JP2002226720A - 有機溶媒系ゲル状物 - Google Patents
有機溶媒系ゲル状物Info
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Abstract
に製造することができ、また、任意の溶媒にてゲル化さ
せたり、ゲル化後に溶媒を置換させたりすることができ
る有機溶媒系ゲル状物を提供する。 【解決手段】 有機溶媒とジアセトンアクリルアミド単
位を0.1モル%以上含有する有機ポリマーと架橋剤と
からなる。
Description
ゲル状物に関するものである。
り、従来から盛んに研究されてきた。特に、含水ゲル状
物等は生体組織への損傷が少なく、物質透過性に富んで
いるなどの理由から、目、皮膚、関節などの生体ゲルの
代替、薬物の徐放性担体などの医用材料として、また生
体触媒の固定化担体、保水剤、保冷剤として盛んに研究
されている。
質二次電池等の電解質層や正極または負極の構成物とし
て扱われるようになり、近年注目を集めるようになって
きた。
次電池としては、リチウムイオンをドープ・脱ドープす
る炭素材料等の負極活物質をポリフッ化ビニリデン系ポ
リマーバインダーで結着したもの、あるいはリチウム金
属またはその合金からなる負極、リチウム含有遷移金属
カルコゲナイト等の正極活物質をポリフッ化ビニリデン
系ポリマーバインダーで結着したものからなる正極、お
よび金属塩を非プロトン性溶媒に溶解した非水電解液か
らなる電解質を用いた非水系二次電池が知られている。
高くなった場合、非プロトン性溶媒の電池内部での揮発
が生じるため、電池の膨れが生じたり、リーク弁からの
揮発ガスの拡散や洩液が生じたりするという問題点を有
している。
電池として、比誘電率の高い重合体、電解質塩及び非プ
ロトン性溶媒からなる膜状固体(ゲル状)電解質層の両
面に、正極活物質及び負極活物質のバインダーとして比
誘電率の高い有機ポリマーと非プロトン性溶媒とからな
るゲル状電解質を用いて作った正極及び負極をそれぞれ
接合した積層体を少なくとも一つ有する全固体二次電池
が特開2000−133310号公報に開示されている
が、これなどは有機溶媒系ゲル状物の使用例の最たるも
のである。
に電池の分野では有機溶媒系ゲル状物の注目度が高まっ
てきているが、ゲル状物を形成する有機ポリマーの原料
が取り扱いのやっかいなアクリロニトリルのような有害
なものであったり、ゲル状物を形成する際に有機溶媒を
含む組成物を一旦加熱しなければならなかったりするた
め、より安全な原料を用いて容易にゲル状物を形成・製
造する方法が望まれている。
解決するものであって、有機溶媒とジアセトンアクリル
アミド単位を0.1モル%以上含有する有機ポリマー及
び架橋剤とからなる有機溶媒系ゲル状物である。前記有
機ポリマーはエチレン性不飽和単量体及びジアセトンア
クリルアミドとの共重合体であることが望ましい。ま
た、前記架橋剤はアミン系化合物であることが望まし
い。
ンアクリルアミド単位を0.1モル%以上含有する有機
ポリマーは、ギ酸ビニル、酢酸ビニル、プロピオン酸ビ
ニル、ピバリン酸ビニル、ステアリン酸ビニルなどの脂
肪酸ビニルエステル類、またはアクリル酸及びアクリル
酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アク
リル酸−2−エチルヘキシル、アクリル酸ジメチルアミ
ノエチル等のアクリル酸エステル類及びアクリルアミ
ド、N−メチルアクリルアミド、ジアセトンアクリルア
ミド、アクリルアミドスルホン酸等のアクリルアミド系
単量体、メタクリル酸及びメタクリル酸メチル、メタク
リル酸エチル等のメタクリル酸エステル類、スチレン、
α−メチルスチレン、p−スチレンスルホン酸等のスチ
レン系単量体、ブタジエン、イソプレン、クロロプレン
及びその誘導体等のジエン系単量体、マレイン酸モノメ
チル、イタコン酸モノメチル等の不飽和二塩基酸モノア
ルキルエステル類、ラウリルビニルエーテル、ステアリ
ルビニルエーテル等のアルキルビニルエーテル、アリル
アルコール、ジメチルアリルアルコール、イソプロペニ
ルアリルアルコール等の水酸基含有単量体、アリルアセ
テート、ジメチルアリルアセテート、イソプロペニルア
リルアセテート等のアセチル基含有単量体、塩化ビニ
ル、塩化ビニリデン、フッ化ビニル等のハロゲン化ビニ
ル、トリメトキシビニルシラン、トリブチルビニルシラ
ン、ジフェニルメチルビニルシラン等のビニルシラン
類、エチレン等のアルファオレフィン類、アリルスルホ
ン酸ソーダ、メタリルスルホン酸ソーダ、スチレンスル
ホン酸ソーダ等のスルホン基含有単量体等の中から選ば
れた少なくとも1種以上の不飽和単量体とジアセトンア
クリルアミドとを共重合することによって得られる。共
重合の方法は公知のものでよく、塊状重合法、溶液重合
法、懸濁重合法、乳化重合法等が挙げられるが、酢酸ビ
ニルを原料とする場合はメチルアルコール等の溶剤中で
α、α′−アゾビスイソブチロニトリル、2,2′−ア
ゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)等のアゾ系
または過酸化ベンゾイル、過酢酸、ジ−n−プロピルパ
ーオキシジカーボネート等の過酸化物系の開始剤を用い
て重合する方法が一般的である。
アクリルアミド単位の分布は特に制限はなく、ブロック
的に配置されたり、ランダムに配置されてもかまわな
い。ジアセトンアクリルアミド単位の含有量は0.1モ
ル%以上、好ましくは0.5モル%以上であり、0.1
モル%未満の場合には十分なゲル強度が得られなかった
り、有機溶剤を離液し易くなったりするため、好ましく
ない。また、共重合後の未反応単量体の除去方法及び乾
燥方法等は公知の方法でよい。
れたジアセトンアクリルアミド単位を0.1モル%以上
含有する有機ポリマーを溶解可能な任意の有機溶媒、例
えばメタノール、エタノール、アセトン、ベンゼン、ト
ルエン、テトラヒドロフラン、γ−ブチロラクトン、
1,2−ジメトキシエタン、ギ酸メチル、ジメチルスル
ホキシド等の有機溶媒に任意の濃度で溶解し、架橋剤を
添加して混練した後、放置することにより得られる。重
合溶媒をそのまま使用する場合は脱モノマー等の処置を
行った後、架橋剤を添加してゲル化することも可能であ
る。また、架橋速度を促進するために有機溶媒の沸点以
下の温度に加熱することもできる。ゲル化するまでの時
間は有機ポリマーの濃度や溶媒の種類、ジアセトンアク
リルアミド基の含有量や分布、反応液の温度等によって
変わるが、短いものでは数分、長いものでは数時間でゲ
ル化する。
クリルアミド単位中の活性カルボニル基と反応するもの
であれば特に制限はなく、シュウ酸ジヒドラジド、マロ
ン酸ジヒドラジド、コハク酸ジヒドラジド、グルタル酸
ジヒドラジド、アジピン酸ジヒドラジド、ピメリン酸ジ
ヒドラジド、スベリン酸ジヒドラジド、アゼライン酸ジ
ヒドラジド、セバシン酸ジヒドラジド、ドデカンジオヒ
ドラジド、ヘキサデカンジオヒドラジド、テレフタル酸
ジヒドラジド、イソフタル酸ジヒドラジド、およびN−
アミノポリアクリルアミドなどの分子内にヒドラジノ基
またはヒドラジド基を有する化合物および上記ヒドラジ
ン化合物にケトン化合物を反応させたカルボヒドラジド
ジアセトンヒドラゾン、アジピン酸ジヒドラジドジアセ
トンヒドラゾンなどのヒドラジン誘導体やエチレンジア
ミン、トリ−2−アミノメチルアミン、ジエチレントリ
アミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペン
タミン、ペンタンエチレンオキサミン、4,4′ジアミ
ノ−3,3−ジエチルジフェニルメタン、アミノエチル
ピペラジン、2−メチル−1,5−ペンタンジアミン、
1,3−シクロヘキサンビスメチルアミン、ポリアニリ
ン、ポリエチレンイミン、アミノエチルカコポリマー等
のアミン系の化合物等が挙げられるが、これに限定され
るものではない。化合物は、単独または数種類を併用し
て使用しても良く、中でも有機溶媒に対する溶解度の高
いヒドラジン系化合物、ジアミン系化合物、トリアミン
系化合物が特に有用である。
ル強度を必要とする場合にはジアセトンアクリルアミド
基と等モル程度の官能基を有する架橋剤量を添加すれば
よい。
が、所望の溶媒のゲル状物を得るためには、一旦ゲル化
の容易な溶媒で例えば80質量%程度の高濃度ゲル状物
を作成した後、前記所望の溶媒中に浸漬して膨潤・含浸
させる方法や、ゲル状物を乾燥した後に前記所望の溶媒
に浸漬して膨潤させるなどの方法をとることができる。
池等のポリマーゲル電解質等に用いるには、溶媒に非プ
ロトン性溶媒として、例えばエチレンカーボネート(比
誘電率90)、プロピレンカーボネート(比誘電率6
5)、ジメチルカーボネート(比誘電率3.1)、ジエ
チルカーボネート(比誘電率2.8)、テトラヒドロフ
ラン(比誘電率7.4)、γ−ブチロラクトン(比誘電
率42)等を用い、電解質塩として、例えばLiP
F6、LiClO4、LiBF4、LiAsF6、Li
CF3SO3、Li(CF3SO2)2N等を用いてゲ
ル状物を作成すればよい。
説明する。以下の実施例及び比較例において「部」及び
「%」は特に断りのない限り質量基準を意味する。
えた反応器を窒素置換した後、脱酸素した酢酸ビニルモ
ノマー950質量部、メタノール600質量部を仕込
み、攪拌下で昇温を開始し、内温が60℃となったとこ
ろで、別途メタノール50質量部に開始剤〔2,2′−
アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)〕1質量
部を溶解した溶液を添加して重合を開始した。重合開始
と同時にメタノール70質量部にジアセトンアクリルア
ミド90質量部を溶解した変性モノマー溶液を重合期間
中連続的に添加した。60℃で5時間重合した後、冷却
して重合を停止した。このときの重合収率は88%であ
った。得られた重合溶液を塔内に多孔板を多段数有する
脱モノマー等に供給して塔下部よりメタノール蒸気を吹
き込んで重合溶液と接触させ、未反応の酢酸ビニルモノ
マーを除去した。
ポリ酢酸ビニル−メタノール溶液の固形分濃度は44%
であった。この変性ポリ酢酸ビニルの変性度を元素分析
にて測定したところ、変性度は5.0モル%であること
がわかった。このジアセトンアクリルアミド変性ポリ酢
酸ビニル−メタノール溶液100質量部にジエチレント
リアミン2質量部を添加して室温にて2時間放置したと
ころ、ゲル強度が高くしかも柔軟性に富んだゲル状物を
得ることができた。
えた反応器を窒素置換した後、脱酸素した酢酸ビニルモ
ノマー1100質量部、エタノール2200質量部、ジ
アセトンアクリルアミド35質量部を仕込み、攪拌下で
昇温を開始し、内温が70℃となったところで、別途エ
タノール50質量部に開始剤〔2,2′−アゾビス
(2,4−ジメチルバレロニトリル)〕1.1質量部を
溶解した溶液を添加して重合を開始した。重合開始と同
時に55%ジアセトンアクリルアミドエタノール溶液3
00質量部を重合期間中5時間にわたって連続的に添加
した。また、重合開始1時間を経過した時点から酢酸ビ
ニルモノマー1900質量部を4時間にわたって連続的
に添加した。途中、開始剤3,3質量部を3回に分けて
添加して5時間30分重合した後、冷却して重合を停止
した。このときの重合収率は85%であった。得られた
重合溶液を塔内に多孔板を多段数有する脱モノマー等に
供給した塔下部よりメタノール蒸気を吹き込んで重合溶
液と接触させ、未反応の酢酸ビニルモノマーを除去した
のち濃縮塔にて濃縮した。
ポリ酢酸ビニル−メタノール溶液の固形分濃度は81%
であった。この変性PVAcを赤外スペクトル法を用い
て測定したところ、ジアセトンアクリルアミド単位を
4.1モル%含有することがわかった。このジアセトン
アクリルアミド変性ポリ酢酸ビニル−メタノール溶液1
00質量部にジエチレントリアミンを3質量部添加して
室温にて2時間放置したところ、ゲル強度が高くしかも
柔軟性に富んだゲル状物を得ることができた。
ーボネート80質量部、エチレンカーボネート20質量
部を混合した溶媒に、電解質としてLiPF6を1M/
リットルになるように溶解した溶媒に2時間浸漬した。
ゲル状物は溶解せずに膨潤し、浸漬前は10質量部であ
ったが、浸漬後は52質量部に膨潤し、ポリマー電解質
ゲル状物を得ることができた。
系ゲル状物は比較的安全性の高い原料を元に比較的容易
に製造することができ、また、任意の溶媒にてゲル化さ
せたり、ゲル化後に溶媒を置換させたりすることができ
るため、複雑な形状が要求されるゲル状構造体やポリマ
ーゲル電解質の基材として、また電極用のバインダーと
して特に有用である。
Claims (4)
- 【請求項1】 有機溶媒とジアセトンアクリルアミド単
位を0.1モル%以上含有する有機ポリマー及び架橋剤
とからなることを特徴とする有機溶媒系ゲル状物。 - 【請求項2】 有機ポリマーがエチレン性不飽和単量体
及びジアセトンアクリルアミドとの共重合体であること
を特徴とする請求項1記載のゲル状物。 - 【請求項3】 エチレン性不飽和単量体が酢酸ビニルで
あることを特徴とする請求項2記載のゲル状物。 - 【請求項4】 架橋剤がアミン系化合物であることを特
徴とする請求項1記載のゲル状物。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2001064086A JP2002226720A (ja) | 2001-02-01 | 2001-02-01 | 有機溶媒系ゲル状物 |
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Cited By (1)
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