JPS6043857B2 - Manufacturing method of cation exchange membrane - Google Patents
Manufacturing method of cation exchange membraneInfo
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- JPS6043857B2 JPS6043857B2 JP53066661A JP6666178A JPS6043857B2 JP S6043857 B2 JPS6043857 B2 JP S6043857B2 JP 53066661 A JP53066661 A JP 53066661A JP 6666178 A JP6666178 A JP 6666178A JP S6043857 B2 JPS6043857 B2 JP S6043857B2
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、一方の面にのみ酸ハライド基を有する陽イオ
ン交換膜の製造方法に関し、詳しくは酸ハライド基が統
計的に均一に分布して存在する高 魯−ー3一■■■・
・−i−一■−j、ッ ;暮導■■’■−・ 一 ′
1゛ −tf4ナ実質的に陽イオン交換基に変換したの
ちに他面に存在する酸ハライド基を酸アミド基に変換し
、更に膜内に残存する酸ハライド基を陽イオン交換膜に
変換する陽イオン交換膜の製造方法に係る。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method for producing a cation exchange membrane having acid halide groups only on one side, and more specifically, a method for producing a cation exchange membrane having acid halide groups on only one side. 31■■■・
・−i−1■−j, っ っ く GRE■■'■−・ 1 ′
1゛-tf4 is substantially converted into a cation exchange group, and then the acid halide group present on the other side is converted into an acid amide group, and the acid halide group remaining in the membrane is further converted into a cation exchange membrane. This invention relates to a method for producing a cation exchange membrane.
従来、イオン交換膜を用いる電気透析法により、塩、酸
、塩基の濃縮、除去、分離或は塩の複分解等を行うこと
は知られている。特に陽イオン交換膜と陰イオン交換膜
を交互に配した電気透析槽を用いた海水濃縮製塩におい
ては、陽イオン交換膜として、ナトリウムイオンを選択
的に透過する性質を有し、且つこの性能が半永久的に持
続し、同時に他の電気化学的性能も高いことが要求され
る。このような諸要求を満足させるために、これまで数
多くの試みがなされてきた。BACKGROUND ART Conventionally, it has been known to perform concentration, removal, and separation of salts, acids, and bases, or double decomposition of salts, etc., by electrodialysis using an ion exchange membrane. In particular, in seawater concentrated salt production using an electrodialysis tank with alternating cation exchange membranes and anion exchange membranes, the cation exchange membrane has the property of selectively permeating sodium ions, and this performance is It is required to last semi-permanently and at the same time have other high electrochemical properties. Many attempts have been made to satisfy these various demands.
例えば陽イオン交換膜の表面に、疎水性の比較的電気抵
抗の高い薄層を形成させる方法(特公昭36−3164
号公報)、陽イオン交換膜の表面に脱スルホン化したス
ルホン化ゴムを形成させる方法(特公昭32一J541
6号公報)、陽イオン交換膜の表面に陽イオン交換基を
有し、且つ橋かけの高度に発達した縮合型樹脂を薄く塗
布付着する方法(特公昭36−4210号公報)、陽イ
オン交換膜の表面にアミノ基又はヒドロキシル基を有す
るベンゼン誘導体とアルデ・ヒトとの反応縮合物を形成
させる方法(特公昭38−6647号公報)、分子量1
00以上の陽イオンとなりうる官能基を有する物質を陽
イオン交換膜面上に均一に存在させる方法(特公昭46
−23607号公報)、陽イオン交換膜の表面に光のエ
ネルギーを利用して、陽イオン性、中性、架橋密な薄層
を形成させる方法(特公昭47−383m号公報)、陽
イオン交換膜の表層部に酸アミド結合を形成させる方法
(特公昭46−4208鏝公報)など数多くの方法があ
る。これらの方法のなかには、既に工業的に実施されて
いるものもある。しかしながら、必ずしも満足のいくも
のではなかつた。我々は更に研究を重ねた結果、陽・イ
オン交換膜の表層部に陽イオン性の薄層を形成させる方
法が、ナトリウムイオンのような低電荷のイオンを選択
的に透過させるのに最良であり、この陽イオン性の薄層
は共有結合性の結合によつて陽イオン交換膜に結合され
ていることが好ましく、且つ結合に与る陽イオン交換膜
母体に存在する官能基は陽イオン交換基に容易に変換し
うる酸ハライド基が望ましいという知見を得た。For example, a method of forming a thin hydrophobic layer with relatively high electrical resistance on the surface of a cation exchange membrane (Japanese Patent Publication No. 36-3164
(Japanese Patent Publication No. 32-1 J541), a method for forming a desulfonated sulfonated rubber on the surface of a cation exchange membrane
(Japanese Patent Publication No. 36-4210), method of thinly coating and adhering a condensed resin having cation exchange groups and highly developed cross-linking on the surface of a cation exchange membrane (Japanese Patent Publication No. 36-4210), cation exchange A method of forming a reaction condensate between a benzene derivative having an amino group or a hydroxyl group on the surface of a membrane and an aldehyde (Japanese Patent Publication No. 38-6647), molecular weight 1
A method in which a substance having a functional group capable of forming a 00 or more cation is uniformly present on the surface of a cation exchange membrane (Japanese Patent Publication No. 46
-23607), a method of forming a cationic, neutral, densely crosslinked thin layer on the surface of a cation exchange membrane using light energy (Japanese Patent Publication No. 1983-383), cation exchange There are many methods, including a method of forming acid amide bonds in the surface layer of the membrane (Japanese Patent Publication No. 46-4208). Some of these methods have already been implemented industrially. However, it was not always satisfactory. As a result of further research, we found that forming a thin cationic layer on the surface of a cation/ion exchange membrane is the best method for selectively permeating low-charge ions such as sodium ions. Preferably, this cationic thin layer is bonded to the cation exchange membrane by a covalent bond, and the functional group present in the cation exchange membrane matrix participating in the bond is a cation exchange group. It was found that an acid halide group that can be easily converted into is desirable.
本発明者等は更にこの観点に立つて種々検討を行つたと
ころ極めて不可解な現象のあることに気付いた。The inventors of the present invention further conducted various studies from this point of view and found that there was an extremely incomprehensible phenomenon.
即ち、例えば特公昭46−42082号公報その他に記
載されている如く、陽イオン交換膜の表面にのみ酸アミ
ド結合を形成させたものであつても、酸アミド結合の存
在しない陽イオン交換膜に近い電気抵抗を示す場合があ
り、またそれとは逆に極めて高い電気抵抗となる場合が
ある。そこでこのような差の生ずる原因について更に研
究を重ねた結果、膜のわずかな処理条件の相違によつて
、著じるしい差を生ずることが解つた。このように製品
である陽イオン交換膜の性能の安定性を欠くことは、工
業的に不利でありより安定な処理方法が確立されること
が望まれる。そこで本発明者等は鋭意研究の結果、製品
の性j能が極めて高く、しかも製造条件によるバラツキ
の少ない極めて安定性の高い陽イオン交換膜の製造方法
を提案するに至つた。That is, for example, as described in Japanese Patent Publication No. 46-42082 and others, even if acid amide bonds are formed only on the surface of a cation exchange membrane, the cation exchange membrane without acid amide bonds may be In some cases, the electrical resistance is close to that of the other, and in other cases, the electrical resistance is extremely high. As a result of further research into the causes of such differences, it was discovered that slight differences in membrane processing conditions can cause significant differences. This lack of stability in the performance of the cation exchange membrane product is an industrial disadvantage, and it is desired that a more stable treatment method be established. As a result of intensive research, the inventors of the present invention have proposed a method for producing a highly stable cation exchange membrane that has extremely high product performance and little variation due to production conditions.
即ち、本発明は酸ハライド基が統計的に均一に分布して
存在する高分子膜状物の一方の面をアル・カリ溶液と接
触せしめて酸ハライド基を実質的に加水分解し、次いで
該膜状物を第1級又は(及び)第2級アミノ化合物溶液
で反応した後、更にアルカリ溶液中に浸漬して膜内に残
存する酸ハライド基を加水分解することを特徴とする一
方の面のみ酸アミド基を有する陽イオン交換膜の製造方
法である。That is, in the present invention, one surface of a polymer membrane in which acid halide groups exist in a statistically uniform distribution is brought into contact with an alkali solution to substantially hydrolyze the acid halide groups, and then the acid halide groups are hydrolyzed. One aspect is characterized in that after reacting the membrane-like material with a primary or (and) secondary amino compound solution, it is further immersed in an alkaline solution to hydrolyze the acid halide groups remaining in the membrane. This is a method for producing a cation exchange membrane having only acid amide groups.
このように陽イオン交換膜の片面のみに酸アミド結合を
形成させた陽イオン交換膜は、特開昭50−974n号
公報において既に概念的には公知である。A cation exchange membrane in which an acid amide bond is formed only on one side of the cation exchange membrane is already conceptually known in Japanese Patent Application Laid-Open No. 50-974N.
即ち該公報の記載例によれば、スルホニルハライド酸を
有する高分子膜状物の片面にポリアミンを反応させた後
、スルホニルハライド基を加水ノ分解するものである。
このような方法によつても酸アミド結合の膜の片面に有
する陽イオン交換膜を作ることも可能であるが、一般に
酸ハライド基とアミノ化合物、特にポリアミノ化合物と
の反応は極めて遅く、反応に長時間を要し、そのために
.低分子量のアミノ化合物を用いた時などに酸アミド結
合のプロードな層が形成され、これが場合によつてはつ
いには膜の裏面にまて及ふことがある。また高分子量の
アミノ化合物についても、小さい分子から大きな分子を
含めた集合体てあるため程度の差はあるがほぼ同様のこ
とが言える。このような膜は強いアルカリ性雰囲気て陽
イオン交換膜を用いる場合には特に支障はないが、海水
、地下かん水のような中性塩の電気透析に用いる楊合に
は、アミド基が存在する層が厚いため、アミド基を有す
る層を被脱塩液に向けて用いるとき、中性攪乱現象、膜
の電気抵抗の急増を招く。更に膜の裏面にアミド基が存
在すると、陽イオン交換膜特有の性質てある陰イオンを
ドナン排除する能力が低下し、ひいては電流効率の低下
をきたすことになる。従つて、このような中性攪乱現象
、膜の電気抵抗の急増、膜の電流効率の低下を避けるた
めには、膜の裏面に酸アミド結合が実質上形成され難い
条件で反応せしめることが必要である。このような膜を
安定して得る具体的手段として、本発明は酸ハライド基
を有する陽イオン交換膜母体の一方の面に極めて反対速
度の速い酸ハライド基の加水分解反応を実施して膜の一
方の面に存在する酸ハライド基を実質的に陽イオン交換
膜に変換した後に、膜状物のもう一方の面に酸アミド結
合を形成せしめ更に再度加水分解を行うことにより極め
て優れた電気化学的性能を有し、且つ電荷の小なるイオ
ンを選択的に透過する陽イオン交換膜を極めて容易に工
業的に製造することが可能になつたのである。以下本発
明の内容を具体的に説明すると、本発明においては、酸
ハライド基を有する陽イオン交換膜の処理手段、特にそ
の順序が重要である。That is, according to the example described in the publication, one side of a polymer film having a sulfonyl halide acid is reacted with a polyamine, and then the sulfonyl halide group is hydrolyzed.
Although it is possible to produce a cation exchange membrane having an acid amide bond on one side of the membrane using this method, the reaction between acid halide groups and amino compounds, especially polyamino compounds, is generally extremely slow, and the reaction is slow. It takes a long time and that's why. When a low molecular weight amino compound is used, a thick layer of acid amide bonds is formed, and in some cases this may eventually extend to the back side of the membrane. The same can be said about high molecular weight amino compounds, although there are differences in degree since they are aggregates that include small to large molecules. There are no particular problems with this kind of membrane when using a cation exchange membrane in a strong alkaline atmosphere, but when using a cation exchange membrane for electrodialysis of neutral salts such as seawater or underground brine, a layer containing amide groups may be used. Because of the thick layer, when the layer containing amide groups is used for the liquid to be demineralized, it causes a neutral disturbance phenomenon and a rapid increase in the electrical resistance of the membrane. Furthermore, the presence of amide groups on the back surface of the membrane reduces the ability of cation exchange membranes to exclude anions, which is a characteristic characteristic of cation exchange membranes, resulting in a decrease in current efficiency. Therefore, in order to avoid such a neutral disturbance phenomenon, a rapid increase in the electrical resistance of the membrane, and a decrease in the current efficiency of the membrane, it is necessary to carry out the reaction under conditions that substantially prevent the formation of acid amide bonds on the back surface of the membrane. It is. As a specific means for stably obtaining such a membrane, the present invention involves carrying out a hydrolysis reaction of the acid halide group at an extremely high rate on one side of the cation exchange membrane matrix having the acid halide group to form the membrane. After essentially converting the acid halide groups present on one surface into a cation exchange membrane, an acid amide bond is formed on the other surface of the membrane and further hydrolysis is performed again, resulting in extremely excellent electrochemistry. It has now become possible to industrially produce a cation exchange membrane that has excellent performance and selectively transmits ions with a small charge. The content of the present invention will be explained in detail below. In the present invention, the means for treating the cation exchange membrane having acid halide groups, especially the order thereof, are important.
先す膜母体の片面のみをアルカリ溶液を用いて加水分解
処理して陽イオン交換基に変換し(以下、前段■程とも
言う)、次いで他面に酸アミド結合を施して選択化層と
する(以下、後段工程という)。このような順序を踏む
ことによつて極めて優れた電気化学的性質を有する陽イ
オン交換膜が効率的に製造できるのである。この理由は
前段工程の加水分解反応速度は非常に速く、加水分解さ
れる層の厚みはアルカリ溶液の拡散によつて律速される
ため、適切なアルカリ処理条件(濃度、温度、時間等)
を選へばアルカリ溶液が膜内を拡散して反対側の表層部
まで達することがなく、従つて反対側の表裏部の酸ハラ
イド基は安定に存在すること、および一旦前段工程て変
換された陽イオン交換膜は反応時間の長い後段工程の処
理剤てある第1級又は(及ひ)第2級アミノ化合物に対
して不活性であるため、選択性−を左右する後段工程が
容易に行えるからである。First, only one side of the membrane matrix is hydrolyzed using an alkaline solution to convert it into a cation exchange group (hereinafter also referred to as the first stage), and then an acid amide bond is applied to the other side to form a selective layer. (hereinafter referred to as the subsequent process). By following this sequence, a cation exchange membrane with extremely excellent electrochemical properties can be efficiently produced. The reason for this is that the hydrolysis reaction rate in the first step is very fast, and the thickness of the hydrolyzed layer is rate-limited by the diffusion of the alkaline solution, so appropriate alkali treatment conditions (concentration, temperature, time, etc.)
If you choose , the alkaline solution will not diffuse through the membrane and reach the surface layer on the opposite side, and therefore the acid halide groups on the front and back sides of the opposite side will exist stably, and once converted in the previous step. Cation exchange membranes are inert to primary and/or secondary amino compounds that are used as processing agents in later steps that require longer reaction times, making it easier to perform later steps that affect selectivity. It is from.
即ち、アルカリ処理面(陽イオン交換基に変換された面
)を考慮することなく第1級又は(及び)第2級アミノ
化合物溶液中に浸漬する手段で、極めて容易に必要な面
だけ処理することが可能となるので作業しやすく効率的
であるという点があげられる。更に本発明にあつては、
再度アルカリ溶液によつて処理し、膜の内部に残存する
可能性の高い酸ハライド基を十分に加水分解することが
必要である。In other words, it is extremely easy to treat only the required surface by immersing it in a primary or (and) secondary amino compound solution without considering the alkali-treated surface (the surface converted to a cation exchange group). The point is that it is easy and efficient to work. Furthermore, in the present invention,
It is necessary to treat the membrane again with an alkaline solution to sufficiently hydrolyze the acid halide groups that are likely to remain inside the membrane.
このように二段に加水分解することは一見工業的に不利
であるかの如く思われるが、本発明の手順によつてのみ
極め安定した電気化学的性能の改質陽イオン交換膜が、
極めて容易に得られるという大きな利点がある。本発明
において使用される酸ハライド基が統計的に均一に分布
して存在する高分子膜状物の製造方法は特に限定されな
いが、一般には酸ハライド基を分子中に有する化合物を
一成分として、あるいは反応により酸ハライド基に変換
することができる化合物を一成分として高分子膜状物を
作つた後酸ハライド基を導入する方法、陽イオン交換膜
の交換基を反応により酸ハライドに変換する方法等が採
用される。At first glance, this two-stage hydrolysis seems to be disadvantageous from an industrial perspective, but only by the procedure of the present invention can a modified cation exchange membrane with extremely stable electrochemical performance be produced.
It has the great advantage of being extremely easy to obtain. The method for producing the polymer membrane in which the acid halide groups used in the present invention are present in a statistically uniform distribution is not particularly limited, but generally a compound having acid halide groups in the molecule is used as one component, Alternatively, a method in which an acid halide group is introduced after a polymer film is made using a compound that can be converted into an acid halide group through a reaction, or a method in which an exchange group in a cation exchange membrane is converted into an acid halide through a reaction. etc. will be adopted.
酸ハライド基を分子中に有する化合物としては、ビニル
スルホニルハライド類、スチレンスルホニルハライド類
、アリールスルホニルハライド類、パーフルオル3・6
ージオキサー4−メチルー7−オクテンスルホニルハラ
イド等のアルキルビニルスルホニルハライド類、アクリ
ル酸ハライド類、メタクリル酸ハライド類、ハロスルホ
ン化ポリエチレン、ハロスルホン化ポリスチレン、ハロ
スルホン化ポリフェニレン等があげられる。Examples of compounds having an acid halide group in the molecule include vinylsulfonyl halides, styrenesulfonyl halides, arylsulfonyl halides, perfluor 3 and 6
Examples include alkylvinylsulfonyl halides such as -dioxer-4-methyl-7-octensulfonyl halide, acrylic acid halides, methacrylic acid halides, halosulfonated polyethylene, halosulfonated polystyrene, and halosulfonated polyphenylene.
また、反応により酸ハライド基に変換することができる
化合物としては、スチレン、ビニルナフタレン、ビニル
トルエン、クロルスチレン、ハイドロキシルスチレン、
ポリスチレン、スチしノン−ブタジエンゴム、ポリフェ
ニレン等があり、これらの化合物を一成分として高分子
膜状物に成型後クロルスルホン酸等のハロスルホン酸に
よりハロスルホニル化し、酸ハライド基を有する陽イオ
ン交換膜母体とする。なお、ハロスルホニル化反応の際
希釈溶媒として硫酸、クロロホルム、四塩化炭素、1・
2ージクロルエタン等を使用することも可能てある。更
に陽イオン交換膜の交換基、即ちスルホン酸基、カルボ
ン酸基、リン酸基等を酸ハライド基とするには、三塩化
リン、五塩化リン、オキシ塩化リン、チオニルクロライ
ド等と反応させればよい。Compounds that can be converted into acid halide groups by reaction include styrene, vinylnaphthalene, vinyltoluene, chlorostyrene, hydroxylstyrene,
There are polystyrene, styrene non-butadiene rubber, polyphenylene, etc. These compounds are formed into a polymer membrane as one component and then halosulfonylated with a halosulfonic acid such as chlorosulfonic acid to produce a cation exchange membrane with acid halide groups. Make it the mother body. In addition, sulfuric acid, chloroform, carbon tetrachloride, 1.
It is also possible to use 2-dichloroethane or the like. Furthermore, in order to convert the exchange groups of the cation exchange membrane, ie, sulfonic acid groups, carboxylic acid groups, phosphoric acid groups, etc., into acid halide groups, it is necessary to react them with phosphorus trichloride, phosphorus pentachloride, phosphorus oxychloride, thionyl chloride, etc. Bye.
この際四塩化炭素、1・2ージクロルエタン、クロロホ
ルム等を使用してもよい。なお酸ハライド基として芳香
族環に結合している化合物の方が酸ハライド化合物の合
成が容易で・あり、且つ比較的温和な条件下て酸アミド
基を形成することができるので有利である。本発明にお
いては、先す酸ハライド基を有する高分子膜状物の片面
のみに陽イオン交換基を導入する必要がある。At this time, carbon tetrachloride, 1,2-dichloroethane, chloroform, etc. may be used. Note that compounds in which the acid halide group is bonded to an aromatic ring are advantageous because the acid halide compound can be easily synthesized and an acid amide group can be formed under relatively mild conditions. In the present invention, it is necessary to introduce a cation exchange group onto only one side of the polymer membrane having acid halide groups.
陽イオン交換基の導入は、中・性、酸性、アルカリ性溶
液と接触、加水分解することによつて簡単に行うことが
可能であるが、本発明にあつては加水分解速度の速いア
ルカリ溶液を用いることが必須である。高分子膜状物を
アルカリ溶液と接触させる方法)は膜の片面のみが接触
する態様であれば特に限定されない。Introduction of a cation exchange group can be easily carried out by contacting with a neutral, acidic, or alkaline solution and hydrolyzing it, but in the present invention, it is preferable to use an alkaline solution with a high hydrolysis rate. It is essential to use it. The method of bringing the polymer membrane into contact with an alkaline solution is not particularly limited as long as only one side of the membrane is brought into contact.
例えば膜を2枚合せて締付枠にセットし、ゴムパッキン
を用いて締付けた後アルカリ溶液に浸漬して外側面だけ
が接触する方法、膜の片面のみにアルカリ溶液を刷毛あ
るいはロールコーター等で塗布する方法、膜の片面のみ
にアルカリ溶液を噴霧する方法、膜の片面をアルカリ溶
液によつて濡れたあるいは覆われた固体表面と接触させ
る方法、アルカリ溶液面に膜の片面のみが接触するよう
に膜を浮かせ、下方のアルカリ溶液を攪拌する方法、膜
の片面上にアルカリ溶液を流下させ、他の面にアルカリ
溶液が回り込まないようにする方法等が採用される。こ
れら種々の方法のうち、工業的に容易にこの工程を遂行
するには、アルカリ溶液によつて濡れたあるいは覆われ
た固体表面と酸ハライド基を有する高分子膜状物とを接
触させる方法が容易に連続的に且つ均一に処理すること
ができるので最も好ましい。この態様の一例を図を用い
て説明する。第1図は概略説明図であり、第2図はその
平面図である。For example, two membranes are placed together in a tightening frame, tightened using rubber gaskets, and then immersed in an alkaline solution so that only the outer surfaces contact, or by applying an alkaline solution to only one side of the membrane with a brush or roll coater. by spraying the alkaline solution onto only one side of the membrane; by bringing one side of the membrane into contact with a solid surface wetted or covered by the alkaline solution; by placing only one side of the membrane in contact with the alkaline solution surface; Methods such as floating the membrane and stirring the alkaline solution below, or allowing the alkaline solution to flow down on one side of the membrane to prevent it from getting around to the other side, etc., are employed. Among these various methods, a method in which the solid surface wetted or covered with an alkaline solution is brought into contact with a polymer film having an acid halide group is the easiest way to carry out this step industrially. This is most preferred because it can be easily processed continuously and uniformly. An example of this aspect will be explained using figures. FIG. 1 is a schematic explanatory diagram, and FIG. 2 is a plan view thereof.
図中1は酸ハライド基を有する高分子膜状物であつて、
支持送りローラー2に乗せられている。3は上面にのみ
多数の孔4を有する容器であつて、タンク5に入れたア
ルカリ溶液をポンプ6を用いて容器3の孔4から溢流さ
せる。In the figure, 1 is a polymer film-like material having an acid halide group,
It is placed on a support feed roller 2. 3 is a container having a large number of holes 4 only on its upper surface, and the alkaline solution contained in the tank 5 is made to overflow from the holes 4 of the container 3 using a pump 6.
このようにすることによつて、容器3の表面は均一にア
ルカリ溶液で濡れるかあるいは覆われた状態となり、高
分子膜状物1の下面と接触する。この方法において支持
送りローラー2を一定速度で回転させれば連続処理が可
能となる。また処理容器3の幅は高分子膜状物よりも若
干短い方がアルカリ溶液が飛散して他方の面に浸入する
ことがないので好ましい。なお接触させる処理容器3の
長さは任意であるが、通常10C7nから2m.までの
長さが場所を必要とせず好ましい。高分子膜状物の一方
の面の酸ハライド基を実質的に加水分解し陽イオン交換
基の導入に使用されるアルカリ溶液は、水酸化ナトリウ
ム、水酸化カリウム、水酸化リチウム、水酸化バリウム
等の水酸化物、トリメチルアミン、トリエチルアミン、
トリエタノールアミン、ピリジン等の第3級アミン類、
ベンジルトリメチルアンモニウムハイドロオキサイド、
テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド、テトラ
エチルアンモニウムハイドロオキサイド等の第4級アミ
ンの水酸化物、等のア・ルカリ成分を水、メタノール、
エタノール、プロピルアルコール、アセトン等の溶媒に
任意の割合で溶解させた溶液である。By doing so, the surface of the container 3 becomes uniformly wetted or covered with the alkaline solution, and comes into contact with the lower surface of the polymer film 1. In this method, continuous processing is possible by rotating the supporting and feeding roller 2 at a constant speed. Further, it is preferable that the width of the processing container 3 is slightly shorter than that of the polymer membrane material, since this prevents the alkaline solution from scattering and entering the other surface. The length of the processing container 3 to be brought into contact is arbitrary, but it is usually from 10C7n to 2m. It is preferable to use a length up to 100cm as it does not require space. The alkaline solution used to substantially hydrolyze the acid halide group on one side of the polymer membrane and introduce the cation exchange group is sodium hydroxide, potassium hydroxide, lithium hydroxide, barium hydroxide, etc. hydroxide, trimethylamine, triethylamine,
Tertiary amines such as triethanolamine and pyridine,
benzyltrimethylammonium hydroxide,
Alkali components such as quaternary amine hydroxides such as tetramethylammonium hydroxide and tetraethylammonium hydroxide are mixed with water, methanol,
It is a solution dissolved in a solvent such as ethanol, propyl alcohol, or acetone in an arbitrary ratio.
溶液中のアルカリ成分は0.1〜50%、好ましくは3
〜25%である。アルカリ溶液は5〜100℃の温度の
ものが通常用いられる。膜の片面とアルカリ溶液との接
触時間は、酸ハライド基を有する高分子膜状物の種類、
アルカリ溶液の組成、温度、接触方法によつて変わる。
アルカリ溶液の濃度、温度を高くまた接触時間を長くす
れば酸ハライド基が陽イオン交換基に変換される層の厚
みは大きくなる。The alkaline component in the solution is 0.1 to 50%, preferably 3
~25%. An alkaline solution having a temperature of 5 to 100°C is usually used. The contact time between one side of the membrane and the alkaline solution depends on the type of polymer membrane containing acid halide groups,
It varies depending on the composition of alkaline solution, temperature, and contact method.
If the concentration and temperature of the alkaline solution are increased and the contact time is increased, the thickness of the layer in which acid halide groups are converted to cation exchange groups will increase.
酸ハライド基を有する膜状物の厚みは有限てあり、もう
一方の面1の表層部まで酸ハライド基を陽イオン交換基
としない処理条件を選択しなければならない。従つて、
片面アルカリ溶液の処理時間は酸ハライド基を有する高
分子膜状物の種類、アルカリ溶液の組成、温度、接触方
法によつて変化するが、通常10秒から2時間の時間が
選ばれる。なお、連続的に片面アルカリ溶液処理を行う
には1分から2紛までの短時間が好ましい。このような
短い処理時間にするにはアルカリ金属水酸化物の濃度を
10〜40%、温度を20〜100℃にすることが好適
である。以上のようにして酸ハライド基を有する高分子
膜状物の片面のみの酸ハライド基を陽イオン交換基に交
換した後は、塩酸、硫酸、硝酸、リン酸等の酸性溶液に
膜を浸漬し、酸ハライド基の加水分解の進行を防止する
。次いで片面の酸ハライド基を陽イオン交換基とした高
分子膜状物は一般に水洗され、他面に残存する酸ハライ
ド基を酸アミド基に変換し、選択化層を形成する後段工
程に付される。The thickness of the membrane-like material having acid halide groups is limited, and treatment conditions must be selected so that the acid halide group does not become a cation exchange group up to the surface layer of the other side 1. Therefore,
The treatment time for one side of the alkaline solution varies depending on the type of polymer membrane having acid halide groups, the composition of the alkaline solution, the temperature, and the contact method, but is usually selected from 10 seconds to 2 hours. In addition, in order to continuously perform single-sided alkaline solution treatment, a short time of 1 minute to 2 powders is preferable. In order to obtain such a short treatment time, it is preferable that the concentration of the alkali metal hydroxide be 10 to 40% and the temperature be 20 to 100°C. After replacing the acid halide groups on only one side of the polymer film having acid halide groups with cation exchange groups as described above, the membrane is immersed in an acidic solution such as hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, or phosphoric acid. , prevents the progress of hydrolysis of acid halide groups. Next, the polymer membrane with acid halide groups on one side as cation exchange groups is generally washed with water, and then subjected to a later step in which the acid halide groups remaining on the other side are converted to acid amide groups to form a selective layer. Ru.
酸ハライド基を酸アミド基に変換するにはアミノ化合物
及びアミノ基を有する重合体が使用される。Amino compounds and polymers having amino groups are used to convert acid halide groups into acid amide groups.
具体的には、アミノ化合物及びアミノ基を有する重合体
は、少なくとも1ケの1級又は2級アミノ基を有するこ
とを必須とする。これらの化合物及び高分子体の例とし
ては、例えばアニリン、エチレンジアミン、ジエチレン
トリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラメチレン
ジアミン、テトラエチレンペンタミン、2−アミノピリ
ジン、3−アミノピリジン、4−アミノピリジン、ピペ
ラジン、エタノールアミン、ジエタノールアミン、バラ
−アミノサルチル酸またはそのナトリウム塩、メタ−ア
ミノサルチル酸またはそのナトリウム塩、アミノ酸類(
グルタミン酸またはナトリウム塩、ヒスチジン、バリン
、グリシン、オルニチン、チロシン、ロイシン、システ
イン、シスチン、アスパラギン、アスパラギン酸、アラ
ニン、セリン、ジエンコール酸、アミノ酪酸、トレオニ
ン、ノルバリン、メチオニン、ロイシン、イソロイシン
、シトルリン、フェニルアラニン、ジヨードチロシン、
チロキシン、ジオキシフェニルアラニン、ジプロムチロ
シン、プロリン、オキシプロリン、トリプトファン、ア
ルギニン、リジン、カナバニン、チオールヒスチジン等
のDL−、D−、L一型アミノ酸)、アミノナフチレン
スルホン酸類、アミノピコリン、アミノプテリン、アミ
ノキノリン類、アミノフェノール類、アミノメチルフェ
ノール類、アミノメチルチアゾール類、アミノ安息香酸
類、アミドール、アミノアセトフェノン、アミノベンゾ
フェノン、ビタミン八、八等の1級または2級のアミノ
基を有するビタミン類、イミノジ酢酸、2●4ジニトロ
フエニルヒドラジン、0−、m−、p−アミノ安息香酸
、o−、m−、p−アミノスチレ、エチレンイミン、o
−、m−、p−フェニレンジアミン、アルサニル酸、ジ
シアンジアミド、イソニコチン酸,ヒドラジド、フタル
イミド、フェニルグリシン、モノアルキルアミン、ジア
ルキルアミン、ビスマルクブラウン、オーラシンコンク
、マジエンタ、クリシデイン、クリスタル等のアミノ基
を有する染料類、ポリエチレンイミン、ポリビニルアミ
ン、ポリアミノスチレン、ポリビニルイミダゾール、さ
らに上述の化合物のうちで分子中に2個以上のアミノ基
を有する化合物の1部のアミノ基を、塩化メチル、塩化
エチル、臭化メチル、臭化エチル、沃化メチル、沃化エ
チル、ベンジルクロライド等のハロゲン化アルキル類、
ジメチル硫酸、エピクロルヒドリン等で部分的にアルキ
ル化したもの、ポリクロロメチルスチレン、エピクロル
ヒドリンゴム、クロロプレンゴム、エポキシ化ポリブタ
ジエン等をアンモニア及び1級アミンの1種以上例えば
メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、アニリ
ン、アリールアミン、ベンジルアミン等で部分的にアミ
ノ化した後トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリ
エタノールアミン、ピリジン等によつて4級アミノ化反
応を追加した化合物等である。これらの化合物のうち、
分子量50以上で分子内に1個以上1級または(及び)
2級アミンを有する化合物、例えばポリエチレンイミン
が特に好ましく使用される。Specifically, the amino compound and the polymer having an amino group must have at least one primary or secondary amino group. Examples of these compounds and polymers include aniline, ethylenediamine, diethylenetriamine, triethylenetetramine, tetramethylenediamine, tetraethylenepentamine, 2-aminopyridine, 3-aminopyridine, 4-aminopyridine, piperazine, and ethanol. Amines, diethanolamine, para-aminosalicylic acid or its sodium salt, meta-aminosalicylic acid or its sodium salt, amino acids (
Glutamic acid or sodium salt, histidine, valine, glycine, ornithine, tyrosine, leucine, cysteine, cystine, asparagine, aspartic acid, alanine, serine, diencholic acid, aminobutyric acid, threonine, norvaline, methionine, leucine, isoleucine, citrulline, phenylalanine , diiodotyrosine,
DL-, D-, L-type amino acids such as thyroxine, dioxyphenylalanine, dipromtyrosine, proline, oxyproline, tryptophan, arginine, lysine, canavanine, thiolhistidine), aminonaphthylene sulfonic acids, aminopicoline, aminopterin , aminoquinolines, aminophenols, aminomethylphenols, aminomethylthiazoles, aminobenzoic acids, amidol, aminoacetophenone, aminobenzophenone, vitamins having a primary or secondary amino group such as vitamin VIII, VIII, Iminodiacetic acid, 2●4 dinitrophenylhydrazine, 0-, m-, p-aminobenzoic acid, o-, m-, p-aminostyrene, ethyleneimine, o
-, m-, p-phenylene diamine, arsanilic acid, dicyandiamide, isonicotinic acid, hydrazide, phthalimide, phenylglycine, monoalkylamine, dialkylamine, Bismarck brown, auracin conc, madienta, chrysidein, crystal, etc. dyes, polyethyleneimine, polyvinylamine, polyaminostyrene, polyvinylimidazole, and some of the amino groups of the above-mentioned compounds having two or more amino groups in the molecule, such as methyl chloride, ethyl chloride, odor Alkyl halides such as methyl chloride, ethyl bromide, methyl iodide, ethyl iodide, benzyl chloride,
Partially alkylated with dimethyl sulfuric acid, epichlorohydrin, etc., polychloromethylstyrene, epichlorohydrin rubber, chloroprene rubber, epoxidized polybutadiene, etc. with ammonia and one or more primary amines, such as methylamine, ethylamine, propylamine, aniline, These are compounds that are partially aminated with arylamine, benzylamine, etc., and then subjected to an additional quaternary amination reaction with trimethylamine, triethylamine, triethanolamine, pyridine, etc. Of these compounds,
Molecular weight 50 or more, one or more primary molecules in the molecule or (and)
Compounds with secondary amines, such as polyethyleneimine, are particularly preferably used.
アミノ化合物又はアミノ基を有する重合体は、これらの
化合物が溶解し、酸ハライド基及びアミノ基が容易に反
応しない溶媒、例えば水、メタノール、エタノール等か
ら選ばれた溶媒で溶解させて溶液として、あるいは液状
のものはそのまま用いられる。An amino compound or a polymer having an amino group is dissolved in a solvent selected from among solvents in which these compounds are dissolved and acid halide groups and amino groups do not easily react, such as water, methanol, ethanol, etc., to form a solution. Alternatively, the liquid version can be used as is.
これらのアミノ化合物又はアミノ基を有する重合体(以
下、単にアミノ化合物ともいう)溶液と膜との接触は、
前述のイオン交換基への変換の時のように、他の片面に
接触しないように配慮する必要はない。The contact between the solution of these amino compounds or polymers having amino groups (hereinafter also simply referred to as amino compounds) and the membrane is as follows:
There is no need to take care not to contact the other side as in the case of conversion to the ion exchange group described above.
既にイオン交換基が導入された片面は、アミノ化合物等
の溶液に接しても何等支障を与えない。従つてアミド基
形成反応においては膜全体を浸漬する態様を採用するの
が一般的である。また、この反応は比較的時間を要する
のでこの点からも浸漬する態様を採用するのが簡単であ
り選択化層の均一な形成という点からみても推奨される
。他の接触態様としては、片面について塗布するとかあ
るいは噴霧する方法等が挙げられる。接触時間は、一般
に前段工程のイオン交換基導入処理時間より長く、30
分〜7日間程度てある。One side, into which an ion exchange group has already been introduced, will not cause any trouble even if it comes into contact with a solution of an amino compound or the like. Therefore, in the amide group forming reaction, it is common to adopt a mode in which the entire membrane is immersed. Further, since this reaction requires a relatively long time, it is easy to adopt the immersion method from this point of view as well as from the point of view of uniform formation of the selective layer. Other contact methods include methods such as applying to one side or spraying. The contact time is generally longer than the ion exchange group introduction treatment time in the previous step, and is about 30
It lasts for about 7 days.
なお反応圧は常圧、加圧、減圧下いずれで行つてもよい
が、常圧下が好適である。また反応温度は10℃から反
応に供するアミノ化合物の沸点までの温度が採用される
が、通常20℃〜70℃の温度が好ましい。なお、酸ハ
ライド基を酸アミド基に変換する反応に際して、反応促
進のため脱塩酸剤としてトリメチルアミン、トリエチル
アミン、トリエタノールアミン、ピリジン等の第3級ア
ミンあるいはベンジルトリメチルアンモニウムハイドロ
オキサイド、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサ
イ1ド、テトラエチルアンモニウムハイドロオキサイド
等の第4級アミン水酸化物、更には水酸化ナトリウム、
水酸化カリウム、水酸化リチウム等を添加してもよい。The reaction may be carried out under normal pressure, increased pressure, or reduced pressure, but normal pressure is preferable. Further, the reaction temperature is from 10°C to the boiling point of the amino compound to be subjected to the reaction, but a temperature of 20°C to 70°C is usually preferred. In addition, in the reaction of converting an acid halide group into an acid amide group, a tertiary amine such as trimethylamine, triethylamine, triethanolamine, pyridine, benzyltrimethylammonium hydroxide, tetramethylammonium hydroxide, etc. is used as a dehydrochlorination agent to accelerate the reaction. Quaternary amine hydroxides such as hydroxide, tetraethylammonium hydroxide, and even sodium hydroxide,
Potassium hydroxide, lithium hydroxide, etc. may be added.
本発明において、酸アミド基への変換の程度フは、膜の
表面あるいは表面近傍のいわゆる表層部にとどめるのが
よく、膜の内部まで酸アミド基に変換した場合は膜抵抗
が上昇し、中性攪乱現象を発生するため好ましくない。In the present invention, the degree of conversion to acid amide groups is preferably limited to the surface of the membrane or the so-called surface layer near the surface; if the inside of the membrane is converted to acid amide groups, the membrane resistance increases and This is undesirable because it causes sexual disturbance.
一般に酸アミド基層の厚みは50μ以下好ましくは10
μ以下とするのがよい。この酸アミド基層厚みの制御は
反応液濃度、反応温度、反応時間等を調節することによ
つて比較的簡単に行うことができる。膜の表層部が酸ア
ミド基に変換された膜は膜内部に酸ハライド基が残存し
ているためこのまま使用できない。In general, the thickness of the acid amide base layer is 50μ or less, preferably 10μ
It is better to set it to less than μ. The thickness of the acid amide base layer can be controlled relatively easily by adjusting the reaction solution concentration, reaction temperature, reaction time, etc. A membrane whose surface layer has been converted to acid amide groups cannot be used as is because acid halide groups remain inside the membrane.
このため加水分解が行われる。一般にはアルカリ溶液中
に膜を浸漬し、酸ハライド基を陽イオン交換基に変換す
ればよい。ここで使用されるアルカリ溶液は前述したも
のと同じでよく、浸漬時間は充分とつて膜内部の酸ハラ
イド基を完全に加水分解するのが望ましい。それからア
ルカリ成分を中和するため酸性溶液に膜を浸漬し水洗す
れば、片面にのみ選択化層、即ち電荷の小なる陽イオン
を透過させる層を有する電気伝導性の高い陽イオン交換
膜を得ることができる。本発明で得られる陽イオン交換
膜は種々の用途に使用することができる。例えば、陽イ
オン交換膜の酸アミド基を有する面が被脱塩液に向うよ
うに、陽イオン交換膜と陰イオン交換膜を交互に配列し
て両端に陽極と陰極を設けた電気透析槽を用いて脱塩、
濃縮等を行う場合、複数枚の陽イオン交換膜を配してイ
オンの分離、同位体の分離を行う場合、同様に複数枚の
陽イオン交換膜を配して脱塩基する場合等に好ましく使
用される。特に本発明で得られた陽イオン交換膜はナト
リ,ウムイオンの電流効率が高い、膜の電気伝導度が高
い、また工業的に容易に膜を製造することができるとい
う長所を有しているので、海水を濃縮して塩化ナトリウ
ムを得るイオン交換膜法製塩に有効に用いることができ
る。For this reason, hydrolysis takes place. Generally, the acid halide groups may be converted to cation exchange groups by immersing the membrane in an alkaline solution. The alkaline solution used here may be the same as that described above, and it is desirable that the immersion time be sufficient to completely hydrolyze the acid halide groups inside the membrane. Then, by immersing the membrane in an acidic solution to neutralize the alkaline components and washing it with water, a highly electrically conductive cation exchange membrane with a selective layer on one side, that is, a layer that allows cations with a small charge to pass through, is obtained. be able to. The cation exchange membrane obtained by the present invention can be used for various purposes. For example, an electrodialysis tank is constructed in which cation exchange membranes and anion exchange membranes are alternately arranged so that the side with the acid amide group of the cation exchange membrane faces the liquid to be desalinated, and an anode and a cathode are provided at both ends. Desalt using
Preferably used when performing concentration etc., when arranging multiple cation exchange membranes to separate ions or isotopes, similarly when arranging multiple cation exchange membranes for debasing, etc. be done. In particular, the cation exchange membrane obtained in the present invention has the advantages of high current efficiency for sodium and ion, high electrical conductivity of the membrane, and the ability to easily manufacture the membrane industrially. It can be effectively used in salt production using an ion exchange membrane method to obtain sodium chloride by concentrating seawater.
以下実施例をあけて本発明を説明するが、本発明はこれ
に限られるものではない。The present invention will be explained below with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto.
本発明によつて製造される陽イオン交換膜の性能測定は
以下の方法によつた。The performance of the cation exchange membrane produced according to the present invention was measured by the following method.
(1)膜抵抗R(単位ΩCTI)
j陽イオン交換膜を25℃、0.5N塩化ナトリウムに
充分平衡にさせた後1000サイクルの交流ブリッジを
用いて測定した。(1) Membrane resistance R (unit: ΩCTI)
j The cation exchange membrane was sufficiently equilibrated with 0.5N sodium chloride at 25°C, and then measured using an AC bridge for 1000 cycles.
(2)純塩率βNa+K(単位パーセント)本発明で得
られた選択化層のある陽イオン交4換膜の面を被脱塩側
に向け、陰イオン交換膜と交互に配列し1ddの有効膜
面積を持つ電気透析槽を使用して海水を連続濃縮した。(2) Pure salt rate βNa+K (unit: percent) The surface of the cation exchange tetra-exchange membrane with the selective layer obtained in the present invention is directed toward the side to be desalted, and the anion exchange membrane is arranged alternately with the anion exchange membrane to obtain an effective Seawater was continuously concentrated using an electrodialysis tank with a membrane area.
なお、海水流速は6CTnIsec1温度は30℃、電
流密度は3A1ddである。電気透析を開始後、濃縮液
が平衡になつた時点で、塩素イオン濃度CCl、カルシ
ウムイオン、マグネシウムイオン濃度CCa+Mgを測
定し下式よりβNa+Kを求めた。Note that the seawater flow rate is 6CTnIsec1, the temperature is 30°C, and the current density is 3A1dd. After starting electrodialysis, when the concentrate reached equilibrium, the chloride ion concentration CCl, calcium ion, and magnesium ion concentration CCa+Mg were measured, and βNa+K was determined from the following formula.
なお、CNa+Kは濃縮液中のナトリウムイオンとカリ
ウムイオンの濃度である。Note that CNa+K is the concentration of sodium ions and potassium ions in the concentrate.
さらに濃縮液のPHも同時に測定した。Furthermore, the pH of the concentrated solution was also measured at the same time.
(3)塩素イオンの電流効率ηCI(単位パーセント)
海水濃縮時に、陽イオン交換膜から陰イオンである塩素
イオンがどの程度漏洩しているか調べるため、塩素イオ
ンの電流効率を測定した。(3) Current efficiency of chloride ions ηCI (unit: percent)
In order to investigate the extent to which chlorine ions, which are anions, leak from the cation exchange membrane during seawater concentration, the current efficiency of chlorine ions was measured.
なお、陰イオン交換膜はすべて同一性能である膜を組込
み(2)の純塩率測定の時使用した装置を用いた。電流
効率は濃縮液が平衡になつた後、ある通電量Qの間に濃
縮室からオーバーフローする液の液量vと塩素イオン濃
度CClから(3)式より求めた。(4)スルホン酸ア
ミド基の量ν1330/ν830酸アミド基の一つであ
るスルホン酸アミド基にもとづく1330cm−1のI
Rスペクトルの吸収ピークの高さν1330と、芳香族
環のバラ置換体にもとづく830cm−1の吸収ピーク
高さν830の比よりスルホン酸アミド基の膜表層部で
の存在量を簡易的に調べた。The anion exchange membranes were all equipped with membranes with the same performance, and the same apparatus used in measuring the pure salt ratio in (2) was used. The current efficiency was determined from equation (3) from the amount v of the liquid overflowing from the concentration chamber during a certain amount of current Q after the concentrated liquid reached equilibrium and the chlorine ion concentration CCl. (4) Amount of sulfonic acid amide group ν1330/ν830I of 1330 cm-1 based on the sulfonic acid amide group which is one of the acid amide groups
The amount of sulfonic acid amide groups present in the membrane surface layer was simply investigated from the ratio of the absorption peak height ν1330 of the R spectrum and the absorption peak height ν830 of 830 cm-1 based on the aromatic ring substituted product. .
なおスルホン酸アミド基を形成させようと試みた膜面を
表とし、反対側の膜面を裏として区別した。そしてIR
用試料は表・裏の表面から10μ削り取つてKBr錠剤
法により測定した。実施例1、比較例1〜3
実施例1
スチレン(社)部、純度55%のジビニルベンゼン10
部、アセチルクエン酸トリブチル加部、ポリ塩化ビニル
微粉末(支)部、過酸化ベンゾイル1部からなる粘稠な
ペースト状混合物をポリ塩化ビニル製の布に塗布し、こ
れを温度110℃、4時間加熱重合して高分子膜状物を
得た。The membrane surface on which the sulfonic acid amide group was attempted to be formed was designated as the front, and the opposite membrane surface was designated as the back. And I.R.
A 10μ sample was scraped off from the front and back surfaces and measured using the KBr tablet method. Example 1, Comparative Examples 1 to 3 Example 1 Styrene Co., Ltd., 55% purity divinylbenzene 10
A viscous paste mixture consisting of 1 part of tributyl acetyl citrate, 1 part of finely divided polyvinyl chloride powder, and 1 part of benzoyl peroxide was applied to a polyvinyl chloride cloth, and the mixture was heated at a temperature of 110°C for 4 hours. Polymer film-like material was obtained by heating and polymerizing for a period of time.
次いでこの膜をクロルスルホン酸一硫酸(1対1)の混
合溶液に40′Cl3吟間浸漬して酸ハライド化した。Next, this membrane was immersed in a mixed solution of chlorosulfonic acid monosulfuric acid (1:1) for 40'Cl3 to form an acid halide.
その後硫酸で順次希釈し水洗して酸ハライト基(クロル
スルホニル基)を有する高分子膜状物を得た。さらに片
面のみの酸ハライド基を陽イオン交換基に変換するため
、30′CllO%水酸化ナトリウム水溶液の表面に膜
を第1図に示す装置を使用して2吟間接触させ、続いて
IN塩酸に浸漬した水洗した。Thereafter, the mixture was successively diluted with sulfuric acid and washed with water to obtain a polymer film having an acid halide group (chlorosulfonyl group). Furthermore, in order to convert the acid halide group on only one side into a cation exchange group, the membrane was brought into contact with the surface of a 30'CllO% sodium hydroxide aqueous solution for 2 minutes using the apparatus shown in Figure 1, and then IN hydrochloric acid Soaked in water and washed.
この膜の一部分を直に減圧乾燥した後、膜表層部を10
μ削り取つてIRスペクトルを調べた。After directly drying a portion of this membrane under reduced pressure, the surface layer of the membrane was
μ was scraped off and the IR spectrum was examined.
水酸化ナトリウムと接触した面にはクロルスルホン基に
よる1375cm−1の吸収は認められなかつたが、反
対側の表層部には大きな吸収があり、クロルスルホン化
した直後の膜のIRスペクトルと同程度の吸収であつた
。その後第1表に示すアミノ化合物の10%水溶液を用
いて、第1表に示す条件下に膜を浸漬して酸アミド基を
形成させ、さらに内部に残存する酸ハライド基を10%
水酸化ナトリウム水溶液に室温で2時間浸漬し加水分解
した。No absorption at 1375 cm-1 due to chlorsulfone groups was observed on the surface in contact with sodium hydroxide, but there was a large absorption on the surface layer on the opposite side, which was comparable to the IR spectrum of the membrane immediately after chlorsulfonation. It was due to the absorption of Thereafter, the membrane was immersed in a 10% aqueous solution of the amino compound shown in Table 1 under the conditions shown in Table 1 to form acid amide groups, and the acid halide groups remaining inside were further removed by 10%.
It was immersed in an aqueous sodium hydroxide solution at room temperature for 2 hours for hydrolysis.
その後水洗、IN塩酸0.5N塩化ナトリウムの各水溶
液に浸漬して本発明の陽イオン交換膜を得た。これらの
膜の表・裏のスルホン酸アミド基の量、膜抵抗、純塩率
、塩素イオンの電流効率、濃縮液のPH等の諸性質を測
定したところ第1表に示す結果が得られた。各種のアミ
ノ化合物のなかでもポリエチレンイミンを処理剤として
用いた膜は膜抵抗も低く、純塩率、電流効率も極めて高
い膜であり、6ケ月間連続濃縮しても性能劣化は非常に
少なかつた。比較例1実施例1で得られた酸ハライド基
を有する高分子膜状物を2枚合せにしてステンレス製の
枠にセットし、ゴムパッキンを使用して締付けた。Thereafter, the cation exchange membrane of the present invention was obtained by washing with water and immersing in each aqueous solution of IN hydrochloric acid and 0.5N sodium chloride. When various properties such as the amount of sulfonic acid amide groups on the front and back sides of these membranes, membrane resistance, pure salt ratio, chlorine ion current efficiency, and pH of the concentrated solution were measured, the results shown in Table 1 were obtained. . Among various amino compounds, membranes using polyethyleneimine as a processing agent have low membrane resistance, extremely high pure salt ratio, and extremely high current efficiency, and exhibit very little performance deterioration even after continuous concentration for 6 months. Ta. Comparative Example 1 Two sheets of the polymer film having acid halide groups obtained in Example 1 were set in a stainless steel frame and tightened using a rubber gasket.
この枠を実施例1のアミノ化合物の水溶液に浸漬し以下
実施例1と同様の処理を行つて比較例1の膜を得た。こ
れらの膜の諸性質は第1表に示すように、エチレンジア
ミン、ジエチレントリアミン等の比較的低分子量のアミ
ノ化合物を処理剤として用いた膜は膜アミド基が膜内部
さらには反対側の表層部まで形成されたため膜抵抗が著
しく高く、電気透析用陽イオン交換膜としては不適当で
あることがわかつた。またポリエチレンイミンを処理剤
として用いた膜についても酸アミド基が膜内部まで形成
されるためか実施例1の膜よりも膜抵抗が高く、また濃
縮液のPHも少し低下し、中性攪乱現象を起こしていた
。This frame was immersed in an aqueous solution of the amino compound of Example 1, and the same treatment as in Example 1 was performed to obtain a membrane of Comparative Example 1. The properties of these films are shown in Table 1. In films using relatively low molecular weight amino compounds such as ethylenediamine and diethylenetriamine as processing agents, amide groups are formed inside the film and even on the surface layer on the opposite side. As a result, the membrane resistance was extremely high, making it unsuitable for use as a cation exchange membrane for electrodialysis. In addition, the membrane using polyethyleneimine as a treatment agent had a higher membrane resistance than the membrane of Example 1, probably because the acid amide groups were formed deep inside the membrane, and the pH of the concentrated solution decreased slightly, resulting in a neutral disturbance phenomenon. was waking up.
比較例2
実施例1で得られた酸ハライド基を有する高分子膜状物
を第1表に示すアミノ化合物水溶液に浸漬し以下実施例
1と同様の処理を行つた。Comparative Example 2 The polymer film having an acid halide group obtained in Example 1 was immersed in an aqueous solution of an amino compound shown in Table 1, and the same treatment as in Example 1 was carried out.
得られた膜の諸性能は第1表に示すように、酸アミド基
が膜の両面に形成されたため著しく塩素イオンの電流効
率が低い膜しか得られなかつた。比較例3
実施例1で得られた酸ハライド基を有する高分子膜状物
を直に10%水酸化ナトリウム水溶液で室温2時間全面
加水分解処理した膜についても諸性質を測定した。As shown in Table 1, the properties of the resulting membrane were such that, because acid amide groups were formed on both sides of the membrane, the membrane had a significantly low current efficiency for chlorine ions. Comparative Example 3 Various properties were also measured for a membrane obtained by directly hydrolyzing the entire surface of the polymer membrane having acid halide groups obtained in Example 1 with a 10% aqueous sodium hydroxide solution at room temperature for 2 hours.
これも第1表に併記した。MWはポリエチレンイミンの
分子量である。This is also listed in Table 1. MW is the molecular weight of polyethyleneimine.
実施例2、比較例4〜5実施例2
バラスチレンスルホン酸カリウムと5塩化リンよりスチ
レンスルホニルクロライドを合成し、この9(2)と純
度55%のジビニルベンゼン1娼、スチレンブタジエン
ゴム5部、過酸化ベンゾイメノレ3部よりなる粘稠な混
合溶液をポリ塩化ビラル製の布に塗布し、80゜Cで8
時間加熱重合して高分子膜状物を得た。Example 2, Comparative Examples 4 to 5 Example 2 Styrene sulfonyl chloride was synthesized from potassium ballastyrene sulfonate and phosphorus pentachloride, and this 9(2), 1 divinylbenzene with a purity of 55%, 5 parts of styrene butadiene rubber, A viscous mixed solution consisting of 3 parts of benzoimenole peroxide was applied to a cloth made of polyvinyl chloride, and heated at 80°C for 8 hours.
Polymer film-like material was obtained by heating and polymerizing for a period of time.
この膜の片面を10%水酸化ナトリウム水溶液にアセト
ンを5%添加した溶液と第1図に示す装置を使用して1
0分間接触させた。One side of this membrane was coated with a solution of 10% sodium hydroxide aqueous solution to which 5% acetone was added using the apparatus shown in Figure 1.
The contact was made for 0 minutes.
その後1N塩酸に浸漬し水洗した。この膜を第2表に示
す10%アミノ化合物水溶液中に浸漬して酸アミド基形
成反応を行つた。さらにこの後膜内部に残存している酸
ハライド基を水酸化ナトリウムー水−メタノール混合液
に60℃で5時間浸漬して加水分解した。この後水洗、
IN塩酸、0.5N塩化ナトリウムの各水溶液に順次浸
漬して本発明の陽イオン交換膜を得た。これらの膜の諸
性質を第2表に示す。比較例4〜5
なお比較のため片面アルカリ処理を行なわず両面を実施
例2のアミノ化合物水溶液に浸漬した比較例4及ひ実施
例2の高分子膜状物を加水分解処理のみした比較例5の
膜も得た。Thereafter, it was immersed in 1N hydrochloric acid and washed with water. This membrane was immersed in a 10% amino compound aqueous solution shown in Table 2 to carry out an acid amide group formation reaction. After this, the acid halide groups remaining inside the membrane were hydrolyzed by immersion in a sodium hydroxide-water-methanol mixture at 60° C. for 5 hours. After this, wash with water,
The cation exchange membrane of the present invention was obtained by sequentially immersing it in IN hydrochloric acid and 0.5N sodium chloride aqueous solutions. The properties of these films are shown in Table 2. Comparative Examples 4 to 5 For comparison, Comparative Example 4 in which one side was not subjected to alkali treatment and both sides were immersed in the amino compound aqueous solution of Example 2, and Comparative Example 5 in which the polymer membrane of Example 2 was only subjected to hydrolysis treatment. A film was also obtained.
この膜の諸性質を第2表に併記した。実施例3、比較例
6
実施例3
スチレン(4)部、純度55%のジビニルベンゼン10
部、ポリエチレン微粉末1(1)部、ジオクチルフタレ
ート25部、過酸化ベンゾイル2部よりなるペースト状
混合物をポリプロピレン製の布に塗布し、これを110
℃、4時間加熱重合して高分子膜状物を得た。The properties of this film are also listed in Table 2. Example 3, Comparative Example 6 Example 3 Styrene (4) parts, 55% pure divinylbenzene 10
A paste mixture consisting of 1 (1) part of polyethylene fine powder, 25 parts of dioctyl phthalate, and 2 parts of benzoyl peroxide was applied to a polypropylene cloth, and
C. for 4 hours to obtain a polymer film.
これを98%硫酸で60゜C..811rスルホン化し
、次いで硫酸で順次希釈し、さらにメタノール、4塩化
炭素で洗浄した。この後オキシ塩化リン(9)部、4塩
化炭素m部の混合溶液中に50℃、16時間浸漬してス
ルホン酸基を酸ハライド基に変換し、さらにこの膜を4
塩化炭素、メタノールで充分に洗浄した。この膜の片面
に20%水酸化カリウム水溶液をロールコーターで塗布
し、10分後に■塩酸中に膜を浸漬し水洗した。さらに
この膜をエポキシ化ポリブタジエンBF−1000(商
品名;日本曹達株式会社製)をメチルアミン、トリメチ
ルアミンの1対2の混合液でアミノ化した化合物の5%
水溶液中に30℃で4時間浸漬した。その後10%水酸
化カリウム水溶液に室温で2時間浸漬し、へ塩酸、0.
5N塩化ナトリウムの各水溶液に浸漬して本発明の陽イ
オン交換膜を得た。この膜の諸性質を測定したところ第
3表に示す結果が得られた。比較例6
実施例3で得られた酸ハライド基を有する高分子膜状物
を2枚合せにしてステンレス製の枠にセットし、ゴムパ
ッキンを使用して締付けた。This was heated at 60°C with 98% sulfuric acid. .. 811r sulfonation, then sequentially diluted with sulfuric acid, and further washed with methanol and carbon tetrachloride. Thereafter, the membrane was immersed in a mixed solution of (9) parts of phosphorus oxychloride and m parts of carbon tetrachloride at 50°C for 16 hours to convert the sulfonic acid groups into acid halide groups.
Thoroughly washed with carbon chloride and methanol. A 20% aqueous potassium hydroxide solution was applied to one side of the membrane using a roll coater, and after 10 minutes, the membrane was immersed in hydrochloric acid and washed with water. Furthermore, this film was aminated with 5% of a compound obtained by aminating epoxidized polybutadiene BF-1000 (trade name; manufactured by Nippon Soda Co., Ltd.) with a 1:2 mixture of methylamine and trimethylamine.
It was immersed in an aqueous solution at 30°C for 4 hours. After that, it was immersed in a 10% potassium hydroxide aqueous solution at room temperature for 2 hours, and then diluted with hydrochloric acid and 0.5%.
The cation exchange membrane of the present invention was obtained by immersing it in each aqueous solution of 5N sodium chloride. When various properties of this film were measured, the results shown in Table 3 were obtained. Comparative Example 6 Two sheets of the polymer film having acid halide groups obtained in Example 3 were set in a stainless steel frame and tightened using a rubber packing.
この枠を実施例3のアミノ化合物の水溶液に浸漬し以下
実施例3と同様の処理を行つて比較例6の膜を得た。こ
の膜の諸性質も第3表に併記して示す。実施例4、比較
例7実施例4
メタアクリル酸杓部、スチレン5娼、純度55%のジビ
ニルベンゼンw部、ポリエチレン微粉末10娼、ジオク
チルフタレート25部、過酸化ベンゾイル2部よりなる
ペースト状混合物をポリプロピレン製の布に塗布した後
、110℃、4時間加熱重合して高分子膜状物を得た。This frame was immersed in an aqueous solution of the amino compound of Example 3, and the same treatment as in Example 3 was performed to obtain a membrane of Comparative Example 6. Various properties of this film are also shown in Table 3. Example 4, Comparative Example 7 Example 4 A paste-like mixture consisting of a scoop of methacrylic acid, 5 parts of styrene, 2 parts of divinylbenzene with a purity of 55%, 10 parts of fine polyethylene powder, 25 parts of dioctyl phthalate, and 2 parts of benzoyl peroxide. was coated on a polypropylene cloth, and then heated and polymerized at 110° C. for 4 hours to obtain a polymer film.
これを部%硫酸で60℃、8時間スルホン化し、硫酸で
順次希釈した後メタノール、4塩化炭素で洗浄した。次
にこの膜を三塩化ン(4)部、四塩化炭素5娼よりなる
混合液中に40℃で24時間浸漬しカルボン酸基を酸ハ
ライド基に変換した。次にこの膜を四塩化炭素、メタノ
ールで洗浄した後、膜の片面に20%水酸化ナトリウム
を刷毛で塗布した。5分後■塩酸に浸漬し水洗した。This was sulfonated with % sulfuric acid at 60° C. for 8 hours, successively diluted with sulfuric acid, and then washed with methanol and carbon tetrachloride. Next, this membrane was immersed in a mixed solution consisting of (4) parts of trichloride and 5 parts of carbon tetrachloride at 40° C. for 24 hours to convert the carboxylic acid groups to acid halide groups. Next, this membrane was washed with carbon tetrachloride and methanol, and then 20% sodium hydroxide was applied with a brush to one side of the membrane. After 5 minutes, it was immersed in hydrochloric acid and washed with water.
その後、5%のポリエチレンイミン(NW3OOO〜7
000)水溶液に40℃で2日間反応させ、さらに51
0%水酸化ナトリウム水溶液に室温で2時間浸漬し、I
N塩酸、0.5N塩化ナトリウムの各水溶液に浸漬して
本発明の陽イオン交換膜を得た。Then, 5% polyethyleneimine (NW3OOO~7
000) in an aqueous solution at 40°C for 2 days, and further
Immerse in 0% sodium hydroxide aqueous solution for 2 hours at room temperature,
The cation exchange membrane of the present invention was obtained by immersing it in each aqueous solution of N hydrochloric acid and 0.5N sodium chloride.
この膜の諸性質を第4表に示す。比較例7
実施例4でスルホン化のみ行つた膜も比較のため諸性質
を測定した。Table 4 shows the properties of this film. Comparative Example 7 Various properties of the membrane subjected to only sulfonation in Example 4 were also measured for comparison.
Claims (1)
分子膜状物の一方の面をアルカリ溶液と接触せしめて酸
ハライド基を実質的に加水分解し、次いで該膜状物を第
1級又は(及び)第2級アミノ化合物溶液で反応した後
、更にアルカリ溶液中に浸漬して膜内に残存する酸ハラ
イド基を加水分解することを特徴とする一方の面にのみ
酸アミド基を有する陽イオン交換膜の製造方法。 2 第1級又は(及び)第2級アミノ化合物が50以上
の分子量を有する特許請求の範囲第1項記載の方法。 3 酸ハライド基が芳香族環に結合している特許請求の
範囲第1項記載の方法。 4 アルカリ溶液によつて濡れたあるいは覆われた固体
表面と膜状物とを接触させる手段によつて膜状物の一方
の面をアルカリ溶液と接触せしめる特許請求の範囲第1
項記載の方法。 5 アミノ化合物がポリエチレンイミンである特許請求
の範囲第1項記載の方法。[Claims] 1. One surface of a polymer membrane in which acid halide groups exist in a statistically uniform distribution is brought into contact with an alkaline solution to substantially hydrolyze the acid halide groups, and then the acid halide groups are substantially hydrolyzed. One aspect is characterized in that after reacting the membrane-like material with a primary or (and) secondary amino compound solution, it is further immersed in an alkaline solution to hydrolyze the acid halide groups remaining in the membrane. A method for producing a cation exchange membrane having only acid amide groups. 2. The method according to claim 1, wherein the primary or/and secondary amino compound has a molecular weight of 50 or more. 3. The method according to claim 1, wherein the acid halide group is bonded to an aromatic ring. 4. Claim 1, in which one surface of the film-like object is brought into contact with the alkaline solution by means of bringing the film-like object into contact with a solid surface wetted or covered with the alkaline solution.
The method described in section. 5. The method according to claim 1, wherein the amino compound is polyethyleneimine.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP53066661A JPS6043857B2 (en) | 1978-06-05 | 1978-06-05 | Manufacturing method of cation exchange membrane |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP53066661A JPS6043857B2 (en) | 1978-06-05 | 1978-06-05 | Manufacturing method of cation exchange membrane |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS54158388A JPS54158388A (en) | 1979-12-14 |
| JPS6043857B2 true JPS6043857B2 (en) | 1985-09-30 |
Family
ID=13322299
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP53066661A Expired JPS6043857B2 (en) | 1978-06-05 | 1978-06-05 | Manufacturing method of cation exchange membrane |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6043857B2 (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3402672B2 (en) * | 1993-07-28 | 2003-05-06 | 株式会社トクヤマ | Dialysis fermentation method |
| US9861941B2 (en) * | 2011-07-12 | 2018-01-09 | Kraton Polymers U.S. Llc | Modified sulfonated block copolymers and the preparation thereof |
-
1978
- 1978-06-05 JP JP53066661A patent/JPS6043857B2/en not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS54158388A (en) | 1979-12-14 |
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