JP2015168689A - ion exchange membrane - Google Patents

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泰輔 鎌田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ion exchange membrane having reduced swelling caused by water containing, having excellent dimensional stability and also excellent in electrodialysis performance.SOLUTION: Provided is an ion exchange membrane comprising: a polymer (P) including a vinyl alcohol-based polymer component (A) and a vinylene-based polymer component (B); and a polymer (Q) of monomers M having ionic groups, in which, by the incorporation of the vinylene-based polymer component into the polyvinyl alcohol, the production of the ion exchange membrane having reduced swelling caused by water containing and having excellent dimensional stability is made possible.

Description

本発明は、ビニルアルコール系重合体成分(A)およびビニレン系重合体成分(B)を含む重合体(P)、並びにイオン性基を有する単量体Mの重合体(Q)を含有するイオン交換膜に関する。   The present invention relates to a polymer (P) containing a vinyl alcohol polymer component (A) and a vinylene polymer component (B), and an ion containing a polymer (Q) of a monomer M having an ionic group. It relates to an exchange membrane.

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主なイオン交換膜は、スチレン− ジビニルベンゼン系のイオン交換膜や、フルオロカーボン系のイオン交換膜である。   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 main ion exchange membranes used for these are styrene-divinylbenzene-based ion exchange membranes and fluorocarbon-based ion exchange membranes.

スチレン− ジビニルベンゼン系のイオン交換膜は、スチレン−ジビニルベンゼン系の共重合体に対して、スルホン酸基等のアニオン性基や4級アンモニウム基のようなカチオン性基を後変性により導入することによって製造することが知られている(特許文献1および2)。しかしながら、スチレン− ジビニルベンゼン系重合体のイオン交換膜は、重合体の加工性が乏しいため重合時に支持体を用いて形態を付与しておく必要性があること、また後変性処理による製造コストの増加という問題点を抱えている。   For styrene-divinylbenzene ion exchange membranes, anionic groups such as sulfonic acid groups and cationic groups such as quaternary ammonium groups are introduced into the styrene-divinylbenzene copolymer by post-modification. (Patent Documents 1 and 2). However, since the ion exchange membrane of a styrene-divinylbenzene polymer has poor processability of the polymer, it is necessary to impart a form using a support during polymerization, and the production cost by post-modification treatment is low. There is a problem of increase.

また、フルオロカーボン系のイオン交換膜は、パーフルオロ骨格の側鎖にスルホン酸基が結合したパーフルオロアルキルスルホン酸型高分子が用いられている(特許文献3)。しかしながら、フルオロカーボン系のイオン交換膜は、高分子の製造工程が複雑でコストの大幅低減が困難なフッ化炭素系材料を使用するという問題点を抱えている。   In addition, perfluoroalkylsulfonic acid type polymers in which a sulfonic acid group is bonded to a side chain of a perfluoro skeleton are used for a fluorocarbon ion exchange membrane (Patent Document 3). However, the fluorocarbon-based ion exchange membrane has a problem in that it uses a fluorocarbon-based material that is difficult to significantly reduce costs because the polymer manufacturing process is complicated.

そこで、最近、イオン交換能や選択透過能に優れ、かつ耐有機汚染性に優れるとともに加工性が高く、コスト抑制が可能なポリビニルアルコール系イオン交換膜が報告されて注目されている(特許文献4および5)。しかしながら、前記ポリビニルアルコール系共重合体を用いるイオン交換膜については、親水性のポリビニルアルコールを基材に用いることから、通常、グルタルアルデヒドのような二官能性の水酸基架橋剤やホルムアルデヒドのような水酸基変性剤による不溶化処理が不可欠であり、不溶化処理後も含水率が高く寸法安定性に乏しい場合があり、さらなる改善が求められている。   Therefore, recently, a polyvinyl alcohol ion exchange membrane having excellent ion exchange ability and selective permeation ability, excellent organic contamination resistance, high workability, and cost reduction has been reported and attracted attention (Patent Document 4). And 5). However, since the ion exchange membrane using the polyvinyl alcohol-based copolymer uses hydrophilic polyvinyl alcohol as a base material, it is usually a bifunctional hydroxyl crosslinking agent such as glutaraldehyde or a hydroxyl group such as formaldehyde. Insolubilization with a modifier is indispensable, and even after insolubilization, the water content is high and dimensional stability may be poor, and further improvements are required.

特開2008−266443号公報JP 2008-266443 A 特開2008−285665号公報JP 2008-285665 A 特開2005−78895号公報JP 2005-78895 A 特許第4776683号公報Japanese Patent No. 4767683 WO2010/110333号公報WO2010 / 110333

本発明者らは、実用的な寸法安定性および電気透析性能を有するビニルアルコール系イオン交換膜を提供することを解決すべき課題として設定した。   The present inventors set as a problem to be solved to provide a vinyl alcohol ion exchange membrane having practical dimensional stability and electrodialysis performance.

本発明者らは、上記課題について鋭意検討の結果、ビニルアルコール系重合体とイオン性基を含む重合体の混合物を高度に熱処理するという簡便な方法により、前記ポリビニルアルコールにビニレン系重合体成分を導入する事により、含水による膨潤が少なく寸法安定性に優れたイオン交換膜が製造可能であることを見出し、本発明に到達した。   As a result of intensive studies on the above problems, the present inventors have made a vinylene polymer component a component of vinyl alcohol by a simple method of highly heat-treating a mixture of a vinyl alcohol polymer and a polymer containing an ionic group. As a result of the introduction, it has been found that an ion exchange membrane with little swelling due to water content and excellent dimensional stability can be produced, and the present invention has been achieved.

本発明の第1の構成は、
ビニルアルコール系重合体成分(A)およびビニレン系重合体成分(B)を含む重合体(P)、並びにイオン性基を有する単量体Mの重合体(Q)を含有するイオン交換膜である。
The first configuration of the present invention is as follows.
It is an ion exchange membrane containing a polymer (P) containing a vinyl alcohol polymer component (A) and a vinylene polymer component (B), and a polymer (Q) of a monomer M having an ionic group. .

前記重合体(P)が下記一般式(1)示される重合体であってもよい。

Figure 2015168689
The polymer (P) may be a polymer represented by the following general formula (1).
Figure 2015168689

[式中、0.5000≦(o+p)/(n+o+p)≦0.9999であり、0.750≦p/(n+o+p)≦0.999である。] [In the formula, 0.5000 ≦ (o 1 + p 1 ) / (n 1 + o 1 + p 1 ) ≦ 0.9999, 0.750 ≦ p 1 / (n 1 + o 1 + p 1 ) ≦ 0.999 is there. ]

前記イオン性基がアニオン性基であってもよく、また、カチオン性基であってもよい。 The ionic group may be an anionic group or a cationic group.

前記イオン交換膜には架橋結合が導入されていてもよい。   A crosslink may be introduced into the ion exchange membrane.

前記イオン交換膜には、補強材を含んでいてもよい。   The ion exchange membrane may contain a reinforcing material.

前記補強材は、多孔膜、メッシュまたは不織布からなる、連続した支持体であってもよい。   The reinforcing material may be a continuous support made of a porous film, a mesh, or a nonwoven fabric.

前記不織布はポリビニルアルコール系短繊維の湿式不織布であってもよい。 The nonwoven fabric may be a wet nonwoven fabric of polyvinyl alcohol-based short fibers.

本発明第2の構成は、ビニルアルコール系重合体、及びイオン性基を有する単量体Mの重合体(Q)を成分として含む膜状成形体を酸性条件下で加熱処理し、脱水ポリエン化によりビニルアルコール系重合体成分(A)、およびビニレン系重合体成分(B)を含有する重合体(P)を導入することを特徴とするイオン交換膜の製造方法。である。   In the second configuration of the present invention, a film-form molded product containing a vinyl alcohol polymer and a polymer (Q) of a monomer M having an ionic group as components is heat-treated under acidic conditions to form a dehydrated polyene. A method for producing an ion exchange membrane, comprising introducing a vinyl alcohol polymer component (A) and a polymer (P) containing a vinylene polymer component (B) by It is.

本発明のイオン交換膜は、ビニレン系重合体成分を導入することにより、低含水率化が達成され、耐水性が付与される。このため、含水による膨潤が少なく寸法安定性に優れたイオン交換膜を提供することが可能である。   In the ion exchange membrane of the present invention, by introducing a vinylene polymer component, a low water content is achieved and water resistance is imparted. For this reason, it is possible to provide an ion exchange membrane that is less swelled by water and has excellent dimensional stability.

この発明は、添付の図面を参考にした以下の好適な実施形態の説明からより明瞭に理解されるであろう。しかしながら、実施形態および図面は単なる図示および説明のためのものであり、この発明の範囲を定めるために利用されるべきではない。この発明の範囲は添付の請求の範囲によって定まる。
本発明のイオン交換膜の動的輸率の測定に用いる装置の説明断面図である。 本発明のイオン交換膜の膜抵抗の測定に用いる装置の説明断面図である。
The present invention will be more clearly understood from the following description of preferred embodiments with reference to the accompanying drawings. However, the embodiments and drawings are for illustration and description only and should not be used to define the scope of the present invention. The scope of the invention is defined by the appended claims.
It is explanatory drawing sectional drawing of the apparatus used for the measurement of the dynamic transport number of the ion exchange membrane of this invention. It is explanatory drawing sectional drawing of the apparatus used for the measurement of the membrane resistance of the ion exchange membrane of this invention.

以下、本発明について詳細に説明する。本発明に係るイオン交換膜は、ビニルアルコール系重合体成分(A)およびビニレン系重合体成分(B)を含む重合体(P)、並びにイオン性基を有する単量体Mの重合体(Q)を含有する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail. The ion exchange membrane according to the present invention comprises a polymer (P) containing a vinyl alcohol polymer component (A) and a vinylene polymer component (B), and a polymer of a monomer M having an ionic group (Q ).

重合体(P)の好ましい構造としては、前記一般式(1)であらわされる重合体が挙げられる。   A preferable structure of the polymer (P) includes a polymer represented by the general formula (1).

前記一般式(1)における(o+p)/(n+o+p)は、ビニルアルコール系重合体成分(A)およびビニレン系重合体成分(B)中に含まれる酢酸ビニル単位以外の比率を示す。下限に関しては0.5000以上であり、より好ましくは0.7000以上であり、さらに好ましくは0.8000以上である。一方、上限に関しては、好ましくは0.9999以下であり、より好ましくは0.999以下であり、さらに好ましくは0.995以下である。 In the general formula (1), (o 1 + p 1 ) / (n 1 + o 1 + p 1 ) is other than vinyl acetate units contained in the vinyl alcohol polymer component (A) and the vinylene polymer component (B). The ratio is shown. About a minimum, it is 0.5000 or more, More preferably, it is 0.7000 or more, More preferably, it is 0.8000 or more. On the other hand, the upper limit is preferably 0.9999 or less, more preferably 0.999 or less, and still more preferably 0.995 or less.

前記一般式(1)におけるp/(n+o+p)はビニルアルコール系重合体成分(A)およびビニレン系重合体成分(B)に含まれるビニレン系重合体成分(B)の比率を示し、これをポリエン化率とする。ポリエン化率の下限に関しては0.750以上であり、より好ましくは0.800以上であり、更に好ましくは0.850以上である。一方、上限に関しては、好ましくは0.999以下であり、より好ましくは0.99以下、更に好ましくは0.95以下である。 In the general formula (1), p 1 / (n 1 + o 1 + p 1 ) is a ratio of the vinylene polymer component (B) contained in the vinyl alcohol polymer component (A) and the vinylene polymer component (B). This is the polyene conversion rate. The lower limit of the polyene conversion rate is 0.750 or more, more preferably 0.800 or more, and further preferably 0.850 or more. On the other hand, the upper limit is preferably 0.999 or less, more preferably 0.99 or less, and still more preferably 0.95 or less.

なお、前記一般式(1)において、単量体繰り返し単位n、o、pは表示されたとおりに配置されていることを意味するのではなく、単に各単位が存在することを表しており、通常は互いにランダムに配置しているが、同一単位が連続していても良い。 In the general formula (1), the monomer repeating units n 1 , o 1 , and p 1 do not mean that they are arranged as shown, but simply indicate that each unit exists. Usually, they are arranged randomly at the same time, but the same unit may be continuous.

重合体(Q)のイオン性基を有する単量体Mのとしては、少なくとも一つ以上のイオン性基と少なくとも一つ以上のエチレン性不飽和単量体から構成される単位が挙げられる。   Examples of the monomer M having an ionic group of the polymer (Q) include units composed of at least one ionic group and at least one ethylenically unsaturated monomer.

イオン性基としては、アニオン性基またはカチオン性基が挙げられる。   Examples of the ionic group include an anionic group and a cationic group.

アニオン性基としては、スルホン酸基、リン酸基、カルボン酸基、ボロン酸基、スルホニルイミド基等が挙げられる。カウンターのカチオンとしては特に限定されないが、アルカリ金属イオン、H、4級アンモニウムイオン等の1価のカチオンが好ましい。 Examples of the anionic group include a sulfonic acid group, a phosphoric acid group, a carboxylic acid group, a boronic acid group, and a sulfonylimide group. Although it does not specifically limit as a cation of a counter, Monovalent cations, such as an alkali metal ion, H <+> , quaternary ammonium ion, are preferable.

カチオン性基としては、無置換アミノ基、N−アルキルアミノ基、N−ジアルキルアミノ基等のアミノ基、ピリジル基、イミダゾリル基等の含窒素複素環や、N−トリアルキルアンモニウム基、N-アルキルピリジニウム基、N-アルキルイミダゾリウム基、チオウロニウム基、イソチオウロニウム基等の四級アンモニウム基が挙げられる。四級アンモニウム基のカウンターのアニオンとしては特に限定されないが、PF 、SbF 、AsF 等の5B族元素のハロゲン化アニオン、BF 等の3B族元素のハロゲン化アニオン、I(I )、Br、Cl等のハロゲンアニオン、ClO 等のハロゲン酸アニオン、AlCl 、FeCl 、SnCl 等の金属ハロゲン化物アニオン、NO で示される硝酸アニオン、p−トルエンスルホン酸アニオン、ナフタレンスルホン酸アニオン、CHSO 、CFSO 等の有機スルホン酸アニオン、CFCOO、CCOO等のカルボン酸アニオン、OH等の1価のアニオンが好ましい。 Examples of cationic groups include amino groups such as unsubstituted amino groups, N-alkylamino groups, and N-dialkylamino groups, nitrogen-containing heterocycles such as pyridyl groups and imidazolyl groups, N-trialkylammonium groups, and N-alkyls. Examples thereof include quaternary ammonium groups such as a pyridinium group, an N-alkylimidazolium group, a thiouronium group, and an isothiouronium group. The anion of the quaternary ammonium group counter is not particularly limited, but a halogenated anion of a group 5B element such as PF 6 , SbF 6 , AsF 6 −, a halogenated anion of a group 3B element such as BF 4 , I - (I 3 -), Br -, Cl - and a halogen anion, ClO 4 - halogen anion such as, AlCl 4 -, FeCl 4 - , SnCl 5 - represented by - metal halide anions such as, NO 3 Nitrate anion, p-toluenesulfonate anion, naphthalenesulfonate anion, organic sulfonate anions such as CH 3 SO 3 and CF 3 SO 3 , carboxylate anions such as CF 3 COO and C 6 H 5 COO , OH - 1 monovalent anion, and the like are preferable.

エチレン性不飽和単量体としては、例えばエチレン、プロピレン、n−ブテン、イソブチレン等のα−オレフィン類;スチレン、α−メチルスチレン等のスチレン類;アクリル酸、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸n−プロピル、アクリル酸i−プロピル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸i−ブチル、アクリル酸t−ブチル等のアクリル酸又はそのエステル類;メタクリル酸、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸n−プロピル、メタクリル酸i−プロピル、メタクリル酸n−ブチル、メタクリル酸i−ブチル、メタクリル酸t−ブチル等のメタクリル酸又はそのエステル類;アクリルアミド、N−メチルアクリルアミド、N−エチルアクリルアミド、N,N−ジメチルアクリルアミド、ジアセトンアクリルアミド等のアクリルアミド類;メタクリルアミド、N−メチルメタクリルアミド、N−エチルメタクリルアミド、メタクリルアミドプロピルジメチルアミン等のメタクリルアミド類;メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、n―プロピルビニルエーテル、i−プロピルビニルエーテル、n−ブチルビニルエーテル、i−ブチルビニルエーテル、t−ブチルビニルエーテル、ドデシルビニルエーテル、ステアリルビニルエーテル、2,3−ジアセトキシ−1−ビニルオキシプロパン等のビニルエーテル類;酢酸アリル、2,3−ジアセトキシ−1−アリルオキシプロパン、塩化アリル等のアリル化合物;マレイン酸、イタコン酸、フマル酸等の不飽和ジカルボン酸又はそのエステル類等が挙げられる。   Examples of the ethylenically unsaturated monomer include α-olefins such as ethylene, propylene, n-butene, and isobutylene; styrenes such as styrene and α-methylstyrene; acrylic acid, methyl acrylate, ethyl acrylate, acrylic Acrylic acid or esters thereof such as n-propyl acid, i-propyl acrylate, n-butyl acrylate, i-butyl acrylate, t-butyl acrylate; methacrylic acid, methyl methacrylate, ethyl methacrylate, methacrylic acid Methacrylic acid or esters thereof such as n-propyl, i-propyl methacrylate, n-butyl methacrylate, i-butyl methacrylate, t-butyl methacrylate; acrylamide, N-methylacrylamide, N-ethylacrylamide, N, N-dimethylacrylamide, diacetone Acrylamides such as chloramide; Methacrylamides such as methacrylamide, N-methylmethacrylamide, N-ethylmethacrylamide, methacrylamidepropyldimethylamine; methyl vinyl ether, ethyl vinyl ether, n-propyl vinyl ether, i-propyl vinyl ether, n- Vinyl ethers such as butyl vinyl ether, i-butyl vinyl ether, t-butyl vinyl ether, dodecyl vinyl ether, stearyl vinyl ether, 2,3-diacetoxy-1-vinyloxypropane; allyl acetate, 2,3-diacetoxy-1-allyloxypropane, Examples include allyl compounds such as allyl chloride; unsaturated dicarboxylic acids such as maleic acid, itaconic acid, fumaric acid, and esters thereof.

イオン性基を有する単量体Mの例としては、下記一般式(2)〜(18)等が挙げられる。 Examples of the monomer M having an ionic group include the following general formulas (2) to (18).

Figure 2015168689
Figure 2015168689

[式中、Rは水素原子またはアルカリ金属原子である。] [Wherein, R 1 represents a hydrogen atom or an alkali metal atom. ]

Figure 2015168689
Figure 2015168689

[式中、Rは前記と同義である。] [Wherein, R 1 has the same meaning as described above. ]

Figure 2015168689
Figure 2015168689

[式中、Rは前記と同義である。] [Wherein, R 1 has the same meaning as described above. ]

Figure 2015168689
Figure 2015168689

[式中、Rは前記と同義である。] [Wherein, R 1 has the same meaning as described above. ]

Figure 2015168689
Figure 2015168689

[式中、Rは前記と同義である。] [Wherein, R 1 has the same meaning as described above. ]

Figure 2015168689
Figure 2015168689

[式中、Rは前記と同義であり、Rは水素原子またはメチル基である。] [Wherein, R 1 is as defined above, and R 2 is a hydrogen atom or a methyl group. ]

Figure 2015168689
Figure 2015168689

[式中、RとRは前記と同義である。] [Wherein, R 1 and R 2 are as defined above. ]

Figure 2015168689
Figure 2015168689

[式中、Xは、PF 、SbF 、AsF 等の5B族元素のハロゲン化アニオン、BF 等の3B族元素のハロゲン化アニオン、I(I )、Br、Cl等のハロゲンアニオン、ClO 等のハロゲン酸アニオン、AlCl 、FeCl 、SnCl 等の金属ハロゲン化物アニオン、NO で示される硝酸アニオン、p−トルエンスルホン酸アニオン、ナフタレンスルホン酸アニオン、CHSO 、CFSO 等の有機スルホン酸アニオン、CFCOO、CCOO等のカルボン酸アニオン、OH等の1価のアニオンであり、Rは前記と同義である。] [Wherein, X represents a halogenated anion of a group 5B element such as PF 6 , SbF 6 , AsF 6 −, a halogenated anion of a group 3B element such as BF 4 , I (I 3 ), Halogen anions such as Br and Cl , halogen acid anions such as ClO 4 , metal halide anions such as AlCl 4 , FeCl 4 and SnCl 5 , nitrate anions represented by NO 3 , p-toluenesulfone Monovalent cation such as acid anion, naphthalene sulfonate anion, organic sulfonate anion such as CH 3 SO 3 and CF 3 SO 3 , carboxylic acid anion such as CF 3 COO and C 6 H 5 COO , and OH An anion, and R 2 is as defined above. ]

Figure 2015168689
Figure 2015168689

[式中、Xは前記と同義である。] [Wherein, X has the same meaning as described above. ]

Figure 2015168689
Figure 2015168689

[式中、Xは前記と同義である。] [Wherein, X has the same meaning as described above. ]

Figure 2015168689
Figure 2015168689

[式中、Xは前記と同義である。] [Wherein, X has the same meaning as described above. ]

Figure 2015168689
Figure 2015168689

[式中、Xは前記と同義である。] [Wherein, X has the same meaning as described above. ]

Figure 2015168689
Figure 2015168689

[式中、Rは前記と同義であり、相互に同一であっても異なっていても良い。] [Wherein, R 2 has the same meaning as described above and may be the same as or different from each other. ]

Figure 2015168689
Figure 2015168689

[式中、Rは前記と同義である。] [Wherein, R 2 has the same meaning as described above. ]

Figure 2015168689
Figure 2015168689

Figure 2015168689
Figure 2015168689

重合体(Q)としては、単一の単量体Mから構成されていてもよく、二つ以上の単量体Mから構成されていても良い。   The polymer (Q) may be composed of a single monomer M, or may be composed of two or more monomers M.

単量体Mから重合体(Q)を製造する方法としては特に限定されないが、ラジカル重合、カチオン重合、アニオン重合、カップリング重合等の公知の重合方法を用いることが好ましく、公知のラジカル重合開始剤を用いた水溶液中でのラジカル重合がより好ましい。   The method for producing the polymer (Q) from the monomer M is not particularly limited, but it is preferable to use a known polymerization method such as radical polymerization, cationic polymerization, anionic polymerization, coupling polymerization, etc. Radical polymerization in an aqueous solution using an agent is more preferable.

重合体(Q)の重量平均重合度としては特に限定されないが、好ましくは100〜10,000であり、より好ましくは100〜7,000であり、さらに好ましくは500〜5,000である。重量平均重合度が100未満になると、イオン交換膜としたときの耐久性が低下することがある。   Although it does not specifically limit as a weight average polymerization degree of a polymer (Q), Preferably it is 100-10,000, More preferably, it is 100-7,000, More preferably, it is 500-5,000. When the weight average degree of polymerization is less than 100, the durability of the ion exchange membrane may be lowered.

本発明に係るビニルアルコール系重合体成分(A)およびビニレン系重合体成分(B)を含む重合体(P)、並びにイオン性基を有する単量体Mの重合体(Q)を含有するイオン交換膜を製造する方法は、通常、ビニルアルコール系重合体及びイオン性基を有する単量体Mの重合体(Q)を含有する中間体(前駆体)を作製する工程Iと、中間体に所望の形態を付与し膜状成形体を作製する工程IIと、脱水ポリエン化反応により本発明に係るイオン交換膜を作製する工程IIIと、から構成される。   Ion containing the polymer (P) containing the vinyl alcohol polymer component (A) and the vinylene polymer component (B) according to the present invention, and the polymer (Q) of the monomer M having an ionic group A method for producing an exchange membrane is generally performed by preparing an intermediate (precursor) containing a vinyl alcohol polymer and a polymer (Q) of a monomer M having an ionic group, It consists of a step II for producing a film-like formed body by imparting a desired form and a step III for producing an ion exchange membrane according to the present invention by dehydration polyeneation reaction.

工程Iは、(Ia)ビニルアルコール系重合体およびイオン性基を有する単量体Mの重合体(Q)を混合し中間体を製造する方法、または(Ib)ビニルアルコール系重合体およびイオン性基を有する単量体Mを含む溶液に対して重合開始剤を投入し、中間体を製造する方法のいずれかである。各成分の種類や量を容易に制御できることから、(Ia)の製造方法が好ましい。   Step I includes (Ia) a method of producing an intermediate by mixing a vinyl alcohol polymer and a polymer (Q) of a monomer M having an ionic group, or (Ib) a vinyl alcohol polymer and an ionic property. The polymerization initiator is added to the solution containing the monomer M having a group to produce an intermediate. Since the type and amount of each component can be easily controlled, the production method (Ia) is preferable.

本発明に用いるビニルアルコール系重合体のJIS K6726に準拠して測定した粘度平均重合度は特に限定されず、好ましくは100〜10,000であり、より好ましくは300〜7,000であり、さらに好ましくは500〜5,000である。粘度平均重合度が100未満になると、イオン交換膜としたときにの機械的強度が低下することがある。粘度平均重合度が10,000を超えるポリビニルアルコール系重合体は、工業的な製造が難しい。   The viscosity average degree of polymerization measured according to JIS K6726 of the vinyl alcohol polymer used in the present invention is not particularly limited, preferably 100 to 10,000, more preferably 300 to 7,000, Preferably it is 500-5,000. When the viscosity average degree of polymerization is less than 100, the mechanical strength when an ion exchange membrane is obtained may be lowered. A polyvinyl alcohol polymer having a viscosity average polymerization degree exceeding 10,000 is difficult to produce industrially.

本発明に用いるビニルアルコール系重合体のけん化度は、50モル%以上であり、より好ましくは80〜99.99モル%、特に好ましくは90〜99.5モル%である。   The saponification degree of the vinyl alcohol polymer used in the present invention is 50 mol% or more, more preferably 80 to 99.99 mol%, particularly preferably 90 to 99.5 mol%.

脱水ポリエン化反応により、ビニルアルコール系重合体がビニルアルコール系重合体成分(A)およびビニレン系重合体成分(B)を構成成分とする重合体(P)に変換されることから、原料として用いたビニルアルコール系重合体のけん化度と、前記一般式(1)における(o+p)/(n+o+p)は同等である。 Since the vinyl alcohol polymer is converted into a polymer (P) containing the vinyl alcohol polymer component (A) and the vinylene polymer component (B) as a constituent component by the dehydration polyene conversion reaction, it is used as a raw material. The saponification degree of the vinyl alcohol polymer was equal to (o 1 + p 1 ) / (n 1 + o 1 + p 1 ) in the general formula (1).

ビニルアルコール系重合体とイオン性基を有する単量体Mの重合体(Q)の混合比率としては特に限定されないが、ビニルアルコール系重合体の重量をWa、イオン性基を有する単量体Mの重合体(Q)の重量Wqとした場合、イオン性基を有する単量体Mの重合体(Q)の重量比率を示す[Wq/(Wa+Wq)]に関して、0.05<[Wq/(Wa+Wq)]<1.0であることが好ましく、より好ましくは、0.10<[Wq/(Wa+Wq)]<0.75であり、さらに好ましくは0.15<[Wq/(Wa+Wq)]<0.50である。   The mixing ratio of the vinyl alcohol polymer and the polymer (Q) of the monomer M having an ionic group is not particularly limited, but the weight of the vinyl alcohol polymer Wa is the monomer M having an ionic group. When the weight (Wq) of the polymer (Q) is given as [Wq / (Wa + Wq)] indicating the weight ratio of the polymer (Q) of the monomer M having an ionic group, 0.05 <[Wq / ( Wa + Wq)] <1.0, more preferably 0.10 <[Wq / (Wa + Wq)] <0.75, and even more preferably 0.15 <[Wq / (Wa + Wq)] < 0.50.

ビニルアルコール系重合体及びイオン性基を有する単量体Mの重合体(Q)を含有する中間体の形態としては特に限定されないが、工程IIでの加工性を考慮し、溶液であることが好ましく、溶媒としては特に限定されず、水、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、アセトン、メチルエチルケトン、N−メチルピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルフォキシド、メチルエチルスルホキシド、ジエチルスルホキシド等の極性溶媒、またはこれらの混合溶媒が挙げられ、溶解性の観点から水がより好ましい。溶液の濃度は特に限定されないが、上記の溶媒100質量部に対して、0.1〜50質量部が好ましく、より好ましくは5〜30質量部である。   The form of the intermediate containing the vinyl alcohol polymer and the polymer (Q) of the monomer M having an ionic group is not particularly limited, but it should be a solution in consideration of processability in Step II. Preferably, the solvent is not particularly limited, but water, methanol, ethanol, isopropanol, diethyl ether, tetrahydrofuran, 1,4-dioxane, acetone, methyl ethyl ketone, N-methylpyrrolidone, N, N-dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, Examples thereof include polar solvents such as methyl ethyl sulfoxide and diethyl sulfoxide, or mixed solvents thereof, and water is more preferable from the viewpoint of solubility. Although the density | concentration of a solution is not specifically limited, 0.1-50 mass parts is preferable with respect to 100 mass parts of said solvent, More preferably, it is 5-30 mass parts.

ビニルアルコール系重合体及びイオン性基を有する単量体Mの重合体(Q)を含有する中間体には、必要に応じて任意の添加剤を含有していてもよく、その添加する順序も任意に選択することができる。添加剤としては、公知の添加剤等の中から適宜選択することができ、例えば、金属微粒子、無機微粒子、無機塩、紫外線吸収剤、酸化防止剤、劣化防止剤、分散剤、界面活性剤、重合禁止剤、増粘剤、導電補助剤、表面改質剤、防腐剤、防カビ剤、抗菌剤、消泡剤、可塑剤等が挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。   The intermediate containing the vinyl alcohol polymer and the polymer (Q) of the monomer M having an ionic group may contain any additive as required, and the order of addition is also Can be arbitrarily selected. The additive can be appropriately selected from known additives, for example, metal fine particles, inorganic fine particles, inorganic salts, ultraviolet absorbers, antioxidants, deterioration inhibitors, dispersants, surfactants, Examples thereof include polymerization inhibitors, thickeners, conductive assistants, surface modifiers, antiseptics, antifungal agents, antibacterial agents, antifoaming agents, and plasticizers. These may be used alone or in combination of two or more.

ビニルアルコール系重合体及びイオン性基を有する単量体Mの重合体(Q)を含有する中間体溶液は、工程IIIにおけるビニレン系重合体成分の導入を容易にするため、pHが3.0未満であることが好ましく、pHが2.0未満であることがさらに好ましく、硫酸、塩酸、酢酸、塩化アンモニウム等の酸性化合物や水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニア、酢酸ナトリウム等の塩基性化合物を適宜添加して、pHを調整しても良く、アニオン交換樹脂やカチオン交換樹脂等のイオン交換樹脂を用いて、pHを調整しても良く、電気透析法によりpHを調整してもよく、pHの調整方法としては特に限定されない。   The intermediate solution containing the vinyl alcohol polymer and the polymer (Q) of the monomer M having an ionic group has a pH of 3.0 to facilitate the introduction of the vinylene polymer component in Step III. Preferably, the pH is less than 2.0, more preferably acidic compounds such as sulfuric acid, hydrochloric acid, acetic acid and ammonium chloride, and basic compounds such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, ammonia and sodium acetate. May be added as appropriate, pH may be adjusted, pH may be adjusted using ion exchange resins such as anion exchange resin and cation exchange resin, pH may be adjusted by electrodialysis, The method for adjusting pH is not particularly limited.

工程IIは、前記工程Iで得られる中間体から膜状成形体を作製する工程である。   Step II is a step of producing a film-shaped formed body from the intermediate obtained in Step I.

膜状成形体の製法としては特に限定されないが、例えば溶融成形方法(例えば押出成形法、射出成形法、インフレ成形法、プレス成形法、ブロー成形法)や、溶液を膜状にキャストした後に、乾燥により溶媒を除去することで、膜状に成形する溶媒キャスト法などが挙げられる。   Although it does not specifically limit as a manufacturing method of a film-shaped molded object, For example, after casting a solution into a film shape, for example, a melt-molding method (for example, extrusion molding method, injection molding method, inflation molding method, press molding method, blow molding method) For example, a solvent casting method for forming a film by removing the solvent by drying may be used.

溶融成形法を用いる際は、必要に応じて任意の熱可塑性樹脂を添加していてもよく、その添加する順序も任意に選択することができる。熱可塑性樹脂としては、特に限定されることなく、一般の熱可塑性樹脂を用いることが出来る。   When using the melt molding method, an arbitrary thermoplastic resin may be added as necessary, and the order of the addition may be arbitrarily selected. The thermoplastic resin is not particularly limited, and a general thermoplastic resin can be used.

溶媒キャスト法を用いる際は、キャスティングマシーン、フィルムアプリケーター等を使って行うことができるが、特にそれらに限定されるものではなく、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ナイロンフィルム、ポリプロピレン等のポリマーフィルム上や、銅箔、アルミ箔等の金属箔上や、ガラス基板、シリコン基板等の無機基板上に積層させてもよく、多層構造を有してもよい。   When using the solvent casting method, it can be performed using a casting machine, a film applicator, etc., but is not particularly limited thereto, on a polymer film such as polyethylene terephthalate film, nylon film, polypropylene, or copper foil They may be laminated on a metal foil such as an aluminum foil, or on an inorganic substrate such as a glass substrate or a silicon substrate, or may have a multilayer structure.

工程IIにおいて、上記記載の製法と併せて、無機材ないし有機材または有機無機ハイブリッド材からなる補強材料を添加することによる補強を施すこともできる。補強材料は繊維状物でもよいし、粒子状物質でもよいし、薄片状物質でもよい。また、多孔膜、メッシュおよび不織布などの連続した支持体でもよい。本実施の形態において、補強材料の添加による補強を実施することで、力学強度および寸法安定性を向上させることができる。特に繊維状物または上述の連続した支持体を補強材料に用いると補強効果が高い。また、補強しない層と上記補強層した層を任意の方法で多層状に積層したものも好ましい。
補強材料は、膜状成形体に加工する際に添加、混合してもよいし、中間体を含む溶液を含浸してもよいし、製膜後の膜と積層してもよい。
In Step II, in addition to the above-described production method, reinforcement by adding a reinforcing material made of an inorganic material, an organic material, or an organic-inorganic hybrid material can be performed. The reinforcing material may be a fibrous material, a particulate material, or a flaky material. Further, a continuous support such as a porous film, a mesh, and a nonwoven fabric may be used. In the present embodiment, the mechanical strength and dimensional stability can be improved by performing the reinforcement by the addition of the reinforcing material. In particular, when a fibrous material or the above-described continuous support is used as a reinforcing material, the reinforcing effect is high. Moreover, what laminated | stacked the layer which does not reinforce and the layer which carried out the said reinforcement layer in the multilayer form by arbitrary methods is also preferable.
The reinforcing material may be added and mixed at the time of processing into a film-shaped molded body, may be impregnated with a solution containing an intermediate, or may be laminated with a film after film formation.

不織布は、短繊維から形成される湿式不織布が好ましい。湿式不織布は、主体繊維と、主体繊維間を結合する少量のバインダー繊維とを、水中に分散させ、緩やかな撹拌下で、均一なスラリーとし、このスラリーを丸網、長網、傾斜式などのワイヤーのうち少なくとも1つを有する抄紙用の装置を用いてシートを形成して製造することができる。   The nonwoven fabric is preferably a wet nonwoven fabric formed from short fibers. Wet non-woven fabric is made by dispersing main fibers and a small amount of binder fibers that bond between the main fibers in water and making them uniform slurry under gentle agitation. A sheet can be formed and manufactured using a papermaking apparatus having at least one of the wires.

例えば、不織布を形成するポリマー(または主体繊維の構成ポリマー)としては、特に限定されないが、例えば、ポリエステル(PET、PTTなど)、ポリビニルアルコールなどが例示でき、特にポリビニルアルコールが好ましい。特に好ましい不織布シートとしては、ポリビニルアルコール短繊維を主体繊維とする湿式不織布が挙げられる。   For example, the polymer forming the nonwoven fabric (or the constituent polymer of the main fiber) is not particularly limited, and examples thereof include polyester (PET, PTT, etc.), polyvinyl alcohol, and the like, and polyvinyl alcohol is particularly preferable. A particularly preferable nonwoven fabric sheet includes a wet nonwoven fabric mainly composed of polyvinyl alcohol short fibers.

補強材料として用いる無機材は補強効果のあるものであれば特に限定されず、例えばガラス繊維、炭素繊維、セルロース繊維、カオリンクレー、カオリナイト、ハロイサイト、パイロフィライト、タルク、モンモリロナイト、セリサイト、マイカ、アメサイト、ベントナイト、アスベスト、ゼオライト、炭酸カルシウム、ケイ酸カルシウム、ケイ藻土、ケイ砂、鉄フェライト、水酸化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化チタン、酸化ジルコニウム、グラファイト、フラーレン、カーボンナノチューブ、およびカーボンナノホーン等が挙げられる。補強材として用いる有機材もまた補強効果のあるものであれば特に限定されず、例えばポリビニルアルコール、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンエーテル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルスルホン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリチオエーテルスルホン、ポリチオエーテルエーテルスルホン、ポリチオエーテルケトン、ポリチオエーテルエーテルケトン、ポリベンゾイミダゾール、ポリベンゾオキサゾール、ポリオキサジアゾール、ポリベンゾオキサジノン、ポリキシリレン、ポリフェニレン、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリン、ポリアセン、ポリシアノゲン、ポリナフチリジン、ポリフェニレンスルフィドスルホン、ポリフェニレンスルホン、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリエステルイミド、ポリアミドイミド、ポリアミド、芳香族ポリアミド、ポリスチレン、アクリロニトリル−スチレン樹脂、ポリスチレン−水素添加されたポリブタジエン−ポリスチレンブロック共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂、ポリエステル、ポリアリレート、液晶ポリエステル、ポリカーボネート、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ビニロン繊維、メタクリル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ウレタン樹脂、セルロース、ポリケトン、ポリアセタール、ポリプロピレンおよびポリエチレンなどが挙げられる。有機無機ハイブリッド材もまた補強材として用いることができ、例えば、POSS(Polyhedral Oligomeric Silsesquioxanes)やシリコーンゴム等のシルセスキオキサン構造やシロキサン構造を有した有機ケイ素高分子化合物などが挙げられる。 The inorganic material used as the reinforcing material is not particularly limited as long as it has a reinforcing effect. For example, glass fiber, carbon fiber, cellulose fiber, kaolin clay, kaolinite, halloysite, pyrophyllite, talc, montmorillonite, sericite, mica Amesite, bentonite, asbestos, zeolite, calcium carbonate, calcium silicate, diatomaceous earth, silica sand, iron ferrite, aluminum hydroxide, aluminum oxide, magnesium oxide, titanium oxide, zirconium oxide, graphite, fullerene, carbon nanotube, And carbon nanohorn. The organic material used as the reinforcing material is not particularly limited as long as it has a reinforcing effect. For example, polyvinyl alcohol, polyphenylene sulfide, polyphenylene ether, polysulfone, polyether sulfone, polyether ether sulfone, polyether ketone, polyether ether ketone. , Polythioether sulfone, polythioether ether sulfone, polythioether ketone, polythioether ether ketone, polybenzimidazole, polybenzoxazole, polyoxadiazole, polybenzoxazinone, polyxylylene, polyphenylene, polythiophene, polypyrrole, polyaniline, polyacene, polycyanogen , Polynaphthyridine, polyphenylene sulfide sulfone, polyphenylene sulfone, polyimide, Reetherimide, polyesterimide, polyamideimide, polyamide, aromatic polyamide, polystyrene, acrylonitrile-styrene resin, polystyrene-hydrogenated polybutadiene-polystyrene block copolymer, acrylonitrile-butadiene-styrene resin, polyester, polyarylate, liquid crystal Polyester, polycarbonate, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, vinylon fiber, methacrylic resin, epoxy resin, phenol resin, melamine resin, urethane resin, cellulose, polyketone, polyacetal, polypropylene, polyethylene, etc. Can be mentioned. An organic-inorganic hybrid material can also be used as a reinforcing material, and examples thereof include an organic silicon polymer compound having a silsesquioxane structure or a siloxane structure such as POSS (Polyhedral Oligomeric Silsesquioxanes) or silicone rubber.

工程IIIは、前記工程IIで得られる、ビニルアルコール系重合体、及びイオン性基を有する単量体Mの重合体(Q)を成分として含む膜状成形体に脱水ポリエン化反応を施し、これにより、ビニルアルコール系重合体成分(A)およびビニレン系重合体成分(B)を含む重合体(P)、並びにイオン性基を有する単量体Mの重合体(Q)を含有するイオン交換膜を製造する工程である。 In Step III, a dehydrated polyene reaction is performed on the film-like molded product containing the vinyl alcohol polymer obtained in Step II and the polymer (Q) of the monomer M having an ionic group as components. A polymer (P) containing a vinyl alcohol polymer component (A) and a vinylene polymer component (B), and an ion exchange membrane containing a polymer (Q) of a monomer M having an ionic group Is a process of manufacturing.

脱水ポリエン化反応としては熱処理が挙げられ、膜状成形体の種類や形態によって変更することができるが、一般に公知の方法を用いることができ、例えば熱風乾燥機、ホットプレス、ホットプレート、赤外線ヒーター、ローラーヒーター等を用いることができる。大面積の熱処理を行う場合、面状加熱手段が好ましく、ホットプレス、ホットプレート、赤外線ヒーター、ローラーヒーター等がより好ましい。熱処理の条件としては特に限定されず、大気下、窒素などの不活性ガス雰囲気下または減圧下で、加熱処理温度として好ましくは100〜250℃、より好ましくは140〜200℃、加熱時間は好ましくは5秒〜4時間、より好ましくは1分〜2時間であり、複数回に分けて熱処理を行っても良い。   Examples of the dehydration polyene reaction include heat treatment, which can be changed depending on the type and form of the film-shaped molded body, but generally known methods can be used, for example, hot air dryers, hot presses, hot plates, infrared heaters. A roller heater or the like can be used. When performing heat treatment of a large area, a planar heating means is preferable, and a hot press, a hot plate, an infrared heater, a roller heater, and the like are more preferable. The conditions for the heat treatment are not particularly limited, and the heat treatment temperature is preferably 100 to 250 ° C., more preferably 140 to 200 ° C., and the heating time is preferably in the atmosphere, an inert gas atmosphere such as nitrogen, or reduced pressure. It is 5 seconds to 4 hours, more preferably 1 minute to 2 hours, and the heat treatment may be performed in a plurality of times.

前記工程IIIで得られたイオン交換膜は、必要に応じて架橋処理を施してもよい。架橋処理を施すことで、架橋結合が導入され、電気透析性能を更に向上させることができる。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、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、ホルムアルデヒド、或いはグリオキザールやグルタルアルデヒドなどのジアルデヒド化合物が例示される。   The ion exchange membrane obtained in Step III may be subjected to a crosslinking treatment as necessary. By performing the cross-linking treatment, cross-linking is introduced, and the electrodialysis performance can be further 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 in a solution containing a crosslinking agent is used. Examples of the crosslinking agent include formaldehyde or dialdehyde compounds such as glyoxal and glutaraldehyde.

本発明においては、工程IIにおいて膜状成形体を製造する際に上記架橋剤を予め混合し、工程IIIと同時に架橋処理を行う方法と、熱処理を行った後に、酸性条件下で、水、アルコール又はそれらの混合溶媒にジアルデヒド化合物を溶解させてなる溶液に浸漬することにより、架橋処理を行う方法が挙げられ、工程通過性を考慮すると後者の方法で行うことが好ましい。後者の方法で架橋処理を行う場合、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0.001〜10体積%である。 In the present invention, when the film-shaped molded article is produced in Step II, the above crosslinking agent is mixed in advance, and the crosslinking treatment is performed simultaneously with Step III. After the heat treatment, water, alcohol under acidic conditions Or the method of performing a crosslinking process by immersing in the solution formed by dissolving a dialdehyde compound in those mixed solvents is mentioned, It is preferable to carry out by the latter method in consideration of process passability. When the crosslinking treatment is performed by the latter method, the concentration of the crosslinking agent is usually 0.001 to 10% by volume of the crosslinking agent with respect to the solution.

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。   Hereinafter, examples will be given to describe the present invention in more detail, but the present invention is not limited to these examples.

<動的輸率の測定>
イオン交換膜の動的輸率は、図1に示される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0.5mol/L−NaCl溶液を満たし電気透析を行った。イオンクロマトグラフィーを用いて、透析前後のイオン量の変化を計算し、下式に代入することで動的輸率t ±を算出した。
±=Δm/Ea
±:動的輸率
Ea:理論当量=I・t/F
Δm:移動当量
F:Faraday定数
<Measurement of dynamic transportation>
The dynamic transport number of the ion exchange membrane is such that the ion exchange membrane is sandwiched in a two-chamber cell having a platinum black electrode plate shown in FIG. 1, and 0.5 mol / L-NaCl solution is filled on both sides of the ion exchange membrane. Went. Using ion chromatography, the change in the amount of ions before and after dialysis was calculated and substituted into the following equation to calculate the dynamic transport number t d ± .
t d ± = Δm / Ea
t d ± : Dynamic transport number Ea: Theoretical equivalent = I · t / F
Δm: moving equivalent F: Faraday constant

<膜抵抗の測定>
膜抵抗は、図2に示される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、膜の両側に0.5mol/L−NaCl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0.5mol/L−NaCl溶液中で平衡にしたものを用いた。
<Measurement of membrane resistance>
The membrane resistance was determined by sandwiching an ion exchange membrane in a two-chamber cell having a platinum black electrode plate shown in FIG. 2, filling a 0.5 mol / L-NaCl solution on both sides of the membrane, and an AC bridge (frequency 1000 cycles / second). Then, the resistance between the electrodes at 25 ° C. was measured, and the resistance was calculated from the difference between the resistance between the electrodes and the resistance between the electrodes when no ion exchange membrane was installed. The membrane used for the above measurement was previously equilibrated in a 0.5 mol / L-NaCl solution.

<ポリエン化率測定>
製膜後に熱風乾燥機を用いて80℃で30分乾燥させた後の重量を[ポリエン化前重量]とし、その後高温熱処理機を用いて160℃30分間の条件で熱処理を行った後の重量を[ポリエン化後重量]とし、上記の重量減少([ポリエン化前重量]−[ポリエン化後重量])全てが、ビニルアルコール系重合体成分(44.05g/mol)が、熱処理により脱水されてビニレン系重合体成分(26.04g/mol)に変換されたことによる重量減少によるものとして、その変換率をポリエン化率と規定した。補強材料を含むものは、膜の総重量から補強材料の重量を引いたものを共重合体の重量とした。
<Polyene conversion rate measurement>
Weight after film formation after drying at 80 ° C. for 30 minutes using a hot air dryer is [weight before polyeneization], and then heat treatment is performed at 160 ° C. for 30 minutes using a high temperature heat treatment machine Is [weight after polyeneization], all of the above weight reduction ([weight before polyeneization]-[weight after polyeneization]) is dehydrated by the heat treatment of the vinyl alcohol polymer component (44.05 g / mol). Therefore, the conversion rate was defined as the polyene conversion rate as a result of weight reduction due to conversion to the vinylene polymer component (26.04 g / mol). For the material containing the reinforcing material, the weight of the copolymer was obtained by subtracting the weight of the reinforcing material from the total weight of the membrane.

<合成例1>
還流冷却管、攪拌翼を備え付けた500mLの四つ口セパラブルフラスコに、水181g、ポリビニルアルコールPVA−117(粘度平均重合度1700 、けん化度98.5mol%、純度97%(株):クラレ製)を50.0gとポリスチレンスルホン酸(重量平均分子量75000、18%水溶液:シグマ−アルドリッチ製)を118.2g仕込み、攪拌下90℃まで加熱して窒素をバブリングしつつ溶解し、水溶液S−1を得た。該水溶液のpHは0.9であった。
<Synthesis Example 1>
In a 500 mL four-necked separable flask equipped with a reflux condenser and a stirring blade, 181 g of water, polyvinyl alcohol PVA-117 (viscosity average polymerization degree 1700, saponification degree 98.5 mol%, purity 97%): Kuraray ) And 58.2 g of polystyrene sulfonic acid (weight average molecular weight 75000, 18% aqueous solution: Sigma-Aldrich) were charged, and the mixture was heated to 90 ° C. with stirring and dissolved while bubbling nitrogen to obtain aqueous solution S-1. Got. The pH of the aqueous solution was 0.9.

<合成例2>
還流冷却管、攪拌翼を備え付けた500mLの四つ口セパラブルフラスコに、水263g、ポリビニルアルコールPVA−117(粘度平均重合度1700 、けん化度98.5mol%、純度97%(株):クラレ製)を50.0gとパラスチレンスルホン酸ナトリウム(純度90%:東ソー有機化学製)を6.2g仕込み、攪拌下90℃まで加熱して窒素をバブリングしつつ溶解した。窒素置換後、上記水溶液に2,2'-アゾビス[2−メチル−N−(2−ヒドロキシエチル)−2−プロピオンアミド]の2.0%水溶液22.4mLを1.5時間かけて逐次的に添加して重合を開始させ、進行させた後、系内温度を90℃に4時間維持して重合をさらに進行させ、ついで冷却して、濃硫酸を添加してpHを1.0に調整し、水溶液S−2を得た。
<Synthesis Example 2>
In a 500 mL four-necked separable flask equipped with a reflux condenser and a stirring blade, 263 g of water, polyvinyl alcohol PVA-117 (viscosity average polymerization degree 1700, saponification degree 98.5 mol%, purity 97%): Kuraray ) And 6.2 g of sodium parastyrene sulfonate (purity 90%: manufactured by Tosoh Organic Chemical) were heated to 90 ° C. with stirring and dissolved while bubbling nitrogen. After nitrogen substitution, 22.4 mL of a 2.0% aqueous solution of 2,2′-azobis [2-methyl-N- (2-hydroxyethyl) -2-propionamide] was sequentially added to the above aqueous solution over 1.5 hours. Polymerization is started by adding to the polymer, and then allowed to proceed. Then, the system temperature is maintained at 90 ° C. for 4 hours to further promote the polymerization, and then cooled, and concentrated sulfuric acid is added to adjust the pH to 1.0. An aqueous solution S-2 was obtained.

<合成例3>
還流冷却管、攪拌翼を備え付けた500mLの四つ口セパラブルフラスコに、水269g、ポリビニルアルコールPVA−117(粘度平均重合度1700 、けん化度98.5mol%、純度97%(株):クラレ製)を50.0gと2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸(純度97%:和光純薬製)を26.2g仕込み、攪拌下90℃まで加熱して窒素をバブリングしつつ溶解した。窒素置換後、上記水溶液に2,2'-アゾビス[2−メチル−N−(2−ヒドロキシエチル)−2−プロピオンアミド]の2.0%水溶液23.8mLを1.5時間かけて逐次的に添加して重合を開始させ、進行させた後、系内温度を90℃に4時間維持して重合をさらに進行させ、ついで冷却して、水溶液S−3を得た。該水溶液のpHは0.9であった。
<Synthesis Example 3>
In a 500 mL four-necked separable flask equipped with a reflux condenser and a stirring blade, 269 g of water, polyvinyl alcohol PVA-117 (viscosity average polymerization degree 1700, saponification degree 98.5 mol%, purity 97%): Kuraray ) And 26.2 g of 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid (purity 97%: manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) were charged, and the mixture was heated to 90 ° C. with stirring and dissolved while bubbling nitrogen. After nitrogen substitution, 23.8 mL of a 2.0% aqueous solution of 2,2′-azobis [2-methyl-N- (2-hydroxyethyl) -2-propionamide] was sequentially added to the above aqueous solution over 1.5 hours. The polymerization was started and proceeded by adding to the system, and then the system temperature was maintained at 90 ° C. for 4 hours to further proceed the polymerization, followed by cooling to obtain an aqueous solution S-3. The pH of the aqueous solution was 0.9.

<合成例4>
還流冷却管、攪拌翼を備え付けた500mLの四つ口セパラブルフラスコに、水224g、ポリビニルアルコールPVA−117(粘度平均重合度1700 、けん化度98.5mol%、純度97%(株):クラレ製)を50.0gとビニルスルホン酸(純度95%:旭化成ファインケム製)を11.13g仕込み、攪拌下90℃まで加熱して窒素をバブリングしつつ溶解した。窒素置換後、上記水溶液に2,2'-アゾビス[2−メチル−N−(2−ヒドロキシエチル)−2−プロピオンアミド]の2.0%水溶液9.9mLを1.5時間かけて逐次的に添加して重合を開始させ、進行させた後、系内温度を90℃に4時間維持して重合をさらに進行させ、ついで冷却して、水溶液S−4を得た。該水溶液のpHは0.9であった。
<Synthesis Example 4>
In a 500 mL four-necked separable flask equipped with a reflux condenser and a stirring blade, 224 g of water, polyvinyl alcohol PVA-117 (viscosity average polymerization degree 1700, saponification degree 98.5 mol%, purity 97%): Kuraray ) And 11.13 g of vinyl sulfonic acid (purity 95%: manufactured by Asahi Kasei Finechem) were heated to 90 ° C. with stirring and dissolved while bubbling nitrogen. After nitrogen substitution, 9.9 mL of a 2.0% aqueous solution of 2,2′-azobis [2-methyl-N- (2-hydroxyethyl) -2-propionamide] was sequentially added to the above aqueous solution over 1.5 hours. The polymerization was started and allowed to proceed, and then the system temperature was maintained at 90 ° C. for 4 hours to further advance the polymerization, followed by cooling to obtain an aqueous solution S-4. The pH of the aqueous solution was 0.9.

<合成例5>
還流冷却管、攪拌翼を備え付けた500mLの四つ口セパラブルフラスコに、水268g、ポリビニルアルコールPVA−117(粘度平均重合度1700 、けん化度98.5mol%、純度97%(株):クラレ製)を50.0gとビニルベンジルトリメチルアンモニウムクロライド(純度97%:AGCセイミケミカル製)を25.6g仕込み、攪拌下90℃まで加熱して窒素をバブリングしつつ溶解した。窒素置換後、上記水溶液に2,2'-アゾビス[2−メチル−N−(2−ヒドロキシエチル)−2−プロピオンアミド]の2.0%水溶液23.2mLを1.5時間かけて逐次的に添加して重合を開始させ、進行させた後、系内温度を90℃に4時間維持して重合をさらに進行させ、ついで冷却して、濃硫酸を添加してpHを1.0に調整し、水溶液S−5を得た。
<Synthesis Example 5>
In a 500 mL four-necked separable flask equipped with a reflux condenser and a stirring blade, 268 g of water, polyvinyl alcohol PVA-117 (viscosity average polymerization degree 1700, saponification degree 98.5 mol%, purity 97%): Kuraray ) And 25.6 g of vinylbenzyltrimethylammonium chloride (purity 97%: manufactured by AGC Seimi Chemical) were heated to 90 ° C. with stirring and dissolved while bubbling nitrogen. After nitrogen substitution, 23.2 mL of a 2.0% aqueous solution of 2,2′-azobis [2-methyl-N- (2-hydroxyethyl) -2-propionamide] was sequentially added to the above aqueous solution over 1.5 hours. Polymerization is started by adding to the polymer, and then allowed to proceed. Then, the system temperature is maintained at 90 ° C. for 4 hours to further promote the polymerization, and then cooled, and concentrated sulfuric acid is added to adjust the pH to 1.0. As a result, an aqueous solution S-5 was obtained.

<合成例6>還流冷却管、攪拌翼を備え付けた500mLの四つ口セパラブルフラスコに、水263g、ポリビニルアルコールPVA−117(粘度平均重合度1700 、けん化度98.5mol%、純度97%(株):クラレ製)を50.0gとスチレンスルホン酸ナトリウム(純度90%:東ソー有機化学製)を6.2g仕込み、攪拌下90℃まで加熱して窒素をバブリングしつつ溶解した。窒素置換後、上記水溶液に2,2'-アゾビス[2−メチル−N−(2−ヒドロキシエチル)−2−プロピオンアミド]の2.0%水溶液22.4mLを1.5時間かけて逐次的に添加して重合を開始させ、進行させた後、系内温度を90℃に4時間維持して重合をさらに進行させ、ついで冷却して、水溶液S−6を得た。該水溶液のpHは6.8であった。   <Synthesis Example 6> To a 500 mL four-necked separable flask equipped with a reflux condenser and a stirring blade, 263 g of water, polyvinyl alcohol PVA-117 (viscosity average polymerization degree 1700, saponification degree 98.5 mol%, purity 97% ( Co.): 50.0 g of Kuraray Co., Ltd.) and 6.2 g of sodium styrenesulfonate (purity 90%: manufactured by Tosoh Organic Chemical Co., Ltd.) were charged to 90 ° C. with stirring and dissolved while bubbling nitrogen. After nitrogen substitution, 22.4 mL of a 2.0% aqueous solution of 2,2′-azobis [2-methyl-N- (2-hydroxyethyl) -2-propionamide] was sequentially added to the above aqueous solution over 1.5 hours. The polymerization was started and allowed to proceed, and then the system temperature was maintained at 90 ° C. for 4 hours to further advance the polymerization, followed by cooling to obtain an aqueous solution S-6. The pH of the aqueous solution was 6.8.

<実施例1>
合成例1〜5で得られた水溶液S−1〜S−5を、PETフィルム上にアプリケーターバーを用いてギャップ500μmにて塗布した後、熱風乾燥機にて80℃で30 分乾燥させた。その後、PETフィルムを剥離して、高温熱処理機を用いて160℃30分間の条件で熱処理を行い、ポリエン化された重合体成分を含むイオン交換膜M−1〜M−5を得た。得られたイオン交換膜のポリエン化率、膜抵抗、動的輸率を測定した。結果を表1に示す。
<Example 1>
The aqueous solutions S-1 to S-5 obtained in Synthesis Examples 1 to 5 were applied on a PET film with a gap of 500 μm using an applicator bar, and then dried at 80 ° C. for 30 minutes with a hot air dryer. Thereafter, the PET film was peeled off, and heat treatment was performed at 160 ° C. for 30 minutes using a high-temperature heat treatment machine to obtain ion exchange membranes M-1 to M-5 containing a polyene polymer component. The polyene conversion rate, membrane resistance, and dynamic transport number of the obtained ion exchange membrane were measured. The results are shown in Table 1.

<実施例2>
合成例1〜5で得られた水溶液S−1〜S−5、をPETフィルム上にアプリケーターバーを用いてギャップ500μmにて塗布した後、ビニロン不織布BNF No.2(株式会社クラレ製)を貼合し、熱風乾燥機を用いて80℃で30 分乾燥させた。その後、PETフィルムを剥離して、高温熱処理機にて160℃30分間の条件で熱処理を行い、ポリエン化された重合体成分を含むN−1およびN−5を得た。得られたイオン交換膜のポリエン化率、膜抵抗、動的輸率を測定した。結果を表1に示す。
<Example 2>
After applying the aqueous solutions S-1 to S-5 obtained in Synthesis Examples 1 to 5 on a PET film using an applicator bar with a gap of 500 μm, the vinylon nonwoven fabric BNF No. 2 (manufactured by Kuraray Co., Ltd.) was bonded and dried at 80 ° C. for 30 minutes using a hot air dryer. Thereafter, the PET film was peeled off, and heat treatment was carried out at 160 ° C. for 30 minutes with a high-temperature heat treatment machine to obtain N-1 and N-5 containing a polyene polymer component. The polyene conversion rate, membrane resistance, and dynamic transport number of the obtained ion exchange membrane were measured. The results are shown in Table 1.

<比較例1>
合成例6で得られた水溶液S−6を用い、実施例1と同様の方法でイオン交換膜M−6を得た。得られたイオン交換膜のポリエン化率、膜抵抗、動的輸率を測定した。得られたイオン交換膜は水への溶出が激しく膜抵抗、動的輸率の測定が出来なかった。結果を表1に示す。
<Comparative Example 1>
Using the aqueous solution S-6 obtained in Synthesis Example 6, an ion exchange membrane M-6 was obtained in the same manner as in Example 1. The polyene conversion rate, membrane resistance, and dynamic transport number of the obtained ion exchange membrane were measured. The resulting ion exchange membrane was so leached into water that membrane resistance and dynamic transport number could not be measured. The results are shown in Table 1.

<比較例2>
合成例6で得られた水溶液S−6を用い、実施例2と同様の方法でイオン交換膜N−6を得た。得られたイオン交換膜のポリエン化率、膜抵抗、動的輸率を測定した。得られたイオン交換膜は水への溶出が激しく膜抵抗、動的輸率の測定が出来なかった。結果を表1に示す。
<Comparative Example 2>
Using the aqueous solution S-6 obtained in Synthesis Example 6, an ion exchange membrane N-6 was obtained in the same manner as in Example 2. The polyene conversion rate, membrane resistance, and dynamic transport number of the obtained ion exchange membrane were measured. The resulting ion exchange membrane was so leached into water that membrane resistance and dynamic transport number could not be measured. The results are shown in Table 1.

Figure 2015168689
Figure 2015168689

表1により、ポリエン化反応によりビニレン系重合体成分を導入することによって架橋処理を施すことなく耐水性が付与されイオン交換膜としての性能が発現していることが分かる(実施例1〜2)。一方、ポリエン化反応を行わなかった場合は、耐水性に劣っていた(比較例1〜2)。   It can be seen from Table 1 that water resistance is imparted without introducing a cross-linking treatment by introducing a vinylene polymer component by polyene reaction, and the performance as an ion exchange membrane is expressed (Examples 1 and 2). . On the other hand, when polyene-ized reaction was not performed, it was inferior to water resistance (Comparative Examples 1-2).

本発明の共重合体は、イオン交換樹脂、イオン交換膜、イオン吸着材料、燃料電池用固体電解質、導電性高分子材料、帯電防止材料、一次電池、二次電池、固体電解コンデンサ、インク、バインダー(接着剤)、医薬品・化粧品等のヘルスケア用品、食品添加物、洗剤といった様々な材料の基材や改質剤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。   The copolymer of the present invention includes an ion exchange resin, an ion exchange membrane, an ion adsorbing material, a solid electrolyte for a fuel cell, a conductive polymer material, an antistatic material, a primary battery, a secondary battery, a solid electrolytic capacitor, an ink, and a binder. Since it can be widely used as a base material and a modifier for various materials such as (adhesives), health care products such as pharmaceuticals and cosmetics, food additives, and detergents, 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.

A:電源
B:アンペアメーター
C:クーロンメーター
D:ボルトメーター
E:モーター
F:スターラー
G:カソード電極
H:アノード電極
I:0.5M NaCl水溶液
J:イオン交換膜(有効膜面積8.0cm2)
K:イオン交換膜(有効面積1.0cm2)
L:白金電極
M:NaCl水溶液
N:水浴
O:LCRメーター
A: Power source B: Ampere meter C: Coulomb meter D: Volt meter E: Motor F: Stirrer G: Cathode electrode H: Anode electrode I: 0.5M NaCl aqueous solution J: Ion exchange membrane (effective membrane area 8.0 cm2)
K: ion exchange membrane (effective area 1.0 cm2)
L: Platinum electrode M: NaCl aqueous solution N: Water bath O: LCR meter

Claims (9)

ビニルアルコール系重合体成分(A)およびビニレン系重合体成分(B)を含む重合体(P)、並びにイオン性基を有する単量体Mの重合体(Q)を含有するイオン交換膜。   An ion exchange membrane comprising a polymer (P) containing a vinyl alcohol polymer component (A) and a vinylene polymer component (B), and a polymer (Q) of a monomer M having an ionic group. 前記重合体(P)が下記一般式(1)
Figure 2015168689
[式中、0.5000≦(o+p)/(n+o+p)≦0.9999であり、0.750≦p/(n+o+p)≦0.999である]で示されることを特徴とする請求項1に記載のイオン交換膜。
The polymer (P) is represented by the following general formula (1)
Figure 2015168689
[In the formula, 0.5000 ≦ (o 1 + p 1 ) / (n 1 + o 1 + p 1 ) ≦ 0.9999, 0.750 ≦ p 1 / (n 1 + o 1 + p 1 ) ≦ 0.999 The ion exchange membrane according to claim 1, wherein
前記イオン性基がアニオン性基であることを特徴とする請求項1または2に記載のイオン交換膜。   The ion exchange membrane according to claim 1 or 2, wherein the ionic group is an anionic group. 前記イオン性基がカチオン性基であることを特徴とする請求項1または2に記載のイオン交換膜。   The ion exchange membrane according to claim 1 or 2, wherein the ionic group is a cationic group. 架橋結合が導入されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のイオン交換膜。   The ion exchange membrane according to any one of claims 1 to 4, wherein a cross-linked bond is introduced. 補強材料を含むことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載のイオン交換膜。   The ion exchange membrane according to claim 1, comprising a reinforcing material. 前記補強材料が多孔膜、メッシュまたは不織布からなる、連続した支持体であることを特徴とする請求項6に記載のイオン交換膜。   The ion-exchange membrane according to claim 6, wherein the reinforcing material is a continuous support made of a porous membrane, a mesh, or a nonwoven fabric. 前記不織布が、ポリビニルアルコール系短繊維の湿式不織布であることを特徴とする請求項7に記載のイオン交換膜。   The ion exchange membrane according to claim 7, wherein the nonwoven fabric is a wet nonwoven fabric of polyvinyl alcohol-based short fibers. ビニルアルコール系重合体およびイオン性基を有する単量体Mの重合体(Q)を成分として含む膜状成形体を酸性条件下で加熱処理し、脱水ポリエン化によりビニルアルコール系重合体成分(A)およびビニレン系重合体成分(B)を含有する重合体(P)を導入することを特徴とする、請求項1〜8のいずれか一項に記載のイオン交換膜の製造方法。   A film-like molded product containing a vinyl alcohol polymer and a polymer (Q) of a monomer M having an ionic group as components is heat-treated under acidic conditions, and dehydrated polyene is converted into a vinyl alcohol polymer component (A ) And a polymer (P) containing a vinylene polymer component (B) are introduced. The method for producing an ion exchange membrane according to claim 1, wherein the polymer (P) is introduced.
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