JPS582970B2 - Youion Koukan Makunoseizouhouhou - Google Patents
Youion Koukan MakunoseizouhouhouInfo
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- JPS582970B2 JPS582970B2 JP50047395A JP4739575A JPS582970B2 JP S582970 B2 JPS582970 B2 JP S582970B2 JP 50047395 A JP50047395 A JP 50047395A JP 4739575 A JP4739575 A JP 4739575A JP S582970 B2 JPS582970 B2 JP S582970B2
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は弗素系陽イオン交換膜の改質方法に関し、その
電気化学的性質の改良を目的とするものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method for modifying a fluorine-based cation exchange membrane, and its purpose is to improve its electrochemical properties.
今日、イオン交換膜は各方面で工業的に広く利用されて
いる。Today, ion exchange membranes are widely used industrially in various fields.
海水の濃縮製塩はその利用の代表的な例である。Concentrated salt production from seawater is a typical example of its use.
更にかん水の脱塩、その他イオン性物質と非イオン性物
質との分離技術などがその若干の例である。Further examples include desalination of brine and other techniques for separating ionic and nonionic substances.
また近年水銀法食塩電解、隔膜法食塩電解と並んで食塩
電解技術分野における新しい技術としてイオン交換膜を
用いる食塩電解が検討されている。In addition, in recent years, salt electrolysis using an ion exchange membrane has been considered as a new technology in the field of salt electrolysis, along with mercury salt electrolysis and diaphragm salt electrolysis.
これらに用いられるイオン交換膜は陽イオン交換膜およ
び陰イオン交換膜であり、今日極めて優れた性能のイオ
ン交換膜が開発されている。The ion exchange membranes used for these are cation exchange membranes and anion exchange membranes, and ion exchange membranes with extremely excellent performance are currently being developed.
しかしイオン交換膜に要求される性質は各種のものがあ
り、これらは相矛盾する性質である。However, there are various properties required for ion exchange membranes, and these properties are contradictory.
これらの性質を全て兼ね備えたイオン交換膜が最も望ま
しいが、現状においてはそのような膜は実現されていな
い。Although an ion exchange membrane that has all of these properties is most desirable, such a membrane has not yet been realized.
そのため使用目的に応じた膜性質を有する各種イオン交
換膜が開発されている。Therefore, various ion exchange membranes having membrane properties depending on the purpose of use have been developed.
一般に炭化水素系のイオン交換膜は電気化学的性能にお
いては極めて優れたものであるが、耐熱性、耐酸化性に
おいて限界がある。In general, hydrocarbon-based ion exchange membranes have extremely excellent electrochemical performance, but have limitations in heat resistance and oxidation resistance.
そのために弗素原子を結合した弗素系イオン交換膜が提
案されているが電気化学的性質に若干の難点がある。For this purpose, fluorine-based ion exchange membranes in which fluorine atoms are bonded have been proposed, but they have some drawbacks in their electrochemical properties.
即ち、弗素系イオン交換膜では交換容量を高めることが
容易でないために一般に電気抵抗が高く輸率が低い。That is, since it is not easy to increase the exchange capacity of fluorine-based ion exchange membranes, they generally have high electrical resistance and low transference numbers.
また、イオン交換基あるいはイオン交換基に変換しうる
官能基を有する単量体またはイオン交換基を導入しうる
単量体で且つ弗素系のビニル単量体からイオン交換膜を
合成する場合には、適当な架橋性の弗素系ビニル単量体
がないために得られるイオン交換膜の機械的強度に難点
があり、またイオン交換膜の寸法変化も著しいために取
扱いが面倒であり、しかも電気化学的性質でも満足すべ
きものではない。In addition, when synthesizing an ion exchange membrane from a monomer having an ion exchange group or a functional group that can be converted into an ion exchange group, or a monomer into which an ion exchange group can be introduced and a fluorine-based vinyl monomer, However, due to the lack of a suitable crosslinkable fluorine-based vinyl monomer, the mechanical strength of the ion exchange membrane obtained is poor, and the dimensional change of the ion exchange membrane is also significant, making it troublesome to handle. Even the ``natural'' nature is not something to be satisfied with.
特にこの種の膜をイオン交換膜食塩電解に用いたとき取
得か性ソーダの電流効率が低いために各種の電流効率を
向上させる方法が試みられている。In particular, when this type of membrane is used for ion exchange membrane salt electrolysis, the current efficiency of the obtained caustic soda is low, so various methods have been attempted to improve the current efficiency.
例えば、パーフルオロビニルエーテル系のスルホン酸型
陽イオン交換膜の片面をアンモニャによってスルホン酸
アミドとする方法、パーフルオ口系スルホン酸型陽イオ
ン交換膜の片面または両面あるいは内部に陰イオン性ま
たは中性の薄層を存在させる方法などの若干の例があり
、また本出願人はスルホニル基とカルボキシル基とを有
する弗素系陽イオン交換膜を別途に提案した。For example, one side of a perfluorovinyl ether-based sulfonic acid cation exchange membrane is converted to sulfonic acid amide using ammonia, and anionic or neutral There are some examples, such as a method in which a thin layer is present, and the applicant has separately proposed a fluorine-based cation exchange membrane having a sulfonyl group and a carboxyl group.
これらはいずれも有効な方法であるが、さらに本発明者
等は鋭意研究を重ねた結果、特定の官能基を有する弗素
系高分子膜状物に単に重合可能な単量体を含浸せしめた
のち重合させ、必要に応じて加水分解することによって
も該弗素系陽イオン交換膜の電気化学的性質を著しく改
良できることを見出し本発明を提案するものである。All of these methods are effective, but as a result of extensive research, the present inventors have found that after impregnating a fluorine-based polymer film having a specific functional group with a simple polymerizable monomer, The present invention has been proposed based on the discovery that the electrochemical properties of the fluorine-based cation exchange membrane can be significantly improved by polymerizing it and hydrolyzing it if necessary.
即ち、本発明は弗素原子と式、一SO2X〔Xはハロゲ
ン原子(弗素原子を除く)又はーNHR(Rは水素又は
アルキル基)〕で示されるスルホニル基とを有する高分
子膜状物に、重合可能な基を有する化合物を含浸させた
のち重合し、必要に応じて加水分解することを特徴とす
る陽イオン交換膜の製造方法である。That is, the present invention provides a polymer film having a fluorine atom and a sulfonyl group represented by the formula -SO2X [X is a halogen atom (excluding a fluorine atom) or -NHR (R is hydrogen or an alkyl group]], This is a method for producing a cation exchange membrane, which is characterized by impregnating a compound having a polymerizable group, polymerizing it, and hydrolyzing it if necessary.
本発明によって改質された弗素系陽イオン交換膜は輸率
とくに濃厚電解質溶液の電気透析において、さらにはア
ルカリ金属塩水溶液の電解におけるアルカリ水酸化物生
成の電流効率を著しく向上できる。The fluorine-based cation exchange membrane modified according to the present invention can significantly improve the transfer number, particularly in the electrodialysis of concentrated electrolyte solutions, and further the current efficiency of alkali hydroxide production in the electrolysis of aqueous alkali metal salt solutions.
なお本発明で得られる弗素系陽イオン交換膜の電流効率
が向上できる理由については詳らかでないが、本発明者
等は次のように推定している。Although the reason why the current efficiency of the fluorine-based cation exchange membrane obtained by the present invention can be improved is not clear, the inventors of the present invention speculate as follows.
即ち、高分子膜状物に含浸、重合させる化合物の種類に
よってその作用効果は異なると思われるが、スチレン、
ビニルトルエン等を含浸重合したときには膜内部に疎水
結合が形成され膜の含水量の低下を来たし固形イオン濃
度の上昇が生じるものと思われる。In other words, the effects may vary depending on the type of compound impregnated into the polymer membrane and polymerized, but styrene,
It is thought that when vinyltoluene or the like is impregnated and polymerized, hydrophobic bonds are formed inside the membrane, resulting in a decrease in the water content of the membrane and an increase in solid ion concentration.
更にこれにジビニルベンゼン等の架橋性のビニル単量体
を共重合させたときは疎水結合と同時に陽イオン交換膜
の膨潤を三次元構造によって押えつけ同様に含水量の低
下、さらには固定イオン濃度の増加を来たし同時に緻密
な構造となる結果、水酸イオンのような著しく陽イオン
交換膜を透過し易い陰イオンの拡散および電気泳動によ
る透過を阻止するものと思われる。Furthermore, when a crosslinkable vinyl monomer such as divinylbenzene is copolymerized with this, the swelling of the cation exchange membrane is suppressed by the three-dimensional structure at the same time as hydrophobic bonding, resulting in a similar decrease in water content and furthermore, fixed ion concentration. It is thought that this increases the number of ions and at the same time creates a dense structure, which inhibits the diffusion and electrophoretic permeation of anions, such as hydroxyl ions, which are extremely easy to permeate through cation exchange membranes.
アクリル酸、メタアクリル酸のようなカルボン酸基を有
する単量体が含浸重合されたときは、これと水酸イオン
の特殊な相互作用が期待され、同時にイオン交換容量の
増大が生じることになる。When monomers with carboxylic acid groups such as acrylic acid and methacrylic acid are impregnated and polymerized, a special interaction between them and hydroxyl ions is expected, and at the same time an increase in ion exchange capacity occurs. .
またビニルピリジン等の正の電荷となりうる官能基を含
浸、重合させたときには、これと陽イオン交換基の正の
電荷の間にイオン結合を生じ、より緻密なネットワーク
が膜内に形成されるものと思われる。In addition, when a functional group that can be positively charged, such as vinyl pyridine, is impregnated and polymerized, ionic bonds are formed between this functional group and the positive charge of the cation exchange group, forming a more dense network within the membrane. I think that the.
いずれにせよ、弗素系の陽イオン交換膜の構造を緻密と
し、且つ、固定イオン濃度を高める結果、水酸イオンの
ような陽イオン交換膜を著しく透過し易い陰イオンの透
過が極端に阻止されるためと推測される。In any case, as a result of making the structure of the fluorine-based cation exchange membrane dense and increasing the concentration of fixed ions, the permeation of anions such as hydroxide ions, which are extremely easy to permeate through the cation exchange membrane, is extremely inhibited. It is assumed that this is because the
即ち、本発明の陽イオン交換膜は膜中に新たに樹脂構造
を形成させることによって特定の効果を生じせしめるも
のであるが、更に新たに形成した樹脂にイオン交換基と
くにカルボキジル基を持たせることにより相乗効果が期
待し得るものである。That is, the cation exchange membrane of the present invention produces a specific effect by newly forming a resin structure in the membrane, but it is also possible to have an ion exchange group, particularly a carboxyl group, in the newly formed resin. Therefore, a synergistic effect can be expected.
以下、本発明について詳述する。The present invention will be explained in detail below.
本発明において供せられる高分子膜状物は膜内に均一に
弗素原子を結合し且つ式、−So2X(Xはハロゲン原
子(弗素原子を除く)又はーNHR(Rは水素原子又は
アルキル基)〕で示されるスルホニル基を有するもので
あれば特に制限されない。The polymer membrane provided in the present invention has fluorine atoms bonded uniformly within the membrane and has the formula -So2X (X is a halogen atom (excluding a fluorine atom) or -NHR (R is a hydrogen atom or an alkyl group) ] There is no particular restriction as long as it has a sulfonyl group represented by the following.
上記式、一SO2Xで示されたXがハロゲン原子の場合
は弗素原子を除くハロゲン原子特に塩素原子が好適に使
用される。When X in the above formula -SO2X is a halogen atom, a halogen atom other than a fluorine atom, particularly a chlorine atom, is preferably used.
また上記Xが一NHRで、Rがアルキル基の場合は後述
する実施例で示すように低級アルキル基が一般に好適に
使用される。Further, when the above-mentioned X is one NHR and R is an alkyl group, a lower alkyl group is generally preferably used as shown in the examples described later.
上記の高分子膜状物に含浸、重合させる化合物としては
脂肪族系、芳香族系の化合物で重合性の二重結合を有す
る基(以下、ビニル基ともいう)を1ヶ以上結合してい
る単量体(以下、単にビニル単量体ともいう)が用いら
れる。The compound to be impregnated and polymerized in the above polymer membrane is an aliphatic or aromatic compound that has one or more groups having a polymerizable double bond (hereinafter also referred to as vinyl group). A monomer (hereinafter also simply referred to as vinyl monomer) is used.
例えばアクリル酸、メタアクリル酸、α−フエニルアク
リル酸、α一エチルアクリル酸、α−ハロゲン化アクリ
ル酸、マレイン酸、イタコン酸、α一トリルアクリル酸
、α−ブチルアクリル酸、ビニル安息香酸類、ナフタレ
ン環にビニル基とカルボキシル基が結合したもの等、ス
チレン、ビニルトルエン類、メタアクリル酸エステル類
、アクリル酸エステル類、アクリ口ニトリル、ビニルピ
リジン類、N−ビニルピロリドン類、ビニルイミダゾー
ル類、ブタジエン類、インプレン類、クロロプレン類、
塩化ビニル、酢酸ヒニル、アクロレイン、メチルビニル
ケトン、クロロメチルスチレン類、モノクロルスチレン
類、ポリクロルスチレン類、α−フルオロスチレン、α
ββ一トリフルオロスチレン・α一メチルスチレン、塩
化ビニリデン、弗化ビニル、弗化ビニリデン、クロルメ
チルスチレン類、ビニルスルホン酸及ヒ塩類、エステル
類、スチレンスルホン酸及び塩類、エステル類、アリル
スルホン酸及び塩類、エステル類、ビニルホスホン酸及
び塩類、エステル類、スチレンホスホン酸及び塩類、エ
ステル類、スチレンホスフィン酸及び塩類、エステル類
、ビニルホスフイン酸及び塩類、エステル類、ビニルフ
ェノール類及び塩類、エステル類、酢酸ビニル、4弗化
エチレン、3弗化エチレン;弗化ビニル、弗化ヒニリデ
ン、ヘキサフルオ口プロピレン、塩化3弗化エチレン、
パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)、エチルビニ
ルベンゼン類、マレイン酸エステル類、イタコン酸エス
テル類、臭化ビニル、またポリビニル化合物として〇一
・m−・P−ジビニルベンゼン及びそれらの混合物、ジ
ビニルピリジン類、トリビニルベンゼン類、ジビニルナ
フタレン類、トリ−ビニルナフタレン類、イソプレン、
クロロプレン、ブタジエン、ジビニルクロルベンゼン類
、ジビニルエチルベンゼン類、パイメタリル、バイアリ
ル、ジビニルエーテル、ジビニルアセチレン、ジビニル
スルホン、2・3−ジエチルブタジエン、ハロブタジエ
ン類等が用いられる。For example, acrylic acid, methacrylic acid, α-phenylacrylic acid, α-monoethyl acrylic acid, α-halogenated acrylic acid, maleic acid, itaconic acid, α-monotolyl acrylic acid, α-butylacrylic acid, vinylbenzoic acids, Those in which a vinyl group and a carboxyl group are bonded to a naphthalene ring, etc., styrene, vinyltoluenes, methacrylic esters, acrylic esters, acrylonitriles, vinylpyridines, N-vinylpyrrolidones, vinylimidazoles, butadiene class, imprene class, chloroprene class,
Vinyl chloride, hinyl acetate, acrolein, methyl vinyl ketone, chloromethylstyrenes, monochlorostyrenes, polychlorostyrenes, α-fluorostyrene, α
ββ-trifluorostyrene/α-methylstyrene, vinylidene chloride, vinyl fluoride, vinylidene fluoride, chloromethylstyrenes, vinylsulfonic acid and arsenic salts, esters, styrenesulfonic acid and salts, esters, allylsulfonic acid and Salts, esters, vinylphosphonic acid and salts, esters, styrenephosphonic acid and salts, esters, styrenephosphinic acid and salts, esters, vinylphosphinic acid and salts, esters, vinylphenols and salts, esters , vinyl acetate, tetrafluoroethylene, trifluoroethylene; vinyl fluoride, hynylidene fluoride, hexafluoropropylene, trifluoroethylene chloride,
Perfluoro(alkyl vinyl ethers), ethyl vinylbenzenes, maleic esters, itaconic esters, vinyl bromide, and polyvinyl compounds such as 〇1・m-・P-divinylbenzene and mixtures thereof, divinylpyridines, Vinylbenzenes, divinylnaphthalenes, tri-vinylnaphthalenes, isoprene,
Chloroprene, butadiene, divinylchlorobenzenes, divinylethylbenzenes, pimethallyl, biallyl, divinyl ether, divinylacetylene, divinylsulfone, 2,3-diethylbutadiene, halobutadienes, and the like are used.
さらに必要に応じて上記の混合物に線状高分子を溶解し
てもよ《、そのために溶解させる線状高分子物としては
、スチレンーブタジエン共重合体、ポリスチレン、ポリ
アクリル酸エステル類、クロルスルホン化ポリエチレン
、ポリクロロプレン、ポリブタジエン、ポリエチレン、
ポリプロピレン、ポリハロゲン化ビニル、ポリハロゲン
化ビニリデン、ポリ3弗化エチレン,ポリ4弗化エチレ
ン、ハロゲン化ポリエチレン類、ハロゲン化プロピレン
類、クロルスルホン化ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル
、ポリ塩化ビニリデン等が用いられる。Furthermore, if necessary, a linear polymer may be dissolved in the above mixture. Examples of the linear polymer to be dissolved for this purpose include styrene-butadiene copolymer, polystyrene, polyacrylic acid esters, and chlorsulfone. polyethylene, polychloroprene, polybutadiene, polyethylene,
Polypropylene, polyvinyl halide, polyvinylidene halide, polytrifluoroethylene, polytetrafluoroethylene, halogenated polyethylenes, halogenated propylene, chlorosulfonated polypropylene, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, etc. are used. .
上記の弗素系高分子膜状物に重合可能な単量体を含浸さ
せる方法は、該単量体の種類によって常温、加温下ある
いは常圧、加圧下の気相または液相化で適宜実施すれば
よい。The method of impregnating the above-mentioned fluorine-based polymer film with a polymerizable monomer can be carried out as appropriate, depending on the type of the monomer, at room temperature, under heating, or under normal pressure or pressure in a gas phase or liquid phase. do it.
例えば単量体が常温でガス状のものである場合には、こ
れを加圧あるいは冷却して液状にしてこの中に上記膜秋
物を浸漬してもよ《、或は単量体の飽和蒸気圧の気体中
に放置して膜状物の中に気体として含浸させて後反応あ
るいは重合させてもよく、あるいは飽和蒸気圧の気体中
で含浸させながら反応あるいは重合させてもよい。For example, if the monomer is gaseous at room temperature, it may be pressurized or cooled to a liquid state, and the above-mentioned membrane material may be immersed in this liquid. Alternatively, the monomer may be saturated with vapor. The reaction or polymerization may be carried out by leaving the membrane in a gas at a high pressure and impregnating it as a gas, or the reaction or polymerization may be carried out while being impregnated in a gas at a saturated vapor pressure.
また単量体が液状のもののときには、これに膜状物を浸
漬含浸させてもよく、あるいは飽和蒸気中で含浸させて
もよい。Further, when the monomer is in liquid form, the film-like material may be impregnated by immersion therein, or it may be impregnated in saturated steam.
単量体が固体の場合には適当な溶媒に溶解してこれに膜
状物を浸漬して含浸させてもよい。When the monomer is a solid, it may be dissolved in a suitable solvent and the membrane-like material may be impregnated therewith.
上の各々の場合、膜状物は適当な溶媒によって膨潤させ
て後これを上記単量体類と気相あるいは液相で置換させ
てもよい。In each of the above cases, the membrane may be swollen with a suitable solvent and then replaced with the monomers mentioned above in the gas or liquid phase.
次に、膜内部に含浸させた単量体を重合させ、必要に応
じて加水分解することによって本発明の陽イオン交換膜
とすることができる。Next, the monomer impregnated inside the membrane is polymerized and, if necessary, hydrolyzed to obtain the cation exchange membrane of the present invention.
重合方法としては、単量体を前記高分子膜状物に含浸さ
せるときにラジカル重合用開始剤を単量体中に含浸させ
て加熱重合してもよい。As a polymerization method, a radical polymerization initiator may be impregnated into the monomer when the monomer is impregnated into the polymer membrane, and the polymerization may be carried out by heating.
また前記高分子膜状物に単量体を含浸させたのち、カチ
オンまたはアニオンのイオン重合触媒によって重合させ
てもよい。Alternatively, after the polymer film is impregnated with a monomer, it may be polymerized using a cationic or anionic ionic polymerization catalyst.
さらにまた、放射線、X線、紫外線等によって重合させ
てもよい。Furthermore, polymerization may be performed using radiation, X-rays, ultraviolet rays, or the like.
この場合のラジカル重合、カチオン重合、アニオン重合
に用いる触媒は特に制限なく、たとえばラジカル重合開
始剤としてペンゾイルパーオキサイド、α・α−アゾイ
ソブチロニトリル、ラウリルパーオキサイド、tert
−ブチルパーアセテイト、tert−ブチルパーベンゾ
エイト、2・5−ジメチル(2・5−ジベンゾイルパー
オキシ)ヘキサン、2・5−ジメチル(2・5−ジベン
ゾイルパーオキシ)ヘキシン−3、p−ノンタンヒド口
ペンオキシド、ジイソプロビルベンゼンヒドロパーオキ
シド、αα′−ジ(tert−プチルパーオキシ)ジイ
ソプロビルベンゼン、シクロヘキサノンパーオキシド、
tert−プチルパーオキシイソグロビルカーボネイト
、2・5−ジメチル−3−ヘキシン、2・5−ジメチル
3−ヘキシン、2・5−ジパーオキシイソグロピル、t
ert−プチルパーオキシラウレイト、ジ−tert−
プチルージパーオキシフタレイト、l・1′−ジー(t
ert−ブチルパーオキシ)シクロヘキサン、■・1′
ージー(tert−プチルパーオキシ)−3・3・5−
トリメチルシクロヘキサン、メチルエチルパーオキシド
、メチルイソブチルケトンパーオキシド、tert−プ
チルヒドロパーオキシド、ジーtert−プチルパーオ
キシド、ジーtert−アミルパーオキシド、tert
−プチルクミルパーオキシド、ジクミルパーオキシド、
2・5′−ジメチル2・5−ジ(tert−ブチルパー
オキシ)ヘキサン、2・5ージメチル2・5−ジ(te
rt−プチルパーオキシ)ヘキシン−3、また分解温度
が135℃以上で半減期がlO時間以上のものとしては
クメンヒドロパーオキシド、2・5−ジメチル2・5−
ジヒドロパーオキシヘキサン、2・5−ジノチル2・5
−ジヒドロパーオキシヘキシン−3等々少な《とも50
℃以上の温度で半減期が10時間以上のものであれば何
ら制限なく用いられる。The catalyst used for radical polymerization, cationic polymerization, and anionic polymerization in this case is not particularly limited, and examples of radical polymerization initiators include penzoyl peroxide, α・α-azoisobutyronitrile, lauryl peroxide, tert
-Butyl peracetate, tert-butyl perbenzoate, 2,5-dimethyl(2,5-dibenzoylperoxy)hexane, 2,5-dimethyl(2,5-dibenzoylperoxy)hexine-3, p -Nontanhydride penoxide, diisopropylbenzene hydroperoxide, αα′-di(tert-butylperoxy)diisopropylbenzene, cyclohexanone peroxide,
tert-butylperoxyisoglobyl carbonate, 2,5-dimethyl-3-hexyne, 2,5-dimethyl-3-hexyne, 2,5-diperoxyisoglopyr, t
ert-butyl peroxylaurate, di-tert-
Petit Roudiperoxyphthalate, l.1'-G (t
ert-butylperoxy)cyclohexane, ■・1'
-G (tert-butylperoxy)-3,3,5-
Trimethylcyclohexane, methyl ethyl peroxide, methyl isobutyl ketone peroxide, tert-butyl hydroperoxide, di-tert-butyl peroxide, di-tert-amyl peroxide, tert
- Butylcumyl peroxide, dicumyl peroxide,
2,5'-dimethyl 2,5-di(tert-butylperoxy)hexane, 2,5-dimethyl 2,5-di(te
rt-butylperoxy)hexyne-3, and those with a decomposition temperature of 135°C or higher and a half-life of 10 hours or longer include cumene hydroperoxide, 2,5-dimethyl 2,5-
Dihydroperoxyhexane, 2,5-dinotyl 2,5
-dihydroperoxyhexine-3 etc. <<50
As long as it has a half-life of 10 hours or more at a temperature of ℃ or higher, it can be used without any restrictions.
以下に本発明の方法をさらに具体的に説明する。The method of the present invention will be explained in more detail below.
(1) 陽イオン交換基を有さない、あるいは陽イオン
交換基へ変換し得る官能基を有さないビニル単量体の一
種以上を含弗素系高分子膜状物に常温・加温下に含浸さ
せ、常温あるいは加熱して重合させる方法が有効である
。(1) One or more vinyl monomers that do not have a cation exchange group or a functional group that can be converted into a cation exchange group are added to a fluorine-containing polymer film at room temperature or under heating. An effective method is to impregnate the material and polymerize it at room temperature or by heating.
この場合重合させる触媒として酸、酸基、ラジカル重合
開始剤等が共に膜状物に同時に含浸されてもよ《、含没
後これら触媒を用いて重合せしめてもよい。In this case, an acid, an acid group, a radical polymerization initiator, etc. may be impregnated into the membrane at the same time as a catalyst for polymerization. After impregnation, polymerization may be carried out using these catalysts.
また単量体としてはビニル基を2ヶ以上有する架橋性構
造を形成しうる単量体を共存させると更に有効である。Furthermore, it is more effective to coexist a monomer that can form a crosslinkable structure having two or more vinyl groups.
例えばビニルピリジン、ジビニルベンゼン及びペンゾイ
ルパーオキサイドの混合物に含弗素高分子膜状物を浸漬
含浸させ、これをオートクレーフ沖で加熱重合させる方
法。For example, a method in which a fluorine-containing polymer membrane is impregnated with a mixture of vinylpyridine, divinylbenzene, and penzoyl peroxide, and then heated and polymerized in an autoclave.
スチレン、ビニルトルエン等を含弗素高分子膜状物に含
浸させたのちに、これを濃硫酸などのイオン重合性の触
媒に浸漬して重合させる方法。A method in which a fluorine-containing polymer membrane is impregnated with styrene, vinyltoluene, etc., and then immersed in an ionic polymerizable catalyst such as concentrated sulfuric acid for polymerization.
スチレン、アセナフチレン、ビニルトルエンなどをペン
ゾイルパーオキサイドなどと混合しスルホニルクロライ
ド基を有する膜状物に含浸させ、これをオートクレープ
中で加熱重合すると同時に、スルホニルクロライド基と
反応せしめる方法。A method in which styrene, acenaphthylene, vinyl toluene, etc. are mixed with penzoyl peroxide, etc., impregnated into a film-like material having sulfonyl chloride groups, and this is heated and polymerized in an autoclave, at the same time reacting with the sulfonyl chloride groups.
さらに、必要なら得られた含弗素高分子膜状物に陽イオ
ン基を導入する。Furthermore, if necessary, cationic groups are introduced into the obtained fluorine-containing polymer membrane.
(2)(1)で述べた各種の陽イオン交換性の官能基あ
るいは容易に陽イオン交換性の官能基に変換しうる官能
基は有さないが陽イオン交換基を導入することの可能な
基を有するビニル単量体の一種以上を含弗素系高分子膜
状物に含浸重合させる方法。(2) Although it does not have the various cation exchange functional groups mentioned in (1) or a functional group that can be easily converted into a cation exchange functional group, it is possible to introduce a cation exchange group. A method of impregnating and polymerizing one or more vinyl monomers having groups into a fluorine-containing polymer film.
例えば含弗素系高分子膜状物にスチレンージビニルベン
ゼンを含浸重合させたものを適当なスルホン化試薬によ
ってスルホン化処理してもよい。For example, a fluorine-containing polymer film obtained by impregnating and polymerizing styrene-divinylbenzene may be sulfonated using an appropriate sulfonating reagent.
この場合スルホン化のみでな《、一般に陽イオンを交換
しうる官能基即ち水溶液中で負の電荷を持ちうる官能基
を導入することは全て有効である。In this case, in addition to sulfonation, it is generally effective to introduce a functional group that can exchange cations, that is, a functional group that can have a negative charge in an aqueous solution.
リン酸基、カルボン酸基、亜リン酸基、硫酸エステル基
、亜リン酸エステル基、フェノール性水酸基、チオール
基、金属キレート化合物で負の電荷を持ちうるものは化
学者が容易に想到することのできる方法によってこれら
の陽イオン交換件の官能基の一種以上を導入することが
できる。Chemists can easily think of phosphoric acid groups, carboxylic acid groups, phosphorous acid groups, sulfuric ester groups, phosphite ester groups, phenolic hydroxyl groups, thiol groups, and metal chelate compounds that can have negative charges. One or more of these cation exchange functional groups can be introduced by any method available.
陽イオン交換件の官能基の導入は膜状物の断面に関して
均一に分布させるように導入してもよく、また不均一に
分布させてもよい。The cation exchange functional groups may be introduced so as to be distributed uniformly with respect to the cross section of the membrane-like material, or may be distributed non-uniformly.
即ち.表層部のみ陽イオン交換性の官能基の量を多く導
入し、内部は少ないか導入しなくてもよいし、逆に内部
が多く表層部が少なくてもよい。That is. A large amount of cation-exchangeable functional groups may be introduced only in the surface layer, and less or no amount may be introduced in the interior, or conversely, it may be introduced more in the interior and less in the surface layer.
また片面のみ陽イオン交換性の官能基が多く導入し裏面
には陽イオン交換性の官能基が少なくてもよい。Alternatively, a large number of cation-exchangeable functional groups may be introduced on one side, and fewer cation-exchangeable functional groups may be introduced on the back side.
この場合、母体含弗素系高分子膜状物に陽イオン交換基
が導入されていないものを用いたときには、これにも陽
イオン交換基を導入しなければならない。In this case, if the parent fluorine-containing polymer film does not have a cation exchange group introduced therein, it is necessary to introduce a cation exchange group therein as well.
(3)陽イオン交換性の官能基を有するビニル単量体の
一種以上を含弗素系高分子膜状物に含浸させて、常温あ
るいは加温下に重合させる方法が有効である。(3) An effective method is to impregnate a fluorine-containing polymer membrane with one or more vinyl monomers having a cation-exchangeable functional group and polymerize at room temperature or under heating.
この場合陽イオン交換性の官能基を有さない単量体を共
存させてもよく、更には他の重合可能な基を1ヶ以上有
する単量体を共存させて三次元構造を形成させた場合に
は更に良好な結果が得られる。In this case, a monomer that does not have a cation-exchangeable functional group may coexist, and a monomer having one or more other polymerizable groups may also coexist to form a three-dimensional structure. Even better results can be obtained in some cases.
例えば、メタアクリル酸、スチレン、ジビニルベンゼン
、ラジカル重合開始剤の混合物の中に上記含弗素高分子
膜状物を常温あるいは加温下に浸漬し含浸させたのち、
ついでこれをオートクレープ中で加熱重合させる方法、
あるいは上記単量体混合物でラジカル重合開始剤を加え
ないものを膜状物に含浸させたのち、ついでイオン重合
触媒中に浸漬し重合せしめるなどその例である。For example, the above-mentioned fluorine-containing polymer film is immersed in a mixture of methacrylic acid, styrene, divinylbenzene, and a radical polymerization initiator at room temperature or under heating, and then impregnated.
Then, a method of heating and polymerizing this in an autoclave,
Another example is to impregnate the membrane-like material with the above monomer mixture to which no radical polymerization initiator is added, and then to immerse it in an ionic polymerization catalyst for polymerization.
勿論、この場合も必要により膜状物に陽イオン交換基を
導入する。Of course, in this case as well, a cation exchange group may be introduced into the membrane material if necessary.
(4)陽イオン交換基に容易に交換しうる官能基を有す
るビニル単量体の一種以上を含弗素系高分子膜状物に常
温あるいは加温下に含浸させ、次いでこれを重合せしめ
たのちに陽イオン交換基に変換しうる基を陽イオン交換
基に変換する方法がある。(4) After impregnating a fluorine-containing polymer membrane with one or more vinyl monomers having a functional group that can be easily exchanged with a cation exchange group at room temperature or under heating, and then polymerizing the same, There is a method of converting a group that can be converted into a cation exchange group into a cation exchange group.
この場合の陽イオン交換基に変換しうる基としてはカル
ボン酸エステル、スルホン酸エステル、リン酸エステル
などのエステル類、ニトリル基等に通常のゆるやかな反
応によって陽イオン交換基に変換しうるものなどである
。Examples of groups that can be converted into cation exchange groups in this case include esters such as carboxylic acid esters, sulfonic acid esters, and phosphate esters, and groups that can be converted into cation exchange groups by normal gentle reactions such as nitrile groups. It is.
例えばアクリル酸一n−ブチルエステルをペンゾイルパ
ーオキサイドなどのラジカル重合開始剤と共に含弗素系
の上記高分子膜状物に含浸させ、次いで加熱して重合せ
しめたのちに濃塩酸で環流してエステル結合を加水分解
してカルボン酸基とするものなどである。For example, acrylic acid mono-n-butyl ester is impregnated with a radical polymerization initiator such as penzoyl peroxide into the above-mentioned fluorine-containing polymer film, then heated to polymerize, and then refluxed with concentrated hydrochloric acid to form an ester bond. These include those that are hydrolyzed into carboxylic acid groups.
以上の各方法で例示した如く一般に重合可能な単量体を
膜状物内に含浸して重合させることが望ましいが、単量
体の種類によっては容易に重合あるいは共重合しないも
のもあり或は重合条件下において単なる重合のみでなく
高分子膜状物の基体と安定な化学結合を形成している場
合が多い。As exemplified in each of the above methods, it is generally desirable to impregnate a polymerizable monomer into a membrane and polymerize it, but depending on the type of monomer, there are some that do not easily polymerize or copolymerize. Under polymerization conditions, it often not only undergoes simple polymerization but also forms a stable chemical bond with the substrate of the polymer membrane.
例えばスルホニルハライド等の酸ハロゲン基を有する膜
状物にスチレン等を含浸しラジカル的に重合させた場合
に膜基体と含浸したスチレンとの間に化学結合が形成さ
れている。For example, when a membrane material having an acid halogen group such as a sulfonyl halide is impregnated with styrene or the like and radically polymerized, a chemical bond is formed between the membrane substrate and the impregnated styrene.
またアリールアミンをスルホニルハライド型の膜状高分
子物に含浸させ加熱したとき一部重合反応も生じるが同
時に膜状高分子物のスルホニルハライド基と酸アミド結
合によってアリールアミンが結合し大部分の二重結合は
未反応の状態で残っている。Furthermore, when arylamine is impregnated into a sulfonyl halide type polymeric material and heated, a partial polymerization reaction occurs, but at the same time, the arylamine is bonded to the sulfonyl halide group of the polymeric material through an acid amide bond, and most of the polymerization occurs. The heavy bonds remain unreacted.
このままでも有効であるが、更にこれをイオン重合触媒
中で重合させることにより一層膜状態を向上させること
ができる。Although it is effective as it is, the state of the membrane can be further improved by polymerizing it in an ionic polymerization catalyst.
またスルホニルハライド、等の官能基をもつ含弗素系高
分子膜状物に含弗素ビニルモノマー例えば4弗化エチレ
ン、1塩化3弗化エチレン、ヘキサフルオロプロピレン
、弗化ビニル、弗化ビニリテン、α−フルオロスチレン
、α・β・β一トリフルオロスチレン、パーフルオロビ
ニルエーテル、パーフルオロフタジエン、パーフルオ口
ビニルエーテルスルホン酸及び塩類、エステル類、パー
フルオロビニルエーテルスルホニルハライド等の一種以
上をそのまま、或はラジカル重合開始剤の共存下に含浸
させ、ついでこれをオートクレープ中で加熱したとき単
量体の種類により或は加熱条件によって全てあるいは一
部は重合し残余は膜状高分子物基体上の反応に与ること
になる。In addition, fluorine-containing vinyl monomers such as ethylene tetrafluoride, ethylene monochloride trifluoride, hexafluoropropylene, vinyl fluoride, vinylitene fluoride, α- One or more types of fluorostyrene, α/β/β-trifluorostyrene, perfluorovinyl ether, perfluorophtadiene, perfluorinated vinyl ether sulfonic acid and salts, esters, perfluorovinyl ether sulfonyl halide, etc., as they are, or after radical polymerization is initiated. When the polymer is impregnated in the coexistence of a polymeric agent and then heated in an autoclave, all or part of the monomer polymerizes depending on the type of monomer or heating conditions, and the remainder participates in the reaction on the membrane-like polymer substrate. It turns out.
また重合で末端は膜状高分子物基体との結合により膜状
高分子物に架橋構造を形成せしめることになる。Further, during polymerization, the terminal ends bond with the membrane-like polymer substrate to form a crosslinked structure in the membrane-like polymer.
かくして或いは必要に応じて加水分解して得られた陽イ
オン交換膜は弗素系高分子特有の撥水性の作用により膜
内部において一層強い疎水結合が形成され、同時に陽イ
オン交換膜の含水量を減少せしめ、その結果膜の固定イ
オン濃度は高まり、同時にこのような結合が膜の内部で
、或は表層部で起ると、■一固定イオン濃度の高い層が
膜状物の断面に関して存在する場合、■一膜の断面に関
してイオン交換基の粗か無い層が存在するため架橋緻密
な層が形成される場合、■一■と■とが同時に形成され
る場合、■一■、■が1つ以上同時に形成される場合の
4つのうちのいずれか一つが生じることになり本発明の
イオン交換膜としての性能は著しく向上する。In the cation exchange membrane obtained in this way or by hydrolysis as necessary, stronger hydrophobic bonds are formed inside the membrane due to the water-repellent action unique to fluorine-based polymers, and at the same time, the water content of the cation exchange membrane is reduced. As a result, the concentration of fixed ions in the membrane increases, and at the same time, if such binding occurs inside the membrane or at the surface layer, (1) If a layer with a high concentration of fixed ions exists with respect to the cross section of the membrane. , ■ If a cross-linked dense layer is formed due to the presence of a layer with rough or no ion exchange groups in the cross section of one membrane, ■ If one ■ and ■ are formed at the same time, one ■ one ■, one ■ If any one of the above four conditions is formed at the same time, the performance of the ion exchange membrane of the present invention is significantly improved.
なお重合あるいは反応させる工程は単量体を含浸させた
後に実施してもよく、含浸させながら実施してもよい。Note that the step of polymerizing or reacting may be performed after impregnating the monomer, or may be performed while impregnating the monomer.
また本発明によって得られる陽イオン交換膜を食塩電解
等の隔膜として用いる場合には、予め含弗素系高分子膜
状物に炭化水素系の高分子鎖のものを含浸せしめて、さ
らに気相または液相において塩素化、弗素化すれば隔膜
の酸化剤に対する耐性は著しく向上することができる。In addition, when the cation exchange membrane obtained by the present invention is used as a diaphragm for salt electrolysis, etc., a fluorine-containing polymer membrane is impregnated with a hydrocarbon polymer chain in advance, and then a gas phase or By chlorinating or fluorinating the membrane in the liquid phase, the resistance of the membrane to oxidizing agents can be significantly improved.
なお、陽イオン交換膜に含浸、重合せしめた高分子は膜
状物内に全く均一に膜状物の母体高分子鎖とからみ合っ
て存在してもよく、また膜状物の断面に関して不均一に
存在してもよい。Note that the polymer impregnated and polymerized into the cation exchange membrane may exist completely uniformly within the membrane, intertwined with the parent polymer chains of the membrane, or may exist unevenly with respect to the cross section of the membrane. may exist in
即ち、含浸重合した層は表面近傍は多く存在し膜状物内
部に入るに従って粗であって良いし、また一方の膜状物
表面から膜状物の裏面に向って密から粗になっても良い
。That is, the impregnated polymerized layer may be present in large numbers near the surface and may become coarser as it goes inside the film-like object, or may become denser to coarser from one surface of the film-like object to the back surface of the film-like object. good.
また膜状物の一方の側には密に層状に含浸重合した層が
存在し、他方の側には層状に含浸重合の粗な層あるいは
含浸重合されていない層が存在する場合も有効であり、
同様に層状に膜状物の内部あるいは両面に含浸重合の密
な層が存在し、膜状物の両面あるいは内部には含浸重合
の粗なる層あるいは含浸重合のない層が存在していても
良い。It is also effective when there is a dense layer of impregnation polymerization on one side of the membrane-like material, and a coarse layer of impregnation polymerization or a layer that is not impregnated and polymerized on the other side. ,
Similarly, a dense layer of impregnation polymerization may exist inside or on both sides of the membrane-like object, and a coarse layer of impregnation polymerization or a layer without impregnation polymerization may exist on both sides or inside of the membrane-like object. .
従って、密に且つ均一に含浸重合した膜状物と粗に含浸
重合した膜状物あるいは含浸重合していない膜状物を各
々一枚以上を接着して多層の膜としても良い。Therefore, a multilayer film may be obtained by adhering one or more of each of a densely and uniformly impregnated film-like material, a coarsely impregnated-polymerized film-like material, or a non-impregnated and non-polymerized film-like material.
このような弗素系高分子膜状物にビニル単量体を含浸重
合し必要に応じて加水分解して得た陽イオン交換膜は輸
率特に濃厚電解質溶液の電気透析において、更にはアル
カリ金属塩水溶液の電解によって塩素、水素、酸素、ア
ルカリ水酸化物を得る場合のアルカリ水酸化物生成の電
流効率は著しく向上する。Cation exchange membranes obtained by impregnating and polymerizing vinyl monomers into such fluorine-based polymer membranes and hydrolyzing them as necessary can be used to improve transportability, especially in electrodialysis of concentrated electrolyte solutions, and even alkali metal salts. When chlorine, hydrogen, oxygen, and alkali hydroxide are obtained by electrolysis of an aqueous solution, the current efficiency for producing alkali hydroxide is significantly improved.
しかし、同時に膜の電気抵抗の増大が生じることもまた
ある程度止むを得ない。However, at the same time, it is unavoidable to some extent that the electrical resistance of the film increases.
電流効率の向上によって電力原単位が低減しても膜の電
気抵抗の増大が著しい場合には工業的な有用性が少なく
なる。Even if the electric power consumption rate is reduced by improving the current efficiency, if the electrical resistance of the membrane increases significantly, its industrial usefulness will be reduced.
従って、本発明の含浸重合の方法によって電気抵抗の増
大は25℃の0.5N−NaOH中で測定した膜の電気
抵抗が未処理のものに比較して10倍を越えないことが
望ましく、含浸・重合させる単量体の量は該電気抵抗を
勘案して適宜決定すればよい。Therefore, it is desirable that the increase in electrical resistance by the impregnation polymerization method of the present invention does not exceed 10 times that of the untreated film when measured in 0.5N-NaOH at 25°C. - The amount of monomer to be polymerized may be appropriately determined in consideration of the electrical resistance.
さて、本発明の陽イオン交換膜は従来公知のイオン交換
膜を用いる系において何ら制限なく用いられ、また従来
公知の装置に何ら制限なく用いられる。Now, the cation exchange membrane of the present invention can be used without any restrictions in systems using conventionally known ion exchange membranes, and can be used in conventionally known devices without any restrictions.
即ち、透析あるいは電気透析系で濃度勾配による溶質の
移動を行わしめるもの、電位勾配によって溶質の移動を
行わしめるもので、例えば拡散透析、電気透析、電極反
応の隔膜などはその例である。That is, dialysis or electrodialysis systems in which solutes are moved by a concentration gradient, and solutes are moved by a potential gradient, such as diffusion dialysis, electrodialysis, and membranes for electrode reactions.
就中、酸化剤の含まれた溶液を電気透析するとき、或は
酸化剤が発生する電極反応の隔膜等に適している。In particular, it is suitable for electrodialyzing a solution containing an oxidizing agent or as a diaphragm for an electrode reaction in which an oxidizing agent is generated.
例えばアルカリ金属塩の電解などに特に適している。For example, it is particularly suitable for electrolysis of alkali metal salts.
また本発明のイオン交換膜を用いる装置は拡散透析、電
気透析においては二室以上の多室式の装置が用いられ、
水槽型、締付型の区別なくいずれにも用いられる。In addition, the device using the ion exchange membrane of the present invention is a multi-chamber device with two or more chambers in diffusion dialysis and electrodialysis.
It can be used for both water tank type and tightening type.
また電極反応の隔膜においても同様であり、アルカリ金
属塩の電解に用いる場合には二室電解槽においても、陽
イオン交換膜と陽極の間に中性の多孔性隔膜、多孔性の
陽イオン交換膜あるいは耐酸化性の陽イオン交換膜を用
いた三室電解に用いてもよい。The same applies to membranes used in electrode reactions, and when used in the electrolysis of alkali metal salts, a two-chamber electrolytic cell requires a neutral porous membrane between the cation exchange membrane and the anode, and a porous cation exchange membrane. It may also be used in three-chamber electrolysis using a membrane or an oxidation-resistant cation exchange membrane.
また、耐酸化性の比較的性能の低い陽イオン交換膜を本
発明の陽イオン交換膜と陽極との間に配するときには、
中間の部屋にはアルカリ金属塩を流してもよく、アルカ
リ金属塩水酸化物の溶液を流してもよい。Furthermore, when a cation exchange membrane with relatively low oxidation resistance is disposed between the cation exchange membrane of the present invention and the anode,
An alkali metal salt or a solution of an alkali metal salt hydroxide may be passed through the intermediate chamber.
以下の実施例において本発明の陽イオン交換膜について
具体的に説明するが、以下の実施例によって本発明は何
ら拘束されるものではない。Although the cation exchange membrane of the present invention will be specifically explained in the following examples, the present invention is not restricted in any way by the following examples.
なお実施例中電解実験は二室アルカリ電解槽又は三室ア
ルカリ電解槽によって実施した。In addition, the electrolytic experiments in the examples were carried out using a two-chamber alkaline electrolytic cell or a three-chamber alkaline electrolytic cell.
即ち、二室電解の場合は陽極に酸化ルテニウムと酸化チ
タンをコーティングしたものを用い、陰極にはニッケル
の網を用い、中間に本発明のイオン交換膜を配し、陽極
室には飽和アルカリ金属塩水を供給し、陰極室には純水
を定量的に加えて、一定濃度のアルカリ金属水酸化物を
取得した。That is, in the case of two-chamber electrolysis, the anode is coated with ruthenium oxide and titanium oxide, the cathode is a nickel mesh, the ion exchange membrane of the present invention is placed in the middle, and the anode chamber is coated with a saturated alkali metal. Salt water was supplied, and pure water was quantitatively added to the cathode chamber to obtain a constant concentration of alkali metal hydroxide.
有効通電面積は0.5dm2であり、電流密度は2OA
/dm2で、電解温度は60℃〜70℃であった。The effective current carrying area is 0.5dm2, and the current density is 2OA.
/dm2, and the electrolysis temperature was 60°C to 70°C.
三室電解の場合は透水性のアスベスト製の中性隔膜を用
い中間室に水圧をかけて、陽極室に塩水を供給し、陰極
室には純水を供給して一定濃度のNaOHを取得した。In the case of three-chamber electrolysis, water pressure was applied to the intermediate chamber using a water-permeable neutral diaphragm made of asbestos, salt water was supplied to the anode chamber, and pure water was supplied to the cathode chamber to obtain a constant concentration of NaOH.
電極有効膜面積、電流密度、電解温度は二室電解の場合
と同一である。The electrode effective membrane area, current density, and electrolysis temperature are the same as in the case of two-chamber electrolysis.
また電気透析は有効膜面積1dm2の締付型電気透析槽
を用いて電気透析した。Further, electrodialysis was performed using a clamp type electrodialysis tank with an effective membrane area of 1 dm2.
その対数はlO対で使用した。膜の電気抵抗は25℃で
0.5N−NaOH中で1000サイクルA.C,で測
定した。The logarithm was used in lO pairs. The electrical resistance of the membrane was determined by A.D. for 1000 cycles in 0.5N NaOH at 25°C. Measured at C.
実施例l
弗化ビニリデンの0.2mmのフイルムをテトラリンで
膨潤させたのち、クロルスルホン酸中に70℃で4時間
浸漬反応させて、クロルスルホン基を有する膜状高分子
を得た。Example 1 A 0.2 mm film of vinylidene fluoride was swollen with tetralin and then immersed in chlorosulfonic acid at 70° C. for 4 hours to obtain a film-like polymer having chlorsulfone groups.
これを第1表に示す反応物質中に16時間常温で浸漬し
、膜表層部にテトラエチレンペンタミン等を酸アミド結
合によって結合せしめた。This was immersed in the reactants shown in Table 1 at room temperature for 16 hours to bond tetraethylenepentamine and the like to the surface layer of the membrane through acid amide bonds.
ついでこの膜を2.ON−NaOHのか性ソーダ中に6
0℃で10時間浸漬して膜内部のスルホニルクロライド
をスルホン酸ソーダに変え、更にこの膜を2N−HCI
中に浸漬して酸型に変え、風間において乾燥せしめた。Next, apply this membrane to 2. 6 in caustic soda of ON-NaOH
The sulfonyl chloride inside the membrane was immersed at 0°C for 10 hours to change to sodium sulfonate, and the membrane was then soaked in 2N-HCI.
It was immersed in water to convert it into an acid form and dried in Kazama.
ついでこのスルホン酸型で表層部に酸アミド結合と一部
一級または二級アミンを有する陽イオン交換性の膜をア
クリル酸20部、ジビニルベンゼン10部にペンゾイル
パーオキサイド0.5部からなる単量体混合溶液中に4
時間浸漬し陽イオン交換膜に含浸せしめた後、両面をセ
ロファンでおおい80℃に窒素雰囲気で16時間加熱し
て含浸した単量体を重合せしめた。Next, this sulfonic acid type cation exchange membrane having acid amide bonds and some primary or secondary amines on the surface layer was prepared using monomers consisting of 20 parts of acrylic acid, 10 parts of divinylbenzene, and 0.5 parts of penzoyl peroxide. 4 in body mixed solution
After soaking for a time to impregnate the cation exchange membrane, both sides were covered with cellophane and heated at 80° C. in a nitrogen atmosphere for 16 hours to polymerize the impregnated monomers.
この膜を2.ON−NaOHと2.ON−HCIに交互
に平衡にしてコンディショニングしたのち飽和食塩水を
三室電解によって電解した。2. ON-NaOH and 2. After conditioning by alternately equilibrating with ON-HCI, saturated saline was electrolyzed by three-chamber electrolysis.
その結果を第1表に示す。実施例2
実施例1で製造した陽イオン交換膜と中性膜(セルロー
ス製)を対にして部屋を形成し、これを10対並べて濃
縮室と希釈室を形成した。The results are shown in Table 1. Example 2 A chamber was formed by pairing the cation exchange membrane and neutral membrane (made of cellulose) manufactured in Example 1, and 10 pairs of these were arranged to form a concentration chamber and a dilution chamber.
希釈室には0.5%のカ性ソーダと塩素酸ソーダの混合
溶液を流し、IA/dm2の電流密度で電気透析しカ性
ソーダと塩素酸ソーダを濃縮し6、5%のカ性ソーダと
塩素酸ソーダの混合物を取得した。A mixed solution of 0.5% caustic soda and sodium chlorate is poured into the dilution chamber, and electrodialysis is performed at a current density of IA/dm2 to concentrate the caustic soda and sodium chlorate, resulting in 6.5% caustic soda. and sodium chlorate mixture was obtained.
このときの濃縮の電流効率は40%であった。The current efficiency of concentration at this time was 40%.
然るに実施例1の膜を作るための含浸重合していない膜
を陽イオン交換膜として用いたときは23%であった。However, when the membrane of Example 1, which had not been impregnated and polymerized, was used as a cation exchange membrane, it was 23%.
実施例3
で示されたパーフルオ口ビニルエーテルスルホン酸型の
陽イオン交換膜を常法により塩化チオール中で還流して
スルホン酸基をスルホニルクロライドに変換した。The perfluorinated vinyl ether sulfonic acid type cation exchange membrane shown in Example 3 was refluxed in thiol chloride in a conventional manner to convert the sulfonic acid groups into sulfonyl chloride.
次いでこの膜状物を窒素中で乾燥したのちに、これの表
面に過酸化ケイ皮酸の0.01%ベンゼン溶液を噴霧し
てアセトンを飛散させ、一部膜内部に浸み込ませ、表層
部に過酸化物を存在させた。Next, after drying this film-like material in nitrogen, a 0.01% benzene solution of peroxide cinnamic acid is sprayed onto the surface of the film to scatter the acetone, which partially penetrates into the inside of the film and removes the surface layer. Peroxide was present in the sample.
ついで、これをオートクレープ中で4弗化エチレンの飽
和蒸気圧の中に放置して加温し、膜表層部で4弗化エチ
レンを=部重合させ同時にスルホニルクロライド基と反
応せしめて表層部に4弗化エチレンの重合層を形成させ
た。Next, this is left in an autoclave under the saturated vapor pressure of tetrafluoroethylene and heated to polymerize part of the tetrafluoroethylene in the surface layer of the membrane and simultaneously react with the sulfonyl chloride group to form a polymer in the surface layer. A polymerized layer of tetrafluoroethylene was formed.
ついでこの膜を4.ON−NaOH中に48時間60℃
で浸漬した。Then, apply this film to 4. 60°C for 48 hours in ON-NaOH
Soaked in.
この膜を用いて飽和食塩水を2OA/dm2で二室法に
よって電気分解し20%NaOHを定常的に取得したと
ころ電流効率は89%であり、6.ON−NaOH中の
NaClの量1は0.002Nであった。Using this membrane, saturated saline was electrolyzed at 2OA/dm2 by a two-chamber method to constantly obtain 20% NaOH, and the current efficiency was 89%.6. The amount of NaCl in ON-NaOH was 0.002N.
他方、このような処理を施していない同一のパーフルオ
ロ系陽イオン交換膜を用いて飽和食塩水を同様の条件で
電気分解したところ電流効率は63%で6.ON−Na
OH中のNaClの量は0.008Nであった。On the other hand, when saturated saline was electrolyzed under similar conditions using the same perfluorinated cation exchange membrane that had not been subjected to such treatment, the current efficiency was 63%. ON-Na
The amount of NaCl in OH was 0.008N.
なお膜の電気抵抗は本発明の処理を施していないものが
3.2Ω一cm2であったのに対して、本発明の処理を
施した膜は5.3Ω−cm2であった。The electrical resistance of the membrane without the treatment of the present invention was 3.2 Ω-cm 2 , while that of the membrane treated with the present invention was 5.3 Ω-cm 2 .
実施例4
実施例3で用いたパーフルオ口ビニルエーテルスルホン
酸型の陽イオン交換膜を実施例3と同様にスルホン酸基
をスルホニルクロライド型にして、■塩化3弗化エチレ
ン中にトリクロロアセチルパーオキサイドを溶解したも
のの中に常温で浸漬し含浸させ、これをオートクレープ
中で−15℃で10日間重合反応をさせた。Example 4 The perfluorinated vinyl ether sulfonic acid type cation exchange membrane used in Example 3 was changed to have the sulfonic acid group in the sulfonyl chloride type in the same manner as in Example 3, and trichloroacetyl peroxide was added to trifluoroethylene chloride. The sample was immersed in the dissolved material at room temperature to be impregnated, and then polymerized in an autoclave at -15°C for 10 days.
この膜の電気抵抗は10.3Ω−cm2であった。The electrical resistance of this film was 10.3 Ω-cm 2 .
この膜を用いて飽和食塩水を30A/dm2で電気分解
したところ6.ON−NaOHを取得して電流効率93
%であった。When saturated saline was electrolyzed at 30 A/dm2 using this membrane, 6. Obtained ON-NaOH and current efficiency 93
%Met.
この膜を3ケ月間同一条件で二室電解を続けたが著しい
性能の劣化はなかった。This membrane was subjected to two-chamber electrolysis under the same conditions for three months, but there was no significant deterioration in performance.
実施例5
次の構造を持つパーフルオ口系高分子膜状物を第2表に
示す組成の単量体混合物中に浸漬し単量体を含浸させた
のちに90℃で加熱重合させた。Example 5 A perfluorinated polymer film having the following structure was immersed in a monomer mixture having the composition shown in Table 2 to impregnate it with the monomers, and then heated and polymerized at 90°C.
次いでこの膜状物を50℃で6.ON−NaOH に
24時間浸漬して膜内部の未反応のスルホニルフルオラ
イド基をスルホン酸ソーダに変え、併せて未反応の単量
体を溶出させて二室式電解槽によって飽和食塩水の電解
を実施した。Next, this film-like material was heated at 50°C 6. The unreacted sulfonyl fluoride groups inside the membrane were immersed in ON-NaOH for 24 hours to convert them into sodium sulfonate, and the unreacted monomers were eluted and the saturated saline solution was electrolyzed in a two-chamber electrolytic cell. carried out.
結果を第2表に示す。The results are shown in Table 2.
Claims (1)
素原子を除く)又は−NHR(Rは水素又はアルキル基
)で示されるスルホニル基とを有する高分子膜状物に、
重合可能な基を有する化合物を含浸させたのち重合し、
必要に応じて加水分解することを特徴とする陽イオン交
換膜の製造方法。[Scope of Claims] 1. A polymer film having a fluorine atom and a sulfonyl group represented by the formula -SO2X [X is a halogen atom (excluding a fluorine atom) or -NHR (R is hydrogen or an alkyl group)] ,
Impregnated with a compound having a polymerizable group and then polymerized,
A method for producing a cation exchange membrane, which comprises hydrolyzing as necessary.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP50047395A JPS582970B2 (en) | 1975-04-21 | 1975-04-21 | Youion Koukan Makunoseizouhouhou |
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JP50047395A JPS582970B2 (en) | 1975-04-21 | 1975-04-21 | Youion Koukan Makunoseizouhouhou |
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Family Applications (1)
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-
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Patent Citations (2)
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