JP2015009162A - Ion exchange membrane - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ビニルアルコール系重合体成分(a)とイオン基を有する重合体成分(b)を構成成分とするブロックまたはグラフト共重合体(P)からなるイオン交換膜に関する。 The present invention relates to an ion exchange membrane comprising a block or graft copolymer (P) comprising a vinyl alcohol polymer component (a) and a polymer component (b) having an ionic group as constituent components.
イオン交換膜は海水の濃縮、飲料水用の地下鹹水の脱塩や硝酸性窒素の除去、食品製造工程における塩分除去や医薬品の有効成分の濃縮など、現在、多種多様な用途に、イオンの分離膜として電気透析法、拡散透析法などで使用されている。これらに使用される有用なイオン交換膜は、主にスチレン−ジビニルベンゼン系の均質イオン交換膜であり、一価と二価のイオン選択、特定イオンの選択性アップ、低膜抵抗化など種々の技術が開発され、工業上有用な分離ができるまでに至っている。 Ion exchange membranes are currently used for a wide variety of applications such as seawater concentration, desalination of groundwater for drinking water and removal of nitrate nitrogen, salt removal in food manufacturing processes, and concentration of active pharmaceutical ingredients. It is used as a membrane in electrodialysis and diffusion dialysis. The useful ion exchange membranes used in these are mainly styrene-divinylbenzene-based homogeneous ion exchange membranes, and various kinds such as monovalent and divalent ion selection, increased specific ion selectivity, low membrane resistance, etc. Technology has been developed and industrially useful separation has been achieved.
一般に、上記の食品、医薬品、農薬などの分野における有機物の合成工程では、塩類などを副生する場合が多い。かかる有機物に含まれる塩類は、電気透析によって分離されることが多い。電気透析による塩の分離は、陽イオン交換膜と陰イオン交換膜を交互に配列し、直流電流を流すことにより、陽イオン交換膜の陰極側に陽イオンを、陰イオン交換膜の陽極側に陰イオンを排除し、従って陰極側の陽イオン交換膜と、陽極側の陰イオン交換膜で挟まれて形成される室に濃縮される電解質液から塩を取り除くことで脱塩が実現される。電気透析により処理液を脱塩する場合、被処理液中の有機汚染物質、特に荷電を有する巨大分子(以下、巨大有機イオンという)がイオン交換膜に付着して膜の性能を低下させる、いわゆる、膜の有機汚染という問題が生じる。 In general, in the synthesis process of organic substances in the above-mentioned fields such as foods, pharmaceuticals, and agricultural chemicals, salts and the like are often by-produced. Salts contained in such organic substances are often separated by electrodialysis. In salt separation by electrodialysis, cation exchange membranes and anion exchange membranes are arranged alternately, and direct current is applied to cause cations to flow on the cathode side of the cation exchange membrane and on the anode side of the anion exchange membrane. Desalting is realized by eliminating the anion and thus removing the salt from the electrolyte solution concentrated in the chamber formed by being sandwiched between the cation exchange membrane on the cathode side and the anion exchange membrane on the anode side. When desalting the treatment liquid by electrodialysis, organic pollutants in the liquid to be treated, especially macromolecules having a charge (hereinafter referred to as giant organic ions) adhere to the ion exchange membrane and reduce the performance of the membrane. The problem of organic contamination of the film arises.
一方、ビニルアルコール系重合体ブロックとイオン伝導性基を有する重合体ブロックを構成成分とするブロック共重合体からなる高分子電解質膜(特許文献1)や、ビニルアルコール系重合体成分と、カチオン性基を有する重合体成分を構成成分とするブロック共重合体からなる陰イオン交換膜(特許文献2)が知られており、とくに特許文献2では、上記の陰イオン交換膜が耐有機汚染性を有することが開示されている。 On the other hand, a polymer electrolyte membrane (Patent Document 1) comprising a block copolymer comprising a vinyl alcohol polymer block and a polymer block having an ion conductive group as constituent components, a vinyl alcohol polymer component, and a cationic property An anion exchange membrane comprising a block copolymer having a polymer component having a group as a constituent component is known (Patent Document 2). In particular, in Patent Document 2, the above anion exchange membrane is resistant to organic contamination. It is disclosed to have.
本発明者らは、ビニルアルコール系重合体成分とイオン基を有する重合体成分を構成成分とするブロック重合体からなるイオン交換膜は、耐有機汚染性に優れているので注目されているが、膜抵抗をさらに低くするなど基礎性能の向上を図る必要があることを認め、これを解決すべき課題として設定した。 The inventors of the present invention have attracted attention because an ion exchange membrane comprising a block polymer comprising a vinyl alcohol polymer component and a polymer component having an ionic group as constituent components is excellent in resistance to organic contamination. Recognizing that it is necessary to improve the basic performance such as lowering the membrane resistance, this was set as a problem to be solved.
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、膜抵抗などの基礎特性に優れ、電気透析にも有用なポリビニルアルコール系イオン交換膜を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and is to provide a polyvinyl alcohol ion exchange membrane that is excellent in basic characteristics such as membrane resistance and is also useful for electrodialysis.
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、ビニルアルコール系重合体成分(a)とイオン基を有する重合体成分(b)を構成成分とするブロックまたはグラフト共重合体(P)とから構成されるイオン交換膜を製造するにあたり、ブロックまたはグラフト共重合時に不可避的に発生する、副生成物であるイオン基を有する重合体(B)(ただし、ブロックまたはグラフト共重合体を除く)の混入を抑えることが、膜抵抗などの基礎特性が良好なポリビニルアルコール系イオン交換膜を得る上で有効であることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have made a block or graft copolymer comprising a vinyl alcohol polymer component (a) and a polymer component (b) having an ionic group as constituent components. In the production of an ion exchange membrane composed of (P), a polymer (B) having an ionic group as a by-product inevitably generated during block or graft copolymerization (however, block or graft copolymer) It has been found that suppressing mixing (except for coalescence) is effective in obtaining a polyvinyl alcohol ion exchange membrane having good basic properties such as membrane resistance, and the present invention has been completed.
本発明は、ビニルアルコール系重合体成分(a)とイオン基を有する重合体成分(b)を構成成分とするブロックまたはグラフト共重合体(P)と、
イオン基を有する重合体(B)と、から構成され、
前記イオン基を有する重合体成分(b)およびイオン基を有する重合体(B)は、それぞれイオン基を有する単量体(M)から構成されており、
前記ブロックまたはグラフト共重合体(P)および前記重合体(B)の双方に含まれるイオン基を有する単量体(M)の総モル数(MP+B)に対する、前記ブロックまたはグラフト共重合体(P)に含まれるイオン基を有する単量体(M)のモル数(MP)のモル比率[(MP/MP+B)×100]が、30.0%以上、99.9%以下の範囲内にあることを特徴とする、イオン交換膜である。
The present invention comprises a block or graft copolymer (P) comprising as constituent components a vinyl alcohol polymer component (a) and a polymer component (b) having an ionic group,
A polymer (B) having an ionic group,
The polymer component (b) having an ionic group and the polymer (B) having an ionic group are each composed of a monomer (M) having an ionic group,
The block or graft copolymer (M P + B ) with respect to the total number of moles (M P + B ) of the monomer (M) having an ionic group contained in both the block or graft copolymer (P) and the polymer (B) ( The molar ratio [(M P / M P + B ) × 100] of the number of moles (M P ) of the monomer (M) having an ionic group contained in P) is 30.0% or more and 99.9% or less. It is an ion exchange membrane characterized by being in the range.
前記モル比率が、50.0%以上、95%以下であることが好ましい。 The molar ratio is preferably 50.0% or more and 95% or less.
前記重合体成分(b)がイオン基としてアニオン性基またはカチオン性基を有することが好ましい。 The polymer component (b) preferably has an anionic group or a cationic group as an ionic group.
前記重合体成分(b)が下記一般式(a−1)で示される単量体を繰り返し単位とすることが好ましい。 It is preferable that the polymer component (b) has a monomer represented by the following general formula (a-1) as a repeating unit.
本発明のイオン交換膜は、高い親水性を有するために耐有機汚染性が高く、しかも、イオン基を有する単量体(M)が効率よくブロックまたはグラフト共重合体(P)中に取り込まれているため、膜抵抗が低いなどの基礎特性に優れている。したがって、電気透析に好適に用いられることが期待される。 Since the ion exchange membrane of the present invention has high hydrophilicity, it is highly resistant to organic contamination, and the monomer (M) having an ionic group is efficiently incorporated into the block or graft copolymer (P). Therefore, it has excellent basic characteristics such as low film resistance. Therefore, it is expected to be suitably used for electrodialysis.
本発明のイオン交換膜は、ビニルアルコール系重合体成分(a)とイオン基を有する重合体成分(b)を構成成分とするブロックまたはグラフト共重合体(P)と、イオン基を有する重合体(B)と、から構成され、さらに上記構成要素にビニルアルコール系重合体(A)が含まれていてもよい。そして、前記イオン基を有する重合体成分(b)およびイオン基を有する重合体(B)は、それぞれイオン基を有する単量体(M)から構成されており、前記ブロックまたはグラフト共重合体(P)および前記重合体(B)に含まれるイオン基を有する単量体(M)の総モル数(MP+B)に対する、前記ブロックまたはグラフト共重合体(P)に含まれるイオン基を有する単量体(M)のモル数(MP)のモル比率[(MP/MP+B)×100]が、30.0%以上、99.9%以下の範囲内にあることを特徴としている。 The ion exchange membrane of the present invention comprises a block or graft copolymer (P) comprising a vinyl alcohol polymer component (a) and a polymer component (b) having an ionic group as constituent components, and a polymer having an ionic group. (B), and the vinyl alcohol polymer (A) may be contained in the above-mentioned constituent elements. The polymer component (b) having an ionic group and the polymer (B) having an ionic group are each composed of a monomer (M) having an ionic group, and the block or graft copolymer ( Ionic groups contained in the block or graft copolymer (P) with respect to the total number of moles (M P + B ) of the monomer (M) having ionic groups contained in P) and the polymer (B) The molar ratio [(M P / M P + B ) × 100] of the number of moles (M P ) of the monomer (M) possessed is within the range of 30.0% or more and 99.9% or less. It is a feature.
(ブロック共重合体)
本発明のイオン交換膜を構成するブロック共重合体(P)の好ましい構造としては、下記一般式(1)で表わされるブロック共重合体(P1)が挙げられる。
(Block copolymer)
A preferred structure of the block copolymer (P) constituting the ion exchange membrane of the present invention includes a block copolymer (P1) represented by the following general formula (1).
前記一般式(1)におけるo1/(n1+o1)は、ビニルアルコール系重合体成分(a)中に含まれる酢酸ビニル単位以外の比率を示す。下限に関しては0.5000以上であり、より好ましくは0.7000以上であり、さらに好ましくは0.8000以上である。一方、上限に関しては、好ましくは0.9999であり、より好ましくは0.999以下であり、さらに好ましくは0.995以下である。 In the general formula (1), o 1 / (n 1 + o 1 ) represents a ratio other than vinyl acetate units contained in the vinyl alcohol polymer component (a). About a minimum, it is 0.5000 or more, More preferably, it is 0.7000 or more, More preferably, it is 0.8000 or more. On the other hand, the upper limit is preferably 0.9999, more preferably 0.999 or less, and still more preferably 0.995 or less.
前記一般式(1)におけるm1/(m1+n1+o1)はビニルアルコール系重合体成分(a)およびイオン基を有する重合体成分(b)に含まれるイオン基を有する重合体成分(b)の比率を示す。下限に関しては0.01以上であり、よりこのましくは0.03以上であり、更に好ましくは0.05以上である。上限に関しては0.50以下であり、より好ましくは0.30以下であり、されに好ましくは0.25以下である。 In the above general formula (1), m 1 / (m 1 + n 1 + o 1 ) is a polymer component having an ionic group contained in a vinyl alcohol polymer component (a) and a polymer component (b) having an ionic group ( The ratio of b) is shown. The lower limit is 0.01 or more, preferably 0.03 or more, and more preferably 0.05 or more. The upper limit is 0.50 or less, more preferably 0.30 or less, and preferably 0.25 or less.
(グラフト共重合体)
本発明のイオン交換膜を構成するグラフト共重合体(P)の好ましい構造としては、下記一般式(2)で表わされるグラフト共重合体(P2)が挙げられる。
A preferred structure of the graft copolymer (P) constituting the ion exchange membrane of the present invention is a graft copolymer (P2) represented by the following general formula (2).
前記一般式(2)におけるo2/(n2+o2)は、ビニルアルコール系重合体成分(a)中に含まれる酢酸ビニル単位以外の比率を示す。下限に関しては0.5000以上であり、より好ましくは0.7000以上であり、さらに好ましくは0.8000以上である。一方、上限に関しては、好ましくは0.9999であり、より好ましくは0.999以下であり、さらに好ましくは0.995以下である。 In the general formula (2), o 2 / (n 2 + o 2 ) represents a ratio other than vinyl acetate units contained in the vinyl alcohol polymer component (a). About a minimum, it is 0.5000 or more, More preferably, it is 0.7000 or more, More preferably, it is 0.8000 or more. On the other hand, the upper limit is preferably 0.9999, more preferably 0.999 or less, and still more preferably 0.995 or less.
前記一般式(2)におけるm2/(m2+n2+o2)はビニルアルコール系重合体成分(a)およびイオン基を有する重合体成分(b)に含まれるイオン基を有する重合体成分(b)の比率を示す。下限に関しては0.01以上であり、よりこのましくは0.03以上であり、更に好ましくは0.05以上である。上限に関しては0.50以下であり、より好ましくは0.30以下であり、されに好ましくは0.25以下である。 Formula (2) in m 2 / (m 2 + n 2 + o 2) the polymer component having an ionic group contained in the polymer component having a vinyl alcohol polymer component (a) and ionic groups (b) ( The ratio of b) is shown. The lower limit is 0.01 or more, preferably 0.03 or more, and more preferably 0.05 or more. The upper limit is 0.50 or less, more preferably 0.30 or less, and preferably 0.25 or less.
なお、前記一般式(1)および(2)において、単量体繰り返し単位n1、o1、n2、o2およびp2は、表示されたとおりに配置されていることを意味するのではなく、単に各単位が存在することを表しており、通常は互いにランダムに配置しているが、同一単位が連続していても良い。 In the general formulas (1) and (2), it means that the monomer repeating units n 1 , o 1 , n 2 , o 2 and p 2 are arranged as indicated. However, it simply indicates that each unit exists and is usually randomly arranged, but the same unit may be continuous.
前記一般式(2)において、Lは、窒素原子及び/又は酸素原子を含んでいてもよい炭素数1〜20の2価の脂肪族炭化水素基であればよく、特に限定されない。Lが含む窒素原子及び酸素原子の数は特に限定されない。前記脂肪族炭化水素基は、直鎖状、分岐状、環状のいずれであってもよく、好ましくは直鎖又は分岐状である。前記脂肪族炭化水素基が分岐している場合には、脂肪族炭化水素基の主鎖(硫黄原子と窒素原子との間で原子が連続する鎖)から分岐した部位の炭素数は、1〜5であることが好ましい。Lが窒素原子及び/又は酸素原子を含む場合としては、例えば、前記脂肪族炭化水素基が、窒素原子及び/又は酸素原子を、前記脂肪族炭化水素基に挿入された、カルボニル結合(−CO−)、エ−テル結合(−O−)、アミノ結合〔−NR−(Rは水素原子またはNと結合する炭素を含む基)〕、アミド結合(−CONH−)等として含む場合や、前記脂肪族炭化水素基が、窒素原子及び/又は酸素原子を、前記脂肪族炭化水素基を置換する、カルボキシル基(−COOH)、水酸基(−OH)等として含む場合がある。原料入手性、合成上の容易さから、Lは、好ましくは、合計炭素数が1〜20の、カルボキシル基を有していてもよい直鎖状又は分岐状アルキレン基であり、より好ましくは、合計炭素数が2〜15の、カルボキシル基を有していてもよい直鎖状又は分岐状アルキレン基であり、さらに好ましくは、合計炭素数が2〜10の、カルボキシル基を有していてもよい直鎖状又は分岐状アルキレン基である。 In the said General formula (2), L should just be a C1-C20 bivalent aliphatic hydrocarbon group which may contain the nitrogen atom and / or an oxygen atom, and is not specifically limited. The number of nitrogen atoms and oxygen atoms contained in L is not particularly limited. The aliphatic hydrocarbon group may be linear, branched or cyclic, and is preferably linear or branched. In the case where the aliphatic hydrocarbon group is branched, the number of carbon atoms at the site branched from the main chain of the aliphatic hydrocarbon group (a chain in which atoms are continuous between a sulfur atom and a nitrogen atom) is 1 to 5 is preferable. In the case where L contains a nitrogen atom and / or an oxygen atom, for example, the aliphatic hydrocarbon group is a carbonyl bond (—CO 2) in which a nitrogen atom and / or an oxygen atom is inserted into the aliphatic hydrocarbon group. -), An ether bond (-O-), an amino bond [-NR- (R is a hydrogen atom or a group containing carbon bonded to N)], an amide bond (-CONH-) or the like, The aliphatic hydrocarbon group may contain a nitrogen atom and / or an oxygen atom as a carboxyl group (—COOH), a hydroxyl group (—OH), or the like that replaces the aliphatic hydrocarbon group. From the viewpoint of raw material availability and ease of synthesis, L is preferably a linear or branched alkylene group having a total carbon number of 1 to 20, which may have a carboxyl group, more preferably, A linear or branched alkylene group having 2 to 15 carbon atoms and optionally having a carboxyl group, more preferably 2 to 10 carbon atoms having a carboxyl group. A good linear or branched alkylene group.
(イオン基を有する単量体)
前記のブロック共重合体またはグラフト共重合体を構成するイオン基を有する単量体(M)におけるイオン基としては、アニオン性基もしくはカチオン性基が挙げられる。
(Monomer having an ionic group)
Examples of the ionic group in the monomer (M) having an ionic group constituting the block copolymer or graft copolymer include an anionic group and a cationic group.
アニオン性基としては、スルホン酸基、リン酸基、カルボン酸基、ボロン酸基、スルホニルイミド基等が挙げられる。カウンターのカチオンとしては特に限定されないが、アルカリ金属イオン、H+、4級アンモニウムイオン等の1価のカチオンが好ましい。 Examples of the anionic group include a sulfonic acid group, a phosphoric acid group, a carboxylic acid group, a boronic acid group, and a sulfonylimide group. Although it does not specifically limit as a cation of a counter, Monovalent cations, such as an alkali metal ion, H <+> , quaternary ammonium ion, are preferable.
カチオン性基としては、N-トリアルキルアンモニウム基、N-アルキルピリジニウム基、N-アルキルイミダゾリウム基、チオウロニウム基、イソチオウロニウム基等が挙げられる。カウンターのアニオンとしては特に限定されないが、PF6 −、SbF6 −、AsF6 −等の5B族元素のハロゲン化アニオン、BF4 −等の3B族元素のハロゲン化アニオン、I−(I3 −)、Br−、Cl−等のハロゲンアニオン、ClO4 −等のハロゲン酸アニオン、AlCl4 −、FeCl4 −、SnCl5 −等の金属ハロゲン化物アニオン、NO3 −で示される硝酸アニオン、p−トルエンスルホン酸アニオン、ナフタレンスルホン酸アニオン、CH3SO3 −、CF3SO3 −等の有機スルホン酸アニオン、CF3COO−、C6H5COO−等のカルボン酸アニオン、OH−等の1価のアニオンが好ましい。 Examples of the cationic group include an N-trialkylammonium group, an N-alkylpyridinium group, an N-alkylimidazolium group, a thiouronium group, and an isothiouronium group. The anion of the counter is not particularly limited, but a halogenated anion of a group 5B element such as PF 6 − , SbF 6 − , AsF 6 —, a halogenated anion of a group 3B element such as BF 4 − , I − (I 3 − ), Halogen anions such as Br − and Cl − , halogen acid anions such as ClO 4 − , metal halide anions such as AlCl 4 − , FeCl 4 − and SnCl 5 − , nitrate anions represented by NO 3 − , p− 1 such as toluenesulfonic acid anion, naphthalenesulfonic acid anion, organic sulfonic acid anions such as CH 3 SO 3 − and CF 3 SO 3 — , carboxylic acid anions such as CF 3 COO − and C 6 H 5 COO − , and OH − A valent anion is preferred.
イオン基を有する単量体Mとしては、前記イオン基と共有結合する少なくとも一つ以上のエチレン性不飽和単量体に由来する構成単位が挙げられる。エチレン性不飽和単量体としては、例えばエチレン、プロピレン、n−ブテン、イソブチレン等のα−オレフィン類;スチレン、α−メチルスチレン等のスチレン類;アクリル酸、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸n−プロピル、アクリル酸i−プロピル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸i−ブチル、アクリル酸t−ブチル等のアクリル酸又はそのエステル類;メタクリル酸、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸n−プロピル、メタクリル酸i−プロピル、メタクリル酸n−ブチル、メタクリル酸i−ブチル、メタクリル酸t−ブチル等のメタクリル酸又はそのエステル類;アクリルアミド、N−メチルアクリルアミド、N−エチルアクリルアミド、N,N−ジメチルアクリルアミド、ジアセトンアクリルアミド等のアクリルアミド類;メタクリルアミド、N−メチルメタクリルアミド、N−エチルメタクリルアミド、メタクリルアミドプロピルジメチルアミン等のメタクリルアミド類;メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、n―プロピルビニルエーテル、i−プロピルビニルエーテル、n−ブチルビニルエーテル、i−ブチルビニルエーテル、t−ブチルビニルエーテル、ドデシルビニルエーテル、ステアリルビニルエーテル、2,3−ジアセトキシ−1−ビニルオキシプロパン等のビニルエーテル類;酢酸アリル、2,3−ジアセトキシ−1−アリルオキシプロパン、塩化アリル等のアリル化合物;マレイン酸、イタコン酸、フマル酸等の不飽和ジカルボン酸又はそのエステル類等が挙げられる。 Examples of the monomer M having an ionic group include structural units derived from at least one ethylenically unsaturated monomer that is covalently bonded to the ionic group. Examples of the ethylenically unsaturated monomer include α-olefins such as ethylene, propylene, n-butene, and isobutylene; styrenes such as styrene and α-methylstyrene; acrylic acid, methyl acrylate, ethyl acrylate, acrylic Acrylic acid or esters thereof such as n-propyl acid, i-propyl acrylate, n-butyl acrylate, i-butyl acrylate, t-butyl acrylate; methacrylic acid, methyl methacrylate, ethyl methacrylate, methacrylic acid Methacrylic acid or esters thereof such as n-propyl, i-propyl methacrylate, n-butyl methacrylate, i-butyl methacrylate, t-butyl methacrylate; acrylamide, N-methylacrylamide, N-ethylacrylamide, N, N-dimethylacrylamide, diacetone Acrylamides such as chloramide; Methacrylamides such as methacrylamide, N-methylmethacrylamide, N-ethylmethacrylamide, methacrylamidepropyldimethylamine; methyl vinyl ether, ethyl vinyl ether, n-propyl vinyl ether, i-propyl vinyl ether, n- Vinyl ethers such as butyl vinyl ether, i-butyl vinyl ether, t-butyl vinyl ether, dodecyl vinyl ether, stearyl vinyl ether, 2,3-diacetoxy-1-vinyloxypropane; allyl acetate, 2,3-diacetoxy-1-allyloxypropane, Examples include allyl compounds such as allyl chloride; unsaturated dicarboxylic acids such as maleic acid, itaconic acid, fumaric acid, and esters thereof.
イオン基を有する単量体(M)の例としては、上記一般式(a−1)に加え、下記一般式(a−2)〜(a−13)等が挙げられ、これらは、1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。 Examples of the monomer (M) having an ionic group include the following general formulas (a-2) to (a-13) in addition to the above general formula (a-1). It may be used alone or in combination of two or more.
[式中、R1は水素原子またはアルカリ金属原子である。] [Wherein, R 1 represents a hydrogen atom or an alkali metal atom. ]
[式中、R1は前記と同義である。] [Wherein, R 1 has the same meaning as described above. ]
[式中、R1は前記と同義である。] [Wherein, R 1 has the same meaning as described above. ]
[式中、R1は前記と同義である。] [Wherein, R 1 has the same meaning as described above. ]
[式中、R1は前記と同義である。] [Wherein, R 1 has the same meaning as described above. ]
[式中、R1は前記と同義であり、R4は水素原子またはメチル基である。] [Wherein, R 1 is as defined above, and R 4 is a hydrogen atom or a methyl group. ]
[式中、R1とR4は前記と同義である。] [Wherein, R 1 and R 4 are as defined above. ]
[式中、X−は、PF6 −、SbF6 −、AsF6 −等の5B族元素のハロゲン化アニオン、BF4 −等の3B族元素のハロゲン化アニオン、I−(I3 −)、Br−、Cl−等のハロゲンアニオン、ClO4 −等のハロゲン酸アニオン、AlCl4 −、FeCl4 −、SnCl5 −等の金属ハロゲン化物アニオン、NO3 −で示される硝酸アニオン、p−トルエンスルホン酸アニオン、ナフタレンスルホン酸アニオン、CH3SO3 −、CF3SO3 −等の有機スルホン酸アニオン、CF3COO−、C6H5COO−等のカルボン酸アニオン、OH−等の1価のアニオンであり、R4は前記と同義である。] [Wherein, X − represents a halogenated anion of a group 5B element such as PF 6 − , SbF 6 − , AsF 6 −, a halogenated anion of a group 3B element such as BF 4 − , I − (I 3 − ), Halogen anions such as Br − and Cl − , halogen acid anions such as ClO 4 − , metal halide anions such as AlCl 4 − , FeCl 4 − and SnCl 5 − , nitrate anions represented by NO 3 − , p-toluenesulfone Monovalent cation such as acid anion, naphthalene sulfonate anion, organic sulfonate anion such as CH 3 SO 3 − and CF 3 SO 3 — , carboxylic acid anion such as CF 3 COO − and C 6 H 5 COO − , and OH − An anion, and R 4 is as defined above. ]
[式中、X−は前記と同義である。] [Wherein, X − has the same meaning as described above. ]
[式中、X−は前記と同義である。] [Wherein, X − has the same meaning as described above. ]
[式中、X−は前記と同義である。] [Wherein, X − has the same meaning as described above. ]
[式中、X−は前記と同義である。] [Wherein, X − has the same meaning as described above. ]
(イオン基を有する重合体成分)
本発明におけるブロックまたはグラフト共重合体(P)を構成するイオン基を有する重合体成分(b)は、上記のイオン基を有する単量体(M)がm1またはm2回の繰返しを有する重合体から構成されている。なお、上記の単量体から重合体を形成するにあたり、上記のイオン基を有する単量体の単独重合体だけでなく、本発明に係るイオン交換膜が得られる限り、他のエチレン性不飽和単量体との共重合体であってもよい。エチレン性不飽和単量体としては、前記のエチレン性不飽和単量体を例示することができる。
(Polymer component having an ionic group)
In the polymer component (b) having an ionic group constituting the block or graft copolymer (P) in the present invention, the monomer (M) having the above ionic group has m 1 or m 2 repetitions. It is composed of a polymer. In forming a polymer from the above monomer, not only a homopolymer of the monomer having the above ionic group but also other ethylenically unsaturated as long as the ion exchange membrane according to the present invention is obtained. It may be a copolymer with a monomer. Examples of the ethylenically unsaturated monomer include the above ethylenically unsaturated monomers.
(イオン交換膜の構成要素)
本発明のイオン交換膜は、上記のビニルアルコール系重合体成分(a)とイオン基を有する重合体成分(b)を構成成分とするブロックまたはグラフト共重合体(P)を主要構成要素として形成されているが、後述する前記ブロックまたはグラフト共重合体の製造時に副生するイオン基を有する重合体(B)を含んでおり、前記ブロックまたはグラフト共重合体(P)および前記重合体(B)に含まれるイオン基を有する単量体(M)の総モル数(MP+B)に対する、前記ブロックまたはグラフト共重合体(P)に含まれるイオン基を有する単量体(M)のモル数(MP)のモル比率[(MP/MP+B)×100]が、30.0%以上、99.9%以下の範囲内にあることを特徴としており、より好ましくは50.0%以上かつ95.0%以下であり、更に好ましくは70.0%以上かつ90.0%以下である。後記する実施例・比較例において示されているように、イオン基を有する重合体成分(b)のモル比率が30.0%以上、好ましくは、50%以上有することにより、膜抵抗の低いイオン交換膜を得ることができる。
また、本発明のイオン交換膜は、後述するブロックまたはグラフト共重合体(P)の製造時に残存するイオン基を有しないビニルアルコール系重合体(A)、イオン基を有する単量体(M)を含んでいてもよい。
(Components of ion exchange membrane)
The ion exchange membrane of the present invention is formed with a block or graft copolymer (P) comprising the above-mentioned vinyl alcohol polymer component (a) and a polymer component (b) having an ionic group as constituent components. However, it contains a polymer (B) having an ionic group by-produced during the production of the block or graft copolymer, which will be described later, and the block or graft copolymer (P) and the polymer (B ) Of the monomer (M) having an ionic group contained in the block or graft copolymer (P) with respect to the total number of moles (M P + B ) of the monomer (M) having an ionic group contained in The molar ratio of the number of moles (M P ) [(M P / M P + B ) × 100] is in the range of 30.0% or more and 99.9% or less, more preferably 50 0.0% or more and 95.0% or less, Preferably less 70.0 or more and 90.0% to. As shown in Examples and Comparative Examples to be described later, when the molar ratio of the polymer component (b) having an ionic group is 30.0% or more, preferably 50% or more, ions having low film resistance can be obtained. An exchange membrane can be obtained.
Further, the ion exchange membrane of the present invention comprises a vinyl alcohol polymer (A) having no ionic group remaining at the time of producing a block or graft copolymer (P) described later, a monomer (M) having an ionic group. May be included.
本発明のイオン交換膜を構成するブロックまたはグラフト共重合体に含まれるイオン基を有する重合体成分(b)は、カチオン性単量体又はアニオン性単量体の単独重合体あるいはランダム共重合体によって構成され、組成、分子量、分子量分布等には特に制限はないが、カチオン性単量体又はアニオン性単量体の含有量がブロックまたはグラフト共重合体の全構成単位に対し1〜90モル%であることが好ましく、1〜50モル%であることがより好ましく、1〜40%であることがさらに好ましく、3〜30%であることが特に好ましい。含有量がこれらの好ましい範囲にある場合皮膜の靱性が発現しやすい。含有量が1モル%未満であると、イオン交換膜中の有効荷電密度が低下し、膜の対イオン選択性が低下する恐れがある。含有率が90モル%を超えると、膜の強度が低下するおそれがある。 The polymer component (b) having an ionic group contained in the block or graft copolymer constituting the ion exchange membrane of the present invention is a homopolymer or a random copolymer of a cationic monomer or an anionic monomer. The composition, molecular weight, molecular weight distribution, etc. are not particularly limited, but the content of the cationic monomer or anionic monomer is 1 to 90 mol with respect to all the structural units of the block or graft copolymer. %, More preferably 1 to 50 mol%, still more preferably 1 to 40%, and particularly preferably 3 to 30%. When the content is in these preferable ranges, the toughness of the film is easily developed. When the content is less than 1 mol%, the effective charge density in the ion exchange membrane is lowered, and the counter ion selectivity of the membrane may be lowered. If the content exceeds 90 mol%, the strength of the film may be reduced.
本発明において、前記ブロックまたはグラフト共重合体(P)およびこれから構成されるイオン交換膜には、必要に応じて任意の添加剤を含有していてもよく、その添加する順序も任意に選択することができる。添加剤としては、公知の添加剤等の中から適宜選択することができ、例えば、金属微粒子、無機微粒子、無機塩、紫外線吸収剤、酸化防止剤、劣化防止剤、分散剤、界面活性剤、重合禁止剤、増粘剤、導電補助剤、表面改質剤、防腐剤、防カビ剤、抗菌剤、消泡剤、可塑剤等が挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。 In the present invention, the block or graft copolymer (P) and the ion exchange membrane composed thereof may contain any additive as necessary, and the order of addition is also arbitrarily selected. be able to. The additive can be appropriately selected from known additives, for example, metal fine particles, inorganic fine particles, inorganic salts, ultraviolet absorbers, antioxidants, deterioration inhibitors, dispersants, surfactants, Examples thereof include polymerization inhibitors, thickeners, conductive assistants, surface modifiers, antiseptics, antifungal agents, antibacterial agents, antifoaming agents, and plasticizers. These may be used alone or in combination of two or more.
(ブロック共重合体の製造方法)
本発明のイオン交換膜を構成するブロック共重合体(P1)は、末端メルカプト基含有ビニルアルコール系重合体(Q1)と、イオン基を有する単量体(M)を用いて、例えば、特許文献1や特許文献2等に記載された重合方法で製造することができる。上記の末端メルカプト基含有ビニルアルコール系重合体(Q1)は、特公平3−57923号公報等に記載の方法で、チオ酢酸存在下で酢酸ビニルモノマーをラジカル重合し、得られた重合体をアルカリで処理することにより得ることが出来る。
(Method for producing block copolymer)
The block copolymer (P1) constituting the ion-exchange membrane of the present invention uses a terminal mercapto group-containing vinyl alcohol polymer (Q1) and a monomer (M) having an ionic group. 1 and Patent Document 2 and the like. The terminal mercapto group-containing vinyl alcohol polymer (Q1) is obtained by radical polymerization of a vinyl acetate monomer in the presence of thioacetic acid by the method described in Japanese Patent Publication No. 3-57923 and the like. It can obtain by processing with.
上記の末端メルカプト基含有ビニルアルコール系重合体(Q1)におけるビニルアルコール単位の含有率(すなわち、末端メルカプト基含有ビニルアルコール系重合体のけん化度)は特に限定されないが、重合体中の全構成単位を100モル%として、好ましくは50モル%以上であり、より好ましくは70モル%以上、さらに好ましくは80モル%以上である。一方、上限に関しては、重合体中の全構成単位を100モル%として、好ましくは99.99モル%以下であり、より好ましくは99.9モル%以下であり、さらに好ましくは99.5モル%以下である。 Although the content rate of the vinyl alcohol unit in the terminal mercapto group-containing vinyl alcohol polymer (Q1) (that is, the degree of saponification of the terminal mercapto group-containing vinyl alcohol polymer) is not particularly limited, all the structural units in the polymer Is 100 mol%, preferably 50 mol% or more, more preferably 70 mol% or more, still more preferably 80 mol% or more. On the other hand, regarding the upper limit, the total structural unit in the polymer is 100 mol%, preferably 99.99 mol% or less, more preferably 99.9 mol% or less, and further preferably 99.5 mol%. It is as follows.
上述の末端メルカプト基含有ビニルアルコール系重合体(Q1)のJIS K6726に準拠して測定した粘度平均重合度は特に限定されず、好ましくは100〜5,000であり、より好ましくは200〜4,000である。粘度平均重合度が100未満になると、誘導される樹脂組成物の機械的強度が低下することがある。粘度平均重合度が5,000を超えるビニルアルコール系重合体は、工業的な製造が難しい。 The viscosity average degree of polymerization of the above-mentioned terminal mercapto group-containing vinyl alcohol polymer (Q1) measured according to JIS K6726 is not particularly limited, and is preferably 100 to 5,000, more preferably 200 to 4, more preferably. 000. When the viscosity average degree of polymerization is less than 100, the mechanical strength of the derived resin composition may be lowered. A vinyl alcohol polymer having a viscosity average polymerization degree exceeding 5,000 is difficult to produce industrially.
(グラフト共重合体の製造方法)
本発明のイオン交換膜を構成するグラフト共重合体(P2)は、下記一般式(3)で示される構成単位と、ビニルアルコール系構成単位と、から構成される、下記一般式(4)で示される、側鎖メルカプト基含有ビニルアルコール系重合体(Q2)を幹ポリマーとして、特許文献1や特許文献2に記載された方法でイオン基を有する単量体(M)を重合することにより製造することができる。
(Method for producing graft copolymer)
The graft copolymer (P2) constituting the ion exchange membrane of the present invention is represented by the following general formula (4), which is composed of a structural unit represented by the following general formula (3) and a vinyl alcohol-based structural unit. It is produced by polymerizing a monomer (M) having an ionic group by the method described in Patent Document 1 or Patent Document 2 using the side chain mercapto group-containing vinyl alcohol polymer (Q2) shown as a backbone polymer. can do.
[式中、R2およびR3は前記と同義である。] [Wherein, R 2 and R 3 are as defined above. ]
[式中、n2、o2、p2、L、R1およびR2は前記と同義である。] [Wherein, n 2 , o 2 , p 2 , L, R 1 and R 2 are as defined above. ]
前記一般式(3)で示される構成単位は、該構成単位に変換可能な不飽和単量体より誘導することができ、好ましくは、下記一般式(5)で示される不飽和二重結合を有するチオエステル系単量体より誘導することができる。 The structural unit represented by the general formula (3) can be derived from an unsaturated monomer that can be converted into the structural unit, and preferably has an unsaturated double bond represented by the following general formula (5). It can derive from the thioester type monomer which has.
[式中、R2aおよびR2bは、水素原子又はカルボキシル基であり、少なくとも一方は水素原子であり、R5はメチル基であるか、Lに含まれる特定の炭素原子と共有結合して環状構造を形成し、R3およびXは前記と同義である。] [Wherein, R 2a and R 2b are a hydrogen atom or a carboxyl group, at least one is a hydrogen atom, R 5 is a methyl group, or is bonded to a specific carbon atom contained in L and is cyclic A structure is formed, and R 3 and X are as defined above. ]
前記一般式(5)で示される不飽和二重結合を有するチオエステル系単量体は、公知方法に準じて製造することができる。 The thioester monomer having an unsaturated double bond represented by the general formula (5) can be produced according to a known method.
前記一般式(5)で示される不飽和二重結合を有するチオエステル系単量体の好ましい具体例としては、例えば、チオ酢酸S−(3−メチル−3−ブテン−1−イル)エステル、チオ酢酸S−17−オクタデセン−1−イルエステル、チオ酢酸S−15−ヘキサデセン−1−イルエステル、チオ酢酸S−14−ペンタデセン−1−イルエステル、チオ酢酸S−13−テトラデセン−1−イルエステル、チオ酢酸S−12−トリデセン−1−イルエステル、チオ酢酸S−11−ドデセン−1−イルエステル、チオ酢酸S−10−ウンデセン−1−イルエステル、チオ酢酸S−9−デセン−1−イルエステル、チオ酢酸S−8−ノネン−1−イルエステル、チオ酢酸S−7−オクテン−1−イルエステル、チオ酢酸S−6−ヘプテン−1−イルエステル、チオ酢酸S−5−ヘキセン−1−イルエステル、チオ酢酸S−4−ペンテン−1−イルエステル、チオ酢酸S−3−ブテン−1−イルエステル、チオ酢酸S−2−プロペン−1−イルエステル、チオ酢酸S−[1−(2−プロペン−1−イル)ヘキシル]エステル、チオ酢酸S−(2,3−ジメチル−3−ブテン−1−イル)エステル、チオ酢酸S−(1−エテニルブチル)エステル、チオ酢酸S−(2−ヒドロキシ−5−ヘキセン−1−イル)エステル、チオ酢酸S−(2−ヒドロキシ−3−ブテン−1−イル)エステル、チオ酢酸S−(1,1−ジメチル−2−プロペン−1−イル)エステル、2−[(アセチルチオ)メチル]−4−ペンテン酸、チオ酢酸S−(2−メチル−2−プロペン−1−イル)エステル等、また下記化学式(b−1)〜(b−30)が挙げられる。 Preferred specific examples of the thioester monomer having an unsaturated double bond represented by the general formula (5) include, for example, thioacetic acid S- (3-methyl-3-buten-1-yl) ester, thio Acetic acid S-17-octadecene-1-yl ester, thioacetic acid S-15-hexadecene-1-yl ester, thioacetic acid S-14-pentadecene-1-yl ester, thioacetic acid S-13-tetradecene-1-yl ester Thioacetic acid S-12-tridecen-1-yl ester, thioacetic acid S-11-dodecen-1-yl ester, thioacetic acid S-10-undecen-1-yl ester, thioacetic acid S-9-decene-1- Yl ester, thioacetic acid S-8-nonen-1-yl ester, thioacetic acid S-7-octen-1-yl ester, thioacetic acid S-6-hepten-1-yl ester Tellurium, thioacetic acid S-5-hexen-1-yl ester, thioacetic acid S-4-penten-1-yl ester, thioacetic acid S-3-buten-1-yl ester, thioacetic acid S-2-propene-1 -Yl ester, thioacetic acid S- [1- (2-propen-1-yl) hexyl] ester, thioacetic acid S- (2,3-dimethyl-3-buten-1-yl) ester, thioacetic acid S- ( 1-ethenylbutyl) ester, thioacetic acid S- (2-hydroxy-5-hexen-1-yl) ester, thioacetic acid S- (2-hydroxy-3-buten-1-yl) ester, thioacetic acid S- (1 , 1-dimethyl-2-propen-1-yl) ester, 2-[(acetylthio) methyl] -4-pentenoic acid, thioacetic acid S- (2-methyl-2-propen-1-yl) ester, etc. The following chemical formula ( -1) and the ~ (b-30).
上記化合物群の中でも、原料入手性、合成上の容易さの観点から、チオ酢酸S−7−オクテン−1−イルエステル、(b−6)、(b−7)、(b−9)、(b−10)、(b−11)、(b−12)、(b−14)、(b−15)、(b−16)、(b−17)、(b−19)、(b−20)、(b−21)、(b−22)、(b−24)、(b−25)、(b−26)、(b−27)、(b−29)、(b−30)が好ましい。 Among the above compound groups, from the viewpoint of raw material availability and ease of synthesis, thioacetic acid S-7-octen-1-yl ester, (b-6), (b-7), (b-9), (B-10), (b-11), (b-12), (b-14), (b-15), (b-16), (b-17), (b-19), (b -20), (b-21), (b-22), (b-24), (b-25), (b-26), (b-27), (b-29), (b-30) ) Is preferred.
前記一般式(4)で示される側鎖メルカプト基含有ビニルアルコール系重合体(Q2)における前記一般式(3)に示される構成単位の含有率は特に限定されないが、重合体中の全構成単位を100モル%として、好ましくは0.05〜10モル%であり、より好ましくは0.1〜7モル%、特に好ましくは0.3〜6モル%である。 Although the content rate of the structural unit shown by the said General formula (3) in the side chain mercapto group containing vinyl alcohol polymer (Q2) shown by the said General formula (4) is not specifically limited, All the structural units in a polymer 100 mol%, preferably 0.05 to 10 mol%, more preferably 0.1 to 7 mol%, particularly preferably 0.3 to 6 mol%.
前記一般式(4)で示される側鎖メルカプト基含有ビニルアルコール系重合体(Q2)は、式(3)で示される構成単位を1種又は2種以上有することができる。2種以上の当該構成単位を有する場合、これら2種以上の構成単位の含有率の合計が上記範囲にあることが好ましい。 The side chain mercapto group-containing vinyl alcohol polymer (Q2) represented by the general formula (4) can have one or more structural units represented by the formula (3). When it has 2 or more types of the said structural unit, it is preferable that the sum total of the content rate of these 2 or more types of structural units exists in the said range.
前記一般式(4)で示される側鎖メルカプト基含有ビニルアルコール系重合体(Q2)におけるビニルアルコール単位の含有率(すなわち、側鎖メルカプト基含有ビニルアルコール系重合体のけん化度)は特に限定されないが、重合体中の全構成単位を100モル%として、好ましくは50モル%以上であり、より好ましくは70モル%以上、さらに好ましくは80モル%以上である。一方、上限に関しては、重合体中の全構成単位を100モル%として、好ましくは99.99モル%以下であり、より好ましくは99.9モル%以下であり、さらに好ましくは99.5モル%以下である。 The content of vinyl alcohol units in the side chain mercapto group-containing vinyl alcohol polymer (Q2) represented by the general formula (4) (that is, the degree of saponification of the side chain mercapto group-containing vinyl alcohol polymer) is not particularly limited. However, the total structural unit in the polymer is 100 mol%, preferably 50 mol% or more, more preferably 70 mol% or more, and further preferably 80 mol% or more. On the other hand, regarding the upper limit, the total structural unit in the polymer is 100 mol%, preferably 99.99 mol% or less, more preferably 99.9 mol% or less, and further preferably 99.5 mol%. It is as follows.
前記一般式(4)で示される側鎖メルカプト基含有ビニルアルコール系重合体(Q2)におけるビニルアルコール単位は、加水分解や加アルコール分解等によってビニルエステル単位から誘導することができる。ビニルエステル単位のビニルエステルとしては特に限定されないが、酢酸ビニルが工業的観点から好ましい。 The vinyl alcohol unit in the side chain mercapto group-containing vinyl alcohol polymer (Q2) represented by the general formula (4) can be derived from the vinyl ester unit by hydrolysis, alcoholysis or the like. Although it does not specifically limit as vinyl ester of a vinyl ester unit, Vinyl acetate is preferable from an industrial viewpoint.
前記一般式(4)で示される側鎖メルカプト基含有ビニルアルコール系重合体(Q2)は、本発明の効果が得られる限り、式(3)で示される構成単位、ビニルアルコール単位及びビニルエステル単位以外の構成単位をさらに有することができる。当該構成単位は、例えば、ビニルエステルと共重合可能でありかつ式(3)で示される構成単位に変換可能な不飽和単量体及びビニルエステルと共重合可能なエチレン性不飽和単量体に由来する構成単位である。エチレン性不飽和単量体は、前記と同義である。 The side chain mercapto group-containing vinyl alcohol polymer (Q2) represented by the general formula (4) is a structural unit represented by the formula (3), a vinyl alcohol unit and a vinyl ester unit as long as the effects of the present invention are obtained. It may further have a structural unit other than The structural unit includes, for example, an unsaturated monomer that can be copolymerized with a vinyl ester and can be converted into a structural unit represented by the formula (3), and an ethylenically unsaturated monomer that can be copolymerized with a vinyl ester. It is a derived structural unit. The ethylenically unsaturated monomer has the same meaning as described above.
前記一般式(4)で示される側鎖メルカプト基含有ビニルアルコール系重合体(Q2)における式(3)で示される構成単位、ビニルアルコール単位、及びその他の任意の構成単位の配列順序には特に制限はなく、ランダム、ブロック、交互等のいずれであってもよい。 In particular, the arrangement order of the structural unit represented by the formula (3), the vinyl alcohol unit, and other arbitrary structural units in the side chain mercapto group-containing vinyl alcohol polymer (Q2) represented by the general formula (4) There is no restriction, and any of random, block, alternating, etc. may be used.
前記一般式(4)で示される側鎖メルカプト基含有ビニルアルコール系重合体(Q2)のJIS K6726に準拠して測定した粘度平均重合度は特に限定されず、好ましくは100〜5,000であり、より好ましくは200〜4,000である。粘度平均重合度が100未満になると、誘導される樹脂組成物の機械的強度が低下することがある。粘度平均重合度が5,000を超えるビニルアルコール系重合体は、工業的な製造が難しい。 The viscosity average degree of polymerization measured according to JIS K6726 of the side chain mercapto group-containing vinyl alcohol polymer (Q2) represented by the general formula (4) is not particularly limited, and is preferably 100 to 5,000. More preferably, it is 200-4,000. When the viscosity average degree of polymerization is less than 100, the mechanical strength of the derived resin composition may be lowered. A vinyl alcohol polymer having a viscosity average polymerization degree exceeding 5,000 is difficult to produce industrially.
前記一般式(4)で示される側鎖メルカプト基含有ビニルアルコール系重合体(Q2)の製造方法は、目的とする側鎖メルカプト基含有ビニルアルコール系重合体が製造できる限り特に限定されない。例えば、そのような製造方法としては、(i)ビニルエステルと、(ii)ビニルエステルと共重合可能であり、かつ式(3)で示される構成単位に変換可能な不飽和単量体とを共重合する共重合工程と、加溶媒分解により、得られた共重合体のビニルエステル単位をビニルアルコール単位に変換し、一方、式(3)で示される構成単位に変換可能な不飽和単量体に由来する単位を式(3)で示される構成単位に変換する変換工程とを含む方法が挙げられる。 The production method of the side chain mercapto group-containing vinyl alcohol polymer (Q2) represented by the general formula (4) is not particularly limited as long as the target side chain mercapto group-containing vinyl alcohol polymer can be produced. For example, as such a production method, (i) a vinyl ester, (ii) an unsaturated monomer that can be copolymerized with the vinyl ester and can be converted into a structural unit represented by the formula (3) Unsaturated monomer capable of converting the vinyl ester unit of the obtained copolymer into a vinyl alcohol unit by copolymerization step and solvolysis while being converted into a vinyl alcohol unit. And a conversion step of converting a unit derived from a body into a structural unit represented by formula (3).
特に、ビニルエステルと前記一般式(5)で示される不飽和二重結合を有するチオエステル系単量体(以下、チオエステル系単量体(5)と称する)とを共重合し、得られた共重合体のビニルエステル単位のエステル結合及びチオエステル系単量体(5)由来の構成単位のチオエステル結合を、加水分解又は加アルコール分解する方法が簡便であり好ましく用いられ、以下この方法について説明する。 In particular, a copolymer obtained by copolymerizing a vinyl ester and a thioester monomer having an unsaturated double bond represented by the general formula (5) (hereinafter referred to as thioester monomer (5)) is obtained. A method of hydrolyzing or alcoholic decomposing an ester bond of a vinyl ester unit of a polymer and a thioester bond of a structural unit derived from the thioester monomer (5) is simple and preferably used, and this method will be described below.
ビニルエステルとチオエステル系単量体(5)との共重合は、ビニルエステルを単独重合する際の公知の方法及び条件を採用して行うことができる。 The copolymerization of the vinyl ester and the thioester monomer (5) can be carried out by employing known methods and conditions for homopolymerizing the vinyl ester.
なお、共重合の際、ビニルエステル及びチオエステル系単量体(5)と共重合可能な単量体をさらに共重合させてもよい。当該共重合可能な単量体は、前記のエチレン性不飽和単量体と同様である。 In the copolymerization, a monomer copolymerizable with the vinyl ester and thioester monomer (5) may be further copolymerized. The copolymerizable monomer is the same as the ethylenically unsaturated monomer.
得られた共重合体のビニルエステル単位のエステル結合と、チオエステル系単量体(5)由来の構成単位のチオエステル結合は、ほぼ同じ条件で加水分解又は加アルコール分解可能である。したがって、得られた共重合体のビニルエステル単位のエステル結合及びチオエステル系単量体(5)由来の構成単位のチオエステル結合の加水分解又は加アルコール分解は、ビニルエステルの単独重合体をけん化する際の公知の方法及び条件を採用して行うことができる。 The ester bond of the vinyl ester unit of the obtained copolymer and the thioester bond of the structural unit derived from the thioester monomer (5) can be hydrolyzed or alcoholically decomposed under substantially the same conditions. Therefore, the hydrolysis or alcoholysis of the ester bond of the vinyl ester unit and the thioester bond of the structural unit derived from the thioester monomer (5) of the obtained copolymer is used to saponify the vinyl ester homopolymer. The known methods and conditions can be employed.
末端メルカプト基含有ビニルアルコール重合体の(Q1)のメルカプト基含有量は、特許文献3に記載の製造方法においてチオ酢酸の量を変えることにより、変えることが出来る。 The mercapto group content of (Q1) of the terminal mercapto group-containing vinyl alcohol polymer can be changed by changing the amount of thioacetic acid in the production method described in Patent Document 3.
前記一般式(4)で示される側鎖メルカプト基含有ビニルアルコール重合体(Q2)のメルカプト基含有量は、前記一般式(4)で示される側鎖メルカプト基含有ビニルアルコール重合体(Q2)に含まれる前記一般式(3)に示される構成単位の含有率を変えることにより、変えることが出来る。 The mercapto group content of the side chain mercapto group-containing vinyl alcohol polymer (Q2) represented by the general formula (4) is the same as that of the side chain mercapto group-containing vinyl alcohol polymer (Q2) represented by the general formula (4). It can change by changing the content rate of the structural unit shown by the said General formula (3) contained.
末端メルカプト基含有ビニルアルコール重合体(Q1)および前記一般式(4)で示される側鎖メルカプト基含有ビニルアルコール系重合体(Q2)に含まれるメルカプト基含有量としては、より多いほうが、ブロックまたはグラフト共重合体(P)中のイオン基を有する単量体(MP)とイオン基を有する重合体(MB)中のイオン基を有する単量体との総モル数(MP+B)に対する、ブロックまたはグラフト共重合体(P)中のイオン基を有する単量体のモル数(MP)のモル分率[(MP/MP+B)×100]が高くなり、基礎特性の高いイオン交換膜が得られる。一方で、メルカプト基含有量が過剰に多くなると、メルカプト基同士が酸化的カップリング反応により分子間架橋され、水溶液粘度が上昇し、加工性が急激に悪化する。そのため、末端メルカプト基含有ビニルアルコール重合体(Q1)および前記一般式(4)で示される側鎖メルカプト基含有ビニルアルコール系重合体(Q2)に含まれるメルカプト基含有量としては、1.0×10−5eq/gから30×10−5eq/gの範囲が好ましく、更に好ましくは2.0×10−5eq/gから20×10−5eq/gの範囲である。メルカプト基含有量は水溶液中でのヨウ素滴定により求めることが出来る。 As the mercapto group content contained in the terminal mercapto group-containing vinyl alcohol polymer (Q1) and the side chain mercapto group-containing vinyl alcohol polymer (Q2) represented by the general formula (4), the larger the mercapto group content, The total number of moles (M P + B ) of the monomer (M P ) having an ionic group in the graft copolymer (P) and the monomer having an ionic group in the polymer (M B ) having an ionic group ) In the block or graft copolymer (P), the molar fraction of the number of moles of the monomer having an ionic group (M P ) [(M P / M P + B ) × 100] A high ion exchange membrane is obtained. On the other hand, when the mercapto group content is excessively large, mercapto groups are intermolecularly cross-linked by an oxidative coupling reaction, the aqueous solution viscosity is increased, and workability is rapidly deteriorated. Therefore, the mercapto group content contained in the terminal mercapto group-containing vinyl alcohol polymer (Q1) and the side chain mercapto group-containing vinyl alcohol polymer (Q2) represented by the general formula (4) is 1.0 × The range of 10 −5 eq / g to 30 × 10 −5 eq / g is preferable, and the range of 2.0 × 10 −5 eq / g to 20 × 10 −5 eq / g is more preferable. The mercapto group content can be determined by iodometric titration in an aqueous solution.
(イオン交換膜)
本発明のイオン交換膜は、ブロックまたはグラフト共重合体(P)を用いて形成され、その成形方法は、製膜可能である限り、例えば当該重合体の溶媒に溶解した溶液の状態から成形する方法(例えばキャスト成形法);加熱により当該重合体を可塑化して成形する方法(例えば押出成形法、インフレ成形法ななど)のさまざまな製膜方法を利用することができる。これらの成形方法のうち、キャスト成形が好ましく用いられる。
(Ion exchange membrane)
The ion exchange membrane of the present invention is formed using a block or graft copolymer (P), and the molding method is, for example, from the state of a solution dissolved in the solvent of the polymer as long as the membrane can be formed. Various film forming methods such as a method (for example, cast molding method); a method for plasticizing and molding the polymer by heating (for example, extrusion molding method, inflation molding method, etc.) can be used. Of these molding methods, cast molding is preferably used.
キャスト成形では、ブロックまたはグラフト共重合体の溶液から皮膜を形成することにより、得ることができる。皮膜形成工程としては、ブロックまたはグラフト共重合体を、その可溶性溶媒により溶解させた溶液を準備する準備工程と、その溶液を薄膜として流し、その薄膜を乾燥させる製膜する製膜工程とを備えている。 In cast molding, it can be obtained by forming a film from a solution of a block or graft copolymer. The film forming process includes a preparation process for preparing a solution in which a block or graft copolymer is dissolved in a soluble solvent, and a film forming process for forming the film by flowing the solution as a thin film and drying the thin film. ing.
ブロックまたはグラフト共重合体の溶液に用いられる溶媒としては、通常、水、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノールなどの低級アルコール、又はこれらの混合溶媒が挙げられる。
製膜工程では、通常、キャスティングにより溶液中の溶媒を揮発させることにより得ることができる。製膜工程の際の温度は、特に限定されないが、室温〜100℃程度の温度範囲が適当である。
Examples of the solvent used for the block or graft copolymer solution include water, lower alcohols such as methanol, ethanol, 1-propanol and 2-propanol, and mixed solvents thereof.
In the film forming step, it can be usually obtained by volatilizing the solvent in the solution by casting. The temperature during the film forming step is not particularly limited, but a temperature range of about room temperature to 100 ° C. is appropriate.
本発明のイオン交換膜の製造方法においては、前記製膜工程に加えて、熱処理を施すことが好ましい。熱処理を施すことによって、物理的な架橋が生じ、得られるイオン交換膜の機械的強度が増大する。熱処理の方法は特に限定されず、熱風乾燥機などが一般に用いられる。熱処理の温度は特に限定されないが、50〜250℃であることが好ましい。熱処理の温度が50℃未満であると、得られるイオン交換膜の機械的強度が不足するおそれがある。該温度は80℃以上であることがより好ましく、100℃以上であることがより好ましい。一方、熱処理の温度が250℃を超えると、結晶性重合体が融解するおそれがある。該温度は230℃以下であることがより好ましく、200℃以下であることがさらに好ましい。 In the manufacturing method of the ion exchange membrane of this invention, it is preferable to heat-process in addition to the said film forming process. By performing the heat treatment, physical crosslinking occurs, and the mechanical strength of the resulting ion exchange membrane is increased. The method of heat treatment is not particularly limited, and a hot air dryer or the like is generally used. Although the temperature of heat processing is not specifically limited, It is preferable that it is 50-250 degreeC. If the temperature of the heat treatment is less than 50 ° C., the mechanical strength of the obtained ion exchange membrane may be insufficient. The temperature is more preferably 80 ° C. or higher, and more preferably 100 ° C. or higher. On the other hand, when the temperature of the heat treatment exceeds 250 ° C., the crystalline polymer may be melted. The temperature is more preferably 230 ° C. or less, and further preferably 200 ° C. or less.
本発明のイオン交換膜の製造方法においては、前記製膜工程に加えて、架橋処理を施すことが好ましい。架橋処理を施すことによって、得られるイオン交換膜の機械的強度が増大する。架橋処理の方法は、重合体の分子鎖同士を化学結合によって結合できる方法であればよく、特に限定されない。通常、架橋処理剤を含む溶液に浸漬する方法などが用いられる。該架橋処理剤としては、ホルムアルデヒド、或いはグリオキザールやグルタルアルデヒドなどのジアルデヒド化合物が例示される。本発明においては、熱処理を行った後の上記皮膜を、酸性条件下で、水、アルコール又はそれらの混合溶媒にジアルデヒド化合物を溶解させてなる溶液に浸漬することにより、架橋処理を行うことが好ましい。架橋処理剤の濃度は、通常、溶液に対する架橋処理剤の体積濃度が0.001〜5体積%である。 In the manufacturing method of the ion exchange membrane of this invention, it is preferable to perform a crosslinking process in addition to the said film forming process. By performing the crosslinking treatment, the mechanical strength of the obtained ion exchange membrane is increased. The method for the crosslinking treatment is not particularly limited as long as it is a method capable of bonding the molecular chains of the polymer by chemical bonding. Usually, a method of immersing in a solution containing a crosslinking agent is used. Examples of the crosslinking agent include formaldehyde or dialdehyde compounds such as glyoxal and glutaraldehyde. In the present invention, the film after the heat treatment is subjected to a crosslinking treatment by immersing it in a solution obtained by dissolving a dialdehyde compound in water, alcohol or a mixed solvent thereof under acidic conditions. preferable. The concentration of the crosslinking agent is usually 0.001 to 5% by volume of the crosslinking agent relative to the solution.
本発明のイオン交換膜の製造方法においては、熱処理と架橋処理の両方を行ってもよいし、そのいずれかのみを行ってもよい。熱処理と架橋処理を両方行う場合、熱処理の後に架橋処理を行ってもよいし、架橋処理の後に熱処理を行ってもよいし、両者を同時に行ってもよい。熱処理の後に架橋処理を行うことが、得られるイオン交換膜の機械的強度の面から好ましい。 In the method for producing an ion exchange membrane of the present invention, both heat treatment and crosslinking treatment may be performed, or only one of them may be performed. When both the heat treatment and the crosslinking treatment are performed, the crosslinking treatment may be performed after the heat treatment, the heat treatment may be performed after the crosslinking treatment, or both may be performed simultaneously. It is preferable from the viewpoint of the mechanical strength of the resulting ion exchange membrane to perform a crosslinking treatment after the heat treatment.
本発明のイオン交換膜は、電気透析用電解質膜として必要な性能、膜強度、ハンドリング性等を確保する観点から、その膜厚が1〜1000μm程度であることが好ましい。膜厚が1μm未満である場合には、膜の機械的強度が不充分となる傾向がある。逆に、膜厚が1000μmを超える場合には、膜抵抗が大きくなり、充分なイオン交換性が発現しないため、電気透析効率が低くなる傾向となる。膜厚はより好ましくは5〜500μmであり、更に好ましくは7〜300μmである。
特に、本発明のイオン交換膜は、膜としての靱性が高いため、支持体を利用しない自立膜として、単一層から形成することが可能である。単一層として用いられる場合、膜厚としては、例えば、30μm以上であってもよく、好ましくは50μm以上であってもよい。
The ion exchange membrane of the present invention preferably has a thickness of about 1 to 1000 μm from the viewpoint of ensuring performance, membrane strength, handling properties and the like necessary as an electrolyte membrane for electrodialysis. When the film thickness is less than 1 μm, the mechanical strength of the film tends to be insufficient. On the other hand, when the film thickness exceeds 1000 μm, the membrane resistance increases and sufficient ion exchange properties are not exhibited, so that the electrodialysis efficiency tends to decrease. The film thickness is more preferably 5 to 500 μm, still more preferably 7 to 300 μm.
In particular, since the ion exchange membrane of the present invention has high toughness as a membrane, it can be formed from a single layer as a self-supporting membrane that does not use a support. When used as a single layer, the film thickness may be, for example, 30 μm or more, and preferably 50 μm or more.
電気透析用のイオン交換膜として使用するのに十分なイオン交換性を発現するためには、イオン交換膜のイオン交換容量は0.30mmol/g以上であることが好ましく、0.50mmol/g以上であることがより好ましい。ブロックまたはグラフト共重合体のイオン交換容量の上限については、イオン交換容量が大きくなりすぎると親水性が高まり膨潤度の制御が困難となるので、3.0mmol/g以下であることが好ましい。 In order to develop sufficient ion exchange properties for use as an ion exchange membrane for electrodialysis, the ion exchange capacity of the ion exchange membrane is preferably 0.30 mmol / g or more, more preferably 0.50 mmol / g or more. It is more preferable that The upper limit of the ion exchange capacity of the block or graft copolymer is preferably 3.0 mmol / g or less because if the ion exchange capacity becomes too large, the hydrophilicity increases and the control of the degree of swelling becomes difficult.
イオン交換膜は、水中での膨潤度を抑制することが可能であり、例えば、下記式で表される膨潤度が、1.00〜1.68であるのが好ましく、1.10〜1.66以下であるのがより好ましく、1.20〜1.63であるのが特に好ましい。
膨潤度=[W1]/[W2]
(式中、W1は、25℃でのイオン交換水中、膨潤平衡に到達した膜の質量であり、W2は、W1で測定した膜を40℃12時間で真空乾燥した後の質量を表す。)
The ion exchange membrane can suppress the degree of swelling in water. For example, the degree of swelling represented by the following formula is preferably 1.00 to 1.68, and 1.10 to 1. It is more preferably 66 or less, and particularly preferably 1.20 to 1.63.
Swelling degree = [W1] / [W2]
(W1 represents the mass of the membrane that has reached the swelling equilibrium in ion-exchanged water at 25 ° C., and W2 represents the mass after the membrane measured by W1 is vacuum-dried at 40 ° C. for 12 hours.)
以下、本発明を更に詳細に説明するため実施例を挙げるが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、実施例中、特に断りのない限り「%」および「部」は重量基準である。 Hereinafter, examples will be given to describe the present invention in more detail, but the present invention is not limited to these examples. In the examples, “%” and “parts” are based on weight unless otherwise specified.
1)膜抵抗の測定
膜抵抗は、図1に示される白金黒電極板を有する2室セル中にイオン交換膜を挟み、膜の両側に0.5mol/L−NaCl溶液を満たし、交流ブリッジ(周波数10サイクル/秒)により25℃における電極間の抵抗を測定し、該電極間抵抗と陽イオン交換膜を設置しない場合の電極間抵抗との差により求めた。上記測定に使用する膜は、あらかじめ0.5mol/L−NaCl溶液中で平衡にしたものを用いた。
1) Measurement of membrane resistance The membrane resistance was measured by sandwiching an ion exchange membrane in a two-chamber cell having a platinum black electrode plate shown in Fig. 1 and filling a 0.5 mol / L-NaCl solution on both sides of the membrane. The resistance between the electrodes at a temperature of 25 ° C. was measured at a frequency of 10 cycles / second), and was determined from the difference between the resistance between the electrodes and the resistance between the electrodes when no cation exchange membrane was installed. The membrane used for the above measurement was previously equilibrated in a 0.5 mol / L-NaCl solution.
2)ブロックまたはグラフト共重合体(P)中のイオン基を有する単量体(MP)とイオン基を有する重合体(MB)中のイオン基を有する単量体との総モル数(MP+B)に対する、ブロックまたはグラフト共重合体(P)中のイオン基を有する単量体のモル数(MP)のモル分率[(MP/MP+B)×100]の測定
ブロックまたはグラフト共重合体(P)とイオン基を含む重合体を含む水溶液に対して、含まれるイオン基と同じモル数のテトラブチルアンモニウムヒドロキシドを含む水溶液を添加し、室温下で10分間攪拌した後、真空乾燥機を用いて乾燥させた。得られた固形物をミキサーで粉砕した後、メタノールを抽出溶媒とし、5時間ソックスレー抽出を行い、イオン基を有する重合体(B)を溶出させた。残渣を真空乾燥機で乾燥した後、DMSO−d6を溶媒とし、1H−NMR測定を行った。得られた1H−NMRより算出されるポリビニルアルコール由来のピークの積分値と、イオン基成分由来のピークの積分値に比率から、残渣に含まれるイオン基を有する重合体成分(b)中のイオン基を有する単量体のモル%を算出し、以下の計算式によりモル比率を算出した。
[モル比率]=[残渣に含まれるイオン基を有する重合体成分(b)(イオン基を有する単量体)のモル%]/[ブロック共重合体(P)に含まれるイオン基を有する重合体成分(b)(イオン基を有する単量体)と、イオン基を有する重合体(B)(イオン基を有する単量体)とを合わせたモル%]×100%
2) The total number of moles of the monomer (M P ) having an ionic group in the block or graft copolymer (P) and the monomer having an ionic group in the polymer (M B ) having an ionic group ( M P + B) with respect to the number of moles of a monomer having an ionic group in the block or graft copolymer (P) (M P) mole fraction of the measurement block of the [(M P / M P + B) × 100] Alternatively, an aqueous solution containing tetrabutylammonium hydroxide having the same number of moles as the contained ionic groups was added to the aqueous solution containing the graft copolymer (P) and the polymer containing ionic groups, and stirred at room temperature for 10 minutes. Then, it was dried using a vacuum dryer. After the obtained solid was pulverized with a mixer, Soxhlet extraction was performed for 5 hours using methanol as an extraction solvent to elute the polymer (B) having an ionic group. The residue was dried with a vacuum dryer, and then 1H-NMR measurement was performed using DMSO-d6 as a solvent. Ions in the polymer component (b) having an ionic group contained in the residue from the ratio of the integral value of the peak derived from polyvinyl alcohol calculated from the obtained 1H-NMR and the integrated value of the peak derived from the ionic group component The mol% of the monomer having a group was calculated, and the molar ratio was calculated by the following calculation formula.
[Molar ratio] = [Mole% of polymer component (b) (monomer having ionic group) having ionic groups contained in residue] / [heavy weight having ionic groups contained in block copolymer (P)] Mol% of combined component (b) (monomer having ionic group) and polymer (B) having ionic group (monomer having ionic group)] × 100%
[末端メルカプト基含有ポリビニルアルコールの合成]
<PVA−1、−2>
特公平3−57923号公報に記載された方法によって、末端にメルカプト基を有するポリビニルアルコール(PVA−1,2)を合成した。得られたPVA−1のJIS K6726に準拠して測定した粘度平均重合度は1500、けん化度は99.9モル%、メルカプト基含有量は2.4×10−5eq/gであった。得られたPVA−2のJIS K6726に準拠して測定した粘度平均重合度は500、けん化度は99.8モル%、メルカプト基含有量は5.6×10−5eq/gであった。
[Synthesis of terminal mercapto group-containing polyvinyl alcohol]
<PVA-1, -2>
Polyvinyl alcohol (PVA-1, 2) having a mercapto group at the end was synthesized by the method described in Japanese Patent Publication No. 3-57923. The viscosity average polymerization degree of the obtained PVA-1 measured according to JIS K6726 was 1500, the saponification degree was 99.9 mol%, and the mercapto group content was 2.4 × 10 −5 eq / g. The obtained PVA-2 had a viscosity average polymerization degree measured according to JIS K6726 of 500, a saponification degree of 99.8 mol%, and a mercapto group content of 5.6 × 10 −5 eq / g.
[側鎖メルカプト基含有ポリビニルアルコールの合成]
<PVA−3>
攪拌機、還流冷却管、アルゴン導入管、コモノマー添加口及び重合開始剤の添加口を備えた反応器に、酢酸ビニル1100質量部、コモノマーとして前記化学式(b−16)で示されるチオエステル系単量体、0.47質量部、及びメタノール478質量部を仕込み、アルゴンバブリングをしながら30分間系内をアルゴン置換した。これとは別に、コモノマーの逐次添加溶液(以降ディレー溶液と表記する)としてチオエステル系単量体(b−16)のメタノール溶液(濃度5質量%)を調製し、30分間アルゴンをバブリングした。反応器の昇温を開始し、内温が60℃となったところで、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル0.28質量部を添加し重合を開始した。重合反応の進行中は、調製したディレー溶液を系内に滴下することで、重合溶液におけるモノマー組成(酢酸ビニルとチオエステル系単量体(b−16)のモル比率)が一定となるようにした。60℃で240分間重合した後、冷却して重合を停止した。重合停止時の重合率は40%であった。次に、30℃の減圧下でメタノールを追加しながら未反応の酢酸ビニルモノマーを留去し、チオエステル系単量体(b−16)が導入された変性ポリビニルアセテートのメタノール溶液を得た。
[Synthesis of side chain mercapto group-containing polyvinyl alcohol]
<PVA-3>
In a reactor equipped with a stirrer, a reflux condenser, an argon inlet, a comonomer addition port and a polymerization initiator addition port, 1100 parts by mass of vinyl acetate, and the thioester monomer represented by the chemical formula (b-16) as a comonomer 0.47 parts by mass and 478 parts by mass of methanol were added, and the system was purged with argon for 30 minutes while performing argon bubbling. Separately, a methanol solution (concentration 5 mass%) of the thioester monomer (b-16) was prepared as a comonomer sequential addition solution (hereinafter referred to as a delay solution), and argon was bubbled for 30 minutes. The temperature of the reactor was increased, and when the internal temperature reached 60 ° C., 0.28 parts by mass of 2,2′-azobisisobutyronitrile was added to initiate polymerization. During the polymerization reaction, the prepared delay solution was dropped into the system so that the monomer composition in the polymerization solution (molar ratio of vinyl acetate and thioester monomer (b-16)) became constant. . After polymerization at 60 ° C. for 240 minutes, the polymerization was stopped by cooling. The polymerization rate when the polymerization was stopped was 40%. Next, unreacted vinyl acetate monomer was distilled off while adding methanol under reduced pressure at 30 ° C. to obtain a methanol solution of modified polyvinyl acetate in which the thioester monomer (b-16) was introduced.
上記(2)で得られたチオエステル系単量体(b−16)が導入されたポリ酢酸ビニルのメタノール溶液にメタノールを加え、さらに水酸化ナトリウムメタノール溶液(濃度14.1%)を添加して、40℃でけん化を行った(けん化溶液のチオエステル系単量体(b−16)が導入されたポリ酢酸ビニル濃度30%、チオエステル系単量体(b−16)が導入されたポリ酢酸ビニル中の酢酸ビニルユニットに対する水酸化ナトリウムのモル比0.050)。水酸化ナトリウムメタノール溶液を添加後約8分でゲル化物が生成したので、これを粉砕機にて粉砕し、さらに40℃で52分間放置してけん化を進行させた。これに酢酸メチルを加えて残存するアルカリを中和した後、メタノールでよく洗浄し、真空乾燥機中40℃で12時間乾燥することにより、側鎖メルカプト基含有PVA(PVA−3)を得た。1H−NMR測定により求めたチオエステル系単量体(b−16)由来の構成単位の変性量は0.3mоl%であった。また、JIS K6726に準拠して測定した粘度平均重合度は1500、けん化度は98.5モル%、メルカプト基含有量は6.7×10−5eq/gであった。 Methanol is added to the methanol solution of polyvinyl acetate into which the thioester monomer (b-16) obtained in (2) above is introduced, and sodium hydroxide methanol solution (concentration 14.1%) is further added. Saponification was carried out at 40 ° C. (polyvinyl acetate concentration with 30% polyvinyl acetate introduced with thioester monomer (b-16) of saponified solution, polyvinyl acetate with thioester monomer (b-16) introduced) (Molar ratio of sodium hydroxide to vinyl acetate units in 0.050). A gelled product was formed about 8 minutes after the addition of the sodium hydroxide methanol solution. This was pulverized by a pulverizer and further allowed to stand at 40 ° C. for 52 minutes to allow saponification to proceed. After adding methyl acetate to this and neutralizing the remaining alkali, it washed well with methanol and dried in a vacuum dryer at 40 ° C. for 12 hours to obtain a side chain mercapto group-containing PVA (PVA-3). . The amount of modification of the structural unit derived from the thioester monomer (b-16) determined by 1 H-NMR measurement was 0.3 mol%. Moreover, the viscosity average polymerization degree measured based on JISK6726 was 1500, saponification degree was 98.5 mol%, and mercapto group content was 6.7 * 10 < -5 > eq / g.
<PVA−4>
PVA−32において、前記化学式(b−16)で示されるチオエステル系単量体を0.47質量部から0.77質量部に変更し、メタノールを478質量部から473質量部に変更したこと以外は合成例2と同様の操作を行い、その後合成例3と同様の操作を行い、側鎖メルカプト基含有PVA(PVA−4)を得た。1H−NMR測定により求めたチオエステル系単量体(b−16)由来の構成単位の変性量は0.5mоl%であった。また、JIS K6726に準拠して測定した粘度平均重合度は1500、けん化度は98.3モル%、メルカプト基含有量は8.7×10−5eq/gであった。
<PVA-4>
In PVA-32, except that the thioester monomer represented by the chemical formula (b-16) was changed from 0.47 parts by mass to 0.77 parts by mass, and methanol was changed from 478 parts by mass to 473 parts by mass. Performed the same operation as in Synthesis Example 2, and then performed the same operation as in Synthesis Example 3 to obtain a side chain mercapto group-containing PVA (PVA-4). The amount of modification of the structural unit derived from the thioester monomer (b-16) determined by 1 H-NMR measurement was 0.5 mol%. Moreover, the viscosity average polymerization degree measured based on JISK6726 was 1500, saponification degree was 98.3 mol%, and mercapto group content was 8.7 * 10 < -5 > eq / g.
<PVA−5>
PVA−3において、前記化学式(b−16)で示されるチオエステル系単量体を0.47質量部から1.56質量部に変更し、メタノールを478質量部から438質量部に変更したこと以外は合成例2と同様の操作を行い、その後合成例3と同様の操作を行い、側鎖メルカプト基含有PVA(PVA−5)を得た。1H−NMR測定により求めたチオエステル系単量体(b−16)由来の構成単位の変性量は1.0mоl%であった。また、JIS K6726に準拠して測定した粘度平均重合度は1500、けん化度は98.5モル%、メルカプト基含有量は18.2×10−5eq/gであった。
<PVA-5>
In PVA-3, the thioester monomer represented by the chemical formula (b-16) was changed from 0.47 parts by mass to 1.56 parts by mass, and methanol was changed from 478 parts by mass to 438 parts by mass. Performed the same operation as in Synthesis Example 2, and then performed the same operation as in Synthesis Example 3 to obtain side chain mercapto group-containing PVA (PVA-5). The amount of modification of the structural unit derived from the thioester monomer (b-16) determined by 1 H-NMR measurement was 1.0 mol%. Moreover, the viscosity average polymerization degree measured based on JISK6726 was 1500, saponification degree was 98.5 mol%, and mercapto group content was 18.2 * 10 < -5 > eq / g.
<ブロック共重合体BCP-1の合成>
還流冷却管、攪拌翼を備え付けた300mLの四つ口セパラブルフラスコに、水136g、末端にメルカプト基を有するポリビニルアルコールとしてPVA−1を25.0gとパラスチレンスルホン酸ナトリウムを14.0g仕込み、攪拌下90℃まで加熱して窒素をバブリングしつつ溶解した。窒素置換後、上記水溶液に2,2'-アゾビス[2−メチル−N−(2−ヒドロキシエチル)−2−プロピオンアミド]の2.0%水溶液11.8mLを1.5時間かけて逐次的に添加して重合を開始させ、進行させた後、系内温度を90℃に4時間維持して重合をさらに進行させ、ついで冷却して、ポリビニルアルコールとパラスチレンスルホン酸ナトリウムのブロック共重合体BCP−1の水溶液を作製した。水溶液の一部を乾燥した後、重水に溶解し、500MHzでの1H−NMR測定に付した結果、ビニルアルコール単位に対するパラスチレンスルホン酸ナトリウム単位の含有量は10モル%であった。
<Synthesis of Block Copolymer BCP-1>
A 300 mL four-necked separable flask equipped with a reflux condenser and a stirring blade was charged with 136 g of water, 25.0 g of PVA-1 as a polyvinyl alcohol having a mercapto group at the end, and 14.0 g of sodium parastyrenesulfonate, The mixture was heated to 90 ° C. with stirring and dissolved while bubbling nitrogen. After nitrogen substitution, 11.8 mL of a 2.0% aqueous solution of 2,2′-azobis [2-methyl-N- (2-hydroxyethyl) -2-propionamide] was sequentially added to the above aqueous solution over 1.5 hours. The polymerization is started by adding to the polymer, and then allowed to proceed. Then, the system temperature is maintained at 90 ° C. for 4 hours to further promote the polymerization, followed by cooling, and a block copolymer of polyvinyl alcohol and sodium parastyrenesulfonate An aqueous solution of BCP-1 was prepared. After a part of the aqueous solution was dried, it was dissolved in heavy water and subjected to 1H-NMR measurement at 500 MHz. As a result, the content of sodium parastyrenesulfonate unit relative to the vinyl alcohol unit was 10 mol%.
<ブロック共重合体BCP−2の合成>
前記BCP−1の合成において、PVA−1の代わりにPVA−2を使用したこと以外は同様の操作を行い、ポリビニルアルコールとパラスチレンスルホン酸ナトリウムのブロック共重合体BCP−2の水溶液を作製した。水溶液の一部を乾燥した後、重水に溶解し、500MHzでの1H−NMR測定に付した結果、ビニルアルコール単位に対するパラスチレンスルホン酸ナトリウム単位の含有量は10モル%であった。
<Synthesis of Block Copolymer BCP-2>
In the synthesis of BCP-1, the same operation was performed except that PVA-2 was used instead of PVA-1, to prepare an aqueous solution of a block copolymer BCP-2 of polyvinyl alcohol and sodium parastyrenesulfonate. . After a part of the aqueous solution was dried, it was dissolved in heavy water and subjected to 1H-NMR measurement at 500 MHz. As a result, the content of sodium parastyrenesulfonate unit relative to the vinyl alcohol unit was 10 mol%.
<グラフト共重合体BCP−3の合成>
前記BCP−1の合成において、PVA−1の代わりにPVA−3を使用したこと以外は同様の操作を行い、ポリビニルアルコールとパラスチレンスルホン酸ナトリウムのグラフト共重合体BCP−3の水溶液を作製した。水溶液の一部を乾燥した後、重水に溶解し、500MHzでの1H−NMR測定に付した結果、ビニルアルコール単位に対するパラスチレンスルホン酸ナトリウム単位の含有量は10モル%であった。
<Synthesis of Graft Copolymer BCP-3>
In the synthesis of BCP-1, the same operation was performed except that PVA-3 was used instead of PVA-1, and an aqueous solution of a graft copolymer BCP-3 of polyvinyl alcohol and sodium parastyrenesulfonate was prepared. . After a part of the aqueous solution was dried, it was dissolved in heavy water and subjected to 1H-NMR measurement at 500 MHz. As a result, the content of sodium parastyrenesulfonate unit relative to the vinyl alcohol unit was 10 mol%.
<グラフト共重合体BCP-4の合成>
前記BCP−1の合成において、PVA−1の代わりにPVA−4を使用したこと以外は同様の操作を行い、ポリビニルアルコールとパラスチレンスルホン酸ナトリウムのグラフト共重合体BCP−4の水溶液を作製した。水溶液の一部を乾燥した後、重水に溶解し、500MHzでの1H−NMR測定に付した結果、ビニルアルコール単位に対するパラスチレンスルホン酸ナトリウム単位の含有量は10モル%であった。
<Synthesis of Graft Copolymer BCP-4>
In the synthesis of BCP-1, the same operation was performed except that PVA-4 was used instead of PVA-1, to prepare an aqueous solution of a graft copolymer BCP-4 of polyvinyl alcohol and sodium parastyrenesulfonate. . After a part of the aqueous solution was dried, it was dissolved in heavy water and subjected to 1H-NMR measurement at 500 MHz. As a result, the content of sodium parastyrenesulfonate unit relative to the vinyl alcohol unit was 10 mol%.
<グラフト共重合体BCP-5の合成>
前記BCP−1の合成において、PVA−1の代わりにPVA−5を使用したこと以外は同様の操作を行い、ポリビニルアルコールとパラスチレンスルホン酸ナトリウムのグラフト共重合体BCP−5の水溶液を作製した。水溶液の一部を乾燥した後、重水に溶解し、500MHzでの1H−NMR測定に付した結果、ビニルアルコール単位に対するパラスチレンスルホン酸ナトリウム単位の含有量は10モル%であった。
<Synthesis of Graft Copolymer BCP-5>
In the synthesis of BCP-1, the same operation was performed except that PVA-5 was used instead of PVA-1, and an aqueous solution of a graft copolymer BCP-5 of polyvinyl alcohol and sodium parastyrenesulfonate was prepared. . After a part of the aqueous solution was dried, it was dissolved in heavy water and subjected to 1H-NMR measurement at 500 MHz. As a result, the content of sodium parastyrenesulfonate unit relative to the vinyl alcohol unit was 10 mol%.
<ブロック共重合体BCP−6の合成>
前記BCP−1の合成において、窒素バブリングおよび窒素置換を行わずに大気雰囲気下で操作を行った以外は同様の操作を行い、ポリビニルアルコールとパラスチレンスルホン酸ナトリウムのブロック共重合体BCP−6の水溶液を作製した。水溶液の一部を乾燥した後、重水に溶解し、500MHzでの1H−NMR測定に付した結果、ビニルアルコール単位に対するパラスチレンスルホン酸ナトリウム単位の含有量は10モル%であった。
<Synthesis of Block Copolymer BCP-6>
In the synthesis of BCP-1, the same operation was performed except that the operation was performed in an air atmosphere without performing nitrogen bubbling and nitrogen substitution, and a block copolymer BCP-6 of polyvinyl alcohol and sodium parastyrenesulfonate was obtained. An aqueous solution was prepared. After a part of the aqueous solution was dried, it was dissolved in heavy water and subjected to 1H-NMR measurement at 500 MHz. As a result, the content of sodium parastyrenesulfonate unit relative to the vinyl alcohol unit was 10 mol%.
<ブロック共重合体BCP−7の合成>
BCP−1の合成において、2,2'-アゾビス[2−メチル−N−(2−ヒドロキシエチル)−2−プロピオンアミド]の2.0%水溶液添加前に、1M水酸化ナトリウム水溶液を添加して、反応液のpHを10に調整した以外は同様の操作を行い、ポリビニルアルコールとパラスチレンスルホン酸ナトリウムのブロック共重合体BCP−7の水溶液を作製した。水溶液の一部を乾燥した後、重水に溶解し、500MHzでの1H−NMR測定に付した結果、ビニルアルコール単位に対するパラスチレンスルホン酸ナトリウム単位の含有量は10モル%であった。
<Synthesis of Block Copolymer BCP-7>
In the synthesis of BCP-1, 1M sodium hydroxide aqueous solution was added before adding 2.0% aqueous solution of 2,2′-azobis [2-methyl-N- (2-hydroxyethyl) -2-propionamide]. Then, the same operation was performed except that the pH of the reaction solution was adjusted to 10, to prepare an aqueous solution of a block copolymer BCP-7 of polyvinyl alcohol and sodium parastyrenesulfonate. After a part of the aqueous solution was dried, it was dissolved in heavy water and subjected to 1H-NMR measurement at 500 MHz. As a result, the content of sodium parastyrenesulfonate unit relative to the vinyl alcohol unit was 10 mol%.
<PVAとポリ(パラスチレンスルホン酸ナトリウム)混合物BCP−8の作製>
還流冷却管、攪拌翼を備え付けた300mLの四つ口セパラブルフラスコに、水136g、パラスチレンスルホン酸ナトリウムを14.0g仕込み、攪拌下90℃まで加熱して窒素をバブリングしつつ溶解した。窒素置換後、上記水溶液に2,2'-アゾビス[2−メチル−N−(2−ヒドロキシエチル)−2−プロピオンアミド]の2.0%水溶液11.8mLを1.5時間かけて逐次的に添加して重合を開始させ、進行させた後、系内温度を90℃に4時間維持して重合をさらに進行させた。その後、末端にメルカプト基を有するポリビニルアルコールとしてPVA−1を25.0g添加し、攪拌下90℃で溶解した。その後、冷却して、ポリビニルアルコールとポリ(パラスチレンスルホン酸ナトリウム)の混合物BCP−8の水溶液を作製した。水溶液の一部を乾燥した後、重水に溶解し、500MHzでの1H−NMR測定に付した結果、ビニルアルコール単位に対するパラスチレンスルホン酸ナトリウム単位の含有量は10モル%であった。
<Preparation of PVA and poly (sodium parastyrenesulfonate) BCP-8>
A 300 mL four-necked separable flask equipped with a reflux condenser and a stirring blade was charged with 136 g of water and 14.0 g of sodium parastyrene sulfonate, heated to 90 ° C. with stirring, and dissolved while bubbling nitrogen. After nitrogen substitution, 11.8 mL of a 2.0% aqueous solution of 2,2′-azobis [2-methyl-N- (2-hydroxyethyl) -2-propionamide] was sequentially added to the above aqueous solution over 1.5 hours. Then, the polymerization was started and proceeded, and then the system temperature was maintained at 90 ° C. for 4 hours to further proceed the polymerization. Thereafter, 25.0 g of PVA-1 was added as a polyvinyl alcohol having a mercapto group at the end, and dissolved at 90 ° C. with stirring. Then, it cooled and produced the aqueous solution of the mixture BCP-8 of polyvinyl alcohol and poly (sodium parastyrene sulfonate). After a part of the aqueous solution was dried, it was dissolved in heavy water and subjected to 1H-NMR measurement at 500 MHz. As a result, the content of sodium parastyrenesulfonate unit relative to the vinyl alcohol unit was 10 mol%.
<実施例1>
[イオン交換膜の作製]
ブロック共重合体BCP−1の水溶液を、縦2 7 0 m m × 横2 1 0 m m のアクリル製のキャスト板に流し込み、余分な液、気泡を除去した後、熱風乾燥機を用いて80℃で30 分乾燥させた後、高温熱処理機を用いて160℃30分間の条件で熱処理を行った。350g/Lの硫酸ナトリウム水溶液1Lに対して、硫酸を添加しpH(25℃)を1.0に調整した後に、40mlの25%グルタルアルデヒド水溶液を添加して、処理液を作製した。処理液を50℃に加温した後、得られた各々の膜を30分浸漬し、架橋処理を施した。その後イオン交換水で30分以上洗浄を行い、陽イオン交換膜BCP−1を得た。
<Example 1>
[Production of ion exchange membrane]
An aqueous solution of the block copolymer BCP-1 was poured into a cast board made of acrylic having a length of 2 70 mm × width of 2 10 mm, and after removing excess liquid and bubbles, the hot water dryer was used. After drying at 30 ° C. for 30 minutes, heat treatment was performed using a high-temperature heat treatment machine at 160 ° C. for 30 minutes. To 1 L of 350 g / L sodium sulfate aqueous solution, sulfuric acid was added to adjust pH (25 ° C.) to 1.0, and then 40 ml of 25% glutaraldehyde aqueous solution was added to prepare a treatment solution. After the treatment liquid was heated to 50 ° C., each of the obtained films was immersed for 30 minutes and subjected to a crosslinking treatment. Thereafter, it was washed with ion exchange water for 30 minutes or more to obtain a cation exchange membrane BCP-1.
[イオン交換膜の評価]
上記において作製した陽イオン交換膜BCP−1を、所望の大きさに裁断し、測定試料を作製した。得られた測定試料を用い、上記の膜抵抗の測定方法にしたがって、膜抵抗の測定を行なった。得られた結果を表1に示す。
[Evaluation of ion exchange membrane]
The cation exchange membrane BCP-1 produced above was cut into a desired size to produce a measurement sample. Using the obtained measurement sample, the membrane resistance was measured according to the above-described method for measuring membrane resistance. The obtained results are shown in Table 1.
[モル比率の測定]
上記測定方法に従って、ブロックまたはグラフト共重合体中の重合体成分(b)と重合体(B)とに対する、ブロックまたはグラフト共重合体に含まれる重合体成分(b)のモル分率の測定を行った。得られた結果を表1に示す。
[Measurement of molar ratio]
According to the measurement method, the molar fraction of the polymer component (b) contained in the block or graft copolymer is measured with respect to the polymer component (b) and the polymer (B) in the block or graft copolymer. went. The obtained results are shown in Table 1.
<実施例2〜5>
ブロック共重合体BCP-2,グラフト共重合体BCP−3〜5のそれぞれについて実施例1と同様にイオン交換膜を作製し、評価を行った。得られた結果を表1に示す。
<Examples 2 to 5>
For each of the block copolymer BCP-2 and the graft copolymer BCP-3 to 5, an ion exchange membrane was prepared in the same manner as in Example 1 and evaluated. The obtained results are shown in Table 1.
<比較例1〜3>
ブロック共重合体BCP−6〜7、ポリマー混合物BCP−8のそれぞれについて、実施例1と同様にイオン交換膜を作製して評価を行った。結果を表1に示す。
<Comparative Examples 1-3>
For each of the block copolymers BCP-6 to 7 and the polymer mixture BCP-8, an ion exchange membrane was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
表1の結果からも明らかのように、共重合体(P)中の重合体成分(b)のモル比率が高いことにより、膜抵抗が低減されていることが判る。つまりは、ブロックまたはグラフト共重合体製造時にイオン基を有する単量体が、単独重合体(B)を形成する割合が小さく、ブロックまたはグラフト共重合体に
変換する割合が高いことにより、膜抵抗などの基礎性能の高いイオン交換膜を提供することが出来る。
As is clear from the results in Table 1, it can be seen that the film resistance is reduced by the high molar ratio of the polymer component (b) in the copolymer (P). That is, when the block or graft copolymer is produced, the monomer having an ionic group has a small ratio of forming the homopolymer (B) and a high ratio of conversion to the block or graft copolymer. It is possible to provide an ion exchange membrane having a high basic performance such as.
本発明に係るイオン交換膜は、膜抵抗が低く、かつ耐有機汚染性に優れるために、電気透析など種々の用途に用いられることができるので、産業上の利用可能性がある。 Since the ion exchange membrane according to the present invention has low membrane resistance and excellent organic contamination resistance, it can be used in various applications such as electrodialysis, and thus has industrial applicability.
以上、本発明の好ましい実施態様を例示的に説明したが、当業者であれば、特許請求の範囲に開示した本発明の範囲および精神から逸脱することなく多様な修正、付加および置換ができることが理解可能であろう。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described above by way of example, those skilled in the art can make various modifications, additions and substitutions without departing from the scope and spirit of the present invention disclosed in the claims. It will be understandable.
A イオン交換膜
B 白金電極
C NaCl水溶液
D 水浴
E LCR メーター
A ion exchange membrane B platinum electrode C aqueous NaCl solution D water bath E LCR meter
Claims (5)
イオン基を有する重合体(B)と、から構成され、
前記イオン基を有する重合体成分(b)およびイオン基を有する重合体(B)は、それぞれイオン基を有する単量体(M)から構成されており、
前記ブロックまたはグラフト共重合体(P)および前記重合体(B)に含まれるイオン基を有する単量体(M)の総モル数(MP+B)に対する、前記ブロックまたはグラフト共重合体(P)に含まれるイオン基を有する単量体(M)のモル数(MP)のモル比率(MP/MP+B×100)が、30.0%以上、99.9%以下の範囲内にあることを特徴とする、イオン交換膜。 A block or graft copolymer (P) comprising a vinyl alcohol polymer component (a) and a polymer component (b) having an ionic group as constituent components;
A polymer (B) having an ionic group,
The polymer component (b) having an ionic group and the polymer (B) having an ionic group are each composed of a monomer (M) having an ionic group,
The block or graft copolymer (P) with respect to the total number of moles (M P + B ) of the monomer (M) having an ionic group contained in the block or graft copolymer (P) and the polymer (B) ( The molar ratio (M P / M P + B × 100) of the number of moles (M P ) of the monomer (M) having an ionic group contained in P) is 30.0% or more and 99.9% or less. An ion exchange membrane characterized by being in the range.
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