JP2015165026A - イオン膜の調製 - Google Patents
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Abstract
Description
(i)1種もしくは2種以上の第1のモノマーの混合物を重合して、イオンポリマー膜を形成する工程;
(ii)(i)のポリマー膜を1種もしくは2種以上の第2のモノマーの混合物中に、この溶液をポリマー膜の全体を通して侵入させるのに十分な長さの時間に亘って浸漬する工程;ならびに、
(iii)工程(ii)のモノマーがコーティングされたポリマーを重合して、本質的に均一なイオンポリマーを形成する工程、
を含んでいる。
(i)1種もしくは2種以上の第1のモノマーの混合物を重合して、イオンポリマー膜を形成する工程;
(ii)(i)のポリマーを、1種もしくは2種以上の第2のモノマー混合物中に浸漬する工程;
(iia)触媒を、モノマーがコーティングされたポリマー上に堆積する工程;
(iii)工程(iia)の触媒とモノマーがコーティングされたポリマーを重合する工程、
を含んでいる。
イオンポリマー膜は、イオン性基を含むいずれかのポリマーであることができる。好ましくは、この膜は、1種もしくは2種以上の第2のモノマー中で膨潤することができる。より好ましくは、この膜は、親水性ポリマー膜である(これは、他のモノマーを吸収する上で特に良好である)。
メチルメタクリレート(MMA)
アクリロニトリル(AN)
メタクリルオキシプロピルトリス(トリメチルシロキシ)シラン(TRIS)
2,2,2−トリフルオロエチルメタクリレート(TRIF)
メタクリル酸(MA)
2−ヒドロキシエチルメタクリレート(HEMA)
エチルアクリレート(EA)
1−ビニル−2−ピロリジノン(VP)
プロペン酸2−メチルエステル(PAM)
モノメタクリロイルオキシエチルフタレート(EMP)
アンモニウムスルファトエチルメタクリレート(SEM)
2−アクリルアミド−2−メチル−1−プロパンスルホン酸(AMPSA)
ビニルスルホン酸(VSA)
スチレンスルホン酸(SSA)
2−スルホエチルメタクリレート(SOMA)
3−スルホプロピルメタクリレート(Na塩)(SPM)
ビニルベンジルトリメチルアンモニウムクロリド
ビニルベンジルトリメチルホスホニウムクロリド
2,4,6−トリス(ジメチルアミノメチル)フェノール
トルエンスルホン酸(TSA)
1−メチル−1−ベンズイミダゾール−2−スルホン酸
イセチオン酸(Na塩)
1−へキサンスルホン酸(Na塩)
ヒドロキシレン−O−スルホン酸
例1
多段階硬化生成プロセスによって作られた膜、ここで第1のSPEは第2の液体中に浸漬され、硬化されて向上したポリマー密度を備えたSPEが生成される。
膜を、以下の材料から形成した:
水 66.96g
2−アクリルアミド−2−メチル−1−プロパンスルホン酸(AMPSA) 94.91g
2−ヒドロキシエチルメタクリレート(HEMA) 163.22g
アクリロニトリル(AN) 139.37g
ジビニルベンゼン(DVB) 19.76g
UV開始剤(UV1) 3.38g
ヒドロキシキノンモノメチルエーテル(MEHQ) 0.098g
<膜の調製>
120mm×120mmカチオン交換膜をタイプ1水中で、60℃で一晩、水和した。水和されたら、膜を10インチのインフレートチューブに置き、そして60mLのモノマー液をこの袋(最初の膜を作るのに用いたのと同じ組成の)に加えた。次いで、これを密封し、そして35℃のオーブンで16時間加熱し、モノマー混合物を膜中に浸み込ませた。
Pt触媒インクを調製し、そして30分間超音波処理し、そして一晩撹拌した。このインクは、インクが不均一になるのを防止するように常に撹拌したままにした。
噴霧するためにエアブラシを用いた。膜に噴霧した後に、これを治具の中で、IntellarayUVランプ(30W/cm2)の下でそれぞれの面を20分間硬化させた。
(1)イオンポリマー膜を形成する方法であって、
(i)1種もしくは2種以上の第1のモノマーの混合物を重合してイオンポリマー膜を形成する工程、
(ii)(i)のポリマー膜を、1種もしくは2種以上の第2のモノマーの混合物中に、該溶液が該ポリマー膜の全体を通して侵入するのに十分な時間、浸漬する工程、ならびに、
(iii)工程(ii)のモノマーをコーティングされたポリマーを重合して、本質的に均質なイオンポリマーを形成する工程、
を含む方法。
(2)工程(i)によって形成された前記ポリマー膜が、親水性である、(1)記載の方法。
(3)前記十分な時間が、少なくとも3時間である、(1または2)記載の方法。
(4)前記ポリマー膜が、工程(i)および(ii)の間に、水中で水和される、(1〜3)のいずれか1項記載の方法。
(5)工程(iii)の後に形成された前記ポリマーが、水中で水和される(工程(iv)と表す)、(1〜4)のいずれか1項記載の方法。
(6)前記1種もしくは2種以上の第2のモノマーの溶液が、イオン性成分を含む、(1〜5)のいずれか1項記載の方法。
(7)前記1種もしくは2種以上の第1のモノマーの混合物が、前記1種もしくは2種以上の第2のモノマーの混合物と同じ組成を有している、(1〜6)のいずれか1項記載の方法。
(8)前記1種もしくは2種以上の第1のモノマーの混合物および/または前記1種もしくは2種以上の第2のモノマーの混合物が、前記モノマーと水の均一な混合物を含む、(1〜7)のいずれか1項記載の方法。
(9)前記1種もしくは2種以上の第1のモノマーの混合物および/または前記1種もしくは2種以上の第2のモノマーの混合物が、親水性モノマー、水、疎水性モノマーおよび、強いイオン性基を含むモノマーの均一な混合物を含む、(8)記載の方法。
(10)工程(ii)および(iii)の間に、触媒が、前記モノマーがコーティングされたポリマー上に堆積される、(1〜9)のいずれか1項記載の方法。
(11)同じか、または異なる触媒が、工程(iii)または工程(iv)の後に形成されている前記ポリマー上に堆積される、(10)記載の方法。
(12)前記触媒が、粉末の形態である、(10または11)記載の方法。
(13)前記触媒が、溶媒中の、触媒の微細な粉末およびバインダの懸濁液を含むインク組成物の形態である、(12)記載の方法。
(14)前記触媒が、噴霧することによって堆積される、(10〜13)のいずれか1項記載の方法。
(15)前記触媒が、前記モノマーをコーティングされたアイオノマーを前記触媒中に浸漬することによって堆積される、(10〜13)のいずれか1項記載の方法。
(16)触媒がコーティングされたイオンポリマー膜を形成する方法であって、
(i)1種もしくは2種以上の第1のモノマーの混合物を重合して、イオンポリマー膜を形成する工程、
(ii)(i)の該ポリマーを、1種もしくは2種以上の第2のモノマー混合物中に浸漬する工程、
(iia)該モノマーをコーティングされたポリマー上に触媒を堆積する工程、ならびに、
(iii)工程(iia)の該モノマーをコーティングされたポリマーを重合する工程、
を含む方法。
(17)(1〜15)のいずれか1項記載の特徴の1つもしくは2つ以上を更に有する、(16)記載の方法。
(18)(1〜17)のいずれか1項記載の方法によって得られたポリマー膜。
(19)(18)記載のポリマー膜を含む、膜電極接合体。
Claims (19)
- イオンポリマー膜を形成する方法であって、
(i)1種もしくは2種以上の第1のモノマーの混合物を重合してイオンポリマー膜を形成する工程、
(ii)(i)のポリマー膜を、1種もしくは2種以上の第2のモノマーの混合物中に、該溶液が該ポリマー膜の全体を通して侵入するのに十分な時間、浸漬する工程、ならびに、
(iii)工程(ii)のモノマーをコーティングされたポリマーを重合して、本質的に均質なイオンポリマーを形成する工程、
を含む方法。 - 工程(i)によって形成された前記ポリマー膜が、親水性である、請求項1記載の方法。
- 前記十分な時間が、少なくとも3時間である、請求項1または2記載の方法。
- 前記ポリマー膜が、工程(i)および(ii)の間に、水中で水和される、請求項1〜3のいずれか1項記載の方法。
- 工程(iii)の後に形成された前記ポリマーが、水中で水和される(工程(iv)と表す)、請求項1〜4のいずれか1項記載の方法。
- 前記1種もしくは2種以上の第2のモノマーの溶液が、イオン性成分を含む、請求項1〜5のいずれか1項記載の方法。
- 前記1種もしくは2種以上の第1のモノマーの混合物が、前記1種もしくは2種以上の第2のモノマーの混合物と同じ組成を有している、請求項1〜6のいずれか1項記載の方法。
- 前記1種もしくは2種以上の第1のモノマーの混合物および/または前記1種もしくは2種以上の第2のモノマーの混合物が、前記モノマーと水の均一な混合物を含む、請求項1〜7のいずれか1項記載の方法。
- 前記1種もしくは2種以上の第1のモノマーの混合物および/または前記1種もしくは2種以上の第2のモノマーの混合物が、親水性モノマー、水、疎水性モノマーおよび、強いイオン性基を含むモノマーの均一な混合物を含む、請求項8記載の方法。
- 工程(ii)および(iii)の間に、触媒が、前記モノマーがコーティングされたポリマー上に堆積される、請求項1〜9のいずれか1項記載の方法。
- 同じか、または異なる触媒が、工程(iii)または工程(iv)の後に形成されている前記ポリマー上に堆積される、請求項10記載の方法。
- 前記触媒が、粉末の形態である、請求項10または11記載の方法。
- 前記触媒が、溶媒中の、触媒の微細な粉末およびバインダの懸濁液を含むインク組成物の形態である、請求項12記載の方法。
- 前記触媒が、噴霧することによって堆積される、請求項10〜13のいずれか1項記載の方法。
- 前記触媒が、前記モノマーをコーティングされたアイオノマーを前記触媒中に浸漬することによって堆積される、請求項10〜13のいずれか1項記載の方法。
- 触媒がコーティングされたイオンポリマー膜を形成する方法であって、
(i)1種もしくは2種以上の第1のモノマーの混合物を重合して、イオンポリマー膜を形成する工程、
(ii)(i)の該ポリマーを、1種もしくは2種以上の第2のモノマー混合物中に浸漬する工程、
(iia)該モノマーをコーティングされたポリマー上に触媒を堆積する工程、ならびに、
(iii)工程(iia)の該モノマーをコーティングされたポリマーを重合する工程、
を含む方法。 - 請求項1〜15のいずれか1項記載の特徴の1つもしくは2つ以上を更に有する、請求項16記載の方法。
- 請求項1〜17のいずれか1項記載の方法によって得られたポリマー膜。
- 請求項18記載のポリマー膜を含む、膜電極接合体。
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