JP2001335981A - イオン交換膜電解槽用のガスケット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 極液やガスの漏れ防止のシール性を確保し、
大きな変形によるイオン交換膜のしわや損傷の問題を解
消し、かつ長期間に渡る安定した運転を実現して、取り
替え頻度が少なく運転コストの安価な新規なガスケット
を提供する。 【解決手段】 電解槽の交互に配置した室枠とイオン交
換膜の間に介挿するガスケットを、タイプＡデュロメー
ター硬さ計の硬度が８５〜１００の変形抑制ゴム層Ａ
と、室枠及びイオン交換膜に接する層として変形抑制ゴ
ム層の表面及び裏面に相溶固着されかつ硬度が６０〜７
５の易変形ゴム層Ｂとが、積層構造をなすように設け
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、イオン交換膜法の
電解槽に用いられるガスケットに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、イオン交換膜法による食塩電
解については、極室を構成する電解室枠とイオン交換膜
を交互に配列し、油圧あるいはボルトで締め付けたフィ
ルタプレス型電解槽が多く用いられており、運転方式か
ら分類すると、安全性を考慮した自然循環方式の不加圧
式（槽内圧力は０．００５ＭＰａ以下の常圧近く）の装
置と、槽内圧は高い（０．０５ＭＰａ程度）が、配管を
細くでき熱交換設備も小さいなど設備費やランニングコ
ストの低い強制循環方式の加圧式の装置に分かれ、技術
の進歩と共に安全性が確立されて近時においては後者の
加圧式装置が多くなってきている。

【０００３】そして上記電解槽では、電気分解で生成す
る塩素、水素や、苛性ソーダなどが槽外部に漏洩するこ
とを防ぐために、室枠とイオン交換膜の間にガスケット
を介在させてこれを締め付け、液，ガスの漏れを防止し
ており、ガスケットシール圧力は不加圧式では１〜３．
５ＭＰａ程度、加圧式では１．５〜３．５ＭＰａ程度と
されている場合が多く、またこのガスケットには、シー
ル性やクリープ特性の点、あるいは耐食性、コスト等か
らＥＰＤＭゴムやＥＰＭゴムを素材としたものを用いる
場合が一般に多い。

【０００４】ところで、上記ガスケットを締め付けるシ
ール圧力は、上記いずれの型式の電解槽であっても、極
液や生成ガスの槽外部への漏洩を防ぐシール性の確保と
いう観点からは高い方が望ましいが、反面、シール圧力
を高くするとガスケットの変形が大きくなるのでイオン
交換膜の機械的な強度を高くしなければならないとか、
膜の迫り出しによる不具合を解消しなければならないと
いう問題を招く不利がある。特に不加圧式に比べてガス
ケットのシール圧力が高く設定される加圧式の電解槽で
は、高い締め付け力を付与するためにガスケットの変形
はより大きくなるので、問題がより大きくなる。

【０００５】上記方式に替えて、接触する部材とのなじ
み性を向上させることで低いシール圧力で確実なシール
性を確保することも考えられるが、このためにガスケッ
トのゴム硬度を低くすると、ガスケットの迫り出し変形
が大きくなってイオン交換膜にしわを発生させたり、損
傷する問題が大きくなってしまうという不具合がある。
このように、ガスケットの締め付けによるシール性の確
保と、イオン交換膜の損傷防止とは二律背反的な面があ
り、その解決は必ずしも容易ではない。このような問
題、即ち、ガスケットを比較的高い圧力で締め付けて確
実なシール性の確保を図りながら、ガスケットの大きな
変形を抑制してイオン交換膜を損傷する虞れを低減する
という観点から、ガスケットの材質や構造などの改善提
案が従来からあり、例えば、特開昭５５−１６４０８８
号公報、実公昭６２−１４１３０号公報では、ガスケッ
トを補強布で裏打ち（ゴム層でサンドイッチ）する提案
がなされている。

【０００６】これは、易変形性のガスケットの厚みとは
直角な方向（Ｘ，Ｙ方向）の変形し易さを、裏打ち補強
布で拘束して特定方向の変形防止（イオン交換膜の損傷
防止）を図り、厚み方向の変形容易性（シール性の確
保）は裏打ち補強布とは関係せずに確保しようとする提
案である。なおここで補強のための部材が補強布とされ
るのは、ガスケットの柔軟性が補強部材で損なわれるこ
とは適当でないからであり、金属板，プラスチック板等
の剛性の高いものは補強部材として適していない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、繊維布を裏打
ちした上記のガスケットは、実際には補強布を構成する
繊維の選択が難しく、耐久性の点で問題がある。

【０００８】例えば、食塩電解では陽極室に次亜塩素酸
ソーダ、塩素ガス、活性塩素が生ずるため、陽極室を構
成するガスケットの裏打ち補強布の繊維には耐食性に優
れたフッ素系（テトラフルオロエチレン，フッ化ビニリ
デン等）などの熱可塑性樹脂が望ましいが、電解槽の運
転は通常９０〜９５℃の高温で行われるため、これらの
繊維では短時間のうちにクリープを招いたり、ゴムとの
接着性が悪く、繊維を伝わって液が外に漏洩するなど耐
久性の点に難があり、装置の運転時間が短くなってしま
う問題がある。

【０００９】本発明は上記した従来技術の問題を解決す
るためになされたものであって、電解槽の室枠とイオン
交換膜の間に介在されて極液や、生成ガスの漏れを防ぐ
ガスケットのシール性を充分に確保しながら、変形が大
きい場合に特に問題となるイオン交換膜のしわや損傷の
問題を解消し、しかも、上述した補強布の裏打ちの場合
には長期間に渡る安定した運転が実現できないという様
々な問題を解決し、これによって、ガスケット，イオン
交換膜の取り替え頻度を少なくし、ひいては運転コスト
の低減を実現することができる新規なガスケットを提供
することを目的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成する本
願のイオン交換膜電解槽に用いるガスケットの発明は、
以下の（１）ないし（３）のいずれかの構成を有するも
のである。 （１）室枠とイオン交換膜を交互に配置しかつこれら室
枠とイオン交換膜の間にガスケットを介挿して構成され
る電解槽に用いる該ガスケットであって、タイプＡデュ
ロメーター硬さ計の硬度が８５〜１００の変形抑制ゴム
層と、室枠及びイオン交換膜に接する層として前記変形
抑制ゴム層の表面及び裏面に相溶固着されかつ前記硬度
が６０〜７５の易変形ゴム層とが、積層構造をなすこと
を特徴とする。 （２）室枠とイオン交換膜を交互に配置しかつこれら室
枠とイオン交換膜の間にガスケットを介挿して構成され
る電解槽に用いる該ガスケットであって、耐薬品性の短
繊維を内部に配向混合することで厚さ（Ｚ）長手（Ｙ）
幅（Ｘ）としたときの幅（Ｘ）方向に対する変形度合を
上述のように制限した変形抑制ゴム層と、室枠及びイオ
ン交換膜に接する層として前記変形抑制ゴム層の表面及
び裏面に相溶固着されかつ前記硬度が６０〜７５の易変
形ゴム層とが、積層構造をなすことを特徴とする。 （３）室枠とイオン交換膜を交互に配置しかつこれら室
枠とイオン交換膜の間にガスケットを介挿して構成され
る電解槽に用いる該ガスケットであって、前記（２）の
易変形ゴム層をイオン交換膜に接し、幅（Ｘ）方向の変
形度合を前記タイプＡデュロメーター硬さ計の硬度が８
５〜１００の変形抑制ゴムと同じあるようにした耐薬品
性の短繊維を内部に配向混合した前記変形抑制ゴム層を
室枠に接するように積層構造としたことを特徴とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】上記構成の各ゴム層に用いること
ができる材質としては、イソプレンゴム、天然ゴム、ブ
チルゴム、スチレンブタジエンゴム、アクリルニトリル
ブタジエンゴム、ブタジエンゴム、アクリルゴム、クロ
ロプレンゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、ウ
レタンゴム、多硫化ゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴ
ム、エチレンアクリルゴム、エピクロロヒドリンゴム等
が挙げられるが、特にＥＰＤＭゴム、ＥＰＭゴムが好ま
しく用いられる。

【００１２】上記変形抑制ゴム層（以下「Ａ層」とい
う）及び易変形ゴム層（以下「Ｂ層」という）は、未加
硫ゴム（生ゴム）を積層し加硫することでその積層接触
面が相溶して強固に固着一体化するように、相溶性の高
いゴム材、一般的には主成分が同種のゴム材を用いるこ
とが好ましい。特に好ましい組み合わせとしては、例え
ばＡ層、Ｂ層が共にＥＰＭゴム、あるいはＥＰＤＭゴム
を主成分とする場合、またはクロロプレンゴムとクロロ
スルホン化ポリエチレンのように塩素系ポリマー同士、
アクリルニトリルブタジエンゴムとアクリルゴムのよう
なアクリル系ポリマー同士、イソプレンゴム、天然ゴ
ム、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴムといった
ジエン系ゴム等を例示することができる。

【００１３】異種ゴムであっても、相溶化剤（一般的に
は可塑剤）の添加により積層ゴムの相溶性を改善するこ
とができる。

【００１４】積層の態様は、図１に示したように易変形
ゴム層（Ｂ層）−変形抑制ゴム層（Ａ層）−易変形ゴム
層（Ｂ層）のように変形抑制ゴム層を易変形ゴム層（Ｂ
層）でサンドイッチした構成、もしくは図２のように易
変形ゴム層（Ｂ層）−変形抑制ゴム層（Ａ層）の構成等
を例示することができる。図１では一方のＢ層は電極室
枠に接し、もう一方はイオン交換膜に接する。また図２
では基本的にはＢ層はイオン交換膜に接し、Ａ層は電極
室枠に接した構造とすることができるが、イオン交換膜
の表面精度が高い場合にはＡ層，Ｂ層と室枠及びイオン
交換膜の接し方を逆にすることもできる。

【００１５】また、装置規模の大きさによるが、イオン
交換膜及び電極室枠のなじみが悪くシール性を向上させ
る必要がある場合には、図３，図４に示すように、ガス
ケットの表面に突起を設けることができる。なおゴム材
には、上記主成分の他に、補強剤、可塑剤、架橋剤、架
橋助剤、老化防止剤等を必要に応じて配合することが出
来、特に上記（２），（３）の発明のガスケットにおい
てはポリブタジエン、カーボン繊維、ナイロン繊維等の
配合は重要である。

【００１６】上記（１）の発明において、変形抑制ゴム
層のタイプＡデュロメーターの硬さ計で測定した硬度が
８５未満であると、ゴムの変形量が多くなり、変形抑制
効果が減少する。又、易変形ゴム層（Ｂ層）の同硬度が
６０未満であるとゴムの変形量が多くなり、イオン交換
膜の迫り出し量が増加し、場合によっては損傷させる事
態にいたる。反対に７５を越えるとシール性が悪くな
り、極液や生成ガスの漏れが発生し易くなるという問題
を招くので上記の範囲とされる。主成分が同じゴム配合
物の硬度を上記のように異なるようにするためには、例
えば、易変形ゴム層を形成するためのゴム配合物に、カ
ーボンブラック、可塑剤、ポリブタジエン等を配合する
ことで調整できる。

【００１７】上記（１）の発明によれば、ガスケットの
硬度の低い易変形ゴム層（Ｂ層）が接触する室枠やイオ
ン交換膜との間で、その易変形性により高いシール性を
保持することができ、他方、室枠やイオン交換膜とは直
接接触せず、硬度が高くクリープの少ない変形抑制ゴム
層（Ａ層）により、Ｂ層のガスケットの幅方向（Ｘ方
向）の変形を抑制し、イオン交換膜のしわの発生や損傷
を防ぐことができる。しかもこれらの各ゴム層に食塩電
解時に発生する次亜塩素酸ソーダや塩素ガスに対する耐
薬品性に優れた材質のものを用い、しかもこれらの積層
する各ゴム層が、その接触界面で相溶固着性の高いもの
同士を用いることで、機械的強度に優れ、耐久性の高い
ガスケットを得ることができる。

【００１８】なお、この発明において表面及び裏面のゴ
ム層を「易変形性」というのは、変形抑制ゴム層に比べ
て変形し易いという相対的な関係を意味するものであ
り、具体的には上記硬度の数値範囲を満足するものであ
ればよい。

【００１９】上記（２）の発明は、変形抑制ゴム層（Ａ
層）のゴムの材質によらずこれに特定の配合状態となる
ように混合したゴム以外の材料である繊維、一般には短
繊維を利用してゴムの変形性を抑制するようにしたもの
であり、この発明に用いられる短繊維としては、一般的
には耐薬品性に優れ、また電解槽の運転時の温度で容易
にクリープを生じないものを挙げることができるが、短
繊維は個々に独立してゴム層に混入されるので、耐薬品
性よりもむしろ温度によるクリープ発生の少ない点を重
視して選択される。具体的には、カーボン繊維，ナイロ
ン繊維、ガラス繊維等が好ましいものとして例示され
る。繊維長としては、一般的には０．１ｍｍ〜１０ｍ
ｍ、好ましくは０．３ｍｍ〜６ｍｍ程度のものとされ
る。ゴム層に対する配合量は、一般的には１ＰＨＲ〜２
０ＰＨＲ程度とされ、好ましくは３ＰＨＲ〜１５ＰＨＲ
程度である。

【００２０】ガスケットの作製方法にもよるが、１ＰＨ
Ｒよりも配合量が少ないと、変形抑制効果が少なくなる
という問題があり、反対に２０ＰＨＲよりも配合量が多
くなっても変形抑制性に大きな違いはないので上記範囲
が好ましい。

【００２１】また、配合する短繊維は、ガスケットの上
記幅方向（Ｘ方向）に配向されて締め付け力による迫り
出し変形を抑制するものであり、例えば、短繊維をゴム
に混合し、カレンダー分出しする場合、短繊維はカレン
ダーの列理方向に配向し、その性質として列理方向とそ
れと直角方向では圧縮及び引張変形の度合に極端に差が
生ずる。つまり短繊維の列理方向の配向により、列理方
向は変形が小さく、列理方向と直角方向は変形が大きい
性質が発現する。

【００２２】従って、ガスケットを作製する場合、短繊
維をゴムに混合し、カレンダー分出しした材料の列理方
向をガスケットの幅方向（Ｘ方向）になるようにセット
し変形抑制ゴム層（Ａ層）とし、その上下に上記硬度が
６０〜７５の易変形性ゴム層をサンドイッチにして相溶
固着操作（具体的にはガスケット形状の金型を使用し、
プレス成形）をすれば容易に幅方向の変形を抑制された
ガスケットが作製できる。

【００２３】上記（３）の発明は、（１）又は（２）の
発明とは異なり、短繊維を配向混合した変形抑制ゴム層
の上記硬度を低くすることでそのシール性を利用したも
のである。すなわち、前記した変形抑制ゴム層のタイプ
Ａデュロメーター硬さ計で測定した硬度が８５〜１００
のゴムと同じ変形抑制効果があるように短繊維を配向さ
せた変形抑制ゴム層と、同タイプＡデュロメーター硬さ
計で測定した硬度が７５未満（例えば６０〜７５）の易
変形性ゴム層とを作製し、この変形抑制ゴム層と前記易
変形性ゴム層を積層してガスケットを作製したものであ
る。

【００２４】これによって、短繊維を配向させたゴム層
が室枠側に接し、前記易変形性ゴム層をイオン交換膜側
に接するように相溶固着させた積層構造で、シール幅方
向の変形を抑制したガスケットを作製できる。

【００２５】本発明のガスケットは、不加圧式，加圧式
のいずれの電解槽にも用いることができるが、締め付け
力の大きい加圧式の場合により優れた効果を発揮し、更
には、電解槽の一定の稼働期間中において初期の締め付
け状態を変更せずに維持する方式（増し締めしない方
式）よりも、ゴム層（特に易変形性のゴム層）のクリー
プを考慮し、増し締めして一定荷重の締め付け力を維持
する方式（増し締めする方式）の場合に特に優れた効果
を奏する。

【００２６】加圧式でありかつ増し締めする方式の電解
槽において特に本願発明が優れた効果を奏する理由は、
内圧による漏れを防止するため、初期の締め付け圧力を
上げたときに、変形抑制ゴム層の効果により、イオン交
換膜の迫り出し量を減少させ、易変形ゴム層により、イ
オン交換膜等のシール性を維持できるところにある。

【００２７】試験例１ ＥＰＤＭ（住友化学工業社製）を主成分とした下記表１
の配合物に、平均繊維長３ｍｍのカーボン繊維（東邦レ
ーヨン社製）を１０ＰＨＲの割合で練りこみ、１ｍｍ厚
みのシートに分出すと共に、これとは別に、カーボン繊
維を混合しない上記ＥＰＤＭ配合物を２ｍｍ厚みのシー
トに分出して、これらを積層して１７０℃で２０分加硫
し、３ｍｍの積層シートを得た。

【００２８】次にこの積層シートを、カーボン繊維入り
ゴム層の分出し方向が３０ｍｍ、これに直角な方向が８
０ｍｍとなるように裁断して、カーボン繊維入りゴム層
の分出し方向を揃えてこれらが接するようにして二枚を
重ね、試料とした（寸法６ｍｍ×３０ｍｍ×８０ｍ
ｍ）。

【００２９】この試料を厚み方向に４．７ＫＮ（面圧
１．９６ＭＰａ）で圧縮し、カーボン繊維入りゴム層の
接触面の３０ｍｍ分出し方向への迫り出し量を顕微鏡で
読み取り、結果を下記表１に示した。

【００３０】試験例２ 試験例１のカーボン繊維に代えて平均繊維長３ｍｍのナ
イロン繊維（宇部興産社製）を５ＰＨＲの割合で練り込
んだ他は、試験例１と同じにして試料を作製し、同様に
圧縮試験を行って迫り出し量を顕微鏡で読み取り、結果
を下記表１に示した。

【００３１】試験例３ 試験例１のＥＰＤＭを主成分とし、これにシンディオタ
クチック１，２−ポリブタジエン（ＲＢ８１０：日本合
成ゴム社製）を２０ＰＨＲの割合で配合した加硫後硬度
９５の配合物を、１ｍｍ厚みのシートに分出すと共に、
これとは別に、上記シンディオタクチック１，２−ポリ
ブタジエンを混合しない加硫後硬度６５の配合物を１ｍ
ｍ厚みのシートに分出しし、これらを積層して１７０℃
で２０分加硫して、硬度６５の二つのゴム層の間に硬度
９５のゴム層が積層された厚み３ｍｍの積層シートを得
た。

【００３２】次にこの積層シートを、３０ｍｍ×８０ｍ
ｍに裁断して二枚を重ね、試料とした（寸法６ｍｍ×３
０ｍｍ×８０ｍｍ）。

【００３３】この試料について、試験例１と同じ圧縮試
験を行って迫り出し量を顕微鏡で読み取り、結果を下記
表１に示した。

【００３４】比較試験例１ 上記試験例３のＥＰＤＭを主成分とした加硫後硬度６５
の配合物を３ｍｍ厚みのシートに分出しし、１７０℃で
２０分加硫して、硬度６５のゴム層単独の厚み３ｍｍの
シートを得た。次にこの積層シートを、３０ｍｍ×８０
ｍｍに裁断して二枚を重ね、試料とした（寸法６ｍｍ×
３０ｍｍ×８０ｍｍ）。

【００３５】この試料について、試験例１と同じ圧縮試
験を行って迫り出し量を顕微鏡で読み取り、結果を下記
表１に示した。

【００３６】

【表１】

【００３７】

【発明の効果】以上述べたように、本願の（１）〜
（３）の発明は、電解槽の室枠とイオン交換膜の間に介
在されて極液や、ガスの漏れを防ぐガスケットのシール
性を充分に確保しながら、変形が大きい場合に特に問題
となるイオン交換膜のしわや損傷の発生の問題を解消す
ることができるという効果を奏する。

【００３８】また、従来の補強布の裏打ち式のガスケッ
トに比べて、ガスケット，イオン交換膜の取り替え頻度
を少なくすることができるので、長期間に渡る安定した
運転が実現でき、ひいては運転コストの低減を実現でき
る効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明よりなるガスケットの構成概要一例を示
した一部断面図。

【図２】本発明よりなるガスケットの他の構成概要一例
を示した一部断面図。

【図３】本発明よりなるガスケットの更に他の構成概要
一例を示した一部断面図。

【図４】本発明よりなるガスケットの更に他の構成概要
一例を示した一部断面図。

【符号の説明】

Ａ・・・変形抑制ゴム層 Ｂ・・・易変形ゴム層

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 室枠とイオン交換膜を交互に配置しかつ
   これら室枠とイオン交換膜の間にガスケットを介挿して
   構成される電解槽に用いる該ガスケットであって、タイ
   プＡデュロメーター硬さ計の硬度が８５〜１００の変形
   抑制ゴム層と、室枠及びイオン交換膜に接する層として
   前記変形抑制ゴム層の表面及び裏面に相溶固着されかつ
   前記硬度が６０〜７５の易変形ゴム層とが、積層構造を
   なすことを特徴とするイオン交換膜電解槽に用いるガス
   ケット。
2. 【請求項２】 室枠とイオン交換膜を交互に配置しかつ
   これら室枠とイオン交換膜の間にガスケットを介挿して
   構成される電解槽に用いる該ガスケットであって、耐薬
   品性の短繊維を内部に配向混合することで厚み（Ｚ）長
   手（Ｙ）幅（Ｘ）としたときの幅（Ｘ）方向に対する変
   形度合が前記タイプＡデュロメーター硬さ計の硬度が８
   ５〜１００の変形抑制ゴムと同じであるようにした変形
   抑制ゴム層と、室枠及びイオン交換膜に接する層として
   前記変形抑制ゴム層の表面及び裏面に相溶固着されかつ
   前記硬度が６０〜７５の易変形ゴム層とが、積層構造を
   なすことを特徴とするイオン交換膜電解槽に用いるガス
   ケット。
3. 【請求項３】 室枠とイオン交換膜を交互に配置しかつ
   これら室枠とイオン交換膜の間にガスケットを介挿して
   構成される電解槽に用いる該ガスケットであって、耐薬
   品性の短繊維を内部に配向混合することで厚み（Ｚ）長
   手（Ｙ）幅（Ｘ）としたときの幅（Ｘ）方向に対する変
   形度合が前記タイプＡデュロメーター硬さ計の硬度が８
   ５〜１００の変形抑制ゴムと同じあり室枠に接する変形
   抑制ゴム層と、前記硬度が６０〜７５であり前記変形抑
   制ゴム層と相溶固着しイオン交換膜に接する易変形ゴム
   層とが、積層構造をなすことを特徴とするイオン交換膜
   電解槽に用いるガスケット。