JP6668530B2 - Hydrogel for alkaline battery, gel electrolyte and battery using the same - Google Patents
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Description
本発明は、アルカリ電池用ハイドロゲル、ゲル状電解質及びそれを用いた電池に関する。更に詳しくは、本発明は、高濃度の水系電解液の環境下でも使用可能なハイドロゲル、それを含むゲル状電解質及びアルカリ電池に関する。 The present invention relates to a hydrogel for alkaline batteries, a gel electrolyte, and a battery using the same. More specifically, the present invention relates to a hydrogel that can be used even in a high-concentration aqueous electrolyte environment, a gel electrolyte containing the hydrogel, and an alkaline battery.
近年の環境問題への世界的な関心の高まりを背景に、再生可能エネルギーの活用、ガソリン車から電気自動車への移行やスマートグリッドの活用の流れが加速している。そのような動きに伴い高エネルギー密度を示す蓄電池(二次電池)の重要性が高まっている。
空気中の酸素を正極活物質として利用する金属空気電池は、電池内に正極活物質を充填する必要がなく、負極活物質を電池内部に多く充填できる。そのため、金属空気電池は、高いエネルギー密度を有する次世代二次電池として注目されている。金属空気電池として、リチウム空気電池、亜鉛空気電池、アルミニウム空気電池、鉄空気電池、マグネシウム空気電池、水素空気電池等が知られている。
しかしながら、金属空気電池では、正極部分が撥水膜等で外部と隔離されているがその封止性能は十分とは言えず、正極から電解液が蒸散するため電池内が乾燥しやすいことや、電解液として使用する強塩基性電解液が漏液すること等が問題となっている。
従来のアルカリ二次電池の分野では、イオン伝導性を保ちながら乾燥や液漏れを防止するために、ゲル化した電解質を電池用材料として使用する検討が行われていた。例えば、特開2005−322635号公報(特許文献1)には、ポリビニルアルコールとアニオン性架橋共重合体とからなる重合体組成物に、水酸化アルカリを含有させてなるアルカリ電池用高分子ハイドロゲル電解質が記載されている。また、特開2017−179328号公報(特許文献2)には、ポリアクリル酸系重合体の架橋体から構成されるシート状のハイドロゲルが開示されている。
また、リチウムを使用する金属空気電池では、リチウムイオン伝導性固体電解質はアルカリ耐性が低いため、電解液のpHを下げることが望まれている。そこで、特開2012−33490号公報(特許文献3)では、高濃度のリチウムハライドを含む水系電解液を用いることが提案されている。
In recent years, with the increasing global interest in environmental issues, the use of renewable energy, the shift from gasoline vehicles to electric vehicles, and the use of smart grids are accelerating. With such a movement, the importance of a storage battery (secondary battery) exhibiting a high energy density is increasing.
A metal-air battery that uses oxygen in the air as a positive electrode active material does not need to fill the battery with a positive electrode active material, and can fill a large amount of the negative electrode active material inside the battery. For this reason, metal-air batteries have attracted attention as next-generation secondary batteries having a high energy density. As a metal air battery, a lithium air battery, a zinc air battery, an aluminum air battery, an iron air battery, a magnesium air battery, a hydrogen air battery, and the like are known.
However, in a metal-air battery, the positive electrode portion is isolated from the outside by a water-repellent film or the like, but the sealing performance is not sufficient, and the electrolyte evaporates from the positive electrode, so that the inside of the battery is easily dried, There is a problem that the strong basic electrolyte used as the electrolyte leaks.
In the field of conventional alkaline secondary batteries, studies have been made to use a gelled electrolyte as a battery material in order to prevent drying and liquid leakage while maintaining ion conductivity. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-322635 (Patent Document 1) discloses a polymer hydrogel for an alkaline battery obtained by adding an alkali hydroxide to a polymer composition comprising polyvinyl alcohol and an anionic cross-linked copolymer. An electrolyte is described. Further, JP-A-2017-179328 (Patent Document 2) discloses a sheet-like hydrogel composed of a crosslinked body of a polyacrylic acid-based polymer.
In addition, in a metal-air battery using lithium, since the lithium ion conductive solid electrolyte has low alkali resistance, it is desired to lower the pH of the electrolytic solution. Therefore, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-33490 (Patent Document 3) proposes to use an aqueous electrolyte containing a high concentration of lithium halide.
特許文献1及び2に記載されたハイドロゲルは、特許文献3のような高濃度の水系電解液存在下ではハイドロゲルを構成する重合体に結合する官能基の電離が弱まり、保水性の低下とそれに伴う柔軟性の低下や硬化を生じていた。そのため、このハイドロゲルは、高濃度の水系電解液を用いるアルカリ二次電池には使用できないという課題があった。
上記課題を鑑み、本発明の発明者等は、ハイドロゲルを構成する高分子マトリックスの骨格に強電離の官能基(例えば、スルホン基)を一定量導入することで、高濃度の水系電解液環境下でのハイドロゲルの硬化を抑制することを試みた。その結果、ある程度の抑制は可能であったが、強電離の官能基の導入によって骨格の親水性が高まることがあった。親水性の高まりは、電解液浸漬時の膨潤度やハイドロゲルの機械強度に影響を与えるため、改良の余地があった。
In the hydrogels described in Patent Documents 1 and 2, in the presence of a high-concentration aqueous electrolyte solution as in Patent Document 3, ionization of a functional group bonded to a polymer constituting the hydrogel is weakened, and water retention is reduced. The resulting reduction in flexibility and hardening occurred. Therefore, there is a problem that this hydrogel cannot be used for an alkaline secondary battery using a high-concentration aqueous electrolyte.
In view of the above problems, the inventors of the present invention have introduced a high-concentration aqueous electrolyte solution by introducing a certain amount of a strongly ionized functional group (for example, a sulfone group) into the skeleton of a polymer matrix constituting a hydrogel. An attempt was made to suppress the curing of the hydrogel underneath. As a result, although some suppression was possible, the hydrophilicity of the skeleton was sometimes increased by the introduction of a strongly ionized functional group. Since the increase in hydrophilicity affects the degree of swelling when immersed in the electrolytic solution and the mechanical strength of the hydrogel, there is room for improvement.
発明者等は、鋭意検討した結果、特定の重量平均分子量のポリアクリル酸系重合体をハイドロゲルに含ませることで共重合体の析出を防止し、高濃度の水系電解液の環境下でも使用可能で機械強度に優れるハイドロゲルを提供できることを見い出し、本発明に至った。
かくして本発明によれば、水と、ポリアクリル酸系重合体と、高分子マトリックスとを含むハイドロゲルであって、
前記ポリアクリル酸系重合体が、3,000〜2,000,000の重量平均分子量を有し、
前記高分子マトリックスは、エチレン性不飽和基を有する単官能性モノマーと2〜6個のエチレン性不飽和基を有する多官能性モノマーとの共重合体とを含み、
前記エチレン性不飽和基を有する単官能性モノマーが、スルホン基とリン酸基とから選択される少なくとも1つの基と1個のエチレン性不飽和基を有する単官能性モノマーAを含み、
単官能性モノマーA由来の成分とポリアクリル酸系重合体とが100:2.5〜90の質量比でハイドロゲル中に存在し、
前記水、ポリアクリル酸系重合体及び高分子マトリックスが、前記ハイドロゲル100質量部中に、それぞれ、21〜89.5質量部、0.5〜19質量部及び10〜60質量部含まれることを特徴とするアルカリ電池用ハイドロゲルが提供される。
As a result of extensive studies, the inventors have found that a polyacrylic acid-based polymer having a specific weight-average molecular weight is included in a hydrogel to prevent the copolymer from being precipitated and to be used even in an environment of a high-concentration aqueous electrolyte. The present inventors have found that a hydrogel that is possible and has excellent mechanical strength can be provided, and has led to the present invention.
Thus, according to the present invention, a hydrogel comprising water, a polyacrylic acid-based polymer, and a polymer matrix,
The polyacrylic acid-based polymer has a weight average molecular weight of 3,000 to 2,000,000,
The polymer matrix includes a monofunctional monomer having an ethylenically unsaturated group and a copolymer of a polyfunctional monomer having 2 to 6 ethylenically unsaturated groups,
The monofunctional monomer having an ethylenically unsaturated group includes a monofunctional monomer A having at least one group selected from a sulfone group and a phosphate group and one ethylenically unsaturated group,
A component derived from the monofunctional monomer A and the polyacrylic acid-based polymer are present in the hydrogel in a mass ratio of 100: 2.5 to 90,
The water, the polyacrylic acid-based polymer and the polymer matrix are contained in 21 to 89.5 parts by mass, 0.5 to 19 parts by mass, and 10 to 60 parts by mass, respectively, in 100 parts by mass of the hydrogel. A hydrogel for an alkaline battery is provided.
更に、本発明によれば、上記ハイドロゲルと、前記ハイドロゲルに含ませた電解質成分とを含むゲル状電解質が提供される。
また、本発明によれば、上記ハイドロゲル又は上記ゲル状電解質を含むアルカリ電池が提供される。
Further, according to the present invention, there is provided a gel electrolyte comprising the hydrogel and an electrolyte component contained in the hydrogel.
Further, according to the present invention, there is provided an alkaline battery including the hydrogel or the gel electrolyte.
本発明によれば、
(i)ハイドロゲルを構成する高分子マトリックスの骨格にスルホン基及び/又はリン酸基を導入することで、ハイドロゲル内に多量の電解質を含有させた際の骨格の析出を防止し、柔軟性を保持することができる
(ii)特定の範囲の重量平均分子量を有するポリアクリル酸系重合体を含有させることで、電解液浸漬後のハイドロゲルに高い機械強度を付与できる
という効果を奏する。
本発明のハイドロゲルは、電解質を高濃度で含浸させた状態でも保水性と柔軟性を保持している点から、電極や固体電解質に対して良好な密着性を示すため、それら電池材料との界面抵抗の増大を抑制でき、その結果、良好な電池特性を実現できる。更に、本発明のハイドロゲルは、機械強度に優れている点から、電池用のゲル電解質として用いた場合に取り扱いに優れている。
According to the present invention,
(I) By introducing a sulfone group and / or a phosphate group into the skeleton of the polymer matrix constituting the hydrogel, it is possible to prevent the skeleton from being precipitated when a large amount of electrolyte is contained in the hydrogel, and to provide flexibility. (Ii) By including a polyacrylic acid-based polymer having a weight average molecular weight in a specific range, the hydrogel after immersion in the electrolyte can be provided with high mechanical strength.
Since the hydrogel of the present invention retains water retention and flexibility even in a state where the electrolyte is impregnated at a high concentration, the hydrogel exhibits good adhesion to electrodes and solid electrolytes, so An increase in interface resistance can be suppressed, and as a result, good battery characteristics can be realized. Furthermore, the hydrogel of the present invention is excellent in handling when used as a gel electrolyte for batteries because of its excellent mechanical strength.
また、本発明によれば、以下の構成を有する場合、取扱い性及び電池特性に、より優れたハイドロゲルを提供できる。
(1)エチレン性不飽和基を有する単官能性モノマーが、カルボキシル基と1個のエチレン性不飽和基を有する単官能性モノマーBを更に含み、単官能性モノマーA及びBの含有割合が、30mol%以上と70mol%以下の範囲である。
(2)ポリアクリル酸系重合体が、カルボキシル基含有モノマーの単独重合体、又はカルボキシル基含有モノマーとスルホン酸基含有モノマーとの共重合体である。
(3)ポリアクリル酸系重合体は、FT−IR測定において得られた1650±130cm−1の範囲の最大ピークの吸光度(吸光度[1650±130cm−1])と1040±20cm−1の範囲の最大ピークの吸光度(吸光度[1040±20cm−1])との吸光度比(吸光度[1040±20cm−1]/吸光度[1650±130cm−1])が、0.001〜5.0の範囲の値を示す重合体である。
(4)ハイドロゲルが、それを25℃の温度下1.5MのLiOHと10MのLiClとを含む水溶液に1週間浸漬した場合、50〜300%の膨潤度を示す。
(5)ハイドロゲルが、それを25℃の温度下1.5MのLiOHと10MのLiClとを含む水溶液中に1週間浸漬した場合、0.35N以上の突刺強度を示す。
(6)ハイドロゲルが、それを25℃の温度下1.5MのLiOHと10MのLiClとを含む水溶液中に1週間浸漬した場合、周波数100kHzにおけるインピーダンスとして、20Ω以下の値を示す。
Further, according to the present invention, when having the following constitution, it is possible to provide a hydrogel which is more excellent in handleability and battery characteristics.
(1) The monofunctional monomer having an ethylenically unsaturated group further includes a monofunctional monomer B having a carboxyl group and one ethylenically unsaturated group, and the content ratio of the monofunctional monomers A and B is The range is 30 mol% or more and 70 mol% or less.
(2) The polyacrylic acid-based polymer is a homopolymer of a carboxyl group-containing monomer or a copolymer of a carboxyl group-containing monomer and a sulfonic acid group-containing monomer.
(3) The polyacrylic acid polymer has an absorbance (absorbance [1650 ± 130 cm-1] ) of the maximum peak in the range of 1650 ± 130 cm −1 and an absorbance of 1040 ± 20 cm −1 obtained in the FT-IR measurement. The absorbance ratio (absorbance [1040 ± 20 cm-1] / absorbance [1650 ± 130 cm-1] ) with the absorbance of the maximum peak (absorbance [1040 ± 20 cm-1] ) is a value in the range of 0.001 to 5.0. It is a polymer which shows.
(4) When the hydrogel is immersed in an aqueous solution containing 1.5 M LiOH and 10 M LiCl at a temperature of 25 ° C. for one week, it shows a swelling degree of 50 to 300%.
(5) When the hydrogel is immersed in an aqueous solution containing 1.5 M LiOH and 10 M LiCl at a temperature of 25 ° C. for one week, it shows a piercing strength of 0.35 N or more.
(6) When the hydrogel is immersed for one week in an aqueous solution containing 1.5 M LiOH and 10 M LiCl at a temperature of 25 ° C., the impedance at a frequency of 100 kHz shows a value of 20Ω or less.
(ハイドロゲル)
ハイドロゲルは、それを25℃の温度下1.5MのLiOHと10MのLiClとを含む水溶液に1週間浸漬した場合、50〜300%の膨潤度を示すことが好ましい。膨潤度が50%未満の場合、ハイドロゲルの固形分量が大きくなり、柔軟性の低下や、場合によっては硬化を起こすことがある。300%より大きい場合、膨潤後のハイドロゲルの機械強度が低いために、取り扱い時にハイドロゲルが破壊されることがある。膨潤度は、50〜280%であることがより好ましい。
ハイドロゲルは、それを25℃の温度下1.5MのLiOHと10MのLiClとを含む水溶液中に1週間浸漬した場合、0.35N以上の突刺強度を示すことが好ましい。ここでの突刺強度は、ハイドロゲルに直径3mmの治具の先端が貫通するまでの最大応力の平均値を意味する。突刺強度が0.35N未満の場合、機械強度が低くなり自立膜として扱えなくなることがある。突刺強度の上限は、300Nであることがより好ましい。
ハイドロゲルが、それを25℃の温度下1.5MのLiOHと10MのLiClとを含む水溶液に1週間浸漬した場合、周波数100kHzにおけるインピーダンスとして、20Ω以下の値を示すことが好ましい。インピーダンスの値が20Ωより大きい場合、電解質の抵抗増大によって電池特性の低下をもたらすことがある。インピーダンスの値は、18Ω以下であることがより好ましく、16Ω以下であることが更に好ましく、14Ω以下であることが特に好ましい。インピーダンスの値の下限は、0.05Ωであることが好ましい。
(Hydrogel)
The hydrogel preferably shows a swelling degree of 50 to 300% when immersed in an aqueous solution containing 1.5 M LiOH and 10 M LiCl at a temperature of 25 ° C. for one week. When the degree of swelling is less than 50%, the solid content of the hydrogel becomes large, which may cause a decrease in flexibility and, in some cases, a hardening. If it is more than 300%, the hydrogel after swelling has low mechanical strength, so that the hydrogel may be broken during handling. The degree of swelling is more preferably 50 to 280%.
The hydrogel preferably exhibits a puncture strength of 0.35 N or more when immersed in an aqueous solution containing 1.5 M LiOH and 10 M LiCl at a temperature of 25 ° C. for one week. The piercing strength here means the average value of the maximum stress until the tip of a jig having a diameter of 3 mm penetrates the hydrogel. When the puncture strength is less than 0.35 N, the mechanical strength is low, and the puncture strength may not be handled as a self-supporting film. The upper limit of the piercing strength is more preferably 300N.
When the hydrogel is immersed in an aqueous solution containing 1.5 M LiOH and 10 M LiCl at a temperature of 25 ° C. for one week, it is preferable that the impedance at a frequency of 100 kHz shows a value of 20Ω or less. When the impedance value is larger than 20Ω, the battery characteristics may be deteriorated due to an increase in the resistance of the electrolyte. The value of the impedance is more preferably 18Ω or less, further preferably 16Ω or less, and particularly preferably 14Ω or less. The lower limit of the impedance value is preferably 0.05Ω.
ハイドロゲルは、水と、ポリアクリル酸系重合体と、高分子マトリックスとを含む。
(1)高分子マトリックス
高分子マトリックスは、エチレン性不飽和基を有する単官能性モノマーと2〜6個のエチレン性不飽和基を有する多官能性モノマーとの共重合体とを含む。この共重合体は各種モノマーを重合し架橋することで形成できる。
高分子マトリックスは、ハイドロゲル100質量部中に10〜60質量部含まれる。含有量が10質量部未満の場合、ハイドロゲルの機械強度が低くなり、シート形状を保てなくなることがある。60質量部より多いと、イオンの移動が阻害されてしてしまうため、イオン抵抗が高くなることがある。含有量は、10〜55質量部であることが好ましく、10〜50質量部であることがより好ましい。
また、高分子マトリックス中の共重合体の含有量は、45質量部以上であることが好ましく、55質量部以上であることがより好ましい。高分子マトリックスは、共重合体のみから構成されていてもよい。
The hydrogel includes water, a polyacrylic acid-based polymer, and a polymer matrix.
(1) Polymer matrix The polymer matrix contains a copolymer of a monofunctional monomer having an ethylenically unsaturated group and a polyfunctional monomer having 2 to 6 ethylenically unsaturated groups. This copolymer can be formed by polymerizing and crosslinking various monomers.
The polymer matrix is contained in an amount of 10 to 60 parts by mass in 100 parts by mass of the hydrogel. When the content is less than 10 parts by mass, the mechanical strength of the hydrogel becomes low, and the sheet shape may not be maintained. When the amount is more than 60 parts by mass, the movement of ions is hindered, so that the ion resistance may increase. The content is preferably from 10 to 55 parts by mass, more preferably from 10 to 50 parts by mass.
Further, the content of the copolymer in the polymer matrix is preferably at least 45 parts by mass, more preferably at least 55 parts by mass. The polymer matrix may be composed of only a copolymer.
(a)共重合体
共重合体は、エチレン性不飽和基を有する単官能性モノマーと2〜6個のエチレン性不飽和基を有する多官能性モノマーとの共重合体とを含む。単官能性モノマーは、スルホン基とリン酸基とから選択される少なくとも1つの基と1個のエチレン性不飽和基を有する単官能性モノマーAを含む。共重合体は、任意成分として、カルボキシル基又はその中和された官能基と1個のエチレン性不飽和基を有する単官能性モノマーBを更に含んでいてもよい。
(A) Copolymer The copolymer includes a copolymer of a monofunctional monomer having an ethylenically unsaturated group and a polyfunctional monomer having 2 to 6 ethylenically unsaturated groups. The monofunctional monomer includes a monofunctional monomer A having at least one group selected from a sulfone group and a phosphate group and one ethylenically unsaturated group. The copolymer may further comprise, as an optional component, a monofunctional monomer B having a carboxyl group or a neutralized functional group thereof and one ethylenically unsaturated group.
(a−1)単官能性モノマーA
単官能性モノマーAは、スルホン基とリン酸基とから選択される少なくとも1つの基と1個のエチレン性不飽和基を有する限り、特に限定されない。ここでスルホン基及びリン酸基には、塩の形態で単官能性モノマーA中に存在する場合も含まれる。更に、単官能性モノマーAは、塩の形態でないモノマーと塩の形態のモノマーとの混合物であってもよい。
例えば、単官能性モノマーAは、
ビニルスルホン酸、ビニルスルホン酸ナトリウム、ビニルスルホン酸カリウム、ビニルスルホン酸リチウム、p−スチレンスルホン酸、p−スチレンスルホン酸ナトリウム、p−スチレンスルホン酸カリウム、p−スチレンスルホン酸リチウム、アリルスルホン酸、アリルスルホン酸ナトリウム、アリルスルホン酸カリウム、アリルスルホン酸リチウム、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸ナトリウム、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸カリウム、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸リチウム等のスルホン基含有モノマー、
ビニルホスホン酸、ビニルホスホン酸ナトリウム、ビニルホスホン酸カリウム、ビニルホスホン酸リチウム、ジエチルビニルホスホネート、ジメチルビニルホスホネート、フェニルビニルホスホン酸、フェニルビニルホスホン酸ナトリウム、フェニルビニルホスホン酸カリウム、フェニルビニルホスホン酸リチウム等のリン酸基含有モノマー
が挙げられる。電離度の高いスルホン基及び/又はリン酸基を共重合体中に導入することによって、高濃度電解液中に浸漬したときのイオン性官能基の電離が安定し、保水性と柔軟性を維持できる。電離のしやすさは酸解離定数(pKa)によって判断することもできる。
(A-1) Monofunctional monomer A
The monofunctional monomer A is not particularly limited as long as it has at least one group selected from a sulfone group and a phosphate group and one ethylenically unsaturated group. Here, the sulfone group and the phosphate group include those present in the monofunctional monomer A in the form of a salt. Further, the monofunctional monomer A may be a mixture of a monomer that is not in a salt form and a monomer in a salt form.
For example, the monofunctional monomer A is
Vinyl sulfonic acid, sodium vinyl sulfonate, potassium vinyl sulfonate, lithium vinyl sulfonate, p-styrene sulfonic acid, sodium p-styrene sulfonate, potassium p-styrene sulfonate, lithium p-styrene sulfonate, allyl sulfonic acid, Sodium allyl sulfonate, potassium allyl sulfonate, lithium allyl sulfonate, 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid, sodium 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonate, potassium 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonate, A sulfone group-containing monomer such as lithium 2-acrylamide-2-methylpropanesulfonate;
Vinyl phosphonic acid, sodium vinyl phosphonate, potassium vinyl phosphonate, lithium vinyl phosphonate, diethyl vinyl phosphonate, dimethyl vinyl phosphonate, phenyl vinyl phosphonic acid, sodium phenyl vinyl phosphonate, potassium phenyl vinyl phosphonate, lithium phenyl vinyl phosphonate, etc. And a phosphoric acid group-containing monomer. By introducing a sulfonate group and / or a phosphate group having a high degree of ionization into the copolymer, the ionization of the ionic functional groups when immersed in a high-concentration electrolytic solution is stabilized, and water retention and flexibility are maintained. it can. The ease of ionization can also be determined by the acid dissociation constant (pKa).
(a−2)単官能性モノマーB
単官能性モノマーBは、カルボキシル基と1個のエチレン性不飽和基を有する限り、特に限定されない。ここでカルボキシル基には、塩の形態で単官能性モノマーB中に存在する場合も含まれる。更に、単官能性モノマーBは、塩の形態でないモノマーと塩の形態のモノマーとの混合物であってもよい。
例えば、単官能性モノマーBは、(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル酸ナトリウム、(メタ)アクリル酸カリウム、(メタ)アクリル酸リチウム、ビニル安息香酸、ビニル安息香酸ナトリウム、ビニル安息香酸カリウム、ビニル安息香酸リチウム、ビニル酢酸、ビニル酢酸ナトリウム、ビニル酢酸カリウム、ビニル酢酸リチウム等が挙げられる。
(A-2) Monofunctional monomer B
The monofunctional monomer B is not particularly limited as long as it has a carboxyl group and one ethylenically unsaturated group. Here, the carboxyl group includes the case where it is present in the monofunctional monomer B in the form of a salt. Further, the monofunctional monomer B may be a mixture of a monomer that is not in a salt form and a monomer in a salt form.
For example, the monofunctional monomer B includes (meth) acrylic acid, sodium (meth) acrylate, potassium (meth) acrylate, lithium (meth) acrylate, vinyl benzoic acid, sodium vinyl benzoate, potassium vinyl benzoate, Examples thereof include lithium vinyl benzoate, vinyl acetic acid, sodium vinyl acetate, potassium potassium acetate, and lithium vinyl acetate.
(a−3)単官能性モノマーAに由来する成分と単官能性モノマーBに由来する成分との含有割合
共重合体は、単官能性モノマーBに由来する成分を含む場合、単官能性モノマーAに由来する成分と単官能性モノマーBに由来する成分の合計100mol%に対して、単官能性モノマーAに由来する成分を30mol%以上及び単官能性モノマーBに由来する成分を70mol%以下含むことが好ましい。これら範囲内で両成分を共重合体中に含むことで、高濃度の水系電解液の環境下でも使用可能なハイドロゲルを提供できる。
単官能性モノマーAに由来する成分の含有量は、30mol%以上と100mol%未満の範囲を取り得、具体的には、30mol%、40mol%、50mol%、60mol%、70mol%、80mol%、90mol%、99mol%を取り得る。
(A-3) Content ratio of component derived from monofunctional monomer A and component derived from monofunctional monomer B When the copolymer contains a component derived from monofunctional monomer B, the monofunctional monomer For a total of 100 mol% of the component derived from A and the component derived from the monofunctional monomer B, the component derived from the monofunctional monomer A is 30 mol% or more, and the component derived from the monofunctional monomer B is 70 mol% or less. It is preferred to include. By including both components in the copolymer within these ranges, it is possible to provide a hydrogel that can be used even in an environment of a high-concentration aqueous electrolyte solution.
The content of the component derived from the monofunctional monomer A can range from 30 mol% or more to less than 100 mol%, and specifically, 30 mol%, 40 mol%, 50 mol%, 60 mol%, 70 mol%, 80 mol%, 90 mol%. %, 99 mol%.
(a−4)多官能性モノマー
多官能性モノマーは、2〜6個のエチレン性不飽和基を有する限り、特に限定されない。耐アルカリ性の観点から、エステル結合を保有しないことが好ましい。例えば、多官能性モノマーとしては、ジビニルベンゼン、ジビニルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ジビニルビフェニル、ジビニルスルホン、ジエチレングリコールジビニルエーテル、ペンタエリスリトールトリアリルエーテル、ペンタエリスリトールテトラアリルエーテル、ジメチルジアリルアンモニウムクロリド、N,N’−メチレンビス(メタ)アクリルアミド、N,N’−エチレンビス(メタ)アクリルアミド、N,N’−{[(2−アクリルアミド−2−[(3−アクリルアミドプロポキシ)メチル]プロパン−1,3−ジイル)ビス(オキシ)]ビス(プロパン−1,3−ジイル)}ジアクリルアミド(CAS No.1393329−90−2)、N,N’,N’’−トリアクリロイルジエチレントリアミン(CAS No.34330−10−4)、N,N’,N’’,N’’’−テトラアクリロイルトリエチレンテトラミン(CAS No.158749−66−7)、N,N’−ジアクリロイル−2,7,10−トリオキサ−1,13−トリデカンアミン(CAS No.160432−07−5)等が挙げられる。より優れたアルカリ耐性をもたせるためには多官能性モノマーはアミド結合を有していないことが好ましい。多官能性モノマーは、1種のみであってもよく、複数種の混合物であってもよい。
多官能性モノマー由来の重合体は、共重合体100質量部に対して、0.1〜5質量部の割合で含まれることが好ましい。多官能性モノマー由来の重合体の割合が0.1質量部未満の場合、架橋密度が低くなることがある。5質量部より多い場合、多官能性モノマー由来の重合体が相分離してしまい、架橋構造が不均一なハイドロゲルとなることがある。割合は0.2〜4.5質量部であることがより好ましく、0.4〜4.0質量部であることが更に好ましい。
なお、共重合体は、単官能性モノマーと多官能性モノマーに由来する成分からなるが、共重合体製造時の各モノマーの使用量と、共重合体中の各成分の含有量とは、ほぼ同じである。また、共重合体中の多官能性モノマー由来の重合体の含有量は、熱分解GC及び/又はIRにより測定できる。
(A-4) Polyfunctional monomer The polyfunctional monomer is not particularly limited as long as it has 2 to 6 ethylenically unsaturated groups. From the viewpoint of alkali resistance, it is preferable not to have an ester bond. For example, polyfunctional monomers include divinylbenzene, sodium divinylbenzene sulfonate, divinyl biphenyl, divinyl sulfone, diethylene glycol divinyl ether, pentaerythritol triallyl ether, pentaerythritol tetraallyl ether, dimethyldiallylammonium chloride, N, N'- Methylenebis (meth) acrylamide, N, N'-ethylenebis (meth) acrylamide, N, N '-{[(2-acrylamido-2-[(3-acrylamidopropoxy) methyl] propane-1,3-diyl) bis (Oxy)] bis (propane-1,3-diyl)} diacrylamide (CAS No. 139329-90-2), N, N ′, N ″ -triacryloyldiethylenetriamine (CAS No. 34330) 10-4), N, N ′, N ″, N ′ ″-tetraacryloyltriethylenetetramine (CAS No. 15849-66-7), N, N′-diacryloyl-2,7,10-trioxa -1,13-tridecaneamine (CAS No. 160432-07-5) and the like. In order to provide better alkali resistance, it is preferable that the polyfunctional monomer has no amide bond. The polyfunctional monomer may be only one kind or a mixture of plural kinds.
The polymer derived from the polyfunctional monomer is preferably contained at a ratio of 0.1 to 5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the copolymer. When the proportion of the polymer derived from the polyfunctional monomer is less than 0.1 part by mass, the crosslinking density may be low. If the amount is more than 5 parts by mass, the polymer derived from the polyfunctional monomer may undergo phase separation, resulting in a hydrogel having a non-uniform crosslinked structure. The ratio is more preferably from 0.2 to 4.5 parts by mass, and even more preferably from 0.4 to 4.0 parts by mass.
The copolymer is composed of components derived from a monofunctional monomer and a polyfunctional monomer.However, the amount of each monomer used in producing the copolymer and the content of each component in the copolymer are as follows. Almost the same. Further, the content of the polymer derived from the polyfunctional monomer in the copolymer can be measured by pyrolysis GC and / or IR.
(b)他の重合体
本発明の効果を阻害しない範囲で、上記単官能性モノマーと多官能性モノマーの共重合体以外の他の重合体が、前記共重合体と重合しない形態で高分子マトリックスに含まれていてもよい。他の重合体としては、セルロース誘導体等が挙げられる。高分子マトリックス100質量部中に占める他の重合体の割合は、50質量部未満であることが好ましい。
(B) Other polymers Within a range that does not impair the effects of the present invention, polymers other than the above-described copolymer of a monofunctional monomer and a polyfunctional monomer are not polymerized with the copolymer. It may be included in a matrix. Other polymers include cellulose derivatives and the like. The proportion of the other polymer in 100 parts by mass of the polymer matrix is preferably less than 50 parts by mass.
(2)ポリアクリル酸系重合体
ポリアクリル酸系重合体は、ハイドロゲルへの添加剤として使用できさえすれば、特に限定されない。ポリアクリル酸系重合体は、アルカリ性環境下において比較的凝集力が高いため、ハイドロゲルを構成する高分子網目の絡み合いを増大させ、ハイドロゲルを強固にする作用を有すると考えられる。
ポリアクリル酸系重合体としては、カルボキシル基含有モノマーの単独重合体、又はカルボキシル基含有モノマーとスルホン酸基含有モノマーとの共重合体等が挙げられる。カルボキシル基含有モノマーとしては、(メタ)アクリル酸、ビニル安息香酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、これらのアルカリ金属塩等が挙げられる。スルホン酸系モノマーとしては、ビニルスルホン酸、メチルビニルスルホン酸、スチレンスルホン酸、(メタ)アクリルスルホン酸、(メタ)アクリル酸スルホン酸エチル、アクリルアミドヒドロキシプロパンスルホン酸、(メタ)アクリルアミドメチルプロパンスルホン酸、アリロキシプロパンスルホン酸、アリルスルホン酸、これらのアルカリ金属塩等が挙げられる。
具体的なポリアクリル酸系重合体としては、ポリ(メタ)アクリル酸、ポリ(メタ)アクリル酸ナトリウム、ポリ(メタ)アクリル酸カリウム、ポリ(メタ)アクリル酸アンモニウム、(メタ)アクリル酸−マレイン酸共重合体、(メタ)アクリル酸−スルホン酸系モノマー共重合体等が挙げられる。
(2) Polyacrylic acid-based polymer The polyacrylic acid-based polymer is not particularly limited as long as it can be used as an additive to the hydrogel. Since the polyacrylic acid-based polymer has relatively high cohesive strength in an alkaline environment, it is considered that the polymer has an effect of increasing the entanglement of the polymer network constituting the hydrogel and strengthening the hydrogel.
Examples of the polyacrylic acid polymer include a homopolymer of a carboxyl group-containing monomer and a copolymer of a carboxyl group-containing monomer and a sulfonic acid group-containing monomer. Examples of the carboxyl group-containing monomer include (meth) acrylic acid, vinylbenzoic acid, maleic acid, fumaric acid, itaconic acid, and alkali metal salts thereof. Examples of the sulfonic acid monomer include vinyl sulfonic acid, methyl vinyl sulfonic acid, styrene sulfonic acid, (meth) acryl sulfonic acid, ethyl (meth) acrylate sulfonic acid, acrylamidohydroxypropane sulfonic acid, and (meth) acrylamidomethylpropane sulfonic acid. , Allyloxypropanesulfonic acid, allylsulfonic acid, and alkali metal salts thereof.
Specific examples of the polyacrylic acid-based polymer include poly (meth) acrylic acid, sodium poly (meth) acrylate, potassium poly (meth) acrylate, ammonium poly (meth) acrylate, and (meth) acrylic acid-maleic. Acid copolymers, (meth) acrylic acid-sulfonic acid monomer copolymers, and the like can be mentioned.
ポリアクリル酸系重合体は、FT−IR測定において、1650±130cm−1の範囲と1040±20cm−1の範囲に吸収帯を示すことが好ましい。1650±130cm−1の範囲の吸収帯は、カルボン酸又はその塩に由来し、1040±20cm−1の範囲の吸収体は、スルホン酸又はその塩に由来すると発明者等は考えている。
ポリアクリル酸系重合体は、FT−IR測定において得られた1650±130cm−1の範囲の最大ピークの吸光度(吸光度[1650±130cm−1])と1040±50cm−1の範囲の最大ピークの吸光度(吸光度[1040±50cm−1])との吸光度比(吸光度[1040±20cm−1]/吸光度[1650±130cm−1])が、0.001〜5.0の範囲の値を示す重合体であることが好ましい。吸光度比が5.0より大きい場合、重合体中におけるスルホン酸基ユニット由来の比率が高くなるため、高濃度電解液浸漬時の凝集力が弱くなり、強度補強効果が得られないことがある。0.001未満の場合、凝集力が強くなりすぎてハイドロゲルが離水し、硬化することがある。吸光度比は、0.001〜4.5の範囲がより好ましい。0.005〜4.0の範囲が更に好ましく、0.01〜3.5の範囲が更に好ましく、0.025〜3.0の範囲が更に好ましく、0.05〜3.0の範囲が更に好ましく、0.1〜3.0の範囲が更に好ましく、0.2〜2.0の範囲が特に好ましい。
ポリアクリル酸系重合体は、3,000〜2,000,000の重量平均分子量を示す。重量平均分子量が3,000未満の場合、高濃度電解質存在下でのポリアクリル酸系重合体の凝集力が弱く、また、高分子網目とポリアクリル酸系重合体との絡み合いが少ないため、十分な機械強度向上の効果が得られないことがある。2,000,000を超える場合、高濃度電解質存在下でのポリアクリル酸系重合体の凝集力と高分子網目とポリアクリル酸系重合体との絡み合いが過度になりすぎるため、ハイドロゲルが不均一に収縮し、歪な形状となることがある。平均重合度は3,000〜1,800,000であることが好ましく、3,000〜1,500,000であることが更に好ましい。
ポリアクリル酸系重合体は、ハイドロゲル100質量部中に、0.5〜19質量部含まれていることが好ましい。含有量が0.5質量部未満の場合、機械強度向上の効果が得られないことがある。19質量部より多い場合、高分子網目との絡み合いが強くなりすぎてハイドロゲルの保水性や柔軟性が低下することがある。含有量は0.5〜15質量部であることが好ましい。
単官能性モノマーA由来成分とポリアクリル酸系重合体とは、100:2.5〜90の質量比でハイドロゲル中に存在している。ポリアクリル酸系重合体の質量比が2.5未満の場合、機械強度向上の効果が得られないことがある。90より多い場合、高分子網目との絡み合いが強くなりすぎてハイドロゲルの保水性や柔軟性が低下することがある。質量比は100:5〜90であることが好ましく、100:7.5〜90であることがより好ましく、100:10〜90であることが更に好ましい。
Polyacrylic acid-based polymer, in FT-IR measurement, preferably shows an absorption band in the range of 1650 ± 130 cm -1 range and 1040 ± 20 cm -1. The inventors believe that the absorption band in the range of 1650 ± 130 cm −1 is derived from a carboxylic acid or a salt thereof, and the absorber in the range of 1040 ± 20 cm −1 is derived from a sulfonic acid or a salt thereof.
Polyacrylic acid based polymer, the absorbance of the maximum peak of 1650 range of ± 130 cm -1 obtained in FT-IR measurements (absorbance [1650 ± 130cm-1]) and 1040 of the maximum peak in the range of ± 50 cm -1 The absorbance ratio (absorbance [1040 ± 20 cm-1] / absorbance [1650 ± 130 cm-1] ) with respect to the absorbance (absorbance [1040 ± 50 cm-1] ) indicates a value in the range of 0.001 to 5.0. It is preferred that they are united. When the absorbance ratio is larger than 5.0, the ratio derived from the sulfonic acid group unit in the polymer increases, so that the cohesive force at the time of immersion in the high-concentration electrolyte solution becomes weak, and the strength reinforcing effect may not be obtained. If it is less than 0.001, the cohesive force becomes too strong, and the hydrogel is separated from the water and may be cured. The absorbance ratio is more preferably in the range of 0.001 to 4.5. The range of 0.005 to 4.0 is more preferable, the range of 0.01 to 3.5 is more preferable, the range of 0.025 to 3.0 is more preferable, and the range of 0.05 to 3.0 is more preferable. Preferably, the range is from 0.1 to 3.0, more preferably, from 0.2 to 2.0.
The polyacrylic acid-based polymer has a weight average molecular weight of 3,000 to 2,000,000. When the weight average molecular weight is less than 3,000, the cohesive force of the polyacrylic acid polymer in the presence of the high concentration electrolyte is weak, and the entanglement between the polymer network and the polyacrylic acid polymer is small. In some cases, an effect of improving mechanical strength may not be obtained. When it exceeds 2,000,000, the cohesive force of the polyacrylic acid-based polymer in the presence of the high-concentration electrolyte and the entanglement between the polymer network and the polyacrylic acid-based polymer become excessive, so that the hydrogel is not formed. It may shrink uniformly, resulting in a distorted shape. The average degree of polymerization is preferably from 3,000 to 1,800,000, and more preferably from 3,000 to 1,500,000.
The polyacrylic acid-based polymer is preferably contained in an amount of 0.5 to 19 parts by mass in 100 parts by mass of the hydrogel. If the content is less than 0.5 parts by mass, the effect of improving mechanical strength may not be obtained. If the amount is more than 19 parts by mass, the entanglement with the polymer network becomes too strong, and the water retention and flexibility of the hydrogel may decrease. The content is preferably from 0.5 to 15 parts by mass.
The component derived from the monofunctional monomer A and the polyacrylic acid-based polymer are present in the hydrogel at a mass ratio of 100: 2.5 to 90. When the mass ratio of the polyacrylic acid-based polymer is less than 2.5, the effect of improving mechanical strength may not be obtained. If it is more than 90, the entanglement with the polymer network becomes too strong, and the water retention and flexibility of the hydrogel may decrease. The mass ratio is preferably from 100: 5 to 90, more preferably from 100: 7.5 to 90, and even more preferably from 100: 10 to 90.
(3)水
水は、ハイドロゲル100質量部中に21〜89.5質量部含まれる。含有量が21質量部未満の場合、電解質成分を含有できる量が少なくなり、電池のゲル電解質として使用した場合、インピーダンスが高く、望む電池特性が得られないことがある。89.5質量部より多いと、ハイドロゲルの機械強度が低くなることがある。含有量は、30〜85質量部であることがより好ましく、40〜80質量部であることが更に好ましい。
(4)電解質成分
水には電解質成分が溶解していてもよい。電解質成分を含むハイドロゲルは、ゲル状電解質として使用できる。電解質成分としては、水酸化ナトリウム(NaOH)、水酸化カリウム(KOH)、水酸化カルシウム(Ca(OH)2)、水酸化バリウム(Ba(OH)2)、水酸化リチウム(LiOH)、水酸化ルビジウム(RbOH)、水酸化セシウム(CsOH)、フッ化リチウム(LiF)、塩化リチウム(LiCl)、臭化リチウム(LiBr)、ヨウ化リチウム(LiI)、塩化ナトリウム(NaCl)、臭化ナトリウム(NaBr)、塩化カリウム(KCl)、臭化カリウム(KBr)、塩化カルシウム(CaCl2)等が挙げられる。電解質成分の溶解量は、水100質量部に対して、70質量部以下であることが好ましい。溶解量が70質量部より多い場合、電解質濃度が高くなりすぎるため、インピーダンスが高くなることがある。好ましい溶解量は、4〜70質量部である。
(3) Water 21 to 89.5 parts by mass of water is contained in 100 parts by mass of the hydrogel. When the content is less than 21 parts by mass, the amount of the electrolyte component that can be contained becomes small, and when used as a gel electrolyte for a battery, the impedance is high and desired battery characteristics may not be obtained in some cases. If the amount is more than 89.5 parts by mass, the mechanical strength of the hydrogel may decrease. The content is more preferably from 30 to 85 parts by mass, and still more preferably from 40 to 80 parts by mass.
(4) Electrolyte component An electrolyte component may be dissolved in water. A hydrogel containing an electrolyte component can be used as a gel electrolyte. As the electrolyte components, sodium hydroxide (NaOH), potassium hydroxide (KOH), calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ), barium hydroxide (Ba (OH) 2 ), lithium hydroxide (LiOH), and hydroxide Rubidium (RbOH), cesium hydroxide (CsOH), lithium fluoride (LiF), lithium chloride (LiCl), lithium bromide (LiBr), lithium iodide (LiI), sodium chloride (NaCl), sodium bromide (NaBr) ), Potassium chloride (KCl), potassium bromide (KBr), calcium chloride (CaCl 2 ), and the like. The dissolved amount of the electrolyte component is preferably 70 parts by mass or less based on 100 parts by mass of water. When the amount of dissolution is more than 70 parts by mass, the impedance may be increased because the electrolyte concentration becomes too high. The preferred amount of dissolution is 4 to 70 parts by mass.
(5)その他の成分
(a)支持材
ハイドロゲルは、織布、不織布、多孔質シート等の支持材を含んでいてもよい。支持材を含むことで、ハイドロゲルの形状を容易に維持できる。支持材の材質としては、セルロース、絹、麻等の天然繊維やポリエステル、ナイロン、レーヨン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリウレタン等の合成繊維、それらの混紡が挙げられる。電解質成分を含ませる場合、電解質成分により分解する成分を持たないレーヨン、ポリエチレン、ポリプロピレン等の合成繊維、それらの混紡が好ましい。支持材は、ハイドロゲルの表面、裏面及び中間のいずれに位置していてもよい。
(5) Other Components (a) Supporting Material The hydrogel may include a supporting material such as a woven fabric, a nonwoven fabric, and a porous sheet. By including the support material, the shape of the hydrogel can be easily maintained. Examples of the material of the support include natural fibers such as cellulose, silk, and hemp, synthetic fibers such as polyester, nylon, rayon, polyethylene, polypropylene, and polyurethane, and blends thereof. When an electrolyte component is included, synthetic fibers such as rayon, polyethylene, and polypropylene having no component decomposed by the electrolyte component, and blends thereof are preferable. The support may be located on any of the front, back and middle of the hydrogel.
(b)保護フィルム
ハイドロゲルは、その表面及び/又は裏面に保護フィルムを備えていてもよい。保護フィルムは、離型処理されていることが好ましい。表面及び裏面の両方に保護フィルムを備える場合、表裏異なる剥離強度に調製してもよい。また、保護フィルムを支持材として用いる場合は離型処理の必要はない。
保護フィルムとしては、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリスチレン、ポリウレタン、紙、樹脂フィルム(例えば、ポリエチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム)をラミネートした紙等からなるフィルムが挙げられる。離型処理としては、熱又は紫外線で架橋、硬化反応させる焼き付け型のシリコーンコーティングが挙げられる。
(B) Protective film The hydrogel may have a protective film on its front and / or back surface. The protective film is preferably subjected to a release treatment. When a protective film is provided on both the front surface and the back surface, the front and back surfaces may have different peel strengths. When a protective film is used as a support, there is no need for a release treatment.
Examples of the protective film include films made of polyester, polyolefin, polystyrene, polyurethane, paper, paper laminated with a resin film (eg, polyethylene film, polypropylene film), and the like. Examples of the release treatment include a baking type silicone coating which is crosslinked and cured by heat or ultraviolet rays.
(c)添加剤
ハイドロゲルは、必要に応じて添加剤を含んでいてもよい。添加剤としては、電解質、防腐剤、殺菌剤、防黴剤、防錆剤、酸化防止剤、消泡剤、安定剤、香料、界面活性剤、着色剤、ゲル強度向上剤(例えば、セルロースナノファイバー)等が挙げられる。
(C) Additive The hydrogel may contain an additive as needed. Additives include electrolytes, preservatives, bactericides, fungicides, rust inhibitors, antioxidants, defoamers, stabilizers, fragrances, surfactants, coloring agents, gel strength improvers (eg, cellulose nano Fiber).
(ハイドロゲルの製造方法)
ハイドロゲルは、例えば、
(i)水、単官能性モノマーAと、任意成分としての単官能性モノマーBと、多官能性モノマー、ポリアクリル酸系重合体及び重合開始剤を含むハイドロゲル前駆体を調製する工程(調製工程)
(ii)単官能性モノマー及び多官能性モノマーを重合させることによりハイドロゲルを得る工程(重合工程)
を経ることにより製造できる。
(Method for producing hydrogel)
Hydrogels, for example,
(I) a step of preparing a hydrogel precursor containing water, a monofunctional monomer A, a monofunctional monomer B as an optional component, a polyfunctional monomer, a polyacrylic acid-based polymer and a polymerization initiator; Process)
(Ii) Step of obtaining a hydrogel by polymerizing a monofunctional monomer and a polyfunctional monomer (polymerization step)
It can be manufactured by going through.
(1)成形工程
この工程での重合開始剤には、熱重合開始剤及び光重合開始剤のいずれも使用できる。この内、重合前後での成分の変化の少ない光重合開始剤を使用することが好ましい。光重合開始剤としては、例えば、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニル−プロパン−1−オン(製品名:Omnirad 1173,BASF・ジャパン社製)、1−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトン(製品名:Omnirad 184,BASF・ジャパン社製)、1−[4−(2−ヒドロキシエトキシ)−フェニル]−2−ヒドロキシ−2−メチル−プロパン−1−オン(製品名:Omnirad 2959,BASF・ジャパン社製)、2−メチル−1−[(メチルチオ)フェニル]−2−モルフォリノプロパン−1−オン(製品名:Omnirad 907,BASF・ジャパン社製)、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルフォリノフェニル)−ブタン−1−オン(製品名:Omnirad 369,BASF・ジャパン社製)等が挙げられる。重合開始剤は、1種のみであってもよく、複数種の混合物であってもよい。
(1) Molding Step As the polymerization initiator in this step, any of a thermal polymerization initiator and a photopolymerization initiator can be used. Among them, it is preferable to use a photopolymerization initiator which has little change in components before and after the polymerization. Examples of the photopolymerization initiator include 2-hydroxy-2-methyl-1-phenyl-propan-1-one (product name: Omnirad 1173, manufactured by BASF Japan), 1-hydroxy-cyclohexyl-phenyl-ketone ( Product name: Omnirad 184, manufactured by BASF Japan Ltd.), 1- [4- (2-hydroxyethoxy) -phenyl] -2-hydroxy-2-methyl-propan-1-one (product name: Omnirad 2959, BASF. Japan), 2-methyl-1-[(methylthio) phenyl] -2-morpholinopropan-1-one (product name: Omnirad 907, manufactured by BASF Japan), 2-benzyl-2-dimethylamino- 1- (4-morpholinophenyl) -butan-1-one (product name: Omnirad 369, ASF · Japan Co., Ltd.), and the like. The polymerization initiator may be only one kind or a mixture of plural kinds.
重合開始剤の使用量は、全モノマー(単官能性モノマー、多官能性モノマー及び任意に他のモノマー)の合計100質量部に対して、0.05〜5質量部であることが好ましい。使用量が0.05質量部未満の場合、重合反応が十分に進行せず、得られたハイドロゲル中に、未重合のモノマーが残存することがある。5質量部より多いと、重合反応後の重合開始剤の残物により、臭気を帯びたり、残物の影響により物性が低下したりすることがある。使用量は、0.06〜3質量部であることがより好ましく、0.07〜1.5質量部であることが更に好ましい。 The amount of the polymerization initiator to be used is preferably 0.05 to 5 parts by mass with respect to 100 parts by mass in total of all the monomers (monofunctional monomer, polyfunctional monomer and optionally other monomer). When the amount is less than 0.05 parts by mass, the polymerization reaction does not sufficiently proceed, and unpolymerized monomers may remain in the obtained hydrogel. If the amount is more than 5 parts by mass, a residue of the polymerization initiator after the polymerization reaction may give an odor, or physical properties may be reduced due to the influence of the residue. The amount used is more preferably from 0.06 to 3 parts by mass, even more preferably from 0.07 to 1.5 parts by mass.
シート状のハイドロゲルを製造する場合、ハイドロゲル前駆体のシート状への成形は、例えば、(i)ハイドロゲル前駆体を型枠に注入する方法、(ii)保護フィルム間にハイドロゲル前駆体を流し込み、一定の厚みに保持する方法、(iii)保護フィルム上にハイドロゲル前駆体をコーティングする方法、等が挙げられる。方法(i)は、任意の形状のハイドロゲルを得ることができる利点がある。方法(ii)及び(iii)は、比較的薄いハイドロゲルを得ることができる利点がある。なお、ハイドロゲル前駆体には、上記の他のモノマー、添加剤等が含まれていてもよい。 When a sheet-shaped hydrogel is produced, the hydrogel precursor is formed into a sheet by, for example, (i) a method of injecting the hydrogel precursor into a mold, (ii) a hydrogel precursor between protective films. And a method of (iii) coating a hydrogel precursor on a protective film, and the like. Method (i) has the advantage that a hydrogel of any shape can be obtained. Methods (ii) and (iii) have the advantage that relatively thin hydrogels can be obtained. The hydrogel precursor may contain other monomers and additives described above.
(2)重合工程
ハイドロゲル前駆体中の単官能性モノマー及び多官能性モノマーを熱付与又は光照射により重合させることにより網目構造を得ることができる。熱付与及び光照射の条件は、網目構造を得ることができる限り、特に限定されず、一般的な条件を採用できる。
(3)その他の工程
その他の工程として、電解質成分含有工程が挙げられる。電解質成分含有工程では、重合後のハイドロゲルを電解質成分水溶液に浸漬することで、ハイドロゲル中の水にアルカリ水溶液中の電解質成分が溶解される。この浸漬は、所望する電解質成分量のハイドロゲルを得るための条件下で行われる。例えば、浸漬温度としては、4〜80℃の、冷却、常温(約25℃)及び加温下で行うことができる。浸漬時間は、常温下では、6〜336時間とすることができる。
浸漬後に、ハイドロゲルを乾燥させることで、含水量の調整を行ってもよい。その調整としては、例えば、浸漬前後のハイドロゲルの質量をほぼ同一にすることが挙げられる。
(2) Polymerization Step A network structure can be obtained by polymerizing the monofunctional monomer and the polyfunctional monomer in the hydrogel precursor by applying heat or irradiating light. The conditions of heat application and light irradiation are not particularly limited as long as a network structure can be obtained, and general conditions can be adopted.
(3) Other Steps Other steps include an electrolyte component-containing step. In the electrolyte component-containing step, the electrolyte component in the aqueous alkaline solution is dissolved in the water in the hydrogel by immersing the hydrogel after polymerization in the aqueous electrolyte component solution. This immersion is performed under conditions for obtaining a hydrogel having a desired electrolyte component amount. For example, as the immersion temperature, cooling can be performed at a temperature of 4 to 80 ° C., room temperature (about 25 ° C.), and heating. The immersion time can be 6 to 336 hours at normal temperature.
After immersion, the water content may be adjusted by drying the hydrogel. As the adjustment, for example, the mass of the hydrogel before and after immersion is made substantially the same.
(ハイドロゲルの用途)
ハイドロゲルは、アルカリ電池に使用できる。
ここでのアルカリ電池は、正極及び負極間の電解質層及び/又はセパレーターとしてハイドロゲルを使用し得る二次電池である。そのような二次電池としては、ニッケル−水素二次電池、ニッケル−亜鉛二次電池、亜鉛空気電池、リチウム空気電池、アルミニウム空気電池、マグネシウム空気電池、カルシウム空気電池、水素空気電池等が挙げられる。これら二次電池は、電解液としてアルカリ水溶液を使用しているため、二次電池からの液漏れをハイドロゲルにより防止できる。
アルカリ電池の構成は、特に限定されず、一般的な構成をいずれも使用できる。例えば、ニッケル−水素二次電池の正極としてはニッケル又はニッケル合金を、負極としては水素吸蔵合金を、ニッケル−亜鉛二次電池の正極としてはニッケル又はニッケル合金を、負極としては亜鉛又は酸化亜鉛を使用できる。正極及び負極は、ニッケル、アルミニウム等からなる集電体上に形成されていてもよい。
ハイドロゲルが、セパレーターである場合、ハイドロゲルは支持材を備えていることが好ましい。
(Use of hydrogel)
Hydrogels can be used in alkaline batteries.
The alkaline battery here is a secondary battery that can use a hydrogel as an electrolyte layer and / or a separator between a positive electrode and a negative electrode. Examples of such a secondary battery include a nickel-hydrogen secondary battery, a nickel-zinc secondary battery, a zinc-air battery, a lithium-air battery, an aluminum-air battery, a magnesium-air battery, a calcium-air battery, and a hydrogen-air battery. . Since these secondary batteries use an alkaline aqueous solution as an electrolytic solution, liquid leakage from the secondary batteries can be prevented by the hydrogel.
The configuration of the alkaline battery is not particularly limited, and any general configuration can be used. For example, nickel or a nickel alloy is used as a positive electrode of a nickel-hydrogen secondary battery, a hydrogen storage alloy is used as a negative electrode, nickel or a nickel alloy is used as a positive electrode of a nickel-zinc secondary battery, and zinc or zinc oxide is used as a negative electrode. Can be used. The positive electrode and the negative electrode may be formed on a current collector made of nickel, aluminum, or the like.
When the hydrogel is a separator, the hydrogel preferably includes a support.
以下、実施例によって本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれらにより何ら制限されるものではない。まず、実施例で測定する各種物性の測定方法を記載する。
(膨潤度)
ハイドロゲルを幅5mm×長さ5mm×2mm厚に切り、計量した。その後、250メッシュのポリエチレン製ティーバッグにハイドロゲルを入れ、ティーバッグを1.5M LiOHと10M LiClとを含む水溶液100mLに浸漬した。その後、25℃の温度下で、1週間浸漬した後、10分間水切りをしたものを計量し、1.5M LiOHと10M LiClとを含む水溶液に膨潤させたハイドロゲル入りティーバッグを得た。なお、水切り時にハイドロゲルが柔らかくなってメッシュを通り抜ける場合は、「液状化」したと記載した。膨潤度(%)は、1.5M LiOHと10M LiClとを含む水溶液に浸漬したハイドロゲルが入っていないティーバッグの質量をブランクとし、1.5M LiOHと10M LiClとを含む水溶液に膨潤させたハイドロゲル入りティーバッグの質量から、ブランクの質量を減じた値を、膨潤前のハイドロゲルの質量で除して、100を掛けた値として算出した。ハイドロゲルが支持材として不織布等を用いる場合は、支持材からハイドロゲルを0.3g削り取り、それを上記方法と同様にして、膨潤度を算出した。
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto. First, methods for measuring various physical properties measured in Examples will be described.
(Swelling degree)
The hydrogel was cut into a width of 5 mm × length of 5 mm × 2 mm and weighed. Thereafter, the hydrogel was placed in a 250-mesh polyethylene tea bag, and the tea bag was immersed in 100 mL of an aqueous solution containing 1.5 M LiOH and 10 M LiCl. Then, after soaking for 1 week at a temperature of 25 ° C., water draining was performed for 10 minutes, and the resultant was weighed to obtain a hydrogel-containing tea bag swelled in an aqueous solution containing 1.5 M LiOH and 10 M LiCl. In addition, when the hydrogel became soft at the time of drainage and passed through the mesh, it was described as "liquefied". The degree of swelling (%) was determined by using the mass of a tea bag containing no hydrogel immersed in an aqueous solution containing 1.5 M LiOH and 10 M LiCl as a blank and swelling the aqueous solution containing 1.5 M LiOH and 10 M LiCl. The value obtained by subtracting the blank mass from the mass of the hydrogel-containing tea bag was divided by the mass of the hydrogel before swelling and multiplied by 100. When the hydrogel used a nonwoven fabric or the like as the support material, 0.3 g of the hydrogel was scraped off from the support material, and the swelling degree was calculated in the same manner as described above.
(電解液浸漬後の折り曲げ試験)
ハイドロゲルを幅20mm×長さ30mmに切り、1.5M LiOHと10M LiClとを含む水溶液100mLに1週間浸漬した。浸漬後のハイドロゲルの長辺側の両端が接するまで折り曲げた。このとき、ハイドロゲルが割れなかったときを○、割れたときを×として評価した。
(Bending test after immersion in electrolyte)
The hydrogel was cut into a width of 20 mm and a length of 30 mm, and immersed in 100 mL of an aqueous solution containing 1.5 M LiOH and 10 M LiCl for one week. The hydrogel after immersion was bent until both ends on the long side were in contact. At this time, the case where the hydrogel did not crack was evaluated as ○, and the case where the hydrogel cracked was evaluated as ×.
(突刺強度)
得られたハイドロゲルを幅30mm×長さ30mm×2mm厚に切り取った。切り取ったハイドロゲルを25℃の温度下で1.5M LiOHと10M LiCl水溶液100mLに1週間浸漬したゲルをアルカリ溶液浸漬後のハイドロゲルとした。アルカリ溶液浸漬後のハイドロゲルを電解液から引き上げ、10分間水切りをした後、23℃、湿度50%RHの環境下でテクスチャーアナライザーTA.XT Plus(英弘精機社製)を用いて次の手順で突刺試験を実施した。直径7mmの穴を有する台にアルカリ溶液浸漬後のハイドロゲルをのせ、直径3mmのステンレス製円柱の治具が台の穴の中心を通る位置に調整した。その後、1.0mm/秒の速度で突刺し、治具の先端が貫通するまでの最大応力を測定した。この測定を5つの試験片について行い、最大応力を算出し、これらの平均を突刺強度とした。試験片の厚みが2mmに満たない場合は、シートを積層し、積層したシート厚みが2mmになるように調整して測定した。
(Puncture strength)
The obtained hydrogel was cut into a width of 30 mm × length of 30 mm × 2 mm. The cut hydrogel was immersed in 100 mL of 1.5 M LiOH and 10 M LiCl aqueous solution at 25 ° C. for 1 week, and the gel was immersed in an alkaline solution to obtain a hydrogel. The hydrogel immersed in the alkaline solution is pulled up from the electrolytic solution, drained for 10 minutes, and then subjected to texture analyzer TA. A piercing test was performed using XT Plus (manufactured by Eiko Seiki Co., Ltd.) according to the following procedure. The hydrogel after immersion in the alkaline solution was placed on a table having a hole having a diameter of 7 mm, and adjusted to a position where a jig of a stainless steel cylinder having a diameter of 3 mm passed through the center of the hole of the table. Thereafter, the piercing was performed at a speed of 1.0 mm / sec, and the maximum stress until the tip of the jig penetrated was measured. This measurement was performed on five test pieces, the maximum stress was calculated, and the average of these was defined as the piercing strength. When the thickness of the test piece was less than 2 mm, the sheets were laminated and adjusted so that the thickness of the laminated sheet became 2 mm.
(交流インピーダンス測定)
ハイドロゲルを幅20mm×長さ20mm×2mm厚に切り取り、1.5M LiOHと10M LiClとを含む水溶液100mLに1週間浸漬し、高濃度電解液浸漬後のハイドロゲルとした。高濃度電解液浸漬後のハイドロゲルを2枚のNi板(幅20mm、長さ40mm、厚み1.0mm)で挟み、試験片とした。FRAインピーダンスアナライザー(Autolab社製 PGSTAT)を用いて、交流振幅を10mV(r.m.s.)、測定周波数範囲を100kHzから100Hzとして、2端子法にて試験片の交流インピーダンスを測定した。得られた測定結果から、周波数100kHzにおけるインピーダンスの実数成分(Z’/Ω)を周波数100kHzにおけるインピーダンスとし、周波数1kHzにおけるインピーダンスの実数成分(Z’/Ω)を周波数1kHzにおけるインピーダンスとした。試験片の厚みが2mmに満たない場合は、シートを積層し、積層したシート厚みが2mmになるように調整して測定した。
(AC impedance measurement)
The hydrogel was cut into a width of 20 mm × length of 20 mm × 2 mm and immersed in 100 mL of an aqueous solution containing 1.5 M LiOH and 10 M LiCl for one week to obtain a hydrogel immersed in a high-concentration electrolyte. The hydrogel after immersion in the high-concentration electrolyte was sandwiched between two Ni plates (width 20 mm, length 40 mm, thickness 1.0 mm) to obtain a test piece. Using a FRA impedance analyzer (PGSTAT, manufactured by Autolab), the AC amplitude of the test piece was measured by a two-terminal method with an AC amplitude of 10 mV (rms) and a measurement frequency range of 100 kHz to 100 Hz. From the obtained measurement results, the real component of the impedance at a frequency of 100 kHz (Z ′ / Ω) was defined as the impedance at a frequency of 100 kHz, and the real component of the impedance at a frequency of 1 kHz (Z ′ / Ω) was defined as the impedance at a frequency of 1 kHz. When the thickness of the test piece was less than 2 mm, the sheets were laminated and adjusted so that the thickness of the laminated sheet became 2 mm.
(重量平均分子量)
重量平均分子量(Mw)は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)を用いて測定した、プルラン換算重量平均分子量とした。具体的には、試料50mgを0.2M NaNO3水溶液5mLに溶解させ(浸透時間:24±1hr(完全溶解))、GL社製、水系0.45μmのクロマトディスク(13N)にて濾過した上で次の測定条件にてクロマトグラフを用いて測定し、予め作成しておいた標準プルラン検量線から試料の重量平均分子量を求めた。
使用装置:東ソー社製 HLC−8020GPC EcoSEC(RI検出器・UV検出器内蔵)
ガードカラム:東ソー社製 TSK GUARDCOLUMN PWXL−H(6.0mmI.D.×4.0cm)×1本
カラム:東ソー社製 TSKgel G6000 PWXL(7.8mmI.D.×30cm)×1本+東ソー社製 TSKgel G3000 PWXL(7.8mmI.D.×30cm)×1本
カラム温度:40℃
移動相:0.2M NaNO3水溶液
移動相流量:リファレンス側ポンプ=0.6mL/min
サンプル側ポンプ=0.6mL/min
検出器:RI検出器
試料濃度:1.0wt%
注入量:100μL
測定時間:65min
サンプリングピッチ:500msec
検量線用標準プルラン試料は、昭和電工社製、商品名「shodex」の重量平均分子量が2,560,000、1,600,000、380,000、212,000、100,000、48,000、23,700、12,200、5,800のものを用いた。
上記検量線用標準プルランをA(1,600,000、212,000、48,000、12,200)及びB(2,560,000、380,000、100,000、23,700、5,800)にグループ分けした後、Aを各々1〜2.5mg秤量後蒸留水2mLに溶解し、Bも各々1〜2.5mg秤量後蒸留水2mLに溶解した。標準プルラン検量線は、作製した各A及びB溶解液を100μL注入して測定後に得られた保持時間から較正曲線(三次式)を作成することにより得られ、その検量線を用いて重量平均分子量を算出した。
(Weight average molecular weight)
The weight average molecular weight (Mw) was defined as pullulan-converted weight average molecular weight measured using gel permeation chromatography (GPC). Specifically, 50 mg of a sample was dissolved in 5 mL of a 0.2 M NaNO 3 aqueous solution (permeation time: 24 ± 1 hr (complete dissolution)), and filtered through a 0.45 μm aqueous chromatodisk (13N) manufactured by GL. Was measured using a chromatograph under the following measurement conditions, and the weight average molecular weight of the sample was determined from a standard pullulan calibration curve prepared in advance.
Equipment used: Tosoh Corporation HLC-8020GPC EcoSEC (Built-in RI detector / UV detector)
Guard column: TSK GUARDCOLUMN PWXL-H (6.0 mm ID × 4.0 cm) × 1 by Tosoh Column: TSKgel G6000 PWXL (7.8 mm ID × 30 cm) × 1 by Tosoh + Tosoh TSKgel G3000 PWXL (7.8 mm ID × 30 cm) x 1 Column temperature: 40 ° C
Mobile phase: 0.2 M NaNO 3 aqueous solution Mobile phase flow rate: Reference side pump = 0.6 mL / min
Sample side pump = 0.6mL / min
Detector: RI detector Sample concentration: 1.0 wt%
Injection volume: 100 μL
Measurement time: 65min
Sampling pitch: 500msec
The standard pullulan sample for the calibration curve was manufactured by Showa Denko KK and has a trade name of “shodex” having a weight average molecular weight of 2,560,000, 1,600,000, 380,000, 212,000, 100,000, 48,000. , 23,700, 12,200, 5,800.
The standard pullulan for the above calibration curve was A (1,600,000, 212,000, 48,000, 12,200) and B (2,560,000, 380,000, 100,000, 23,700, 5, 800), A was weighed in 1 to 2.5 mg and dissolved in 2 mL of distilled water, and B was weighed in 1 to 2.5 mg each and dissolved in 2 mL of distilled water. A standard pullulan calibration curve was obtained by injecting 100 μL of each of the prepared A and B lysates and creating a calibration curve (cubic equation) from the retention times obtained after measurement, and using the calibration curve, a weight average molecular weight was obtained. Was calculated.
(FT−IR測定)
ポリアクリル酸系重合体の吸光度測定は以下の方法により行い、吸光度[1040±20cm−1]及び吸光度[1650±130cm−1]を求め、吸光度比=(吸光度[1040±20cm−1]/吸光度[1650±130cm−1])を算出した。
具体的には80℃の温度下で80時間乾燥させた試料を取り出し、一回反射型ATR法(=微小表面部分析法)にて赤外吸収スペクトルを得た。
・測定装置:フーリエ変換赤外分光光度計 Nicolet iS10(Thermo SCIENTIFIC社製)および一回反射型水平状ATR Smart−iTR(Thermo SCIENTIFIC社製)
・ATRクリスタル:Diamond with ZnSe lens、
角度42°
・測定法:一回ATR法
・測定波数領域:4000cm−1〜650cm−1
・測定深度の波数依存性:補正せず
・検出器:重水素化硫酸トリグリシン(DTGS)検出器およびKBrビームスプリッター
・分解能:4cm−1
・積算回数:16回(バックグランド測定時も同様)
・試験数:n=3
ATR法では、試料と高屈折率結晶の密着度合によって測定で得られる赤外吸収スペクトルの強度が変化するため、ATRアクセサリーの「Smart−iTR」で掛けられる最大荷重を掛けて密着度合をほぼ均一にして測定を行なった。以上の条件で得られた赤外線吸収スペクトルは、次のようにピーク処理をして吸光度[1040±20cm−1]及び吸光度[1650±130cm−1]を求め、吸光度比=(吸光度[1040±20cm−1]/吸光度[1650±130cm−1])を算出した。得られる吸光度[1040±20cm−1]は、波数1070±10cm−1と990±20cm−1の間を途中で赤外吸収スペクトルと交差しない最低吸光度位置で結んだ直線をベースラインとして、波数1040±20cm−1の赤外吸収スペクトルにおけるベースラインとの吸光度差(測定された吸光度−ベースラインの吸光度)の最大値を意味する。なお、この吸光度の測定では、最大吸収スペクトルで他の吸収スペクトルが重なっている場合でもピーク分離は実施していない。
得られる吸光度[1650±130cm−1]とは、波数1770±40cm−1と1490±20cm−1の間を途中で赤外吸収スペクトルと交差しない最低吸光度位置で結んだ直線をベースラインとして、波数1650±130cm−1の赤外吸収スペクトルにおけるベースラインとの吸光度差(測定された吸光度−ベースラインの吸光度)の最大値を意味する。なお、この吸光度の測定では、最大吸収スペクトルで他の吸収スペクトルが重なっている場合でもピーク分離は実施していない。
(FT-IR measurement)
The absorbance of the polyacrylic acid-based polymer was measured by the following method to determine the absorbance [1040 ± 20 cm-1] and the absorbance [1650 ± 130 cm-1] , and the absorbance ratio = (absorbance [1040 ± 20 cm-1] / absorbance) [1650 ± 130 cm-1] ) was calculated.
Specifically, a sample dried at a temperature of 80 ° C. for 80 hours was taken out, and an infrared absorption spectrum was obtained by a single reflection ATR method (= micro surface analysis method).
-Measuring device: Fourier transform infrared spectrophotometer Nicolet iS10 (manufactured by Thermo SCIENTIFIC) and single reflection horizontal ATR Smart-iTR (manufactured by Thermo SCIENTIFIC)
・ ATR Crystal: Diamond with ZnSe Lens,
Angle 42 °
・ Measurement method: Single ATR method ・ Measurement wave number region: 4000 cm -1 to 650 cm -1
-Wave number dependence of measurement depth: uncorrected-Detector: deuterated triglycine sulfate (DTGS) detector and KBr beam splitter-Resolution: 4 cm -1
・ Number of integration: 16 times (same for background measurement)
・ Number of tests: n = 3
In the ATR method, since the intensity of the infrared absorption spectrum obtained by the measurement changes depending on the degree of adhesion between the sample and the high refractive index crystal, the degree of adhesion is almost uniform by applying the maximum load applied by the "Smart-iTR" of the ATR accessory. Was measured. The infrared absorption spectrum obtained under the above conditions was subjected to a peak treatment as follows to obtain an absorbance [1040 ± 20 cm-1] and an absorbance [1650 ± 130 cm-1], and an absorbance ratio = (absorbance [1040 ± 20 cm-1]) -1] / absorbance [1650 ± 130 cm-1] ). The obtained absorbance [1040 ± 20 cm −1 ] is calculated based on a straight line connecting a wave number of 1070 ± 10 cm −1 and 990 ± 20 cm −1 at a position of the lowest absorbance that does not intersect with the infrared absorption spectrum on the way. It means the maximum value of the difference in absorbance from the baseline in the infrared absorption spectrum of ± 20 cm −1 (measured absorbance−absorbance of the baseline). In the measurement of the absorbance, no peak separation was performed even when another absorption spectrum overlapped the maximum absorption spectrum.
The obtained absorbance [1650 ± 130 cm −1 ] is defined as a wave number based on a straight line connecting the wave number between 1770 ± 40 cm −1 and 1490 ± 20 cm −1 at the lowest absorbance position that does not intersect the infrared absorption spectrum on the way. It means the maximum value of the absorbance difference from the baseline in the infrared absorption spectrum at 1650 ± 130 cm −1 (measured absorbance−absorbance at the baseline). In the measurement of the absorbance, no peak separation was performed even when another absorption spectrum overlapped the maximum absorption spectrum.
<実施例1>
2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸(製品名:TBAS、MCCユニテック社製)20質量部とジビニルベンゼンスルホン酸ナトリウム(製品名:DVBS、東ソー有機化学社製)0.3質量部、イオン交換水54.6質量部を容器に入れ攪拌した。更に、ジュリマーAC−10LP(東亞合成社製、ポリアクリル酸、重量平均分子量:20,000)の20質量%水溶液を25質量部加え、攪拌した。この溶液に重合開始剤としてOmnirad 1173(BASF・ジャパン社製)0.10質量部を加え、攪拌することでハイドロゲル前駆体を調製した。剥離性PETフィルム上に2mm厚のシリコン枠を置き、枠内にハイドロゲル前駆体を流し込んだ後、ハイドロゲル前駆体上に剥離性PETフィルムを載せた。その後、小型UV重合機(JATEC社製、J−cure1500、メタルハライドランプ型名MJ−1500L)にてコンベアー速度0.4m/分、ワーク間距離150mmの条件でエネルギー7000mJ/cm2の紫外線を照射する工程を3回行うことで、2mm厚のシート状のハイドロゲルを作製した。作製したハイドロゲルを膨潤度測定、電解液浸漬後折り曲げ試験、突刺試験、交流インピーダンス測定に付した。
<実施例2>
2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸(製品名:TBAS、MCCユニテック社製)20質量部とジビニルベンゼンスルホン酸ナトリウム(製品名:DVBS、東ソー有機化学社製)0.3質量部、イオン交換水67.1質量部を容器に入れ攪拌した。更に、ジュリマーAC−10LP(東亞合成社製、ポリアクリル酸、重量平均分子量:20,000)の20質量%水溶液を12.5質量部加え、攪拌した。この溶液に重合開始剤としてOmnirad 1173(BASF・ジャパン社製)0.10質量部を加え、攪拌することでハイドロゲル前駆体を調製した。このハイドロゲル前駆体を使用すること以外は実施例1と同様にして2mm厚のシート状のハイドロゲルを作製した。作製したハイドロゲルを膨潤度測定、電解液浸漬後折り曲げ試験、突刺試験、交流インピーダンス測定に付した。
<Example 1>
20 parts by mass of 2-acrylamide-2-methylpropanesulfonic acid (product name: TBAS, manufactured by MCC Unitech) and 0.3 parts by mass of sodium divinylbenzenesulfonate (product name: DVBS, manufactured by Tosoh Organic Chemicals), ion exchange 54.6 parts by mass of water was put in a container and stirred. Further, 25 parts by mass of a 20% by mass aqueous solution of Julimer AC-10LP (manufactured by Toagosei Co., Ltd., polyacrylic acid, weight average molecular weight: 20,000) was added and stirred. 0.10 parts by mass of Omnirad 1173 (manufactured by BASF Japan) as a polymerization initiator was added to this solution, and the mixture was stirred to prepare a hydrogel precursor. A silicon frame having a thickness of 2 mm was placed on the peelable PET film, and the hydrogel precursor was poured into the frame. Then, the peelable PET film was placed on the hydrogel precursor. Thereafter, ultraviolet light having an energy of 7000 mJ / cm 2 is irradiated by a small UV polymerization machine (manufactured by JATEC, J-cure 1500, metal halide lamp type name MJ-1500L) under the conditions of a conveyor speed of 0.4 m / min and a distance between works of 150 mm. By performing the process three times, a sheet-shaped hydrogel having a thickness of 2 mm was produced. The prepared hydrogel was subjected to a swelling degree measurement, a bending test after immersion in an electrolytic solution, a piercing test, and an AC impedance measurement.
<Example 2>
20 parts by mass of 2-acrylamide-2-methylpropanesulfonic acid (product name: TBAS, manufactured by MCC Unitech) and 0.3 parts by mass of sodium divinylbenzenesulfonate (product name: DVBS, manufactured by Tosoh Organic Chemicals), ion exchange 67.1 parts by mass of water was put in a container and stirred. Further, 12.5 parts by mass of a 20% by mass aqueous solution of Julimer AC-10LP (manufactured by Toagosei Co., Ltd., polyacrylic acid, weight average molecular weight: 20,000) was added and stirred. 0.10 parts by mass of Omnirad 1173 (manufactured by BASF Japan) as a polymerization initiator was added to this solution, and the mixture was stirred to prepare a hydrogel precursor. A 2 mm-thick sheet-like hydrogel was prepared in the same manner as in Example 1 except that this hydrogel precursor was used. The prepared hydrogel was subjected to a swelling degree measurement, a bending test after immersion in an electrolytic solution, a piercing test, and an AC impedance measurement.
<実施例3>
2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸(製品名:TBAS、MCCユニテック社製)20質量部とジビニルベンゼンスルホン酸ナトリウム(製品名:DVBS、東ソー有機化学社製)0.3質量部、イオン交換水54.6質量部を容器に入れ攪拌した。更に、ポリアクリル酸(和光純薬社製、ポリアクリル酸、重量平均分子量:25,000)の20質量%水溶液を25質量部加え、攪拌した。この溶液に重合開始剤としてOmnirad 1173(BASF・ジャパン社製)0.10質量部を加え、攪拌することでハイドロゲル前駆体を調製した。このハイドロゲル前駆体を使用すること以外は実施例1と同様にして2mm厚のシート状のハイドロゲルを作製した。作製したハイドロゲルを膨潤度測定、電解液浸漬後折り曲げ試験、突刺試験、交流インピーダンス測定に付した。
<実施例4>
2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸(製品名:TBAS、MCCユニテック社製)20質量部とジビニルベンゼンスルホン酸ナトリウム(製品名:DVBS、東ソー有機化学社製)0.3質量部、イオン交換水67.1質量部を容器に入れ攪拌した。更に、ポリアクリル酸(和光純薬社製、ポリアクリル酸、重量平均分子量:25,000)の20質量%水溶液を12.5質量部加え、攪拌した。この溶液に重合開始剤としてOmnirad 1173(BASF・ジャパン社製)0.10質量部を加え、攪拌することでハイドロゲル前駆体を調製した。このハイドロゲル前駆体を使用すること以外は実施例1と同様にして2mm厚のシート状のハイドロゲルを作製した。作製したハイドロゲルを膨潤度測定、電解液浸漬後折り曲げ試験、突刺試験、交流インピーダンス測定に付した。
<Example 3>
20 parts by mass of 2-acrylamide-2-methylpropanesulfonic acid (product name: TBAS, manufactured by MCC Unitech) and 0.3 parts by mass of sodium divinylbenzenesulfonate (product name: DVBS, manufactured by Tosoh Organic Chemicals), ion exchange 54.6 parts by mass of water was put in a container and stirred. Further, 25 parts by mass of a 20% by mass aqueous solution of polyacrylic acid (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, polyacrylic acid, weight average molecular weight: 25,000) was added and stirred. 0.10 parts by mass of Omnirad 1173 (manufactured by BASF Japan) as a polymerization initiator was added to this solution, and the mixture was stirred to prepare a hydrogel precursor. A 2 mm-thick sheet-like hydrogel was prepared in the same manner as in Example 1 except that this hydrogel precursor was used. The prepared hydrogel was subjected to a swelling degree measurement, a bending test after immersion in an electrolytic solution, a piercing test, and an AC impedance measurement.
<Example 4>
20 parts by mass of 2-acrylamide-2-methylpropanesulfonic acid (product name: TBAS, manufactured by MCC Unitech) and 0.3 parts by mass of sodium divinylbenzenesulfonate (product name: DVBS, manufactured by Tosoh Organic Chemicals), ion exchange 67.1 parts by mass of water was put in a container and stirred. Further, 12.5 parts by mass of a 20% by mass aqueous solution of polyacrylic acid (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, polyacrylic acid, weight average molecular weight: 25,000) was added and stirred. 0.10 parts by mass of Omnirad 1173 (manufactured by BASF Japan) as a polymerization initiator was added to this solution, and the mixture was stirred to prepare a hydrogel precursor. A 2 mm-thick sheet-like hydrogel was prepared in the same manner as in Example 1 except that this hydrogel precursor was used. The prepared hydrogel was subjected to a swelling degree measurement, a bending test after immersion in an electrolytic solution, a piercing test, and an AC impedance measurement.
<実施例5>
2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸(製品名:TBAS、MCCユニテック社製)20質量部とジビニルベンゼンスルホン酸ナトリウム(製品名:DVBS、東ソー有機化学社製)0.3質量部、ポリアクリル酸(和光純薬社製、ポリアクリル酸、重量平均分子量:1,000,000)の5質量%水溶液を80質量部加え、攪拌した。この溶液に重合開始剤としてOmnirad 1173(BASF・ジャパン社製)0.10質量部を加え、攪拌することでハイドロゲル前駆体を調製した。このハイドロゲル前駆体を使用すること以外は実施例1と同様にして2mm厚のシート状のハイドロゲルを作製した。作製したハイドロゲルを膨潤度測定、電解液浸漬後折り曲げ試験、突刺試験、交流インピーダンス測定に付した。
<Example 5>
20 parts by mass of 2-acrylamide-2-methylpropanesulfonic acid (product name: TBAS, manufactured by MCC Unitech), 0.3 parts by mass of sodium divinylbenzenesulfonate (product name: DVBS, manufactured by Tosoh Organic Chemicals), polyacryl 80 parts by mass of a 5% by mass aqueous solution of an acid (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, polyacrylic acid, weight average molecular weight: 1,000,000) was added and stirred. 0.10 parts by mass of Omnirad 1173 (manufactured by BASF Japan) as a polymerization initiator was added to this solution, and the mixture was stirred to prepare a hydrogel precursor. A 2 mm-thick sheet-like hydrogel was prepared in the same manner as in Example 1 except that this hydrogel precursor was used. The prepared hydrogel was subjected to a swelling degree measurement, a bending test after immersion in an electrolytic solution, a piercing test, and an AC impedance measurement.
<実施例6>
2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸(製品名:TBAS、MCCユニテック社製)20質量部とジビニルベンゼンスルホン酸ナトリウム(製品名:DVBS、東ソー有機化学社製)0.3質量部、イオン交換水39.6質量部、ポリアクリル酸(和光純薬社製、ポリアクリル酸、重量平均分子量:1,000,000)の5質量%水溶液を40質量部加え、攪拌した。この溶液に重合開始剤としてOmnirad 1173(BASF・ジャパン社製)0.10質量部を加え、攪拌することでハイドロゲル前駆体を調製した。このハイドロゲル前駆体を使用すること以外は実施例1と同様にして2mm厚のシート状のハイドロゲルを作製した。作製したハイドロゲルを膨潤度測定、電解液浸漬後折り曲げ試験、突刺試験、交流インピーダンス測定に付した。
<実施例7>
2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸(製品名:TBAS、MCCユニテック社製)15質量部とジビニルベンゼンスルホン酸ナトリウム(製品名:DVBS、東ソー有機化学社製)0.3質量部、イオン交換水54.6質量部を容器に入れ攪拌した。更に、ジュリマーAC−10LP(東亞合成社製、ポリアクリル酸、重量平均分子量:20,000)の20質量%水溶液を25質量部加え、攪拌した後、アクリル酸(日本触媒社製)5質量部を加え、攪拌した。この溶液に重合開始剤としてOmnirad 1173(BASF・ジャパン社製)0.10質量部を加え、攪拌することでハイドロゲル前駆体を調製した。このハイドロゲル前駆体を使用すること以外は実施例1と同様にして2mm厚のシート状のハイドロゲルを作製した。作製したハイドロゲルを膨潤度測定、電解液浸漬後折り曲げ試験、突刺試験、交流インピーダンス測定に付した。
<Example 6>
20 parts by mass of 2-acrylamide-2-methylpropanesulfonic acid (product name: TBAS, manufactured by MCC Unitech) and 0.3 parts by mass of sodium divinylbenzenesulfonate (product name: DVBS, manufactured by Tosoh Organic Chemicals), ion exchange 39.6 parts by mass of water and 40 parts by mass of a 5% by mass aqueous solution of polyacrylic acid (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., polyacrylic acid, weight average molecular weight: 1,000,000) were added and stirred. 0.10 parts by mass of Omnirad 1173 (manufactured by BASF Japan) as a polymerization initiator was added to this solution, and the mixture was stirred to prepare a hydrogel precursor. A 2 mm-thick sheet-like hydrogel was prepared in the same manner as in Example 1 except that this hydrogel precursor was used. The prepared hydrogel was subjected to a swelling degree measurement, a bending test after immersion in an electrolytic solution, a piercing test, and an AC impedance measurement.
<Example 7>
15 parts by mass of 2-acrylamide-2-methylpropanesulfonic acid (product name: TBAS, manufactured by MCC Unitech) and 0.3 parts by mass of sodium divinylbenzenesulfonate (product name: DVBS, manufactured by Tosoh Organic Chemicals), ion exchange 54.6 parts by mass of water was put in a container and stirred. Further, 25 parts by mass of a 20% by mass aqueous solution of Julimer AC-10LP (manufactured by Toagosei Co., Ltd., polyacrylic acid, weight average molecular weight: 20,000) was added, and after stirring, 5 parts by mass of acrylic acid (manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd.) Was added and stirred. 0.10 parts by mass of Omnirad 1173 (manufactured by BASF Japan) as a polymerization initiator was added to this solution, and the mixture was stirred to prepare a hydrogel precursor. A 2 mm-thick sheet-like hydrogel was prepared in the same manner as in Example 1 except that this hydrogel precursor was used. The prepared hydrogel was subjected to a swelling degree measurement, a bending test after immersion in an electrolytic solution, a piercing test, and an AC impedance measurement.
<実施例8>
2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸(製品名:TBAS、MCCユニテック社製)20質量部とジビニルベンゼンスルホン酸ナトリウム(製品名:DVBS、東ソー有機化学社製)0.3質量部、イオン交換水29.6質量部を容器に入れ攪拌した。更に、ジュリマーAC−10LP(東亞合成社製、ポリアクリル酸、重量平均分子量:20,000)の20質量%水溶液を50質量部加え、攪拌した。この溶液に重合開始剤としてOmnirad 1173(BASF・ジャパン社製)0.10質量部を加え、攪拌することでハイドロゲル前駆体を調製した。このハイドロゲル前駆体を使用すること以外は実施例1と同様にして2mm厚のシート状のハイドロゲルを作製した。作製したハイドロゲルを膨潤度測定、電解液浸漬後折り曲げ試験、突刺試験、交流インピーダンス測定に付した。
<実施例9>
2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸(製品名:TBAS、MCCユニテック社製)20質量部とジビニルベンゼンスルホン酸ナトリウム(製品名:DVBS、東ソー有機化学社製)0.3質量部、イオン交換水54.6質量部を容器に入れ攪拌した。更に、アクアリックDL453(日本触媒社製、ポリアクリル酸Na、重量平均分子量:50,000)の20質量%水溶液を25質量部加え、攪拌した。この溶液に重合開始剤としてOmnirad 1173(BASF・ジャパン社製)0.10質量部を加え、攪拌することでハイドロゲル前駆体を調製した。このハイドロゲル前駆体を使用すること以外は実施例1と同様にして2mm厚のシート状のハイドロゲルを作製した。作製したハイドロゲルを膨潤度測定、電解液浸漬後折り曲げ試験、突刺試験、交流インピーダンス測定に付した。
<Example 8>
20 parts by mass of 2-acrylamide-2-methylpropanesulfonic acid (product name: TBAS, manufactured by MCC Unitech) and 0.3 parts by mass of sodium divinylbenzenesulfonate (product name: DVBS, manufactured by Tosoh Organic Chemicals), ion exchange 29.6 parts by mass of water was put in a container and stirred. Further, 50 parts by mass of a 20% by mass aqueous solution of Julimer AC-10LP (manufactured by Toagosei Co., Ltd., polyacrylic acid, weight average molecular weight: 20,000) was added and stirred. 0.10 parts by mass of Omnirad 1173 (manufactured by BASF Japan) as a polymerization initiator was added to this solution, and the mixture was stirred to prepare a hydrogel precursor. A 2 mm-thick sheet-like hydrogel was prepared in the same manner as in Example 1 except that this hydrogel precursor was used. The prepared hydrogel was subjected to a swelling degree measurement, a bending test after immersion in an electrolytic solution, a piercing test, and an AC impedance measurement.
<Example 9>
20 parts by mass of 2-acrylamide-2-methylpropanesulfonic acid (product name: TBAS, manufactured by MCC Unitech) and 0.3 parts by mass of sodium divinylbenzenesulfonate (product name: DVBS, manufactured by Tosoh Organic Chemicals), ion exchange 54.6 parts by mass of water was put in a container and stirred. Further, 25 parts by mass of a 20% by mass aqueous solution of Aqualic DL453 (manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd., sodium polyacrylate, weight average molecular weight: 50,000) was added and stirred. 0.10 parts by mass of Omnirad 1173 (manufactured by BASF Japan) as a polymerization initiator was added to this solution, and the mixture was stirred to prepare a hydrogel precursor. A 2 mm-thick sheet-like hydrogel was prepared in the same manner as in Example 1 except that this hydrogel precursor was used. The prepared hydrogel was subjected to a swelling degree measurement, a bending test after immersion in an electrolytic solution, a piercing test, and an AC impedance measurement.
<実施例10>
2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸(製品名:TBAS、MCCユニテック社製)20質量部とジビニルベンゼンスルホン酸ナトリウム(製品名:DVBS、東ソー有機化学社製)0.3質量部、イオン交換水68.7質量部を容器に入れ攪拌した。更に、アクアリックGH001(日本触媒社製、アクリル酸スルホン酸系モノマー共重合体の46質量%水溶液、重量平均分子量:11,000)を10.9質量部加え、攪拌した。この溶液に重合開始剤としてOmnirad 1173(BASF・ジャパン社製)0.10質量部を加え、攪拌することでハイドロゲル前駆体を調製した。このハイドロゲル前駆体を使用すること以外は実施例1と同様にして2mm厚のシート状のハイドロゲルを作製した。作製したハイドロゲルを膨潤度測定、電解液浸漬後折り曲げ試験、突刺試験、交流インピーダンス測定に付した。
<実施例11>
2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸(製品名:TBAS、MCCユニテック社製)20質量部とジビニルベンゼンスルホン酸ナトリウム(製品名:DVBS、東ソー有機化学社製)0.3質量部、イオン交換水54.6質量部を容器に入れ攪拌した。更に、アクアリックGH003(日本触媒社製、アクリル酸スルホン酸系モノマー共重合体の46質量%水溶液、重量平均分子量:11,000)を10.9質量部加え、攪拌した。この溶液に重合開始剤としてOmnirad 1173(BASF・ジャパン社製)0.10質量部を加え、攪拌することでハイドロゲル前駆体を調製した。このハイドロゲル前駆体を使用すること以外は実施例10と同様にして2mm厚のシート状のハイドロゲルを作製した。作製したハイドロゲルを膨潤度測定、電解液浸漬後折り曲げ試験、突刺試験、交流インピーダンス測定に付した。
<Example 10>
20 parts by mass of 2-acrylamide-2-methylpropanesulfonic acid (product name: TBAS, manufactured by MCC Unitech) and 0.3 parts by mass of sodium divinylbenzenesulfonate (product name: DVBS, manufactured by Tosoh Organic Chemicals), ion exchange 68.7 parts by mass of water was put in a container and stirred. Further, 10.9 parts by mass of Aquaric GH001 (46% by mass aqueous solution of acrylic acid sulfonic acid-based monomer copolymer, weight average molecular weight: 11,000, manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd.) was added and stirred. 0.10 parts by mass of Omnirad 1173 (manufactured by BASF Japan) as a polymerization initiator was added to this solution, and the mixture was stirred to prepare a hydrogel precursor. A 2 mm-thick sheet-like hydrogel was prepared in the same manner as in Example 1 except that this hydrogel precursor was used. The prepared hydrogel was subjected to a swelling degree measurement, a bending test after immersion in an electrolytic solution, a piercing test, and an AC impedance measurement.
<Example 11>
20 parts by mass of 2-acrylamide-2-methylpropanesulfonic acid (product name: TBAS, manufactured by MCC Unitech) and 0.3 parts by mass of sodium divinylbenzenesulfonate (product name: DVBS, manufactured by Tosoh Organic Chemicals), ion exchange 54.6 parts by mass of water was put in a container and stirred. Further, 10.9 parts by mass of Aquaric GH003 (46 mass% aqueous solution of acrylic acid sulfonic acid-based monomer copolymer, weight average molecular weight: 11,000, manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd.) was added and stirred. 0.10 parts by mass of Omnirad 1173 (manufactured by BASF Japan) as a polymerization initiator was added to this solution, and the mixture was stirred to prepare a hydrogel precursor. A sheet-like hydrogel having a thickness of 2 mm was produced in the same manner as in Example 10 except that this hydrogel precursor was used. The prepared hydrogel was subjected to a swelling degree measurement, a bending test after immersion in an electrolytic solution, a piercing test, and an AC impedance measurement.
<実施例12>
2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸(製品名:TBAS、MCCユニテック社製)20質量部とジビニルベンゼンスルホン酸ナトリウム(製品名:DVBS、東ソー有機化学社製)0.3質量部、イオン交換水54.6質量部を容器に入れ攪拌した。更に、アクアリックGL234(日本触媒社製、アクリル酸スルホン酸系モノマー共重合体Naの46質量%水溶液、重量平均分子量:140,000)を10.9質量部加え、攪拌した。この溶液に重合開始剤としてOmnirad 1173(BASF・ジャパン社製)0.10質量部を加え、攪拌することでハイドロゲル前駆体を調製した。このハイドロゲル前駆体を使用すること以外は実施例10と同様にして2mm厚のシート状のハイドロゲルを作製した。作製したハイドロゲルを膨潤度測定、電解液浸漬後折り曲げ試験、突刺試験、交流インピーダンス測定に付した。
<実施例13>
2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸(製品名:TBAS、MCCユニテック社製)20質量部とジビニルベンゼンスルホン酸ナトリウム(製品名:DVBS、東ソー有機化学社製)0.3質量部、イオン交換水54.6質量部を容器に入れ攪拌した。更に、アクアリックGL366(日本触媒社製、アクリル酸スルホン酸系モノマー共重合体Naの46質量%水溶液、重量平均分子量:6,000)を10.9質量部加え、攪拌した。この溶液に重合開始剤としてOmnirad 1173(BASF・ジャパン社製)0.10質量部を加え、攪拌することでハイドロゲル前駆体を調製した。このハイドロゲル前駆体を使用すること以外は実施例10と同様にして2mm厚のシート状のハイドロゲルを作製した。作製したハイドロゲルを膨潤度測定、電解液浸漬後折り曲げ試験、突刺試験、交流インピーダンス測定に付した。
<Example 12>
20 parts by mass of 2-acrylamide-2-methylpropanesulfonic acid (product name: TBAS, manufactured by MCC Unitech) and 0.3 parts by mass of sodium divinylbenzenesulfonate (product name: DVBS, manufactured by Tosoh Organic Chemicals), ion exchange 54.6 parts by mass of water was put in a container and stirred. Further, 10.9 parts by mass of Aqualic GL234 (46% by mass aqueous solution of acrylic acid sulfonic acid-based monomer copolymer Na, manufactured by Nippon Shokubai Co., weight average molecular weight: 140,000) was added and stirred. 0.10 parts by mass of Omnirad 1173 (manufactured by BASF Japan) as a polymerization initiator was added to this solution, and the mixture was stirred to prepare a hydrogel precursor. A sheet-like hydrogel having a thickness of 2 mm was produced in the same manner as in Example 10 except that this hydrogel precursor was used. The prepared hydrogel was subjected to a swelling degree measurement, a bending test after immersion in an electrolytic solution, a piercing test, and an AC impedance measurement.
<Example 13>
20 parts by mass of 2-acrylamide-2-methylpropanesulfonic acid (product name: TBAS, manufactured by MCC Unitech) and 0.3 parts by mass of sodium divinylbenzenesulfonate (product name: DVBS, manufactured by Tosoh Organic Chemicals), ion exchange 54.6 parts by mass of water was put in a container and stirred. Further, 10.9 parts by mass of Aqualic GL366 (manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd., 46 mass% aqueous solution of acrylic acid sulfonic acid-based monomer copolymer Na, weight average molecular weight: 6,000) was added and stirred. 0.10 parts by mass of Omnirad 1173 (manufactured by BASF Japan) as a polymerization initiator was added to this solution, and the mixture was stirred to prepare a hydrogel precursor. A sheet-like hydrogel having a thickness of 2 mm was produced in the same manner as in Example 10 except that this hydrogel precursor was used. The prepared hydrogel was subjected to a swelling degree measurement, a bending test after immersion in an electrolytic solution, a piercing test, and an AC impedance measurement.
<比較例1>
2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸(製品名:TBAS、MCCユニテック社製)20質量部、ジビニルベンゼンスルホン酸ナトリウム(製品名:DVBS、東ソー有機化学社製)0.3質量部、イオン交換水79.6質量部を容器に入れ攪拌した。この溶液に重合開始剤としてOmnirad 1173(BASF・ジャパン社製)0.1質量部を加え、攪拌することでハイドロゲル前駆体を調製した。このハイドロゲル前駆体を使用すること以外は実施例1と同様にして2mm厚のシート状のハイドロゲルを作製した。作製したハイドロゲルを膨潤度測定、電解液浸漬後折り曲げ試験、突刺試験、交流インピーダンス測定に付した。
<比較例2>
アクリル酸(日本触媒社製)20質量部とジビニルベンゼンスルホン酸ナトリウム(製品名:DVBS、東ソー有機化学社製)0.3質量部、イオン交換水79.5質量部を容器に入れ攪拌した。この溶液に重合開始剤としてOmnirad 1173(BASF・ジャパン社製)0.20質量部を加え、攪拌することでハイドロゲル前駆体を調製した。このハイドロゲル前駆体を使用すること以外は実施例1と同様にして2mm厚のシート状のハイドロゲルを作製した。作製したハイドロゲルを膨潤度測定、電解液浸漬後折り曲げ試験、突刺試験、交流インピーダンス測定に付した。
<Comparative Example 1>
20 parts by mass of 2-acrylamide-2-methylpropanesulfonic acid (product name: TBAS, manufactured by MCC Unitech), 0.3 parts by mass of sodium divinylbenzenesulfonate (product name: DVBS, manufactured by Tosoh Organic Chemicals), ion exchange 79.6 parts by mass of water was put in a container and stirred. To this solution was added 0.1 part by mass of Omnirad 1173 (manufactured by BASF Japan) as a polymerization initiator, and the mixture was stirred to prepare a hydrogel precursor. A 2 mm-thick sheet-like hydrogel was prepared in the same manner as in Example 1 except that this hydrogel precursor was used. The prepared hydrogel was subjected to a swelling degree measurement, a bending test after immersion in an electrolytic solution, a piercing test, and an AC impedance measurement.
<Comparative Example 2>
20 parts by mass of acrylic acid (manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd.), 0.3 parts by mass of sodium divinylbenzenesulfonate (product name: DVBS, manufactured by Tosoh Organic Chemicals, Inc.), and 79.5 parts by mass of ion-exchanged water were put in a container and stirred. To this solution was added 0.20 parts by mass of Omnirad 1173 (manufactured by BASF Japan) as a polymerization initiator, and the mixture was stirred to prepare a hydrogel precursor. A 2 mm-thick sheet-like hydrogel was prepared in the same manner as in Example 1 except that this hydrogel precursor was used. The prepared hydrogel was subjected to a swelling degree measurement, a bending test after immersion in an electrolytic solution, a piercing test, and an AC impedance measurement.
<比較例3>
2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸(製品名:TBAS、MCCユニテック社製)5質量部とジビニルベンゼンスルホン酸ナトリウム(製品名:DVBS、東ソー有機化学社製)0.3質量部、イオン交換水79.5質量部を容器に入れ攪拌した。更にアクリル酸(日本触媒社製)15質量部を加え、攪拌した。この溶液に重合開始剤としてOmnirad 1173(BASF・ジャパン社製)0.2質量部を加え、攪拌することでハイドロゲル前駆体を調製した。このハイドロゲル前駆体を使用すること以外は実施例1と同様にして2mm厚のシート状のハイドロゲルを作製した。作製したハイドロゲルを膨潤度測定、電解液浸漬後折り曲げ試験、突刺試験、交流インピーダンス測定に付した。
<比較例4>
2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸(製品名:TBAS、MCCユニテック社製)15質量部とジビニルベンゼンスルホン酸ナトリウム(製品名:DVBS、東ソー有機化学社製)0.3質量部、イオン交換水79.4質量部を容器に入れ攪拌した。更にアクリル酸(日本触媒社製)5質量部を加え、攪拌した。この溶液に重合開始剤としてOmnirad 1173(BASF・ジャパン社製)0.1質量部を加え、攪拌することでハイドロゲル前駆体を調製した。このハイドロゲル前駆体を使用すること以外は実施例1と同様にして2mm厚のシート状のハイドロゲルを作製した。作製したハイドロゲルを膨潤度測定、電解液浸漬後折り曲げ試験、突刺試験、交流インピーダンス測定に付した。
<Comparative Example 3>
5 parts by mass of 2-acrylamide-2-methylpropanesulfonic acid (product name: TBAS, manufactured by MCC Unitech) and 0.3 parts by mass of sodium divinylbenzenesulfonate (product name: DVBS, manufactured by Tosoh Organic Chemicals), ion exchange 79.5 parts by mass of water was put in a container and stirred. Further, 15 parts by mass of acrylic acid (manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd.) was added and stirred. To this solution was added 0.2 parts by mass of Omnirad 1173 (manufactured by BASF Japan) as a polymerization initiator, and the mixture was stirred to prepare a hydrogel precursor. A 2 mm-thick sheet-like hydrogel was prepared in the same manner as in Example 1 except that this hydrogel precursor was used. The prepared hydrogel was subjected to a swelling degree measurement, a bending test after immersion in an electrolytic solution, a piercing test, and an AC impedance measurement.
<Comparative Example 4>
15 parts by mass of 2-acrylamide-2-methylpropanesulfonic acid (product name: TBAS, manufactured by MCC Unitech) and 0.3 parts by mass of sodium divinylbenzenesulfonate (product name: DVBS, manufactured by Tosoh Organic Chemicals), ion exchange 79.4 parts by mass of water was put in a container and stirred. Further, 5 parts by mass of acrylic acid (manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd.) was added and stirred. To this solution was added 0.1 part by mass of Omnirad 1173 (manufactured by BASF Japan) as a polymerization initiator, and the mixture was stirred to prepare a hydrogel precursor. A 2 mm-thick sheet-like hydrogel was prepared in the same manner as in Example 1 except that this hydrogel precursor was used. The prepared hydrogel was subjected to a swelling degree measurement, a bending test after immersion in an electrolytic solution, a piercing test, and an AC impedance measurement.
<比較例5>
2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸(製品名:TBAS、MCCユニテック社製)10質量部とジビニルベンゼンスルホン酸ナトリウム(製品名:DVBS、東ソー有機化学社製)0.3質量部、イオン交換水54.6質量部を容器に入れ攪拌した。更に、ジュリマーAC−10LP(東亞合成社製、ポリアクリル酸、重量平均分子量:20,000)の20質量%水溶液を50質量部加え、攪拌した後、アクリル酸(日本触媒社製)10質量部を加え、攪拌した。この溶液に重合開始剤としてOmnirad 1173(BASF・ジャパン社製)0.10質量部を加え、攪拌することでハイドロゲル前駆体を調製した。このハイドロゲル前駆体を使用すること以外は実施例1と同様にして2mm厚のシート状のハイドロゲルを作製した。作製したハイドロゲルを膨潤度測定、電解液浸漬後折り曲げ試験、突刺試験、交流インピーダンス測定に付した。
<比較例6>
2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸(製品名:TBAS、MCCユニテック社製)20質量部とジビニルベンゼンスルホン酸ナトリウム(製品名:DVBS、東ソー有機化学社製)0.3質量部、ジュリマーAC−10LP(東亞合成社製、ポリアクリル酸、重量平均分子量:20,000)の25質量%水溶液を80質量部加え、攪拌した。この溶液に重合開始剤としてOmnirad 1173(BASF・ジャパン社製)0.10質量部を加え、攪拌することでハイドロゲル前駆体を調製した。このハイドロゲル前駆体を使用すること以外は実施例1と同様にして2mm厚のシート状のハイドロゲルを作製した。作製したハイドロゲルを膨潤度測定、電解液浸漬後折り曲げ試験、突刺試験、交流インピーダンス測定を行った。
実施例及び比較例の結果を表1〜3に示す。
<Comparative Example 5>
10 parts by mass of 2-acrylamide-2-methylpropanesulfonic acid (product name: TBAS, manufactured by MCC Unitech) and 0.3 parts by mass of sodium divinylbenzenesulfonate (product name: DVBS, manufactured by Tosoh Organic Chemicals), ion exchange 54.6 parts by mass of water was put in a container and stirred. Further, 50 parts by mass of a 20% by mass aqueous solution of Julimer AC-10LP (manufactured by Toagosei Co., Ltd., polyacrylic acid, weight-average molecular weight: 20,000) was added, and the mixture was stirred, followed by 10 parts by mass of acrylic acid (manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd.). Was added and stirred. 0.10 parts by mass of Omnirad 1173 (manufactured by BASF Japan) as a polymerization initiator was added to this solution, and the mixture was stirred to prepare a hydrogel precursor. A 2 mm-thick sheet-like hydrogel was prepared in the same manner as in Example 1 except that this hydrogel precursor was used. The prepared hydrogel was subjected to a swelling degree measurement, a bending test after immersion in an electrolytic solution, a piercing test, and an AC impedance measurement.
<Comparative Example 6>
20 parts by mass of 2-acrylamide-2-methylpropanesulfonic acid (product name: TBAS, manufactured by MCC Unitech), 0.3 parts by mass of sodium divinylbenzenesulfonate (product name: DVBS, manufactured by Tosoh Organic Chemicals), Julimer AC 80 parts by mass of a 25% by mass aqueous solution of -10 LP (manufactured by Toagosei Co., Ltd., polyacrylic acid, weight average molecular weight: 20,000) was added and stirred. 0.10 parts by mass of Omnirad 1173 (manufactured by BASF Japan) as a polymerization initiator was added to this solution, and the mixture was stirred to prepare a hydrogel precursor. A 2 mm-thick sheet-like hydrogel was prepared in the same manner as in Example 1 except that this hydrogel precursor was used. The swelling degree of the produced hydrogel, a bending test after immersion in an electrolytic solution, a piercing test, and an AC impedance measurement were performed.
Tables 1 to 3 show the results of Examples and Comparative Examples.
表1〜3から、特定の重量平均分子量のポリアクリル酸系重合体を含むことで、高濃度の水系電解液の環境下でも柔軟性と高い機械強度を有するハイドロゲルを提供できることが分かる。
なお、実施例1〜13で使用したポリアクリル酸系重合体の吸光度及び吸光度比を表4に記載する。
From Tables 1 to 3, it can be seen that by including a polyacrylic acid-based polymer having a specific weight average molecular weight, a hydrogel having flexibility and high mechanical strength can be provided even in an environment of a high-concentration aqueous electrolyte solution.
Table 4 shows the absorbance and the absorbance ratio of the polyacrylic acid polymers used in Examples 1 to 13.
Claims (9)
前記ポリアクリル酸系重合体が、3,000〜2,000,000の重量平均分子量を有し、
前記高分子マトリックスは、エチレン性不飽和基を有する単官能性モノマーと2〜6個のエチレン性不飽和基を有する多官能性モノマーとの共重合体とを含み、
前記エチレン性不飽和基を有する単官能性モノマーが、スルホン基とリン酸基とから選択される少なくとも1つの基と1個のエチレン性不飽和基を有する単官能性モノマーAを含み、
単官能性モノマーA由来の成分とポリアクリル酸系重合体とが100:2.5〜90の質量比でハイドロゲル中に存在し、
前記水、ポリアクリル酸系重合体及び高分子マトリックスが、前記ハイドロゲル100質量部中に、それぞれ、21〜89.5質量部、0.5〜19質量部及び10〜60質量部含まれることを特徴とするアルカリ電池用ハイドロゲル。 A hydrogel comprising water, a polyacrylic acid polymer, and a polymer matrix,
The polyacrylic acid-based polymer has a weight average molecular weight of 3,000 to 2,000,000,
The polymer matrix includes a monofunctional monomer having an ethylenically unsaturated group and a copolymer of a polyfunctional monomer having 2 to 6 ethylenically unsaturated groups,
The monofunctional monomer having an ethylenically unsaturated group includes a monofunctional monomer A having at least one group selected from a sulfone group and a phosphate group and one ethylenically unsaturated group,
A component derived from the monofunctional monomer A and the polyacrylic acid-based polymer are present in the hydrogel in a mass ratio of 100: 2.5 to 90,
The water, the polyacrylic acid-based polymer and the polymer matrix are contained in 21 to 89.5 parts by mass, 0.5 to 19 parts by mass, and 10 to 60 parts by mass, respectively, in 100 parts by mass of the hydrogel. A hydrogel for an alkaline battery.
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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