JPH1087853A - Production of bipolar membrane - Google Patents

Production of bipolar membrane

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JPH1087853A
JPH1087853A JP24607096A JP24607096A JPH1087853A JP H1087853 A JPH1087853 A JP H1087853A JP 24607096 A JP24607096 A JP 24607096A JP 24607096 A JP24607096 A JP 24607096A JP H1087853 A JPH1087853 A JP H1087853A
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JP
Japan
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anion exchange
layer
membrane
intermediate layer
group
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JP24607096A
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Japanese (ja)
Inventor
Koichi Yamamura
晃一 山村
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Asahi Chemical Industry Co Ltd
Original Assignee
Asahi Chemical Industry Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To produce a bipolar membrane having a good mechanical strength, low water dissociation voltage at a high current density and a high current efficiency. SOLUTION: A bipolar membrane having an anion exchange layer, an intermediate layer and a cation exchange layer in the given order is produced by using an anion exchange membrane or a membranous material which is convertible into an anion exchange membrane when reacted with a chemical as the anion exchange layer, forming an intermediate layer on the membranous material by applying a solution of metal oxide microparticles and an organic substance having a group convertible into an anion exchange group and/or an anion exchange group to the material and polymerizing the solution thereon, and then forming the cation exchange layer.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】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の製造法に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing a bipolar membrane which is used for producing an acid or a base from a neutral salt by decomposing water to produce hydrogen ions and hydroxyl ions.

【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
く、工業上魅力のないものであった。
2. Description of the Related Art A proposal for a bipolar film is disclosed in V.S. J.
Frillet (J. Phys. Chem. 60, 4)
35 (1956)), many have been made over the past 30 years. For example, an anion exchange membrane and a cation exchange membrane bonded with an ion exchange adhesive (Japanese Patent Publication No. 34-3961), an anion exchange membrane and a cation exchange membrane are formed of a finely powdered strong basic anion exchange resin, or a strongly acidic A paste-like mixture of a cation exchange resin and a thermoplastic resin is coated and pressed (Japanese Patent Publication No. 35-14 / 1978).
No. 531), a mixture obtained by applying a mixture of partially polymerized vinyl pyridine and an epoxy resin to a cation exchange membrane and irradiating the mixture during curing (Japanese Patent Publication No. 38-166).
No. 38). However, these bipolar membranes, although having a low current density, have a high water dissociation voltage and are not industrially attractive.

【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。しかしながら、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はいえない。
Further, an anion permeability or a cation permeability is provided from one side of a single sheet, and from the other side,
A bipolar membrane having the opposite charge of ion permeability (Japanese Patent Publication No. 60-31860), a polymer film having a functional group suitable for introducing an ion-exchange group is covered with a coating film, and the monolith is subjected to a sulfonation treatment. Then, after the coating film was peeled off, a method for producing a bipolar membrane having an anion exchange group introduced into the peeled surface (Japanese Patent Publication No. 14251/1991)
Publication). However, these are
It is difficult to control the reaction at the time of introducing the exchange group, it is difficult to produce a large-scale membrane on an industrial scale, or high current efficiency cannot 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ものの、
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
ル化と乾燥工程の制御が難しく製造が容易でない。更
に、ポリマーを溶媒に溶解し、流延、乾燥して膜を得る
ため、塊状重合して得たものにくらべ、製造上難しく機
械的強度に劣る等の欠点があった。
On the other hand, a laminate structure useful for the production of a bipolar membrane is a bipolar membrane comprising an interface layer (intermediate layer) having a matrix polymer and an ion-exchange resin dispersed therein having opposite charges (JP-A-60-210638). Although the voltage of water dissociation of the membrane is relatively low,
Not enough yet. Furthermore, a bipolar membrane (intermediate layer) 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 Laid-Open No. 1-502673).
And U.S. Pat. No. 4,766,161). Although this shows a low water dissociation voltage, it is difficult to use a very fine ion-exchange resin, and it is difficult to control the gelling and drying steps when forming the anion layer, and it is not easy to manufacture. Furthermore, since a polymer is dissolved in a solvent, cast and dried to obtain a film, it has a drawback that it is difficult to manufacture and has poor mechanical strength as compared with a product 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、工業規模の製造で
は、性能の制御が難しく、常に水解離電圧の低いものが
得られないという欠点があった。
Further, there is a device using an inorganic material for the purpose of lowering the high electric resistance of the bipolar film. An anion exchange membrane or a cation exchange membrane is immersed in an aqueous cation solution in an oxidized state, treated with an alkaline aqueous solution, and then heated and pressurized to join the two membranes.
No. 5894), a bipolar membrane having a polymer film of a cation exchange group formed on the surface of an anion exchange membrane in which heavy metal ions are present in the membrane (JP-A-4-63292), and a cation exchange membrane impregnated with iron. After coating the surface with an anion exchange resin (JP-A-4-2285)
No. 91). The membranes using these inorganic substances have a structure in which an anion exchange membrane and a cation exchange membrane are joined together and do not have an intermediate layer structure, and although there is an effect of introducing the inorganic substances, the water dissociation voltage of the bipolar membrane is an industrial scale production. However, it is difficult to control the performance, and there is a drawback that a water dissociation voltage is not always low.

【0006】また、アニオン交換膜とカチオン交換膜の
間に、金属の水酸化物または酸化物の難水溶性物を介在
させた密接対置型の水スプリッターシステム(特開平2
−131125号公報)があるが、密接対置しただけで
は、水解離電圧が高く、かつ、界面に水の厚い層が形成
されやすく水解離電圧が非常に高くなる欠点があった。
A closely opposed water splitter system in which a metal hydroxide or a poorly water-soluble oxide is interposed between an anion exchange membrane and a cation exchange membrane (Japanese Unexamined Patent Publication No.
However, there is a drawback that water dissociation voltage is high and water dissociation voltage is extremely high when a water dissociation voltage is high and a thick layer of water is easily formed at an interface.

【0007】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号明細書、米国特許5401408号明細書、特
開平7−11021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。こ
の欠点については、(特開平7−258878号公報、
特開平7−222915号公報)に開示されるように、
長期にわたり安定な性能を示したり、運転の休止を経て
も安定な性能を示すには、これらの無機イオン交換体を
運転中や休止時に再形成する処理が必要であり、製品へ
の処理剤の混入など、工業上制約の多いものであった。
Further, an inorganic ion exchanger is present at the interface between an anion exchange membrane and a cation exchange membrane (Japanese Patent Laid-Open No. Hei 6-1994).
172557, JP-A-6-172558,
JP-A-6-263896, European Patent EP0600
470, U.S. Pat. No. 5,401,408, and JP-A-7-11021). Those using such an inorganic ion exchanger are more stable than those immersed in the cation aqueous solution in the above-mentioned oxidation state and treated with an alkaline aqueous solution, but the known inorganic ion exchanger itself used is a strong acid or strong acid. There is a problem that the dialysis performance of the bipolar membrane is lacking because it is easily dissolved under alkaline conditions. Regarding this disadvantage, see (JP-A-7-25878,
As disclosed in JP-A-7-222915),
In order to exhibit stable performance over a long period of time or to exhibit stable performance even after suspension of operation, it is necessary to re-form these inorganic ion exchangers during operation or at rest, and it is necessary to use a treatment agent for the product. There were many industrial restrictions such as contamination.

【0008】[0008]

【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、高電流密度での低い水解離電圧、高い電流効率
を示すバイポーラ膜を製造する方法を提供することを目
的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for producing a bipolar membrane exhibiting good mechanical strength, low water dissociation voltage at high current density, and high current efficiency.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記の課題
を解決するために鋭意研究の結果、本発明をなすに至っ
た。即ち、本発明は下記の通りである。 (1)アニオン交換層、中間層、カチオン交換層を順次
有するバイポーラ膜の製造方法であって、該アニオン交
換層としてアニオン交換膜もしくはアニオン交換膜とな
りうる膜状物を用い、該膜状物上に、金属酸化物の微粒
子及びアニオン交換基となりうる基またはアニオン交換
基を有する有機物の溶液を塗布し重合して該中間層を形
成し、次いで該カチオン交換層を形成するバイポーラ膜
の製造方法。 (2)金属酸化物の微粒子が、周期律表IVA族から選
ばれた少なくとも一種の金属の酸化物を含む微粒子であ
る請求項1記載のバイポーラ膜の製造方法。
Means for Solving the Problems The present inventors have made intensive studies to solve the above-mentioned problems, and as a result, have accomplished the present invention. That is, the present invention is as follows. (1) A method for producing a bipolar membrane having an anion exchange layer, an intermediate layer and a cation exchange layer in this order, wherein the anion exchange layer is an anion exchange membrane or a membrane which can be an anion exchange membrane, A method for producing a bipolar membrane, in which a solution of a metal oxide fine particle and an organic substance having an anion exchange group or an organic substance having an anion exchange group is applied and polymerized to form the intermediate layer, and then the cation exchange layer is formed. (2) The method for producing a bipolar film according to claim 1, wherein the fine particles of metal oxide are fine particles containing an oxide of at least one metal selected from Group IVA of the periodic table.

【0010】本発明で言うアニオン交換層とは、図1に
おける1の層のことであり、通常のアニオン交換膜もし
くは、薬剤と反応してアニオン交換膜となる層のこと
で、市販のアニオン交換膜や薬剤によって反応してアニ
オン交換膜となる交換基導入前の膜状物を使用できる。
ここでいう薬剤とは、アニオン交換膜のアニオン交換基
が、四級化ポリビニルベンジルハライドの場合には、公
知のアミン、ポリアミンのことであり、例えば、トリメ
チルアミン、トリエチルアミン、N,N,N’,N’−
テトラメチル1,6−ジアミノヘキサン等が挙げられ、
これらの混合物であっても良い。アニオン交換基が四級
化ピリジウム基や四級化イミダゾール基の場合には、公
知のハロゲン化アルキルであって、例えば、ヨウ化メチ
ルや1,6−ジブロムヘキサンなどが挙げられる。この
アニオン交換層は、ジビニルベンゼンで三次元架橋をか
けたものであっても良く、必要に応じて、補強の為に織
布や不織布を含むものであっても良い。
In the present invention, the term "anion exchange layer" refers to the layer 1 in FIG. 1 and is a normal anion exchange membrane or a layer which reacts with a drug to form an anion exchange membrane. It is possible to use a membrane-like material before the introduction of an exchange group, which reacts with a membrane or a chemical to form an anion exchange membrane.
The term “drug” used herein means a known amine or polyamine when the anion exchange group of the anion exchange membrane is a quaternized polyvinylbenzyl halide. For example, trimethylamine, triethylamine, N, N, N ′, N'-
Tetramethyl 1,6-diaminohexane and the like,
These mixtures may be used. When the anion exchange group is a quaternized pyridium group or a quaternized imidazole group, it is a known alkyl halide, such as methyl iodide or 1,6-dibromohexane. The anion exchange layer may be three-dimensionally crosslinked with divinylbenzene, or may include a woven or nonwoven fabric for reinforcement, if necessary.

【0011】本発明は、特定の構造の中間層を有するこ
とによって効率のよい水解離がなされることを実現する
新規な構造を有するバイポーラ膜を製造する方法を提供
するものである。中間層は、図1における2に示すよう
に、金属酸化物の微粒子4がアニオン交換樹脂である5
の中に分散して存在している層のことである。
The present invention provides a method for producing a bipolar membrane having a novel structure which realizes efficient water dissociation by having an intermediate layer having a specific structure. As shown in 2 in FIG. 1, the intermediate layer is composed of metal oxide fine particles 4 containing an anion exchange resin 5.
Layer that is dispersed in the

【0012】本発明でいう金属酸化物は、イオン交換特
性を持つことで知られている含水酸化物や酸性塩型など
の無機イオン交換体ではない。これらの公知の含水酸化
物や酸性塩型の無機イオン交換体は、強酸、強アルカリ
の条件下で安定なものでなく、バイポーラ膜の透析性能
の安定性に欠けるからである。本発明でいう金属酸化物
は、例えば、金属塩や金属水酸化物などの焼成などの熱
処理によって耐酸、耐アルカリ性の向上した公知のもの
を言い、典型的な例として酸化チタン、酸化ジルコニウ
ム等といったIVA族の金属酸化物が好んで用いられ
る。焼結した酸化物等は強度的にも、薬品耐性にも有利
であり、より好んで用いられる。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。
The metal oxide referred to in the present invention is not an inorganic ion exchanger such as a hydrated oxide or an acidic salt type which is known to have ion exchange properties. This is because these known hydrated oxides or acidic salt type inorganic ion exchangers are not stable under the conditions of strong acid and strong alkali, and lack the stability of the dialysis performance of the bipolar membrane. The metal oxide referred to in the present invention is, for example, a known oxide having improved acid resistance and alkali resistance by heat treatment such as baking of a metal salt or a metal hydroxide, and typical examples include titanium oxide and zirconium oxide. Group IVA metal oxides are preferably used. Sintered oxides and the like are advantageous in both strength and chemical resistance, and are more preferably used. Note that two or more of these oxides may be contained, and further, other component elements may be contained.

【0013】この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くとれるものが有効であ
る。一次粒子径は0.02μm〜0.5μm程度であ
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。
ハンドリングする時の凝集粒子の平均粒子径が0.5μ
m〜10μmの微粒子が好ましい。平均粒子径はあまり
に大きすぎると中間層を層形成する際、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になり、工業規模
での適用に問題が生じる。また、凝集粒子の平均粒子径
が上記の範囲で、比表面積が5m2 /g〜250m2
gの範囲であることが良好な透析性能のバイポーラ膜を
製造する上で好ましい。
As the shape of the metal oxide fine particles, those having a small primary particle diameter and a large specific surface area are effective. The primary particle diameter is about 0.02 μm to 0.5 μm, and these fine particles usually aggregate to form aggregated particles having a larger average particle diameter than the primary particle diameter.
The average particle diameter of the aggregated particles when handling is 0.5μ
Fine particles of m to 10 μm are preferred. If the average particle size is too large, when forming the intermediate layer, it is difficult to obtain a uniform one, and the water dissociation voltage tends to be high. If it is too small, handling becomes very complicated, and there is a problem in application on an industrial scale. Further, in the range the average particle diameter of the aggregated particles, specific surface area of 5m 2 / g~250m 2 /
The range of g is preferable for producing a bipolar membrane having good dialysis performance.

【0014】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、できる限り大きいことが好まし
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、中
間層内での金属酸化物表面とアニオン交換樹脂との接触
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、アニオン交換樹脂が細孔内に入ることのできる大
きさが好ましい。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。このような理由から、比表
面積の最大値は、250m2/g程度となる。
The surface area (specific surface area) per unit weight of the metal oxide fine particles is preferably as large as possible, and more preferably 5 m 2 / g or more, since the voltage of water dissociation can be lowered. However, the specific surface area is determined due to strength and structural restrictions, so there is a limitation from this aspect. Further, those having a pore structure can be used, but it is necessary to ensure a sufficient contact interface between the metal oxide surface and the anion exchange resin in the intermediate layer. A size that allows the resin to enter the pores is preferred. Usually, those having an average pore diameter of 5 nm or more are preferably used. For these reasons, the maximum value of the specific surface area is about 250 m 2 / g.

【0015】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。以上述べたように、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ので特に好ましい。中間層をア
ニオン交換層上に形成する際には、アニオン交換層がア
ニオン交換膜の場合には、水分を十分に切って乾燥する
必要がある。また、アニオン交換層が薬剤と反応してア
ニオン交換膜となる膜状物である場合には、水分を基本
的には含まないが、いづれにせよ、中間層を形成する有
機物溶液の重合を妨げないように乾燥することが望まし
い。
Such metal oxide fine particles are commercially available and can be easily obtained. As described above, the metal oxide fine particles are particularly preferable because they have a specific range of specific surface area and average particle diameter so that an acid and a base can be separated at a low water dissociation voltage. When forming the intermediate layer on the anion exchange layer, when the anion exchange layer is an anion exchange membrane, it is necessary to sufficiently remove moisture and dry. Further, when the anion exchange layer is a film-like substance that reacts with a drug to form an anion exchange membrane, it basically does not contain water, but in any case, prevents polymerization of the organic solution forming the intermediate layer. It is desirable to dry it.

【0016】中間層を形成するアニオン交換層の表面
は、例えば、サンドブラスト処理で凸凹をつけたり、ア
ニオン交換膜を形成する際に凸凹の離形紙を用いて事前
に粗面化し、中間層を強固に接合することが望ましい。
中間層の形成は、乾燥したアニオン交換膜もしくは、薬
剤と反応してアニオン交換膜となる膜状物上に、金属酸
化物の微粒子及びアニオン交換基となりうる基またはア
ニオン交換基を含む有機物溶液をドクターブレードなど
でキャストして、離形紙を重ねて重合して形成するか、
もしくは、ポリエステルフィルムなどの離形紙上にこの
有機物溶液をキャストして、アニオン交換層上に重ねた
後に重合して形成する。
The surface of the anion exchange layer forming the intermediate layer is roughened, for example, by sandblasting, or is roughened in advance using an irregular release paper when forming the anion exchange membrane, so that the intermediate layer is solidified. It is desirable to join them.
The formation of the intermediate layer is performed by drying a dried anion-exchange membrane or an organic substance solution containing a metal oxide fine particle and a group that can be an anion-exchange group or an anion-exchange group on a film-like substance that becomes an anion-exchange membrane by reacting with a drug. Casting with a doctor blade etc., superimposing release paper and polymerizing,
Alternatively, the organic material solution is cast on release paper such as a polyester film, and is superposed on the anion exchange layer and then polymerized.

【0017】アニオン交換基となりうる基を含む有機物
溶液とは、重合して中間層を形成し、アニオン交換基を
導入した時のアニオン交換樹脂が、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などを含む
ものとなる公知のアニオン交換樹脂を形成する有機物を
含む溶液であればよい。
An organic solution containing a group that can be an anion exchange group is a polymer which forms an intermediate layer by polymerization, and when the anion exchange group is introduced, the anion exchange resin becomes quaternized polyvinyl pyridine, quaternized polyvinyl imidazole, Any solution may be used as long as it contains a quaternized polyvinyl benzyl chloride, a copolymer of these with divinylbenzene, and a known anion exchange resin that contains a known anion exchange resin including a fluorine-containing anion exchange resin.

【0018】また、アニオン交換基を含む有機物溶液と
は、上記のような中間層を形成するアニオン交換樹脂を
重合性の有機物溶液を含む有機物溶液などに溶解したも
のや、アニオン交換基を持った重合性の有機物溶液を含
むものである。この時の中間層内のアニオン交換樹脂の
イオン交換容量としては、樹脂の単位重量あたり2.0
meq/g〜5.5meq/gが好ましい。交換容量が
低すぎると水解電圧が高くなるので、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 organic solution containing an anion exchange group may be a solution obtained by dissolving the above-described anion exchange resin forming an intermediate layer in an organic solution containing a polymerizable organic solution, or a solution having an anion exchange group. It contains a polymerizable organic solution. At this time, the ion exchange capacity of the anion exchange resin in the intermediate layer was 2.0 per unit weight of the resin.
Meq / g to 5.5 meq / g is preferred. If the exchange capacity is too low, the water splitting voltage increases, so that the exchange capacity is preferably high, but the upper limit is restricted by additives, monomers to be copolymerized, and the like.

【0019】中間層のアニオン交換樹脂としては、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、中間層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。ポ
リアミン架橋剤として公知のジアミンもしくは、ポリア
ミンが使用できる。ポリアミン架橋剤としては、公知の
N,N−ジメチルプロパンジアミン、N,N,N’,
N’−テトラメチル1,6−ヘキサンジアミンなどであ
る。
The anion exchange resin of the intermediate layer preferably has a crosslinked structure from the viewpoint of electrical resistance, dimensional stability and mechanical strength of the membrane. This crosslinked structure is preferably a three-dimensional crosslinked, and a crosslinking agent having two or more vinyl groups is preferably used as a monomer for forming the intermediate layer. Examples of the crosslinking agent include m-, p-, o-, divinylbenzene,
Examples include polyvinyl compounds such as divinyl sulfone, butadiene, chloroprene, trivinylbenzenes, divinylnaphthalene, and trivinylnaphthalene. Further, as another crosslinking agent, polyamine crosslinking can also be used. Known diamines or polyamines can be used as the polyamine crosslinking agent. As the polyamine crosslinking agent, known N, N-dimethylpropanediamine, N, N, N ′,
N'-tetramethyl 1,6-hexanediamine and the like.

【0020】また、これら中間層のアニオン交換樹脂中
には、弾性アップ、密着性アップや増粘などの目的で必
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。中間層のアニオン交換樹脂の架橋の程
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0.5部〜40部程度、好ましくは、1部
〜20部程度、さらに好ましくは、5部〜15部程度含
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、40部以上加えると、
かえって脆くなったり、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 anion exchange resin of the intermediate layer may contain an additional substance such as a plasticizer or a linear polymer, if necessary, for the purpose of increasing elasticity, increasing adhesion or increasing viscosity. I do not care. The degree of crosslinking of the anion exchange resin in the intermediate layer is such that a crosslinking agent such as divinylbenzene is used in an amount of about 0.5 to 40 parts, preferably about 1 to 20 parts, more preferably about 5 parts to another monomer. About 15 to 15 parts by weight. To increase the mechanical strength, it is preferable to add a cross-linking agent.
On the contrary, inconveniences such as brittleness and high water dissociation voltage may occur.

【0021】また、金属酸化物の微粒子とアニオン交換
樹脂の重量組成比は、アニオン交換樹脂の組成比が小さ
くなりすぎて脆くなるといった機械的強度の悪化や電気
抵抗の悪化のない組成範囲がよい。これには、1:1〜
1:7が好ましい。金属酸化物の微粒子が多すぎると中
間層を形成する際、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、通常上記範囲が好ましい。
The weight composition ratio of the metal oxide fine particles to the anion exchange resin is preferably such that the composition ratio of the anion exchange resin becomes too small to be brittle and the mechanical strength does not deteriorate and the electric resistance does not deteriorate. . This includes 1: 1
1: 7 is preferred. If the amount of the metal oxide fine particles is too large, a crack or a decrease in strength may be caused when the intermediate layer is formed. If the amount is too small, inconveniences such as an increase in the voltage of water dissociation may occur. This composition ratio has an optimum range depending on the form of the metal oxide, and the above range is usually preferable.

【0022】また、中間層は、下記に説明するように、
水解離の場がこの層内で形成される層であると考えられ
る。金属酸化物の微粒子がアニオン交換基を有した中間
層内に互いに接触しながら密に分散することが好まし
く、低い電圧性能を有するバイポーラ膜を形成すること
が可能となる。バイポーラ膜の中間層での水の解離は、
中間層内部の金属酸化物の微粒子表面、アニオン交換樹
脂表面、これらの界面、あるいはカチオン交換層のカチ
オン交換層と中間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、中間層の内
部構造の設計が極めて重要である。
As described below, the intermediate layer includes
The water dissociation field is considered to be the layer formed in this layer. It is preferable that the metal oxide fine particles are densely dispersed while being in contact with each other in the intermediate layer having an anion exchange group, so that a bipolar film having low voltage performance can be formed. The dissociation of water in the intermediate layer of the bipolar membrane is
It is not clear whether it is the surface of the metal oxide fine particles inside the intermediate layer, the surface of the anion exchange resin, or their interface, or the bonding interface between the cation exchange layer of the cation exchange layer and the anion exchange resin of the intermediate layer. However, it is thought that the water dissociation performance is affected by the distance between the surface of the metal oxide fine particles and the anion exchange groups surrounding the particles, the positional relationship, the exchange group density, and the water molecules that hydrate to fixed charges. The design of the internal structure of the intermediate layer is very important.

【0023】バイポーラ膜の透析電圧は、主に、水解離
の場である中間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
のアニオン交換樹脂中での分散構造に影響されると考え
られるが、本発明の製造方法は、このような中間層の構
造を効果的かつ容易に形成できるので、透析性能の極め
て良好な膜を工業規模で製造するに適した方法である。
The dialysis voltage of the bipolar membrane is determined mainly by the structure of the intermediate layer, which is the site of water dissociation, and depends on the type and form of the metal oxide fine particles and the anion exchange resin of the metal oxide fine particles. Although it is considered that the structure of the present invention is affected by the dispersion structure, the structure of the present invention can effectively and easily form the structure of such an intermediate layer, so that a membrane having extremely good dialysis performance can be produced on an industrial scale. It is a suitable method.

【0024】また、アニオン交換基の導入に薬剤処理を
行う場合、アニオン交換層にアニオン交換基が導入され
ている場合には中間層のみを、また、アニオン交換層に
アニオン交換基が導入されておらず薬剤と反応してアニ
オン交換膜となる膜状物の場合には、アニオン交換層と
中間層を同時に、薬剤で処理してアニオン交換基を導入
することが可能である。
When a chemical treatment is carried out to introduce the anion exchange group, only the intermediate layer is introduced when the anion exchange layer is introduced into the anion exchange layer, and when the anion exchange group is introduced into the anion exchange layer. In the case of a film-like material that reacts with a drug to form an anion exchange membrane, it is possible to introduce an anion exchange group by treating the anion exchange layer and the intermediate layer with a drug at the same time.

【0025】本発明の最大の特徴は、アニオン層と中間
層をより強固に接合でき、層の剥離によるバイポーラ膜
の性能低下を防止することができ、長期の透析性能が安
定化するというここと、水解離の場と考えられる中間層
をアニオン層やカチオン層と独立に設計、製造できるた
め、市販のアニオン交換膜や交換基導入前のアニオン交
換膜の原膜を利用できる為、工業化に非常に有利である
ことであり、非常に大きなメリットがある。
The most important feature of the present invention is that the anion layer and the intermediate layer can be bonded more firmly, the performance of the bipolar membrane can be prevented from deteriorating due to the separation of the layers, and the long-term dialysis performance is stabilized. Since the intermediate layer, which is considered as a water dissociation site, can be designed and manufactured independently of the anion layer and the cation layer, a commercially available anion exchange membrane or a raw membrane of an anion exchange membrane before introduction of an exchange group can be used. Is very advantageous, and there is a very great merit.

【0026】以上のようにアニオン交換層と中間層を形
成した後に、カチオン交換層を形成してバイポーラ膜を
製造する。カチオン交換層とは、図1の3に示すように
カチオン交換性の層である。カチオン交換層を形成する
前に、カチオン交換層側の中間層の表面は、アニオン交
換樹脂が表面全体を覆わずに金属酸化物が露出した形に
なるように調整する。これは、サンドブラスト処理して
も良いし、中間層の重合条件を適正に制御しても良い。
After forming the anion exchange layer and the intermediate layer as described above, a cation exchange layer is formed to produce a bipolar membrane. The cation exchange layer is a cation exchange layer as shown in FIG. Before forming the cation exchange layer, the surface of the intermediate layer on the cation exchange layer side is adjusted so that the anion exchange resin does not cover the entire surface and the metal oxide is exposed. This may be carried out by sandblasting or by appropriately controlling the polymerization conditions of the intermediate layer.

【0027】カチオン交換層の形成の一例としては、カ
チオン交換樹脂を含むポリマーをこのポリマーに可溶な
溶媒に溶かし、中間層上にキャストし、熱風などで乾燥
して行うことが挙げられる。カチオン交換層であるカチ
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、キャスト形成後
に架橋させてもよい。また、必要に応じて、エラストマ
ーや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、補強材として、網、布、微多孔膜などを用いても良
い。
One example of the formation of the cation exchange layer is to dissolve a polymer containing a cation exchange resin in a solvent soluble in the polymer, cast it on the intermediate layer, and dry it with hot air or the like. The cation layer serving as a cation exchange layer is a cation exchange resin containing polystyrenesulfonic acid or a cation exchange resin containing perfluorosulfonic acid resin, and may be crosslinked after cast formation, if necessary. Further, if necessary, an additional substance such as an elastomer, a plasticizer, or a linear polymer may be contained. As a reinforcing cloth for increasing mechanical strength, a woven cloth of polyvinyl chloride or polypropylene may be used. In addition, a net, cloth, a microporous membrane, or the like may be used as a reinforcing material.

【0028】また、別の一例としては、通常のカチオン
交換膜をイオン交換性の樹脂で接着しても良いし、カチ
オン交換膜を加圧して熱融着して形成しても構わない。
また、図1に示すようなバイポーラ膜の厚みとしては、
数μm〜数mm程度であり、好ましくは、20μm〜1
mmであり、さらに好ましくは、50μm〜600μm
である。バイポーラ膜のアニオン層やカチオン層は、水
解離した水酸イオンやプロトンが移動するので、電気移
動抵抗は比較的低く、層の厚みも厚いものにでき、この
ような厚みの範囲のバイポーラ膜が可能となる。
As another example, an ordinary cation exchange membrane may be bonded with an ion-exchange resin, or the cation exchange membrane may be formed by applying pressure and thermally fusing.
The thickness of the bipolar film as shown in FIG.
It is about several μm to several mm, preferably 20 μm to 1 μm.
mm, more preferably 50 μm to 600 μm
It is. In the anion layer and the cation layer of the bipolar membrane, the water ion dissociated hydroxyl ions and protons move, so that the electromigration resistance is relatively low and the thickness of the layer can be increased. It becomes possible.

【0029】さらに、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、付
加的に第四層さらに第五層を形成することもできる。こ
の場合は、アニオン交換層の中間層に接する側とは反対
側に、新たなアニオン交換層を形成しても良いし、カチ
オン交換層の中間層に接する側とは反対側に、新たなカ
チオン交換層を形成しても良い。この付加的な第四層
は、上記のカチオン交換層を形成させる時と同様にキャ
スト法や接着法のいずれでもよい。また、同様に付加的
に第五層を形成しても良い。
Further, in the present invention, a fourth layer and a fifth layer can be additionally formed as necessary to improve current efficiency and chemical durability. In this case, a new anion exchange layer may be formed on the side of the anion exchange layer opposite to the side in contact with the intermediate layer, or a new cation exchange layer may be formed on the side of the cation exchange layer opposite to the side in contact with the intermediate layer. An exchange layer may be formed. This additional fourth layer may be cast or adhered as in forming the cation exchange layer described above. Similarly, a fifth layer may be additionally formed.

【0030】以上のような本発明のバイポーラ膜の製造
方法は、工業的に極めて有用なものであり、次の三つの
長所を持つ。第一の特徴は、アニオン交換膜もしくは、
薬剤と反応してアニオン交換膜となる膜状物上に、金属
酸化物の微粒子及びアニオン交換基となりうる基及びま
たはアニオン交換基を含む有機物溶液を塗布し重合する
事で、アニオン層との接着性に非常に良い中間層を形成
できるので、工業上の長期使用に当たっては非常に有利
である。
The method for producing a bipolar film of the present invention as described above is industrially extremely useful and has the following three advantages. The first feature is that the anion exchange membrane or
Adhesion to the anion layer by coating and polymerizing metal oxide fine particles and an organic solution containing a group that can be an anion exchange group and / or an anion exchange group on a film-like substance that becomes an anion exchange membrane by reacting with a drug Since an intermediate layer having excellent properties can be formed, it is very advantageous for long-term industrial use.

【0031】第二の特徴は、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
微粒子がアニオン交換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。第三の特
徴は、低い水解離電圧を得るのに必要な中間層をアニオ
ン交換層やカチオン交換層と別々に設計、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、カチオン交換樹層
を後架橋し三次元架橋構造としたものを用いても良い
し、イオンクラスタ構造のものを用いても良い。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。
The second feature is that the metal oxide fine particles have a specific surface area and an average particle diameter in a certain range, and the metal oxide fine particles are dispersed in the anion exchange layer.
It is to show low water dissociation voltage at high current density. The third feature is that the intermediate layer necessary for obtaining a low water dissociation voltage can be designed and manufactured separately from the anion exchange layer and the cation exchange layer, so that other functions can be easily provided. In order to realize a high current efficiency, a cation exchange resin layer may be post-crosslinked to form a three-dimensional crosslinked structure, or an ion cluster structure may be used, if necessary. Also,
In each layer constituting the bipolar film of the present invention, it is easy to put a reinforcing cloth in order to improve the mechanical strength.

【0032】以上述べたように、本発明は、アニオン交
換層上に中間層を強固に固定でき、かつ、必要に応じて
さらに付加的にアニオン層やカチオン交換層を個々に設
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
能なバイポーラ膜の製造方法である。
As described above, according to the present invention, the intermediate layer can be firmly fixed on the anion exchange layer, and if necessary, the anion layer and the cation exchange layer can be individually designed and manufactured. This is a method for producing a high-performance bipolar membrane which is not only easy to produce a large-sized bipolar membrane used on an industrial scale but also easy to produce a bipolar membrane adapted to individual dialysis conditions.

【0033】[0033]

【発明の実施の形態】以下、実施例によって本発明を具
体的に説明するが、本発明は、この実施例によって何等
限定されるものではない。なお、部は重量部であり、測
定法は以下の通りである。 〔比表面積〕BET吸着法で測定した。 〔金属酸化物の微粒子の一次粒子径および平均粒子径〕
電子顕微鏡により測定した。 〔バイポーラ膜の性能〕白金メッキを施したニッケル板
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、室温(2
5℃)で電気透析を1時間行う。この時、電流密度10
0mA/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、バイポーラ膜の電流効率とし
た。透析面積は8cm2である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described specifically by way of examples, but the present invention is not limited to these examples. Parts are parts by weight, and the measuring method is as follows. [Specific surface area] It was measured by the BET adsorption method. (Primary particle diameter and average particle diameter of metal oxide fine particles)
It was measured by an electron microscope. [Performance of Bipolar Membrane] A platinum-plated nickel plate is used as an anode and a cathode, and the compartment is divided into two chambers with the anion exchange layer of the bipolar membrane facing the anode side. 10% NaOH and 3.5
% HCl was added to each room, and room temperature (2 mL) was added.
(5 ° C.) for 1 hour. At this time, the current density is 10
The water dissociation voltage of the membrane at 0 mA / cm 2 is read on a voltmeter connected to a reference electrode using a Luggin tube. Also,
The generation efficiency of hydrogen ions and hydroxyl ions in the bipolar membrane was determined by acid-base titration, and was defined as the current efficiency of the bipolar membrane. The dialysis area is 8 cm 2 .

【0034】さらに、同様の測定セルで連続的に陽極室
に11%NaOHを添加し、陰極室に3.7%HClを
添加し、液温を40℃に制御して長期の透析性能を評価
した。
Further, in the same measuring cell, 11% NaOH was continuously added to the anode compartment, 3.7% HCl was added to the cathode compartment, and the solution temperature was controlled at 40 ° C. to evaluate long-term dialysis performance. did.

【0035】[0035]

【実施例1、2】市販のアニオン交換膜であるアシプレ
ックスA201(旭化成工業(株)製)を純水で十分に
水洗し、乾燥しアニオン交換層とした。 乾燥後、片面
をサンドペーパーで凸凹をつける。この膜面上に以下の
ような粘調な中間層の有機物溶液をドクターブレードで
約50μm塗布しポリエステルフィルムで覆って、70
℃で24時間重合後、トリメチルアミンで4級化して、
アニオン交換基の導入された中間層をアニオン交換層上
に形成した。
Examples 1 and 2 Aciplex A201 (manufactured by Asahi Kasei Kogyo Co., Ltd.), a commercially available anion exchange membrane, was sufficiently washed with pure water and dried to form an anion exchange layer. After drying, one side is roughened with sandpaper. An organic solution of the following viscous intermediate layer is applied to the film surface with a doctor blade to a thickness of about 50 μm and covered with a polyester film.
After polymerization at 24 ° C for 24 hours, quaternized with trimethylamine,
An intermediate layer into which an anion exchange group was introduced was formed on the anion exchange layer.

【0036】中間層を形成する有機物溶液は、金属酸化
物として市販の酸化ジルコニウムと酸化チタンを用い、
金属酸化物の微粒子が、酸化ジルコニウムの場合は50
部(実施例1)、酸化チタンの場合は33.3部(実施
例2)を、スチレン15.6部、ジビニルベンゼン(純
度56%)20.4部、ビニルベンジルクロライド5
2.5部、ニトリルブタジエンゴム5.7部、フタル酸
ジメチル5.7部、および重合開始剤過酸化ベンゾイル
系(50%含有)6部を粘調になるまで十分混合した。
The organic solution for forming the intermediate layer is made of commercially available zirconium oxide and titanium oxide as metal oxides.
50 when the metal oxide fine particles are zirconium oxide
Parts (Example 1), 33.3 parts (Example 2) in the case of titanium oxide, 15.6 parts of styrene, 20.4 parts of divinylbenzene (purity 56%), 5 parts of vinylbenzyl chloride
2.5 parts, 5.7 parts of nitrile-butadiene rubber, 5.7 parts of dimethyl phthalate, and 6 parts of a polymerization initiator benzoyl peroxide (containing 50%) were sufficiently mixed until the mixture became viscous.

【0037】この金属酸化物の微粒子の比表面積は、酸
化ジルコニウムは17m2/g、酸化チタンは46m2
gであった。アニオン交換層に中間層を形成した膜状物
をさらに乾燥し、中間層の金属酸化物が露出するまで、
表面を軽くサンドペーパーで磨いた。次いで得られた中
間層上に、次の手順でカチオン交換層を形成した。
The specific surface area of the fine particles of the metal oxide, zirconium oxide 17m 2 / g, titanium oxide is 46m 2 /
g. The film formed with the intermediate layer on the anion exchange layer is further dried until the metal oxide of the intermediate layer is exposed.
The surface was lightly polished with sandpaper. Next, a cation exchange layer was formed on the obtained intermediate layer by the following procedure.

【0038】スチレンを重合し非架橋のポリマーを得、
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の約20wt%濃度溶液とな
るように溶解し、中間層上にキャストした。キャスト後
105℃〜110℃で10分間乾燥させてカチオン層を
形成させバイポーラ膜とした。この時中間層の厚みは約
35μmであった。
Styrene is polymerized to obtain a non-crosslinked polymer,
The polymer was sulfonated with concentrated sulfuric acid to give an exchange capacity of 1.
An ion exchange resin of 5 meq / g was obtained. Further, 90 parts of the ion-exchange resin and 10 parts of nitrile-butadiene rubber were dissolved in a dimethylformamide solution having a concentration of about 20% by weight, and cast on an intermediate layer. After casting, the film was dried at 105 ° C. to 110 ° C. for 10 minutes to form a cation layer to form a bipolar membrane. At this time, the thickness of the intermediate layer was about 35 μm.

【0039】以上の方法により二種類の異なる金属酸化
物の微粒子を用いて中間層が形成されたそれぞれ二種類
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
ーラ膜の水解離電圧を測定した。金属酸化物が酸化ジル
コニウムの場合(実施例1)は、1.05Vであり、金
属酸化物が酸化チタンの場合(実施例2)は、1.02
Vであった。また、これらの電流効率はいずれも98%
を越えていた。
The two types of bipolar films, each having an intermediate layer formed by using two types of different metal oxide fine particles by the above-described method, were equilibrated overnight with 1.5N saline solution, and then 100 mA / cm 2 The dialysis was carried out at a current density of, and the water dissociation voltage of the bipolar membrane was measured. 1.05 V when the metal oxide is zirconium oxide (Example 1), and 1.02 V when the metal oxide is titanium oxide (Example 2).
V. The current efficiency of each of them is 98%
Was over.

【0040】さらに、連続透析評価した結果、バイポー
ラ膜の水解離電圧及び電流効率の透析性能は、5ヶ月
間、ほとんど変化なく安定に推移した。
Furthermore, as a result of continuous dialysis evaluation, the dialysis performance of the water dissociation voltage and the current efficiency of the bipolar membrane remained stable with little change for 5 months.

【0041】[0041]

【実施例3】薬剤で反応してアニオン交換膜となる膜状
物を以下のようにして得た。電子線を照射したポリプロ
ピレン織布にスチレン、ジビニルベンゼン、ビニルベン
ジルクロライド、ニトリルブタジエンゴム、フタル酸ジ
メチルからなるモノマー溶液を塗布し、離型紙として片
面に凸凹のついたポリエステルフィルムを用い重合し
て、アニオン交換層となる膜状物を得た。
Example 3 A film-like substance which reacts with a chemical to form an anion exchange membrane was obtained as follows. Styrene, divinylbenzene, vinylbenzyl chloride, nitrile butadiene rubber, a monomer solution consisting of dimethyl phthalate is applied to a polypropylene woven fabric irradiated with an electron beam, and polymerized by using a polyester film having irregularities on one side as a release paper, A film material to be an anion exchange layer was obtained.

【0042】この膜面上に下記のような中間層となる粘
調なモノマーをドクターブレードで約50μm塗布し、
ポリエステルフィルムで覆って70℃で24時間重合後
した。この中間層を形成するための有機物溶液は、金属
酸化物として市販の酸化チタン33.3部を、スチレン
15.6部、ジビニルベンゼン(純度56%)20.5
部、ビニルベンジルクロリド52.5部、ニトリルブタ
ジエンゴム5.7部、フタル酸ジメチル5.7部、およ
び重合開始剤過酸化ベンゾイル系(50%含有)6部の
有機物溶液と混合し、粘調になるまで十分に混合して得
た。この金属酸化物の微粒子の比表面積は46m2/g
であった。
On the film surface, a viscous monomer to be an intermediate layer as described below is applied by a doctor blade to about 50 μm,
It was covered with a polyester film and polymerized at 70 ° C. for 24 hours. An organic solution for forming the intermediate layer was prepared by adding 33.3 parts of commercially available titanium oxide as a metal oxide, 15.6 parts of styrene, and 20.5 parts of divinylbenzene (purity: 56%).
Parts, 52.5 parts of vinylbenzyl chloride, 5.7 parts of nitrile butadiene rubber, 5.7 parts of dimethyl phthalate, and 6 parts of a polymerization initiator benzoyl peroxide-based (containing 50%) organic solution, and mixed with an organic solution. To obtain a well-mixed mixture. The specific surface area of the metal oxide fine particles is 46 m 2 / g.
Met.

【0043】次に、中間層の金属酸化物が露出するま
で、表面を軽くサンドペーパーで磨いた。さらに、アニ
オン交換層、中間層を同時にトリメチルアミンで四級化
してアニオン交換層と中間層にアニオン交換基を導入
し、熱風乾燥機中でこのアニオン層と中間層を有する膜
状物を乾燥した。このようにして得られた中間層上に、
次の手順でカチオン交換層を形成した。
Next, the surface was lightly sanded with sandpaper until the metal oxide of the intermediate layer was exposed. Furthermore, the anion exchange layer and the intermediate layer were simultaneously quaternized with trimethylamine to introduce anion exchange groups into the anion exchange layer and the intermediate layer, and the film having the anion layer and the intermediate layer was dried in a hot air drier. On the intermediate layer thus obtained,
A cation exchange layer was formed by the following procedure.

【0044】スチレンを重合し非架橋のポリマーを得、
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の約20wt%濃度溶液とな
るように溶解し、中間層上にキャストした。キャスト後
105℃〜110℃で10分間、溶媒を乾燥させてカチ
オン層を形成させ、バイポーラ膜とした。この時中間層
の厚みは約35μmであった。
The non-crosslinked polymer is obtained by polymerizing styrene,
The polymer was sulfonated with concentrated sulfuric acid to give an exchange capacity of 1.
An ion exchange resin of 5 meq / g was obtained. Further, 90 parts of the ion-exchange resin and 10 parts of nitrile-butadiene rubber were dissolved in a dimethylformamide solution having a concentration of about 20% by weight, and cast on an intermediate layer. After casting, the solvent was dried at 105 ° C. to 110 ° C. for 10 minutes to form a cation layer, thereby obtaining a bipolar membrane. At this time, the thickness of the intermediate layer was about 35 μm.

【0045】このバイポーラ膜を、一晩1.5Nの食塩
水で平衡した後、100mA/cm 2の電流密度で透析
を行いバイポーラ膜の水解離電圧を測定した結果、1.
01Vであった。また、電流効率は98%を越えてい
た。さらに、連続透析評価した結果、バイポーラ膜の水
解離電圧及び電流効率の透析性能は、5ヶ月間、ほとん
ど変化なく安定に推移した。
The bipolar membrane was washed overnight with 1.5N saline.
After equilibration with water, 100 mA / cm TwoDialysis at current density of
And the water dissociation voltage of the bipolar membrane was measured.
01V. The current efficiency is over 98%
Was. Furthermore, as a result of continuous dialysis evaluation,
Dialysis performance of dissociation voltage and current efficiency is almost 5 months
It was stable without any change.

【0046】[0046]

【発明の効果】本発明のバイポーラ膜の製造方法は、新
規な構造の中間層の形成方法を特徴とし、しかも、アニ
オン交換層、中間層、カチオン交換層を個々に設計でき
るため、高い電流密度で低い水解離電圧を示すと同時に
高い電流効率を得ることができるものである。
The method of manufacturing a bipolar membrane according to the present invention is characterized by a method of forming an intermediate layer having a novel structure. In addition, since an anion exchange layer, an intermediate layer and a cation exchange layer can be individually designed, a high current density is obtained. Thus, a low water dissociation voltage can be exhibited and high current efficiency can be obtained at the same time.

【0047】また、膜の機械的強度アップの為のアニオ
ン交換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、最適な樹脂の選択といったその他の機能性
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。さらに、工業規模の膜を容易に製造できるという
優れた多くの利点がある。
Further, it is easy to introduce a reinforcing cloth into the anion exchange layer or the cation exchange resin layer for increasing the mechanical strength of the membrane, and other functions such as selection of an optimum resin can be achieved by dialysis of the membrane. It can be realized with little effect on performance. In addition, there are many excellent advantages that industrial scale membranes can be easily manufactured.

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

【図1】本発明によるバイポーラ膜の構成の概略を示す
模式図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing an outline of a configuration of a bipolar film according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 アニオン交換層 2 中間層 3 カチオン交換層 4 金属酸化物の微粒子 5 アニオン交換樹脂 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Anion exchange layer 2 Intermediate layer 3 Cation exchange layer 4 Fine particles of metal oxide 5 Anion exchange resin

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 アニオン交換層、中間層、カチオン交換
層を順次有するバイポーラ膜の製造方法であって、該ア
ニオン交換層としてアニオン交換膜もしくはアニオン交
換膜となりうる膜状物を用い、該膜状物上に、金属酸化
物の微粒子及びアニオン交換基となりうる基またはアニ
オン交換基を有する有機物の溶液を塗布し重合して該中
間層を形成し、次いで該カチオン交換層を形成するバイ
ポーラ膜の製造方法。
1. A method for producing a bipolar membrane having an anion exchange layer, an intermediate layer and a cation exchange layer in this order, wherein said anion exchange layer is an anion exchange membrane or a film which can be an anion exchange membrane. Production of a bipolar membrane in which a solution of an organic substance having fine particles of a metal oxide and a group that can be an anion exchange group or an anion exchange group is applied and polymerized to form the intermediate layer, and then the cation exchange layer is formed Method.
【請求項2】 金属酸化物の微粒子が、周期律表IVA
族から選ばれた少なくとも一種の金属の酸化物を含む微
粒子である請求項1記載のバイポーラ膜の製造方法。
2. The method according to claim 1, wherein the fine particles of the metal oxide are selected from the group consisting of:
The method for producing a bipolar film according to claim 1, wherein the particles are fine particles containing an oxide of at least one metal selected from the group consisting of metals.
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