JPH02245035A - Cation exchanger - Google Patents

Cation exchanger

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JPH02245035A
JPH02245035A JP6390989A JP6390989A JPH02245035A JP H02245035 A JPH02245035 A JP H02245035A JP 6390989 A JP6390989 A JP 6390989A JP 6390989 A JP6390989 A JP 6390989A JP H02245035 A JPH02245035 A JP H02245035A
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JP
Japan
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polysulfone
polymer
formula
cation exchanger
sulfonated
Prior art date
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Pending
Application number
JP6390989A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshio Sugaya
良雄 菅家
Hirofumi Horie
堀江 浩文
Ichiro Terada
一郎 寺田
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AGC Inc
Original Assignee
Asahi Glass Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH02245035A publication Critical patent/JPH02245035A/en
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Abstract

PURPOSE:To obtain a cation exchanger excellent in mechanical properties, moldability and ion exchanging characteristics comprising a sulfonated polymer of a polysulfone polymer having haloalkyl groups. CONSTITUTION:A cation exchanger prepared from a sulfonated polymer of a polysulfone polymer having at least one haloalkyl group in the molecule or its cured product and having an ion exchange capacity of 0.5-3.5 milliequivalents/g dry resin. As the haloalkyl group, a chloromethyl group (-CH2Cl) is particularly desirable. As the polysulfone polymer, an aromatic polysulfone block copolymer of formula I is desirable. In formula I, Ar is formula II or III; Y is a single bond, -O or formula IV; Z is -O-, -S- or -SO2-; R1-R9 are the same or different from each other and are each a 1-8C hydrocarbon group; a-d are each 0-4; e is 0-3; (f+g) is 0-7; (h+i) is 0-5; R10 and R11 are each a hydrogen atom or a 1-6C hydrocarbon group; and m/n=100/1-1/10.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、混合流体より特定成分を吸着、または透過分
離せしめるイオン交換体に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to an ion exchanger that adsorbs or permeates and separates specific components from a mixed fluid.

更に詳しくは、海水濃縮等の電気透析や電池セパレータ
に有用な抵抗の低い陽イオン交換薄膜や、透析に有用な
ホローファイバー型陽イオン交換膜、高分子カチオンの
透過性が大きい多孔性陽イオン交換膜など、加工性の優
れた陽イオン交換体に関する。
More specifically, we will introduce cation exchange thin membranes with low resistance useful for electrodialysis such as seawater concentration and battery separators, hollow fiber cation exchange membranes useful for dialysis, and porous cation exchange membranes with high permeability for polymer cations. It relates to cation exchangers with excellent processability, such as membranes.

[従来の技術] 陽イオン交換体として、数多くの文献、特許が報告され
ているが、最も実用的で有益なものとして、スチレン−
ジビニルベンゼン共重合体のスルホン化陽イオン交換体
がある。これらはその耐薬品性、耐熱性に加え、架橋剤
であるジビニルベンゼンの含有量を変えることにより、
イオン交換特性や選択透過性を制御できることから、あ
らゆる用途に対し多種の品種を合成し発展してきた。
[Prior Art] Many documents and patents have been reported as cation exchangers, but styrene is the most practical and useful one.
There are sulfonated cation exchangers of divinylbenzene copolymers. In addition to their chemical resistance and heat resistance, by changing the content of divinylbenzene, a crosslinking agent,
Since ion exchange properties and permselectivity can be controlled, a wide variety of products have been synthesized and developed for various uses.

しかしながら、新しい用途、例えば、工業塩並の安価な
食塩を製造する海水濃縮、レドツクフロー電池やメタノ
ール電池用セパレータなど超低抵抗カチオン交換膜のニ
ーズに対し、従来のスチレン−ジビニルベンゼン系では
対応できない欠点がある。即ち抵抗を低下させるには、
膜厚を薄くせしめる必要があるが、スチレン−ジビニル
ベンゼン系樹脂は、機械的強度、特に脆さがあるため1
00μm以下のイオン交換膜が得られない。更に、スチ
レン−ジビニルベンペン系樹脂は、機械的性質に加え、
加工性が悪く、ホローファイバー型や多孔性カチオン交
換膜など加工された膜が得られない欠点がある。
However, the conventional styrene-divinylbenzene system cannot meet the needs of ultra-low resistance cation exchange membranes for new applications, such as seawater concentration to produce salt as inexpensive as industrial salt, and separators for redox flow batteries and methanol batteries. There is. In other words, to lower the resistance,
It is necessary to reduce the film thickness, but styrene-divinylbenzene resin has mechanical strength, especially brittleness, so
An ion exchange membrane with a diameter of 00 μm or less cannot be obtained. Furthermore, in addition to mechanical properties, styrene-divinylbenpene resins have
Processability is poor, and processed membranes such as hollow fiber type and porous cation exchange membranes cannot be obtained.

一方、限外ろ過膜や逆浸透膜において、機械的強度、加
工性の優れたポリスルホン膜が使用され、その透過性改
良として、スルホン化ポリスルホン膜が検討されている
On the other hand, polysulfone membranes with excellent mechanical strength and processability are used in ultrafiltration membranes and reverse osmosis membranes, and sulfonated polysulfone membranes are being considered to improve their permeability.

例えば、繰り返し単位が 財り からなるポリスルホンのスルホン化物は、USP 37
09841  に記載されており、特開昭509997
3、特開昭51−1.46379.特開昭61−450
5などに、そのようなスルホン化ポリスルホンを、異方
性限外ろ過膜上に積層した半透膜が記載されている。
For example, sulfonated polysulfones consisting of repeating units are USP 37
09841, and JP-A-509997.
3, JP-A-51-1.46379. JP-A-61-450
No. 5, etc., describes a semipermeable membrane in which such a sulfonated polysulfone is laminated on an anisotropic ultrafiltration membrane.

しかしながら、これらのスルホン化ポリスルホン膜は、
非架橋であるため、イオン交換容量が2.0ミリ当量/
g樹脂以上では、水溶性になり、またイオン交換容量が
低い場合でも、吸水率が高いためイオン選択透過性が低
く、従来のスチレン−ジビニルベンゼン系陽イオン交換
膜に代替できるものではない。
However, these sulfonated polysulfone membranes
Since it is non-crosslinked, the ion exchange capacity is 2.0 meq/
If the resin is more than g, it becomes water soluble, and even if the ion exchange capacity is low, the water absorption rate is high, so the ion selective permeability is low, and it cannot be used as a substitute for the conventional styrene-divinylbenzene-based cation exchange membrane.

[発明の解決しようとする課題] 本発明は、従来技術が有していた前述の欠点を解消しよ
うとするものであり、加工性の優れた、イオン選択透過
性の大きな新規な陽イオン交換体を提供することを目的
とする。
[Problems to be Solved by the Invention] The present invention aims to solve the above-mentioned drawbacks of the prior art, and provides a novel cation exchanger with excellent processability and high ion permselectivity. The purpose is to provide

本発明は、従来技術では到達しえない、省エネルギー電
気透析法や電池用セパレーター、更には、コンパクトで
メンテナンスが容易なポローファイバー透析モジュール
等に使用できる陽イオン交換膜を提供することを目的と
する。
The purpose of the present invention is to provide a cation exchange membrane that can be used in energy-saving electrodialysis methods, battery separators, compact and easy-to-maintain porrow fiber dialysis modules, etc., which cannot be achieved with conventional technology. .

[課題を解決するための手段] 本発明の上記目的は、1分子中に少なくとも1個以上の
ハロアルキル基を含有するポリスルホン系重合体のスル
ホン化重合体あるいは、その硬化体からなり、イオン交
換容量が0.5〜3.5ミリ当量/g樹脂であることを
特徴とするイオン交換体により達成せしめられる。
[Means for Solving the Problems] The above object of the present invention is to provide a sulfonated polymer of a polysulfone type polymer containing at least one haloalkyl group in one molecule or a cured product thereof, which has an ion exchange capacity. This is achieved by an ion exchanger characterized in that the amount is 0.5 to 3.5 milliequivalents/g resin.

本発明の陽イオン交換体は、基本的には、上記特定のポ
リスルホン重合体のスルホン化重合体又はその硬化体か
らなるが、これは従来の陽イオン交換体とは、格段に優
れた特性を有する陽イオン交換体を提供することが出来
る。
The cation exchanger of the present invention basically consists of a sulfonated polymer of the above-mentioned specific polysulfone polymer or a cured product thereof, but this has significantly superior properties compared to conventional cation exchangers. It is possible to provide a cation exchanger having:

即ち、従来のスルホン化ポリスルホン重合体は、特開昭
61−4505に記載されているように、イオン交換容
量が2.0ミリ当量/g樹脂を超えると、非架橋のため
水溶性重合体になりイオン交換体として使用できない。
That is, as described in JP-A-61-4505, conventional sulfonated polysulfone polymers become water-soluble polymers due to non-crosslinking when their ion exchange capacity exceeds 2.0 meq/g resin. Therefore, it cannot be used as an ion exchanger.

また架橋サイトを有するポリスルホン樹脂としては、末
端に−OH基あるいは、−CミCH基を含有するものが
知られているが、これらの架橋サイトは反応性が低く、
スルホン酸基の熱分解温度を超える320〜400℃の
高温加熱処理が必要とされ、架橋型ポリスルホン系イオ
ン交換膜を製造するための素材として適当でない。
Furthermore, as polysulfone resins having crosslinking sites, those containing -OH groups or -CmiCH groups at the terminals are known, but these crosslinking sites have low reactivity,
It requires high-temperature heat treatment at 320 to 400°C, which exceeds the thermal decomposition temperature of sulfonic acid groups, and is not suitable as a material for producing crosslinked polysulfone-based ion exchange membranes.

本発明者は、スルホン化ポリスルホン重合体の硬化物に
ついて鋭意研究したところ、分子内にハロアルキル基を
含有するポリスルホン重合体を使用することにより、機
械的性質、成形加工性、イオン交換特性の優れた陽イオ
ン交換体が製造しうることを見い出し、本発明を完成せ
しめた。
The present inventor conducted intensive research on cured products of sulfonated polysulfone polymers, and found that by using polysulfone polymers containing haloalkyl groups in the molecule, the cured products had excellent mechanical properties, moldability, and ion exchange properties. The inventors discovered that a cation exchanger can be produced and completed the present invention.

以下に本発明の詳細な説明すると、本発明の陽イオン交
換体としては、1分子内に少なくとも1個のハロアルキ
ル基を含有するポリスルホン系重合体であればなんら制
限なく使用できる。
The present invention will be described in detail below. As the cation exchanger of the present invention, any polysulfone polymer containing at least one haloalkyl group in one molecule can be used without any restrictions.

ハロアルキル基を含有するポリスルホン重合体は一般式 たけ異なる単結合、 −o−、−s−、−so□=IO または異なる炭素数1〜8の炭化水素基、a −dはO
〜4、eは0〜3、(f+g)は0〜7、(h+i、)
は0〜5、R3゜、Rは水素又は炭素数1〜6の炭化水
素基、m/n =lOO10〜1/100を示す。)で
表わされる芳香族ポリスルホンな含有する重合体のハロ
アルキル化により得られる。ハロアルキル基としては−
(CH□)。CL、 −((:R2)、、Br。
The polysulfone polymer containing a haloalkyl group has a general formula of a different single bond, -o-, -s-, -so□=IO or a different hydrocarbon group having 1 to 8 carbon atoms, a - d is O
~4, e is 0-3, (f+g) is 0-7, (h+i,)
is 0 to 5, R3°, R represents hydrogen or a hydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms, and m/n = lOO10 to 1/100. ) is obtained by haloalkylation of a polymer containing an aromatic polysulfone. As a haloalkyl group -
(CH□). CL, -((:R2),,Br.

(CH,)nF、および−((:R2)、Iが例示され
るが反応性から−CH2Cl−CHJrが好ましく、特
に量産性から−GHzC1が好ましく採用される。かか
るクロルメチル基を導入する方法としては、クロルメチ
ルメチルエーテル、1.4−ビス(クロルメトキシ)ブ
タン、1−クロルメトトキシー4−クロロブタンおよび
ホルマリン塩化水素、バラホルムアルデヒド、塩化水素
等の求核性クロルメチル化剤を触媒の共存下でポリスル
ホン系重合体と接触せしめることにより得ることができ
る。そのようなポリスルホン系重合体としては 〈)so、 @o@o+ (c) 等のポリスルホン重合体の他、上記ポリスルボンユニッ
トとそれとは異なるユニット、例えば(沖2oO矢  
  (d) ()o2@S)     (e) ()0□0SO□矢   (f) +2@Oヂ    (g) ス)0矢 (h) とのブロック共重合体が例示される。
(CH,)nF, and -((:R2), I are exemplified, but -CH2Cl-CHJr is preferred from the viewpoint of reactivity, and -GHzC1 is particularly preferably adopted from the viewpoint of mass productivity. As a method for introducing such a chloromethyl group, is a nucleophilic chloromethylating agent such as chloromethyl methyl ether, 1,4-bis(chloromethoxy)butane, 1-chloromethotoxy-4-chlorobutane and formalin hydrogen chloride, paraformaldehyde, hydrogen chloride in the presence of a catalyst. It can be obtained by contacting with a polysulfone polymer.Such polysulfone polymers include polysulfone polymers such as <)so, @o@o+ (c), and polysulfone units different from the above polysulfone units. Unit, for example (Oki2oOya
A block copolymer with (d) ()o2@S) (e) ()0□0SO□arrow (f) +2@Oも (g) s)0arrow (h) is exemplified.

本発明により、汎用ポリスルホンとして容易に入手でき
る(a)のポリスルホンを使用して、従来にない高性能
な陽イオン交換体を得ることができるが、好ましくはイ
オン交換容量の制御が容易である点と、得られるスルホ
ン化重合体の機械的性質の点からポリスルホン系ブロッ
ク共重合体が使用される。
According to the present invention, a cation exchanger with unprecedented high performance can be obtained by using the polysulfone (a) which is easily available as a general-purpose polysulfone, but it is preferable that the ion exchange capacity can be easily controlled. A polysulfone block copolymer is used from the viewpoint of the mechanical properties of the resulting sulfonated polymer.

本発明において、何故ブロック共重合体が機械的性質の
点において優れるかは必ずしも明らかでないが、以下の
理由によるものと説明される。
In the present invention, it is not necessarily clear why the block copolymer is superior in terms of mechanical properties, but it is explained as follows.

本発明において、クロルメチル基の存在は、重合体を架
橋せしめることにより、イオン交換体の吸水率を低下せ
しめ選択透過性を高めるうえで必要である。しかし、架
橋により重合体は、分子運動や吸水による膨潤性が押え
込まれる結果重合体の内部歪が大きく、ポリスルホン系
ホモポリマーを使用した場合、分子全体にそのような作
用が働く結果、固く脆(なる。しかし、ブロック共重合
体では、イオン交換基と架橋ザイトである一CH,C1
基が存在しないか又は極めて少ないユニットが存在する
ため、ポリスルホン系重合体の本来有する優れた機械的
性質が損なわれないものと説明される。
In the present invention, the presence of the chloromethyl group is necessary for crosslinking the polymer, thereby lowering the water absorption rate of the ion exchanger and increasing the permselectivity. However, crosslinking suppresses the swelling properties of the polymer due to molecular movement and water absorption, resulting in large internal strains in the polymer. When polysulfone-based homopolymers are used, such effects act on the entire molecule, making them hard and brittle. (However, in the block copolymer, the ion exchange group and the crosslinked zyte are 1CH,C1
It is explained that since no group is present or a very small number of units are present, the excellent mechanical properties inherent to the polysulfone polymer are not impaired.

かかる、好ましいポリスルホン重合体としては、一般式 互いに同一または異なる炭素数1〜8の炭化水素基、a
〜dはO〜4、eは0〜3、(f+g)はO〜7、(h
+i)は0〜5、R3゜R11は水素、炭素数1〜6の
炭化水素基、m/n =1.00/1〜l/10を示す
。)で表わされるブロック共重合体が例示され、特には
、一般式におけるZが−3−で表わされる芳香族ポリス
ルホン/ボリヂオエーテル共重合体は、高分子量の共重
合体が得られ、また共重合組成の制御がしやす(、かつ
成形加工性、機械的強度、耐薬品性の点から好ましく使
用される。かかる芳香族ポリスルホン/ポリチオエーテ
ルスルホン共重合体は、本出願人による特開昭61−7
2020.特開昭61−76523および特開昭61−
168629に記載されている方法によって得ることが
できる。
Such preferable polysulfone polymers include hydrocarbon groups having 1 to 8 carbon atoms having the same or different general formulas, a
~d is O~4, e is 0~3, (f+g) is O~7, (h
+i) represents 0 to 5, R3°R11 represents hydrogen, a hydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms, and m/n = 1.00/1 to 1/10. ) is exemplified, and in particular, an aromatic polysulfone/boridioether copolymer in which Z in the general formula is represented by -3- can yield a high molecular weight copolymer, and the copolymer composition can be The aromatic polysulfone/polythioethersulfone copolymer is preferably used from the viewpoints of ease of control (and moldability, mechanical strength, and chemical resistance).
2020. JP-A-61-76523 and JP-A-61-
168629.

上記のポリスルホン系重合体に−CH,1基を導入する
方法としては、粒状の重合体、あるいは膜状成形体と前
述したクロルメチル化剤を接触せしめる方法も使用でき
るが、反応の均一性と成形加工性の良い重合体を得るた
め、クロルメチル化剤に対し安定で、ポリスルホン系重
合体を溶解する溶剤で溶解せしめ、液状で反応させるこ
とが好ましい。そのような溶剤として、ハロゲン化炭化
水素、例えばトリクロロエタン、テトラクロロエタン等
が使用される。か(して、ポリスルホン重合体溶液にク
ロルメチル化剤と塩化スズ等の触媒を添加せしめ、反応
部度、反応時間を適宜選定することにより、所望するク
ロルメチル基含有量を有するクロルメチル化ポリスルホ
ン重合体が得られる。
As a method for introducing -CH, one group into the polysulfone-based polymer mentioned above, a method of bringing the chloromethylating agent mentioned above into contact with a granular polymer or a film-like molded product can also be used, but the uniformity of the reaction and the formation In order to obtain a polymer with good processability, it is preferable to dissolve it in a solvent that is stable to a chloromethylating agent and dissolves a polysulfone polymer, and to react in a liquid state. As such solvents, halogenated hydrocarbons such as trichloroethane, tetrachloroethane, etc. are used. By adding a chloromethylating agent and a catalyst such as tin chloride to the polysulfone polymer solution and appropriately selecting the reaction site and reaction time, a chloromethylated polysulfone polymer having a desired chloromethyl group content can be obtained. can get.

クロルメチル基含有量としては、次くスルホン化処理に
よる所望するイオン交換容量により異なるが、0.01
〜3,5ミリ等量/g樹脂のクロルメチル化ポリスルホ
ン重合体が使用され、イオン交換容量の1〜100%当
量、特には5〜50%当量に相当するクロルメチル基を
含有することが好ましい。
The chloromethyl group content varies depending on the desired ion exchange capacity by the next sulfonation treatment, but is 0.01
It is preferred that a chloromethylated polysulfone polymer of ~3.5 meq/g resin is used and contains chloromethyl groups corresponding to 1 to 100% equivalents, especially 5 to 50% equivalents of the ion exchange capacity.

かくして得たクロルメチル化ポリスルホン重合体は、ト
リクロロエタン、テトラクロルエタン、ジメチルアセト
アミド、ジメチルホルマイド、ジメチルスルフオキシド
、トリエチルホスフェート、N−メチルピロリドンの単
独溶媒の他、水−アセトン混合液、メタノール−テトラ
ヒドラフラン混合液等に溶解した後、所望する形状にキ
ャスト乾燥して成形加工せしめるが、かかる成形加工前
ないしは、成形加工後に酸と接触せしめることが好まし
い。
The thus obtained chloromethylated polysulfone polymer was prepared using a single solvent of trichloroethane, tetrachloroethane, dimethylacetamide, dimethylformide, dimethyl sulfoxide, triethyl phosphate, and N-methylpyrrolidone, as well as a water-acetone mixture, methanol-tetra After dissolving in a hydrafuran mixture or the like, it is cast and dried into a desired shape and molded, but it is preferable to contact it with an acid before or after the molding.

上記の酸としては、A1.C1−,5bC1s、FeC
:lx、Te(:12゜5nC14,TiC1<、Te
C1<、B1C15,ZnC1+等のルイス酸およびH
F、H,SO4,P2O,、H,PO4等のプロトン酸
が例示され、クロルメチル化ポリスルホン重合体の溶液
に上記の少なくとも1種の酸を共存させて、キャスト乾
燥するか又はクロルメチル化ポリスルホン重合体の成形
加工品に上記の酸に接触せしめることができる。
The above acids include A1. C1-, 5bC1s, FeC
:lx, Te(:12゜5nC14, TiC1<, Te
Lewis acids such as C1<, B1C15, ZnC1+ and H
Examples include protic acids such as F, H, SO4, P2O, H, PO4, etc., and at least one of the acids mentioned above is made to coexist with a solution of the chloromethylated polysulfone polymer, and then cast and dried, or the chloromethylated polysulfone polymer is The molded product can be brought into contact with the above acid.

かかる重合体溶液を、便宜形状に流延した後溶媒を除去
せしめ平膜状、中空糸状、多孔性基材との複合膜等の成
形品を得ることができる。
After such a polymer solution is cast into a convenient shape, the solvent is removed to obtain a molded article such as a flat membrane, a hollow fiber, or a composite membrane with a porous substrate.

また溶媒の除去が、加熱処理によって実施される時は、
緻密な構造の成形品が、一方、溶媒が残存している状態
にて、溶媒を抽出せしめる溶液、特に好ましくは、重合
体の非溶媒あるいは貧溶媒を使用した溶液に浸漬するこ
とで、多孔性構造の成形品を製造することが出来る。
Also, when the solvent is removed by heat treatment,
On the other hand, a molded article with a dense structure can be made porous by immersing it in a solution that extracts the solvent, particularly preferably a solution using a non-solvent or a poor solvent for the polymer, while the solvent remains. It is possible to produce structural molded products.

かくして得られる成形品は、25〜300℃好ましくは
、50〜200°Cで加熱することにより、酸を共存さ
せている場合には、架橋された成形品が得られる。
The thus obtained molded product is heated at 25 to 300°C, preferably 50 to 200°C, and when an acid is present, a crosslinked molded product can be obtained.

酸を共存させてない場合には、既知のスルホン化剤によ
りスルホン基を導入する前に、前述した酸と接触し、架
橋成形品を得るが、又別の好ましい手段として、酸とし
て濃硫酸を使用することにより、スルホン化と架橋反応
を併発させ、架橋された陽イオン交換体を得ることがで
きる。
If no acid is coexisting, the product is contacted with the above-mentioned acid to obtain a crosslinked molded product before introducing the sulfonic group using a known sulfonating agent, but as another preferred method, concentrated sulfuric acid may be used as the acid. By using this, sulfonation and crosslinking reactions can occur simultaneously, and a crosslinked cation exchanger can be obtained.

またスルホン化剤として、濃硫酸1発煙硫酸、クロロス
ルホン酸、無水硫酸、無水硫酸トリエチルホスフェート
錯体など、制限なく使用できる。
As the sulfonating agent, concentrated sulfuric acid, fuming sulfuric acid, chlorosulfonic acid, sulfuric anhydride, sulfuric anhydride triethyl phosphate complex, etc. can be used without limitation.

かくして、本発明のポリスルホン成形品にスルホン化剤
を接触せしめ、反応温度1反応時間を便宜選定すること
により、所望するイオン交換容量を有するスルホン化ポ
リスルホン重合体が得られる。しかしながら、イオン交
換容量が0.5ミリ当量/g樹脂以下では、膜抵抗が著
しく高く、また3、5ミリ当量/g樹脂以上では、架橋
サイトであるクロルメチル基が多量に必要なだめ、結果
として、硬化膜のイオン交換容量の低下を招き、また得
られる膜の機械的強度、特に靭性も低下するため、好ま
しくは、イオン交換容量0.5〜3.5ミリ当量/g樹
脂、0.8〜3.0ミリ当量/g樹脂になるように反応
させる。
Thus, by contacting the polysulfone molded article of the present invention with a sulfonating agent and appropriately selecting the reaction temperature and reaction time, a sulfonated polysulfone polymer having a desired ion exchange capacity can be obtained. However, if the ion exchange capacity is less than 0.5 meq/g resin, the membrane resistance is extremely high, and if it is more than 3.5 meq/g resin, a large amount of chloromethyl groups, which are crosslinking sites, are required, and as a result, Since this leads to a decrease in the ion exchange capacity of the cured membrane and also decreases the mechanical strength, especially the toughness, of the resulting membrane, the ion exchange capacity is preferably 0.5 to 3.5 milliequivalents/g resin, 0.8 to 3.5 milliequivalents/g resin. React to give 3.0 milliequivalents/g resin.

かくして得られる陽イオン交換体は、便宜溶液、例えば
食塩水溶液等で置換せしめた後、電気透析用隔膜、電池
用セパレーク−1拡散透析用隔膜等の分離膜として使用
することができる。次に本発明を実施例により説明する
が、本発明は、かかる実施例に限定されるものではない
The cation exchanger thus obtained can be used as a separation membrane such as a diaphragm for electrodialysis, a diaphragm for battery Separake-1 diffusion dialysis, etc. after being replaced with a convenient solution such as a saline solution. EXAMPLES Next, the present invention will be explained with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

[実施例] 実施例1 特開昭61.−168629に記載された合成法と同様
にして、4,4′−ジフェノールとジハロジフェニルス
ルホンと反応せしめ、芳香族ポリスルホンのユニットか
らなるプリカーサ−を合成し、次いで該プリカーサ−と
ジハロジフェニルスルホンと硫化ナトリウムとを反応し
、次式で示される芳香族ポリスルホン−ポリチオエーテ
ルスルホン共重合体Aを得た。
[Example] Example 1 JP-A-61. -168629, 4,4'-diphenol and dihalodiphenylsulfone are reacted to synthesize a precursor consisting of an aromatic polysulfone unit, and then the precursor and dihalodiphenylsulfone are reacted. Sulfone and sodium sulfide were reacted to obtain an aromatic polysulfone-polythioethersulfone copolymer A represented by the following formula.

m/n= 1 / 1   固有粘度0.65次に、該
共重合体Aは、1,1,2,2.テトラクロルエタンに
溶解した後、クロルメチルメチルエーテル、無水塩化ス
ズを添加し、110℃、4時間反応せしめた後、メチル
アルコールで沈殿、洗浄し、クロルメチル化共重合体B
を得た。クロルメチル化共重合体Bの活性塩素量は、0
,5ミリ当量/g樹脂であった。
m/n=1/1 Intrinsic viscosity 0.65 Next, the copolymer A has 1,1,2,2. After dissolving in tetrachloroethane, chloromethyl methyl ether and anhydrous tin chloride were added and reacted at 110°C for 4 hours, followed by precipitation and washing with methyl alcohol to obtain chloromethylated copolymer B.
I got it. The amount of active chlorine in chloromethylated copolymer B is 0.
, 5 meq/g resin.

かくして得られた共重合体Bをテトラクロルエタンに溶
解し、10重量%の溶液を得た。次いで、該ポリマー溶
液をガラス板上に流延した後、150℃、2時間加熱乾
燥せしめ、膜厚25μmのキャスト膜を得た。
Copolymer B thus obtained was dissolved in tetrachloroethane to obtain a 10% by weight solution. Next, the polymer solution was cast onto a glass plate, and then heated and dried at 150° C. for 2 hours to obtain a cast film with a thickness of 25 μm.

次いで、上記共重合体Bのキャスト膜は、98wt%濃
硫酸で90℃、6時間スルホン化せしめた。かくして得
られた陽イオン交換膜は、イオン交換容量が1.5ミリ
当量/g樹脂であり、0.5 N−NaC1溶液に浸漬
した後、交流抵抗、膜電位法によるNaイオンの輸率を
求めたところ、交流抵抗(0,5N−NaC11000
Hz )= 0.3 Ω ・can2 Na”輸率(0,5M Na1l/LM Na1l膜電
位より):  0.90 であった。
Next, the cast film of copolymer B was sulfonated with 98 wt % concentrated sulfuric acid at 90° C. for 6 hours. The cation exchange membrane thus obtained had an ion exchange capacity of 1.5 milliequivalents/g resin, and after being immersed in a 0.5 N-NaCl solution, the transport number of Na ions was determined by AC resistance and membrane potential methods. When I calculated it, I found that the AC resistance (0.5N-NaC11000
Hz)=0.3 Ω·can2Na'' transference number (from 0.5M Na11/LM Na11 membrane potential): 0.90.

比較例1 実施例1におけるクロルメチル化反応前の共重合体Aを
使用した以外は全く同様にして共重合体Aのキャスト膜
を得た。次いで該キャスト膜を98重量%の濃硫酸でス
ルホン化せしめたところ溶解してしまい陽イオン交換膜
が得られなかった。
Comparative Example 1 A cast film of copolymer A was obtained in exactly the same manner as in Example 1 except that copolymer A before the chloromethylation reaction was used. Next, when the cast membrane was sulfonated with 98% by weight concentrated sulfuric acid, it dissolved and a cation exchange membrane could not be obtained.

実施例2 共重合体Aを実施例1と同様な手法でクロルメチル化せ
しめたが、反応温度、反応時間を変えて、クロルメチル
基含有量の異なる共重合体C,D、E、Fを得た。
Example 2 Copolymer A was chloromethylated in the same manner as in Example 1, but the reaction temperature and reaction time were changed to obtain copolymers C, D, E, and F with different chloromethyl group contents. .

か(して得た4種の共重合体をテトラクロルエタンに溶
解した後、ガラス板上に流延し、110℃で4時間加熱
乾燥せしめ、膜厚25μmのキャスト膜を得た。
The four copolymers obtained in the above manner were dissolved in tetrachloroethane, cast on a glass plate, and dried by heating at 110° C. for 4 hours to obtain a cast film with a thickness of 25 μm.

次いで、該キャスト膜は、96重量%濃硫酸に90℃、
6時間浸漬せしめ、スルホン化せしめた。得られた陽イ
オン交換膜のイオン交換容量、抵抗、 Na“イオンの
輸率を実施例1と同様にして測定した。結果を表−1に
示す。
Next, the cast film was soaked in 96% concentrated sulfuric acid at 90°C.
It was soaked for 6 hours to effect sulfonation. The ion exchange capacity, resistance, and transfer number of Na" ions of the obtained cation exchange membrane were measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.

実施例3 ビスフェノールAとジハロジフェニルスルホンと反応せ
しめ、芳香族ポリスルホン重合体Gを得た。
Example 3 Bisphenol A and dihalodiphenylsulfone were reacted to obtain aromatic polysulfone polymer G.

表  1 固有粘度0,56 かくして得た重合体Gを、実施例1と同様な手法でクロ
ルメチル化せしめたが、反応温度、反応時間を変えてク
ロルメチル基含有量の異なる重合体H,I、Jを得た。
Table 1 Intrinsic viscosity 0.56 The thus obtained polymer G was chloromethylated in the same manner as in Example 1, but the reaction temperature and reaction time were changed to produce polymers H, I, and J with different chloromethyl group contents. I got it.

が(して得た3種の重合体を実施例2と同様にして製膜
し、次いでスルホン化せしめた。得られた陽イオン交換
膜の結果を表−1に示す。
The three types of polymers obtained were formed into membranes in the same manner as in Example 2, and then sulfonated. The results of the obtained cation exchange membranes are shown in Table 1.

比較例2 実施例3におけるクロルメチル化反応前の重合体Gを使
用した以外は全く同様にして重合体Gのキャスト膜を得
た。次いで該キャスト膜を96重量%の濃硫酸にスルホ
ン化せしめたところ、溶解してしまい、陽イオン交換膜
が得られなかった。
Comparative Example 2 A cast film of Polymer G was obtained in exactly the same manner as in Example 3, except that Polymer G before the chloromethylation reaction was used. When the cast membrane was then sulfonated in 96% by weight concentrated sulfuric acid, it dissolved and a cation exchange membrane could not be obtained.

[発明の効果] 本発明の陽イオン交換体は、架橋できるスルホン化ポリ
スルホンからなることを特徴としている。このため、硬
化剤の種類、硬化剤の配合量、硬化条件により、固定イ
オン濃度の制御、すなわち、用途に応じて、最適な選択
透過性を有する陽イオン交換膜を得ることができるとと
もに、有機溶媒に対する耐性が改善される。
[Effects of the Invention] The cation exchanger of the present invention is characterized by being composed of sulfonated polysulfone that can be crosslinked. Therefore, by controlling the type of curing agent, the amount of curing agent, and the curing conditions, it is possible to control the fixed ion concentration. Improved resistance to solvents.

特に芳香族ポリスルホンとポリチオエーテルスルホン共
重合体を使用した場合、成形加工性1機械的強度の良好
な陽イオン交換膜が得られる。またスルホン化時、スル
ホン酸基が、反応性の差により特定の部位に導入される
結果、イオン交換基が導入された親水性セグメントと、
イオン交換基が導入されてない疎水性セグメントからな
るブロック共重合体が得られ、イオン交換容量が高くと
も、機械的強度の大きな強靭な膜が得られるという特徴
がある。
In particular, when an aromatic polysulfone and polythioethersulfone copolymer is used, a cation exchange membrane with good moldability and mechanical strength can be obtained. In addition, during sulfonation, sulfonic acid groups are introduced into specific sites due to differences in reactivity, resulting in hydrophilic segments with ion exchange groups introduced,
A block copolymer consisting of hydrophobic segments without ion exchange groups introduced therein can be obtained, and even if the ion exchange capacity is high, a strong membrane with high mechanical strength can be obtained.

更にスルホン化共重合体と硬化剤を含有した溶液からキ
ャスト製膜できるので、膜厚の薄いイオン交換膜が得ら
れ、また多孔性基材や、他の高分子膜上に塗布、乾燥す
ることにより、容易に複層イオン交換膜が得られる特徴
を有する。
Furthermore, since it can be cast from a solution containing a sulfonated copolymer and a curing agent, a thin ion exchange membrane can be obtained, and it can also be coated and dried on porous substrates or other polymer membranes. This method has the feature that a multilayer ion exchange membrane can be easily obtained.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)1分子中に少なくとも1個以上のハロアルキル基
を有するポリスルホン系重合体のスルホン化重合体又は
その硬化体からなり、イオン交換容量が0.5〜3.5
ミリ当量/g乾燥樹脂であることを特徴とするポリスル
ホン系重合体の陽イオン交換体。
(1) Consists of a sulfonated polysulfone polymer having at least one haloalkyl group in one molecule or a cured product thereof, and has an ion exchange capacity of 0.5 to 3.5
A cation exchanger of a polysulfone polymer, characterized in that it is milliequivalent/g dry resin.
(2)ポリスルホン系重合体が、一般式 ▲数式、化学式、表等があります▼ (但し、式中Arは▲数式、化学式、表等があります▼
、▲数式、化学式、表等があります▼又は ▲数式、化学式、表等があります▼、Yは、単結合、−
O−又は ▲数式、化学式、表等があります▼。Zは−O−、−S
−又は−SO_2−、R^1〜R^9は互いに同一また
は異なる炭素数1〜8の炭 化水素基、a〜dは0〜4、eは0〜3、 (f+g)は0〜7、(h+i)は0〜 5、R_1_0、R_1_1は水素又は炭素数1〜6の
炭化水素基、m/n=100/1〜1/10を示す。)
で表される芳香族ポリスルホン系ブロック共重合体であ
ることを特徴とする特許請求の範囲(1)の陽イオン交
換体。
(2) Polysulfone polymers have a general formula ▲ mathematical formula, chemical formula, table, etc. ▼ (However, Ar in the formula ▲ has a mathematical formula, chemical formula, table, etc. ▼
, ▲ There are mathematical formulas, chemical formulas, tables, etc. ▼ or ▲ There are mathematical formulas, chemical formulas, tables, etc. ▼, Y is a single bond, -
O- or ▲There are mathematical formulas, chemical formulas, tables, etc.▼. Z is -O-, -S
- or -SO_2-, R^1 to R^9 are the same or different hydrocarbon groups having 1 to 8 carbon atoms, a to d are 0 to 4, e is 0 to 3, (f+g) is 0 to 7, (h+i) is 0 to 5, R_1_0 and R_1_1 are hydrogen or a hydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms, m/n=100/1 to 1/10. )
The cation exchanger according to claim (1), which is an aromatic polysulfone block copolymer represented by:
(3)陽イオン交換体が、ハロアルキル化されたポリス
ルホン系重合体を含有する溶液から流延、加熱処理され
た膜厚100μm以下の膜の、スルホン化された陽イオ
ン交換膜であることを特徴とする特許請求の範囲(1)
又は(2)の陽イオン交換体。
(3) The cation exchanger is a sulfonated cation exchange membrane having a thickness of 100 μm or less that is cast from a solution containing a haloalkylated polysulfone polymer and heat treated. Claims (1)
Or the cation exchanger of (2).
(4)ハロアルキル基がクロロメチル基(−CH_2C
l)であることを特徴とする特許請求の範囲(1)〜(
3)のいずれかの陽イオン交換体。
(4) Haloalkyl group is chloromethyl group (-CH_2C
Claims (1) to (l) characterized in that:
3) any of the cation exchangers.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001250567A (en) * 1999-12-27 2001-09-14 Sumitomo Chem Co Ltd Polymer electrolyte and manufacturing method therefor
JP2002100384A (en) * 2000-09-22 2002-04-05 Asahi Kasei Corp Fuel cell and water vapor permeable membrane used therein
US7649025B2 (en) 2002-10-17 2010-01-19 Toyo Boseki Kabushiki Kaisha Composite ion-exchange membrane

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