JP3294912B2 - 含フッ素イオン交換繊維および多孔性膜 - Google Patents

含フッ素イオン交換繊維および多孔性膜

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JP3294912B2 JP18725993A JP18725993A JP3294912B2 JP 3294912 B2 JP3294912 B2 JP 3294912B2 JP 18725993 A JP18725993 A JP 18725993A JP 18725993 A JP18725993 A JP 18725993A JP 3294912 B2 JP3294912 B2 JP 3294912B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、含フッ素イオン交換繊
およびそれを積層した多孔性膜に関する。
【0002】
【従来の技術】オン交換粒子を充填したイオン交換カ
ラムは、イオン交換粒子の流出損失のおそれがある、
オン交換体の充填率を制御するのが困難である、イオン
交換カラムの圧力損失が高い等の欠点がある。イオン交
換繊維は、イオン交換粒子を用いた場合のこれらの欠点
を改善できるものとして注目されている。
【0003】イオン交換繊維は、ペーパー状などの多孔
性膜に加工して懸濁液からの懸濁物の濾過分離や溶解
しているイオンの吸着除去を同時にできる資材として有
用である。また、各種産業分野における極微量元素の定
性・定量分析、蛍光X線分析、原子吸光分析等の分析前
処理や、プロセス工程液や廃液の処理に有用である。
にイオン交換繊維を集積して、イオン交換膜の補強材と
して利用することが種々提案され、一部は実際に使用さ
れている。
【0004】従来、イオン交換繊維として、ポリスチレ
ン系、ポリビニルアルコール系、ポリアクリル系、ポリ
アミド系、ポリフェノール系、ポリエチレン系、ポリプ
ロピレン系、セルロース系の合成繊維にスルホン酸基や
四級アンモニウム塩基等の官能基を導入したもの、また
、スルホン酸基もしくは四級アンモニウム塩基または
それらの前駆官能基を有するポリマーを繊維状にしたも
のが知られている。かかるイオン交換繊維は、耐薬品
性、特に耐酸化性、耐アルカリ性に乏しく、これらの目
的に充分使用できなかった。
【0005】一方、目的は異なるが、食塩電解用陽イオ
ン交換膜の補強材として、パーフルオロイオン交換繊維
の編物が提案されている。かかるイオン交換繊維は、5
0〜400デニールと太く、イオン交換吸着剤として
は、表面積が低く、イオン交換性能も充分でなく、また
微細な濾過材を得ることはできなかった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は前述の欠点を
解消し、耐薬品性に優れ、イオン交換性能も優れた繊維
を提供し、さらにはかかる繊維を成形品として、耐薬品
性の優れた濾過材や機能性分離膜に利用できる多孔性膜
を提供することを目的とする
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、下記一般式1
(ただし、mは0〜2の整数、nは〜4の整数。A
−COOXもしくは−SO3 Xまたは加水分解によりこ
れらの基に転化する加水分解性基。Xは、H、NH 4
たはアルカリ金属原子。)で示されるモノマーに基づく
繰り返し単位を含み、温度230℃におけるメルトイン
デックスが2〜50g/10minである重合体を繊維
化し、Aが前記加水分解性基である場合は、それを加水
分解して得られる繊維であって、イオン交換容量が0.
1〜2.0ミリ当量/g乾燥樹脂、繊維の太さが0.1
〜50デニールであることを特徴とする含フッ素イオン
交換繊維である。
【化2】
【0008】本発明を更に詳しく説明すると、一般式1
Aは、−COOXもしくSO3 Xまたは加水分解
することによりこれらの基に転化する加水分解性基であ
る。この加水分解性基としては、具体的には−COOR
(Rはアルキル基)、−CN、−COCl、−COF、
−SO2Clまたは−SO2Fの官能基が挙げられる。な
かでも重合性と重合体の熱的安定性から−COOCH3
または−SO2Fが好ましい。
【0009】上記一般式1で示されるモノマーの代表例
としては、次のものが例示できる。
【0010】
【化3】
【0011】本発明の含フッ素イオン交換繊維のイオン
交換容量を0.1〜2.0ミリ当量/g乾燥樹脂にせし
めるためには、一般式1で示されるモノマーと下記一般
式2で示されるモノマーとの共重合体を繊維化するのが
好ましい
【0012】CX 1 2 =CX 3 4 ・・・(2)
【0013】ただし、一般式2においてX 1 、X 2 、X 3
は互いに同一または異なるH、ClまたはFであり、X
4 はH、Cl、F、CF3、OCF3またはOC37であ
る。
【0014】一般式2で示されるモノマーの代表例とし
ては、例えばCH2=CH2、CHF=CH2、CF2=C
2、CF2=CFCl、CF2=CF2、CF2=CF−
CF3、CF2=CF−OCF3またはCF2=CF−OC
37等を挙げることができ、なかでも共重合性、および
得られる共重合体の機械的性質や耐薬品性に優れる点か
らCF2=CF2が特に好ましく使用される。
【0015】上記共重合体の具体的な例としては、次の
ものが例示される。
【0016】
【化4】
【0017】かくして、温度230℃におけるメルトイ
ンデックス2〜50g/10minの重合体が得ら
る。メルトインデックスが2g/10minに満たない
と溶融成形性が悪く、糸径が50デニール以下の細い繊
維が得られず、逆に50g/10minを超えると強度
の大きな繊維が得られない。そして、特にメルトインデ
ックスが5〜30g/10minを採用するのが好まし
い。なお、本発明におけるメルトインデックスは、温度
230℃、荷重2.16kgの条件で、径2.095m
m、長さ8.00mmのノズルから、10分間で流れ出
る重合体の重量 で表す。
【0018】一般式1で示されるモノマーと一般式2で
示されるモノマーとの共重合体のうち、一般式2で示さ
れるモノマーとしてCF 2 =CF 2 を選択した場合は、
ルトインデックスを本発明の範囲とするには、CF2
CF2に基づく繰り返し単位を繰し返し単位総数の60
〜90モル%になるようにするのが好ましい。CF2
CF2に基づく繰り返し単位が繰り返し単位総数の60
モル%に満たない場合には、得られる共重合体の機械的
強度が充分でなく、また90モル%を超える場合には、
溶融成形性が悪く、細い繊維を得ることができない。そ
して特に、CF 2 =CF 2 に基づく繰り返し単位は繰り返
し単位総数の70〜85モル%を採用するのが好まし
い。
【0019】CF 2 =CF 2 外の第三のモノマーを前記
一般式2で示されるモノマーから必要に応じ選定し、添
して重合させ、共重合体にすることができる。
【0020】
【0021】一般式1で示されるモノマーに基づく繰り
返し単位を含む重合体を繊維化した溶融押出し繊維は、
一般式1のAが加水分解性基である場合は化学処理によ
一般式1のAを−COOXまたは−SO 3 に転
せ、イオン交換容量0.1〜2.0ミリ当量/g乾燥樹
脂、繊維の太さが0.1〜50デニールのイオン交換繊
維にせしめる。
【0022】Aが前記加水分解性基である場合は、Aの
転化法としては、Aが−COOCH3の如くカルボン酸
のエステル基では、酸性水溶液や熱水で−COOHとす
るか、またはアルカリ溶液で−COOM(ただし、M
は、NH 4 、アルカリ金属原子)とする。またAが−S
2Fでは、一般的にアルカリ溶液で−SO3Mとする
(Mは前記と同様)
【0023】得られる0.1〜50デニールの含フッ素
イオン交換繊維は、使用目的により各種形状、例えば、
ペーパー状、フェルト状等の多孔性膜に加工される。
【0024】多孔性膜の目付量(1m 2 当たりに含まれ
0.1〜50デニールの含フッ素イオン交換繊維量)
10〜1000g/m 2 、特に25〜250g/m 2
好ましい。多孔性膜の膜厚10〜2000μm、特に
25〜1000μmが好ましい。多孔性膜の多孔度
0〜90%、特に30〜80%が好ましい。
【0025】多孔性膜を得る方法としては、例えば一般
式1のAが加水分解性基である場合それを加水分解する
前の含フッ素重合体の溶融押出し時に、多孔性膜が上記
物性になるように押し出された繊維を集積し、必要に
応じ、ニップロール等で圧縮成形後、加水分解する方法
がある。また加水分解により一般式1のAを−COO
Hまたは−SO3Hに転化した後、ニップロール等で圧
縮成形し、多孔度と機械的強度を調節する方法がある。
その他に、押し出された繊維を加水分解後、機械的切断
により短繊維状とした後、水等の溶媒に分散し、分散液
から抄紙し、多孔性膜とする方法もある。
【0026】かくして得られた繊維からなる多
は、腐蝕性液の懸濁物を濾過分離する濾過材、または溶
存イオンを吸着する濾過材として使用する他、液分
の支持体として使用することができる
【0027】
【実施例】本発明を実施例により説明するが、本発明は
かかる実施例に限定されない。
【0028】(実施例1) CF2=CF−OCF2CFCF3 O(CF22SO2
Fを1,1,2−トリフルオロ−1,2,2−トリクロ
ロエタンの溶媒中、CF2=CF2を加圧供給しラジカル
重合せしめCF2=CF−OCF2CF(CF3)O
(CF22SO2に基づく繰り返し単位を17.76
モル%(共重合体1g中1.098ミリモル、CF2
=CF2 に基づく繰り返し単位を82.24モル%含有
する共重合体を得た。該共重合体のメルトインデックス
は10g/10minであった。
【0029】このメルトインデックス10g/10mi
nの共重合体を溶融押出しで1.5デニールの糸に紡糸
し、紡糸した糸を1m 2あたり77gになるように集積
して、膜厚160μ、巾30cmの多孔性膜を得た。
【0030】この多孔性膜を12重量%の苛性ソーダ水
溶液(90℃)に浸漬し、重合体中の−SO2
−SO3Naに転化せしめた後、塩酸水溶液で−SO3
とした。
【0031】かくして得られた多孔性膜は、目付量
7.4g/m2、膜厚168μm、多孔度77%、イオ
ン交換容量は、1.1ミリ当量/g乾燥樹脂であった。
の多孔性膜を、13重量%HNO3、17重量%HF
の混合酸に60℃、100日間浸漬したが、親水性は変
化せず、強度低下は認められなかった。
【0032】一方、比較のため、ポリプロピレン多孔
膜とポリテトラフルオロエチレン多孔性膜を、メタノー
ルで濡らすことにより親水性を付与した後、同様に60
℃のフッ硝酸液に浸漬した結果、いずれも数日で親水性
が消失(膜が白化)した。ポリプロピレン多孔性膜は1
0日で強度低下を起し、100日後には破損した。この
ことから本発明の含フッ素イオン交換性繊維から得られ
多孔性膜が銀、ステンレスのフッ硝酸ピックリング
液の懸濁物除去用濾過材として有用であることがわか
る。
【0033】(実施例2) 実施例1で得た1.5デニールの糸を1m 2あたり7
gで集積した膜厚160μmの多孔性膜2枚を重ね合
60℃、0.5kg/cm2で圧縮成形した。更
に、実施例1と同様にして−SO 2 F基を苛性ソーダ水
溶液で−SO3Naとし、次いで塩酸で−SO3
した。
【0034】かくして得られた多孔性膜は、目付量15
5g/m2、膜厚260μm、多孔度70%であり、1
70ミリ当量/m2のイオン交換能力を有していた。
【0035】該多孔性膜を径47mmの大きさの円形に
切り取り、ポリテトラフルオロエチレン製濾過器に取り
付け、平均粒子10μmのZrO2を1000ppm
含む液を、苛性ソーダでpH10に調し、通液せしめ
。その結果、ZrO20.1ppm、pH7の濾液を
得た。一方、比較としてポリプロピレン多孔性とポリ
テトラフルオロエチレン多孔性膜を予めメタノールで濡
すことにより親水化せしめた後、同様にpH10、平
均粒子10μmのZrO2を1000ppm含む液を
濾過したところ、濾液中のZrO2は0.1ppmと減
少したが、pHは10と変らなかった。
【0036】(実施例3) 実施例1で得たメルトインデックス10g/10min
共重合体を溶融押し出しで1.5デニールの糸に紡糸
し、紡糸した糸を12重量%苛性ソーダ水溶液に浸漬せ
しめ、−SO2F基を−SO3Naとしたイオン交換繊
維を得た。このイオン交換繊維を、パルプ離解機で30
00rpmの回転により単繊維状に離解せしめ、イオン
交換繊維2%含有する分散液を得、次いで手機によ
紙し、次いで乾燥し、目付量200g/m2、膜厚
300μm、多孔度67%の多孔性膜を得た。
【0037】該多孔性膜を40重量%HNO3に60℃
で100日間浸漬したが、親水性は変化せず、強度低下
は認められず、また実施例2と同様にZrO2粒子を含
む液を濾過したところ、ZrO2粒子は99.9%が捕
捉された。このことから金属精練やアクリル繊維の紡糸
液に使用される高濃度の酸溶液中の懸濁除去用濾過
材として有用である。
【0038】
【発明の効果】本発明の含フッ素イオン交換繊維は、多
孔性膜に容易に加工できるため、懸濁物の捕捉能が高
く、耐薬品性と優れたイオン交換性能を併せ持つ濾過材
または多孔性膜を提供できる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−261829(JP,A) 特開 昭64−61507(JP,A) 特開 昭55−160008(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08J 5/20 B01J 47/12 D01F 6/12 D01F 6/32

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】下記一般式1(ただし、mは0〜2の整
    、nは〜4の整数。Aは−COOXもしくは−SO
    3 Xまたは加水分解によりこれらの基に転化する加水分
    解性基Xは、H、NH 4 またはアルカリ金属原子。)
    で示されるモノマーに基づく繰り返し単位を含み、温度
    230℃におけるメルトインデックスが2〜50g/1
    0minである重合体を繊維化し、Aが前記加水分解性
    基である場合は、それを加水分解して得られる繊維であ
    って、イオン交換容量が0.1〜2.0ミリ当量/g乾
    燥樹脂、繊維の太さが0.1〜50デニールであること
    を特徴とする含フッ素イオン交換繊維。【化1】
  2. 【請求項2】請求項1記載の含フッ素イオン交換繊維
    を、集積または抄紙することにより得られる、目付量が
    10〜1000g/m2、膜厚が10〜2000μm、
    多孔度が20〜90%多孔性膜。
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