JPH01297433A - 耐アルカリ性に優れた陰イオン交換膜の製造方法 - Google Patents

耐アルカリ性に優れた陰イオン交換膜の製造方法

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JPH01297433A
JPH01297433A JP88124950A JP12495088A JPH01297433A JP H01297433 A JPH01297433 A JP H01297433A JP 88124950 A JP88124950 A JP 88124950A JP 12495088 A JP12495088 A JP 12495088A JP H01297433 A JPH01297433 A JP H01297433A
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JP
Japan
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film
anion exchange
alkyl
exchange membrane
sodium hydroxide
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Application number
JP88124950A
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English (en)
Inventor
Toru Kiyota
徹 清田
Masayuki Hyodo
雅之 兵頭
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Tosoh Corp
Original Assignee
Tosoh Corp
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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】 [産業上の利用分野] 本発明は、耐アルカリ性に優れた陰イオン交換膜の製造
方法に関する。
[従来の技術および発明が解決しようとする課題]近年
、膜を使用したプロセスの開発は活発であり、中でもイ
オン交換膜を用いたプロセスは省エネルギーの点等から
極めて注目されている。
イオン交換膜の中で陽イオン交換膜は、ナフィオン(デ
ュポン社)に代表される、いわゆるパーフルオロカーボ
ン系の膜が開発された。この種の膜は、骨格がパーフル
オロカーボン重合体より構成されており、その耐久性は
従来の陽イオン交換膜に比べて極めて優れたものとなっ
ている。
一方、陰イオン交換膜は、耐久性の面から見ると問題の
多い分野であった。そこで本発明者の一人である清田ら
は、耐久性の優れた陰イオン交換膜として主鎖がパーフ
ルオロカーボン重合体から成る全く新規な構造を有する
陰イオン交換膜をすでに提案した(特開昭6l−731
2)。この種の膜は、従来の膜に比べて極めて優れた耐
酸性、耐酸化性を有してはいるものの、特にアルカリに
対する耐久性に問題があった。
本発明は、このような観点からなされたものであり、そ
の目的は、耐アルカリ性に優れた陰イオン交換膜を提供
することにある。
[課題を解決するための手段] 本発明者らは、このような背景をもとに鋭意研究を重ね
、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、下記−最大(1)(XはFまたは
CF、 、gは0〜5の整数、mは0または1、nは1
〜5の整数であり、pおよびqは正の数であって、その
比p/qは2〜16である)で表される構造を有する高
分子物質からなるフィルムを下記−最大(2) %式%(2) (rおよびSは1〜8の整数、R1は水素またはC3〜
C4のアルキル基、R2はC1〜C4のアルキル2J、
R3およびR4はC3〜C6のアルキル基である)で表
される化合物と反応、させたのち、アルコラードと反応
させ、ついでヨウ化アルキルと反応させることからなる
耐アルカリ性に優れた陰イオン交換膜の製造方法を提供
するものである。
以下具体的に説明する。
上記した構造(1)を有する共重合体は四フッ化エチレ
ンと、たとえば下記に示すコモノマーCF2−CF−0
−C11′2−0F2−8o2FCF2−OF−0−(
TF、−0F(CF3)−0−C!F、−0F2−8O
FCF、−GW−0−C’F2−C!F(cFs)−0
−OF2−C!F’(CF、)−0−(7,−CF2−
3O2F’CF、−fF−(ト)−扁−8o2F との共重合によって得られる。共重合は、フリーラジカ
ル開始剤の存在下において0〜200℃および1〜20
0気圧の範囲の条件下で得ることができる。
本発明に用いられるフィルムは、上記したコモノマーに
よって得られるものに制限されるものではない。
これらの共重合体は、フィルムに成型されるがこの成型
は通常溶融して薄い膜を成型する一般の技術を用いるこ
とができる。
本発明で使用されるフィルムの厚さは通常50μmない
し500μmのものが用いられ、フィルムの強度、比電
導度、電流効率等を考慮して適当な厚みを選択できる。
また、このようなフィルムは、フィルムの強度を向上さ
せるためテフロン繊維布などで補強されたものであって
もよい。
フィルムの形状は平膜状あるいはチューブ状のいずれで
もよい。
一般式(2)におけるrおよびSは1〜8であり、R1
は水素または01〜C4のアルキル基であり、R2はC
,−C4のアルキル基であるが、これらの数や炭素数が
上記の範囲をこえるとアミド化反応速度が低下し、反応
が不完全になったりする。R3およびR4はC1〜C6
のアルキル基であるが、炭素数が7以上になるとアルキ
ル化の段階で立体障害になり、効率的にアルキル化が進
行しなくなる。
上記した構造(1)を有するフィルムを上記−最大(2
)で表されるアミンと反応させることにより、スルホン
アミド基を有するフィルムに変換する。
上記−最大(2)で表されるアミンの構造としては、 迅N−県−C(混)t−ヘ−N(嘱)。
馬N−’:%−C(−C!I(s )2−CFいN(c
a、)2H,N−C八−−−C(嘱)z−−−C!)b
−N(四、)2賜N−晦一供−c(c迅)z−(1%−
C八−N(CH,OH,)2賜N−C%−C均一〇((
ET(a)2−cz−c八−N((8mc耶為)2等を
例示することができる。
また、これらのアミン類との反応はそれらのアミン中あ
るいは他の溶媒を用いて行うことができる。溶媒を用い
る場合は、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジ
オキサン等のエーテル類、ベンゼン、トルエン、ヘキサ
ン等の炭化水素類等を用いることができる。
反応温度は室温〜80℃、反応時間は100時間で十分
である。
このようにして得られたスルホンアミド基を有するフィ
ルムをアルコラードを作用させることによりスルホンア
ミド基のアルカリ金属塩に変換する。
アルコラードとしては、ナトリウムメチラート、ナトリ
ウムエチラート、ナトリウムn−ブチラ−1・等のアル
コール溶液を用いることができる。反応温度は、室温〜
90℃の範囲で十分である。
香られたスルホンアミド基のアルカリ金属塩のフィルム
にヨウ化アルキルを作用させてアルキル化することによ
り、陰イオン交換膜に転換される。
ヨウ化アルキルとしては、例えばヨウ化メチル、ヨウ化
エチル、ヨウ化ブチル等を用いることができる。
この際、メタノール、エタノール、ジメチルホルムアミ
ド等を溶媒として使用しつる。
ここで得られる陰イオン交換基を有する膜の対イオンを
交換する必要がある場合は、常法によりアルカリ金属塩
で処理することで交換できる。
[作用] 特開昭61−7312号公報には直鎖状アミンを用いて
合成することにより耐久性を向上させることが記載され
ているが、本発明は枝分かれしたアミンを用いることに
特徴がある。
枝分かれしたアミンを用いて合成した陰イオン交換膜が
直鎖状のアミンを用いて合成したものに比べ、耐アルカ
リ性に対する効果が大きい理由は明確ではないが、枝分
かれしたアルキル基の電子供与性の効果により、交換基
である第四級アンモニウム基が安定になるためであると
考えられる。
C発明の効果〕 本発明による陰イオン交換膜を無機塩からのアルカリの
回収等、特に耐アルカリ性を必要とする各種電解用隔膜
として使用することにより、高濃度のアルカリ性液の使
用が可能になり、膜が長期使用に耐えるために、従来、
不可能であった多くのプロセスを実用化することができ
る。
[実施例] 次に実施例により本発明をさらに詳細に説明するが本発
明はこれらに限定されるものではない。
以下の実施例において、膜の抵抗はIN水酸化ナトリウ
ム水溶液に十分平衡させたのち、交流1000サイクル
、温度25℃で測定したものである。
実施例I CF2−CF2とCF 2 = CF −0−CF 2
−CF (CF3 )−0−CF2−CF2−502 
Fとの共重合により得られた共重合体をフィルム化した
(膜厚170μm、p/q−6,5)。
次に該フィルムをH2N  CH2CH2−C(CH3
)2  CH2−CH2N (CH3)2の構造のアミ
ンに浸漬し40℃で60時間反応させた。反応後、メタ
ノールで洗浄1. (この場合の転化率97%、元素分
析により確認した。)10wL 96ナトリウムメチラ
ートメタノール溶液に浸清し、60℃で6日間処理した
後、メタノールで洗浄した。次いでヨウ化エチル/ジメ
チルホルムアミド(容量比1:4)中、60℃で7日間
処理した。
次に塩化リチウムの10wt%メタノール溶液中、60
℃で24時間処理した後、0.5N塩化ナトリウム水溶
液中に3日間浸漬した。
得られたフィルムはクレゾールレッドで染色したところ
黄橙色に着色し、クリスタルバイオレットには全く染色
されなかった。
膜抵抗は、IN水酸化ナトリウム水溶液中で0.8Ω・
Cシであった。
次に該フィルムを、60℃のlQwt%水酸化ナトリウ
ム水溶液中で膜抵抗を測定したところ0.8Ω・C−で
変化はなかった。
比較例1 実施例1中のH2N  CH2−CH2−C(CH3)
2  CH2−CH2N (CH3)2で表されるアミ
ンのかわりにH2N −CH2CH2CH2−CH2C
H2−N (CHs ) 2を用いた以外は、実施例1
と同様の方法でフィルムを得た。アミド化の転化率は9
7%(元素分析より)であった。
得られたフィルムをクレゾールレッドで染色したところ
黄橙色に着色し、クリスタルバイオレットには全く染色
されなかった。
膜抵抗は、IN水酸化ナトリウム水溶液中で0.9Ω・
C−であった。
次に、該フィルムを60℃の10 w t%水酸化ナト
リウム水溶液中に10日間浸漬した後、IN水酸化ナト
リウム水溶液中で膜抵抗をDI定したところ900Ω・
C−にもなった。
比較例2 実施例1中の10 w t%ナトリウムメチラートメタ
ノール溶液の処理を行わなかった以外は、実施例1と同
様に行った。
得られたフィルムは染色テストにおいて、クレゾールレ
ッドで黄橙色に着色し、クリスタルバイオレットで着色
しなかった。
膜抵抗は、IN水酸化ナトリウム水溶液中で1.8Ω・
cJであった。
次に該フィルムを60℃の10wt%水酸化ナトリウム
水溶液中に10日間浸漬した後、IN水酸化ナトリウム
水溶液中で膜抵抗を測定したところ1400Ω・Cシに
もなった。
実施例2 CF2−CF2とCF2 =CF−OCF2−CF (
CF3 )−0−CF2−CF2−3O2Fとの共重合
により(’+られた共重合体をフィルム化した(膜厚1
20amSp/q−7,6)。
次に該フィルムをH2N  CH2−CH2C(CH3
)2  CH2CH2N (CH3)2の構造のアミン
に浸漬し40℃で60時間反応させた。反応後メタノー
ルで洗浄しくこの場合の・)云化率97%、元素分析よ
り)、10wt%ナトリウムエチラートエタノール溶液
に浸漬し、60℃で6日間処理した後、メタノールで洗
浄した。
次いでヨウ化メチル/ジメチルホルムアミド(容量比1
:4)中、60℃で7日間処理した。
次に塩化リチウムの10 w t%メタノール溶液中、
60℃で24時間処理した後、0.5N塩化ナトリウム
水溶液に3日間浸漬した。
得られたフィルムはクレゾールレッドで染色したところ
黄橙色に着色し、クリスタルバイオレットには全く染色
されなかった。
膜抵抗は、IN水酸化ナトリウム水溶液中で1.1Ω・
Cシであった。
次に該フィルムを60℃の10wt%水酸化ナトリウム
水溶液中に10日間浸漬した後、IN水酸化ナトリウム
水溶液中で膜抵抗を測定したところ1.1Ω・C−で変
化はなかった。
比較例3 実施例2で用いた1 0 w t%ナトリウムエチラー
トエタノール溶液の処理を行わなかった以外は実施例2
と同様の方法でフィルムを得た。
得られたフィルムは、染色テストにおいてクレゾールレ
ッドで黄)a色に着色し、クリスタルバイオレットで着
色しなかった。
得られたフィルムの膜抵抗は、IN水酸化ナトリウム水
溶液中で1,6Ω・C−であった。
次に該フィルムを60°Cの10wt%水酸化ナトリウ
ム水溶液中に10日間浸漬した後、IN水酸化ナトリウ
ム水溶液中で膜抵抗を測定したところ1500Ω・cd
にもなった。
実施例3 実施例2中のH2N−CH2−、CH2−C(CHs 
)2  CH2CH2−N (CHi )2のアミンの
かわりにH2N  CH2C(CH3) 2CH2N 
(CH3)2の構造のアミンを用いた以外は、実施例2
と同様の方法でフィルムを得た。アミド化の転化率は9
7%(元素分析より)であった。
得られたフィルムをクレゾールレッドで染色したところ
黄橙色にむ色し、クリスタルバイオレットには全く染色
されなかった。
得られたフィルムの膜抵抗はIN水酸化ナトリウム水溶
液中で1.0Ω・C♂であった。
次に該フィルムを60℃の10wt%水酸化ナトリウム
水溶液中に10日間浸漬した後、IN水酸化ナトリウム
水溶液中で膜抵抗をA1+1定したところ1,0Ω・c
jで変化はなかった。
比較例4 実施例3中で用いた10wt%ナトリウムエチラートエ
タノール溶液の処理を行わなかった以外は実施例3と同
様の方法でフィルムを得た。
得られたフィルムはクレゾールレッドで染色したところ
黄橙色に着色し、クリスタルバイオレットには全く染色
されなかった。
得られたフィルムの膜抵抗はIN水酸化ナトリウム水溶
’ttk中で1.8Ω・C♂であった。
次に該フィルムを60℃の10wt%水酸化ナトリウム
水溶itK中に10日間浸漬した後、IN水酸化ナトリ
ウム水溶液中で膜抵抗を測定したところ1200Ω・c
jにもなった。
実施例4 CF2−CF2とCF 2− CF −OCF 2−C
F (CF3 )  OCF2  CF2  SO2F
との共重合により得られた共重合体をチューブ化した(
内径1.00mm、外径1.25龍、p/q−6,5)
次に該チューブをH2N−CH2−CH2−C(CH3
)2   CH2CH2−N  (CH3)2の構造の
アミンに浸漬し、40℃で80時間反応した。反応後、
メタノールで洗浄しくこの場合の転化率97%、元素分
析より)、10wt%ナトリウムメチラートメタノール
溶液に浸漬し、60℃で6日間処理した後、メタノール
で洗浄した。
次いでヨウ化メチル/ジメチルホルムアミド(容量比1
:4)中、60℃で7日間処理した。
次に塩化リチウムの10wt%メタノール溶液中、50
℃で24時間処理した後、0.5N塩化すトリウム水溶
液中に3日間浸漬した。
得られたフィルムをクレゾールレッドで染色したところ
黄橙色に着色し、クリスタルバイオレットには全く染色
されなかった。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)下記一般式 ▲数式、化学式、表等があります▼・・・(1) (XはF又はCF_3、lは0〜5の整数、mは0又は
    1、nは1〜5の整数であり、pおよびqは正の数であ
    って、その比p/qは2〜16である)で表される構造
    を有する高分子物質からなるフィルムを下記一般式 ▲数式、化学式、表等があります▼・・・(2) (rおよびsは1〜8の整数、R_1は水素またはC_
    1〜C_4のアルキル基、R_2はC_1〜C_4のア
    ルキル基、R_3およびR_4はいずれもC_1〜C_
    6のアルキル基である)で表される化合物と反応させた
    後、アルコラートと反応させ、ついでヨウ化アルキルと
    反応させることを特徴とする陰イオン交換膜の製造方法
JP88124950A 1988-05-24 1988-05-24 耐アルカリ性に優れた陰イオン交換膜の製造方法 Pending JPH01297433A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9580592B2 (en) 2011-01-21 2017-02-28 Solvay Specialty Polymers Italy S.P.A. Liquid compositions of fluorinated anion exchange polymers

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9580592B2 (en) 2011-01-21 2017-02-28 Solvay Specialty Polymers Italy S.P.A. Liquid compositions of fluorinated anion exchange polymers

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