JP3103563B2 - ペルフルオルポリエーテルを基材とする導電性マイクロエマルジョン - Google Patents

ペルフルオルポリエーテルを基材とする導電性マイクロエマルジョン

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    • H01B1/12Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of other non-metallic substances organic substances
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は、イオン電気的移動及び物質中間相移動を行
なうことができる水/油型(W/O)マイクロエマルジヨ
ンに関する。
このマイクロエマルジヨンは、特にペルフルオルアル
キルポリエーテル型構造を有する過フツ素化表面活性剤
及びアルコール(共表面活性剤として)を使用すること
によつて得られ、そしてその中の油状相は、ペルフルオ
ルアルキル末端基又は親水性型の官能性末端基を有する
ペルフルオルポリエーテルからなる。
発明の背景 ペルフルオルポリエーテル型構造(PFPE)を有するフ
ツ素化流体は、 高い化学的及び熱的安定性、 水及び炭化水素との完全不混和性、 高いガス溶解度、 の如き極めて重要な特性を示す。
しかしながら、これらの構造並びに高い撥水性及び極
めて高い抵抗率の如き特性は、電気化学プロセス又は分
離プロセスにおいてのそれらの使用を許容しない。と云
うのは、それらは溶液からの物質の移動又は電気的移動
のどちらも許容しないからである。
これとは対照をなして、例えば電気化学プロセスにお
いて又は分離プロセスにおいて膜として使用するために
物質移動及びイオン電気的移動を提供することができる
ペルフルオルポリエーテルを基材とする有効な系を持つ
ことは極めて有益になるであろう。
電気を導くことができる水/水素化油型マイクロエマ
ルジヨンよりなる液体系が化学文献及び特許文献におい
て知られている。
しかしながら、これらの製造及びこれらの存在は、一
般には予測できるものとは認められない。
発明の概要 こゝに驚いたことに、もし水/ペルフルオルポリエー
テル液体型の特定のマイクロエマルジヨンを調製する
と、ペルフルオルポリエーテル型構造を有する液体に対
して導電性及び物質移動性を付与することが可能である
ことが分かつた。
本明細書で用いる用語「マイクロエマルジヨン」は、
2種の不混和性液体及び少なくとも1種の表面活性剤を
含む肉眼的に単一の透明又は乳白色で光学的に等方性の
相よりなる混合物を意味する。
このマイクロエマルジヨンは自発的に生成し、そして
それらの安定性は熱力学的型のものである。
本明細書で用いるときには、用語「マイクロエマルジ
ヨン」は、中間相での分子の配向が光学的に等方性でな
い系の形成をもたらしているところの系であつて、複屈
折によつて特徴づけられしかも恐らく液体結晶型(液
晶)の配向構造よりなる系をも意味する。
発明の詳細な記述 本発明の目的であるマイクロエマルジヨンは、肉眼的
に唯1個の透明又は乳白色の相よりなる混合物であつ
て、 (a) 任意に1種以上の電解質を含有する水性液体、 (b) ペルフルオルアルキル末端基、又はカルボン
酸、アルコール、アミン、ポリオキシアルキレンOH、エ
ステル、アミド等の官能基好ましくはカルボン酸基及び
ポリオキシアルキレン−OH基の如き親水性型の官能基好
ましくはカルボン酸基を持つ官能性末端基を有するペル
フルオルポリエーテル型構造の流体、 (c) 好ましくはペルフルオルポリエーテル型構造を
有するフツ素化表面活性剤、及び C1〜C12好ましくはC1〜C6の水素化アルコール又はフ
ツ素化アルコール(共表面活性剤)、 を含む混合物である。
本発明のマイクロエマルジヨンは、光学的等方性又は
複屈折性を有することができ、水/油(W/O)型であ
り、しかも少なくとも10マイクロS・cm-1(μS・c
m-1)好ましくは100μS・cm-1よりも大きい導電性を有
するという点で特徴づけられる。
本発明の目的であるマイクロエマルジヨンの組成はW/
O型のものであり、そしてそれらはPFPEを“連続相”と
して含有しなければならない。それ故に、PFPE相は水性
相に比較して過剰(容量として)であるのが好ましい。
W/O型マイクロエマルジヨンの存在及び導電性の両方
とも予測できないものである。従つて、一般には、本発
明のマイクロエマルジヨンは、好ましくは、第1図に示
される如き水/表面活性剤PFPE三成分系図の右半分に存
在する単相領域の導電性部分と記載することができる。
第1図において、水−PFPEの底辺に向い合つた角の二
等分線は、1に等しい一定のW/PFPE比によつて特徴づけ
られる。
しかしながら、原則の上では、1よりも大きいW/PFPE
比を有するW/O型の単相導電性領域の存在はかかる系の
存在の不測性のために排除することができない。
水/ペルフルオルポリエーテル型のマイクロエマルジ
ヨンが本発明の範囲内に入るという事実は、先に例示し
たように当業者によつて簡単な導電率測定によつて容易
に確かめることができる。
本発明のマイクロエマルジヨンの提供に好適なペルフ
ルオルポリエーテル(PFPE)は、 (a) 500〜10,000好ましくは600〜6,000の範囲内の
平均分子量を有し且つペルフルオルアルキル末端基を持
つPFPEであつて、次の(1)〜(6)の群、 〔こゝで、ペルフルオルオキシアルキレン単位はランダ
ムに分布され、Rf及びR′は互いに同じ又は異なるも
のであつて、−CF3、−C2F5、−C3F7であり、そして
m、n、pは上記の平均分子量要件を満たすような平均
値を有する〕、 (2) RfO(CF2CF2O)(CF2O)mR′ 〔こゝで、ペルフルオルオキシアルキレン単位はランダ
ムに分布され、Rf及びR′は互いに同じ又は異なるも
のであつて、−CF3又は−C2F5であり、そしてm及びn
は上記の要件を満たすような平均値を有する〕、 〔こゝで、ペルフルオルオキシアルキレン単位はランダ
ムに分布され、Rf及びR′は互いに同じ又は異なるも
のであつて、−CF3、−C2F5又は−C3F7であり、そして
m、n、p、qは上記の要件を満たすような平均値を有
する〕、 〔こゝで、Rf又はR′は互いに同じ又は異なるもので
あつて、−C2F5又は−C3F7であり、そしてnは上記の要
件を満たすような値を有する〕、 (5) RfO(CF2CF2O)nR′ 〔こゝで、Rf及びR′は互いに同じ又は異なるもので
あつて、−CF3−、−C2F5であり、そしてnは上記の要
件を満たすような平均値を有する〕、 (6) RfO(CF2CF2CF2O)nR′ 〔こゝで、Rf及びR′は互いに同じ又は異なるもので
あつて、−CF3又は−C2F5又は−C3F7であり、そしてn
は上記の要件を満たすような平均値を有する〕、 のうちの1種以上に属するPFPE、 (b) 1,500〜10,000の範囲内好ましくは6,000よりも
小さい平均分子量を有する上記群に属するPFPEであつ
て、しかも重合体鎖当り平均して0.1〜2個好ましくは
0.3〜1個の非ペルフルオルアルキル官能性末端基を含
有することを特徴とするPFPE、 (c) 本件出願人のイタリア特許願20,346A/86に記載
される如きペルフルオルポリエーテルであつて、ペルフ
ルオルポリエーテル鎖中の官能基及びペルフルオルアル
キル型又は官能型の末端基を有するもの、 である。
表現「非ペルフルオルアルキル官能性末端基」及び
「鎖中の官能基」は、例えばカルボキシレート、アルコ
ール、ポリオキシアルキレン−OH、アミン、第四級アン
モニウム、アミド、エステル基を意味する。
最ともよく適合する官能性末端基又は鎖中の官能基
は、親水性型のもの、特にカルボキシル基である。
上記型の官能性末端基又は鎖中の官能基は、20個まで
の炭素原子好ましくは1〜8個の炭素原子を含有するア
ルキレン又はアリーレン型の二価の非フツ素化基よりな
る架橋基を介してペルフルオルポリエーテル鎖に結合さ
せることができる。
本発明に従つて使用しようとするペルフルオルポリエ
ーテルに属するものとしては、鎖中にペルオキシ架橋を
含有し且つ酸末端基を有する上記の(1)、(2)及び
(3)の群のものであつて、上記のPFPEの合成に用いら
れる光酸化法において粗生成物として得られるものも考
慮すべきである。
上記(1)の群のペルフルオルポリエーテルは商品名
“Fomblin Y"(登録商標)又は“Galden"(登録商標)
の下に市場で知られており、そして(2)の群のものは
商品名“Famblin Z"(登録商標)の下に知られている
が、これらはすべてモンテデソン社によつて製造販売さ
れている。
市場で知られた(4)の群の製品は、“Krytox"(デ
ユポン社)である。(5)の群のものは、米国特許第4,
523,039号に記載されている。(6)の群のものは、ダ
イキン社のヨーロツパ特許EP148,482に記載されてい
る。
(3)の群のものは、米国特許第3,665,041号に従つ
て製造される。
他の好適なペルフルオルポリエーテルは、ラゴー氏外
が米国特許第4,523,039号において又はJ.Am.Chem.Soc.1
985、107、1197〜1201に記載したものである。
本発明の目的を構成するマイクロエマルジヨン中に含
有されるフツ素化表面活性剤は、イオン性又は非イオン
性のどちらであつてもよい。特に、次のもの、 (a) 5〜11個の炭素原子を有するペルフルオルアル
キルカルボン酸の塩、 (b) 5〜11個の炭素原子を有するペルフルオルスル
ホン酸の塩、 (c) ポリオキシアルキレン親水性ヘツドを有するペ
ルフルオルアルキル鎖よりなるヨーロツパ特許願51,526
号に記載される非イオン性表面活性剤、 (d) 好ましくは1,000よりも大きくない平均分子量
を有するペルフルオルポリエーテルから誘導されるモノ
−及びジカルボン酸の塩、 (e) ポリオキシアルキレン鎖に結合されたペルフル
オルポリエーテル鎖よりなる非イオン性表面活性剤、 (f) 1、2又は3個のペルフルオルポリエーテル疎
水性鎖を含有するものの如き過フツ素化陽イオン性表面
活性剤、 を挙げることができる。イオン型の表面活性剤が好まし
い。
更に、系は次の(i)〜(iii)の群、 (i) 1〜12個の炭素原子を有する水素化アルコー
ル、 (ii) ペルフルオルポリエーテル鎖を含むアルコー
ル、 (iii) 部分フツ素化アルコール、 のうちの1種に属する1種以上の共表面活性剤を含有す
ることができる。
水性液体は、水又は無機電解質(塩、酸又はアルカ
リ)の水溶液よりなることができる。
導電性系は、個々の成分を混合することによつて製造
され、そして例えば水溶液の添加による組成の変動を基
にして油/表面活性剤/共表面活性剤系の導電率(X)
の変動を測定することによつて確認することができる。
実際には、PFPE中に表面活性剤(及び、任意成分とし
ての共表面活性剤)を含有する試料を水性相の少部分で
滴定しそして各々の添加後にXを測定する。
そのように操作することによつて、有意義なX値に相
当する組成範囲の存在が可能であることが認められる。
十分に高いX値に相当する組成が一旦確認されると、
導電性マイクロエマルジヨンは、個々の成分を任意の順
序で単に混合することによつて調製することができる。
次の実施例は、本発明の可能な具体例を単に例示する
ものであるので、それを限定するものと解釈すべきでな
い。
例 1 −CH2OH末端基及び600の平均当量を有する(1)の群
のペルフルオルポリエーテル型構造のアルコール0.3ml
の存在下に、(1)の群に属しそしてペルフルオルアル
キル末端基を有し且つ800の平均分子量を有する8mlのPF
PE中に、(1)の群に属しそしてペルフルオルポリエー
テル型構造を有し且つ694の平均当量及び広い分子量分
布を有するモノカルボン酸のアンモニウム塩を3.5g溶解
させた。
得られた混合物は、20℃で透明であり、そして7.8μ
S・cm-1の導電率を示した(恐らく、表面活性剤中に存
在する微量のH2Oによつて)。
0.1MのHNO3溶液の少量特に工程当り50マイクロの添
加によつて、第2図に示される挙動が得られた。W=2.
2重量%では184.1マイクロS・cm-1の最大値までXの急
速な増大が認められた。水性相の量を増加することによ
つて、W=4重量%では導電率が1マイクロS・cm-1
りも低い値に低下したが、それは水性相において4.5%
よりも上ではもはや測定できなかつた。しかしながら、
その系は、T=20℃においてHNO3溶液を10重量%まで可
溶化することができた。
アンモニウム塩の代わりに酸の形態の表面活性剤を用
いて調製した同様の系は、それよりも少量の水性相を可
溶化することができた。そのようにして得たマイクロエ
マルジヨンは、導電率を示さなかつた。
例 2 (1)の群に属しそしてペルフルオルアルキル末端基
を有し且つ800の平均分子量を有する10.2862gのPFPE中
に、(1)の群に属しそして692の当量及び狭い分子量
分布を有するペルフルオルポリエーテル型構造を持つモ
ノカルボン酸のアンモニウム塩を5.5072g溶解させた。
先の例に記載した操作に従い且つ工程当り4分の平衡
化時間を用いて、T=22℃において含水量の増加に対す
る導電率の傾向を測定した。約1マイクロS・cm-1の導
電率を有する蒸留水が使用された。得られたW/O型マイ
クロエマルジヨンにおいて、W=2.27〜3.07重量%では
2.32ミリS・cm-1の最大値までの急速な導電率増加が認
められた。水の量を増加することによつて、W>11.3重
量%では導電率が1マイクロS・cm-1よりも低い値に低
下した。しかしながら、このマイクロエマルジヨン(22
℃で透明)は、系の肉眼的特性を何等変動させずにH2O
を15重量%まで可溶化することができた。
例 3 (1)の群に属しそしてペルフルオルアルキル末端基
を有し且つ800の平均分子量を有する11.2348gのPFPE中
に、(1)の群に属しそして694の平均当量及び広い分
子量分布を有するペルフルオルポリエーテル型構造を持
つモノカルボン酸のアンモニウム塩を6.0309g溶解させ
た。26℃において系は濁つていたが、しかし1.25mlの蒸
留水(W=6.75重量%)の添加によつて7.2ミリS・cm
-1の導電率を有する透明なマイクロエマルジヨンが得ら
れた。水の添加を続けることによつて、試料は濁つた状
態になりそしてその粘度が増大した。3.30mlの水(W=
16.05重量%)を含有する系は、3.06ミリS・cm-1の導
電率を有する乳白色ゲルであつた。このゲルは、2つの
直交ポラロイドの間で観察したときに僅かに複屈折して
いた。
例 4 本例は、 (1)の群に属しそして694の平均当量及び広い分子
量分布を有するペルフルオルポリエーテル型構造を持つ
モノカルボン酸のアンモニウム塩、 (1)の群に属し、そして800の平均分子量及びペル
フルオルアルキル末端基を有するPFPE、 共表面活性剤としての過フツ素化アルコールH(C
F26CH2OH、及び 電解質HNO3又はKNO3の溶液よりなる水性液、 を含有するマイクロエマルジヨン(マイクロE)の挙動
を例示するものである。
各電解質について2つの異なる濃度における系の20℃
での最大導電率を表1に示す。
水性相の濃度を高くすることによつて、導電率は、表
示の値からゼロに低下した。
マイクロエマルジヨン(マイクロE)の肉眼的特性を
変動させない20℃の可溶化性水の最大量を表2に示す。
もし表面活性剤のアンモニウム塩の代わりにモノカル
ボン酸を用いると、有意な導電率を有する系は全く得ら
れなかつた。
例 5 上記の(1)の群に属しそして狭い分子量分布及び52
0の当量を有するペルフルオルポリエーテル型構造を持
つモノカルボン酸のアンモニウム塩9.5751gと、上記の
(1)の群に属しそしてペルフルオルアルキル末端基及
び800の平均分子量を有するPFPE6.4839gと、上記(1)
の群に属しそして−CH2OH末端基及び678の平均分子量を
有するペルフルオルポリエーテル型構造を持つアルコー
ル4.1970gと、蒸留水1.5ml(10.2重量%)とを含有する
試料は、3.34ミリS・cm-1の導電率を示しそして透明で
光学的に等方性の相の形態に見えた。
水を30重量%まで添加することを続けることによつ
て、導電率は21.5マイクロS・cm-1に低下しそして透明
系の粘度上昇が認められた。
例 6 上記の(1)の群に属しそして狭い分子量分布及び84
7の平均分子量を有するペルフルオルポリエーテル構造
を持つモノカルボン酸のアンモニウム塩8.6186gと、上
記の(1)の群に属しそしてペルフルオルアルキル末端
基及び1,500の平均分子量を有するPFPE13.2122gと、水
0.6ml(2.67重量%)とを含有する試料は、414マイクロ
S・cm-1の導電率を示した。この系は、透明で高粘性の
液体であつた。
例 7 7,000の平均当量及び4,000の平均分子量(粘度法)を
有し、ペルオキシ架橋及び酸末端基を含有しそして0.3m
lのアンモニア溶液(30重量%のNH3)で中和された上記
の(1)の群に属する16.992gの粗ペルフルオルポリエ
ーテルに、3.74mlの第三ブチルアルコールを温和な攪拌
下に数分間で加えた。
得られた生成物は、20℃で透明でありそして約16マイ
クロS.cm-1の導電率を示した。
少量の蒸留水(通常、工程当り100マイクロ)の添
加後、1.3ミリS.cm-1の最大値までの導電率増大(これ
は、19重量%の水量に相当する)が認められた。
水性相の量を増加することによつて、導電率は、その
増加に関してほとんど対称的に25重量%の水に関連する
700マイクロS.cm-1のX値に低下した。
この百分率を越えると、その系はもはや水を可溶化す
ることができなかつた。
例 8 7,000の平均当量及び4,000の平均分子量(粘度法)を
有し且つペルオキシ架橋及び酸末端基を含有する上記
(1)の群に属する粗ペルフルオルポリエーテル16.992
gを0.3mlのアンモニア溶液(30重量%のNH3)で中和
し、そしてそれを3.74mlのt−ブタノール中に温和な攪
拌下に溶解させた。
20℃で透明相のみからなる混合物(これは、約16マイ
クロS.cm-1の導電率を示した)が得られた。
少量の10-2M−HNO3溶液(一般には、工程当り100マイ
クロ)を添加することによつて、約23重量%の水性相
量に相当する1.76ミリS.cm-1の最大値までの導電率の増
大を観察することが可能であつた。
水性相量を増加することによつて、導電率は、28.6重
量%の水溶液において900マイクロS.cm-1の値に低下し
た。
この百分率を越えると、その系はもはや水性相を可溶
化することができなかつた。
【図面の簡単な説明】
第1図は、水/表面活性剤/PFPE三成分系組成図であ
る。 第2図は、0.1MのHNO3溶液の少量添加によつて得られる
導電率の変動を示す。
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI B01J 13/00 B01J 13/00 A (56)参考文献 特開 昭49−47265(JP,A) 特開 昭60−59093(JP,A) 特開 昭63−291639(JP,A) 特開 昭61−234928(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08L 71/02 C25D 3/02 B01F 17/42 B01J 13/00

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】(a)水性液体又は1種以上の電解質を含
    有する水性液体、 (b)(i)2個のペルフルオルアルキル末端基及び50
    0〜10,000の平均分子量、又は(ii)ペルフルオルアル
    キル末端基、重合体鎖当り平均して、カルボキシル、ポ
    リオキシアルキレン−OH、アルコール、アミン、アミ
    ド、第四級アンモニウム及びエステルから選択される0.
    1〜2個の官能性末端基及び1,500〜10,000の平均分子量
    を有するペルフルオルポリエーテル型構造を持つ液状化
    合物、 (c)フッ素化表面活性剤、又はそれと他の共表面活性
    剤との組み合わせ、 (d)C1〜C12の水素化アルコール及び(又は)フッ素
    化アルコール、 を混合することによって得られた水/ペルフルオルポリ
    エーテル液体型のマイクロエマルジョンであって、液状
    で透明又は乳白色で肉眼的単相の物質よりなり、しかも
    少なくとも10マイクロジーメンス・cm-1の導電率(イオ
    ン移動に対して)を有する、導電性液体として使用する
    ための水/ペルフルオルポリエーテル液体型のマイクロ
    エマルジョン。
  2. 【請求項2】フッ素化表面活性剤が、 (a)5〜11個の炭素原子を有するペルフルオルアルキ
    ルカルボン酸の塩、 (b)5〜11個の炭素原子を有するペルフルオルスルホ
    ン酸の塩、 (c)ペルフルオルポリエーテルから誘導されるモノ−
    及びジカルボン酸の塩、 から選択される特許請求の範囲第1項記載のマイクロエ
    マルジョン。
  3. 【請求項3】フッ素化表面活性剤がペルフルオルアルキ
    ル鎖又はポリオキシアルキレン親水性ヘッドよりなる非
    イオン型のものである特許請求の範囲第1項記載のマイ
    クロエマルジョン。
  4. 【請求項4】ペルフルオルポリエーテルがその鎖中に官
    能基を有する特許請求の範囲第1項記載のマイクロエマ
    ルジョン。
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