JPS5823407B2 - 高分子電解質複合体の製法 - Google Patents

高分子電解質複合体の製法

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JPS5823407B2
JPS5823407B2 JP50139196A JP13919675A JPS5823407B2 JP S5823407 B2 JPS5823407 B2 JP S5823407B2 JP 50139196 A JP50139196 A JP 50139196A JP 13919675 A JP13919675 A JP 13919675A JP S5823407 B2 JPS5823407 B2 JP S5823407B2
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    • B01D67/0011Casting solutions therefor
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    • B01D71/76Macromolecular material not specifically provided for in a single one of groups B01D71/08 - B01D71/74
    • B01D71/80Block polymers
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J3/00Processes of treating or compounding macromolecular substances
    • C08J3/24Crosslinking, e.g. vulcanising, of macromolecules
    • C08J3/246Intercrosslinking of at least two polymers

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、カルボキシル基と末端に二重結合を有する不
飽和基を同時に含む新規な高分子電解質、ポリイオンコ
ンプレックス(以下PICと記す。
)の製法に関するものである。
さらに詳しく述べると下記一般式(1)〜(3)(ただ
し、R1、R2は水素原子または炭素数1ないし4のア
ルキル基である。
R3は (Rは水素原子またはメチル基である。
mは1ないし3の任意の数である。
nはOまたは1の数である。
)である。R4、R5およびR6の中で一つ以上は次の
基を含むことを必要とする。
(Rは水素原子またはメチル基である。
mは1ないし3の任意の数である。
nは0または1の数である。
)である。R4、R6およびR6の中で上記した基で満
たされていないものは炭素数1ないし4のアルキル基ま
たはアルキロール基である。
である。
Xはハロゲン原子または水酸基である。
Mは芳香族ビニル単量体、たとえば、スチレン、α−メ
チルスチレン等の置換スチレン、ビニルピリジン等の含
穿索複素環単量体、脂肪族ビニル単量体、たとえば、ア
クリル酸、該エステル、アクリロニトリルなどの高分子
電解質にならない広義のビニル単量体またはブタジェン
などのエチレン性二重結合を有する単量体である。
)で示される少なくとも一種の重合体とこれにスルホン
酸および/またはスルホン酸塩を含む強電解質型ポリア
ニオンを錯化させることにより新規なPICの製造法を
見出したものである。
本発明の新規なPICの用途としては、限外沢過膜、透
析膜製造用樹脂、イオン交換樹脂、界面活性剤、コーテ
ィング剤、イオン交換膜、人工肺の医療用材料などへの
利用が考えられ、ことに本発明のPICはカルボン酸と
不飽和基を同時に有しているため限外沢過膜や透析膜へ
用いる場合は、従来のPIC膜に比べて種々の利点のあ
るPIC膜を与えることができる。
本発明のPICは以下の優れた特性を有している。
すなわち、(1)PIC中に水素結合形成能のある基が
存在するため膜を作成した場合にその性能、すなわち水
透過性、膜強度を上げることに大いに役立つ。
また、本発明のPICはイオン結合以外に水素結合形成
能の強いカルボン酸を含有しているため、膜に成型した
場合の膜強度があがる。
(2)カルボン酸を含むPICの製造の場合、イオン結
合にあずかるアニオン部は弱酸型がほとんどであったが
、そのため、強度などの点で問題があるが、本発明で得
られるPICはアニオン部が強酸型のものが使用でき、
それによってイオン結合も強くなり、膜に成型した場合
の膜強度があがる。
(3)本発明で使用される重合体は、重合条件等を適当
に変化させることによって、重合体中のカルボン酸の含
有量を任意に調節することができる。
このことによって、P I C中のカルボン酸の量を任
意に調節することができ、化学的にイオン密度、イオン
間隔などの因子を自由に変えることかできる。
(4)本発明で得られるPICは不飽和基を含有してい
るため、化学的処理ではなく、必要に応じて、ラジカル
開始剤、イオン開始剤または増感剤の存在下に光、熱、
紫外線などの照射など高エネルギー放射線等の物理的処
理で架橋をすることもでき、架橋密度を容易に大きくす
ることができる。
また、これによって得られたPIC膜は上記と同じ特性
をもつものである。
本発明の新規なPICは、カルボン酸と不飽和基を含む
カチオン部を同時に含む重合体あるいはさらに他のビニ
ル単量体成分を含む重合体を用いる点にその特徴がある
他方、用いられるポリアニオンとしては、スルホン酸お
よび/またはスルホン酸塩を含む強電解質型ポリアニオ
ンである。
好ましくは、スチレンスルホン酸、ビニルスルホン酸、
ビニルトルエンスルホン酸のアルカリ金属塩あるいはア
ルカリ土類金属塩の重合体あるいは共重合体である。
上記のように用いるポリアニオンは強電解質型ポリアニ
オンとしてスルホン酸および/またはスルホン酸塩を含
むものであり、ポリカチオンとして同一分子中にカルボ
ン酸と不飽和基を含むカチオン部を含む重合体を使用す
るのが必須である。
本発明の新規なPICの製造は、前記した一般式(1)
〜(3)で示される重合体および強電解質型ポリアニオ
ンをそれぞれ適当な溶媒に溶解せしめた後、両液を混合
することによって達成することができる。
使用できうろ溶媒としては、水または水と混和性のある
少なくとも一種の有機溶媒および/または酸、たとえば
メタノール、エタノール、アセトン、テトラヒドロフラ
ン、N−N−ジメチルホルムアミド、N−N−ジメチル
アセトアミドなどの単独あるいは混合溶媒、塩酸、硫酸
、硝酸などの単独あるいは混合溶媒に溶解させ、両液を
混合すると新規なPICが生成する。
この場合イオン結合に関与するのは、一般式(1)〜(
3)の重合体中のカチオン部と強電解質ポリアニオン部
である。
したがって、カルボン酸をPIC中に残すことができる
混合の方法としては、上記とは別に、一方の溶液に他方
の固状物質をそのまま加えることによっても本発明の目
的を達成できうるが、生成してくるPICの組成が不均
一になったり、再現性が乏しくなったり、また精製の段
階で時間がかかる。
両液を反応させる濃度は0.01重量%ないし80重量
%まで適当に変化させることができるが、好ましくは0
.1重量%ないし30重量%である。
両液を反応させる温度は0℃ないし90℃まで適当に変
化させることができるが、好ましくは室温ないし50℃
である。
カチオン部とアニオン部の当量比は0.05ないし20
の範囲である。
上記のようにして製造されたPICは水−水に混和性の
ある有機溶媒−酸、塩基あるいは塩の少なくとも三成分
系溶媒に溶解させることができる。
この際、使用される有機溶媒としてはアルコール、環状
エーテル、ケトンおよび含窒素または含硫黄極性溶媒で
、たとえばメタノール、エタノール、N−N−ジメチル
ホルムアミド、N−N−ジメチルスルホキシド、アセト
ン、テトラヒドロフラン、ジオキサン、シクロヘキサノ
ン、アセトニトリル等の一種またはそれ以上が使用され
る。
他の一成分である酸、塩基および塩としては、塩酸、硫
酸、硝酸、臭化水素酸など水酸化ナトリウム、水酸化カ
リウムのようなアルカリ金属の水酸化物、塩化ナトリウ
ム、臭化ナトリウム、臭化カリウム、塩化カルシウムの
ようなアルカリ金属あるいはアルカリ土類金属のハロゲ
ン化物、硝酸塩、硫酸塩、過塩素酸塩、過硫酸塩等の塩
が用いられる。
前記した三成分系溶媒としては、特に水−アセトンー臭
化ナトリウム、水−アセトンー塩化ナトリウムの組み合
せが好ましい。
またこの溶媒はPIC膜等の成型品を製造するためのキ
ャスティング溶液としても使用出来る。
従来のPIC膜は、異符号間のイオン結合のみによって
いたため、膜の強度などに問題を残している。
そこで、本発明の発明者はこれらを改良するため、鋭意
研究を続けてきた中で、前記した方法で得られたPIC
を使って新規PIC膜を製造するに至った。
キャスティング溶液としては、PICを前述した少なく
とも三成分系溶媒に5〜80重量%、好ましくは10〜
60重量%の濃度で調整した溶液を使用する。
また、PICの原料である上記の重合体および強電解質
ポリアニオンを溶媒に溶解した溶液をキャスティング溶
液として使用することも可能である。
製膜法として、その一例をあげると、上記のように調整
したキャスティング溶液をガラス、テフロン、ポリエチ
レンテレフタレートなどの材質の平滑板上に流し、厚さ
を一定したのち乾燥すればよい。
乾燥温度は0℃ないし90℃、好ましくは室温ないし5
0℃である。
乾燥時間は1分ないし2時間である。
また、製膜方法は、上記のようなキャスティング法のほ
かに、二枚またはそれ以上の板の間にPICを少なくと
も三成分系の溶媒に溶解し、その材料を入れ必要に応じ
て熱を加えながら、加圧成形するプレス法、多孔性支持
体の上にキャスティング溶液を塗布するかあるいは、こ
の支持体をキャスティング溶液に浸漬し膜を支持体に担
持させるなどの方法によってPIC膜を成型することも
できる。
支持体としては一般に、テトロンのようなポリエステル
、テビロンのようなポリ塩化ビニル、サランのようなポ
リ塩化ビニリデンなどの合成繊維、アスベストやガラス
の繊維布、網などをあげることができる。
上記のようにして平滑板上あるいは支持体に担持させた
PICを温度0℃〜80℃、好ましくは20°C〜50
℃の水中あるいは水と混和性のある有機溶媒との混合溶
液中に浸漬する。
浸漬時間は1分〜10時間である。
平滑板上にキャスティングしたものは、一定時間後には
く離することによって新規なPIC膜を製造することが
できる。
また支持体に担持させたPIC膜の支持体に対する接着
力は良好であった。
上記PIC膜は、不飽和基を含むため、熱、光、高エネ
ルギー放射線などの処理により架橋することが可能であ
る。
たとえば、キャスティング溶液中にα・α−アゾビスイ
ソブチロニトリルのようなラジカル開始剤などを存在せ
しめて製膜し、あとで熱処理することもできろ。
さらに必要に応じてベンゾフェノン等のような光増感剤
を膜中に存在せしめて紫外線等の処理を行うこともでき
る。
架橋温度としては室温〜100°Cで、架橋時間は1時
間ないし10時間で充分である。
本発明は、前記した重合体を使用するため、PIC膜不
飽和基とカルボン酸を同時に含有するところに特徴があ
る。
本発明で製造されたPIC膜は透析膜、限外p過膜、人
工肺の医療用材料、保護用コーティングおよびイオン交
換膜などへの広範囲な用途がある。
以下に本発明を実施例により具体的に説明する。
かつ、これら実施例のみに限定されるものではない。
実施例 1 下記式で示される重合体、 (分子量4.8X105)の10?を蒸留水10100
Oに溶解させ、pHを3に調整した(10%塩酸)溶液
を作成した。
一方ポリスチレン酸ナトリウム(分子量4.2X105
)l’を蒸留水800rulに溶解させた溶液を作成
した。
次に室温下で攪拌しながら両液を混合した。
混合と同時に白色の沈殿が生成した。
両液を約1時間で混合し、混合終了後、約2時間攪拌を
続げた。
一昼夜放置したのち、生成した白色の沈殿物を1別し、
充分に蒸留水で洗浄したのち、さらにメタノールで洗浄
し真空下で乾燥した。
生成物の赤外線吸収スペクトルは1710CIrL’に
カルボン酸の吸収が、1200〜1030CIrL ’
に802に基づく吸収がそれぞれ認められた。
このことはPICの生成を示すと同時に遊離のカルボン
酸の存在を示している。
収量は11.:lであった。PICは水−アセトン−N
aBr(60:20:20)あるいは水−ジオキサン−
N−N−ジメチルスルホキシド−濃臭化水素酸(17:
17:17:49)の溶媒によく溶けた。
実施例 2 実施例1の蒸留水にメタノールを各々200TLl加え
た以外は実施例1と同様の方法で反応、処理した。
得られたPICは実施例1で得たPICと同じものであ
った。
実施例 3 下記に示す重合体、 (分子量7.9X106 )15グを蒸留水1200罰
に溶解させ、10%塩酸でpHを25に調整した溶液を
作成した。
一方ポリスチレンスルホン酸ナトリウム(分子量6.7
X106) 10 fを蒸留水100rnlに溶解させ
た溶液を作成した。
次に室温下で攪拌しながら両液を混合した。
混合と同時に白色の沈殿が生成した。
両液を1.5時間で混合した。
混合終了後、約2時間攪拌を続げた。一昼夜放置したの
ち、生成した白色の沈殿物を1別し充分に蒸留水で洗浄
したのち、さらにメタノールで洗浄し、真空下で乾燥し
た。
生成物の赤外線吸収スペクトルは1710C1n ’
にカルボン酸に基づく吸収が、1200〜1030CI
IL’にS02に基づく吸収がそれぞれ認められた。
収量は1’l=lであった。
得られたPICは水−アセトン−NaBr(60: 2
0 : 20)、水−アセトン−NaC1(51:18
:31)の溶媒によく溶解した。
実施例 4 下記に示す重合体 (分子量27X10’ )16グを蒸留水2000d
に溶解した溶液を作成した。
一方、ポリビニルスルホン酸ナトリウム(分子量4.7
X 103) 7グを蒸留水800m1に溶解した溶液
を作成した。
次に室温下で攪拌しなから両液を混合した。
両液を約2時間で混合した。
混合終了後、約2時間攪拌を続けた。
一昼夜放置したのち、生成した白色の沈殿物を1別し、
充分に蒸留水で洗浄したのち、さらにメタノールで洗浄
し、真空下で乾燥した。
収量は19.2Pであった。
構造は赤外線吸収スペクトルによって確認した。
得られたPICは水−アセトン−NaBr(sl:1g
:31)の溶媒によく溶解した。
実施例 5 下記に示す重合体 (分子量6.2X106 )13グを蒸留水1500r
ulに溶解し、10%塩酸でpHを2.5に調整した溶
液を作成した。
(a)次に下記式で示される重合体 (分子量5.3X105 )15S’を蒸留水2000
rILlに溶解し、10%塩酸でpHを2.5に調整し
た溶液を作成した。
(b)一方ポリスチレンスルホン酸ナトリウム(分子量
4.2X 105) 85’を蒸留水10100Oに溶
解した溶液を調整した。
上記した(a)もしくは(b)とポリスチレンスルホン
酸ナトリウムの溶液を実施例1と同様の方法で反:応、
処理した。
得られた各PICは赤外線吸収スペクトルによって確認
した。
収量はそれぞれ(a)18.5′fI、(b)19fで
あった。
得られたpICはいずれも水−アセトン−NaBr(6
0:20:20あるいは51:18:31)の溶媒によ
く溶解した。
実施例 6 下記に示す重合体 (分子量7.9X106 )15Pを蒸留水1200m
1に溶解させ、10%塩酸でpHを2.5に調整した溶
Mを作成した。
一方、ポリスチレンスルホン酸ナトリウム(分子量6.
7X106 )10Pを蒸留水10100Oに溶解させ
た溶液を作成した。
次に室温下で攪拌しながら両液を混合した。
混合と同時に白色の沈殿が生成した。
両液を1,5時間で混合した。
混合終了後、約2時間攪拌を続げた。一昼夜放置したの
ち、生成した白色の沈殿物を1過し、充分に蒸留水で洗
浄したのち、さらにメタノールで洗浄し、真空下で乾燥
した。
生成物の赤外線吸収スペクトルは1710cIfL ’
にカルボン酸に基づく吸収が、1200〜1030Cr
rL−1にSO2に基づく吸収がそれぞれ認められた。
収量は19.1’であった。
得られたPICは水−アセトン−NaBr(60: 2
0 : 20)、水−アセトン−NaBr(51:18
:31)の溶媒によく溶解した。
実施例 7 実施例6で得たPICを水−アセトンー臭化ナトリウム
(51:18:31)の三成分系溶媒を用いて溶解した
濃度は20重量%に調整した。調整したキャスティング
溶液を15crfL×15CrfLのガラス平滑板上に
流し、厚さを一定した。
室温で約1時間溶媒を蒸発させたのち、水中に静かに5
分間浸漬した。
次いでガラス板からPIC膜をはく離し、さらに2時間
水中に浸漬した。
このようにして得られたPIC膜は含水率81.7%、
膜厚0.198myx、水透過性0.423 rrLl
/m1n−crl (1kg/crlt圧力下)であっ
た。
実施例8 実施例70PIC濃度を25%に調整した以外は実施例
7と同様の方法で製膜した。
得られたPIC膜は含水率78.2%、膜厚0.201
mm、水透過性0.248 rul/m1yt−ctA
(1kg/cr7を圧力下)であった。
実施例 9 実施例7のPIC濃度を30重量%に調整した以外は実
施例7と同様の方法で製膜した。
得られたPIC膜は含水率74.2%、膜厚0.251
mm、水透過性0.021 ml/m1yr −crA
(1kg/cd圧力下)であった。
実施例 10 実施例5中でaとポリスチレンスルホン酸ナトリウムと
の反応で得たPICを使用した以外は実施例7と同様の
方法で製膜した。
得られたPIC膜は含水率74.7%、膜厚0.245
mm、水透過性0.082 rnl/min −C4(
1kg/ca圧力下)であった。
比較例 1 下記で示される ポリカチオンポリマー(分子量2.7X10’、四級化
度83%)の97を取り、1500mlの蒸留水で攪拌
溶解して均一溶液を調整した。
一方、別のビーカーにポリスチレンスルホン酸ナトリウ
ム(分子量6.7X106)を71取り、2000ru
lの蒸留水で攪拌溶解して均一溶液を調製した。
攪拌しているポリカチオンポリマーの溶液の中にポリス
チレンスルホン酸ナトリウムの溶液を除々に滴下した。
滴下と同時に白色の沈殿が生成した。滴下終了後、さら
に1時間攪拌を続け、その後生成物を1別し、十分に水
を洗浄後、さらにメタノールで洗浄し、真空下で乾燥し
た。
得られたPICは元素分析の結果中性であった。
次にこのPICを水−アセトンー臭化ナトリウム(51
:18:31)の三成分系溶媒を用いて、溶解した。
濃度を30重量%に調整し、このキャスティング溶液を
15CrIL×15CrILのガラス平滑板上に流し、
厚さを均一にした。
室温で約30分間溶媒を蒸発したのち、水中に静かに5
分間浸漬した。
ガラス板からPIC膜をはく離し、さらに2時間水中に
浸漬した。
実施例 11 実施例7で得られたPIC膜を0.5 N Na、C
I中に浸漬し、一昼夜放置して十分平衡させたのち、2
つの半セル間に装着し、膜の一方の面を0.5NNaC
1に、他方の面を2.5N NaC1に接触させ、両
セル間に発生する膜電位(Em)から次式ここで R;普遍気体定数 F:ファラデ一定数 T:測定温度〔0K〕 al、a2;セル1、および2の食塩水活量濃度により
膜内カチオン輸率(τ+)を求めたところ、0.6であ
った。
同様にして比較例1で得られた膜の輸率を求めたところ
0.5であった。
実施例 12 実施例1で得たPICをキャスティング濃度40重量%
、キャスティング溶媒組成、水−アセトン−NaBr(
60:20:20)にて溶解し、均一な溶液を得た。
溶液にベンゾフェノンを加えたのち、サラン網(70メ
ツシユ)に塗布し、1分間室温で乾燥し、水に浸漬する
とただちに白色の膜が形成される。
含水率784%であった。
実施例 13 実施例12で得たPIC膜を高圧水鋼溶で、水温60℃
で4時間照射した。
このようにして得られたPIC膜を水−アセトン−Na
Br(60:20 : 20 )で溶解せしめたところ
不溶物と可溶物が次の割合で得られた。
比較のため光照射しない場合を併せて示した。
以上のことから、光照射したPIC膜は架橋しているこ
とがわかる。
実施例 14 下記式で示される のポリカチオンポリマーの7重量%水溶液とポリスチレ
ンスルホン酸ナトリウム塩(分子量2.6×106 )
の5重量%水溶液とを実施例1と同様に反応させ、PI
Cを得た。
得られたPICをキャスティング濃度45重量%、キャ
スティング溶媒組成、水−アセトン−NaBr(60:
20:20)に溶解し、均一な溶液を得た。
キャスティング液をサラン網に均一に塗布し、2分間室
温で乾燥したのち、水に浸漬するとただちに白色の膜が
形成された。
含水率は74.7%であった。
実施例 15 下記に示す重合体 (分子量3.2X10’)20グを蒸留水2000m1
に溶解させ、10%塩酸でpHを3に調整した。
一方、ポリビニルスルホン酸ナトリウム(分子量4.I
Xl 03 )5fを蒸留水500rrLlに溶解させ
、室温下ではげしく攪拌しながら両液を混合し、白色の
沈殿物を得た。
沈殿物を1過して集め、真空下で乾燥した生成物の赤外
線吸収スペクトルは1702cIL−1にカルボン酸の
吸収が、1200cm−1〜1000c1rL−1にS
O□に基づく吸収がそれぞれ認められた。
収量は21.4Pであった。このPICは水−アセトン
−NaBr(51: 18 :31)、水−メタノール
−NaC1(60:20:20)などの溶媒によく溶解
した。
実施例 16 実施例15で得たPICを水−アセトン−NaBr(5
1:18:31)の三成分系溶媒を用いて溶解した。
濃度を20重量%に調整し、15儒×15CrILのガ
ラス平滑板上に流し、厚さを一定にした。
室温で約1時間乾燥したのち、水中に静かに10分間浸
漬し、ガラス板上から膜をはく離した。
さらに2時間水中に浸漬した。含水率、83.4%、膜
厚0.189mm、水透過性0、314 rnl/mi
!t−crrt(1kg/ca圧力下)であった。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 水と水に混和性のある少なくとも一種の酸および/
    または有機溶媒からなる混合溶媒の存在下に、下記一般
    式(1)〜(3) (ただし、R1、R2は水素原子または炭素数1ないし
    4のアルキル基である。 R3は(Rは水素原子またはメチル基である。 mは1ないし3の任意の数である。 nは0または1の数である。 )の一種である。R4、R6およびR6の中で一つ以上
    は次の基を含むことを必要とする。 または (Rは水素原子またはメチル基である。 mは1ないし3の任意の数である。 nは0または1の数である。 )である。またR4、R6およびR6の中で上記した基
    で満たされていないものは炭素数1ないし4のアルキル
    基またはアルキロール基である。 aは70以下の任意の数である。 bは10以上の任意の数である。 Cは0を含む任意の数である。Xはハロゲン原子または
    水酸基である。 Mはビニル単量体および/またはエチレン性二重結合を
    有する単量体である。 )で示される少なくとも一種の重合体とスルホン酸およ
    び/またはスルホン酸塩を含む強電解質型ポリアニオン
    とを反応せしめることを特徴とする高分子電解質複合体
    の製法。
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