JP3268531B2 - アイオノマーの製造法 - Google Patents

アイオノマーの製造法

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明のアイオノマーの製造法に関する。本発明は更
に、普通の有機共有結合に加えて、通常初めはイオン結
合を組み込んでいないプラスチックからのアイオノマー
の製造法に関する。
この新しいアイオノマー製造法は ｉ）プラスチックを準備すること ii）導電性媒体をそのプラスチック表面と接触して置く
こと、および iii）プラスチック表面上におよびプラスチックを横切
って電場をかけること を含んでなる。
すなわち、導電性媒体の存在でプラスチックに電場を
かけると、基類はプラスチック中で電場の方向に、プラ
スチックの外部および／または内部表面からラジカル化
またはイオン化され、それらの基は例えば酸化反応の結
果として例えばカルボン酸および／またはスルホン酸に
変わることが見いだされている。プラスチック表面とし
て理解されるものは、とりわけ、***、引っ掻き傷ある
いは他の表面欠陥を任意に有するプラスチック外表面お
よび夾雑物を含んでいるかもしれないプラスチック中の
空洞の壁面である。これら酸化した基は導電性媒体の影
響下で解離し、金属イオンの存在で特有のイオン性官能
基、即ち化学結合した塩の基類を形成する。こうして半
透性ではあるが親水性のチャンネルがプラスチックの一
般的に非晶質の相に形成される。電場の影響下で、導電
性媒体、例えば水は、これらのチャンネル中を移動する
が、水和イオンは単に置換できるだけである。本発明の
アイオノマーは導電性媒体の性質および組成ならびに印
加した電場により、塩類がトラップされる空孔を有して
生成される。
液体および気体も導電性媒体として用いられる。後者
の場合は特に酸化した基が解離し、媒体によって持ち込
まれた金属イオンを持つイオン性の官能基を形成すると
いう目的がある。導電性媒体は水およびアンモニアのよ
うな無機媒体であってもよい。同様に、導電性媒体はア
ルカノール類、例えばメタノールおよびエタノールのよ
うな有機媒体であってもよい。もし導電性媒体が元々活
性が不十分であるなら、種々の反応性成分を媒体および
／またはプラスチックに加えてもよい。
反応性成分のひとつの群は、酸素、オゾン、酸化イオ
ウ、例えば二酸化イオウのような気体からなる。このよ
うな気体類は酸化反応同様に、ラジカル生成反応または
イオン生成反応を支援する。
反応性成分のもうひとつの群は、塩、特に銅、スズお
よびマンガンのような多価金属イオンの塩によって形成
される。このような金属イオンは、恐らく部分的に酸化
反応を触媒的に加速することにより親水性チャンネルの
成長を加速する。
反応性成分のもうひとつの群は、石鹸のような表面活
性物質によって形成される。これらの表面活性物質、例
えばステアリン酸塩は、一方で塩類と同じ機能として作
用し、他方で表面張力を減じて導電性の多少とも極性の
媒体が非極性のプラスチック中により速やかに浸透して
いくことができる。使用することができる石鹸の他の例
としては、アルキルスルホン酸塩、アリールスルホン酸
塩、アルキル（アリール）スルホン酸塩およびアルキル
および／またはアリール基と任意に結合した酸化エチレ
ン付加物が含まれる。
プラスチック上に加える電場の大きさは特定の値に限
定されるものではない。イオン性の官能基は既に1V/mm
−プラスチックの値から生成し始める。電場の大きさの
上限はプラスチックの短絡電圧によって決まり、その短
絡電圧はプラスチックのアイオノマーとしての特性が増
加するにつれて変化し得る。イオン性官能基の適正形成
速度は0.2から20kV/mmの電場値範囲である。例えばプラ
スチックがポリエチレンからできておれば、イオン性官
能基の最適形成速度は電場の大きさが0.5から10kV/mmの
場合である。一般には、短絡電圧の約半分の大きさの電
場が最も可能性がある。
印加する電場の周波数は一般に１から105Hz,好ましく
は10Hzから25kHzである。しかし、周波数の大きさは形
成されるアイオノマーの性質に影響しうる。例えば5Hz
から10kHzの低い方の周波数では主として電気化学的反
応が起こり（酸化反応）、それにより主として親水性チ
ャンネルが形成される。より高い周波数、例えば100Hz
以上ではイオン伝導現象が支配的に起こり、そのために
導電性媒体が塩を含むときには、塩は親水性チャンネル
の内部の空孔に浸透することができ、空孔形成に寄与す
ることができる。一旦空孔に取り込まれ、電場がない場
合には、これらの塩は不可逆的にアイオノマー内部にト
ラップされる。
本発明により作られたアイオノマーは一般にシート状
の形態をしている。このシート形態は本発明の方法に供
されるプラスチックの段階で既に存在していてもよい。
しかし、例えば中空の円柱状プラスチックに半径方向の
電場にかけ、その後この中空円柱状のプラスチックを薄
片に裂いたり、皮を剥がすようにしてシート状のアイオ
ノマーを形成することも可能である。
アイオノマーの最適製造法はプラスチックを導電性媒
体中で、お互いに表面を向き合わせて離して置くことに
より得られる。
本発明の方法を実施する好ましい実施態様として、細
い紐状プラスチックを使用し、これをチャンネル形状に
変え、そのチャンネル液体中へ導電性媒体を導く方法が
含まれる。チャンネル型プラスチックを液体導電性媒体
の浴に導く。プラスチックの紐上に電場がかかるように
浴中へもチャンネル中にある媒体中へも電極を差し込
む。チャンネル中に存在する媒体がチャンネル型の内部
表面を動くことにより、結果として浴中を紐を移動させ
ることによって、本発明の方法を連続して実施すること
ができる。
アイオノマーを製造するための本発明の方法の第２の
実施態様によれば、プラスチック、この場合はプラスチ
ック箔の形として、を例えば各々が気体の導電性媒体
（例えば水蒸気）と電場を発生するための電極とを含ん
でいるふたつの媒体室の間の仕切りを形成することがで
きる。室の壁がしっかりシールしてあれば、この方法も
同じように連続法に変換することができる。
本発明の方法によりアイオノマーに変換することがで
きるプラスチックは原則として特定のプラスチック群に
限定されない。特別に使用されるプラスチックにはポリ
エチレン、ポリプロピレン、ポリスチレンおよびポリテ
トラフロロエチレンが含まれる。
本発明の方法によりつくられるアイオノマーは非常に
多くの分野で応用することができる。引用される例は、
例えばポリマーバッテリー中のイオン伝導体としてであ
り、そこではアイオノマーは電解質として機能する。ア
イオノマーはまた、特定のタイプの分子およびイオン用
の、選択透過性を備えた半透膜として応用することがで
き、更に、そこでは半透性は電場および／または温度の
関数として調整できる。最後に、アイオノマーは化学的
および医薬的性質の溶液、分散体およびエマルジョンの
精製用に用いることができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C08J 7/00 - 7/18

Claims (13)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】イオン結合を含まず普通の有機共有結合の
    みを含むプラスチックをその表面が導電性媒体と接触す
    る制御された状態に置き、電気的および化学的に結合し
    たイオン性基がプラスチック中に生成するように、プラ
    スチック表面上におよびプラスチックを横切って、プラ
    スチック1mm当たり１ボルトからプラスチックの短絡電
    位までの電場をかけることを特徴とするアイオノマーを
    製造する方法。
  2. 【請求項２】導電性媒体が液体および／または気体から
    選ばれる請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】導電性媒体が水およびアンモニアのような
    無機媒体および／またはアルカノール、例えばメタノー
    ルおよびエタノールのような有機媒体を含む請求項１ま
    たは２に記載の方法。
  4. 【請求項４】導電性媒体が酸素、オゾン、酸化イオウの
    ような反応性気体を含む請求項１−３のいずれかに記載
    の方法。
  5. 【請求項５】導電性媒体および／またはプラスチックが
    塩を含む請求項１−４のいずれかに記載の方法。
  6. 【請求項６】導電性媒体および／またはプラスチックが
    石鹸のような表面活性物質を含む請求項１−５のいずれ
    かに記載の方法。
  7. 【請求項７】電場がプラスチック1mm当たり0.2から20kV
    の大きさである請求項１−６のいずれかに記載の方法。
  8. 【請求項８】プラスチックがポリエチレンであり、電場
    がポリエチレン1mm当たり0.5から10kVの大きさである請
    求項７に記載の方法。
  9. 【請求項９】電場の周波数が１から105Hz、好ましくは1
    0Hzから25kHzの大きさである請求項１−８のいずれかに
    記載の方法。
  10. 【請求項１０】プラスチックがシート状である請求項１
    −９のいずれかに記載の方法。
  11. 【請求項１１】お互いに離れて向かい合っているプラス
    チック表面が導電性媒体と接触して置かれている請求項
    １−10のいずれかに記載の方法。
  12. 【請求項１２】プラスチックが溝型形状に形成された細
    い紐状の形であり、液体導電性媒体が溝内に置かれてい
    る請求項１−11のいずれかに記載の方法。
  13. 【請求項１３】プラスチックがふたつの媒体室の間の仕
    切りを形成する請求項１−12のいずれかに記載の方法。
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