JP2014128752A - Organic matter desalination method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電気透析槽において有機物を脱塩する方法に関する。 The present invention relates to a method for desalting organic substances in an electrodialysis tank.
一般に食品,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。また、糖液,果肉のエキス液などの有機物にもかなりの塩類(灰分)が含まれている。かかる有機物に含まれる塩類を分離する手段として、例えば晶析分離法やイオン交換樹脂あるいはイオン交換膜を用いる方法が提案されている。このうち、イオン交換膜を用いる方法は陰・陽の電極間に陽イオン交換膜と陰イオン交換膜とを交互に配して、脱塩室及び濃縮室を構成してなる電気透析槽において実施される。 In general, in the process of synthesizing organic substances in the fields of food, pharmaceuticals, agricultural chemicals, etc., salts are often produced as a by-product. In addition, organic substances such as sugar solution and pulp extract also contain a considerable amount of salt (ash). As means for separating salts contained in such organic substances, for example, crystallization separation methods and methods using ion exchange resins or ion exchange membranes have been proposed. Among these, the method using an ion exchange membrane is carried out in an electrodialysis tank in which a cation exchange membrane and an anion exchange membrane are alternately arranged between an anion and a positive electrode to constitute a desalination chamber and a concentration chamber. Is done.
電気透析槽では、脱塩室に塩類を含む有機物の溶液を、また濃縮室に電解質を含む液(例えば希薄食塩水など)を流通させながら両極間に直流電圧を印加させる。それにより、有機物溶液中に存在する塩類(灰分)がイオンとしてイオン交換膜を透過して濃縮側に移行し、脱塩処理される。 In an electrodialysis tank, a direct-current voltage is applied between both electrodes while a solution of an organic substance containing salts is circulated in a desalting chamber and a liquid containing an electrolyte (such as dilute saline) is circulated in a concentration chamber. As a result, salts (ash) present in the organic solution permeate through the ion exchange membrane as ions and move to the concentration side to be desalted.
特許文献1には、少なくとも片面に陰イオン交換層を有する複合陽イオン交換膜と炭素数4〜30のアルキル基の一種以上が結合した陰イオン交換基を有する陰イオン交換膜とを電極間に交互に配列して構成した電気透析槽を用いて、その脱塩室に塩類を含む有機物を供給して電気透析する有機物の脱塩方法が記載されている。 In Patent Document 1, a composite cation exchange membrane having an anion exchange layer on at least one surface and an anion exchange membrane having an anion exchange group bonded with one or more alkyl groups having 4 to 30 carbon atoms are interposed between the electrodes. A method for desalting organic substances is described in which an organic substance containing salts is supplied to the desalting chamber and electrodialyzed using electrodialysis tanks arranged alternately.
また、特許文献2には、電極間に陰イオン交換膜と陽イオン交換膜とを交互に配列して構成した電気透析槽において、無機塩類を含む有機物溶液を電気透析により脱塩するにあたり、主モノマーとしてビニルピリジン類及び/又はハロアルキルスチレン類、架橋剤としてビスビニルフェニルアルキレンを用いて製造された陰イオン交換膜であって、且つ温度25℃で4規定の食塩水溶液に対する拡散定数が1×10-5 〜5×10-5センチメートル/秒である陰イオン交換膜を用いる有機物の脱塩方法が記載されている。 Further, Patent Document 2 discloses that, in an electrodialysis tank constituted by alternately arranging anion exchange membranes and cation exchange membranes between electrodes, an organic substance solution containing inorganic salts is mainly desalted by electrodialysis. An anion exchange membrane produced using vinylpyridines and / or haloalkylstyrenes as monomers and bisvinylphenylalkylene as a cross-linking agent, and having a diffusion constant of 1 × 10 4 for a 4N saline solution at 25 ° C. A method for desalting organic substances using an anion exchange membrane of −5 to 5 × 10 −5 centimeters / second is described.
このようなイオン交換膜電気透析槽において有機物に含まれる塩類を脱塩する方法は有効であるが、特許文献1及び2に記載された有機物の脱塩方法では、有機物の成分が変質することや膜の洗浄回数が増加することなどの問題がある。また、いずれの場合も実質的には陰イオン交換膜に関する技術開示であり、汚れ物質は陰イオン性界面活性剤に関するものであったため、陽イオン交換膜において問題となる汚れ物質を解決する方法については開示されていない。 A method for desalting salts contained in organic substances in such an ion exchange membrane electrodialysis tank is effective. However, in the desalting method for organic substances described in Patent Documents 1 and 2, the components of the organic substances may be altered. There are problems such as an increase in the number of membrane cleanings. Further, in any case, the technical disclosure is substantially related to an anion exchange membrane, and since the dirt substance is related to an anionic surfactant, a method for solving the dirt substance that causes a problem in the cation exchange membrane. Is not disclosed.
本発明の目的は、有機物から塩類を効率よく脱塩できるだけでなく、有機物の漏洩を抑制できる有機物の脱塩方法を提供することにある。
本発明の別の目的は、上述の目的に加え、有機物による膜の汚染により槽電圧の上昇を防止できる有機物の脱塩方法を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a method for desalinating an organic substance that not only can efficiently desalinate salts from the organic substance but also can suppress leakage of the organic substance.
Another object of the present invention is to provide a method for desalinating organic matter that can prevent an increase in cell voltage due to contamination of the membrane with organic matter in addition to the above-mentioned purpose.
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、イオン交換膜電気透析槽において、特定の陽イオン交換膜を用いて有機物の脱塩を行うと、この陽イオン交換膜が有する、従来よりもきわめて小さなミクロ相分離構造によって、有機物から塩類を効率よく脱塩できるだけでなく、有機物の漏洩を抑制できることを見出し、さらに、このような陽イオン交換膜を用いると、有機物による膜の汚染により槽電圧の上昇を防止できることについても見出し、本発明に到達した。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors conducted demineralization of organic substances using a specific cation exchange membrane in an ion exchange membrane electrodialysis tank. It has been found that by using a microphase separation structure that is much smaller than conventional ones, not only can salts be efficiently desalted from organic substances, but also leakage of organic substances can be suppressed. The inventors have also found out that the rise of the cell voltage can be prevented by contamination of the water and arrived at the present invention.
本発明第1の構成は、無機塩類を含む有機物溶液を電気透析槽において脱塩し、有機物を脱塩する方法であって、前記電気透析槽は、電極間に陰イオン交換膜と陽イオン交換膜とを交互に配列して構成した電気透析槽であり、前記陽イオン交換膜は、アニオン性基を有するアニオン性重合体セグメントとビニルアルコール重合体セグメントを有するポリビニルアルコール系共重合体を含有し、ドメインサイズ(X)が、0nm<X≦150nmの範囲内にあるミクロ相分離構造を有する陽イオン交換膜を用いることを特徴とする有機物の脱塩方法である。
本発明において、ミクロ相分離とは、2種類以上の鎖状高分子を含む共重合体において、同種のポリマーセグメント同士で凝集して、異種ポリマーセグメント間に斥力的な相互作用が働き、結果としてナノスケールからサブミクロンスケールの周期的な自己組織化構造を形成し、得られる周期構造を言う。また、本発明において、ドメインとは、1本または複数のポリマー鎖において、同種のポリマーセグメントが凝集してできた塊のことを意味する。
The first configuration of the present invention is a method of desalting an organic solution containing inorganic salts in an electrodialysis tank, and desalting the organic substance. The electrodialysis tank includes an anion exchange membrane and a cation exchange between electrodes. The cation exchange membrane comprises a polyvinyl alcohol-based copolymer having an anionic polymer segment having an anionic group and a vinyl alcohol polymer segment. , A method for desalting an organic substance, wherein a cation exchange membrane having a microphase separation structure having a domain size (X) in a range of 0 nm <X ≦ 150 nm is used.
In the present invention, microphase separation means that in a copolymer containing two or more types of chain polymers, the same kind of polymer segments aggregate together and a repulsive interaction acts between different polymer segments. A periodic structure obtained by forming a periodic self-organized structure from nanoscale to submicron scale. In the present invention, the domain means a mass formed by aggregating polymer segments of the same kind in one or a plurality of polymer chains.
さらに、前記ポリビニルアルコール系共重合体は、アニオン性基を含有しないビニルアルコール重合体を含有していてもよい。 Furthermore, the polyvinyl alcohol copolymer may contain a vinyl alcohol polymer that does not contain an anionic group.
前記ビニルアルコール重合体に架橋構造が導入されていることが好ましい。 It is preferable that a crosslinked structure is introduced into the vinyl alcohol polymer.
前記ポリビニルアルコール系共重合体が、ビニルアルコール重合体ブロックとアニオン性基を有するアニオン性重合体ブロックを有するアニオン性ブロック共重合体であることが好ましい。
また、前記ポリビニルアルコール系共重合体が、ビニルアルコール重合体ブロックとアニオン性基を有するアニオン性重合体ブロックを有するアニオン性グラフト共重合体であることが好ましい。
The polyvinyl alcohol copolymer is preferably an anionic block copolymer having a vinyl alcohol polymer block and an anionic polymer block having an anionic group.
The polyvinyl alcohol-based copolymer is preferably an anionic graft copolymer having a vinyl alcohol polymer block and an anionic polymer block having an anionic group.
前記の陽イオン交換膜のイオン交換容量が、0.30meq/g以上であることが好ましく、また、前記陽イオン交換膜の膜抵抗が、10Ωcm2以下であることが好ましい。 The ion exchange capacity of the cation exchange membrane is preferably 0.30 meq / g or more, and the membrane resistance of the cation exchange membrane is preferably 10 Ωcm 2 or less.
陽イオン交換膜を製膜するために用いられるポリビニルアルコール系共重合体が塩類を含有しており、前記ポリビニルアルコール系共重合体の重量(P)に対する塩類の重量(C)の比率[(C)/(P)]が、4.5/95.5以下になるように調整したポリビニルアルコール系共重合体であってもよい。 The polyvinyl alcohol copolymer used for forming a cation exchange membrane contains salts, and the ratio of the weight (C) of the salt to the weight (P) of the polyvinyl alcohol copolymer [(C ) / (P)] may be a polyvinyl alcohol copolymer adjusted so as to be 4.5 / 95.5 or less.
前記陽イオン交換膜は、塩類を含有するポリビニルアルコール系共重合体溶液から製膜して得られる皮膜を、100℃以上の温度で熱処理した後、水、アルコール又はそれらの混合溶媒中で、酸性条件下、ジアルデヒド化合物による架橋処理を行い、ついで水洗処理することにより製造するのが好ましい。 The cation exchange membrane is formed by heat-treating a film obtained from a polyvinyl alcohol copolymer solution containing salts at a temperature of 100 ° C. or higher, and then in water, alcohol or a mixed solvent thereof. It is preferable to manufacture by carrying out a crosslinking treatment with a dialdehyde compound under a condition and then washing with water.
本発明第2の構成は、無機塩類を含む有機物溶液を電気透析槽において脱塩し、脱塩された有機物を製造する方法であって、前記電気透析槽は、電極間に陰イオン交換膜と陽イオン交換膜とを交互に配列して構成した電気透析槽であり、前記陽イオン交換膜は、アニオン性基を有するアニオン性重合体セグメントとビニルアルコール重合体セグメントを有するポリビニルアルコール系共重合体を含有し、ドメインサイズ(X)が、0nm<X≦150nmの範囲内にあるミクロ相分離構造を有することを特徴とする、脱塩された有機物の製造方法である。 The second configuration of the present invention is a method for producing a desalted organic substance by desalting an organic substance solution containing inorganic salts in an electrodialysis tank, wherein the electrodialysis tank includes an anion exchange membrane and an electrode. An electrodialysis tank constituted by alternately arranging cation exchange membranes, wherein the cation exchange membrane comprises an anionic polymer segment having an anionic group and a polyvinyl alcohol copolymer having a vinyl alcohol polymer segment. And a domain size (X) having a microphase-separated structure in a range of 0 nm <X ≦ 150 nm.
本発明第3の構成は、前記製造方法により製造された、脱塩された有機物である。 The third configuration of the present invention is a desalted organic substance produced by the production method.
本発明の脱塩方法では、電気透析槽において、特定の陽イオン交換膜、すなわち、アニオン性重合体セグメントとビニルアルコール重合体セグメントを有するポリビニルアルコール系共重合体から構成される陽イオン交換膜であって、きわめて小さなミクロ相分離構造を有している陽イオン交換膜を利用できるので、塩類を含む有機物を電気透析槽に供給するという簡便な方法で、有機物の漏洩を抑制しつつ、有機物から塩類を効率よく除去することができる。
また、本発明では、有機物による膜の汚染により槽電圧の上昇を防止しつつ、有機物から塩類を効率よく除去することができる。
In the desalting method of the present invention, a specific cation exchange membrane in an electrodialysis tank, that is, a cation exchange membrane composed of a polyvinyl alcohol copolymer having an anionic polymer segment and a vinyl alcohol polymer segment. In addition, since a cation exchange membrane having a very small microphase separation structure can be used, an organic matter containing salts is supplied to the electrodialysis tank, and the organic matter can be prevented from leaking while suppressing leakage of the organic matter. Salts can be removed efficiently.
Moreover, in this invention, salt can be efficiently removed from organic substance, preventing the raise of a tank voltage by the contamination of the film | membrane with organic substance.
本発明は、無機塩類を含む有機物溶液を電気透析槽において脱塩し、有機物を脱塩する方法であって、前記電気透析槽は、電極間に陰イオン交換膜と陽イオン交換膜とを交互に配列して構成した電気透析槽であり、前記陽イオン交換膜は、アニオン性基を有するアニオン性重合体セグメントとビニルアルコール重合体セグメントを有するポリビニルアルコール系共重合体を含有し、ドメインサイズ(X)が、0nm<X≦150nmの範囲内にあるミクロ相分離構造を有する陽イオン交換膜を用いることを特徴としている。 The present invention is a method for desalting an organic solution containing inorganic salts in an electrodialysis tank, and desalting the organic substance, wherein the electrodialysis tank has an anion exchange membrane and a cation exchange membrane alternately disposed between electrodes. The cation exchange membrane comprises a polyvinyl alcohol copolymer having an anionic polymer segment having an anionic group and a vinyl alcohol polymer segment, and having a domain size ( X) is characterized by using a cation exchange membrane having a microphase separation structure in a range of 0 nm <X ≦ 150 nm.
(陽イオン交換膜)
本発明で用いられる陽イオン交換膜は、アニオン性基を有するアニオン性重合体セグメントとビニルアルコール重合体セグメントとを有するポリビニルアルコール系共重合体とから構成されている。通常、アニオン性重合体セグメントとビニルアルコール重合体セグメントとは共有結合で結合されて、ポリビニルアルコール系共重合体を構成している。本発明において、重合体セグメントとは、同一のモノマー単位が2個以上連結した同一の繰り返し単位を含む重合体鎖を意味し、ブロック共重合体における重合体ブロック、グラフト重合体における幹鎖または枝鎖に相当する重合体ブロックを包含する用語として用いられている。また、アニオン性基を有するアニオン性重合体セグメントにおいて、アニオン性基は重合体末端に含まれていてもよいので、アニオン性基を有する単量体が繰り返した単位でなくてもよい。
(Cation exchange membrane)
The cation exchange membrane used in the present invention is composed of an anionic polymer segment having an anionic group and a polyvinyl alcohol copolymer having a vinyl alcohol polymer segment. Usually, an anionic polymer segment and a vinyl alcohol polymer segment are bonded by a covalent bond to constitute a polyvinyl alcohol copolymer. In the present invention, the polymer segment means a polymer chain containing the same repeating unit in which two or more of the same monomer units are linked, and is a polymer block in a block copolymer, a trunk chain or a branch in a graft polymer. It is used as a term encompassing polymer blocks corresponding to chains. In the anionic polymer segment having an anionic group, the anionic group may be contained at the end of the polymer, so that the unit having the anionic group may not be a repeated unit.
本発明で用いられる陽イオン交換膜は、上記のように、アニオン性基を有するアニオン性重合体セグメントとビニルアルコール重合体セグメントを有するポリビニルアルコール系共重合体から構成されるが、この共重合体だけでなく、この共重合体に加えて、アニオン性重合体セグメントと結合していない、アニオン性基を有しないポリビニルアルコール系重合体、ビニルアルコール重合体と結合していないアニオン性重合体を、相分離構造に影響しない程度に含んでいてもよい。 As described above, the cation exchange membrane used in the present invention is composed of an anionic polymer segment having an anionic group and a polyvinyl alcohol copolymer having a vinyl alcohol polymer segment. In addition to this copolymer, in addition to an anionic polymer segment, a polyvinyl alcohol polymer not having an anionic group, an anionic polymer not bound to a vinyl alcohol polymer, It may be included to the extent that it does not affect the phase separation structure.
本発明で用いられる陽イオン交換膜は、ポリビニルアルコール系共重合体に含まれる塩類の含有量を低下させて製膜することにより、膜を構成するポリビニルアルコール系共重合体はミクロ相分離構造を示し、そのドメインサイズを150nm以下にできることを本発明者は見出した。本発明で用いられる陽イオン交換膜は、通常、ビニルアルコール重合体セグメントが架橋処理されて実用に供されるが、ドメインサイズ(X)が、0nm<X≦150nmの範囲に特定されることにより、イオンパス構造に変化がなく、膜構造が安定し、荷電密度や膜抵抗などの電気特性が優れた、電気透析用として有用な陽イオン交換膜を得ることができる。上記のドメインサイズ(X)は、塩類含有量を低下させるほど小さくなり、0nm<X≦130nm、さらには0nm<X≦100nmとすることができる。 The cation exchange membrane used in the present invention is formed by reducing the content of salts contained in the polyvinyl alcohol copolymer, so that the polyvinyl alcohol copolymer constituting the membrane has a microphase separation structure. The present inventors have found that the domain size can be reduced to 150 nm or less. The cation exchange membrane used in the present invention is usually put to practical use after the vinyl alcohol polymer segment is cross-linked, but the domain size (X) is specified in the range of 0 nm <X ≦ 150 nm. In addition, a cation exchange membrane useful for electrodialysis can be obtained which has no change in ion path structure, a stable membrane structure, and excellent electrical characteristics such as charge density and membrane resistance. The domain size (X) becomes smaller as the salt content is lowered, and can be set to 0 nm <X ≦ 130 nm, and further 0 nm <X ≦ 100 nm.
本発明で用いられる陽イオン交換膜は、上記のようにビニルアルコール重合体セグメントを有するポリビニルアルコール系共重合体から構成されているので、親水性のイオン交換膜である。このことにより被処理液中の有機汚染物質の付着による汚染を抑制できる利点を有する。ここで構成ポリマーが親水性であるとは、上記アニオン性重合体であるために必要な官能基(アニオン性基)がない構造において親水性を有することを意味する。このように、構成重合体が親水性重合体であることにより、親水性度の高い陽イオン交換膜が得られ、被処理液中の有機汚染物質が陽イオン交換膜に付着して膜の性能を低下させる問題を低減できる。また、膜強度が高くなるという利点を有する。 Since the cation exchange membrane used in the present invention is composed of the polyvinyl alcohol copolymer having the vinyl alcohol polymer segment as described above, it is a hydrophilic ion exchange membrane. This has the advantage that contamination due to adhesion of organic pollutants in the liquid to be treated can be suppressed. Here, that the constituent polymer is hydrophilic means that the polymer has hydrophilicity in a structure having no functional group (anionic group) necessary for the anionic polymer. As described above, since the constituent polymer is a hydrophilic polymer, a cation exchange membrane having a high degree of hydrophilicity is obtained, and organic contaminants in the liquid to be treated adhere to the cation exchange membrane and the performance of the membrane. The problem of lowering can be reduced. Moreover, it has the advantage that film | membrane intensity | strength becomes high.
(アニオン性重合体)
本発明で用いられるアニオン性重合体セグメントを構成するアニオン性重合体は、分子鎖中にアニオン性基を含有する重合体である。当該アニオン性基は主鎖、側鎖、末端のいずれに含まれていても構わない。アニオン性基としては、スルホネート基、カルボキシレート基、ホスホネート基などが例示される。また、スルホン酸基、カルボキシル基、ホスホン酸基のように、水中において少なくともその一部が、スルホネート基、カルボキシレート基、ホスホネート基に変換し得る官能基も、アニオン性基に含まれる。この中で、イオン解離定数が大きい点から、スルホネート基が好ましい。アニオン性重合体は、1種類のみのアニオン性基を含有していてもよいし、複数種のアニオン性基を含有していてもよい。また、アニオン性基の対カチオンは特に限定されず、水素イオン、アルカリ金属イオン、などが例示される。この中で、設備の腐蝕問題が少ない点から、アルカリ金属イオンが好ましい。アニオン性重合体は、1種類のみの対カチオンを含有していてもよいし、複数種の対カチオンを含有していてもよい。
(Anionic polymer)
The anionic polymer constituting the anionic polymer segment used in the present invention is a polymer containing an anionic group in the molecular chain. The anionic group may be contained in any of the main chain, side chain, and terminal. Examples of the anionic group include a sulfonate group, a carboxylate group, and a phosphonate group. In addition, functional groups that can be converted into sulfonate groups, carboxylate groups, and phosphonate groups at least partially in water, such as sulfonic acid groups, carboxyl groups, and phosphonic acid groups are also included in the anionic groups. Of these, a sulfonate group is preferred because of its large ion dissociation constant. The anionic polymer may contain only one type of anionic group or may contain a plurality of types of anionic groups. Moreover, the counter cation of an anionic group is not specifically limited, A hydrogen ion, an alkali metal ion, etc. are illustrated. Of these, alkali metal ions are preferred from the viewpoint of less equipment corrosion problems. The anionic polymer may contain only one type of counter cation or may contain a plurality of types of counter cation.
本発明で用いられるアニオン性重合体は、上記アニオン性基を含有する構造単位のみからなる重合体であってもよいし、上記アニオン性基を含有しない構造単位をさらに含む重合体であってもよい。また、これらの重合体は架橋性を有するものであることが好ましい。アニオン性重合体は、1種類のみの重合体からなるものであってもよいし、複数種のアニオン性重合体を含むものであってもよい。また、これらアニオン性重合体と別の重合体との混合物であっても構わない。ここでアニオン性重合体以外の重合体はカチオン性重合体でないことが望ましい。 The anionic polymer used in the present invention may be a polymer composed only of a structural unit containing the anionic group, or may be a polymer further containing a structural unit not containing the anionic group. Good. Moreover, it is preferable that these polymers have a crosslinking property. An anionic polymer may consist of only one type of polymer, or may include a plurality of types of anionic polymers. Moreover, you may be a mixture of these anionic polymers and another polymer. Here, the polymer other than the anionic polymer is preferably not a cationic polymer.
アニオン性重合体としては、以下の一般式(1)および(2)の構造単位を有するものが例示される。 As an anionic polymer, what has the structural unit of the following general formula (1) and (2) is illustrated.
[式中、R5は水素原子またはメチル基を表す。Gは−SO3H、−SO3−M+、−PO3H、−PO3−M+、−CO2Hまたは−CO2−M+を表す。M+はアンモニウムイオンまたはアルカリ金属イオンを表す。] [Wherein R 5 represents a hydrogen atom or a methyl group. G is -SO 3 H, -SO 3 -M + , - PO 3 H, -PO 3 -M +, - represents a CO 2 H or -CO 2 -M +. M + represents an ammonium ion or an alkali metal ion. ]
一般式(1)で表わされる構造単位を含有するアニオン性重合体としては、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸の単独重合体または共重合体などが例示される。 Examples of the anionic polymer containing the structural unit represented by the general formula (1) include 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid homopolymer or copolymer.
[式中、R5は水素原子またはメチル基を表わし、Tは水素原子がメチル基で置換されていてもよいフェニレン基またはナフチレン基を表わす。Gは一般式(1)と同義である。] [Wherein R 5 represents a hydrogen atom or a methyl group, and T represents a phenylene group or a naphthylene group in which the hydrogen atom may be substituted with a methyl group. G is synonymous with the general formula (1). ]
一般式(2)で表わされる構造単位を含有するアニオン性重合体としては、p−スチレンスルホン酸ナトリウムなどp−スチレンスルホン酸塩の単独重合体または共重合体などが例示される。 Examples of the anionic polymer containing the structural unit represented by the general formula (2) include homopolymers or copolymers of p-styrene sulfonate such as sodium p-styrene sulfonate.
また、アニオン性重合体としては、ビニルスルホン酸、(メタ)アリルスルホン酸などのスルホン酸またはその塩の単独重合体または共重合体、フマール酸、マレイン酸、イタコン酸、無水マレイン酸、無水イタコン酸等のジカルボン酸、その誘導体またはその塩の単独重合体または共重合体なども例示される。 Examples of the anionic polymer include homopolymers or copolymers of sulfonic acids such as vinyl sulfonic acid and (meth) allyl sulfonic acid or salts thereof, fumaric acid, maleic acid, itaconic acid, maleic anhydride, itaconic anhydride. Examples include dicarboxylic acids such as acids, homopolymers or copolymers of derivatives or salts thereof.
一般式(1)または(2)において、Gは、より高い荷電密度を与えるスルホネート基、スルホン酸基、ホスホネート基、またはホスホン酸基であることが好ましい。また一般式(1)および一般式(2)中、M+で表わされるアルカリ金属イオンとしてはナトリウムイオン、カリウムイオン、リチウムイオン等が挙げられる。 In the general formula (1) or (2), G is preferably a sulfonate group, a sulfonic acid group, a phosphonate group, or a phosphonic acid group that gives a higher charge density. In the general formulas (1) and (2), examples of the alkali metal ion represented by M + include sodium ion, potassium ion, and lithium ion.
(ビニルアルコール重合体セグメント)
本発明において、ビニルアルコール重合体セグメントを構成するポリビニルアルコールとしては、ビニルエステル系モノマー重合して得られたビニルエステル系重合体をけん化し、ビニルエステル単位をビニルアルコール単位としたものが用いられる。前記ビニルエステル系モノマーとしては、例えば、ギ酸ビニル、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、バレリン酸ビニル、ラウリン酸ビニル、ステアリン酸ビニル、安息香酸ビニル、ピバリン酸ビニル、バーサティック酸ビニル等を挙げることができ、これらのなかでも酢酸ビニルを用いるのが好ましい。
ビニルエステル系モノマーを共重合させる際には、必要に応じて共重合可能なモノマーを、発明の効果を損なわない範囲内(好ましくは50モル%以下、より好ましくは30モル%以下の割合)で共重合させても良い。
このようなビニルエステル系モノマーと共重合可能なモノマーとしては、例えば、エチレン、プロピレン、1−ブテン、イソブテン等の炭素数3〜30のオレフィン類;アクリル酸およびその塩;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、アクリル酸2−エチルへキシル、アクリル酸ドデシルアクリル酸オクタデシル等のアクリル酸エステル類;メタクリル酸およびその塩;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、メタクリル酸2−エチルへキシル、メタクリル酸ドデシル、メタクリル酸オクタデシル等のメタクリル酸エステル類;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、アクリルアミドプロパンスルホン酸およびその塩、アクリルアミドプロピルジメチルアミンおよびその塩、N−メチロールアクリルアミドおよびその誘導体等のアクリルアミド誘導体;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パンスルホン酸およびその塩、メタクリルアミドプロピルジメチルアミンおよびその塩、N−メチロールメタクリルアミドおよびその誘導体等のメタクリルアミド誘導体;N−ビニルホルムアミド、N−ビニルアセトアミド、N−ビニルピロリドン等のN−ビニルアミド類;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等のビニルエーテル類;アクリロニトリル、メタクリロニトリル等のニトリル類;塩化ビニル、塩化ビニリデン、フッ化ビニル、フッ化ビニリデン等のハロゲン化ビニル類;酢酸アリル、塩化アリル等のアリル化合物;マレイン酸およびその塩またはそのエステル;イタコン酸およびその塩またはそのエステル;ビニルトリメトキシシラン等のビニルシリル化合物;酢酸イソプロペニル等を挙げることができる。
(Vinyl alcohol polymer segment)
In the present invention, as the polyvinyl alcohol constituting the vinyl alcohol polymer segment, those obtained by saponifying a vinyl ester polymer obtained by polymerizing a vinyl ester monomer and using the vinyl ester unit as a vinyl alcohol unit are used. Examples of the vinyl ester monomers include vinyl formate, vinyl acetate, vinyl propionate, vinyl valelate, vinyl laurate, vinyl stearate, vinyl benzoate, vinyl pivalate, vinyl versatate, and the like. Of these, vinyl acetate is preferably used.
When the vinyl ester monomer is copolymerized, a monomer that can be copolymerized, if necessary, within a range that does not impair the effects of the invention (preferably 50 mol% or less, more preferably 30 mol% or less). It may be copolymerized.
Examples of the monomer copolymerizable with the vinyl ester monomer include olefins having 3 to 30 carbon atoms such as ethylene, propylene, 1-butene and isobutene; acrylic acid and salts thereof; methyl acrylate and acrylic acid. Acrylic acid such as ethyl, n-propyl acrylate, i-propyl acrylate, n-butyl acrylate, i-butyl acrylate, t-butyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate, octadecyl acrylate Esters; methacrylic acid and salts thereof; methyl methacrylate, ethyl methacrylate, n-propyl methacrylate, i-propyl methacrylate, n-butyl methacrylate, i-butyl methacrylate, t-butyl methacrylate, methacrylic acid 2 -Ethylhexyl, dodecyl methacrylate, Methacrylic acid esters such as octadecyl tacrylate; acrylamide, N-methylacrylamide, N-ethylacrylamide, N, N-dimethylacrylamide, diacetoneacrylamide, acrylamidepropanesulfonic acid and its salt, acrylamidopropyldimethylamine and its salt, N Acrylamide derivatives such as methylolacrylamide and its derivatives; methacrylamide, N-methylmethacrylamide, N-ethylmethacrylamide, methacrylamidepropanesulfonic acid and its salts, methacrylamidepropyldimethylamine and its salts, N-methylolmethacrylamide and Methacrylamide derivatives such as derivatives thereof; N such as N-vinylformamide, N-vinylacetamide, N-vinylpyrrolidone Vinyl amides; Vinyl ethers such as methyl vinyl ether, ethyl vinyl ether, n-propyl vinyl ether, i-propyl vinyl ether, n-butyl vinyl ether, i-butyl vinyl ether, t-butyl vinyl ether, dodecyl vinyl ether, stearyl vinyl ether; acrylonitrile, methacrylonitrile, etc. Nitriles; vinyl halides such as vinyl chloride, vinylidene chloride, vinyl fluoride and vinylidene fluoride; allyl compounds such as allyl acetate and allyl chloride; maleic acid and its salts or esters; itaconic acid and its salts or its Examples include esters; vinylsilyl compounds such as vinyltrimethoxysilane; and isopropenyl acetate.
ポリビニルアルコール系共重合体におけるアニオン性基以外の部分の構造単位は、それぞれ独立に選択することができるが、前記共重合体は、同一の構造単位を有する単量体から構成されることが好ましい。これにより、ドメイン同士の間の親和性が高くなるため、陽イオン交換膜の機械的強度が増大する。ポリビニルアルコール系共重合体は、同一の構造単位を50モル%以上有していることが好ましく、70モル%以上有していることがより好ましい。 The structural units other than the anionic group in the polyvinyl alcohol-based copolymer can be independently selected, but the copolymer is preferably composed of monomers having the same structural unit. . Thereby, since the affinity between domains becomes high, the mechanical strength of a cation exchange membrane increases. The polyvinyl alcohol copolymer preferably has 50 mol% or more of the same structural unit, more preferably 70 mol% or more.
また、親水性であることが望ましいことから、同一の構造単位がビニルアルコール単位であることが特に好ましい。ビニルアルコール単位を有することにより、グルタルアルデヒドなどの架橋処理剤によりドメイン同士の間を化学的に架橋することができるので、陽イオン交換膜の機械的強度をさらに高くすることもできる。 Moreover, since it is desirable that it is hydrophilic, it is particularly preferable that the same structural unit is a vinyl alcohol unit. By having a vinyl alcohol unit, the domains can be chemically crosslinked with a crosslinking agent such as glutaraldehyde, so that the mechanical strength of the cation exchange membrane can be further increased.
上記のように、本発明において、アニオン性重合体セグメントとビニルアルコール重合体セグメントとを有するポリビニルアルコール系共重合体は、アニオン性重合体セグメントとビニルアルコール重合体セグメントとが結合している構造が好ましい。 As described above, in the present invention, the polyvinyl alcohol copolymer having an anionic polymer segment and a vinyl alcohol polymer segment has a structure in which the anionic polymer segment and the vinyl alcohol polymer segment are bonded. preferable.
本発明で用いられる陽イオン交換膜は、上記のようにアニオン性重合体セグメントにビニルアルコール重合体セグメントを有するポリビニルアルコール系共重合体から構成されているが、ポリビニルアルコール系共重合体は、アニオン性基を含有しないビニルアルコール重合体を含み混合物から構成されていてもよい。 The cation exchange membrane used in the present invention is composed of a polyvinyl alcohol copolymer having a vinyl alcohol polymer segment in an anionic polymer segment as described above. It may be composed of a mixture containing a vinyl alcohol polymer not containing a functional group.
(ブロックまたはグラフト共重合体)
本発明において、前記ポリビニルアルコール系共重合体は、アニオン性重合体セグメントとビニルアルコール重合体セグメントとがブロック共重合体またはグラフト共重合体を形成しているのが好ましい。なかでも、ブロック共重合体がより好適に用いられる。こうすることにより、陽イオン交換膜全体の強度の向上、膜の膨潤度の抑制、および形状保持についての機能を担うビニルアルコール重合体ブロックと、陽イオンを透過させる機能を担うアニオン性基単量体を重合してなるアニオン性重合体ブロックとが役割分担でき、陽イオン交換膜のイオン透過機能と寸法安定性とを両立することができる。アニオン性基単量体を重合してなる重合体ブロックの構造単位は特に限定されないが、前記一般式(1)〜(2)で表わされるものなどが例示される。この中で、入手容易である点から、アニオン性重合体を構成する単量体としては、p−スチレンスルホン酸塩または2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸塩を用いて、p−スチレンスルホン酸塩を重合してなるアニオン性重合体ブロックとビニルアルコール重合体ブロックとを含有するアニオン性ブロック共重合体、または2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸塩を重合してなるアニオン性重合体ブロックとビニルアルコール重合体ブロックとからなるブロック共重合体が好ましく用いられる。
また、グラフト共重合体としては、アニオン性重合体セグメントを幹鎖として、ビニルアルコール重合体性セグメントを枝鎖とする場合と、ビニルアルコール重合体セグメントを幹鎖として、アニオン性重合体セグメントを枝鎖とする場合とがある。本発明においては特に限定されないが、強度的性質を得やすい点から、ビニルアルコールを幹鎖として、アニオン性重合体セグメントを枝鎖とするグラフト共重合体が好ましい。グラフト共重合方法としては、公知の方法が適用される。
(Block or graft copolymer)
In the present invention, the polyvinyl alcohol copolymer preferably has a block copolymer or graft copolymer in which the anionic polymer segment and the vinyl alcohol polymer segment. Among these, a block copolymer is more preferably used. By doing this, the vinyl alcohol polymer block responsible for the function of improving the strength of the entire cation exchange membrane, suppressing the degree of swelling of the membrane, and maintaining the shape, and the amount of anionic group responsible for the permeation of the cation The anionic polymer block obtained by polymerizing the polymer can share the role, and both the ion permeation function and the dimensional stability of the cation exchange membrane can be achieved. The structural unit of the polymer block obtained by polymerizing the anionic group monomer is not particularly limited, and examples thereof include those represented by the general formulas (1) to (2). Among these, from the viewpoint of easy availability, as the monomer constituting the anionic polymer, p-styrene sulfonate or 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonate is used. Anionic block copolymer containing an anionic polymer block obtained by polymerizing an acid salt and a vinyl alcohol polymer block, or an anionic polymer obtained by polymerizing 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonate A block copolymer comprising a block and a vinyl alcohol polymer block is preferably used.
The graft copolymer includes an anionic polymer segment as a backbone and a vinyl alcohol polymer segment as a branched chain, and a vinyl alcohol polymer segment as a backbone and an anionic polymer segment as a branch. Sometimes it is a chain. Although it is not particularly limited in the present invention, a graft copolymer having vinyl alcohol as a main chain and an anionic polymer segment as a branched chain is preferable from the viewpoint of easily obtaining strength properties. A known method is applied as the graft copolymerization method.
(ブロック共重合体の製造方法)
本発明で用いられるアニオン性単量体を重合してなるアニオン性重合体ブロックとビニルアルコール重合体ブロックとを含有するブロック共重合体の製造方法は主に次の2つの方法に大別される。すなわち、(1)所望のブロック共重合体を製造した後、特定のブロックにアニオン性基を結合させる方法、および(2)少なくとも1種類のアニオン性基単量体を重合させて所望のブロック共重合体を製造する方法である。このうち、(1)については、末端にメルカプト基を有するポリビニルアルコールの存在下、1種類または複数種の単量体をブロック共重合させ、次いでブロック共重合体中の1種類または複数種の重合体成分にイオン基を導入する方法、(2)については、末端にメルカプト基を有するポリビニルアルコールの存在下、少なくとも1種類のアニオン性基単量体をラジカル重合させることによりブロック共重合体を製造する方法が挙げられるが、これらの方法は、工業的な容易さから好ましい。特に、ブロック共重合体中のビニルアルコールブロックとアニオン性基単量体を重合してなるアニオン性重合体ブロックの各ブロックにおける構成単量体の種類や量を容易に制御できることから、末端にメルカプト基を有するポリビニルアルコールの存在下、少なくとも1種類のアニオン性基単量体をラジカル重合させてブロック共重合体を製造する方法が好ましい。こうして得られるアニオン性基単量体を重合してなる重合体ブロックとビニルアルコール重合体ブロックとを含有するブロック共重合体には、末端にメルカプト基を有するポリビニルアルコールが未反応のまま含まれていても構わない。
(Method for producing block copolymer)
The method for producing a block copolymer containing an anionic polymer block obtained by polymerizing an anionic monomer used in the present invention and a vinyl alcohol polymer block is mainly classified into the following two methods. . (1) a method in which a desired block copolymer is produced and then an anionic group is bonded to a specific block; and (2) at least one anionic group monomer is polymerized to form a desired block copolymer. It is a method for producing a polymer. Among these, for (1), one or more types of monomers are block copolymerized in the presence of polyvinyl alcohol having a mercapto group at the terminal, and then one or more types of polymer in the block copolymer are copolymerized. For the method of introducing an ionic group into the coalescing component, (2), a block copolymer is produced by radical polymerization of at least one anionic group monomer in the presence of polyvinyl alcohol having a mercapto group at the terminal. However, these methods are preferable because of industrial ease. In particular, the type and amount of constituent monomers in each block of an anionic polymer block obtained by polymerizing a vinyl alcohol block and an anionic group monomer in the block copolymer can be easily controlled. A method of producing a block copolymer by radical polymerization of at least one anionic group monomer in the presence of a group-containing polyvinyl alcohol is preferred. The block copolymer containing a polymer block obtained by polymerizing the anionic group monomer thus obtained and a vinyl alcohol polymer block contains unreacted polyvinyl alcohol having a mercapto group at the terminal. It doesn't matter.
これらのブロック共重合体の製造に用いられる、末端にメルカプト基を有するビニルアルコール系重合体は、例えば、特開昭59−187003号公報などに記載されている方法により得ることができる。すなわち、チオール酸の存在下にビニルエステル系単量体、例えば酢酸ビニルをラジカル重合して得られるビニルエステル系重合体をけん化する方法が挙げられる。このようにして得られる末端にメルカプト基を有するポリビニルアルコールと、アニオン性基単量体とを用いてブロック共重合体を得る方法としては、例えば、特開昭59−189113号公報などに記載された方法が挙げられる。すなわち、末端にメルカプト基を有するポリビニルアルコールの存在下にアニオン性基単量体をラジカル重合させることによりブロック共重合体を得ることができる。このラジカル重合は公知の方法、例えばバルク重合、溶液重合、パール重合、乳化重合などによって行うことができるが、末端にメルカプト基を含有するポリビニルアルコールを溶解し得る溶剤、例えば水やジメチルスルホキシドを主体とする媒体中で行うのが好ましい。また、重合プロセスとしては、回分法、半回分法、連続法のいずれをも採用することができる。 The vinyl alcohol polymer having a mercapto group at the end used for the production of these block copolymers can be obtained, for example, by the method described in JP-A-59-187003. That is, a method of saponifying a vinyl ester polymer obtained by radical polymerization of a vinyl ester monomer such as vinyl acetate in the presence of thiolic acid can be mentioned. A method for obtaining a block copolymer using a polyvinyl alcohol having a mercapto group at the terminal thus obtained and an anionic group monomer is described in, for example, JP-A-59-189113. Method. That is, a block copolymer can be obtained by radical polymerization of an anionic group monomer in the presence of polyvinyl alcohol having a mercapto group at the terminal. This radical polymerization can be carried out by a known method such as bulk polymerization, solution polymerization, pearl polymerization, emulsion polymerization, etc., but mainly contains a solvent capable of dissolving polyvinyl alcohol containing a mercapto group at the terminal, such as water or dimethyl sulfoxide. It is preferable to carry out in the medium. As the polymerization process, any of a batch method, a semi-batch method, and a continuous method can be employed.
上記ラジカル重合は、通常のラジカル重合開始剤、例えば、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、ベンゾイルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、ジイソプロピルパーオキシカーボネート、4,4′−アゾビス−(4−シアノペンタノイックナトリウム)、4,4′−アゾビス−(4−シアノペンタノイックアンモニウム)、4,4′−アゾビス−(4−シアノペンタノイックカリウム)、4,4′−アゾビス−(4−シアノペンタノイックリチウム)等や2,2′−アゾビス{2−メチル−N−[1,1′−ビス(ヒドロキシメチル)−2−ヒドロキシエチル]プロピオンアミド}、2過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム等の中から重合系にあったものを使用して行うことができるが、水系での重合の場合、ビニルアルコール系重合体末端のメルカプト基と臭素酸カリウム、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム、過酸化水素等の酸化剤によるレドックス開始や,2′−アゾビス[2−メチル−N(2−ヒドロキシエチル)プロピオンアミド]等でも可能である。特には、分解後もイオン性残基が発生しないものが特に好まれる。 The above radical polymerization may be carried out using a conventional radical polymerization initiator such as 2,2′-azobisisobutyronitrile, benzoyl peroxide, lauroyl peroxide, diisopropyl peroxycarbonate, 4,4′-azobis- (4-cyano Pentanoic sodium), 4,4'-azobis- (4-cyanopentanoic ammonium), 4,4'-azobis- (4-cyanopentanoic potassium), 4,4'-azobis- (4- Cyanopentanoic lithium), 2,2'-azobis {2-methyl-N- [1,1'-bis (hydroxymethyl) -2-hydroxyethyl] propionamide}, potassium persulfate, ammonium persulfate, etc. However, in the case of polymerization in an aqueous system, vinyl alcohol can be used. Start of redox with mercapto group at the end of polymer and oxidant such as potassium bromate, potassium persulfate, ammonium persulfate, hydrogen peroxide, 2'-azobis [2-methyl-N (2-hydroxyethyl) propionamide] Etc. are also possible. In particular, those that do not generate ionic residues after decomposition are particularly preferred.
ビニルエステル系重合体のけん化反応の触媒としては通常アルカリ性物質が用いられ、その例として、水酸化カリウム、水酸化ナトリウムなどのアルカリ金属の水酸化物、およびナトリウムメトキシドなどのアルカリ金属アルコキシドが挙げられる。けん化触媒は、けん化反応の初期に一括して添加しても良いし、あるいはけん化反応の初期に一部を添加し、残りをけん化反応の途中で追加して添加しても良い。けん化反応に用いられる溶媒としては、メタノール、酢酸メチル、ジメチルスルホキシド、ジエチルスルホキシド、ジメチルホルムアミドなどが挙げられる。これらの溶媒の中でもメタノールが好ましい。けん化反応は、バッチ法および連続法のいずれの方式にても実施可能である。けん化反応の終了後に、必要に応じて、残存するけん化触媒を中和しても良く、使用可能な中和剤として、酢酸、乳酸などの有機酸、および酢酸メチルなどのエステル化合物などが挙げられる。 Alkaline substances are usually used as catalysts for saponification reactions of vinyl ester polymers. Examples thereof include alkali metal hydroxides such as potassium hydroxide and sodium hydroxide, and alkali metal alkoxides such as sodium methoxide. It is done. The saponification catalyst may be added all at once in the early stage of the saponification reaction, or a part thereof may be added in the early stage of the saponification reaction, and the rest may be added and added during the saponification reaction. Examples of the solvent used for the saponification reaction include methanol, methyl acetate, dimethyl sulfoxide, diethyl sulfoxide, dimethylformamide and the like. Of these solvents, methanol is preferred. The saponification reaction can be carried out by either a batch method or a continuous method. After completion of the saponification reaction, the remaining saponification catalyst may be neutralized as necessary, and usable neutralizing agents include organic acids such as acetic acid and lactic acid, and ester compounds such as methyl acetate. .
(ビニルアルコール重合体のけん化度)
ビニルアルコール重合体のけん化度は特に限定されないが、40〜99.9モル%であることが好ましい。けん化度が40モル%未満だと、結晶性が低下し、陽イオン交換膜の強度が不足するおそれがある。けん化度が60モル%以上であることがより好ましく、80モル%以上であることがさらに好ましい。通常、けん化度は99.9モル%以下である。このとき、前記ポリビニルアルコールが複数種のポリビニルアルコールの混合物である場合のけん化度は、混合物全体としての平均のけん化度をいう。なお、ポリビニルアルコールのけん化度は、JIS K6726に準じて測定した値である。
(Degree of saponification of vinyl alcohol polymer)
Although the saponification degree of a vinyl alcohol polymer is not specifically limited, It is preferable that it is 40-99.9 mol%. If the degree of saponification is less than 40 mol%, the crystallinity is lowered and the strength of the cation exchange membrane may be insufficient. The saponification degree is more preferably 60 mol% or more, and further preferably 80 mol% or more. Usually, the saponification degree is 99.9 mol% or less. At this time, the saponification degree when the polyvinyl alcohol is a mixture of plural kinds of polyvinyl alcohols refers to the average saponification degree of the whole mixture. The saponification degree of polyvinyl alcohol is a value measured according to JIS K6726.
(ポリビニルアルコールの重合度)
ビニルアルコール重合体セグメントを構成するポリビニルアルコールの粘度平均重合度(以下単に重合度と言うことがある)は特に限定されないが、50〜10000であることが好ましい。重合度が50未満だと、実用上で陽イオン交換膜が十分な強度を保持できないおそれがある。重合度が100以上であることがより好ましい。重合度が10000を超えると重合体水溶液の粘度が高すぎて、塗布が困難になり、得られる膜に欠陥が生じやすくなるおそれがある。重合度が8000以下であることがより好ましい。このとき、前記ポリビニルアルコールが複数種のポリビニルアルコールの混合物である場合の重合度は、混合物全体としての平均の重合度をいう。なお、ポリビニルアルコールの粘度平均重合度は、JIS K6726に準じて測定した値である。本発明で用いられるイオン基を含有しないポリビニルアルコールの重合度も、上記範囲であることが好ましい。
(Polyvinyl alcohol polymerization degree)
The viscosity average degree of polymerization of the polyvinyl alcohol constituting the vinyl alcohol polymer segment (hereinafter sometimes simply referred to as the degree of polymerization) is not particularly limited, but is preferably 50 to 10,000. When the degree of polymerization is less than 50, there is a possibility that the cation exchange membrane cannot maintain sufficient strength in practical use. More preferably, the degree of polymerization is 100 or more. If the degree of polymerization exceeds 10,000, the viscosity of the aqueous polymer solution is too high, making it difficult to apply, and possibly causing defects in the resulting film. The degree of polymerization is more preferably 8000 or less. At this time, the polymerization degree in the case where the polyvinyl alcohol is a mixture of plural kinds of polyvinyl alcohols means an average polymerization degree as the whole mixture. In addition, the viscosity average polymerization degree of polyvinyl alcohol is a value measured according to JIS K6726. The polymerization degree of polyvinyl alcohol containing no ionic group used in the present invention is also preferably within the above range.
(アニオン性基単量体単位の含有量)
陽イオン交換膜を構成するポリビニルアルコール系共重合体中のアニオン性基単量体単位の含有量は特に限定されないが、前記共重合体のアニオン性基単量体単位の含有量、すなわち、前記共重合体中の単量体単位の総数に対するアニオン性基単量体単位の数の割合が、0.1モル%以上であることが好ましい。アニオン性基単量体単位の含有量が0.1モル%未満だと、陽イオン交換膜中の有効荷電密度が低下し、電解質選択透過性が低下するおそれがある。アニオン性基単量体単位の含有量が0.5モル%以上であることがより好ましく、1モル%以上であることがさらに好ましい。また、アニオン性基単量体単位の含有量は50モル%以下であることが好ましい。アニオン性基単量体単位の含有量が50モル%を超えると、陽イオン交換膜の膨潤度が高くなり、陽イオン交換膜中の有効荷電密度が低下し、電解質選択透過性が低下するおそれがある。アニオン性基単量体単位の含有量が30モル%以下であることがより好ましく、20モル%以下であることがさらに好ましい。ポリビニルアルコール系共重合体が、アニオン性基を含有する重合体とアニオン性基を含有しない重合体との混合物である場合や、アニオン性基を含有する重合体の複数種の混合物である場合のアニオン性基単量体単位の含有量は、混合物中の単量体単位の総数に対するアニオン性基単量体単位の数の割合をいう。
(Content of anionic group monomer unit)
The content of the anionic group monomer unit in the polyvinyl alcohol copolymer constituting the cation exchange membrane is not particularly limited, but the content of the anionic group monomer unit of the copolymer, that is, the above The ratio of the number of anionic group monomer units to the total number of monomer units in the copolymer is preferably 0.1 mol% or more. When the content of the anionic group monomer unit is less than 0.1 mol%, the effective charge density in the cation exchange membrane is lowered, and the electrolyte permselectivity may be lowered. The content of the anionic group monomer unit is more preferably 0.5 mol% or more, and further preferably 1 mol% or more. Moreover, it is preferable that content of an anionic group monomer unit is 50 mol% or less. When the content of the anionic group monomer unit exceeds 50 mol%, the degree of swelling of the cation exchange membrane increases, the effective charge density in the cation exchange membrane decreases, and the electrolyte permselectivity may decrease. There is. The content of the anionic group monomer unit is more preferably 30 mol% or less, and further preferably 20 mol% or less. When the polyvinyl alcohol copolymer is a mixture of a polymer containing an anionic group and a polymer not containing an anionic group, or a mixture of a plurality of polymers containing an anionic group The content of anionic group monomer units refers to the ratio of the number of anionic group monomer units to the total number of monomer units in the mixture.
(陽イオン交換膜の製造方法)
本発明で用いられる陽イオン交換膜の製造方法の特徴は、ビニルアルコール重合体セグメントと、アニオン性基を有するアニオン性重合体セグメントを構成成分とするポリビニルアルコール系共重合体(好ましくは、ブロック共重合体)を主成分とし、前記共重合体中の塩類を低減し、製膜することで相分離ドメインサイズを小さくしたことにある。ここで言う塩類とは、ビニルアルコール重合体セグメントを構成するポリビニルアルコール中に含まれる不純物である硫酸塩、酢酸塩や、アニオン性基を有するアニオン性重合体セグメントを構成する、アニオン性基を有するモノマーに不純物として含まれる、臭化物塩、塩化物塩、硝酸塩、リン酸塩などの金属塩が挙げられる。これらの塩類は、ポリビニルアルコール系共重合体に不可避的に不純物として混入するものであるが、本発明者らはこの不純物の混入が、製膜時において、ポリビニルアルコール系共重合体におけるアニオン性重合体セグメントのミクロ相分離を大きくして、膜特性に悪影響を及ぼすことを見出した。本発明においては、ポリビニルアルコール系共重合体に含まれる塩類の含有量を低下させて製膜することで、膜の相分離ドメインサイズを小さくすることができる。このときのポリビニルアルコール系共重合体の重量(P)に対する塩類の重量(C)の比(重量比)(C)/(P)は、4.5/95.5以下が必要で、より相分離ドメインサイズを小さくするには、4.0/96.0以下、さらに好ましくは、3.5/96.5以下である、重量比(C)/(P)が4.5/95.5を超えると、アニオン性基重合体セグメントのミクロ相分離ドメインサイズが大きくなり、陽イオン交換膜として使用したとき、イオンパス構造に変化が生じて、耐久性にある陽イオン交換膜を得ることができない。
(Method for producing cation exchange membrane)
The cation exchange membrane used in the present invention is characterized by a vinyl alcohol polymer segment and a polyvinyl alcohol copolymer (preferably a block copolymer) comprising an anionic polymer segment having an anionic group as constituent components. The main component is a polymer), the amount of salts in the copolymer is reduced, and the phase separation domain size is reduced by forming a film. The salts referred to herein have an anionic group that constitutes an anionic polymer segment having an anionic group, such as sulfate and acetate which are impurities contained in the polyvinyl alcohol constituting the vinyl alcohol polymer segment. Examples thereof include metal salts such as bromide salts, chloride salts, nitrates, and phosphates contained as impurities in the monomer. These salts are inevitably mixed as impurities in the polyvinyl alcohol copolymer, and the present inventors have mixed these impurities into the anionic heavy polymer in the polyvinyl alcohol copolymer at the time of film formation. It has been found that the microphase separation of the coalesced segment is increased to adversely affect the membrane characteristics. In the present invention, the phase separation domain size of the membrane can be reduced by reducing the content of salts contained in the polyvinyl alcohol copolymer to form a membrane. At this time, the ratio (weight ratio) (C) / (P) of the weight (C) of the salt to the weight (P) of the polyvinyl alcohol-based copolymer needs to be 4.5 / 95.5 or less. In order to reduce the separation domain size, it is 4.0 / 96.0 or less, more preferably, 3.5 / 96.5 or less, and the weight ratio (C) / (P) is 4.5 / 95.5. If it exceeds 1, the microphase separation domain size of the anionic group polymer segment will increase, and when used as a cation exchange membrane, the ion path structure will change, and a durable cation exchange membrane cannot be obtained. .
ポリビニルアルコール系共重合体に含まれる塩類の含有量を所定値以下に減少させるには、特に限定されないが、例えば、ビニルコール重合体セグメントを構成するポリビニルアルコール中に含まれる不純物については、ポリマーフレークを水洗することにより減少させることができる。
また、アニオン性重合体セグメントを構成するポリマー中に含まれる不純物については、該ポリマーを適当な溶媒に溶解したポリマー溶液を貧溶媒中で再沈殿精製することにより減少させて、ポリマーを精製することができる。
なお、本発明において、塩類の含有量は上記のように低減されておればよく、したがって、ポリビニルアルコールとアニオン性重合体のどちらか一方または両方を精製して上記に規定する含有量に低減させればよい。
The content of the salt contained in the polyvinyl alcohol-based copolymer is not particularly limited in order to reduce it to a predetermined value or less. For example, for impurities contained in the polyvinyl alcohol constituting the vinyl alcohol polymer segment, polymer flakes are used. Can be reduced by washing with water.
In addition, impurities contained in the polymer constituting the anionic polymer segment can be reduced by reprecipitation purification in a poor solvent of a polymer solution obtained by dissolving the polymer in an appropriate solvent, thereby purifying the polymer. Can do.
In the present invention, the salt content only needs to be reduced as described above. Therefore, one or both of polyvinyl alcohol and anionic polymer are purified to reduce the content to the above-described content. Just do it.
(製膜)
上記により塩類含有量を調整されたポリビニルアルコール系共重合体を、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から構成される溶媒に溶解して、ダイから押し出して膜状に成形し、溶媒を揮発除去することにより所定厚みの膜を形成することができる。皮膜をプレート上またはローラ上で成形する際の製膜温度は、特に限定されないが、通常、室温〜100℃程度の温度範囲が適当である。溶媒除去は、適宜加熱しておこなうことができる。
(Film formation)
The polyvinyl alcohol copolymer having a salt content adjusted as described above is dissolved in a solvent composed of water, a lower alcohol such as methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, or a mixed solvent thereof, A film having a predetermined thickness can be formed by extruding from a die, forming into a film, and removing the solvent by volatilization. The film forming temperature when the film is formed on a plate or a roller is not particularly limited, but a temperature range of about room temperature to about 100 ° C. is usually appropriate. Solvent removal can be performed by heating as appropriate.
(膜厚)
本発明で用いられる陽イオン交換膜は、電気透析用電解質膜として必要な性能、機械的強度、ハンドリング性等の観点から、その膜厚が30〜1000μm程度であることが好ましい。膜厚が30μm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。好ましくは40〜500μmであり、より好ましくは50〜300μmである。
(Film thickness)
The cation exchange membrane used in the present invention preferably has a film thickness of about 30 to 1000 μm from the viewpoints of performance, mechanical strength, handling properties, etc. required as an electrolyte membrane for electrodialysis. When the film thickness is less than 30 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. Preferably it is 40-500 micrometers, More preferably, it is 50-300 micrometers.
(架橋処理)
本発明で用いられる陽イオン交換膜の製造方法においては、製膜後、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、得られる陽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的に結合する方法でもよく、また、熱処理などにより物理的な結合を導入してもよく、特に限定されない。
(Crosslinking treatment)
In the method for producing a cation exchange membrane used in the present invention, it is preferable to perform a crosslinking treatment after the membrane formation. By performing the crosslinking treatment, the mechanical strength of the resulting cation exchange membrane is increased. The method for the crosslinking treatment is not particularly limited, and may be a method of chemically bonding the molecular chains of the polymer or introducing physical bonds by heat treatment or the like.
化学的に結合する場合には、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、グルタルアルデヒド、ホルムアルデヒド、グリオキザールなどのポリビニルアルコールのアセタール化剤が例示される。該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0.001〜1体積%である。架橋反応は、上記のアルデヒドを、水、アルコールまたはそれらの混合溶媒中で、酸性条件下で、ポリビニルアルコール系共重合体を処理して、化学的に架橋結合を導入することにより行うことができる。架橋反応後、水洗して未反応のアルデヒド、酸などを取り除くのが好ましい。 When chemically bonding, a method of immersing in a solution containing a crosslinking agent is usually used. Examples of the crosslinking agent include polyvinyl alcohol acetalizing agents such as glutaraldehyde, formaldehyde, and glyoxal. The concentration of the crosslinking agent is usually 0.001 to 1% by volume of the crosslinking agent relative to the solution. The crosslinking reaction can be performed by treating the polyvinyl alcohol copolymer with the above aldehyde in water, alcohol or a mixed solvent thereof under acidic conditions to chemically introduce a crosslinking bond. . After the crosslinking reaction, it is preferable to remove unreacted aldehyde, acid and the like by washing with water.
また、架橋処理の方法として、熱処理を行って分子鎖間に物理的な架橋を導入してもよい。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、ポリビニルアルコールの場合、50〜250℃であることが好ましい。熱処理の温度が50℃未満だと、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。該温度が80℃以上であることがより好ましく、100℃以上であることがさらに好ましい。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。該温度が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。 Moreover, as a method for the crosslinking treatment, physical crosslinking may be introduced between the molecular chains by performing a heat treatment. 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, In the case of polyvinyl alcohol, 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 further preferably 100 ° C. or higher. 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.
前記製造方法においては、熱処理と化学的な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 manufacturing method, both heat treatment and chemical 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.
(イオン交換容量)
電気透析用の陽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、得られるポリビニルアルコール系共重合体のイオン交換容量は0.30meq/g以上であることが好ましく、0.50meq/g以上であることがより好ましい。ポリビニルアルコール系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抑制が困難となるので、3.0meq/g以下であるのが好ましい。
(Ion exchange capacity)
In order to express sufficient ion exchange properties for use as a cation exchange membrane for electrodialysis, the ion exchange capacity of the obtained polyvinyl alcohol copolymer is preferably 0.30 meq / g or more, More preferably, it is 0.50 meq / g or more. The upper limit of the ion exchange capacity of the polyvinyl alcohol-based copolymer is preferably 3.0 meq / g or less because if the ion exchange capacity becomes too large, hydrophilicity increases and it becomes difficult to suppress the degree of swelling.
(荷電密度)
また、電気透析用の陽イオン交換膜として使用するのに十分な電気特性を発現するためには、得られる陽イオン交換膜の荷電密度は0.6mol/dm3以上であることが好ましく、1.0mol/dm3以上であることがより好ましい。陽イオン交換膜の荷電密度としては、より高いものが好まれるが、膜抵抗との兼ね合いで、比較的低膜抵抗性を維持して、荷電密度を発現するものが好ましい。
(Charge density)
Further, in order to develop sufficient electrical characteristics to be used as a cation exchange membrane for electrodialysis, the charge density of the obtained cation exchange membrane is preferably 0.6 mol / dm 3 or more. More preferably, it is 0.0 mol / dm 3 or more. As the charge density of the cation exchange membrane, a higher one is preferred, but in view of the membrane resistance, the one having a relatively low membrane resistance and expressing the charge density is preferred.
本発明で用いられる陽イオン交換膜は、必要に応じて、不織布、織布、多孔体などの支持体と積層することにより補強されて使用することができる。 The cation exchange membrane used in the present invention can be reinforced by being laminated with a support such as a nonwoven fabric, a woven fabric, or a porous material, if necessary.
(有機物の脱塩方法)
本発明の有機物の脱塩方法は、無機塩類を含む有機物溶液を電気透析槽において脱塩し、有機物を脱塩する方法である。
図2に、本発明の一実施形態で有機物の脱塩方法を説明するための概略図を示す。電気透析装置は、電極4,7と、その間に交互に配列された陰イオン交換膜5と陽イオン交換膜6を備えている。正相運転中は、陽極4と、陰極7の間に、陰イオン交換膜5と陽イオン交換膜6を電極間に交互に配列して交互に脱塩室と濃縮室を形成している。被処理液タンク8から供給される無機塩類を含む有機物溶液は、脱塩室11,11に供給される。なお、図示していないが、濃縮室には、電解質を含む液(例えば希薄食塩水など)が供給されている。両端の電極に電圧が通じると、脱塩室11,11から陽イオンおよび陰イオンがそれぞれ陰極側および陽極側へと移動する。そして、脱塩室からは脱塩液10が、濃縮室12からは濃縮液9が排出される。
(Desalination method of organic matter)
The organic matter desalting method of the present invention is a method of desalting an organic matter solution containing inorganic salts in an electrodialysis tank to desalt the organic matter.
FIG. 2 shows a schematic diagram for explaining a method for desalting organic matter in one embodiment of the present invention. The electrodialysis apparatus includes
脱塩される有機物としては、特に限定されないが、一般に食塩など無機塩類を含む有機物、例えば果糖,ぶどう糖,蔗糖,グルコース,フラクトース,マルトース,キシロース,サツカロース,ラフイノース,及びその他のオリゴ糖などの糖液,糖密及び廃糖密,メタノール,エタノール,プロパノール,グリセリンなどのアルコール類,グリコール酸,グルコン酸などの有機酸またはその塩,グルタミン酸,グリシン酸などのアミノ酸またはその塩,ビタミン類,梅エキスなどの果肉,魚貝類などのエキス類,その他オリゴペプチド,抗生物質,補酵素,アミン類などの食品添加物,医薬品,香料,生化学物質,一般化成品として知られている低分子化合物,でんぷん等の高分子多糖類,各種タンパク質,核酸,酵素などの天然高分子,あるいはポリビニルアルコール,ポリエチレングリコール,ポリビニルピロリドンなどの水溶性の合成高分子等のそれ自体電気透析可能な液体及び有機物水溶液など透析可能な溶液である。 The organic substance to be desalted is not particularly limited, but is generally an organic substance containing inorganic salts such as salt, for example, sugar solutions such as fructose, glucose, sucrose, glucose, fructose, maltose, xylose, sucrose, raffinose, and other oligosaccharides. , Sugar and waste sugar, alcohols such as methanol, ethanol, propanol and glycerin, organic acids such as glycolic acid and gluconic acid or salts thereof, amino acids such as glutamic acid and glycic acid or salts thereof, vitamins, plum extract, etc. Extracts such as pulp, fish and shellfish, other oligopeptides, antibiotics, coenzymes, amines and other food additives, pharmaceuticals, fragrances, biochemicals, low molecular weight compounds known as general chemicals, starch, etc. High molecular polysaccharides, various proteins, nucleic acids, natural polymers such as enzymes, There is polyvinyl alcohol, polyethylene glycol, a solution can be dialyzed like itself electrodialysis possible liquids and organic aqueous solution such as water-soluble synthetic polymers such as polyvinylpyrrolidone.
このような有機物中に含まれる塩類濃度は、例えば1〜50重量%程度であってもよく、好ましくは5〜40重量%程度である。
また、電気透析の際の電流密度は、例えば0.5〜5A/dm2程度であってもよく、好ましくは1〜4A/dm2程度であってもよい。
The concentration of the salt contained in such an organic material may be, for example, about 1 to 50% by weight, and preferably about 5 to 40% by weight.
The current density during electrodialysis may be, for example, about 0.5 to 5 A / dm 2 , and preferably about 1 to 4 A / dm 2 .
本発明は、前記有機物の脱塩方法により脱塩された有機物の製造方法、さらには脱塩された有機物そのものについても含むものである。 The present invention includes a method for producing an organic substance desalted by the above-described method for desalting an organic substance, and further includes a desalted organic substance itself.
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.
実施例および比較例に示す陽イオン交換膜の特性は、以下の方法により測定した。 The characteristics of the cation exchange membranes shown in Examples and Comparative Examples were measured by the following methods.
1)膜含水率(H)
イオン交換膜の乾燥重量を予め測定しておき、その後、脱イオン水に浸漬し膨潤平衡に達したところで湿潤重量を測定した。膜含水率(H)は下式により算出した。H=<(Ww−Dw)/ 1.0> /<(Ww−Dw)/ 1.0+(Dw/1.3)>
ここで1.0と1.3はそれぞれ水とポリマーの比重を示している。
・H:膜含水率[−]
・Dw:膜の乾燥重量[g]
・Ww:膜の湿潤重量[g]
1) Membrane moisture content (H)
The dry weight of the ion exchange membrane was measured in advance, and then the wet weight was measured when it was immersed in deionized water and reached a swelling equilibrium. The membrane water content (H) was calculated by the following equation. H = <(W w -D w ) / 1.0> / <(W w -D w) / 1.0+ (D w /1.3)>
Here, 1.0 and 1.3 indicate the specific gravity of water and polymer, respectively.
-H: membrane water content [-]
Dw : dry weight of membrane [g]
W w : wet weight of the film [g]
2)陽イオン交換容量の測定
陽イオン交換膜を1mol/LのHCl水溶液に10時間以上浸漬する。その後、1mol/LのNaNO3水溶液で水素イオン型を硝酸イオン型に置換させ、遊離した水素イオンを酸-塩基滴定により定量した(Amol)。
2) Measurement of cation exchange capacity A cation exchange membrane is immersed in a 1 mol / L aqueous HCl solution for 10 hours or more. Thereafter, the hydrogen ion type was replaced with the nitrate ion type with 1 mol / L NaNO 3 aqueous solution, and the liberated hydrogen ions were quantified by acid-base titration (Amol).
次に、同じ陽イオン交換膜を1mol/LのNaCl水溶液に4時間以上浸漬し、イオン交換水で十分に水洗したのち熱風乾燥機中で105℃、8時間乾燥し、乾燥時の重さW(g)を測定した。
イオン交換容量は次式により算出した。
・イオン交換容量=A×1000/W [mmol/g−乾燥膜]
Next, the same cation exchange membrane is immersed in a 1 mol / L NaCl aqueous solution for 4 hours or more, washed thoroughly with ion exchange water, dried in a hot air drier at 105 ° C. for 8 hours, and the weight when dried W (G) was measured.
The ion exchange capacity was calculated by the following formula.
・ Ion exchange capacity = A × 1000 / W [mmol / g-dry membrane]
3)ポリビニルアルコール系共重合体中の塩の測定
ポリビニルアルコール系共重合体中の塩類の量は、ポリビニルアルコール系共重合体の架橋前の皮膜をメタノール溶液にて48時間ソックスレー抽出を行い、抽出物を乾固後、イオンクロマトグラフィ(ICS−5000,DIONEX社製)により測定を行った。
3) Measurement of the salt in the polyvinyl alcohol copolymer The amount of the salt in the polyvinyl alcohol copolymer was determined by Soxhlet extraction of the film before crosslinking of the polyvinyl alcohol copolymer with a methanol solution for 48 hours. The product was dried and then measured by ion chromatography (ICS-5000, manufactured by DIONEX).
4)膜抵抗の測定
膜抵抗は、図2に示される白金黒電極板を有する2室セル中に陽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。
4) Measurement of membrane resistance The membrane resistance was measured by sandwiching a cation exchange membrane in a two-chamber cell having a platinum black electrode plate as shown in Fig. 2, and filling a 0.5 mol / L-NaCl solution on both sides of the membrane. The resistance between the electrodes at 25 ° C. was measured by (
5)ドメインサイズの測定
蒸留水に浸漬した陽イオン交換膜を一辺1cmの正方形に切り出して測定試料を作製した。この測定試料を、酢酸鉛(II)で染色した後、TEM(透過電子顕微鏡)を用いて観察し、測定試料中の粒子群についての画像を得た。得られた画像について、三谷商事株式会社製画像処理ソフト「WINROOF」を用いて画像処理を行い、各々の粒子の最大粒子径を求めた。約400個の粒子について最大粒子径を求め、最大粒子径の累積頻度が50%である粒子径を、陽イオン交換膜のアニオン性基ポリマーセグメントのドメインサイズとした。
5) Measurement of domain size A cation exchange membrane immersed in distilled water was cut into a 1 cm square to prepare a measurement sample. This measurement sample was stained with lead acetate (II) and then observed using a TEM (transmission electron microscope) to obtain an image of a particle group in the measurement sample. The obtained image was subjected to image processing using image processing software “WINROOF” manufactured by Mitani Corporation, and the maximum particle size of each particle was determined. The maximum particle size was determined for about 400 particles, and the particle size at which the cumulative frequency of the maximum particle size was 50% was defined as the domain size of the anionic group polymer segment of the cation exchange membrane.
<PVA−1(分子末端にメルカプト基を有するポリビニルアルコール系共重合体の合成)の作製>
特開昭59−187003号公報に記載された方法によって、表1に示す分子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)を合成した。PVA−1の重合度およびけん化度を表1に示す。
<Preparation of PVA-1 (Synthesis of polyvinyl alcohol copolymer having a mercapto group at the molecular terminal)>
Polyvinyl alcohol (PVA-1) having a mercapto group at the molecular end shown in Table 1 was synthesized by the method described in JP-A-59-187003. Table 1 shows the polymerization degree and saponification degree of PVA-1.
<NaSS−1(アニオン性単量体)>
表2に示すポリスチレンスルホン酸ナトリウムモノマー(NaSS:東ソー製)をそのまま用いた。塩類の含有量はイオンクロマトグラフィ(ICS−5000,DIONEX社製)により測定を行った。なお、表2に示す全塩量以外のモノマー中の不純物は水分とした。
<NaSS-1 (anionic monomer)>
The polystyrene sulfonate sodium monomer (NaSS: manufactured by Tosoh Corporation) shown in Table 2 was used as it was. The salt content was measured by ion chromatography (ICS-5000, manufactured by DIONEX). The impurities in the monomer other than the total salt amount shown in Table 2 were moisture.
<NaSS−2の作製>
ポリスチレンスルホン酸ナトリウムモノマー(NaSS:東ソー製)を1000gと純水950g、水酸化ナトリウム40g、硝酸ナトリウム、1gを60℃で1時間溶解させ、20℃に冷却して再結晶を行った。その後、遠心ろ過によりポリスチレンスルホン酸モノマーの結晶を分離し、結晶を乾燥させ表2に示すNaSS−2(精製ポリスチレンスルホン酸モノマー)を得た。塩類の含有量はイオンクロマトグラフィ(ICS−5000,DIONEX社製))により測定を行った。
<Preparation of NaSS-2>
1000 g of sodium polystyrene sulfonate monomer (NaSS: manufactured by Tosoh Corp.), 950 g of pure water, 40 g of sodium hydroxide, 1 g of sodium nitrate were dissolved at 60 ° C. for 1 hour, cooled to 20 ° C. and recrystallized. Thereafter, the polystyrenesulfonic acid monomer crystals were separated by centrifugal filtration, and the crystals were dried to obtain NaSS-2 (purified polystyrenesulfonic acid monomer) shown in Table 2. The content of the salt was measured by ion chromatography (ICS-5000, manufactured by DIONEX).
<P−1(アニオン性ブロック共重合体)の合成>
還流冷却管、攪拌翼を備え付けた1L四つ口セパラブルフラスコに、水660g、末端にメルカプト基を有するビニルアルコール系重合体として表1に示すPVA−1を80gと、NaSS−146.6gを仕込み、攪拌下95℃まで加熱して該ビニルアルコール系重合体とNaSS−1を溶解した。また、水溶液中に窒素をバブリングしながら30分間系内を窒素置換した。窒素置換後、90℃まで冷却し、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)プロピオンアミド]5.4%溶液13mlを1.5時間かけて逐次的に添加してブロック共重合を開始、進行させた後、系内温度を90℃に1時間維持して重合をさらに進行させ、ついで冷却して、固形分濃度15%のPVA−(b)−p−スチレンスルホン酸ナトリウム水溶液を得た。得られた水溶液の一部を乾燥した後、重水に溶解し、400MHzでの1H−NMR測定に付した結果、パラスチレンスルホン酸ナトリウム単位の変性量は10モル%であった。得られたアニオン性ブロック共重合体の特性を表3に示す。
<Synthesis of P-1 (anionic block copolymer)>
In a 1 L four-necked separable flask equipped with a reflux condenser and a stirring blade, 660 g of water, 80 g of PVA-1 shown in Table 1 as a vinyl alcohol polymer having a mercapto group at the end, and NaSS-146.6 g The resulting mixture was heated to 95 ° C. with stirring to dissolve the vinyl alcohol polymer and NaSS-1. The system was purged with nitrogen for 30 minutes while bubbling nitrogen into the aqueous solution. After nitrogen substitution, the solution was cooled to 90 ° C., and 13 ml of a 5.4% solution of 2,2′-azobis [2-methyl-N (2-hydroxyethyl) propionamide] was sequentially added to the above aqueous solution over 1.5 hours. After the addition and the block copolymerization was started and proceeded, the system temperature was maintained at 90 ° C. for 1 hour to further proceed the polymerization, followed by cooling to a solid content concentration of 15% PVA- (b) -p -A sodium styrenesulfonate aqueous solution was obtained. A part of the obtained aqueous solution was dried, dissolved in heavy water, and subjected to 1 H-NMR measurement at 400 MHz. As a result, the amount of modification of the sodium parastyrenesulfonate unit was 10 mol%. Table 3 shows the properties of the obtained anionic block copolymer.
<P−2の合成>
アニオン性基含有単量体の種類および仕込み量を表3に示す内容に変更した。これ以外はP−1と同様の方法により固形分濃度15%のPVA−(b)−p−スチレンスルホン酸ナトリウム水溶液を得た。得られたアニオン性ブロック共重合体の特性を表3に示す。
<Synthesis of P-2>
The type and amount of the anionic group-containing monomer were changed to those shown in Table 3. Except for this, a PVA- (b) -p-sodium styrenesulfonate aqueous solution having a solid concentration of 15% was obtained in the same manner as P-1. Table 3 shows the properties of the obtained anionic block copolymer.
<P−3の合成>
還流冷却管、攪拌翼を備え付けた1L四つ口セパラブルフラスコに、水676g、末端にメルカプト基を有するビニルアルコール系重合体として表1に示すPVA−1を80gと、NaSS−1を46.6gと、を仕込み、攪拌下95℃まで加熱して該ビニルアルコール系重合体とNaSS−1を溶解した後、室温まで冷却した。該水溶液に1/2規定の硫酸を添加してpHを3.0に調整した。90℃まで加温し、また、水溶液中に窒素をバブリングしながら30分間系内を窒素置換した。窒素置換後、上記水溶液に過硫酸カリウムの2.5%水溶液63mLを1.5時間かけて逐次的に添加してブロック共重合を開始、進行させた後、系内温度を90℃に1時間維持して重合をさらに進行させ、ついで冷却して、固形分濃度15%のPVA−(b)−p−スチレンスルホン酸ナトリウムブロック共重合体水溶液を得た。得られた水溶液の一部を乾燥した後、重水に溶解し、400MHzでの1H−NMR測定に付した結果、p−スチレンスルホン酸ナトリウム単位の変性量は10モル%であった。得られたアニオン性ブロック共重合体の特性を表3に示す。
<Synthesis of P-3>
In a 1 L four-necked separable flask equipped with a reflux condenser and a stirring blade, 676 g of water, 80 g of PVA-1 shown in Table 1 as a vinyl alcohol polymer having a mercapto group at the end, and 46. NaSS-1 were obtained. 6 g was charged and heated to 95 ° C. with stirring to dissolve the vinyl alcohol polymer and NaSS-1, and then cooled to room temperature. 1/2 N sulfuric acid was added to the aqueous solution to adjust the pH to 3.0. The system was heated to 90 ° C., and the system was purged with nitrogen for 30 minutes while bubbling nitrogen into the aqueous solution. After nitrogen substitution, 63 mL of a 2.5% aqueous solution of potassium persulfate was sequentially added to the aqueous solution over 1.5 hours to start and proceed with block copolymerization, and then the system temperature was increased to 90 ° C. for 1 hour. The polymerization was further continued to proceed, followed by cooling to obtain a PVA- (b) -p-sodium styrenesulfonate block copolymer aqueous solution having a solid concentration of 15%. A part of the obtained aqueous solution was dried, dissolved in heavy water, and subjected to 1 H-NMR measurement at 400 MHz. As a result, the amount of modification of the sodium p-styrenesulfonate unit was 10 mol%. Table 3 shows the properties of the obtained anionic block copolymer.
<P−4〜5の合成>
アニオン性基含有単量体の種類および仕込み量を表3に示す内容に変更した。これ以外はP−3と同様の方法により固形分濃度15%のPVA−(b)−p−スチレンスルホン酸ナトリウム水溶液を得た。得られたアニオン性ブロック共重合体の特性を表3に示す。
<Synthesis of P-4 to 5>
The type and amount of the anionic group-containing monomer were changed to those shown in Table 3. Except for this, a PVA- (b) -p-sodium styrenesulfonate aqueous solution having a solid concentration of 15% was obtained in the same manner as P-3. Table 3 shows the properties of the obtained anionic block copolymer.
<P−6の合成>
攪拌機、温度センサー、滴下漏斗および還流冷却管を備え付けた6Lのセパラブルフラスコに、酢酸ビニル2450g、メタノール762g、および2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸ナトリウム(AMPS)27gを仕込み、攪拌下に系内を窒素置換した後、内温を60℃まで上げた。この系に2,2’−アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)を0.8g含有するメタノール20gを添加し、重合反応を開始した。重合開始時点より2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸ナトリウム(AMPS)を25質量%含有するメタノール溶液568gを系内に添加しながら、4時間重合反応を行った後、重合反応を停止した。重合反応を停止した時点における系内の固形分濃度、すなわち、重合反応スラリー全体に対する固形分の含有率は30質量%であった。ついで、系内にメタノール蒸気を導入することにより、未反応の酢酸ビニル単量体を追い出し、ビニルエステル共重合体を30質量%含有するメタノール溶液を得た。
<Synthesis of P-6>
A 6 L separable flask equipped with a stirrer, temperature sensor, dropping funnel and reflux condenser was charged with 2450 g of vinyl acetate, 762 g of methanol, and 27 g of sodium 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonate (AMPS) under stirring. After the system was purged with nitrogen, the internal temperature was raised to 60 ° C. To this system, 20 g of methanol containing 0.8 g of 2,2′-azobisisobutyronitrile (AIBN) was added to initiate the polymerization reaction. While adding 568 g of methanol solution containing 25% by mass of sodium 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonate (AMPS) to the system from the start of polymerization, the polymerization reaction was stopped for 4 hours, and then the polymerization reaction was stopped. The solid content concentration in the system when the polymerization reaction was stopped, that is, the solid content with respect to the entire polymerization reaction slurry was 30% by mass. Subsequently, methanol vapor was introduced into the system to drive out unreacted vinyl acetate monomer, thereby obtaining a methanol solution containing 30% by mass of a vinyl ester copolymer.
このビニルエステル共重合体を30質量%含有するメタノール溶液に、該共重合体中の酢酸ビニル単位に対する水酸化ナトリウムのモル比が0.02、ビニルエステル共重合体の固形分濃度が30質量%となるように、メタノール、水酸化ナトリウムを10質量%含有するメタノール溶液をこの順序で攪拌下に加え、40℃でけん化反応を開始した。 In a methanol solution containing 30% by mass of this vinyl ester copolymer, the molar ratio of sodium hydroxide to vinyl acetate units in the copolymer is 0.02, and the solid content concentration of the vinyl ester copolymer is 30% by mass. Then, a methanol solution containing 10% by mass of methanol and sodium hydroxide was added in this order with stirring, and the saponification reaction was started at 40 ° C.
けん化反応の進行に伴ってゲル化物が生成した直後に、これを反応系から取り出して粉砕し、ついで、ゲル化物が生成してから1時間が経過した時点で、この粉砕物に酢酸メチルを添加することにより中和を行い、膨潤状態のポリビニルアルコール−ポリ(2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸ナトリウム)のランダムブロック共重合体の水溶液を得た。この膨潤したアニオン性重合体に対して質量基準で6倍量(浴比6倍)のメタノールを加え、還流下に1時間洗浄し、該重合体をろ取した。該重合体を65℃で16時間乾燥した。得られた重合体を重水に溶解し、400MHzでの1H−NMR測定を行ったところ、該アニオン性重合体中のアニオン性単量体の含有量、すなわち、該重合体中の単量体単位の総数に対する2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸ナトリウム単量体単位の数の割合は5モル%であった。得られたアニオン性ブロック共重合体の特性を表4に示す。 Immediately after the saponification reaction has occurred, a gelled product is formed and taken out from the reaction system and pulverized. Then, when 1 hour has passed since the gelated product was formed, methyl acetate was added to the pulverized product. By carrying out neutralization, an aqueous solution of a random block copolymer of polyvinyl alcohol-poly (sodium 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonate) in a swollen state was obtained. To this swollen anionic polymer, 6 times the amount of methanol (6 times the bath ratio) of methanol was added and washed under reflux for 1 hour, and the polymer was collected by filtration. The polymer was dried at 65 ° C. for 16 hours. When the obtained polymer was dissolved in heavy water and subjected to 1 H-NMR measurement at 400 MHz, the content of the anionic monomer in the anionic polymer, that is, the monomer in the polymer The ratio of the number of sodium 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonate monomer units to the total number of units was 5 mol%. The properties of the obtained anionic block copolymer are shown in Table 4.
<CEM−1の作製>
P−3の樹脂を濃度10wt%まで希釈し、樹脂溶液の1倍の体積のメタノールにより再沈して塩類を除去した樹脂を取り出した。このとき含有塩量(C)は、4.5wt%であった。次いで、必要量の蒸留水を加えて濃度15wt%の水溶液を調整した。この水溶液を縦270mm×横210mm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、50℃のホットプレート上で24時間乾燥させることにより、皮膜を作製した。
<Production of CEM-1>
The resin of P-3 was diluted to a concentration of 10 wt%, and the resin from which salts were removed by reprecipitation with 1 volume of methanol of the resin solution was taken out. At this time, the salt content (C) was 4.5 wt%. Next, a necessary amount of distilled water was added to prepare an aqueous solution having a concentration of 15 wt%. This aqueous solution was poured into a cast board made of acrylic having a length of 270 mm and a width of 210 mm to remove excess liquid and bubbles, and then dried on a hot plate at 50 ° C. for 24 hours to prepare a film.
こうして得られた皮膜を、160℃で30分間熱処理し、物理的な架橋を生じさせた。ついで、皮膜を2mol/Lの硫酸ナトリウムの電解質水溶液に24時間浸漬させた。該水溶液にそのpHが1になるように濃硫酸を加えた後、1.0体積%グルタルアルデヒド水溶液に皮膜を浸漬し、25℃で24時間スターラーを用いて撹拌し、架橋処理を行った。ここで、グルタルアルデヒド水溶液としては、石津製薬株式会社製「グルタルアルデヒド」(25体積%)を水で希釈したものを用いた。架橋処理の後、皮膜を脱イオン水に浸漬し、途中数回脱イオン水を交換しながら、皮膜が膨潤平衡に達するまで浸漬させ、陽イオン交換膜を得た。 The film thus obtained was heat treated at 160 ° C. for 30 minutes to cause physical crosslinking. Subsequently, the film was immersed in an aqueous electrolyte solution of 2 mol / L sodium sulfate for 24 hours. Concentrated sulfuric acid was added to the aqueous solution so that the pH was 1, and then the film was immersed in a 1.0% by volume glutaraldehyde aqueous solution and stirred with a stirrer at 25 ° C. for 24 hours to carry out a crosslinking treatment. Here, as the glutaraldehyde aqueous solution, a product obtained by diluting “glutaraldehyde” (25% by volume) manufactured by Ishizu Pharmaceutical Co., Ltd. with water was used. After the crosslinking treatment, the film was immersed in deionized water, and the film was immersed until the film reached a swelling equilibrium while exchanging the deionized water several times in the middle to obtain a cation exchange membrane.
(イオン交換膜の評価)
このようにして作製した陽イオン交換膜を、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、上記方法にしたがって、膜含水率、荷電密度、陽イオン交換容量、膜抵抗の測定、相分離ドメインサイズの測定を行なった。得られた結果を表5に示す。
(Evaluation of ion exchange membrane)
The cation exchange membrane thus prepared was cut into a desired size to prepare a measurement sample. Using the obtained measurement sample, the membrane water content, charge density, cation exchange capacity, membrane resistance, and phase separation domain size were measured according to the above methods. The results obtained are shown in Table 5.
<CEM−2の作製>
P−3の樹脂を濃度10wt%まで希釈し、樹脂溶液の2倍の体積のメタノールにより再沈して塩類を除去した樹脂を取り出した。次いで、必要量の蒸留水を加えて濃度15wt%の水溶液を調整した。この水溶液を縦270mm×横210mmのアクリル製キャスト板に流し込み、余分な液、気泡を除去した後、50℃のホットプレート上で24時間乾燥させることにより、皮膜を作製した。このとき含有塩量(C)は、4.0wt%であった。これ以外は、実施例1と同様にして陽イオン交換膜の膜特性を測定した。得られた測定結果を表5に示す。
<Production of CEM-2>
The resin of P-3 was diluted to a concentration of 10 wt%, and the resin from which salts were removed by reprecipitation with twice the volume of methanol as the resin solution was taken out. Next, a necessary amount of distilled water was added to prepare an aqueous solution having a concentration of 15 wt%. This aqueous solution was poured onto an acrylic cast plate having a length of 270 mm and a width of 210 mm to remove excess liquid and bubbles, and then dried on a hot plate at 50 ° C. for 24 hours to prepare a film. At this time, the salt content (C) was 4.0 wt%. Except for this, the membrane characteristics of the cation exchange membrane were measured in the same manner as in Example 1. The obtained measurement results are shown in Table 5.
<CEM−3の作製>
P−2の水溶液を縦270mm×横210mm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、50℃のホットプレート上で24時間乾燥させることにより、皮膜を作製した。このとき含有塩量(C)は、2.8wt%であった。これ以外は、CEM1と同様にして陽イオン交換膜の膜特性を測定した。得られた測定結果を表5に示す。
<Preparation of CEM-3>
An aqueous solution of P-2 was poured onto an acrylic cast plate having a length of 270 mm and a width of 210 mm to remove excess liquid and bubbles, and then dried on a hot plate at 50 ° C. for 24 hours to prepare a film. At this time, the salt content (C) was 2.8 wt%. Except for this, the membrane characteristics of the cation exchange membrane were measured in the same manner as CEM1. The obtained measurement results are shown in Table 5.
<CEM−4作製>
CEM−3において、熱処理温度を表5に示すように変更した以外は、実施例3と同様にして陽イオン交換膜の膜特性を測定した。得られた測定結果を表5に示す。
<CEM-4 production>
In CEM-3, the membrane characteristics of the cation exchange membrane were measured in the same manner as in Example 3 except that the heat treatment temperature was changed as shown in Table 5. The obtained measurement results are shown in Table 5.
<CEM−5作製>
P−3の樹脂を濃度10wt%まで希釈し、樹脂溶液の5倍の体積のメタノールにより再沈して塩類を除去した樹脂を取り出した。次いで、必要量の蒸留水を加えて濃度15wt%の水溶液を調整した。この水溶液を縦270mm×横210mm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、50℃のホットプレート上で24時間燥させることにより、皮膜を作製した。このとき含有塩量(C)は、2.0wt%であった。これ以外は、実施例1と同様にして陽イオン交換膜の膜特性を測定した。得られた測定結果を表5に示す。
<CEM-5 production>
The resin of P-3 was diluted to a concentration of 10 wt%, and the resin from which salts were removed by reprecipitation with 5 times the volume of methanol of the resin solution was taken out. Next, a necessary amount of distilled water was added to prepare an aqueous solution having a concentration of 15 wt%. This aqueous solution was poured onto an acrylic cast plate having a length of 270 mm and a width of 210 mm to remove excess liquid and bubbles, and then dried on a hot plate at 50 ° C. for 24 hours to prepare a film. At this time, the salt content (C) was 2.0 wt%. Except for this, the membrane characteristics of the cation exchange membrane were measured in the same manner as in Example 1. The obtained measurement results are shown in Table 5.
<CEM−6作製>
P−3の樹脂を濃度10wt%まで希釈し、樹脂溶液の10倍の体積のメタノールにより再沈して塩類を除去した樹脂を取り出した。次いで、必要量の蒸留水を加えて濃度15wt%の水溶液を調整した。この水溶液を縦270mm×横210mm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、50℃のホットプレート上で24時間乾燥させることにより、皮膜を作製した。このとき含有塩量(C)は、1.5wt%であった。これ以外は、実施例1と同様にして陽イオン交換膜の膜特性を測定した。得られた測定結果を表5に示す。
<CEM-6 production>
The P-3 resin was diluted to a concentration of 10 wt%, and the resin from which salts were removed by reprecipitation with 10 times the volume of methanol of the resin solution was taken out. Next, a necessary amount of distilled water was added to prepare an aqueous solution having a concentration of 15 wt%. This aqueous solution was poured into a cast board made of acrylic having a length of 270 mm and a width of 210 mm to remove excess liquid and bubbles, and then dried on a hot plate at 50 ° C. for 24 hours to prepare a film. At this time, the salt content (C) was 1.5 wt%. Except for this, the membrane characteristics of the cation exchange membrane were measured in the same manner as in Example 1. The obtained measurement results are shown in Table 5.
<CEM−7〜11の作製>
陽イオン交換樹脂を表5に示した内容に変更した以外は実施例1と同様にして陽イオン交換膜の膜特性を測定した。得られた測定結果を表5に示す。
<Production of CEM-7 to 11>
Membrane characteristics of the cation exchange membrane were measured in the same manner as in Example 1 except that the cation exchange resin was changed to the contents shown in Table 5. The obtained measurement results are shown in Table 5.
<実施例1>
陽イオン交換膜にCEM−1、陰イオン交換膜にAMX((株)アストム社製)を用いて陰極と陽極の両電極間に交互に配列して締め付けた小型電気透析装置マイクロアシライザーS3((株)アストム製)を用いて有機化合物の脱塩試験を実施した。この際、サッカロース1mol/L、食塩0.3mol/Lおよび塩化ベンザルコニウム0.1mol/Lを含む水溶液を脱塩室に供給し、25℃で電流密度1〜2A/dm2にて1パスで1時間電気透析をした。1時間後の脱塩率、サッカロースのリーク率および有機汚染度(開始時点の電圧からの1時間運転後の電圧の上昇率)を測定した結果を表6に示す。
<Example 1>
Small electrodialyzer S3 (with a cation exchange membrane CEM-1 and an anion exchange membrane AMX (manufactured by Astom Co., Ltd.) and clamped alternately between the cathode and anode. The desalting test of the organic compound was conducted using Astom Co., Ltd. At this time, an aqueous solution containing 1 mol / L of saccharose, 0.3 mol / L of sodium chloride and 0.1 mol / L of benzalkonium chloride is supplied to the desalting chamber, and one pass at a current density of 1 to 2 A / dm 2 at 25 ° C. For 1 hour. Table 6 shows the results of measuring the desalting rate after 1 hour, the leakage rate of sucrose, and the degree of organic contamination (the rate of increase in voltage after 1 hour of operation from the voltage at the start).
<実施例2〜7>
用いる陽イオン交換膜を表6に示す内容に変更した以外は実施例1と同様にして有機物の脱塩試験を行った。得られた結果を表6に示す。
<Examples 2 to 7>
An organic matter desalting test was conducted in the same manner as in Example 1 except that the cation exchange membrane used was changed to the contents shown in Table 6. The results obtained are shown in Table 6.
<比較例1〜3>
用いる陽イオン交換膜を表6に示す内容に変更した以外は実施例1と同様にして有機物の脱塩試験を行った。得られた結果を表6に示す。
<Comparative Examples 1-3>
An organic matter desalting test was conducted in the same manner as in Example 1 except that the cation exchange membrane used was changed to the contents shown in Table 6. The results obtained are shown in Table 6.
<比較例4>
陽イオン交換膜に市販品AMX(アストム(株)社製)を用いて実施例1と同じ条件で測定した。結果を表6に示す。
<Comparative example 4>
It measured on the same conditions as Example 1 using the commercial item AMX (made by Astom Co., Ltd.) for a cation exchange membrane. The results are shown in Table 6.
図1(a)、図1(b)、図1(c)、図1(d)および図1(e)は、塩含有量の異なるブロック共重合体を用いた陽イオン交換膜のTEM写真を示している(塩含有量は、表5を参照)。図1(a)〜図1(e)のTEM写真から、相分離構造は塩含有量により変化し、塩含有重量(C)/ブロック共重合体の重量(P)の減少と共にドメインサイズが小さくなることがわかる。特に変性量10モル%での含有塩の重量(C)が最も少ない図1(b)[実施例7]では、膜の相溶性が向上し、ドメインサイズが4nmと非常に小さいものであった。一方で、含有塩重量(C)の最も多い図1(C)[比較例1]では、相分離が激しく空隙が発生した。 1 (a), 1 (b), 1 (c), 1 (d) and 1 (e) are TEM photographs of cation exchange membranes using block copolymers having different salt contents. (See Table 5 for salt content). From the TEM photographs of FIGS. 1 (a) to 1 (e), the phase separation structure varies depending on the salt content, and the domain size decreases with decreasing salt-containing weight (C) / block copolymer weight (P). I understand that In particular, in FIG. 1 (b) [Example 7] in which the weight (C) of the salt contained at the modification amount of 10 mol% is the smallest, the compatibility of the film was improved and the domain size was as small as 4 nm. . On the other hand, in FIG. 1 (C) [Comparative Example 1] having the largest salt content (C), phase separation was severe and voids were generated.
表5の結果からは、特に塩含有重量(C)が4.0%以下のブロック共重合体(P)を用いた陽イオン交換膜は、ドメインサイズが150nm以下となり、荷電密度が高く、膜抵抗が低い膜となり、陽イオン交換膜として優れていることが判る(CEM1〜7)。さらに、塩含有重量(C)が3.5%以下の膜は、ドメインサイズが130nm以下であり、陽イオン交換膜の特性も荷電密度1.0mol/dm3以上で膜抵抗も低くなることがわかる(CEM2〜7)。一方で、塩含有重量が4.0%よりも多いブロック共重合体を用いた陽イオン交換膜はドメインサイズが150nmよりも大きく、低い荷電密度と高い膜抵抗であり、陽イオン交換膜としての特性が発現しなかった(CEM8〜10)。特に、塩含有量(C)の多いものは膜のポリマーセグメントの相分離が激しく、イオン交膜全体で空隙が発生し、イオン交換膜として満足のいく特性を発現していない(CEM8)。なお、CEM9では、精製したNaSS−2を使用しているが、重合開始剤としてKPSを使用しているため、得られた陽イオン交換樹脂中の塩含有量は高い。 From the results in Table 5, the cation exchange membrane using the block copolymer (P) having a salt-containing weight (C) of 4.0% or less in particular has a domain size of 150 nm or less, a high charge density, It turns out that it becomes a film | membrane with low resistance, and is excellent as a cation exchange membrane (CEM1-7). Furthermore, a membrane having a salt-containing weight (C) of 3.5% or less has a domain size of 130 nm or less, and the characteristics of the cation exchange membrane and the charge density of 1.0 mol / dm 3 or more may decrease the membrane resistance. Yes (CEM 2-7). On the other hand, a cation exchange membrane using a block copolymer having a salt content of more than 4.0% has a domain size larger than 150 nm, a low charge density and a high membrane resistance. Characteristics were not expressed (CEM 8-10). In particular, those having a high salt content (C) have severe phase separation of the polymer segment of the membrane, and voids are generated throughout the ion exchange membrane, which does not exhibit satisfactory characteristics as an ion exchange membrane (CEM8). In CEM9, purified NaSS-2 is used, but since KPS is used as a polymerization initiator, the salt content in the obtained cation exchange resin is high.
表6の結果からは、特に塩含有重量(C)が4.0%以下のブロック共重合体(P)を用いた陽イオン交換膜を用いた電気透析では、リーク率が低く、脱塩率が高く、電気上昇率が低い(膜の汚染が少ない)ことが判る(実施例1〜7)。さらに、塩含有重量(C)が3.5%以下の陽イオン交換膜を用いた電気透析では、より脱塩率が高いことがわかる(実施例2〜7)。一方で、塩含有重量が4.0%よりも多いブロック共重合体を用いた陽イオン交換膜を用いた電気透析では、リーク率が高く、脱塩率が低かった(比較例1〜3)。一方で、完全相溶系であると考えられるミクロ相分離が確認されなかったランダムブロック共重合体からなる陽イオン交換膜CEM−11を使用した場合(比較例4)は、相分離ドメインサイズの小さいブロック共重合体からなる陽イオン交換膜CEM−7(実施例5)に比べ、脱塩率が低い。また、市販品の陽イオン交換膜を用いた場合は、電圧上昇率が著しく高かった(比較例5)。 From the results in Table 6, the electrodialysis using a cation exchange membrane using a block copolymer (P) having a salt-containing weight (C) of 4.0% or less has a low leak rate and a desalting rate. It can be seen that the rate of electrical rise is low (contamination of the film is small) (Examples 1 to 7). Furthermore, it can be seen that electrodialysis using a cation exchange membrane having a salt-containing weight (C) of 3.5% or less has a higher desalting rate (Examples 2 to 7). On the other hand, in electrodialysis using a cation exchange membrane using a block copolymer having a salt content of more than 4.0%, the leak rate was high and the desalination rate was low (Comparative Examples 1 to 3). . On the other hand, when the cation exchange membrane CEM-11 made of a random block copolymer in which microphase separation, which is considered to be a completely compatible system, was not confirmed (Comparative Example 4), the phase separation domain size was small. Compared with the cation exchange membrane CEM-7 (Example 5) which consists of a block copolymer, a desalination rate is low. When a commercially available cation exchange membrane was used, the voltage increase rate was remarkably high (Comparative Example 5).
本発明の脱塩方法では、電気透析槽において、特定の陽イオン交換膜、すなわち、アニオン性重合体セグメントとビニルアルコール重合体セグメントを有するポリビニルアルコール系共重合体から構成される陽イオン交換膜であって、きわめて小さなミクロ相分離構造を有している陽イオン交換膜を利用できるので、塩類を含む有機物を電気透析槽に供給するという簡便な方法で、有機物の漏洩を抑制しつつ、有機物から塩類を効率よく除去することができる。 In the desalting method of the present invention, a specific cation exchange membrane in an electrodialysis tank, that is, a cation exchange membrane composed of a polyvinyl alcohol copolymer having an anionic polymer segment and a vinyl alcohol polymer segment. In addition, since a cation exchange membrane having a very small microphase separation structure can be used, an organic matter containing salts is supplied to the electrodialysis tank, and the organic matter can be prevented from leaking while suppressing leakage of the organic matter. Salts can be removed efficiently.
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
3 電気透析槽
4 陽極
5 陰イオン交換膜
6 陽イオン交換膜
7 陰極
8 被処理液タンク
11 脱塩室
12 濃縮室
A Ion exchange membrane B Platinum electrode C NaCl aqueous solution D Water bath
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