JPS5823813A - イオン交換膜用グラフト共重合体の製造方法 - Google Patents

イオン交換膜用グラフト共重合体の製造方法

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JPS5823813A
JPS5823813A JP9740582A JP9740582A JPS5823813A JP S5823813 A JPS5823813 A JP S5823813A JP 9740582 A JP9740582 A JP 9740582A JP 9740582 A JP9740582 A JP 9740582A JP S5823813 A JPS5823813 A JP S5823813A
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ion exchange
polymer
exchange membrane
copolymer
fluorine
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Sueo Machi
町 末男
Takanobu Sugo
高信 須郷
Hiroaki Taniguchi
博昭 谷口
Akio Sugishita
杉下 朗夫
Hiroshi Fujiwara
寛 藤原
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Cosmo Co Ltd
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Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、イオン交換膜用グラフト共重合体の製造方法
に関する。より詳細に述べると1本発明は含フツ素系重
合体から成る主鎖ポリマーに特定の側鎖モノマーを電離
性放射線によりグラフト共重合させてイオン交換膜用グ
ラフト共重合体を製造するに当り、該含フツ素系重合体
をあらかじめ架橋しておくことを特徴とするイオン交換
膜用グラフト共重合体の製造方法の改良に関する。
含フツ素系重合体から成る主鎖ポリマーにアシルオキシ
スチレンおよび/またはヒドロキシスチレンとポリエン
化合物より主として成る側鎖モノマーを電離性放射線に
より共グラフト重合させてグラフト共重合体を製造する
方法はすでに提案されて公知である。このようにして得
られるグラフト共重合体は種々の用途を持つ有用な高分
子物質であり、その用途の一つとして、膜状共重合体に
含まれるフェノール性水酸基を利用したイオン交換膜が
ある。勿・論アシルオキ7基を有するグラフト共重合体
も該グラフト共重合体を加水分解することによって定置
的にフェノール性水酸基に変え得るので同様にイオン交
換膜として使用可能である。
かくの如く、共重合体(膜)をイオン交換膜として使用
する場合には、膜の電気特性例えば電解性能も勿論重要
であるが、それと並んで膜の機械的強度も、きわめて重
要な問題点であることは論を待たない。
所で、イオン交換膜に要求される種々の物性のうち電気
抵抗は低い方が望ましいが、グラフト率を増して交換基
濃度を高くすると、膜の電解液に対する膨潤性が増加し
1機械的強度およびイオンの選択透過性が低下する。特
に後者の低下は、電流効率の低下および目的とする製品
の純度の低下を招く。したがって、電気抵抗が低く、機
械的強度およびイオンの選択透過性の高い膜を得るため
には最適のグラフト率を選定するだけでなく、膜中に三
次元網目構造を導入することが有効であや。
従来、その方法の一つとして、グラフト反応の際ジビニ
ルベンゼンの如きポリエン化合物を添加して、重合体に
部分的に架橋網状構造を導入していた。然しなから9本
発明者らは゛1種々検討した結果、グラフト反応の主鎖
ポリマーとして用いる含フツ素系重合体(膜)をあらか
じめ架橋してお(ことによって同様な効果が得られるこ
と、またこの主鎖ポリマーである含フツ素系重合1体(
膜)をあらかじめ架橋しておくことと、前述のグラフト
反応の際ポリエン化合物を添加して、グラフト重合体に
部分的に架橋網状構造を造ることを併せて実施すること
に・よって相乗的な効果があることを見出して本発明を
完成した。
本発明において主鎖ポリマーとなる含フツ素系重合体(
膜)の架橋には、電離性放射線を用いる方法、ラジカル
開始剤を膜状含フツ素系重合体の製造時もしくはその後
添加し、加熱などの、方法によって架橋を行なう方法等
あらゆる公知の架橋方法が採用される。従って1本発明
は主鎖ポリマー丁ある含フツ素系重合体を架橋する方法
に何ら限定されるものではない。
本発明で用いられる含フツ素系重合体としては。
ポリ四フッ化エチレン、ポリフッ化ビニリデン。
エチレン−四フッ化工≠レン共重合体、四フッ化エチレ
ン−六フフ化プロ17ン共重合’体、フン化ビニリデン
−六フン化プロピレン共重合体等が用いられる。これら
重合体は前記のとおり、あらかじめ前架橋処理が施され
、しかる後グラフト重合反応に供される。
又1本発明においてグラフト共重合に供するアシルオキ
シスチレンは一般式 で表わされる。〔ここで、置換基の位置はオルソ。
ツタまたはパラであり、Rは炭素数1〜20の直鎖ある
いは分校状の脂肪族、脂環式ある(・は芳香族の炭化水
素基〕1例えばアセトキシスチレン、プロピオニルオキ
シスチレン、プチリルオキシスチVン、ベンゾイルオキ
シスチレン等カ具体的に例示され、最も一般的にはパラ
アセトキシスチレンが用いられる。
本発明においてグラフト共重合に供するとドロキシスチ
レンは、オルソ、ツタ゛あるいはノくうの(・ずれの異
性体も用いることができ、これらの混合物であっても差
支えない。最も一般的にはパラヒドロキシスチレンが用
いらレル。
さら°に本発明においてグラフト共重合に供するポリエ
ン化合物としては分子内に重合可能な2束結合を2個以
上含有する化合物1例えばジビニルベンゼン、イソプレ
ン、ブタジェン、シクロペンタジエントエチリデ7ノル
ボルネン等のばかアクリル酸あるいはメタクリル酸のジ
オールエステル類、アジピン酸のジビニル、エステル等
が用いられる。なかでも、ジビニルベンゼンおよびイソ
プレンが好ましく用いられる。ジビニルベンゼンにはオ
ルソ、メタおよびパラの3種の異性体があるがそのいず
れの異性体も用いることができ、一般にはこれらの混合
物のまま用いられる。また市販品とし℃一般に得られる
ジビニルベンゼンは、ジビニルベンゼンのほかにエチル
ピニルペンゼyを45重量係程度含有する混合物である
場合が多いが。
この混合物をそのまま反応に供しても差支えない。
これらのアシルオキシスチレンおよび/またはヒドロキ
シスチレンとポリエン化合物は有機溶剤に溶解し、溶液
としてグラフト重合反応に供されるが、この有機溶剤と
しては、アシルオキシスチレンおよび/またはヒドロキ
シスチレンとポリエノ化合物とを均一に溶解するが一方
含フッ素系重合体は溶解しない有機溶剤が用いられる。
たとえばアセトン、メチルエチルケトン等のケトン、酢
酸エチル、酢酸ブチル等のエステル、メチルアルコール
、エチルアルコール、フロビルアルコール。
ブチルアルコール等のアルコール、テトラヒドロフラン
、ジオキサン等のエーテル、N、N−ジメチルホルムア
ミド、 N、N−ジメチルアセトアミド。
ベンゼン、トルエン等の芳香族炭化水L n−へブタン
、シクロヘキサンの如き脂肪族ないし脂環族炭化水素あ
るいは、これらの混合溶媒が適当である。これらのなか
でも含フツ素系重合体を膨潤させるものが好ましく用い
られる。
本発明のグラフト共重合は電離性放射線を用いて行なわ
れる。電離性放射線を用いるグラフト共重合法には主鎖
ポリマーにあらかじめ電離性放射線を照射したのち、そ
のポリマーケモノマーと接触させる前照射法と、モノマ
ーとポリマーの共存下に電離性放射線を照射する同時照
射法とがあるが1本発明如おいてはいずれの方法によっ
てもよい。電離性放射線としてはγ線、X線、電子線。
α線あるいはこれらの混合放射線等種々の放射線を用い
ることができる。グラフト共重合に必要な照射全線量は
通常105ランド以上である。前照射法における放射線
照射の際の温度は特に制限する必要はないが、温度が高
くなるとラジカルの消滅が起りあまり好ましくないので
照射時の温度は室温ないしそれ以下が適当である。
本発明の方法により製造したグラフト共重合体(膜)は
、必要に応たて有機溶剤たとえばメタノール、エタノー
ル、フロビルアルコールの如キアルコール、アセト/、
メチルエチルケトン、の如きケトン、ベンゼン、トルエ
ンの如き芳香族炭化水素あるいは、これらの混合物で洗
浄する。また。
アシルオキシスチレンを含む側鎖を有するグラフト共重
合体は、イオン交換膜として使用するためには、加水分
解処理により、側鎖のアシルオキシ基を水酸基に変換す
る。この加水分解処理は1通常実施されているフェノー
ルエステルの加水分解と同様に第1級アルコールのエス
テルの加水分解に比して極めて容易であり、温和な条件
で容易に実施することができる。すなわち、触媒として
酸あるいは塩基を用い、こハらの触媒を含有する水溶液
あるいは水と水溶性有機溶剤との混合溶液中にグラフト
共重合体(膜)を入れて、側鎖のアシルオキシ基の加水
分解反応が行なわれる。加水分解反応は主として不均一
系で行なわれるので、゛基質と触媒の親和性を高めるた
め、および酸性触媒を用いた場合、脱離した有機酸を溶
解できる様にアルコール、ケトンなどの水溶性有機溶剤
と水との混合物中で行なうのが望ましい。加水分解の反
応温度は50〜100℃が適当である。
以下実施例によって、さらに本発明を説明する。
実施例−1 厚す0.15mのテトラフロロエチレンとエチレン共重
合体のフィルム6.6C3gを空気中、室温で20Mr
adの電子線(加速電圧2MeV 、電流17FIA)
を照射することによって前架橋した。その一部(1,0
0y)をとり、常法によってゲル化度を求めたところ9
0%以上であった。フィルムは空気中、45℃以上で6
60時間以上放置して残存ラジカルが完全に消滅したこ
とを確認したのち、原料として使用した。
H型ガラス製アンプルの一方の脚部にp−アセトキシス
チレン50重量係、ベンゼン50重量係の溶液70II
Ilを入れ、真空で凍結解法にて充分脱気した。
一方、前述の架橋した原料フィルムの残部2.60gを
窒素中、室温で5Mradの電子線(加速電圧2MeV
、電流1mA)を照射したのち、もう一方の脚部に入れ
、充分に真空にする。10−2wag以上の真空になっ
たのち、七ツマー溶液を融解してフィルム側に移し、6
0℃で2時間反応させた。反応後。
アンプルを開封しフィルムを取り出し、アセトンで充分
洗滌し、恒量になるまで減圧乾燥した。反応前後の重量
差から算出したクラフト率は40%であった。このもの
は、さらにアセトン抽出を繰り返しても減量しなかった
上記の如くして得たフィルムを冷却管を付した100d
のフラスコに入れ、混合比が容量比で1=4である濃塩
酸−メタノール溶液5oWLtを加えて、湯浴上で60
分間加熱した。得られたフィルムを赤外線吸収スペクト
ルで調べたところ、エステル基は完全に加水分解され、
新しくフェノール性水酸基に基く吸収が解められた。こ
の膜はイオン交換膜として有用であった。このイオン交
換膜のイオン交換容量は3meq/、9であり、40%
NaOH水溶液中での電気抵抗は2ろΩ・dであった。
又、引張り強度は220kg/i−であり、予め架橋し
ないで上記と同様の方法で製造したイオン交換膜の引張
り強度150ψ−と比較して著しく向上した。
実施例−2 厚さ0.15+lのテトラフロロエチレンとへキサフロ
ロプロピレン共重合体の膜を主鎖ポリマーとして用いて
実施例1と同様な方法で架橋およびグラフト共重合し“
て得たグラフト共重合体をアセトンで充分洗滌して副生
じたp−ヒドロキシスチレン単量重合物を完全に除いた
のち、恒量になるまで減圧乾燥1.た。反応前後の重量
差から算出したグラフト率は45係であった。
更に、このグラフト共重合体を実施例1と同様な方法で
加水分解処理してイオン交換膜とした。
このイオン交換膜のイオン交換容量は3.1meq/g
であり、40%NaOH水溶液中の電気抵抗は2゜Ω・
dであった。
次K、このイオン交換膜を用いて高濃度力性ソーダを得
る条件でN a Cl水溶液中で電気分解を行なった結
果、電流効率は80係であった。
比較のため、主鎖ポリマーに架橋操作をしないで上記と
同様な処理をして得た共重合体のグラフト率は47係、
及びそれから得たイオン交換膜のイオン交換容量は3.
37r+eq/p及び電気抵抗は18Ω・dであり、電
流効率は68係であった。
この結果主鎖ポリマーをあらかじめ架橋しておくことが
電流効率の向上に有効であることがわかった。
実施例−3 厚さ0.15s+Iのテトラフロロエチレンとビニルエ
ーテルの共重合体フィルム3.60yを空気中、室温で
iQMradの電子線(加速電圧2MeV、電流imA
)を照射することによって前架橋した。その一部(1,
00g)をとね、常法によってゲル化度を求めたところ
90%以上であった。フィルムは空気中。
45℃以上で660時間以上放置して残存ラジカルが完
全に消滅したことを確認したのち、原料として使用した
H型ガラス製アンプルの一方の脚部にp−アセトキシス
チレン50重量係、ベンゼン50重量係の溶液7011
Ll!を入れ、真空で凍結解法にて充分脱気した。
一方、前述の架橋した原料フィルムの残部2.、ISO
,Sitを窒素中、室温でiQMradの電子線(加速
電圧2MeV、電流1mA)を照射したのち、もう一方
の脚部に入れ、充分に真空にする。10−” mmHg
以上の真空になったのち、七ツマー溶液を融解してフィ
ルム側に移し、60℃で5時間反応させた。反応後。
アンプルを開封しフィルムを取り出し、アセトンで充分
洗滌し、恒量になるまで減圧乾燥した。反応前後の重量
差から算出したグラフト率は45qbであった。このも
のは、さらにアセトン抽出を繰り返しても減量しなかっ
た。
上記の如くして得たフィルムを冷却管を付したi o 
[1m/のフラスコに入れ、混合比が容量比で1:4で
ある濃塩酸−メタノール溶液53m/を加えて。
湯浴上で60分間加熱した。得られたフィルムを赤外線
吸収スペクトルで調べたところ、エステル基は完全に加
水分解され、新しくフェノール性水酸基に基く吸収が認
められた。この膜はイオン交換膜として有用であった。
このイオン交換膜のイオン交換容量は2.9meq/g
であり40% NaOH水溶液中での電気抵抗は26Ω
・dであった。
実施例−4 厚さ0.15mlのポリテトラフロロエチレンフィルム
5.60 gを真空下、室温で線量率5X105rad
/hrで5時間照射することによって前架橋した。゛そ
の一部(1,00g)をとり、常法によってゲル化度を
求めたところ90%以上であった。フィルムは空気中、
45澱上で360時間以上放置して残存ラジカルが完全
に消滅したことを確認したのち;原料として使用した。
H型ガラス製アンプルの一方の脚部にp−アセトキシス
チレン50重i%、ベンゼン50重i%の溶液73m/
を入れ、真空で凍結解法にて充分脱気する。
一方、前述の架橋した原料フィルムの残部2.60gを
窒素中、室温下でコバルト−60のガンマ−線を線量率
5×10ゝrad/hrで5時間照射したのち。
もう一方の脚部に入れ、充分に真空にする。10sn山
以上の真空になったのち、モノマー゛溶液製融解してフ
ィルム側に移し、60℃で2時間反応させた。反応後、
アンプルを開封しフィルムを取り出し、アセトンで充分
洗滌し、恒量になるまで減圧乾燥した。反応前後の重量
差から算出したグラフト率は38%であった。このもの
は、さらにアセトン抽出を繰り返しても減量しなかった
上記の如くして得たフィルムを冷却管を付し“た100
WLN)フラスコに入れ、混合比が容量比で1:4であ
る濃塩酸−メタノール溶液501Llを加えて。
湯浴上で30分間加熱した。得られたフィルムを赤外線
吸収′スペクトルで調べたところ、エステル基は完全に
加水分解され、新しくフェノール性水酸基に基く吸収が
認められた。この膜はイオン交換膜として有用である。
このイオン交換膜のイオン交換容量及び電気抵抗は各々
2.8meQ/、fir及び25Ω・dであった。
〜 これと比較するために、原料として予め架橋処理を
しない同種のフィルムを用いてまったく同一の7ラフト
反応によって得た膜と比較したところ。
−゛架橋した原料から得られた膜は耐熱性9強度、電気
的な特性が未架橋の原料から得られた膜に比べて著しく
優れていることを見出した。
特許出願人 田本原4力研究所 同   丸善石油株式会社 第1頁の続き

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)′含フッ素系重合体にアシルオキシスチレンお・
     よび/またはヒドロキシスチレンを主成分とするモノ
    マー混合物を電離性放射線を用いて共グラフト重合させ
    てイオン交換膜用グラフト共重合体を製造する方法にお
    いて、前記含フツ素系重合体を公知の方法によりあらか
    じめ架橋することを特徴とするイオン交換膜用グラフト
    共重合体の製造方法。
  2. (2)モノマー混合物としてアシルオキシスチレンおよ
    び/またはヒドロキシスチレンとポリエン化合物とを主
    成分゛とするモノマー混合物を使用することを特徴とす
    る特許請求の範囲第1項の方法。
JP9740582A 1982-06-07 1982-06-07 イオン交換膜用グラフト共重合体の製造方法 Expired JPS599562B2 (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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