JPS5940041B2 - 半透膜およびその製法 - Google Patents

半透膜およびその製法

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JPS5940041B2
JPS5940041B2 JP52148909A JP14890977A JPS5940041B2 JP S5940041 B2 JPS5940041 B2 JP S5940041B2 JP 52148909 A JP52148909 A JP 52148909A JP 14890977 A JP14890977 A JP 14890977A JP S5940041 B2 JPS5940041 B2 JP S5940041B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電気化学反応が行なわれる部分、特に鉛一酸電
池のイオンセパレータとして使用できるポリ一(2−ヒ
ドロキシエチルメタクリレート)膜およびその製法に係
わる。
電極グリツドの腐食によるアンチモニルイオンSbO+
の正極PbO2から負極Pbへの拡散は後者の電極への
アンチモンめ析出を生じ、これは、水素の分極を低下さ
せることにより電池の充電率を減少させるという影響を
及ぼす。
この結果、電池の効率、特にシエルフライフの低下につ
ながる。電極グリツドの組成中に4ないし6%の量でア
ンチモンを添加することは、固化後のPb−Sb合金の
充分な硬度と同様、キヤステイング中の良好な流動性を
得ることが必要であることから興床深いことである。し
かしながら、アンチモンを0.065ないし0.090
%の割合のカルシウムで置換することは、上記の機械的
な作用の他にアンチモンが活性物質(PbO2)の作動
における複雑な電気化学的な役割を果すために、特にα
形PbO2をより微細でかつ活性なβ形PbO2に変え
ることを可能にするため、これらの問題のすべてを解決
するものではない。したがつて正極室におけるアンチモ
ンの制限の問題はまだ残つており、この際、高酸性域(
9NH2S04)でアンチモンの安定形であるSbO+
に対して選択性がある膜を使用することは有利である。
鉛一酸電池の電解液に係わる多くの研究は一般にセパレ
ータの機能の他の点(化学耐性、電解液の不動化および
導電性)に見られ、選択分別機能については二次的なも
のと見られる。
G.Fe,uilladeおよびM.Jacquier
の“電気化学および電気技術における膜の利用法2(エ
ントロピー(ElrOpie)49(1月、1973)
、第21頁参照)およびZehende,Herman
nおよびLeibsslef)″鉛電池におけるアンチ
モンの移動に関するセパレータの作用2(エレクトロシ
ミカ・アクタ(ElectrOchim.Acta)(
1965)、9、第55頁参照)の主題である多孔性セ
パレータ(荷電または非荷電PVC)についての研究あ
るいはP.COnradO)0バツテリ一●マテリアル
ズ(BatteryMaterials)0(NOye
sData社、(1970)、第7頁、24104参照
)の主題であるゲル化した電解液に関する研究は一般に
これらのラインに沿つて開発されたものであり、実質的
に微細な孔を有する選択性膜についての系統的な調査は
なされていない。
アンチモンの移動に係わる研究についても幾何学的なね
じれ効果を有するのみの多孔性セパレータが考慮されて
いるにすぎない。したがつて、分離効果が高度に選択的
な化学あるいはイオン作用によるものでありかつH+イ
オンが粘稠流動によるよりはむしろ溶解および拡散によ
り通過する非多孔性膜または非常に細かい孔を有する膜
の製法を知ることは重要である。
これらの膜は上記の部位で比較的長寿命でなければなら
ないため、これらの製造に使用する重合体は酸加水分解
および酸化に耐えうるものでなければならない。さらに
、これらの膜は乾燥状態および湿潤状態において、酸性
部位に設置する間に裂れる危険なく容易に取扱いができ
る充分な機械特性を有していなければならない。
したがつて、特にポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ガラ
ス繊維あるいは他の耐性物質でなるマクロポーラスユニ
ツトにより支持された膜の製法を知ることは興味深い。
本発明は上記の使用目的を有しかつ以下の性質を有する
ポリ一(2−ヒドロキシエチルメタクリレート)(以下
ポリ−HEMAと略称する)膜の製法に係わる。
a)孔の直径が平均約20A以下である非常に細かいミ
クロポーラス構造であること。
この構造は、H+およびしたがつて電流が膜を通過する
ことを可能とし、・一方電池の充電率の低下をまねくS
bO+イオンの通過を防止するという点で特徴づけられ
る。
さらに正確には、この構造は、9NH2S04水溶液に
浸漬した際の電気抵抗が150mΩ/d以下であり、S
b,O,に対する膜の透過率が0.1η/Cflt−h
以下に保たれるものである。
b)化学的安定性が高いこと。
このため膜は酸加水分解および酸化に耐性を示しかつ長
時間、導電性およびSbO+イオンに対する選択性を維
持できる。c)温度に対して比較的鈍感であること。
このため膜は−20しないし70℃の温度範囲で機械特
性を維持できる。本発明は、上記の如く定義される膜、
すなわち、膜を支持しかつその取扱いを容易にさせるた
めのマクロポーラス支持体に強く接着.しうる膜を製造
することをも目的とする。
膜および支持体は、これらの条件下では機械特性(たわ
み性、破壊強度等)が膜および支持体個々に比べて非常
に大きい複合膜を形成する。本発明は、非常によく混合
した状態の第1重合体および第2重合体でなり、第1重
合体はポリ一(2−ヒドロキシエチルメタクリレート)
である半透膜において、第2重合体はポリオキシエチレ
ングリコール、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸
、ポリメタクリル酸、アクリル酸またはメタクリル酸、
アルキルのポリアクリレートおよびポリメタクリレート
の共重合体、アルキルのアクリレートおよびメタクリレ
ートの共重合体の中から選ばれる1つの重合体または各
種の異なる重合体の混合物でなることを特徴走する半透
膜を提供する。
本発明はまたこのような半透膜の製法を提供するもので
もある。
本発明により方法およびこれにより得られた膜の他の利
点は、以下に本発明を限定することなく、純粋に本発明
を説明するために述べる記載から明確になるであろう。
本発明による膜は、童躯あるいは室温よりも高い温度に
おいて、可塑剤および可溶性重合体、好ましくは9NH
2S04水溶液でなる液に可溶性の重合体と不溶性の重
合体との混合物の存在下、光化学法に従つて2−ヒドロ
キシエチルメタクリレート(以下HEMAと略称する)
を重合させることにより製造される。
可塑剤の存在は、分子内におけるポリ一HEMA鎖の距
離の増大および架橋結合数の減少により、膜の構造をよ
り柔軟なものとする。この結果、膜の導電性は良好とな
る。可塑剤の存在はまた膜に弾性およびレジリエンスを
与えるために必要であり、非存在の場合には乾燥条件下
ではもろいものとなる。HEMA溶液に重合体を添加す
ることは、その粘度を増大させ、これにより平面支持体
上にナイフにより溶液を塗布することからなる一般的な
膜形成法が利用できる。さらに重合体の存在は厚さ50
ないし200μの薄層におけるHEMAの重合を促進す
る。HEMA溶液に添加した重合体が9NH2S04水
溶液に溶解する場合には膜の外側で部分的に拡散でき、
その多孔度、したがつてその導電性を高める。
しかしながら、この重合体は、HEMAが紫外線照射の
間にそれと共重合あるいはグラフトする傾向をもたない
ため、膜の外側で完全には拡散できない。
これにもかかわらず膜中におけるこの重合体の存在は、
膜の膨張率を高めるため、この膜の導電性を高めること
を可能とする。HEMA溶液に添加した重合体が9NH
2S04水溶液に不溶の場合には、重合体は騰内に完全
に残る。
したがつて、この重合体は膜の機械強度および化学的安
定性を増大しうるようなものの中から選ばれなければな
らない。好ましくは、使用した強度支持体(ポリプロピ
レンフエルトおよびガラス繊維フエルト)との接着性を
高めうるものの中から選ばれる。これら2種類の重合体
の混合物をHEMA溶液に使用することは、膜に満足で
きる導電性と良好な化学的安定性とを同時に付与するこ
とを可能とする。
これら2種の重合体の混合組成に応じて上記の特性の一
方がより良好なものとなる。本発明によれば、膜の生成
にあたり単独であるいは混合して使用できる可塑剤とし
ては次のものがある。
1)エチレングリコール、プロピレングリコール、トリ
メチレングリコール、ジエチレングリコーール、トリエ
チレングリコーノレ、ポリオキシエチレングリコールの
如き2価アルコール類。
2)トリエタノールアミンのグリセリンの如き3価アル
コール類。
3) 2−ピロリドンまたはメチルピロリドン。
HEMAに添加する可塑剤の割合はHEMAに対して5
ないし40重量%である。上記の理由により可塑化する
HEMA混合物に添加するに好適な重合体の中で、9N
H2S04水溶液に溶解するものとこの溶液に不溶のも
のとの間で区別しなければならない。
前者のものとしてはポリオキシエチレングリコール却よ
びポリビニルピロリドンであり、後者のものとしてはポ
リアクリル酸およびポリメタクリル酸、アクリル酸また
はメタクリル酸の共重合体、ポリアルキルアクリレート
およびアルキルアクリレ一゛卜またはメタクリレートの
共重合体である。HEMAに添加する重合体の割合は好
ましくは1ないし30重量%である。
感光性促進剤として、硝酸ウラニルおよび酢酸ウラニル
の如きウラニル塩、ベンゾイン、パラートルエンスルフ
イン酸ナトリウム(メチレンブルーの存在下)、アント
ラキノン−2−スルホン酸ナトリウム等の如き有機化合
物が使用できる。
膜を強化するために、H,SO4および酸素の作用に対
して耐性のあるフエルトあるいは非常に透過性のあるフ
アブリツクを使用する。ある場合には、ポリHEMAの
大部分がフエルトあるいはフアブリツクの一方の側に位
置するような膜が生成できるという利点がある。さらに
詳述すれば、強化した膜は一方の側にポリHEMAの薄
いミクロポーラスなフイルムと他の側に主としてフエル
トまたはフアブリツクでなるマクロポーラスな層を有し
ている。フエルトまたはフアブリツクはTEFLON(
登録商標名)またはTERPHANE(登録商標名)の
シート(これ自体、吸引支持体を被覆する)上に配電さ
れる。
ついでフエルトまたはフアブリツクにブラシまたはロー
ラー(好ましくはシリコンゴム製)によつてHEMA溶
液を含浸させる。溶液は紫外線照射前、TEFLONシ
ートと接触しているフエルトまたはフアブリツクの面に
向つて数分間で拡散できる。フエルトへの含浸を促進す
るために、HEMA溶液とメタノール、エタノール、ア
セトン等の揮発性溶媒で希釈してもよい。これに対して
フエルトまたは7アブリツク中に均一に分散することが
要求される膜の生成にあたつては、非常に高い粘度の溶
液を使用し、含浸したフエルトまたはフアブリツクを溶
液がフエルト一TEFLONの界面に集まらないように
含浸後直ちに紫外線照射する。
上記の構造(少なくとも2層でなる)を得ることを可能
にする方法は、アプリケータにより吸引支持体を被覆す
るTERPHANEシートにかなり厚くHEMA溶液を
塗布することおよびこのようにして得られた層にフエル
トを敷設することでなる。
溶液の高い粘度により、フエルトには部分的にのみ溶液
が侵透する。ついで全体に紫外線照射する。溶液の粘度
が低い場合には、フエルトまたはフアブリツクにはより
深くまで溶液が侵透し、したがつてHEMAの重合後、
フアブリツクまたはフエルトの内側で膜のより均一な分
散が得られる。膜がフエルトまたはフアブリツクに接着
することは重要である。
接着力はHEMAに添加した9NH,S0,中の可溶性
重合体の濃度の増加につれて減少することが観察される
。濃度は重合体の分子量による。以下に例示する実施例
中で述べる膜の電気抵抗は以下の如くして測定した。
サンプルの膜を、9NH2S04水溶液を充填した測定
用電池の2つの室の間に配置し、膜の両面間の電位の差
を膜を通過する電流の関数として測定した。
膜がない場合に同様にして測定した抵抗値をこのように
して得た抵抗値から減じた。Dcインジエクシヨン電極
は鉛製であり、膜の両面間における電位の差を測定する
ために使用した電極は水銀および硫酸第一水銀製であつ
た。膜のSb2O,に対する透過度は以下の如くして測
定した。
サンプルの膜を、一方の室にはSb,O,を飽和した9
NH2S04水溶液を入れ、他方の室には9NH2S0
4水溶液を入れた電池のこのような2つの室の間に配置
した。
後者の室に透過してきたSb2O,のIを、溶液の少量
を定期的に取出し、ついでヨウ化カリウム−アスコルビ
ン酸試薬(この試薬は3価のアンチモンの存在下で発色
する)をSb2O,に加え、着色の強度をA9Elkl
ind,K.H.GayerおよびD.F.BOltz
氏の方法(アナリテイカル・ケミストリ(Anal.C
hem.)盗』,11、(1953)1744参照)に
従つて紫外線分光光度計により測定することでなる方法
で測定した。実施例 1 HEMA84%、グリセリン10%、PRIMALAC
34(ROHMaOdHAAS社製のアクリレート−メ
タクリレート共重合体)496および硝酸ウラニル2%
でなる組成の溶液を使用した。
この溶液をアプリケータによりTERPHANEシート
(ポリエチレンアレフタレート)で被覆した平支持体(
たとえば吸引支持体)に塗布し、このようにして得られ
た溶液を含む層を表面から約30CIILの距離におい
た水銀蒸気および金属ヨウ素ランプ(PHILIPSH
PMl24OOワツト)により2ないし5分間紫外線照
射した。
照射後5ないし10分経過したのち、TERPHANE
シートから膜をはがした。その厚さは160ミクロンで
あつた。9NH2S04水溶液中に48時間浸漬したの
ち、膜の電気抵抗は140m9/Citで、Sb2O,
に対する透過度は0.026mf/H2cdであつた。
酸素を発泡させながら65℃に維持した9NH,S04
水溶液中に97日間浸漬したのち、膜の電気抵抗は95
mΩ/dであり、Sb2O,に対する透過度は0.02
8η/Hc!lであつた。実施例 2 実施例1の方法に従つて、HEMA78%、エチレング
リコール1゜8%、PRIMALAC343%および硝
酸ウラニル191)の組成を有する溶液を使用して厚さ
200ミクロンの膜を生成した。
9NH2S04水溶液に2日間浸漬したのち、膜の電気
抵抗は130mΩ/C!lであり、Sb2O,に対する
透過度は0.01311f/Hcllであつた。
酸素を発泡させながら65℃に維持した9NH,S04
水溶液に47日間浸漬したのち、膜の電気抵抗は95m
Ω/01tであり、Sb2O,に対する透過度は0.0
111If7/Hdであつた。実施例 3実施例1の方
法に従つて、HEMA7596、エチレングリコール2
1(F6、PRIMALAC343%および硝酸ウラニ
ル1%の組成を有する溶液を使用して厚さ200ミクロ
ンの膜を生成した。
9NH2S04水溶液に2日間浸漬したのち、膜の電気
抵抗は12mΩ/Ciiであり、Sb2O3に対する透
過度は0.014W9/HCdであつた。
酸素を発泡をさせながら65℃に維持した9NH2S0
4水溶液に47日間浸漬したのちの膜のそれぞれの値は
82mΩ/Clltおよび0.014η/Hdであつた
。実施例 4 実施例1の方法に従つて、HEMA68%、分子量15
,000のポリエチレングリコール10%、PRIMA
LAC34l%、エチレングリコール20.3%および
硝酸ウラニル0.7%の組成を有する溶液を使用し、厚
さ150μの膜を生成した。
膜の電気抵抗は80mΩ/Cdであり、Sb2O3に対
する透過度は0.040η/Hcdであつた。実施例
5 HEMA69%、エチレングリコール29%、分子量2
000のポリエチレングリコール10f)、硝酸ウラニ
ル1%の組成の溶液を調製した。
ポリプロピレンフエルト(VILEDONL32237
Fl厚さ200μ)に、フエルトの面積120C−Jモ
V!上にこの溶液249が拡がるようにこの溶液を含浸
させた。溶液が均質に分散するように、エタノールで希
釈した。含浸は上記の方法に従つて実施した。含浸フエ
ルトに数分間紫外線を照射したのちに得られた強化膜の
厚さは290ミクロンであつた。
この電気抵抗は155mΩ/CTlであり、Sb2O,
に対する透過度は0.048η/Hc!lであつた。実
施例 6 HEMA68.2%、エチレングリコール25.7%、
PRIMALAC345.5%、硝酸ウラニル0.6%
の組成を有する溶液を調製した。
この溶液を、TERPHANEシートで被覆した平面吸
引支持体上にアプリケータで塗布した。
このようにして、溶液が部分的に浸透しているポリプロ
ピレンフエルト(VILEDONL23237F)が被
覆している厚さ約200ミクロンの層が得られた。つい
で実施例1の記載の如く紫外線照射を数分間行なつた。
HEMAの重合後の強化膜の厚さは280ミクロンであ
つた。
電気抵抗およびSb2O3に対する透過度はそれぞれ9
5mΩ/CTIおよび0.087mf/Hcdであつた
。酸素を発泡させながら65℃に維持した9NH2S0
4水溶液中に41日間浸漬したのち、膜のそれぞれの値
は70mΩ/dおよび0.07511fI/HOllで
あつた。
本発明は上記実施例に限定されるものではなく、幾多の
変形をもなし得るものである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 非常によく混合した第1重合体および第2重合体で
    なり、第1重合体はポリ−(2−ヒドロキシエチルメタ
    クリレート)であるミクロポーラス構造の半透膜におい
    て、前記第2重合体はポリオキシエチレングリコール、
    ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸、ポリメタクリ
    ル酸、アクリル酸またはメタクリル酸の共重合体、アル
    キルのポリアクリレートまたはポリメタクリレート、お
    よびアルキルのアクリレートまたはメタクリレートの共
    重合体の中から選ばれる1つの重合体または各種の異な
    る重合体の混合物でなることを特徴とする半透膜。 2 ミクロポーラス構造は、ポリ−(2−ヒドロキシエ
    チルメタクリレート)50ないし90重量%、エチレン
    グリコール、プロピレングリコール、トリメチレングリ
    コール、トリエチレングリコール、ポリオキシエチレン
    グリコール、グリセリレ、2−ピロリドン、メチルピロ
    リドンの中から選ばれるポリ−(2−ヒドロキシエチル
    メタクリレート)の可塑化剤5ないし40重量%、およ
    びポリオキシエチレングリコール、ポリビニルピロリド
    ン、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、アクリル酸ま
    たはメタクリル酸の共重合体、アルキルのポリアクリレ
    ートまたはポリメタクリレート、アルキルのアクリレー
    トまたはメタクリレートの共重合体の中から選ばれる1
    種の第2重合体またはそのうち1つは9NのH_2SO
    _4水溶液に溶解するものである第2重合体の混合物1
    ないし30重量%の組成を有するフィルムを9NH_2
    SO_4水溶液に浸漬することにより得られた特許請求
    の範囲第1項記載の半透膜。 3 層を形成する他の成分の存在下における2−ヒドロ
    キシエチルメタクリレートの光化学重合反応で得られた
    架橋ポリ−(2−ヒドロキシエチルメタクリレート)を
    含有するフィルムから得られた特許請求の範囲第2項記
    載の半透膜。 4 硝酸ウラニル、酢酸ウラニル、ベンゾイン、アント
    ラキノン−2−スルホン酸ナトリウムの中から選ばれる
    感光性促進剤の存在下で紫外線照射により2−ヒドロキ
    シエチルメタクリレートを重合することにより得られた
    架橋ポリ−(2−ヒドロキシエチルメタクリレート)を
    含有するフィルムから得られた特許請求の範囲第2項ま
    たは第3項記載の半透膜。 5 透過性のフアブリツクまたはフェルトで強化したフ
    ィルムから得られた特許請求の範囲第1項ないし第4項
    のいずれか1項に記載の半透膜。 6 透過性のフアブリツクまたはフェルトで強化したフ
    ィルムから得られかつ層の大部分はフェルトまたはフア
    ブリツクの一方の側に位置している特許請求の範囲第1
    項ないし第5項のいずれか1項に記載の半透膜。 7 2−ヒドロキシエチルメタクリレート50ないし9
    0重量%、エチレングリコール、プロピレングリコール
    、トリメチレングリコール、ジエチレングリコール、ト
    リエチレングリコール、ポリオキシエチレングリコール
    、グリセリン、2−ピロリドン、メチルピロリドンの中
    から選ばれるポリ−(2−ヒドロキシエチレンメタクリ
    レート)の可塑剤5ないし40%、ポリオキシエチレン
    グリコール、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸、
    ポリメタクリル酸、アクリル酸またはメタクリル酸の共
    重合体、アルキルのポリアクリレートまたはポリメタク
    リレート、アルキルのアクリレートまたはメタクリレー
    トの共重合体の中から選ばれる1種の第2重合体または
    、そのうち1つは9NのH_2SO_4水溶液に溶解す
    るものである第2重合体の混合物1ないし30重量%、
    および硝酸ウラニル、酢酸ウラニル、ベンゾイン、アン
    トラキノン−2−スルホン酸ナトリウムの中から選ばれ
    る感光性促進剤0.2ないし2%でなる溶液から得られ
    たフィルムを9NH_2SO_4水溶液中に浸漬するこ
    とからなるミクロポーラス構造の半透膜の製法。 8 特許請求の範囲第7項記載の組成を有する溶液を吸
    引支持体を被覆するポリテトラフルオルエチレンまたは
    ポリエチレンテレフタレートのシート上に塗布すること
    によりフィルムを生成し、室温または室温より高い温度
    で溶液の他の成分の存在下でこの溶液に紫外線照射して
    2−ヒドロキシエチルメタクリレートを重合させ、つい
    でこのフィルムを9NH_2SO_4水溶液中に浸漬す
    ることからなる特許請求の範囲第7項記載の製法。 9 ポリテトラフルオルエチレンまたはポリエチレンテ
    レフタレートで被覆した吸引支持体上にフェルトまたは
    透過性フアブリツクを置き、このフェルトまたはフアブ
    リツクに特許請求の範囲第7項記載の組成の溶液を含浸
    させ、前記ポリテトラフルオルエチレンまたはポリエチ
    レンテレフタレートと接触するフェルトまたはフアブリ
    ツクの表面に向つてこの溶液を拡散させ、全体を紫外線
    照射し、ついで得られたフェルトまたはフアブリツクに
    接着した状態のフィルムを9NH_2SO_4水溶液に
    浸漬することを特徴とする特許請求の範囲第7項記載の
    製法。 10 紫外線照射をフアブリツクまたはフエルトへ前記
    溶液を含浸させた直後に実施する特許請求の範囲第1項
    記載の製法。 11 フェルトまたはフアブリツクで強化したフィルム
    を得るように紫外線照射前にフェルトまたは透過性フア
    ブリツクを前記溶液の層上に置き、ついで9NH_2S
    O_4水溶液に浸漬する特許請求の範囲第7項記載の製
    法。
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US4121022A (en) 1978-10-17
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GB1575929A (en) 1980-10-01
JPS53122683A (en) 1978-10-26
FR2373885A1 (fr) 1978-07-07

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