JP2015067770A - Anion exchange membrane - Google Patents

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知洋 川上
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孝 涌井
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a polyvinyl alcohol-based anion exchange membrane which suppresses organic contamination and is excellent in basic properties, e.g. membrane strength, and also useful in electrodialysis.SOLUTION: An anion exchange membrane consists of a cationic vinyl alcohol-based copolymer (P) containing a vinyl alcohol-based polymer (A) and a polymer (B) having cationic groups, in a ratio of the vinyl alcohol-based polymer (A) to the polymer (B) having cationic groups of 97:3 to 60:40 mol%, subjected to a crosslinking treatment with a degree of crosslinking of 3.0-4.8.

Description

本発明は、耐有機汚染性に優れる電気透析に有用な陰イオン交換膜に関するものである。   The present invention relates to an anion exchange membrane useful for electrodialysis having excellent organic contamination resistance.

イオン交換膜は海水の濃縮、飲料水用の地下鹹水の脱塩や硝酸性窒素の除去、食品製造工程における塩分除去や医薬品の有効成分の濃縮など、現在、多種多様な用途に、イオンの分離膜として電気透析法、拡散透析法などで使用されている。これらに使用される有用なイオン交換膜は、主にスチレン−ジビニルベンゼン系の均質イオン交換膜であり、一価と二価のイオン選択性、特定イオンの選択性、低膜抵抗化など種々の技術が開発され、工業上有用な分離ができるまでに至っている。   Ion exchange membranes are currently used for a wide variety of applications such as seawater concentration, desalination of groundwater for drinking water and removal of nitrate nitrogen, salt removal in food manufacturing processes, and concentration of active pharmaceutical ingredients. It is used as a membrane in electrodialysis and diffusion dialysis. The useful ion exchange membranes used in these are mainly styrene-divinylbenzene-based homogeneous ion exchange membranes. Various ion exchange membranes such as monovalent and divalent ion selectivity, specific ion selectivity, low membrane resistance, etc. Technology has been developed and industrially useful separation has been achieved.

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は、電気透析によって分離される場合が多い。電気透析による塩の分離は、陽イオン交換膜と陰イオン交換膜を交互に配列し、直流電流を流すことにより、陽イオン交換膜の陰極側に陽イオンを、陰イオン交換膜の陽極側に陰イオンを排除し、従って陰極側の陽イオン交換膜と、陽極側の陰イオン交換膜で挟まれて形成される室に供給される電解質液から塩を取り除くことで脱塩が実現される。しかしながら、電気透析により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、いわゆる、膜の有機汚染という問題が生じる。特に陰イオン交換膜が有機汚染されやすく、透析サイクルの進行と共に膜性能が徐々に劣化し、汚染が著しい場合には比較的短期間で著しく膜が膨潤したり、破損したりする問題がある。   In the process of synthesizing organic substances in the fields of foods, pharmaceuticals, agricultural chemicals and the like, salts are often produced as by-products. The salts contained in such organic substances are often separated by electrodialysis. In salt separation by electrodialysis, cation exchange membranes and anion exchange membranes are arranged alternately, and direct current is applied to cause cations to flow on the cathode side of the cation exchange membrane and on the anode side of the anion exchange membrane. Desalting is realized by removing the anion and thus removing the salt from the electrolyte solution supplied to the chamber formed by being sandwiched between the cation exchange membrane on the cathode side and the anion exchange membrane on the anode side. However, when desalting the treatment liquid by electrodialysis, organic pollutants in the liquid to be treated, especially macromolecules with a charge (hereinafter referred to as giant organic ions) adhere to the ion exchange membrane and degrade the performance of the membrane. The so-called organic contamination of the film occurs. In particular, the anion exchange membrane is likely to be organically contaminated, and the membrane performance gradually deteriorates with the progress of the dialysis cycle.

従来、有機汚染を抑制する方法として、巨大有機イオンの膜内への浸入を防止した陰イオン交換膜が知られている。これは、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。この陰イオン交換膜は、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。   Conventionally, as a method for suppressing organic contamination, an anion exchange membrane that prevents invasion of giant organic ions into the membrane is known. This is a film 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 the anion exchange membrane is more remarkable as the membrane structure is denser and the molecular weight of the giant organic ions is larger.

特許文献1には、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、陰イオン性の巨大有機イオンの膜内への浸入を抑制した陰イオン交換膜が開示されている。   Patent Document 1 discloses an anion exchange membrane in which an oppositely charged sulfonic acid group is introduced into the surface layer portion of a resin membrane having an anion exchange group to suppress the invasion of anionic giant organic ions into the membrane. Has been.

特許文献2には、陰イオン交換基のアニオン対の構造を工夫することで有機汚染性を改善した陰イオン交換膜が開示されている。   Patent Document 2 discloses an anion exchange membrane having improved organic contamination by devising an anion pair structure of an anion exchange group.

特公昭51−40556号公報Japanese Patent Publication No.51-40556 特開平3−146525号公報Japanese Patent Laid-Open No. 3-146525 特開昭59−187003号公報JP 59-187003 A 特開昭59−189113号公報JP 59-189113 A

しかしながら、特許文献1の巨大有機イオンの膜内への浸入を防止するようにした陰イオン交換膜は、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。また、特許文献2の陰イオン交換基のアニオン対の構造を工夫した陰イオン交換膜では耐有機汚染性が満足するものではなかった。   However, the anion exchange membrane of Patent Document 1 that prevents the invasion of giant organic ions into the membrane can exhibit a certain degree of organic contamination resistance, but is opposite to the surface layer portion of the resin membrane. The formation of a charged layer has the disadvantage that the membrane resistance is remarkably increased. Further, the anion exchange membrane in which the structure of the anion pair of the anion exchange group disclosed in Patent Document 2 is not satisfactory in organic contamination resistance.

従って、本発明は、有機汚染を抑制し、かつ、膜強度などの基礎物性に優れ、電気透析にも有用な陰イオン交換膜を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide an anion exchange membrane that suppresses organic contamination, has excellent basic physical properties such as membrane strength, and is useful for electrodialysis.

本発明者らは、上記課題について鋭意検討の結果、本発明に到達した。
すなわち、ビニルアルコール系重合体(A)とカチオン性基を有する重合体(B)を含有するカチオン性ビニルアルコール系共重合体(P)であって、前記ビニルアルコール系重合体(A)とカチオン性基を有する重合体(B)の割合が97:3〜60:40モル%の範囲であり、かつ架橋処理を施されたものであり、架橋度が3.0〜4.8の範囲であることを特徴とした陰イオン交換膜は、有機物による汚染を抑制し、かつ膜強度などの基礎物性に優れ、安定に電気透析を行うことができることを見出した。
The inventors of the present invention have arrived at the present invention as a result of intensive studies on the above problems.
That is, a cationic vinyl alcohol copolymer (P) containing a vinyl alcohol polymer (A) and a polymer (B) having a cationic group, the vinyl alcohol polymer (A) and a cation The ratio of the polymer (B) having a functional group is in the range of 97: 3 to 60:40 mol%, and is subjected to a crosslinking treatment, and the crosslinking degree is in the range of 3.0 to 4.8. It has been found that an anion exchange membrane characterized by being capable of suppressing contamination by organic substances, having excellent basic physical properties such as membrane strength, and allowing stable electrodialysis.

前記陰イオン交換膜の膨潤度は10〜50の範囲であることが好ましい。   The swelling degree of the anion exchange membrane is preferably in the range of 10-50.

前記ビニルアルコール系重合体(A)のけん化度が70〜99.9モル%の範囲であることが好ましい。   The saponification degree of the vinyl alcohol polymer (A) is preferably in the range of 70 to 99.9 mol%.

前記ビニルアルコール系重合体(A)とカチオン性基を有する重合体(B)を含有するカチオン性ビニルアルコール系共重合体(P)がブロック共重合体および/またはグラフト共重合体であることが好ましい。   The cationic vinyl alcohol copolymer (P) containing the vinyl alcohol polymer (A) and the polymer (B) having a cationic group is a block copolymer and / or a graft copolymer. preferable.

前記陰イオン交換膜がカチオン性ビニルアルコール系共重合体(P)と多孔性支持体とで構成されることが好ましい。   The anion exchange membrane is preferably composed of a cationic vinyl alcohol copolymer (P) and a porous support.

本発明の陰イオン交換膜によれば、有機物による汚染を抑制し、かつ膜強度などの基礎物性に優れ、安定に電気透析を行うことができる。   According to the anion exchange membrane of the present invention, contamination by organic substances can be suppressed, basic physical properties such as membrane strength can be excellent, and electrodialysis can be performed stably.

(陰イオン交換膜)
本発明の陰イオン交換膜は、ビニルアルコール系重合体(A)とカチオン性基を有する重合体(B)を含有するカチオン性ビニルアルコール系共重合体(P)であって、前記ビニルアルコール系重合体(A)とカチオン性基を有する重合体(B)の割合が97:3〜60:40モル%の範囲であり、かつ、架橋処理を施しており、その架橋度が3.0〜4.8の範囲であることを特徴とする。すなわち、ビニルアルコール系重合体(A)とカチオン性基を有する重合体(B)の割合を調整し、かつ、架橋度を制御することにより、本来の陰イオン交換膜としての性能を維持したまま、これまで以上に高い耐有機汚染性能を発現し得る利点がある。
(Anion exchange membrane)
The anion exchange membrane of the present invention is a cationic vinyl alcohol copolymer (P) containing a vinyl alcohol polymer (A) and a polymer (B) having a cationic group, the vinyl alcohol The ratio of the polymer (A) and the polymer (B) having a cationic group is in the range of 97: 3 to 60:40 mol%, and is subjected to a crosslinking treatment, and the degree of crosslinking is 3.0 to It is characterized by being in the range of 4.8. That is, by adjusting the ratio of the vinyl alcohol polymer (A) and the polymer (B) having a cationic group, and controlling the degree of crosslinking, the original performance as an anion exchange membrane is maintained. There is an advantage that organic contamination resistance performance higher than ever can be exhibited.

(カチオン性ビニルアルコール重合体(P))
本発明で用いられるカチオン性ビニルアルコール系共重合体(P)は、カチオン性基を有するポリビニルアルコール重合体であって、ビニルアルコール系単量体(a)を重合してなるビニルアルコール系重合体(A)及びカチオン性単量体(b)を重合してなるカチオン性基を有する重合体(B)から構成される共重合体であり、共重合体の形態は、ランダム重合体、ブロック重合体、グラフト重合体の任意の形態であればよいが、ブロック共重合体および/またはグラフト重合体であることが好ましい。
(Cationic vinyl alcohol polymer (P))
The cationic vinyl alcohol copolymer (P) used in the present invention is a polyvinyl alcohol polymer having a cationic group, and is a vinyl alcohol polymer obtained by polymerizing the vinyl alcohol monomer (a). (A) and a copolymer composed of a polymer (B) having a cationic group obtained by polymerizing the cationic monomer (b), and the form of the copolymer is random polymer, block weight Any form of a polymer and a graft polymer may be used, but a block copolymer and / or a graft polymer is preferable.

本発明で用いられるカチオン性ビニルアルコール系共重合体(P)は、分子鎖中にカチオン性基を含有する重合体である。当該カチオン性基は主鎖、側鎖、末端のいずれに含まれていても構わない。カチオン性基としては、アンモニウム基、イミニウム基、スルホニウム基、ホスホニウム基などが例示される。また、アミノ基やイミノ基のように、水中においてその一部が、アンモニウム基やイミニウム基に変換し得る官能基を含有する重合体も、本発明のカチオン基を持つ重合体に含まれる。この中で工業的に入手しやすい観点から、アンモニウム基が好ましい。アンモニウム基としては、1級アンモニウム基(アンモニウム塩)、2級アンモニウム基(アンモニウム塩)、3級アンモニウム基(塩)、4級アンモニウム基(トリアルキルアンモニウム基等)のいずれを用いることができるが、4級アンモニウム基(トリアルキルアンモニウム基)がより好ましい。カチオン性重合体は、1種類のみのカチオン基を含有しても良いし、複数種のカチオン基を含有しても良い。また、カチオン基の対アニオンは特に限定されず、ハロゲン化物イオン、水酸化物イオン、リン酸イオン、カルボン酸イオンなどが例示される。この中で、入手の容易性の点から、ハロゲン化物イオンが好ましく、塩化物イオンがより好ましい。カチオン性重合体は、1種類のみの対アニオンを含有しても良いし、複数種の対アニオンを含有しても良い。   The cationic vinyl alcohol copolymer (P) used in the present invention is a polymer containing a cationic group in the molecular chain. The cationic group may be contained in any of the main chain, side chain, and terminal. Examples of the cationic group include an ammonium group, an iminium group, a sulfonium group, and a phosphonium group. In addition, a polymer having a functional group that can be converted into an ammonium group or an iminium group in water, such as an amino group or an imino group, is also included in the polymer having a cationic group of the present invention. Among these, an ammonium group is preferable from the viewpoint of industrial availability. As the ammonium group, any of primary ammonium group (ammonium salt), secondary ammonium group (ammonium salt), tertiary ammonium group (salt), and quaternary ammonium group (trialkylammonium group, etc.) can be used. A quaternary ammonium group (trialkylammonium group) is more preferable. The cationic polymer may contain only one kind of cationic group or may contain plural kinds of cationic groups. Further, the counter anion of the cation group is not particularly limited, and examples thereof include halide ions, hydroxide ions, phosphate ions, and carboxylate ions. Of these, halide ions are preferred and chloride ions are more preferred from the standpoint of availability. The cationic polymer may contain only one type of counter anion or may contain a plurality of types of counter anions.

カチオン性重合体としては、以下の一般式(1)〜(8)の構造単位を有するものが例示される。   Examples of the cationic polymer include those having structural units of the following general formulas (1) to (8).

Figure 2015067770

[式中、Rは水素原子または炭素数1〜4のアルキル基を表す。R、R、Rはそれぞれ独立に、水素原子、または、置換基を有していてもよい炭素数1〜18のアルキル基、アリール基若しくはアラルキル基を表わす。R、R、Rは、相互に連結して飽和若しくは不飽和環状構造を形成していてもよい。Zは−O−、−NH−、または−N(CH)−を表し、Yは酸素、窒素、硫黄またはリン原子を含んでもよい総炭素数1〜8の二価の連結基を表す。Xはアニオンを表す。]
Figure 2015067770

[Wherein, R 1 represents a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms. R 2 , R 3 and R 4 each independently represents a hydrogen atom or an optionally substituted alkyl group, aryl group or aralkyl group having 1 to 18 carbon atoms. R 2 , R 3 and R 4 may be connected to each other to form a saturated or unsaturated cyclic structure. Z represents —O—, —NH—, or —N (CH 3 ) —, and Y represents a divalent linking group having 1 to 8 carbon atoms which may contain an oxygen, nitrogen, sulfur or phosphorus atom. X represents an anion. ]

一般式(1)中の対アニオンXとしては、ハロゲン化物イオン、水酸化物イオン、リン酸イオン、カルボン酸イオンなどが例示される。一般式(1)で表わされる構造単位を含有するカチオン性重合体しては、3−(メタ)アクリルアミドプロピルトリメチルアンモニウムクロライド、3−(メタ)アクリルアミド−3,3−ジメチルプロピルトリメチルアンモニウムクロライドなど3−(メタ)アクリルアミド−アルキルトリアルキルアンモニウム塩の単独重合体または共重合体などが例示される。 Examples of the counter anion X in the general formula (1) include halide ions, hydroxide ions, phosphate ions, carboxylate ions, and the like. Examples of the cationic polymer containing the structural unit represented by the general formula (1) include 3- (meth) acrylamidopropyltrimethylammonium chloride and 3- (meth) acrylamide-3,3-dimethylpropyltrimethylammonium chloride. Examples include homopolymers or copolymers of-(meth) acrylamide-alkyltrialkylammonium salts.

Figure 2015067770

[式中、Rは水素原子またはメチル基を表わす。R、R、R、およびXは一般式(1)と同義である。]
Figure 2015067770

[Wherein R 5 represents a hydrogen atom or a methyl group. R 2 , R 3 , R 4 , and X are as defined in general formula (1). ]

一般式(2)で表わされる構造単位を含有するカチオン性重合体としては、ビニルベンジルトリメチルアンモニウムクロライドなどビニルベンジルトリアルキルアンモニウム塩の単独重合体または共重合体などが例示される。   Examples of the cationic polymer containing the structural unit represented by the general formula (2) include homopolymers or copolymers of vinylbenzyltrialkylammonium salts such as vinylbenzyltrimethylammonium chloride.

Figure 2015067770

[式中、R、R、およびXは一般式(1)と同義である。]
Figure 2015067770

[Wherein R 2 , R 3 , and X have the same meaning as in general formula (1). ]

Figure 2015067770

[式中、R、R、およびXは一般式(1)と同義である。]
Figure 2015067770

[Wherein R 2 , R 3 , and X have the same meaning as in general formula (1). ]

一般式(3)および一般式(4)で表わされる構造単位を含有するカチオン性重合体としては、ジアリルジメチルアンモニウムクロライドなどジアリルジアルキルアンモニウム塩が環化重合して得られる単独重合体または共重合体が例示される。   As the cationic polymer containing the structural unit represented by the general formula (3) and the general formula (4), a homopolymer or copolymer obtained by cyclopolymerizing a diallyldialkylammonium salt such as diallyldimethylammonium chloride. Is exemplified.

Figure 2015067770

[式中、nは0または1を表わす。RおよびRは一般式(1)と同義である。]
Figure 2015067770

[Wherein n represents 0 or 1; R 2 and R 3 have the same meaning as in the general formula (1). ]

一般式(5)で表わされる構造単位を含有するカチオン性重合体としては、アリルアミンの単独重合体または共重合体が例示される。   Examples of the cationic polymer containing the structural unit represented by the general formula (5) include an allylamine homopolymer or copolymer.

Figure 2015067770

[式中、nは0または1を表わす。R、R、R、およびXは一般式(1)と同義である。]
Figure 2015067770

[Wherein n represents 0 or 1; R 2 , R 3 , R 4 , and X are as defined in general formula (1). ]

一般式(6)で表わされる構造単位を含有するカチオン性重合体としては、アリルアミン塩酸塩などアリルアンモニウム塩の単独重合体または共重合体が例示される。   Examples of the cationic polymer containing the structural unit represented by the general formula (6) include homopolymers or copolymers of allyl ammonium salts such as allylamine hydrochloride.

Figure 2015067770

[式中、Rは水素原子またはメチル基を表し、Aは−CH(OH)CH−、−CHCH(OH)−、−C(CH)(OH)CH−、−CHC(CH)(OH)−、−CH(OH)CHCH−、または−CHCHCH(OH)−を表す。Eは−N(Rまたは−N(R・Xを表し、Rは水素原子またはメチル基を表す。Xはアニオンを表す。]
Figure 2015067770

[Wherein, R 5 represents a hydrogen atom or a methyl group, and A represents —CH (OH) CH 2 —, —CH 2 CH (OH) —, —C (CH 3 ) (OH) CH 2 —, —CH 2 C (CH 3) (OH ) -, - CH (OH) CH 2 CH 2 -, or -CH 2 CH 2 CH (OH) - represents a. E is -N (R 6) 2 or -N + (R 6) 3 · X - represents, R 6 represents a hydrogen atom or a methyl group. X represents an anion. ]

一般式(7)で表わされる構造単位を含有するカチオン性重合体として、N−(3−アリルオキシ−2−ヒドロキシプロピル)ジメチルアミンまたはその4級アンモニウム塩の単独重合体または共重合体、N−(4−アリルオキシ−3−ヒドロキシブチル)ジエチルアミンまたはその4級アンモニウム塩の単独重合体または共重合体が例示される。   As a cationic polymer containing the structural unit represented by the general formula (7), a homopolymer or copolymer of N- (3-allyloxy-2-hydroxypropyl) dimethylamine or a quaternary ammonium salt thereof, N- A homopolymer or copolymer of (4-allyloxy-3-hydroxybutyl) diethylamine or a quaternary ammonium salt thereof is exemplified.

Figure 2015067770

[式中、Rは水素原子またはメチル基、Rは水素原子、メチル基、エチル基、n−プロピル基またはi−プロピル基、Rは水素原子、メチル基、およびエチル基をそれぞれ表わす。]
Figure 2015067770

[Wherein, R 5 represents a hydrogen atom or a methyl group, R 7 represents a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group or an i-propyl group, and R 8 represents a hydrogen atom, a methyl group or an ethyl group, respectively. . ]

一般式(8)で表わされる構造単位を含有するカチオン性重合体として、(メタ)アクリルアミド、N−メチル(メタ)アクリルアミド、N−エチル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメチル(メタ)アクリルアミド等が例示される。   Examples of the cationic polymer containing the structural unit represented by the general formula (8) include (meth) acrylamide, N-methyl (meth) acrylamide, N-ethyl (meth) acrylamide, N, N-dimethyl (meth) acrylamide and the like. Is exemplified.

(カチオン基を有する単量体とビニルアルコール系単量体との共重合体)
カチオン基を有するビニルアルコール系共重合体としては、入手容易である点からメタクリルアミドアルキルトリアルキルアンモニウム塩とビニルアルコール成分との共重合体、ビニルベンジルトリアルキルアンモニウム塩とビニルアルコール成分との共重合体、ジアリルジアルキルアンモニウム塩とビニルアルコール成分との共重合体が特に好ましい。
(Copolymer of monomer having cationic group and vinyl alcohol monomer)
As a vinyl alcohol copolymer having a cationic group, a copolymer of a methacrylamide alkyltrialkylammonium salt and a vinyl alcohol component, and a copolymer of a vinylbenzyl trialkylammonium salt and a vinyl alcohol component are easily available. Particularly preferred are copolymers and copolymers of diallyldialkylammonium salts and vinyl alcohol components.

(ビニルアルコール系重合体とカチオン性重合体との比率)
本発明のカチオン性ビニルアルコール系共重合体(P)のビニルアルコール系重合体(A)とカチオン性基を有する重合体(B)との比率は、97:3〜60:40モル%の範囲であることが必須であり、95:5〜70:30モル%の範囲であることが好ましく、93:7〜80:20モル%の範囲であることがより好ましい。カチオン性基を有する重合体(B)の比率が3モル%未満では、陰イオン交換膜中の有効荷電密度が低下し、膜の対イオン選択性が低下するおそれがある。また、カチオン性重合体の比率が40モル%を超えると、陰イオン交換膜の膨潤度が高くなり、機械的強度が低下するおそれがある。ここで、ビニルアルコール系重合体(A)とカチオン性基を有する重合体(B)との比率とは、ビニルアルコール系重合体(A)に含まれるビニルアルコール単量体単位(a)とカチオン性基を有する重合体(B)に含まれるカチオン性単量体単位(b)とのモル比率を表す。
(Ratio of vinyl alcohol polymer to cationic polymer)
The ratio of the vinyl alcohol polymer (A) of the cationic vinyl alcohol copolymer (P) of the present invention to the polymer (B) having a cationic group is in the range of 97: 3 to 60:40 mol%. And is preferably in the range of 95: 5 to 70:30 mol%, and more preferably in the range of 93: 7 to 80:20 mol%. When the ratio of the polymer (B) having a cationic group is less than 3 mol%, the effective charge density in the anion exchange membrane is lowered, and the counter ion selectivity of the membrane may be lowered. On the other hand, when the ratio of the cationic polymer exceeds 40 mol%, the degree of swelling of the anion exchange membrane is increased, and the mechanical strength may be lowered. Here, the ratio of the vinyl alcohol polymer (A) to the polymer (B) having a cationic group is the vinyl alcohol monomer unit (a) contained in the vinyl alcohol polymer (A) and the cation. It represents a molar ratio with the cationic monomer unit (b) contained in the polymer (B) having a functional group.

(ブロックまたはグラフト共重合体)
本発明において、カチオン性ビニルアルコール系共重合体(P)は、カチオン性基を有する単量体単位とビニルアルコール系単量体単位とを含む共重合体から構成されている。中でも、ビニルアルコール系重合体(A)と、カチオン性基を有する重合体(B)とを含有するブロックおよび/またはグラフト共重合体が好適に用いられる。特に、ブロック共重合体がより好適に用いられる。こうすることにより、カチオン性重合体がミクロ相分離して、膜の膨潤度の抑制、および形状保持についての機能を担うビニルアルコール重合体成分と、アニオンを透過させる機能を担うイオン交換ユニットを重合してなる重合体成分とが役割分担でき、陰イオン交換膜の膨潤度と寸法安定性とを両立させることができる。カチオン性基を有する単量体単位としては、前記一般式(1)〜(8)で表わされるものなどが例示される。この中で、入手容易である点から、カチオン性重合体としては、メタクリルアミドアルキルトリアルキルアンモニウム塩を重合してなる重合体成分とビニルアルコール系重合体成分とを含有するブロック共重合体、ビニルベンジルトリアルキルアンモニウム塩を重合してなる重合体成分とビニルアルコール系重合体成分とを含有するブロック共重合体、またはジアリルジアルキルアンモニウム塩を重合してなる重合体成分とビニルアルコール系重合体成分とを含有するブロック共重合体が好ましく用いられる。
また、グラフト共重合体としては、カチオン性重合体セグメントを幹鎖として、ビニルアルコール重合体性セグメントを枝鎖とする場合と、ビニルアルコール重合体セグメントを幹鎖として、カチオン性重合体セグメントを枝鎖とする場合とがある。本発明においては特に限定されないが、強度的性質を得やすい点から、ビニルアルコールを幹鎖として、カチオン性重合体セグメントを枝鎖とするグラフト共重合体が好ましい。グラフト共重合方法としては、公知の方法が適用される。
(Block or graft copolymer)
In the present invention, the cationic vinyl alcohol copolymer (P) is composed of a copolymer containing a monomer unit having a cationic group and a vinyl alcohol monomer unit. Among these, a block and / or graft copolymer containing a vinyl alcohol polymer (A) and a polymer (B) having a cationic group is preferably used. In particular, a block copolymer is more preferably used. By doing so, the cationic polymer is microphase-separated to polymerize the vinyl alcohol polymer component responsible for suppressing membrane swelling and maintaining shape, and the ion exchange unit responsible for permeating anions. The role of the polymer component formed can be shared, and the degree of swelling and dimensional stability of the anion exchange membrane can both be achieved. Examples of the monomer unit having a cationic group include those represented by the general formulas (1) to (8). Among these, as a cationic polymer, a block copolymer containing a polymer component obtained by polymerizing methacrylamide alkyltrialkylammonium salt and a vinyl alcohol polymer component, vinyl, A block copolymer containing a polymer component obtained by polymerizing a benzyltrialkylammonium salt and a vinyl alcohol polymer component, or a polymer component obtained by polymerizing a diallyldialkylammonium salt and a vinyl alcohol polymer component; A block copolymer containing is preferably used.
The graft copolymer includes a cationic polymer segment as a main chain and a vinyl alcohol polymer segment as a branched chain, and a vinyl alcohol polymer segment as a main chain and a cationic polymer segment as a branched chain. Sometimes it is a chain. Although it is not particularly limited in the present invention, a graft copolymer having vinyl alcohol as a main chain and a cationic polymer segment as a branch chain is preferable from the viewpoint of easily obtaining strength properties. A known method is applied as the graft copolymerization method.

(ランダム共重合体の製造)
本発明の陰イオン交換膜に用いられる、カチオン性ビニルアルコール系共重合体(P)は、カチオン性単量体とビニルエステル系単量体を共重合し、これを常法によりけん化して得られる。ビニルエステル系単量体は、ラジカル重合可能なものであれば使用できる。例えば、ギ酸ビニル、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、バレリン酸ビニル、カプリン酸ビニル、ラウリン酸ビニル、ステアリン酸ビニル、安息香酸ビニル、ピバリン酸ビニルおよびパーサティック酸ビニル等があげられる。この中でも酢酸ビニルが好ましい。
(Production of random copolymer)
The cationic vinyl alcohol copolymer (P) used in the anion exchange membrane of the present invention is obtained by copolymerizing a cationic monomer and a vinyl ester monomer and saponifying this by a conventional method. It is done. The vinyl ester monomer can be used as long as it can be radically polymerized. For example, vinyl formate, vinyl acetate, vinyl propionate, vinyl valenate, vinyl caprate, vinyl laurate, vinyl stearate, vinyl benzoate, vinyl pivalate, and vinyl persate. Among these, vinyl acetate is preferable.

カチオン性単量体とビニルエステル系単量体とを共重合させる方法としては、塊状重合法、溶液重合法、懸濁重合法、乳化重合法などの公知の方法があげられる。それらの方法の中でも、無溶媒で行う塊状重合法、またはアルコールなどの溶媒を用いて行う溶液重合が通常採用される。溶液重合を採用して共重合反応を行う際に、溶媒として使用されるアルコールには、メタノール、エタノール、プロパノールなどの低級アルコールがあげられる。共重合反応に使用される開始剤としては、2,2’―アゾビス(2、4−ジメチル−バレロニトリル)、1,1’−アゾビス(シクロヘキサン−1−カルボニトリル)、2、2’−アゾビス(N−ブチル−2−メチルプロピオンアミド)などのアゾ系開始剤、過酸化ベンゾイル、n−プロピルパーオキシカーボネートなどの過酸化物系開始剤などの公知の開始剤があげられる。共重合反応を行う際の重合温度については、特に制限はないが、5〜180℃の範囲が適当である。   Examples of a method for copolymerizing the cationic monomer and the vinyl ester monomer include known methods such as a bulk polymerization method, a solution polymerization method, a suspension polymerization method, and an emulsion polymerization method. Among these methods, a bulk polymerization method performed without a solvent or a solution polymerization performed using a solvent such as alcohol is usually employed. Examples of the alcohol used as a solvent when performing a copolymerization reaction by employing solution polymerization include lower alcohols such as methanol, ethanol, and propanol. Examples of the initiator used for the copolymerization reaction include 2,2′-azobis (2,4-dimethyl-valeronitrile), 1,1′-azobis (cyclohexane-1-carbonitrile), and 2,2′-azobis. Known initiators such as azo initiators such as (N-butyl-2-methylpropionamide) and peroxide initiators such as benzoyl peroxide and n-propyl peroxycarbonate can be used. Although there is no restriction | limiting in particular about the polymerization temperature at the time of performing a copolymerization reaction, The range of 5-180 degreeC is suitable.

カチオン性単量体とビニルエステル系単量体とを共重合させることによって得られたビニルエステル系重合体は、次いで、公知の方法にしたがって溶媒中でけん化することで、カチオン性基を含有するビニルアルコール系重合体を得ることができる。   The vinyl ester polymer obtained by copolymerizing a cationic monomer and a vinyl ester monomer then contains a cationic group by saponification in a solvent according to a known method. A vinyl alcohol polymer can be obtained.

ビニルエステル系重合体のけん化反応の触媒としては通常アルカリ性物質が用いられ、その例として、水酸化カリウム、水酸化ナトリウムなどのアルカリ金属の水酸化物、およびナトリウムメトキシドなどのアルカリ金属アルコキシドがあげられる。けん化触媒は、けん化反応の初期に一括して添加しても良いし、あるいはけん化反応の初期に一部を添加し、残りをけん化反応の途中で追加して添加しても良い。けん化反応に用いられる溶媒としては、メタノール、酢酸メチル、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミドなどがあげられる。この中でもメタノールが好ましい。けん化反応は、バッチ法および連続法のいずれの方式でも実施可能である。けん化反応の終了後に、必要に応じて、残存するけん化触媒を中和しても良く、使用可能な中和剤として、酢酸、乳酸などの有機酸、および酢酸メチルなどのエステル化合物などがあげられる。   Alkaline substances are usually used as the catalyst for the saponification reaction of vinyl ester polymers. Examples thereof include alkali metal hydroxides such as potassium hydroxide and sodium hydroxide, and alkali metal alkoxides such as sodium methoxide. It is done. The saponification catalyst may be added all at once in the early stage of the saponification reaction, or a part thereof may be added in the early stage of the saponification reaction, and the rest may be added and added during the saponification reaction. Examples of the solvent used for the saponification reaction include methanol, methyl acetate, dimethyl sulfoxide, dimethylformamide and the like. Of these, methanol is preferable. The saponification reaction can be carried out by either a batch method or a continuous method. After completion of the saponification reaction, the remaining saponification catalyst may be neutralized as necessary, and usable neutralizing agents include organic acids such as acetic acid and lactic acid, and ester compounds such as methyl acetate. .

カチオン性ビニルアルコール系共重合体(P)のけん化度は特に限定されないが、70〜99.9モル%の範囲であることが好ましい。けん化度が70モル%未満では、結晶性が低下し、イオン交換膜の耐久性が不足するおそれがある。けん化度が75モル%以上であることがより好ましく、80モル%以上であることが更に好ましい。通常、けん化度は99.9モル%以下である。このとき、前記ビニルアルコール系重合体が複数種のビニルアルコール系重合体の混合物である場合のけん化度の測定方法は、JIS K6726に準ずる。   The degree of saponification of the cationic vinyl alcohol copolymer (P) is not particularly limited, but is preferably in the range of 70 to 99.9 mol%. If the degree of saponification is less than 70 mol%, the crystallinity is lowered, and the durability of the ion exchange membrane may be insufficient. The saponification degree is more preferably 75 mol% or more, and further preferably 80 mol% or more. Usually, the saponification degree is 99.9 mol% or less. At this time, the method for measuring the degree of saponification when the vinyl alcohol polymer is a mixture of a plurality of types of vinyl alcohol polymers is in accordance with JIS K6726.

カチオン性ビニルアルコール系共重合体(P)の粘度平均重合度(以下単に重合度と言うことがある)は特に限定されないが、50〜10000であることが好ましい。重合度が50未満では、実用上でイオン交換膜が充分な耐久性を保持できないおそれがある。重合度が100以上であることがより好ましい。重合度が10000を超えると、水溶液にした際に粘度が高すぎて取り扱いが不便であるおそれがある。重合度が8000以下であることがより好ましい。このとき、前記ビニルアルコール系共重合体が複数種のビニルアルコール系共重合体の混合物である場合の重合度は、混合物全体としての平均の重合度をいう。なお、前記ビニルアルコール系重合体の粘度平均重合度は、JIS K6726に準じて測定した値である。   The viscosity average polymerization degree of the cationic vinyl alcohol copolymer (P) (hereinafter sometimes simply referred to as polymerization degree) is not particularly limited, but is preferably 50 to 10,000. If the degree of polymerization is less than 50, the ion exchange membrane may not be able to maintain sufficient durability in practical use. More preferably, the degree of polymerization is 100 or more. When the degree of polymerization exceeds 10,000, the viscosity may be too high when handled in an aqueous solution, which may be inconvenient to handle. The degree of polymerization is more preferably 8000 or less. At this time, the degree of polymerization when the vinyl alcohol copolymer is a mixture of a plurality of types of vinyl alcohol copolymers refers to the average degree of polymerization of the entire mixture. The viscosity average degree of polymerization of the vinyl alcohol polymer is a value measured according to JIS K6726.

(ブロック共重合体の製造)
本発明で用いられる、カチオン性単量体を重合してなる重合体成分とビニルアルコール系重合体成分がブロック共重合を形成する重合体の製造方法は主に次の2つの方法に大別される。すなわち、(1)所望のブロック共重合体を製造した後、特定のブロックにカチオン性基を結合させる方法、および(2)少なくとも1種類のカチオン性単量体を重合させて所望のブロック共重合体を得る方法である。このうち、(1)については、末端にメルカプト基を有するビニルアルコール系重合体の存在下、1種類または複数種の単量体をブロック共重合させ、次いでブロック共重合体中の1種類または複数種の重合体成分にカチオン性基を導入する方法、(2)については、末端にメルカプト基を有するビニルアルコール系重合体の存在下、少なくとも1種類のカチオン性単量体をラジカル重合させることによりブロック共重合体を製造する方法が工業的な容易さから好ましい。特に、ブロック共重合体中の各成分の種類や量を容易に制御できることから、末端にメルカプト基を有するビニルアルコール系重合体の存在下、少なくとも1種類以上のカチオン性単量体をラジカル重合させてブロック共重合体を製造する方法が好ましい。
(Manufacture of block copolymer)
The polymer production method used in the present invention in which a polymer component obtained by polymerizing a cationic monomer and a vinyl alcohol polymer component form a block copolymer is mainly divided into the following two methods. The (1) A method in which a desired block copolymer is produced and then a cationic group is bonded to a specific block; and (2) a desired block copolymer is polymerized by polymerizing at least one cationic monomer. It is a method of obtaining coalescence. Among these, for (1), one or more monomers are block copolymerized in the presence of a vinyl alcohol polymer having a mercapto group at the terminal, and then one or more monomers in the block copolymer are used. In the method of introducing a cationic group into a seed polymer component, (2), by radical polymerization of at least one cationic monomer in the presence of a vinyl alcohol polymer having a mercapto group at the terminal. A method for producing a block copolymer is preferred because of industrial ease. In particular, since the type and amount of each component in the block copolymer can be easily controlled, at least one cationic monomer is radically polymerized in the presence of a vinyl alcohol polymer having a mercapto group at the terminal. Thus, a method for producing a block copolymer is preferred.

これらのブロック共重合体の製造に用いられる、末端にメルカプト基を有するビニルアルコール系重合体は、例えば、特許文献3などに記載されている方法により得ることができる。すなわち、チオール酸の存在下にビニルエステル系単量体、例えば酢酸ビニルをラジカル重合して得られるビニルエステル系重合体をけん化する方法があげられる。また、末端にメルカプト基を有するビニルアルコール系重合体とイオン性単量体とを用いてブロック共重合体を得る方法としては、例えば、特許文献4などに記載された方法が挙げられる。すなわち、末端にメルカプト基を有するビニルアルコール系重合体の存在下にカチオン性単量体を重合開始剤を用いてラジカル重合させることによりブロック共重合体を得ることができる。このラジカル重合は公知の方法、例えば塊状重合、溶液重合、パール重合、乳化重合などによって行うことができるが、末端にメルカプト基を含有するビニルアルコール系重合体を溶解し得る溶剤、例えば水やジメチルスルホキシドを主体とする媒体中で行うのが好ましい。また、重合プロセスとしては、回分法、半回分法、連続法のいずれをも採用することができる。   The vinyl alcohol polymer having a mercapto group at the end used for the production of these block copolymers can be obtained, for example, by the method described in Patent Document 3 and the like. That is, there is a method of saponifying a vinyl ester polymer obtained by radical polymerization of a vinyl ester monomer such as vinyl acetate in the presence of thiolic acid. Moreover, as a method of obtaining a block copolymer using the vinyl alcohol polymer which has a mercapto group at the terminal, and an ionic monomer, the method described in patent document 4 etc. is mentioned, for example. That is, a block copolymer can be obtained by radical polymerization of a cationic monomer using a polymerization initiator in the presence of a vinyl alcohol polymer having a mercapto group at the terminal. This radical polymerization can be carried out by a known method such as bulk polymerization, solution polymerization, pearl polymerization, emulsion polymerization, etc., but a solvent capable of dissolving a vinyl alcohol polymer containing a mercapto group at the terminal, such as water or dimethyl It is preferably carried out in a medium mainly composed of sulfoxide. As the polymerization process, any of a batch method, a semi-batch method, and a continuous method can be employed.

上記重合開始剤は、通常のラジカル重合開始剤、例えば2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、ベンゾイルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、ジイソプロピルパーオキシカーボネート、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム等の中から重合系に適したものを使用して行うことができるが、水系での重合の場合、ビニルアルコール系重合体末端のメルカプト基と臭素酸カリウム、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム、過酸化水素等の酸化剤によるレドックス反応によって重合を開始することも可能である。   The polymerization initiator is polymerized from ordinary radical polymerization initiators such as 2,2′-azobisisobutyronitrile, benzoyl peroxide, lauroyl peroxide, diisopropyl peroxycarbonate, potassium persulfate, ammonium persulfate, and the like. In the case of polymerization in water, the mercapto group at the end of the vinyl alcohol polymer and an oxidizing agent such as potassium bromate, potassium persulfate, ammonium persulfate, and hydrogen peroxide can be used. It is also possible to initiate the polymerization by means of a redox reaction.

末端にメルカプト基を有するビニルアルコール系重合体の存在下にアニオン交換性基を有する重合体を共重合させるに際し、重合系が酸性であることが望ましい。これはメルカプト基が、塩基性下においては、単量体の二重結合へイオン的に付加し消失する速度が大きく、重合効率が著しく低下するためである。また、水系の重合であれば、すべての重合操作をpH4以下で実施することが好ましい。   When copolymerizing a polymer having an anion exchange group in the presence of a vinyl alcohol polymer having a mercapto group at the terminal, the polymerization system is desirably acidic. This is because, under basic conditions, the mercapto group has a high rate of ionic addition to the double bond of the monomer and disappears, and the polymerization efficiency is significantly reduced. In the case of aqueous polymerization, it is preferable to carry out all polymerization operations at pH 4 or less.

(陰イオン交換膜の製造)
本発明の陰イオン交換膜に関する製造方法は、
カチオン性ビニルアルコール系共重合体(P)の溶液を調整する工程;
剥離フィルムの上に、前記カチオン性ビニルアルコール系共重合体(P)の水溶液を塗布して、カチオン性ビニルアルコール系共重合体(P)の塗布層を形成する工程;
前記剥離フィルムを、乾燥した含浸体から剥離する工程;を含んでいる。
(Manufacture of anion exchange membrane)
The production method relating to the anion exchange membrane of the present invention is:
Preparing a solution of the cationic vinyl alcohol copolymer (P);
Applying an aqueous solution of the cationic vinyl alcohol copolymer (P) on the release film to form a coating layer of the cationic vinyl alcohol copolymer (P);
Peeling the release film from the dried impregnated body.

また、本発明の陰イオン交換膜に関する製造方法は、
カチオン性ビニルアルコール系共重合体(P)の溶液を調整する工程;
剥離フィルムの上に、前記カチオン性ビニルアルコール系共重合体(P)の水溶液を塗布して、カチオン性ビニルアルコール系共重合体(P)の塗布層を形成する工程;
前記塗布層に多孔性支持体を重ね合わせ、この多孔性支持体の少なくとも一部にカチオン性ビニルアルコール系共重合体(P)を含浸させ、含浸体を形成する工程;
前記塗布層と多孔性支持体とを重ねあわせた状態で、この含浸体を乾燥させる工程;および
前記剥離フィルムを、乾燥した含浸体から剥離する工程;を含んでいる。
In addition, the production method relating to the anion exchange membrane of the present invention,
Preparing a solution of the cationic vinyl alcohol copolymer (P);
Applying an aqueous solution of the cationic vinyl alcohol copolymer (P) on the release film to form a coating layer of the cationic vinyl alcohol copolymer (P);
A step of superposing a porous support on the coating layer and impregnating at least a part of the porous support with a cationic vinyl alcohol copolymer (P) to form an impregnated body;
A step of drying the impregnated body in a state where the coating layer and the porous support are superposed; and a step of peeling the release film from the dried impregnated body.

(カチオン性ビニルアルコール系共重合体(P)溶液調製工程)
より詳細には、上記のカチオン性ビニルアルコール系共重合体(P)を、水、DMSOなどの溶媒に溶解し、カチオン性ビニルアルコール系共重合体(P)の溶液(好ましくは水溶液)を調製する。
得られたカチオン性ビニルアルコール系共重合体(P)の溶液は、剥離フィルムへ塗膜を良好に形成する観点から、例えば粘度が、300〜5000mPaであってもよく、好ましくは、400〜4000mPa、より好ましくは500〜3000mPaであってもよい。
また、濃度は、カチオン性ビニルアルコール系共重合体(P)の種類に応じて適宜設定することができるが、例えば、1〜50wt%であってもよく、好ましくは2〜45wt%、より好ましくは3〜40wt%であってもよい。
(Cationic vinyl alcohol copolymer (P) solution preparation process)
More specifically, the cationic vinyl alcohol copolymer (P) is dissolved in a solvent such as water or DMSO to prepare a solution (preferably an aqueous solution) of the cationic vinyl alcohol copolymer (P). To do.
From the viewpoint of satisfactorily forming a coating film on the release film, the obtained cationic vinyl alcohol copolymer (P) solution may have a viscosity of, for example, 300 to 5000 mPa, preferably 400 to 4000 mPa. More preferably, it may be 500 to 3000 mPa.
The concentration can be appropriately set according to the type of the cationic vinyl alcohol copolymer (P), but may be, for example, 1 to 50 wt%, preferably 2 to 45 wt%, more preferably 3-40 wt% may be sufficient.

(塗布層形成工程)
そして、得られたカチオン性ビニルアルコール系共重合体(P)の溶液(好ましくは水溶液)を、剥離フィルム上に、バーコーター、グラビアコーター、ナイフコーター、ブレードコーターなどの各種塗布手段を利用して塗布し、塗布層(キャスト層)を形成する。
剥離フィルムは、均一な塗布層を形成できるとともに、最終的に剥離させることができれば特に限定されず、公知又は慣用の剥離性フィルムまたはシート(例えば、PETフィルム、ポリエチレンフィルム、シリコーンシートなど)を利用することができる。
塗布層の厚みは、良好な塗布層を形成することができる観点から、例えば、300μm〜1500μm程度であってもよく、好ましくは500μm〜1400μm程度、より好ましくは600μm〜1300μm程度であってもよい。
(Coating layer forming process)
Then, the obtained cationic vinyl alcohol copolymer (P) solution (preferably an aqueous solution) is applied onto the release film using various coating means such as a bar coater, a gravure coater, a knife coater, and a blade coater. Coating is performed to form a coating layer (cast layer).
The release film is not particularly limited as long as it can form a uniform coating layer and can be finally peeled off. A known or commonly used release film or sheet (for example, PET film, polyethylene film, silicone sheet, etc.) is used. can do.
From the viewpoint of forming a good coating layer, the thickness of the coating layer may be, for example, about 300 μm to 1500 μm, preferably about 500 μm to 1400 μm, more preferably about 600 μm to 1300 μm. .

(多孔性支持体含浸工程)
この塗布層は、乾燥工程を行う前に、多孔性支持体を重ね合わせ、多孔性支持体の少なくとも一部にカチオン性ポリビニルアルコール系共重合体(P)の溶液が含浸された含浸体を形成させることも可能である。
(Porous support impregnation step)
Prior to the drying process, this coating layer is formed by laminating a porous support to form an impregnated body in which at least a part of the porous support is impregnated with a solution of the cationic polyvinyl alcohol copolymer (P). It is also possible to make it.

多孔性支持体としては、特に限定するものではないが不織布シートや合成樹脂製ファブリックが好ましい。不織布シートは、連続繊維から形成された不織布であってもよいが、カチオン性ポリビニルアルコール系共重合体(P)の含浸層を形成しやすいため、短繊維からなる湿式不織布が好ましい。また、不織布シートを形成するポリマーとしては、カチオン性ビニルアルコール系共重合体(P)の溶液が含浸可能である限り特に限定されないが、ポリエステル繊維、ポリビニルアルコール繊維などが例示でき、特にポリビニルアルコール繊維が好ましい。合成樹脂製ファブリックは、複数の線形部材を好ましくは10〜90度の角度にて交差して配置し交差点を溶融結合してなる合成樹脂製のメッシュが好ましい。例えば、溶融押し出し法により、または合成樹脂製の糸で粗く織った複数枚の織布を熱プレスすることにより製造される。合成樹脂としては、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエステルテレフタレート、ポリビニルアルコール等を用いることができる。   Although it does not specifically limit as a porous support body, a nonwoven fabric sheet and a synthetic resin fabric are preferable. The nonwoven fabric sheet may be a nonwoven fabric formed from continuous fibers, but a wet nonwoven fabric composed of short fibers is preferable because an impregnation layer of the cationic polyvinyl alcohol copolymer (P) can be easily formed. The polymer forming the nonwoven sheet is not particularly limited as long as the solution of the cationic vinyl alcohol copolymer (P) can be impregnated, and examples thereof include polyester fibers and polyvinyl alcohol fibers. Is preferred. The synthetic resin fabric is preferably a synthetic resin mesh in which a plurality of linear members are arranged so as to intersect at an angle of preferably 10 to 90 degrees and the intersections are melt-bonded. For example, it is manufactured by hot pressing a plurality of woven fabrics coarsely woven with synthetic resin yarns by a melt extrusion method. As the synthetic resin, polypropylene, polyethylene, polyester terephthalate, polyvinyl alcohol, or the like can be used.

多孔性支持体は、含浸層を形成する観点から、例えば坪量が、10〜90g/m程度であってもよく、好ましくは15〜70g/m程度であってもよく、より好ましくは20〜50g/m程度であってもよい。 From the viewpoint of forming the impregnated layer, the porous support may have, for example, a basis weight of about 10 to 90 g / m 2 , preferably about 15 to 70 g / m 2 , more preferably It may be about 20 to 50 g / m 2 .

多孔性支持体の空隙率は、40〜90%であることが好ましい。空隙率がこの範囲にあることで、得られる陰イオン交換膜の機械強度が優れ、かつ耐久性にも優れる。多孔性支持体の空隙率が40%未満の場合、イオン交換膜の膜抵抗が上昇し、イオンや塩の輸送が困難になるおそれがある。該空隙率は50%以上であることが好ましく、55%以上であることがさらに好ましい。一方、多孔性支持体の空隙率が90%を超える場合、得られる陰イオン交換膜の機械強度が劣るおそれがあり、耐久性に問題が発生するおそれがある。該空隙率は80%以下であることが好ましく、75%以下であることが更に好ましい。   The porosity of the porous support is preferably 40 to 90%. When the porosity is in this range, the anion exchange membrane obtained has excellent mechanical strength and excellent durability. When the porosity of the porous support is less than 40%, the membrane resistance of the ion exchange membrane increases, which may make it difficult to transport ions and salts. The porosity is preferably 50% or more, and more preferably 55% or more. On the other hand, when the porosity of the porous support exceeds 90%, the mechanical strength of the resulting anion exchange membrane may be inferior, and there may be a problem in durability. The porosity is preferably 80% or less, and more preferably 75% or less.

(乾燥工程)
乾燥工程では、塗布層と多孔性支持体とを重ねあわせた状態で、この含浸体を乾燥させる。乾燥条件は、室温乾燥であっても、熱風乾燥であってもよいが、作業効率を高めるため、熱風乾燥機を用いるのが好ましい。熱風乾燥機を用いる場合、乾燥温度としては、例えば50〜110℃程度であってもよく、好ましくは60〜100℃程度であってもよい。
(Drying process)
In the drying step, the impregnated body is dried in a state where the coating layer and the porous support are overlapped. The drying conditions may be room temperature drying or hot air drying, but it is preferable to use a hot air dryer in order to increase the working efficiency. When using a hot air dryer, as drying temperature, about 50-110 degreeC may be sufficient, for example, Preferably about 60-100 degreeC may be sufficient.

(剥離工程)
剥離工程では、剥離フィルムを乾燥した含浸体から剥離し、イオン交換層が形成されたイオン交換膜を得ることができる。
(Peeling process)
In the peeling step, the release film can be peeled from the dried impregnated body to obtain an ion exchange membrane on which an ion exchange layer is formed.

(イオン交換膜形成後の後処理)
本発明において、イオン交換層を形成した後に、熱処理を施すことが好ましい。熱処理を施すことによって、ビニルアルコール系重合体(A)の結晶化度が高くなるので、物理的な架橋点が増加し、得られる陰イオン交換膜の機械的強度が増大する。また、非晶部にカチオン性基が濃縮され、イオン交換パスの形成が促進されるため、荷電密度が増加し、対イオン選択性が向上する。熱処理の方法は特に限定されず、熱風乾燥機などが一般に用いられる。熱処理の温度は、特に限定されないが、50〜250℃であることが好ましい。熱処理の温度が50℃未満であると、得られる陰イオン交換膜の機械的強度の増大効果が充分でないおそれがある。該温度が80℃以上であることがより好ましく、100℃以上であることがさらに好ましい。熱処理の温度が250℃を超えると、ビニルアルコール系重合体が融解するおそれがある。該温度が230℃以下であることがより好ましく、200℃以下であることがさらに好ましい。熱処理の時間は、通常、1分〜10時間程度である。熱処理は不活性ガス(例えば窒素ガス、アルゴンガスなど)雰囲気下で行うことが望ましい。
(Post-processing after ion exchange membrane formation)
In the present invention, it is preferable to perform heat treatment after forming the ion exchange layer. By performing the heat treatment, the degree of crystallinity of the vinyl alcohol polymer (A) increases, so that the number of physical crosslinking points increases and the mechanical strength of the resulting anion exchange membrane increases. Further, since the cationic group is concentrated in the amorphous part and the formation of the ion exchange path is promoted, the charge density is increased and the counter ion selectivity is improved. The method of heat treatment is not particularly limited, and a hot air dryer or the like is generally used. Although the temperature of heat processing is not specifically limited, It is preferable that it is 50-250 degreeC. If the temperature of the heat treatment is less than 50 ° C., the effect of increasing the mechanical strength of the obtained anion exchange membrane may not be sufficient. The temperature is more preferably 80 ° C. or higher, and further preferably 100 ° C. or higher. If the temperature of the heat treatment exceeds 250 ° C., the vinyl alcohol polymer may be melted. The temperature is more preferably 230 ° C. or less, and further preferably 200 ° C. or less. The heat treatment time is usually about 1 minute to 10 hours. The heat treatment is desirably performed in an inert gas (eg, nitrogen gas, argon gas, etc.) atmosphere.

イオン交換層を形成した後に、架橋処理を施すことが好ましい。架橋処理を施すことによって、得られるイオン交換層の機械的強度が増大する。また、荷電密度が増加するため、対イオン選択性が向上する。架橋処理の方法は、重合体の分子鎖同士を化学結合によって結合できる方法であればよく、特に限定されない。通常、イオン交換層を、架橋処理剤を含む溶液に浸漬する方法などが用いられる。該架橋処理剤としては、グルタルアルデヒド、ホルムアルデヒド、グリオキザールなどが例示される。該架橋処理剤の濃度は、通常、溶液に対する架橋処理剤の体積濃度が0.01〜10体積%の範囲であることが好ましい。架橋反応は、上記のアルデヒドを、水、アルコールまたはそれらの混合溶媒中で、酸性条件下で、ビニルアルコール系共重合体を処理して、化学的に架橋結合を導入することにより行うことができる。架橋反応後、水洗して未反応のアルデヒド、酸などを取り除くのが好ましい。   It is preferable to perform a crosslinking treatment after forming the ion exchange layer. By performing the crosslinking treatment, the mechanical strength of the obtained ion exchange layer is increased. Further, since the charge density is increased, the counter ion selectivity is improved. The method for the crosslinking treatment is not particularly limited as long as it is a method capable of bonding the molecular chains of the polymer by chemical bonding. Usually, a method of immersing the ion exchange layer in a solution containing a crosslinking agent is used. Examples of the crosslinking agent include glutaraldehyde, formaldehyde, glyoxal and the like. As for the density | concentration of this crosslinking agent, it is preferable that the volume concentration of the crosslinking agent with respect to a solution is 0.01 to 10 volume% normally. The crosslinking reaction can be performed by treating the vinyl aldehyde copolymer with the above aldehyde in water, alcohol or a mixed solvent thereof under acidic conditions to chemically introduce a crosslinking bond. . After the crosslinking reaction, it is preferable to remove unreacted aldehyde, acid and the like by washing with water.

前記製造方法においては、熱処理と化学的な架橋処理の両方を行ってもよいし、化学的な架橋処理のみを行ってもよい。熱処理と架橋処理を両方行う場合、熱処理の後に架橋処理を行うことが好ましい。特に、ビニルアルコール系共重合体溶液を塗布して得られる塗布層から乾燥により溶媒を除いた成形体を、100℃以上の温度で熱処理した後、水、アルコール又はそれらの混合溶媒中の酸性条件下、ジアルデヒド化合物による架橋処理を行うことで得られるイオン交換膜が機械的強度の面から好ましい。   In the manufacturing method, both heat treatment and chemical crosslinking treatment may be performed, or only chemical crosslinking treatment may be performed. When both the heat treatment and the crosslinking treatment are performed, it is preferable to perform the crosslinking treatment after the heat treatment. In particular, after heat-treating a molded body obtained by removing a solvent from a coating layer obtained by coating a vinyl alcohol copolymer solution by drying at a temperature of 100 ° C. or higher, acidic conditions in water, alcohol, or a mixed solvent thereof An ion exchange membrane obtained by performing a crosslinking treatment with a dialdehyde compound is preferable from the viewpoint of mechanical strength.

(製膜)
上記のカチオン性ビニルアルコール系共重合体(P)を、水、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノールなどの低級アルコール、又はこれらの混合溶媒から構成される溶媒に溶解して、ダイから押し出して膜状に成形し、溶媒を揮発除去することにより所定厚みの膜を形成することができる。皮膜をプレート上またはローラ上で成形する際の製膜温度は、特に限定されないが、通常、室温〜100℃程度の温度範囲が適当である。溶媒除去は、適宜加熱しておこなうことができる。
(Film formation)
The above cationic vinyl alcohol copolymer (P) is dissolved in a solvent composed of water, a lower alcohol such as methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, or a mixed solvent thereof, and then from the die. A film having a predetermined thickness can be formed by extruding and forming into a film and removing the solvent by volatilization. The film forming temperature when the film is formed on a plate or a roller is not particularly limited, but a temperature range of about room temperature to about 100 ° C. is usually appropriate. Solvent removal can be performed by heating as appropriate.

(膜厚)
本発明に用いる陰イオン交換膜は、電気透析用電解質膜として必要な性能、機械的強度、ハンドリング性等の観点から、その膜厚が1〜1000μm程度であることが好ましい。膜厚が1μm未満である場合には、膜の機械的強度が不充分となる傾向がある。逆に、膜厚が1000μmを超える場合には、膜抵抗が大きくなり、充分なイオン交換性が発現しないため、電気透析効率が低くなる傾向となる。好ましくは5〜500μmであり、より好ましくは7〜300μmである。
(Film thickness)
The anion exchange membrane used in the present invention preferably has a thickness of about 1 to 1000 μm from the viewpoints of performance, mechanical strength, handling properties, etc. required as an electrolyte membrane for electrodialysis. When the film thickness is less than 1 μm, the mechanical strength of the film tends to be insufficient. On the other hand, when the film thickness exceeds 1000 μm, the membrane resistance increases and sufficient ion exchange properties are not exhibited, so that the electrodialysis efficiency tends to decrease. Preferably it is 5-500 micrometers, More preferably, it is 7-300 micrometers.

(架橋度)
本発明において、カチオン性ビニルアルコール系共重合体(P)の架橋度が3.0〜4.8の範囲となるように架橋結合を導入する必要があり、3.1〜4.7の範囲であることが好ましく、3.2〜4.6の範囲であることがより好ましい。このため、前記カチオン性ビニルアルコール系共重合体(P)の塗膜を乾燥させた後に架橋処理を施すことにより架橋結合を導入する。架橋度は、後述の実施例において示す測定方法により測定される。架橋結合の導入により、得られる陰イオン交換膜の膨潤が抑えられ、安定した高電流密度が実現されてイオン交換性能が向上するとともに、陰イオン交換膜の機械的強度と耐久性が向上する。架橋度が3.0未満の場合には陰イオン交換膜の耐有機汚染性能が低下する。一方、架橋度が4.8超の場合には陰イオン交換膜の強度が低下する。
(Crosslinking degree)
In the present invention, it is necessary to introduce a crosslinking bond so that the degree of crosslinking of the cationic vinyl alcohol copolymer (P) is in the range of 3.0 to 4.8, and the range of 3.1 to 4.7. Is preferable, and the range of 3.2 to 4.6 is more preferable. For this reason, after the coating film of the cationic vinyl alcohol copolymer (P) is dried, a crosslinking treatment is applied to introduce a crosslinking bond. The degree of crosslinking is measured by the measurement method shown in the examples described later. By introducing cross-linking, swelling of the resulting anion exchange membrane is suppressed, a stable high current density is realized, ion exchange performance is improved, and mechanical strength and durability of the anion exchange membrane are improved. When the degree of crosslinking is less than 3.0, the organic contamination resistance performance of the anion exchange membrane decreases. On the other hand, when the degree of crosslinking exceeds 4.8, the strength of the anion exchange membrane decreases.

(膨潤度)
電気透析用の陰イオン交換膜として使用するのに十分な作業性を発現するためには、得られる陰イオン交換膜の膨潤度は10〜50の範囲であることが好ましく、12〜48の範囲がより好ましく、15〜45の範囲がさらに好ましい。膨潤度が10未満の場合には陰イオン交換膜の耐有機汚染性能が低下する。一方、膨潤度が50超の場合には陰イオン交換膜の強度が低下する。
(Swelling degree)
In order to express sufficient workability for use as an anion exchange membrane for electrodialysis, the swelling degree of the obtained anion exchange membrane is preferably in the range of 10 to 50, and in the range of 12 to 48. Is more preferable, and the range of 15 to 45 is more preferable. When the degree of swelling is less than 10, the organic contamination resistance performance of the anion exchange membrane is lowered. On the other hand, when the degree of swelling exceeds 50, the strength of the anion exchange membrane decreases.

(イオン交換容量)
電気透析用の陰イオン交換膜として使用するのに十分なイオン交換性を発現するためには、得られるカチオン性ビニルアルコール系共重合体(P)のイオン交換容量は0.30meq/g以上であることが好ましく、0.50meq/g以上であることがより好ましい。カチオン性ビニルアルコール系共重合体(P)のイオン交換容量の上限については、イオン交換容量が大きくなりすぎると親水性が高まり膨潤度の抑制が困難となるので、3.0meq/g以下であるのが好ましい。
(Ion exchange capacity)
In order to develop sufficient ion exchange properties for use as an anion exchange membrane for electrodialysis, the obtained cationic vinyl alcohol copolymer (P) has an ion exchange capacity of 0.30 meq / g or more. It is preferable that it is 0.50 meq / g or more. The upper limit of the ion exchange capacity of the cationic vinyl alcohol copolymer (P) is 3.0 meq / g or less because if the ion exchange capacity becomes too large, hydrophilicity increases and it becomes difficult to suppress the degree of swelling. Is preferred.

(電気透析処理において用いられる陰イオン交換膜)
電気透析処理において、本発明の陰イオン交換膜とともに用いられる陽イオン交換膜としては、特に限定はなく、スルホネート基、カルボキシレート基、ホスホネート基などを有するポリマーからなる膜を適宜選択して使用できる。また、スルホン酸基、カルボキシル基、ホスホン酸基のように、水中において少なくともその一部が、スルホネート基、カルボキシレート基、ホスホネート基に変換し得る官能基も、アニオン基に含まれる。
(Anion exchange membrane used in electrodialysis treatment)
In the electrodialysis treatment, the cation exchange membrane used together with the anion exchange membrane of the present invention is not particularly limited, and a membrane made of a polymer having a sulfonate group, a carboxylate group, a phosphonate group or the like can be appropriately selected and used. . In addition, functional groups that can be converted at least partially into sulfonate groups, carboxylate groups, and phosphonate groups in water, such as sulfonic acid groups, carboxyl groups, and phosphonic acid groups are also included in the anionic groups.

(電気透析)
本発明の陰イオン交換膜を用いた電気透析では、陽極と陰極との間に少なくとも一方が本発明における陰イオン膜を用いて、陽イオン交換膜と陰イオン交換膜とを配列して構成される基本構造を有する電気透析槽であれば、公知の電気透析槽を特に制限なく用いうる。例えば、陰イオン交換膜及び陽イオン交換膜を交互に配列しこれらのイオン交換膜と室枠とによって脱塩室と濃縮室とが形成された基本構造よりなるフィルタープレス型やユニットセル型などのような電気透析槽が好適に使用できる。なお、かかる電気透析槽に用いる膜数あるいは脱塩室および濃縮室の流路間隔(膜間隔)等は、処理される被処理液の種類や処理量により適宜選定される。
(Electrodialysis)
In the electrodialysis using the anion exchange membrane of the present invention, at least one of the anode and the cathode is formed by arranging the cation exchange membrane and the anion exchange membrane using the anion membrane of the present invention. Any known electrodialysis tank can be used without particular limitation. For example, an anion exchange membrane and a cation exchange membrane are alternately arranged, such as a filter press type or unit cell type having a basic structure in which a desalination chamber and a concentration chamber are formed by the ion exchange membrane and a chamber frame. Such an electrodialysis tank can be preferably used. Note that the number of membranes used in the electrodialysis tank or the channel interval (membrane interval) between the desalting chamber and the concentrating chamber is appropriately selected depending on the type of liquid to be processed and the processing amount.

(陰イオン交換膜の用途)
本発明の陰イオン交換膜は、耐有機汚染性に優れ、かつ膜抵抗が小さく、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。従って、このようなイオン交換膜は、例えば有機物(食品、医薬原材料など)の脱塩、ホエーの脱塩、塩の濃縮、糖液の脱塩、海水やかん水の脱塩、水道水の脱塩、軟水化などに適している。一般に、有機汚染が顕著である陰イオン交換膜として特に好適に用いられる。
(Use of anion exchange membrane)
The anion exchange membrane of the present invention is excellent in organic contamination resistance, has a low membrane resistance, and can perform electrodialysis efficiently and stably over a long period of time. Therefore, such ion exchange membranes can be used for desalting organic substances (food, pharmaceutical raw materials, etc.), desalting whey, concentrating salts, desalting sugar solutions, desalting seawater and brine, and desalting tap water. Suitable for water softening. In general, it is particularly suitably used as an anion exchange membrane in which organic contamination is remarkable.

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、実施例中、特に断りのない限り「% 」及び「部」は重量
基準である。
Hereinafter, examples will be given to describe the present invention in more detail, but the present invention is not limited to these examples. In the examples, “%” and “parts” are based on weight unless otherwise specified.

実施例、比較例に示す陰イオン交換膜の特性は、以下の方法により測定した。   The characteristics of the anion exchange membranes shown in Examples and Comparative Examples were measured by the following methods.

1)膜厚の測定
陰イオン交換膜を25℃のイオン交換水に24時間以上浸漬した後、デジマチックマイクロメーター(株式会社ミツトヨ製)を用いて厚みを測定した。
1) Measurement of film thickness After the anion exchange membrane was immersed in 25 ° C ion exchange water for 24 hours or more, the thickness was measured using a Digimatic Micrometer (manufactured by Mitutoyo Corporation).

2)膨潤度の測定
陰イオン交換膜を25℃のイオン交換水に24時間以上浸漬した後、デジマチックマイクロメーター(株式会社ミツトヨ製)を用いて厚みを測定した(H)。その後、熱風乾燥機DX60(ヤマト科学製)にて105℃、4時間乾燥させた後、デジマチックマイクロメーター(株式会社ミツトヨ製)を用いて厚みを測定した(H)。膜膨潤度の測定は下式により算出した。
膨潤度(%)=(H−H)/H×100
2) was immersed for 24 hours or more in the swelling degree 25 ° C. in deionized water measured anion exchange membrane, thickness was measured using a Digimatic micrometer (manufactured by Mitutoyo Corporation) (H 2). Thereafter, 105 ° C. in a hot air drier DX60 (manufactured by Yamato Scientific), dried 4 hours, to measure the thickness with a Digimatic micrometer (manufactured by Mitutoyo Corporation) (H 1). The measurement of the film swelling degree was calculated by the following formula.
Swelling degree (%) = (H 2 −H 1 ) / H 1 × 100

3)架橋度の測定
陰イオン交換膜を2×3cmのサイズに切り出し、赤外分光光度計JIR−5500(日本電子社製)を用いて全反射法(ATR法)によって、2920cm−1付近(2770cm−1〜2995cm−1)のピーク(CH結合の伸縮モードに由来するピーク)の面積を基準ピーク(I)の面積、3380cm−1付近(2995cm−1〜3755cm−1)のピーク(OH基に由来するピーク)の面積を対象ピーク(I)の面積として、その割合を示すI/Iを該イオン交換膜の架橋度として用いた。
3) Measurement of the degree of cross-linking An anion exchange membrane was cut into a size of 2 × 3 cm, and the total reflection method (ATR method) using an infrared spectrophotometer JIR-5500 (manufactured by JEOL Ltd.), around 2920 cm −1 ( area of the peak (CH bond area of reference peak of the peak) derived from the stretching mode (I 1) of 2770cm -1 ~2995cm -1), peak of 3380cm around -1 (2995cm -1 ~3755cm -1) ( OH The area of the peak derived from the group was defined as the area of the target peak (I 2 ), and I 2 / I 1 indicating the ratio was used as the degree of crosslinking of the ion exchange membrane.

4)耐有機汚染性の測定
陰イオン交換膜を濃度0.05mol/Lの塩化ナトリウム水溶液中に24時間浸漬した後、銀−塩化銀電極を有する二室セルに該イオン交換膜を1枚挟んだ。次いで、電解質として濃度0.05mol/Lの塩化ナトリウムと汚染物質としてドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムを52mg/Lを溶解させた溶液で二室セルの陽極室および陰極室を満たし、それぞれ1.2L/分の循環速度で循環させ、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。この試験中、膜は破損することなく測定が可能であった。
4) Measurement of organic contamination resistance After immersing an anion exchange membrane in an aqueous solution of sodium chloride having a concentration of 0.05 mol / L for 24 hours, one ion exchange membrane is sandwiched between two chamber cells having a silver-silver chloride electrode. It is. Next, the anode chamber and the cathode chamber of the two-chamber cell were filled with a solution in which sodium chloride having a concentration of 0.05 mol / L as an electrolyte and 52 mg / L of sodium dodecylbenzenesulfonate as a contaminant were dissolved, and each 1.2 L / min. The electrodialysis was performed 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. During this test, the membrane could be measured without breakage.

5)膜強度の判別
上述の二室セルを用いた耐有機汚染性の測定を6時間行った後、セルから陰イオン交換膜を取り出し破損の有無を確認した。この評価を同ロットの陰イオン交換膜で5回実施し、下式により膜強度を数値化し判別を行った。
膜強度=(総評価膜数−評価後に破損していた膜数)÷総評価膜数×100
○:膜強度100%、 △:膜強度60%〜100%未満、 ×:膜強度60%未満
5) Determination of membrane strength After measuring the organic contamination resistance using the above-described two-chamber cell for 6 hours, the anion exchange membrane was taken out of the cell and checked for damage. This evaluation was performed 5 times with the anion exchange membrane of the same lot, and the membrane strength was quantified and discriminated by the following equation.
Film strength = (total number of evaluated films−number of films damaged after evaluation) ÷ total number of evaluated films × 100
○: film strength 100%, Δ: film strength 60% to less than 100%, ×: film strength less than 60%

参考例( 分子末端にメルカプト基を有するポリビニルアルコール系重合体の合成)
特許文献3 に記載された方法によって、表1 に示す分子末端にメルカプト基を有するポリビニルアルコールを合成した。
Reference Example (Synthesis of a polyvinyl alcohol polymer having a mercapto group at the molecular end)
Polyvinyl alcohol having a mercapto group at the molecular end shown in Table 1 was synthesized by the method described in Patent Document 3.

Figure 2015067770
Figure 2015067770

(P−1の合成)
還流冷却管、攪拌翼を備え付けた6L四つ口セパラブルフラスコに、水3299g 、末端にメルカプト基を有するビニルアルコール系重合体として表1 に示すPVA−1を374g、ビニルベンジルトリメチルアンモニウムクロライド(VBTAC)200g を仕込み、攪拌下90〜95℃ まで加熱して該ビニルアルコール系重合体を溶解した後、重合開始剤となる2,2’−アゾビスイソブチロニトリル3.64gを121.3gのイオン交換水に溶解させた開始剤水溶液を1.5時間かけて逐次的に添加し、2時間撹拌を継続し共重合を進行させ、カチオン性基を含むビニルアルコール系共重合体を得た。得られた水溶液の一部を乾燥した後、重水に溶解し、400 M HzでのH−NMR測定に付した結果、VBTAC単位の変性量は10モル%であった。
(Synthesis of P-1)
In a 6 L four-necked separable flask equipped with a reflux condenser and a stirring blade, 3299 g of water, 374 g of PVA-1 shown in Table 1 as a vinyl alcohol polymer having a mercapto group at the end, vinylbenzyltrimethylammonium chloride (VBTAC) ) 200 g was charged and heated to 90-95 ° C. with stirring to dissolve the vinyl alcohol polymer. Then, 3.64 g of 2,2′-azobisisobutyronitrile as a polymerization initiator was added to 121.3 g. An initiator aqueous solution dissolved in ion-exchanged water was sequentially added over 1.5 hours, and stirring was continued for 2 hours to proceed with copolymerization to obtain a vinyl alcohol copolymer containing a cationic group. A part of the obtained aqueous solution was dried, dissolved in heavy water, and subjected to 1 H-NMR measurement at 400 MHz. As a result, the modified amount of VBTAC unit was 10 mol%.

(P−2〜9の合成)
ビニルアルコール系重合体の種類と添加量、カチオン性基含有単量体の添加量、開始剤の添加量等の重合条件を表2に示す内容に変えた以外はP−1と同様の方法により、P−2〜9を得た。得られたカチオン性ビニルアルコール系共重合体(P)の変性量、固形分濃度を表2に示す。
(Synthesis of P-2 to 9)
By the same method as P-1 except that the polymerization conditions such as the type and addition amount of the vinyl alcohol polymer, the addition amount of the cationic group-containing monomer, and the addition amount of the initiator were changed to the contents shown in Table 2. , P-2 to 9 were obtained. Table 2 shows the modification amount and solid content concentration of the obtained cationic vinyl alcohol copolymer (P).

Figure 2015067770
Figure 2015067770

(実施例1)
前述のP−1水溶液をYBA型ベーカーアプリケーターを用いて膜厚200μmのPET基材上にコートし、あらかじめ80℃に昇温しておいた乾燥機DX602(YAMATO製)へ入れ、60分間静置し水分を除去してP−1成形体を得た。こうして得られたP−1成形体からPET基材を剥離させた後、あらかじめ160℃に昇温しておいた乾燥機へ入れ、30分間静置し物理的な架橋を生じさせた。架橋浴の調整として、イオン交換水1Lへ硫酸を添加しpHが2.5になるよう調整し、この浴に硫酸ナトリウムを400g溶解して、ついで、グルタルアルデヒド溶液(25体積%)(和光純薬工業株式会社製)を1体積%となるよう添加して架橋浴を作製し、これを50℃にあらかじめ加温した。この架橋浴中へP−1成形体を30分間浸漬させた後、架橋浴からとりだし24時間流水洗を行って、P−1架橋体の陰イオン交換膜を得た。
Example 1
The above P-1 aqueous solution is coated on a PET substrate having a film thickness of 200 μm using a YBA-type baker applicator, put in a dryer DX602 (manufactured by YAMATO) that has been heated to 80 ° C., and left for 60 minutes. Water was removed to obtain a P-1 molded body. After the PET base material was peeled from the P-1 molded body thus obtained, it was placed in a dryer that had been heated to 160 ° C. in advance, and allowed to stand for 30 minutes to cause physical crosslinking. To adjust the crosslinking bath, sulfuric acid was added to 1 L of ion-exchanged water to adjust the pH to 2.5, 400 g of sodium sulfate was dissolved in this bath, and then a glutaraldehyde solution (25% by volume) (Wako Pure) A cross-linking bath was prepared by adding 1% by volume of Yakuhin Kogyo Co., Ltd., and pre-warmed to 50 ° C. After the P-1 molded body was immersed in this crosslinking bath for 30 minutes, it was taken out from the crosslinking bath and washed with running water for 24 hours to obtain an anion exchange membrane of the P-1 crosslinked body.

(イオン交換膜の評価)
このようにして作製した陰イオン交換膜を、所望の大きさに裁断し、測定試料を作製した。得られた測定試料を用い、上記方法にしたがって、膜膨潤度の測定、架橋度の測定、耐有機汚染性の測定、膜強度の評価を行った。得られた結果を表3に示す。
(Evaluation of ion exchange membrane)
The anion exchange membrane thus produced was cut into a desired size to produce a measurement sample. Using the obtained measurement sample, according to the above method, the film swelling degree, the crosslinking degree, the organic contamination resistance, and the film strength were evaluated. The obtained results are shown in Table 3.

(実施例2〜5、7〜8)
カチオン性ビニルアルコール系共重合体(P)の組成比、ポリビニルアルコールの種類、架橋浴のpH等を表3に示す内容に変えたこと以外は実施例1と同様にして陰イオン交換膜を作製し評価を行った。得られた結果を表3に示す。
(Examples 2-5, 7-8)
An anion exchange membrane was prepared in the same manner as in Example 1 except that the composition ratio of the cationic vinyl alcohol copolymer (P), the type of polyvinyl alcohol, the pH of the crosslinking bath, etc. were changed to the contents shown in Table 3. And evaluated. The obtained results are shown in Table 3.

(実施例6)
前述のP−4水溶液を用いて濃度12wt%の水溶液を調整した。このP−4水溶液を、ベーカーアプリケーターを用いてPET基材上に塗工液の膜厚が800μmになるようにコートした。次いで、この塗工膜上に、ビニロン紙(坪量:36g/m、厚み:90μm、空隙率:67%)を重ね合わせてP−4水溶液をビニロン紙に含浸させた。その後、熱風乾燥機DKM400(YAMATO製)に入れて温度80℃、60分間静置乾燥し水分を除去した後、PET基材を剥離してP−4成形体を得た。こうして得られた成形体を、160℃で30分間熱処理し、物理的な架橋を生じさせた。架橋浴の調整として、イオン交換水1Lへ硫酸を添加しpHが1.0になるよう調整し、この浴に硫酸ナトリウムを400g溶解した。次いで、グルタルアルデヒド溶液(25体積%)(和光純薬工業株式会社製)を1体積%となるよう添加して架橋浴を作製し、これを50℃に予め加温した。この架橋浴中へP−4成形体を30分間浸漬させた後、架橋浴から取り出し24時間流水洗を行ってP−4架橋体陰イオン交換膜を得た。
(Example 6)
An aqueous solution having a concentration of 12 wt% was prepared using the aforementioned P-4 aqueous solution. This P-4 aqueous solution was coated on a PET substrate using a baker applicator so that the film thickness of the coating solution was 800 μm. Next, on this coating film, vinylon paper (basis weight: 36 g / m 2 , thickness: 90 μm, porosity: 67%) was superposed to impregnate the vinylon paper with P-4 aqueous solution. Then, after putting in hot air dryer DKM400 (product made from YAMATO), standing still at 60 degreeC for 60 minutes and removing a water | moisture content, PET base material was peeled and the P-4 molded object was obtained. The molded body thus obtained was heat-treated at 160 ° C. for 30 minutes to cause physical crosslinking. As the adjustment of the crosslinking bath, sulfuric acid was added to 1 L of ion exchange water to adjust the pH to 1.0, and 400 g of sodium sulfate was dissolved in this bath. Next, a glutaraldehyde solution (25% by volume) (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added to 1% by volume to prepare a crosslinking bath, which was preheated to 50 ° C. After the P-4 molded body was immersed in this crosslinking bath for 30 minutes, it was taken out from the crosslinking bath and washed with running water for 24 hours to obtain a P-4 crosslinked anion exchange membrane.

(イオン交換膜の評価)
このようにして作製した陰イオン交換膜を、所望の大きさに裁断し、測定試料を作製した。得られた測定試料を用い、上記方法にしたがって、膜膨潤度の測定、架橋度の測定、耐有機汚染性の測定、膜強度の評価を行った。得られた結果を表3に示す。
(Evaluation of ion exchange membrane)
The anion exchange membrane thus produced was cut into a desired size to produce a measurement sample. Using the obtained measurement sample, according to the above method, the film swelling degree, the crosslinking degree, the organic contamination resistance, and the film strength were evaluated. The obtained results are shown in Table 3.

(比較例1〜5)
カチオン性ビニルアルコール系共重合体(P)の組成比、架橋の有無、架橋浴のpH等を表3に示す内容に変えたこと以外は実施例1と同様にして陰イオン交換膜を作製し評価を行った。得られた結果を表3に示す。
(Comparative Examples 1-5)
An anion exchange membrane was prepared in the same manner as in Example 1 except that the composition ratio of the cationic vinyl alcohol copolymer (P), presence or absence of crosslinking, pH of the crosslinking bath, etc. were changed to the contents shown in Table 3. Evaluation was performed. The obtained results are shown in Table 3.

Figure 2015067770
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表3の結果から、ビニルアルコール系重合体(A)とカチオン性基を有する重合体(B)を含有するカチオン性ビニルアルコール系共重合体(P)であって、前記ビニルアルコール系重合体(A)とカチオン性基を有する重合体(B)の割合が97:3〜60:40モル%の範囲であり、かつ架橋処理を施したものであり、その架橋度が3.0〜4.8の範囲である陰イオン交換膜は耐有機汚染性と膜強度に優れることがわかる(実施例1〜8)。特に陰イオン交換膜の膨潤度が10〜50の範囲であれば耐有機汚染性と膜強度がより優れることがわかる(実施例1〜6)。一方、架橋処理をしないとイオン交換膜が評価用液に溶解してしまい膜特性の測定ができなかった(比較例1)。また、カチオン性ビニルアルコール系共重合体(P)に含有されるビニルアルコール系重合体(A)とカチオン性基を有する重合体(B)の割合が97:3〜60:40モル%の範囲を外れると耐有機汚染性または膜強度が悪化した(比較例2〜3)。さらに、カチオン性ビニルアルコール系共重合体(P)の架橋度が3.0〜4.8の範囲を外れると耐有機汚染性または膜強度が悪化した(比較例4〜5)。   From the results shown in Table 3, a cationic vinyl alcohol copolymer (P) containing a vinyl alcohol polymer (A) and a polymer (B) having a cationic group, the vinyl alcohol polymer (P) The ratio of A) to the polymer (B) having a cationic group is in the range of 97: 3 to 60:40 mol%, and is subjected to crosslinking treatment, and the degree of crosslinking is 3.0 to 4. It can be seen that the anion exchange membrane in the range of 8 is excellent in organic contamination resistance and membrane strength (Examples 1 to 8). In particular, when the degree of swelling of the anion exchange membrane is in the range of 10 to 50, it can be seen that the organic contamination resistance and membrane strength are more excellent (Examples 1 to 6). On the other hand, if the crosslinking treatment was not performed, the ion exchange membrane was dissolved in the evaluation solution, and the membrane characteristics could not be measured (Comparative Example 1). The ratio of the vinyl alcohol polymer (A) and the polymer having a cationic group (B) contained in the cationic vinyl alcohol copolymer (P) is in the range of 97: 3 to 60:40 mol%. The organic contamination resistance or the film strength deteriorated when the value was removed (Comparative Examples 2-3). Furthermore, when the degree of crosslinking of the cationic vinyl alcohol copolymer (P) was outside the range of 3.0 to 4.8, the organic contamination resistance or film strength deteriorated (Comparative Examples 4 to 5).

本発明の陰イオン交換膜は耐有機汚染性に優れ、かつ膜抵抗が小さい為、有機物(食品、医薬原材料など)の脱塩、ホエーの脱塩、塩の濃縮、糖液の脱塩、海水やかん水の脱塩、水道水の脱塩、軟水化などに用いる電気透析用の陰イオン交換膜として広く使用することができるので、産業上の利用可能性がある。   Since the anion exchange membrane of the present invention has excellent resistance to organic contamination and low membrane resistance, desalting of organic substances (food, pharmaceutical raw materials, etc.), desalting of whey, concentration of salt, desalting of sugar solution, seawater Since it can be widely used as an anion exchange membrane for electrodialysis used for desalting kettle water, demineralizing tap water, softening water, etc., it has industrial applicability.

以上、本発明の好ましい実施態様を例示的に説明したが、当業者であれば、特許請求の範囲に開示した本発明の配意および精神から逸脱することなく多様な修正、付加および置換ができることが理解可能であろう。   While the preferred embodiments of the present invention have been described above by way of example, those skilled in the art can make various modifications, additions and substitutions without departing from the spirit and spirit of the present invention disclosed in the claims. Is understandable.

Claims (6)

ビニルアルコール系重合体(A)とカチオン性基を有する重合体(B)を含有するカチオン性ビニルアルコール系共重合体(P)であって、前記ビニルアルコール系重合体(A)とカチオン性基を有する重合体(B)の割合が97:3〜60:40モル%の範囲であり、かつ架橋処理を施したものであり、その架橋度が3.0〜4.8の範囲であることを特徴とする陰イオン交換膜。   A cationic vinyl alcohol copolymer (P) comprising a vinyl alcohol polymer (A) and a polymer (B) having a cationic group, the vinyl alcohol polymer (A) and the cationic group The ratio of the polymer (B) having a range of 97: 3 to 60:40 mol% and a crosslinking treatment, and the degree of crosslinking is in the range of 3.0 to 4.8. Anion exchange membrane characterized by 前記陰イオン交換膜の膨潤度が10〜50の範囲であることを特徴とする請求項1記載の陰イオン交換膜。   The anion exchange membrane according to claim 1, wherein the swelling degree of the anion exchange membrane is in the range of 10-50. 前記カチオン性ビニルアルコール系共重合体(P)のケン化度が70〜99.9モル%の範囲であることを特徴とする請求項1または請求項2記載の陰イオン交換膜。   The anion exchange membrane according to claim 1 or 2, wherein the saponification degree of the cationic vinyl alcohol copolymer (P) is in the range of 70 to 99.9 mol%. 前記カチオン性ビニルアルコール系共重合体(P)が、ビニルアルコール系重合体(A)とカチオン性基を有する重合体(B)とのブロック共重合体を含有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の陰イオン交換膜。   The cationic vinyl alcohol copolymer (P) contains a block copolymer of a vinyl alcohol polymer (A) and a polymer (B) having a cationic group. The anion exchange membrane of any one of -3. 前記カチオン性ビニルアルコール系共重合体(P)が、ビニルアルコール系重合体(A)とカチオン性基を有する重合体(B)とのグラフト共重合体を含有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の陰イオン交換膜。   2. The cationic vinyl alcohol copolymer (P) contains a graft copolymer of a vinyl alcohol polymer (A) and a polymer (B) having a cationic group. The anion exchange membrane of any one of -3. 前記陰イオン交換膜がカチオン性ビニルアルコール系共重合体(P)と多孔性支持体とで構成されることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の陰イオン交換膜。   The anion exchange membrane according to any one of claims 1 to 5, wherein the anion exchange membrane comprises a cationic vinyl alcohol copolymer (P) and a porous support.
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