(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つのポリマー末端ブロックＡ、少なくとも１つのポリマー内部ブロックＢ、および１以上のブロックＤを含む、変性スルホン化ブロックコポリマーであって、
各Ａブロックが、スルホン酸官能基もしくはスルホネート官能基を含有せず、重合された、（ｉ）パラ置換スチレンモノマー、（ｉｉ）エチレン、（ｉｉｉ）３から１８個の炭素原子のアルファオレフィン、（ｉｖ）１，３−シクロジエンモノマー、（ｖ）水素化前に３５モルパーセント未満のビニル含有量を有する共役ジエンのモノマー、（ｖｉ）アクリル酸エステル、（ｖｉｉ）メタクリル酸エステルおよび（ｖｉｉｉ）これらの混合物から選択される１以上のセグメントを含み、
各Ｂブロックが、重合化された（ｉ）非置換スチレンモノマー、（ｉｉ）オルト置換スチレンモノマー、（ｉｉｉ）メタ置換スチレンモノマー、（ｉｖ）アルファ−メチルスチレン、（ｖ）１，１−ジフェニルエチレン、（ｖｉ）１，２−ジフェニルエチレンおよび（ｖｉｉ）これらの混合物から選択される１以上のビニル芳香族モノマーのセグメントを含むスルホン化感受性モノマーユニットを含み、およびスルホン化感受性モノマーユニットの数に基づき、１０から１００モル％の式（Ｉ）の官能基
−ＳＯ２−ＮＲ１Ｒ２    （Ｉ）
またはこの塩、式中、
Ｒ１は、−（Ａ１−ＮＲａ）ｘＲｂ部分または−（Ａ１−ＮＲａ）ｙ−Ａ２−Ｚ部分であり、
Ｒ２は、水素、アルキルもしくはＲ１部分の１つであり、または
Ｒ１およびＲ２は、これらが結合している窒素と一緒に、１〜３個の窒素、２〜６個の炭素および場合により１もしくは２個の非隣接の酸素および／またはイオウの環原子からなる、場合により置換された５から７員環を形成し、
ｘは０、１、２もしくは３であり、
ｙは１もしくは２であり、
Ａ１およびＡ２は、それぞれ独立して、場合により１以上のメチル基および／またはエチル基により置換された直鎖アルキレンであり、
ＲａおよびＲｂは、それぞれ独立して、水素もしくはアルキルであり、
Ｚは、−ＣＯ２Ｈ、−ＳＯ３Ｈもしくは−Ｐ（Ｏ）（ＯＨ）３である、
を含み、
各Ｄブロックが、（ｉ）水素化前に２０から８０モルパーセントの間のビニル含有量を有するイソプレン、１，３−ブタジエンから選択される、重合化または共重合化された共役ジエン、（ｉｉ）重合アクリレートモノマー、（ｉｉｉ）シリコンポリマー、（ｉｖ）重合イソブチレンおよび（ｖ）これらの混合物からなる群から独立して選択され、重合された１，３−ブタジエンまたはイソプレンを含有する任意のセグメントがその後水素化され、
変性スルホン化ブロックコポリマーは、一般構造Ａ−Ｄ−Ｂ−Ｄ−Ａ、Ａ−Ｂ−Ｄ−Ｂ−Ａ、（Ａ−Ｄ−Ｂ）ｎＸ、（Ａ−Ｂ−Ｄ）ｎＸまたはこれらの混合物を有し、式中、ｎは２から３０の整数であり、Ｘはカップリング剤残基であり、各Ｄブロックはスルホン化耐性ポリマーブロックであり、複数のＡブロック、ＢブロックまたはＤブロックは同一であるか、または異なる、変性スルホン化ブロックコポリマー。
【請求項２】
請求項１に記載の変性スルホン化ブロックコポリマーを含む、膜またはフィルム。
【請求項３】
燃料電池、ろ過装置、湿度管理装置、電気透析装置、逆電気透析装置、浸透圧発電装置、正浸透装置、逆浸透装置、選択的加水装置、選択的水除去装置、電気吸着脱イオン装置、分子ろ過装置、水から塩を除去する装置、水圧破砕用途から生じた水を処理する装置、イオン輸送用途のための装置、水軟化装置および電池ならびに請求項２に記載の膜またはフィルムを含むものからなる群から選択される機器。
【請求項４】
少なくとも１つのアノード、少なくとも１つのカソードおよび１以上の膜を含み、少なくとも１つの膜が請求項２に記載の膜である、電気脱イオン機構。
【請求項５】
基材および請求項１に記載の変性スルホン化ブロックコポリマーを含む、コーティングを含む被覆物品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、変性スルホン化ブロックコポリマー、即ち、スルホン酸またはスルホネート官能基が変性されたスルホン化ブロックコポリマーに関する。より具体的には、変性スルホン化ブロックコポリマーは、少なくとも２つのポリマー末端ブロックＡおよび少なくとも１つのポリマー内部ブロックＢを有する。各Ａブロックはスルホン酸官能基またはスルホネート官能基を本質的に含有せず、各Ｂブロックはスルホン化感受性モノマーユニットおよびスルホン化感受性モノマーユニットの数に基づき、約１０から約１００モル％の式（Ｉ）の官能基
−ＳＯ２−ＮＲ１Ｒ２    （Ｉ）
またはこの塩、式中、
Ｒ１は、−（Ａ１−ＮＲａ）ｘＲｂ部分または−（Ａ１−ＮＲａ）ｙ−Ａ２−Ｚ部分であり、
Ｒ２は水素、アルキルもしくはＲ１部分の１つであり、または
Ｒ１およびＲ２はこれらが結合している窒素と一緒に１〜３個の窒素、２〜６個の炭素および場合により１もしくは２個の非隣接の酸素および／またはイオウの環原子からなる、場合により置換された５から７員環を形成し、
ｘは０、１、２もしくは３であり、
ｙは１もしくは２であり、
Ａ１およびＡ２は、それぞれ独立して、場合により１以上のメチル基および／またはエチル基により置換された直鎖アルキレンであり、
ＲａおよびＲｂは、それぞれ独立して、水素もしくはアルキルであり、
Ｚは、−ＣＯ２Ｈ、−ＳＯ３Ｈもしくは−Ｐ（Ｏ）（ＯＨ）３である、
を含む。
【０００２】
本開示は、変性スルホン化ブロックコポリマーおよびこれらを含む製品の作製方法をさらに提供する。変性スルホン化ブロックコポリマーは、寸法安定性、水輸送および選択的イオン輸送に関して並外れた特性を示す。従って、変性スルホン化ブロックコポリマーを含む膜などの製品は、電動水分離方法および浸透圧的に生じる分離方法用途、例えば正浸透、ろ過および「ブルーエネルギー」用途において有利である。
【背景技術】
【０００３】
スチレン系ブロックコポリマーの調製は、当分野において周知である。概して、スチレン系ブロックコポリマー（「ＳＢＣ」）は、化学的に異なるモノマータイプを含む内部ポリマーブロックおよび末端ポリマーブロックを含み、それによって特定の望ましい特性を提供することができる。例としては、より一般的形態において、ＳＢＣの形態は、共役ジエンの内部ブロックおよび芳香族アルケニルアレーンを有する外部ブロックを有することができる。ポリマーブロックの異なる特性の相互作用により、異なるポリマー特性を得ることが可能になる。例えば、内部共役ジエンブロックのエラストマー特性は、「より硬い」芳香族アルケニルアレーンの外部ブロックと一緒に、非常にさまざまな用途に有用であるポリマーを形成する。このようなＳＢＣの形態は、逐次重合および／またはカップリング反応を介して調製することができる。
【０００４】
ＳＢＣの形態が、それらの特性をさらに改変するために官能化できることもまた公知である。この例は、スルホン酸官能基またはスルホン酸エステル官能基をポリマー骨格へ付加することである。第１のこのようなスルホン化ブロックコポリマーの１つは、例えば、ＷｉｎｋｌｅｒのＵＳ３，５７７，３５７に開示されている。得られたブロックコポリマーは、一般構造Ａ−Ｂ−（Ｂ−Ａ）１−５を有し、各Ａは、非エラストマー系スルホン化モノビニルアレーンポリマーブロックであり、各Ｂは、実質的に飽和したエラストマー系アルファ−オレフィンポリマーブロックであり、前記ブロックコポリマーは、全ポリマー中少なくとも１重量％のイオウおよび各モノビニルアレーンユニットに対して１つのスルホン化成分を提供するために十分な程度にスルホン化されていることが特徴付けられていた。スルホン化ポリマーはそれ自体で使用することができ、またはそれらの酸、アルカリ金属塩、アンモニウム塩もしくはアミン塩の形態で使用することができる。Ｗｉｎｋｌｅｒによれば、ポリスチレン−水添ポリイソプレン−ポリスチレントリブロックコポリマーは、１，２−ジクロロエタン中に三酸化イオウ／トリエチルホスフェートを含むスルホン化剤を用いて処理された。該スルホン化ブロックコポリマーが、浄水膜などにおいて有用であり得る吸水特徴を有することが記載されたが、後にフィルムに成形可能ではないことが見出された（ＵＳ５，４６８，５７４）。
【０００５】
より最近、ＷｉｌｌｉｓらのＵＳ７，７３７，２２４はスルホン化ポリマーの調製を開示し、とりわけ水中で固体であり、少なくとも２つのポリマー末端ブロックおよび少なくとも１つの飽和ポリマー内部ブロックを含むスルホン化ブロックコポリマーを例示し、各末端ブロックはスルホン化耐性ポリマーブロックであり、少なくとも１つの内部ブロックは、スルホン化感受性飽和ポリマーブロックであり、少なくとも１つの内部ブロックは、ブロック中１０から１００モルパーセントのスルホン化感受性モノマーの程度までスルホン化される。該スルホン化ブロックコポリマーは、大量の水蒸気を輸送することができ、一方で同時に、優れた寸法安定性および強度を水の存在下で有することが記載され、優れた湿潤強度、優れた水輸送およびプロトン輸送特徴、優れたメタノール耐性、容易なフィルムもしくは膜形成、バリア特性、柔軟性および弾性の制御、調整可能な硬度ならびに熱／酸化安定性の組み合わせが要求される末端使用用途にとって価値ある材料であることが記載されている。
【０００６】
さらに、ＤａｄｏらのＷＯ２００８／０８９３３２は、例えば、少なくとも１つの末端ブロックＡおよび少なくとも１つの内部ブロックＢを有し、各Ａブロックがスルホン化耐性ポリマーブロックであり、各Ｂブロックがスルホン化感受性ポリマーブロックであり、前記ＡおよびＢがオレフィン系不飽和を実質的に含まない前駆体ブロックポリマーのスルホン化を例示する、スルホン化ブロックコポリマーの調製方法を開示している。該前駆体ブロックポリマーをアシルスルフェートと、少なくとも１種の非ハロゲン化脂肪族溶剤をさらに含む反応混合物において反応させた。Ｄａｄｏらによれば、該方法は、スルホン化ポリマーのミセルおよび／または確定可能なサイズおよび分布の他のポリマー凝結体を含む反応生成物をもたらす。
【０００７】
スルホン化ポリマーを、さまざまな化合物を用いて中和可能なこともまた報告されている。例えば、ＰｏｔｔｉｃｋらのＵＳ５，２３９，０１０およびＢａｌａｓらのＵＳ５，５１６，８３１は、スルホン酸官能基を有するスチレンブロックが、スルホン化ブロックコポリマーとイオン化可能な金属化合物とを反応させることによって中和し、金属塩を得ることができることを示している。
【０００８】
さらに、ＷｉｌｌｉｓらのＵＳ７，７３７，２２４は、例えば、イオン化可能な金属化合物およびさまざまなアミンを含む、さまざまな塩基性材料を用いた、スルホン化ブロックコポリマーの少なくとも部分的中和を示している。より具体的なアミン中和スルホン化ブロックコポリマーが、ＷｉｌｌｉｓらのＵＳ２０１１／００８６９８２に記載されている。これらのアミン中和スルホン化ブロックコポリマーを含む膜は水を輸送し、湿潤条件下で寸法的に安定である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第３，５７７，３５７号明細書
【特許文献２】米国特許第５，４６８，５７４号明細書
【特許文献３】米国特許第７，７３７，２２４号明細書
【特許文献４】国際公開第２００８／０８９３３２号
【特許文献５】米国特許第５，２３９，０１０号明細書
【特許文献６】米国特許第５，５１６，８３１号明細書
【特許文献７】米国特許出願公開第２０１１／００８６９８２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
第１の態様において、本開示は、少なくとも２つのポリマー末端ブロックＡおよび少なくとも１つのポリマー内部ブロックＢを含み、各Ａブロックがスルホン酸官能基もしくはスルホネート官能基を本質的に含有せず、各Ｂブロックが、スルホン化感受性モノマーユニットおよびスルホン化感受性モノマーユニットの数に基づき、約１０から約１００モル％の式（Ｉ）の官能基
−ＳＯ２−ＮＲ１Ｒ２    （Ｉ）
またはこの塩、式中、
Ｒ１は、−（Ａ１−ＮＲａ）ｘＲｂ部分または−（Ａ１−ＮＲａ）ｙ−Ａ２−Ｚ部分であり、
Ｒ２は水素、アルキルもしくはＲ１部分の１つであり、または
Ｒ１およびＲ２はこれらが結合している窒素と一緒に、１〜３個の窒素、２〜６個の炭素および場合により１もしくは２個の非隣接の酸素および／またはイオウの環原子からなる、場合により置換された５から７員環を形成し、
ｘは０、１、２もしくは３であり、
ｙは１もしくは２であり、
Ａ１およびＡ２は、それぞれ独立して、場合により１以上のメチル基および／またはエチル基により置換された直鎖アルキレンであり、
ＲａおよびＲｂは、それぞれ独立して、水素もしくはアルキルであり、
Ｚは、−ＣＯ２Ｈ、−ＳＯ３Ｈもしくは−Ｐ（Ｏ）（ＯＨ）３である、
を含む変性スルホン化ブロックコポリマーに関する。
【００１１】
第２の態様において、本開示は、ブロックＢが式（Ｉ）の官能基またはこの塩、式中、
Ｒ１は、−（Ａ１−ＮＲａ）ｘＲｂ部分であり、
Ｒ２は水素、アルキルもしくは−（Ａ１−ＮＲａ）ｘＲｂ部分であり、
ｘは０もしくは１であり、
Ａ１およびＡ２は、それぞれ独立して、直鎖アルキレンである、
を含む、前述の態様に従った変性スルホン化ブロックコポリマーに関する。
【００１２】
第３の態様において、本開示は、ブロックＢが式（Ｉ）の官能基またはこの塩、式中、Ｒ１は−（Ａ１−ＮＲａ）ｘＲｂ部分であり、Ｒ２は水素もしくはアルキルである、
を含む、前述の態様のいずれか１つに従った変性スルホン化ブロックコポリマーに関する。
【００１３】
第４の態様において、本開示は、ブロックＢが式（Ｉ）の官能基またはこの塩、式中、Ｒ１およびＲ２は同一であり、−（Ａ１−ＮＲａ）ｘＲｂもしくは−（Ａ１−ＮＲａ）ｙ−Ａ２−ＳＯ３Ｈ部分である、を含む、前述の態様のいずれか１つに従った変性スルホン化ブロックコポリマーに関する。
【００１４】
第５の態様において、本開示は、ブロックＢが約２５から約８０モル％の官能基を含む、前述の態様のいずれか１つに従った変性スルホン化ブロックコポリマーに関する。
【００１５】
第６の態様において、本開示は、各Ｂブロックが、重合化された（ｉ）非置換スチレンモノマー、（ｉｉ）オルト置換スチレンモノマー、（ｉｉｉ）メタ置換スチレンモノマー、（ｉｖ）アルファ−メチルスチレン、（ｖ）１，１−ジフェニルエチレン、（ｖｉ）１，２−ジフェニルエチレンおよび（ｖｉｉ）これらの混合物から選択される１以上のビニル芳香族モノマーのセグメントを含む、前述の態様のいずれか１つに従った変性スルホン化ブロックコポリマーに関する。
【００１６】
第７の態様において、本開示は、一般構造Ａ−Ｂ−Ａ、Ａ−Ｂ−Ａ−Ｂ−Ａ、（Ａ−Ｂ−Ａ）ｎＸ、（Ａ−Ｂ）ｎＸ、Ａ−Ｄ−Ｂ−Ｄ−Ａ、Ａ−Ｂ−Ｄ−Ｂ−Ａ、（Ａ−Ｄ−Ｂ）ｎＸ、（Ａ−Ｂ−Ｄ）ｎＸまたはこれらの混合物を有し、式中、ｎは２から約３０の整数であり、Ｘはカップリング剤残基であり、各Ｄブロックはスルホン化耐性ポリマーブロックであり、複数のＡブロック、ＢブロックまたはＤブロックは同一であるか、または異なる、前述の態様のいずれか１つに従った変性スルホン化ブロックコポリマーに関する。
【００１７】
第８の態様において、本開示は、１以上のブロックＤを含み、各Ｄブロックが、（ｉ）水素化前に２０から８０モルパーセントの間のビニル含有量を有するイソプレン、１，３−ブタジエンから選択される、重合化または共重合化された共役ジエン、（ｉｉ）重合アクリレートモノマー、（ｉｉｉ）シリコンポリマー、（ｉｖ）重合イソブチレンおよび（ｖ）これらの混合物からなる群から独立して選択され、重合された１，３−ブタジエンまたはイソプレンを含有する任意のセグメントがその後水素化される、前述の態様のいずれか１つに従った変性スルホン化ブロックコポリマーに関する。
【００１８】
第９の態様において、本開示は、前述の態様のいずれか１つに従った変性スルホン化ブロックコポリマーを含む膜またはフィルムに関する。
【００１９】
第１０の態様において、本開示は、少なくとも０．５ｍＳ／ｃｍの導電率を有する、前述の第９の態様に従った膜またはフィルムに関する。
【００２０】
第１１の態様において、本開示は、少なくとも８０％の陰イオン交換選択性を有する、前述の第９または第１０の態様に従った膜またはフィルムに関する。
【００２１】
第１２の態様において、本開示は、膜の乾燥重量に基づき最大で２０重量％の吸水を有する、前述の態様９から１１の１つに従った膜またはフィルムに関する。
【００２２】
第１３の態様において、本開示は、
ａ）１以上の非プロトン性有機溶媒を含む液相中に変性スルホン化ブロックコポリマーを含む組成物を提供する段階、
ｂ）組成物を成形する段階、および
ｃ）液相を蒸発させる段階
により得られた、前述の態様９から１２の１つに従った膜またはフィルムに関する。
【００２３】
第１４の態様において、本開示は、燃料電池、ろ過装置、湿度管理装置、電気透析装置、逆電気透析装置、浸透圧発電装置、正浸透装置、逆浸透装置、選択的加水装置、選択的水除去装置、電気吸着脱イオン装置、分子ろ過装置、水から塩を除去する装置、水圧破砕用途から生じた水を処理する装置、イオン輸送用途のための装置、水軟化装置および電池ならびに前述の態様９から１３の１つに従った膜またはフィルムを含むものからなる群から選択される機器に関する。
【００２４】
第１５の態様において、本開示は、少なくとも１つのアノード、少なくとも１つのカソードおよび１以上の膜を含み、少なくとも１つの膜が前述の態様９から１３の１つに従った膜である、電気脱イオン機構に関する。
【００２５】
第１６の態様において、本開示は、少なくとも２つの膜を含み、少なくとも１つの膜が陽イオン交換膜である、前述の第１５の態様に従った電気脱イオン機構に関する。
【００２６】
第１７の態様において、本開示は、陽イオン交換膜が、少なくとも２つのポリマー末端ブロックＡおよび少なくとも１つのポリマー内部ブロックＢを含むスルホン化ブロックコポリマーを含み、各Ａブロックがスルホン酸官能基もしくはスルホン化エステル官能基を本質的に含有せず、各Ｂブロックが、スルホン化感受性モノマーユニットおよびスルホン化感受性モノマーユニットの数に基づき、約１０から約１００モル％のスルホン酸官能基もしくはスルホン酸エステル官能基を含む、前述の第１６の態様に従った電気脱イオン機構に関する。
【００２７】
第１８の態様において、本開示は、少なくとも２つの膜を含み、少なくとも１つの膜が陰イオン交換膜である、前述の態様１６および１７の１つに従った電気脱イオン機構に関する。
【００２８】
第１９の態様において、本開示は、少なくとも２つの膜を含み、少なくとも１つの膜が両極性膜である、前述の態様１５から１８の１つに従った電気脱イオン機構に関する。
【００２９】
第２０の態様において、本開示は、基材および前述の態様１から９の１つの変性スルホン化ブロックコポリマーを含むコーティングを含む被覆物質に関する。
【００３０】
第２１の態様において、本開示は、基材が、天然もしくは合成の、織布および不織布材料またはこれらの混合物である、前述の第２０の態様に従った被覆物質に関する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】膜抵抗の測定の仕組みの回路図である。
【図２】図１に従った仕組みにより取得された測定値から膜抵抗を得る方法を例示する図である。
【図３】選択透過性を測定する実験的仕組みを概略的に例示する図である。
【図４】透過性を測定する実験的仕組みを概略的に例示する図である。
【図５】脱塩セルを概略的に例示する図である。
【図６】本開示に従って選択された膜の、導電率とナトリウム透過性との関係を示す図である。
【図７】本開示に従って選択された膜の、導電率とイオン選択性との関係を示す図である。
【図８】本開示に従って選択された膜の、導電率と水揚げとの関係を示す図である。
【図９】本開示に従って選択された膜の、導電率と水蒸気透過性との関係を示す図である。
【図１０】本開示に従って選択された膜の、水蒸気透過性と塩化ナトリウム透過性との関係を示す図である。
【図１１】本開示に従って選択された膜の、水蒸気透過性と塩化ナトリウム透過性との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
本発明の実施形態の詳細な説明を本明細書に開示するが、開示された実施形態が本発明の単なる例示であり、本発明は、開示された実施形態のさまざまな形態および代替の形態に具体化されていることは理解されるべきである。従って、本明細書において開示された実施形態において扱われた特定の構造的および機能的詳細は、限定として解釈されるべきではなく、単に特許請求の範囲の原理および本発明をさまざまに用いるための当業者に教示するための代表的原理として解釈されるべきである。
【００３３】
特に他のことが明記されない限り、本明細書において使用するすべての技術用語は、当業者により一般に理解される意味を有する。
【００３４】
さらに、特に他のことが明記されない限り、本明細書において使用する下記の表現は、下記の意味を有すると理解される。
【００３５】
本明細書において使用する場合、「スルホン化ブロックコポリマー」という表現は、アミン、金属もしくは他の極性化合物とは本質的に反応せず、スルホン酸基および／または  スルホン酸エステル基を含有するスルホン化ブロックコポリマーを指す。
【００３６】
本明細書において使用する場合、「変性スルホン化ブロックコポリマー」および「変性ブロックコポリマー」という表現は、スルホン酸および／またスルホン酸エステルが少なくとも部分的に式（Ｉａ）または（Ｉｂ）の官能基に変換されているスルホン化ブロックコポリマーを指す。
【００３７】
他のことが示されない限り、「官能化ブロックコポリマー」またはこれらの単数形という表現は、本明細書において使用する場合、スルホン化および変性スルホン化されたブロックコポリマーを総称的に指す。
【００３８】
他のことが示されない限り、「前駆体ブロックコポリマー」または「前駆体ポリマー」という表現は、本明細書において使用する場合、スルホン化および／または官能化されていない、場合により水素化されたブロックコポリマーを指す。
【００３９】
特に他のことが明記されない限り、「重量％」という表現は、本明細書において使用する場合、乾燥重量ベースでモノマー重量部数／ポリマー１００重量部または原料重量部数／特定組成物１００重量部を指す。
【００４０】
特に他のことが明記されない限り、「分子量」という表現は、本明細書において使用する場合およびポリマーに関しては、数平均分子量を指す。
【００４１】
「平衡」という表現は、吸水に関連して本明細書において使用する場合、官能化ブロックコポリマーによる吸水速度が、官能化ブロックコポリマーによる水損失速度とバランスが取れている状態を指す。平衡状態は、官能化ブロックコポリマーを水中に２４時間（１日）浸すことによって、一般的に到達することができる。平衡状態は、他の湿潤環境においても到達することができるが、平衡に達する時間は異なると思われる。
【００４２】
「水和」ブロックコポリマーという表現は、本明細書において使用する場合、相当量の水を吸収した官能化ブロックコポリマーを指す。
【００４３】
「湿潤状態」という表現は、本明細書において使用する場合、官能化ブロックコポリマーが平衡に到達している、または水中に２４時間浸されている状態を指す。
「乾燥状態」という表現は、本明細書において使用する場合、基本的に水を全く吸収していない、またはわずかの量の水しか吸収していない、官能化ブロックコポリマーの水和の状態を指す。例えば、単に大気と接触しただけの官能化ブロックコポリマーは乾燥状態にあると考えられる。
【００４６】
特に他のことが明記されない限り、「溶液」という表現は本明細書において使用する場合、１以上の物質（溶質）が１以上の液体物質（溶媒）中に分子またはイオンレベルで均一に分散された液体混合物を指す。
【００４７】
特に他のことが明記されない限り、「分散」という表現は、本明細書において使用する場合、連続した液相および少なくとも１つの不連続相を有する系を指す。該不連続相は、微粉化固体粒子および／または液滴により構成されてよく、コロイド粒子およびミセルを含む。「分散」という表現は、本明細書において使用する場合、少なくとも１つの不連続相がミセルの形態である系を特に含む。さらに、不連続相が、排他的に液滴で構成されている場合、「分散」という表現は「エマルジョン」を特に包含する。当業者には、分散溶液、コロイド溶液またはミセル溶液と分子レベルの溶液との間に厳密な違いがないことが容易に理解されると思われる。従って、ミセルの分散液は、本明細書において、ミセルの溶液とも称することができる。
【００４８】
「工学熱可塑性樹脂」という表現は、本明細書において使用する場合、さまざまなポリマー、例えば、熱可塑性ポリエステル、熱可塑性ポリウレタン、ポリ（アリールエステル）およびポリ（アリールスルホン）、ポリカーボネート、アセタール樹脂、ポリアミド、ハロゲン化熱可塑性物質、ニトリルバリア性樹脂、ポリ（メチルメタクリレート）および環状オレフィンコポリマーならびにさらにＵＳ４，１０７，１３１において定義されたポリマーを包含し、この開示は参照により本明細書に組み込まれる。
【００４９】
本明細書において述べたすべての公報、特許出願および特許は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。矛盾がある場合、定義を含む本明細書が管理するものとする。
【００５０】
本明細書に開示のすべての範囲に関して、このような範囲は、特定の組み合わせが具体的に記載されなかったとしても、述べられた上限および下限の任意組み合わせを含むことが意図される。
【００５１】
本明細書に開示の幾つかの実施形態に従って、スルホン化ブロックコポリマーを変性させることによって、これらのブロックコポリマーを含む膜の性能に驚くべき影響を与えることが見出された。例えば、幾つかの実施形態において、変性ブロックコポリマーを含む膜の水揚げは、対応するスルホン化ブロックコポリマーを含む膜の水揚げより有意に低い。変性スルホン化ブロックコポリマーを含む膜の水の取り込みに対する傾向の減少は、スルホン化ブロックコポリマーを含む膜と比較して、膜の寸法安定性の明らかな改善をもたらす。幾つかの実施形態において、変性ブロックコポリマーを含む膜は、並外れた高レベルのイオン導電率を示す。特定の実施形態において、膜を介したイオン輸送は、水の取り込み傾向が低い傾向にもかかわらず高い。幾つかの実施形態において、該膜は、高い比導電率、陽イオン輸送に対する高い選択性および水への曝露における低膨張を示す。
【００５２】
従って、本明細書に記載の変性スルホン化ブロックコポリマーは、多種多様な末端使用に幅広く適しており、水を伴う適用または湿潤環境において生じる用途にとって特に有用である。特定の用途において、本明細書に記載の変性スルホン化ブロックコポリマーは、電動水分離方法または浸透圧的に生じる分離方法用途、例えば正浸透、ろ過および「ブルーエネルギー」用途に幅広く適している。
【００５３】
幾つかの実施形態において、本開示の実施形態に従って変性され得るスルホン化ブロックコポリマーは、ＷｉｌｌｉｓらのＵＳ７，７３７，２２４に記載のスルホン化ブロックコポリマーを含む。さらに、ＵＳ７，７３７，２２４に記載のスルホン化ブロックコポリマーを含む前駆体スルホン化ブロックコポリマーは、ＤａｄｏらのＷＯ２００８／０８９３３２の方法に従って調製することができる。
【００５４】
本発明の変性スルホン化ブロックコポリマーの調製に必要なブロックコポリマーは、陰イオン重合、減速陰イオン重合（ｍｏｄｅｒａｔｅｄ  ａｎｉｏｎｉｃ  ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ）、陽イオン重合、チーグラー・ナッタ重合およびリビングチェーンまたは安定フリーラジカル重合を含む多数の異なる方法により作製することができる。陰イオン重合は、以下および参照の特許により詳細に記載している。スチレン系ブロックコポリマーを作製するための減速陰イオン重合方法は、例えば、ＵＳ６，３９１，９８１、ＵＳ６，４５５，６５１およびＵＳ６，４９２，４６９に記載されている。ブロックコポリマーを調製するための陽イオン重合方法は、例えば、ＵＳ６，５１５，０８３およびＵＳ４，９４６，８９９に開示されている。
【００５５】
ブロックコポリマーの作製に使用できるリビングチーグラー・ナッタ重合方法はＧ．Ｗ．Ｃｏａｔｅｓ，Ｐ．Ｄ．ＨｕｓｔａｄおよびＳ．ＲｅｉｎａｒｔｚによるＡｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．Ｉｎｔ．Ｅｄ．，４１，２２３６−２２５７（２００２）により近年総説され、Ｈ．ＺｈａｎｇおよびＫ．Ｎｏｍｕｒａによる続報（Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．Ｃｏｍｍｕｎ．，２００５）は、特にスチレン系ブロックコポリマーの作製のためのリビングチーグラー・ナッタ技術の使用を記載している。ニトロキシド媒介リビングラジカル重合化学の分野における広範囲な研究が総説されている、Ｃ．Ｊ．Ｈａｗｋｅｒ，Ａ．Ｗ．Ｂｏｓｍａｎ，ａｎｄ  Ｅ．Ｈａｒｔｈ，Ｃｈｅｍ．Ｒｅｖ．，１０１（１２），３６６１−３６８８（２００１）を参照されたい。この総説に要約されているように、スチレン系ブロックコポリマーは、リビングまたは安定フリーラジカル技術を使用して合成された。本発明のポリマーに関しては、ニトロキシド媒介重合方法が、好ましいリビングチェーンまたは安定フリーラジカル重合方法であると思われる。
【００５６】
１．ポリマー構造
本明細書に記載のスルホン化ブロックコポリマーの一態様は、変性スルホン化ブロックコポリマーのポリマー構造に関する。該変性ブロックコポリマーは、少なくとも２つのポリマー末端または外部ブロックＡおよび少なくとも１つの飽和ポリマー内部ブロックＢを有するものであり、各Ａブロックはスルホン化耐性ポリマーブロックであり、各Ｂブロックは、スルホン化感受性ポリマーブロックである。
【００５７】
好ましいポリマー構造は、一般構造Ａ−Ｂ−Ａ、（Ａ−Ｂ）ｎ（Ａ）、（Ａ−ＢＡ）ｎ、（Ａ−Ｂ−Ａ）ｎＸ、（Ａ−Ｂ）ｎＸ、Ａ−Ｂ−Ｄ−Ｂ−Ａ、Ａ−Ｄ−Ｂ−Ｄ−Ａ、（Ａ−Ｄ−Ｂ）ｎ（Ａ）、（Ａ−Ｂ−Ｄ）ｎ（Ａ）、（ＡＢ−Ｄ）ｎＸ、（Ａ−Ｄ−Ｂ）ｎＸまたはこれらの混合物を有し、式中、ｎは２から約３０の整数であり、Ｘはカップリング剤残基であり、Ａ、ＢおよびＤは、以下に本明細書において定義した通りである。最も好ましい構造は、線形構造、例えばＡ−Ｂ−Ａ、（Ａ−Ｂ）２Ｘ、Ａ−Ｂ−Ｄ−Ｂ−Ａ、（ＡＢ−Ｄ）２Ｘ、Ａ−Ｄ−Ｂ−Ｄ−Ａ，および（Ａ−Ｄ−Ｂ）２Ｘならびにラジカル構造、例えば（Ａ−Ｂ）ｎＸおよび（Ａ−ＤＢ）ｎＸであり、式中ｎは３から６である。
【００５８】
このようなブロックコポリマーは、通常、陰イオン重合、安定フリーラジカル重合、陽イオン重合またはチーグラー・ナッタ重合を介して作製される。好ましくは、該ブロックコポリマーは、陰イオン重合を介して作製される。任意の重合において、ポリマー混合物は、ある程度の量のＡ−Ｂジブロックコポリマーを、任意の線形および／またはラジカルポリマーに加えて含んでもよいことは当業者には理解されるであろう。個別の量が、本発明の実践に対して支障をきたすことは見出されていない。
【００５９】
Ａブロックは、重合された、（ｉ）パラ置換スチレンモノマー、（ｉｉ）エチレン、（ｉｉｉ）３から１８個の炭素原子のアルファオレフィン、（ｉｖ）１，３−シクロジエンモノマー、（ｖ）水素化前に３５モルパーセント未満のビニル含有量を有する共役ジエンのモノマー、（ｖｉ）アクリル酸エステル、（ｖｉｉ）メタクリル酸エステルおよび（ｖｉｉｉ）これらの混合物から選択される１以上のセグメントである。Ａセグメントが、１，３−シクロジエンまたは共役ジエンのポリマーである場合、該セグメントは、ブロックコポリマーの重合の後で、ブロックコポリマーのスルホン化の前に水素化されるものである。
【００６０】
パラ置換スチレンモノマーは、パラ−メチルスチレン、パラ−エチルスチレン、パラ−ｎ−プロピルスチレン、パラ−イソ−プロピルスチレン、パラ−ｎ−ブチルスチレン、パラ−ｓｅｃ−ブチルスチレン、パラ−イソ−ブチルスチレン、パラ−ｔ−ブチルスチレン、パラ−デシルスチレンの異性体，パラ−ドデシルスチレンの異性体および上記のモノマーの混合物から選択される。好ましいパラ置換スチレンモノマーはパラ−ｔ−ブチルスチレンおよびパラ−メチルスチレンであり、パラ−ｔ−ブチルスチレンが最も好ましい。モノマーは、特定の供給源に依存して、モノマーの混合物であってよい。パラ置換スチレンモノマーの全体の純度は、少なくとも９０重量％、好ましくは少なくとも９５重量％、さらにより好ましくは少なくとも９８重量％の所望のパラ置換スチレンモノマーであることが望ましい。
【００６１】
Ａブロックがエチレンのポリマーである場合、上で引用したＧ．Ｗ．Ｃｏａｔｅｓらの総説における言及で教示された、チーグラー・ナッタ方法を介してエチレンを重合することが有用であると思われる。ＵＳ３，４５０，７９５において教示された陰イオン重合技術を使用して、エチレンブロックを作製することが好ましい。このようなエチレンブロックに関するブロック分子量は、通常、約１，０００から約６０，０００の間である。
【００６２】
Ａブロックが３から１８個の炭素原子のアルファオレフィンのポリマーである場合、このようなポリマーは、上で引用したＧ．Ｗ．Ｃｏａｔｅｓらの総説における言及で教示された、チーグラー・ナッタ方法を介して調製される。好ましくは、アルファオレフィンは、プロピレン、ブチレン、ヘキセンまたはオクテンであり、プロピレンが最も好ましい。このようなアルファオレフィンブロックに関するブロック分子量は、通常、約１，０００から約６０，０００の間である。
【００６３】
Ａブロックが１，３−シクロジエンモノマーの水素化ポリマーである場合、このようなモノマーは、１，３−シクロヘキサジエン、１，３−シクロヘプタジエンおよび１，３−シクロオクタジエンからなる群から選択される。好ましくは、シクロジエンモノマーは１，３−シクロヘキサジエンである。このようなシクロジエンモノマーの重合は、ＵＳ６，６９９，９４１に開示されている。非水素化重合シクロジエンブロックはスルホン化感受性なので、シクロジエンモノマーを使用する場合、Ａブロックは水素化する必要がある。従って、１，３−シクロジエンモノマーを含むＡブロックを合成後、該ブロックコポリマーは水素化される。
【００６４】
Ａブロックが、水素化前に３５モルパーセント未満のビニル含有量を有する共役アクリル酸ジエンの水素化ポリマーである場合、共役ジエンは１，３−ブタジエンであることが好ましい。水素化前のポリマーのビニル含有量は、３５モルパーセント未満、好ましくは３０モルパーセント未満であることが必要である。ある実施形態において、水素化前のポリマーのビニル含有量は、２５モルパーセント未満、さらにより好ましくは２０モルパーセント未満および１５モルパーセント未満でさえあり、水素化前のポリマーのより有利なビニル含有量の１つは、１０モルパーセント未満である。このように、Ａブロックはポリエチレンの構造と類似の結晶構造を有する。このようなＡブロック構造は、ＵＳ３，６７０，０５４およびＵＳ４，１０７，２３６に開示されている。
【００６５】
Ａブロックはまた、アクリル酸エステルまたはメタクリル酸エステルのポリマーであってもよい。このようなポリマーブロックは、ＵＳ６，７６７，９７６に開示された方法に従って作製することができる。メタクリル酸エステルの具体例は、第１級アルコールとメタクリル酸とのエステル、例えば、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、プロピルメタクリレート、ｎ−ブチルメタクリレート、イソブチルメタクリレート、ヘキシルメタクリレート、２−エチルヘキシルメタクリレート、ドデシルメタクリレート、ラウリルメタクリレート、メトキシエチルメタクリレート、ジメチルアミノエチルメタクリレート、ジエチルアミノエチルメタクリレート、グリシジルメタクリレート、トリメトキシシリルプロピルメタクリレート、トリフルオロメチルメタクリレート、トリフルオロエチルメタクリレート；第２級アルコールとメタクリル酸とのエステル、例えば、イソプロピルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレートおよびイソボルニルメタクリレート；ならびに第３級アルコールとメタクリル酸とのエステル、例えば、ｔｅｒｔ−ブチルメタクリレートを含む。アクリル酸エステルの具体例は、第１級アルコールとアクリル酸とのエステル、例えば、メチルアクリレート、エチルアクリレート、プロピルアクリレート、ｎ−ブチルアクリレート、イソブチルアクリレート、ヘキシルアクリレート、２−エチルヘキシルアクリレート、ドデシルアクリレート、ラウリルアクリレート、メトキシエチルアクリレート、ジメチルアミノエチルアクリレート、ジエチルアミノエチルアクリレート、グリシジルアクリレート、トリメトキシシリルプロピルアクリレート、トリフルオロメチルアクリレート、トリフルオロエチルアクリレート；第２級アルコールとアクリル酸とのエステル、例えば、イソプロピルアクリレート、シクロヘキシルアクリレートおよびイソボルニルアクリレート；ならびに第３級アルコールとアクリル酸とのエステル、例えば、ｔｅｒｔ−ブチルアクリレートを含む。必要に応じて、１種または複数種の原料として、他の陰イオン性重合可能モノマーの１以上を、本発明の（メタ）アクリル酸エステルと一緒に使用することができる。場合により使用可能な陰イオン性重合可能モノマーの例は、メタクリル系またはアクリル系モノマー、例えば、トリメチルシリルメタクリレート、Ｎ，Ｎ−ジメチルメタクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジイソプロピルメタクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジエチルメタクリルアミド、Ｎ，Ｎメチルエチルメタクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジ−ｔｅｒｔ−ブチルメタクリルアミド、トリメチルシリルアクリレート、Ｎ，Ｎ，ジメチルアクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジイソプロピルアクリルアミド、Ｎ，Ｎ−メチルエチルアクリルアミドおよびＮ，Ｎ−ジ−ｔｅｒｔ−ブチルアクリルアミドを含む。さらに、これらの分子中に２以上のメタクリル構造またはアクリル構造、例えば、メタクリル酸エステル構造またはアクリル酸エステル構造（例えば、エチレングリコールジアクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、１，４−ブタンジオールジアクリレート、１，４−ブタンジオールジメタクリレート、１，６−ヘキサンジオールジアクリレート、１，６−ヘキサンジオールジメタクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレートおよびトリメチロールプロパントリメタクリレート）を有する多官能性陰イオン性重合可能モノマーが使用可能である。
【００６６】
アクリル酸エステルまたはメタクリル酸エステルのポリマーブロックの作製に使用される重合方法において、唯一のモノマー、例えば（メタ）アクリル酸エステルが使用可能であり、またはこれらの２以上を組み合わせて使用可能である。モノマーの２以上を組み合わせて使用する場合、ランダム、ブロック、テーパードブロックなどの共重合形式から選択される任意の共重合形式が、条件、例えば、モノマーの組み合わせおよびモノマーを重合系に付加するタイミング（例えば、２以上のモノマーの同時付加または一定の時間間隔で別々に付加）を選択することによってもたらされ得る。
【００６７】
Ａブロックは、Ｂブロックに関して述べたビニル芳香族モノマーも、最大１５モルパーセント含有してもよい。幾つかの実施形態において、Ａブロックは、Ｂブロックにおいて述べたビニル芳香族モノマーを最大１０モルパーセント含有することができ、好ましくはＡブロックが最大５モルパーセントだけ、特に好ましくは最大２モルパーセントだけ、Ｂブロックにおいて述べたビニル芳香族モノマーを含有する。しかし、最も好ましい実施形態において、Ａブロックは、Ｂブロックにおいて述べたビニルモノマーを含有しない。従って、Ａブロックにおけるスルホン化レベルは、Ａブロック中の全モノマーの０から最大１５モルパーセントであってよい。具体的な組み合わせおよび範囲をここに記載しなくても、適切な範囲が、特定のモルパーセントの任意の組み合わせを含むことは当業者には理解されるであろう。
【００６８】
各Ｂブロックは、非置換スチレンモノマー、オルト置換スチレンモノマー、メタ置換スチレンモノマー、アルファ−メチルスチレンモノマー、１，１−ジフェニルエチレンモノマー、１，２−ジフェニルエチレンモノマーおよびこれらの混合物から選択される、１以上の重合ビニル芳香族モノマーのセグメントを含む。直前に記載したモノマーおよびポリマーに加えて、Ｂブロックは、このようなモノマーと、２０から８０モルパーセントの間のビニル含有量を有する、１，３−ブタジエン、イソプレンおよびこれらの混合物から選択される共役ジエンとの水素化コポリマーもまた含むことができる。水素化ジエンを含むこれらのコポリマーは、ランダムコポリマー、テーパードコポリマー、ブロックコポリマーまたは制御分布コポリマーであってよい。好ましい一実施形態において、Ｂブロックは、オレフィン系二重結合が水素化された、この項に記載の共役ジエンとビニル芳香族モノマーとのコポリマーを含む。別の好ましい実施形態において、Ｂブロックは、モノマーの性質のため芳香族であり、水素化の方法段階を加える必要がない、非置換スチレンモノマーブロックである。制御分布構造を有するＢブロックはＵＳ７，１６９，８４８に開示されている。好ましい一実施形態において、ポリマーがその後別の水素化段階を必要としないため、Ｂブロックは非置換スチレンブロックである。
【００６９】
別の態様において、本開示の変性ブロックコポリマーは、２０℃未満のガラス転移温度を有する、少なくとも１種の衝撃改質ブロックＤを含む。一実施形態において、衝撃改質ブロックＤは、水素化前に２０から８０モルパーセントの間のビニル含有量および１，０００から５０，０００の間の数平均分子量を有する、イソプレン、１，３−ブタジエンおよびこれらの混合物から選択される共役ジエンの水素化されたポリマーまたはコポリマーを含む。別の実施形態において、衝撃改質ブロックＤは、１，０００から５０，０００の数平均分子量を有する、アクリレートまたはシリコーンのポリマーを含む。さらに別の実施形態において、Ｄブロックは、１，０００から５０，０００の数平均分子量を有するイソブチレンのポリマーブロックである。
【００７０】
各Ａブロックは、約１，０００から約６０，０００の間の数平均分子量を独立して有し、各Ｂブロックは、約１０，０００から約３００，０００の間の数平均分子量を独立して有する。好ましくは各Ａブロックは、２，０００から５０，０００の間、より好ましくは３，０００から４０，０００の間、さらにより好ましくは３，０００から３０，０００の間の数平均分子量を有する。好ましくは、各Ｂブロックは、１５，０００から２５０，０００の間、より好ましくは２０，０００から２００，０００の間、さらにより好ましくは３０，０００から１００，０００の間の数平均分子量を有する。具体的な組み合わせおよび範囲をここに記載しなくても、適切な範囲が、特定の数平均分子量の任意の組み合わせを含むことは当業者には理解されるであろう。これらの分子量は、光散乱測定により最も正確に決定され、数平均分子量として表される。好ましくは、スルホン化ポリマーは、約８モルパーセントから約８０モルパーセント、好ましくは約１０から約６０モルパーセントのＡブロック、より好ましくは１５モルパーセントを超えるＡブロック、さらにより好ましくは約２０から約５０モルパーセントのＡブロックを有する。
【００７１】
スルホン化ブロックコポリマー中の、非置換スチレンモノマー、オルト置換スチレンモノマー、メタ置換スチレンモノマー、アルファ−メチルスチレンモノマー、１，１−ジフェニルエチレンモノマーおよび１，２−ジフェニルエチレンモノマーであるビニル芳香族モノマーの相対量は、約５から約９０モルパーセント、好ましくは約５から約８５モルパーセントである。代替の実施形態において、この量は、約１０から約８０モルパーセント、好ましくは約１０から約７５モルパーセント、より好ましくは約１５から約７５モルパーセントであり、最も好ましくは約２５から約７０モルパーセントである。具体的な組み合わせおよび範囲をここに記載しなくても、適切な範囲が、特定のモルパーセントの任意の組み合わせを含むことは当業者には理解されるであろう。
【００７２】
オレフィン系二重結合を含まないＢブロックに関しては、好ましい一実施形態において、各Ｂブロック中の、非置換スチレンモノマー、オルト置換スチレンモノマー、メタ置換スチレンモノマー、アルファ−メチルスチレンモノマー、１，１−ジフェニルエチレンモノマーおよび１，２−ジフェニルエチレンモノマーであるビニル芳香族モノマーのモルパーセントは約１０から約１００モルパーセント、好ましくは約２５から約１００モルパーセント、より好ましくは約５０から約１００モルパーセント、さらにより好ましくは約７５から約１００モルパーセント、最も好ましくは１００モルパーセントである。具体的な組み合わせおよび範囲をここに記載しなくても、適切な範囲が、特定のモルパーセントの任意の組み合わせを含むことは当業者には理解されるであろう。
【００７３】
スルホン化の典型的なレベルは、各Ｂブロックが１以上のスルホン化官能基を含有する場合である。スルホン化の好ましいレベルは、非置換スチレンモノマー、オルト置換スチレンモノマー、メタ置換スチレンモノマー、アルファ−メチルスチレンモノマー、１，１−ジフェニルエチレンモノマーおよび１，２−ジフェニルエチレンモノマーであるビニル芳香族モノマーのモルパーセントに基づき、各Ｂブロック中１０から１００モルパーセント、より好ましくは約２０から９５モルパーセント、さらにより好ましくは約３０から９０モルパーセントである。具体的な組み合わせおよび範囲をここに記載しなくても、スルホン化の適切な範囲が、特定のモルパーセントの任意の組み合わせを含むことは当業者には理解されるであろう。スルホン化のレベルは、テトラヒドロフランに再溶解された乾燥ポリマー試料をアルコールおよび水の混合溶媒中ＮａＯＨの標準溶液により滴定することにより決定される。
【００７４】
変性の典型的なレベルにおいて、各Ｂブロックは、式（Ｉａ）または（Ｉｂ）の少なくとも１つの官能基を含有する。変性の好ましいレベルにおいて、各Ｂブロックは、非置換スチレンモノマー、オルト置換スチレンモノマー、メタ置換スチレンモノマー、アルファ−メチルスチレンモノマー、１，１−ジフェニルエチレンモノマーおよび１，２−ジフェニルエチレンモノマーである、各Ｂブロック中に存在するビニル芳香族モノマーのモルパーセントに基づき、１０から１００モルパーセントの官能基、より好ましくは約１５から９５モルパーセントまたは約２０から９０または約２５から８０モルパーセントの官能基を含有する。具体的な組み合わせおよび範囲をここに記載しなくても、スルホン化の適切な範囲が、特定のモルパーセントの任意の組み合わせを含むことは当業者には理解されるであろう。
【００７５】
Ｂブロック中に存在する官能基は、式（Ｉ）により表される部分、
−ＳＯ２−ＮＲ１Ｒ２    （Ｉ）
式中、
Ｒ１は、−（Ａ１−ＮＲａ）ｘＲｂ部分または−（Ａ１−ＮＲａ）ｙ−Ａ２−Ｚ部分であり、
Ｒ２は水素、アルキルもしくはＲ１部分の１つであり、または
Ｒ３およびＲ４はこれらが結合している窒素と一緒に、１〜３個の窒素、２〜６個の炭素および場合により１もしくは２個の非隣接の酸素および／またはイオウの環原子からなる、場合により置換された５から７員環を形成し、
ｘは０、１、２もしくは３であり、
ｙは１もしくは２であり、
Ａ１およびＡ２は、それぞれ独立して、場合により１以上のメチル基および／またはエチル基により置換された直鎖アルキレンであり、
ＲａおよびＲｂは、それぞれ独立して、水素もしくはアルキルであり、
Ｚは、−ＣＯ２Ｈ、−ＳＯ３Ｈもしくは−Ｐ（Ｏ）（ＯＨ）３である、
ならびにこのような部分の塩を含む。
【００７６】
Ｒ２、ＲａおよびＲｂにより表される位置のアルキル基は、直鎖、分枝型または環状であってもよく、概して１から１５個の炭素原子を有し得る。幾つかの実施形態において、Ｒ２、ＲａまたはＲｂは、Ｃ１−Ｃ１５−アルキル、Ｃ３−Ｃ１５−シクロアルキル、Ｃ３−Ｃ１５−シクロアルキル−アルキルまたはＣ３−Ｃ１５−アルキル−シクロアルキルである。特定の実施形態において、Ｒ２、ＲａまたはＲｂはそれぞれ独立して、１から１２個または１から１０個または１から８個または３から１２個または３から１０個または３から８個の炭素原子を有するアルキル基を表す。幾つかの実施形態において、Ｒ２、Ｒａおよび／またはＲｂにより表される位置のアルキル基は、１から１２個または１から１０または１から８個または３から１２個または３から１０個または３から８個の炭素原子を有する直鎖アルキル基であってよい。
【００７７】
Ａ１およびＡ２により表される位置の直鎖アルキレン基は、概して、２から１０個または２から８個または２から４個の炭素原子を有することができ、例えば、エチレン、プロピレン、ブチレン、ペンチレン、へキシレンなどである。アルキレン基は、場合により１以上のメチル置換基および／またはエチル置換基を担持してもよい。幾つかの実施形態において、アルキレン基は、１、２もしくは３個または１もしくは２個のメチル置換基を担持している。幾つかの特定の実施形態において、アルキレン基は非置換である。
【００７８】
−ＮＲ１Ｒ２により表される位置の５から７員環は、概して、１〜３個の窒素原子、２〜６個の炭素原子、０〜２個の酸素原子および０〜２個のイオウ原子からなる群から選択される５から７の環原子から形成され得る。当業者は、酸素および／またはイオウの環原子は、相互に非隣接である、即ち、該環は、−Ｏ−Ｏ−、−Ｏ−Ｓ−または−Ｓ−Ｓ−の環セグメントを含有しないことを理解しているであろう。環は飽和、部分的に不飽和または芳香族であってよい。
【００７９】
５員環の実例は、ピロール、１，２−ジアゾール、イミダゾール、１，２，３−トリアゾール、１，２，４−トリアゾールおよび１，３，４−トリアゾール、イソオキサゾール、オキサゾール、オキサジアゾール（即ち、１，２，３−オキサジアゾールおよび１，３，４−オキサジアゾール）、イソチアゾール、チアゾールおよびチアジアゾール（即ち、１，２，３−チアジアゾールおよび１，３，４−チアジアゾール）環ならびにこれらのジヒドロ形態および飽和対応物を特に含む。六員環の実例は、ピペリジン（アジナン（ａｚｉｎａｎｅ））、テトラヒドロ−１，２−ジアジン、テトラヒドロ−１，３−ジアジン、テトラヒドロ−１，４−ジアジン、テトラヒドロ−１，２−オキサジン、テトラヒドロ−１，３−オキサジン、テトラヒドロ−１，４−オキサジン、テトラヒドロ−１，２−チアジン、テトラヒドロ−１，３−チアジン、テトラヒドロ−１，４−チアジン、テトラヒドロ−１，２，３−トリアジン、テトラヒドロ−１，２，４−トリアジン、テトラヒドロ−１，３，４−トリアジン、テトラヒドロ−１，３，５−トリアジン、テトラヒドロ−１，２，３−オキサジアジン、テトラヒドロ−１，２，４−オキサジアジン、テトラヒドロ−１，３，４−オキサジアジン、テトラヒドロ−１，３，５−オキサジアジン、テトラヒドロ−１，２，３−チアジアジン、テトラヒドロ−１，２，４−チアジアジン、テトラヒドロ−１，３，４−チアジアジン、テトラヒドロ−１，３，５−チアジアジンならびにこれらの対応するジヒドロ形態を特に含む。七員環の実例は、アゼパン、１，２−ジアゼパン、１，３−ジアゼパン、１，４−ジアゼパン、１，２−オキサゼパン、１，３−オキサゼパン、１，４−オキサゼパン、１，２−チアゼパン、１，３−チアゼパン、１，４−チアゼパン、１，２，３−トリアゼパン、１，２，４−トリアゼパン、１，２，５−トリアゼパン、１，３，４−トリアゼパン、１，３，５−トリアゼパン、１，４，５−トリアゼパン、１，２，３−オキサジアゼパン、１，２，４−オキサジアゼパン、１，２，５−オキサジアゼパン、１，３，４−オキサジアゼパン、１，３，５−オキサジアゼパン、１，４，５−オキサジアゼパン、１，２，３−チアジアゼパン、１，２，４−チアジアゼパン、１，２，５−チアジアゼパン、１，３，４−チアジアゼパン、１，３，５−チアジアゼパン、１，４，５−チアジアゼパンならびにこれらの部分的または完全な不飽和形態を特に含む。個々の環は非置換であっても、または１以上の置換基を担持していてもよい。特定の実施形態において、個々の環は、１から１２個または１から１０個または１から８個または３から１２個または３から１０個または３から８個の炭素原子を有する、１、２または３個のアルキル置換基を担持している。さらなる実施形態において、個々の環は、１または２のＣ１−Ｃ３−アルキル置換基および１から１２個または１から１０個または１から８個または３から１２個または３から１０個または３から８個の炭素原子を有する１つのアルキル置換基を担持している。さらなる実施形態において、個々の環は、１から１２個または１から１０個または１から８個または３から１２個または３から１０個または３から８個の炭素原子を有する１つのアルキル置換基を担持している。
【００８０】
ある実施形態（Ｉ．１）において、各Ｂブロックは、式（Ｉ）の官能基を含み、式中、Ｒ１およびＲ２はこれらが結合している窒素と一緒に、場合により置換されたイミダゾリウム陽イオンを形成する。実施形態（Ｉ．１）の幾つかは、式（Ｉｂ）の官能基を含み、式中、Ｒ１およびＲ２はこれらが結合している窒素と一緒に、１から１２個または１から１０個または１から８個または３から１２個または３から１０個または３から８個の炭素原子を有する、１または２個の、特に１つのアルキル置換基を担持するイミダゾリウム陽イオンを形成する。
【００８１】
実施形態（Ｉ．１）の特定の基において、各Ｂブロックは、官能基として１または複数の部分：
【００８２】
【化１】
0005869118.tif 000002
式中、ｎは０から１４、特に３から１１または３から７であり、Ｘ−は、無機酸または有機酸の陰イオン、特に塩化物または臭化物である、
を含む。
【００８３】
ある実施形態（Ｉ．２）において、各Ｂブロックは、式（Ｉｂ）の官能基、
式中、
Ｒ１は部分−（Ａ１−ＮＲａ）ｘＲｂであり、
Ｒ２は、水素またはアルキル、特に水素またはＣ１−Ｃ１２−アルキルまたはＣ３−Ｃ１２−アルキルであり、
ｘは０、１、２または３、特に１または２であり、
Ａ１は、それぞれ独立して、場合により１以上のメチル基および／またはエチル基により置換された、直鎖アルキレン、特にＣ２−Ｃ６−アルキレンまたはＣ２−Ｃ４−アルキレンであり、
ＲａおよびＲｂは、それぞれ独立して、水素またはアルキル、特に水素またはＣ１−Ｃ１２−アルキルである、
の塩を含む。
【００８４】
実施形態（Ｉ．２）の幾つかにおいて、官能基の塩は、官能基のＣ２−Ｃ１５−アルキルハロゲン化物である。特定の実施形態（Ｉ．２）において、塩は、Ｃ３−Ｃ１２−アルキルの塩化物、臭化物またはヨウ化物である。
【００８５】
実施形態（Ｉ．２）の幾つかにおいて、Ｒ２は水素またはメチルであり、Ｒ１は−（Ａ１−ＮＲａ）ｘＲｂであり、式中、Ａ１はＣ２−Ｃ４−アルキレンであり、ｘは１または２であり、ＲａはＣ１−Ｃ２−アルキルであり、ＲｂはＣ１−Ｃ１２−アルキルであり、塩はＣ１−Ｃ２−アルキルの塩化物または臭化物である。
【００８６】
実施形態（Ｉ．２）の特定の基において、各Ｂブロックは官能基として１または複数の部分：
【００８７】
【化２】
0005869118.tif 000003
式中、ｎは０から１４、特に３から１１または３から７であり、ｍは２から６、特に２から４であり、Ｘ−は無機酸または有機酸の陰イオン、特に塩化物または臭化物である、
を含む。
【００８８】
ある実施形態（Ｉ．３）において、各Ｂブロックは、式（Ｉ）の官能基またはこの塩、式中、
Ｒ１は部分−（Ａ１−ＮＲａ）ｘＲｂであり、
Ｒ２は、水素またはアルキル、特に水素またはＣ１−Ｃ１２−アルキルまたはＣ３−Ｃ１２−アルキルであり、
ｘは０、１、２または３、特に０または１であり、
Ａ１は、それぞれ独立して、場合により１以上のメチル基および／またはエチル基により置換された、直鎖アルキレン、特にＣ２−Ｃ６−アルキレンまたはＣ２−Ｃ４−アルキレンであり、
ＲａおよびＲｂは、それぞれ独立して、水素またはアルキル、特に水素またはＣ１−Ｃ１２−アルキルである、
を含む。
【００８９】
実施形態（Ｉ．３）の幾つかにおいて、Ｒ１は水素またはメチルであり、Ｒ２は−（Ａ１−ＮＲａ）ｘＲｂであり、式中Ａ１はＣ２−Ｃ４−アルキレンであり、ｘは０または１であり、ＲａはＣ１−Ｃ２−アルキルであり、Ｒｂは１−Ｃ１２−アルキルである。
【００９０】
実施形態（Ｉ．３）の特定の基において、各Ｂブロックは官能基として１または複数の部分：
【００９１】
【化３】
0005869118.tif 000004
式中、ｎは０から１４、特に３から１１または３から７である、
を含む。
【００９２】
ある実施形態（Ｉ．４）において、各Ｂブロックは、式（Ｉ）の官能基またはこの塩、式中、
Ｒ１およびＲ２はそれぞれ、部分−（Ａ１−ＮＲａ）ｘＲｂであり、
ｘは、０、１、２または３、特に１または２であり、
Ａ１は、それぞれ独立して、場合により１以上のメチル基および／またはエチル基により置換された、直鎖アルキレン、特にＣ２−Ｃ６−アルキレンまたはＣ２−Ｃ４−アルキレンであり、
ＲａおよびＲｂは、それぞれ独立して、水素またはアルキル、特に水素またはＣ１−Ｃ１２−アルキルである、
を含む。
【００９３】
実施形態（Ｉ．４）の幾つかにおいて、官能基の塩は、官能基のアルキルハロゲン化物である。特定の実施形態（Ｉ．４）において、この塩は、アルキルの塩化物、臭化物またはヨウ化物である。
【００９４】
実施形態（Ｉ．４）の幾つかにおいて、Ｒ１およびＲ２は同一である。
【００９５】
実施形態（Ｉ．４）の幾つかにおいて、Ｒ１およびＲ２は同一の−（Ａ１−ＮＲａ）ｘＲｂ部分であり、式中、Ａ１はＣ２−Ｃ４−アルキレンであり、ｘは１または２であり、ＲａはＣ１−Ｃ２−アルキルであり、ＲｂはＣ１−Ｃ１２−アルキルであり、塩は、アルキルの塩化物または臭化物である。
【００９６】
実施形態（Ｉ．４）の特定の基において、各Ｂブロックは官能基として１または複数の部分：
【００９７】
【化４】
0005869118.tif 000005
式中、ｍは０から１４、特に３から１１または３から７であり、ｎは２から６、特に２から４であり、Ｘ−は無機酸または有機酸の陰イオン、特に塩化物または臭化物である、を含む。
【００９８】
ある実施形態（Ｉ．５）において、各Ｂブロックは、式（Ｉ）の官能基またはこの塩、式中、
Ｒ１およびＲ２はそれぞれ、部分−（Ａ１−ＮＲａ）ｙ−Ａ２−Ｚであり、
ｙは１または２、特に１であり、
Ａ１およびＡ２は、それぞれ独立して、場合により１以上のメチル基および／またはエチル基により置換された直鎖アルキレン、特にＣ２−Ｃ６−アルキレンまたはＣ２−Ｃ４−アルキレンであり、
Ｒａは、それぞれ独立して、水素またはアルキル、特に水素またはＣ１−Ｃ４−アルキルであり、
Ｚは、−ＣＯ２Ｈ，−ＳＯ３Ｈまたは−Ｐ（Ｏ）（ＯＨ）３、特に−ＳＯ３Ｈである、
を含む。
【００９９】
実施形態（Ｉ．５）の幾つかにおいて、Ｒ１およびＲ２は同一である。
【０１００】
実施形態（Ｉ．５）の幾つかにおいて、Ｒ１およびＲ２は同一の−（Ａ１−ＮＲａ）ｙ−Ａ２−Ｚ部分であり、式中、Ａ１およびＡ２は、それぞれ独立して、Ｃ２−Ｃ４−アルキレンであり、ｙは１であり、ＲａはＣ１−Ｃ２−アルキルであり、Ｚは−ＳＯ３Ｈである。
【０１０１】
実施形態（Ｉ．５）の特定の基において、各Ｂブロックは官能基として１または複数の部分：
【０１０２】
【化５】
0005869118.tif 000006
式中、ｍは２から１０、特に２から６または２から４であり、ｎは２から６、特に２から４である、を含む。
【０１０３】
２．前駆体ポリマーを調製するための総合的な陰イオン方法
陰イオン重合方法は、溶液中の適切なモノマーを、リチウム開始剤を用いて重合させる段階を含む。重合媒体として使用する溶媒は、形成するポリマーのリビング陰イオン鎖末端と反応せず、市販の重合ユニットにおいて操作が容易であり、製品ポリマーに適切な溶解度特性をもたらす、任意の炭化水素であってよい。例えば、非極性脂肪族炭化水素はイオン化可能な水素原子を一般的に欠いており、特に適切な溶媒になる。頻繁に使用されるのは、環状アルカン、例えば、シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘプタンおよびシクロオクタンであり、これらはすべて、相対的に非極性である。他の適切な溶媒は当業者には公知であり、方法条件の所定の設定において効率的に実施されるように選択することができ、重合温度は考慮される主要な因子の１つである。
【０１０４】
本発明の前駆体ブロックコポリマーを調製するための出発材料は、上記の初期モノマーを含む。陰イオン共重合のための他の重要な出発材料は、１以上の重合開始剤を含む。本発明において、このような開始剤は、例えば、アルキルリチウム化合物、例えば、ｓ−ブチルリチウム、ｎ−ブチルリチウム、ｔ−ブチルリチウム、アミルリチウム（ａｍｙｌｌｉｔｈｉｕｍ）など、および二官能性開始剤（ｄｉ−ｉｎｉｔｉａｔｏｒｓ）を含む他のオルガノリチウム化合物、例えば、ｍ−ジイソプロペニルベンゼンのジ−ｓｅｃ−ブチルリチウム付加化合物を含む。他のこのような二官能性開始剤は、ＵＳ６，４９２，４６９に開示されている。さまざまな重合開始剤の中では、ｓ−ブチルリチウムが好ましい。開始剤は、（モノマーおよび溶媒を含む）重合混合物に、開始剤１分子／所望のポリマー鎖に基づいて計算された量で使用することができる。リチウム開始剤方法は周知であり、例えば、ＵＳ４，０３９，５９３およびＲｅ．２７，１４５に記載されている。
【０１０５】
本発明の前駆体ブロックコポリマーを調製するための重合条件は、概して陰イオン重合に使用される条件と通常は同様である。本発明において、重合は、好ましくは約−３０℃から約１５０℃、より好ましくは約１０℃から約１００℃、最も好ましくは、工業的制約を考慮して約３０℃から約９０℃の温度において実施される。重合は、不活性雰囲気、好ましくは窒素中で実施され、さらに約０．５から約１０バールの範囲内の圧力下で達成され得る。この共重合は、一般的に約１２時間未満を必要とし、温度、モノマー成分の濃度および所望のポリマーの分子量に依存して、約５分から約５時間で達成することができる。モノマーの２以上を組み合わせて使用する場合、ランダム、ブロック、テーパードブロック、制御分布ブロックなどの共重合形式から選択される任意の共重合形式が利用可能である。
【０１０６】
陰イオン重合方法が、ルイス酸、例えば、アルミニウムアルキル、マグネシウムアルキル、アルキル亜鉛またはこれらの組み合わせを加えることによって減速することができることは当業者により理解されるであろう。ルイス酸を重合方法に加えることの効果は、
１）より高いポリマー濃度で操作され、従って、溶媒の使用がより少ない方法を考慮して、リビンクポリマー溶液の粘度を低下させる、
２）より高温度で重合できるリビングポリマー鎖末端の熱安定性を強化し、さらに、より少ない溶媒の使用を考慮してポリマー溶液の粘度を低下させる、ならびに
３）より高温度で重合可能な反応の速度を低下させるが、一方で標準的陰イオン重合方法に使用されている、反応熱を取り除くための同じ技術を使用する、
である。
【０１０７】
陰イオン重合技術を減速するためにルイス酸を使用する加工上の利益は、ＵＳ６，３９１，９８１、ＵＳ６，４５５，６５１およびＵＳ６，４９２，４６９に開示されている。関連する情報は、ＵＳ６，４４４，７６７およびＵＳ６，６８６，４２３に開示されている。このような加減された、陰イオン重合方法により作製された前駆体ブロックコポリマーは、従来の陰イオン重合方法を使用して調製されたものと同じ構造を有することができ、従って、この方法は、本発明の変性ブロックコポリマーの作製に有用であり得る。ルイス酸により加減された陰イオン重合方法に関して、１００℃から１５０℃の間の反応温度が好ましく、これらの温度において、非常に高いポリマー濃度における反応の実践を利用することが可能である。化学両論超過のルイス酸を使用できる場合、多くの場合、超過のルイス酸の追加費用を正当化する、加工性改善における十分な利益はない。約０．１から約１モルのルイス酸／モルのリビング陰イオン鎖末端を使用し、減速された陰イオン重合技術の加工性性能の改善を達成することが好ましい。
【０１０８】
ラジカル（分枝型）前駆体ブロックコポリマーの調製は、「カップリング」と呼ばれる重合後段階が必要である。上記のラジカル式において、ｎは３から約３０、好ましくは約３から約１５、より好ましくは３から６の整数であり、Ｘは、カップリング剤の残遺物または残基である。さまざまなカップリング剤が当分野において公知であり、本発明のカップリングされた前駆体ブロックコポリマーの調製に使用することができる。これらは、例えば、ジハロアルカン、ハロゲン化ケイ素、シロキサン、多官能型エポキシド、シリカ化合物、１価アルコールとカルボン酸とのエステル（例えば、メチルベンゾエートおよびジメチルアジペート）およびエポキシ化油を含む。星型前駆体ブロックコポリマーは、例えば、ＵＳ３，９８５，８３０、ＵＳ４，３９１，９４９およびＵＳ４，４４４，９５３ならびにＣＡ７１６，６４５に開示のポリアルケニルカップリング剤を用いて調製される。適切なポリアルケニルカップリング剤は、ジビニルベンゼン、好ましくはｍ−ジビニルベンゼンを含む。テトラ−アルコキシシラン、例えば、テトラ−メトキシシラン（ＴＭＯＳ）およびテトラ−エトキシシラン（ＴＥＯＳ）、トリ−アルコキシシラン、例えば、メチルトリメトキシシラン（ＭＴＭＳ）、脂肪族ジエステル、例えば、ジメチルアジペートおよびジエチルアジペートならびにジグリシジル芳香族エポキシ化合物、例えば、ビス−フェノールＡおよびエピクロルヒドリンの反応に由来するジグリシジルエーテルが好ましい。
【０１０９】
線形前駆体ブロックコポリマーもまた、重合後「カップリング」段階により調製され得る。しかし、ラジカルポリマーとは異なり、上記の式の「ｎ」は、整数２であり、Ｘは、カップリング剤の残遺物または残基である。
【０１１０】
３．水素化前駆体ポリマーを調製する方法
前述のように、幾つか場合において、即ち、（１）ジエンがＢ内部ブロックに存在する場合、（２）Ａブロックが１，３−シクロジエンのポリマーである場合、（３）衝撃改質ブロックＤが存在する場合、および（４）Ａブロックが３５モルパーセント未満のビニル含有量を有する共役ジエンのポリマーである場合、前駆体ブロックコポリマーを選択的に水素化し、スルホン化前にエチレン系不飽和を取り除く必要がある。水素化は、概して、熱安定性、紫外線安定性、酸化安定性ならびにそれ故、最終ポリマーの耐候性を改善し、ＡブロックまたはＤブロックのスルホン化の危険性を低下させる。
【０１１１】
水素化は、当分野において公知の幾つかの水素化方法または選択的水素化方法のいずれかを介して実施することができる。このような水素化は、例えば、ＵＳ３，５９５，９４２、ＵＳ３，６３４，５４９、ＵＳ３，６７０，０５４、ＵＳ３，７００，６３３およびＲｅ．２７，１４５に教示された方法を使用して達成される。これらの方法は、エチレン系不飽和を含有するポリマーを水素化するために操作され、適切な触媒の操作に基づいている。このような触媒または触媒前駆体は、好ましくは第８族から第１０族の金属、例えば、ニッケルまたはコバルトを含み、これは適切な還元剤、例えば、アルミニウムアルキルまたは元素の周期表の第１、２族および第１３族から選択される金属、特にリチウム、マグネシウムもしくはアルミニウムの水素化物と組み合わされる。この調製は、適切な溶媒または希釈剤中で、約２０℃から約８０℃の温度において達成することができる。有用な他の触媒は、チタニウムに基づく触媒系を含む。
【０１１２】
水素化は、少なくとも約９０パーセントの共役ジエン二重結合が還元され、０から１０パーセントの間のアレーン二重結合が還元されるような条件下で実施することができる。好ましい範囲は、少なくとも約９５パーセントの共役ジエン二重結合が還元され、より好ましくは約９８パーセントの共役ジエン二重結合が還元される。
【０１１３】
ひとたび水素化が完了したら、ポリマー溶液と比較的大量の水性酸（好ましくは１から３０重量パーセントの酸）とを、約０．５部の水性酸対１部のポリマー溶液の体積比で一緒に撹拌することによって、触媒を酸化および抽出することが好ましい。酸の性質は重要ではない。適切な酸は、リン酸、硫酸および有機酸を含む。この撹拌を、約５０℃において約３０から約６０分間、酸素の窒素中混合物を注入しながら続ける。この段階において、酸素と炭化水素の爆発性混合物の形成を回避するように配慮しなければならない。
【０１１４】
４．スルホン化ブロックポリマーの作製方法
本明細書に開示の複数の実施形態に従って、前駆体ブロックコポリマーをスルホン化し、溶液中およびミセル型のスルホン化ブロックコポリマーが得られる。
【０１１５】
任意の特定の理論に縛られるものではないが、スルホン化ブロックコポリマーのミセル構造は、相当量の使用済みのスルホン化剤残基を有する１または複数のスルホン化ブロックを含むコアを有し、該使用済みのスルホン化剤残基は、有機非ハロゲン化脂肪族溶剤により膨張した１または複数のスルホン化耐性ブロックに囲まれていると説明可能であることが現在の考えである。以下により詳細に記載するように、スルホン化ブロックは、スルホン酸官能基および／またはスルホン酸エステル官能基の存在のため、高度に極性である。従って、このようなスルホン化ブロックは、分子のコア内に隔離され、一方外部スルホン化耐性ポリマーブロックは、非ハロゲン化脂肪族溶剤により溶媒和される殻を形成する。離散ミセルの形成に加えて、さらにポリマー凝結体の形成が起こり得る。任意の特定の理論に縛られるものではないが、ポリマー凝結体は、ミセルに関して提供された説明以外の方法でポリマー鎖の会合からもたらされる離散構造または非離散構造および／または２以上の離散ミセルの緩く凝結した群として説明することができる。従って、ミセル型の溶媒和スルホン化ブロックコポリマーは、離散ミセル  および／またはミセルの凝結体を含んでもよく、このような溶液は場合により、ミセル構造以外の構造を有する、凝結されたポリマー鎖を含んでもよい。
【０１１６】
本明細書に記載のように、ミセルは、スルホン化方法の結果として形成されることがあり、または代替的には、前駆体ブロックコポリマーは、スルホン化前にミセル構造に配置されてもよい。
【０１１７】
幾つかの実施形態において、ミセルの形成のために、ＷＯ２００８／０８９３３２に記載のスルホン化方法を用いてもよい。該方法は。ＵＳ７，７３７，２２４に記載のスルホン化スチレン系ブロックコポリマーの調製に有用である。
【０１１８】
該前駆体ブロックコポリマーは、スルホン化試薬、例えば、少なくとも１種の非ハロゲン化脂肪族溶剤中アシルスルフェートを使用してスルホン化することができる。幾つかの実施形態において、該前駆体ブロックコポリマーは、前駆体ポリマーの生成からもたらされる反応混合物から単離、洗浄および乾燥後にスルホン化することができる。幾つかの実施形態において、該前駆体ブロックコポリマーは、ブロックポリマーの生成からもたらされる反応混合物から単離せずにスルホン化することができる。
【０１１９】
ａ）溶媒
有機溶媒は、好ましくは非ハロゲン化脂肪族溶剤であり、スルホン化耐性ブロックまたは前駆体ブロックコポリマーの非スルホン化ブロックの１以上を溶媒和するために機能する、第１の非ハロゲン化脂肪族溶剤を含有する。第１の非ハロゲン化脂肪族溶剤は、約５から１０個の炭素を有する、置換または非置換の環状脂肪族炭化水素を含むことができる。限定されない例は、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、シクロペンタン、シクロヘプタン、シクロオクタンおよびこれらの混合物を含む。最も好ましい溶媒は、シクロヘキサン、シクロペンタンおよびメチルシクロヘキサンである。第１の溶媒は、ポリマーブロックの陰イオン重合のための重合媒として使用される同じ溶媒であってもよい。
【０１２０】
幾つかの実施形態において、ブロックコポリマーは、第１の溶媒のみを使用した場合でも、スルホン化前にミセル型であってよい。第２の非ハロゲン化脂肪族溶剤を、第１の非ハロゲン化脂肪族溶剤中前駆体ポリマーの溶液へ添加することにより、ポリマーミセルおよび／または他のポリマー凝結体の「予備形成」をもたらす、または促進することができる。第２の非ハロゲン化溶媒は、他方では、好ましくは第１の溶媒と混和性であるように選択されるが、方法の温度範囲において前駆体ポリマーのスルホン化感受性ブロックにとって貧溶媒であり、さらにスルホン化反応を妨害しない。言い換えれば、好ましくは、前駆体ポリマーのスルホン化感受性ブロックは、第２の非ハロゲン化溶媒に、方法温度範囲において実質的に不溶性である。前駆体ポリマーのスルホン化感受性ブロックがポリスチレンである場合、ポリスチレンに対して貧溶媒であり、第２の非ハロゲン化溶媒として使用可能な適切な溶媒は、最大約１２個の炭素の直鎖および分枝型の脂肪族炭化水素、例えば、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、２−エチルヘキサン、イソオクタン、ノナン、デカン、パラフィン系石油、混合型パラフィン系溶媒などを含む。第２の非ハロゲン化脂肪族溶剤の好ましい例は、ｎ−ヘプタンである。
【０１２１】
予備形成されたポリマーミセルおよび／または他のポリマー凝結体により、前駆体ポリマーのスルホン化は、基本的にゲル化を不能にすることなく、第２の溶媒を添加せずに達成することができる濃度よりかなり高い濃度で進行可能になる。さらに、この取り組みは、より極性の強いアシルスルフェート、例えば、Ｃ３アシルスルフェート（プロピオニルスルフェート）の有用性を、ポリマースルホン化変換速度および副生成物の最小化に関して実質的に改善できる。言い換えれば、この取り組みは、より極性の強いスルホン化試薬の有用性を改善することができる。このようなアシルスルフェートを、以下にさらに説明する。
【０１２２】
ｂ）前駆体ポリマー濃度
幾つかの実施形態に従って、高レベルのスチレンのスルホン化は、前駆体ポリマー濃度を、少なくともスルホン化の初期段階の間は前駆体ポリマーの限界濃度より低く維持することによって、反応混合物、反応生成物または両方においてポリマー沈殿およびゲル化不能が実質的にない様式で達成することができる。ポリマー沈殿が実質的にない混合物における加工の過程で、局在化した溶媒蒸発の結果として、少量のポリマーが表面に堆積し得ることは当業者には理解されるであろう。例えば、幾つかの実施形態に従って、５％以下のポリマーが混合物中に沈殿した場合、混合物は実質的にポリマー沈殿がないと考えられる。
【０１２３】
これより低い濃度においてポリマーゲル化が不能でない、または無視できる濃度である限界濃度はポリマー組成に依存するので、スルホン化が実施できるポリマー濃度は、前駆体ポリマーの組成に依存する。上述のように、限界濃度は他の因子、例えば、使用する溶媒または溶媒混合物の同一性および所望のスルホン化の程度にも依存し得る。概して、ポリマー濃度は、好ましくはハロゲン化溶媒を実質的に含まない反応混合物の全重量に基づいて、約１重量％から約３０重量％、または約１重量％から約２０重量％、または約１重量％から約１５重量％、または約１重量％から約１２重量％、または約１重量％から約１０重量％の範囲内である。具体的な組み合わせおよび範囲をここに記載しなくても、適切な範囲が、特定の重量パーセントの任意の組み合わせを含むことは当業者には理解されるであろう。
【０１２４】
本技術の幾つかの実施形態に従って、前駆体ポリマーまたは前駆体ポリマーの混合物の初期濃度は、前駆体ポリマーの限界濃度より低く維持されるべきであり、または反応混合物の全重量に基づき、約０．１重量％から前駆体ポリマーの限界濃度より低い濃度、もしくは約０．５重量％から前駆体ポリマーの限界濃度より低い濃度、もしくは約１．０重量％から前駆体ポリマーの限界濃度より約０．１重量％低い濃度もしくは約２．０重量％から前駆体ポリマーの限界濃度より約０．１重量％低い濃度、もしくは約３．０重量％から前駆体ポリマーの限界濃度より約０．１重量％低い濃度もしくは約５．０重量％から前駆体ポリマーの限界濃度より約０．１重量％低い濃度の範囲内に維持されなければならない。具体的な組み合わせおよび範囲をここに記載しなくても、適切な範囲が、特定の重量パーセントの任意の組み合わせを含むことは当業者には理解されるであろう。
【０１２５】
少なくとも幾つかの実施形態において、ポリマー濃度を限界濃度より低く維持することにより、ゲル化につながる高濃度条件と比較して、副生成物のカルボン酸の濃度が低下した反応混合物を得ることができる。
【０１２６】
しかし、本技術の幾つかの実施形態におけるスルホン化ブロックコポリマーの生成、特にセミバッチまたは連続生成法の間に、反応混合物中のポリマーの全濃度が、前駆体ポリマーの限界濃度を上回り得ることは、当業者には理解されるであろう。
【０１２７】
ｃ）スルホン化剤
複数の実施形態に従って、アシルスルフェートは、前駆体ブロックコポリマーのスルホン化に使用することができる。アシル基は、好ましくはＣ２からＣ８またはＣ３からＣ８またはＣ３からＣ５の直鎖、分枝型または環状のカルボン酸、無水物または酸塩化物またはこれらの混合物に由来する。好ましくは、これらの化合物は、非芳香族炭素−炭素二重結合、ヒドロキシ基またはアシルスルフェートと反応性である、もしくはスルホン化反応条件下で容易に分解する任意の他の官能基を含有しない。例えば、カルボニル官能基からアルファ位に脂肪族第４級炭素を有するアシル基（例えば、トリメチル酢酸無水物に由来するアシルスルフェート）は、ポリマースルホン化反応の間に容易に分解されると思われ、好ましくは本技術において回避されるべきである。さらに、本技術におけるアシルスルフェートの生成に有用なアシル基の範囲に、芳香族カルボン酸、無水物および酸塩化物、例えば安息香酸無水物およびフタル酸無水物に由来するアシル基が含まれる。より好ましくは、アシル基は、アセチル、プロピオニル、ｎ−ブチリルおよびイソブチリルの群から選択される。さらにより好ましくは、アシル基はイソブチリルである。イソブチリルスルフェートが高度のポリマースルホン化をもたらすことができ、副生成物の形成が比較的最小であることが見出されている。
【０１２８】
カルボン酸無水物と硫酸とからのアシルスルフェートの形成は、下記の反応により表すことができ：
【０１２９】
【化６】
0005869118.tif 000007
【０１３０】
アシルスルフェートは、下記の式のアルファ−スルホン化カルボン酸を形成するスルホン化反応の過程の間にゆっくりと分解される：
【０１３１】
【化７】
0005869118.tif 000008
【０１３２】
本技術の一実施形態において、アシルスルフェート試薬は、非ハロゲン化脂肪族溶剤中の前駆体ポリマー溶液に添加する前に、カルボン酸無水物と硫酸とから、別々の「予備生成」反応において実施される反応において得られる。予備生成反応は、溶媒を用いても、または用いなくても実施可能である。溶媒を使用してアシルスルフェートを予備生成する場合、溶媒は、好ましくは非ハロゲン化である。代替的には、アシルスルフェート試薬は、非ハロゲン化脂肪族溶剤中のポリマー溶液内で、その場の反応で得ることができる。この実施形態に従って、無水物対硫酸のモル比は、約０．８から約２、好ましくは約１．０から約１．４であってよい。この好ましい方法に使用される硫酸は、好ましくは、約９３重量％から約１００重量％の濃度を有し、より好ましくは約９５重量％から約１００重量％の濃度を有する。発煙硫酸の力が、反応混合物の意図しない炭化を回避または最小にするように十分に低いことを条件に、発煙硫酸が、硫酸の代替としてアシルスルフェートを生成するその場の反応に使用できることを当業者は認識しているであろう。
【０１３３】
本技術の別の実施形態において、アシルスルフェート試薬は、脂肪族溶剤中のポリマー溶液の添加前に、別々の「予備生成」反応において実施される反応において、カルボン酸無水物と発煙硫酸とから得ることができ、発煙硫酸の強度は約１％から約６０％の遊離三酸化イオウ、または約１％から約４６％遊離三酸化イオウ、または約１０％から約４６％遊離三酸化イオウの範囲であり、発煙硫酸中に存在する無水物と硫酸とのモル比は約０．９から約１．２である。
【０１３４】
さらに、アシルスルフェート試薬は、カルボン酸無水物から、硫酸、発煙硫酸または三酸化イオウの任意の組み合わせとの反応を介して調製することもできる。さらに、アシルスルフェート試薬は、カルボン酸無水物から、クロロスルホン酸、発煙硫酸、三酸化イオウまたはこれらの任意の組み合わせとの反応を介して調製することもできる。さらに、アシルスルフェート試薬は、カルボン酸塩化物から硫酸との反応を介して調製することもできる。代替的には、アシルスルフェートは、カルボン酸、無水物および／または酸塩化物の任意の組み合わせから調製できる。
【０１３５】
アシルスルフェートを含むポリマースチレン系反復ユニットのスルホン化は、下記の反応により表され得る：
【０１３６】
【化８】
0005869118.tif 000009
【０１３７】
アシルスルフェート試薬は、軽度にスルホン化されたポリマー生成物に対する非常に低レベルから、重度にスルホン化されたポリマー生成物に対する高レベルまでに及ぶ量で、ポリマー溶液中に存在するスルホン化感受性モノマー反復ユニットのモルに対して使用することができる。アシルスルフェーのモル量は、所与の方法から生成することができるアシルスルフェートの理論量として定義することができ、この量は、反応における限定試薬により決定される。本技術の幾つかの実施形態に従った、アシルスルフェート対スチレン反復ユニット（即ち、スルホン化感受性ユニット）のモル比は、約０．１から約２．０、または約０．２から約１．３、または約０．３から約１．０の範囲であってよい。
【０１３８】
本技術の少なくとも幾つかの実施形態に従って、ブロックポリマー中のスルホン化に感受性のビニル芳香族モノマーのスルホン化の程度は、約０．４ミリ当量（ｍｅｑ）のスルホン酸／グラムスルホン化ポリマー（０．４ｍｅｑ／ｇ）より多い、または約０．６ｍｅｑのスルホン酸／グラムスルホン化ポリマー（０．６ｍｅｑ／ｇ）より多い、または約０．８ｍｅｑのスルホン酸／グラムスルホン化ポリマー（０．８ｍｅｑ／ｇ）より多い、または約１．０ｍｅｑのスルホン酸／グラムスルホン化ポリマー（１．０ｍｅｑ／ｇ）より多い、または約１．４ｍｅｑのスルホン酸／グラムスルホン化ポリマー（１．４ｍｅｑ／ｇ）より多い。例えば、上記の前駆体ポリマーが本技術の方法に従ってスルホン化された後で、スルホン化の典型的なレベルは、各Ｂブロックが１以上のスルホン官能基を含有するレベルである。スルホン化の好ましいレベルは、各Ｂブロック中のスルホン化感受性ビニル芳香族モノマーのモルパーセントに基づき、約１０から約１００モルパーセント、または約２０から９５モルパーセント、または約３０から９０モルパーセント、または約４０から約７０モルパーセントであり、該スルホン化感受性ビニル芳香族モノマーは、例えば、非置換スチレンモノマー、オルト置換スチレンモノマー、メタ置換スチレンモノマー、アルファ−メチルスチレンモノマー、１，１−ジフェニルエチレンモノマー、１，２−ジフェニルエチレンモノマー、これらの誘導体またはこれらの混合物であってよい。具体的な組み合わせおよび範囲をここに記載しなくても、スルホン化レベルの適切な範囲が、特定のモルパーセントの任意の組み合わせを含むことは当業者には理解されるであろう。
【０１３９】
スルホン化ブロックコポリマーのスルホン化レベルまたは程度は、ＮＭＲおよび／または当業者に公知の滴定方法および／または下記の実施例に記載の２種の個別の滴定を使用する方法により測定可能であり、当業者には理解可能であると思われる。例えば、本技術の方法から得られた溶液は、１Ｈ−ＮＭＲにより、約６０℃（±２０℃）において分析可能である。スチレンスルホン化の百分率は、１Ｈ−ＮＭＲスペクトル中の芳香族シグナルの積分から計算することができる。別の実施例に関して、反応生成物は、２種の個別の滴定（「二滴定法」）により分析し、スチレン系ポリマースルホン酸、硫酸および非ポリマー系副生成物のスルホン酸（例えば、２−スルホ−アルキルカルボン酸）のレベルを決定することができ、その後、物質収支に基づき、スチレンスルホン化の程度を計算することができる。代替的には、スルホン化のレベルは、テトラヒドロフランに再溶解した乾燥ポリマー試料をアルコールおよび水の混合物中のＮａＯＨの標準液を用いて滴定することにより決定することができる。後者の場合において、副生成物の酸の厳密な除去を確実にすることが好ましい。
【０１４０】
ポリマーをスルホン化する実施形態をアシルスルフェート試薬に関連して上に記載したが、他のスルホン化試薬の有用性もまた企図される。例えば、三酸化イオウとリン酸エステル、例えば、トリエチルホスフェートの錯体化／反応に由来するスルホン化試薬の使用は、本技術において実証されている。このようなスルホン化試薬の化学的性質は、有意な程度のスルホン酸アルキルエステルの組み込みによる芳香族スルホン化をもたらすことが当分野において公知である。従って、得られたスルホン化ポリマーは、スルホン酸基およびスルホン酸アルキルエステル基の両方を含有すると思われる。他の企図されるスルホン化試薬は、限定するものではないが、三酸化イオウと、五酸化リン、ポリリン酸、１，４−ジオキサン、トリエチルアミンなどとの反応または錯体化に由来するものを含む。
【０１４１】
ｄ）反応条件
アシルスルフェートと前駆体ブロックコポリマー、例えば芳香族含有ポリマーとの間のスルホン化反応は、約２０℃から約１５０℃、または約２０℃から約１００℃、または約２０℃から約８０℃、または約３０℃から約７０℃、または約４０℃から約６０℃（例えば、約５０℃）の範囲の反応温度において実施することができる。反応時間は、反応温度に依存して、およそ１分未満からおよそ２４時間以上の範囲であってよい。カルボン酸無水物と硫酸とのその場反応を利用する、幾つかの好ましいアシルスルフェートの実施形態において、反応混合物の初期温度は、意図されるスルホン化反応温度と大体同じであってよい。代替的には、初期温度は、意図されるその後のスルホン化反応温度より低くてもよい。好ましい実施形態において、アシルスルフェートは、約２０℃から約４０℃において（例えば約３０℃において）約０．５から約２時間、代替的には約１から約１．５時間その場で生成することができ、その後反応混合物を約４０℃から約６０℃に加熱し、反応の完了を促進することができる。
【０１４２】
必要ではないが、任意選択の反応停止段階を、反応停止剤の添加を介して実施することができ、反応停止剤は、例えば、水またはヒドロキシル含有化合物、例えばメタノール、エタノールまたはイソプロパノールであってよい。通常このような段階において、残留の未反応アシルスルフェートと反応するのに少なくとも十分な反応停止剤の量を加えることができる。
【０１４３】
幾つかの実施形態において、非ハロゲン化脂肪族溶剤中の芳香族含有ポリマーのスルホン化は、芳香族含有ポリマーとスルホン化試薬とを、バッチ反応またはセミバッチ反応において接触させることによって実施することができる。本技術の幾つかの他の実施形態において、スルホン化は連続反応において実施することができ、連続反応は、例えば、連続撹拌タンク反応器または一連の２以上の連続撹拌タンク反応器の使用を介して可能にすることができる。
【０１４４】
５．スルホン化ブロックコポリマーを変性させる方法
本明細書に開示の複数の実施形態に従って、変性スルホン化ブロックコポリマーは、溶液中およびミセル形態のスルホン化ブロックコポリマーの溶液を使用して調製される。
【０１４５】
上記のスルホン化の結果として、ミセルコアはスルホン酸官能基および／またはスルホネート官能基を有するスルホン化感受性ブロックを含有し、該スルホン酸官能基および／またはスルホネート官能基はブロックコポリマーのスルホン化耐性ブロックを含有する外殻に取り囲まれている。溶液中のこの相の隔離のための（ミセル形成を引き起こす）駆動力は、ブロックコポリマーのスルホン化セグメントおよびスルホン化ブロックコポリマーの非スルホン化ブロックの間の極性の大きな違いに起因している。後者のセグメントは、非ハロゲン化脂肪族溶剤、例えば、上記の第１の溶媒により自由に溶媒和される。他方で、スルホン化ポリマー部分はミセルのコア中に集結される。
【０１４６】
Ｂブロックが式（Ｉ）の官能基を含む変性スルホン化ブロックコポリマーは、スルホン化ブロックコポリマーの溶液と活性化剤とを反応させて、スルホン酸基またはスルホン化エステル基を活性化させ、その後活性化された基と第１級または第２級アミンとを、下記の反応スキームに概略的に例示したように反応させることによって都合よく得ることができ：
【０１４７】
【化９】
0005869118.tif 000010
式中、［Ｈａｌ］は活性化剤、例えばハロゲン化剤を表し、Ｈａｌは脱離基、例えばハロゲン、特に塩素または臭素を表す。本質的に、当業者に公知のすべての活性化剤またはハロゲン化剤が、スルホン酸基またはスルホン化エステル基の活性化に適切である。都合の良いことに、活性化剤はハロゲン化剤、例えば、塩化チオニルなどのハロゲン化チオニルであってもよい。
【０１４８】
用いる活性化剤の量は、スルホン化ブロックコポリマー中に存在するスルホン酸基またはスルホン酸エステル基のモルおよび変性の所望のレベルに依存する。活性化剤の量が、スルホン化ブロックコポリマー中に存在するスルホン酸基またはスルホン酸エステル基に対する化学量論量の約８０％未満である場合、活性化剤は、通常は定量的に反応するものである。活性化のレベルが約８０％より高い場合、活性化剤を過剰に用いることが有利であることが見出されている。通常は、活性化剤は、スルホン化ブロックコポリマーのスルホン酸官能基またはスルホン酸エステル官能基に対する化学量論量の約５０％から約２０００％の範囲の量で用いることができる。
【０１４９】
幾つかの実施形態において、活性化剤は、スルホン化ブロックコポリマー中に存在するスルホン酸基またはスルホン酸エステル基に対する化学量論量の少なくとも約１００％、詳細には少なくとも約１０５％、より詳細には少なくとも約１１０％または少なくとも約１２０％で加えることができる。さらに、活性化剤は、スルホン化ブロックコポリマー中に存在するスルホン酸基またはスルホン酸エステル基に対する化学量論量の多くとも約２００％、詳細には多くとも約１７５％、より詳細には多くとも約１５０％または多くとも約１２５％で加えることができる。具体的な組み合わせおよび範囲をここに記載しなくても、適切な範囲が、特定の化学量論量の任意の組み合わせを含むことは当業者には理解されるであろう。
【０１５０】
幾つかの実施形態において、活性化剤は概して、約１．０から約２．０当量の活性化剤／１当量のスルホン酸基またはスルホン酸エステル基の量で使用される。他の実施形態において、１．０当量から約２．０当量の活性化剤／１当量のスルホン酸基またはスルホン酸エステル基を加えることができる。さらなる実施形態において、１．０当量から約１．７５当量の活性化剤／１当量のスルホン酸基またはスルホン酸エステル基を加えることができる。またさらなる実施形態において、１．０当量から約１．５当量の活性化剤／１当量のスルホン酸基またはスルホン酸エステル基を加えることができる。追加の実施形態において、約１．０当量から約１．３当量の活性化剤／１当量のスルホン酸基またはスルホン酸エステル基を加えることができる。具体的な組み合わせおよび範囲をここに記載しなくても、適切な範囲が、特定の当量の任意の組み合わせを含むことは当業者には理解されるであろう。
【０１５１】
活性化のレベルは、広範囲に、例えば、約８０％から約１００％のスルホン酸基またはスルホン酸エステル基が、１当量の活性化剤／当量のブロックコポリマー中のスルホン酸基またはスルホン酸エステル基により活性化されるように調整することができる。他の実施形態において、活性化のレベルは、少なくとも約９０％、詳細には少なくとも約９５％、より詳細には少なくとも約９５％のスルホン酸基またはスルホン酸エステル基が、１当量の活性化剤／当量のブロックコポリマー中のスルホン酸官能基により活性化されるレベルである。幾つかの実施形態において、多くとも約９５％、好ましくは多くとも約９９％、より詳細には１００％のスルホン酸基またはスルホン酸エステル基が、１当量の活性化剤／当量のブロックコポリマー中スルホン化官能基により活性化される。
【０１５２】
幾つかの実施形態において、活性化のレベルは、スルホン化ブロックコポリマーのスルホン化の程度が低いほど高くなり得、例えば、スルホン化ブロックコポリマーのスルホン化の程度が約１０から約７０モル％の範囲である場合、活性化のレベルは９５から１００％の範囲内であり得る。他の実施形態において、活性化のレベルは、スルホン化ブロックコポリマーのスルホン化の程度が高いほど低くなり得、例えば、スルホン化ブロックコポリマーのスルホン化の程度が約８５から１００モル％の範囲内である場合、活性化のレベルは約９０から１００モル％の範囲内であり得る。
【０１５３】
活性化反応は通常、室温（約２０℃）から溶媒または溶媒混合物の沸点の範囲内の温度で実施することができる。該反応は発熱性であり、即ち反応媒体の温度が、活性化剤の性質、活性化剤を加える量／時間およびブロックコポリマーをスルホン化する程度に依存して、約１０から２０℃上昇し得る。幾つかの実施形態において、反応温度は、約２０℃から約１００℃または約２０℃から約６０℃の範囲内であってよい。
【０１５４】
これに関連する「反応時間」という表現は、すべての反応物質が組み合わされた時に開始し、活性化反応が完了に達した時に終了する時間間隔として理解される。概して、反応時間はおよそ１分未満からおよそ２４時間以上の範囲であってよい。好ましくは、反応の完了は、約１時間以内または３０分以内に到達する。
【０１５５】
活性化スルホン化ブロックコポリマーは、反応溶媒を場合により減圧下で、場合により昇温において蒸発させることによって、反応混合物から分離することができる。好ましくは、活性化スルホン化ブロックコポリマーを含む反応混合物は、変性スルホン化ブロックコポリマーを調製するためのさらなる加工をせずに使用することができる。
【０１５６】
変性スルホン化基を得るために用いるアミンの量は、活性化スルホン化ブロックコポリマー中に存在する活性化スルホネート基のモルおよび変性の所望のレベルに依存する。アミンの量が、スルホン化ブロックコポリマー中に存在する活性化スルホネート基に対する化学量論量の約８０％未満である場合、アミンは、通常は定量的に反応するものである。変性のレベルが約８０％より高い場合、アミンを過剰に用いることが有利であることが見出されている。通常は、アミンは、スルホン化ブロックコポリマーの活性化スルホネート基に対する化学量論量の約８０％から約２０００％の範囲の量で用いることができる。
【０１５７】
幾つかの実施形態において、アミンは、スルホン化ブロックコポリマー中に存在する活性化スルホネート基に対する化学量論量の少なくとも約８０％、詳細には少なくとも約１００％、より詳細には少なくとも約９０％または少なくとも約９５％で加えられる。さらに、アミンは、スルホン化ブロックコポリマー中に存在する活性化スルホネート基に対する化学量論量の多くとも約２００％、詳細には多くとも約１７５％、より詳細には多くとも約１５０％または多くとも約１２５％または多くとも約１１５％で加えることができる。具体的な組み合わせおよび範囲をここに記載しなくても、適切な範囲が、特定の化学量論量の任意の組み合わせを含むことは当業者には理解されるであろう。
【０１５８】
幾つかの実施形態において、アミンは概して、約１．０から約２．０当量のアミン／１当量の活性化スルホネート基の量で使用される。他の実施形態において、１．０当量から約１．７５当量のアミン／１当量の活性化スルホネート基を加えることができる。さらなる実施形態において、１．０当量から約１．５当量のアミン／１当量の活性化スルホネート基を加えることができる。またさらなる実施形態において、１．０当量から約１．２５当量のアミン／１当量の活性化スルホネート基を加えることができる。追加の実施形態に」おいて、約１．０５当量から約１．２５当量のアミン／１当量の活性化スルホネート基を加えることができる。具体的な組み合わせおよび範囲をここに記載しなくても、適切な範囲が、特定の当量の任意の組み合わせを含むことは当業者には理解されるであろう。
【０１５９】
変性のレベルは、広範囲に、例えば、約８０％から約１００％の活性化スルホネート基が、１当量のアミン／当量のブロックコポリマー中活性化スルホネート基により変性されるように調整することができる。他の実施形態において、変性のレベルは、少なくとも約９０％、詳細には少なくとも約９５％、より詳細には少なくとも約９９％の活性化スルホネート基が、１当量のアミン／当量のブロックコポリマー中活性化スルホネート基で変性されるレベルである。幾つかの実施形態において、多くとも約９５％、好ましくは多くとも約９９％、より詳細には１００％の活性化スルホネート基が、１当量のアミン／当量のブロックコポリマー中活性化スルホネート基により変性される。
【０１６０】
幾つかの実施形態において、変性のレベルは、スルホン化ブロックコポリマーのスルホン化の程度が低いほど高くなり得、例えば、スルホン化ブロックコポリマーのスルホン化の程度が約１０から約７０モル％の範囲である場合、変性のレベルは９５から１００％の範囲内であり得る。他の実施形態において、変性のレベルは、スルホン化ブロックコポリマーのスルホン化の程度が高いほど低くなり得、例えば、スルホン化ブロックコポリマーのスルホン化の程度が約８５から１００モル％の範囲内である場合、変性のレベルは約９０から１００モル％の範囲内であり得る。
【０１６１】
変性反応は通常、室温（約２０℃）から溶媒または溶媒混合物の沸点の範囲内の温度で実施することができる。該反応は発熱性であり、即ち反応媒体の温度が、アミンの性質、アミンを加える量／時間およびブロックコポリマーをスルホン化する程度に依存して、約１０から２０℃上昇し得る。幾つかの実施形態において、反応温度は、約２０℃から約１００℃または約２０℃から約６０℃の範囲内であってよい。
【０１６２】
これに関連する「反応時間」という表現は、すべての反応物質が組み合わされた時に開始し、変性反応が完了に達した時に終了する時間間隔として理解される。概して、反応時間はおよそ１分未満からおよそ２４時間以上の範囲であってよい。好ましくは、反応の完了は、約１時間以内または３０分以内に到達する。
【０１６３】
変性スルホン化ブロックコポリマーは、反応溶媒を場合により減圧下で、場合により昇温において蒸発させることによって、反応混合物から分離することができる。幾つかの実施形態において、変性スルホン化ブロックコポリマーを含む反応混合物は、キャストフィルムまたは膜にさらに加工せずに使用することができる。
【０１６４】
他の実施形態において、前述の様式で得られる変性スルホン化ブロックコポリマーは、例えば、下記の例示的反応スキームに対応するハロゲン化アルキル（Ｒａ’−Ｈａｌ）と反応させることによって、さらに塩に変換することができ：
【０１６５】
【化１０】
0005869118.tif 000011
式中、Ｒａ’は、基Ｒａ、好ましくはアルキル基であり、Ｈａｌは、前述において特定された意味を有する。
【０１６６】
塩の形成時に用いられるハロゲン化アルキルの量は、出発変性スルホン化ブロックコポリマー中に存在するアミノ基のモルおよび四級化の所望のレベルに依存する。ハロゲン化アルキルの量が、出発変性スルホン化ブロックコポリマー中に存在するアミノ基に対する化学量論量の約８０％未満である場合、ハロゲン化アルキルは、通常は定量的に反応するものである。変換のレベルが約８０％より高い場合、ハロゲン化アルキルを過剰に用いることが有利であることが見出されている。通常は、ハロゲン化アルキルは、出発変性スルホン化ブロックコポリマーのアミノ官能基に対する化学量論量の約５０％から約２０００％の範囲の量で用いることができる。
【０１６７】
幾つかの実施形態において、ハロゲン化アルキルは、出発変性スルホン化ブロックコポリマー中に存在するアミノ基に対する化学量論量の少なくとも約１００％、詳細には少なくとも約１０５％、より詳細には少なくとも約１１０％または少なくとも約１１５％で加えられる。さらに、ハロゲン化アルキルは、出発変性スルホン化ブロックコポリマー中に存在するアミノ基に対する化学量論量の多くとも約２００％、詳細には多くとも約１７５％、より詳細には多くとも約１５０％または多くとも約１２５％で加えることができる。具体的な組み合わせおよび範囲をここに記載しなくても、適切な範囲が、特定の化学量論量の任意の組み合わせを含むことは当業者には理解されるであろう。
【０１６８】
幾つかの実施形態において、ハロゲン化アルキルは概して、約１．０から約２．０当量のハロゲン化アルキル／１当量のアミノ基の量で使用される。他の実施形態において、１．０当量から約１．７５当量のハロゲン化アルキル／１当量のアミノ基を加えることができる。さらなる実施形態において、１．０当量から約１．５当量のハロゲン化アルキル／１当量のアミノ基を加えることができる。またさらなる実施形態において、１．０当量から約１．２５当量のハロゲン化アルキル／１当量のアミノ基を加えることができる。追加の実施形態において、約１．１当量から約１．２５当量のハロゲン化アルキル／１当量のアミノ基を加えることができる。具体的な組み合わせおよび範囲をここに記載しなくても、適切な範囲が、特定の当量の任意の組み合わせを含むことは当業者には理解されるであろう。
【０１６９】
四級化のレベルは、広範囲に、例えば、約８０％から約１００％のアミノ基が、１当量のハロゲン化アルキル／当量の出発変性ブロックコポリマー中アミノ官能基により四級化され得るように調整することができる。他の実施形態において、四級化のレベルは、少なくとも約９０％、詳細には少なくとも約９５％、より詳細には少なくとも約９８％のアミノ基が、１当量のハロゲン化アルキル／当量の出発変性ブロックコポリマー中アミノ基により四級化されるレベルである。幾つかの実施形態において、多くとも約９５％、好ましくは多くとも約９９％、より詳細には１００％のアミノ基が、１当量のハロゲン化アルキル／当量の出発変性ブロックコポリマー中アミノ基により四級化される。
【０１７０】
実施形態の幾つかにおいて、アミノ基の四級化のレベルは、出発変性スルホン化ブロックコポリマーのスルホン化の程度が低いほど高くなり得、例えば、スルホン化ブロックコポリマーのスルホン化の程度が約１０から約７０モル％の範囲である場合、四級化のレベルは９５から１００％の範囲内であり得る。他の実施形態において、四級化のレベルは、出発変性ブロックコポリマーのスルホン化の程度が高いほど低くなり得、例えば、スルホン化ブロックコポリマーのスルホン化の程度が約８５から１００モル％の範囲内である場合、四級化のレベルは約９０から１００モル％の範囲内であり得る。
【０１７１】
塩は通常、室温（約２０℃）から溶媒または溶媒混合物の沸点の範囲内の温度で形成される。該反応は発熱性であり、即ち反応媒体の温度が、ハロゲン化アルキルの性質、ハロゲン化アルキルを加える量／時間およびブロックコポリマーをスルホン化する程度に依存して、約１０から２０℃上昇し得る。実施形態の幾つかにおいて、反応温度は、約２０℃から約１００℃または約２０℃から約６０℃の範囲内であってよい。
【０１７２】
これに関連する「反応時間」という表現は、すべての反応物質が組み合わされた時に開始し、四級化反応が完了に達した時に終了する時間間隔として理解される。概して、反応時間はおよそ１分未満からおよそ２４時間以上の範囲であってよい。好ましくは、反応の完了は、約１時間以内または３０分以内に到達する。
【０１７３】
四級化変性スルホン化ブロックコポリマーは、反応溶媒を場合により減圧下で、場合により昇温において蒸発させることによって、反応混合物から分離することができる。幾つかの実施形態において、四級化変性スルホン化ブロックコポリマーを含む反応混合物は、キャストフィルムまたは膜にさらに加工せずに使用することができる。
【０１７４】
またさらなる実施形態において、前述の様式で得られる変性スルホン化ブロックコポリマーは、例えば、下記の例示的反応スキームに対応する環状エステルと反応させることによって、分子内塩（双極性イオン官能基）に変換することができ：
【０１７５】
【化１１】
0005869118.tif 000012
式中、ｎは１から１５の整数、好ましくは２、３、４または５であり、ｍは０から１４の整数、好ましくは２、３、４または５であり、Ｙは特にＣまたはＳ（＝Ｏ）を表す。
【０１７６】
分子内塩の形成時に用いられる環状エステルの量は、出発変性スルホン化ブロックコポリマー中に存在するアミノ基のモルおよび塩形成の所望のレベルに依存する。環状エステルの量が、出発変性スルホン化ブロックコポリマー中に存在するアミノ基に対する化学量論量の約８０％未満である場合、環状エステルは、通常は定量的に反応するものである。変換のレベルが約８０％より高い場合、環状エステルを過剰に用いることが有利であることが見出されている。通常は、環状エステルは、出発変性スルホン化ブロックコポリマーのアミノ官能基に対する化学量論量の約５０％から約２０００％の範囲の量で用いることができる。
【０１７７】
幾つかの実施形態において、環状エステルは、出発変性スルホン化ブロックコポリマー中に存在するアミノ基に対する化学量論量の少なくとも約１００％、詳細には少なくとも約１０５％、より詳細には少なくとも約１１０％または少なくとも約１１５％で加えることができる。さらに、環状エステルは、出発変性スルホン化ブロックコポリマー中に存在するアミノ基に対する化学量論量の多くとも約２００％、詳細には多くとも約１７５％、より詳細には多くとも約１５０％または多くとも約１２５％で加えることができる。具体的な組み合わせおよび範囲をここに記載しなくても、適切な範囲が、特定の化学量論量の任意の組み合わせを含むことは当業者には理解されるであろう。
【０１７８】
幾つかの実施形態において、環状エステルは概して、約１．０から約２．０当量の環状エステル／１当量のアミノ基の量で使用される。他の実施形態において、１．０当量から約１．７５当量の環状エステル／１当量のアミノ基を加えることができる。さらなる実施形態において、１．０当量から約１．５当量の環状エステル／１当量のアミノ基を加えることができる。またさらなる実施形態において、１．０当量から約１．２５当量の環状エステル／１当量のアミノ基を加えることができる。追加の実施形態において、約１．１当量から約１．２５当量の環状エステル／１当量のアミノ基を加えることができる。具体的な組み合わせおよび範囲をここに記載しなくても、適切な範囲が、特定の当量の任意の組み合わせを含むことは当業者には理解されるであろう。
【０１７９】
塩形成のレベルは、広範囲に、例えば、約８０％から約１００％のアミノ基が、１当量の環状エステル／当量の出発変性ブロックコポリマー中アミノ官能基で変換されるように調整することができる。他の実施形態において、塩形成のレベルは、少なくとも約９０％、詳細には少なくとも約９５％、より詳細には少なくとも約９８％のアミノ基が、１当量の環状エステル／当量の出発変性ブロックコポリマー中アミノ基で変換されるレベルである。幾つかの実施形態において、多くとも約９５％、好ましくは多くとも約９９％、より詳細には１００％のアミノ基が、１当量の環状エステル／当量の出発変性ブロックコポリマー中アミノ基により変換される。
【０１８０】
実施形態の幾つかにおいて、アミノ基の対応する塩への変換のレベルは、出発変性スルホン化ブロックコポリマーのスルホン化の程度が低いほど高くなり得、例えば、スルホン化ブロックコポリマーのスルホン化の程度が約１０から約７０モル％の範囲である場合、塩形成のレベルは９５から１００％の範囲内であり得る。他の実施形態において、変換のレベルは、出発変性ブロックコポリマーのスルホン化の程度が高いほど低くなり得、例えば、スルホン化ブロックコポリマーのスルホン化の程度が約８５から１００モル％の範囲内である場合、塩形成のレベルは約９５から１００モル％の範囲内であり得る。
【０１８１】
分子内塩（双極性イオン官能基）は通常、室温（約２０℃）から溶媒または溶媒混合物の沸点の範囲内の温度で形成される。該反応は発熱性であり、即ち反応媒体の温度が、環状エステルの性質、環状エステルを加える量／時間およびブロックコポリマーをスルホン化する程度に依存して、約１０から２０℃上昇し得る。実施形態の幾つかにおいて、反応温度は、約２０℃から約１００℃または約２０℃から約６０℃の範囲内であってよい。
【０１８２】
これに関連する「反応時間」という表現は、すべての反応物質が組み合わされた時に開始し、分子内塩の形成反応が完了に達した時に終了する時間間隔として理解される。概して、反応時間はおよそ１分未満からおよそ２４時間以上の範囲であってよい。好ましくは、反応の完了は、約１時間以内または３０分以内に到達する。
【０１８３】
変性スルホン化ブロックコポリマーの分子内塩は、反応溶媒を、場合により減圧下で、場合により昇温において蒸発させることによって、反応混合物から分離することができる。幾つかの実施形態において、変性スルホン化ブロックコポリマーの分子内塩を含む反応混合物は、キャストフィルムまたは膜にさらに加工せずに使用することができる。
【０１８４】
代替の手順において、変性ブロックコポリマーの分子内塩は、出発変性スルホン化ブロックコポリマーと官能化エステルとを反応させ、その後、下記の例示的反応スキームに対応する中間塩の加水分解によって調製することができ：
【０１８５】
【化１２】
0005869118.tif 000013
式中、ｎは２から１５の整数、好ましくは２から８または２から６であり、ｍは、１から１４の整数、好ましくは１から７または１から５であり、ＹはＣ、Ｓ（＝Ｏ）またはＰ（＝Ｏ）（ＯＲ）２を表し、Ｒはメチル基またはエチル基であり、Ｈａｌは、前述において特定された意味を有する。
【０１８６】
分子内塩の形成時に用いられる官能化エステルの量は、出発変性スルホン化ブロックコポリマー中に存在するアミノ基のモルおよび塩形成の所望のレベルに依存する。官能化エステルの量が、出発変性スルホン化ブロックコポリマー中に存在するアミノ基に対する化学量論量の約８０％未満である場合、官能化エステルは、通常は定量的に反応するものである。変換のレベルが約８０％より高い場合、官能化エステルを過剰に用いることが有利であることが見出されている。通常は、官能化エステルは、出発変性スルホン化ブロックコポリマーのアミノ官能基に対する化学量論量の約５０％から約２０００％の範囲の量で用いることができる。
【０１８７】
幾つかの実施形態において、官能化エステルは、出発変性スルホン化ブロックコポリマー中に存在するアミノ基に対する化学量論量の少なくとも約１００％、詳細には少なくとも約１０５％、より詳細には少なくとも約１１０％または少なくとも約１１５％で加えることができる。さらに、官能化エステルは、出発変性スルホン化ブロックコポリマー中に存在するアミノ基に対する化学量論量の多くとも約２００％、詳細には多くとも約１７５％、より詳細には多くとも約１５０％または多くとも約１２５％で加えることができる。具体的な組み合わせおよび範囲をここに記載しなくても、適切な範囲が、特定の化学量論量の任意の組み合わせを含むことは当業者には理解されるであろう。
【０１８８】
幾つかの実施形態において、官能化エステルは概して、約１．０から約２．０当量の官能化エステル／１当量のアミノ基の量で使用される。他の実施形態において、１．０当量から約１．７５当量の官能化エステル／１当量のアミノ基を加えることができる。さらなる実施形態において、１．０当量から約１．５当量の官能化エステル／１当量のアミノ基を加えることができる。またさらなる実施形態において、１．０当量から約１．２５当量の官能化エステル／１当量のアミノ基を加えることができる。追加の実施形態において、約１．０５当量から約１．２当量の官能化エステル／１当量のアミノ基を加えることができる。具体的な組み合わせおよび範囲をここに記載しなくても、適切な範囲が、特定の当量の任意の組み合わせを含むことは当業者には理解されるであろう。
【０１８９】
塩形成のレベルは、広範囲に、例えば、約８０％から約１００％のアミノ基が、１当量の官能化エステル／当量の出発変性ブロックコポリマー中アミノ官能基により変換されるように調整することができる。他の実施形態において、塩形成のレベルは、少なくとも約９０％、詳細には少なくとも約９５％、より詳細には少なくとも約９８％のアミノ基が、１当量の官能化エステル／当量の出発変性ブロックコポリマー中アミノ基により変換されるレベルである。幾つかの実施形態において、多くとも約９５％、好ましくは多くとも約９９％、より詳細には１００％のアミノ基が、１当量の官能化エステル／当量の出発変性ブロックコポリマー中アミノ基により変換される。
【０１９０】
実施形態の幾つかにおいて、アミノ基の対応する塩への変換のレベルは、出発変性スルホン化ブロックコポリマーのスルホン化の程度が低いほど高くなり得、例えば、スルホン化ブロックコポリマーのスルホン化の程度が約１０から約７０モル％の範囲である場合、塩形成のレベルは９５から１００％の範囲内であり得る。他の実施形態において、変換のレベルは、出発変性ブロックコポリマーのスルホン化の程度が高いほど低くなり得、例えば、スルホン化ブロックコポリマーのスルホン化の程度が約８５から１００モル％の範囲内である場合、塩形成のレベルは約９０から１００モル％の範囲内であり得る。
【０１９１】
中間塩は通常、室温（約２０℃）から溶媒または溶媒混合物の沸点の範囲内の温度で形成される。該反応は発熱性であり、即ち反応媒体の温度が、官能化エステルの性質、官能化エステルを加える量／時間およびブロックコポリマーをスルホン化する程度に依存して、約１０から２０℃上昇し得る。実施形態の幾つかにおいて、反応温度は、約２０℃から約１００℃または約２０℃から約６０℃の範囲内であってよい。
【０１９２】
これに関連する「反応時間」という表現は、すべての反応物質が組み合わされた時に開始し、中間塩の形成反応が完了に達した時に終了する時間間隔として理解される。概して、反応時間はおよそ１分未満からおよそ２４時間以上の範囲であってよい。好ましくは、反応の完了は、約１時間以内または３０分以内に到達する。
【０１９３】
中間塩は、反応溶媒を場合により減圧下で、場合により昇温において蒸発させることによって、反応混合物から分離することができる。好ましくは、中間塩を含む反応混合物は、膜またはフィルムに成形する、または分子内塩（双極性イオン官能基）を生成するさらなる加工なしに使用することができる。
【０１９４】
中間塩は、塩基により加水分解することによって、分子内塩に変換することができる。適切な塩基は、特に、アルカリ金属およびアルカリ土類金属の酸化物または水酸化物である。都合の良いことに、水酸化ナトリウムが塩基として使用される。
【０１９５】
加水分解に用いる塩基の量は重要ではなく、塩基は概して、加水分解されるエステル基に対して過剰に用いられる。都合の良いことに、エステル基の加水分解は、塩基の水溶液を、中間塩を含む反応混合物に加えることによって達成される。水溶液中の塩基の濃度は概して重要ではなく、０．１モルから１０モル濃度または０．５モルから５モル濃度の範囲であってよい。
【０１９６】
加水分解反応は通常、室温（約２０℃）から溶媒または溶媒混合物の沸点の範囲内の温度で起こる。該反応は発熱性であり、即ち反応媒体の温度が、官能化エステルの性質、官能化エステルを加える量／時間およびブロックコポリマーをスルホン化する程度に依存して、約１０から２０℃上昇し得る。実施形態の幾つかにおいて、反応温度は、約２０℃から約１００℃または約２０℃から約６０℃の範囲内であってよい。
【０１９７】
これに関連する「反応時間」という表現は、すべての反応物質が組み合わされた時に開始し、加水分解が完了に達した時に終了する時間間隔として理解される。概して、反応時間はおよそ１分未満からおよそ２４時間以上の範囲であってよい。好ましくは、反応の完了は、約１時間以内または３０分以内に到達する。
【０１９８】
分子内塩（双極性イオン変性ブロックコポリマー）は、反応溶媒を、場合により減圧下で、場合により昇温において蒸発させることによって、反応混合物から分離することができる。幾つかの実施形態において、変性スルホン化ブロックコポリマーの分子内塩を含む反応混合物は、キャストフィルムまたは膜にさらに加工せずに使用することができる。
【０１９９】
６．変性ブロックコポリマーのフィルムまたは膜
本開示の変性ブロックコポリマーは、コーティングを含むフィルムまたは膜用の材料として特に適している。このようなフィルムまたは膜は、
ａ）１以上の非プロトン性有機溶媒を含む液相中に変性スルホン化ブロックコポリマーを含む組成物を提供する段階、
ｂ）組成物を成形する段階、および
ｃ）液相を蒸発させる段階
により得ることができる。
【０２００】
液相の性質および組成は概して、１または複数の非プロトン性有機溶媒が、変性ブロックコポリマーを、適切な均一性のコーティングまたはフィルム成形組成物を得るために十分な程度に溶解または分散できる限り、重要ではない。
【０２０１】
適切な非プロトン性有機溶媒は、例えば、４から１２個の炭素原子を有するハロゲン化炭化水素を場合により含む。該炭化水素は、直鎖、分枝型または単環式もしくは多環式であってよく、直鎖、分枝型および単環式もしくは多環式の、場合によって芳香族の炭化水素基、例えば、直鎖、分枝型または環状のペンタン、（モノ−、ジ−またはトリ−）メチルシクロペンタン、（モノ−、ジ−またはトリ−）エチルシクロペンタン、直鎖、分枝型または環状のヘキサン、（モノ−、ジ−またはトリ−）メチルシクロヘキサン、（モノ−、ジ−またはトリ−）エチルシクロヘキサン、直鎖、分枝型または環状のヘプタン、直鎖、分枝型または（モノ−またはジ−）環状オクタン、２−エチルヘキサン、イソオクタン、ノナン、デカン、パラフィン系石油、混合型パラフィン系溶媒、ベンゼン、トルエンおよびキシレンなどを含むことができる。
【０２０２】
幾つかの特定の実施形態において、無極性液相は、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、シクロペンタン、シクロヘプタン、シクロオクタンおよびこれらの混合物から選択される少なくとも１つの溶媒を含み、シクロヘキサンおよび／またはシクロペンタンおよび／またはメチルシクロヘキサンが最も好ましい。
【０２０３】
さらに特定の実施形態において、無極性液相は、それぞれが好ましくは非ハロゲン化である少なくとも２種の非プロトン性溶媒により形成される。さらなる特定の実施形態において、非極性液相は、ヘキサン、ヘプタンおよびオクタンならびにこれらの混合物から選択される少なくとも１種の溶媒を含み、シクロヘキサンおよび／またはメチルシクロヘキサンと混合される。
【０２０４】
またさらなる実施形態において、液相は、極性溶媒と１種の非極性溶媒から選択される少なくとも２種の溶媒から構成される。
【０２０５】
好ましくは、極性溶媒は、水、１から２０個の炭素原子、好ましくは１から８個の炭素原子、より好ましくは１から４個の炭素原子を有するアルコール、１から２０個の炭素原子、好ましくは１から８個の炭素原子、より好ましくは１から４個の炭素原子を有する、環状エーテルを含むエーテル、カルボン酸のエステル、硫酸のエステル、アミド、カルボン酸、無水物、スルホキシド、ニトリルおよび１から２０個の炭素原子、好ましくは１から８個の炭素原子、より好ましくは１から４個の炭素原子を有する、環状ケトンを含むケトンから選択される。より具体的には、極性溶媒は、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、ジブチルエーテル、置換および非置換のフラン、オキセタン、ジメチルケトン、ジエチルケトン、メチルエチルケトン、置換および非置換のテトラヒドロフラン、メチルアセテート、エチルアセテート、プロピルアセテート、メチルスルフェート、ジメチルスルフェート、二硫化炭素、ギ酸、酢酸、スルホ酢酸、無水酢酸、アセトン、クレゾール、クレオソール、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、シクロヘキサノン、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド、アセトニトリル、水およびジオキサンから選択され、水、テトラヒドロフラン、メタノール、エタノール、酢酸、スルホ酢酸、メチルスルフェート、ジメチルスルフェートおよびＩＰＡがより好ましい極性溶媒である。
【０２０６】
好ましくは、非極性溶媒は、トルエン、ベンゼン、キシレン、メシチレン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、シクロヘキサン、クロロホルム、ジクロロエタン、ジクロロメタン、四塩化炭素、トリエチルベンゼン、メチルシクロヘキサン、イソペンタンおよびシクロペンタンから選択され、トルエン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、シクロペンタン、ヘキサン、ヘプタン、イソペンタンおよびジクロロエタンが最も好ましい非極性溶媒である。上記のように、該方法は２以上の溶媒を利用する。
【０２０７】
これは、極性溶媒単独、非極性溶媒単独または極性溶媒と非極性溶媒との組み合わせから選択される２、３、４以上の溶媒が使用できることを意味する。溶媒の比率は、相互に大きく変動し得る。例えば、２種の溶媒を有する溶媒混合物において、この比率は、９９．９９：０．０１から０．０１：９９．９の範囲であってよい。
【０２０８】
液相中の変性ブロックコポリマーの濃度は、変性ブロックコポリマーの性質および溶媒または溶媒混合物の同一性などの因子に依存する。概して、ポリマー濃度は、変性ブロックコポリマーの分散溶液の全重量に基づき、約１重量％から約４０重量％、または約２重量％から３５重量％、または約３重量％から約３０重量％の範囲内、または約１重量％から約３０重量％、または約２重量％から約２５重量％、または約５重量％から約２０重量％の範囲にある。具体的な組み合わせおよび範囲をここに記載しなくても、適切な範囲が、特定の重量パーセントの任意の組み合わせを含むことは当業者には理解されるであろう。
【０２０９】
組成物（ａ）を得るための液相中の変性ブロックコポリマーの分散液または溶液は、例えば、必要な量の変性ブロックコポリマーと１または複数の溶媒を、約２０℃から、用いる１または複数の溶媒の沸点までの温度において組み合わせることによって得られる。概して、この温度は、約２０℃から約１００℃、または約２０℃から約８０℃、また約２０℃から約６０℃、また約２５℃から約６５℃、また約２５℃から約６０℃（例えば、約５０℃）の範囲内である。十分な均一性の組成物を得るための分散時間または溶解時間は、温度およびポリマーの分子量に依存して、およそ１分未満からおよそ２４時間以上の範囲であってよい。
【０２１０】
フィルムまたは膜の品質が組成物（ａ）の均一性により影響を受ける可能性があることは、当業者には理解されるであろう。従って、液相中の変性ブロックコポリマーの混合は、当分野において公知の適切な混合装置またはホモジナイザーを用いて促進することができる。大部分の実施形態において、既存のタンクまたはパイプ混合手順が適切な均一性の組成物を得るために適切である。幾つかの実施形態において、組成物（ａ）を既存のホモジナイザーにおいて均一化することが有利であると思われる。混合の徹底性は、変性ブロックコポリマーの濃度を低下させることによって容易にすることができることも、当業者には理解されるであろう。適切な装置および濃度選択は概して、環境的および経済的要因に依存するであろう。
【０２１１】
組成物（ａ）は概して、最大約７０重量％の固形分を有してよいが、フィルムおよび膜が最も高いレベルの固体を有する組成物から調製される必要はない。しかし、固体のレベルおよび濃度が可能な限り高い組成物（ａ）は、保存または輸送にとって有利であり、保存体積および輸送費用を最小にする。さらに、保存および／または輸送グレードの組成物（ａ）は、最終使用の前に、特定の用途の目的に適した固形分または粘度レベルに望ましく希釈することができる。調製するフィルムまたは膜の厚さおよび組成物を基材に適用する方法により、分散液の固体レベルおよび溶液の粘度が通常指示されると思われる。概して、組成物（ａ）からフィルムまたは膜を調製する場合、固形分は、５から約６０重量％、好ましくは約１０から約５０重量％または約１５から約４５重量％である。
【０２１２】
コーティングを含むフィルムおよび膜の厚さは、本明細書に記載の用途に関して重要ではなく、通常、フィルム、膜およびコーティングの標的用途に依存すると思われる。通常は、該フィルムおよび膜は、少なくとも約０．５μｍおよび多くとも約１０００μｍの厚さを有することができる。通常、膜は約１から約２００μｍ、例えば、約５から約１００μｍまたは約１５から約３５μｍの範囲であろう。
【０２１３】
組成物（ａ）でコーティングすることができる基材は、天然および合成の、織布および不織布材料ならびにこのような材料の１以上で作られた基材を含む。基材の形状および形態は大幅に変動してよく、繊維、フィルム、繊維製品、皮革および木材部品または構築体を含む。
【０２１４】
基本的に、任意の繊維性材料を、当業者に周知の方法により、組成物（ａ）を用いてコーティング、含浸または他の処理が可能であり、該繊維性材料は、カーペットおよび衣類に使用される織物、内装材、テント、天幕などを含む。適切な繊維製品は、織物、紡績糸およびブレンドを含み、織布、不織布または編み物であっても、天然、合成または再生されたものであってもよい。適切な繊維製品の例は、酢酸セルロース、アクリル樹脂、毛、綿、ジュート繊維、亜麻、ポリエステル、ポリアミド、再生セルロース（レーヨン）などを含む。
【０２１５】
このようなコーティング物品を製造するために利用可能な方法は、原理的には当分野において公知であり、スプレーコーティング、エレクトロコーティング、直接コーティング、トランスファーコーティングおよび多数の異なるフィルム積層方法を含む。直接コーティング法において、組成物（ａ）は、適切な基材、通常は繊維製品上に成形され、例えば、温度およびドエルタイムまたは処理能力の制御された条件下で、その後、乾燥され、場合により硬化または架橋される。これは、基材上の変性ブロックコポリマーを含むコーティング層を提供する。コーティング層は通常、非微孔性である。
【０２１６】
この方法において、コーティング層は、基材上に直接提供されてもよく、または基材が１以上の追加層、例えばポリマー層をその表面に含んでもよい。水蒸気透過性結合部またはベースコートおよび中間層は、例えば、基材表面に存在することができる。例えば、基材は、発泡性、微孔性または親水性ポリマーの層を有する繊維製品であってもよい。従って、幾つかのコーティング層（および／またはフィルム層）を有する多層コーティングが提供される。幾つかの実施形態において、変性ブロックコポリマーを含むコーティング層が、最も外側の層として提供される。
【０２１７】
トランスファーコーティング法において、組成物（ａ）は、着脱可能な剥離基材、例えば剥離紙上に成形され、その後乾燥され、場合により硬化され、剥離基材上にフィルムまたは膜を提供する。該フィルムまたは膜は、通常非微孔性である。該剥離基材は、例えば、シリコン処理された紙またはブランケットである。フィルムもしくは膜は、さらなる使用の前にこのフォーマットにおいて保存および／もしくは輸送することができ、または剥離基材は、保存もしくは使用前に取り外すことができる。
【０２１８】
フィルムまたは膜は通常、その後、熱エネルギーを使用して、または接着層を使用して、基材材料に結合することができる。接着層は、フィルムもしくは膜のいずれか、または基材材料に、または両方に適用することができる。接着層は、連続または不連続のいずれであってもよく、通常、発泡性、微孔性または親水性のポリマーの形成を含む。剥離基材は、フィルムまたは膜を材料に適用する前または後のいずれかで取り除かれる。
【０２１９】
前述の様式において直接コーティング層および多層コーティングを生成することができる。例えば、材料に適用されたフィルムは、予備形成された多層フィルムであってよく、および／または追加層が本開示のフィルムの適用前に材料に存在してもよい。これらの追加層は、水蒸気透過タイまたはベースコートおよび中間層であってもよい。従って、多層フィルムおよび複数フィルム層（および／またはコーティング層）によりコーティングされた材料が提供される。通常、本開示のポリマーを含むフィルム層が、最も内部の層として提供される。
【０２２０】
本開示に従ったコーティングを含む１以上の内部層と、既存の、疎水性の低い層との組み合わせは異方性であり得、水蒸気耐性に対する水蒸気流の方向性効果を示し得る。この効果は、二層および多層系において最も明白であり、効果の大きさは、材料の全体の通気性に関連して有意である。本開示に従ったフィルムを介して蒸気流が最初に起こる場合、相乗作用が観察され、複合材料に対して予想される水蒸気耐性値より低い値をもたらす。反対に、疎水性の低い層を介して最初に起こる蒸気流は、本開示に従ったコーティングを含む層に対する弱体化効果を有することがあり、予想される水蒸気耐性値より高い値をもたらす。水蒸気流に対するこの追加の制御特性は、多層フィルムの設計、コーティングされた繊維などの他の材料および衣類などの最終製品に有用に組み込むことができる。
【０２２１】
７．変性ブロックコポリマーの特性
幾つかの実施形態に従って、本明細書に開示の変性スルホン化ブロックコポリマーは、スルホン化ブロックコポリマーの変性が、これらのブロックコポリマーを含む膜の性能に驚くべき影響を有することが見出されている。例えば、幾つかの実施形態において、変性ブロックコポリマーを含む膜の水揚げは、対応するスルホン化ブロックコポリマーを含む膜の水揚げより有意に低い。変性スルホン化ブロックコポリマーを含む膜の水の取り込みの低下傾向は、スルホン化ブロックコポリマーを含む膜と比較して、水中への浸漬に関する膜の寸法安定性の明らかな改善をもたらす。幾つかの実施形態において、変性ブロックコポリマーを含む膜は、並外れて高レベルのイオン導電率を示す。特定の実施形態において、水の取り込みの低傾向にもかかわらず、膜を介したイオン輸送は高い。幾つかの実施形態において、膜は、高い比導電率、陽イオン輸送に対する高い選択性および水への曝露における低膨張を示す。
【０２２２】
スルホン化ブロックコポリマーの変性は、スルホン化ブロックコポリマーの引張係数を、対応するスルホン化ブロックコポリマーと比較して改善することが見出されている。言い換えれば、変性ブロックコポリマーは、乾燥状態で、対応するスルホン化ブロックコポリマーより低い引張係数を示す。結果として、水に浸漬した場合、変性ブロックコポリマーは、乾燥状態における係数と基本的に同じまたはわずかに低い湿潤引張係数を示す。従って、幾つかの実施形態に従って、湿潤および乾燥の両方の状態で、変性ブロックコポリマーは同じまたは同様の係数を有すると思われる。従って、変性ブロックコポリマーは、環境の湿度とは独立してそれらの軟性およびドレープ性能を保有している。これらの特性に加えて、変性ブロックコポリマーが、高い水蒸気輸送速度および非常に優れた寸法安定性もまた示すことが、驚いたことにさらに見出されている。
【０２２３】
従って、幾つかの実施形態において、変性ブロックコポリマーの乾燥引張係数は、対応するスルホン化ブロックコポリマーの乾燥引張係数と同等またはそれより低い。他の実施形態において、変性ブロックコポリマーの乾燥引張係数は、対応するスルホン化ブロックコポリマーの引張係数の１０％から９９％の範囲に低下する。他の実施形態において、変性ブロックコポリマーの乾燥引張係数は、対応するスルホン化ブロックコポリマーの引張係数の５０％から９５％の範囲に低下する。さらなる実施形態において、変性ブロックコポリマーの乾燥引張係数は、対応するスルホン化ブロックコポリマーの引張係数の６０％から９０％の範囲に低下する。またさらなる実施形態において、変性ブロックコポリマー乾燥引張係数は、対応するスルホン化ブロックコポリマーの引張係数の６５％から８０％の範囲に低下する。またさらなる実施形態において、変性ブロックコポリマーの乾燥引張係数は、対応するスルホン化ブロックコポリマーの引張係数の７０％から７５％の範囲に低下する。具体的な組み合わせおよび範囲をここに記載しなくても、適切な範囲が、特定の百分率の任意の組み合わせを含むことは当業者には理解されるであろう。
【０２２４】
さらに、変性ブロックコポリマーの引張係数は、湿潤および乾燥の両方の状態と同じまたは同様であってよい。従って、幾つかの実施形態において、本明細書に開示の変性ブロックコポリマーは、乾燥引張係数の２０％以上の湿潤引張係数を有する。他の実施形態において、変性ブロックコポリマーの湿潤引張係数は、乾燥引張係数の３５％以上である。追加の実施形態において、変性ブロックコポリマーの湿潤引張係数は、乾燥引張係数の５０％以上である。他の実施形態において、変性ブロックコポリマーの湿潤引張係数は、乾燥引張係数の６５％以上である。さらなる実施形態において、湿潤引張係数は、乾燥引張係数の７５％以上である。またさらなる実施形態において、変性ブロックコポリマーの湿潤引張係数は、乾燥引張係数の８５％以上である。他の実施形態において、変性ブロックコポリマーの湿潤引張係数は、乾燥引張係数の９０％以上である。他の実施形態において、変性ブロックコポリマーの湿潤引張係数は、乾燥引張係数の９５％以上である。具体的な組み合わせおよび範囲をここに記載しなくても、適切な範囲が、特定の百分率の任意の組み合わせを含むことは当業者には理解されるであろう。
【０２２５】
さらに、幾つかの実施形態において、変性ブロックコポリマーの湿潤破断点引張強度は、乾燥破断点引張強度の少なくとも約５０％である。他の実施形態において、変性ブロックコポリマーの湿潤破断点引張強度は、乾燥破断点引張強度の少なくとも約７５％である。さらなる実施形態において、変性ブロックコポリマーの湿潤破断点引張強度は、乾燥破断点引張強度の少なくとも約９０％である。さらなる実施形態において、変性ブロックコポリマーの湿潤破断点引張強度は、乾燥破断点引張強度とほぼ同じある。具体的な組み合わせおよび範囲をここに記載しなくても、適切な範囲が、特定の百分率の任意の組み合わせを含むことは当業者には理解されるであろう。
【０２２６】
本明細書に開示の変性ブロックコポリマーが、驚くべき高い水蒸気輸送速度を有する一方で、同時に非常に優れた寸法安定性もまた有することが、さらに見出されている。変性ブロックコポリマーの水蒸気輸送速度（ＷＶＴＲ）が、対応するスルホン化ブロックコポリマーのＷＶＴＲと同じまたは同様であってもよいことが驚いたことに見出されており、幾つかの実施形態において、より高いＷＶＴＲを有することもある。従って、幾つかの実施形態において、変性ブロックコポリマーのＷＶＴＲは、対応するスルホン化ブロックコポリマーのＷＶＴＲの少なくとも約５０％である。他の実施形態において、ＷＶＴＲは、対応するスルホン化ブロックコポリマーのＷＶＴＲの少なくとも約６５％である。さらなる実施形態において、ＷＶＴＲは、対応するスルホン化ブロックコポリマーのＷＶＴＲの少なくとも約７５％である。またさらなる実施形態において、ＷＶＴＲは、対応するスルホン化ブロックコポリマーのＷＶＴＲの少なくとも約８５％である。またさらなる実施形態において、ＷＶＴＲは、対応するスルホン化ブロックコポリマーのＷＶＴＲの少なくとも約９０％である。追加の実施形態において、ＷＶＴＲは、対応するスルホン化ブロックコポリマーのＷＶＴＲの少なくとも約９５％である。さらなる実施形態において、ＷＶＴＲは、対応するスルホン化ブロックコポリマーのＷＶＴＲの少なくとも約９９％である。具体的な組み合わせおよび範囲をここに記載しなくても、適切な範囲が、特定の百分率の任意の組み合わせを含むことは当業者には理解されるであろう。
【０２２７】
幾つかの実施形態において、ＷＶＴＲもまた、倒置カップ（ｉｎｖｅｒｔｅｄ  ｃｕｐ）法を使用して、ｇ／ｍ２／日に関して定量することができ、ｇ／ｍ２／日は、２５℃において、１ｍ２の曝露面積および１ミルの厚さを有する膜を使用して、１日の曝露で膜を介して、５０％の相対湿度雰囲気に輸送される水のグラム量である。従って、幾つかの実施形態において、変性ブロックコポリマーは、少なくとも約１０００ｇ／ｍ２／日のＷＶＴＲを有する。他の実施形態において、ＷＶＴＲは、少なくとも約２５００ｇ／ｍ２／日である。さらなる実施形態において、ＷＶＴＲは、少なくとも約１０，０００ｇ／ｍ２／日である。またさらなる実施形態において、ＷＶＴＲは少なくとも約１５，０００ｇ／ｍ２／日である。またさらなる実施形態において、ＷＶＴＲは、少なくとも約２０，０００ｇ／ｍ２／日である。具体的な組み合わせおよび範囲をここに記載しなくても、適切な範囲が、特定の速度の任意の組み合わせを含むことは当業者には理解されるであろう。
【０２２８】
変性ブロックコポリマーが、高いＷＶＴＲを示す一方で、非常に優れた寸法安定性もまた維持していることが、驚いたことに見出されている。寸法安定性は、変性ブロックコポリマーを含む膜または物質の物理的形状全体を指すことができる。従って、優れた寸法安定性を有するポリマーは、それらの形態を維持する傾向が強く、水の存在下において形状がたるむ、または変化する傾向が低い。湿潤および乾燥の両方の状態における膜の長さ、幅および厚さの測定を含む、ブロックコポリマーの寸法安定性を測定する多数の方法が存在するが、一方法は、ブロックコポリマー膜の水揚げの測定を含む。
【０２２９】
従って、「水揚げ値」という表現は、本明細書において使用する場合、乾燥ブロックコポリマーの元の重量と比較した、平衡においてブロックコポリマーにより吸収される水の重量を指し、百分率として計算される。水揚げ値が低いほど、吸収される水が少ないことを示し、従ってより優れた寸法安定性に対応する。
【０２３０】
驚くべき有利な寸法安定性は、水管理膜において、即ち、膜が取り付け装置において抑制される用途において望ましく、膜の寸法の小さな変化により、曲りおよび裂けが引き起こされる可能性があり、それによって必然的に装置の性能が低下またはさらに機能しなくなる。驚くべき有利な寸法安定性はまた、例えば、脱塩用途、湿度調整装置、電池セパレーター、燃料電池交換膜、医療用チューブ用途、さまざまな電動イオン輸送方法などにとって望ましい。
【０２３１】
幾つかの実施形態において、変性ブロックコポリマーの水揚げ値は、対応するスルホン化ブロックコポリマーの水揚げ値と同等またはそれより低い。他の実施形態において、水揚げ値は、対応するブロックコポリマーの水揚げ値の８０％未満である。さらなる実施形態において、水揚げ値は、対応するブロックコポリマーの水揚げ値の５０％未満である。さらなる実施形態において、水揚げ値は、対応するブロックコポリマーの水揚げ値の２５％未満である。
【０２３２】
さらに、幾つかの実施形態において、変性ブロックコポリマーの水揚げ値は、乾燥ポリマーに対して０％から９０％である。他の実施形態において、変性ブロックコポリマーの水揚げ値は、乾燥ポリマーに対して０％から７５％である。追加の実施形態において、変性ブロックコポリマーの水揚げ値は、乾燥ポリマーに対して０％から５０％である。さらなる実施形態において、変性ブロックコポリマーの水揚げ値は、乾燥ポリマーに対して０％から２５％である。またさらなる実施形態において、変性ブロックコポリマーの水揚げ値は、乾燥ポリマーに対して０％から２０％である。具体的な組み合わせおよび範囲をここに記載しなくても、適切な範囲が、特定の百分率の任意の組み合わせを含むことは当業者には理解されるであろう。
【０２３３】
寸法的に安定であることに加えて、変性ブロックコポリマーが例外的な輸送特徴を示すことが見出されている。幾つかの実施形態において、変性ブロックコポリマーは、高い導電率を示す一方で、同時に、陰イオン輸送に対して高い選択性を有する。
【０２３４】
膜の面積抵抗は、直流（ＤＣ）測定または交流測定（ＡＣ）により決定することができる。ＤＣにより測定された抵抗は境界層効果を含むので、ＤＣにより測定された抵抗は、通常、ＡＣにより測定された抵抗より高い。境界層効果は、常に実際の適用において存在するので、ＤＣ法による抵抗データは、実践の適用において材料の性能をより厳密に表す。膜抵抗の測定のために、ハーバー−ルギン（Ｈａｂｅｒ−Ｌｕｇｇｉｎ）キャピラリー管（当分野において、ルギン（Ｌｕｇｇｉｎ）またはルギン−ハーバー（Ｌｕｇｇｉｎ−Ｈａｂｅｒ）キャピラリー管とも称される。）の間の電位降下を、膜を用いて、または膜を用いないで電流密度の関数として図１に概略的に示す機器において測定する。抵抗は、電流対電圧降下の勾配により得られる。膜抵抗を得るために、膜を用いない抵抗を、膜を用いた抵抗から引く。図２は、膜抵抗を得る方法を例示している。膜抵抗は、勾配の差である。
【０２３５】
幾つかの実施形態において、約２０−４５μｍの厚さを有する変性ブロックコポリマーの膜は、５Ωｃｍ２以下の面積抵抗を示す。さらなる実施形態において、個別の膜の面積抵抗は、２．５Ωｃｍ２以下である。特定の実施形態において、個別の膜の面積抵抗は、１．０Ωｃｍ２以下である。非常に詳細な実施形態において、個別の膜の面積抵抗は、多くとも０．８５Ωｃｍ２であり、または多くとも０．７５Ωｃｍ２である。
【０２３６】
幾つかの実施形態において、変性ブロックコポリマーの膜は、少なくとも０．５ｍＳ／ｃｍの導電率を示す。さらなる実施形態において、膜の導電率は少なくとも１ｍＳ／ｃｍであり、または少なくとも１．５ｍＳ／ｃｍである。特定の実施形態において、膜の導電率は２．０ｍＳ／ｃｍ以上であり、または少なくとも３．０ｍＳ／ｃｍである。非常に詳細な実施形態において膜の導電率は、少なくとも４．５ｍＳ／ｃｍである。
【０２３７】
幾つかの実施形態において、変性ブロックコポリマーの膜が選択透過性であることが、驚くべきことに見出された。膜の選択透過性は、膜を通過する電位勾配の測定に基づき「見かけの」選択透過性として決定することができ、膜は、異なる電解質濃度を有する２種の電解質溶液を分離している。測定は境界層効果を考慮できないので、見かけの選択透過性が、常に実践条件下の選択透過性より大きいことは、当業者には理解されるであろう。しかし、測定された選択透過性値と実践条件下の選択透過性の間の差は、概してわずかである。図３は、選択透過性を測定するため実験的仕組みを概略的に例示している。図３の例示的仕組みにおいて、膜の片側の電解質溶液は０．５Ｍ  ＫＣｌの濃度を有し、膜の向こう側の溶液中の電解質濃度は、１Ｍ  ＫＣｌである。輸率１を有する膜に関して、膜を通過する電位差は、０．０１５８ボルトのはずである。このことに基づき、実際の膜の選択透過性を、下記の方程式に従って計算することができる：
選択透過性（％）＝膜を通過する電位降下／０．０１５８
当然のことながら、他の溶液および濃度もまた使用可能である。しかし、異なる濃度および溶液中のイオン移動度の差に関して補正が必要である。
【０２３８】
幾つかの実施形態において、変性ブロックコポリマーの選択透過性は、対応するスルホン化ブロックコポリマーの選択透過性と同様またはそれより優れている。従って、幾つかの実施形態において、変性ブロックコポリマーの選択透過性は、対応するスルホン化ブロックコポリマーの選択透過性の少なくとも９０％である。他の実施形態において、変性ブロックコポリマーの選択透過性は、対応するスルホン化ブロックコポリマーの選択透過性の少なくとも９５％である。さらなる実施形態において変性ブロックコポリマーの選択透過性は、対応するスルホン化ブロックコポリマーの選択透過性の少なくとも９８％である。特定の実施形態において、変性ブロックコポリマーの選択透過性は、対応するスルホン化ブロックコポリマーの選択透過性の少なくとも１００％である。非常に詳細な実施形態において、変性ブロックコポリマーの選択透過性は、対応するスルホン化ブロックコポリマーの選択透過性の少なくとも１０５％である。
【０２３９】
幾つかの実施形態において、変性ブロックコポリマーは、少なくとも８０％の陰イオン交換選択性を有する。他の実施形態において、変性膜の陰イオン交換選択性は少なくとも８５％である。さらなる実施形態において、変性ブロックコポリマーの陰イオン交換選択性は、少なくとも９０％である。特定の実施形態において、変性ブロックコポリマーの陰イオン交換選択性は、少なくとも９２％である。非常に詳細な実施形態において、変性ブロックコポリマーの陰イオン交換選択性は、少なくとも９５％または少なくとも９７％である。
【０２４０】
８．変性ブロックコポリマーの用途
変性スルホン化ブロックコポリマーは、コポリマーの特性に悪影響を与えない他の成分と混ぜ合わせることができる。変性ブロックコポリマーは、オレフィンポリマー、スチレンポリマー、親水性ポリマーおよび工学熱可塑性樹脂を含む多種多様な他のポリマーとブレンドすることができ、ならびにポリマー液および他の流体、例えば、イオン性液体、天然油、芳香、ならびにフィラー、例えば、ナノクレイ、炭素、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、フラーレンおよび伝統的なフィラー、例えば、タルク、シリカなどとブレンドすることができる。
【０２４１】
さらに、変性スルホン化ブロックコポリマーは、従来のスチレン／ジエンブロックコポリマーおよび水素化スチレン／ジエンブロックコポリマー、例えば、Ｋｒａｔｏｎ  Ｐｏｌｙｍｅｒｓ  ＬＬＣから利用可能なスチレンブロックコポリマーとブレンドすることができる。例示的スチレンブロックコポリマーは、線形Ｓ−Ｂ−Ｓ、Ｓ−Ｉ−Ｓ、Ｓ−ＥＢ−Ｓ、Ｓ−ＥＰ−Ｓブロックコポリマーを含む。また、スチレンとイソプレンおよび／またはブタジエンとに基づくラジアルブロックコポリマーおよび選択的に水素化されたラジアルブロックコポリマーを含む。ブロックコポリマー前駆体であるスルホン化前のブロックコポリマーとブレンドすることが特に有用である。
【０２４２】
オレフィンポリマーは、例えば、エチレンホモポリマー、エチレン／アルファオレフィンコポリマー、プロピレンホモポリマー、プロピレン／アルファオレフィンコポリマー、高衝撃性ポリプロピレン、ブチレンホモポリマー、ブチレン／アルファオレフィンコポリマーおよび他のアルファオレフィンコポリマーまたはインターポリマーを含む。代表的ポリオレフィンは、例えば、限定するものではないが、実質的に線形のエチレンポリマー、均一に分枝した線形エチレンポリマー、不均一に分枝した線形エチレンポリマーを含み、該不均一に分枝した線形エチレンポリマーは、線形低密度エチレン（ＬＬＤＰＥ）、超または非常に低密度のポリエチレン（ＵＬＤＰＥまたはＶＬＤＰＥ）、中密度ポリエチレン（ＭＤＰＥ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）および高圧低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）を含む。この記載に従って含まれる他のポリマーは、エチレン／アクリル酸（ＥＥＡ）コポリマー、エチレン／メタクリル酸（ＥＭＡＡ）イオノマー、エチレン／ビニルアセテート（ＥＶＡ）コポリマー、エチレン／ビニルアルコール（ＥＶＯＨ）コポリマー、エチレン／環状オレフィンコポリマー、ポリプロピレンホモポリマーおよびコポリマー、プロピレン／スチレンコポリマー、エチレン／プロピレンコポリマー、ポリブチレン、エチレン一酸化炭素インターポリマー（例えば、エチレン／一酸化炭素（ＥＣＯ）コポリマー、エチレン／アクリル酸／一酸化炭素ターポリマーなど）である。さらにこの記載に従って含まれる他のポリマーは、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）およびＰＶＣと他の材料とのブレンドである。
【０２４３】
スチレンポリマーは、例えば、結晶ポリスチレン、高衝撃性ポリスチレン、中衝撃性ポリスチレン、スチレン／アクリロニトリルコポリマー、スチレン／アクリロニトリル／ブタジエン（ＡＢＳ）ポリマー、シンジオタクチックポリスチレン、スルホン化ポリスチレンおよびスチレン／オレフィンコポリマーを含む。代表的スチレン／オレフィンコポリマーは、好ましくは少なくとも２０、より好ましくは２５重量％以上の共重合スチレンモノマーを含有する、実質的にランダムなエチレン／スチレンコポリマーである。
【０２４４】
親水性ポリマーは、酸と相互作用するための利用可能な電子対を有することを特徴とするポリマー塩基を含む。このような塩基の例は、ポリマーアミン、例えば、ポリエチレンアミン、ポリビニルアミン、ポリアリルアミン、ポリビニルピリデン（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｐｙｒｉｄｅｎｅ）など；窒素含有材料のポリマーアナログ、例えば、ポリアクリルアミド、ポリアクリロニトリル、ナイロン、ＡＢＳ、ポリウレタンなど；酸素含有化合物のポリマーアナログ、例えば、ポリマーエーテル、エステルおよびアルコール；ならびにグリコール例えば、ポリエチレングリコールおよびポリプロピレングリコールなどと組み合わせた場合の酸−塩基水素結合相互作用、ポリテトラヒドロフラン、エステル（ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、脂肪族ポリエステルなどを含む。）およびアルコール（ポリビニルアルコールを含む。）、多糖類およびデンプンを含む。利用可能な他の親水性ポリマーは、スルホン化ポリスチレンを含む。
【０２４５】
親水性の液体、例えばイオン性液体を本発明のポリマーと組み合わせ、膨張導電性のフィルムまたはゲルを形成することができる。イオン性液体、例えばＵＳ５，８２７，６０２およびＵＳ６，５３１，２４１（これらは参照により本明細書に組み込まれる。）に記載のイオン性液体は、あらかじめ成形した膜を膨張させること、または膜を成形、フィルムをコーティングまたは繊維を形成する前に溶媒系に加えることのいずれかによって、変性スルホン化ポリマーに導入することができる。
【０２４６】
追加の成分として使用可能な例示的材料は、限定するものではないが、（１）顔料、抗酸化剤、安定剤、界面活性剤、ワックスおよび流動促進剤；（２）微粒子、フィラーおよび油；ならびに（３）溶媒および加工性および組成物の操作性を強化するために加えられる他の材料を含む。
【０２４７】
変性スルホン化ブロックコポリマーと組み合わせて利用する場合、顔料、抗酸化剤、安定剤、界面活性剤、ワックスおよび流動促進剤は、組成物の全重量に基づき、１０重量％以下の量、即ち０から１０％の量で含まれてよい。これらの組成物の任意の１以上が存在する場合、これらは約０．００１から約５重量％、より好ましくは約０．００１から約１重量％の量で存在してよい。
【０２４８】
粒子、フィラーおよび油は、組成物の全重量に基づき、５０重量％以下、０から５０％の量で存在してよい。これらの組成物の任意の１以上が存在する場合、これらは約５から約５０重量％、より好ましくは約７から約５０重量％の量で存在してよい。
【０２４９】
溶媒および加工性および組成物の操作性を強化するために加えられる他の材料の量は、多くの場合、配合する特定の組成物および溶媒および／または加えられる他の材料に依存することは、当業者には理解されるであろう。通常、このような量は、組成物の全重量に基づき５０％を超えない。
【０２５０】
本明細書に記載の変性スルホン化ブロックコポリマーは、さまざまな用途および末端使用に用いることができ、これらの特性プロフィールは、これらを、水中に浸漬した際の高弾性率、優れた湿潤強度、優れた寸法安定性、優れた水およびイオン輸送特徴、優れたメタノール耐性、容易なフィルムまたは膜形成、優れたバリア特性、制御された柔軟性および弾性、調整可能な硬度および熱／酸化安定性を必要とする用途に特に適した材料にする。
【０２５１】
本発明の一実施形態において、変性スルホン化ブロックコポリマーは、電気化学的用途、例えば燃料電池（セパレーター相）、燃料電池のプロトン交換膜、燃料電池に使用の物を含む電極集合体に使用するためのスルホン化ポリマーセメント中の金属含浸カーボン粒子の分散液、水電解槽（電解質）、酸電池（電解質セパレーター）、超コンデンサ（電解質）、金属回収法のための分離セル（電解質バリア）、センサー（特に湿度感知用）などに使用することができる。変性スルホン化ブロックコポリマーはまた、脱塩膜としておよび多孔質膜のコーティングに使用される。ガス輸送におけるこれらの選択性は、これらをガス分離用途にとって有用にする。さらに、変性スルホン化ブロックコポリマーは、防護服および通気性繊維用途に使用され、同用途において、膜、コーティングされた織物および織物の積層物は、さまざまな環境的要素（風、雨、雪、化学的因子、生物学的因子）から保護するバリアを提供可能であり、一方、水を膜または織物の片側から向こう側に迅速に移動させるそれらの能力の結果として快適なレベルをもたらす、例えば、発汗による水分を、着用者の皮膚表面から膜または織物の外側に逃がすことができ、逆もまた同様である。このような膜および織物から作られた完全封入スーツは、煙、化学物質流出またはさまざまな化学的因子または生物学的因子に対する曝露の可能性がある緊急事態の場において、第一救助者を保護することができる。同様の必要性がバイオハザードに対する曝露の恐れがある医療用途、特に外科手術において起こる。これらのタイプの膜から作製された外科手術用手袋および手術用覆布は、医療環境において有用であり得る他の用途である。これらのタイプの膜から製作された物品は、ＵＳ６，５３７，５３８、ＵＳ６，２３９，１８２、ＵＳ６，０２８，１１５、ＵＳ６，９３２，６１９およびＵＳ５，９２５，６２１に報告された抗菌特性および／または抗ウイルス特性および／または抗微生物特性を有することができ、これらにおいて、ポリスチレンスルフェートがＨＩＶ（ヒト免疫不全ウイルス）およびＨＳＶ（単純ヘルペスウイルス）に対する阻害剤として作用することに留意すべきである。個人衛生用途において、発汗による水蒸気を輸送させ、一方、他の体液の漏れに対するバリアを提供し、湿潤環境におけるその強度特性を依然として保有する本発明の膜または織物は有利である。おむつおよび成人失禁用構築物におけるこれらのタイプの材料の使用は、既存の技術を上回る改善となる。
【０２５２】
従って、幾つかの実施形態において、本明細書に記載の変性スルホン化ブロックコポリマーは、湿潤環境または水性環境において用いられる、水蒸気輸送膜のための材料として特に用いられる。このような膜は、例えば、燃料電池、ろ過装置、湿度管理装置、電気透析装置、逆電気透析装置、浸透圧発電装置、正浸透装置、逆浸透装置、選択的加水装置、選択的水除去装置、電気吸着脱イオン装置、分子ろ過装置、水から塩を除去する装置、水圧破砕用途から生じた水を処理する装置、イオン輸送用途のための装置、水軟化装置および電池において有用である。
【０２５３】
変性ブロックコポリマーを含む膜は、陰イオン性、陽イオン性または両極性の特徴を示すことができる。
【０２５４】
幾つかの実施形態において、変性ブロックコポリマーは、少なくとも１つのアノード、少なくとも１つのカソードおよび１以上の膜を含む電気脱イオン機構用の膜に特に有利に用いられる。電気脱イオン機構は、特に脱塩セルを含む。脱塩セルの例示的代表を、図４に述べる。
【０２５５】
電動脱塩用途において有用であるために、陽イオンを輸送する膜が、負に帯電した電極にひきつけられるイオンを輸送するために必要である。この膜は、陰イオンを拒絶しなければならない（陽イオン膜）。各セルはまた、正に帯電した電極の方向に陰イオンを輸送する膜を必要とする（陰イオン膜）。陰イオン膜が陽イオン膜を輸送しないことが重要であり、陰イオンに対する高レベルの選択性が、これらの装置の効率的な使用にとって重要である。電気特性において陽イオン膜に十分一致することに加えて、陰イオン膜はさらに、なお機械特性において陽イオン膜と同様でなければならない。
【０２５６】
幾つかの実施形態において、変性ブロックコポリマーを含む膜は、陰イオン膜に特に適している。特定の用途において、変性ブロックコポリマーを含む陰イオン膜は、少なくとも１つの陽イオン膜と有利に対になることができる。
【０２５７】
変性ブロックコポリマーを含む陰イオン膜と対になることに適した特定の陽イオン膜は、少なくとも２つのポリマー末端ブロックＡおよび少なくとも１つのポリマー内部ブロックＢを含むスルホン化ブロックコポリマーを含む陽イオン交換膜であり、各Ａブロックはスルホン酸官能基またはスルホン化エステル官能基を本質的に含有せず、各Ｂブロックはスルホン化感受性モノマーユニットおよびスルホン化感受性モノマーユニットの数に基づき、約１０から約１００モル％のスルホン酸官能基またはスルホン酸エステル官能基を含む。このような陽イオン交換膜は、好ましくは変性ブロックコポリマーの調製に使用される、本明細書において上記のスルホン化ブロックコポリマーを含む。
【０２５８】
幾つかの実施形態において、変性ブロックコポリマーを含む膜は、両極性膜、即ち、陰イオンおよび陽イオンを、電子を輸送せず輸送可能な膜に特に適している。両極性膜は、電気透析法、例えば、塩の水溶液を酸および塩基に効率的に変換する水分解において特に有用である。
【実施例】
【０２５９】
９．実施例
下記の実施例は単なる例示であり、決して本発明の範囲を限定する意図のものではなく、そのように解釈すべきではない。
【０２６０】
ａ．材料および方法
本明細書に記載の乾燥状態における引張係数は、ＡＳＴＭ  Ｄ４１２に従って測定した。
【０２６１】
本明細書に記載の湿潤状態における引張係数は、ＡＳＴＭ  Ｄ４１２に従った方法と同様に、試験前に２４時間水中で平衡させ、試験のために水中に完全に浸した試料を使用して測定した。
【０２６２】
すべての引張データは、気候制御室内で、華氏７４度（２３．３℃）および５０％相対湿度において収集した。
【０２６３】
本明細書に記載のＷＶＴＲは、ＡＳＴＭ  Ｅ９６／Ｅ９６Ｍと同様に測定した。ＡＳＴＭ法は、より小さいバイアルを使用し、１０ｍｌの水を用いて（ＡＳＴＭ法に従った１０００ｍｍ２に対して）１６０ｍｍ２の曝露膜面積を有することによって、修正して測定した。水を加え、バイアルを膜試験種で密閉後、バイアルを倒置させ、温度２５℃、相対湿度５０％の空気を、膜を通して吹付けた。重量損失を時間に対して測定し、被験膜の厚さに対して正規化した場合、水輸送速度を測定値ｇ／ｍ２またはｇ×ミル／ｍ２に基づいて計算した。
【０２６４】
本明細書に記載し、滴定により決定されるスルホン化の程度を、下記の電位差滴定手順により測定した。未中和のスルホン化反応生成物溶液を、２種の個別の滴定（「二滴定法」）により分析し、スチレン系ポリマーのスルホン酸、硫酸および非ポリマー副生成物スルホン酸（２−スルホイソ酪酸）のレベルを決定した。各滴定のために、約五（５）グラムの反応生成物溶液のアリコートを約１００ｍＬのテトラヒドロフランに溶解し、約２ｍＬの水および約２ｍＬのメタノールを加えた。第１の滴定において、該溶液を、メタノール中０．１Ｎのシクロヘキシルアミンを用いて、電位差滴定で滴定し、２つのエンドポイントを得た；第１のエンドポイントは、試料中の全スルホン酸基＋硫酸の第１の酸性プロトンに対応し、第２のエンドポイントは、硫酸の第２の酸性プロトンに対応する。第２の滴定において、該溶液を、約３．５：１のメタノール：水中０．１４Ｎの水酸化ナトリウムを用いて、電位差滴定で滴定し、３つのエンドポイントを得た：第１のエンドポイントは、試料中の全スルホン酸基＋硫酸の第１および第２の酸性プロトンに対応し、第２のエンドポイントは、２−スルホイソ酪酸のカルボン酸に対応し、第３のエンドポイントはイソ酪酸に対応する。
【０２６５】
第１の滴定における硫酸の第２の酸性プロトンの選択的検出は、第２の滴定における２−スルホイソ酪酸のカルボン酸の選択的検出と併せて、酸成分濃度の計算を可能にする。
【０２６６】
本明細書に記載し、１Ｈ−ＮＭＲにより決定されるスルホン化の程度を、下記の手順を使用して測定した。約二（２）グラムの未中和のスルホン化ポリマー生成物溶液を、メタノールの幾つかの液滴で処理し、溶媒を、５０℃の真空オーブン中でおよそ０．５時間乾燥させることによって取り除いた。乾燥ポリマーの３０ｍｇの試料を、約０．７５ｍＬのテトラヒドロフラン−ｄ８（ＴＨＦ−ｄ８）に溶解し、その後これに濃Ｈ２ＳＯ４の部分滴下をし、その後のＮＭＲ分析において、不安定なプロトン干渉シグナルを、芳香族プロトンシグナルから離れた低磁場にシフトさせた。得られた溶液を１Ｈ−ＮＭＲにより約６０℃において分析した。スチレンスルホン化の百分率を、約７．６百万分率（ｐｐｍ）における１Ｈ−ＮＭＲシグナルの積分から計算し、これは、スルホン化スチレンユニットの芳香族プロトンの半分に対応し、このような芳香族プロトンの他の半分に対応するシグナルは、非スルホン化スチレン芳香族プロトンおよびｔｅｒｔ−ブチルスチレン芳香族プロトンに対応するシグナルと重複していた。
【０２６７】
本明細書に記載のイオン交換能は、上記の電位差滴定法により決定し、スルホン酸官能基のミリ当量／グラムスルホン化ブロックコポリマーとして報告した。
【０２６８】
ミセルの形成は、Ｍａｌｖｅｒｎ  Ｚｅｔａｓｉｚｅｒ  Ｎａｎｏ  Ｓｅｒｉｅｓ動的光散乱測定機器、モデル番号ＺＥＮ３６００、Ｍａｌｖｅｒｎ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ  Ｌｉｍｉｔｅｄ，ＵＫから利用可能、において、約０．５から０．６重量％の濃度にシクロヘキサンで希釈したポリマー試料溶液を使用して、粒径分析により確認した。希釈したポリマー溶液試料を、１ｃｍのアクリルのキュベットに入れ、強度の関数として径分布の決定のための機器の汎用アルゴリズムに供した。（Ａ．Ｓ．Ｙｅｕｎｇ  ａｎｄ  Ｃ．Ｗ．Ｆｒａｎｋ，Ｐｏｙｍｅｒ，３１，ｐａｇｅｓ  ２０８９−２１００  ａｎｄ  ２１０１−２１１１（１９９０）を参照されたい。）。
【０２６９】
面積抵抗は、直流（ＤＣ）測定または交流（ＡＣ）測定により決定することができる。ＤＣにより測定された抵抗は境界層効果を含むので、ＤＣにより測定された抵抗は、通常、ＡＣにより測定された抵抗より高い。境界層効果は、常に実践において存在するので、ＤＣ法による抵抗データは、実践の性能をより厳密に表す。
【０２７０】
膜抵抗を、直流法により図１に例示した仕組みを使用して測定した。ハーバー−ルギンキャピラリー管の間の電位降下を、膜を用いて、または膜を用いないで、電流密度の関数として測定した。抵抗は、電圧対電流の勾配から決定される。膜抵抗を得るために、膜を用いない抵抗を、膜を用いた抵抗から引く。図２は、膜抵抗を得る方法を例示している。膜抵抗は勾配の差である。
【０２７１】
膜の面積抵抗は厚さに依存する。従って、厚さの異なる膜の面積抵抗は比較できない。膜の特性を得るために、膜の導電率が多くの場合使用される。膜の導電率は、膜の厚さを膜の面積抵抗で割ることによって計算される。
【０２７２】
「真の」膜の選択透過性は、電気透析系を通過する電流の量を測定することによって、濃厚溶液および希薄溶液の両方のイオン濃度の変化の測定に基づくべきである。しかしこの方法は時間がかかる。
【０２７３】
代替の方法は、「見かけ」の選択透過性を測定することであり、これは異なる濃度の２種の電解質溶液を分離する膜を通過する電位勾配の測定に基づく。見かけの選択透過性は境界層効果を考慮に入れていないため、見かけの選択透過性が実際の選択透過性より常に大きいことを指摘することは価値がある。しかし、この差は概して小さい。実験的仕組みを図３に概略的に示す。
【０２７４】
異なる濃度の２種の電解質溶液の間の電位、即ち、膜電位（φｍ）を、電圧計を使用して測定した。膜電位（φｍ）は、下記の方程式により表すことができる：
【０２７５】
【数１】
0005869118.tif 000014
式中、Ｔｃｏｕは対イオンの膜輸送数であり、ａ１およびａ２は、２種のＫＣｌ溶液の活性であり、Ｒは気体定数であり、Ｔは温度であり、Ｆはファラデー定数である。厳密な選択透過膜（Ｔｃｏｕが１の場合）に関して、膜電位は下記である：
【０２７６】
【数２】
0005869118.tif 000015
【０２７７】
膜の見かけの選択透過性（ψ）は、ＫＣｌ溶液中で測定した場合、下記の方程式で得られる：
【０２７８】
【数３】
0005869118.tif 000016
【０２７９】
上記の例において、膜の片側は０．１Ｍ  ＫＣｌであり、膜の向こう側は０．５Ｍ  ＫＣｌであり、φｍ，ｓｐは３６．２ｍＶである。従って、膜の見かけの選択透過性は、下記の方程式に従って計算することができる：
【０２８０】
【数４】
0005869118.tif 000017
【０２８１】
当然のことながら、他の溶液および濃度も使用可能である。しかし、異なる濃度および溶液中のイオン移動度の差に関しては補正が必要である。
【０２８２】
塩透過性を測定するための実験的仕組みを図４に示す。この膜を２つのセル：ドナーセルおよびレシービングセルの間に差し込んだ。ドナーセルは既知の濃度の塩溶液を含有し、レシービングセルは実験開始時には純水を含有した。塩は、ドナーセルからレシービングセルへ膜を透過するので、レシービングセルの塩濃度は上昇し、これを導電率プローブにより継時的にモニターした。
【０２８３】
塩透過性は、下記の方程式から推論することができ、式中Ｐｓは塩透過性であり、ｔは時間であり、ＶＲはセルの体積であり、δは膜の厚さであり、Ａは膜の面積であり、ＣＤ［０］は、ドナーセルの出発塩濃度であり、ＣＲ［ｔ］は、レシービングセルにおける試験時間にわたった塩濃度である。
【０２８４】
【数５】
0005869118.tif 000018
【０２８５】
幾つかの膜に関して、Ｐｓは出発塩濃度（ＣＤ［０］）に依存し、従ってＣＤ［０］は多くの場合Ｐｓ．と一緒に報告される。本発明者らの試験において、ＣＤ［０］は２０００ｐｐｍ  ＮａＣｌであった。
【０２８６】
ｂ．調製実施例
スルホン化ブロックコポリマーの調製：
構造Ａ−Ｄ−Ｂ−Ｄ−Ａを有するペンタブロックコポリマーを、逐次陰イオン重合により調製し、Ａブロックはパラ−ｔｅｒｔブチルスチレン（ｐｔＢＳ）のポリマーブロックであり、Ｄブロックは水添イソプレン（Ｉｐ）のポリマーブロックで構成され、Ｂブロックは、非置換スチレン（Ｓ）のポリマーブロックで構成された。シクロヘキサン中のｔ−ブチルスチレンの陰イオン重合は、ｓｅｃ−ブチルリチウムを使用して開始し、分子量１５，０００ｇ／モルを有するＡブロックをもたらした。その後、イソプレンモノマーを加え、分子量９，０００ｇ／モルを有する第２のブロック（ｐｔＢＳ−Ｉｐ−Ｌｉ）を得た。続いて、スチレンモノマーをリビング（ｐｔＢＳ−Ｉｐ−Ｌｉ）ジブロックコポリマー溶液に加え、重合させ、リビングトリブロックコポリマー（ｐｔＢＳ−Ｉｐ−Ｓ−Ｌｉ）を得た。ポリマースチレンブロックは、分子量２８，０００ｇ／モルを有するポリスチレンだけで構成された。この溶液に、イソプレンモノマーの別のアリコートを加え、分子量１１，０００ｇ／モルを有するイソプレンブロックを得た。従って、これは、リビングテトラブロックコポリマー構造（ｐｔＢＳ−Ｉｐ−Ｓ−Ｉｐ−Ｌｉ）をもたらした。パラ−ｔｅｒｔブチルスチレンモノマーの第２のアリコートを加え、これらの重合を、メタノールを加えることによって終了し、分子量約１４，０００ｇ／モルを有するｐｔＢＳブロックを得た。ｐｔＢＳ−Ｉｐ−Ｓ−Ｉｐ−ｐｔＢＳをその後、標準的Ｃｏ２＋／トリエチルアルミニウム法を使用して水素化し、ペンタブロックのイソプレン部分におけるＣ＝Ｃ不飽和を取り除いた。このブロックポリマーを、ｉ−無水酪酸／硫酸試薬を使用して、直接（さらなる処理、酸化、洗浄または「最終加工」をせずに）スルホン化した。この水添ブロックコポリマー溶液を、ヘプタンの添加により約１０％固体に希釈した（おおよそ等体積のヘプタン／ブロックコポリマー溶液体積）。十分なｉ−無水酪酸および硫酸（１／１（モル／モル））を加え、２．０ｍｅｑのスルホン化ポリスチレン官能基／ｇブロックコポリマーを得た。スルホン化反応を、エタノール（２モルのエタノール／モルのｉ−無水酪酸）を加えることによって終了させた。得られたスルホン化ブロックコポリマーは、電位差滴定により、２．０ｍｅｑの−ＳＯ３Ｈ／ｇポリマーの「イオン交換能（Ｉｏｎ  Ｅｘｃｈａｎｇｅ  Ｃａｐａｃｉｔｙ）（ＩＥＣ）」を有することが見出された。スルホン化ポリマーの溶液は、ヘプタン、シクロヘキサン、およびエチルｉ−ブチレートの混合物中約１０％  ｗｔ／ｗｔの固体レベルを有した。スルホン化ブロックコポリマーは、これ以降ＳＢＣ−２．０と称される。
【０２８７】
１．５ｍｅｑの−ＳＯ３Ｈ／ｇポリマー（ＳＢＣ−１．５）のＩＥＣを有するスルホン化ブロックコポリマーおよび１．０ｍｅｑの−ＳＯ３Ｈ／ｇポリマー（ＳＢＣ−１．０）のＩＥＣを有するスルホン化ブロックコポリマーの対応する溶液を、同様の方法で調製することができる。
【０２８８】
実施形態（Ｉ．２）の例示的調製：
無水の２５０ｍＬの三つ首丸底フラスコに、ＳＢＣ−２．０溶液（１６５ｇ、１０重量％のポリマー、２．０ｍｅｑ／ｇのＳＯ３Ｈ；１６．５ｇのポリマー、３３ｍｅｑのＳＯ３Ｈ）を、窒素パージ下で入れた。この溶液に、塩化チオニル（１．１ｅｑ、２．６５ｍＬ）を数回に分けて加え、溶液は緑色に暗くなり、ガスの発生が観察された。４５分後、Ｎ，Ｎ−ジメチルエチレンジアミン（２．０ｅｑ、７．２１ｍＬ）を該溶液に１ｍＬずつ加え、フラスコ内に発煙が観察され、同時にフラスコのわずかな昇温（約３５℃）が観察された。溶液は初め不均一であったが、アミンを完全に加えると不透明になり、より粘性になった。該溶液を、窒素下で室温において約１６時間反応させた。反応フラスコに臭化アルキル（エチル、ブチル、オクチル、デシルまたはドデシル）（５．０ｅｑ、ブロモオクタンでは２８．５ｍＬ）を、すべて一度に加えた。溶液を、窒素下で室温において２４−４８時間反応させた。
【０２８９】
実施形態（Ｉ．３）の例示的調製：
反応を、四つ首のフラスコヘッドを装備した５リットルの被覆ガラス容器において実施した。すべての反応は、窒素スイープ下で実施した。反応の副生成物は、苛性溶液を使用して除いた。
【０２９０】
合成を３段階で実施し、各段階は完了まで２４時間であった。すべての段階は室温において開始した。
【０２９１】
段階１：３．２リットルのＳＢＣ−２．０溶液（シクロヘキサン／ヘプタン混合物）（イオン交換能（ＩＥＣ）２．０ｍｅｑの−ＳＯ３Ｈ／ｇポリマー；０．５２モルのスルホン酸官能基）を、反応容器に加えた。塩化チオニル（４１．９２ｍｌ（０．５７モル、わずかに過剰））を室温においてＳＢＣ−２．０溶液に滴下した。発熱は観察されなかった。ガスの発生が観察され、溶液はわずかに緑色に変わった。
【０２９２】
段階２：トリエチルアミン（７２．８２ｍｌ（０．５２モル））を加え、スルホンアミドの形成前に残留酸塩化物を除去した。添加は１時間かけて行い、約９℃の発熱があった。塩の形成が観察された。
【０２９３】
段階３：スルホンアミドの形成を、ブチルアミン（７７．４６ｍｌ（０．７８モル、５０％過剰））を、段階２の塩化スルホニル溶液に加えることによって達成した。添加は３０分かけて行い、約９℃の発熱があった。ガスの発生が初期に観察され、溶液は褐色に変わった。
【０２９４】
実施形態（Ｉ．４）の例示的調製：
無水の２５０ｍＬの二つ首丸底フラスコに、ＳＢＣ−２．０ポリマー溶液（８５．８ｇ、１０重量％のポリマー、２．０ｍｅｑ／ｇ  ＳＯ３Ｈ；８．５８ｇのポリマー、１７．１６ｍｅｑのＳＯ３Ｈ）を、窒素パージ下で入れた。この溶液に、塩化チオニル（１．５ｅｑ、１．８８ｍＬ）を数回に分けて加え、溶液は緑色に暗くなり、ガスの発生が観察された。４５分後、３，３’−イミノビス（Ｎ，Ｎ−ジメチルプロピルアミン）（２．５ｅｑ、９．５６ｍＬ）を該溶液に１ｍＬずつ加え、フラスコ内に発煙が観察され、同時に溶液のわずかな昇温（約３５℃）が観察された。溶液は初め不均一であったが、アミンを完全に加えると不透明になり、より粘性になった。該溶液を、窒素下で室温において約１６時間反応させた。反応フラスコに臭化アルキル（ブチル、オクチル、デシル）（５．０ｅｑ、ブロモブタンでは９．２１ｍＬ）を、すべて一度に加えた。該溶液を、窒素下で室温においてさらに２４−４８時間反応させた。
【０２９５】
実施形態（Ｉ．５）の例示的調製：
無水の２５０ｍＬの三つ首丸底フラスコに、ＳＢＣ−２．０ポリマー溶液（８４．７ｇ、１０重量％のポリマー、２．０ｍｅｑ／ｇ  ＳＯ３Ｈ；８．４７ｇのポリマー、１６．９４ｍｅｑのＳＯ３Ｈ）を、窒素パージ下で入れた。この溶液に、塩化チオニル（１．５ｅｑ、１．８５ｍＬ）を数回に分けて加え、溶液は緑色に暗くなり、ガスの発生が観察された。４５分後、ジメチルエチレンジアミン（２．０ｅｑ、３．７ｍＬ）を該溶液に１ｍＬずつ加え、フラスコ内に発煙が観察され、同時に溶液のわずかな昇温（約３５℃）が観察された。溶液は初め不均一であったが、アミンを完全に加えると不透明になり、より粘性になった。該溶液を、窒素下で室温において約１６時間反応させた。反応フラスコにプロパンスルトン（２．５ｅｑ、３．７ｍＬ）を、すべて一度に加えた。該溶液を、窒素下で室温においてさらに２４−４８時間反応させた。
【０２９６】
無水の１００ｍＬの三つ首丸底フラスコに、ＳＢＣ−２．０ポリマー溶液（５７．９ｇ、１０重量％ポリマー、２．０ｍｅｑ／ｇ  ＳＯ３Ｈ；５．７９ｇポリマー、１１．５８ｍｅｑ  ＳＯ３Ｈ）を、窒素パージ下で入れた。この溶液に、塩化チオニル（１．１ｅｑ、０．９３ｍＬ）を数回に分けて加え、溶液は緑色に暗くなり、ガスの発生が観察された。５０ｍＬの丸底フラスコに、６−アミノカプロン酸メチルエステル（２．０ｅｑ、３．３３ｇ）を加え、これにＣＨＣｌ３（５ｍＬ）および数滴のメタノールを加え、固体の溶解を助け、これをその後、Ｎ２下で１０分間撹拌した。ポリマー溶液が塩化チオニルと４５分間反応した後で、６−アミノカプロン酸メチルエステルの溶液を、塩化スルホニル溶液にゆっくりと加えた。溶液の発煙は観察されず、ポリマー溶液は曇って不均一になり、アミノカプロン酸エステルを加えると、反応フラスコの顕著な昇温は観察されなかった。該溶液を、Ｎ２パージ下で２４時間反応させた。
【０２９７】
ポリマー溶液の半分を取り除き、残った溶液（約２０ｇ溶液）をアイスバスにおいて０℃に冷却した。メタノール中２Ｍ  ＮａＯＨ溶液を調製し、ＮａＯＨ溶液（５．５ｅｑ、１１ｍＬ  ＭｅＯＨ中０．８８ｇのＮａＯＨ）を、０℃においてＮ２下で、２．０ｇのポリマーおよび４．０ｍｅｑのＣＯＯＨ基と想定される、保護されたポリマー溶液に加えた。該溶液を、０℃において６０分間撹拌し、その後室温において１６時間撹拌した。
【０２９８】
６−アミノカプロン酸メチルエステルを、下記の様式で得た。無水の２５０ｍＬ丸底フラスコに、１００ｍＬのメタノールを入れ、フラスコをアイスバスにおいて０℃に冷却した。これに、塩化チオニル（２．５ｅｑ、１８ｍＬ）を少しずつ加え、該溶液を、Ｎ２下で０℃において２０分間反応させた。該溶液に、固体の６−アミノカプロン酸（１．０ｅｑ、９．４８ｇ）をＮ２パージ下で加えた。反応フラスコを、ゆっくりと室温まで温めた。４．５時間後、反応溶液は均一であり、黄色であった。過剰な溶媒を、ロータリーエバポレーターを介して減圧下で除去した。黄色の粗生成物を、ヘキサン：エチルアセテート：メタノール混合物に溶解し、冷凍庫に配置した。２４時間後、生成物を冷凍庫から取り出し、固体を、真空ろ過を介して単離し、冷ヘキサン：エチルアセテートで洗浄し、白い結晶生成物を得た（収率６３％、母液中に残留生成物を含む。）。該エステルを、１Ｈおよび１３Ｃ  ＮＭＲにより、ＣＤＣｌ３およびＤ２Ｏにおいて特徴付した。
【０２９９】
大規模調製：
すべての反応を、四つ首のフラスコヘッドを装備した５リットルの被覆ガラス容器において実施した。すべての反応は、窒素スイープ下で実施した。反応の副生成物は、苛性溶液を使用して除いた。
【０３００】
合成を３段階で実施し、各段階は完了まで２４時間であった。すべての段階は室温において開始した。
【０３０１】
段階１．代表的実験において、２リットルのＳＢＣ−２．０ポリマー溶液（シクロヘキサン／ヘプタン混合物）（イオン交換能（ＩＥＣ）２．０ｍｅｑの−ＳＯ３Ｈ／ｇポリマー；０．３３モルのスルホン酸官能基）を、反応容器に加えた。塩化チオニル（２５ｍｌ（０．３４モル、わずかに過剰））を室温においてＳＢＣ−２．０溶液に滴下した。発熱は観察されなかった。ガスの発生が観察され、溶液はわずかに緑色に変わった。
【０３０２】
段階２．スルホンアミドの形成を、Ｎ，Ｎ−ジメチルエチレンジアミン（５１．１２ｍｌ（０．４７モル、５０％過剰））を、段階１において形成された塩化スルホニル溶液にゆっくりと滴下することによって達成した。１５℃の発熱が観察された。温度は、ジアミンの添加速度により調節した（各反応の観察された発熱はわずかに変動した。）。ジアミンの添加は１時間かけて行った。ジアミンの添加において、発煙がフラスコ内で即座に観察された。
【０３０３】
段階３．アンモニウム塩の形成を、１−ブロモブタン（１００．５１ｍｌ（０．９３６モル、２００％過剰））の添加により達成した。臭化アルキルをすべて一度に加えた。ハロゲン化アルキルの添加に際して、温度変化は観察されなかった。
【０３０４】
上記の同じ手順を使用して、実施形態（Ｉ．１）の代表例を、イミダゾールをＮ，Ｎ−ジメチルエチレンジアミンの代わりに使用して調製した。イミダゾールは、１００ｇのＴＨＦにあらかじめ溶解した。
【０３０５】
上記の様式で得た変性スルホン化ブロックコポリマーを、前記および下記の実施形態（Ｉ．１）から（Ｉ．５）に関して下記の表１にまとめた。
【０３０６】
【表１】
0005869118.tif 000019
【０３０７】
【表２】
0005869118.tif 000020
【０３０８】
ｃ．結果および考察
表１に述べたさまざまな変性スルホン化ブロックコポリマーから成形された膜の引張試験により得られた機械特性データを下記の表２に述べる：
【０３０９】
【表３】
0005869118.tif 000021
【０３１０】
さまざまな輸送特性を、表１に述べた膜に関して測定した。これらの実験結果を、下記の表３に要約する：
【０３１１】
【表４】
0005869118.tif 000022
【０３１２】
好ましい陰イオン交換膜は、高レベルの導電率（＞１ｍＳ／ｃｍ）を有し、非常に選択性であり（＞９０％）、水中に浸漬した際、低レベルの膨張を有する（＜２％）。Ｉ．２−Ｃ４−２．０から成形された２種の膜は、本試験において並外れて優れていた。これらの膜は、同じ合成手順を使用して調製された異なる合成バッチから成形された。これらの膜は、極めて優れた導電率（それぞれ３．８および５．７ｍＳ／ｃｍ）を有し、高度に選択性であり（それぞれ９２．３および９６．１％）、水中で寸法的に安定であった（両方とも０％の膨張を示した。）。
【０３１３】
この２種のＩ．２−Ｃ８２．０（Ｅ）膜は、Ｃ４対応物ほど効率的ではなかった。２種の試料は、ポリマー溶液の同じバッチから成形されたが、これらの性能特性は異なった。Ｉ．２−Ｃ８−２．０（Ｃ１）膜は高レベルの導電率（１２ｍＳ／ｃｍ）を有し、選択性のレベルは低下した（８５％）。他方、Ｉ．２−Ｃ８−２．０（Ｃ２）膜はイオン輸送性能において選択性であるが（９５％）、低レベルの導電率（０．７３４ｍＳ／ｃｍ）を有した。膜は両方とも膨張には耐性であった。同じポリマー溶液から成形されたこれらの膜の性能の差は、この時点では説明できない。
【０３１４】
表３に記載のように、膜Ｉ．２−Ｃ４−１．０（Ｂ）およびＩ．２−Ｃ４−２．０（Ｄ）は、イオンを効率的に伝導しなかった（それぞれ０．００３および０．００４Ｓ／ｃｍ）。Ｉ．２−Ｃ４−１．０（Ｂ）膜は、変性ＳＢＣ−１．０（イオン交換能（ＩＥＣ）は１ｍｅｑの官能基／ｇポリマー）から成形された。特定の理論に縛られることを望むものではないが、この膜の導電率の低下は、出発ポリマーの官能基が低レベルであったためと、現在考えられる。低レベルの官能基は、イオンミクロ相において連続性の低さの原因となり得、順に、これらの試験において、低レベルのイオン輸送を引き起こす。Ｉ．２−Ｃ４−２．０（Ｄ）膜は、（比較的高いレベルの官能基を有する（ＩＥＣ＝２））変性ＳＢＣ−２．０から調製されたが、膜の成形に使用された変性ブロックコポリマーの溶液は、トリエチルアンモニウムクロリドと思われる過剰量の沈殿を含有した。特定の理論に縛られることを望むものではないが、この沈殿が、成形膜における連続イオンチャネルの形成に干渉している可能性があると、現在考えられている。
【０３１５】
変性ブロックコポリマー膜の分析の混乱した特徴は、膜中のイオン輸送のタイプの評価および膜内のイオン経路中のこれらの部位の濃度の定量をねらった滴定プロトコルに集中した。滴定により陰イオン交換能を決定するために、膜をまず０．５Ｍ  ＮａＣｌ溶液を用いて処理し、その後の１Ｍ  Ｎａ２ＳＯ４溶液を用いて処理し、ＡｇＮＯ３を用いてＣｌ−イオンを滴定した。陽イオン交換能は、まず膜を０．５Ｍ  Ｈ２ＳＯ４を用いた処理、その後の０．５Ｍ  ＮａＣｌ溶液を用いた処理、ＮａＯＨを用いたＨ＋イオンの滴定による滴定によって決定した。この分析手順により、陰イオン輸送部位ではなく、実施形態（Ｉ．２）に従った膜において、陽イオン輸送部位が見出された。これは予想外の結果であった。研究を、この観察を検証し、この観察の意味を理解するために進めた。
【０３１６】
実施形態（Ｉ．２）により表される膜の機械特性を、同様に評価した。これらの試験の結果を、表４、５および６に要約する。調査したすべてのＩ．２−Ｃ４−２．０膜は、水中で並外れて安定であった（表４の「水揚げ」値を参照されたい。）。これらは、同様にすべて水を効率的に輸送した（ＷＶＴＲを参照されたい。）。
【０３１７】
【表５】
0005869118.tif 000023
【０３１８】
Ｉ．２−Ｃ８−２．０膜の機械特性を、表５に要約した。Ｉ．２−Ｃ４−２．０膜に関して上に示したように、これらの膜は、水中に配置した場合、極めて優れた寸法安定性を有した。Ｉ．２−Ｃ８−２．０（Ｃ１）およびＩ．２−Ｃ８−２．０（Ｃ２）と名付けた膜は、Ｉ．２−Ｃ４−２．０（Ｃ）に関して上に示したように、過剰量の固体混入物質を含有する溶液から成形された。結論として、これらの膜は、機械的試験において十分な働きをしなかった。試料Ｉ．２−Ｃ８−２．０（Ａ）は、この混入物質問題に悩まされなかった。膜Ｉ．２−Ｃ８−２．０（Ａ）は、水揚げが低く、水を効率的に輸送し、湿潤および乾燥の両方で優れた機械特性（強固、柔軟性、中程度に軟性）を有し、塩化ナトリウム透過性の値は低かった。この膜はまた、低レベルのイオン導電率を有した（表３を参照されたい。）。この詳細な特性プロファイルは、このタイプの膜を、例えば電動分離法に関して有用にする。
【０３１９】
【表６】
0005869118.tif 000024
【０３２０】
表４に記載のＩ．２−Ｃ４−２．０膜に対するアナログを、ＳＢＣ−１．０を使用して
調製した。Ｉ．２−Ｃ４−１．０膜の電気特性を表６に記載した。この膜は水への曝露に
対して非常に優れた寸法安定性を有した。しかし、この膜は、相対的に低い水輸送能を有し、さらに、相対的に低い塩化ナトリウム透過性を示した。この膜は強固であり（湿潤および乾燥の両方）、柔軟性であり、弾性係数が比較的低い。
【０３２１】
【表７】
0005869118.tif 000025
【０３２２】
表２および４のデータに反映されるように、Ｉ．２−Ｃ４−２．０（Ｃ）膜は、その機械的性能および塩化ナトリウム輸送能ならびにその導電率に関して、他のＩ．２−Ｃ４−２．０膜との比較により「異常値」であった。Ｉ．２−Ｃ４−２．０（Ｃ）膜は低い導電率、湿潤および乾燥の両方で低い機械的強度ならびに高い塩化ナトリウム透過性を有し、これはこの膜にトリエチルアンモニウムクロリドが混入した可能性を示唆している。
【０３２３】
固体不純物を含まずに成形されたＩ．２−Ｃ４−２．０膜、例えばＩ．２−Ｃ４−２．０（Ａ）およびＩ．２−Ｃ４−２．０（Ｂ）は、著しく強固であり、柔軟性であり、相対的に軟性の材料であり、高速で塩化ナトリウムを輸送することが見出された。これらは並外れて優れたイオン輸送用の膜であった。
【０３２４】
Ｉ．２−Ｃ４−２．０膜を、正に帯電した電極に隣接する容量性脱イオンセルに配置した。セルを組み立てる時、塩水をユニットに供給し、電力をコンデンサに印加した。塩化ナトリウムを、供給流から効率的に除去した。この結果は、Ｉ．２−Ｃ４−２．０膜が陰イオンを正に帯電した電極に選択的に輸送したことを実証している。ユニットへの出力を止めた場合、セルは、１ボルトを超える電荷を保持しており、この結果は、Ｉ．２−Ｃ４−２．０膜が、これらの条件下で陽イオンを輸送しなかったことを実証している。
【０３２５】
追加の塩水を用いて流すことにより、セルを非活性化する試みにおいて、驚いたことに、このユニットが塩を供給流から除去し続けることが発見された。この結果からＩ．２−Ｃ４−２．０膜が双極性性能特徴を有したことが推測された。
【０３２６】
全体として、Ｉ．２−Ｃ４−２．０膜は、イオンを効率的に輸送し、湿潤および乾燥の両方で優れた機械特性を有し、低い水揚げのために、水中に浸漬した際に並外れた寸法安定性を有した。
【０３２７】
実施形態（Ｉ．１）の膜の性能を調査し、その結果を表７にまとめた。
【０３２８】
【表８】
0005869118.tif 000026
【０３２９】
データにより示されるように、変性スルホン化ブロックコポリマーＩ．１−Ｃ４−２．０から成形された膜は、性能特徴の興味深いバランスを有した。膜は水を効率的に輸送し（２２ｌ／ｍ２／日）、強固であり、柔軟性であり、湿潤において、どちらかと言えば軟性であった。表６および７に要約した誘導体との比較により、この膜は、どちらかと言えば高レベルの水揚げ、６４重量％を有した。
【０３３０】
Ｉ．１−Ｃ４−１．０から調製された関連する膜は、低レベルの吸水により立証されるように、寸法安定性においてＩ．１−Ｃ４−２．０膜を超えたが、水蒸気輸送の程度は劣った（ＷＶＴＲ＝５２０ｇ／ｍ２／日）。Ｉ．１−Ｃ４−１．０膜は、湿潤において非常に強固であり、非常に剛性であった。理論に縛られることを望むものではないが、この膜特徴は、イオンミクロ相における低レベルの伝導性のためであると現在考えられている。Ｉ．１−Ｃ４−１．０膜の塩化ナトリウム透過性レベルが、Ｉ．１−Ｃ４−２．０膜の塩化ナトリウム透過性レベルより低い（５．４×１０−１０ｃｍ２／秒）という観察は、仮説と一致する。
【０３３１】
実施形態（Ｉ．３）の膜の性能を調査し、結果を表８および９にまとめた。
【０３３２】
【表９】
0005869118.tif 000027
【０３３３】
【表１０】
0005869118.tif 000028
【０３３４】
表８および９のデータは、実施形態（Ｉ．３）の膜が強固であり、１．０および２．０ｍｅｑ／ｇの官能基において、湿潤および乾燥の両方で頑丈であったことを例示している。これらの変性ブロックコポリマーから成形された膜の、水との高レベルの相互作用は予想外であった。実施形態（Ｉ．３）の変性ブロックコポリマーは、ポリマー結合イオンを含有しないが、Ｉ．３−Ｃ４−２．０膜の湿潤条件下での強度は、Ｉ．３−Ｃ４−１．０膜の湿潤条件下での強度より大幅に低い。水性環境と相互作用する傾向は、それほどではないが、Ｉ．３−Ｃ４−１．０膜においても明白であった。このデータは、実施形態（Ｉ．３）の変性ブロックコポリマーのスルホンアミド官能基が、水と強く相互作用することを示す。
【０３３５】
イオン電荷を担持するＩ．２−Ｃ４−２．０膜と比較した場合、Ｉ．３−Ｃ４−２．０膜は、驚いたことに、水とのより高い親和性を有する。それに応じて、Ｉ．３−Ｃ４−２．０膜の水中に浸漬した際の機械特性はＩ．２−Ｃ４−２．０膜のものほど好ましくない。
【０３３６】
驚いたことに、実施形態Ｉ．３−Ｃ４−１．０およびＩ．３−Ｃ４−２．０に従った膜の性能は、実施形態（Ｉ．３）に従った膜の性能と似ており、高官能基および低官能基の両方で、Ｉ．１−Ｃ４−１．０およびＩ．１−Ｃ４−２．０膜の性能と非常によく調和する。これらの２種のファミリーの膜に関する機械特性および輸送特性の両方は、よくそろっている。Ｉ．３−Ｃ４−１．０およびＩ．３−Ｃ４−２．０の膜は、非帯電スルホンアミド官能基を含むが、それに反して、Ｉ．１−Ｃ４−１．０およびＩ．１−Ｃ４−２．０の膜の官能基は、ポリマー骨格に結合した第４級アンモニウムイオンを含むので、このことは驚くべきである。
【０３３７】
表１０に述べたＩ．３−Ｉｍ膜の機械特性および輸送特性はＩ．３−Ｃ４膜と同様であった。それとは対照的に、Ｉ．３−Ｃ８−２．０膜は疎水性であった。水輸送能の制限にもかかわらず、Ｉ．３−Ｃ８−２．０膜は、驚いたことに高い塩化ナトリウム透過性を示した。
【０３３８】
実施形態（Ｉ．４）の膜の性能を調査し、結果を表１０にまとめた。
【０３３９】
【表１１】
0005869118.tif 000029
【０３４０】
変性スルホン化ブロックコポリマーＩ．４−Ｃ４−１．０は、出発スルホン化ポリマーが有した２倍の官能部位／分子を有する。表１１のデータは、Ｉ．４−Ｃ４−１．０膜が、水中に浸漬した際に優れた機械特性を有することを示している−強固（破断点引張１，６００ｐｓｉ）、柔軟性（破断点伸び２１０％）および相対的に剛性（ヤング係数４０，０００ｐｓｉ）。該膜は、同様に水中浸漬において優れた寸法安定性を実証した。この膜の輸送性能は、中程度（１ミルのフィルムに関してＷＶＴＲ（倒置カップ）１，４００ｇ／ｍ２／日；塩化ナトリウム透過性１．９×１０−９ｃｍ２／秒）であった。
【０３４１】
陽イオンおよび陰イオンの（推定）膜性能の比較
表１１は、同時係属中の出願第６１／３９４，１１２号（出願日：２０１０年１０月１８日）の実施例２２および２３に開示の、陰イオン交換能１．０ｍｅｑ／ｇを有するスルホン化ブロックコポリマーのＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミン溶液から成形された陽イオン膜（Ａ−１）の性能特徴を要約している。
【０３４２】
【表１２】
0005869118.tif 000030
【０３４３】
膜（Ａ−１）は、湿潤および乾燥で試験した場合強固であり、柔軟性であり、優れた輸送性能を有した。さらに、同時係属中の出願第６１／３９４，１１２号の実施例１７および２４に開示のように、膜（Ａ−１）は、イオンおよび水の両方に対して、高い流動および優れた選択性を示した。従って、該膜は、例えば、電気脱イオン機構における陽イオン膜として有用である。
【０３４４】
本開示に従った変性スルホン化ブロックコポリマー膜は、これらの性能特徴のため、陽イオン膜（Ａ−１）と組み合わせた適用に特に適しており、該膜について表１２に述べる。
【０３４５】
【表１３】
0005869118.tif 000031
【０３４６】
機械的強度の見込みから、表１２に述べた膜はそれぞれ、陽イオン膜（Ａ−１）と非常によく一致する。Ｉ．２−Ｃ４−２．０（Ａ）およびＩ．２−Ｃ８−２．０（Ａ）の膜は、乾燥の場合陽イオン膜（Ａ−１）ほど剛性ではなく、機械特性の他のすべての態様において、これらの膜はよくあう。Ｉ．１−Ｃ４−２．０膜は、湿潤の場合陽イオン膜（Ａ−１）より実質的に軟性である。それにもかかわらず、Ｉ．１−Ｃ４−２．０膜は、電気脱塩機構において膜（Ａ−１）との組み合わせに適しているはずである。
【０３４７】
さらに、このデータは、本開示の変性スルホン化ブロックコポリマーが、陽イオン膜全般、特に、同時係属中の出願第６１／３９４，１１２号に開示のタイプの陽イオン膜の性能特徴に一致するように、これらの機械特性および輸送特性を適合させることができることを示している。
【０３４８】
輸送特性の比較
現在のデータに基づき、高レベルの塩化ナトリウム透過性を示す変性ブロックコポリマーを含む膜は、印加電界において高レベルのイオン輸送も有するかのように思われる（図６を参照されたい。）。これらの試験はそれぞれ、膜を介した輸送を測定したが、塩化ナトリウム透過性を印加電界の存在なしに試験したので、これは驚くべき結果である。
【０３４９】
印加電界における膜の選択性についての導電率の効果の検査は、これらの２つの性能測定の間に強い相関を示さなかった（図７を参照されたい。）。概して、導電率のレベルが低いほど、高い選択性レベルが観察されたが、試験したさまざまな膜に関する選択性の変化は小さかった（高くて９６％、低くて８５％）。同じ膜Ｉ．２−Ｃ８−２．０（Ａ）に関する選択性のばらつきを試験する試験は、この全範囲の値に基本的に及ぶ。
【０３５０】
これらのすべての膜の水揚げは、スルホン化ブロックコポリマーを含み、シクロヘキサンから成形された、対応する膜と比較して低かった。本開示に従った膜の多くは、試験すると実際には負の水揚げ値を示した。理論に縛られることを望むものではないが、この効果は、成形後および水揚げ測定における水中平衡前に、本開示に従った膜中に存在した水溶性不純物のレベルを反映している可能性があると現在考えられている。試験を実施した場合（膜は「乾燥」で秤量し、２４時間水中に浸し、その後「湿潤」を秤量する。）、浸漬サイクルの間に水に浸出した成形膜中の不純物は、「偽陰性」の原因となり、観察された水揚げ値をもたらし得る。このデータに基づき、この「偽陰性」値は、ほぼ２０重量％であり得ると推定される。この誤差の可能性を考慮しても、本開示に従った膜は、非常に低い水揚げを有し、該膜は水への曝露において、同様にこれらの寸法値を保持する。これは、これらが水の存在下で膨張に耐性であることのさらなる兆候である。驚いたことに、印加電界の存在下での本開示に従った膜のイオン導電率は、膜の水揚げと相関しない（図８を参照されたい。）。
【０３５１】
同様に、倒置カップ試験により測定した水蒸気輸送速度と、これらの膜のイオン導電率との間に明確な相関はなかった（図９を参照されたい。）。特に、Ｉ．２−Ｃ８−２．０（Ｅ）膜に関して、イオン性ミクロ相を介したイオン輸送は、この相にほんのわずかな水が存在しても高かった。これもまた、驚くべき結果である。イオンミクロ相中の液状水分がイオン輸送に必要であると予想することは理にかなっていると思われる。
【０３５２】
とりわけ、本開示に従って選択した膜は、倒置カップ試験において非常に高い水輸送性能を有したが、非常に低レベルの塩化ナトリウム透過性を実証した（図１０を参照されたい。）。図１０のデータに基づき、これらの試験条件において、Ｉ．２−Ｃ４−２．０（Ｂ）、Ｉ．２−Ｃ４−２．０（Ｃ）およびＩ．２−Ｃ８−２．０（Ａ）のタイプの膜が特に、対応するスルホン化ブロックコポリマーを無極性溶液から成形することによって得られる膜より性能が優れていることが予想される。
【０３５３】
実施形態（Ｉ．３）に従った変性ブロックコポリマーは、イオン化官能基を有さないが、これらの材料を含む膜は、どちらかと言えば強固な輸送性能を有した。図１１に示したように、Ｉ．３−Ｃ８−２．０膜は、高レベルの塩化ナトリウム透過性と低レベルの水輸送の組み合わせを示した。この膜に関して測定された高レベルの塩化ナトリウム透過性は、膜の塩化ナトリウム輸送相に高レベルの連続性を必要とすることが予想されるので、このことは驚くべきである。この時点において、ポリマーのスルホンアミド部分が塩分子を輸送していることが想定される。
【０３５４】
構造的に関連するＩ．３−Ｃ４−２．０膜が水を効率的に輸送した。イオン性部位を含まない膜における高い水輸送は、同様に予想外の結果であった。この場合もやはり、この輸送性能結果は、輸送相（相が官能基を含む。）がよく組織化され、高度に連続している分相膜と一致している。
【０３５５】
スルホン化ブロックコポリマーとの比較
本開示に従って選択した膜は、極めて優れたイオン輸送特徴、極めて優れた機械的性能および水への浸漬に対して著しい寸法安定性を有する。これらの性能基準により測定した場合、選択した変性ブロックコポリマーから調製された膜は、出発スルホン化ブロックコポリマーから成形された膜より、性能が実質的に優れている（表１３および１４を参照されたい。）。膜Ｉ．２−Ｃ４−２．０（Ａ）およびＩ．２−Ｃ８−２．０（Ａ）は、ＳＢＣ−２．０の無極性溶液を使用して成形された膜より性能が優れている。
【０３５６】
【表１４】
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【０３５７】
【表１５】
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【０３５８】
とりわけ、Ｉ．２−Ｃ４−２．０（Ａ）およびＩ．２−Ｃ８−２．０（Ａ）の膜は、倒置カップ試験において、非常に高い水輸送性能を有した（表５および６を参照されたい。）。これらの膜は、選択的イオン輸送性能を導電率試験において有したように、これらは塩化ナトリウム透過性試験において非常によく機能し、非常に低い塩化ナトリウム透過性速度がこれらの膜に関して観察された。上記のように、これらの膜は、水中浸漬において非常に優れた寸法安定性を有する。このタイプの膜は、高い水分流動、低い塩輸送および優れた寸法安定性が評価される逆浸透用途に特に適している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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