离子交换膜、离子交换膜形成用组合物及离子交换膜的制造方法_2

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另外,关于各通式中的双键的取代形态即几何异构体,即使为了方便表示而记载 异构体中的一种,只要没有特别断定,则可以是E体或Z体或它们的混合物。
[0067] 本发明中,"丙烯酸"不仅包含在如丙烯酸或甲基丙烯酸等的酰基的α位取代有甲 基的化合物,还包含取代有烷基的化合物,作为统称它们的酸或其盐、以及酯或酰胺的名称 进行使用。即,包含丙烯酸酯、酰胺或酸或其盐、以及烷基取代的丙烯酸酯、酰胺或酸或其 盐这两种情况。
[0068]发明效果
[0069]通过本发明,能够提供膜电阻、含水率及透水率优异、而且气孔的产生得到抑制、 能够用于广范围用途的离子交换膜、离子交换膜形成用组合物及离子交换膜的制造方法。 根据本发明的制造方法,能够在极短时间内得到离子交换膜。
[0070]适当参考附图并根据下述记载,可更加明确本发明的上述及其他特征及优点。
【附图说明】
[0071] 图1是用于测定膜的透水率的装置的流路的示意图。
【具体实施方式】
[0072] <<离子交换膜>>
[0073] 本发明的离子交换膜为阴离子交换膜。
[0074] 本发明的离子交换膜具有至少一种多孔性支撑体及配置于多孔性支撑体的细孔 内的聚合物树脂,聚合物树脂含有至少一种本发明的特定的苯乙烯-丙烯酸共聚聚合物。 [0075]就本发明的膜的厚度而言,当具有支撑体时,包括支撑体在内优选40~500μπι,更 优选40~200μπι,尤其优选70~150μπι。
[0076] <苯乙烯-丙烯酸共聚聚合物>
[0077] 本发明的苯乙烯-丙烯酸共聚聚合物为用于进行阴离子交换的聚合物,具有作为 鑰基的季铵基,通过该基团进行阴离子交换。
[0078] [化学式7]
[0079]
[0080」通式(ΡΙ)、( ΡΙΙ)中,1^及1^各自独立地表示氢原子或烷基。Yi&Yz各自独立地表 示-0-或-N(RX)-。其中,Rx表示氢原子或烷基。L1表示pl+Ι价的碳原子数2以上的连接基团, L2表示2价连接基团。pi表示1以上的整数。nl、n2及ml各自独立地表示1以上的整数。Ra~R g 各自独立地表示烷基或芳基,Ra~Re中的2个或3个可以相互键合而形成环,#~把中的任意 2~4个可以相互键合而形成环。ΧΓ~Xf各自独立地表示有机或无机阴离子。
[0081 ]妒、1?2、1^、1^~把中的烷基可以具有取代基,1^~把中的芳基可以具有取代基。作为 这种取代基,优选选自下述取代基组Z中的取代基。
[0082] 取代基组Z:
[0083]烷基(为优选碳原子数1~30、更优选碳原子数1~20、尤其优选碳原子数1~10的 烷基,例如甲基、乙基、异丙基、叔丁基、正辛基、2-乙基己基、正癸基、正十六烷基)、环烷基 (为优选碳原子数3~30、更优选碳原子数3~20、尤其优选碳原子数3~10的环烷基,例如可 以举出环丙基、环戊基、环己基等)、烯基(为优选碳原子数2~30、更优选碳原子数2~20、尤 其优选碳原子数2~10的烯基,例如可以举出乙烯基、稀丙基、2-丁烯基、3-戊烯基等)、炔基 (为优选碳原子数2~30、更优选碳原子数2~20、尤其优选碳原子数2~10的炔基,例如可以 举出炔丙基、3-戊炔基等)、芳基(为优选碳原子数6~30、更优选碳原子数6~20、尤其优选 碳原子数6~12的芳基,例如可以举出苯基、对甲基苯基、萘基、氨茴基等)、氨基(包含氨基、 烷基氨基、芳基氨基,为优选碳原子数0~30、更优选碳原子数0~20、尤其优选碳原子数0~ 10的氨基,例如可以举出氨基、甲基氨基、二甲基氨基、二乙基氨基、二苄氨基、二苯基氨基、 二甲苯氨基等)、烷氧基(为优选碳原子数1~30、更优选碳原子数1~20、尤其优选碳原子数 1~10的烷氧基,例如可以举出甲氧基、乙氧基、丁氧基、2-乙基己氧基等)、芳氧基(为优选 碳原子数6~30、更优选碳原子数6~20、尤其优选碳原子数6~12的芳氧基,例如可以举出 苯氧基、1-萘氧基、2-萘氧基等)、杂环氧基(为优选碳原子数2~30、更优选碳原子数2~20、 尤其优选碳原子数2~12的杂环氧基,例如可以举出P比啶氧基、啦嗪氧基、啼啶氧基、喹啉氧 基等)、
[0084]酰基(为优选碳原子数1~30、更优选碳原子数1~20、尤其优选碳原子数1~12的 酰基,例如可以举出乙酰基、苯甲酰基、甲酰基、新戊酰基等)、烷氧基羰基(为优选碳原子数 2~30、更优选碳原子数2~20、尤其优选碳原子数2~12的烷氧基羰基,例如可以举出甲氧 基羰基、乙氧基羰基等)、芳氧基羰基(为优选碳原子数7~30、更优选碳原子数7~20、尤其 优选碳原子数7~12的芳氧基羰基,例如可以举出苯氧基羰基等)、酰氧基(为优选碳原子数 2~30、更优选碳原子数2~20、尤其优选碳原子数2~10的酰氧基,例如可以举出乙酰氧基、 苯甲酰氧基等)、酰氨基(为优选碳原子数2~30、更优选碳原子数2~20、尤其优选碳原子数 2~10的酰氨基,例如可以举出乙酰基氨基、苯甲酰基氨基等)、
[0085]烷氧基羰基氨基(为优选碳原子数2~30、更优选碳原子数2~20、尤其优选碳原子 数2~12的烷氧基羰基氨基,例如可以举出甲氧基羰基氨基等)、芳氧基羰基氨基(为优选碳 原子数7~30、更优选碳原子数7~20、尤其优选碳原子数7~12的芳氧基羰基氨基,例如可 以举出苯氧基羰基氨基等)、烷基或芳基磺酰基氨基(优选碳原子数1~30,更优选碳原子数 1~20,尤其优选碳原子数1~12,例如可以举出甲磺酰氨基、苯磺酰氨基等)、氨磺酰基(包 含氨磺酰基、烷基或芳基氨磺酰基,为优选碳原子数〇~30、更优选碳原子数0~20、尤其优 选碳原子数〇~12的氨磺酰基,例如可以举出氨磺酰基、甲基氨磺酰基、二甲基氨磺酰基、苯 基氨磺酰基等)、
[0086 ]氨甲酰基(包含氨甲酰基、烷基或芳基氨甲酰基,为优选碳原子数1~30、更优选碳 原子数1~20、尤其优选碳原子数1~12的氨甲酰基,例如可以举出氨甲酰基、甲基氨甲酰 基、二乙基氨甲酰基、苯基氨甲酰基等)、烷硫基(为优选碳原子数1~30、更优选碳原子数1 ~20、尤其优选碳原子数1~12的烧硫基,例如可以举出甲硫基、乙硫基等)、芳硫基(为优选 碳原子数6~30、更优选碳原子数6~20、尤其优选碳原子数6~12的芳硫基,例如可以举出 苯硫基等)、杂环硫基(为优选碳原子数2~30、更优选碳原子数2~20、尤其优选碳原子数2 ~12的杂环硫基,例如可以举出吡啶硫基、2-苯并咪唑硫基、2-苯并噁唑硫基、2-苯并噻唑 硫基等)、
[0087]烷基或芳基磺酰基(为优选碳原子数1~30、更优选碳原子数1~20、尤其优选碳原 子数1~12的烷基或芳基磺酰基,例如可以举出甲磺酰基、甲苯磺酰基等)、烷基或芳基亚磺 酰基(为优选碳原子数1~30、更优选碳原子数1~20、尤其优选碳原子数1~12的烷基或芳 基亚磺酰基,例如可以举出甲亚磺酰基、苯亚磺酰基等)、脲基(为优选碳原子数1~30、更优 选碳原子数1~20、尤其优选碳原子数1~12的脲基,例如可以举出脲基、甲脲基、苯脲基 等)、磷酸酰胺基(为优选碳原子数1~30、更优选碳原子数1~20、尤其优选碳原子数1~12 的磷酸酰胺基,例如可以举出二乙基磷酸酰胺基、苯基磷酸酰胺基等)、羟基、巯基、卤素原 子(例如氟原子、氯原子、溴原子、碘原子,更优选可以举出氟原子)、
[0088]氰基、磺基、羧基、桥氧基、硝基、异羟肟酸基、亚磺基、肼基、亚氨基、杂环基(为优 选碳原子数1~30、更优选碳原子数1~12的杂环基,作为环构成杂原子,例如优选氮原子、 氧原子、硫原子,具体可以举出例如咪唑基、吡啶基、喹啉基、呋喃基、噻吩基、哌啶基、吗啉 基、苯并噁唑基、苯并咪唑基、苯并噻唑基、咔唑基、叮庚因基等)、甲硅烷基(为优选碳原子 数3~40、更优选碳原子数3~30、尤其优选碳原子数3~24的甲硅烷基,例如可以举出三甲 基甲硅烷基、三苯基甲硅烷基等。)、甲硅烷氧基(为优选碳原子数3~40、更优选碳原子数3 ~30、尤其优选碳原子数3~24的甲硅烷氧基,例如可以举出三甲基甲硅烷氧基、三苯基甲 娃烷氧基等)等。
[0089] 这些取代基可以进一步被选自上述取代基组Z中的任意1个以上的取代基取代。
[0090] 另外,本发明中,当在1个结构部位具有多个取代基时,这些取代基可以相互连接 而形成环,或者可以与上述结构部位的一部分或全部进行缩环而形成芳香族环或不饱和杂 环。
[0091] R1及R2中的烷基优选碳原子数1~4的烷基,可以举出甲基、乙基、异丙基、正丁基、 异丁基、叔丁基。
[0092] R1及R2优选氢原子或甲基,其中,优选氢原子。
[0093] Y1 及Y2表示-0-或-N(Rx)-,优选-N(Rx)-,其中,优选Y1 及Y2均为-N(Rx)-。
[0094]其中,Rx中的烷基优选碳原子数1~4的烷基。
[0095] Rx尤其优选氢原子。
[0096] L1表示pl + 1价的碳数2以上的连接基团。其中,pi表示1以上的整数,优选1~5,更 优选1~3,尤其优选1。
[0097] L1中的连接基团优选键合于Y\Y2的原子均为碳原子的连接基团。
[0098]当pi为1时,例如为直链、支链或环状的亚烷基(为优选碳原子数2~30、更优选碳 原子数2~12、进一步优选碳原子数2~4的亚烷基,例如可以举出亚乙基、亚丙基、亚丁基、 亚戊基、亚己基、亚辛基、亚癸基等。另外,当环状的亚烷基即亚环烷基时,最低的碳原子数 优选3,更优选亚环戊基、亚环己基。)、_(亚烷氧基) t_亚烷基(其中,t表示1以上的整数,优 选1~50,更优选1~20,进一步优选1~10。亚烷基为优选碳原子数2~30、更优选碳原子数2 ~12、进一步优选碳原子数2~4的亚烷基。
[0099] 例如,可以举出亚乙氧基亚乙基、亚丙氧基亚丙基、亚丁氧基亚丁基、亚戊氧基亚 戊基、亚己氧基亚己基、亚辛氧基亚辛基、亚癸氧基亚乙基、聚氧乙烯亚乙基、聚氧丙烯亚丙 基等。)、亚芳烷基(为优选碳原子数7~30、更优选碳原子数7~13的亚芳烷基,例如可以举 出亚苄基、亚肉桂基等。)、亚芳基(为优选碳原子数6~30、更优选碳原子数6~15的亚芳基, 例如可以举出亚苯基、亚异丙苯基(cumenylene)、均三甲苯基、甲代亚苯基、亚二甲苯基 等。)、_亚烷基_E-亚烷基(其中,E表不-S -、-S〇-、-S〇2_、_S -S-、-C( = 0)-、-N(Rl1)-、-N+(R L2) (妒3)-、亚苯基、亚环烷基、亚烷基、2价杂基及这些基团组合而得到的基团。R u表示氢原子、 烷基或芳基,RL2及RL3各自独立地表示烷基或芳基。)、_亚芳基-E-亚芳基(其中,E的含义与 上述相同。)、亚芳基-E-亚烷基(其中,E的含义与上述相同。)等。
[0100] 其中,上述E中的2价杂环基优选下述2价杂环基。
[0101] 另外,这些各环可以具有取代基,这种取代基优选选自取代基组Z中的取代基。
[0102] 其中,优选1,4-二氮杂双环[2.2.2]辛烷环(二氮杂双环[2.2.2 ]辛烷-1,4-二基)、 1,4_哌嗪环(哌嗪-1,4-二基)。另外,下述哌嗪环、二氢吡嗪环的各自的两个氮原子均由烷 基季钱化,因此该烷基省略表不。
[0103] [化学式8]
[01041
[0105] 当pi为3以上时,L1所表示的连接基团优选下述连接基团。
[0106] [化学式9]
[0107]
[0108] W表示烷基、羟基或氨基,m表示2以上的整数,al~a6各自独立地表示0以上的整 数。
[0109] m 优选2或 3。
[0110] al~a6优选0~20,更优选0~10。
[0111] L1中的各基团可以具有取代基,这种取代基可以举出前述取代基组Ζ,优选烷基、 羟基、鑰基(优选如季铵基之类的铵基、咪唑鑰等含氮杂环的季铵盐)、卤素原子。
[0112] Ra~Rg中的烷基可以是直链或支链,可以具有取代基。取代基可以举出取代基组Ζ 中所举出的取代基。烷基的碳原子数优选1~4,其中,优选甲基。
[0113] Ra~Rg中的芳基的碳原子数优选6~20,可以具有取代基。取代基可以举出取代基 组Z中所举出的取代基。芳基例如可以举出苯基、萘基。
[0114] Ra~Rg优选烷基。
[0115] Ra~Re中,2个或3个可以相互键合而形成环,这种环优选含氮杂环且5或6元环,可 以是单环或交联环,并且也可以是芳香环。例如,可以举出哌啶环、哌嗪环、吗啉环、硫代吗 啉环、吡咯环、吡唑环、咪唑环、三唑环、吡啶环、二氢吡嗪环、奎宁环。
[0116] Rd~Rg中,2~4个可以相互键合而形成环,可以由Ra~Re形成的环中,可以举出环 构成杂原子中含有至少两个氮原子的环,例如可以举出啦唑环、咪唑环、三唑环、哌嗪环、二 氢吡嗪环、奎宁环。
[0117] 这些形成的环可以利用苯环缩环。
[0118] ml表示1以上的整数,优选1~5,更优选2或3。
[0119] nl及n2表示1以上的整数,优选1~5,更优选1~4,尤其优选1。
[0120] ΧΓ~Xr表示有机或无机阴离子,优选无机阴离子。有机阴离子例如可以举出三氟 甲磺酸根、四氟硼酸根、六氟磷酸根、乙酸根阴离子、三氟乙酸根阴离子、双三氟甲磺酰基亚 氨酸根(bistrifluoromethanesulfonyl imidate)等。无机阴离子例如可以举出卤素阴离 子(氟阴离子、氯阴离子、溴阴离子、碘阴离子)、硝酸根阴离子、硫酸根二价阴离子、磷酸根 阴离子等,优选卤素阴离子。卤素阴离子中,优选氯阴离子、溴阴离子,尤其优选氯阴离子。
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