JP2007302743A - スルホン化芳香族ポリイミド - Google Patents
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Abstract
Description
‐R‐SO3H (29)
(Rは、アルキレン、ハロゲン化アルキレン、アリーレン及びハロゲン化アリーレン又はエーテル結合を含むもの)で表される側鎖にスルホン酸基を有するポリイミドが示されている(特許文献6)。これらのイオン交換体のあるものは、比較的高温下での耐久性や耐加水分解性を有しているが、更なる耐加水分解性が望まれる。
2,2'-BSPhB: 2,2'‐ビス(4‐スルホフェニル)ベンジジン
BAPB: 4,4’-ビス(4‐アミノフェノキシ)ビフェニル
TAPB: 1,3,5‐トリス(4‐アミノフェノキシ)ベンゼン
NTDA: 1,4,5,8-ナフタレンテトラカルボン酸二無水物
TEA: トリエチルアミン
ステップ1
攪拌子入り三つ口フラスコに、3-ニトロジフェニル75g、溶媒としてエチルアルコール430mLと30重量%苛性ソーダ水溶液215mL、亜鉛粉末84gを順次加え、沸点温度で5時間反応を行った。室温に冷却後、反応液を濾過し亜鉛粉末を除去し、残渣を酢酸エチルで良く洗浄した。有機層を分取し、水で洗浄後、乾燥・濃縮し、アゾ化合物65gを回収した。
攪拌子入り三つ口フラスコに、ステップ1で得られたアゾ化合物60g、溶媒エチルアルコール196mLに溶解した。その後、反応容器に飽和塩化アンモニウム水溶液、亜鉛粉末を順次加え、1時間還流した。反応液を室温まで冷却後、濾過して亜鉛粉末及び生成物の白色固体を濾取し、水で良く洗浄した。次に、濾残を酢酸エチルで洗浄して生成物を溶解させ亜鉛粉末を分離した。濾液を乾燥・濃縮し、目的とする白色ヒドラゾ化合物を40g得た。
攪拌子入り三つ口フラスコに、ステップ3で得られたヒドラゾ化合物30g、溶媒としてTHF500mLに溶解した。5N塩酸を滴下し加え、0℃〜室温で攪拌して反応を行った。反応液に氷冷可水酸化ナトリウム水溶液を加えて中和、分液し、THF層を回収した。水層をトルエンで3回抽出し、乾燥後濃縮・精製し、白色粉末の2,2'-ビスフェニルベンジジン(2,2'-BPhB)15gを得た。融点152℃。
100ml三つ口フラスコに6.72g(20.0ミリモル)の2,2'-BPhBを入れ、アイスバスで冷却した後、10mlの濃硫酸を攪拌しながらゆっくりと添加した。2,2'-BPhBを完全に溶解させた後、5mlの発煙硫酸(SO3:60%)をゆっくりと添加した。発煙硫酸を完全に添加した後、該混合物を攪拌しつつ0℃で0.5時間保持した。次いでゆっくりと60℃まで加温し、60℃で2時間保った。その後室温まで冷却した後、混合物を200mlのメタノール中に注ぎ、白色固体を析出させた。固体を濾別後、水で再結晶し、8.63gの固体生成物を得た(収率87%)。
乾燥した100mlの四口フラスコ中で2.480g(5.0ミリモル)の2,2'-BSPhBと1.7mlのTEAを22mlのm-クレゾールに加えて溶かし、次いで、1.340g(5.0ミリモル)のNTDA及び0.85gの安息香酸を加え、窒素ガス雰囲気下で混合物を80℃で4時間そして180℃で20時間攪拌した。重合反応液を80℃まで冷却後、30mlのm-クレゾールを加え希釈後、多量のアセトンに投入し、析出した固体を濾別し、アセトン洗浄後乾燥した。得られた生成物の還元粘度ηSP/c(溶媒:m‐クレゾール;0.5wt%;35℃、以下同じ)は3.8dl/gであった。
スルホン化ジアミンとして2,2'-BSPhBを用い、非スルホン酸ジアミンとしてBAPBを用いた。乾燥した100mlの四つ口フラスコ中で2.976g(6.0ミリモル)の2,2'-BSPhBと2.10mlのTEAを35mlのm-クレゾールに加えて溶かし、次いで、1.104g(3.0ミリモル)のBAPBを添加して溶かした後、2.412g(9.0ミリモル)のNTDA及び1.53gの安息香酸を加え、窒素ガス雰囲気下で混合物を80℃で4時間そして180℃で20時間攪拌した。重合反応液を80℃まで冷却後、35mlのm-クレゾールを加え希釈後、多量のアセトンに投入し、析出した固体を濾別し、アセトン洗浄後乾燥した。得られた生成物の溶液粘度ηSP/cは3.0dl/gであった。生成物をm-クレゾールに溶解し、ガラス板上に流延し、100℃で1時間そして120℃で10時間乾燥して、TEA塩型の共重合スルホン化ポリイミド膜を得た。これをメタノールに1日間浸漬し、次いで0.5M硫酸溶液に3日間浸漬しプロトン交換した後、水洗し150℃で10時間真空乾燥してプロトン型のランダム共重合スルホン化ポリイミドNTDA-2,2'-BSPhB/BAPB (2/1)-r膜を得た。この膜のFTIRスペクトルを図1に示す。この膜をDMSO-d6に溶かし測定した1HNMRスペクトルを図2に示す。その帰属と積分強度から生成物が下記式で表されるNTDA-2,2'-BSPhB/BAPB(2/1)であることが確認された。
2,2'-BSPhBとBAPBの仕込みモル比を3/2にした他は、実施例2と同様にしてポリイミドを合成した。得られた生成物の還元粘度ηSP/cは2.8dl/gであった。生成物をm-クレゾールに溶解し、実施例2と同様にキャスト製膜・処理して、下記式で表されるプロトン型のランダム共重合スルホン化ポリイミドNTDA-2,2'-BSPhB/BAPB(3/2)-r膜を得た。
乾燥した100mlの四つ口フラスコ中で1.488g(3.0ミリモル)の2,2'-BSPhBと1.05mlのTEAを15mlのm-クレゾールに加えて溶かし、次いで、1.340g(5.0ミリモル)のNTDA及び0.85gの安息香酸を加え、窒素ガス雰囲気下で混合物を80℃で4時間そして180℃で10時間攪拌した。反応液を室温まで冷却後、5mlのm-クレゾールと0.736g(2.0ミリモル)のBAPBを添加し、窒素ガス雰囲気下で混合物を80℃で4時間そして180℃で10時間攪拌し、重合反応液を80℃まで冷却後、30mlのm-クレゾールを加え希釈後、多量のアセトンに投入し、析出した固体を濾別し、アセトン洗浄後乾燥した。得られた生成物の還元粘度ηSP/cは3.3dl/gであった。生成物をm-クレゾールに溶解し、実施例2と同様にキャスト製膜・処理して、下記式で表されるプロトン型のシークエンス化共重合スルホン化ポリイミドNTDA-2,2'-BSPhB/BAPB(3/2)-s膜を得た。
乾燥した100mlの四つ口フラスコ1中で1.488g(3.0ミリモル)の2,2'-BSPhBと1.05mlのTEAを10mlのm-クレゾールに加えて溶かし、次いで、0.7236g(2.7ミリモル)のNTDA及び0.46gの安息香酸を加え、窒素ガス雰囲気下で混合物を80℃で4時間そして180℃で10時間攪拌した。乾燥した100mlの四つ口フラスコ2中で0.736g(2.0ミリモル)のBAPBと7mlのm-クレゾールを添加し、次いで、0.6164g(2.3ミリモル)のNTDA及び0.39gの安息香酸を加え、窒素ガス雰囲気下で混合物を80℃で4時間そして180℃で10時間攪拌した。反応液を室温まで冷却後、窒素ガス雰囲気下でフラスコ2中の反応溶液をフラスコ1中に入れ、フラスコ2を1mlのm-クレゾールで3回づつ洗って、その溶液もフラスコ1中に入れ、混合溶液を80℃で10時間そして180℃で48時間攪拌した。重合反応液を80℃まで冷却後、30mlのm-クレゾールを加え希釈後、多量のアセトンに投入し、析出した固体を濾別し、アセトン洗浄後乾燥した。得られた生成物の還元粘度ηSP/cは3.0dl/gであった。生成物をm-クレゾールに溶解し、実施例2と同様にキャスト製膜・処理して、下記式で表されるプロトン型のブロック/ブロック共重合スルホン化ポリイミドNTDA-2,2'-BSPhB/BAPB(3/2)-b膜を得た。
使用したTAPBは、1,3,5‐トリヒドロキシベンゼンと4‐フルオロニトロベンゼンを反応させ、次いで、還元して合成した。
乾燥した100mlの四口フラスコ中で1.984 g(4.0ミリモル)の2,2'-BSPhBと1.4mlのTEAを20mlのm-クレゾールに加えて溶かし、次いで1.34g(5.0ミリモル)のNTDA及び0.85gの安息香酸を加え、窒素ガス雰囲気下で混合物を80℃で4時間そして180℃で20時間攪拌した。溶液を室温まで冷却し、0.340g(0.67ミリモル)のTAPBと20mlのm-クレゾールを加え、60℃で4時間攪拌した。得られた溶液をガラス板上に流延し、80℃、95℃、110℃でそれぞれ1時間、130℃で8時間、さらに200℃で10時間加熱乾燥して、TEA塩型の分岐架橋スルホン化ポリイミド膜を得た。これをメタノールに2日間浸漬し、次いで0.5M硫酸溶液に3日間浸漬しプロトン交換した後、水洗し150℃で10時間真空乾燥して下記式で表されるプロトン型の分岐架橋スルホン化ポリイミドNTDA-2,2'-BSPhB/TAPB(5/4)膜を得た。
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