JPS604537A - 陰イオン交換膜の製法 - Google Patents

陰イオン交換膜の製法

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JPS604537A
JPS604537A JP58111864A JP11186483A JPS604537A JP S604537 A JPS604537 A JP S604537A JP 58111864 A JP58111864 A JP 58111864A JP 11186483 A JP11186483 A JP 11186483A JP S604537 A JPS604537 A JP S604537A
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quaternary ammonium
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徹 清田
Kiyohide Matsui
松井 清英
Etsuko Hida
飛田 悦子
Sei Kondo
近藤 聖
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Sagami Chemical Research Institute
Tosoh Corp
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Sagami Chemical Research Institute
Toyo Soda Manufacturing Co Ltd
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Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、主鎖がペルフルオロカーボン重合体からなる
非架橋型陰イオン交換膜の電気化学的性質の改良方法に
関するものである。
更に詳しくは、主鎖がペルフルオロカーボン重合体から
なる非架橋型陰イオン交換膜に第四級アンモニウム基に
なり得る基と重合可能な基を同時に有する化合′吻を含
浸したのち、重合させ、続いて該重合体を第四級アンモ
ニウム基に転換することからなる電気化学的性質に優れ
た陰イオン交換膜を提供するものである。
本発明者の数人は、主鎖がペルフルオロカーボン重合体
からなる新規な陰イオン交換膜についてすでに出願した
。得られた陰イオン交換膜は、従来知られ、使用されて
きた炭化水素系陰イオン交換膜に比べて、■乾燥−湿潤
の繰り返しに対して安定であること、■封埋素性に没れ
ていること、■耐熱性、耐溶媒性に優れていること等、
種々の優れた特許が見い出されている。
一般に、カルボン酸基に転換できる官能基(例えば、エ
ステル基)、あるいはスルホン酸基に転換できる官能基
(例えば、スルホニルフロライド基)を有するフッ素単
量体は重合性が悪く、共重合体中に上記の官能基を一定
量(約1,0〜1.5meυ今・乾燥樹Jlii )以
上導入することができない。
従って、このような共重合体から得られた膜を原料にし
て陰イオン交換膜な合成すると、必然的に得られる膜の
交侯答量は上記の値以上にはできない。その結果、膜の
電気抵抗の低減は難しく、このことは経済11〕には好
ましいことではない。
そこで本@ I’JJ者らは、この点を改良するために
鋭意検討を続けてきた結果、主鎖がペルフルオロカーボ
ン重合体からなる非架橋型陰イオン交換膜に第四級アン
モニウム基になり得る基と重合可能な基を同時に有する
化合物を含浸したのち、重合させ続いて該1y合物を第
四級アンモニウム基に転換することで電気抵抗に優れた
陰イオン交換膜を得ることができると見い出し本発明を
達成するに至った。
本発明の中で使用できる陰イオン交換膜とじては、例え
ば下記一般式で表わされる繰り返し単位よりなる共重合
体膜を挙げることができる。
小 OF。
蔭 なお、’+”およびnは同一主鎖においてもペンダント
鎖毎に異なる数をとることができる。さらに、p/qの
値は共重合体中の平均値を意味し、個々の繰り返し単位
において異なる値をとる場合を含むことは当然である。
具体的には、 1 F2 CF。
Hs F2 0 、CH。
■  F2 笠である。
本発明で使用される上記共重合体膜の厚さは1゜μmな
いし500μmの範囲のものが用いられる。
一方、形状においても平膜あるいはチーープ状の形態で
使用することができる。
上記のフッ素系陰イオン交換1饋に含浸9乗合。
第四級アンモニウム基に転換できる化合物としては、4
−ビニルピリジン、6−ビニルピリジンなどのビニルピ
リジン誘導体、ジメチルアミノスチレン、ジエチルアミ
ノスチレンなどのアルキルアミノスチレン訪導体、クロ
ルメチルスチレン、ブロムメチルスチレンなどのハロメ
チルスチレン誘導体、ブタジェン−1−ピリジンなどの
ジエン誘導体およびビニルイミダゾール等が使用できる
もちろん、得られた重合体が水あるいは有磯浴媒に可溶
なi合は、ジビニルベンゼンあるいはブタジェン等を使
用し、重合時に架橋化反応を行うこともできる。
上記した陰イオン交換膜に上記した化合物を含浸させる
方法は、化合物を直接含浸することも可能だし、又、化
合物が固体状である場合あるいは含浸速度が遅い場合に
は適当に溶媒を用いることもできる。
重合は含浸時に過酸化ベンゾイルあるいはアゾビスイソ
ブチロニトリル等のラジカル開始剤を同時に膜中に存在
させて加熱等でラジカル重合を行えばよい。さらに、必
要があれば、放射線、X線あるいは紫外線で重合するこ
ともできる。
重合したのち、第四級アンモニウム基に転換する場合は
、次の方法を採用すればよい。
1、 第四級アンモニウム基に転換できる基として窒素
原子を含んでいる場合、 常法に従ってヨウ化メチル、ショートプロパン等のハロ
ゲン化アルキルで処理し、第四級アンモニウム基に転換
すればよい。
Z 第四級アンモニウム基に転換できる基としてハロゲ
ン原子を含んでいる場合、 常法に従って、トリメチルアミン、トリエチルアミン等
の第三級アミノ基を含むアミンで処理し、第四級アンモ
ニウム基に転換すればよい。
本発明の陰イオン交換膜は、拡散透析、JE気透析、有
機電解反応用の隔膜等従来公知の技術の中で使用できる
ことはもちろんであるが、陰イオン交換膜の基体がペル
フルオロカーボン74(合体からなり立っているため、
酸化剤の発生する系、高温を必要とする系等においても
十分使用できる膜である。
次に実施例により本発明をさらに詳細に説明する。以下
の実施例において膜のj肛気抵抗は0.5 N食塩水に
十分平衡させた後、05N食塩水浴液中で交流tooo
?イクル、温度25℃で測定したものである。また、膜
の1能率は0.5N食塩水浴液と2.ON*塩水浴液の
間で発生した膜電位からネルンストの式を用いて計算、
したものである。
実施例1 CF2=CF2とCF、=CFOOF20FOOF20
F2SO,FC′l!I。
との共■合により得もねた共重合体フィルムしデュポン
社製 ナフィオン114(商品名) 、jl@厚100
μ、スルホン酸換JI交換容賃o、91ミリ当+’li
:/ ?・乾燥膜〕を2規定塩酸で処理後、スルボニル
クロリド化、ついでヨウ化水素処理、アルカリ洗浄して
カルボン酸ナトリウム塩型とした。
この膜状共重合体のペンダント鎖の構造は、−QC!F
20FOCF2CO2Naである。この膜を8規定塩C
F。
醒/メタノール(容量比1:1)で処理して加水分解、
エステル化ののち、五塩化リン/オキシ塩化リン(重量
比1:1.6)中で120℃、24時間加熱した。その
後、四j盆化炭素中で洗浄したのち乾燥した。得られた
膜は赤外吸収スペクトルにおいて1800 cm−’ 
に強いカルボニル吸収を示す。
乾燥ジエチルエーテル中に得られた1莫を浸漬し、水冷
下にジメチルアミンガスを通じ(1,3モル濃度)冷却
下に6時間、室温にて18時lF]反応させた。6%重
曹水−メタノール混@訂故(容量比1:1)で80℃、
5時間洗浄し、減圧下、−夜乾、0 操すると無色透明のアミド4]〜(末端鮎−6NMe2
 )INが得られた。
アルゴン雰囲気下、乾燥ジエチレングリコールジメチル
エーテルに水素化ホウ素ナトリウムを溶解(0,53モ
ル濃度)してから、実施例1で得られた1換を浸漬した
。この中に三フフ化ホウ素エーテル錯体(水素化ホウ素
ナトリウムに対しα62当量)の乾燥ジエチレングリコ
ールジメチルエーテル浴液を水冷上滴下した。冷却下に
5時間、さらに100℃で18時間反応させることによ
り、赤外吸収スペクトルにおける1 700 C11−
1の吸収は消失し、アミン型(末端基−CH2NMe2
 )膜への還元が完全に進行していた。
得られた膜をメタノールで洗浄し、さらに乾燥してアミ
ン型j摸を得た。この膜をヨウ化メチルのメタノール浴
g(容量比1 :4)に入れ、60℃で48時間反応さ
せた。得られた膜をメタノールで洗浄後、塩化リチウム
のメタノール溶液(1,28モルσ、゛ti)中、60
℃で24時間反応させた。
この1plJ 7メタノール中で60℃に加熱し目的の
アンモニウムクロリド型膜を得た。
得られた膜は染色テストにおいてクリスタルバイオレッ
トでは染色されず、ブロモクレゾールパープルで赤(塩
基性水中では青紫)、クレゾールレッドで黄橙(塩基性
水中では赤紫)に酒色し、陰イオン交(姿基の存在が確
認された。
また、この陰イオン交換1phの交換容量は0.82ミ
リ当量/2・乾燥膜、電気抵抗は66Ω・cm”。
輸率はα87であった。
載脱をクロルメチルスチレン80部、ジビニルベンゼン
(純度55%)20部、過1:り化ベンゾイル2部、メ
タノール20部からなる含浸浴液に25℃で24時間浸
漬後、取り出し、載脱をガラス板。
クロロプレンゴムおよびポリエステルシートの間にはさ
み75℃〜80℃の温度で16時間窒素気流下で加熱重
合させた。次にトリメチルアミン(50%)10部、メ
タノール6部からなるアミノ化浴中10時間反応せしめ
、膜中のクロルメチル基な第四級アンモニウムクロリド
に転化した。
得られた陰イオン交換膜の電気抵抗は2.1Ω・cm”
輸率は0.88であった。
実施例2 実/flu例1で用いたと同様のIIQをジメチルアミ
ノスチレンao部、ジビニルベンゼン(純度55%)2
0部、過酸化ベンゾイル2部、メタノール20部からな
る含浸浴液に25℃で2411.(、間浸漬後取り出し
、載脱をガラス板、クロロプレンゴムおよびポリエステ
ルシートの間にはさみ75℃〜80℃の温度で16時間
窒素気流下で加熱重合させた。
次にヨウ化メチル10部、メタノール3部の浴中に10
時間浸漬し、ジメチルアミン基を第四級77モニウムヨ
ウジドに転化した。
得られた陰イオン交換膜の電気抵抗は2.0Ω・cm2
゜輸率ば0.89であった。
実施例5 C!F2=C!F2とOF、 −CFOCF、 CFO
C!Tl’20F2Co20H3CF。
との共重合により得られた共11【合体をフィルム化(
j膜厚110μ、 C02I(換算ズ」奥容貴1.4ミ
リ当量/2・乾燥膜)した陵、加水分角γ(−/こ。2
NHOz処理し、Ijaをカルボン酸化した。
このようにして得られたiJ’4およびジメチルアミン
を用いて、実倫例1で行ったと同様の方法により1」的
の第四級アンモニウムクロリド基を有する陰イオン父換
j函を得た。
該膜の電気抵抗ば60ΩC1l+2.輸率は0.84で
あっブこ。
該j模を実施19す1と同様の方法で処理した。+−1
られた膜の電気抵抗は1.8Ω・cm2.憔率は087
であった。
実b[6例4 実施例1で使用したと同様のカルボンrlRI漠を同様
に五j盆化リン処理した。イ)fられた膜をN−メチル
ピペラジンの乾燥エーテル浴液(1,0モルo寝度)に
浸漬し、室温で64時間放置した。真空乾燥(50℃)
後、やや褐色のJ換が得もね、載脱はクリスタルバイオ
レットより染色されず、赤外スペクトルにおいて180
0 cm−1の1吸収は消失し、新たに1690cm−
’ にカルボン酸アミドのカルボニルに由来すると考え
られる吸収が強く観測された。
得られた膜を次いで水素化ホウ素ナトリウムの乾燥ジグ
ラム浴液(0,5モル濃度)に浸漬し、アルゴン雰囲気
下、氷冷しながら三フッ化ホウ素エーテル諾体(水素化
ホウ素ナトリウムに対し0.62当市)の乾燥ジグライ
ム浴液を滴下した。冷却下に5時間、さらに100℃で
18時間反応させることにより還元は完全に進行した。
得られたジアミン膜をメタノールで洗浄後、メタノール
中ヨウ化メチルを60℃、2日間作用させた。さらにメ
タノール洗浄ののち、塩化リチウムのメタノール溶液中
で60℃、2日間反応させ、再度メタノールで加熱上洗
浄することにより目的の第四級アンモニウムクロリド基
を有する陰イオン交換膜を得た。
載脱の電気抵抗は乙9Ω・cm2.輸率は0.84であ
っブこ。
a iIs ?4−ビニルピリジン80部、ジビニルベ
ンゼン20部、スチレン10部、過[旨化ベンゾイル2
部、メタノール20部からなる含浸溶成に25℃で24
時間浸漬後取り出し、載脱をガラス板。
クロロプレンゴムおよびポリエステルシートの間にはさ
み75℃〜80℃の温度で16時間窒素気流下で加熱重
合させた。
次にヨウ化メチル10部、メタノール6部の浴中に10
時間浸直置、ピリジン環中の鼠素k ”N四級アンモニ
ウムヨウシトに転換した。
得ろわだ膜の電気抵抗は2.8Ω・cm2.・輸率は[
L88であった。
実施例5 N、 N、 N’−トリメチルエチレンジアミンの乾繰
エーテに#’lfi ((L8 モ#/A度) K、’
fliflで用いたと同様のメチルエステル膜を浸漬し
、室温で200時間反応せた。エーテルv′aΦ後、減
圧下乾燥すると無色の膜が得られ、赤外吸収スペクトル
ニオイて3000,2925.2850cm−’にC!
 −J(。
1700cm−1にカルボニルの吸収が見られた。この
膜はクリスタルバイオレットで染色されブよかっに0該
膜について実施例4と同様の操作(還元、アルキル化、
対イオン交換)を行うことにより、第四級アンモニウム
クロリド基を有する陰イオン交換膜を得た。
該)漠の電気抵抗は5.5Ω・Cm2.輸率はa86で
あった。該j摸を実施例4と同様の方法で処理しt(よ
イオン交換膜を得た。得られた陰イオン交換膜の電気抵
抗は2.9Ωmcm2. 輸率0.89 テあった。
実施例6 0F2=C!F2とC!F2=OFOCjF2C!F 
OCF、 CF25O2FCF3 との共重合から得られた共重合体フィルム化(膜厚10
0μ、 So、H換算交換容量09ミリ当量/2 ・ 
乾燥膜) しブこ。
得られたスルホニルフルオリド膜を乾燥エーテル中、N
、N、N’−)リメテルエチレンジアミン(α8モル濃
度)と室温で一晩、さらに50℃で5時間反応させた。
ついでメタノールで洗浄したのち、飽和重げ水中50℃
で8時間処理した。その後、温水洗浄し乾燥した。得ら
れたスルホンアミドj換をメタノール中、50℃でヨウ
化メチルと48時間反応させた。その後メタノール中で
洗浄し、塩化リチウムのメタノール1容液で24時間処
理した。さらにメタノール中50℃で8時間洗浄した。
載脱の電気抵抗は5.20・Cm”r M’ftW率は
0.86であった。
載脱を実施例4と同様の方法で処理し陰イオン交換膜を
得た。得られた陰イオン交換膜の電気抵抗は2.5Ωe
 cm’ l 輸率は0.89 テtv ツタ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 】) 主鎖がペルフルオロカーボン重合体からなる非架
    橋型陰イオン交換膜に第四級アンモニウム基になり得る
    基と重合可能な是を同時に有する化合物を含浸したのち
    、度合させ、続いて該J【合体を第四級アンモニウム基
    に法挨することからなる陰イオン交換膜の製法2)使用
    される陰イオン交換膜が下記一般式%式%) で表わされる繰り返し単位よりなる特許請求の範囲第1
    項に記載の方法。 3)第四級アンモニウム基を含む基が下記一般式 で表わされる特許請求の11幀t11第1項又は第2項
    記載の方法。 4)第四級アンモニウム基を含む基が下記一般式 で表わされる特許請求の範囲第1項又は第2項記載の方
    法。 5) 第四級アンモニウム基を含む基が下記一般式 %式%) で表わされる特許請求の範囲第1項又は第2項記載の方
    法。
JP58111864A 1983-06-23 1983-06-23 陰イオン交換膜の製法 Granted JPS604537A (ja)

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