JP2996752B2 - 架橋した陰イオン交換体 - Google Patents

架橋した陰イオン交換体

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JP2996752B2 JP3045556A JP4555691A JP2996752B2 JP 2996752 B2 JP2996752 B2 JP 2996752B2 JP 3045556 A JP3045556 A JP 3045556A JP 4555691 A JP4555691 A JP 4555691A JP 2996752 B2 JP2996752 B2 JP 2996752B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、海水濃縮などの電気透
析に好適に用いられる電気抵抗が低い陰イオン交換膜、
酸回収などに好適に用いられる中空糸型または平膜型の
陰イオン交換膜などの良好な成形性をもつ陰イオン交換
体に関する。
【0002】
【従来の技術】陰イオン交換膜の製造方法として、陰イ
オン交換基の導入に適した官能基を有するモノマー、架
橋剤および重合触媒を主たる成分とする混合溶液にポリ
塩化ビニルの微粉末を添加してなるペースト状物をポリ
塩化ビニルの織布などに塗布して重合した後、陰イオン
交換基を導入するというペースト法がよく知られている
(特開昭40−28951号)。このペースト法では、
補強基材であるポリ塩化ビニルの織布に対するモノマー
の含浸およびグラフト重合が適度であるため、得られる
陰イオン交換膜は陰イオン交換樹脂部と基材との接着性
が良好であり、優れた電気化学的性質、陰イオンの選択
的透過性、取扱い易さを有する。
【0003】しかしながら、近年、特に電池用の隔膜や
有機酸回収などに用いる陰イオン交換膜として、さらに
電気抵抗が低く且つ膜厚が薄いことが望まれているが、
上記したようなペースト法により得られる陰イオン交換
膜では対応できない欠点を有している。すなわち、ペー
スト法により得られる陰イオン交換膜の電気抵抗を下げ
るには、陰イオン交換基の導入に適した官能基を有する
モノマーの含有量を増加させ、架橋剤の含有量を低下さ
せて、陰イオン交換容量を増加させる方法があるが、機
械的強度の低下とともに、陰イオンの選択的透過性が低
下するために、望まれる陰イオン交換膜が得られない。
また、陰イオン交換膜の膜厚を薄くするためには、補強
基材である塩化ビニルの織布を薄くする方法があるが、
得られる陰イオン交換膜の機械的強度が低下し、実用に
耐えられる膜が得られない。さらに、ペースト法では中
空糸型の陰イオン交換膜が得られないという成形性の欠
点がある。
【0004】本発明者らは、上記したような従来技術の
問題点を解決して、電気抵抗が低く、膜厚が薄く、且つ
機械的強度と高い陰イオンの選択的透過性、さらに良好
な成形性を有する陰イオン交換膜を製造するために鋭意
研究した。その結果、陰イオン交換膜の母体として主鎖
に不飽和結合を有しないスチレン系ブロック共重合体を
用いることにより、所望の陰イオン交換体が得られる知
見を得て、既に提案した。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
した新規な陰イオン交換体の発明に基づき、さらに耐薬
品性など耐久性に優れた陰イオン交換体を提供すること
にある。
【0006】
【課題を解決するための手段】即ち、本発明によれば、
主鎖に不飽和結合を有しないスチレン系ブロック共重合
体を母体とし、多価アミンによる架橋構造を有する陰イ
オン交換体が提供される。
【0007】本発明の主鎖に不飽和結合を有しないスチ
レン系ブロック共重合体は、詳しくはポリスチレンのセ
グメント(ブロック)とポリオレフィンのセグメント
(ブロック)よりなる主鎖に不飽和結合を有しない共重
合体であり、具体的にはポリスチレンと例えばポリエチ
レン、ポリ(エチレン−プロピレン)、ポリ(エチレン
−ブチレン)などのほか、ポリブタジエン、ポリイソプ
レンなどの水素添加ポリマーとのブロック共重合体であ
るスチレン系の飽和型熱可塑性エラストマーである。さ
らにポリオレフィンのセグメントを式により示すと、 などである。
【0008】このような本発明の陰イオン交換体の母体
として用いるスチレン系ブロック共重合体におけるポリ
スチレンの含有量は、一般に15〜85重量%が好適で
ある。即ち、ポリスチレンの含有量が15重量%より少
ないブロック共重合体では、得られる陰イオン交換膜の
電気抵抗が高くなるため好ましくない。また、ポリスチ
レンの含有量が85重量%より多いブロック共重合体で
は、得られる陰イオン交換膜が脆く機械的強度が低下す
るため好ましくない。
【0009】本発明の陰イオン交換体は、上記したスチ
レン系ブロック共重合体を母体として、従来公知の陰イ
オン交換基を導入する方法および成形方法により容易に
得ることができる。即ち、一般に所定のスチレン系ブロ
ック共重合体をハロメチル化し、次いで該共重合体を所
望の形状に成形した後に多価アミンと反応させアミノ化
と同時に架橋させる方法、あるいはハロメチル化および
多価アミンによりアミノ化したスチレン系ブロック共重
合体を所望の形状に成形する方法が採用される。
【0010】上記のハロメチル化方法としては、特に制
限されず公知の方法が用いられる。例えば、スチレン系
ブロック共重合体をハロメチル化剤に安定な溶剤に溶解
し、ハロメチル化剤と反応させることができる。溶剤と
してはクロロホルム、ジクロロエタンなどのハロゲン化
炭化水素が用いられる。ハロメチル化剤としては、クロ
ロメチルメチルエーテルや塩酸−パラホルムアルデヒド
などが使用できる。触媒としては塩化スズや塩化亜鉛な
どが使用できる。
【0011】また、多価アミンとしては、1分子中に2
個以上の1〜3級アミノ基を有するものであれば特に制
限されず、例えばエチレンジアミン、トリメチレンジア
ミン、テトラメチレンジアミン、ペンタメチレンジアミ
ン、ヘキサメチレンジアミンなどのジアミン類、イミノ
ビスプロピルアミン、ジエチレントリアミンなどのとト
リアミン類などが用いられる。なかでも、1分子中に3
級アミノ基を2個有するジアミン類は、ハロメチル基と
の反応性が高く容易に入手できることから、特に好適に
使用される。
【0012】ハロメチル化したスチレン系ブロック共重
合体から陰イオン交換体を得るには、適当な溶剤に溶解
したハロメチル化共重合体を流延し平膜状または中空糸
状に成形した後、多価アミンと反応させ陰イオン交換体
とする方法、溶剤に溶解したハロメチル化共重合体に多
価アミンを加えアミノ化し、その溶液を流延し、平膜状
または中空糸状に成形し陰イオン交換体とする方法、ハ
ロメチル化共重合体を多価アミンでアミノ化した後、溶
剤に溶解した溶液を流延し、平膜状または中空糸状に成
形し陰イオン交換体とする方法が使用できる。必要であ
れば、適当な補強材も使用できる。さらに、ハロメチル
化あるいはアミノ化したスチレン系ブロック共重合体の
溶液は、流延した後、自然乾燥または加熱によって溶剤
を蒸発させて、所望の形状に形成される。
【0013】溶剤としては、例えばクロロホルム、ジク
ロロエタン、ジメチルホルムアミドなどの単独系、また
はクロロホルム−メタノール、ジクロロエタン−メタノ
ールなどの混合系のものが適宜、選択して用いられる。
このようなスチレン系ブロック共重合体の溶液は、濃度
として一般に0.1〜35重量%に調製される。
【0014】このようにして得られる本発明の陰イオン
交換体のイオン交換容量は、特に制限されないが、一般
に0.2〜5.0ミリ当量/g(乾燥樹脂)、好ましく
は0.5〜2.5ミリ当量/g(乾燥樹脂)である。
【0015】
【効果】本発明の陰イオン交換体は、母体にポリスチレ
ンのセグメントとポリオレフィンのセグメントからなる
主鎖に不飽和結合を有しない共重合体を母体とし、多価
アミンによる架橋構造を有するため、耐薬品性に優れ、
電気抵抗が低く、薄膜にしても実用的な機械的強度と陰
イオンの高い選択的透過性を有する。したがって、本発
明の陰イオン交換体は、特に電池用の隔膜、中空糸膜、
複合膜として有用である。
【0016】
【実施例】以下、本発明を更に具体的に説明するため実
施例を示すが、本発明はこれらの実施例に制限されるも
のではない。
【0017】実施例1 ポリスチレンのセグメント(65重量%)とポリイソプ
レンの水素添加されたセグメント(35重量%)から成
る主鎖に不飽和結合を有しない共重合体(商品名:セプ
トン−2104、クラレ社製)100gをクロロホルム
1000gに溶解し、100gのクロロメチルメチルエ
ーテルと10gの塩化スズを加え、40℃で20時間反
応させ、メタノール中で沈澱し洗浄、乾燥し、クロロメ
チル化共重合体を得た。
【0018】次に、このクロロメチル化共重合体をクロ
ロホルムに溶解し、テフロン板上に流延した後、クロロ
ホルムを蒸発させて、厚さ45μmのキャスト膜を得
た。さらに、このキャスト膜をN,N,N’,N’−テ
トラメチルジアミノメタンのメタノール溶液中に40℃
で24時間浸して陰イオン交換膜とした。
【0019】得られた陰イオン交換膜は、イオン交換容
量が2.1ミリ当量/g(乾燥膜)であり、0.5N−
NaCl中の交流電気抵抗が0.70Ω・cm2 、電位
差法による陰イオンの輸率は0.96であった。この陰
イオン交換膜をジメチルホルムアミドおよびN−メチル
ピロリドンに24時間浸漬したが、いずれの場合も膨潤
も溶解もしなかった。
【0020】比較例1 実施例1においてN,N,N’,N’−テトラメチルジ
アミノメタンのメタノール溶液をトリメチルアミンのメ
タノール溶液に代え同様に40℃で24時間浸して陰イ
オン交換膜とした。
【0021】得られた陰イオン交換膜は、イオン交換容
量が2.4ミリ当量/g(乾燥膜)であり、0.5N−
NaCl中の交流電気抵抗が0.44Ω・cm2 、電位
差法による陰イオンの輸率は0.92であった。この陰
イオン交換膜をジメチルホルムアミドおよびN−メチル
ピロリドンに24時間浸漬したところ、いずれの場合も
著しく膨潤し、一部は溶解してしまった。
【0022】実施例2 実施例1において得たクロロメチル化共重合体をテトラ
ヒドロフランに溶解し8重量%の溶液とした後、この溶
液にN,N,N’,N’−テトラメチル−1,6−ヘキ
サンジアミンを3重量%加えた。このようにして調製し
た溶液をテフロン板上に流延し、次いで60℃で4時間
乾燥させて陰イオン交換膜を得た。
【0023】得られた陰イオン交換膜は、イオン交換容
量が2.2ミリ当量/g(乾燥膜)であり、0.5N−
NaCl中の交流電気抵抗、が0.90Ω・cm2 、電
位差法による輸率が0.97であった。この陰イオン交
換膜をジメチルホルムアミドおよびN−メチルピロリド
ンに24時間浸漬したが、いずれの場合も膨潤も溶解も
しなかった。
【0024】比較例2 実施例2においてN,N,N’,N’−テトラメチル−
1,6−ヘキサンジアミンの代わりにトリエチルアミン
を4重量%加え、同様に溶液をテフロン板上に流延し、
次いで60℃で4時間乾燥させて陰イオン交換膜を得
た。
【0025】得られた陰イオン交換膜は、イオン交換容
量が2.3ミリ当量/g(乾燥膜)であり、0.5N−
NaCl中の交流電気抵抗、が0.51Ω・cm2 、電
位差法による輸率が0.95であった。この陰イオン交
換膜をジメチルホルムアミドおよびN−メチルピロリド
ンに24時間浸漬したところ、いずれの場合も著しく膨
潤し、一部は溶解してしまった。
【0026】実施例3 ポリスチレンのセグメント(42重量%)とポリイソプ
レンの水素添加されたセグメント(58重量%)から成
る主鎖に不飽和結合を有しない共重合体50gをクロロ
ホルム1000gに溶解し、50gのクロロメチルメチ
ルエーテルと10gの塩化スズを加え、40℃で24時
間反応させ、メタノール中で沈澱し洗浄、乾燥し、クロ
ロメチル化共重合体を得た。
【0027】次に、このクロロメチル化共重合体をクロ
ロホルムに溶解し、テフロン板上に流延した後、クロロ
ホルムを蒸発させて、厚さ40μmのキャスト膜を得
た。さらに、このキャスト膜をN,N,N’,N’−テ
トラメチルジアミノエタンのメタノール溶液中に40℃
で30時間浸して陰イオン交換膜とした。
【0028】得られた陰イオン交換膜は、イオン交換容
量が1.9ミリ当量/g(乾燥膜)であり、0.5N−
NaCl中の交流電気抵抗、が0.79Ω・cm2 、電
位差法による輸率が0.97であった。この陰イオン交
換膜をジメチルホルムアミドおよびN−メチルピロリド
ンに24時間浸漬したが、いずれの場合も膨潤も溶解も
しなかった。
【0029】実施例4 ポリスチレンのセグメント(50重量%)とポリイソプ
レンの水素添加されたセグメント(50重量%)から成
る主鎖に不飽和結合を有しない共重合体(商品名:セプ
トン−2103、クラレ社製)100gをクロロホルム
1000gに溶解し、100gのクロロメチルメチルエ
ーテルと10gの塩化スズを加え、35℃で24時間反
応させ、メタノール中で沈澱し洗浄、乾燥し、クロロメ
チル化共重合体を得た。
【0030】次に、クロロメチル化共重合体をクロロホ
ルム−メタノールの混合溶媒に溶解し10重量%の溶液
とした後、この溶液にN,N,N’,N’,N’’−ペ
ンタメチルジエチレントリアミンを5重量%加えた。こ
のようにして調製した溶液をテフロン板上に流延し、次
いで60℃で4時間乾燥させて陰イオン交換膜を得た。
【0031】得られた陰イオン交換膜は、イオン交換容
量が2.0ミリ当量/g(乾燥膜)であり、0.5N−
NaCl中の交流電気抵抗、が0.71Ω・cm2 、電
位差法による輸率が0.97であった。この陰イオン交
換膜をクロロホルム−メタノールの混合溶媒に24時間
浸漬したが、膨潤も溶解もしなかった。
【0032】比較例3 実施例4においてN,N,N’,N’,N’’−ペンタ
メチルジエチレントリアミンの代わりにトリエチルアミ
ンを4重量%加え、同様に溶液をテフロン板上に流延
し、次いで60℃で4時間乾燥させて陰イオン交換膜を
得た。
【0033】得られた陰イオン交換膜は、イオン交換容
量が2.2ミリ当量/g(乾燥膜)であり、0.5N−
NaCl中の交流電気抵抗、が0.60Ω・cm2 、電
位差法による輸率が0.95であった。この陰イオン交
換膜をクロロホルム−メタノールの混合溶媒に24時間
浸漬したところ、溶解してしまった。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 主鎖に不飽和結合を有しないスチレン系
    ブロック共重合体を母体とし、多価アミンによる架橋構
    造を有する陰イオン交換体。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8137860B2 (en) 2004-12-27 2012-03-20 Kuraray Co., Ltd. Polymer electrolyte membrane for solid polymer fuel cell, membrane-electrode assembly and fuel cell

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8137860B2 (en) 2004-12-27 2012-03-20 Kuraray Co., Ltd. Polymer electrolyte membrane for solid polymer fuel cell, membrane-electrode assembly and fuel cell

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