 to be made becomes more porous, and the ion selectivity is lowered. In addition, when only a polymer having an average molecular weight of 500 to 10000 is used, extraction and removal of the polymer is likely to be incomplete, and as a result, further improvement in the effect of preventing organic contamination cannot be expressed sufficiently.

従って、溶媒および平均分子量500〜10000の重合体を併用した場合には、膜表面近傍に偏在する重合体が、溶媒が抜けてポーラスになったイオン交換樹脂から簡単に抽出されるため、有機汚染防止効果の一層の向上が十分に発現され、更に、溶媒添加量を低減できるため、膜内部に残存するイオン交換樹脂が過度にポーラスとならず、イオン選択性の低下も防ぐことができる。   Therefore, when a solvent and a polymer having an average molecular weight of 500 to 10000 are used in combination, the polymer that is unevenly distributed in the vicinity of the membrane surface is easily extracted from the ion exchange resin that has become porous due to the removal of the solvent. Since the further improvement of the prevention effect is sufficiently exhibited and the amount of solvent added can be reduced, the ion exchange resin remaining inside the membrane is not excessively porous, and the decrease in ion selectivity can also be prevented.

このような製造方法において、前記単量体組成物に添加される溶媒としては、単量体組成物を重合させる際に、重合反応に関与しない溶媒であれば何ら制限されること無く使用可能である。具体的には、メタノール、エタノール、i−ブタノール、2−エトキシエタノール等のアルコール類、ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン、i−オクタン等の脂肪族炭化水素類、オクタン酸等の脂肪酸類、ジメチルオクチルアミン等のアミン類、トルエン、キシレン、ナフタレン等の芳香族炭化水素類、シクロヘキサノン、メチルエチルケトン等のケトン類、ジベンジルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル等のエーテル類、メチレンクロライド、クロロホルム、エチレンブロマイド等のハロゲン化炭化水素類、ジブチルフタレート、ジオクチルフタレート、ジメチルイソフタレート、ジブチルアジペート、トリエチルシトレート、アセチルトリブチルシトレート、ジブチルセバケート等の芳香族酸や脂肪族酸のアルコールエステル類やアルキルリン酸エステル等が挙げられる。これらは、単量体組成物との溶解性や重合温度等を勘案して適宜選択されるが、i−ブタノール、2−エトキシエタノール、ジベンジルエーテル、ジオクチルフタレート、アセチルトリブチルシトレート等が特に好適である。また、これら数種類を併用することも可能である。   In such a production method, the solvent added to the monomer composition can be used without any limitation as long as the solvent does not participate in the polymerization reaction when the monomer composition is polymerized. is there. Specifically, alcohols such as methanol, ethanol, i-butanol and 2-ethoxyethanol, aliphatic hydrocarbons such as hexane, cyclohexane, heptane and i-octane, fatty acids such as octanoic acid, dimethyloctylamine and the like Amines, aromatic hydrocarbons such as toluene, xylene and naphthalene, ketones such as cyclohexanone and methyl ethyl ketone, ethers such as dibenzyl ether and diethylene glycol dimethyl ether, and halogenated hydrocarbons such as methylene chloride, chloroform and ethylene bromide Alcohols of aromatic and aliphatic acids such as dibutyl phthalate, dioctyl phthalate, dimethyl isophthalate, dibutyl adipate, triethyl citrate, acetyl tributyl citrate and dibutyl sebacate Ethers and alkyl phosphate and the like. These are appropriately selected in consideration of solubility with the monomer composition, polymerization temperature, etc., but i-butanol, 2-ethoxyethanol, dibenzyl ether, dioctyl phthalate, acetyl tributyl citrate and the like are particularly preferable. It is. These several types can also be used in combination.

次いで、前記単量体組成物に添加される重合体としては、具体的には、スチレン−ブタジエン共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体、ポリブタジエン、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール等が挙げられる。   Next, specific examples of the polymer added to the monomer composition include styrene-butadiene copolymer, acrylonitrile-butadiene copolymer, polybutadiene, polyethylene glycol, and polypropylene glycol.

これらも、また、単量体組成物との溶解性等を勘案して、適宜選択されるが、ポリブタジエン、ポリプロピレングリコールが特に好適である。
これら重合体の平均分子量は500〜10000、好ましくは500〜6000である。即ち、平均分子量が500以下の場合、膜表面近傍に偏在しにくくなり、有機汚染防止効果やイオン選択性が不十分となる。また、平均分子量が10000以上の場合には、抽出除去が困難になり、有機汚染防止効果のさらなる向上が不十分となり好ましくない。上記溶媒、平均分子量500〜10000の重合体の前記単量体組成物への配合割合は、イオン交換基導入可能な官能基又はイオン交換基を有する単量体、架橋性単量体および重合開始剤の合計100重量部に対し、溶媒は15〜150重量部、好ましくは20〜120重量部である。
即ち、溶媒の配合量が15重量部未満では、有機汚染防止向上効果が十分でなく、150重量部を超える場合には、イオン選択性が低下する。
These are also appropriately selected in consideration of solubility with the monomer composition, etc., but polybutadiene and polypropylene glycol are particularly preferable.
These polymers have an average molecular weight of 500 to 10,000, preferably 500 to 6,000. That is, when the average molecular weight is 500 or less, it is difficult to be unevenly distributed in the vicinity of the membrane surface, and the organic contamination prevention effect and ion selectivity become insufficient. On the other hand, when the average molecular weight is 10,000 or more, extraction removal becomes difficult, and further improvement of the organic contamination prevention effect becomes insufficient, which is not preferable. The mixing ratio of the above-mentioned solvent and polymer having an average molecular weight of 500 to 10,000 to the monomer composition is such that a monomer having a functional group capable of introducing an ion exchange group or an ion exchange group, a crosslinkable monomer, and polymerization initiation. A solvent is 15-150 weight part with respect to a total of 100 weight part of an agent, Preferably it is 20-120 weight part.
That is, when the amount of the solvent is less than 15 parts by weight, the effect of preventing organic contamination is not sufficient, and when it exceeds 150 parts by weight, the ion selectivity is lowered.

また、平均分子量500〜10000の重合体は、イオン交換基導入可能な官能基又はイオン交換基を有する単量体、架橋性単量体および重合開始剤の合計100重量部に対し、5〜100重量部、好ましくは10〜70重量部である。   The polymer having an average molecular weight of 500 to 10,000 is 5 to 100 with respect to a total of 100 parts by weight of the monomer having a functional group capable of introducing an ion exchange group or an ion exchange group, a crosslinkable monomer, and a polymerization initiator. Part by weight, preferably 10 to 70 parts by weight.

即ち、平均分子量500〜10000の重合体の配合量が5重量部未満では有機汚染防止効果が十分でなく、100重量部を超える場合には、単量体組成物の微多孔性膜への充填が不十分になり、さらにイオン選択性の低下を来たし好ましくない。   That is, when the blending amount of the polymer having an average molecular weight of 500 to 10000 is less than 5 parts by weight, the organic contamination prevention effect is not sufficient, and when it exceeds 100 parts by weight, the monomer composition is filled into the microporous film. Becomes unsatisfactory, and the ion selectivity is further lowered.

以上のような、溶媒や平均分子量500〜10000の重合体を添加した単量体組成物は、前記製造方法の説明に記載された方法により微多孔性膜に充填され、次いで硬化される。得られた膜状物には、引き続き、前記したイオン交換基の導入方法によって、必要に応じてイオン交換基が導入される。   The monomer composition to which the solvent and the polymer having an average molecular weight of 500 to 10,000 are added as described above is filled into the microporous membrane by the method described in the description of the production method, and then cured. In the obtained film-like material, ion exchange groups are subsequently introduced as necessary by the above-described ion exchange group introduction method.

イオン交換基の導入工程において、微細孔内の膜表面近傍のイオン交換樹脂が除去される場合には、更なる除去工程を必要とすること無く、本発明のイオン交換膜が得られ、膜表面近傍のイオン交換樹脂の除去が充分でない場合には、添加した溶剤や平均分子量500〜10000の重合体の性情に応じた抽出工程を施すことでイオン交換樹脂を除去し、本発明のイオン交換膜を得ることができる。   When the ion exchange resin near the membrane surface in the micropores is removed in the ion exchange group introduction step, the ion exchange membrane of the present invention can be obtained without the need for a further removal step, and the membrane surface When the removal of the nearby ion exchange resin is not sufficient, the ion exchange resin is removed by performing an extraction step according to the nature of the added solvent and the polymer having an average molecular weight of 500 to 10,000, and the ion exchange membrane of the present invention Can be obtained.

また、この製造方法においても、イオン交換樹脂又はイオン交換樹脂前駆体の除去は、イオン交換基導入の前であっても、後であってもよい。   Also in this production method, the ion exchange resin or the ion exchange resin precursor may be removed before or after the introduction of the ion exchange group.

以上の説明より理解されるように、本発明のイオン交換膜は、所定の孔径及び面積占有率で微細孔を有している微多孔質膜にイオン交換樹脂が充填されており、優れた耐有機汚染性を有しながら、低い膜抵抗や良好なイオン選択性などを有し、膜厚も比較的薄く、電気透析用のイオン交換膜として優れている。また、イオン交換樹脂が微多孔性膜表面より陥没した位置で露出した構造を有しているものでは、耐有機汚染性が一層向上しており、膜抵抗もさらに低下している。   As understood from the above description, the ion exchange membrane of the present invention is filled with an ion exchange resin in a microporous membrane having micropores with a predetermined pore diameter and area occupancy, and has excellent resistance to resistance. While having organic contamination, it has low membrane resistance, good ion selectivity, etc., has a relatively thin film thickness, and is excellent as an ion exchange membrane for electrodialysis. Moreover, in the case where the ion exchange resin has a structure exposed at a position depressed from the surface of the microporous membrane, the organic contamination resistance is further improved and the membrane resistance is further lowered.

本発明のイオン交換膜は、特に、食品、医薬品、農薬などの合成工程における電気透析用の隔膜として極めて有用であり、特にアニオン交換膜に本発明を適用した場合には、カチオン交換膜に比して有機汚染が生じ易いというアニオン交換膜の欠点を有効に改善することができる。   The ion exchange membrane of the present invention is particularly useful as a diaphragm for electrodialysis in the synthesis process of foods, pharmaceuticals, agricultural chemicals and the like. Especially when the present invention is applied to an anion exchange membrane, it is compared with a cation exchange membrane. Thus, the disadvantage of the anion exchange membrane that organic contamination easily occurs can be effectively improved.

以下、本発明を更に詳細に説明するため実施例を挙げるが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
なお、実施例、比較例に示すイオン交換膜の特性は、以下の方法により測定した。
Hereinafter, examples will be given to describe the present invention in more detail, but the present invention is not limited to these examples.
In addition, the characteristic of the ion exchange membrane shown to an Example and a comparative example was measured with the following method.

1)微多孔性膜表面からイオン交換樹脂の露出面までの陥没深度;
電子顕微鏡(SEM)によってイオン交換膜表面を観察し、微多孔性膜の表面全面を覆うイオン交換樹脂層がないことを確認した後、イオン交換膜の表面粗さを走査型レーザー顕微鏡(レーザーテック社製、1Lm21型)で測定した。得られた粗さ分布図において、ピーク部と隣接する最深部の高低差を測り、長さ30μmに渡って測定した高低差の平均値を陥没深度とした。
1) Depression depth from the surface of the microporous membrane to the exposed surface of the ion exchange resin;
After observing the surface of the ion exchange membrane with an electron microscope (SEM) and confirming that there is no ion exchange resin layer covering the entire surface of the microporous membrane, the surface roughness of the ion exchange membrane was measured with a scanning laser microscope (Lasertec Corporation). Manufactured, 1Lm21 type). In the obtained roughness distribution chart, the height difference between the deepest portion adjacent to the peak portion was measured, and the average value of the height difference measured over a length of 30 μm was taken as the depression depth.

2)イオン交換容量および含水率;
イオン交換膜を1mol/L−HClに10時間以上浸漬する。
その後、陽イオン交換膜の場合には、1mol/L−NaClで水素イオン型をナトリウムイオン型に置換させ、遊離した水素イオンを電位差滴定装置(COMTITE−900、平沼産業株式会社製)で定量した(Amol)。一方、陰イオン交換膜の場合には、1mol/L−NaNO3で塩素イオン型を硝酸イオン型に置換させ、遊離した塩素イオンを電位差滴定装置(COMTITE−900、平沼産業株式会社製)で定量した(Amol)。
2) ion exchange capacity and moisture content;
The ion exchange membrane is immersed in 1 mol / L-HCl for 10 hours or more.
Thereafter, in the case of a cation exchange membrane, the hydrogen ion type is replaced with the sodium ion type with 1 mol / L-NaCl, and the liberated hydrogen ions are quantified with a potentiometric titrator (COMMITE-900, manufactured by Hiranuma Sangyo Co., Ltd.). (Amol). On the other hand, in the case of an anion exchange membrane, 1 mol / L-NaNO3 is substituted for the chloride ion type to the nitrate ion type, and the liberated chlorine ion is quantified with a potentiometric titrator (COMMITE-900, manufactured by Hiranuma Sangyo Co., Ltd.). (Amol).

次に、同じイオン交換膜を1mol/L−HClに4時間以上浸漬し、イオン交換水で十分に水洗した後膜を取り出しティッシュペーパー等で表面の水分をふき取り湿潤時の重さ(Wg)を測定した。次に、膜を減圧乾燥機に入れ60℃で5時間乾燥させた。膜を取り出し乾燥時の重さ(Dg)を測定した。   Next, the same ion exchange membrane is immersed in 1 mol / L-HCl for 4 hours or more, washed thoroughly with ion exchange water, and then the membrane is taken out. The moisture on the surface is wiped off with tissue paper or the like, and the weight (Wg) when wet is obtained. It was measured. Next, the membrane was placed in a vacuum dryer and dried at 60 ° C. for 5 hours. The membrane was taken out and the weight (Dg) at the time of drying was measured.

イオン交換容量と含水率は次式により算出した。
イオン交換容量=A×1000/W[mmol/g−乾燥膜]
含水率=100×(W−D)/D[%]
The ion exchange capacity and water content were calculated by the following equations.
Ion exchange capacity = A × 1000 / W [mmol / g-dry membrane]
Water content = 100 × (WD) / D [%]

3)膜抵抗の測定;
白金黒電極板を有する2室セル中にイオン交換膜を挟み、イオン交換膜の両側に3mol/L−H2SO4溶液を満たし、交流ブリッジ(周波数1000サイクル/秒)により25℃における電極間の抵抗を測定し、該電極間抵抗とイオン交換膜を設置しない場合の電極間抵抗との差により求めた。上記測定に使用する膜は、あらかじめ3mol/L−H2SO4溶液中で平衡にしたものを用いた。
3) measurement of membrane resistance;
An ion exchange membrane is sandwiched in a two-chamber cell having a platinum black electrode plate, 3 mol / L-H2SO4 solution is filled on both sides of the ion exchange membrane, and the resistance between the electrodes at 25 ° C. is measured by an AC bridge (frequency 1000 cycles / second). Measured and determined by the difference between the interelectrode resistance and the interelectrode resistance when no ion exchange membrane was installed. The membrane used for the above measurement was previously equilibrated in a 3 mol / L-H2SO4 solution.

4)耐有機汚染性の測定;
陰イオン交換膜では、得られた陰イオン交換膜をコンデショニングした後、銀、塩化銀電極を有する二室セルに該イオン交換膜を挟み、その陽極室には0.05mol/L−NaCl溶液を入れ、陰極室には1000ppmのドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムと0.05mol/L−NaClの混合溶液を入れた。両室の液を1500rpmの回転速度で攪拌し、0.2A/dmの電流密度で電気透析を行った。この時、両膜表面の近傍に白金線を固定し、膜間電圧を測定した。通電中に有機汚染が起こると膜間電圧が上昇してくる。通電を開始して30分後の膜間電圧を測定し、有機汚染物質を添加した場合と添加しない場合の電圧差(ΔE)をとって膜の汚染性の尺度とした。
4) Measurement of organic contamination resistance;
In the anion exchange membrane, after conditioning the obtained anion exchange membrane, the ion exchange membrane is sandwiched between two-chamber cells having silver and silver chloride electrodes, and 0.05 mol / L-NaCl solution is placed in the anode chamber. In the cathode chamber, a mixed solution of 1000 ppm sodium dodecylbenzenesulfonate and 0.05 mol / L-NaCl was added. The liquid in both chambers was stirred at 1500rpm rotational speed, was electrodialysis at a current density of 0.2 A / dm 2. At this time, a platinum wire was fixed in the vicinity of both membrane surfaces, and the transmembrane voltage was measured. When organic contamination occurs during energization, the transmembrane voltage increases. The voltage across the membrane 30 minutes after the start of energization was measured, and the voltage difference (ΔE) between when the organic contaminant was added and when it was not added was taken as a measure of the contamination of the membrane.

陽イオン交換膜では、上記方法において、有機汚染物質をドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムから分子量2000のポリエチレンイミンに変え、同様にして耐有機汚染性を測定した。   For the cation exchange membrane, the organic contaminant was changed from sodium dodecylbenzenesulfonate to polyethyleneimine having a molecular weight of 2000 in the above method, and the organic contamination resistance was measured in the same manner.

5)酸、アルカリの透過速度;
陰イオン交換膜では、陰イオン交換膜で区切られたアクリル樹脂製の二室セルを用い、一室(原液室)に25℃の1mol/L−硫酸と0.5mol/L−硫酸マグネシウムを含む液を入れ、もう一室(透析液室)には25℃のイオン交換水を入れた。
5) Permeation rate of acid and alkali;
In the anion exchange membrane, a two-chamber cell made of acrylic resin separated by an anion exchange membrane is used, and one chamber (stock solution chamber) contains 1 mol / L-sulfuric acid at 25 ° C. and 0.5 mol / L-magnesium sulfate. The other solution (dialysis solution chamber) was charged with ion exchange water at 25 ° C.

次いで、攪拌機により両室を攪拌し一定時間後に透析液室の液を抜き取り、電位差滴定によって硫酸の透過量を、原子吸光光度計によって硫酸マグネシウムの透過量をそれぞれ測定した。   Next, both chambers were stirred with a stirrer, and the liquid in the dialysate chamber was withdrawn after a certain time, and the permeation amount of sulfuric acid was measured by potentiometric titration, and the permeation amount of magnesium sulfate was measured by an atomic absorption photometer.

また、陽イオン交換膜では、上記方法において1mol/L−硫酸と0.5mol/L−硫酸マグネシウムを含む液を3mol/L−水酸化ナトリウムと0.5mol/L−水酸化アルミニウムを含む液に変えて同様な操作を行い、水酸化ナトリウムと水酸化アルミニウムの透過量を測定した。それぞれの物質の透過速度は次式により求めた。
U=A/(T・S・ΔC)
U:酸又はアルカリの透過速度[mol/Hr・m2・(mol/L)]
A:酸又はアルカリの透過量[mol]
T:攪拌時間[Hr]
S:有効膜面積[m2
ΔC:攪拌前後の両室の酸又はアルカリの対数平均濃度差[mol/L]
In the cation exchange membrane, the liquid containing 1 mol / L-sulfuric acid and 0.5 mol / L-magnesium sulfate in the above method is changed to the liquid containing 3 mol / L-sodium hydroxide and 0.5 mol / L-aluminum hydroxide. The same operation was performed while changing the permeation amount of sodium hydroxide and aluminum hydroxide. The permeation rate of each substance was determined by the following equation.
U = A / (T · S · ΔC)
U: Permeation rate of acid or alkali [mol / Hr · m 2 · (mol / L)]
A: Permeation amount of acid or alkali [mol]
T: Stirring time [Hr]
S: Effective membrane area [m 2 ]
ΔC: Difference in logarithmic average concentration of acid or alkali in both chambers before and after stirring [mol / L]

<実施例1>
下記処方:
クロロメチルスチレン;90重量部
ジビニルベンゼン;10重量部
過酸化ベンゾイル;5重量部
スチレンオキサイド;3重量部
により単量体組成物を調製した。
<Example 1>
The following prescription:
90 parts by weight divinylbenzene; 10 parts by weight benzoyl peroxide; 5 parts by weight styrene oxide; 3 parts by weight of a monomer composition was prepared.

この単量体組成物400gを500mlのガラス容器に入れ、ここに厚み25μmの重量平均分子量10万のポリエチレンよりなり、延伸法によって得られた市販の微多孔性膜(20cm×20cm)を浸漬して、微多孔性膜の空隙に単量体組成物を充填した。   400 g of this monomer composition was placed in a 500 ml glass container, and a commercially available microporous membrane (20 cm × 20 cm) made of polyethylene having a thickness of 25 μm and a weight average molecular weight of 100,000 was obtained by immersion. Then, the monomer composition was filled in the voids of the microporous membrane.

用いた微多孔性膜は、表面の微細孔の最大径1μm、平均孔径0.04μm、空隙率45%、微細孔の面積占有率15%、通気度415秒/100mlであった。   The microporous membrane used had a maximum micropore diameter of 1 μm on the surface, an average pore diameter of 0.04 μm, a porosity of 45%, an area occupation ratio of micropores of 15%, and an air permeability of 415 seconds / 100 ml.

続いて、多孔質膜を単量体組成物中から取り出し、100μmのポリエステルフィルムを剥離材として多孔質膜の両側を被覆した後、0.4MPaの窒素加圧下、80℃で8時間加熱重合した。得られた膜状物を30%トリメチルアミン水溶液10部、水5部、アセトン5部よりなるアミノ化浴中、室温で5時間反応せしめ4級アンモニウム型陰イオン交換膜を得た。   Subsequently, the porous membrane was taken out from the monomer composition, and both sides of the porous membrane were coated using a 100 μm polyester film as a release material, and then heated and polymerized at 80 ° C. for 8 hours under nitrogen pressure of 0.4 MPa. . The obtained film was reacted for 5 hours at room temperature in an amination bath consisting of 10 parts of 30% trimethylamine aqueous solution, 5 parts of water and 5 parts of acetone to obtain a quaternary ammonium type anion exchange membrane.

このイオン交換膜について、SEM観察を行った結果、膜表面に微多孔性膜特有の微細孔構造は観察されず、更に、1wt%過マンガン酸カリウム水溶液にイオン交換膜を浸漬してMnO 型にイオン交換し、SEM−EDSで膜表面におけるMn元素の定状分析を行った結果、MnO 型にイオン交換した膜の膜表面にMn元素の存在が確認されたことから、イオン交換樹脂が膜表面に露出していることが確認された。 As a result of SEM observation of this ion exchange membrane, the microporous structure peculiar to the microporous membrane was not observed on the membrane surface. Further, the ion exchange membrane was immersed in a 1 wt% potassium permanganate aqueous solution, and MnO 4 As a result of ion exchange in the mold and analysis of the Mn element on the film surface with SEM-EDS, the presence of Mn element on the film surface of the film ion-exchanged into the MnO 4 type was confirmed. It was confirmed that the resin was exposed on the film surface.

得られた陰イオン交換膜の陥没深度、イオン交換容量、含水率、膜抵抗、耐有機汚染性、硫酸と硫酸マグネシウムの透過速度を測定した。これらの結果を表1に示す。   The depth of depression, ion exchange capacity, water content, membrane resistance, organic contamination resistance, and permeation rate of sulfuric acid and magnesium sulfate of the obtained anion exchange membrane were measured. These results are shown in Table 1.

<参考例1>
実施例1で得られた陰イオン交換膜を、1wt%の次亜塩素酸ナトリウム水溶液に、室温中、24時間浸漬して膜表面のイオン交換樹脂を除去した。
得られたイオン交換膜の膜表面をSEMで観察したところ、微多孔性膜表面特有の微細孔構造が観察され、更に、1wt%過マンガン酸カリウム水溶液にイオン交換膜を浸漬してMnO 型にイオン交換し、SEM−EDSで膜表面におけるMn元素の定状分析を行った結果、Mnに帰属するピークが観察されなかったことから、膜表面のイオン交換樹脂が除去されていることが確認された。
このように処理された陰イオン交換膜について、実施例1と同様に特性を測定した。結果を表1に示す。この結果から、表面に存在するイオン交換樹脂の除去(即ち、陥没処理)により、耐有機汚染性がさらに向上していることが判る。
<Reference Example 1>
The anion exchange membrane obtained in Example 1 was immersed in a 1 wt% aqueous sodium hypochlorite solution at room temperature for 24 hours to remove the ion exchange resin on the membrane surface.
When the surface of the obtained ion exchange membrane was observed with an SEM, a microporous structure peculiar to the surface of the microporous membrane was observed. Further, the ion exchange membrane was immersed in a 1 wt% potassium permanganate aqueous solution and MnO 4 As a result of ion-exchanged into a mold and performing a definite analysis of Mn element on the film surface with SEM-EDS, the peak attributed to Mn was not observed, so that the ion-exchange resin on the film surface was removed. confirmed.
The characteristics of the anion exchange membrane thus treated were measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1. From this result, it can be seen that the organic contamination resistance is further improved by removing the ion exchange resin existing on the surface (that is, the depression process).

Figure 2007014958
Figure 2007014958

<実施例2>
下記処方:
スチレン;90重量部
ジビニルベンゼン;10重量部
過酸化ベンゾイル;5重量部
アセチルクエン酸トリブチル;10重量部
により単量体組成物を調製した。
<Example 2>
The following prescription:
Styrene; 90 parts by weight Divinylbenzene; 10 parts by weight Benzoyl peroxide; 5 parts by weight Tributyl acetylcitrate; 10 parts by weight A monomer composition was prepared.

この単量体組成物を、実施例1と同様にして、厚み30μmの重量平均分子量25万のポリエチレンよりなり、延伸法によって得られた市販の微多孔性膜(20cm×20cm)の空隙に充填した。   This monomer composition was made of polyethylene having a thickness of 30 μm and a weight average molecular weight of 250,000 in the same manner as in Example 1, and was filled in the voids of a commercially available microporous membrane (20 cm × 20 cm) obtained by the stretching method. did.

用いた微多孔性膜は、表面の微細孔の最大径1μm、平均孔径0.02μm、空隙率37%、微細孔の面積占有率17%、通気度600秒/100mlであった。   The microporous membrane used had a maximum micropore diameter of 1 μm, an average pore size of 0.02 μm, a porosity of 37%, a micropore area occupancy of 17%, and an air permeability of 600 seconds / 100 ml.

続いて、多孔質膜を単量体組成物中から取り出し、100μmのポリエステルフィルムを剥離材として多孔質膜の両側を被覆した後、0.4MPaの窒素加圧下、80℃で8時間加熱重合した。得られた膜状物を98%濃硫酸と純度90%以上のクロロスルホン酸の1:1(重量比)の混合物中に、40℃で45時間浸漬し、スルホン酸型陽イオン交換膜を得た。   Subsequently, the porous membrane was taken out from the monomer composition, and both sides of the porous membrane were coated using a 100 μm polyester film as a release material, and then heated and polymerized at 80 ° C. for 8 hours under nitrogen pressure of 0.4 MPa. . The obtained membrane was immersed in a 1: 1 (weight ratio) mixture of 98% concentrated sulfuric acid and chlorosulfonic acid having a purity of 90% or more at 40 ° C. for 45 hours to obtain a sulfonic acid type cation exchange membrane. It was.

このイオン交換膜について、SEM観察を行った結果、膜表面に微多孔性膜特有の微細孔構造は観察されず、更に、Fe2+型にイオン交換し、SEM−EDSで膜表面におけるFe元素の定状分析を行った結果、膜表面にFe元素の存在が確認されたことから、イオン交換樹脂が膜表面に露出していることが確認された。 As a result of SEM observation of this ion exchange membrane, the microporous structure peculiar to the microporous membrane was not observed on the membrane surface. Further, the ion exchange was carried out to Fe 2+ type, and the Fe element on the membrane surface was observed by SEM-EDS. As a result of conducting the steady state analysis, it was confirmed that the ion exchange resin was exposed on the film surface because the presence of Fe element was confirmed on the film surface.

得られた陽イオン交換膜の陥没深度、イオン交換容量、含水率、膜抵抗、耐有機汚染性、水酸化ナトリウムと水酸化アルミニウムの透過速度を測定した。これらの結果を表2に示す。   The depth of depression, ion exchange capacity, water content, membrane resistance, resistance to organic contamination, and permeation rate of sodium hydroxide and aluminum hydroxide of the obtained cation exchange membrane were measured. These results are shown in Table 2.

<参考例2>
実施例2で得られた陽イオン交換膜を1wt%のFeCl水溶液に、室温で24時間浸漬してFe2+型とした後、2wt%H水溶液に室温で30分間浸漬して、膜表面のイオン交換樹脂を除去した。
<Reference Example 2>
The cation exchange membrane obtained in Example 2 was immersed in a 1 wt% FeCl 2 aqueous solution at room temperature for 24 hours to form a Fe 2+ type, and then immersed in a 2 wt% H 2 O 2 aqueous solution at room temperature for 30 minutes. The ion exchange resin on the membrane surface was removed.

このように処理された陽イオン交換膜の膜表面をSEMで観察したところ、微多孔性膜表面特有の微細孔構造が観察され、更に、SEM−EDSで膜表面におけるFe元素の定状分析を行った結果、Feに帰属するピークが観察されなかったことから、膜表面のイオン交換樹脂が除去されていることが確認された。
得られた陽イオン交換膜の陥没深度、イオン交換容量、含水率、膜抵抗、耐有機汚染性、水酸化ナトリウムと水酸化アルミニウムの透過速度を測定した。これらの結果を表2に示す。この結果から、表面にそんざいするイオン交換樹脂の除去(即ち、陥没処理)により、耐有機汚染性がさらに向上していることが判る。
When the surface of the cation exchange membrane thus treated was observed with an SEM, a microporous structure peculiar to the surface of the microporous membrane was observed, and further, a regular analysis of Fe elements on the membrane surface was performed with SEM-EDS. As a result, no peak attributed to Fe was observed, confirming that the ion exchange resin on the film surface was removed.
The depth of depression, ion exchange capacity, water content, membrane resistance, resistance to organic contamination, and permeation rate of sodium hydroxide and aluminum hydroxide of the obtained cation exchange membrane were measured. These results are shown in Table 2. From this result, it can be seen that the organic contamination resistance is further improved by removing the ion exchange resin on the surface (that is, the depression process).

Figure 2007014958
Figure 2007014958

本発明のイオン交換樹脂を概念的に示す断面図。Sectional drawing which shows notionally the ion exchange resin of this invention. 本発明のイオン交換膜について、更に所定の陥没処理を行って、イオン交換樹脂を、微多孔性膜表面より陥没した位置で露出させた状態を示す図。The figure which shows the state which performed the predetermined depression process about the ion exchange membrane of this invention, and exposed the ion exchange resin in the position depressed from the microporous membrane surface.

符号の説明Explanation of symbols

1:微多孔性膜
2:微細孔
3:イオン交換樹脂
4:微多孔性膜表面
A:陥没深度
1: Microporous membrane 2: Micropores 3: Ion exchange resin 4: Microporous membrane surface A: Depression depth

Claims (3)

微細な細孔が貫通している微多孔性膜の該細孔内にイオン交換樹脂が充填されて成るイオン交換膜であって、膜表面において、微細孔の細孔径が5μm以下であり、且つ、微細孔の占める面積が全面積の3〜60%であるとともに、15〜120μmの厚みを有していることを特徴とする電気透析用イオン交換膜。   An ion exchange membrane comprising a microporous membrane having fine pores penetrating therein and filled with an ion exchange resin, wherein the pore diameter of the micropores is 5 μm or less on the membrane surface, and An ion exchange membrane for electrodialysis characterized by having an area occupied by micropores of 3 to 60% of the total area and a thickness of 15 to 120 μm. 前記イオン交換樹脂がアニオン交換樹脂である請求項1に記載の電気透析用イオン交換膜。   The ion exchange membrane for electrodialysis according to claim 1, wherein the ion exchange resin is an anion exchange resin. 前記微多孔性膜が、ポリオレフィンの延伸フィルムよりなる請求項1記載の電気透析用イオン交換膜。   The ion exchange membrane for electrodialysis according to claim 1, wherein the microporous membrane is made of a stretched polyolefin film.
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