JPH01311132A - 耐アルカリ性に優れた陰イオン交換膜の製造方法 - Google Patents

耐アルカリ性に優れた陰イオン交換膜の製造方法

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JPH01311132A
JPH01311132A JP63139240A JP13924088A JPH01311132A JP H01311132 A JPH01311132 A JP H01311132A JP 63139240 A JP63139240 A JP 63139240A JP 13924088 A JP13924088 A JP 13924088A JP H01311132 A JPH01311132 A JP H01311132A
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JP
Japan
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film
anion exchange
alkyl
exchange membrane
sodium hydroxide
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JP63139240A
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English (en)
Inventor
Masayuki Hyodo
雅之 兵頭
Toru Kiyota
徹 清田
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Tosoh Corp
Original Assignee
Tosoh Corp
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、耐アルカリ性に優れた陰イオン交換膜の製造
方法に関する。
[従来の技術および発明が解決しようとする課題〕近年
、膜を使用したプロセスの開発は活発であり、中でもイ
オン交換膜を用いたプロセスは省エネルギーの点等から
極めて注目されている。
イオン交換膜の中で陽イオン交換膜は、ナフィオン(デ
ュポン社)に代表される、いわゆるパーフルオロカーボ
ン系の膜が開発された。この種の膜は、骨格がパーフル
オロカーボン重合体より構成されており、その耐久性は
従来の陽イオン交換股に比べて極めて優れたものとなっ
ている。
一方、陰イオン交換膜は、耐久性の面から見ると問題の
多い分野であった。そこで本発明者の一人である清田ら
は、耐久性の優れた陰イオン交換膜として主鎖がパーフ
ルオロカーボン重合体力?ら成る全く新規な構造を有す
る陰イオン交換膜をすでに提案した(特開昭6l−73
12)。この種の膜は、従来の膜に比べて極めて優れた
耐酸性、耐酸化性を有してはいるものの、特にアルカリ
に対する耐久性に問題があった。
本発明は、このような観点からなされたものであり、そ
の目的は、耐アルカリ性に優れた陰イオン交換膜を提供
することにある。
[課題を解決するための手段] 本発明者らは、このような背景をもとに鋭意研究を重ね
、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、下記一般式(1)(XはFまたは
CF3、Ωは0〜5の整数、mは0または1、nは1〜
5の整数であり、pおよびqは正の数であって、その比
p/qは2〜16である)で表される構造を有する高分
子物質からなるフィルムを下記一般式(2) %式%(2) (「およびSは1〜8の整数、R1は水素または01〜
C4のアルキル基、R2は01〜C4のアルキル基、R
1およびR4はC2〜C6のアルキル基である)で表さ
れる化合物と反応させたのち、ナトリウム化液と反応さ
せ、ついでジメチルスルホキシドとヨウ化アルキルの混
合系と反応させることを特徴とする陰イオン交換膜の製
造方法を提供するものである。
以下具体的に説明する。
上記した構造(1)を有する共重合体は四フッ化エチレ
ンと、例えば下記に示すコモノマーOF、=CF−0−
OF2−CF2−8o2Fay、=cr−o−ay2−
aF(ay、)−0−ClF3−CF、−5o2FOF
、:OF−0−OF、−c K OF、)−0−c F
、−c y (a−)−o−cF、−04−8〜FOF
2=OF−OF2−CF、−8へFとの共重合によって
得られる。共重合は、フリーラジカル開始剤の存在下に
おいて0〜200℃および1〜200気圧の範囲の条件
下で得ることができる。
もちろん、本発明に用いられるフィルムは、上記したコ
モノマーによって得られるものに制限されるものではな
い。
これらの共重合体は、フィルムに成型される。
この成型は通常溶融して薄い膜を成型する一般の技術を
用いることができる。
本発明で使用されるフィルムの厚さは通常50μmない
し500μmのものが用いられ、フィルムの強度、比電
導度、電流効率等を考慮して適当な厚みを選択できる。
また、このようなフィルムは、フィルムの強度を向上さ
せるためテフロン繊維布などで補強されたものであって
もよい。
フィルムの形状は平膜状あるいはチューブ状のいずれで
もよい。
一般式(2)におけるrおよびSは1〜8であり、R1
は水素または01〜C4のアルキル基であり、R2は0
1〜C4のアルキル基であるが、これらの数や炭素数が
上記の範囲をこえるとアミド化反応速度が低下し、反応
が不完全になったりする。R1およびR4はC1〜C6
のアルキル基であるが、炭素数が7以上になるとアルキ
ル化の段階で立体障害になり、効率的にアルキル化が進
行しなくなる。
上記した構造(1)を有するフィルムを上記−般式(2
)で表されるアミンと反応させることにより、スルホン
アミド基を有するフィルムに変換する。
上記一般式(2)で表されるアミンの構造としては、 H,N−CH2−C(OH8)2−CI(2−N(CH
8)2H2N 0H2C((!)I2CHs)2−CH
2’(CH3)2H2” ”’2  C’H2C(CH
s)2”T(2’H2’(C1(2cH3)2H2N 
O’2  C)12−C(CH3)2−C’2−C’2
−N(cH2C”2CH2cH3)2H2N−CH2”
)(20(CH3)2−CH2”H2’(CH3)2等
を例示することができる。
また、これらのアミン類との反応はそれらのアミン中あ
るいは他の溶媒を用いて行うことができる。溶媒を用い
る場合は、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジ
オキサン等のエーテル類、ベンゼン、トルエン、ヘキサ
ン等の炭化水素類等を用いることができる。
反応温度は室温〜80℃、反応時間は100時間で十分
である。
このようにして得られたスルホンアミド基を有するフィ
ルムをナトリウム化液を作用させることによりスルホン
アミド基のアルカリ金属塩に変換する。
ナトリウム化液としては、水酸化アルカリ金属の水溶液
とアルコールの混合系、アルコラードのアルコール溶液
等を用いることができる。反応温度は、室温〜90℃の
範囲で十分である。
得られたスルホンアミド基のアルカリ金属塩のフィルム
にジメチルスルホキシドとヨウ化アルキルの混合系を作
用させてアルキル化することにより、陰イオン交換膜に
転換される。
ヨウ化アルキルとしては、例えばヨウ化メチル、ヨウ化
エチル、ヨウ化ブチル笠を用いることができる。
ここで得られる陰イオン交換基を有する膜の対イオンを
交換する必要がある場合は、常法によりアルカリ金属塩
で処理することで交換できる。
[作 用] 特開昭61−7312号公報には直鎖状アミンを用いて
合成することにより耐久性を向上させることが記載され
ているが、本発明は枝分かれしたアミンを用いることに
特徴がある。
枝分かれしたアミンを用いて合成した陰イオン交換膜が
直鎖状のアミンを用いて合成したものに比べ、耐アルカ
リ性に対する効果が大きい理由は明確ではないが、枝分
かれしたアルキル基の電子1jI−与件の効果により、
交換基である第四級アンモニウム基が安定になるためで
あると考えられる。
[発明の効果] 本発明による陰イオン交換膜を無機塩からのアルカリの
回収等、特に耐アルカリ性を必要とする各種電解用隔膜
として使用することにより、高1農度のアルカリ性液の
使用が可能になり、膜が長期使用に耐えるために、従来
、不可能であった多くのプロセスを実用化することがで
きる。
[実施例] 次に実施例により本発明をさらに詳細に説明するが本発
明はこれらに限定されるものではない。
以下の実施例において、膜の抵抗はIN水酸化ナトリウ
ム水溶液に十分平衡させたのち、交流1000サイクル
、温度25℃で71111定した。
実施例I CF21wlICF2とCF、−CF−0−CF、−C
F (CFi )−0−CF2−CF2−8O2Fとの
共重合により得られた共重合体をフィルム化した(膜厚
170μm 、 p / q −6、5)。
次に該フィルムをH2N  CH2CH2−C(CHi
 )2−CH2CH2N (CHi )2の構造のアミ
ンに浸漬し40℃で60時間反応させた。反応後、メタ
ノールで洗浄しくこの場合の転化率97%、元素分析に
より確認した。)10wt%水酸化ナトリウム水溶液/
メタノール(容量比2ニア)に浸漬し、60℃で6日間
処理した後、メタノールで洗浄した。次いでヨウ化エチ
ル/ジメチルスルホキシド(容量比1 : 20)中、
60℃で2日間処理した。
次に塩化リチウムの10wt%メタノール溶液中、60
℃で24時間処理した後、0.5N塩化ナトリウム水溶
液中に3日間浸漬した。
得られたフィルムはクレゾールレッドで染色したところ
黄橙色に着色し、クリスタルバイオレットには全く染色
されなかった。
膜抵抗は、IN水酸化ナトリウム水溶液中で0.8Ω・
C−であった。
次に該フィルムを、60℃の10wt%水酸化ナトリウ
ム水溶液中に10日間浸漬した後、IN水酸化ナトリウ
ム水溶液中で膜抵抗を測定したところ0,8Ω・cJで
変化はなかった。
比較例1 実施例1中のH2N −CH2CH2C(CH3)2 
 CH2−CH2−N (CH3)2で表されるアミン
のかわりにH2N  CH2CH2CH2CH2CH2
N (CH、) 2を用いた以外は、実施例1と同様の
方法でフィルムを得た。アミド化の転化率は97%(元
素分析より)であった。
得られたフィルムをクレゾールレッドで染色したところ
黄橙色に着色し、クリスタルバイオレットには全く染色
されなかった。
膜抵抗は、IN水酸化ナトリウム水溶液中で0.9Ω・
C−であった。
次に、該フィルムを60℃の10wt%水酸化ナトリウ
ム水溶液中に10日間浸漬した後、IN水酸化ナトリウ
ム水溶液中で膜抵抗を測定したところ900Ω・cdに
もなった。
実施例2 CF 2− CF 2とCF2−CF  0−CF2−
CF (CF、) OCF2  CF2  S02 F
との共重合により得られた共重合体をフィルム化した(
膜厚120μm、、p/q=7.6)。
次に該フィルムをH2N −CH2−CH2C(CH3
)2  CH2−CH2−N (CH3)2の構造のア
ミンに浸漬し40℃で60時間反応させた。反応後メタ
ノールで洗浄しくこの場合の転化率97%、元素分析よ
り)、10wt%水酸化ナトリウム水溶液/メタノール
(容量比2ニア)に浸漬し、60℃で6日間処理した後
、メタノールで洗浄した。次いでヨウ化メチル/ジメチ
ルスルホキシド(容量比1:20)中、60℃で20間
処理した。
次に塩化リチウムの10wt%メタノール溶液中、60
℃で24時間処理した後、0.5N塩化ナトリウム水溶
液に3日間浸漬した。
得られたフィルムはクレゾールレッドで染色したところ
黄橙色に着色し、クリスタルバイオレットには全く染色
されなかった。
膜抵抗は、IN水酸化ナトリウム水溶液中で0.9Ω・
C−であった。
次に該フィルムを60℃の10wt%水酸化ナトリウム
水溶液中に10日間浸漬した後、IN水酸化ナトリウム
水溶液中で膜抵抗を測定したところ0.9Ω・C−で変
化はなかった。
比較例2 実施例2で用いたヨウ化メチル/ジメチルスルホキシド
(容量比1:20)の処理をヨウ化メチル/ジメチルホ
ルムアミド(容量比1:4)で行った以外は実施例2と
同様の方法でフィルムを得た。
得られたフィルムは、染色テストにおいてクレゾールレ
ッドで黄橙色に着色し、クリスタルバイオレットで着色
しなかった。
得られたフィルムの膜抵抗は、IN水酸化ナトリウム水
溶液中で7,3Ω・C−であった。
次に該フィルムを60℃の10wt%水酸化ナトリウム
水溶液中に10日間浸漬した後、IN水酸化ナトリウム
水溶液中で膜抵抗を測定したところ1600Ω・C−に
もなった。
実施例3 実施例2中のH2N −CH2CH2−C(CHi )
2  CH2CH2N (CH3)2のアミンのかわり
にH2N−CH2C(CHi )2−CH2−N (C
H3)2の構造のアミンを用いた以外は、実施例2と同
様の方法でフィルムを得た。アミド化の転化率は97%
(元素分析より)であった。
得られたフィルムをクレゾールレッドで染色したところ
黄橙色に着色し、クリスタルバイオレットには全く染色
されなかった。
得られたフィルムの膜抵抗はIN水酸化ナトリウム水溶
液中で0.8Ω・CI#であった。
次に該フィルムを60℃の10wt%水酸化ナトリウム
水溶液中に10日間浸漬した後、IN水酸化ナトリウム
水溶液中で膜抵抗を測定したところ068Ω・C−で変
化はなかった。
比較例3 実施例3中で用いたヨウ化メチル/ジメチルスルホキシ
ド(容量比1:20)のかわりにヨウ化メチル/ジメチ
ルホルムアミド(容量比1:4)を用いた以外は実施例
3と同様の方法でフィルムを得た。
得られたフィルムはクレゾールレッドで染色したところ
黄橙色に着色し、クリスタルバイオレットには全く染色
されなかった。
得られたフィルムの膜抵抗はIN水酸化ナトリウム水溶
液中で7.5Ω・C−であった。
次に該フィルムを60℃の10wt%水酸化ナトリウム
水溶液中に10日間浸漬した後、IN水酸化ナトリウム
水溶液中で膜抵抗を4111定したところ1100Ω・
C−にもなった。
実施例4 CF 2− CF 2とCF2膳CF−0−CF2−C
F (CF3 )−0CF2  CF2  SO2Fと
の共重合により得られた共重合体をチューブ化した(内
径1.00m11.外径1.25mm、p/q−6,5
)。
次に該チューブをH2N  CH2−CH2C(CH3
)2  CH2CH2N (CH3)2の構造のアミン
に浸漬し、40℃で80時間反応した。反応後、メタノ
ールで洗浄しくこの場合の転化率97%、元素分析より
)、10wt%水酸化ナトリウム水溶液/メタノール(
容量比2ニア)に浸漬し、60℃で60間処理した後、
メタノールで洗浄した。
次いでヨウ化メチル/ジメチルスルホキシド(容量比1
:20)中、60℃で2日間処理した。
次に塩化リチウムの10wt%メタノール溶液中、60
℃で24時間処理した後、0.5N塩化ナトリウム水溶
液中に3日間浸漬した。
得られたフィルムをクレゾールレッドで染色したところ
黄橙色に着色し、クリスタルバイオレットには全く染色
されなかった。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)下記一般式 ▲数式、化学式、表等があります▼・・・(1) (XはF又はCF_3、lは0〜5の整数、mは0又は
    1、nは1〜5の整数であり、pおよびqは正の数であ
    って、その比p/qは2〜16である)で表される構造
    を有する高分子物質からなるフィルムを下記一般式 ▲数式、化学式、表等があります▼・・・(2) (rおよびsは1〜8の整数、R_1は水素またはC_
    1〜C_4のアルキル基、R_2はC_1〜C_4のア
    ルキル基、R_3およびR_4はいずれもC_1〜C_
    6のアルキル基である)で表される化合物と反応させた
    後、ナトリウム化液と反応させ、ついでジメチルスルホ
    キシドとヨウ化アルキルの混合系を反応させることを特
    徴とする陰イオン交換膜の製造方法。
JP63139240A 1988-06-08 1988-06-08 耐アルカリ性に優れた陰イオン交換膜の製造方法 Pending JPH01311132A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1612874A1 (en) * 2004-07-02 2006-01-04 SOLVAY (Société Anonyme) Solid alkaline fuel cell comprising ion exchange membrane
US9580592B2 (en) 2011-01-21 2017-02-28 Solvay Specialty Polymers Italy S.P.A. Liquid compositions of fluorinated anion exchange polymers

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