JP2003246906A - Fluorine-containing copolymer composition - Google Patents
Fluorine-containing copolymer compositionInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、電解用隔膜及び燃
料電池用隔膜として有用な含フッ素陽イオン交換膜、ガ
ス拡散電極、膜電極接合体等の製造原料として有用な、
非電解質SO2F型官能基含有フッ素系3元共重合体と
液状のフルオロオリゴエーテルとからなる組成物に関す
る。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a fluorine-containing cation exchange membrane useful as a membrane for electrolysis and a membrane for fuel cells, a gas diffusion electrode, a membrane electrode assembly, etc.
The present invention relates to a composition comprising a non-electrolyte SO 2 F type functional group-containing fluorine-based terpolymer and a liquid fluorooligoether.
【0002】[0002]
【従来の技術】含フッ素陽イオン交換膜は、食塩電解用
隔膜、燃料電池用隔膜等に広く用いられている。含フッ
素陽イオン交換膜には、取扱条件下及び実用条件下にお
ける高い強度及び高い耐久性が望まれている。これらを
達成する方法として、ポリテトラフルオロエチレン多孔
質フィルムによる補強方法(例えば、特表平11−50
1964号公報)やスルホンイミド化等による架橋方法
(例えば、特開2000−188013号公報)などが
提案されている。2. Description of the Related Art Fluorine-containing cation exchange membranes are widely used as membranes for salt electrolysis, membranes for fuel cells and the like. Fluorine-containing cation exchange membranes are required to have high strength and high durability under handling conditions and practical conditions. As a method for achieving these, a reinforcing method using a polytetrafluoroethylene porous film (see, for example, Japanese Patent Publication No. 11-50
1964) and a cross-linking method by sulfonimidation (for example, JP 2000-188013 A).
【0003】しかしながら、特表平11−501964
号公報に記載された補強方法では、フィルム取扱時の強
度は向上できるものの、原料の溶液が電解質型(SO3
H型等)の官能基を含有するフッ素系共重合体より形成
されているため、官能基を含有するフッ素系共重合体の
樹脂間及び樹脂と基材ポリテトラフルオロエチレン樹脂
間に十分な接着強度を付与することが困難であり、長期
耐性が充分ではなかった。特開2000−188013
号公報に記載された架橋方法では、耐久性(高温耐性)
を向上させる点では効果があるものの、架橋構造の均質
性に欠けるため、フィルムの処理や備え付け等の取扱時
の寸法安定性や強度が不十分であった。However, Japanese Patent Publication No. 11-501964
In the reinforcing method described in the publication, the strength at the time of handling the film can be improved, but the solution of the raw material is electrolyte type (SO 3
Since it is formed from a fluorine-based copolymer containing functional groups such as H-type), sufficient adhesion between the resins of the fluorine-based copolymer containing functional groups and between the resin and the base polytetrafluoroethylene resin It was difficult to impart strength, and long-term resistance was not sufficient. JP 2000-188013 A
In the crosslinking method described in the publication, durability (high temperature resistance)
However, since the cross-linking structure lacks homogeneity, the dimensional stability and strength during handling such as film treatment and installation were insufficient.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題点
を解消するものであり、取扱時の応力に耐える高い強度
と実用条件下における高い耐久性を共に達成し得る、補
強、かつ、架橋された含フッ素陽イオン交換膜、ガス拡
散電極、膜電極接合体等の製造原料として極めて有用な
新規組成物を提供することを目的とする。DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention solves the above-mentioned problems, and provides reinforcement and crosslinking capable of achieving both high strength to withstand stress during handling and high durability under practical conditions. It is an object of the present invention to provide a novel composition which is extremely useful as a raw material for producing such a fluorinated cation exchange membrane, a gas diffusion electrode, a membrane electrode assembly and the like.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】本発明者らは、完全な固
体構造(結晶構造等)の形成が阻害されている、非電解
質SO2F型官能基含有フッ素系3元共重合体(スルホ
ンイミド架橋前駆体であるスルホンアミド基を含有する
フッ素系3元共重合体)とフルオロオリゴエーテルとか
らなる組成物により、上記の目的が達成されることを見
出し、本発明を完成するに至った。DISCLOSURE OF THE INVENTION The present inventors have found that a non-electrolyte SO 2 F type functional group-containing fluorine-based terpolymer (sulfone) in which formation of a complete solid structure (crystal structure, etc.) is inhibited. It has been found that the above object can be achieved by a composition comprising a fluorinated terpolymer containing a sulfonamide group which is an imide cross-linking precursor) and a fluoro oligoether, and has completed the present invention. .
【0006】すなわち、本発明は、以下のとおりであ
る。
[1]化学式(1)、(2)及び(3)で示す繰り返し
単位からなり、繰り返し単位のモル比は、化学式(2)
の単位1モルに対して、化学式(1)の単位は2〜20
モル、化学式(3)の単位は0.001〜1モルである
パーフルオロ共重合体100質量部に対して、化学式
(4)で示す繰り返し単位の一種又は二種以上からな
る、重合度6〜100の液状のフルオロオリゴエーテル
10〜10000質量部を含有することを特徴とするフ
ッ素系共重合体含有組成物。That is, the present invention is as follows. [1] It is composed of the repeating units represented by the chemical formulas (1), (2) and (3), and the molar ratio of the repeating units is represented by the chemical formula (2).
2 to 20 units of the chemical formula (1) per 1 mol of the unit of
Mol, the unit of the chemical formula (3) is 0.001 to 1 mol, based on 100 parts by mass of the perfluoro copolymer, one or two or more of the repeating units represented by the chemical formula (4), the degree of polymerization 6 to. A fluorocopolymer-containing composition containing 100 to 100 parts by mass of a liquid fluorooligoether.
【0007】[0007]
【化5】 [Chemical 5]
【0008】[0008]
【化6】 [Chemical 6]
【0009】[0009]
【化7】 [Chemical 7]
【0010】[0010]
【化8】
(式中、n及びn’は、それぞれ独立に0〜2の整数、
m及びm’は、それぞれ独立に1〜4の整数、RはH、
非置換炭化水素基又は置換炭化水素基、Rfは、炭素数
1〜4のパーフルオロアルキレン基である)[Chemical 8] (In the formula, n and n ′ are each independently an integer of 0 to 2,
m and m ′ are each independently an integer of 1 to 4, R is H,
(Unsubstituted hydrocarbon group or substituted hydrocarbon group, R f is a perfluoroalkylene group having 1 to 4 carbon atoms)
【0011】[2]繰り返し単位−(Rf−O)−は、
−(CF(CF3)−CF2−O)−、−(CF2CF2C
F2−O)、又は−(CF2−O)及び−(CF2−CF
Y−O)−であることを特徴とする[1]に記載のフッ
素系共重合体含有組成物。(式中、Yは、F又はCF3
である)
[3]パーフルオロ共重合体100質量部に対して、液
状のフルオロオリゴエーテルを200〜10000質量
部含有し、パーフルオロ共重合体がフルオロオリゴエー
テル中に分散されていることを特徴とする[1]又は
[2]に記載のフッ素系共重合体含有組成物。
[4]パーフルオロ共重合体の平均粒子径が100μm
以下であることを特徴とする[3]に記載のフッ素系共
重合体含有組成物。[2] The repeating unit-(R f -O)-is
- (CF (CF 3) -CF 2 -O) -, - (CF 2 CF 2 C
F 2 -O), or - (CF 2 -O) and - (CF 2 -CF
YO)-, and the fluorine-containing copolymer-containing composition according to [1]. (In the formula, Y is F or CF 3
[3] The liquid fluorooligoether is contained in an amount of 200 to 10000 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the perfluorocopolymer, and the perfluorocopolymer is dispersed in the fluorooligoether. The fluorine-containing copolymer-containing composition according to [1] or [2]. [4] The average particle size of the perfluoro copolymer is 100 μm
The fluorine-containing copolymer-containing composition according to [3], characterized in that:
【0012】以下、本発明について詳細に説明する。
(組成物)本発明の組成物は、化学式(1)、(2)及
び(3)で示す繰り返し単位からなり、繰り返し単位の
モル比は、化学式(2)の単位1モルに対して、化学式
(1)の単位は2〜20モル、化学式(3)の単位は
0.001〜1モルであるパーフルオロ共重合体と、化
学式(4)で示す繰り返し単位の一種又は二種以上から
なる、重合度6〜100の液状のフルオロオリゴエーテ
ルとを含有する。The present invention will be described in detail below. (Composition) The composition of the present invention comprises the repeating units represented by the chemical formulas (1), (2) and (3), and the molar ratio of the repeating units is 1 mol of the unit of the chemical formula (2). The unit of (1) is 2 to 20 mol, the unit of the chemical formula (3) is 0.001 to 1 mol, and is composed of one or more kinds of the repeating unit represented by the chemical formula (4). It contains a liquid fluorooligoether having a degree of polymerization of 6 to 100.
【0013】(組成物に含有されるパーフルオロ共重合
体)本発明の組成物に含有されるパーフルオロ共重合体
は、オリフィスの内径2.09mm、長さ8mmの装置
を用いてメルトインデックスを測定すると、温度250
〜290℃、荷重21.2Nの条件で、通常、0.01
〜500g/10分(換算値)の範囲内にあるのが好ま
しい。(Perfluoro Copolymer Contained in Composition) The perfluoro copolymer contained in the composition of the present invention has a melt index measured by using an apparatus having an orifice inner diameter of 2.09 mm and a length of 8 mm. When measured, the temperature is 250
Under the conditions of ~ 290 ° C and a load of 21.2N, usually 0.01
It is preferably in the range of ˜500 g / 10 minutes (converted value).
【0014】このパーフルオロ共重合体は、化学式
(2)の単位1モルに対して、化学式(1)の単位のモ
ル比(p)は2〜20であり、化学式(3)の単位のモ
ル比(p’)は0.001〜1、好ましくは0.01〜
0.1である。pが2未満の場合は、上記の組成物から
得られる膜が十分な強度を維持できるに足る大きな重合
度の達成が困難となり、20を越えると、膜に十分に大
きなイオン伝導度を付与することができない。p’が
0.001未満の場合は、イミド架橋構造を導入した後
の、十分な架橋効果(耐熱性)が得られず、1を越える
と、膜製造に際して、加熱溶融時の樹脂間又は樹脂と基
材間との十分な接着性が得られない。p及びp’の値
は、用途に応じて適宜選択され、重合条件を適当に選ぶ
ことにより調節することができる。In this perfluoro copolymer, the molar ratio (p) of the units of the chemical formula (1) is 2 to 20 to 1 mol of the units of the chemical formula (2). The ratio (p ') is 0.001-1, preferably 0.01-
It is 0.1. When p is less than 2, it becomes difficult to achieve a sufficient degree of polymerization of the film obtained from the above composition, and when it is more than 20, it gives a sufficiently high ionic conductivity to the film. I can't. When p'is less than 0.001, sufficient cross-linking effect (heat resistance) cannot be obtained after introducing the imide cross-linking structure. Sufficient adhesion between the base material and the base material cannot be obtained. The values of p and p ′ are appropriately selected according to the application and can be adjusted by appropriately selecting the polymerization conditions.
【0015】本発明の組成物中に、二種以上のパーフル
オロ共重合体が混在していてもよい。本発明の組成物に
含有されるパーフルオロ共重合体は、非電解質SO2F
型の側鎖末端官能基を含有するため、膜製造の際に、加
熱溶融により樹脂間及び樹脂と基材間の接着強度を高
め、耐久性を向上できる点に大きな特徴を有する。Two or more kinds of perfluoro copolymers may be mixed in the composition of the present invention. The perfluoro copolymer contained in the composition of the present invention is a non-electrolyte SO 2 F
Since it contains a side chain terminal functional group of the mold, it has a great feature in that the adhesive strength between the resins and between the resin and the base material can be increased by heating and melting during film production, and the durability can be improved.
【0016】(組成物に含有されるフルオロオリゴエー
テル)本発明の組成物に含有されるフルオロオリゴエー
テルは、化学式(4)で示す繰り返し単位の一種又は二
種以上からなる、液状のフルオロオリゴエーテルであ
る。化学式(4)で示す、一種の繰り返し単位からなる
オリゴマーであっても、二種以上の繰り返し単位からな
るオリゴマーであってもよい。後者の例として、二種以
上の繰り返し単位がランダムに結合したもの、各繰り返
し単位のブロックが結合したものなどがある。「液状」
とは、60℃以下の温度においても液状又はオイル状を
示し、流動性を示すことを表わす。(Fluoro-oligoether Contained in Composition) The fluoro-oligoether contained in the composition of the present invention is a liquid fluoro-oligoether composed of one or more repeating units represented by the chemical formula (4). Is. The oligomer represented by the chemical formula (4) may be an oligomer composed of one kind of repeating unit or an oligomer composed of two or more kinds of repeating units. Examples of the latter include those in which two or more kinds of repeating units are randomly bonded, and those in which blocks of each repeating unit are bonded. "Liquid"
Means that it shows a liquid state or an oil state even at a temperature of 60 ° C. or lower and shows fluidity.
【0017】フルオロオリゴエーテルの重合度は6〜1
00であり、好ましくは6〜60である。重合度が6未
満の場合は沸点が低く蒸気圧が大きいため、モノマーや
重合溶剤の除去、パーフルオロ共重合体との安定な組成
物の形成、及び高温下(160℃以上)での取扱が困難
であり、100を越えると重合収率が低くなるため経済
的に不利であり、また、粘度が大きくなり過ぎて取扱が
困難になる。フルオロオリゴエーテルは、そのエーテル
結合により分子の自由度が高いため、より分子量の高い
ものを用いることができる。そのため、高温下でも蒸気
圧が低いという利点がある。フルオロオリゴエーテル
は、そのエーテル構造故に、高分子量体であってもオイ
ル状、すなわち、流動性を示すため、100量体もの高
分子量体まで用いることが可能である。The degree of polymerization of fluoro oligoether is 6 to 1
00, preferably 6 to 60. If the degree of polymerization is less than 6, the boiling point is low and the vapor pressure is large, so removal of monomers and polymerization solvents, formation of stable compositions with perfluorocopolymers, and handling at high temperatures (160 ° C or higher) are required. It is difficult, and if it exceeds 100, the polymerization yield will be low, which is economically disadvantageous, and the viscosity will be too high, and handling will be difficult. The fluorooligoether has a high degree of molecular freedom due to its ether bond, and thus a fluorooligoether having a higher molecular weight can be used. Therefore, there is an advantage that the vapor pressure is low even at a high temperature. Due to its ether structure, the fluorooligoether exhibits oil-like property, that is, fluidity even if it is a high molecular weight substance, and therefore it is possible to use up to 100 high molecular weight substances.
【0018】フルオロオリゴエーテルの分子鎖末端基の
化学構造には制約がないが、高温で処理される場合に
は、その温度で安定な構造であることが好ましく、分子
鎖末端にカルボン酸基を持たない構造がより好ましい。
フルオロオリゴエーテルの具体例としては、市販され入
手し易いものとして、−(CF(CF3)−CF2−
O)、−(CF2CF2CF2−O)−、又は−(CF2−
O)と−(CF2−CFY−O)−の繰り返し単位を有
するものが挙げられるが、これらに限定されるものでは
ない。これらは、例えば、デュポン社よりKrytox
(登録商標)、ダイキン社よりデムナム(登録商標)、
アウジモント社よりFOMBLIN(登録商標)として
入手できる。これらのフルオロオリゴエーテルは、何れ
も分子鎖末端がCF3基であり、熱的に極めて安定な構
造を有するので好ましい。There is no restriction on the chemical structure of the molecular chain end group of the fluoro-oligoether, but when treated at high temperature, it is preferable that the structure is stable at that temperature, and a carboxylic acid group is added to the molecular chain end. A structure not having is more preferable.
Examples of fluoro oligoether, as easily available commercially available, - (CF (CF 3) -CF 2 -
O), - (CF 2 CF 2 CF 2 -O) -, or - (CF 2 -
O) and - (CF 2 -CFY-O) - include those having repeating units of, but not limited thereto. These are, for example, Krytox from DuPont.
(Registered trademark), Demnam (registered trademark) from Daikin
Available as FOMBLIN® from Ausimont. All of these fluoro-oligoethers have a CF 3 group at the end of the molecular chain and have a thermally extremely stable structure, which is preferable.
【0019】3種以上の異なる繰り返し単位を含むフル
オロオリゴエーテルとして、例えば、−(CF2−
O)、−(CF(CF3)−O)−及び、−[CF(CF
3)−CF 2−O]−を含む構造単位からなるものが挙げ
られる。これらのフルオロオリゴエーテルは単独で用い
てもよいし、2種以上を混合して用いてもよい。フルオ
ロオリゴエーテルとしては、通常、0〜100℃におけ
る動粘度が0.1〜5cm2/secの範囲内にある液
体が好ましく用いられ、低粘度〜高粘度のものまで、用
途・目的に応じて適宜選択される。Full containing three or more different repeating units
As the oligo-oligoether, for example,-(CF2−
O),-(CF (CF3) -O) -and- [CF (CF
3) -CF 2Examples of the structural unit include -O]-
To be These fluoro oligoethers used alone
Alternatively, two or more kinds may be mixed and used. Fluo
As a lower oligoether, it is usually at 0-100 ° C
Kinematic viscosity is 0.1-5 cm2/ Sec liquid
The body is preferably used, from low viscosity to high viscosity
It is appropriately selected according to the purpose and purpose.
【0020】(組成物の比率)本発明の組成物は、パー
フルオロ共重合体100質量部に対してフルオロオリゴ
エーテル10〜10000質量部を含有することを特徴
とする。フルオロオリゴエーテルが10質量部未満の場
合は、本発明の効果が小さくなり、フルオロオリゴエー
テルが10000質量部を越えると、経済的に不利であ
る。(Ratio of Composition) The composition of the present invention is characterized by containing 10 to 10000 parts by mass of fluoro oligoether with respect to 100 parts by mass of perfluoro copolymer. When the amount of fluorooligoether is less than 10 parts by mass, the effect of the present invention becomes small, and when the amount of fluorooligoether exceeds 10,000 parts by mass, it is economically disadvantageous.
【0021】パーフルオロ共重合体100質量部に対
し、フルオロオリゴエーテルが200質量部以上の場合
は、平均粒子径が100μm以下のパーフルオロ共重合
体粒子が安定にフルオロオリゴエーテル中で分散した構
造をとることができる。分散粒子の「平均粒子径」と
は、パーフルオロ共重合体の含有量が0.1質量%程度
となるようにフルオロオリゴエーテルで希釈した分散液
を用いて、レーザー回折式粒度分布測定装置により測定
され算出される平均粒子径を示す。When the amount of fluorooligoether is 200 parts by mass or more based on 100 parts by mass of the perfluorocopolymer, the perfluorocopolymer particles having an average particle diameter of 100 μm or less are stably dispersed in the fluorooligoether. Can be taken. The “average particle size” of the dispersed particles is measured by a laser diffraction type particle size distribution measuring device using a dispersion diluted with fluoro oligoether so that the content of the perfluoro copolymer is about 0.1% by mass. The average particle diameter measured and calculated is shown.
【0022】この構成の組成物は、通常、白濁したペー
スト状の形態を有する。この安定構造を形成し得る、パ
ーフルオロ共重合体とフルオロオリゴエーテルとの比率
は、パーフルオロ共重合体の当量質量(EW)、分子
量、SO2F型官能基とSO2NHR型官能基との比率、
及びフルオロオリゴエーテルの性質、分子量等により変
わる。本発明の組成物は、多くの用途に適し、長期にわ
たる貯蔵安定性を有する。分散粒子径が100μm以下
の組成物においては、液状のフルオロオリゴエーテルが
余剰に存在し、フルオロオリゴエーテルで溶媒和され膨
潤されたパーフルオロ共重合体の微分散粒子がフルオロ
オリゴエーテル中に安定に分散した構造となっている。
したがって、フルオロオリゴエーテルを過剰に増やして
も本発明の組成物の性状は維持され変化しない。The composition of this constitution usually has a cloudy, paste-like form. The ratio of the perfluoro copolymer and the fluoro oligoether capable of forming this stable structure is determined by the equivalent weight (EW) of the perfluoro copolymer, the molecular weight, the SO 2 F type functional group and the SO 2 NHR type functional group. The ratio of
And, depending on the properties and molecular weight of the fluoro oligoether. The compositions of the present invention are suitable for many applications and have long-term storage stability. In a composition having a dispersed particle size of 100 μm or less, liquid fluorooligoether is excessively present, and finely dispersed particles of a perfluorocopolymer swelled by being solvated with fluorooligoether are stably contained in the fluorooligoether. It has a dispersed structure.
Therefore, the properties of the composition of the present invention are maintained and do not change even if the amount of fluorooligoether is increased excessively.
【0023】なお、余剰のフルオロオリゴエーテルを含
有する組成物は、長時間静置することにより、通常、白
濁したペースト状物(ゲル状物)が沈降して2相分離す
るが、組成物の特性には全く影響が無い。この場合は、
使用時に攪拌して均質な組成物として用いることができ
る。また、この安定な組成物においては、デカント法や
減圧濾過等による余剰のフルオロオリゴエーテルの除去
により、組成物の本来の性質を損なうことなく、パーフ
ルオロ共重合体濃度を増大させることが可能である。When the composition containing the surplus fluoro-oligoether is left to stand for a long time, a paste-like substance (gel-like substance) that becomes cloudy usually precipitates and separates into two phases. It has no effect on the characteristics. in this case,
It can be used as a homogeneous composition by stirring at the time of use. Further, in this stable composition, it is possible to increase the concentration of the perfluorocopolymer without deteriorating the original properties of the composition by removing the excess fluorooligoether by decanting or vacuum filtration. is there.
【0024】本発明の組成物において、パーフルオロ共
重合体100質量部に対し、フルオロオリゴエーテル1
0〜200質量部を含有する場合は、それ自体がその組
成において安定な分散構造を形成する。また、パーフル
オロ共重合体100質量部に対しフルオロオリゴエーテ
ルが200質量部を越える場合においても、例えば、低
EW、かつ、極めて高い分子量のパーフルオロ共重合体
(例えば、EWが1000以下、かつ、メルトインデッ
クスが0.01〜1g/10分(換算値)のパーフルオ
ロ共重合体)においては、ゴム状の形態を示す場合があ
り、この組成物もその組成において安定な分散構造を形
成する。In the composition of the present invention, 1 part of fluoro-oligoether is added to 100 parts by mass of perfluoro copolymer.
When it contains 0 to 200 parts by mass, it itself forms a stable dispersed structure in its composition. Further, even when the fluoro oligoether exceeds 200 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the perfluoro copolymer, for example, a low EW and an extremely high molecular weight perfluoro copolymer (for example, EW is 1000 or less, and , A perfluoro copolymer having a melt index of 0.01 to 1 g / 10 min (converted value) may have a rubber-like morphology, and this composition also forms a stable dispersion structure in the composition. .
【0025】本発明の組成物は、従来技術である溶融混
練法によっては製造できない新規なものであり、加え
て、含有されるフルオロオリゴエーテルによる可塑化効
果によって極めて優れた溶融成形加工性及び溶融押出成
膜性を有するものである。以上の特徴から、パーフルオ
ロ共重合体とフルオロオリゴエーテルとの質量比率は、
通常は、目的・用途に応じて、パーフルオロ共重合体を
含有する重合液組成物から本発明の組成物を形成させる
際に、又は重合前に添加するフルオロオリゴエーテルの
量と重合方法・条件により決定される。The composition of the present invention is a novel one which cannot be produced by the melt kneading method which is a conventional technique, and in addition, it has extremely excellent melt moldability and meltability due to the plasticizing effect of the fluorooligoether contained therein. It has an extrusion film forming property. From the above characteristics, the mass ratio of the perfluoro copolymer and the fluoro oligoether is:
Usually, depending on the purpose and application, when forming the composition of the present invention from a polymerization solution composition containing a perfluorocopolymer, or the amount of fluorooligoether added before the polymerization and the polymerization method and conditions. Determined by
【0026】(組成物の製造方法)本発明の組成物の製
造方法は、重合後にフルオロオリゴエーテルを添加する
方法と、重合前に予めフルオロオリゴエーテルを添加し
ておく方法の2つに分かれる。
(イ)重合後にフルオロオリゴエーテルを添加する、組
成物の製造方法
本発明の組成物の製造には、化学式(5)で表される少
なくとも一種の官能基含有パーフルオロカーボンモノマ
ー、化学式(6)で表される少なくとも一種の官能基含
有パーフルオロカーボンモノマー、及びテトラフルオロ
エチレンを含む三種以上のモノマーを共重合して得られ
るパーフルオロ共重合体が用いられる。(Method for Producing Composition) The method for producing the composition of the present invention is divided into two methods: a method of adding a fluorooligoether after polymerization and a method of previously adding a fluorooligoether before polymerization. (A) Method for producing a composition in which a fluoro-oligoether is added after polymerization In order to produce the composition of the present invention, at least one functional group-containing perfluorocarbon monomer represented by the chemical formula (5) and the chemical formula (6) are used. At least one functional group-containing perfluorocarbon monomer represented and a perfluoro copolymer obtained by copolymerizing three or more monomers containing tetrafluoroethylene are used.
【0027】[0027]
【化9】
(式中のnは0〜2の整数、mは1〜4の整数であ
る。)[Chemical 9] (In the formula, n is an integer of 0 to 2 and m is an integer of 1 to 4.)
【0028】[0028]
【化10】
(式中のn’は0〜2の整数、m’は1〜4の整数、R
はH、非置換炭化水素基又は置換炭化水素基である。)[Chemical 10] (N 'in the formula is an integer of 0 to 2, m'is an integer of 1 to 4, R
Is H, an unsubstituted hydrocarbon group or a substituted hydrocarbon group. )
【0029】この共重合には、フッ素化されたエチレン
の均一重合又は共重合に対して用いられる公知の溶液重
合又は塊状重合方法を用いることができる。重合条件
は、生成したパーフルオロ共重合体が完全な固形物とな
らない限りにおいて、広範囲にわたる条件を選択でき
る。微分散された組成物を製造するには、生成したパー
フルオロ共重合体が十分に膨潤しうる重合条件を選択す
ることが好ましい。For this copolymerization, a known solution polymerization method or bulk polymerization method used for homogeneous polymerization or copolymerization of fluorinated ethylene can be used. A wide range of polymerization conditions can be selected as long as the produced perfluoro copolymer does not become a completely solid substance. In order to produce a finely dispersed composition, it is preferable to select polymerization conditions that allow the resulting perfluoro copolymer to swell sufficiently.
【0030】溶液重合を行う場合の重合温度は10〜8
0℃が好ましく、より好ましくは20〜60℃、反応初
期圧力は0.1〜2MPaが好ましく、より好ましくは
0.1〜1MPaである。重合溶剤としては、公知の広
範囲の含フッ素溶剤を用いることができ、例えば、CF
2ClCFCl2(CFC113)、CClF2CF2CF
HCl(HCFC225cb)、CF3CHFCHFC
F2CF3(HFC43−10mee)、パーフルオロメ
チルシクロヘキサン、パーフルオロジメチルシクロブタ
ン、パーフルオロオクタン、パーフルオロベンゼンのよ
うな不活性な含フッ素溶剤が好ましく用いられる。When carrying out solution polymerization, the polymerization temperature is 10 to 8
The temperature is preferably 0 ° C., more preferably 20 to 60 ° C., and the initial reaction pressure is preferably 0.1 to 2 MPa, more preferably 0.1 to 1 MPa. As the polymerization solvent, a wide range of known fluorine-containing solvents can be used. For example, CF
2 ClCFCl 2 (CFC113), CClF 2 CF 2 CF
HCl (HCFC225cb), CF 3 CHFCHFC
An inert fluorine-containing solvent such as F 2 CF 3 (HFC43-10mee), perfluoromethylcyclohexane, perfluorodimethylcyclobutane, perfluorooctane or perfluorobenzene is preferably used.
【0031】パーフルオロ共重合体を含有する重合液組
成物の製造において、この含フッ素溶剤は、通常、モノ
マーの合計100質量部に対して、50〜1000質量
部の割合で用いるのが好ましい。この他に、官能基含有
パーフルオロカーボンモノマー自体を重合溶剤として用
いた塊状重合も採用できる。重合開始剤としては、アゾ
ビスイソブチロニトリルようなアゾ化合物、ベンゾイル
パーオキサイド、ジペンタフルオロプロピオニルパーオ
キサイドのようなジアシルパーオキサイド類、t−ブチ
ルパーオキシイソブチレートのようなパーオキシエステ
ル類、ジイソプロピルベンゼンハイドロパーオキサイド
のようなハイドロパーオキサイド類等の油溶性重合開始
剤を、広範囲にわたって使用できる。In the production of a polymerization liquid composition containing a perfluorocopolymer, it is preferable that the fluorine-containing solvent is usually used in a proportion of 50 to 1000 parts by mass based on 100 parts by mass of the total amount of the monomers. In addition to this, bulk polymerization using the functional group-containing perfluorocarbon monomer itself as a polymerization solvent can also be adopted. Examples of the polymerization initiator include azo compounds such as azobisisobutyronitrile, diacyl peroxides such as benzoyl peroxide and dipentafluoropropionyl peroxide, and peroxyesters such as t-butylperoxyisobutyrate. A wide range of oil-soluble polymerization initiators such as hydroperoxides such as diisopropylbenzene hydroperoxide can be used.
【0032】パーフルオロ共重合体の分子量を調節する
目的で、ペンタン、ヘキサン等のアルカン類、メタノー
ル、エタノール等のアルカノール類等の周知、公知の連
鎖移動剤を添加することもできる。上記の方法によっ
て、化学式(5)及び(6)で表わされる官能基含有パ
ーフルオロカーボンモノマーと、テトラフルオロエチレ
ンとが3元共重合されたパーフルオロ共重合体が製造さ
れるが、必要に応じて、前記以外の官能基含有パーフル
オロカーボンモノマーを同時に用いることもできる。ま
た、化学式(7)で表わされるパーフルオロビニルエー
テルを、前記モノマーの合計に対して10モル%以下の
割合で併用することもできる。For the purpose of controlling the molecular weight of the perfluoro copolymer, well-known and known chain transfer agents such as alkanes such as pentane and hexane and alkanols such as methanol and ethanol can be added. By the above-mentioned method, a perfluoro copolymer in which the functional group-containing perfluorocarbon monomer represented by the chemical formulas (5) and (6) and tetrafluoroethylene are terpolymerized is produced. Alternatively, a functional group-containing perfluorocarbon monomer other than the above may be used at the same time. Further, the perfluorovinyl ether represented by the chemical formula (7) may be used in combination at a ratio of 10 mol% or less based on the total amount of the above monomers.
【0033】
CF2=CFORf (7)
(Rfは炭素数1〜10のパーフルオロアルキル基であ
る。)CF 2 = CFOR f (7) (R f is a perfluoroalkyl group having 1 to 10 carbon atoms.)
【0034】化学式(5)で表される官能基含有パーフ
ルオロカーボンモノマーとしては、例えば、化学式
(8)、(9)、(10)、(11)に示すようなSO
2F型の非電解質型官能基を有するものが用いられる。Examples of the functional group-containing perfluorocarbon monomer represented by the chemical formula (5) include SO represented by the chemical formulas (8), (9), (10) and (11).
Those having 2 F type non-electrolyte type functional groups are used.
【0035】[0035]
【化11】 [Chemical 11]
【0036】[0036]
【化12】 [Chemical 12]
【0037】[0037]
【化13】 [Chemical 13]
【0038】[0038]
【化14】 [Chemical 14]
【0039】化学式(6)で表される官能基含有パーフ
ルオロカーボンモノマーとしては、例えば、化学式(1
2)、(13)、(14)、(15)に示すようなSO
2NHR型の官能基を有するものが用いられる。As the functional group-containing perfluorocarbon monomer represented by the chemical formula (6), for example, the chemical formula (1
SO as shown in 2), (13), (14) and (15)
2 Those having an NHR type functional group are used.
【0040】[0040]
【化15】 [Chemical 15]
【0041】[0041]
【化16】 [Chemical 16]
【0042】[0042]
【化17】 [Chemical 17]
【0043】[0043]
【化18】 [Chemical 18]
【0044】これらのモノマーにおけるRは、水素原
子、又は炭素原子数1〜10個の非置換炭化水素基又は
置換炭化水素基であり、好ましくは水素原子、又は炭素
原子数1〜4個の非置換炭化水素基又は置換炭化水素
基、より好ましくは水素原子である。炭化水素基の具体
例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプ
ロピル基、ブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基
等が挙げられ、必要により置換基としてエーテル基やフ
ッ素原子のようなハロゲン基を含有していてもよい。R in these monomers is a hydrogen atom, or an unsubstituted hydrocarbon group or a substituted hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms, preferably a hydrogen atom or a non-substituted hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms. A substituted hydrocarbon group or a substituted hydrocarbon group, more preferably a hydrogen atom. Specific examples of the hydrocarbon group include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, a butyl group, a sec-butyl group, a t-butyl group and the like. If necessary, an ether group or a fluorine atom may be used as a substituent. It may contain a different halogen group.
【0045】本発明のパーフルオロ共重合体を含有する
重合液組成物に、40℃程度以下の温度で、化学式
(4)で表されるフルオロオリゴエーテルを添加して攪
拌、混合した後、150℃以下で、未反応の官能基含有
パーフルオロカーボンモノマー、含フッ素溶剤等の低沸
点化合物を除去する。低沸点化合物の除去方法として
は、ハイドロカーボン系溶剤を用いて抽出除去する方法
が好ましく用いられる。除去する際の温度は150℃以
下が好ましく、より好ましくは40℃以下であり、通常
は、常温、常圧下で好適に実施される。The fluorooligoether represented by the chemical formula (4) was added to the polymerization liquid composition containing the perfluorocopolymer of the present invention at a temperature of about 40 ° C. or lower, and the mixture was stirred and mixed, then 150 Unreacted functional group-containing perfluorocarbon monomers and low-boiling compounds such as fluorine-containing solvents are removed at a temperature of not higher than 0 ° C. As a method of removing the low boiling point compound, a method of extracting and removing with a hydrocarbon solvent is preferably used. The temperature at the time of removing is preferably 150 ° C. or lower, more preferably 40 ° C. or lower, and usually it is preferably carried out at room temperature under normal pressure.
【0046】上記の方法以外に、例えば、目的の組成を
得るために、必要なフルオロオリゴエーテルを添加した
後に、攪拌・混合して形成させた、前記のパーフルオロ
共重合体を含有する重合液組成物に、ハイドロカーボン
系溶剤を添加し、攪拌・混合した後、静置して2層分離
させ、下層のパーフルオロ共重合体とフルオロオリゴエ
ーテルとの分散体(パーフルオロ共重合体の濃度によ
り、ペースト状から、ゴム状乃至粉体状まで形態が変化
し、通常、白濁した分散体となる)を取得する。そし
て、必要に応じて、ハイドロカーボン系溶剤で繰り返し
洗浄し、含有される低沸点化合物である官能基含有パー
フルオロカーボンモノマー、含フッ素溶剤等を抽出・除
去してもよい。In addition to the above-mentioned method, for example, in order to obtain the desired composition, a polymerization solution containing the above-mentioned perfluorocopolymer, which is formed by adding necessary fluorooligoether and then stirring and mixing. A hydrocarbon solvent is added to the composition, stirred and mixed, and then allowed to stand to separate the two layers, and a dispersion of the lower layer perfluoro copolymer and fluoro oligoether (concentration of perfluoro copolymer By this, the form changes from a paste form to a rubber form to a powder form and usually becomes a cloudy dispersion. Then, if necessary, the solvent may be repeatedly washed with a hydrocarbon-based solvent to extract and remove the functional group-containing perfluorocarbon monomer, which is a low boiling point compound, and the fluorine-containing solvent contained therein.
【0047】このハイドロカーボン系溶剤は、フルオロ
オリゴエーテルと相溶せず2層分離し、洗浄除去すべき
官能基含有パーフルオロカーボンモノマー等の化合物と
相溶性がよいものが好ましい。したがって、このハイド
ロカーボン系溶剤には、通常の溶剤が用いられる。その
一部を例示すると、メタノール、エタノール等のアルカ
ノール類、ヘキサン、ヘプタン等のアルカン類、ジエチ
ルエーテル等のエーテル類、アセトン等のケトン類、酢
酸エチル等のエステル類、等である。残存する低分子量
の不純物である含フッ素化合物を効率よく除去する目的
で、これらのハイドロカーボン系溶剤と含フッ素溶剤と
を混合して用いてもよい。The hydrocarbon solvent is preferably compatible with the compound such as the functional group-containing perfluorocarbon monomer to be washed and removed, which is not compatible with the fluorooligoether and is separated into two layers. Therefore, an ordinary solvent is used as the hydrocarbon solvent. Some examples thereof are alkanols such as methanol and ethanol, alkanes such as hexane and heptane, ethers such as diethyl ether, ketones such as acetone, and esters such as ethyl acetate. For the purpose of efficiently removing the residual fluorine-containing compound having a low molecular weight, these hydrocarbon solvents and fluorine-containing solvents may be mixed and used.
【0048】残存する低沸点化合物をほぼ完全に除去す
るために、加熱減圧乾燥を行うのが好ましいが、これ
は、低沸点化合物が多く残存した場合、高温での加熱固
定、溶融成形加工の際に、ボイドが発生する場合がある
からである。この加熱減圧乾燥は150℃以下の温度で
行うことが好ましく、90℃以下が好ましい。前記のフ
ルオロオリゴエーテルの添加を、重合液組成物及び/又
はフルオロオリゴエーテルが、含フッ素溶剤及び/又は
官能基含有パーフルオロカーボンモノマーで希釈された
後に行ってもよい。In order to almost completely remove the remaining low boiling point compound, it is preferable to carry out heating under reduced pressure, but when a large amount of the low boiling point compound remains, this is carried out at the time of heat fixing at high temperature or melt molding processing. This is because a void may occur. This heating under reduced pressure is preferably performed at a temperature of 150 ° C. or lower, and preferably 90 ° C. or lower. The addition of the fluoro oligoether may be performed after the polymerization liquid composition and / or the fluoro oligoether is diluted with the fluorine-containing solvent and / or the functional group-containing perfluorocarbon monomer.
【0049】(ロ)予め、重合前にフルオロオリゴエー
テルを添加する、組成物の製造方法本発明の組成物を製
造するに際して、予め、重合開始前にフルオロオリゴエ
ーテルを添加しておく方法を採用してもよい。これは、
フルオロオリゴエーテルは熱的・化学的に安定であり、
かつ、重合において不活性であるからである。(B) Method for producing a composition in which a fluorooligoether is added in advance before the polymerization When the composition of the present invention is produced, a method in which the fluorooligoether is added in advance before the initiation of the polymerization is adopted. You may. this is,
Fluoro-oligoether is thermally and chemically stable,
Moreover, it is inactive in the polymerization.
【0050】重合開始前に、予め、フルオロオリゴエー
テルを添加しておく方法においては、官能基含有パーフ
ルオロカーボンモノマー自体を重合溶剤とする塊状重
合、含フッ素溶剤を重合溶剤として用いた溶液重合に加
えて、水を重合溶剤として用いることもできる。塊状重
合及び溶液重合の場合には、通常、フルオロオリゴエー
テルを重合開始前のどの段階で添加してもよいが、水を
重合溶剤とした懸濁重合、乳化重合等の水系重合の場合
には、フルオロオリゴエーテルは、予め、官能基含有パ
ーフルオロカーボンモノマーに溶解した形で用いること
が好ましい。この理由は、均質な組成の組成物を製造で
きるからである。In the method in which the fluoro oligoether is added in advance before the initiation of the polymerization, in addition to the bulk polymerization using the functional group-containing perfluorocarbon monomer itself as the polymerization solvent, and the solution polymerization using the fluorine-containing solvent as the polymerization solvent. Thus, water can also be used as a polymerization solvent. In the case of bulk polymerization and solution polymerization, usually, a fluoro oligoether may be added at any stage before the initiation of polymerization, but in the case of aqueous polymerization such as suspension polymerization using water as a polymerization solvent and emulsion polymerization. The fluoro oligoether is preferably used in a form of being dissolved in advance in a functional group-containing perfluorocarbon monomer. The reason for this is that a composition of homogeneous composition can be produced.
【0051】予め、重合開始前にフルオロオリゴエーテ
ルを添加しておく場合の重合条件も、前記した重合条件
と全く同様であるが、目的とする組成物に合わせて、添
加するフルオロオリゴエーテル量、官能基含有パーフル
オロカーボンモノマーの転化率、テトラフルオロエチレ
ンのガス圧力等を決める。なお、水を重合溶剤として用
いる場合には、通常、界面活性剤や、必要に応じて、緩
衝剤を添加して重合する。水系の重合で用いられる重合
開始剤は、前記した油溶性開始剤に加え、公知の水溶性
開始剤も幅広く使用できる。水溶性開始剤を例示するな
らば、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウムのような無
機過酸化物、過硫酸アンモニウム−硫酸第一鉄、過硫酸
アンモニウム−亜硫酸水素アンモニウムのようなレドッ
クス系開始剤、過酸化ジサクシノイルのような水溶性有
機過酸化物等である。The polymerization conditions when the fluorooligoether is added in advance before the start of the polymerization are exactly the same as the above-mentioned polymerization conditions, but the amount of the fluorooligoether to be added depends on the desired composition. The conversion rate of the functional group-containing perfluorocarbon monomer and the gas pressure of tetrafluoroethylene are determined. When water is used as a polymerization solvent, usually a surfactant and, if necessary, a buffering agent are added for polymerization. As the polymerization initiator used in the aqueous polymerization, well-known water-soluble initiators can be widely used in addition to the oil-soluble initiator described above. Examples of water-soluble initiators include potassium persulfate, inorganic peroxides such as ammonium persulfate, redox initiators such as ammonium persulfate-ferrous sulfate, ammonium persulfate-ammonium bisulfite, and disuccinoyl peroxide. Such a water-soluble organic peroxide.
【0052】塊状重合及び溶液重合後の処理及び水系で
重合後に公知の方法に基づいて、生成した重合体を凝集
させ、界面活性剤や塩等を洗浄除去した後の処理におい
ては、前記したように、重合後にフルオロオリゴエーテ
ルを添加する組成物の製造方法におけるのと同様に、1
50℃以下で得られた組成物中の低沸点化合物を除去
し、本発明の組成物を製造する。
(組成物を原料とした含フッ素陽イオン交換膜の製造方
法)本発明の組成物は、含フッ素陽イオン交換膜(電解
用隔膜又は燃料電池用隔膜)、膜電極接合体の製造等、
多彩な用途に幅広く用いることができる。この製造方法
には、本発明者らがPCT/JP01/08443で提
案した方法を採用でき、基材との極めて高い接着性及び
構造安定性を実現できる。In the treatment after the bulk polymerization and the solution polymerization and after the polymerization in an aqueous system, the produced polymer is aggregated and the surfactant, the salt and the like are washed and removed based on the known method, as described above. In the same manner as in the method for producing the composition in which the fluoro oligoether is added after the polymerization, 1
The low boiling point compound in the composition obtained at 50 ° C. or lower is removed to produce the composition of the present invention. (Method for producing a fluorinated cation exchange membrane using the composition as a raw material) The composition of the present invention is used for producing a fluorinated cation exchange membrane (a membrane for electrolysis or a membrane for a fuel cell), a membrane electrode assembly, etc.
It can be widely used for various purposes. For this manufacturing method, the method proposed by the present inventors in PCT / JP01 / 08443 can be adopted, and extremely high adhesiveness to a substrate and structural stability can be realized.
【0053】本発明の組成物を単独で用いて含フッ素用
イオン交換膜又は膜電極接合体の製造原料としてもよい
し、電極粉末、耐アルカリ性無機物粒子、犠牲粒子など
の固体粒子が均質に分散された組成物とした後に製造原
料として用いてもよい。電極粉末としては、例えば、白
金族金属及びそれらの酸化物の1種又は2種以上からな
る電極粉末、又は鉄、ニッケル、ステンレス、ラネーニ
ッケル、カルボニルニッケル及び白金族金属を担持した
炭素粉末の1種又は2種以上からなる電極粉末が用いら
れる。The composition of the present invention may be used alone as a raw material for producing a fluorine-containing ion exchange membrane or a membrane electrode assembly, or solid particles such as electrode powder, alkali resistant inorganic particles and sacrificial particles may be uniformly dispersed. You may use it as a manufacturing raw material after making it into the composition. As the electrode powder, for example, an electrode powder composed of one or more kinds of platinum group metals and oxides thereof, or one kind of carbon powder carrying iron, nickel, stainless steel, Raney nickel, carbonyl nickel and platinum group metals. Alternatively, an electrode powder composed of two or more kinds is used.
【0054】耐アルカリ性無機物粒子としては、周期律
表第IV族から選ばれる元素の酸化物、窒化物及び炭化
物の少なくとも1種類の耐アルカリ性無機物粒子が用い
られ、例えば、酸化ジルコニウムのような耐アルカリ性
無機物粒子が用いられる。犠牲粒子としては、例えば、
ポリアミド、ポリエステル等のアルカリに溶解可能なポ
リマー粒子、アルミニウム粉末等の金属粒子又はハロゲ
ン化アルカリ金属塩等の中性無機塩粒子から選ばれた1
種又は2種以上の固体粒子が用いられる。これらの製造
原料としての利用方法についてはPCT/JP01/0
8443に詳しく記載されている。As the alkali resistant inorganic particles, at least one kind of alkali resistant inorganic particles of oxides, nitrides and carbides of elements selected from Group IV of the Periodic Table is used. For example, alkali resistant particles such as zirconium oxide are used. Inorganic particles are used. As the sacrificial particles, for example,
1 selected from alkali-soluble polymer particles such as polyamide and polyester, metal particles such as aluminum powder, and neutral inorganic salt particles such as alkali metal halide salts
One kind or two or more kinds of solid particles are used. PCT / JP01 / 0
8443.
【0055】本発明の組成物を用いた製造方法による
と、PCT/JP01/08443記載の方法の特徴に
加えて、ルイス塩基で処理して、含有されるスルホンア
ミド型官能基の一部乃至全部をスルホンイミド架橋構造
に変換することにより、耐久性に優れた、より強固な構
造を実現できるという優れた効果を有する。スルホンイ
ミド架橋構造化に用いられるルイス塩基としては広範囲
のものを採用でき、各種の有機窒素化合物系ルイス塩基
(飽和、不飽和、環式、非環式を含む)を用いることが
できる。例えば、トリメチルアミン、トリエチルアミ
ン、トリプロピルアミン、トリブチルアミン、ジメチル
アニリン等の3級アミン類、N(CH2CH2OCF2C
HFCF3)3で代表されるフッ素原子で部分置換された
3級アミン類、ピリジン、アルキル置換ピリジン、キノ
リン、1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン
(DABCO)、1,8−ジアザビシクロ[5.4.
0]−7−ウンデセン(DBU)、1,5−ジアザビシ
クロ[4.3.0]−5−ノネン(DBN)、イミダゾ
ールあるいはその誘導体等の各種の複素環アミン類が挙
げられる。According to the production method using the composition of the present invention, in addition to the characteristics of the method described in PCT / JP01 / 08443, a part or all of the sulfonamide type functional groups contained by being treated with a Lewis base are contained. By converting the compound into a sulfonimide crosslinked structure, it has an excellent effect that a more durable and stronger structure can be realized. A wide range of Lewis bases can be adopted as the sulfonimide cross-linking structure, and various organic nitrogen compound-based Lewis bases (including saturated, unsaturated, cyclic and acyclic) can be used. For example, tertiary amines such as trimethylamine, triethylamine, tripropylamine, tributylamine, dimethylaniline, N (CH 2 CH 2 OCF 2 C
HFCF 3 ) 3 represented by partial substitution with a fluorine atom, tertiary amines, pyridine, alkyl-substituted pyridine, quinoline, 1,4-diazabicyclo [2.2.2] octane (DABCO), 1,8-diazabicyclo [5.4.
And various heterocyclic amines such as 0] -7-undecene (DBU), 1,5-diazabicyclo [4.3.0] -5-nonene (DBN), imidazole or its derivatives.
【0056】この架橋反応には、ルイス塩基自体を単独
で用いてもよいし、前記の含フッ素溶剤、グライム類、
ジエチルエーテル、ジオキサン等のエーテル類、ジメチ
ルスルホキシド、ジメチルホルムアミド等の極性溶媒等
のハイドロカーボン系溶剤、及びこれらの混合溶剤を溶
媒として用いてもよい。架橋反応にいおいて、反応溶液
中に多量の水が存在すると、パーフルオロ共重合体中の
SO2F型官能基の加水分解が顕著となり、目的とする
架橋構造の均質な形成が妨げられるので、この処理の際
には系内への水の混入を極力防ぐことが好ましい。反応
温度は、一般には0℃以上、好ましくは40℃以上、よ
り好ましくは60℃以上であり、上限温度としては20
0℃以下、好ましくは150℃以下である。In this cross-linking reaction, the Lewis base itself may be used alone, or the above-mentioned fluorine-containing solvent, glymes,
Ethers such as diethyl ether and dioxane, hydrocarbon solvents such as polar solvents such as dimethyl sulfoxide and dimethylformamide, and mixed solvents thereof may be used as the solvent. In the crosslinking reaction, when a large amount of water is present in the reaction solution, the hydrolysis of the SO 2 F type functional group in the perfluoro copolymer becomes remarkable, which hinders the uniform formation of the desired crosslinking structure. Therefore, it is preferable to prevent water from entering the system as much as possible during this treatment. The reaction temperature is generally 0 ° C or higher, preferably 40 ° C or higher, more preferably 60 ° C or higher, and the upper limit temperature is 20 ° C.
It is 0 ° C or lower, preferably 150 ° C or lower.
【0057】(ポリテトラフルオロエチレン多孔質フィ
ルムにパーフルオロ共重合体が含浸されてなる含浸フィ
ルム)ポリテトラフルオロエチレン多孔質フィルムに本
発明のパーフルオロ共重合体が含浸されてなる本発明の
含浸フィルムは、非電解質SO2F型官能基を含有し、
溶融成形及び加熱融着が可能であるため、構造安定性に
極めて優れていることを大きな特徴としている。更に、
含有SO2F型官能基と含有SO2NHR型官能基とのル
イス塩基による反応でスルホンイミド架橋構造を導入す
ることにより、耐久性をより大きくできるという優れた
効果を有する。(Impregnated film obtained by impregnating a polytetrafluoroethylene porous film with a perfluoro copolymer) Impregnation according to the present invention obtained by impregnating a polytetrafluoroethylene porous film with a perfluoro copolymer of the present invention The film contains non-electrolyte SO 2 F type functional groups,
Since it can be melt-molded and heat-fused, it is characterized by being extremely excellent in structural stability. Furthermore,
By introducing a sulfonimide crosslinked structure by a reaction of the contained SO 2 F type functional group and the contained SO 2 NHR type functional group with a Lewis base, it has an excellent effect that durability can be further increased.
【0058】基材の多孔質フィルムとしては、ポリテト
ラフルオロエチレンからなる多孔質フィルムが選ばれる
が、その理由は、ポリテトラフルオロエチレンの高い化
学的・熱的安定性にある。この基材フィルムにおける、
膜厚み、空孔の平均孔径、空隙率は限定されることな
く、幅広く採用され、用途・目的に応じて選択される。
例示するなら、膜厚は、通常、5〜200μm程度、空
孔の平均孔径は、通常、0.1〜100μm程度、空隙
率は、通常、50〜95%程度である。As the porous film of the substrate, a porous film made of polytetrafluoroethylene is selected, and the reason is that polytetrafluoroethylene has high chemical and thermal stability. In this base film,
The membrane thickness, the average pore diameter of the pores, and the porosity are not limited and are widely adopted, and are selected according to the use and purpose.
For example, the film thickness is usually about 5 to 200 μm, the average pore diameter is usually about 0.1 to 100 μm, and the porosity is usually about 50 to 95%.
【0059】含有される官能基は、燃料電池用隔膜用途
の場合、水酸化アルカリ金属の水溶液又はアルコール類
やジメチルスルホキシド等の有機溶剤を膨潤剤とした水
酸化アルカリ金属の水溶液を用いた10〜95℃の温度
下の加水分解処理、及び続いて実施される塩酸、硫酸等
の無機酸を用いた酸処理により、非電解質SO2F型官
能基を酸型(SO3H型)に変換した後に実用に供され
る。これらの官能基の変換方法には、公知の方法が広く
用いられる。In the case of use as a membrane for a fuel cell, the functional group to be contained contains an aqueous solution of an alkali metal hydroxide or an aqueous solution of an alkali metal hydroxide using an organic solvent such as alcohols or dimethylsulfoxide as a swelling agent. The non-electrolyte SO 2 F type functional group was converted to the acid type (SO 3 H type) by the hydrolysis treatment at a temperature of 95 ° C. and the subsequent acid treatment using an inorganic acid such as hydrochloric acid and sulfuric acid. Later put to practical use. Well-known methods are widely used as methods for converting these functional groups.
【0060】本発明のパーフルオロ共重合体が含浸され
てなるポリテトラフルオロエチレン多孔質フィルムは、
加熱融着可能な非電解質SO2F型官能基を有するた
め、その製造過程においてポリテトラフルオロエチレン
多孔質フィルムの−(CF2)−連鎖からなる分子鎖と
の間の接着強度を大きくでき、加えて含浸されたパーフ
ルオロ共重合体が強固な固体構造を形成できるため、含
浸フィルムの構造の安定性が極めて大きく、更にルイス
塩基による処理で化学式(16)で表されるスルホンイ
ミド架橋構造を導入することにより、大きな強度及び耐
久性の2つを同時に実現することが可能である。The polytetrafluoroethylene porous film impregnated with the perfluoro copolymer of the present invention is
Since it has a non-electrolyte SO 2 F type functional group that can be heat-fused, it is possible to increase the adhesive strength between the polytetrafluoroethylene porous film and the molecular chain composed of — (CF 2 ) -chain in the manufacturing process thereof. In addition, since the impregnated perfluoro copolymer can form a strong solid structure, the stability of the structure of the impregnated film is extremely large, and further, the treatment with a Lewis base provides a sulfonimide crosslinked structure represented by the chemical formula (16). By introducing them, it is possible to simultaneously realize two of high strength and durability.
【0061】[0061]
【化19】
(式中、R’は、水素、又は非置換又は置換炭化水素、
q及びq’は、それぞれ独立に1〜4の整数)[Chemical 19] (In the formula, R'is hydrogen, or an unsubstituted or substituted hydrocarbon,
q and q'are each independently an integer of 1 to 4)
【0062】このフィルムは、スルホンイミド架橋構造
が導入された後に及び/又は必要に応じて複合化された
後に、含有される官能基が塩型又は酸型に変換される過
程での寸法安定性、備え付けなどの取扱時における寸法
安定性に優れ、また官能基が塩型又は酸型に変換されて
後に実用に付された後も寸法安定性に優れ、かつ、強固
な構造を維持することができるため、高い耐久性を有す
るものである。This film has a dimensional stability in the process in which the functional group contained in the film is converted into a salt type or an acid type after the sulfonimide cross-linking structure is introduced and / or after being optionally compounded. , Excellent in dimensional stability during handling such as installation, and also excellent in dimensional stability even after the functional group is converted to a salt type or an acid type and put into practical use, and a strong structure can be maintained. Therefore, it has high durability.
【0063】特にスルホンイミド架橋構造が導入された
フィルムは高い耐久性を実現できる。例えば、本発明の
パーフルオロ共重合体が含浸されたポリテトラフルオロ
エチレン多孔質フィルムにおいて、化学式(3)のスル
ホンアミド基の一部または全部を、化学式(16)で表
されるスルホンイミド架橋構造で架橋した後、加水分
解、酸処理して形成される、化学式(1)、(3)及び
(17)In particular, a film having a sulfonimide crosslinked structure can realize high durability. For example, in the polytetrafluoroethylene porous film impregnated with the perfluoro copolymer of the present invention, a part or all of the sulfonamide group of the chemical formula (3) is replaced with a sulfonimide crosslinked structure represented by the chemical formula (16). Chemical formulas (1), (3) and (17), which are formed by crosslinking with, followed by hydrolysis and acid treatment.
【0064】[0064]
【化20】 (式中、mは、1〜4の整数、nは、0〜2の整数)[Chemical 20] (In the formula, m is an integer of 1 to 4 and n is an integer of 0 to 2)
【0065】で示す繰り返し単位からなるパーフルオロ
共重合体が含浸されてなるポリテトラフルオロエチレン
多孔質フィルムは、水/エタノール=50/50体積比
の混合液で120℃で4時間加熱処理を施しても、溶解
抽出されるパーフルオロ共重合体の量は、初めに含有さ
れていた官能基含有パーフルオロ共重合体の50質量%
以下(実質的には10質量%以下)という優れた構造安
定性を示す。The polytetrafluoroethylene porous film impregnated with the perfluoro copolymer consisting of the repeating unit shown in was heat-treated at 120 ° C. for 4 hours with a mixed solution of water / ethanol = 50/50 volume ratio. Even if the amount of the perfluoro copolymer to be dissolved and extracted is 50% by mass of the functional group-containing perfluoro copolymer originally contained.
The following structural stability (substantially 10% by mass or less) is exhibited.
【0066】よりマイルドな水単独系の条件下(実用条
件に近い条件下)であれば、このポリテトラフルオロエ
チレン多孔質フィルムは、150℃もの高温履歴を受け
ても、溶解抽出されるパーフルオロ共重合体は殆ど無い
(実質的に0%)という優れた構造安定性を示す。Under a milder water-only system condition (a condition close to practical conditions), this polytetrafluoroethylene porous film dissolves and extracts perfluoro even when subjected to a high temperature history of 150 ° C. It shows excellent structural stability with almost no copolymer (substantially 0%).
【0067】従来技術であるSO3H型パーフルオロカ
ーボン共重合体を、予め、水/アルコール系の混合液に
溶解した溶液を用いて含浸させてなる膜の場合は、上記
の水/エタノール=50/50体積比の混合液における
120℃、4時間の履歴を与えた場合にはほぼ完全に構
造が破壊され(90質量%を越える殆ど大部分の樹脂が
溶出及び/又は脱落する)、更には、この従来の含浸膜
は、よりマイルドな水単独系の条件下においてさえ、1
50℃の高温履歴を受けた場合は、ほぼ完全に構造が破
壊される(90質量%を越える殆ど大部分の樹脂が溶出
及び/又は脱落する)のとは極めて対照的である。In the case of a membrane obtained by previously impregnating a SO 3 H type perfluorocarbon copolymer with a solution prepared by dissolving a SO 3 H type perfluorocarbon copolymer in a water / alcohol mixed solution in advance, the above water / ethanol = 50. When a history of 120 ° C. for 4 hours in a mixed liquid of 50/50 volume ratio is given, the structure is almost completely destroyed (almost most resin exceeding 90% by mass is eluted and / or dropped), and further , This conventional impregnated membrane, even under milder water-only conditions,
This is in stark contrast to the almost complete structural destruction (almost most of the resin above 90% by weight elutes and / or falls off) when subjected to a high temperature history of 50 ° C.
【0068】また、この従来の含浸膜では、製造原料で
あるフッ素系共重合体に含有される官能基が電解質型
(SO3H型、SO3Na型等)であるため、本発明の含
浸膜におけるような均質なスルホンイミド架橋構造を導
入することは実質的に不可能であり、耐久性の向上は極
めて困難であるという本質的な問題点を有する。Further, in this conventional impregnated membrane, the functional group contained in the fluorine-based copolymer as a raw material for production is of the electrolyte type (SO 3 H type, SO 3 Na type, etc.), so that the impregnation of the present invention is performed. Introducing a homogeneous sulfonimide crosslinked structure as in a membrane is practically impossible, and there is an essential problem that it is extremely difficult to improve durability.
【0069】(ポリテトラフルオロエチレン多孔質フィ
ルムの空隙にパーフルオロ共重合体を含浸させてなる含
浸フィルムの製造方法)ポリテトラフルオロエチレン多
孔質フィルムの空隙に本発明のパーフルオロ共重合体が
含浸されてなる含浸フィルムの製造方法によれば、ポリ
テトラフルオロエチレン多孔質フィルムに、本発明の組
成物が塗布され、加圧下に160〜340℃に加熱さ
れ、基材フィルムの空隙にパーフルオロ共重合体を含浸
させるのと同時に加熱固定され、フルオロオリゴエーテ
ルを含有するパーフルオロ共重合体が含有されてなる多
孔質フィルムが形成される。この後、含フッ素溶剤を用
いてフルオロオリゴエーテルが洗浄除去される。(Method for producing impregnated film obtained by impregnating voids of polytetrafluoroethylene porous film with perfluoro copolymer) The voids of polytetrafluoroethylene porous film are impregnated with the perfluoro copolymer of the present invention According to the method for producing an impregnated film thus obtained, the composition of the present invention is applied to a polytetrafluoroethylene porous film and heated to 160 to 340 ° C. under pressure, so that the perfluoro coexists in the voids of the base film. At the same time as impregnating the polymer, it is heat-fixed to form a porous film containing a perfluoro copolymer containing a fluoro oligoether. Then, the fluoro oligoether is washed and removed using a fluorinated solvent.
【0070】これに用いる本発明の組成物は、分散粒子
の平均粒子径が100μm以下のものが好ましい。この
理由は、平均孔径が0.1μmもの小孔径のポリテトラ
フルオロエチレン多孔質フィルムの空隙でさえ、容易
に、パーフルオロ共重合体(又はフルオロオリゴエーテ
ルを含有するパーフルオロ共重合体)を含浸できるから
である。なお、安定な分散体を形成している限りにおい
て、用いる本発明の組成物は、通常は、パーフルオロ共
重合体の比率が高い方が好ましい。これは、一段で、ポ
リテトラフルオロエチレン多孔質フィルムの空隙に十分
な量のパーフルオロ共重合体を含浸させることが可能で
あり、また、経済的にも有利であるからである。The composition of the present invention used for this purpose preferably has an average particle size of dispersed particles of 100 μm or less. The reason for this is that even the pores of a polytetrafluoroethylene porous film having a small average pore size of 0.1 μm can be easily impregnated with a perfluoro copolymer (or a perfluoro copolymer containing a fluoro oligoether). Because you can. As long as a stable dispersion is formed, the composition of the present invention to be used usually preferably has a high ratio of perfluoro copolymer. This is because it is possible to impregnate the voids of the polytetrafluoroethylene porous film with a sufficient amount of the perfluoro copolymer in a single step, and it is also economically advantageous.
【0071】本発明のパーフルオロ共重合体が含有され
てなるポリテトラフルオロエチレン多孔質フィルムの製
造方法によれば、本発明の組成物が基材に塗布され、加
圧下で160〜340℃に加熱され、フィルムの空隙に
パーフルオロ共重合体(又はフルオロオリゴエーテルを
含有するパーフルオロ共重合体)を含浸させるのと同時
に加熱固定され、この過程においてパーフルオロ共重合
体の固体構造が形成される。加熱温度は、パーフルオロ
共重合体の固体構造の形成の観点から160℃以上、パ
ーフルオロ共重合体の熱分解性の観点から340℃以下
が選ばれる。According to the method for producing a polytetrafluoroethylene porous film containing the perfluoro copolymer of the present invention, the composition of the present invention is applied to a substrate and heated to 160 to 340 ° C. under pressure. It is heated and impregnated with perfluoro copolymer (or perfluoro copolymer containing fluoro oligoether) in the voids of the film, and at the same time, it is fixed by heating. In this process, the solid structure of perfluoro copolymer is formed. It The heating temperature is selected to be 160 ° C. or higher from the viewpoint of forming a solid structure of the perfluoro copolymer, and 340 ° C. or lower from the viewpoint of thermal decomposability of the perfluoro copolymer.
【0072】加圧方法としては、例えば、プレス成形方
法が採用される。加圧と同時に160〜340℃に加熱
されるが、より厳密には、加圧された状態で160℃以
下の低温から160〜340℃に昇温するのが好まし
い。この理由は、加圧される以前に160〜340℃に
加熱された場合、パーフルオロ共重合体の完全な固体構
造が形成され、ポリテトラフルオロエチレン多孔質フィ
ルムの空隙への含浸が困難になる場合があるからであ
る。加圧下の上記昇温に要する時間は限定されない。As the pressing method, for example, a press molding method is adopted. It is heated to 160 to 340 ° C. simultaneously with the pressurization, but more strictly, it is preferable to raise the temperature from a low temperature of 160 ° C. or less to 160 to 340 ° C. in a pressurized state. The reason for this is that when heated to 160 to 340 ° C. before being pressed, a complete solid structure of the perfluoro copolymer is formed, making it difficult to impregnate the pores of the polytetrafluoroethylene porous film. This is because there are cases. The time required to raise the temperature under pressure is not limited.
【0073】加圧下に加熱処理された後のポリテトラフ
ルオロエチレン多孔質フィルムは、その空隙にパーフル
オロ共重合体が含有されると同時に、分離した液体フル
オロオリゴエーテルがポリテトラフルオロエチレン多孔
質フィルムの外側に排出される。フルオロオリゴエーテ
ルは、含フッ素溶剤を用いて、通常、含フッ素溶剤の常
圧沸点以下の温度にて容易に洗浄抽出除去される。更
に、110℃程度以下の温度で減圧乾燥され、含フッ素
溶剤が除去される。The polytetrafluoroethylene porous film after being heat-treated under pressure contains the perfluoro copolymer in the voids and at the same time, the separated liquid fluorooligoether is a polytetrafluoroethylene porous film. Is discharged to the outside. Fluoro-oligoethers are easily washed and extracted with a fluorine-containing solvent at a temperature not higher than the normal pressure boiling point of the fluorine-containing solvent. Further, it is dried under reduced pressure at a temperature of about 110 ° C. or lower to remove the fluorine-containing solvent.
【0074】ポリテトラフルオロエチレン多孔質フィル
ムの空隙に含有されたパーフルオロ共重合体間の接着強
度を高める目的で、また、基材のポリテトラフルオロエ
チレンとパーフルオロ共重合体との相互作用を高め接着
性を向上する目的で、続いて、160〜340℃の加熱
処理又は加熱プレス処理を加えるのが好ましい。フルオ
ロオリゴエーテル自体は、熱的・化学的に安定であるた
め、パーフルオロ共重合体に残存していてもよい。For the purpose of increasing the adhesive strength between the perfluoro copolymers contained in the voids of the polytetrafluoroethylene porous film, the interaction between the polytetrafluoroethylene and the perfluoro copolymer of the base material is For the purpose of increasing the adhesiveness and improving the adhesiveness, it is preferable that a heat treatment or a heat press treatment at 160 to 340 ° C. is subsequently added. Since the fluoro oligoether itself is thermally and chemically stable, it may remain in the perfluoro copolymer.
【0075】[0075]
【発明の実施の形態】以下に、本発明を実施例に基づい
て具体的に説明するが、本発明は実施例によって限定さ
れるものではない。本発明における、パーフルオロ共重
合体を含浸してなるポリテトラフルオロエチレン多孔質
フィルムの「パーフルオロ共重合体の抽出率」は、以下
の方法により測定する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be specifically described below based on Examples, but the present invention is not limited to the Examples. In the present invention, the “extraction rate of perfluoro copolymer” of the polytetrafluoroethylene porous film impregnated with the perfluoro copolymer is measured by the following method.
【0076】基材となるポリテトラフルオロエチレン多
孔質フィルムの質量(W1)を予め精秤しておく。この
試験片の質量は1g以下とする。初めに、対象となる酸
型(SO3H型)の官能基を含有するパーフルオロ共重
合体を含浸してなるポリテトラフルオロエチレン多孔質
フィルムを、1N塩酸又は1N硫酸を用いて90℃で8
時間処理する。この後に、流水で十分に洗浄し、風乾後
に、110℃で8時間減圧乾燥し、速やかにその質量
(W2)を精秤する。The mass (W 1 ) of the polytetrafluoroethylene porous film as the base material is precisely weighed in advance. The mass of this test piece is 1 g or less. First, a polytetrafluoroethylene porous film obtained by impregnating a perfluoro copolymer containing a target acid type (SO 3 H type) functional group is used at 90 ° C. with 1N hydrochloric acid or 1N sulfuric acid. 8
Time to process. After that, it is thoroughly washed with running water, air-dried, and then dried under reduced pressure at 110 ° C. for 8 hours, and its mass (W 2 ) is quickly weighed precisely.
【0077】この試料を径φ28mm、高さ200mm
の試験管に仕込み、水/エタノール=50/50体積比
の混合液60ミリリットル(試験片に対し十分に多い
量)を加える。この試験管を5リットルのオートクレー
ブに仕込み、上記試験管の外部(オートクレーブ内部)
に水/エタノール=50/50体積比の混合液約2リッ
トルを仕込み、これを内温が120℃になるまで加熱
し、120℃になってから4時間そのまま加熱処理した
後、室温まで冷却する。室温から120℃までの昇温過
程及び120℃から室温までの降温過程は、各々、約2
時間かけて行う。This sample had a diameter of 28 mm and a height of 200 mm.
Then, 60 ml of a mixed solution of water / ethanol = 50/50 volume ratio (a sufficiently large amount relative to the test piece) is added. The test tube was placed in a 5 liter autoclave, and the outside of the test tube (inside the autoclave)
About 2 liters of a mixed solution of water / ethanol = 50/50 volume ratio was charged to the mixture, heated to an internal temperature of 120 ° C., heat-treated as it was for 4 hours after reaching 120 ° C., and then cooled to room temperature. . The temperature raising process from room temperature to 120 ° C. and the temperature lowering process from 120 ° C. to room temperature are each about 2
Do it over time.
【0078】加熱処理後にオートクレーブ内の試験管か
ら試験片を取り出し、室温で、水/エタノール=50/
50体積比の混合液にて十分な洗浄を行う。これを11
0℃で8時間減圧乾燥し、速やかにその質量(W3)を
精秤する。得られた質量の値:W1、W2及びW3から、
次のようにしてパーフルオロ共重合体の抽出率E(質量
%)を求める。試験片におけるポリテトラフルオロエチ
レンの含有量が不明な場合には、上記試験片を更に24
0℃以上の高温にて加熱溶解処理し、含有されるパーフ
ルオロ共重合体の全てを溶解、脱落させ、110℃で8
時間減圧乾燥した後に精秤し、この質量をW1とする。
樹脂が完全に脱落したことは、IR等にて残存する官能
基を定量することにより確認する。
E(質量%)={1−(W3−W1)/(W2−W1)}×
100After the heat treatment, the test piece was taken out from the test tube in the autoclave, and at room temperature, water / ethanol = 50 /
Sufficient washing is performed with a mixed solution having a volume ratio of 50. This 11
Dry under reduced pressure at 0 ° C. for 8 hours, and quickly weigh precisely its mass (W 3 ). From the obtained mass values: W 1 , W 2 and W 3 ,
The extraction ratio E (mass%) of the perfluoro copolymer is determined as follows. If the content of polytetrafluoroethylene in the test piece is unknown, add 24 more pieces to the above test piece.
It is heated and dissolved at a high temperature of 0 ° C. or higher to dissolve and drop all of the contained perfluoro copolymer,
After being dried under reduced pressure for an hour, it is precisely weighed, and this mass is defined as W 1 .
The complete removal of the resin is confirmed by quantifying the remaining functional groups by IR or the like. E (weight%) = {1- (W 3 -W 1) / (W 2 -W 1)} ×
100
【0079】[0079]
【実施例1】1リットルのステンレス製オートクレーブ
に、CF2Cl−CFCl2580g、化学式(18)で
示すモノマー280g、化学式(19)で示すモノマー
2g及び分子量調製剤としてのメタノール0.02gを
仕込んだ後、窒素でパージした。続いて、テトラフルオ
ロエチレン(TFE)でパージした。Example 1 A 1-liter stainless steel autoclave was charged with 580 g of CF 2 Cl—CFCl 2 , 280 g of a monomer represented by the chemical formula (18), 2 g of a monomer represented by the chemical formula (19), and 0.02 g of methanol as a molecular weight adjusting agent. After that, it was purged with nitrogen. Then, it was purged with tetrafluoroethylene (TFE).
【0080】[0080]
【化21】 [Chemical 21]
【0081】[0081]
【化22】 [Chemical formula 22]
【0082】温度を25℃とし、TFEの圧力を0.1
65MPa−G(ゲージ圧力)とした後、(n−C3F7
COO−)2を5質量%含むCF2Cl−CFCl2溶液
を7g添加して重合を行った。オートクレーブの系外か
らTFEを断続的にフィードしつつ、TFE圧力を初期
0.165MPa−Gから終了時0.142MPa−G
まで降下させて6時間重合した。オートクレーブの系内
のTFEを窒素でパージして大気圧とした後、重合液組
成物を得た。The temperature is set to 25 ° C. and the TFE pressure is set to 0.1.
After adjusting to 65 MPa-G (gauge pressure), (n-C 3 F 7
COO-) 2 was carried out the polymerization of CF 2 Cl-CFCl 2 solution containing 5 wt% was added 7 g. While the TFE is intermittently fed from outside the system of the autoclave, the TFE pressure is changed from an initial value of 0.165 MPa-G to an end value of 0.142 MPa-G.
It was lowered to and polymerized for 6 hours. After purging TFE in the system of the autoclave with nitrogen to bring it to atmospheric pressure, a polymerization liquid composition was obtained.
【0083】この重合液組成物に、デュポン社製Kry
tox(登録商標)143AD(これは、−(CF(C
F3)−CF2−O)−の繰り返し単位を有するヘキサフ
ルオロプロペンオキシドのオリゴマーであり、38℃に
おける動粘度が4.95cm 2/secの液体である)
400gを、室温で添加し混合、攪拌した。これによ
り、重合液組成物は白濁した。続いて、室温で、この分
散液に1リットルのn−ヘキサンを加え混合、攪拌した
後、静置し2層分離させ、無色透明の上層と白濁した下
層とに分けた。This polymerization liquid composition was mixed with Kry manufactured by DuPont.
tox (registered trademark) 143AD (this is-(CF (C
F3) -CF2A hexaf having a repeating unit of -O)-
It is an oligomer of luoropropene oxide,
Kinematic viscosity in 4.95 cm 2/ Sec liquid)
400 g was added at room temperature, mixed and stirred. By this
The polymerization liquid composition became cloudy. Then, at room temperature,
1 liter of n-hexane was added to the dispersion and mixed and stirred.
After that, let stand and separate into two layers, a colorless and transparent upper layer and a cloudy lower layer
Separated into layers.
【0084】白濁した下層を取り出し、室温で、1リッ
トルのn−ヘキサンによる洗浄を5回繰り返した後、9
0℃にて16時間減圧乾燥して低沸点化合物を除去し、
白濁したペースト状(ゲル状)の組成物460gを得
た。この組成物を1週間静置した後に上層(無色透明の
液(前記Krytox(登録商標)143AD))を除
去して、パーフルオロ共重合体が濃縮されてなるペース
ト状の組成物を取り出した。The cloudy lower layer was taken out and washed with 1 liter of n-hexane 5 times at room temperature.
Remove the low boiling point compounds by drying under reduced pressure at 0 ° C for 16 hours,
460 g of a cloudy paste-like (gel-like) composition was obtained. After allowing this composition to stand for one week, the upper layer (colorless transparent liquid (Krytox (registered trademark) 143AD)) was removed, and a paste-like composition obtained by concentrating the perfluoro copolymer was taken out.
【0085】続いて、この組成物を目の開き212μm
のステンレス製の篩に通し、含有される少量の異物(大
きな粒子)を除去し、原料となる組成物を作成した。こ
の組成物に含有されるパーフルオロ共重合体のEW(S
O2F型官能基を基準とするEW)は960、SO2NH
2型官能基の含有率は全官能基量(SO2F型官能基及び
SO2NH2型官能基の総量)に対して約0.7モル%、
270℃におけるメルトインデックスは16g/10分
(換算値)、含有されている共重合体の濃度は24質量
%であった。Subsequently, the composition was opened to 212 μm.
Through a stainless steel sieve to remove a small amount of foreign matter (large particles) contained therein to prepare a composition as a raw material. EW (S of the perfluorocopolymer contained in this composition
EW based on O 2 F type functional group is 960, SO 2 NH
The content of the type 2 functional group is about 0.7 mol% with respect to the total amount of the functional group (the total amount of the SO 2 F type functional group and the SO 2 NH 2 type functional group),
The melt index at 270 ° C. was 16 g / 10 minutes (converted value), and the concentration of the contained copolymer was 24 mass%.
【0086】このペースト状物を原料に用いて、以下の
ようにして、ADVANTEC社製MEMBRANE
FILTER(POLYMER:PTFE、CAT.N
O.:T300A293D)、平均孔径:3μm、厚
み:60μm、空隙率:82%(空隙率は基材PTFE
の真比重を2.2とし密度法により算出した値である)
から切り出した7cm×7cm角の試験片フィルムにS
O2F型及びSO2NH 2型官能基を含有するパーフルオ
ロ共重合体を含浸させた。Using this paste material as a raw material,
In this way, ADVANTEC MEMBRANE
FILTER (POLYMER: PTFE, CAT.N
O. : T300A293D), average pore size: 3 μm, thickness
Only: 60 μm, porosity: 82% (porosity is the base material PTFE
It is a value calculated by the density method with the true specific gravity of 2.2 as
7 cm x 7 cm square test piece film cut out from
O2F type and SO2NH 2Perfluor containing type functional groups
The copolymer was impregnated.
【0087】まず、カプトンフィルムの片面に上記のペ
ースト状物3gを薄く均一に塗布したものを2枚作成し
た。この2枚のカプトン(登録商標、デュポン社製)フ
ィルムで、上記のフィルム試験片を、この試験片にペー
スト状物が接触するように挟み、フィルム試験片部分の
空気を除去した。これを厚さ2mmのステンレス版で挟
み、270℃に加熱したプレス成形機にセットし、直ち
に20MPaに加圧し、5分間処理した。First, two sheets of Kapton film were prepared by thinly and uniformly applying 3 g of the above paste-like material on one side. The film test piece was sandwiched between the two Kapton (registered trademark, manufactured by DuPont) films so that the paste-like material was in contact with the test piece, and air in the film test piece portion was removed. This was sandwiched between stainless plates having a thickness of 2 mm, set in a press molding machine heated to 270 ° C., immediately pressurized to 20 MPa, and treated for 5 minutes.
【0088】20MPa加圧下に冷却プレスした後にフ
ィルム試験片を取り出し、HFC43−10meeにて
洗浄し、フルオロオリゴエーテルを除去した後、110
℃で2時間減圧乾燥した。このフィルム試験片をカプト
ンフィルムに挟み、再度、270℃に加熱したプレス成
形機にセットし、20MPa加圧下に30分間処理し
た。上記のようにしてフィルム試験片を2枚作成した。
このフィルム試験片は、SO2F型及びSO2NH2型官
能基を含有する樹脂がポリテトラフルオロエチレン多孔
質フィルムの空隙を完全に満たしており、透明であっ
た。After cooling and pressing under a pressure of 20 MPa, the film test piece was taken out and washed with HFC43-10mee to remove fluoro oligoether, and then 110
It was dried under reduced pressure at ℃ for 2 hours. The film test piece was sandwiched between Kapton films, set again in a press molding machine heated to 270 ° C., and treated under a pressure of 20 MPa for 30 minutes. Two film test pieces were prepared as described above.
This film test piece was transparent because the resin containing SO 2 F type and SO 2 NH 2 type functional groups completely filled the voids of the polytetrafluoroethylene porous film.
【0089】上記処理で得たフィルム試験片の1枚(試
験片A)に対して、そのまま加水分解処理及び酸処理を
行い、他方のフィルム試験片(試験片B)はトリエチル
アミン/1,4−ジオキサン=3/5体積比の混合液還
流下に3時間浸漬処理し、スルホンイミド架橋反応を行
った後に加水分解処理及び酸処理を行った。加水分解処
理としては、15質量%のKOH、30質量%のDMS
Oを含有する水溶液を用いて、90℃、1時間処理、酸
処理としては、1N硫酸による90℃、1時間処理を行
った。One of the film test pieces (test piece A) obtained by the above treatment was directly subjected to hydrolysis treatment and acid treatment, and the other film test piece (test piece B) was triethylamine / 1,4-. Immersion treatment was carried out for 3 hours under reflux of a mixed solution of dioxane = 3/5 volume ratio, and after a sulfonimide crosslinking reaction was performed, hydrolysis treatment and acid treatment were performed. As the hydrolysis treatment, 15% by mass of KOH and 30% by mass of DMS are used.
Treatment using an aqueous solution containing O was performed at 90 ° C. for 1 hour, and as acid treatment, treatment with 1N sulfuric acid was performed at 90 ° C. for 1 hour.
【0090】これら試験片A及び試験片Bにおけるパー
フルオロ共重合体の含有率は、それぞれ77質量%及び
74質量%(何れも乾燥後の値)であった。試験片A及
び試験片Bを用いて測定された「パーフルオロ共重合体
の抽出率」は、各々、31質量%及び9質量%であっ
た。何れのフィルムも透明性を十分に維持できていた。
試験片B(スルホンイミド架橋構造を有する含浸フィル
ム)においては、樹脂の溶出/脱落を大きく低減でき、
大きな耐久性を実現し得ることを確認できた。The contents of the perfluorocopolymer in these test pieces A and B were 77% by mass and 74% by mass, respectively (values after drying). The “extraction rates of perfluorocopolymer” measured using test piece A and test piece B were 31% by mass and 9% by mass, respectively. All films were able to maintain sufficient transparency.
In the test piece B (impregnated film having a sulfonimide cross-linked structure), resin elution / shedding can be greatly reduced,
It was confirmed that great durability could be realized.
【0091】これはSO2NH2型官能基の含有率が約
0.7モル%と低い上記フィルムにおいてさえも、均質
な架橋構造を達成できた結果と考えられる。なお、予
め、原料の組成物あるいは共重合体含浸後/再加熱前の
含浸フィルムから十分に低分子量物を除去しておくこと
により及び/又はSO2NH2型官能基の含有率を上げる
ことにより、耐久性を更に著しく向上させることが可能
である。It is considered that this is because the uniform crosslinked structure could be achieved even in the above-mentioned film having a low content of SO 2 NH 2 type functional groups of about 0.7 mol%. It should be noted that by sufficiently removing low molecular weight substances from the impregnated film after impregnating the composition of the raw material or the copolymer / before reheating and / or increasing the content of the SO 2 NH 2 type functional group. Thus, it is possible to further improve the durability.
【0092】[0092]
【比較例1】上記実施例に用いたのと同じポリテトラフ
ルオロエチレン多孔質フィルムを基材に用い、従来技術
に基づきSO3H型官能基含有パーフルオロ共重合体の
水/アルコール溶液(デュポン社製)を用いて作成した
SO3H型官能基含有パーフルオロ共重合体含浸フィル
ムにおける「パーフルオロ共重合体の抽出率」は94質
量%であった。この抽出率測定における処理により、殆
ど全てのパーフルオロ共重合体が溶解、脱落し、元の基
材フィルム(ポリテトラフルオロエチレン多孔質フィル
ム)の状態に戻った。Comparative Example 1 The same polytetrafluoroethylene porous film as that used in the above example was used as a substrate, and a water / alcohol solution of a SO 3 H type functional group-containing perfluorocopolymer (Dupont) was used according to the prior art. The “extraction rate of perfluorocopolymer” in the SO 3 H type functional group-containing perfluorocopolymer impregnated film prepared by using Mitsui Co., Ltd. was 94% by mass. By the treatment in the extraction rate measurement, almost all the perfluoro copolymer was dissolved and dropped, and the original substrate film (polytetrafluoroethylene porous film) was returned.
【0093】[0093]
【発明の効果】本発明の組成物は、含有されるパーフル
オロ共重合体が非電解質SO2F型官能基を有するため
溶融成形加工性に優れ、かつ、完全な固体構造の形成が
阻害されたものであり、多種多様の含フッ素陽イオン交
換膜、例えば、電解用隔膜及び燃料電池用隔膜等の含フ
ッ素陽イオン交換膜、の製造原料として有用である。そ
して、本発明の組成物は、加熱固定処理により膜を構成
する樹脂間、樹脂と基材間の接着強度が高められ、架橋
構造の導入により耐久性が高められる。INDUSTRIAL APPLICABILITY The composition of the present invention is excellent in melt-molding processability because the contained perfluoro copolymer has a non-electrolyte SO 2 F type functional group, and the formation of a complete solid structure is inhibited. It is useful as a raw material for producing a wide variety of fluorine-containing cation exchange membranes, for example, fluorine-containing cation exchange membranes such as electrolysis membranes and fuel cell membranes. Then, the composition of the present invention is improved in the adhesive strength between the resins constituting the film and between the resin and the substrate by heat fixing treatment, and the durability is enhanced by the introduction of the crosslinked structure.
Claims (4)
繰り返し単位からなり、繰り返し単位のモル比は、化学
式(2)の単位1モルに対して、化学式(1)の単位は
2〜20モル、化学式(3)の単位は0.001〜1モ
ルであるパーフルオロ共重合体100質量部に対して、
化学式(4)で示す繰り返し単位の一種又は二種以上か
らなる、重合度6〜100の液状のフルオロオリゴエー
テル10〜10000質量部を含有することを特徴とす
るフッ素系共重合体含有組成物。 【化1】 【化2】 【化3】 【化4】 (式中、n及びn’は、それぞれ独立に0〜2の整数、
m及びm’は、それぞれ独立に1〜4の整数、RはH、
非置換炭化水素基又は置換炭化水素基、Rfは、炭素数
1〜4のパーフルオロアルキレン基である)1. A repeating unit represented by the chemical formulas (1), (2), and (3), wherein the molar ratio of the repeating units is such that the unit of the chemical formula (1) is 1 mole of the unit of the chemical formula (2). 2 to 20 mol, and the unit of the chemical formula (3) is 0.001 to 1 mol per 100 parts by mass of the perfluoro copolymer,
A fluorocopolymer-containing composition comprising 10 to 10000 parts by mass of a liquid fluorooligoether having a polymerization degree of 6 to 100, which is composed of one or more of the repeating units represented by the chemical formula (4). [Chemical 1] [Chemical 2] [Chemical 3] [Chemical 4] (In the formula, n and n ′ are each independently an integer of 0 to 2,
m and m ′ are each independently an integer of 1 to 4, R is H,
(Unsubstituted hydrocarbon group or substituted hydrocarbon group, R f is a perfluoroalkylene group having 1 to 4 carbon atoms)
(CF(CF3)−CF 2−O)−、−(CF2CF2CF
2−O)、又は−(CF2−O)及び−(CF2−CFY
−O)−であることを特徴とする請求項1記載のフッ素
系共重合体含有組成物。(式中、Yは、F又はCF3で
ある)2. The repeating unit-(Rf-O) -is-
(CF (CF3) -CF 2-O)-,-(CF2CF2CF
2-O), or-(CF2-O) and-(CF2-CFY
-O)-is the fluorine.
-Based copolymer-containing composition. (In the formula, Y is F or CF.3so
is there)
して、液状のフルオロオリゴエーテルを200〜100
00質量部含有し、パーフルオロ共重合体がフルオロオ
リゴエーテル中に分散されていることを特徴とする請求
項1又は2記載のフッ素系共重合体含有組成物。3. A liquid fluorooligoether in an amount of 200 to 100 relative to 100 parts by weight of the perfluorocopolymer.
The fluorocopolymer-containing composition according to claim 1 or 2, characterized in that the perfluorocopolymer is contained in an amount of 100 parts by mass and the perfluorocopolymer is dispersed in the fluorooligoether.
00μm以下であることを特徴とする請求項3記載のフ
ッ素系共重合体含有組成物。4. The average particle size of the perfluorocopolymer is 1
The fluorine-containing copolymer-containing composition according to claim 3, which has a diameter of 00 μm or less.
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