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JPH0543733B2 - - Google Patents
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JPH0543733B2 - - Google Patents

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JPH0543733B2
JPH0543733B2 JP59134089A JP13408984A JPH0543733B2 JP H0543733 B2 JPH0543733 B2 JP H0543733B2 JP 59134089 A JP59134089 A JP 59134089A JP 13408984 A JP13408984 A JP 13408984A JP H0543733 B2 JPH0543733 B2 JP H0543733B2
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JP
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polyc
polyb
coch
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JP59134089A
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Yoshuki Myaki
Teruo Fujimoto
Tooru Kyota
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Tosoh Corp
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Tosoh Corp
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、陰イオン交換基をもつ高分子polyA
と陽イオン選択性イオン交換基あるいは、陽イオ
ン選択性イオン交換基を容易に導入可能な官能性
を有する高分子polyBとを成分の一部または全体
とする新規なブロツク共重合体に関する。 特異なミクロ相分離構造を形成するブロツク共
重合体は、その不均質構造の故に新規な性質を発
現することが知られている。例えば、ポリイソプ
レンあるいはポリブタジエン鎖とポリスチレン鎖
からなるブロツク共重合体は、熱可塑性ゴムや耐
衝撃性材料として用途が見い出されており、ま
た、ポリウレタンとポリエーテルからなるブロツ
ク共重合体や、ポリ(2−ヒドロキシエチルメタ
クリレート)とポリスチレンからなるブロツク共
重合体は抗血液凝固性材料として期待されてい
る。 最近、陽イオン交換基(スルホン酸基やカルボ
ン酸基)をもつ高分子とイオン交換基(4級アミ
ン基)をもつ高分子とイオン交換基をもたない高
分子とからなる多元ブロツク共重合体(公開特許
公報昭56−76408)を分離膜として用いれば、水
溶液から無機や有機の低分子量のイオンを分離除
去できることが報告されている。 しかし、この膜では、高いイオン間の選択分離
は期待できない。 本発明者らは、鋭意研究の末、ブロツク共重合
体の1つの成分に選択性イオン交換基を導入する
ことにより、ブロツク共重合体に新しい機能を付
与することを思いつき、本発明に到達した。 すなわち、本発明のブロツク共重合体は、陰イ
オン交換基をもつ高分子polyAと陽イオン選択性
イオン交換基あるいは、陽イオン選択性イオン交
換基を容易に導入可能な官能基をもつ高分子
polyBとを成分の一部または全体とするものであ
る。 陽イオン選択性イオン交換基を容易に導入可能
な高分子とは一般式 で表わされ、R1は水素またはメチル基であり、
Rxは−CH2X(2) (Xは塩素あるいは臭素)あるいは −COCH3基(3) 、あるいはこれから誘導される次の化学構造をも
つ官能基である。 −CH2NH2 (4)、−CHO (5)、−COCH2Br(6) −COCH2N(CH2CO2R22 (9)、 −COCH2N(CH2CN)2 (10) −COCH2N(CH2CH2CN)2 (11) −CH2N+(C2H4OH)3 (12) (ただし、R2は炭素数1から6のアルキル基) 陽イオン選択性イオン交換基を有する高分子と
は、上記の(1)式で表わされるから高分子から誘導
されるものであり、官能基Rxが以下に示す構造
をもつものである。 −CH=C(COOH)2 (17) −COCH2N(CH2COOH)2 (22) −COCH2N(CH2CH2COOH)2 (23) −CH2−NH(CH2x――PO(OH)2 (28) (ただし、xは1から6の整数) また、一般式(1)において、官能基Rxをもつモ
ノマー単位は20モル%以上であり、すべてが官能
基Rxをもつモノマー単位であつてもよい。 本発明のブロツク共重合体の陰イオン交換基を
もつ高分子polyA〜は、例えば次のモノマー群Aか
ら選ばれるモノマーの重合体を公知の方法で4級
化したものである。モノマー群A:2−ビニルピ
リジン、4−ビニルピリジン、2−メチル−5−
ビニルピリジンの如きビニルピリジン、ビニルピ
リミジン、ビニルキノリン、ビニルカルバゾー
ル、ビニルイミダゾールおよびこれらの炭素数1
から12の炭化水素置換基を有する化合物、 で表わされるo、m、p−ビニルフエニルアルキ
レンジアルキルアミン、(ただし、R3およびR4
各々炭素数が1から12のアルキル基、aは1から
3の整数である。) polyA〜において、陰イオン交換基が導入されて
いるモノマー単位は20モル%以上でありまたすべ
てに導入されていてもよい。 本発明のブロツク共重合体は、上記のpolyAと
polyBの他にイオン交換性の官能基をもたない高
分子polyCをモノマー単位で90モル%までの範囲
でその成分ブロツクに含んでもよい。このpolyC
を構成するモノマーは、例えばブタジエン、イソ
プレン、ペンタジエン、シクロヘキサジエンの如
きジエン系モノマーであればよい。このようなジ
エン系のモノマーからなる高分子は、公知の方法
でその高分子中に存在する二重結合で容易に架橋
できるため、これらをブロツク共重合体の成分ブ
ロツクに含めれば、得られる材料の溶剤耐性を向
上させることが可能となる。架橋を行なう場合
は、その材料に求められる機能により、任意の程
度から完全に行なうことができる。 本発明のブロツク共重合体に、モノマー単位あ
たり20モル%以上の陰イオン交換基をもつ高分子
polyAとモノマー単位あたり20モル%以上の陽イ
オン選択性イオン交換基あるいは、陽イオン選択
性イオン交換基を容易に導入可能な官能基をもつ
高分子polyBとは各々に対してモノマー単位で5
〜95モル%含有する必要がある。この範囲外の場
合、ブロツク共重合体材料の機能が十分発揮され
ない恐れがある。また、ブロツク共重合体材料の
溶剤耐性を高め、形成されるミクロ相分離構造を
安定とするためにはジエン系のモノマーからなる
高分子polyCをモノマー単位で30〜90モル%含有
させるのが好ましい。 本発明のブロツク共重合体を得るのに望ましい
方法はリビングアニオン重合法により、上記モノ
マー群Aから選ばれるモノマーとスチレンあるい
はα−メチルスチレンをブロツク共重合させて調
製された陰イオン交換基を導入可能な高分子
polyAとポリスチレンあるいはポリ(α−メチル
スチレン)(polyBとする)からなる原ブロツク
共重合体、あるいは、上記モノマーの他にジエン
系のモノマーを加えた3種のモノマーから同様に
調製された上記polyAとpolyBおよびジエン系ポ
リマーpolyCからなる原ブロツク共重合体を化学
処理することである。 これらの原ブロツク共重合体を構成する成分高
分子polyA、polyB、polyCの分子量は103〜106
g/molであることが望ましい。さらに望ましく
は104〜5×103g/molである。一般によく知ら
れているように、ブロツク共重合体では、分子量
が低くなるに従いミクロ相分離により形成される
ドメインとドメインの間に生じる相溶界面領域の
割合は増加する。これまで公表された実験事実に
よれば、各々の成分ブロツクの分子量が103g/
mol以下では明確な相分離構造は形成されない。
一方、分子量が大き過ぎる試料では、その溶融ま
たは溶液状態の粘性が大きいため成型が著しく困
難となる。 本発明で用いられる原ブロツク共重合体は、上
記の高分子polyA、polyB、polyCとが、例えば
(polyA−polyB)x、(polyA−polyB)x――
polyA、polyB(―polyA−polyB)x、(polyA−
polyB−polyC)x、(polyB−polyA−polyC)x、
(polyA−polyC−polyB)x、(polyA−polyC−
polyB−polyC)x、(polyC−polyA−polyC−
polyB)x、 polyC−polyA−polyB−polyC、polyC−
polyA−polyC−polyB−polyC、polyA−polyC
−polyB−polyC−polyA、polyB−polyC−
polyA−polyC−polyB、polyA−polyB−polyC
−polyB−polyA、polyB−polyA−polyC−
polyA−polyB、polyC−polyA−polyB−polyA
−polyC、polyC−polyB−polyA−polyB−
polyC(ただし、xは1以上の整数)の配列で結
合したものであればよい。また、polyAを枝にも
つpolyB、polyBを枝にもつpolyA、polyAと
polyBを枝にもつpolyC、polyA−polyC型(ある
いはpolyB−polyC型)ブロツク共重合体を枝に
もつpolyB(あるいは、polyA)、polyC−polyA
−polyC型(あるいはpolyC−polyB−polyC)型
ブロツク共重合体を枝にもつpolyB(あるいは
polyA)であつてもよい。 これらのうち、polyAとpolyBとがpolyCによ
つて互いに分け隔てられて結合しているもの(例
えば、polyA−polyC−polyB)は、polyCの含有
率が適切な場合、最終的に得られるイオン交換体
において、ミクロ相分離した陰イオン交換領域と
陽イオン選択性イオン交換領域とが互い隔離され
ることにより、そのミクロ相分離構造が安定とな
るため、機能性材料として用いるのに好ましい。 本発明のブロツク共重合体は、上記の原ブロツ
ク共重合体を成型前あるいは成型後あるいは成型
と同時にpolyA部分の窒素原子を4級化し陰イオ
ン交換基を有する高分子polyA〜とした後、必要に
応じてpolyC部分を架橋してpolyC〜とし、さらに
polyB部分をクロロメチル化あるいはアセチル化
した後、公知の方法によりそれらに陽イオン選択
性イオン交換基を導入すればよい、必要に応じて
導入するpolyC部分の架橋は可能な範囲で任意の
段階で行つてよい。 窒素原子の4級化反応は、BrClH2l+1やIClH2l+1
(lは1から12の整数)で表わされるアルキルハ
ロゲン化合物あるいはBr(―CH2lBrやI(―CH2
l――Iで表わされるアルキレンジハライド類の蒸
気あるいは溶液により容易に行うことができる。 ポリジエン部分は過酸化物、硫黄、一塩化硫
黄、紫外線、あるいはAlCl3、SbCl3、FeCl3
TeCl2、SnCl4、TiCl4、BF3、H2SO4等のフリー
デルクラフツ触媒を用いて容易に架橋することが
できる。また、水素添加することもできる。 ポリスチレンあるいはポリ(α−メチルスチレ
ン)のハロメチル化は、ホルムアルデヒドとハロ
ゲン化水素を用いて、また、クロロメチル化はク
ロロメチルメチルエーテルを用いて容易に行うこ
とができる。また、それらのアセチル化は、塩化
アセチルと上記のフリーデル・クラフツ触媒を用
いて公知の方法により行うことができる。さら
に、ハロメチル基に、 を作用させれば(13)の官能基、 を作用させれば(8)の官能基、アンモニアを作用さ
せれば(4)の官能基、(CH26N4を作用させれば(5)
(Sommelet反応)、イミノリン酸を作用させれば
(27)、アミノリン酸を作用させれば(28)、トリ
エタノールアミンを作用させれば(12)がそれぞれ得
られる。 また、アセチル基(3)にBr2を作用させれば(6)、
HSCH2COOHを作用させれば(21)、PCl3を作
用させれば(25)がそれぞれ得られる。 さらに、(4)に を作用させれば(7)、(7)を加水分解すれば(14)、(5)を
NH4OHとKCNおよび酸で処理すれば(15)、(5)を
CH2(COOH)2とNH4OHで処理すれば(16)や(17)、
(3)を加水分解すれば(13)、(14)にCl−CN2COONaを
作用させれば(20)、(15)にClCH2COONaを作用させ
れば(18)、(16)にClCH2COONaを作用させれば(19)が
それぞれ得られる。 さらに、(6)をNH(CH2COOC2H32で処理すれ
ば(9)、(9)を加水分解すれば(22)、(6)をNH
(CH2CN)2で処理すれば(10)、(10)を加水分解すれば
(22)、(6)をNH(CH2CH2CN)2で処理すれば(11)、
(11)を加水分解すれば(23)、(22)をPCl2で処理
すれば(24)、(22)をHSCH2COOHで処理すれ
ば(26)、(23)をPCl3で処理すれば(30)、(23)
をHSCH2COOHで処理すれば(31)がそれぞれ
得られる。また、(29)は(12)を酸化することによ
り得ることができる。 上記の個々の反応は公知であり、それらの代表
的文献を次に掲げる。 R.B.WagnerとH.D.zook著、「Synthetic
Organic Chemistry」、New York、John
Wiley & Sons、Inc.(1953年) L.R.Morrisら、Journal of American
Chemical Society、81巻、377ページ(1959
年) E.B.Trostyanskayaら、Journal of
Polymcr Science、59巻、379ページ(1962年) M.MarshallとK.L.Cheng、Talanta、21巻、
751ページ(1974年) 北条舒正編、「キレート樹脂・イオン交換樹
脂」、講談社サイエンテイフイク(1976年) 本発明で用いる原ブロツク共重合体は、例え
ば、リビングアニオン重合法によつて製造するこ
とができる。この場合、重合開始剤としては、公
知のブチルリチウム(n、sec、tertがある)や
2−メチルブチルリチウムあるいは、ナトリウム
ナフタレン、ナトリウムアントラセン、α−メチ
ルスチレンテトラマーナトリウム、ナトリウムビ
フエニル等が用いられ、芳香族炭化水素、環状エ
ーテル、脂肪族炭化水素(一般には、ベンゼン、
トルエン、テトラヒドロフラン、n−ヘキサン、
シクロヘキサン等が用いられる)中、真空もしく
は窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガス雰囲気
下で重合が行なわれる。 本発明のブロツク共重合体は、陰イオン交換基
をもつ領域A〜と陽イオン選択性イオン交換基ある
いは陽イオン選択性イオン交換基が容易に導入可
能な官能基をもつ領域B〜、あるいはこれらA〜、B〜
2つの領域とイオン交換基をもたない領域C〜から
なるミクロン相分離構造を有する。それぞれの領
域は、ラメラ、球、棒、あるいはマトリツクス相
として存在するが、これら形態は原ブロツク共重
合体の組成や分子構造に依存する。また、ラメラ
の幅、球や棒の直径は、通常数nmから数百nm
である。 このように、ミクロ不均一構造をもつが由に、
本発明のブロツク共重合体は、特異な機能を発現
する。それらはフイルム、チユーブ、繊維、ゲル
等任意に成型が可能であり、イオン分析や廃液処
理に用いるイオン選択透過膜の他、電導性素材、
生医学材料等多くの用途が期待される。 以下、実施例によつて本発明を説明する。な
お、実施例において膜に導入されたリン酸基また
はカルボン酸基を定量するには、フイルムを食塩
を1mol/含む希水酸化ナトリウム水溶液(PH
≒12)に20時間浸し、水洗後、0.5Nの塩酸に20
時間浸し、膜から遊離したナトリウムイオンを定
量した。また、陰イオン交換容量の測定(四級ア
ミノ基の定量)は、膜を希水酸化ナトリウム水溶
液で処理した後、1mol/の塩化カリウム水溶
液に20時間浸し、さらにその膜を1mol/の硝
酸ナトリウムに20時間浸し、膜から遊離した塩素
イオンを定量することによつて行つた。ここで、
ナトリウムイオンおよび塩素イオンの定量は常法
により行つた。一級アミノ基(−NH2)の定量
は、過剰量の亜硝酸ナトリウム標準液(0.1N)
を含む2Nの塩酸でフイルムを20時間処理した後、
未反応の亜硝酸ナトリウムをスルフアニル酸を用
いて公知の方法により標定することにより行つ
た。 実施例 1 ナトリウム鏡を通して精製したベンゼン中で、
sec−ブチルリチウム3.5×10-4molを開始剤とし
て、スチレンと4−ビニルベンジルジメチルアミ
ン(以下、4−VBDMAと略記)とブタジエン
を、ブタジエン6.5g、スチレン12g、ブタジエ
ン7.0g、4−VBDMA19g、ブタジエン6.5gの
順に5段階で20時間毎に投入して重合を行ない、
polyC−polyA−polyC−polyB−polyC型の原ブ
ロツク共重合体を合成した。重合温度は、4−
VBDMAに対しては20℃、他のモノマーに対し
ては30℃とし、重合は真空に封じたガラス容器中
で行つた。重合収率はほぼ100%であつた。膜浸
透圧法で求めた中間重合体と最終重合体と数平均
分子量から最終重合体の各々ブロツクあたりの分
子量を求めたところ最初に重合したポリブタジエ
ンブロツクは1.9×104g/mol、ポリスチレンブ
ロツクは3.5×1042/mol、中央のポリブタジエン
ブロツクは2.0×104g/mol、ポリ(4−
VBDMA)ブロツクは5.5×104g/mol、最後に
重合したポリブタジエンブロツクは1.8×104g/
molであり、モノマー重量と開始剤モル数から計
算によつて求めた値にほぼ一致した。 このようにして得られた原ブロツク共重合体の
5重量%のベンゼン溶液を用いて水銀面上で溶媒
蒸発法により得た厚さ約60μmのフイルムをオス
ミウム酸水溶液で染色し、透過型電子顕微鏡で観
察したところ、ポリブタジエン層(B)、ポリスチレ
ン層(S)、およびポリ(4−VBDAM)層(A)とが
−B−S−B−A−の繰り返し単位で規則正しく
並んだ3相ラメラ構造の存在が確認された。 この原ブロツク共重合体から同様に作製したフ
イルム0.3gをヨウ化メチルの蒸気中室温で10時
間放置してA部分を4級化した後、20体積パーセ
ントの一塩化硫黄のニトロメタン溶液100ml中に
室温で3時間浸漬してB部分を架橋した。この架
橋反応によりポリブタジエンの二重結合に起因す
る赤外吸収バンドは、ほとんど消矢することか
ら、ポリブタジエン部分の架橋度は100%近いこ
とが確められた。さらにこのフイルムをクロロメ
チルエーテル45g中に浸漬し、3℃に保ち、触媒
として15gの塩化アルミニウムを添加し、同じ温
度で5時間放置することにより、ポリスチレン部
分のクロロメチル化を行つた。 得られたフイルムの陰イオン交換容量を通常の
適定法により求めたところ、測定値は計算値の85
%であつた。また、13C−NMR測定の結果スチレ
ンモノマー単位あたり0.82個のクロロメチル基の
存在が確認された。このフイルムをオスミウム酸
の1%水溶液で処理して、透過型電子顕微鏡で観
察したところ、はじめのラメラ構造は大して乱れ
ることなく保持されていることがわかつた。 実施例 2 実施例1で得られた原ブロツク共重合体から作
製した厚さ60μmのフイルム0.3gを実施例1と同
様にポリ(4−VBDMA)部分の4級化とポリ
ブタジエン部分の架橋を行つた。 さらに、このフイルムを二硫化炭素50ml中に浸
漬し、塩化アルミニウム15gと塩化アセチル10g
を添加し、還流下、5時間反応を行いポリスチレ
ン部分にアセチル基を導入した。こうして化学処
理して得られたフイルムは1690cm-1付近にカルボ
ニル基特有の赤外吸収バンドを示し13C−NMR
測定の結果からスチレンモノマー単位あたり0.81
個のアセチル基をもつことがわかつた。また、透
過型電子顕微鏡観察の結果、はじめのラメラ構造
は基本的に保たれていることが確認された。 実施例 3 実施例1で得られた原ブロツク共重合体から作
製した厚さ60μmのフイルム0.3gを実施例1と同
様にポリ(4−VBDMA)部分の4級化とポリ
ブタジエン部分の架橋を行つた。さらに実施例1
と同様にポリスチレン部分のクロロメチル化を行
つた後、フイルムを20重量パーセントのヘキサメ
チレンテトラミンのクロロホルム溶液で還流下5
時間処理、メタノールで洗浄、最後に、90℃の水
で5時間処理を行つた。得られたフイルムについ
ての赤外吸収スペクトルとH−NMRスペクトル
の測定結果から、クロロメチル基がホルミル基
(−CHO)に変換されたことが確認された。 すなわち、1H−NMRスペクトルでは、δ=4
〜5付近のクロロメチル基の水素に由来するピー
クが消え、新たにδ=10付近のホルミル基の水素
に由来するピークが現われ、赤外吸収スペクトル
では、1700cm-1付近にアルデヒドのC=Oに由来
する吸収バンドが現われた。また、このフイルム
の陰イオン交換容量は計算値の72%であつた。 実施例 4 実施例1で得られた原ブロツク共重合体から作
製した厚さ60μmのフイルム0.3gを実施例1と同
様にポリ(4−VBDMA)部分の4級化とポリ
ブタジエン部分の架橋およびポリスチレン部分の
クロロメチル化を行つた。さらにこのフイルムを
イミノニ酢酸−二ナトリウム塩6.7g、水酸化ナ
トリウム3.3g、ジオキサン50mlおよび水50mlの
混合液で60℃で1時間処理し、クロロメチル基を 基に変換した。 得られたフイルムは1700cm-1付近にカルボン酸
基に特有な強い赤外吸収バンドを示した、また、
このカルボン酸基をナトリウム定量によつて測定
したところ、スチレンモノマー単位あたり、1.2
個(8.2×10-4当量)のカルボン酸基が存在する
ことが分つた。また、陰イオン交換容量は計算値
の60%(4.2×10-4当量)であつた。 実施例 5 実施例1で得られた原ブロツク共重合体から作
製した厚さ60μmのフイルム0.3gを実施例1と同
様にポリ(4−VBDMA)部分の4級化と、ポ
リブタジエン部分の架橋およびポリスチレン部分
のクロロメチル化を行つた。 得られたフイルムをベンゼン100mlに浸漬し、
1昼夜放置した後、これにアンモニアを通じ、20
℃で飽和させてから、40℃でさらに5時間徐々に
通じて、さらに20℃で一昼夜放置し、クロロメチ
ル化ポリスチレン部分のアミン化を完結させた。 このようにアミン化を行つたフイルムを20g/
dlのマレイン酸ジエチルのエーテル溶液に浸漬
し、30℃で7日間反応を行い、アミノメチル基を 基に変換した。続いてフイルムをアセトン中に浸
漬し、これに濃臭化水素酸を滴下し、20時間還流
し、エステルの加水分解を行い 基とした。 得られたフイルムは1700cm-1付近にカルボン酸
基に特有な強い赤外吸収バンドを示した。また、
このカルボン酸基をナトリウム定量によつて測定
したところ、スチレンモノマー単位あたり1.5個
のカルボン酸基が存在することが分つた。また、
4級アミノ基は計算値の62%であつた。 実施例 6 実施例2でアセチル化を行つて得たフイルム
0.4gを100mlの三塩化リンに浸漬して2時間後、
これに60gの氷酢酸を加え10日間放置し、アセチ
ル基のリン酸化を行い、これを 基とした。次にこのフイルムを0℃の水中に浸漬
し、水と希アルカリで洗浄した。 得られたフイルムは、1250〜1300cm-1の領域に
リン一酸素二重結合特有の強い赤外吸収バンドを
示した。また、膜中に導入されたリン酸基を定量
したところ、スチレンモノマー単位あたり0.65個
存在することがわかつた。 実施例 7 ナトリウム鏡を通して精製したベンゼン中で、
sec−ブチルリチウム2.9×10-4molを開始剤とし
て、イソプレン9g、スチレン15g、ブタジエン
18g、2−ビニルピリジン18gをこの順に4段階
で20時間毎に投入して重合を行ない、polyC−
polyB−polyC−polyA型の原ブロツク共重合体
を合成した。重合温度は2−ビニルピリジンに対
しては20℃、他のモノマーに対しては30℃とし、
真空に封じたガラス容器中で重合を行つた。重合
収率はほぼ100%であつた。膜浸透圧法で求めた
中間重合体と最終重合体の数平均分子から最終重
合体の各々のブロツクあたりの分子量を求めたと
ころ、ポリイソプレンブロツクは3.0×104g/
mol、ポリスチレンブロツクは5.3×104g/mol、
ポリブタジエンブロツクは6.2×104g/mol、ポ
リ(2−ビニルピリジン)ブロツクは6.3×104
g/molであり、モノマー重量と開始剤モル数か
ら計算によつて求めた値にほぼ一致した。 このようにして得られた原ブロツク共重合体の
5重量%のベンゼン溶液を用いて水銀面上で溶媒
蒸発法により得た厚さ約60μmのフイルムをオス
ミウム酸水溶液で染色し透過型電子顕微鏡で観察
したところ、ポリジエン層(D)、ポリスチレン層
(S)、およびポリ(2−ビニルピリジン)層(P)とが
−D−S−D−Pの繰り返し単位で規則正しく並
んだ3相ラメラ構造の存在が確認された。 この原ブロツク共重合体から同様に作製したフ
イルム0.3gをジヨードプロパンの蒸気中に40℃
で8日間放置してP部分を4級化した後、20体積
パーセントの一塩化硫黄のニトロメタン溶液100
ml中に室温で3時間浸漬してD部分を架橋した。
さらに、このフイルムを二硫化炭素100ml中に浸
漬し、塩化アルミニウム30gと塩化アセチル20g
をこの中に添加し、2時間還流を行つた後、30℃
で2日間放置し、ポリスチレン部分にアセチル基
を導入した。このようにして得られたフイルムの
13C−NMR測定の結果からスチレンモノマー単
位あたり0.85個のアセチル基が導入されたことが
わかつた。また、透過型電子顕微鏡観察の結果、
ラメラ構造は基本的に保持されていることが確認
された。 実施例 8 実施例7でアセチル化を行つたフイルム0.4g
を氷酢酸100mlに浸漬し、アイスバスを用いて冷
却しつつ、この中に臭素10gを滴下し、8時間放
置し、アセチル基の臭素下を行つた。 このフイルムを100mlのN、N′−ジメチルホル
ムアミドに浸漬し、この中にイミノジアセトニト
リル20gを加え、6時間90℃に保ち、水とアセト
ンで洗浄後、さらにこのフイルムを100mlの濃塩
酸で5時間加熱処理し、続いてフイルムを水50
ml、エタノール30mlおよび水酸化バリウム9gか
らなる混合液中に80℃で6時間浸漬し、シアノ基
の加水分解を行つた。以上の操作によりアセチル
基を−COCH2N(CH2COOH)2基に変換した。得
られたフイルムは1700cm-1付近にカルボン酸特有
の強い赤外吸収バンドを示した。また、このカル
ボン酸基を定量したところ、スチレンモノマー単
位あたり1.1個のカルボン酸基の存在が確かめら
れた。 実施例 9 実施例7で得られた原ブロツク共重合体のベン
ゼン溶液から作製した厚さ約60μmのフイルム0.3
gを実施例7と同様にポリ(2−ビニルピリジ
ン)部分の4級化とポリジエン部分の架橋を行つ
た。さらに実施例1と同様にポリスチレン部分の
クロロメチル化を行つた後、実施例3と同様にク
ロロメチル基をホルミル基に変換した。フイルム
にホルミル基が導入されたことは、赤外吸収スペ
クトルと1H−NMRスペクトルによつて確認し
た。 実施例 10 実施例9で最終的に得られたフイルムを塩化ア
ンモニウム5.4g、シアン化ナトリウム5.1g、濃
アンモニア水10ml、メタノール25ml、および水30
mlからなる混合溶液に浸漬し、35℃で約3時間放
置した。次に、この液中に水酸化ナトリウム16g
とメタノール25mlおよび水100mlの混合溶液を添
加し、還流下2時間放置した。その後、フイルム
を取り出し希塩酸で洗浄した。以上の操作によ
り、ホルミル基を 基に変換した。得られたフイルムに含まれる一級
アミノ基とカルボン酸基を定量したところ、スチ
レンモノマー単位あたりそれぞれ、0.25コと0.24
コとほぼ等量であつた。また、4級アミノ基の量
は、化学処理前のフイルムの重量とモノマー組成
から計算される値の約50%であつた。 実施例 11 実施例9で最終的に得られたフイルムをマロン
酸19g濃アンモニア水9gおよび80mlのエタノー
ルの混合液に浸し、還流下3時間放置した後、エ
タノールを蒸溜により取り除き、フイルムを炭酸
ナトリウムの0.1M水溶液(45℃)に浸した。さ
らにこのフイルムを2〜5℃の希塩酸に5時間浸
漬し、希アルカリ水溶液と水で洗浄した。以上の
操作によりホルミル基を 基に変換した。得られたフイルムに含まれる一級
アミノ基とカルボン酸基の量は、それぞれ、スチ
レンモノマー単位あたり0.32コと0.31コとほぼ等
しく、4級アミノ基の量は計算値の約55%であつ
た。 実施例 12 実施例7でアセチル化を行つて得られたフイル
ム0.4gを実施例8と同様にアセチル基の臭素化
を行つた。続いてこのフイルムを50mlの酢酸エチ
ル中に浸漬し、還流を行いつつこの中に50mlの酢
酸エチルと30gのイミノジ酢酸エチルを混合して
得た溶液を1時間に渡つて滴下し、沸点よりわず
かに低い温度で20時間放置した。以上の手順によ
つてアセチル基を−COCH2N(CH2COOC2H32
基に変換した。さらに、このエステル基を加水分
解して−COCH2N(CH2COOH)2基とするため、
フイルムをアセトン中に浸漬し、これに濃臭化水
素酸を滴下して20時間還流した。 得られたフイルムは1700cm-1付近にカルボン酸
基に特有な強い赤外吸収バンドを示し、このカル
ボン酸基を定量したところスチレンモノマー単位
あたり1.3個存在することがわかつた。また、4
級アミノ基は計算値の60%であつた。 実施例 13 実施例12で最終的に得られたフイルム0.3gを
実施例6と同様な方法でリン酸化反応を行い、−
COCH2N(CH2COOH)2基を 基に変換した。得られたフイルムは1700cm-1付近
にC=O結合の、また1250〜1300cm-1の領域に
リン一酸素二重結合の強い赤外吸収バンドを示し
た。また、元素分析の結果リン原子は炭素原子の
3.6重量%であつた。この値からリン酸基を計算
すると、スチレンモノマー単位あたり、約0.5コ
となり、前述のナトリウム定量法から求めた陽イ
オン交換容量は1.41×10-3当量であり、それに矛
盾しない。 実施例 14 実施例1で得られた原ブロツク共重合体のベン
ゼン溶液から作製した厚さ60μmのフイルム0.3g
をヨウ化メチルの蒸気中室温で10時間放置してポ
リ(4−VBDMA)部分を4級化し、2g/dl
の塩化第二スズのn−ヘキサン溶液で室温で4時
間処理しポリブタジエン部分を架橋した。さら
に、実施例2と同様にしてポリスチレン部分のア
セチル化を行つた。続いて、フイルムを無水塩化
亜鉛10gとクロロホルム100mlの混合物中に入れ、
この中にチオグリコール酸30gを1時間に渡つて
徐々に加え、還流下15時間放置した。冷却後、フ
イルムをアセトン、ジオキサン、および水で洗浄
した。これらの手順によりスチレン部分に 基を導入した。このフイルムを1Nの塩酸に20時
間浸漬して、アミン部分の対イオンを塩素とした
後、乾燥し、元素分析を行つたところ炭素70.9重
量%、窒素2.1重量%、水素8.2重量%、酸素7.2重
量%、硫黄6.1重量%、塩素5.5重量%であつた。
この炭素と硫黄の重量比から−SCH2COOH基の
数を計算するとスチレンモノマー単位あたり約
1.2コとなる。また、このフイルムはC=O結
合特有の赤外吸収バンドを示し、前述のナトリウ
ム定量法によつて求めてカルボン酸基の数も、ス
チレンモノマ単位あたり約1.2コであつた。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a polymer polyA having an anion exchange group.
The present invention relates to a novel block copolymer comprising, as a part or whole, a cation-selective ion-exchange group or a polymer polyB having a functionality that allows easy introduction of a cation-selective ion-exchange group. It is known that block copolymers that form a unique microphase-separated structure exhibit novel properties due to their heterogeneous structure. For example, block copolymers consisting of polyisoprene or polybutadiene chains and polystyrene chains have found use as thermoplastic rubbers and impact-resistant materials, and block copolymers consisting of polyurethane and polyether, poly( A block copolymer consisting of 2-hydroxyethyl methacrylate (2-hydroxyethyl methacrylate) and polystyrene is expected to be an anticoagulant material. Recently, multi-block copolymers consisting of polymers with cation exchange groups (sulfonic acid groups and carboxylic acid groups), polymers with ion exchange groups (quaternary amine groups), and polymers without ion exchange groups have been developed. It has been reported that inorganic and organic low molecular weight ions can be separated and removed from an aqueous solution by using the combination (Publication of Patent Publication No. 1976-76408) as a separation membrane. However, with this membrane, highly selective separation between ions cannot be expected. After extensive research, the present inventors came up with the idea of imparting a new function to a block copolymer by introducing a selective ion exchange group into one component of the block copolymer, and thus arrived at the present invention. . That is, the block copolymer of the present invention consists of a polymer polyA having an anion exchange group and a polymer having a cation-selective ion exchange group or a functional group into which a cation-selective ion exchange group can be easily introduced.
polyB as a part or whole of the component. The general formula for polymers into which cation-selective ion exchange groups can be easily introduced is , R 1 is hydrogen or a methyl group,
Rx is -CH2X (2) (X is chlorine or bromine) or -COCH3 group(3), or a functional group derived therefrom having the following chemical structure. −CH 2 NH 2 (4), −CHO (5), −COCH 2 Br (6) −COCH 2 N(CH 2 CO 2 R 2 ) 2 (9), −COCH 2 N(CH 2 CN) 2 (10) −COCH 2 N(CH 2 CH 2 CN) 2 (11) −CH 2 N + (C 2 H 4 OH) 3 (12) (However, R 2 is an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms) A polymer having a cation-selective ion exchange group is represented by the above formula (1). It is derived from a polymer, and the functional group Rx has the structure shown below. -CH=C(COOH) 2 (17) −COCH 2 N(CH 2 COOH) 2 (22) −COCH 2 N(CH 2 CH 2 COOH) 2 (23) −CH 2 −NH(CH 2 ( x --PO(OH) 2 (28) (However, x is an integer from 1 to 6) Furthermore, in the general formula (1), the monomer units having the functional group Rx account for 20 mol % or more, and all may be monomer units having the functional group Rx. The polymer polyA~ having an anion exchange group of the block copolymer of the present invention is, for example, a polymer of monomers selected from the following monomer group A, which is quaternized by a known method. Monomer group A: 2-vinylpyridine, 4-vinylpyridine, 2-methyl-5-
Vinylpyridine such as vinylpyridine, vinylpyrimidine, vinylquinoline, vinylcarbazole, vinylimidazole and these with 1 carbon number
a compound having 12 hydrocarbon substituents from o, m, p-vinylphenylalkylenedialkylamine represented by (however, R 3 and R 4 are each an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, and a is an integer of 1 to 3) in polyA~ The proportion of monomer units into which anion exchange groups are introduced is 20 mol % or more, and the anion exchange group may be introduced into all of the monomer units. The block copolymer of the present invention has the above-mentioned polyA and
In addition to polyB, the component block may contain up to 90 mol % of a polymer polyC having no ion-exchangeable functional group in monomer units. This polyC
The monomers constituting may be diene monomers such as butadiene, isoprene, pentadiene, and cyclohexadiene. Polymers made of such diene monomers can be easily crosslinked using the double bonds present in the polymer by a known method, so if these are included in the component blocks of a block copolymer, the resulting material can be It is possible to improve the solvent resistance of When crosslinking is carried out, it can be carried out to any degree or completely depending on the functionality required of the material. The block copolymer of the present invention has a polymer having an anion exchange group of 20 mol% or more per monomer unit.
polyA and a polymer polyB having 20 mol% or more of cation-selective ion-exchange groups per monomer unit or a functional group that can easily introduce cation-selective ion-exchange groups are 5% or more per monomer unit for each.
It is necessary to contain ~95 mol%. If it is outside this range, the function of the block copolymer material may not be fully exhibited. In addition, in order to increase the solvent resistance of the block copolymer material and stabilize the microphase-separated structure formed, it is preferable to contain 30 to 90 mol% of the polymer polyC made of diene monomers in monomer units. . A preferred method for obtaining the block copolymer of the present invention is a living anionic polymerization method in which an anion exchange group prepared by block copolymerizing a monomer selected from monomer group A and styrene or α-methylstyrene is introduced. Possible polymers
An original block copolymer consisting of polyA and polystyrene or poly(α-methylstyrene) (referred to as polyB), or the above polyA prepared in the same way from three types of monomers in which a diene monomer is added in addition to the above monomers. The first step is to chemically treat the original block copolymer consisting of polyB and diene polymer polyC. The molecular weights of the component polymers polyA, polyB, and polyC that make up these original block copolymers are 10 3 to 10 6
g/mol is desirable. More preferably, it is 10 4 to 5×10 3 g/mol. As is generally well known, in a block copolymer, as the molecular weight decreases, the proportion of compatible interface areas formed between domains formed by microphase separation increases. According to experimental facts published so far, the molecular weight of each component block is 10 3 g/
A clear phase separation structure is not formed below mol.
On the other hand, if the molecular weight of the sample is too large, the viscosity of the molten or solution state will be high, making it extremely difficult to mold the sample. The original block copolymer used in the present invention has the above polymers polyA, polyB, and polyC, for example, (polyA-polyB) x, (polyA-polyB) x ---
polyA, polyB (-polyA-polyB) x, (polyA-
polyB−polyC) x , (polyB−polyA−polyC)x,
(polyA−polyC−polyB)x, (polyA−polyC−
polyB−polyC)x, (polyC−polyA−polyC−
polyB)x, polyC−polyA−polyB−polyC, polyC−
polyA−polyC−polyB−polyC, polyA−polyC
−polyB−polyC−polyA, polyB−polyC−
polyA−polyC−polyB, polyA−polyB−polyC
−polyB−polyA, polyB−polyA−polyC−
polyA−polyB, polyC−polyA−polyB−polyA
−polyC, polyC−polyB−polyA−polyB−
Any combination of polyC (where x is an integer of 1 or more) may be used. Also, polyB with polyA as a branch, polyA with polyB as a branch, and polyA.
polyC with polyB as a branch, polyA-polyC type (or polyB-polyC type) polyB (or polyA) with a block copolymer as a branch, polyC-polyA
- polyB (or
polyA). Among these, polyA and polyB are separated from each other by polyC and bonded together (for example, polyA-polyC-polyB), when the content of polyC is appropriate, the final ion exchange When the microphase-separated anion exchange region and the cation-selective ion exchange region are isolated from each other in the body, the microphase-separated structure becomes stable, which is preferable for use as a functional material. The block copolymer of the present invention can be produced by quaternizing the nitrogen atom of the polyA portion of the original block copolymer described above before, after, or simultaneously with molding to form a polymer polyA~ having an anion exchange group. Cross-link the polyC part according to
After chloromethylating or acetylating the polyB moiety, a cation-selective ion exchange group may be introduced therein by a known method. Crosslinking of the polyC moiety introduced as necessary may be carried out at any stage to the extent possible. You can go. The quaternization reaction of nitrogen atoms is BrC l H 2l+1 and IC l H 2l+1
(l is an integer from 1 to 12) or Br(-CH 2 ) l Br or I(-CH 2
) It can be easily carried out using a vapor or solution of an alkylene dihalide represented by l ---I. Polydiene moieties are exposed to peroxides, sulfur, sulfur monochloride, ultraviolet light, or AlCl 3 , SbCl 3 , FeCl 3 ,
Crosslinking can be easily carried out using Friedel-Crafts catalysts such as TeCl 2 , SnCl 4 , TiCl 4 , BF 3 , H 2 SO 4 and the like. Moreover, hydrogenation can also be carried out. Halomethylation of polystyrene or poly(α-methylstyrene) can be easily performed using formaldehyde and hydrogen halide, and chloromethylation can be easily performed using chloromethyl methyl ether. Further, their acetylation can be carried out by a known method using acetyl chloride and the above-mentioned Friedel-Crafts catalyst. Furthermore, in the halomethyl group, If we act on the functional group of (13), If you act on it, you will get the functional group (8), if you act on it with ammonia you will get the functional group (4), and if you act on it with (CH 2 ) 6 N 4 you will get the functional group (5).
(Sommelet reaction), (27), aminophosphoric acid (28), and triethanolamine (12) can be obtained. In addition, if Br 2 acts on the acetyl group (3), (6),
When HSCH 2 COOH is used, (21) and PCl 3 are used to obtain (25). Furthermore, in (4) If we act on it, we get (7), and if we hydrolyze (7), we get (14) and (5).
Treatment with NH 4 OH, KCN and acid yields (15) and (5).
When treated with CH 2 (COOH) 2 and NH 4 OH, (16) and (17),
Hydrolyzing (3) gives (13), (14) gives (20), and (15 ) gives (18) and ( 16). By acting with ClCH 2 COONa, (19) can be obtained. Furthermore, if (6) is treated with NH (CH 2 COOC 2 H 3 ) 2 , it becomes (9), and if (9) is hydrolyzed, (22), (6) becomes NH
If treated with (CH 2 CN) 2 , (10), if (10) is hydrolyzed, (22), if (6) is treated with NH (CH 2 CH 2 CN) 2 , (11),
If (11) is hydrolyzed, (23) is obtained, (22) is treated with PCl 2 (24), (22) is treated with HSCH 2 COOH (26), and (23) is treated with PCl 3. ba (30), (23)
When treated with HSCH 2 COOH, (31) can be obtained. Moreover, (29) can be obtained by oxidizing (12). The above-mentioned individual reactions are known, and representative documents are listed below. RB Wagner and HDzook, “Synthetic
Organic Chemistry”, New York, John
Wiley & Sons, Inc. (1953) LRMorris et al., Journal of American
Chemical Society, Volume 81, Page 377 (1959
) EB Trostyanskaya et al., Journal of
Polymcr Science, Volume 59, Page 379 (1962) M. Marshall and KLCheng, Talanta, Volume 21,
Page 751 (1974) Edited by Shumasa Hojo, "Chelate Resin/Ion Exchange Resin", Kodansha Scientific (1976) The original block copolymer used in the present invention is produced by, for example, a living anionic polymerization method. be able to. In this case, as the polymerization initiator, known butyllithium (n, sec, tert), 2-methylbutyllithium, sodium naphthalene, sodium anthracene, α-methylstyrene tetramer sodium, sodium biphenyl, etc. are used. , aromatic hydrocarbons, cyclic ethers, aliphatic hydrocarbons (generally benzene,
Toluene, tetrahydrofuran, n-hexane,
Polymerization is carried out in a vacuum or an inert gas atmosphere such as nitrogen gas or argon gas (for example, cyclohexane is used). The block copolymer of the present invention has a region A having an anion exchange group and a region B having a cation-selective ion exchange group or a functional group into which a cation-selective ion exchange group can be easily introduced, or A~, B~
It has a micron phase separation structure consisting of two regions and a region C~ having no ion exchange group. Each region exists as a lamella, sphere, rod, or matrix phase, but these forms depend on the composition and molecular structure of the original block copolymer. In addition, the width of the lamella and the diameter of the sphere or rod are usually from several nm to several hundred nm.
It is. In this way, due to the micro-heterogeneity structure,
The block copolymer of the present invention exhibits unique functions. They can be arbitrarily formed into films, tubes, fibers, gels, etc. In addition to ion selective permeable membranes used for ion analysis and waste liquid treatment, they can also be made from conductive materials,
It is expected to have many uses such as biomedical materials. The present invention will be explained below with reference to Examples. In addition, in order to quantify the phosphoric acid group or carboxylic acid group introduced into the film in the examples, the film was soaked in a dilute aqueous sodium hydroxide solution (PH
≒12) for 20 hours, washed with water, and then soaked in 0.5N hydrochloric acid for 20 hours.
After soaking for an hour, the sodium ions released from the membrane were quantified. In addition, to measure the anion exchange capacity (quantification of quaternary amino groups), after treating the membrane with a dilute aqueous sodium hydroxide solution, immerse the membrane in a 1 mol/aqueous potassium chloride solution for 20 hours, and then immerse the membrane in a 1 mol/aqueous potassium chloride solution. This was done by soaking the membrane in water for 20 hours and quantifying the amount of chlorine ions released from the membrane. here,
Quantification of sodium ions and chloride ions was performed by conventional methods. For the determination of primary amino groups (-NH 2 ), use an excess amount of sodium nitrite standard solution (0.1N).
After treating the film for 20 hours with 2N hydrochloric acid containing
This was carried out by standardizing unreacted sodium nitrite using sulfanilic acid by a known method. Example 1 In benzene purified through a sodium mirror,
Using 3.5 x 10 -4 mol of sec-butyllithium as an initiator, styrene, 4-vinylbenzyldimethylamine (hereinafter abbreviated as 4-VBDMA), and butadiene were mixed into 6.5 g of butadiene, 12 g of styrene, 7.0 g of butadiene, and 19 g of 4-VBDMA. , 6.5 g of butadiene were added every 20 hours in 5 steps to carry out polymerization.
An original block copolymer of polyC-polyA-polyC-polyB-polyC type was synthesized. The polymerization temperature is 4-
Polymerization was carried out at 20°C for VBDMA and 30°C for other monomers in a vacuum-sealed glass vessel. The polymerization yield was approximately 100%. The molecular weight per block of the final polymer was determined from the intermediate polymer, final polymer, and number average molecular weight determined by membrane osmotic pressure method, and the first polymerized polybutadiene block was 1.9 x 10 4 g/mol, and the polystyrene block was 3.5. ×10 4 2/mol, the central polybutadiene block contains 2.0 × 10 4 g/mol, poly(4-
VBDMA) block is 5.5×10 4 g/mol, and the final polymerized polybutadiene block is 1.8×10 4 g/mol.
mol, which almost agreed with the value calculated from the monomer weight and the number of moles of initiator. Using a 5% by weight benzene solution of the original block copolymer thus obtained, a film with a thickness of about 60 μm obtained by solvent evaporation on a mercury surface was stained with an osmic acid aqueous solution and then subjected to transmission electron microscopy. When observed, a three-phase lamellar structure was observed in which the polybutadiene layer (B), polystyrene layer (S), and poly(4-VBDAM) layer (A) were regularly arranged in -B-S-B-A- repeating units. existence was confirmed. 0.3 g of a film similarly prepared from this original block copolymer was left in methyl iodide vapor at room temperature for 10 hours to quaternize the A portion, and then placed in 100 ml of a 20 volume percent sulfur monochloride solution in nitromethane. Part B was crosslinked by soaking at room temperature for 3 hours. This crosslinking reaction caused the infrared absorption band caused by the double bonds in polybutadiene to almost disappear, confirming that the degree of crosslinking in the polybutadiene portion was close to 100%. Further, this film was immersed in 45 g of chloromethyl ether, kept at 3°C, 15 g of aluminum chloride was added as a catalyst, and the film was left at the same temperature for 5 hours to chloromethylate the polystyrene portion. When the anion exchange capacity of the obtained film was determined using a conventional method, the measured value was 85% higher than the calculated value.
It was %. Furthermore, as a result of 13 C-NMR measurement, the presence of 0.82 chloromethyl groups per styrene monomer unit was confirmed. When this film was treated with a 1% aqueous solution of osmic acid and observed under a transmission electron microscope, it was found that the original lamellar structure was maintained without being significantly disturbed. Example 2 0.3 g of a 60 μm thick film prepared from the original block copolymer obtained in Example 1 was subjected to quaternization of the poly(4-VBDMA) portion and crosslinking of the polybutadiene portion in the same manner as in Example 1. Ivy. Furthermore, this film was immersed in 50 ml of carbon disulfide, and 15 g of aluminum chloride and 10 g of acetyl chloride were added.
was added, and the reaction was carried out under reflux for 5 hours to introduce acetyl groups into the polystyrene portion. The film obtained through this chemical treatment exhibits an infrared absorption band characteristic of carbonyl groups around 1690 cm -1 13 C-NMR.
From the measurement results, 0.81 per styrene monomer unit
It was found that it has several acetyl groups. Furthermore, as a result of transmission electron microscopy, it was confirmed that the initial lamellar structure was basically maintained. Example 3 0.3 g of a 60 μm thick film prepared from the original block copolymer obtained in Example 1 was subjected to quaternization of the poly(4-VBDMA) portion and crosslinking of the polybutadiene portion in the same manner as in Example 1. Ivy. Furthermore, Example 1
After chloromethylating the polystyrene portion in the same manner as above, the film was refluxed with a 20 weight percent hexamethylenetetramine solution in chloroform for 5 minutes.
Treatment was performed for a period of time, washing with methanol, and finally treatment with water at 90°C for 5 hours. From the measurement results of the infrared absorption spectrum and H-NMR spectrum of the obtained film, it was confirmed that the chloromethyl group was converted to a formyl group (-CHO). That is, in the 1 H-NMR spectrum, δ=4
The peak derived from the hydrogen of the chloromethyl group around ~5 disappears, and a new peak derived from the hydrogen of the formyl group around δ = 10 appears, and in the infrared absorption spectrum, the C=O of the aldehyde appears around 1700 cm -1 . An absorption band originating from this appeared. Further, the anion exchange capacity of this film was 72% of the calculated value. Example 4 0.3 g of a 60 μm thick film prepared from the original block copolymer obtained in Example 1 was subjected to quaternization of the poly(4-VBDMA) portion, crosslinking of the polybutadiene portion, and polystyrene treatment in the same manner as in Example 1. Partial chloromethylation was performed. Furthermore, this film was treated with a mixture of 6.7 g of iminodiacetic acid disodium salt, 3.3 g of sodium hydroxide, 50 ml of dioxane, and 50 ml of water at 60°C for 1 hour to remove the chloromethyl groups. Converted to base. The obtained film showed a strong infrared absorption band near 1700 cm -1 that is characteristic of carboxylic acid groups.
When this carboxylic acid group was measured by sodium quantification, it was found that 1.2
It was found that there were 8.2×10 −4 equivalents of carboxylic acid groups. Further, the anion exchange capacity was 60% of the calculated value (4.2×10 -4 equivalent). Example 5 0.3 g of a 60 μm thick film prepared from the original block copolymer obtained in Example 1 was subjected to quaternization of the poly(4-VBDMA) portion, crosslinking of the polybutadiene portion, and Chloromethylation of the polystyrene moiety was performed. The obtained film was immersed in 100ml of benzene,
After leaving it for a day and night, add ammonia to it for 20 minutes.
After saturation at 40°C, the mixture was gradually heated to 40°C for another 5 hours, and then left at 20°C overnight to complete amination of the chloromethylated polystyrene moiety. 20g/20g of film aminated in this way
dl was immersed in an ether solution of diethyl maleate and reacted at 30℃ for 7 days to remove the aminomethyl group. Converted to base. Next, the film was immersed in acetone, concentrated hydrobromic acid was added dropwise to it, and the film was refluxed for 20 hours to hydrolyze the ester. Based on. The obtained film showed a strong infrared absorption band near 1700 cm -1 that is characteristic of carboxylic acid groups. Also,
When this carboxylic acid group was measured by sodium quantification, it was found that there were 1.5 carboxylic acid groups per styrene monomer unit. Also,
The quaternary amino group was 62% of the calculated value. Example 6 Film obtained by acetylation in Example 2
After 2 hours of soaking 0.4g in 100ml of phosphorus trichloride,
Add 60g of glacial acetic acid to this and leave it for 10 days to phosphorylate the acetyl group. Based on. Next, this film was immersed in water at 0°C and washed with water and dilute alkali. The obtained film showed a strong infrared absorption band characteristic of the phosphorus-oxygen double bond in the region of 1250 to 1300 cm -1 . Furthermore, when the number of phosphoric acid groups introduced into the membrane was quantified, it was found that there were 0.65 phosphoric acid groups per styrene monomer unit. Example 7 In benzene purified through a sodium mirror,
Using 2.9×10 -4 mol of sec-butyllithium as an initiator, 9 g of isoprene, 15 g of styrene, and butadiene.
Polymerization was carried out by adding 18 g of 2-vinylpyridine and 18 g of 2-vinylpyridine in this order every 20 hours in 4 steps.
A polyB-polyC-polyA type original block copolymer was synthesized. The polymerization temperature was 20°C for 2-vinylpyridine and 30°C for other monomers.
Polymerization was carried out in a glass container sealed under vacuum. The polymerization yield was approximately 100%. The molecular weight per block of the final polymer was determined from the number average molecules of the intermediate polymer and the final polymer determined by the membrane osmotic pressure method, and the polyisoprene block was found to be 3.0×10 4 g/
mol, polystyrene block is 5.3×10 4 g/mol,
Polybutadiene block is 6.2×10 4 g/mol, poly(2-vinylpyridine) block is 6.3×10 4
g/mol, which almost coincided with the value calculated from the monomer weight and the number of moles of initiator. Using a 5% by weight benzene solution of the original block copolymer thus obtained, a film with a thickness of about 60 μm obtained by solvent evaporation on a mercury surface was stained with an osmic acid aqueous solution and examined using a transmission electron microscope. Upon observation, the polydiene layer (D) and polystyrene layer
(S) and the poly(2-vinylpyridine) layer (P) were confirmed to have a three-phase lamellar structure in which repeating units of -D-S-D-P were regularly arranged. 0.3 g of a film similarly prepared from this original block copolymer was placed in diiodopropane vapor at 40°C.
After leaving for 8 days to quaternize the P moiety, a solution of 20 volume percent sulfur monochloride in nitromethane was added.
ml for 3 hours at room temperature to crosslink portion D.
Furthermore, this film was immersed in 100 ml of carbon disulfide, and 30 g of aluminum chloride and 20 g of acetyl chloride were added.
was added to this, refluxed for 2 hours, and then heated to 30°C.
This was left for 2 days to introduce acetyl groups into the polystyrene portion. The film obtained in this way
From the results of 13 C-NMR measurement, it was found that 0.85 acetyl groups were introduced per styrene monomer unit. In addition, as a result of transmission electron microscopy,
It was confirmed that the lamellar structure was basically maintained. Example 8 0.4g of film acetylated in Example 7
was immersed in 100 ml of glacial acetic acid, and while cooling using an ice bath, 10 g of bromine was added dropwise thereto, and the mixture was left to stand for 8 hours to remove bromine from the acetyl groups. This film was immersed in 100 ml of N,N'-dimethylformamide, 20 g of iminodiacetonitrile was added thereto, kept at 90°C for 6 hours, washed with water and acetone, and then immersed in 100 ml of concentrated hydrochloric acid. Heat treated for 50 hours, followed by watering the film for 50 hours.
ml, 30 ml of ethanol, and 9 g of barium hydroxide at 80° C. for 6 hours to hydrolyze the cyano groups. Through the above operations, the acetyl group was converted into 2 -COCH 2 N(CH 2 COOH) groups. The obtained film showed a strong infrared absorption band characteristic of carboxylic acids around 1700 cm -1 . Furthermore, when this carboxylic acid group was quantified, it was confirmed that there were 1.1 carboxylic acid groups per styrene monomer unit. Example 9 A film with a thickness of approximately 60 μm (0.3 μm) was prepared from a benzene solution of the original block copolymer obtained in Example 7.
In the same manner as in Example 7, the poly(2-vinylpyridine) moiety was quaternized and the polydiene moiety was crosslinked. Furthermore, the polystyrene moiety was chloromethylated in the same manner as in Example 1, and then the chloromethyl group was converted into a formyl group in the same manner as in Example 3. The introduction of formyl groups into the film was confirmed by infrared absorption spectrum and 1 H-NMR spectrum. Example 10 The film finally obtained in Example 9 was mixed with 5.4 g of ammonium chloride, 5.1 g of sodium cyanide, 10 ml of concentrated ammonia water, 25 ml of methanol, and 30 ml of water.
ml of the mixed solution and left at 35°C for about 3 hours. Next, add 16g of sodium hydroxide to this liquid.
A mixed solution of 25 ml of methanol and 100 ml of water was added thereto, and the mixture was left to stand under reflux for 2 hours. Thereafter, the film was taken out and washed with dilute hydrochloric acid. By the above operations, the formyl group is Converted to base. When the primary amino groups and carboxylic acid groups contained in the obtained film were quantified, they were found to be 0.25 and 0.24 per styrene monomer unit, respectively.
It was about the same amount as Ko. Further, the amount of quaternary amino groups was about 50% of the value calculated from the weight of the film before chemical treatment and the monomer composition. Example 11 The film finally obtained in Example 9 was immersed in a mixture of 19 g of malonic acid, 9 g of concentrated aqueous ammonia, and 80 ml of ethanol, left to stand under reflux for 3 hours, the ethanol was removed by distillation, and the film was soaked in sodium carbonate. immersed in a 0.1M aqueous solution (45°C) of Further, this film was immersed in dilute hydrochloric acid at 2 to 5° C. for 5 hours, and washed with dilute aqueous alkaline solution and water. By the above operations, the formyl group is Converted to base. The amounts of primary amino groups and carboxylic acid groups contained in the obtained film were approximately equal to 0.32 and 0.31 per styrene monomer unit, respectively, and the amount of quaternary amino groups was about 55% of the calculated value. Example 12 0.4 g of the film obtained by acetylation in Example 7 was subjected to bromination of acetyl groups in the same manner as in Example 8. Next, this film was immersed in 50 ml of ethyl acetate, and while refluxing, a solution obtained by mixing 50 ml of ethyl acetate and 30 g of ethyl iminodiacetate was added dropwise over 1 hour. It was left at a low temperature for 20 hours. By the above procedure, the acetyl group is converted to −COCH 2 N(CH 2 COOC 2 H 3 ) 2
Converted to base. Furthermore, in order to hydrolyze this ester group to make -COCH 2 N (CH 2 COOH) 2 groups,
The film was immersed in acetone, concentrated hydrobromic acid was added dropwise thereto, and the mixture was refluxed for 20 hours. The obtained film showed a strong infrared absorption band near 1700 cm -1 that is characteristic of carboxylic acid groups, and when the number of carboxylic acid groups was quantified, it was found that there were 1.3 carboxylic acid groups per styrene monomer unit. Also, 4
The number of grade amino groups was 60% of the calculated value. Example 13 0.3 g of the film finally obtained in Example 12 was subjected to a phosphorylation reaction in the same manner as in Example 6, and -
COCH 2 N (CH 2 COOH) 2 units Converted to base. The obtained film showed strong infrared absorption bands of C=O bonds near 1700 cm -1 and strong infrared absorption bands of phosphorus-oxygen double bonds in the region of 1250 to 1300 cm -1 . In addition, elemental analysis shows that phosphorus atoms are carbon atoms.
It was 3.6% by weight. If the number of phosphate groups is calculated from this value, it will be about 0.5 groups per styrene monomer unit, and the cation exchange capacity determined from the sodium determination method described above is 1.4 1 × 10 -3 equivalents, which is consistent with this. Example 14 0.3 g of a 60 μm thick film prepared from a benzene solution of the original block copolymer obtained in Example 1
was allowed to stand in methyl iodide vapor at room temperature for 10 hours to quaternize the poly(4-VBDMA) portion, resulting in a concentration of 2 g/dl.
The polybutadiene portion was crosslinked by treatment with a solution of stannic chloride in n-hexane at room temperature for 4 hours. Furthermore, the polystyrene portion was acetylated in the same manner as in Example 2. Next, the film was placed in a mixture of 10 g of anhydrous zinc chloride and 100 ml of chloroform.
To this, 30 g of thioglycolic acid was gradually added over 1 hour, and the mixture was left to stand under reflux for 15 hours. After cooling, the film was washed with acetone, dioxane, and water. These steps will make the styrene part introduced a group. This film was immersed in 1N hydrochloric acid for 20 hours to change the counterion of the amine portion to chlorine, then dried and elemental analysis revealed that carbon was 70.9% by weight, nitrogen was 2.1% by weight, hydrogen was 8.2% by weight, and oxygen was 7.2% by weight. % by weight, 6.1% by weight of sulfur, and 5.5% by weight of chlorine.
Calculating the number of -SCH 2 COOH groups from this carbon to sulfur weight ratio gives approximately
It will be 1.2 pieces. Further, this film exhibited an infrared absorption band specific to C=O bonds, and the number of carboxylic acid groups was determined to be about 1.2 per styrene monomer unit, as determined by the sodium quantitative method described above.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 モノマー単位あたり20モル%以上の陰イオン
交換基を導入可能な高分子polyAとポリスチレン
あるいはポリ(α−メチルスチレン)からなる、
モノマー単位あたり20モル%以上の陽イオン選択
性イオン交換基または陽イオン選択性イオン交換
基を容易に導入可能な交換基を導入可能な高分子
polyBとpolyCからなり、polyA、polyBはモノ
マー単位で各々に対し5〜95モル%含有し、
polyCはモノマー単位で30〜90モル%含有し、各
ブロツク単位の分子量が103〜106g/molである
ブロツク共重合体のpolyA部分に陰イオン交換基
を導入した後、polyB部分をハロメチル化あるい
はアセチル化し、さらにハロメチル化またはアセ
チル化されたpolyB部分に、陽イオン選択性イオ
ン交換基または陽イオン選択性イオン交換基を容
易に導入可能な交換基を導入することからなり、
必要に応じてpolyCに含まれる二重結合で架橋す
ることを特徴とするブロツク共重合体の製造方
法。(ここでpolyAは次のモノマー群Aから選ば
れるモノマーの重合体であり、(モノマー群A:
ビニルピリジン、ビニルピリミジン、ビニルキノ
リン、ビニルカルバゾール、ビニルイミダゾー
ル、およびこれらの炭素数が1から12の炭化水素
置換基を有する化合物、 で表わされるo,m,p−ビニルフエニルアルキ
レンジアミン、(ただし、R3およびR4は各々炭素
数が1から12のアルキル基、aは1から3の整数
である。)陽イオン選択性イオン交換基あるいは
陽イオン選択性イオン交換基を容易に導入可能な
官能基が (1) −CH2X、−COCH3、(Xは塩素あるいは臭
素) (2) −CH2NH2、−CHO、−COCH2Br (3) −COCH2N(CH2CO2R22、−COCH2N
(CH2CN)2 −COCH2N(CH2CH2CN)2、−CH2N+
(C2H4OH)3 (ただし、R2は炭素数1から6のアルキル基) (4) −CH=C(COOH)2 −COCH2N(CH2COOH)2、−COCH2N
(CH2CH2COOH)2 −CH2−NH(CH2xPO(OH)2 (ただし、xは1から6の整数))であり、
polyCは下記のジエン系モノマーの重合体であ
る。 (ブタジエン、イソプレン、シクロヘキサジエ
ン、ペンタジエン))
[Claims] 1. Consisting of a polymer polyA capable of introducing 20 mol% or more of anion exchange groups per monomer unit and polystyrene or poly(α-methylstyrene),
A polymer capable of introducing cation-selective ion-exchange groups of 20 mol% or more per monomer unit or exchange groups into which cation-selective ion-exchange groups can be easily introduced.
Consisting of polyB and polyC, polyA and polyB each contain 5 to 95 mol% as monomer units,
After introducing an anion exchange group into the polyA part of a block copolymer containing 30 to 90 mol% of polyC monomer units and a molecular weight of each block unit of 10 3 to 10 6 g/mol, the polyB part is converted to halomethyl. or acetylated, and then introducing a cation-selective ion exchange group or an exchange group into which a cation-selective ion exchange group can be easily introduced into the halomethylated or acetylated polyB moiety,
A method for producing a block copolymer, which is characterized in that crosslinking is carried out using double bonds contained in polyC, if necessary. (Here, polyA is a polymer of monomers selected from the following monomer group A, (monomer group A:
Vinylpyridine, vinylpyrimidine, vinylquinoline, vinylcarbazole, vinylimidazole, and compounds thereof having a hydrocarbon substituent having 1 to 12 carbon atoms, o, m, p-vinylphenyl alkylene diamine represented by (however, R 3 and R 4 are each an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, and a is an integer of 1 to 3) Cation selectivity Functional groups into which ion exchange groups or cation-selective ion exchange groups can be easily introduced are (1) -CH 2 X, -COCH 3 , (X is chlorine or bromine) (2) -CH 2 NH 2 , -CHO , −COCH 2 Br (3) −COCH 2 N(CH 2 CO 2 R 2 ) 2 , −COCH 2 N
(CH 2 CN) 2 −COCH 2 N (CH 2 CH 2 CN) 2 , −CH 2 N +
(C 2 H 4 OH) 3 (However, R 2 is an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms) (4) -CH=C(COOH) 2 −COCH 2 N(CH 2 COOH) 2 , −COCH 2 N
(CH 2 CH 2 COOH) 2 −CH 2 −NH(CH 2 ) x PO(OH) 2 , (However, x is an integer from 1 to 6)),
PolyC is a polymer of the following diene monomers. (butadiene, isoprene, cyclohexadiene, pentadiene))
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