JPH08269217A - Bipolar membrane - Google Patents

Bipolar membrane

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JPH08269217A
JPH08269217A JP7506295A JP7506295A JPH08269217A JP H08269217 A JPH08269217 A JP H08269217A JP 7506295 A JP7506295 A JP 7506295A JP 7506295 A JP7506295 A JP 7506295A JP H08269217 A JPH08269217 A JP H08269217A
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晃一 山村
Tsuyoshi Murakami
強 村上
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Abstract

PURPOSE: To obtain a bipolar membrane possessing good mechanical strengths and showing a low water dissociation voltage and a high current efficiency at a high current density. CONSTITUTION: This bipolar membrane consists of at least two layers, wherein the first layer contains fine metal oxide particles and contains ion exchange groups entirely consisting of anion exchange groups, the fine metal oxide particles have a specific surface area of 5-250m<2> /g and a mean particle diameter of 0.5-10μm, the anion exchange capacity of the matrix polymer constituting the first layer is 2-4.5meq/g resin, and the second layer is made of a polymer having cation exchange groups.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、水を分解して水素イオ
ンと水酸イオンを生成し、中性塩から酸或は塩基を製造
するために用いられるバイポーラ膜に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a bipolar membrane used for decomposing water to produce hydrogen ions and hydroxide ions and producing an acid or a base from a neutral salt.

【0002】[0002]

【従来の技術】バイポーラ膜に関する提案は、V.J.
Frillete(J.Phys.Chem.60,4
35(1956))の報告以来、過去30年以上にわた
って数多くなされている。例えば、アニオン交換膜とカ
チオン交換膜をイオン交換性接着材で接合したもの(特
公昭34−3961号公報)、アニオン交換膜とカチオ
ン交換膜を微粉の強塩基性のアニオン交換樹脂、あるい
は強酸性のカチオン交換樹脂と熱可塑性樹脂のペースト
性混合物を塗布し、圧着させたもの(特公昭35−14
531号公報)、カチオン交換膜に部分重合したビニル
ピリジンとエポキシ樹脂との混合物を塗布し、その硬化
中に放射線照射をおこなったもの(特公昭38−166
38号公報)等がある。しかし、これらのバイポーラ膜
は、低い電流密度でありながら、膜の水解離の電圧が高
いという欠陥がある。
2. Description of the Related Art Proposals concerning bipolar films are described in V. J.
Frilete (J. Phys. Chem. 60, 4
35 (1956)), it has been done a lot over the past 30 years. For example, one in which an anion exchange membrane and a cation exchange membrane are joined with an ion exchange adhesive (Japanese Patent Publication No. 34-3961), an anion exchange membrane and a cation exchange membrane are fine powder of a strongly basic anion exchange resin, or a strong acidity. Of the paste-type mixture of the cation exchange resin and the thermoplastic resin, and press-bonded (Japanese Patent Publication No. 35-14).
No. 531), a mixture of a partially polymerized vinyl pyridine and an epoxy resin was applied to a cation exchange membrane, and irradiation was performed during curing (Japanese Patent Publication No. 38-166).
No. 38) and the like. However, these bipolar membranes have a defect that the water dissociation voltage of the membrane is high even though the current density is low.

【0003】また、単一シートの片側からアニオン透過
性もしくは、カチオン透過性を付与し、もう片側から、
その反対電荷のイオン透過性を付与したバイポーラ膜
(特公昭60−31860号公報)、イオン交換基導入
に適した官能基を有する高分子膜状物を被覆フィルムで
覆い、一体物をスルホン化処理したのち、被覆フィルム
を剥離した後に、その剥離した面にアニオン交換基を導
入したバイポーラ膜の製造方法(特公平1−14251
号公報)等の提案がある。しかし、これらは、交換基導
入時の反応制御が難しく、工業規模の大きな膜の製造が
困難であったり、高い電流効率を得られないことがあ
り、工業的に有用なものとなっていない。
Further, one side of a single sheet is provided with anion permeability or cation permeability, and from the other side,
A bipolar membrane (Japanese Patent Publication No. Sho 60-31860) having ion permeability of the opposite charge, a polymer membrane having a functional group suitable for introducing an ion exchange group is covered with a coating film, and the integral body is subjected to sulfonation treatment. After that, after peeling off the coating film, a method for producing a bipolar membrane in which an anion-exchange group is introduced on the peeled surface (Japanese Patent Publication No. 14251/1989).
No. gazette). However, these are not industrially useful because it is difficult to control the reaction at the time of introducing an exchange group, it may be difficult to produce a membrane on a large industrial scale, and high current efficiency may not be obtained.

【0004】一方、バイポーラ膜製造に有用なラミネー
ト構造体で、マトリックスポリマーとその中に分散した
イオン交換樹脂が反対の電荷をもつ界面層(中間層)か
らなるバイポーラ膜(特開昭60−210638号公
報)があるが、膜の水解離の電圧は、比較的低いが未だ
十分なものとは言えない。さらに、四級アミン基及び非
四級アミン基を含有するマトリックスポリマー中に微細
なカチオン交換樹脂粒子を分散して含む界面層(中間
層)からなるバイポーラ膜(特公表平1−502673
号公報、米国特許4766161号明細書)などがあ
る。これは、低い水解離電圧電を示すが、非常に微細な
イオン交換樹脂を用いることや、アニオン層形成時のゲ
ル化と乾燥行程の制御が難しく製造が容易でない。更に
膜をポリマーを溶媒に溶解し、流延、乾燥して得るた
め、塊状重合して得たものにくらべ、製造上難しく機械
的強度もが劣る等の欠点があった。
On the other hand, a laminated structure useful for the production of a bipolar film, which is a bipolar film comprising an interface layer (intermediate layer) in which a matrix polymer and an ion-exchange resin dispersed therein have opposite charges (Japanese Patent Laid-Open No. 60-210638). However, the voltage of water dissociation of the membrane is relatively low, but it is still not sufficient. Furthermore, a bipolar membrane comprising an interface layer (intermediate layer) containing fine cation exchange resin particles dispersed in a matrix polymer containing a quaternary amine group and a non-quaternary amine group (Japanese Patent Publication No. 1-502673).
Gazette and U.S. Pat. No. 4,766,161). This shows a low water dissociation voltage, but it is difficult to use a very fine ion exchange resin, and it is difficult to control the gelation and drying process during the formation of the anion layer, and the production is not easy. Further, since the polymer is obtained by dissolving the polymer in a solvent, casting and drying, it has drawbacks such as difficulty in production and poor mechanical strength as compared with the one obtained by bulk polymerization.

【0005】さらに、バイポーラ膜の高い電気抵抗を下
げる目的で、無機物を利用したものがある。アニオン交
換膜、もしくは、カチオン交換膜を酸化状態の陽イオン
水溶液に浸漬し、アルカリ性水溶液で処理後二枚の膜を
加温加圧して接合したバイポーラ膜(特公表平3−50
5894号公報)、重金属イオンを膜内に存在させたア
ニオン交換膜の表面にカチオン交換基のポリマーの皮膜
を形成したバイポーラ膜(特開平4−63292号公
報)、カチオン交換膜に鉄を含浸した後アニオン交換樹
脂を表面にコーティングしたもの(特開平4−2285
91号公報)等がある。これらの無機物を利用した膜
は、アニオン交換膜とカチオン交換膜との接合体構造で
中間層構造を持たず、無機物を導入した効果は有るもの
の、バイポーラ膜の水解離電圧は、十分に低いものが得
られないという欠点があった。
Further, there is one using an inorganic material for the purpose of lowering the high electric resistance of the bipolar film. A bipolar membrane in which an anion exchange membrane or a cation exchange membrane is immersed in a cation aqueous solution in an oxidized state, treated with an alkaline aqueous solution, and then heated and pressurized to join the two membranes (Japanese Patent Publication No. 3-50).
5894), a bipolar membrane in which a polymer film of a cation exchange group is formed on the surface of an anion exchange membrane in which heavy metal ions are present in the membrane (JP-A-4-63292), and the cation exchange membrane is impregnated with iron. A material having a surface coated with a post-anion exchange resin (Japanese Patent Laid-Open No. 4-2285).
No. 91). Membranes utilizing these inorganic substances have a structure of an anion exchange membrane and a cation exchange membrane and do not have an intermediate layer structure, and although the effect of introducing inorganic substances is obtained, the water dissociation voltage of the bipolar membrane is sufficiently low. There was a drawback that you could not get.

【0006】また、無機イオン交換体をアニオン交換膜
とカチオン交換膜の界面に存在させたもの(特開平6−
172557号公報、特開平6−172558号公報、
特開平6−263896号公報、欧州特許EP0600
470号公報)がある。このような無機イオン交換体を
用いたものは、前述の酸化状態の陽イオン水溶液に浸漬
しアルカリ性水溶液で処理したものより安定なものの、
使用している公知の無機イオン交換体自身が強酸、強ア
ルカリ性の条件下では溶解しやすく、バイポーラ膜の透
析性能の安定性に欠ける問題があった。
Further, an inorganic ion exchanger is allowed to exist at the interface between an anion exchange membrane and a cation exchange membrane (Japanese Patent Laid-Open No. 6-
172557, JP-A-6-172558,
JP-A-6-263896, European Patent EP0600
470). The one using such an inorganic ion exchanger is more stable than the one treated with the alkaline aqueous solution by immersing it in the cation aqueous solution in the above-mentioned oxidation state,
There is a problem that the known inorganic ion exchanger itself used is easily dissolved under the condition of strong acid and strong alkaline, and the dialysis performance of the bipolar membrane is insufficient.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、良好な機械
的強度、高電流密度での低水解離電圧、高電流効率を示
すバイポーラ膜を提供するものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a bipolar membrane having good mechanical strength, low water dissociation voltage at high current density, and high current efficiency.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、少
なくとも二層からなるバイポーラ膜において、第一層
が、金属酸化物の微粒子を含みかつ、イオン交換基とし
てアニオン交換基のみを有し、該金属酸酸化物の微粒子
が、(1)比表面積が5m2/g〜250m2/g、
(2)平均粒子径が0.5μm〜10μmであり、第一
層を構成するマトリックスポリマーのアニオン交換容量
が、樹脂の単位重量あたり2meq/g〜4.5meq
/gであって、且つ第二層がカチオン交換基を有するポ
リマーからなることを特徴とするバイポーラ膜である。
金属酸化物の微粒子は、チタン、ジルコニウム、ハフニ
ウム等のIVA族から選ばれた少なくとも一種の酸化物
を含む微粒子であることが好ましい。
That is, according to the present invention, in a bipolar film having at least two layers, the first layer contains fine particles of a metal oxide and has only an anion exchange group as an ion exchange group, particles of the metal oxide oxide, (1) a specific surface area of 5m 2 / g~250m 2 / g,
(2) The average particle diameter is 0.5 μm to 10 μm, and the anion exchange capacity of the matrix polymer forming the first layer is 2 meq / g to 4.5 meq per unit weight of the resin.
/ G, and the second layer is made of a polymer having a cation exchange group.
The fine particles of the metal oxide are preferably fine particles containing at least one oxide selected from the IVA group such as titanium, zirconium and hafnium.

【0009】本発明の効果は、明らかではないが、アニ
オン交換基のみを有するマトリックスポリマー内に、金
属酸化物の微粒子を含む第一層を有することで、水解離
の場がこの層内で形成されるからであると考えられる。
ここでいう、第一層とは、図1における1に示すよう
に、イオン交換樹脂でコートされていない金属酸化物の
微粒子3がマトリックスポリマー4中に分散して存在し
ている層のことであり、カチオン交換樹脂層と密着して
配置されるものである。また、図2に示すように、アニ
オン交換樹脂層とカチオン交換樹脂層の両方の間にあっ
て、この両方に接していてもよい。第二層とは、図1の
2に示すようにカチオン交換樹脂層である。第三層と
は、図2の5に示される層であって、第一層のマトリッ
クスポリマーと同一の電荷を持つアニオン交換樹脂層の
ことである。また図1、図2に示すようなバイポーラ膜
の厚みとしては、1μm〜1mmである。
Although the effect of the present invention is not clear, by having a first layer containing fine particles of a metal oxide in a matrix polymer having only anion exchange groups, a water dissociation field is formed in this layer. It is thought to be because it is done.
Here, the first layer is a layer in which fine particles 3 of a metal oxide not coated with an ion exchange resin are dispersed and present in a matrix polymer 4 as shown by 1 in FIG. It is arranged in close contact with the cation exchange resin layer. Further, as shown in FIG. 2, it may be between both the anion exchange resin layer and the cation exchange resin layer and may be in contact with both of them. The second layer is a cation exchange resin layer as shown by 2 in FIG. The third layer is the layer shown by 5 in FIG. 2 and is an anion exchange resin layer having the same charge as the matrix polymer of the first layer. The thickness of the bipolar film as shown in FIGS. 1 and 2 is 1 μm to 1 mm.

【0010】本発明でいう金属酸化物としては、例え
ば、金属塩や金属水酸化物等の焼成などの熱処理による
耐酸、耐アルカリ性のもので、具体例として酸化チタ
ン、酸化ジルコニウム等のIVA族の金属酸化物が好ま
しいものとして挙げられる。焼結した酸化物は強度的に
も、薬品耐性にも有利であり、好ましい。なお、これら
の酸化物を二種以上含有してもよく、さらには、他の成
分元素を含んでもよい。本発明でいう金属酸化物は、イ
オン交換特性を持つ含水酸化物や酸性塩型等の無機イオ
ン交換体とは異なる。含水酸化物や酸性塩型の無機イオ
ン交換体は、強酸、強アルカリの条件下で安定でなく、
バイポーラ膜の透析性能の安定性に欠けるので好ましく
ない。
The metal oxide as referred to in the present invention is, for example, a metal salt, a metal hydroxide or the like which is acid and alkali resistant by heat treatment such as firing, and specific examples thereof include those of group IVA such as titanium oxide and zirconium oxide. Metal oxides are preferred. Sintered oxides are preferable because they are advantageous in terms of strength and chemical resistance. In addition, two or more kinds of these oxides may be contained, and further, other component elements may be contained. The metal oxide as referred to in the present invention is different from a hydrous oxide or an acidic salt type inorganic ion exchanger having ion exchange characteristics. Hydrous oxide and acidic salt type inorganic ion exchangers are not stable under the conditions of strong acid and strong alkali,
It is not preferable because the dialysis performance of the bipolar membrane is lacking in stability.

【0011】本発明でいう金属酸化物の微粒子の形状
は、一次粒子径が小さく比表面積を大きものが有効であ
る。一次粒子径は0.02μm〜0.5μmであり、こ
れらの微粒子は、通常凝集して、一次粒子径に比較し、
より大きな平均粒子径を有する凝集粒子となる。ハンド
リング時の凝集粒子の平均粒子径は、0.5μm〜10
μmの微粒子が好ましい。平均粒子径はあまりに大きす
ぎると第一層を形成する際、均一なものが得られにくい
上、水解離の電圧が高くなる傾向がある。小さすぎると
ハンドリングが非常に煩雑となり、工業規模での適用に
問題が生じる。本発明でいうマトリックスポリマーと
は、第一層を形成するアニオン交換樹脂を含むポリマー
であり、連続につながった均一な構造を持つものであ
る。本発明は、マトリックスポリマー中に分散された上
記の金属酸化物の微粒子よりなる第一層の構造によって
水解離が効率のよいなることと、第一層自体が単独でも
マトリックスポリマーが有するアニオン交換基によって
アニオン層としても作用するという、新規な構造を有す
るバイポーラ膜となる。
The shape of the metal oxide fine particles in the present invention is preferably such that the primary particle size is small and the specific surface area is large. The primary particle diameter is 0.02 μm to 0.5 μm, and these fine particles are usually agglomerated and compared with the primary particle diameter,
The aggregated particles have a larger average particle size. The average particle size of the agglomerated particles during handling is 0.5 μm to 10 μm.
Fine particles of μm are preferred. If the average particle size is too large, it is difficult to obtain a uniform particle when forming the first layer, and the voltage of water dissociation tends to increase. If it is too small, the handling becomes very complicated and there is a problem in application on an industrial scale. The matrix polymer referred to in the present invention is a polymer containing an anion exchange resin forming the first layer, and has a continuous and uniform structure. The present invention provides that water dissociation becomes efficient due to the structure of the first layer composed of the fine particles of the above-mentioned metal oxide dispersed in the matrix polymer, and that the first layer itself has an anion exchange group contained in the matrix polymer. Thereby becomes a bipolar film having a novel structure that also acts as an anion layer.

【0012】本発明で言うバイポーラ膜の第一層での水
の解離は、第一層内部の金属酸化物の微粒子表面、マト
リックスポリマー中のアニオン交換樹脂表面、これらの
界面、あるいは第二層のカチオン層と第一層のアニオン
交換樹脂の部分の接合界面であるかは明確ではない。し
かし、金属酸化物の微粒子の表面とこれを取り巻くマト
リックスポリマーのアニオン交換基との距離、位置関
係、交換基密度、固定電荷に水和する水分子などに、水
解離の性能が影響されると考えられ、第一層の内部構造
の設計が極めて重要である。
The dissociation of water in the first layer of the bipolar membrane referred to in the present invention is caused by the surface of the metal oxide fine particles in the first layer, the surface of the anion exchange resin in the matrix polymer, their interface, or the second layer. It is not clear whether this is the bonding interface between the cation layer and the anion exchange resin portion of the first layer. However, when the water dissociation performance is affected by the distance between the surface of the metal oxide particles and the anion-exchange groups of the matrix polymer surrounding them, the positional relationship, the density of the exchange groups, and the water molecules that hydrate to a fixed charge. Considered, the design of the internal structure of the first layer is extremely important.

【0013】金属酸化物の微粒子がマトリックスポリマ
ー中に分散されており、一種のモザイク構造になってお
り、解離した水素イオンと水酸イオンが再結合せずに、
それぞれ、カチオン層とアニオン層に到達できるように
なっていること等である。本発明のような構造を持つバ
イポーラ膜の透析電圧は、主に、水解離の場である第一
層の構造によって決まり、金属酸化物の微粒子の種類、
形態、および、この金属酸化物の微粒子のマトリックス
ポリマー中での分散構造に影響されると考えられる。
The metal oxide fine particles are dispersed in the matrix polymer to form a kind of mosaic structure, and the dissociated hydrogen ions and hydroxide ions do not recombine,
It is possible to reach the cation layer and the anion layer, respectively. The dialysis voltage of the bipolar membrane having the structure as in the present invention is mainly determined by the structure of the first layer, which is the field of water dissociation, and the type of metal oxide fine particles,
It is considered to be influenced by the morphology and the dispersion structure of the fine particles of the metal oxide in the matrix polymer.

【0014】更に、本発明においては、第一層単独では
マトリックスポリマーが有するアニオン交換基のイオン
選択透過性を示し、アニオン層の役割を果たせることを
見いだしている。このため第一層に、第二層であるカチ
オン層を接合するだけでバイポーラ膜を形成できること
になる。金属酸化物の微粒子の単位重量あたりの表面積
(比表面積)は、大きい方が好まく、5m2/g以上で
あれば水解離の電圧を低くできるので好ましい。しか
し、強度や構造的な制約上、その比表面積は決まってく
るのでこの面からの制限がある。また、細孔構造を有す
るものを用いることができるが、金属酸化物表面とマト
リックスポリマ−との接触界面が十分に確保できる必要
性があり、平均細孔径としては、マトリクスポリマーが
細孔内に入ることのできる大きさが必要である。通常、
5nm以上の平均細孔径を有するものが好んで用いられ
る。
Furthermore, in the present invention, it has been found that the first layer alone exhibits the ion selective permeability of the anion-exchange group possessed by the matrix polymer, and can play the role of the anion layer. Therefore, the bipolar film can be formed only by joining the cation layer, which is the second layer, to the first layer. The surface area (specific surface area) per unit weight of the metal oxide fine particles is preferably large, and is preferably 5 m 2 / g or more because the water dissociation voltage can be lowered. However, because of its strength and structural restrictions, its specific surface area is fixed, so there is a limit in this respect. Further, those having a pore structure can be used, but it is necessary to ensure a sufficient contact interface between the surface of the metal oxide and the matrix polymer, and as the average pore diameter, the matrix polymer is in the pores. It must be large enough to fit in. Normal,
Those having an average pore diameter of 5 nm or more are preferably used.

【0015】以上のことから、比表面積の最大値は、2
50m2/gとなる。このような金属酸化物の微粒子
は、市販されており、容易に入手できる。金属酸化物の
微粒子は、ある好ましい範囲の比表面積、平均粒子径を
有することにより低い水解離電圧で酸と塩基とを分離す
ることができる。この金属酸化物の微粒子を、比表面積
や平均粒子径の異なっている単なる金属酸化物と置き換
えたとしても、本発明のような低い水解離の電圧は到底
達成できない。
From the above, the maximum value of the specific surface area is 2
It becomes 50 m 2 / g. Such metal oxide fine particles are commercially available and can be easily obtained. The fine particles of the metal oxide have a specific surface area and an average particle diameter within a certain preferred range, so that the acid and the base can be separated with a low water dissociation voltage. Even if the metal oxide fine particles are replaced with simple metal oxides having different specific surface areas and average particle diameters, the low water dissociation voltage as in the present invention cannot be achieved at all.

【0016】マトリックスポリマーとしては、四級化ポ
リビニルピリジン、四級化ポリビニルイミダゾール、四
級化ポリビニルベンジルクロリドおよびこれらとジビニ
ルベンゼンとの共重合体や含フッソ系アニオン交換樹脂
等を含むものである。マトリックスポリマーのイオン交
換容量としては、樹脂の単位重量あたり2.0meq/
g〜4.5meq/gが必要である。交換容量が低すぎ
ると水解電圧が高くなり好ましくない。逆に、交換容量
が高いほうが好ましいが、添加剤や共重合するモノマー
などによりその上限が制約される。
The matrix polymer includes quaternized polyvinyl pyridine, quaternized polyvinyl imidazole, quaternized polyvinyl benzyl chloride, a copolymer of these with divinyl benzene, and a fluorine-containing anion exchange resin. The ion exchange capacity of the matrix polymer is 2.0 meq / unit weight of resin.
g to 4.5 meq / g is required. If the exchange capacity is too low, the hydrolytic voltage becomes high, which is not preferable. On the contrary, it is preferable that the exchange capacity is high, but the upper limit is restricted by the additives and the monomers to be copolymerized.

【0017】第一層のマトリックスポリマーとしては、
膜の電気抵抗や寸法安定性や機械的強度の点から架橋構
造にすることが好ましい。この架橋構造は、三次元架橋
が好ましく、マトリックスポリマーを形成するモノマー
としてビニル基を二個以上持った架橋剤が好んで用いら
れる。ここでいう架橋剤としては、m−、p−、o−、
ジビニルベンゼン、ジビニルスルホン、ブタジエン、ク
ロロプレン、トリビニルベンゼン類、ジビニルナフタリ
ン、トリビニルナフタリン等のポリビニル化合物があげ
られる。また、その他の架橋剤として、ポリアミン架橋
も利用できる。アミン架橋剤として、ジアミンもしく
は、ポリアミンが使用できる。
As the matrix polymer of the first layer,
A crosslinked structure is preferred from the viewpoints of electric resistance, dimensional stability and mechanical strength of the film. The crosslinked structure is preferably three-dimensionally crosslinked, and a crosslinking agent having two or more vinyl groups as a monomer forming a matrix polymer is preferably used. Examples of the cross-linking agent here include m-, p-, o-,
Examples thereof include polyvinyl compounds such as divinylbenzene, divinylsulfone, butadiene, chloroprene, trivinylbenzenes, divinylnaphthalene and trivinylnaphthalene. In addition, polyamine crosslinking can be used as another crosslinking agent. Diamine or polyamine can be used as the amine crosslinking agent.

【0018】ここでいうポリアミン架橋剤としては、
N,N−ジメチルプロパンジアミン、N,N,N’,
N’−テトラメチルヘキサンジアミンなどである。ま
た、これらマトリックスポリマー中には、弾性アップ、
密着性アップや増粘等必要に応じて、可塑剤や線状高分
子などの付加物質を含有しても構わない。マトリックス
ポリマーの架橋の程度としては、ジビニルベンゼンなど
の架橋剤が他のモノマーに対して1部〜20部、好まし
くは、5部〜15部含まれることが好ましい。機械的強
度アップのために、架橋剤を加えることが好ましいが、
20部以上加えると、水解離電圧が高くなる等の不都合
が生じることがある。
The polyamine crosslinking agent referred to here is
N, N-dimethylpropanediamine, N, N, N ',
N'-tetramethylhexanediamine and the like. In addition, in these matrix polymers, elasticity increase,
An additional substance such as a plasticizer or a linear polymer may be contained as necessary for improving the adhesiveness or increasing the viscosity. Regarding the degree of crosslinking of the matrix polymer, it is preferable that a crosslinking agent such as divinylbenzene is contained in an amount of 1 part to 20 parts, preferably 5 parts to 15 parts, relative to the other monomers. To increase the mechanical strength, it is preferable to add a crosslinking agent,
Addition of 20 parts or more may cause inconvenience such as increase in water dissociation voltage.

【0019】また、金属酸化物の微粒子とマトリックス
ポリマーの重量組成比は、マトリックスポリマーの組成
比が小さくなると脆くなり、また、電気抵抗の悪化す
る。これの範囲は、1:1.5〜1:7が好ましい。金
属酸化物の微粒子が多すぎると第一層を形成する際、亀
裂や強度低下を引き起こすことがあり、少なすぎると水
解離の電圧が高くなる等の不都合が生じることがある。
この組成比は、金属酸化物の形態によって最適な範囲が
あり、上記範囲が好ましい。第二層であるカチオン層と
しては、ポリスチレンスルホン酸を含むカチオン交換樹
脂やパーフルオロスルホン酸樹脂を含むカチオン交換樹
脂などであり必要に応じてジビニルベンゼンなどによる
三次元架橋を含んでもよい。また、必要に応じて、可塑
剤や線状高分子などの付加物質を含有しても構わない。
機械的強度を高める為の補強布として、ポリ塩化ビニル
やポリプロピレンの織布を用いてもよい。その他、網、
布、微多孔膜などを補強材用いても良い。
Further, the weight composition ratio between the fine particles of the metal oxide and the matrix polymer becomes brittle when the composition ratio of the matrix polymer is small, and the electric resistance is deteriorated. The range of this is preferably 1: 1.5 to 1: 7. If the amount of the metal oxide fine particles is too large, cracks or strength reduction may occur when the first layer is formed, and if the amount is too small, disadvantages such as an increase in water dissociation voltage may occur.
This composition ratio has an optimum range depending on the form of the metal oxide, and the above range is preferable. The cation layer, which is the second layer, is a cation exchange resin containing polystyrene sulfonic acid, a cation exchange resin containing perfluorosulfonic acid resin, or the like, and may optionally include three-dimensional crosslinking with divinylbenzene or the like. Moreover, you may contain additional substances, such as a plasticizer and a linear polymer, as needed.
A woven fabric of polyvinyl chloride or polypropylene may be used as the reinforcing fabric for increasing the mechanical strength. Other, net,
A reinforcing material such as cloth or a microporous film may be used.

【0020】本発明のバイポーラ膜を製作方法として
は、金属酸化物の微粒子を分散したアニオン交換基を有
するマトリックスポリマーで第一層を形成し、第二層と
してカチオン交換樹脂層を形成する。接着は、カチオン
交換性接着材で、カチオン交換膜を接着あるいは加熱加
圧融着しても良い。また、カチオン交換基を含む樹脂を
溶媒に溶解し、第一層表面に塗布後乾燥して、接着して
もよい。また、第二層としては、三次元架橋したものを
用いることもできる。例えば、第一層上に、スチレンと
ジベニルベンゼンの混合モノマーを重合して硫酸等で交
換基を導入する方法や、第一層上に、アミン塩酸塩等で
疎水化したスルホン基を含有するスチレンスルホン酸モ
ノマーとジビニルベンゼンの混合モノマーを重合する方
法等が用いられる。
As the method for producing the bipolar membrane of the present invention, the first layer is formed of a matrix polymer having an anion exchange group in which fine particles of metal oxide are dispersed, and the cation exchange resin layer is formed as a second layer. For the adhesion, a cation-exchangeable adhesive may be used, and a cation-exchange membrane may be adhered or heat-pressure fused. Alternatively, a resin containing a cation exchange group may be dissolved in a solvent, coated on the surface of the first layer, dried and then adhered. Further, as the second layer, a three-dimensionally crosslinked one can be used. For example, a method of polymerizing a mixed monomer of styrene and dibenenylbenzene on the first layer and introducing an exchange group with sulfuric acid or the like, or a styrene sulfone containing a sulfone group hydrophobized with amine hydrochloride or the like on the first layer. A method of polymerizing a mixed monomer of an acid monomer and divinylbenzene is used.

【0021】本発明においては、電流効率の向上や化学
的耐久性の向上等を図るため必要に応じて第三層を形成
することもできる。この場合は、第一層の第二層とは反
対側に、アニオン交換樹脂層を密着させて形成する。し
たがって第三層のポリマーは、基本的には第一層と同じ
電荷を持つアニオン交換樹脂層である。第三層を形成方
法は、上記の第二層を形成と同様にキャスト法等の接着
法が用いられる。以上のように、本発明者等は鋭意検討
の結果次の三つの長所を持つバイポーラ膜を得るに至っ
た。即ち第一の特徴は、金属酸化物の微粒子が、ある範
囲の比表面積と平均粒子径を持ち、該金属酸化物の微粒
子を第一層に分散していることによって、高電流密度で
低水解離電圧を示すことである。
In the present invention, the third layer may be formed if necessary in order to improve the current efficiency and the chemical durability. In this case, an anion exchange resin layer is formed in close contact with the first layer opposite to the second layer. Therefore, the polymer of the third layer is basically an anion exchange resin layer having the same charge as the first layer. As the method for forming the third layer, an adhesive method such as a casting method is used as in the case of forming the second layer. As described above, the inventors of the present invention have earnestly studied and have obtained a bipolar film having the following three advantages. That is, the first characteristic is that the fine particles of the metal oxide have a specific surface area and an average particle diameter within a certain range, and the fine particles of the metal oxide are dispersed in the first layer, so that the high current density and low water To show the dissociation voltage.

【0022】本発明の第二の特徴は、第一層がマトリッ
クスポリマーがアニオン層として利用することができ、
第一層と第二層のみでもバイポーラ膜として高性能を発
揮できるので製造上非常に有利である。本発明の第三の
特徴は、低い水解離電圧に有効な水解離のための第一層
を第二層のカチオン交換樹脂層と別々に設計、製造でき
る為、その他の機能性付与が容易なことである。高い電
流効率を実現するため、必要に応じて、カチオン交換樹
脂層を三次元架橋構造のものやイオンクラスタ構造のも
のを用いてもよい。また、本発明のバイポーラ膜を構成
する各層には、機械的強度をよくする為に補強布を入れ
ることが容易である。
A second feature of the present invention is that the first layer allows the matrix polymer to be utilized as the anion layer,
Since only the first layer and the second layer can exhibit high performance as a bipolar film, it is very advantageous in manufacturing. The third feature of the present invention is that since the first layer for water dissociation effective for low water dissociation voltage can be designed and manufactured separately from the second cation exchange resin layer, it is easy to add other functionality. That is. In order to achieve high current efficiency, the cation exchange resin layer may have a three-dimensional crosslinked structure or an ion cluster structure, if necessary. Moreover, it is easy to put a reinforcing cloth in each layer constituting the bipolar film of the present invention in order to improve the mechanical strength.

【0023】以上述べたように、本発明は、第一層、第
二層、必要に応じて第三層を個々に設計、製作できるの
で、工業規模に用いられる大きなサイズのバイポーラ膜
製造も容易であるばかりでなく、個別の透析条件に合わ
せたバイポーラ膜を製作しやすい高性能なバイポーラ膜
である。
As described above, according to the present invention, the first layer, the second layer and, if necessary, the third layer can be individually designed and manufactured, so that it is easy to manufacture a large-sized bipolar film used on an industrial scale. Not only that, it is a high performance bipolar membrane that makes it easy to fabricate bipolar membranes according to individual dialysis conditions.

【0024】[0024]

【実施例】実施例のバイポーラ膜の性能は、以下のよう
に測定した。白金黒メッキを施した白金板を陽極と陰極
とし、陽極側にバイポーラ膜のアニオン交換樹脂を含む
層を向けて2室に仕切る。10%NaOH及び3.5%
HClを50ml、1室にそれぞれ入れて、電気透析を
1時間行う。この時、電流密度100mA/cm2にお
ける膜の水解離電圧を、ルギン管を用いて、比較電極に
接続した電圧記録計で読む。また、バイポーラ膜の水素
イオンおよび水酸イオンの生成効率は、酸塩基滴定で求
めた。透析面積は、8cm2である。
EXAMPLE The performance of the bipolar film of the example was measured as follows. A platinum plate plated with platinum black is used as an anode and a cathode, and the layer containing the anion exchange resin of the bipolar membrane is directed to the anode side to divide it into two chambers. 10% NaOH and 3.5%
50 ml of HCl is placed in each chamber and electrodialysis is performed for 1 hour. At this time, the water dissociation voltage of the membrane at a current density of 100 mA / cm 2 is read by a voltmeter connected to the reference electrode using a Luggin tube. The production efficiency of hydrogen ions and hydroxide ions of the bipolar film was determined by acid-base titration. The dialysis area is 8 cm 2 .

【0025】[0025]

【実施例1〜3】金属酸化物の微粒子は、市販品の三種
類の酸化ジルコニウム微粒子、BET吸着法で測定した
比表面積、各々10、17、107m2/gのものを用
いた。この金属酸化物の微粒子を用いて、アニオン交換
樹脂部を含むマトリックスポリマーの重量が金属酸化物
の微粒子の重量の1.5倍である第一層を次の手順に従
って得た。金属酸化物の微粒子66.7部をスチレン
6.13部、ジビニルベンゼン(純度56%)17.8
6部、ビニルベンジルクロライド45.78部、ポリ塩
化ビニル樹脂5部、ニトリルブタジエンゴム7.5部、
フタル酸ジメチル5部、および重合開始剤アゾビスイソ
ブチロニトリル0.2部と混合した。このモノマーと金
属酸化物の微粒子の混合液をポリ塩化ビニル織布に含浸
し、ポリエステルフィルムで覆って60℃で24時間塊
状重合し、膜状物を得た。得られた膜状物をアセトンを
含むトリメチルアミン水溶液で四級化し第一層を得た。
第一層の厚みは、90μmであった。次に第一層上の第
二層を形成する面をあらかじめサンドペーパーで研磨
し、分散した金属酸化物の微粒子を一部露出させた。
Examples 1 to 3 As the metal oxide fine particles, three kinds of commercially available zirconium oxide fine particles and those having a specific surface area measured by the BET adsorption method of 10, 17, 107 m 2 / g were used. Using the metal oxide fine particles, a first layer in which the weight of the matrix polymer containing the anion exchange resin part was 1.5 times the weight of the metal oxide fine particles was obtained according to the following procedure. 66.7 parts of fine particles of metal oxide, 6.13 parts of styrene, 17.8 of divinylbenzene (purity 56%) 17.8
6 parts, vinylbenzyl chloride 45.78 parts, polyvinyl chloride resin 5 parts, nitrile butadiene rubber 7.5 parts,
It was mixed with 5 parts of dimethyl phthalate and 0.2 parts of a polymerization initiator azobisisobutyronitrile. A polyvinyl chloride woven fabric was impregnated with a mixed liquid of the monomer and fine particles of a metal oxide, covered with a polyester film, and subjected to bulk polymerization at 60 ° C. for 24 hours to obtain a film. The obtained film-like material was quaternized with an aqueous trimethylamine solution containing acetone to obtain a first layer.
The thickness of the first layer was 90 μm. Next, the surface of the first layer on which the second layer is to be formed was previously polished with sandpaper to partially expose the fine particles of the dispersed metal oxide.

【0026】第一層上に第二層を形成するのは次の手順
で行った。スチレンを重合し非架橋のポリマーを得た。
このポリマーを濃硫酸にてスルホン化し、交換容量1.
5meq/gのイオン交換樹脂を得た。更にこのイオン
交換樹脂90部とニトリルブタジエンゴム10部とを、
ジメチルホルムアミドに溶解し約20wt%のイオン交
換樹脂を含む溶液を作成し、乾燥させた第一層上にキャ
ストした。キャスト後105℃〜110℃で10分間乾
燥させて第二層を形成させバイポーラ膜とした。第二層
の厚みは35μmであった。これらのバイポーラ膜を一
晩1.5Nの食塩水で平衡した後、100mA/cm2
の電流密度で透析を行いバイポーラ膜の電圧を測定し
た。結果を表1及び図3に示す。これらの電流効率はい
づれも95%を越えていた。
The second layer was formed on the first layer by the following procedure. Styrene was polymerized to obtain a non-crosslinked polymer.
The polymer was sulfonated with concentrated sulfuric acid to give an exchange capacity of 1.
5 meq / g of ion exchange resin was obtained. Furthermore, 90 parts of this ion exchange resin and 10 parts of nitrile butadiene rubber
A solution containing about 20 wt% ion-exchange resin dissolved in dimethylformamide was prepared and cast on the dried first layer. After casting, it was dried at 105 ° C. to 110 ° C. for 10 minutes to form a second layer to obtain a bipolar film. The thickness of the second layer was 35 μm. After equilibrating these bipolar membranes with 1.5 N saline overnight, 100 mA / cm 2
The voltage of the bipolar membrane was measured by performing dialysis at the current density of. The results are shown in Table 1 and FIG. Each of these current efficiencies exceeded 95%.

【0027】[0027]

【実施例4〜5】実施例2で用いた酸化ジルコニウム微
粒子を用いて、アニオン交換樹脂部を含むマトリックス
ポリマーの重量が酸化ジルコニウム微粒子の重量の2.
5倍及び3.5倍である第一層を次の手順に従って得
た。酸化ジルコニウム微粒子40部、及び28.6部を
スチレン6.13部、ジビニルベンゼン(純度56%)
17.86部、ビニルベンジルクロライド45.78
部、ポリ塩化ビニル樹脂5部、ニトリルブタジエンゴム
7.5部、フタル酸ジメチル5部、および重合開始剤ア
ゾビスイソブチロニトリル0.2部と混合した。このモ
ノマーと酸化ジルコニウム微粒子の混合液をポリ塩化ビ
ニル織布に含浸し、ポリエステルフィルムで覆って60
℃で24時間塊状重合し、膜状物を得た。得られた膜状
物をアセトンを含むトリメチルアミン水溶液で四級化し
第一層を得た。さらに、実施例1〜3と全く同一の方法
で第二層を形成しバイポーラ膜とした。酸化ジルコニウ
ム微粒子とマトリックスポリマーの重量比の異なる第一
層を有するバイポーラ膜を得た。これらのバイポーラ膜
を一晩1.5Nの食塩水で平衡にした後、100mA/
cm2の電流密度で透析を行いバイポーラ膜の電圧を測
定した。透析性能の結果を表1及び図3に示す。これら
の電流効率はいづれも95%を越えていた。
Examples 4 to 5 Using the zirconium oxide fine particles used in Example 2, the weight of the matrix polymer containing the anion exchange resin part is 2.
The first layer, which is 5x and 3.5x, was obtained according to the following procedure. 40 parts of zirconium oxide fine particles and 28.6 parts of styrene 6.13 parts of divinylbenzene (purity 56%)
17.86 parts, vinylbenzyl chloride 45.78
Parts, 5 parts of polyvinyl chloride resin, 7.5 parts of nitrile butadiene rubber, 5 parts of dimethyl phthalate, and 0.2 parts of the polymerization initiator azobisisobutyronitrile. A polyvinyl chloride woven fabric is impregnated with a mixed liquid of this monomer and fine particles of zirconium oxide and covered with a polyester film.
Bulk polymerization was carried out at 24 ° C. for 24 hours to obtain a film. The obtained film-like material was quaternized with an aqueous trimethylamine solution containing acetone to obtain a first layer. Further, a second layer was formed in the same manner as in Examples 1 to 3 to form a bipolar film. A bipolar film having a first layer with different weight ratios of zirconium oxide fine particles and matrix polymer was obtained. After equilibrating these bipolar membranes with 1.5 N saline overnight, 100 mA /
Dialysis was performed at a current density of cm 2 , and the voltage of the bipolar membrane was measured. The results of dialysis performance are shown in Table 1 and FIG. Each of these current efficiencies exceeded 95%.

【0028】[0028]

【比較例1】実施例1〜3より小さい比表面積3m2
gの酸化ジルコニウムの微粒子を用いて以下のように第
一層を作成した。アニオン交換樹脂部を含むマトリック
スポリマーの重量が酸化ジルコニウムの微粒子の重量の
2.5倍である第一層を次の手順に従って得た。酸化ジ
ルコニウムの微粒子40部をスチレン6.13部、ジビ
ニルベンゼン(純度56%)17.86部、ビニルベン
ジルクロライド45.78部、ポリ塩化ビニル樹脂5
部、ニトリルブタジエンゴム7.5部、フタル酸ジメチ
ル5部、および重合開始剤アゾビスイソブチロニトリル
0.2部と混合した。このモノマーと金属酸化物の微粒
子の混合液をポリ塩化ビニル織布に含浸し、ポリエステ
ルフィルムで覆って60℃で24時間塊状重合し、膜状
物を得た。得られた膜状物をアセトンを含むトリメチル
アミン水溶液で四級化し第一層を得た。さらに、実施例
1〜3と全く同一の方法で第二層を形成しバイポーラ膜
とした。透析性能の結果を表1及び図3に示す。このバ
イポーラ膜の電流効率は95%を越えていた。
Comparative Example 1 Specific surface area smaller than Examples 1 to 3 3 m 2 /
A first layer was prepared as follows using g of fine particles of zirconium oxide. A first layer was obtained in which the weight of the matrix polymer containing the anion exchange resin part was 2.5 times the weight of the fine particles of zirconium oxide according to the following procedure. 40 parts of fine particles of zirconium oxide, 6.13 parts of styrene, 17.86 parts of divinylbenzene (purity 56%), 45.78 parts of vinylbenzyl chloride, polyvinyl chloride resin 5
Parts, 7.5 parts of nitrile-butadiene rubber, 5 parts of dimethyl phthalate, and 0.2 parts of the polymerization initiator azobisisobutyronitrile. A polyvinyl chloride woven fabric was impregnated with a mixed liquid of the monomer and fine particles of a metal oxide, covered with a polyester film, and subjected to bulk polymerization at 60 ° C. for 24 hours to obtain a film. The obtained film-like material was quaternized with an aqueous trimethylamine solution containing acetone to obtain a first layer. Further, a second layer was formed in the same manner as in Examples 1 to 3 to form a bipolar film. The results of dialysis performance are shown in Table 1 and FIG. The current efficiency of this bipolar film exceeded 95%.

【0029】[0029]

【実施例6】実施例2と同一の酸化ジルコニウムの微粒
子を用い、マトリックスポリマーのイオン交換容量がC
l型で2meq/gである第一層をもつバイポーラ膜を
以下の手順で作成した。酸化ジルコニウムの微粒子6
6.7部をスチレン27.30部、ジビニルベンゼン
(純度56%)17.86部、ビニルベンジルクロライ
ド30.52部、ポリ塩化ビニル樹脂5部、ニトリルブ
タジエンゴム7.5部、フタル酸ジメチル5部、および
重合開始剤アゾビスイソブチロニトリル0.2部と混合
した。このモノマーと金属酸化物の微粒子の混合液をポ
リ塩化ビニル織布に含浸し、ポリエステルフィルムで覆
って60℃で24時間塊状重合し、膜状物を得た。得ら
れた膜状物をアセトンを含むトリメチルアミン水溶液で
四級化し第一層を得た。バイポーラ膜作成は、実施例2
と同一である。透析性能の結果を表1及び図3に示す。
これらの電流効率は95%を越えていた。
Example 6 The same fine particles of zirconium oxide as in Example 2 were used, and the ion exchange capacity of the matrix polymer was C.
A bipolar film having a first layer of 1 type and 2 meq / g was prepared by the following procedure. Fine particles of zirconium oxide 6
6.7 parts of styrene 27.30 parts, divinylbenzene (purity 56%) 17.86 parts, vinylbenzyl chloride 30.52 parts, polyvinyl chloride resin 5 parts, nitrile butadiene rubber 7.5 parts, dimethyl phthalate 5 Parts and 0.2 parts of the polymerization initiator azobisisobutyronitrile. A polyvinyl chloride woven fabric was impregnated with a mixed liquid of the monomer and fine particles of a metal oxide, covered with a polyester film, and subjected to bulk polymerization at 60 ° C. for 24 hours to obtain a film. The obtained film-like material was quaternized with an aqueous trimethylamine solution containing acetone to obtain a first layer. Example 2 was used to prepare the bipolar film.
Is the same as The results of dialysis performance are shown in Table 1 and FIG.
These current efficiencies were over 95%.

【0030】[0030]

【比較例2】実施例2と同一の酸化ジルコニウムの微粒
子を用い、マトリックスポリマーのイオン交換容量がC
l型で1meq/gである第一層をもつバイポーラ膜を
以下の手順で作成した。酸化ジルコニウムの微粒子6
6.7部をスチレン48.47部、ジビニルベンゼン
(純度56%)17.86部、ビニルベンジルクロライ
ド15.26部、ポリ塩化ビニル樹脂5部、ニトリルブ
タジエンゴム7.5部、フタル酸ジメチル5部、および
重合開始剤アゾビスイソブチロニトリル0.2部と混合
した。このモノマーと酸化ジルコニウムの微粒子の混合
液をポリ塩化ビニル織布に含浸し、ポリエステルフィル
ムで覆って60℃で24時間塊状重合し、膜状物を得
た。得られた膜状物をアセトンを含むトリメチルアミン
水溶液で四級化し第一層を得た。バイポーラ膜作成は、
実施例2と同一である。透析性能の結果を表1及び図3
に示す。この膜の電流効率は95%を越えていた。
Comparative Example 2 The same fine particles of zirconium oxide as in Example 2 were used, and the ion exchange capacity of the matrix polymer was C.
A bipolar film having a first layer of 1 type and 1 meq / g was prepared by the following procedure. Fine particles of zirconium oxide 6
6.7 parts styrene 48.47 parts, divinylbenzene (purity 56%) 17.86 parts, vinylbenzyl chloride 15.26 parts, polyvinyl chloride resin 5 parts, nitrile butadiene rubber 7.5 parts, dimethyl phthalate 5 Parts and 0.2 parts of the polymerization initiator azobisisobutyronitrile. A polyvinyl chloride woven fabric was impregnated with a mixed liquid of the monomer and fine particles of zirconium oxide, covered with a polyester film, and subjected to bulk polymerization at 60 ° C. for 24 hours to obtain a film-shaped product. The obtained film-like material was quaternized with an aqueous trimethylamine solution containing acetone to obtain a first layer. Bipolar film making,
This is the same as the second embodiment. The results of dialysis performance are shown in Table 1 and FIG.
Shown in The current efficiency of this membrane was over 95%.

【0031】[0031]

【実施例7〜8】金属酸化物の微粒子として、市販品の
酸化チタンの微粒子(比表面積43及び6m2/g)を
用いた。アニオン交換樹脂部を含むマトリックスポリマ
ーの重量が酸化チタンの微粒子の重量の4.7倍及び
1.5倍である第一層を次の手順に従って得た。酸化チ
タンの微粒子21.3部及び66.7部をスチレン6.
13部、ジビニルベンゼン(純度56%)17.86
部、ビニルベンジルクロライド45.78部、ポリ塩化
ビニル樹脂5部、ニトリルブタジエンゴム7.5部、フ
タル酸ジメチル5部、および重合開始剤アゾビスイソブ
チロニトリル0.2部と混合した。このモノマーと酸化
チタンの微粒子の混合液をポリ塩化ビニル織布に含浸
し、ポリエステルフィルムで覆って60℃で24時間塊
状重合し、膜状物を得た。得られた膜状物をアセトンを
含むトリメチルアミン水溶液で四級化し第一層を得た。
第二層の形成は、実施例1〜3と全く同一の方法で行
い、バイポーラ膜を得た。実施例1〜3と全く同一の透
析評価行い、結果を表1に示す。また、この膜の電流効
率は95%を越えていた。
Examples 7 to 8 Commercially available titanium oxide fine particles (specific surface area 43 and 6 m 2 / g) were used as the metal oxide fine particles. A first layer in which the weight of the matrix polymer containing the anion exchange resin part was 4.7 times and 1.5 times the weight of the fine particles of titanium oxide was obtained according to the following procedure. 21.3 parts and 66.7 parts of fine particles of titanium oxide were added to styrene 6.
13 parts, divinylbenzene (purity 56%) 17.86
Parts, vinylbenzyl chloride 45.78 parts, polyvinyl chloride resin 5 parts, nitrile butadiene rubber 7.5 parts, dimethyl phthalate 5 parts, and a polymerization initiator azobisisobutyronitrile 0.2 part. A polyvinyl chloride woven fabric was impregnated with a mixed liquid of the monomer and fine particles of titanium oxide, covered with a polyester film, and subjected to bulk polymerization at 60 ° C. for 24 hours to obtain a film. The obtained film-like material was quaternized with an aqueous trimethylamine solution containing acetone to obtain a first layer.
The second layer was formed by the same method as in Examples 1 to 3 to obtain a bipolar film. The same dialysis evaluation as in Examples 1 to 3 was performed, and the results are shown in Table 1. The current efficiency of this film exceeded 95%.

【0032】[0032]

【表1】 [Table 1]

【0033】[0033]

【発明の効果】本発明のバイポーラは、新規な構造の第
一層を特徴とし、しかも、この第一層を第二層であるカ
チオン交換樹脂層と個々に設計できるため、高電流密度
で低い水解離電圧を示すと同時に高い電流効率を得られ
る。また、膜の機械的強度アップの為の第一層、アニオ
ン交換樹脂層やカチオン交換樹脂層への補強布の導入な
どが容易であり、また、最適な樹脂の選択、その他の機
能性付与が膜の透析性能にほとんど影響を与えずに実現
できる。更に、工業規模の膜を容易に製造できるという
優れた利点がある。
EFFECTS OF THE INVENTION The bipolar transistor of the present invention is characterized by a first layer having a novel structure, and since this first layer can be individually designed with a cation exchange resin layer as a second layer, it has a low current density and a low current density. High current efficiency can be obtained at the same time as showing water dissociation voltage. In addition, it is easy to introduce a reinforcing cloth into the first layer, anion exchange resin layer or cation exchange resin layer for increasing the mechanical strength of the membrane, and it is also possible to select the optimum resin and add other functionality. It can be realized with almost no influence on the dialysis performance of the membrane. Further, there is an excellent advantage that an industrial scale membrane can be easily manufactured.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の二層のバイポーラ膜の概略図の一例で
ある。
FIG. 1 is an example of a schematic view of a bilayer bipolar film of the present invention.

【図2】本発明の三層のバイポーラ膜の概略図の一例で
ある。
FIG. 2 is an example of a schematic diagram of a three-layer bipolar film of the present invention.

【図3】実施例及び比較例のに示されるバイポーラ膜に
用いた複合体粒子の比表面積と水解離電圧の関係を示す
図である。
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the specific surface area of the composite particles used in the bipolar membrane shown in Example and Comparative Example and the water dissociation voltage.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 第一層 2 第二層 3 金属酸化物の微粒子 4 マトリックスポリマー 5 第三層 1 First Layer 2 Second Layer 3 Metal Oxide Fine Particles 4 Matrix Polymer 5 Third Layer

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 少なくとも二層からなるバイポーラ膜に
おいて、第一層が、金属酸化物の微粒子を含みかつ、イ
オン交換基としてアニオン交換基のみを有し、該金属酸
酸化物の微粒子が、(1)比表面積が5m2/g〜25
0m2/g、(2)平均粒子径が0.5μm〜10μm
であり、第一層を構成するマトリックスポリマーのアニ
オン交換容量が、樹脂の単位重量あたり2meq/g〜
4.5meq/gであって、且つ第二層がカチオン交換
基を有するポリマーからなることを特徴とするバイポー
ラ膜。
1. In a bipolar film comprising at least two layers, the first layer contains metal oxide fine particles and has only an anion exchange group as an ion exchange group, and the metal oxide fine particles are 1) Specific surface area of 5 m 2 / g to 25
0 m 2 / g, (2) average particle size 0.5 μm to 10 μm
And the anion exchange capacity of the matrix polymer constituting the first layer is 2 meq / g per unit weight of the resin.
A bipolar membrane, which has a thickness of 4.5 meq / g and in which the second layer is made of a polymer having a cation exchange group.
【請求項2】 金属酸化物の微粒子が、チタン、ジルコ
ニウム、ハフニウム等のIVA族から選ばれた少なくと
も一種の酸化物を含む微粒子であることを特徴とする請
求項1記載のバイポーラ膜。
2. The bipolar film according to claim 1, wherein the fine particles of the metal oxide are fine particles containing at least one oxide selected from the group IVA such as titanium, zirconium and hafnium.
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JP2014144448A (en) * 2013-01-30 2014-08-14 Kobe Univ Method for producing separation membrane

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