JPS6368640A - 陰イオン交換膜の製造方法 - Google Patents

陰イオン交換膜の製造方法

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JPS6368640A
JPS6368640A JP61211486A JP21148686A JPS6368640A JP S6368640 A JPS6368640 A JP S6368640A JP 61211486 A JP61211486 A JP 61211486A JP 21148686 A JP21148686 A JP 21148686A JP S6368640 A JPS6368640 A JP S6368640A
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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】 [産業上の利用分野コ 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問題点] 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レルギーの点等
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存する陰イオン交換
膜をすでに提案した(特開昭61−7312号公報)。
この種の膜は従来の膜に比べて極めて優れた耐久性を有
してはいるものの、製造工程で以下の問題点があった。
特開昭61−7312号公報には次のようなプロセスが
開示されている。
Rr−s□、P  H2N(CH2)*  N  (C
Iら )。
Rf’−8o2NH(CI+2 )3 N (Ctls
 )2[ただしRfは υ F2 CF3−CF−0−CF2−CF2− り’/Q’は約6,5である。] この種の膜はアルカリ存在下で使用すると膜中の一8o
2N11−が−8O2NNa−となり第四級アンモニウ
ム基とコンプレックスを形成し、その結果膜抵抗を増大
せしめて使用不可能になる(比較例参照)。
そこでこの問題を解決する方法として次のプロセスが提
案されている(上記公報)。
R,502Fall、 Ni1(CH2)3 N (C
H3)2゜Rf−8O2N (C1+3 ) (Ct1
2)3 N (Ctk )2−リロー−Rf−8Ot 
N (CH3) (CH2)3 N (CHs )31
−しかし本プロセスで得られた膜は前記した問題はかな
り解決されたものの、反応せしめるアミンのC113N
11−のアルキル基(ここでは−C1+3)が立体障害
となり反応速度が低下したり、反応が不完全になったり
して、なお膜抵抗を下げる余地のあるという問題がある
と同時に、使用するアミンを制限する欠点もあった。
本発明は、前記の観点からなされたもので、その目的は
、短い反応時間で膜抵抗がきわめて低く、かつ耐アルカ
リ性に優れた陰イオン交換膜を製造する方法を提供する
ものである。
[問題点を解決するための手段] 本発明者等は、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、本発明の陰イオン交換膜の製造方法は下記一
般式(1) %式%(1) [XはFまたはCF、、1は0−5の整数、0は0また
はl、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。以下、同じ。
コ で示される構造を有するフィルムと下記一般式R2N−
(CH□)−NR,R,(2)[「は2〜7.R7およ
びR2はC4〜C6のアルキル基であり、R4とR2と
は同じかまたは異なる。以下、同じ。] と反応させたのち、水酸化アルカリ金属と反応させ、つ
いでヨウ化アルカリと反応させることから成る。
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との共重合 CF2−CFO−CF2−CF、 −8O,FeF2 
=CPO−CF2 CF (CF3 ) 0−CF2−
CF2−8O2FeF2 =CP(OCF2 CF(C
F3 ) )20CF2−CF2−802 FeF2−
CPCF2−CF2−3O□F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0〜20
0℃の範囲、1〜200気圧の範囲で得ることができる
もちろん、本発明に用いられるフィルムの構造は上記し
た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。
この成型は通常溶融して薄い膜を成形する一般の技術を
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であっても
よい。
一般式(2)で示されているR1およびR2は炭素数1
〜6の範囲のものであるが、炭素数がそれをこえるとア
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下記一般式 %式%(2) で表わされるアミンと反応させられることにより、スル
ホンアミド基を有するフィルムに変換する。
上記一般式(2)で表わされるアミンとしては、ジメチ
ルアミノエチルアミン、ジエチルアミノエチルアミン、
ジプロピルアミノエチルアミン、ジメチルアミノプロピ
ルアミン、ジエチルアミノプロピルアミン、ジブチルア
ミノプロピルアミン。
ジメチルアミノブチルアミン等を例示することができる
また、これらのアミン類の反応はアミン中あるいは溶媒
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℃2反応時間は60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
ルムを水酸化アルカリ金属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。
水酸化アルカリ金属としては水酸化リチウム。
水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等の水溶液を用いる
ことができるが、反応効率の点でメタノールのような溶
媒の使用が優れている。反応温度は室温〜90℃の範囲
で十分である。
得られたスルホンアミド基のアルカリ金属塩のフィルム
にアルキル化剤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。
アルキル化剤としては、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、メチノール、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うる。
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。
[発明の効果] 以上のようにして、短い反応時間できわめて膜抵抗の小
さい、かつ、耐アルカリ性に優れた陰イオン交換膜を得
ることができる。
[実施例コ 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、膜の抵抗は、0.5 N食塩水
、および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 トCF2−CPO−CF2 CF(C
Ft )O−CF2−CF2−8O2Fとの共重合によ
り得られた共重合体をフィルム化(膜厚125μ、 p
/q−7,8) した。
次いで該フィルムをジメチルアミノプロピルアミンに浸
漬し、40”Cで50時間反応させた。反応後、水で洗
浄しくこの場合の転化率97%2元素分析より)10シ
t%水酸化ナトリウム水溶液/メタノール(容量比1:
1)に浸漬し、50’Cで30時間処理した後、水で洗
浄し、風乾した。次いでヨウ化エチル/ジメ、チルホル
ムアミド(容量比l:4)中、80”Cで7日間処理し
た。次にメタノールで洗浄した後、塩化リチウムのメタ
ノール溶液(10wt%)中、50℃で24時間処理し
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には全く
染色されながった。
膜抵抗は0.5N食塩水中で3.8Ω・C−であった。
次に該フィルムを201t%水酸化ナトリウム水溶液中
にIO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 0.9Ω・C−であった。
比較例1 実施例1で用いたと同様のフィルムを使用した。
該フィルムをジメチルアミノプロピルエチルアミンに浸
漬し、40’Cで50時間反応させた。反応後、水で洗
浄しくこの場合の転化率は72%1元素分析より)風乾
した。次いでヨウ化エチル/ジメチルホルムアミド(容
量比l:4)中、60℃で7日間処理した。 次にメタ
ノールで洗浄した後、塩化リチウムのメタノール溶液(
10wt%)中、50’Cで24時間処理した。
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淡青色
に着色した。
膜抵抗は0.5 N食塩水中で5,2Ω・cjであった
次に該フィルムを20シ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
で膜抵抗を測定したところ30Ω・C−であった。
比較例2 実施例1中の10vt%水酸化ナトリウム水溶液/メタ
ノール(容量比1:1)の処理を行わなかった以外は、
実施例1と同様の方法でフィルムを得た。
得られたフィルムの膜抵抗は0.5N食塩水中で4.2
Ω・cdであった。次に該フィルムを20wt%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己ころ852Ω
・c+Jにもなった。
実Mi例2 CF2−CF2とCF2−CFOCF2 CF(CF、
 )0−CF2−CF2−3O2Fとの共重合により得
られた共重合体をフィルム化(膜厚170〜180 μ
、 p/q−a、5 ) L7’:。
次いで該フィルムをジメチルアミノプロピルアミンに浸
漬し、4Q”Cで50時間反応させた。反応後、水で洗
浄し、(この場合の転化率97%1元素分析より) 1
0vt%水酸化ナトリウム水溶液/メタノール(容量比
1:I)に浸漬し、50℃で30時間処理した後、水で
洗浄し、風乾した。次いでヨウ化メチル/ジメチルホル
ムアミド(容量比I:4)中、60℃で7日間処理した
。得られたフィルムをメタノールで洗浄した後、塩化リ
チウムのメタノール溶液(LOwt%)中、50’Cテ
24時間処理した。
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には全く
染色されなかった。
膜抵抗は0.5 N食塩水中で4.0Ω・C−であった
次に該フィルムを20vt%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1Ω・cJであった。
比較例3 実施例2中の10シt%水酸化ナトリウム水溶液/メタ
ノール(容量比l:1)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。
得られたフィルムの膜抵抗は0.5 N食塩水中で4.
5Ω・C−であった。次に該フィルムを20wt%水酸
化ナトリウム水溶液中に108間浸漬した後、1N水酸
化ナトリウム水溶液中で膜抵抗を測定したところ758
Ωφcjにもなった。
実施例3 実施例2中のジメチルアミノプロピルアミンの代りにジ
メチルアミノエチル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。
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は全く
染色されなかった。
膜抵抗は0.5N食塩水中で4.3Ω・C−であった。
次に該フィルムを20wt%水酸化ナトリウム水溶液中
に10日間浸漬した後、lN水酸化ナトリウム水溶液中
で膜抵抗を測定したところ1.5Ω・c+Jであった。
比較例4 実施例3中の1Ovt%水酸化ナトリウム水溶液/メタ
ノール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。
得られたフィルムの膜抵抗は0.5N食塩水中で4.5
Ω・C−であった。次に該フィルムを20vt%水酸化
ナトリウム水溶液中にIO日間浸漬した後、lN水酸化
ナトリウム水溶液中で膜抵抗を測定したところ985Ω
・cdにもなった。
実施例4 CF2−CF、とCF2−CPO−CF2CF(CF3
)O−CF2−CF2−8o2r’との共重合により得
られた共重合体をチューブ化(内径0.63mm、外径
0.HmII、 p/q=6.5 ) した後、ジメチ
ルアミノプロピルアミン中に浸漬し、室温下で4日間反
応させた。反応後、水で洗浄し、(この場合の転化率は
95%1元素分析より) 10wt%水酸化ナトリウム
水溶液/メタノール(容量比l:1)をチューブ内に導
入し、50℃で30時間処理した。水で洗浄した後、チ
ューブ内にヨウ化メチル/ジメチルホルムアミド(容量
比l:4)を導入し、60℃で7日間処理した。
得られたチューブをメタノールで洗浄した後、塩化リチ
ウムのメタノール溶液(tovt%)中、50℃で24
時間処理した。
得られたチューブ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は全く
染色されなかった。

Claims (6)

    【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▼ [XはFまたはCF_3、l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] で示される構造を有するフィルムと下記一般式 H_2N−(CH_2)−_rNR_1R_2[rは2
    〜7、R_1およびR_2はC_1〜C_6のアルキル
    基であり、R_1とR_2とは同じかまたは異なる] を反応させたのち、水酸化アルカリ金属と反応させ、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。
  2. (2)フィルムが平膜状である特許請求の範囲第1項記
    載の方法。
  3. (3)フィルムがチューブ状である特許請求の範囲第1
    項記載の方法。
  4. (4)水酸化アルカリ金属が水酸化リチウムである特許
    請求の範囲第1〜3項のいずれかの項記載の方法。
  5. (5)水酸化アルカリ金属が水酸化ナトリウムである特
    許請求の範囲第1〜3項のいずれかの項記載の方法。
  6. (6)水酸化アルカリ金属が水酸化カリウムである特許
    請求の範囲第1〜3項のいずれかの項記載の方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0628594A3 (en) * 1993-04-08 1995-01-11 Solvay Process of manufacturing of a bipolar membrane and process for producing an aqueous solution of alkali metal hydroxide.
JP2012120991A (ja) * 2010-12-09 2012-06-28 Daihatsu Motor Co Ltd アニオン交換膜

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EP0628594A3 (en) * 1993-04-08 1995-01-11 Solvay Process of manufacturing of a bipolar membrane and process for producing an aqueous solution of alkali metal hydroxide.
JP2012120991A (ja) * 2010-12-09 2012-06-28 Daihatsu Motor Co Ltd アニオン交換膜

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