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JPS5829802B2 - カイリヨウサレタ イオンコウカンキガンユウフルオロポリマ−ノ セイゾウホウホウ - Google Patents

カイリヨウサレタ イオンコウカンキガンユウフルオロポリマ−ノ セイゾウホウホウ

Info

Publication number
JPS5829802B2
JPS5829802B2 JP50081882A JP8188275A JPS5829802B2 JP S5829802 B2 JPS5829802 B2 JP S5829802B2 JP 50081882 A JP50081882 A JP 50081882A JP 8188275 A JP8188275 A JP 8188275A JP S5829802 B2 JPS5829802 B2 JP S5829802B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
group
ion exchange
copolymer
fluoropolymer
exchange membrane
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
JP50081882A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS525888A (en
Inventor
晴久 三宅
正顕 山辺
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
AGC Inc
Original Assignee
Asahi Glass Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Asahi Glass Co Ltd filed Critical Asahi Glass Co Ltd
Priority to JP50081882A priority Critical patent/JPS5829802B2/ja
Publication of JPS525888A publication Critical patent/JPS525888A/ja
Publication of JPS5829802B2 publication Critical patent/JPS5829802B2/ja
Expired legal-status Critical Current

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Landscapes

  • Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)
  • Manufacture Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、改良されたイオン交換基含有フルオロポリマ
ーの製造方法に関し、更に詳しく言えば、電解質水溶液
の電解におけるイオン交換膜として有効に使用し得るイ
オン−交換基含有の改良含フツ素共重合体の製造方法に
関するものである。
本発明における含フツ素共重合体は、一般式%式% (但し、式中のRfはフッ素原子及び炭素数1〜lO個
のパーフルオロアルキル基からなる群から選ばれ、Yは
フッ素原子及びトリフルオロメチル基からなる群から選
ばれ、nはO〜3の整数である)で表わされるフルオロ
ビニルエーテル及び四フッ化エチレンと一般式CF2−
CFX(但し、式中のXは塩素原子、水素原子、及びト
リフルオロメチル基からなる群から選ばれる)び表わさ
れるフルオロオレフィン類との共重合体である。
該含フツ素共重合体を加水分解し、−8O2H基の如き
イオン交換基暫含有するペンダント側鎖を有する共重合
体に転換したものは、電解質水溶液の電解、例えば食塩
電解による苛性ソーダと塩素を製造する場合のイオン交
換膜として用いると、改良された電解性能を示すことが
新規に見出され、本発明を完成したものである。
前記の式 %式% に包含される、例えば CF2−CFOCF2CF(CF3)OCF2CF2S
O2Fなるパーフルオロビニルエーテルは、特公昭48
20788号公報或いは特公昭48−41942号公報
に見られる様に、四フッ化エチレン(CF2−CF2)
と共重合させ、更に加水分解することによりイオン交換
膜への応用が提案されている。
然るに、該パーフルオロビニルエーテルと四フッ化エチ
レンの共重合体の加水分解物をイオン交換膜として、例
えば食塩電解を行なった場合、苛性ソーダ生成の電流効
率が80%以下と低く、実用上問題のあることが判った
又、米国特許第3282875号明細書などには、前記
のごときフルオロビニルエーテルの合成法及び該フルオ
ロビニルエーテルの重合法が記載されているが、四フッ
化エチレンとの共重合体あるいはゴム状共重合体として
の例示があるのみである。
本発明者は、か\る特定のフルオロビニルエーテルと四
フッ化エチレンの共重合体について、種々の研究、検討
を重ねた結果、これらに加えて三フッ化塩化エチレン、
三フッ化エチレン、六フッ化プロピレンの如き特定フル
オロオレフィン類を特定割合で共重合させ、更に加水分
解せしめたものが、容易に製膜可能でありイオン交換膜
として有効に使用され得ることを新規に見出したもので
ある。
更に、従来の四フッ化エチレンと特定フルオロビニルエ
ーテルの共重合体に比して、食塩電解などにおいて苛性
ソーダ生成の電流効率を90%以上に高め得るイオン交
換膜を与え得るものである。
イオン交換膜に用いる場合、特定のフルオロビニルエー
テルの含フツ素共重合体中の含有量は、1〜50モル%
、好ましくは2〜40モル%が好適である。
又、特定フルオロオレフィン類の含有量は1〜40モル
%、好ましくは2〜30モル%が好適である。
か\る範囲の特定フルオロビニルエーテル及びフルオロ
オレフィン類を含むフッ素共重合体は、加水分解を行な
い、ペンダント側鎖に−5O3H基の如きイオン交換基
を有する共重合体に容易に転換することが出来、イオン
交換膜として使用され得る。
尚、従来よりアルカリ電解用隔膜として、耐塩素性、耐
酸化性、耐アルカリ性などの優秀なスルホン酸タイプの
フルオロポリマーイオン交換膜が知られているが、本発
明の特定スルホン酸タイプのものは、か\る特性に加え
て、低い摺電圧でしかも高い電流効率を与え得るという
利点を有する。
かくして、本発明は、前記の如き知見に基づいて完成さ
れたものであり、一般式 %式% (但し、式中のRfはフッ素原子及び炭素数1〜10個
のパーフルオロアルキル基からなる群から選ばれる基、
Yはフッ素原子及びトリフルオロメチル基からなる群か
ら選ばれる基、nはO〜3の整数である)で表わされる
フルオロビニルエーテル及び四フッ化エチレンと一般式
CF2−CFX(但し、式中のXは塩素原子、水素原子
、及びトリフルオロメチル基からなる群から選ばれる基
である)で表わされるフルオロオレフィン類とを、重合
開始源の作用により共重合せしめ、前記フルオロオレフ
ィン類含有量1〜40モル%の共重合体を生成せしめ、
更に生成共重合体を加水分解せしめることにより、イオ
ン交換基を含むペンダント側鎖を有するフルオロポリマ
ーを得ることを特徴とする改良されたイオン交換基含有
フルオロポリマーの製造方法を新規に提供するものであ
る。
本発明においては、特定のフルオロビニルエーテルの含
有量が重要であり、前記の通りフルオロポリマー中含有
量で1〜50モル%、好ましくは2〜40モル%が採用
され得る。
余りに少ない含有量ではイオン交換機能を示さず、また
余りに多い含有量では、イオン交換膜とした場合の機械
的強度を損ない、或いは含水量の増大によるイオン交換
性能の低下をきたすので好ましくない。
又、特定のフルオロオレフィン類の含有量は、前記の通
りフルオロポリマー中含有量で1〜40モル%、好まし
くは2〜30モル%が採用され得る。
特定のフルオロオレフィン類は、余りに少ない含有量で
は電流効率の向上効果が不充分になり、また余りに多過
ぎる場合には、イオン交換膜の機械的強度を損なうこと
になる。
本発明において、含フツ素共重合体の加水分解は、公知
乃至周知の手段により容易に実施され得る。
例えば、NaOHの様な塩基性水溶液と反応させて−S
O2F基をスルホン酸の塩とし、次いでH2SO4の様
な無機強酸と反応させてスルホン酸に転化せしめること
が出来る。
力へる特定スルホン酸タイプのイオン交換基を有する共
重合体は、例えば食塩電解に対して多孔性隔膜の代りに
、塩化ナトリウム水性溶液と陽極を含有する陽極室と、
水酸化ナトリウム溶液と陰極を含有する陰極室とを分離
するイオン交換膜として使用する場合、良好な電解性能
を与えることが新規に見出された。
例えば、 CF2=CFOCF2CF(CF3)OCF2CF2S
O2Fと四フッ化エチレンの他に更に三フッ化塩化エチ
レンを含む共重合体を加水分解し、0.65 meq
/ t?ポリマーの濃度のスルホン酸を含むイオン交換
膜とした場合、8N苛性ソ一ダ濃度において4.6Vの
低い摺電圧で91%の電流効率を与えた。
これに対して、同濃度のスルホン酸を含む四フッ化エチ
レンと CF2−CFOCF2CF(CF3)OCF2CF2S
O3Fとの共重合体のイオン交換膜では、4.6■の摺
電。
圧で77%の電流効率しか示さない。
本発明における特定フルオロポリマーのイオン交換膜が
、如何なる理由で良好な電解性能を与えるのかは、必ず
しも明らかでないが、例えば次の様な理由が考えられる
であろう。
即ち、電解性能を規制する因子として、アルカリ液に浸
漬した膜の含水率があるが、か匁る含水率の相違に基づ
(ものと考えられる。
本発明の三フッ化塩化エチレン、三フッ化エチレンなど
のフルオロオレフィン類を四フッ化エチレンと共に用い
た共重合体の加水分解物の含水率は、従来の四フッ化エ
チレンのみを用いた共重合体の加水分解物のそれよりも
低いことが判明した。
即ち、従来の四フッ化エチレレン共重合体加水分解物の
含水率は、例えばイオン交換基濃度0.65 meq
/ tiI−ポリマーの膜について、8Nの苛性ソーダ
水溶液に浸漬した場合に約10重量%であるのに対し、
同様のイオン交換基濃度を有する三フッ化塩化エチレン
、三フッ化エチレンの如き特定フルオロオレフィン類を
四フッ化エチレンと共に含む共重合体加水分解物につイ
テハ、含水率が約5重量%と低下しているのである。
か〜る低含水率により高い電流効率を与え得るものと考
えられる。
尚、かよる説明は本発明を何ら限定するものでない。
* 木 本発明におけるイオン交換基含有フルオロポリマー
は、耐熱性、耐薬品性(耐アルカリ性、耐塩素性、耐酸
化性など)が優秀であり、例えばアルカリ電解において
実質的に電解質及び電解生成物に対し不活性であり、且
つ液体及び気体に対して実質的に不透過性であるから、
長期間の安定運転を可能にするものである。
本発明における含フツ素共重合体は、不活性有機溶媒又
は水性媒体を使用し或いは使用せずに、パーオキシ化合
物、アゾ化合物、紫外線、電離性放射線の如き重合開始
源の作用の下に、周知乃至公知の共重合手段などによっ
て製造され得る。
例えば、特公昭48−2223号公報、特公昭4820
788号公報、特公昭48−41942号公報、米国特
許第3282875号明細書などに記載されている方法
などによって共重合が実施され得る。
重合方式としても、塊状重合、溶液重合、懸濁重合、乳
化重合など各種重合方式が採用され得る。
本発明において使用される特定フルオロビニルエーテル
は、例えば米国特許第3282875号明細書などに記
載されている様な手段、即ち、FOC−CF(OCF2
CFY)noCF2CFRfSO2FF3 又は (Meはアルカリ金属)なるフルオロカーボンエーテル
を200〜600℃程度の温度で熱分解することにより
、容易に得られる。
通常は、Rfがフッ素原子の場合の、 CF2=CF(OCF2CFY)noCF2CF280
2Fなるフルオロビニルエーテルが好ましく採用され、
特にYがトリフルオロメチル基、nが1に対応するCF
2−CFOCF2CF(CF3)ocF2cF2so2
Fが好適である。
又、本発明において使用される一般式 CF2−CFXで表わされるフルオロオレフィン類とし
ては、人手の容易性、電流効率の向上効果などを考慮し
て、Xが水素原子、塩素原子、トリフルオロメチル基か
ら選ばれる三フッ化エチレン、三フッ化塩化エチレン、
六フッ化プロピレンなどが採用される。
前記の特定フルオロビニルエーテル及びフルオロオレフ
ィン類は、夫々一種類ずつで共重合せしめられ得ると共
に、いずれか一方或いは双方を二種以上の混合物で共重
合せしめることも可能である。
尚、か〜る特定のフルオロビニルエーテル及びフルオロ
オレフィン類の他に、他の取分を一種或いは二種以上で
更に共重合せしめることも可能である。
本発明の特定含フツ素共重合体は、適宜手段にて製膜さ
れ得る。
イオン交換膜とするためには、加水分解で−SO2F基
を一8O3H基の如きイオン交換基に転換するが、かΣ
る加水分解処理は、製膜前でも製膜後でも可能である。
通常は、製膜後に加水分解処理する方が好ましく採用さ
れる。
製膜手段には、種々のものが採用可能であり、例えば加
熱溶融成形、適当な溶媒に溶解させての注型成形、或い
はラテックスからの造膜なと周知乃至公知の方法を採用
し得る。
本発明の含フツ素共重合体からのイオン交換膜は、種々
の優れた性能を有するために、各種分野、目的、用途な
どに広範囲に採用され得る。
例えば、拡散透析、電解還元、燃料電池の隔膜などとし
て、特に耐蝕性が要求される分野で好適に使用される。
なかでも、アルカリ電解用の陽イオン選択性隔膜として
使う場合には、従来のイオン交換膜では得られなかった
高い性能を発揮し得るものである。
次に本発明の実施例について更に具体的に説明するか、
かSる説明によって本発明が何ら限定されるものでない
ことは勿論である。
実施例 1 200TLlのステンレス製反応容器に37.5PのC
F2−CFOCF2CF(CF3)OCF2CF2SO
2Fと45.09のトリクロロトリフルオロエタン及び
200■のアゾビスイソブチロニトリルを仕込む。
反応容器を70℃に上げ、三フッ化塩化エチレンを5.
0 kg /c己になる迄仕込み、次いで四フッ化エチ
レンを12.0 kg /crAになる迄仕込んで反応
を行なわしめる。
20時間後に10.2Pの共重合体を得た。
該共重合体を230℃でプレス成形し、厚さ130μの
フィルムとした後加水分解しイオン交換膜とした。
該イオン交換膜は0.65 meq /?ポリマーの官
能基濃度を有し、8Nの苛性ソーダを91%の電流効率
で与えた。
それに対し同じ官能基濃度を有する四フッ化エチレンと CF 2 =CFOCF 2 CF (CF a )
QCF2 CF2 SO2F共重合体加水分解物のイオ
ン交換膜は8Nの苛性ソーダを与えるのに77%の電流
効率しか示さなかった。
実施例 2 CF2−CFOCF2CF(CF3)OCF2CF2S
O□Fを33.!lとする以外は実施例1と同じ条件で
反応を行なわしめた。
20時間後に11.5S’の共重合体を得た。
これより0.61meq/?ポリマーの官能基濃度を有
するイオン交換膜とした。
該イオン交換膜は8Nの苛性ソーダを92%の電流効率
で与えた。
実施例 3 六フッ化プロピレンを5.0kg/crA迄仕込み、次
いで四フッ化エチレンを16kg/crit迄仕込む以
外は実施例1と同じ条件で反応させ、20時間後に7.
21の共重合体を得た。
これより0.60meq/?ポリマーの官能基濃度を有
するイオン交換膜とした。
該イオン交換膜は8Nの苛性ソーダを92%の電流効率
で与えた。
実施例 4 200m1のステンレス製反応容器に33.5PのCF
2−CFOCF2CF(CF3)OCF2CF2802
Fと45.1’のトリクロロトリフルオロエタン及び2
00rvのアゾビスイソブチロニトリルを仕込む、重合
容器を70℃に上げた後、三フッ化エチレンを5.5k
g/caになる迄仕込み、次いで四フッ化エチレンを1
1.5 p/crAになる迄仕込んで反応を行なわしめ
る。
20時間後に11.2Pの共重合体を得た。
該共重合体を230℃でプレス成形しフィルムとした後
加水分解し0.60meq/?ポリマーの官能基濃度を
有するイオン交換膜とした。
該イオン交換膜は8Nの苛性ソーダを92%の電流効率
で与えた。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1一般式 %式% (但し、式中のRfはフッ素原子及び炭素数1〜10個
    のパーフルオロアルキル基からなる群から選ばれる基、
    Yはフッ素原子及びトリフルオロメチル基からなる群か
    ら選ばれる基、nは0〜3の整数である)で表わされる
    フルオロビニルエーテル及び四フッ化エチレンと一般式
    CF2−CFX(但し、式中のXは塩素原子、水素原子
    、及びトリフルオロメチル基からなる群から選ばれる基
    である)で表わされるフルオロオレフィン類とを、重合
    開始源の作用により共重合せしめ、前記フルオロオレフ
    ィン類含有量1〜40モル%の共重合体を生成せしめ、
    更に生成共重合体を加水分解せしめることにより、イオ
    ン交換基を含むペンダント側鎖を有するフルオロポリマ
    ーを得ることを特徴とする改良されたイオン交換基含有
    フルオロポリマーの製造方法。
JP50081882A 1975-07-04 1975-07-04 カイリヨウサレタ イオンコウカンキガンユウフルオロポリマ−ノ セイゾウホウホウ Expired JPS5829802B2 (ja)

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JP6829203B2 (ja) 2015-02-12 2021-02-10 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー テトラフルオロエチレンとペルフッ素化アリルエーテルとのコポリマー
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