DE2509868C3 - Verbundfolie und ihre Verwendung als Kationenaustauschmembran in Elektrolysezellen - Google Patents

Description

Fs sind riiiursiibsiitiiiei'ie lonenaustauschpolymerisiiie bekannt, bei denen Sulfonvlgruppen in —SOjX-Form (wobei X Chlor oder Fluor bedeutet) zu einer loneiiaustausehgruppe umgesetzt werden. Diese Sulfoin !gruppen werden z.H. durch alkalische Hydrolyse oder durch Behandeln mil Ammoniak in die loneiiaustauschform umgewandeil. Fin Beispiel hierfür ist in der IIS-PS 32 82 875 beschrieben.

Auch die Verwendung von loneiiaustauschpolymcrisiiten i:i einer ungleichmäBigen Struktur ist bekanni. So beschreibt die ~lIS-PS 3b 42 5b9 oberflächenaktive Copolymerisiiiiiberzüge. deren Oberfläche lonenleitfähigkeii aufweist. Bei einer in dieser Paientschrift beschriebenen bevor/ugien Ausführiingsforiii hat der Copolymerisatüberzug ein Aquivalenigewichi von nicht mehr als I 150. während der Kern ein Äquiviilcnigewichi son mindestens 1500 hat. Fine ungleichniäBige Ionenaustauschstruktur. bei der sicli lonenaiistaiischgruppen in einer Folie voneinander unterscheiden, um eine bessere clekinsche Siromaiisbeuie /11 erhallen ist in der I 'S-PS 37 84 399 beschrieben.

Das wichtigste Anwendungsgebiet für lonenausuiusclimenibranen sind Flekirolysezellcn für die Zerlegung von Kochsalzlösungen in Chlor und Natronlauge. Solche Zellen und Verfahren zu ihrem Beirieb sind in der DT-OS 22 51 bbO, in der NI.-OS 72 17 598 und in der US-PS 37 73b34 beschrieben. Ferner gibt die US-PS 37 84 399 eine verbesserte Ausführungsform einer Folie aus einem fliiorsubstituierien Polymerisat an. bei der die lonenaustauscligruppen an den Oberflächen einer Folie sich bei der (Elektrolyse von Kochsalzlösung voneinander unterscheiden.

Die (Erfindung betrifft eine Verbundfolie für lonenausUHisch/wecke. wobei das Polymerisat, aus dem die Folie besieht, in der Dickenrichtung der Folie zwei verschiedene Aquivalentgewichte aufweist. Die Folie eignet sich besonders zur Verwendung in Elektrolysezellen für die Herstellung von Halogen und Alkalihydroxiden durch [Elektrolyse von Alkalihalogenide!!. Vom technischen Standpunkt aus von größter Bedeutung ist die Herstellung von Chlor und Natronlauge.

Beim gegenwärligcn Stand der Kniwicklung in der Verwendung von lonenaustauschpolymerisaten für die Herstellung von Halogen und Metallhydroxiden ist ein wichtiges !Erfordernis die (Erzielung einer maximalen

.15

45 Stromausbeute; denn eine !Erhöhung des Bruchteils des von den Metallkationen durch die Membran geförderten elektrischen Stroms, die zu einer Verminderung des elektrischen Stromverbrauchs für die Herstellung einer gegebenen Menge von Halogen und Metallhydroxid beiträgt, führt zur !Erhöhung der Produktivität einer gegebenen [Elektrolysezelle an den gewünschten !Erzeugnissen und vermindert die Verunreinigung der Verfahrensströme durch unerwünschte Nebenprodukte.

Die !Erfindung erzielt eine Verbesserung in der Siromausbeuie durch Verwendung einer Niiorsiibsiiiuierten lonenaustaiisch-Verbuiidmembran, die loiiemuistauschsiellen enthält. Die Verbundfolie, die in der (Elektrolysezelle verwendet wird, besteht zu nicht mehr als einem Drittel ihrer Dicke aus einem fluorsubstituiericn Polymerisat, dessen Aquivalcnigewicht um mindestens 250 höher ist als dasjenige des Polymerisats, aus dem der Rest der Folie besieht. Die Folie hai eine solche Lage in der [Elektrolysezelle, daß die Seite von hohem Äqiiivaleiitgewieht dem Kalhodenraum der Zelle zugewandt ist.

Fs wurde gefunden, dal.i mit abnehmender Anzahl von aktiven Zellen in dem Polymerisat, also mit zunehmendem Äqiiivaleiitgewieht, das Absorptionsvermögen des Polymerisats für Flekirolyilösungen viel siärker abnimmt, als es der Proportionalität mit der Abnahme der aktiven Stellen entsprechen würde. Die IΌ Ige davon isi. daß eine Membran aus einem Polymerisat von hohem Äquivalentgewicht in einer !Elektrolyse/eile eine höhere Siromausbeiite ergibt, aber auch einen höheren elektrischen Widersland aufweist. Die erhöhte Siromausbeute und Sperrsehielitwirkiing für Anionen kiinn mit einer dünnen Polymerisatsehicht erzieh werden, und es ist zweckmäßig, daß dieses Polymerisat nur in Form einer dünnen Schicht vorliegt, um einen hohen elektrischen Widersland zu vermeiden, der eine /u hohe Spannung bedingen w ürcle.

Bei der Herstellung von Halogen und Metallh\dro\i· ilen, wie in der Chlor-Alkaliiiulustrie. besieht ein Bedürfnis nach verbesserten Ionenaustauschern /um Frsa'.z der gegenwärtig verwendeten Separatoren, die bereits seil lahr/ehntcn ohne wesentliche Verbesserung in ihrer Zusammensetzung verwendet werden.

In der Chlor-Alkalizellc muß die Membran einer das Polymerisat angreifenden Umgebung, wie tier l'iiiwirkiing hoher pH-Werte sowie der !Einwirkung von Chlor, standhalten, lonenausiauschmembranen auf Kohlenwasserstoffbasis sind im allgemeinen für diesen Zweck gänzlich ungeeignet, da sie eine derartige Umgebung nicht aushalten.

Für die technische Verwendung in der Chlor-Alkaliindustrie muß die folie schon mehr als die Fähigkeit aufweisen, längere Zeit bei der !Erzeugung von Chlor und Alkalilauge arbeitsfähig zu sein. Fin sein' wichtiges [Erfordernis isi die Siromausbeuie bei tier Umwandlung der Kochsalzlösung in der !Elektrolysezelle in die gewünschten Produkte. Daher kann sich eine Verbesserung in der Stromausbeute in erheblichen !Ersparnissen an lErzcugungskosten je [Einheit von Chlor und Alkalilauge auf Grund der Verminderung der Investitionskosten und/oder der Verminderung an Nebenprodukten. /.. 13. Sauerstoff im Chlor, auswirken. Ferner wird die !Eignung einer lonenauslauschmeinbran vom wirtschaftlichen Gesichtspunkt durch die Fr/eugungskosien je !Einheil der Produkte bestimmi.

Die erfindiingsgemäßen lonenaiistauschpo:>merisate haben .Seitenketten, die Sulfonvlgnippi.'ii einhalten, welche an Kohlensiol'faiome gebunden sind, die

ihrerseits mit mindestens je einem l-'luoralom verbunden sind.

Die Polymerisate werden aus monomeren fluorsubstiluierlen Vinylverbindungen hergestellt. Die Polymerisate werden aus mindestens zwei Monomeren hergestellt, ^ von denen mindestens eines einer der beiden nachstehend aufgeführten Gruppen angehört. Die erste Gruppe sind fluorsubslituicrte Vinylverbindungen, wie

Vinylfluorid, Hexafluorpropylen, μ:

Vinylidenfluorid, Trifluorälhylen,
Monoehlorlrifluoriilhylen,
Perl'liior-(alkylvinyläther) und/oder
Tetralluoräihylcn

Ii

Wenn man für die Elektrolyse von Salzlösungen Copolymerisate verwendet, Sf)II das zu ihrer I (crstellung verwendete Vinylmonomcre zweckmäßig keine WasscrsiolTatome enthalten.

Die /weite Grupp·'· sind sulfonylgruppenhaltigc ,₍₁ Monomere, die die Gruppe —SO₂F oder -SO₂CI enthalten. Ein Beispiel für ein solches Comonomeres ist C¹Fi = CT-¹SO)F. Weitere Beispiele entsprechen der allgemeinen Formel

25

Cl j-Cl RiSO₇I.

worin Hf einen zweiwertigen, perfhiorstibsiituicrien Rest mit 2 bis 8 Kohlenstoffatomen bedeutet. Die chemische Struktur des Restes, durch den die Sulfonylgruppe an die Copolymerisatkettc gebunden ist, isi nicht besonders ausschlaggebend; jedoch muß in diesem Rest ein Ihioratom an die Kohlenstol'fatome gebunden sein, an die auch die Sulfonylgruppe gebunden ist. Wenn die Sulfonylgruppe direkt an der Polymcrisaikette sitzt, muß ein Fkioratom an dasjenige Kcttenkohlenstoffatom gebunden sein, an das die Sulfonylgruppe gebunden ist. Die anderen, an dieses Kohlenstoffatom gebundenen Atome können Fluor-, Chlor- oder .p Wiisserstolfatome sein; im allgemeinen wird man jedoch Wasserstoffatome vermeiden, wenn das Copolymerisai für die Zwecke des lonenaustausches in einer Chlor-Alkalizelle verwendet werden soll. Der Rest Rj der obigen allgemeinen Formel kann verzweigt- oder geradkettig sein und eine oder mehrere Ätherbindungen aufweisen. Vorzugsweise ist der Vinvlresi ir, dieser Gruppe von sulfonylfliioridgruppenhaltigen Comonomeren an die Rf-Gruppe durch eine Ätherhindung gebunden, d. h., das Comonomere hat die allgemeine Formel

CF₂ = CIORfSO₂F.

Beispiele für solche sulfonylfluoridgnippenhaltigcn ss Comonomeren sind

CF, =-- CFOCF₂CF₂SO₂F

CF, = CFOCF₂CFOCf₂CF₂SO₂F ho

CV, = CFOCFXFOCFNCFOCFNCFNSO, F

CF, Cl¹,
CF, - CFCF₁CF₁SO₁F und

CF₂ ·--■ CFi)CF₂CF()CIsCF,SO₂F
Cl₁
O

I ei·¹.,

Das besonders bevorzugte sulfonvlfluoridgruppenhaliige Comonomere ist PerHuor-(3,rj-dioxa-4-meilnl-7 ociensullonyllhiorid)der Formel

CF₂ = CFC)C¹F₂CFOCF₂CF₂So₁F

Die sullonylgruppenhalligen Monomeren sind z. Ii. in den US-PS 32 82 875. 30 41 317, 37 18 627 und 3*5 60 56H beschrieben.

Die für die Folie bevorzugten Copolymerisate sind Pcrfluorkohlenstoffpolymerisate; es können jedoch auch andere Polymerisate verwendet werden, solern nur ein lluoraiom an dasjenige Kohlenstoffatom gebunden ist, an das auch die Suifonylgruppe in dem Polymerisat gebunden ist. Das besonders bevorzugte Copolymcrisat ist ein Copolymerisat aus Tetralluor· älhylen und PerPuor-(:i,fc>-dioxa-4-melhyl-7-octensiillo· nylfliioricl), an dem die Einheiten der letztgenannten Verbindung zu IO bis 60, vorzugsweise 25 bis 50 Gewichtsprozent beteiligt sind.

Die erfindungsgemäß verwendeten Copolymerisate werden ni'.ch den für die Homo- und Copolymerisation von fluorsubstituierten Äthylenep, insbesondere Tctrafluoräthylcn, bekannten Methoden hergestellt. Nichtwäßrige Methoden zur Herstellung der Copolymerisate gemäß der Erfindung sind in der US-PS 3041 317 beschrieben. Flicrbei handelt es sich um die Polymerisation eines Gemisches des I lauptmonomcren. wie Tetrafluorethylen, mit einem die Sulfonylfluoridgruppe enthaltenden fluorsiibsiiiuierien Äthylen in Gegenwart eines Radikalkotteninitiators, vorzugsweise eines Perfluorkohlcnstofiperoxids oder einer Azoverbindiing. bei Temperaturen im Bereich von O bis 200"C und Drucken im Bereich von I bis 200 at oder mehr. Gegebenenfalls kann die nichiwäßrige Polymerisation in Gegenwart eines fluoisubstitiiierien Lösungsmittels durchgeführt werden. Geeignete fhiorsubstituierte Lösungsmittel sind inerte, flüssige, perfluorsiibstitiiiertc Kohlenwasserstoffe, wie Perfluormeihvlevclohexan. Perfliiordimetliylcyclobiitan. Perfliioroctan, Perfluorben/.ol und dergleichen.

Zu OQn wäßrigen Verfahren zur Herstellung der Copolymerisate gemäß der Erfindung gehört die Umsetzung der Monomeren in einem w.iHrigen Medium, das einen Radikulkelieninitiator enthält, zu einer Aufschlämmung von Polymerisatteilchen in einer nicht von Wasser benetzten oder körnigen Form, wie es in der US-PS 23 93%7 beschrieben ist. oder die Umsetzung tier Monomeren in einem wäßrigen Medium, das einen Radikalketteninitiator und ein nicht telogen wirkendes Dispergiermittel enthält. /11 einer wäHrigen kolloidalen Dispersion von Pol\niens,iiK-ilchen und Koagulieren iler Dispersion, wie c in Jen I IS PSJi )<-i 7")2unJ .¹I 4) ">« J beschrieben isi.

Bei der Bildung des /\\ischenpnnlukipol\Hensj|s liegen ilie SullonvlseHen;.'iup;ien in I urin \on -SOA vor. wobei X Chlor oder vor/iiirsw civ Fluor bedeutet.

Sowohl bei ilen Zwischenprodukten «ils mich bei ilen fertigen, lluorsubstitiiicrlen Polymerisaten müssen ilie .Sulfonylgruppen an Kohlcnsuiflntonic gebunden sein, im die außerdem mindcsicn.s ein Fluonuom gebunden isi. Diese Kohlensloffatome dienen ;ils Bindeglied /wischen der Sulfonylgruppc und der C'opolymerisalkcile oder bilden einen Teil der Gerüsiketie des Copolymerisals. Wenn sieh das Zwischcnprodukipolymerisat gebildet hai, werden die Sulfonylgruppen in die ioiiogcne Torrn übergeführt.

Die Ausdrücke »ionogene Form« oder »lonenaustiiuschstelle« beziehen sich darauf, daß die Sulfonylgruppcn unter den Bedingungen des lonenaustauschs eine negative Ladung tragen. Zu den Sulfonylgruppen gemäß dieser Definition gehören auch solche, die durch Abspaltung eines Wasserstoffions (unter geeigneten pl !-Bedingungen) in die ionogene Form übergehen. Ein Beispiel für eine ionisierbare Gruppe, die ein Wasserstoffatotn abspaltet, ist die Sulfonamidogruppe (vgl. USA-Palcntanmeldung Serial No. 406 361 vom 16. November 1973).

Andere Sulfonylgruppen in ionogener Form, die als lonenaustauschstellen dienen, sind -(SOiNH)_1nQ, wobei Q ein Wasserstoffatom oder ein Alkali- oder Erdalkalikation und m die Wertigkeit von Q bedeutet, oder - (SOi)₁₁Me worin Me ein Metallation, Wasserstoffoder NIU und π die Wertigkeit von Mc bedeutet. In den obigen allgemeinen Formeln werden Alkalikationen, wie Natrium- oder Kaliumionen, bevorzugt.

Die Umwandlung des Zwischenproduktpolymerisats, das SO₂F-Gruppen aufweist, in das endgültige Polymerisat, welches Ionenaustauschgruppen aufweist, ist in den US-PS 32 82 825 und 37 70 567 beschrieben.

Die erfindungsgemäße Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik liegt darin, daß eine Verbundlolie hergestellt wird, in der das fluorsubstiluierte Polymerisat zu nicht mehr als einem Drittel der Foliendicke ein Äquivalent aufweist, das um mindestens 250 höher ist als das Äquivalentgewicht des Polymerisats, aus dem der Rest der Folie besteht. Das Äquivalentgewicht ist diejenige Polymerisatmenge in Gramm, die 1 Äquivalent potentielles lonenausiausehvcrmögen enthält.

Mit steigendem Äquivalentgewicht des Polymerisats steigt der Widerstand des Polymerisats erheblich an. was zu einem hohen Stromverbrauch führt. Daher ist es von diesem Gesichtspunkt aus wünschenswert und im allgemeinen vorteilhafter, eine Folie aus einem Polymerisat von verhältnismäßig niedrigem Äquiviilentgcwicht zu verwenden. Da aber bei der Erzeugung von Metallhydroxid Anionen durch die Folie hindurehwandem, leidet die Stromausbeule, wenn das Äquivalentgewicht /u niedrig ist.

ErCindungsgcmäß wird die Wanderung von Anionen dadurch vermindert, daß sich auf der Folie.ioberfläehe eine dünne Sperrschicht oder Haut aus einem Polymerisat von hohem Äquivalcntgewiclit befindet und die Folie in der Elektrolysezelle eine solche Lage einnimmt, daß die Seite mit dem Polymerisat von hohem Äquivalentgewicht dem Kathodenraum zugewandt ist. Diese Schicht von hohem spezifischen elektrischem Widerstand bildet nur einen kleinen Teil ύνν Foliendikke. so daß tier durch den erhöhten Gesamtwidcrstand bedingte Nachteil verhältnismäßig gering ist ledenfalls überwiegen die di'rch die Sperrschicht bedingten Vorteile den Nachteil, daß das Polymerisat um hohem Äquivalenigewicht einen hohen elektrischen Widerstand hat.

Hei <\l'v I lcklrolvse von kochsal/losiuiL¹ /'ir IkTMeI-

lung um Natronlauge der gleichen Normalität erzielt man z. B. durch eine Verbundlolie mit einer Haut aus einem Polymerisat von hohem Aquivalenigcw iclit im Sinne der Erfindung eine um IO bis .?J"i. bessere elektrische Siromaiisbcule als mit einer lohe von gleicher Dicke, die vollständig aus dem l'ohmciisai von niedrigem Äquivalenlgewichl besieht, welches dun llauptleil der erfindungsgemäßcn Verbundlolie bildet. In Anbetracht des hohen elektrischen Widerstandes sind die Ergebnisse ebenso ausgesprochen, wenn die Folie ihrer ganzen Dicke nach aus dem Polsmeiisai um hohem Äquivalenigewicht besteht.

Es isi wesentlich, daß die Verbundlolie in der Elektrolysezelle so ungeordnet ist, daß die Seite mn dem Polymerisat von hohem Äquivalenlgewichl dem Kathodenraum der Zelle zugewandt ist. Bei umgekehrter Lage der Folie in der Elektrolysezelle erhäh man viel niedrigere St rom ausbeut en.

Während das Polymerisat von hohem Äquivalentgewicht im allgemeinen Sinne der Erfindung nicht mehr als ein Drittel der Folicndieke einnimmt, besteht die Folie in bevorzugter Weise zu nicht mehr als einem Fünftel oder einem Zehntel ihrer Dicke aus diesem Polymerisat. Da das Polymerisat von hohem Äquivalenlgewichl eine Sperrschichlwirkiing auf den Durchgang der Anionen vom Kaihodenraum zum Anodenraum der Elektrolysezelle ausübt, soll das Polymerisat in Form einer zusammenhängenden Schicht vorliegen. Im allgemeinen beträgt die Dicke zweckmäßig 25 μ oder weniger und vorteilhaft 13 μ oder weniger. Die Schichtdicke kann je nach dem Äquivalentgewicht des Polymerisats variieren. Je höher das Äquivalentgewicht ist, desto stärker ist die Sperrschichtwirkung für den Durchgang von Anionen. Äquivalenlgewichte von 2000 und mehr sind zufriedenstellend. Da der elektrische Widerstand mil dem Äquivalcntgcwichi zunimmt, ist es am vorteilhaftesten, eine möglichst dünne Sperrschicht zu verwenden, damit der Stromverbrauch möglichst gering ist.

Die Dicke der Schicht von hohem Äquivalenigewichi hängt nicht nur von dem Erfordernis einer Verbesserung der Spcrrschiclitwirkung, sondern auch von der Methode der Herstellung der Verbundfolie ab. So muß z. B. die zum Kaschieren verwendete Folie eine Mindestdicke haben, wenn man eine zusammenhängende Schicht erhalten will.

Wie bereits erwähnt, beträgt der Unterschied in den Äquivalenigewichten des Polymerisats in den beiden Teilen der Verbundlolie mindestens 230. Eine vorteilhafte Differenz in den Äquivalcntgewichlen liegt in der Größenordnung von mindestens400.

Der llaupttcil der Verbundfolie hat ein niedriges Äquivalenigewicht. z. B. ein solches in der Größenordnung von 1000 oder mehr. Ein niedriges ÄquKalentgewicht isi /war erwünscht: Polymerisate von /u niedrigem Äquivalentgewicht absorbieren aber zu viel Wasser, und dies geht auf Kosten der mechanischen Eigenschaften. Vom Gesichtspunkt der Herstellung aus ist der Bereich von 1000 bis 1 ^r>00 ein vorieilhafier Bereich von Aqiiivalentgewichten.

Die Gesamtdicke der Folie richtet sich nach dew jeweiligen lonenausiauschgruppen. den Λιμιι\ alentgewichien des Polymerisats, der Festigkeit, die die Folie haben muH. der Art und den Arbeitsbedingungen der Elektrohse/ellen usw. Gewöhnlich liegt die unlere Grenze der l'oliendieke bei 7 "in und \oivugsw civ bei 100 μ. Nach oben "hin is: die I nhendicki nur um praktischen Gesichtspunkten begren/i. Wenn die I ohe /Ii dick isi. h.il sie einen /n In,lien , ■!,- k ι tu., h. -ι ι

Widerstand und wird infolge der größeren Polymcrisatmcngen kostspieliger.

Vs liegt auch im Rahmen der Erfindung, el a 13 die ionogenen Gruppen der Folie voneinander verschieden sind. Es ist nicht erforderlich, daß die Sulfonylgruppc für lonenaustauschzwecke die gleiche ist. Beispiele für lonenaustausehgruppen, die auch im Sinne der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, sind in der US-PS 37 84 399 beschrieben. Gemäß dieser Patentschrift kann an einer Folienoberfläche die Mehrzahl der Sulfonylgruppen in der Form —(SO₂NH)_mQ vorliegen, wobei Q Wasserstoff, NH₄, ein Alkalikation und/oder ein Erdalkalikation und in die Wertigkeit von Q bedeutet, während an der anderen Folienoberfläche die Sulfonylgruppen in der Form —(SOj)nMe vorliegen können, wobei Me ein Kation und π die Wertigkeit des Kations bedeutet. Andere geeignete lonenaustauschgruppen sind in der USA-Patentanmeldung Serial No. 4 06 361 vom 16. November 1973 angegeben.

Für die meisten Anwendungszwecke ist es sehr zweckmäßig, daß die Folie verstärkt ist, um ihr zusätzliche Festigkeit zu verleihen. Geeignete Verstärkungsmittel sind Gewebe aus fluorsubstituierten Kunstharzen, Quarzfasergewebe, Glasmatten und Glasseide. Eine Einkapselung des Trägermaterials kann gemäß der US-PS 37 70 567 und der USA-Patentanmeldung Serial No. 3 84 497 erfolgen.

Vom Gesichtspunkt der hohen Stromausbeute ist es zweckmäßig, daß die Einkapselung des Trägermaterials sich in dem Polymerisat von niedrigem Äquivalentgewicht befindet. In diesem Fall erhält man höhere Stromausbeuten, als wenn die Einkapselung sich in dem Polymerisat von hohem Äquivalentgewicht befindet.

Ferner kann, z. B. bei der Verwendung in der Elektrolysezelle, das Trägermaterial durch die Einkapselungsfolie infolge normalen Verschleißes durchbrechen. In einem solchen Fall wird die Leistung der Zelle im allgemeinen durch die Lage des Trilgermatcrials nicht wesentlich beeinflußt,

Wie bereits erwähnt, eignet sich die Verbundfolie besonders für die Herstellung von Halogen und Alkalioder Erdaikalihydroxidcn. Die Arbeitsbedingungen der Elektrolysozcllcn sind aus der DT-OS 22 51 660, der NL-OS 72 17 598 und der US-PS 37 73 634 bekannt.

B e i s ρ i e I I

In diesem und den folgenden Beispielen werden Folien mit bestimmten Äquivnlcntgewichten aus einem Auspnnpsi'opolyiKcrisut mis Tetrafluoräthylen und

verwende!.

Das Copolymerisat wird in die ionogcne Form übergeführt, in der die Sulfonylgruppen beim Meirich der Chlor-Alkalizelle in der Form —SO) N;i · vorliegen.

Eine Verbundmcnibran, die zu einer Dicke von 13 μ ein Äquivalcnigewicht von 1800 und /ti einer Dicke von 100 μ ein Äquivalcntgcwicht von 1100 aufweist und auf eine Schicht aus Polytctrafluorüthylengcwebc aufkaschiert ist, wird in einer Laboratoriums-Chlor-Alkalizcl-Ie zwischen zwei ebenen Mclallclcktrodcn angeordnet. Als Elektroden dienen eine Netzkathode au·, rostfreiem Stahl und eine raumbeständige Netzanode aus Titan, die mit einem Edelmetalloxid beschichtet ist. Der Abstand zwischen der Folie und jeder der Elektroden beträgt etwa 3,2 mm.

Durch den Anodcnraum der Zelle läßt man eine 80 C heiße wäßrige Kochsalzlösung umlaufen, die auf einer Konzentration von 12 bis 15 Gewichtsprozent gehalten wird. Die Natronlaugckonzentration in dem (80 C) heißen Katholyten wird durch ständigen Zusatz von Wasser zum Katholyten auf 5-bis7normal gehalten.

Sobald die Arbeitstemperatur der Zelle 80° C erreicht lint, läßt man durch die Zelle· einen elektrischen Strom mit einer Dichte von 0,31 A/cm² fließen. Nach Jtngigcm

JS ununterbrochenem Betrieb wird der Wirkungsgrad der Zelle aus der Menge der erzeugten Natronlauge in Abhängigkeit von der durch die Zelle hindurchgegangenen Strommenge bestimmt. Der Wirkungsgrad beiriigi 85,6%. Die Zellcnspannung betrögt 4,43 V, und die

.ίο Natronlaugekonzentration im Katholyten ist 7,1 normal. Der Stromverbrauch beträgt 3,913 kWh je kg Chlor.

Beispiel 2

Eine 127 μ dicke Verbundmembran aus einei Folie

mit einem Äquivalentgcwichl von 1200, die auf eine Schicht des in Beispiel I erwähnten Polytetrafluoräthylengewebes aufkaschiert ist, wird in die Laboratoriums-Chlor-Alkalizclle gemäß Beispiel I eingesetzt. Nach 2tägigem ununterbrochenem Betrieb betrügt der

•to Wirkungsgrad der Zelle 47,2%. Die Spannung betritt 3,34 V und die Natronlaugckonzcntration 6,0normal.

Nach weiterem 5tilgigcm ununterbrochenem Betrieb hat die Zelle einen Wirkungsgrad von 46,4%. Die Spannung beträgt 3,32 V und die Nalronlaugekonzen-■ti trntion 6,8normal. Die letztgenannten Zahlen entsprechen einem Stromverbrauch von 5,35 kWh je kg Chlor.

Beispiel 3

Eine 127 μ dicke Vcrburidmcmbran, die aus einer w Folie mit einem Äqtiivalentgcwicht von 1100, auf kaschiert auf eine Schicht des in Beispiel I erwähnten Polytetrafluorllthylengcwcbcs, besteht, wird in die Laboratoriums-Chlor-Alkalizcllc gcmllß Beispiel I eingesetzt. Noch 3tugigcm ununterbrochenem Betrieb betrügt der Wirkungsgrad der Zelle 38,6%. Die Zcllenspnnnung beträgt 3,32 V, und die Natronlaugekonzentration des Katholyten ist 5,4nortniil. Der Stromverbrniich belrllgt 6,30 kWh je kg Chlor.

Claims (2)

Pntcnmnsprüche:

1. Verbundfolie, bestehend ihrer !Dicke nach aus zwei Schichten aus einem fluorstibslituicrten Po- ·; lymerisat mil Seilenketten, die Sulfonylgruppcn enthalten, welche lonenauslauschstellen bilden und an Kohlenstorfatomc gebunden sind, die ihrerseits mit mindestens je einem Fluoratom verbunden sind, wobei das Polymerisat des ersten Teils nicht mehr n> als ein Drittel der Dicke der Folie einnimmt und ein um mindestens 250 höheres Äquivalenigcwicht hat als das Polymerisat des /weiten Teils der Folie.

2. Verwendung einer Verbundfolie gemäß Anspruch I als Kationenaustausehmenibran /wischen dem A node 11 raum und dem Kathodenraum einer !Elektrolysezelle in einer solchen Lage, daß das Polymerisat von hohem Äquivalenigewiehi dem Kalhodenraum zugewandt ist.