JP2001323084A - Ion exchanging membrane - Google Patents

Ion exchanging membrane

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JP2001323084A
JP2001323084A JP2000145933A JP2000145933A JP2001323084A JP 2001323084 A JP2001323084 A JP 2001323084A JP 2000145933 A JP2000145933 A JP 2000145933A JP 2000145933 A JP2000145933 A JP 2000145933A JP 2001323084 A JP2001323084 A JP 2001323084A
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ion
polymer
electrolysis
film
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Japanese (ja)
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Yuichi Sakuma
雄一 佐久間
Kazuo Okuyama
和雄 奥山
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Asahi Kasei Corp
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Asahi Kasei Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ion exchanging membrane attaining a low electrolysis voltage in the electrolysis of table salt and reducing the table salt concentration in a product, caustic soda. SOLUTION: This ion exchanging membrane consisting of at least two layers of a layer having carboxylic acid and a layer having sulfonic acid, is provided by adjusting the cluster diameter and the number of the clusters of respective layers to meet the above purpose.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はイオン伝導性が大き
いイオン交換膜であって、各種用途に有用なイオン交換
膜に関する。特に食塩電気分解においては製品苛性ソー
ダ中の食塩濃度を低くできる有用なイオン交換膜に関す
る。
The present invention relates to an ion exchange membrane having high ion conductivity and useful for various applications. Particularly, the present invention relates to a useful ion exchange membrane capable of lowering the salt concentration in a product caustic soda in salt electrolysis.

【0002】[0002]

【従来の技術】食塩電解用途ではカルボン酸を有する層
とスルホン酸を有する層の積層した膜を用いており、ポ
リマーの交換容量と層の厚さを設計することで工夫がさ
れている。しかしながら、電解電圧を下げるためにポリ
マーの交換容量を大きくしたり、層の厚さを薄くする
と、製品である苛性ソーダ中の食塩濃度が上昇して、製
品の品質劣化を生じる。50%製品苛性ソーダ中の食塩
濃度は、一般に50ppmが限界であり、目標値は35
ppmである。このため、低い電解電圧で且つ苛性ソー
ダ中、食塩濃度を達成できるイオン交換膜が渇望されて
いる。
2. Description of the Related Art In a salt electrolysis application, a laminated film of a layer having a carboxylic acid and a layer having a sulfonic acid is used, and a device is designed by designing the exchange capacity of the polymer and the thickness of the layer. However, when the exchange capacity of the polymer is increased or the thickness of the layer is reduced in order to lower the electrolysis voltage, the salt concentration in the caustic soda as a product increases, and the quality of the product deteriorates. The salt concentration in 50% product caustic soda is generally limited to 50 ppm, and the target value is 35 ppm.
ppm. Therefore, an ion exchange membrane capable of achieving a salt concentration in a low electrolytic voltage and in caustic soda has been desired.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】本発明は大きなイオン
伝導性を有するイオン交換膜を提供すること、特に食塩
電解用途においては低い電解電圧を達成し、且つ製品苛
性ソーダ中食塩濃度を50%苛性ソーダ中で35ppm
以下と低くしたイオン交換膜を提供することを課題とす
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides an ion-exchange membrane having high ionic conductivity, in particular, achieves a low electrolysis voltage in salt electrolysis applications, and reduces the salt concentration in the product caustic soda to 50% caustic soda. 35 ppm
An object of the present invention is to provide an ion exchange membrane having the following lower characteristics.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】本発明者は上記の問題点
を解決するために鋭意研究の結果、イオン交換膜の膜中
に形成されているスルホン酸あるいはカルボン酸が集ま
ったイオンクラスターの径及び数を制御することで電解
電圧を下げ、且つ製品苛性ソーダ中食塩濃度を低減する
ことが可能であることを見いだし、本発明をなすに至っ
た。即ち本発明は、スルホン酸基を有する含フッ素重合
体層Aとカルボン酸基を有する含フッ素重合体層Bの少
なくとも二層から成るイオン交換膜において、含フッ素
重合体層Aの厚さが50〜150μm、スルホン酸基が
集まって形成しているイオンクラスター径が3.5〜
4.5nm、イオンクラスター数が0.8×1019
1.5×1019個/cm3であり、該含フッ素重合体層
Bの厚さ5〜20μm、カルボン酸基が集まって形成し
ているイオンクラスター径が2.5〜3.2nm、イオ
ンクラスター数が1.7×1019〜3.0×1019個/
cm3であることを特徴とするイオン交換膜に関する。
以下、本発明につき詳述する。
Means for Solving the Problems The inventors of the present invention have made intensive studies to solve the above-mentioned problems, and as a result, have found that the diameter of the ion cluster formed by collecting sulfonic acid or carboxylic acid formed in the ion exchange membrane is large. The present inventors have found that it is possible to lower the electrolysis voltage and to reduce the salt concentration in the product caustic soda by controlling the number and the number thereof, and have accomplished the present invention. That is, the present invention provides an ion exchange membrane comprising at least two layers of a fluorinated polymer layer A having a sulfonic acid group and a fluorinated polymer layer B having a carboxylic acid group. Ionic cluster diameter formed by aggregation of sulfonic acid groups is 3.5 to 150 μm.
4.5 nm, the number of ion clusters is 0.8 × 10 19 to
1.5 × 10 19 / cm 3 , the thickness of the fluoropolymer layer B is 5 to 20 μm, the ion cluster diameter formed by collecting carboxylic acid groups is 2.5 to 3.2 nm, The number of clusters is 1.7 × 10 19 to 3.0 × 10 19 /
cm 3 , which relates to an ion-exchange membrane.
Hereinafter, the present invention will be described in detail.

【0005】本願に係る含フッ素重合体AまたはBに
は、特に制限はなく、広範なスルホン酸基、カルボン酸
基またはそれらの前駆体を有する含フッ素重合体を用る
ことができるが、代表的な例として、フッ素重合体Aの
場合の代表例としては、下記式(1)で表される重合性
単量体の一種以上と、これに後述の重合性単量体群から
選ばれた一種類または二種類以上の重合性単量体とから
なる共重合体が挙げられる。 (式中、−Yは、−SO3H,−SO2F、−SO3
a、−SO3K、−SO2NH2 、−SO2NH4 であ
る。aは0〜6の整数、bは0〜6の整数、cは0また
は1であり、且つa+b+c≠0であり、nは0〜6の
整数である。Xは、n≧1のときCl、BrまたはFの
いずれか一種、または複数種の組合せである。
There is no particular limitation on the fluoropolymer A or B according to the present invention, and a fluoropolymer having a wide range of sulfonic acid groups, carboxylic acid groups or precursors thereof can be used. As a typical example, a typical example of the fluoropolymer A is selected from one or more polymerizable monomers represented by the following formula (1) and a polymerizable monomer group described below. Copolymers composed of one or more polymerizable monomers are exemplified. (Wherein, -Y is, -SO 3 H, -SO 2 F , -SO 3 N
a, -SO 3 K, -SO 2 NH 2, an -SO 2 NH 4. a is an integer of 0 to 6, b is an integer of 0 to 6, c is 0 or 1, and a + b + c ≠ 0, and n is an integer of 0 to 6. X is any one of Cl, Br or F when n ≧ 1, or a combination of plural kinds thereof.

【0006】Rt およびRt ′は、F、Cl、1〜
10個の炭素原子を有するパーフルオロアルキル基およ
び1〜10個の炭素原子を有するフルオロクロロアルキ
ル基のなかから選択されるものである。) 一方フッ素重合体Bの場合は、下記式(2)で表される
重合性単量体の一種以上と、これに後述の重合性単量体
群から選ばれた一種類または二種類以上の重合性単量体
とからなる共重合体が挙げられる。 (式中、−Yは、−COOH、−CN、−COOR で
ある。aは0〜6の整数、bは0〜6の整数、cは0ま
たは1であり、且つa+b+c≠0であり、nは0〜6
の整数である。Xは、n≧1のときCl、BrまたはF
のいずれか一種、または複数種の組合せである。
Rt and Rt ′ are F, Cl, 1 to
It is selected from perfluoroalkyl groups having 10 carbon atoms and fluorochloroalkyl groups having 1 to 10 carbon atoms. On the other hand, in the case of the fluoropolymer B, one or more polymerizable monomers represented by the following formula (2) and one or more polymerizable monomers selected from the polymerizable monomer group described below are added thereto. Copolymers comprising a polymerizable monomer are exemplified. (Wherein -Y is -COOH, -CN, -COOR. A is an integer of 0 to 6, b is an integer of 0 to 6, c is 0 or 1, and a + b + c + 0, n is 0-6
Is an integer. X is Cl, Br or F when n ≧ 1
, Or a combination of two or more.

【0007】Rは1〜10個の炭素を有するアルキル基
の中から選択され、Rt およびRt ′は、F、C
l、1〜10個の炭素原子を有するパーフルオロアルキ
ル基および1〜10個の炭素原子を有するフルオロクロ
ロアルキル基のなかから選択されるものである。) これらに共重合させる重合性単量体群としては、テトラ
フルオロエチレン、トリフルオロモノクロロエチレン、
トリフルオロエチレン、フッ化ビニリデン、1,1−ジ
フルオロ−2,2−ジクロロエチレン、1,1−ジフル
オロ−2−クロロエチレン、ヘキサフルオロプロピレ
ン、1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロピレン、
オクタフルオロイソブチレン、エチレン、塩化ビニルお
よびアルキルビニルエステル等が挙げられる。
R is selected from alkyl groups having 1 to 10 carbons, and Rt and Rt 'are F, C
1, a perfluoroalkyl group having 1 to 10 carbon atoms and a fluorochloroalkyl group having 1 to 10 carbon atoms. The polymerizable monomers to be copolymerized with these are tetrafluoroethylene, trifluoromonochloroethylene,
Trifluoroethylene, vinylidene fluoride, 1,1-difluoro-2,2-dichloroethylene, 1,1-difluoro-2-chloroethylene, hexafluoropropylene, 1,1,1,3,3-pentafluoropropylene,
Octafluoroisobutylene, ethylene, vinyl chloride, alkyl vinyl ester and the like can be mentioned.

【0008】含フッ素重合体AまたはBの前駆体を用い
た場合は、後述の方法で製膜後にスルホン酸基前駆体は
スルホン酸基に変換し、カルボン酸基前駆体はカルボン
酸基に変換しそれぞれ含フッ素重合体AまたはB成分に
変換する。スルホン酸基あるいはカルボン酸基を含む含
フッ素重合体は、疎水性であるポリマー主鎖部分と親水
性であるスルホン酸基あるいはカルボン酸基の部分がミ
クロに分離した構造となり、結果としてスルホン酸基あ
るいはカルボン酸基が集まって”イオンクラスター”が
できる(T.D. GierkeらACS Symposium Series,1982N18
0,p283〜307 (文献1))。食塩電解で運転したときに
は、陽極液側から陰極液側にNa+イオンがこのイオン
クラスターを通って移動する。従って、このような陽イ
オンの通り易さはイオンクラスターの径と数およびイオ
ンクラスターを持つ層の厚みに依存することになる。こ
の陽イオンの通り易さは食塩電解時の電解電圧と相関が
あり、通り易いほど電解電圧が低くなる。
When a precursor of the fluoropolymer A or B is used, a sulfonic acid group precursor is converted into a sulfonic acid group and a carboxylic acid group precursor is converted into a carboxylic acid group after film formation by a method described later. Then, they are converted into the fluoropolymer A or B component, respectively. The fluoropolymer containing a sulfonic acid group or a carboxylic acid group has a structure in which a hydrophobic polymer main chain portion and a hydrophilic sulfonic acid group or a carboxylic acid group portion are microscopically separated. Alternatively, carboxylic acid groups are gathered to form an “ion cluster” (TD Gierke et al., ACS Symposium Series, 1982N18)
0, p283-307 (Reference 1)). When operating with salt electrolysis, Na + ions move from the anolyte side to the catholyte side through this ion cluster. Therefore, the ease of passing such cations depends on the diameter and number of ion clusters and the thickness of the layer having ion clusters. The ease with which the cations pass has a correlation with the electrolysis voltage during salt electrolysis, and the easier the cations pass, the lower the electrolysis voltage.

【0009】一方、製品苛性ソーダ中の食塩濃度は膜中
のイオンクラスターを通って陽極液側から陰極液側に拡
散してくるCl-イオン量に相関があり、拡散量が多い
程製品苛性ソーダ中の食塩が多くなり製品の品質が低下
することになる。さらに、電流効率は、製品苛性ソーダ
のOH-イオンが陰極側から陽極液側にイオンクラスタ
ーを通って移動する量によって決まり、移動量が少ない
程電流効率が高いことになる。このように、食塩電解に
おけるイオン交換膜性能は全てイオンクラスター構造で
決まるといっても過言ではない。
On the other hand, the salt concentration in the product caustic soda has a correlation with the amount of Cl - ions that diffuse from the anolyte side to the catholyte side through ion clusters in the membrane. The amount of salt increases and the quality of the product deteriorates. Further, the current efficiency is determined by the amount of OH - ions of the product caustic soda moving from the cathode side to the anolyte side through the ion cluster, and the smaller the amount of movement, the higher the current efficiency. Thus, it is no exaggeration to say that the ion exchange membrane performance in salt electrolysis is all determined by the ion cluster structure.

【0010】イオンクラスター径およびイオンクラスタ
ー数の測定は、小角X線散乱法で行う(前記文献1参
照)。本発明でいうイオンクラスター径及びイオンクラ
スター数とはイオン交換膜を2%重曹水溶液中に25℃
で24時間浸漬後に、X線回折測定装置(株式会社リガ
ク製 RINT2500、 R-AXIS-II)にて測定して得られる散
乱光強度のピークを示す角度と、後述のイオン交換膜の
含水率測定値とから算出したものである。小角X線散乱
測定の方法については、湿潤状態のイオン交換膜試料を
薄いフィルムの袋(小角X線散乱光強度のピークのない
もの)の中に湿潤溶媒とともに密閉して試料台に設置す
る。室温下で線源にCuのターゲットを使い6kWの出
力でX線を照射し、散乱光を例えば約0.1°から約5
°の角度範囲で測定する。X線測定装置にはピンホール
スリット、グラファイトモノクロメータを用いる。得ら
れた散乱光強度の角度依存性を取ると特有の角度におい
て散乱光強度のピークを示す。
The measurement of the ion cluster diameter and the number of ion clusters is performed by a small-angle X-ray scattering method (see the above-mentioned document 1). The ion cluster diameter and the number of ion clusters in the present invention are defined as follows.
After immersion for 24 hours in an X-ray diffractometer (RINT2500, R-AXIS-II, manufactured by Rigaku Corporation), the angle at which the peak of the scattered light intensity is obtained, and the measurement of the water content of the ion exchange membrane described later It is calculated from the values. Regarding the method of small-angle X-ray scattering measurement, a wet ion-exchange membrane sample is sealed in a thin film bag (having no small-angle X-ray scattered light intensity peak) with a wet solvent and placed on a sample table. At room temperature, X-rays are irradiated at a power of 6 kW using a Cu target as a radiation source, and scattered light is reduced, for example, from about 0.1 ° to about 5 °.
Measure in the angle range of °. A pinhole slit and a graphite monochromator are used for the X-ray measuring device. Taking the angle dependence of the obtained scattered light intensity shows a scattered light intensity peak at a specific angle.

【0011】このピークが存在することが、イオン交換
膜中に構造の規則性があることを示している。これがイ
オンクラスターである。散乱光強度のピークを示す角度
がイオンクラスター間の間隔を示す因子である。ここで
は、強度の補正として、得られた散乱光強度に下記式の
2をかけたものを縦軸に、s2を横軸にプロットする。
これにより、ピークがより明確になった。 s2=(2sinθ/λ)2 λ:照射X線の波長(n
m) このピーク角度を式(4)に用いる散乱光強度のピーク
を示す角度、2θとする。 一方、小角X線散乱強度を
測定した同じイオン交換膜試料の湿潤状態の重量(Wwe
t)と乾燥状態の重量(Wdry1、Wdry2)測定値から含
水率(W)を(3)式で決定する。尚、ここでの湿潤状
態の重量(Wwet)は、25℃の2%重曹(NaHC
3)に膜を浸漬し、表面付着液を除去した後の膜重量
であり、乾燥状態の重量(Wdry1)は、この膜を90℃
で16時間真空乾燥し、デシケーター中で25℃まで冷
却後測定した膜重量であり、乾燥状態の重量(Wdry2)
はこの膜を90℃のイオン交換水で水洗することでドナ
ンアルカリを除き、その後90℃で16時間真空乾燥
し、デシケーター中で25℃まで冷却後測定した膜重量
である。
The presence of this peak indicates that there is structural regularity in the ion exchange membrane. This is an ion cluster. The angle indicating the peak of the scattered light intensity is a factor indicating the interval between ion clusters. Here, as the intensity correction, the obtained scattered light intensity multiplied by s 2 in the following equation is plotted on the vertical axis, and s 2 is plotted on the horizontal axis.
This made the peaks clearer. s 2 = ( 2 sin θ / λ) 2 λ: wavelength of irradiated X-ray (n
m) This peak angle is defined as the angle 2θ indicating the peak of the scattered light intensity used in equation (4). On the other hand, the wet weight (Wwe) of the same ion exchange membrane sample whose small-angle X-ray scattering intensity was measured was measured.
The water content (W) is determined by the formula (3) from the measured values of t) and the weights in the dry state (Wdry1, Wdry2). The weight in the wet state (Wwet) is 2% sodium bicarbonate (NaHC) at 25 ° C.
O 3 ) is the weight of the film after immersing the film in O 3 ) and removing the liquid adhering to the surface.
Is a film weight measured after cooling in a desiccator to 25 ° C. for 16 hours, and a weight in a dry state (Wdry2).
Is the membrane weight measured after washing the membrane with deionized water at 90 ° C. to remove the Donan alkali, followed by vacuum drying at 90 ° C. for 16 hours and cooling to 25 ° C. in a desiccator.

【0012】 W=(Wwet−Wdry1)/Wdry2 (3) 含水率と散乱光強度のピークを示す角度(2θ)から
(4)、(5)式によりイオンクラスター径 P(n
m)およびイオンクラスター数 Q(個/cm3)を算
出する。(前記文献1参照)乾燥状態のポリマー密度と
して、ここでは2.1とした。 P={ [ V/(1+V)×d3×6.02×1023 +d3× 85.68 /((1+V)× EW)]×6/π }(1/3)×107(4 ) Q = 1/ d3 (5) ここで、d= λ /2 sinθ(nm) V= W/乾燥ポリマー密度 EW:当量重量 λ:照射X線の波長(nm) 本発明は含フッ素重合体Aと含フッ素重合体Bの少なく
とも二層からなるイオン交換膜である。含フッ素重合体
B層で電流効率を発現させ、含フッ素重合体A層で苛性
ソーダ中の食塩を低減し、A、B両層の工夫で電解電圧
を下げることが本発明の基本的な考えである。
W = (Wwet−Wdry1) / Wdry2 (3) From the angle (2θ) showing the peaks of the water content and the scattered light intensity, the ion cluster diameter P (n) is obtained by the formulas (4) and (5).
m) and the number of ion clusters Q (pieces / cm 3 ) are calculated. (Refer to Document 1) The density of the polymer in the dry state was 2.1 here. P = {[V / (1 + V) × d 3 × 6.02 × 10 23 + d 3 × 85.68 / ((1 + V) × EW)] × 6 / π} (1/3) × 10 7 (4) Q = 1 / d 3 (5) where d = λ / 2 sin θ (nm) V = W / dry polymer density EW: equivalent weight λ: wavelength of irradiated X-ray (nm) The present invention relates to a fluoropolymer A and a fluoropolymer. It is an ion exchange membrane composed of at least two layers of coalescing B. The basic idea of the present invention is to develop current efficiency in the fluoropolymer B layer, reduce the salt in caustic soda in the fluoropolymer A layer, and lower the electrolysis voltage by devising both A and B layers. is there.

【0013】本発明におけるイオン交換膜の少なくとも
一層を形成するスルホン酸基を有する含フッ素重合体A
のイオンクラスター径は3.5〜4.5nmであり、好
ましくは3.5〜4.0nmである。3.5nmより小
さいとイオン伝導性が小さく、結果としてセル電圧が高
くなる。4.5nmより大きいと食塩電解における塩素
イオンの拡散が大きくなり、結果として製品苛性ソーダ
中食塩濃度が高くなる。本発明の含フッ素重合体Aのイ
オンクラスター数は0.8×1019〜1.5×1019
/cm3である。0.8×1019個/cm3より少ないと
イオン伝導性が低下し、1.5×1019個/cm3より
多いと層自体の機械的強度が低下し実用的ではない。含
フッ素重合体Aの層の厚さは50〜150μmであり、
好ましくは70〜100μmである。50μmより薄い
と機械的強度が低下し、150μmより厚いとイオン伝
導における抵抗が大きくなり実用的でない。
The fluorinated polymer A having a sulfonic acid group which forms at least one layer of the ion exchange membrane of the present invention
Has an ion cluster diameter of 3.5 to 4.5 nm, and preferably 3.5 to 4.0 nm. If it is smaller than 3.5 nm, the ionic conductivity is small, and as a result, the cell voltage becomes high. If it is larger than 4.5 nm, diffusion of chloride ions in salt electrolysis increases, and as a result, the salt concentration in the product caustic soda increases. The number of ion clusters of the fluoropolymer A of the present invention is from 0.8 × 10 19 to 1.5 × 10 19 / cm 3 . If it is less than 0.8 × 10 19 / cm 3 , the ionic conductivity is reduced, and if it is more than 1.5 × 10 19 / cm 3 , the mechanical strength of the layer itself is reduced, which is not practical. The thickness of the layer of the fluoropolymer A is 50 to 150 μm,
Preferably it is 70-100 μm. If the thickness is less than 50 μm, the mechanical strength decreases.

【0014】本発明におけるイオン交換膜の少なくとも
一層を形成するカルボン酸基を有する含フッ素重合体B
のイオンクラスター径は2.5〜3.2nmであり、好
ましくは2.5〜3.0nmである。2.5nmより小
さいとイオン伝導性が小さく、結果としてセル電圧が高
くなる。3.5nmより大きいと電流効率が低下する。
これはOH-イオンに対する電荷反発が不十分になるた
めと推察している。本発明の含フッ素重合体Bのイオン
クラスター数は1.7×1019〜3.0×10 19個/c
3である。1.7×1019個/cm3より少ないとイオ
ン伝導性が低下し、3.0×1019個/cm3より多い
と電流効率が低下する。含フッ素重合体Bの層の厚さは
5〜30μmであり、好ましくは10〜20μmであ
る。5μmより薄いと電流効率の経時的な安定性が悪く
なる可能性が増え、30μmより厚いとイオン伝導にお
ける抵抗が大きくなり電解時の電圧が高くなる。
[0014] At least the ion exchange membrane of the present invention.
Fluoropolymer B having a carboxylic acid group forming one layer
Has an ion cluster diameter of 2.5 to 3.2 nm.
More preferably, it is 2.5 to 3.0 nm. Smaller than 2.5nm
Low ion conductivity, resulting in high cell voltage
It becomes. If it is larger than 3.5 nm, the current efficiency decreases.
This is OH-Insufficient charge repulsion for ions
I guess. Ions of the fluoropolymer B of the present invention
The number of clusters is 1.7 × 1019~ 3.0 × 10 19Pcs / c
mThreeIt is. 1.7 × 1019Pieces / cmThreeLess and Io
Conductivity is reduced to 3.0 × 1019Pieces / cmThreeis more than
And the current efficiency decreases. The thickness of the layer of the fluoropolymer B is
5 to 30 μm, preferably 10 to 20 μm
You. If the thickness is less than 5 μm, the current efficiency is poor over time.
When the thickness is more than 30 μm, the ion conduction
And the voltage during electrolysis increases.

【0015】イオンクラスターはスルホン酸基前駆体あ
るいはカルボン酸基前駆体を各々スルホン酸基あるいは
カルボン酸基に変換する加水分解反応時に形成される。
従って、加水分解反応条件に因って得られるイオンクラ
スター構造が異なる。具体的には加水分解反応の液組成
であり、含フッ素重合体に対する親和性が高い液組成ほ
どクラスター径が大きくなる。あるいは反応温度が高い
ほどイオンクラスター径が大きくなる。これらを変化さ
せることによりイオンクラスター構造を制御することが
できる。
The ion cluster is formed during a hydrolysis reaction for converting a sulfonic acid group precursor or a carboxylic acid group precursor into a sulfonic acid group or a carboxylic acid group, respectively.
Therefore, the obtained ion cluster structure is different depending on the hydrolysis reaction conditions. Specifically, it is a liquid composition of a hydrolysis reaction, and the cluster diameter becomes larger as the liquid composition has higher affinity for the fluoropolymer. Alternatively, the ion cluster diameter increases as the reaction temperature increases. By changing these, the ion cluster structure can be controlled.

【0016】また、含フッ素重合体AあるいはBの一次
構造によって得られるイオンクラスター構造が異なる。
具体的には、例えば(1)式のモノマーとテトラフルオ
ロエチレンの共重合体の場合(1)式のモノマーの割合
が多いほど、また(1)式中のn、a、b、cが大きい
ほど得られる層のイオンクラスター径が大きい。従っ
て、(1)あるいは(2)式のモノマーとテトラフルオ
ロエチレンの共重合体の比を変えることにより、イオン
クラスター構造を制御することができる。
The obtained ion cluster structure differs depending on the primary structure of the fluoropolymer A or B.
Specifically, for example, in the case of a copolymer of the monomer of the formula (1) and tetrafluoroethylene, as the ratio of the monomer of the formula (1) increases, and n, a, b, and c in the formula (1) increase. The ion cluster diameter of the obtained layer is larger. Therefore, the ion cluster structure can be controlled by changing the ratio of the monomer of formula (1) or (2) to the copolymer of tetrafluoroethylene.

【0017】本発明の膜には強度及び寸法安定性を付与
するため膜中に補強材が存在してもよい。かかる補強材
は長期にわたる耐熱性、耐薬品性の観点から含フッ素重
合体により成る繊維から構成される織布の形態である事
が好ましく、特にポリテトラフルオロエチレンから成る
平織織布が好適である。更に、特に好ましい形態として
は例えば、特公昭56−17216号公報に開示されて
いるポリテトラフルオロエチレンから成る高強度多孔質
シートをテープ上にスリットしたテープヤーン、もしく
は特開平2−127509号公報に開示されているポリ
テトラフルオロエチレンから成る高度に配向した非多孔
質モノフィラメントの50〜300デニールを使用し、
織り密度が10〜50本/インチの平織構成から成り、
更にその厚みは50〜100μmの範囲で、その開口率
は65%以上であることが好ましい。
In the film of the present invention, a reinforcing material may be present in the film to impart strength and dimensional stability. Such a reinforcing material is preferably in the form of a woven fabric composed of fibers made of a fluoropolymer from the viewpoint of long-term heat resistance and chemical resistance, and a plain woven fabric made of polytetrafluoroethylene is particularly preferred. . Further, as a particularly preferred form, for example, a tape yarn obtained by slitting a high-strength porous sheet made of polytetrafluoroethylene disclosed in JP-B-56-17216 on a tape, or JP-A-2-127509 is disclosed. Using 50-300 denier of highly oriented non-porous monofilaments of the disclosed polytetrafluoroethylene,
A plain weave structure with a weave density of 10 to 50 yarns / inch,
Further, the thickness is preferably in the range of 50 to 100 μm, and the aperture ratio is preferably 65% or more.

【0018】更に該織布には膜の製造工程中補強繊維の
目ズレを防止する目的でUSP4021327号公報及
びUSP4437951号公報に開示されているよう
な、通常犠牲糸と呼ばれる膜の製造工程もしくは電解環
境下で溶出する補助繊維を含んでも良い。この補助繊維
は膜の製造工程中、フィルムと一体化する前に溶解して
も良く、或いは溶解せずに一体化しても良い。該織布は
一般にイオン不透過性であり、その開口率(織布組織の
全面積に対するウインド(繊維間間隙)の合計面積を百
分率で表示したもの)により電解電圧が大きく左右さ
れ、可能な限り開口率が大きい事が好ましい。補強材の
開口率は使用する補強用繊維(強化糸)の太さ(厳密に
は繊維の幅)及び織り密度により決定され、補強効果を
高めようとした場合は開口率が小さくなり、逆に開口率
を大きくしようとした場合は補強効果が不十分になる。
本発明において用いられる強化糸のみの開口率が65%
以下の場合は膜の電解電圧の上昇はもちろんの事である
が、同時に強化糸により区切られたウインド部の実質電
流密度が高くなり、陽極液の不純物レベルによっては電
流効率の低下を招く場合があり好ましくない。開口率の
上限は補強効果、織布の製織性から85%程度である。
Further, in order to prevent misalignment of the reinforcing fibers during the production process of the membrane, the production process of a membrane usually called a sacrificial yarn, as disclosed in US Pat. No. 4,213,327 and US Pat. It may contain auxiliary fibers that elute in the environment. This auxiliary fiber may be dissolved before being integrated with the film during the production process of the membrane, or may be integrated without being dissolved. The woven fabric is generally ion-impermeable, and its open area ratio (total area of the window (inter-fiber gap) with respect to the entire area of the woven fabric expressed as a percentage) greatly affects the electrolytic voltage. It is preferable that the aperture ratio is large. The opening ratio of the reinforcing material is determined by the thickness (strictly, the width of the fiber) and the weaving density of the reinforcing fibers (reinforcing yarns) to be used. If an attempt is made to increase the aperture ratio, the reinforcing effect becomes insufficient.
The opening ratio of only the reinforcing yarn used in the present invention is 65%.
In the following cases, of course, the electrolytic voltage of the membrane increases, but at the same time, the substantial current density of the window section separated by the reinforcing yarn increases, and depending on the impurity level of the anolyte, the current efficiency may decrease. There is not preferred. The upper limit of the opening ratio is about 85% in view of the reinforcing effect and the weaving property of the woven fabric.

【0019】補強材は膜中のどこの位置に存在してもよ
いが、含フッ素重合体層A側の面に存在させ、補強材の
外側に更に含フッ素重合体Aからなる補強材保護層を設
けることが好ましい。この層には含フッ素重合体Aを構
成するモノマーと同じものが使用できる。この層を設け
ることにより、補強材の剥離が防止され、特に膜の引裂
強度が向上する。この層のイオンクラスターの径と数
は、含フッ素重合体Aのそれと同じ範囲でも異なった範
囲でもよい。同じ範囲の場合は、この層は含フッ素重合
体Aの一部として働く。補強材保護層の厚みは5〜30
μが好ましい。
The reinforcing material may be present at any position in the film. However, the reinforcing material is present on the surface on the side of the fluoropolymer layer A, and the reinforcing material protective layer made of the fluoropolymer A is provided outside the reinforcing material. Is preferably provided. In this layer, the same monomers as those constituting the fluoropolymer A can be used. By providing this layer, peeling of the reinforcing material is prevented, and in particular, the tear strength of the film is improved. The diameter and number of ion clusters in this layer may be the same as or different from those of the fluoropolymer A. In the same range, this layer functions as a part of the fluoropolymer A. The thickness of the reinforcing material protective layer is 5 to 30.
μ is preferred.

【0020】本発明の膜の製法は公知の技術、例えば熱
プレス成型、ロール成型、押出成型等により可能であ
る。特に好ましい方法としては、含フッ素重合体層B
(第1層)と含フッ素重合体層A(第2層)を共押出法
によりフィルム化する(以後、複合フィルムX)。ま
た、補強材保護層(第3層)は単層押出法にてフィルム
化する。次に、例えば特開昭56−99234により開
示されている加熱源及び真空源を有し、その表面に多数
の細孔を有する平板又はドラム上に透気性を有する耐熱
性の離型紙を介して第3層フィルム、カレンダーした補
強材織布、第2層側を補強材織布側に向けた複合フィル
ムXをこの順に積層し、各ポリマーが溶融する温度下で
減圧により、各層間の空気を除去しながら一体化する方
法である。ここで第1層と第2層を共押出することは界
面の接着強度を高めることに寄与している。又、減圧下
で一体化する方法は加圧プレス法に比べて補強材上の第
2層の厚みが大きくなる特徴を有する。
The film of the present invention can be produced by a known technique, for example, hot press molding, roll molding, extrusion molding and the like. As a particularly preferred method, the fluoropolymer layer B
The (first layer) and the fluoropolymer layer A (second layer) are formed into a film by a coextrusion method (hereinafter, composite film X). The reinforcing material protective layer (third layer) is formed into a film by a single-layer extrusion method. Next, for example, a heating source and a vacuum source disclosed in JP-A-56-99234, which are provided on a flat plate or a drum having a large number of pores on the surface thereof through a heat-resistant release paper having air permeability. The third layer film, the calendered reinforcing material woven fabric, and the composite film X with the second layer side facing the reinforcing material woven fabric are laminated in this order, and the air between the layers is depressurized at a temperature at which each polymer melts. It is a method of integrating while removing. Here, co-extrusion of the first layer and the second layer contributes to increasing the adhesive strength at the interface. Further, the method of integrating under reduced pressure has a feature that the thickness of the second layer on the reinforcing material is larger than that of the pressure pressing method.

【0021】一体化した積層物を加水分解してイオン交
換膜とする方法は公知の条件にて可能である。好ましい
方法の一例として、特開平1−140987に開示され
ているような水溶性有機化合物とMOH(M=アルカリ
金属)を用いた加水分解法がある。上記の手法で得られ
た電解膜は、必要に応じて陰極側表面及び陽極側表面に
ガス付着防止のための無機物コーティング層を有しても
良い。該コーティング層は公知の方法にて実施すること
が可能であり、例えば特開平3−137136に開示さ
れている特定の無機酸化物の微細粒子をバインダーポリ
マー溶液に分散した液をスプレーにより塗布する方法が
好適である。
The method of hydrolyzing the integrated laminate to form an ion-exchange membrane can be performed under known conditions. As an example of a preferred method, there is a hydrolysis method using a water-soluble organic compound and MOH (M = alkali metal) as disclosed in JP-A-1-140987. The electrolytic film obtained by the above method may have an inorganic coating layer on the cathode side surface and the anode side surface for preventing gas adhesion as required. The coating layer can be formed by a known method, for example, a method disclosed in JP-A-3-137136 in which fine inorganic oxide fine particles are dispersed in a binder polymer solution and applied by spraying. Is preferred.

【0022】本発明による膜を用いる食塩電解プロセス
条件としては陽極室の塩水濃度を180〜215g/
l、好ましくは185〜205g/lとし、更に陰極液
の濃度を28〜35%、好ましくは30〜33%とし、
1〜6kA/m2の電流密度、及び70〜90℃の電解
条件が採用される。電解槽の型式、給電方式、或いは電
極の型式は今日開示され用いられている全てに適用する
ことができるが、特に本発明の膜はファイナイトギャッ
プからゼロギャップの電極配置まで幅広く有利に用いら
れる。
The salt electrolysis process conditions using the membrane according to the present invention are as follows.
1, preferably 185 to 205 g / l, and the concentration of the catholyte is 28 to 35%, preferably 30 to 33%,
A current density of 1-6 kA / m 2 and electrolysis conditions of 70-90 ° C. are employed. Although the type of electrolytic cell, the type of power supply, or the type of electrode can be applied to all disclosed and used today, the membrane of the present invention is particularly advantageously used widely from a fine gap to a zero gap electrode arrangement. .

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】以下、実施例、比較例を挙げさら
に具体的に説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples and comparative examples.

【0024】[0024]

【実施例1】CF2=CF2とCF2=CFOCF2CF
(CF3)OCF2CF2COOCH3の共重合体で等量重
量1250のポリマー(C)、及びCF2=CF2とCF
2=CFOCF2CF(CF3)OCF2CF2SO2Fの共
重合体で等量重量1020のポリマー(D)、及びポリ
マー(D)と同じ構造で等量重量950のポリマー
(E)を準備し、押出機、単層用Tダイによりそれぞれ
厚み100μmのフィルムを得た。
Embodiment 1 CF 2 = CF 2 and CF 2 = CFOCF 2 CF
(CF 3 ) OCF 2 CF 2 COOCH 3 copolymer (C) having an equivalent weight of 1250, and CF 2 = CF 2 and CF
2 = CFOCF 2 CF (CF 3 ) OCF 2 CF 2 SO 2 F copolymer (D) having an equivalent weight of 1020, and polymer (E) having an equivalent weight of 950 having the same structure as polymer (D). The film was prepared, and a film having a thickness of 100 μm was obtained using an extruder and a single layer T-die.

【0025】これらのフィルムをジメチルスルホキシド
(DMSO)30wt%、水酸化カリウム(KOH)1
5wt%を含む水溶液中で75℃の温度で45分間加水
分解し、水洗後85℃の0.5N水酸化ナトリウム(N
aOH)で交換基をNa型に変換し、最後に25℃の2
%重曹(NaHCO3)で平衡処理を行った。これらの
フィルムの小角X線散乱と含水率を測定した結果、カル
ボン酸基を有する等量重量1250のポリマー(C)の
クラスター径は2.75nm、クラスター数は2.2×
1019個/cm3、スルホン酸基を有する等量重量10
20のポリマー(D)のクラスター径は3.80nm、
クラスター数は1.25×1019個/cm3、等量重量
950のポリマー(E)のクラスター径は4.20n
m、クラスター数は0.98×1019個/cm3であっ
た。
These films were prepared by adding 30% by weight of dimethyl sulfoxide (DMSO) and 1% of potassium hydroxide (KOH).
It is hydrolyzed in an aqueous solution containing 5% by weight at a temperature of 75 ° C. for 45 minutes, washed with water, and washed with 0.5N sodium hydroxide at 85 ° C. (N
aOH) to convert the exchange group to the Na form,
An equilibrium treatment was performed with% sodium bicarbonate (NaHCO 3 ). As a result of measuring the small-angle X-ray scattering and the water content of these films, the polymer (C) having an equivalent weight of 1250 and having a carboxylic acid group had a cluster diameter of 2.75 nm and a cluster number of 2.2 ×.
10 19 pieces / cm 3 , equivalent weight with sulfonic acid group 10
The cluster diameter of the polymer (D) of No. 20 is 3.80 nm,
The cluster number of the polymer (E) having a cluster number of 1.25 × 10 19 / cm 3 and an equivalent weight of 950 is 4.20 n.
m, and the number of clusters was 0.98 × 10 19 / cm 3 .

【0026】次に、ポリマー(C)、(D)を使用し、
2台の押出機、共押出用Tダイを備えた装置により、ポ
リマー(C)層の厚みが15μm、(D)層の厚みが7
5μmの2層フィルム(a)を得た。更に、ポリマー
(E)を使用し、単層Tダイにより20μmのフィルム
(b)を得た。強化糸としてポリテトラフルオロエチレ
ン製(PTFE)150デニールのテープヤーン、犠牲
糸として経糸に30デニール6フィラメントのポリエチ
レンテレフタレート(PET)、緯糸に35デニール8
フィラメントのポリエチレンテレフタレート製(PE
T)糸を使用し、強化糸PTFEが16本/吋、犠牲糸
PETがPTFEに対し4倍の64本/吋になるような
平織強化織布を製織した。製織後2本の加熱された金属
ロール間を通して織布の厚みを68μに平滑化した。該
織布のPTFE強化糸のみの開口率は75%であった。
Next, using the polymers (C) and (D),
By using two extruders and an apparatus equipped with a co-extrusion T-die, the thickness of the polymer (C) layer is 15 μm and the thickness of the (D) layer is 7
A 5 μm two-layer film (a) was obtained. Furthermore, using the polymer (E), a 20 μm film (b) was obtained by a single-layer T-die. 150 denier tape yarn made of polytetrafluoroethylene (PTFE) as reinforcing yarn, 30 denier 6 filament polyethylene terephthalate (PET) as sacrificial yarn, and 35 denier 8 as weft yarn
Filament made of polyethylene terephthalate (PE
T) Using a yarn, a plain woven woven fabric was woven so that the reinforcing yarn PTFE was 16 yarns / inch and the sacrificial yarn PET was 64 yarns / inch, four times the PTFE. After weaving, the thickness of the woven fabric was smoothed to 68μ by passing between two heated metal rolls. The opening ratio of only the PTFE reinforcing yarn of the woven fabric was 75%.

【0027】内部に加熱源及び真空源を有し、その表面
に多数の微細孔を有するドラム上に透気性のある離型
紙、フィルム(b)、強化織布、ポリマー(D)が織布
側に面するように2層フィルム(a)を順番に積層し2
30℃の温度及び減圧下で一体化し複合膜を得た。水と
エタノールの50/50重量部の混合溶液に等量重量が
950のCF2=CF2とCF2=CFOCF2CF(CF
3)OCF2CF2SO2Fの共重合体を加水分解してなる
スルホン酸基を有するフッ素系重合体を5wt%溶解さ
せた。その溶液に酸化ジルコニウム20wt%を加え均
一に分散させた懸濁液を得た。この懸濁液を前記複合膜
の両面に塗布し乾燥することにより、金属酸化物層を形
成させた。
[0027] Air-permeable release paper, film (b), reinforced woven fabric, and polymer (D) are placed on the woven fabric side on a drum having a heating source and a vacuum source inside, and having a large number of fine holes on the surface thereof. The two-layer films (a) are sequentially laminated so as to face
The resultant was integrated at a temperature of 30 ° C. under reduced pressure to obtain a composite film. In a mixed solution of a 50/50 parts by weight of water and ethanol equal amounts by weight is 950 CF 2 = CF 2 and CF 2 = CFOCF 2 CF (CF
3 ) 5 wt% of a fluorinated polymer having a sulfonic acid group obtained by hydrolyzing a copolymer of OCF 2 CF 2 SO 2 F was dissolved. A suspension in which 20 wt% of zirconium oxide was added to the solution and uniformly dispersed was obtained. This suspension was applied to both surfaces of the composite film and dried to form a metal oxide layer.

【0028】この膜をジメチルスルホキシド(DMS
O)30wt%、水酸化カリウム(KOH)15wt%
を含む水溶液中で75℃の温度で45分間加水分解し、
水洗後85℃の0.5N水酸化ナトリウム(NaOH)
で交換基をNa型に変換し、最後に25℃の2%重曹
(NaHCO3)で平衡処理を行った。有効通電面積1
dm2、極間1.5mmを有する電解セルを使用し、金
属酸化物層を塗布したイオン交換膜のカルボン酸層側に
陰極を、スルホン酸層側には陽極を配置させ、陽極側に
塩化ナトリウム水溶液を205g/lに調製しつつ供給
し、陰極側のアルカリ濃度を32%に保ちつつ40A/
dm2、温度90℃の条件で電解を行った。この結果、
電解開始10日後の電流効率は98.0%、極間電圧は
2.96V、生成苛性ソーダ中の食塩濃度は50%換算
で20ppmであり、30日間安定に推移した。電解使
用後膜を観察したが異常は認められなかった。
This membrane is made of dimethyl sulfoxide (DMS)
O) 30 wt%, potassium hydroxide (KOH) 15 wt%
Is hydrolyzed at a temperature of 75 ° C. for 45 minutes in an aqueous solution containing
After washing with water 0.5N sodium hydroxide (NaOH) at 85 ° C
The exchange group was converted into Na type by means of, and finally an equilibrium treatment was carried out with 2% sodium bicarbonate (NaHCO 3 ) at 25 ° C. Effective energizing area 1
Using an electrolytic cell having a dm 2 of 1.5 mm between the electrodes, a cathode was placed on the carboxylic acid layer side of the ion exchange membrane coated with the metal oxide layer, an anode was placed on the sulfonic acid layer side, and chloride was placed on the anode side. A sodium aqueous solution was supplied while being adjusted to 205 g / l, and 40 A / A while maintaining the alkali concentration on the cathode side at 32%.
Electrolysis was performed at dm 2 and a temperature of 90 ° C. As a result,
Ten days after the start of the electrolysis, the current efficiency was 98.0%, the voltage between electrodes was 2.96 V, and the salt concentration in the produced caustic soda was 20 ppm in terms of 50%, which was stable for 30 days. The membrane was observed after electrolysis, but no abnormality was observed.

【0029】[0029]

【実施例2】カルボン酸基を有するCF2=CF2とCF
2=CFOCF2CF(CF3)OCF2CF2COOCH3
の共重合体で等量重量1320のポリマー(F)、及び
CF2=CF2とCF2=CFOCF2CF(CF3)OC
2CF2SO2Fの共重合体で等量重量1020のポリ
マー(D)、及びポリマー(D)と同じ構造で等量重量
950のポリマー(E)を準備し、押出機、単層用Tダ
イによりそれぞれ厚み100μmのフィルムを得た。
EXAMPLE 2 CF 2 having a carboxylic acid group = CF 2 and CF
2 = CFOCF 2 CF (CF 3 ) OCF 2 CF 2 COOCH 3
And a polymer (F) having an equivalent weight of 1320 and CF 2 CF 2 and CF 2 CFCFOCF 2 CF (CF 3 ) OC
A polymer (D) having an equivalent weight of 1020 as a copolymer of F 2 CF 2 SO 2 F, and a polymer (E) having an equivalent weight of 950 having the same structure as the polymer (D) are prepared. Films each having a thickness of 100 μm were obtained by a T-die.

【0030】これらのフィルムをジメチルスルホキシド
(DMSO)30wt%、水酸化カリウム(KOH)1
5wt%を含む水溶液中で90℃の温度で45分間加水
分解し、水洗後85℃の0.5N水酸化ナトリウム(N
aOH)で交換基をNa型に変換し、最後に25℃の2
%重曹(NaHCO3)で平衡処理を行った。これらの
フィルムの小角X線散乱と含水率を測定した結果、カル
ボン酸基を有する等量重量1320のポリマー(F)の
クラスター径は2.90nm、クラスター数は2.00
×1019個/cm3、スルホン酸基を有する等量重量1
020のポリマー(D)のクラスター径は4.20n
m、クラスター数は0.98×1019個/cm3、等量
重量950のポリマー(E)のクラスター径は4.40
nm、クラスター数は0.84×1019個/cm3であ
った。
These films were prepared by adding 30% by weight of dimethyl sulfoxide (DMSO) and 1% of potassium hydroxide (KOH).
It is hydrolyzed in an aqueous solution containing 5 wt% at a temperature of 90 ° C. for 45 minutes, washed with water, and heated to 85 ° C. with 0.5N sodium hydroxide (N
aOH) to convert the exchange group to the Na form,
The equilibrium treatment at% sodium bicarbonate (NaHCO 3). As a result of measuring the small angle X-ray scattering and the water content of these films, the polymer (F) having a carboxylic acid group and having an equivalent weight of 1320 had a cluster diameter of 2.90 nm and a cluster number of 2.00.
× 10 19 / cm 3 , equivalent weight 1 with sulfonic acid group
020 polymer (D) has a cluster diameter of 4.20 n
m, the number of clusters was 0.98 × 10 19 / cm 3 , and the cluster diameter of the polymer (E) having an equivalent weight of 950 was 4.40.
nm, and the number of clusters was 0.84 × 10 19 / cm 3 .

【0031】次に、ポリマー(F)、(D)を使用し、
2台の押出機、共押出用Tダイを備えた装置により、ポ
リマー(F)層の厚みが15μm、(D)層の厚みが7
5μmの2層フィルム(c)を得た。更に、ポリマー
(E)を使用し、単層Tダイにより20μmのフィルム
(d)を得た。これらフィルムと「実施例1」で使用し
た強化織布を組合せ、同様の条件で複合膜を得た。更
に、「実施例1」と同じく表面に金属酸化物層を形成し
た。この膜をジメチルスルホキシド(DMSO)30w
t%、水酸化カリウム(KOH)15wt%を含む水溶
液中で90℃の温度で45分間加水分解し、水洗後85
℃の0.5N水酸化ナトリウム(NaOH)で交換基を
Na型に変換し、最後に25℃の2%重曹(NaHCO
3)で平衡処理を行った。この膜を「実施例1」と同様
の電解セル、電解条件で電解したところ、電解開始10
日後の電流効率は98.0%、極間電圧は2.96V、
生成苛性ソーダ中の食塩濃度は50%換算で20ppm
であり、30日間安定に推移した。電解使用後膜を観察
したが異常は認められなかった。
Next, using the polymers (F) and (D),
By using two extruders and an apparatus equipped with a co-extrusion T-die, the thickness of the polymer (F) layer was 15 μm and the thickness of the (D) layer was 7
A two-layer film (c) of 5 μm was obtained. Furthermore, using the polymer (E), a film (d) of 20 μm was obtained by a single-layer T-die. These films were combined with the reinforced woven fabric used in "Example 1" to obtain a composite film under the same conditions. Further, a metal oxide layer was formed on the surface as in "Example 1". This membrane is dimethylsulfoxide (DMSO) 30w
hydrolyzed at 90 ° C. for 45 minutes in an aqueous solution containing 0.1% by weight and 15% by weight of potassium hydroxide (KOH).
The exchange group was converted to Na form with 0.5N sodium hydroxide (NaOH) at 25 ° C, and finally 2% sodium bicarbonate (NaHCO) at 25 ° C.
The equilibrium treatment was performed in 3 ). When this film was electrolyzed under the same electrolysis cell and electrolysis conditions as in "Example 1," electrolysis was started.
After 9 days, the current efficiency is 98.0%, the voltage between contacts is 2.96V,
The salt concentration in the produced caustic soda is 20 ppm in 50% conversion.
And remained stable for 30 days. The membrane was observed after electrolysis, but no abnormality was observed.

【0032】[0032]

【実施例3】CF2=CF2とCF2=CFOCF2CF
(CF3)OCF2CF2COOCH3の共重合体で等量重
量1250のポリマー(C)、及びCF2=CF2とCF
2=CFOCF2CF(CF3)OCF2CF2SO2Fの共
重合体で等量重量1020のポリマー(D)、及びポリ
マー(D)と同じ構造で等量重量950のポリマー
(E)を準備し、押出機、単層用Tダイによりそれぞれ
厚み100μmのフィルムを得た。
Embodiment 3 CF 2 = CF 2 and CF 2 = CFOCF 2 CF
(CF 3 ) OCF 2 CF 2 COOCH 3 copolymer (C) having an equivalent weight of 1250, and CF 2 = CF 2 and CF
2 = CFOCF 2 CF (CF 3 ) OCF 2 CF 2 SO 2 F copolymer (D) having an equivalent weight of 1020, and polymer (E) having an equivalent weight of 950 having the same structure as polymer (D). The film was prepared, and a film having a thickness of 100 μm was obtained using an extruder and a single-layer T-die.

【0033】これらのフィルムを「実施例2」と同様の
条件で加水分解し、最後に25℃の2%重曹(NaHC
3)で平衡処理を行った。これらのフィルムの小角X
線散乱と含水率を測定した結果、カルボン酸基を有する
等量重量1250のポリマー(C)のクラスター径は
3.05nm、クラスター数は1.87×1019個/c
3、スルホン酸基を有する等量重量1020のポリマ
ー(D)のクラスター径は4.20nm、クラスター数
は0.98×1019個/cm3、等量重量950のポリ
マー(E)のクラスター径は4.40nm、クラスター
数は0.84×1019個/cm3であった。
These films were hydrolyzed under the same conditions as in "Example 2", and finally, 2% sodium bicarbonate (NaHC) at 25.degree.
Equilibration was performed with O 3 ). Small angle X of these films
As a result of measuring the light scattering and the water content, the polymer (C) having an equivalent weight of 1250 having a carboxylic acid group has a cluster diameter of 3.05 nm and a number of clusters of 1.87 × 10 19 / c.
Cluster of polymer (D) having an equivalent weight of 1020 having m 3 and a sulfonic acid group, a cluster diameter of 4.20 nm, a number of clusters of 0.98 × 10 19 / cm 3 , and a cluster of polymer (E) having an equivalent weight of 950 The diameter was 4.40 nm, and the number of clusters was 0.84 × 10 19 / cm 3 .

【0034】次に、ポリマー(C)、(D)を使用し、
2台の押出機、共押出用Tダイを備えた装置により、ポ
リマー(C)層の厚みが15μm、(D)層の厚みが7
5μmの2層フィルム(e)を得た。更に、ポリマー
(E)を使用し、単層Tダイにより20μmのフィルム
(f)を得た。これらフィルムと「実施例1」で使用し
た強化織布を組合せ、同様の条件で複合膜を得た。更
に、「実施例1」と同じく表面に金属酸化物層を形成し
た。この膜を「実施例2」と同様に加水分解し、25℃
の2%重曹(NaHCO3)で平衡処理を行った。この
膜を「実施例1」と同様の電解セル、電解条件で電解し
たところ、電解開始10日後の電流効率は97.5%、
極間電圧は2.93V、生成苛性ソーダ中の食塩濃度は
50%換算で30ppmであり、30日間安定に推移し
た。電解使用後膜を観察したが異常は認められなかっ
た。
Next, using the polymers (C) and (D),
By using two extruders and an apparatus equipped with a co-extrusion T-die, the thickness of the polymer (C) layer is 15 μm and the thickness of the (D) layer is 7
A 5 μm two-layer film (e) was obtained. Further, using the polymer (E), a 20 μm film (f) was obtained by a single-layer T-die. These films were combined with the reinforced woven fabric used in "Example 1" to obtain a composite film under the same conditions. Further, a metal oxide layer was formed on the surface as in "Example 1". This membrane was hydrolyzed in the same manner as in "Example 2"
2% sodium bicarbonate (NaHCO 3 ). When this film was electrolyzed under the same electrolysis cell and electrolysis conditions as those of “Example 1,” the current efficiency 10 days after the start of electrolysis was 97.5%,
The voltage between the electrodes was 2.93 V, and the sodium chloride concentration in the produced caustic soda was 30 ppm in terms of 50%, which was stable for 30 days. The membrane was observed after electrolysis, but no abnormality was observed.

【0035】[0035]

【比較例】カルボン酸基を有するCF2=CF2とCF2
=CFOCF2CF(CF3)OCF2CF2COOCH3
の共重合体で等量重量1070のポリマー(G)、及び
CF2=CF2とCF2=CFOCF2CF(CF3)OC
2CF2SO2Fの共重合体で等量重量1020のポリ
マー(D)、及びポリマー(D)と同じ構造で等量重量
950のポリマー(E)を準備し、押出機、単層用Tダ
イによりそれぞれ厚み100μmのフィルムを得た。
[Comparative Example] CF 2 having a carboxylic acid group = CF 2 and CF 2
= CFOCF 2 CF (CF 3 ) OCF 2 CF 2 COOCH 3
(G) having a copolymer weight of 1070 and CF 2 = CF 2 and CF 2 = CFOCF 2 CF (CF 3 ) OC
A polymer (D) having an equivalent weight of 1020 as a copolymer of F 2 CF 2 SO 2 F, and a polymer (E) having an equivalent weight of 950 having the same structure as the polymer (D) are prepared. Films each having a thickness of 100 μm were obtained by a T-die.

【0036】これらのフィルムを「実施例2」と同様の
条件で加水分解し、最後に25℃の2%重曹(NaHC
3)で平衡処理を行った。これらのフィルムの小角X
線散乱と含水率を測定した結果、カルボン酸基を有する
等量重量1070のポリマー(G)のクラスター径は
3.70nm、クラスター数は1.30×1019個/c
3、スルホン酸基を有する等量重量1020のポリマ
ー(D)のクラスター径は4.20nm、クラスター数
は0.98×1019個/cm3、等量重量950のポリ
マー(E)のクラスター径は4.40nm、クラスター
数は0.84×1019個/cm3であった。次に、ポリ
マー(G)、(D)を使用し、2台の押出機、共押出用
Tダイを備えた装置により、ポリマー(G)層の厚みが
25μm、(D)層の厚みが75μmの2層フィルム
(g)を得た。更に、ポリマー(E)を使用し、単層T
ダイにより20μmのフィルム(h)を得た。これらフ
ィルムと「実施例1」で使用した強化織布を組合せ、同
様の条件で複合膜を得た。更に、「実施例1」と同じく
表面に金属酸化物層を形成した。
These films were hydrolyzed under the same conditions as in "Example 2", and finally, 2% sodium bicarbonate (NaHC) at 25.degree.
Equilibration was performed with O 3 ). Small angle X of these films
As a result of measuring the line scattering and the water content, the polymer (G) having an equivalent weight of 1070 and having a carboxylic acid group had a cluster diameter of 3.70 nm and a number of clusters of 1.30 × 10 19 / c.
Cluster of polymer (D) having an equivalent weight of 1020 having m 3 and a sulfonic acid group, a cluster diameter of 4.20 nm, a number of clusters of 0.98 × 10 19 / cm 3 , and a cluster of polymer (E) having an equivalent weight of 950 The diameter was 4.40 nm, and the number of clusters was 0.84 × 10 19 / cm 3 . Next, using the polymers (G) and (D), the thickness of the polymer (G) layer was 25 μm and the thickness of the (D) layer was 75 μm by an apparatus equipped with two extruders and a co-extrusion T-die. (G) was obtained. Further, using the polymer (E), a single layer T
A 20 μm film (h) was obtained by die. These films were combined with the reinforced woven fabric used in "Example 1" to obtain a composite film under the same conditions. Further, a metal oxide layer was formed on the surface as in "Example 1".

【0037】この膜を「実施例2」と同様に加水分解
し、25℃の2%重曹(NaHCO3)で平衡処理を行
った。この膜を「実施例1」と同様の電解セル、電解条
件で電解したところ、電解開始10日後の電流効率は9
6.5%、極間電圧は2.93V、生成苛性ソーダ中の
食塩濃度は50%換算で40ppmであり、30日間安
定に推移した。電解使用後膜を観察したが異常は認めら
れなかった。
This membrane was hydrolyzed in the same manner as in "Example 2" and equilibrated with 2% sodium bicarbonate (NaHCO 3 ) at 25 ° C. When this membrane was electrolyzed under the same electrolysis cell and electrolysis conditions as those in “Example 1,” the current efficiency 10 days after the start of electrolysis was 9
6.5%, the voltage between electrodes was 2.93 V, and the salt concentration in the produced caustic soda was 40 ppm in terms of 50%, which was stable for 30 days. The membrane was observed after electrolysis, but no abnormality was observed.

【0038】[0038]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば食
塩電解において低い電解電圧を達成し、且つ製品苛性ソ
ーダ中の食塩濃度を低くしたイオン交換膜を得ることが
できる。
As described above, according to the present invention, it is possible to obtain an ion exchange membrane which achieves a low electrolysis voltage in salt electrolysis and has a low salt concentration in the product caustic soda.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 スルホン酸基を有する含フッ素重合体層
Aとカルボン酸基を有する含フッ素重合体層Bの少なく
とも二層から成るイオン交換膜において、含フッ素重合
体層Aの厚さが50〜150μm、スルホン酸基が集ま
って形成しているイオンクラスター径が3.5〜4.5
nm、イオンクラスター数が0.8×1019〜1.5×
1019個/cm3であり、含フッ素重合体層Bの厚さが
5〜20μm、カルボン酸基が集まって形成しているイ
オンクラスター径が2.5〜3.2nm、イオンクラス
ター数が1.7×1019〜3.0×1019個/cm3
あることを特徴とするイオン交換膜。
1. An ion exchange membrane comprising at least two layers of a fluorinated polymer layer A having a sulfonic acid group and a fluorinated polymer layer B having a carboxylic acid group, wherein the thickness of the fluorinated polymer layer A is 50 150150 μm, the diameter of an ion cluster formed by collecting sulfonic acid groups is 3.5 to 4.5.
nm, the number of ion clusters is 0.8 × 10 19 to 1.5 ×
10 19 particles / cm 3 , the thickness of the fluoropolymer layer B is 5 to 20 μm, the diameter of ion clusters formed by collecting carboxylic acid groups is 2.5 to 3.2 nm, and the number of ion clusters is 1 An ion-exchange membrane characterized by having a density of 0.7 × 10 19 to 3.0 × 10 19 / cm 3 .
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