JP3451681B2 - 凝集分離の方法 - Google Patents

凝集分離の方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、スルホン酸型官能基を
有するパーフルオロカーボン重合体溶液よりこの重合
体を析出させる凝集分離の方法に関する。
【0002】
【従来の技術】スルホン酸型官能基を有するパーフルオ
ロカーボン重合体は、種々の優れた特性を有することか
ら、イオン交換膜をはじめとした広範囲の用途に用いら
れている。例えば、アルカリ電解、電気透析、各種有機
電解合成等に用いる隔膜、燃料電池、オゾン発生電解、
水電解用等に用いる固体電解質、有機合成や重合用の高
分子触媒、除湿または加湿装置用膜材料などに使用され
る。
【0003】従来、前記重合体はトリクロロトリフルオ
ロエタンなどのクロロフルオロカーボン中で溶液重合法
により製造されていた。また、前記重合体を種々の基材
にコーテングする場合にもトリクロロトリフルオロエ
タン等の溶剤が用いられていた。しかし、入手が容易で
安価なトリクロロトリフルオロエタンのような特定のフ
ッ素系溶剤は大気中のオゾン層を破壊する恐れがあると
され、その使用が制限されるため代替溶媒としてハイド
ロクロロフルオロカーボン、ハイドロフルオロカーボ
ン、フルオロカーボンの適用が進められている。また、
前記重合体のトリクロロトリフルオロエタン溶液より
重合体を凝集分離する場合、凝集用溶媒としてトリク
ロロフルオロメタンのようなクロロフルオロカーボンが
用いられていたが、前記重合体の重合時の溶媒の変更に
伴い、用いられる凝集用溶媒も変更が要請されていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、前述の問題
点を解決しようとするものである。すなわち、本発明の
目的は、スルホン酸型官能基を有するパーフルオロカー
ボンモノマーの重合反応溶媒にオゾン層を破壊する恐れ
がないフッ素系溶媒を用いて分子量やイオン交換容量特
性がコントロールされた重合体の溶液を得て、この溶液
からオゾン層を破壊する恐れがない凝集用溶媒を用いて
前記重合体を凝集分離する方法を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、スルホン酸型
官能基を有するパーフルオロカーボン重合体フッ素系
溶媒に溶解した重合体溶液から凝集用溶媒を用いて前記
パーフルオロカーボン重合体を凝集分離する方法におい
て、前記フッ素系溶媒がハイドロクロロフルオロカーボ
ン、ハイドロフルオロカーボン、およびパーフルオロカ
ーボンからなる群から選ばれる少なくとも1種類で、か
つ、沸点が10〜250℃のフッ素系溶媒であり、前記
凝集用溶媒が前記パーフルオロカーボン重合体を溶解し
ないハイドロクロロフルオロカーボンであることを特徴
とするスルホン酸型官能基を有するパーフルオロカー
ボン重合体の凝集分離の方法である。
【0006】本発明において用いるスルホン酸型官能基
を有するパーフルオロカーボン重合体を溶解するフッ素
系溶媒は、沸点が10〜250℃であり、ハイドロクロ
ロフルオロカーボン、ハイドロフルオロカーボン、およ
パーフルオロカーボンからなる群から選ばれる少なく
とも1種類である。特に、溶媒のリサイクル性や凝集分
離後のポリマーの乾燥の容易さ、常温での取扱いやす
などの点より、沸点が20〜200℃のものが好まし
い。
【0007】ハイドロクロロフルオロカーボンハイド
ロフルオロカーボン、およびパーフルオロカーボンの構
造は直鎖状、分岐状、環状のいずれであってもよいが、
炭素数はハイドロクロロフルオロカーボンでは2〜4
個、ハイドロフルオロカーボンおよびパーフルオロカー
ボンでは4〜12個の範囲が好ましい。具体的にはハイ
ドロクロロフルオロカーボンとして、CHCl2CF2
3またはCHFClCF2CF2Clが性能上および工
業的に入手が容易で安価なものとして特に好ましい。
イドロフルオロカーボンとしては、C4925、(C
32CFCHFHFCF3、C613H、C6132
5、C81725などが好ましい。パーフルオロカー
ボンとしては、C614、C818、(C493N、
ーフルオロ(1,2−ジメチルシクロブタン)パーフ
ルオロ(メチルシクロヘキサン)、またはパーフルオロ
(2−ブチルテトラヒドロフラン)などが好ましく、例
示のようにヘテロ原子を含有するものも好ましく用いら
れる。
【0008】
【0009】一方、スルホン酸型官能基を有するパーフ
ルオロカーボン重合体の溶液より該重合体を凝集分離さ
せるために用いられるハイドロクロロフルオロカーボ
しては、前記重合体を溶解しないものであれば、
フッ素系溶媒と同様に沸点0〜200℃であり、
素数2〜4個であるものなどが広範囲にわたって例示
され得る。具体的には、CCl2FCH3が特性および工
業的入手が容易で安価なものとして特に好ましい。
【0010】前記重合体溶液の濃度は通常0.01〜3
0重量%で、より好ましくは0.1〜20重量%が用い
られる。凝集するとき前記重合体溶液/凝集用溶媒
重量割合は、通常5/95〜70/30程度が採用され
る。前記重合体溶液の割合があまりに少ないと凝集に用
いる槽の容積効率が低下し、またあまりに多いと前記
合体の凝集状態が分でなくなる。より好ましくは10
/90〜60/40である。
【0011】前記重合体溶液と凝集用溶媒の混合は、通
常は前記重合体溶液撹拌下に凝集用溶媒を加えるが、
逆に凝集用溶媒の撹拌下に前記重合体溶液を添加しても
よい。添加とともに前記重合体が粒子状となって凝集・
析出する。凝集粒子は濾過などで分離され、乾燥して、
前記重合体が回収される。
【0012】本発明の方法により凝集分離されるスルホ
ン酸型官能基を有するパーフルオロカーボン重合体とし
ては、従来より公知または周知のものが広範囲にわたっ
て例示され得る。好適なものとしては、テトラフルオロ
エチレンとスルホン酸型官能基を有するパーフルオロ
カーボンモノマーの共重合体が挙げられる。前記パー
フルオロカーボンモノマーとしては、一般式CF2=C
F−(OCF2CFX)p−(O)q−(CF2a−(C
2CFZ)b−Y(式中、pは0〜3、qは0または
1、aは0〜12、bは0〜3であり、Xは−Fまたは
−CF3であり、Zは−Fまたは−CF3であり、Yはス
ルホン酸型官能基である)で表されるフルオロビニル化
合物が例示される。通常は入手の容易性などの点から、
XおよびZは−CF3、pは0または1、qは0または
1、aは0〜8、bは0であり、Yは共重合反応性など
から−SO2Fが好ましい。
【0013】記フルオロビニル化合物の好ましい代表
例としては、CF2=CFO(CF2sSO2F(sは1
〜8)、CF2=CFOCF2CF(CF3)O(CF2
sSO2F(sは1〜8)、CF2=CF(CF2tSO2
F(tは0〜8)、CF2=CF(OCF2CF(C
3))mOCF2CF2SO2F(mは1〜)などが挙
げられる。特に、一般式CF2=CF(OCF2CF(C
3))nOCF2CF2SO2F(nは0〜2)で表され
フルオロビニル化合物が好ましい。
【0014】本発明においては、テトラフルオロエチレ
ンと上述のようなスルホン酸型官能基を有するパーフル
オロビニルモノマーを2種以上で使用できるだけでな
く、これらのモノマーのほかに、他の成分、例えばカル
ボン酸型官能基を有するパーフルオロカーボンモノマ
ー、CF2=CFORf(Rfは炭素数が1〜10のパ
ーフルオロアルキル基を示す)、またはCF2=CF−
CF=CF2のようなパーフルオロジビニルモノマーな
どの1種または2種以上を併用することもできる。
【0015】本発明により得られるスルホン酸型官能基
を有するパーフルオロカーボン重合体をイオン交換膜と
して使用する場合には、そのイオン交換容量は、0.5
〜2.0ミリ当量/g乾燥樹脂という広い範囲から選択
される。イオン交換容量は、記の範囲でも重合体の種
類に応じて異なるが、好ましくは0.6ミリ量/g乾
燥樹脂以上、特に0.7ミリ量/g乾燥樹脂以上の場
合が、イオン交換膜としての機械的性質および電気化学
的性上好ましい。
【0016】また、本発明で得られるスルホン酸型官能
を有するパーフルオロカーボン重合体の分子量は、イ
オン交換膜としての機械的性および製膜性と関係する
ので重要であり、TQの値で表示すると、150℃以
上、さらには170〜340℃、特に180〜280
℃程度とするのが好適である。ここで Q は、重合体の
分子量に関係する容量流速100mm3/秒となる
として定義される。ここで、容量流速は、重合体を3
0kg荷重下、一定温度の径1mm、長さ2mmのオリ
フィスから溶融流出せしめ、流出する重合体量をmm
3/秒の単位で示したものである。
【0017】また、イオン交換容量は次のようにして求
められる。すなわち、H型の陽イオン交換膜を、1Nの
HCl中60℃、5時間放置し、完全にH型に転換し、
HClが残存しないように水で分洗浄した。その後、
このH型の陽イオン交換膜0.5gを、0.1NのNa
OHの25cm3に水25cm3を加えてなる溶液中に室
温で2日間静置した。ついでイオン交換膜を取り出し
て、溶液中のNaOHの量を0.1NのHClで逆滴定
することにより求めるものである。
【0018】本発明で製造されるスルホン酸型官能基
有するパーフルオロカーボン重合体は、種々の分野で使
用されるが、例えばイオン交換膜として好適に使用され
る。イオン交換膜に使用する場合、スルホン酸型官能基
を有するパーフルオロカーボン重合体は、適宜手段にて
製膜され得る。例えば、必要によりスルホン酸型官能基
を加水分解してスルホン酸基に転換するが、かかる加水
分解処理は製膜前でも製膜後でも可能である。通常は、
製膜後が好ましい。製膜手段には、種々のものが採用可
能であり、例えば加熱溶融成、ラテックス成、適当
な溶液に溶解させての注など公知または周知の方
法を適宜採用し得る。さらに、異なるイオン交換容量を
有する膜またはカルボン酸基等の異なる官能基を有する
膜と2層以上に積層することもできる。また、クロス、
繊維、不織布などによる補強を加えることもできる。
【0019】
【実施例】[実施例1] CF2ClCF2HFClの64.8g、アゾビスイソ
ブチニトリルの0.08gおよびCF2=CFOCF2
CF(CF3)OCF2CF2SO2Fの92.2gを、容
積0.2リットルのステンレス製オートクレーブに仕込
み、液体窒素で充分脱気した後に70℃とし、テトラフ
ルオロエチレンを10.6kg/cm2まで仕込み重合
を開始させた。反応中は系内にテトラフルオロエチレン
を導入し、圧力を一定に保持した。10時間後に未反応
テトラフルオロエチレンをパージして重合を終了させ
た。得られたテトラフルオロエチレンとCF2=CFO
CF2CF(CF3)OCF2CF2SO2Fの共重合体の
17重量%溶液100gにCFCl2CH3を200g撹
拌下に加えた。析出した粒子状固体を濾過し、CFCl
2CH3で洗浄した後、乾燥して、白色の共重合体を得
た。該共重合体のイオン交換容量は、1.0ミリ当量/
g乾燥樹脂であった。また、250℃でプレス製膜する
と強靭な透明フィルムが得られた。
【0020】[実施例2] 重合反応溶媒CF2ClCF2HFClの64.8g
81725 68.0gに変えた以外は実施例1と
同様の反応操作を行い、得られた共重合体の11.5
%溶液100gにCFCl2CH3を200g撹拌下に
加えた。析出した粒子状固体を濾過し、CFCl2CH3
で洗浄した後、乾燥し、半透明状の共重合体を得た。該
共重合体のイオン交換容量は1.1ミリ当量/g乾燥樹
脂であった。また、250℃でプレス製膜すると強靭な
透明フィルムが得られた。
【0021】[実施例3]重合 反応溶媒CF2ClCF2HFClの64.8g
パーフルオロ(2−ブチルテトラヒドロフラン)の7
3.3gに変えた以外は実施例1と同様の反応操作を行
い、得られた共重合体10.3重量%溶液100g
、CFCl2CH3を200g加えて凝集させ共重合体
を分離した。共重合体のイオン交換容量は、1.0ミリ
当量/g乾燥樹脂であった。
【0022】[比較例1] 実施例1で得た共重合体の17重量%溶液100gにC
HCl2CF3200gを撹拌下で添加したが、共重合体
は析出しなかった。
【0023】
【発明の効果】分子量、イオン交換容量が目標値の範囲
にあるスルホン酸型官能基を有する重合体が生成され、
さらに該重合体を円滑有利に凝集分離することができ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭48−51084(JP,A) 特開 平6−199959(JP,A) 特開 平6−234816(JP,A) 特開 平6−322034(JP,A) 特公 昭31−2997(JP,B1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08F 6/00 - 6/28

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】スルホン酸型官能基を有するパーフルオロ
    カーボン重合体フッ素系溶媒に溶解した重合体溶液か
    ら凝集用溶媒を用いて前記パーフルオロカーボン重合体
    を凝集分離する方法において、前記フッ素系溶媒がハイ
    ドロクロロフルオロカーボン、ハイドロフルオロカーボ
    ン、およびパーフルオロカーボンからなる群から選ばれ
    る少なくとも1種類で、かつ、沸点が10〜250℃の
    フッ素系溶媒であり、前記凝集用溶媒が前記パーフルオ
    ロカーボン重合体を溶解しないハイドロクロロフルオロ
    カーボンであることを特徴とするスルホン酸型官能基
    を有するパーフルオロカーボン重合体の凝集分離の方
    法。
  2. 【請求項2】前記フッ素系溶媒のハイドロクロロフルオ
    ロカーボンが、CHCl2CF2CF3またはCHFCl
    CF2CF2Clである請求項1記載の凝集分離の方法。
  3. 【請求項3】前記フッ素系溶媒のハイドロフルオロカー
    ボンが、C4925、(CF32CFCHFHF
    3、C613H、C61325、およびC81725
    からなる群から選ばれる少なくとも1種類である請求項
    記載の凝集分離の方法。
  4. 【請求項4】前記フッ素系溶媒のパーフルオロカーボン
    が、C614、C818、(C493N、パーフルオロ
    (1,2−ジメチルシクロブタン)パーフルオロ(メ
    チルシクロヘキサン)、およびパーフルオロ(2−ブチ
    ルテトラヒドロフラン)からなる群から選ばれる少なく
    とも1種類である請求項1記載の凝集分離の方法
  5. 【請求項5】前記凝集用溶媒のハイドロクロロフルオロ
    カーボンが、CCl2FCH3である請求項1〜4のいず
    れか記載の凝集分離の方法。
  6. 【請求項6】スルホン酸型官能基を有するパーフルオロ
    カーボン重合体が、テトラフルオロエチレンと一般式
    CF2=CF(OCF2CF(CF3))nOCF2CF2
    2F(nは0〜2)で表される化合物との共重合体で
    ある請求項1〜5のいずれか記載の凝集分離の方法。
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