JPH0352777B2 - - Google Patents

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JPH0352777B2
JPH0352777B2 JP59092926A JP9292684A JPH0352777B2 JP H0352777 B2 JPH0352777 B2 JP H0352777B2 JP 59092926 A JP59092926 A JP 59092926A JP 9292684 A JP9292684 A JP 9292684A JP H0352777 B2 JPH0352777 B2 JP H0352777B2
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JP
Japan
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base material
polymerization
ion exchange
exchange membrane
membrane
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JP59092926A
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JPS60238328A (en
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Toshikatsu Hamano
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Asahi Glass Co Ltd
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Publication date
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Priority to US06/730,481 priority patent/US4608393A/en
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  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
  • Manufacture Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、イオン交換膜を製造する方法に関
し、更に詳しく言えば、特定の基材及び特定の重
合性モノマーの組合せ混合物を採用することから
なるイオン交換膜の新規な製造方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method of manufacturing an ion exchange membrane, and more particularly, to a novel method of manufacturing an ion exchange membrane, which comprises employing a combinatorial mixture of a specific base material and a specific polymerizable monomer. Regarding the manufacturing method.

スルホン酸基、カルボン酸基の如き陽イオン交
換基を有する陽イオン交換膜あるいは第四アンモ
ニウム基の如き陰イオン交換基を有する陰イオン
交換膜などのイオン交換膜は、各種の電解用隔
膜、電気透析用膜、拡散透析用膜、燃料電池用隔
膜、各種廃液処理用膜など広範な用途が提案され
ている。而して、実用的なイオン交換膜の場合、
主に機械的強度の点から、一般に基材にイオン交
換樹脂を膜状に支持させることが望ましいとされ
ている。イオン交換樹脂を基材に膜状に支持させ
る手段としては、加熱プレスにより布などの基材
をイオン交換膜に裏打ち、埋込みの如く積層する
方法も知られているが、重合性モノマーを、その
ままあるいは必要に応じて部分的に重合した後
に、基材に含浸担持させ重合せしめ、必要により
イオン交換基導入反応を施す方法が、従来より各
種提案されている。
Ion exchange membranes, such as cation exchange membranes with cation exchange groups such as sulfonic acid groups and carboxylic acid groups, or anion exchange membranes with anion exchange groups such as quaternary ammonium groups, are used in various electrolytic diaphragms, electrical A wide range of applications have been proposed, including dialysis membranes, diffusion dialysis membranes, fuel cell diaphragms, and various waste liquid treatment membranes. Therefore, in the case of a practical ion exchange membrane,
Mainly from the viewpoint of mechanical strength, it is generally considered desirable to support the ion exchange resin in the form of a membrane on the base material. As a method for supporting an ion exchange resin on a base material in the form of a membrane, a method is known in which a base material such as cloth is lined with an ion exchange membrane using a hot press and laminated in a manner similar to embedding. Alternatively, various methods have been proposed in the past, in which, after partially polymerizing if necessary, the polymer is impregnated and supported on a base material, polymerized, and if necessary, an ion exchange group introduction reaction is performed.

基材に重合性モノマーを含浸担持させ、該モノ
マーを重合せしめ、必要によりイオン交換基導入
反応を施すことからなるイオン交換膜の製造方法
においては、基材の種類によつては、基材とイオ
ン交換樹脂との親和性が小さく、このために得ら
れるイオン交換膜の機械的強度及び電気化学的性
質が不充分な場合がある。特に基材がポリエチレ
ン、ポリプロピレンなどのオレフイン系重合体や
四フツ化エチレン、三フツ化塩化エチレン、フツ
化ビニリデンなどのフツ素化オレフイン系重合体
からなる場合には、耐熱性、耐薬品性などの点で
優れたイオン交換膜が期待できるにもかかわら
ず、従来の重合方法によると前記の如き問題点に
遭遇する。かかる問題点の解消を目的として、特
公昭57−30136号公報、特公昭59−14047号公報、
米国特許第4414090号明細書などに記載されてい
るように、重合手段として電離性放射線の照射法
を採用し、重合性モノマーを基材にグラフト重合
せしめる方法が提案されている。
In the method for manufacturing an ion exchange membrane, which comprises impregnating and supporting a polymerizable monomer on a base material, polymerizing the monomer, and performing an ion exchange group introduction reaction if necessary, depending on the type of base material, The affinity with the ion exchange resin is low, and therefore the resulting ion exchange membrane may have insufficient mechanical strength and electrochemical properties. In particular, when the base material is made of olefin polymers such as polyethylene and polypropylene, or fluorinated olefin polymers such as tetrafluoroethylene, trifluorochloroethylene, and vinylidene fluoride, heat resistance, chemical resistance, etc. Although an ion exchange membrane excellent in this respect can be expected, conventional polymerization methods encounter the above-mentioned problems. For the purpose of solving such problems, Japanese Patent Publication No. 57-30136, Japanese Patent Publication No. 59-14047,
As described in US Pat. No. 4,414,090, etc., a method has been proposed in which a polymerizable monomer is graft-polymerized onto a base material by employing ionizing radiation irradiation as a polymerization means.

本発明者の研究によれば、従来よりイオン交換
膜の製造において使用される重合性モノマーとし
て、スチレン、クロルメチルスチレン、ジビニル
ベンゼンなどは夫々知られているが、オレフイン
系重合体やフツ素化オレフイン系重合体からなる
基材を採用する場合には、次の如き問題点がある
ことを新規に見い出すに至つた。即ち、前記の特
公昭57−30136号公報における如く、基材に電離
性放射線照射などの特定の前処理を施した後、グ
ラフトさせるべき特定のモノマー溶液に含浸させ
て重合させるか、あるいは基材に特定のモノマー
溶液を含浸させた状態で電離性放射線照射重合さ
せるかして、基材に3〜80重量%グラフト重合さ
れた特定重合層を形成し、この重合層を介してイ
オン交換樹脂を支持するというような手段の採用
が必要であるとされている。また、放射線グラフ
ト重合に関するポリプロピレンの特異な現象の発
見に基づく、特公昭56−8857号公報や特公昭56−
34014号公報における如く、特定条件下の前照射
法あるいは短時間低温共存照射法の採用が必要で
あるとされている。而して、スチレンとジビニル
ベンゼンの採用による陽イオン交換膜の製造やク
ロルメチルスチレンとジビニルベンゼンの採用に
よる陰イオン交換膜の製造においては、基材の劣
化に基づき、あるいは膜形成層の剥離に基づくな
どにより、充分な機械的強度を有するイオン交換
膜が得られず、これら三成分を必須成分として採
用することにより、初めて充分な機械的強度を有
するイオン交換膜が円滑有利に得られるという事
実を見出したものである。
According to the research of the present inventor, styrene, chloromethylstyrene, divinylbenzene, etc. have been known as polymerizable monomers used in the production of ion exchange membranes, but olefinic polymers and fluorinated It has been newly discovered that when a base material made of an olefin polymer is used, there are the following problems. That is, as in the above-mentioned Japanese Patent Publication No. 57-30136, the base material is subjected to a specific pretreatment such as irradiation with ionizing radiation, and then impregnated with a specific monomer solution to be grafted and polymerized; is impregnated with a specific monomer solution and polymerized by irradiation with ionizing radiation to form a specific polymer layer grafted with 3 to 80% by weight on the base material, and the ion exchange resin is applied through this polymer layer. It is said that it is necessary to adopt measures such as support. In addition, based on the discovery of a unique phenomenon of polypropylene related to radiation graft polymerization, there are
As in Publication No. 34014, it is said that it is necessary to adopt a pre-irradiation method under specific conditions or a short-time low temperature co-irradiation method. Therefore, in the production of cation exchange membranes using styrene and divinylbenzene or the production of anion exchange membranes using chloromethylstyrene and divinylbenzene, there are cases where the base material deteriorates or the membrane forming layer peels off. However, by adopting these three components as essential components, an ion exchange membrane with sufficient mechanical strength can be obtained smoothly and advantageously. This is what we discovered.

本発明は、前記問題点の認識に基づいて完成さ
れたものであり、基材に重合性モノマーを含浸担
持させ、該モノマーを重合せしめ、必要によりイ
オン交換基導入反応を施すことからなるイオン交
換膜の製造方法において、基材としてオレフイン
系重合体及び/又はフツ素化オレフイン系重合体
からなるものを使用し、前記重合性モノマーとし
てスチレン、クロルメチルスチレン及びジビニル
ベンゼンの三成分を必須成分とする混合物を使用
することを特徴とするイオン交換膜を製造する方
法を新規に提供するものである。
The present invention was completed based on the recognition of the above problems, and is an ion exchange method in which a base material is impregnated and supported with a polymerizable monomer, the monomer is polymerized, and if necessary, an ion exchange group introduction reaction is performed. In the method for producing a membrane, an olefin polymer and/or a fluorinated olefin polymer is used as the base material, and the three components of the polymerizable monomers are styrene, chloromethylstyrene, and divinylbenzene as essential components. The present invention provides a novel method for producing an ion exchange membrane characterized by using a mixture of:

本発明においては、スチレン、クロルメチルス
チレン及びジビニルベンゼンの三成分を必須成分
とする混合物を基材に含浸担持させて重合せしめ
ることが重要である。特にスチレン又はクロルメ
チルスチレンのいずれか一方を採用しない場合に
は、生成重合体が基材に強固に結合した状態でイ
オン交換膜を製造することが困難になり、例え
ば、スチレンとジビニルベンゼンの二成分系の採
用の場合などでは、基材と膜形成樹脂層とが簡単
に剥離したり、あるいは膜形成樹脂層自体が極め
て脆弱で簡単に亀裂や微小クラツクが発生すると
いう難点が認められる。
In the present invention, it is important to impregnate and support a mixture on a base material and polymerize it, which has three essential components: styrene, chloromethylstyrene, and divinylbenzene. In particular, if either styrene or chloromethylstyrene is not used, it will be difficult to produce an ion exchange membrane with the resulting polymer firmly bonded to the base material. In the case of adopting a component system, there are problems in that the base material and the film-forming resin layer easily separate from each other, or the film-forming resin layer itself is extremely fragile and easily generates cracks and micro-cracks.

本発明において、基材に含浸担持される重合性
モノマー混合物は、スチレン、クロルメチルスチ
レン及びジビニルベンゼンの総重量基準で、スチ
レン10〜80%、クロルメチルスチレン10〜80%、
ジビニルベンゼン1〜25%を含有するのが好まし
い。この含有割合は、目的とするイオン交換膜の
種類により、その好適な範囲が若干異なるが、例
えば陽イオン交換膜を目的とする場合には、スチ
レンを上記範囲の多い方で、あるいは陰イオン交
換膜を目的とする場合には、クロルメチルスチレ
ンを上記範囲の多い方で選定するなどが可能であ
る。いずれにしても、ジビニルベンゼンは、余り
に多量すぎると、得られるイオン交換膜の電気抵
抗を増大せしめるし、また余りに少量すぎると、
機械的強度の達成に不利となるが、通常は上記範
囲で可及的に少ない方を採用するのが好ましく、
特にジビニルベンゼン5〜15%程度が好適であ
る。クロルメチルスチレンは、余りに多量すぎる
と、樹脂層の柔軟性が低下してクラツクを発生し
易くなり、陰イオン交換膜を目的とする場合は樹
脂層が膨潤して崩壊し、また陽イオン交換膜を目
的とする場合には抵抗の高いものとなつてしまう
難点が生ずる。そして、クロルメチルスチレンが
余りに少量すぎると、基材と樹脂層の結合が弱く
剥離し易くなると共に、陰イオン交換膜を目的と
する場合は抵抗が高いものとなつてしまう難点が
生じ、陽イオン交換膜を目的とする場合は樹脂層
が膨潤して崩壊する。従つて、好適には20〜65%
程度が選定される。また、スチレンも同様の理由
により、好適には20〜65%程度が選定される。
In the present invention, the polymerizable monomer mixture impregnated and supported on the substrate includes 10 to 80% styrene, 10 to 80% chloromethylstyrene, based on the total weight of styrene, chloromethylstyrene, and divinylbenzene.
Preferably it contains 1 to 25% divinylbenzene. The preferred range of this content differs slightly depending on the type of ion exchange membrane intended, but for example, if the purpose is a cation exchange membrane, it is preferable to use styrene at the higher end of the above range, or for an anion exchange membrane. When the purpose is a membrane, it is possible to select chloromethylstyrene from the larger end of the above range. In any case, too much divinylbenzene will increase the electrical resistance of the resulting ion exchange membrane, and too little amount will cause
Although it is disadvantageous to achieving mechanical strength, it is usually preferable to adopt the lowest possible value within the above range.
In particular, about 5 to 15% divinylbenzene is suitable. If chloromethylstyrene is used in too large a quantity, the flexibility of the resin layer will decrease and cracks will easily occur, and if the purpose is an anion exchange membrane, the resin layer will swell and collapse; If the purpose is to achieve this, the problem arises that the resistance is high. If the amount of chloromethylstyrene is too small, the bond between the base material and the resin layer will be weak and it will be easy to peel off, and if the purpose is an anion exchange membrane, the resistance will be high. When intended as an exchange membrane, the resin layer swells and collapses. Therefore, preferably 20-65%
The degree is selected. Furthermore, for the same reason, styrene is preferably selected to have a content of about 20 to 65%.

而して、本発明においては、基材としてオレフ
イン系重合体及び/又はフツ素化オレフイン系重
合体からなるものを採用することが重要である。
かかる基材の採用により、目的とするイオン交換
膜の耐熱性、耐薬品性の観点から有利になる。基
材は、前記材質から構成されていれば、フイルム
状のものも採用可能であるが、通常は布、ネツト
などの織布、不織布あるいは多孔質フイルムの如
き薄膜状の空隙性基材が好適に採用される。特定
の三成分を必須成分とする重合性モノマー混合物
の採用により、その理由は必ずしも明確でない
が、上記基材の材質に対する親和性あるいは反応
性の向上がもたらされ、重合反応の結果生成する
膜形成層の重合体と基材とが強固に結合したイオ
ン交換膜が得られる。基材は通常その厚みが5〜
500ミクロン、好ましくは20〜300ミクロン程度の
薄膜状として採用される。空隙性基材の場合の空
隙率は、主に機械的強度の点から90%以下、特に
は80%以下とするのが好ましい。なお、空隙率と
は(1−基材の見かけの比重÷基材の真の比重)
×100を表し、見かけの比重とは、基材が占める
空間をも考慮した比重を示し、真の比重とは、基
材の材質自体の比重を示す。
Therefore, in the present invention, it is important to employ as the base material an olefin polymer and/or a fluorinated olefin polymer.
Adoption of such a base material is advantageous from the viewpoint of heat resistance and chemical resistance of the intended ion exchange membrane. As the base material, a film-like base material can be adopted as long as it is made of the above-mentioned materials, but normally, a thin film-like porous base material such as a woven fabric such as cloth or net, a non-woven fabric, or a porous film is suitable. will be adopted. Although the reason for this is not necessarily clear, the adoption of a polymerizable monomer mixture containing three specific components as essential components improves the affinity or reactivity for the above-mentioned base material, and improves the film produced as a result of the polymerization reaction. An ion exchange membrane in which the forming layer polymer and the base material are firmly bonded can be obtained. The thickness of the base material is usually 5~
It is employed in the form of a thin film of about 500 microns, preferably about 20 to 300 microns. In the case of a porous base material, the porosity is preferably 90% or less, particularly 80% or less, mainly from the viewpoint of mechanical strength. In addition, porosity is (1 - apparent specific gravity of base material ÷ true specific gravity of base material)
×100, and the apparent specific gravity indicates the specific gravity taking into consideration the space occupied by the base material, and the true specific gravity indicates the specific gravity of the material itself of the base material.

オレフイン系重合体としては、エチレン、プロ
ピレン、ブテン、メチルペンテンなどのオレフイ
ンの単独重合体、これらオレフインの相互共重合
体、さらには、オレフインと他のモノマーとの共
重合体が例示され、具体的には、高密度ポリエチ
レン、低密度ポリエチレン、ポリプロピレンなど
が挙げられる。また、フツ素化オレフイン系重合
体としては、四フツ化エチレン、三フツ化塩化エ
チレン、フツ化ビニリデン、六フツ化プロピレン
などの重合体あるいは共重合体が各種例示され、
具体的にはポリ四フツ化エチレン、ポリフツ化ビ
ニリデン、エチレン−四フツ化エチレン系共重合
体、エチレン−三フツ化塩化エチレン系共重合
体、四フツ化エチレン−六フツ化プロピレン系共
重合体、プロピレン−四フツ化エチレン系共重合
体などが挙げられ得る。
Examples of olefin-based polymers include homopolymers of olefins such as ethylene, propylene, butene, and methylpentene, mutual copolymers of these olefins, and copolymers of olefins with other monomers. Examples include high-density polyethylene, low-density polyethylene, and polypropylene. In addition, various examples of fluorinated olefin polymers include polymers or copolymers such as tetrafluoroethylene, trifluorochloroethylene, vinylidene fluoride, and hexafluoropropylene.
Specifically, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, ethylene-tetrafluoroethylene copolymer, ethylene-trifluorochloroethylene copolymer, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer , propylene-tetrafluoroethylene copolymers, and the like.

本発明においては、上記の如き特定の基材に特
定の重合性モノマー混合物を含浸担持させ重合せ
しめるが、該重合手段には特に限定される理由は
ない。しかし、通常は基材とのグラフト重合が生
起するような重合手段の採用が好ましい。例え
ば、基材を予め電離性放射線照射などにより前処
理する方法が採用可能であり、重合性モノマーが
含浸担持された基材に電離性放射線を照射して重
合せしめる同時照射方法も採用され得る。本発明
の好適な実施態様においては、基材に含浸担持さ
れた重合性モノマーを、前段で電離性放射線の照
射により一部重合させ、後段で重合開始剤の存在
下加熱により(電離性放射線を照射せずに)残部
重合せしめるという重合手段が好ましく採用され
得る。
In the present invention, a specific polymerizable monomer mixture is impregnated and supported on the above-mentioned specific base material and polymerized, but there is no particular reason to limit the polymerization method. However, it is usually preferable to employ a polymerization method that causes graft polymerization with the base material. For example, a method may be employed in which the base material is pretreated by irradiation with ionizing radiation, or a simultaneous irradiation method may be employed in which the base material impregnated and supported with a polymerizable monomer is irradiated with ionizing radiation for polymerization. In a preferred embodiment of the present invention, the polymerizable monomer impregnated and supported on the base material is partially polymerized by irradiation with ionizing radiation in the first stage, and heated in the presence of a polymerization initiator in the second stage. A polymerization method in which the remaining portion is polymerized (without irradiation) can be preferably employed.

而して、γ線や電子線の如き電離性放射線の照
射により重合性モノマー混合物を一部重合させる
場合、その重合反応転化率は80%以下、好ましく
は5〜50%、特に10〜40%程度を選定するのが望
ましい。この段階における重合反応転化率を余り
に過大にするような照射条件を採用すると、電離
性放射線による基材自体の劣化を生起し、結果的
に充分な機械的強度を有するイオン交換膜が得ら
れ難くなる。次いで、電離性放射線の非照射下
に、過酸化ベンゾイルの如き重合開始剤の存在下
加熱により残部重合が実施される。通常の重合操
作においては、重合開始剤を添加した重合性モノ
マー混合物を基材に含浸担持せしめ、前段の電離
性放射線照射重合を行ない、引き続いて後段の加
熱重合を行なうという方法が採用される。
When the polymerizable monomer mixture is partially polymerized by irradiation with ionizing radiation such as gamma rays or electron beams, the conversion rate of the polymerization reaction is 80% or less, preferably 5 to 50%, particularly 10 to 40%. It is desirable to select the degree. If irradiation conditions that excessively increase the polymerization reaction conversion rate at this stage are adopted, the base material itself will deteriorate due to ionizing radiation, and as a result, it will be difficult to obtain an ion exchange membrane with sufficient mechanical strength. Become. Then, residual polymerization is carried out by heating in the presence of a polymerization initiator such as benzoyl peroxide without irradiation with ionizing radiation. In a normal polymerization operation, a method is adopted in which a polymerizable monomer mixture to which a polymerization initiator is added is impregnated onto a base material, and a first step of polymerization is performed by irradiation with ionizing radiation, followed by a second step of heating polymerization.

電離性放射線としては、Co−60やCs−127線源
からのγ線、あるいは電子線加速器からの電子線
が好適に採用され、線量率102〜108ラツド/秒、
好ましくは105〜107ラツド/秒で照射されるのが
望ましい。照射線量は、上記の重合反応転化率を
得るように選定され、照射温度や照射時間も同様
に選定される。通常は60℃以下、好ましくは10〜
40℃程度の温度で0.5〜48時間、好ましくは1〜
20時間程度の照射により、照射線量0.5〜10メガ
ラツド、好ましくは1.5〜5メガラツドで所望の
重合反応転化率が達成され得る。また、後段の熱
重合の条件については、特に限定される理由はな
いが、通常は添加されている重合開始剤が活性に
作用し得る温度以上に加熱し、残部重合を完結さ
せるべく加熱重合させる。例えば、過酸化ベンゾ
イルの如き重合開始剤を採用した場合には、60〜
150℃、好ましくは80〜120℃程度で0.5〜12時間
加熱重合を行なうのが望ましい。低温で活性な重
合開始剤の採用により加熱温度を下げたり、重合
時間を短縮したりすることができる。
As the ionizing radiation, gamma rays from Co-60 or Cs-127 sources, or electron beams from an electron beam accelerator are preferably used, with a dose rate of 10 2 to 10 8 rad/sec,
Preferably, the irradiation rate is 10 5 to 10 7 rad/sec. The irradiation dose is selected so as to obtain the above-mentioned polymerization reaction conversion rate, and the irradiation temperature and irradiation time are similarly selected. Usually below 60℃, preferably 10~
0.5 to 48 hours, preferably 1 to 48 hours at a temperature of about 40℃
By irradiating for about 20 hours, the desired polymerization reaction conversion can be achieved at an irradiation dose of 0.5 to 10 Megarads, preferably 1.5 to 5 Megarads. There is no particular reason to limit the conditions for the thermal polymerization in the latter stage, but it is usually heated to a temperature above which the added polymerization initiator can act actively, and the remaining thermal polymerization is carried out to complete the polymerization. . For example, when a polymerization initiator such as benzoyl peroxide is used,
It is desirable to carry out heating polymerization at 150°C, preferably about 80-120°C for 0.5-12 hours. By using a polymerization initiator that is active at low temperatures, it is possible to lower the heating temperature and shorten the polymerization time.

本発明においては、重合性モノマー混合物に上
記必須三成分以外の重合性モノマー、例えばアク
リル酸、メタクリル酸、ヒドロキシアクリレー
ト、ヒドロキシメタクリレート、ビニルピリジ
ン、アルキル置換ビニルピリジン、アクリロニト
リル、ブタジエン、イソプレン、ビニルトルエ
ン、エチルビニルベンゼンの如きを添加すること
も可能であり、適宜有機溶剤、例えばテトラヒド
ロフラン、ベンゼンなどの溶液として使用しても
良い。更に、重合性モノマー混合物を基材に含浸
担持させる前に、予め部分的に重合させたもの、
あるいはポリスチレン、ニトリル−ブタジエンゴ
ムなどを配合したものなどの採用も可能である。
In the present invention, the polymerizable monomer mixture includes polymerizable monomers other than the above-mentioned three essential components, such as acrylic acid, methacrylic acid, hydroxyacrylate, hydroxymethacrylate, vinylpyridine, alkyl-substituted vinylpyridine, acrylonitrile, butadiene, isoprene, vinyltoluene, It is also possible to add ethylvinylbenzene, etc., and it may be used as a solution in an appropriate organic solvent such as tetrahydrofuran or benzene. Furthermore, before the polymerizable monomer mixture is impregnated and supported on the base material, it is partially polymerized in advance,
Alternatively, it is also possible to use a material blended with polystyrene, nitrile-butadiene rubber, or the like.

基材に重合性モノマー混合物を含浸担持せしめ
て重合させるに当り、重合反応に対して不活性で
あり且つ重合反応終了後に剥離可能なポリエステ
ルフイルム、ガラス板、アルミニウム箔などの間
にモノマー含浸された基材を挟んで実施する方法
は、本発明においては好適に採用され得る。例え
ば、重合性モノマー混合物が含浸担持された基材
をポリエチレンテレフタレートフイルムなどのポ
リエステルフイルムに挟んで、上記の前段及び後
段の重合を実施するのが好適であり、またモノマ
ー含浸された基材とポリエステルフイルムを積層
し、これを基材側に内側にして巻き物として重合
操作にかけることなども可能である。而して、電
離性放射線照射による前段重合に引き続いて加熱
重合を行なう場合などには、加熱重合を温水中に
て行なうことなども可能である。また、重合性モ
ノマー混合物を基材に含浸担持する場合に、減圧
操作を用いることも有効である。
When impregnating and carrying a polymerizable monomer mixture on a base material and polymerizing it, the monomer is impregnated between polyester films, glass plates, aluminum foils, etc. that are inert to the polymerization reaction and can be peeled off after the polymerization reaction is completed. The method of sandwiching the base materials can be suitably employed in the present invention. For example, it is preferable to sandwich the base material impregnated and supported with the polymerizable monomer mixture between polyester films such as polyethylene terephthalate film to carry out the above-mentioned first and second stage polymerization, and also to conduct the polymerization between the base material impregnated with the monomer and the polyester film. It is also possible to laminate the films and subject them to the polymerization operation as a roll with the substrate side facing inside. Thus, when heating polymerization is performed subsequent to the first-stage polymerization by ionizing radiation irradiation, it is also possible to carry out the heating polymerization in warm water. Furthermore, when impregnating and supporting a polymerizable monomer mixture on a base material, it is also effective to use a reduced pressure operation.

本発明において、基材に含浸担持させて重合せ
しめた重合物は、必須の三成分混合物の場合には
イオン交換基導入反応を施して、イオン交換膜と
される。重合性モノマー混合物にイオン交換基含
有化合物を配合して直接イオン交換膜とすること
も可能である。通常は、上記の如き前段及び後段
の重合反応終了後に、従来より公知乃至周知の手
段などにより、陽イオン交換基又は陰イオン交換
基が導入され、目的とするイオン交換膜が製造さ
れる。例えば、濃硫酸、クロルスルホン酸の如き
スルホン化剤を用いてスルホン酸型陽イオン交換
基を導入する方法、クロルメチル基を第三級アミ
ンでアミン化し第四級アンモニウム型陰イオン交
換基を導入する方法、環化反応可能な重合膜を
AlCl3、SnCl4を触媒として環化反応せしめて架
橋構造とし、次にクロルメチルエーテルにSnCl4
を加えてクロルメチル化し、四級アミン化して陰
イオン交換膜とする方法などが例示され得る。
In the present invention, the polymer impregnated and supported on a substrate and polymerized is subjected to an ion exchange group introduction reaction in the case of an essential three-component mixture to form an ion exchange membrane. It is also possible to form an ion exchange membrane directly by blending an ion exchange group-containing compound with the polymerizable monomer mixture. Usually, after the above-mentioned first-stage and second-stage polymerization reactions are completed, cation exchange groups or anion exchange groups are introduced by conventionally known or well-known means to produce the desired ion exchange membrane. For example, a method of introducing a sulfonic acid type cation exchange group using a sulfonating agent such as concentrated sulfuric acid or chlorosulfonic acid, or a method of aminating a chloromethyl group with a tertiary amine to introduce a quaternary ammonium type anion exchange group. Method of creating a polymeric membrane capable of cyclization reaction
A cyclization reaction is performed using AlCl 3 and SnCl 4 as catalysts to form a crosslinked structure, and then SnCl 4 is added to chloromethyl ether.
Examples include a method in which the membrane is chloromethylated and quaternary aminated to form an anion exchange membrane.

本発明方法によつて得られるイオン交換膜は、
特定基材の採用により、従来のイオン交換膜に比
して耐熱性、耐薬品性が優れ、また特定の重合性
モノマー混合物の採用により、膜形成層と基材と
が強固に結合した充分な機械的強度を有するイオ
ン交換膜とすることができる。当然のことなが
ら、電気的性能、例えば実効抵抗、輸率、イオン
選択性などは、適宜好適なものとすることができ
る。従つて、本発明のイオン交換膜は、従来の陽
イオン交換膜及び陰イオン交換膜について提案さ
れている広範囲な用途に使用され、上記優秀な性
質、利点を生かして更にその用途が広がる。具体
的には、燃料電池用隔膜、各種電解用隔膜、レド
ツクス電池用隔膜、酸回収濃縮用膜、アルカリ回
収濃縮用膜、高温電気透析用膜、高温拡散透析用
膜、複分解用膜などの用途が例示され得る。
The ion exchange membrane obtained by the method of the present invention is
By using a specific base material, it has superior heat resistance and chemical resistance compared to conventional ion exchange membranes, and by using a specific polymerizable monomer mixture, the membrane forming layer and base material are strongly bonded. It can be an ion exchange membrane with mechanical strength. Naturally, electrical properties such as effective resistance, transference number, ion selectivity, etc. can be adjusted as appropriate. Therefore, the ion exchange membrane of the present invention can be used in a wide range of applications that have been proposed for conventional cation exchange membranes and anion exchange membranes, and its applications will further expand by taking advantage of the above-mentioned excellent properties and advantages. Specifically, applications include diaphragms for fuel cells, diaphragms for various electrolysis, diaphragms for redox batteries, membranes for acid recovery and concentration, membranes for alkali recovery and concentration, membranes for high-temperature electrodialysis, membranes for high-temperature diffusion dialysis, and membranes for double decomposition. may be exemplified.

以下に、本発明の実施例について、更に具体的
に説明するが、かかる説明によつて本発明は何ら
限定されるものでなく、本発明の目的及び精神を
逸脱しない限り、適宜の付加や変更が可能である
ことは言うまでもない。なお、実施例における割
合は、特に明示しない限り、重量割合を示す。ま
た、イオン交換膜の各種物性は、それぞれ次のよ
うにして測定したものである。
Examples of the present invention will be described in more detail below, but the present invention is not limited by such explanations, and appropriate additions and changes may be made without departing from the purpose and spirit of the present invention. It goes without saying that this is possible. Note that the proportions in the examples indicate weight proportions unless otherwise specified. Further, various physical properties of the ion exchange membrane were measured as follows.

実効抵抗:2室型のセルに膜をはさみ、
0.5NのNaCl溶液で両室を満たして1000c/s
の交流ブリツジでセル全体の抵抗を測り、次に
膜をとりはずし溶液のみの抵抗を測る。両抵抗
の差より膜の全抵抗Rを求め、次式により実効
抵抗Rmを得る。
Effective resistance: sandwiching a membrane between two-chamber cells,
Fill both chambers with 0.5N NaCl solution at 1000c/s
Measure the resistance of the entire cell using an AC bridge, then remove the membrane and measure the resistance of only the solution. The total resistance R of the membrane is determined from the difference between both resistances, and the effective resistance Rm is obtained using the following formula.

Rm=R・S(Ω−cm2) S:膜面積 輸率:2室型のセルに膜をはさみ、
0.5NKCl/2.5NKClの溶液を両室に満たして甘
こう電極を用いて両液間の起電力を測定し、輸
率を求める。
Rm=R・S (Ω−cm 2 ) S: membrane area Transference number: sandwich the membrane between two-chamber cells,
Fill both chambers with a solution of 0.5NKCl/2.5NKCl and measure the electromotive force between the two solutions using an agaric electrode to determine the transference number.

強度(破裂強度):シエーレン式破裂強度試
験機により、グリセリンを圧力媒体としゴム薄
膜を介して圧力を加えていき、膜の破裂する最
大圧力を測定する。
Strength (bursting strength): Using a Schieren bursting strength tester, pressure is applied through a thin rubber membrane using glycerin as a pressure medium, and the maximum pressure at which the membrane bursts is measured.

実施例 1 ポリプロピレン製布(厚さ112μ、重量44.2g/
m2)の基材に、ジビニルベンゼン10%、スチレン
48%、クロルメチルスチレン42%の組成のシロツ
プに過酸化ベンゾイル2%添加したものを含浸
し、これを2枚のポリエステルフイルムと2枚の
硝子板にはさんで固定する。さらにコバルト60の
ガンマー線を室温で3メガラツド照射し放射線重
合を行ない、次いで90℃の温水中で6時間加熱重
合を行なう重合膜を作る。この重合膜を98%濃硫
酸の60℃の条件で16時間スルホン化処理して陽イ
オン交換膜とする。でき上がつた陽イオン交換膜
の性能は実効抵抗4.43Ω−cm2、厚み184μ、輸率85
%、破裂強度5Kg/cm2以上であつた。
Example 1 Polypropylene cloth (thickness 112μ, weight 44.2g/
m 2 ) base material with 10% divinylbenzene and styrene.
A syrup with a composition of 48% chloromethylstyrene and 42% chloromethylstyrene is impregnated with 2% benzoyl peroxide, and this is fixed between two polyester films and two glass plates. Furthermore, radiation polymerization is performed by irradiating 3 megarads of cobalt-60 gamma rays at room temperature, and then heat polymerization is performed in warm water at 90°C for 6 hours to create a polymer film. This polymerized membrane is sulfonated in 98% concentrated sulfuric acid at 60°C for 16 hours to obtain a cation exchange membrane. The performance of the completed cation exchange membrane is effective resistance 4.43Ω-cm 2 , thickness 184μ, transference number 85.
%, and the bursting strength was 5 kg/cm 2 or more.

実施例 2 シロツプ組成としてジビニルベンゼン11%、ス
チレン28%、クロルメチルスチレン61%のものを
使用し、これに過酸化ベンゾイル2%添加したも
のを、実施例1と同様の基材に含浸し、実施例1
と同様の方法で重合膜を作る。この重合膜を1N
トリメチルアミンの60℃の条件で16時間アミノ化
処理して陰イオン交換膜とする。
Example 2 A syrup composition of 11% divinylbenzene, 28% styrene, and 61% chloromethylstyrene was used, and the same base material as in Example 1 was impregnated with 2% benzoyl peroxide. Example 1
Make a polymeric membrane using the same method as above. This polymer film is 1N
An anion exchange membrane is obtained by amination using trimethylamine at 60°C for 16 hours.

でき上がつた陰イオン交換膜の性能は、実効抵
抗2.7Ω−cm2、厚み168μ、輸率93%、破裂強度3
Kg/cm2以上であつた。
The performance of the completed anion exchange membrane is as follows: effective resistance 2.7Ω-cm 2 , thickness 168μ, transference number 93%, and burst strength 3.
It was more than Kg/ cm2 .

実施例 3 エチレン−四フツ化エチレン系共重合体から織
つた布(厚さ145μ、重量81.3g/m2)の基材に、
ジビニルベンゼン8%、スチレン49%、クロルメ
チルスチレン43%の組成のシロツプに過酸化ベン
ゾイル2%添加したものを含浸し、これを2枚の
ポリエステルフイルムと2枚の硝子板にはさんで
固定する。さらにコバルト60のガンマー線を室温
で3メガラツド照射し放射線重合を行ない、次い
で90℃の温水中で6時間加熱重合を行ない重合膜
を作る。この重合膜を98%濃硫酸の60℃の条件で
16時間スルホン化処理して陽イオン交換膜とす
る。でき上がつた陽イオン交換膜の性能は実効抵
抗17Ω−cm2、厚み152μ、輸率87%、破裂強度5
Kg/cm2以上であつた。
Example 3 A base material of cloth (thickness 145μ, weight 81.3g/m 2 ) woven from ethylene-tetrafluoroethylene copolymer,
A syrup with a composition of 8% divinylbenzene, 49% styrene, and 43% chloromethylstyrene is impregnated with 2% benzoyl peroxide, and this is fixed between two polyester films and two glass plates. . Furthermore, radiation polymerization is performed by irradiating 3 megarads of cobalt-60 gamma rays at room temperature, and then heat polymerization is performed in warm water at 90°C for 6 hours to form a polymer film. This polymerized membrane was treated with 98% concentrated sulfuric acid at 60°C.
A cation exchange membrane is obtained by sulfonation treatment for 16 hours. The performance of the completed cation exchange membrane is effective resistance 17Ω-cm 2 , thickness 152μ, transference number 87%, and burst strength 5.
It was more than Kg/ cm2 .

実施例 4 シロツプ組成としてジビニルベンゼン11%、ス
チレン28%、クロルメチルスチレン61%のものを
使用し、これに過酸化ベンゾイル2%添加したも
のを、実施例3と同様の基材に含浸せしめ、実施
例3と同様の方法で重合膜を作る。この重合膜を
1Nトリメチルアミンの60℃の条件で16時間アミ
ノ化処理して陰イオン交換膜とする。
Example 4 A syrup composition of 11% divinylbenzene, 28% styrene, and 61% chloromethylstyrene was used, to which 2% benzoyl peroxide was added, and the same base material as in Example 3 was impregnated. A polymeric membrane was prepared in the same manner as in Example 3. This polymer film
An anion exchange membrane is obtained by amination treatment using 1N trimethylamine at 60°C for 16 hours.

でき上がつた陰イオン交換膜の性能は、実効抵
抗6.8Ω−cm2、厚み174μ、輸率85%、破裂強度5
Kg/cm2以上であつた。
The performance of the completed anion exchange membrane is as follows: effective resistance 6.8Ω-cm 2 , thickness 174μ, transference number 85%, and bursting strength 5.
It was more than Kg/ cm2 .

比較例 1 実施例1と同様のポリプロピレン製布の基材
に、ジビニルベンゼン8%、スチレン92%の組成
のシロツプに過酸化ベンゾイル2%添加したもの
を含浸し、これを2枚のポリエステルフイルムと
2枚の硝子板にはさんで固定する。さらにコバル
ト60のガンマー線を室温で3メガラツド照射し放
射線重合を行ない、次いで90℃の温水中で6時間
加熱重合を行ない重合膜を作る。この重合膜を98
%濃硫酸の60℃の条件で16時間スルホン化処理し
て陽イオン交換膜とする。でき上がつた陽イオン
交換膜は含水により著しく膨潤し寸法が重合膜の
約2倍となり完全に崩壊した。
Comparative Example 1 The same polypropylene cloth base material as in Example 1 was impregnated with a syrup containing 8% divinylbenzene and 92% styrene with the addition of 2% benzoyl peroxide, and this was coated with two polyester films. Secure it between two glass plates. Furthermore, radiation polymerization is performed by irradiating 3 megarads of cobalt-60 gamma rays at room temperature, and then heat polymerization is performed in warm water at 90°C for 6 hours to form a polymer film. This polymer film is 98
% concentrated sulfuric acid at 60°C for 16 hours to obtain a cation exchange membrane. The resulting cation exchange membrane swelled significantly due to water content, became approximately twice the size of the polymer membrane, and completely collapsed.

比較例 2 実施例1と同様のポリプロピレン製布の基材
に、ジビニルベンゼン8%、クロルメチルスチレ
ン92%の組成のシロツプに過酸化ベンゾイル2%
添加したものを含浸し、これを2枚のポリエステ
ルフイルムと2枚の硝子板にはさんで固定する。
さらにコバルト60のガンマー線を室温で3メガラ
ツド照射し放射線重合を行ない、次いで90℃の温
水中で6時間加熱重合を行ない重合膜を作る。こ
の重合膜を1Nトリメチルアミンの60℃の条件で
16時間アミノ化処理をして陰イオン交換膜とす
る。でき上がつた陰イオン交換膜は含水膨潤によ
る寸法変化は少ないが、樹脂層が基材から完全に
はがれてしまい、イオン交換膜とはならなかつ
た。
Comparative Example 2 A polypropylene cloth base material similar to that of Example 1 was coated with syrup having a composition of 8% divinylbenzene and 92% chloromethylstyrene, and 2% benzoyl peroxide.
The material is impregnated with the added material and fixed between two polyester films and two glass plates.
Furthermore, radiation polymerization is performed by irradiating 3 megarads of cobalt-60 gamma rays at room temperature, and then heat polymerization is performed in warm water at 90°C for 6 hours to form a polymer film. This polymerized film was treated with 1N trimethylamine at 60°C.
Amination treatment is performed for 16 hours to obtain an anion exchange membrane. Although the resulting anion exchange membrane showed little dimensional change due to swelling due to water content, the resin layer completely peeled off from the base material and could not be used as an ion exchange membrane.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 基材にスチレン、クロロメチルスチレン及び
ジビニルベンゼンの総重量基準でスチレン10〜80
%、クロロメチルスチレン10〜80%、ジビニルベ
ンゼン1〜25%を含浸担持させ、前段で電離性放
射線の照射により一部重合させ、後段で重合開始
剤の存在下加熱により残部重合させることを特徴
とするイオン交換膜を製造する方法。 2 電離性放射線の照射による前段の重合性モノ
マーの重合反応転化率が80%以下である請求項1
の方法。
[Claims] 1. Styrene 10 to 80% based on the total weight of styrene, chloromethylstyrene, and divinylbenzene in the base material.
%, 10 to 80% of chloromethylstyrene, and 1 to 25% of divinylbenzene are impregnated and supported, partially polymerized by irradiation with ionizing radiation in the first stage, and the remaining part polymerized by heating in the presence of a polymerization initiator in the second stage. A method for manufacturing an ion exchange membrane. 2.Claim 1, wherein the polymerization reaction conversion rate of the polymerizable monomer in the first stage by irradiation with ionizing radiation is 80% or less.
the method of.
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