JP2006257452A

JP2006257452A - 電解隔膜およびその製造方法

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Publication number: JP2006257452A
Application number: JP2005072825A
Authority: JP
Inventors: Jutaro Kobayashi; 重太郎小林; Satoshi Takamura; 聡高村; Akiyoshi Kishimoto; 明美岸本
Original assignee: Fujimori Kogyo Co Ltd; Tobishima Corp; E&CS Co Ltd
Current assignee: Fujimori Kogyo Co Ltd; Tobishima Corp; E&CS Co Ltd
Priority date: 2005-03-15
Filing date: 2005-03-15
Publication date: 2006-09-28

Abstract

【課題】物理的強度が高く、目詰まりを起こしにくく、薄くて大きなサイズの電解隔膜を廉価にて製造することが可能な電解隔膜およびその製造方法を提供する。
【解決手段】親水性高分子と粉体からなる混和物の成形品５ａを親水性高分子フィルム５ｂと積層してなる電解隔膜５を用いる。本発明の電解隔膜５において、前記粉体は、粘土または粘土鉱物を焼成してなる粉体であることが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、電解槽の陽極と陰極との間に電解隔膜を挟み、陽極と陰極との間に電解電圧を印加して電気分解を行う電気分解法に用いられる電解隔膜に関し、特に水の電気分解に使用する電解隔膜およびその製造方法に関する。

水道水等の原料水を電気分解してアルカリイオン水と酸性イオン水とを生成する電解槽においては、電解槽内を、アルカリイオン水が生成される陰極側の陰極室と、酸性イオン水が生成される陽極側の陽極室とに区画するため、電解隔膜が用いられる。従来、この種の電解隔膜としては、粘土からなるセラミックを主体とするもの（例えば特許文献１）と、イオン交換膜を使用したもの（例えば特許文献２〜４）とがある。
特開平８−２４８６５号公報特開平８−１８７４９２号公報特開２００１−１３７８５０号公報特開２００４−２７５８４１号公報

粘土からなるセラミック製の電解隔膜の場合、素焼きであるため、電解隔膜の製造寸法や形状が焼成釜の大きさによって制約されるため、薄くて大きなサイズの電解隔膜を得ることが難しい上、原料水中の汚れ（例えばカルシウムイオン等）が多い場合、目詰まりを起こしやすいという問題がある。
また、イオン交換膜を使用した電解隔膜の場合、膜自体の物理的強度は弱い上、原料水中の汚れ（例えばカルシウムイオン等）が多い場合、目詰まりを起こしやすいという問題がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、物理的強度が高く、目詰まりを起こしにくく、薄くて大きなサイズの電解隔膜を廉価にて製造することが可能な電解隔膜およびその製造方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は、親水性高分子物質と粉体からなる混和物の成形品を親水性高分子フィルムと積層してなることを特徴とする電解隔膜を提供する。
本発明の電解隔膜において、前記粉体は、粘土または粘土鉱物を焼成してなる粉体であることが好ましい。
前記親水性高分子物質および親水性高分子フィルムを構成する親水性高分子は、ポリビニルアルコール、ポリビニルアルコール誘導体、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリエチレンオキサイド、寒天、澱粉、カゼイン、ゼラチン、アラビアゴム、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、第４級アンモニウム塩構造を有しているアクリル樹脂からなる群より選ばれた一または複数の高分子であることが好ましい。

また、本発明は、高温溶媒中で親水性高分子物質の流動状態を維持しながら粉体と混練して流動性混和物を得、前記流動性混和物を親水性高分子フィルム上に高温流動状態で流し込み、膜状に成形することを特徴とする電解隔膜の製造方法を提供する。
また、本発明は、予め親水性高分子フィルムを円筒状に成形して円筒状または円柱状の軸に巻き付け、前記軸と同心である円筒状の外枠を前記親水性高分子フィルムの外側に配置し、高温溶媒中で親水性高分子物質の流動状態を維持しながら粉体と混練して得た流動性混和物を前記外枠と親水性高分子フィルムとの間に高温流動状態で流し込み、膜状に成形することを特徴とする電解隔膜の製造方法を提供する。

本発明の電解隔膜によれば、親水性高分子物質と粉体からなる混和物の成形品を親水性高分子フィルムと積層したので、物理的強度が高く、目詰まりを起こしにくい。従って、薄くて大きなサイズの電解隔膜を廉価にて製造することが可能となる。
本発明の電解隔膜の製造方法によれば、高温溶媒中で親水性高分子物質の流動状態を維持しながら粉体と混練して流動性混和物を得て、前記流動性混和物をに高温流動状態で親水性高分子フィルムと積層して膜状に成形するので、前記流動性混和物からなる膜と親水性高分子フィルムとを容易に貼り合わせることができる。

以下、最良の形態に基づき、図面を参照して本発明を説明する。
図１は、本発明の電解隔膜を使用したイオン水製造装置の第１形態例を示す断面図であり、図２は図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図３および図４は、第１形態例のイオン水製造装置に用いられる平板状の電解隔膜の製造方法を説明する概略図である。

図１に示すように、本形態例のイオン水製造装置１は、電解槽２と、電解槽２内に収容された陽極３、陰極４、および電解隔膜５とを備える。
電解隔膜５は平板状であって、電解槽２の中央部に設けられており、陽極３と陰極４との間で電解槽２内の空間を二室に区画している。以下の説明では、電解槽２内の陽極３側の空間を陽極室６、陰極４側の空間を陰極室７と呼ぶことにする。また、陽極と陰極とを総称して、単に「電極」と呼ぶことがある。

図１には陽極３と陰極４との間に電解隔膜５を１枚挿入した例を図示している。電解槽２を直列または並列に連結したり、電解槽２の長さ又は高さを大きくして、両電極３，４および電解隔膜５の面積を大きくすることにより、イオン水製造装置１の処理能力を向上させることができ、ｐＨの高い（アルカリ性の強い）アルカリイオン水をより短時間で製造することができる。

陽極室６には、補助電解質として水酸化カリウム（ＫＯＨ）、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、炭酸水素ナトリウム（重曹；ＮａＨＣＯ_３）、塩化ナトリウム（食塩；ＮａＣｌ）等の電解質が添加された水溶液（電解液）が収容されている。陽極室６内の電解水の通電性を良好とするため、該電解水の濃度は、例えば１０質量％以上である。

電解槽２の陰極室７側には、原料水を電解槽２内に流入させる入口８および電解槽２内で前記原料水を電気分解して得られるアルカリイオン水を排出する出口９が設けられている。入口８および出口９は、図１に示すように、陰極室７の互いに対向する両側にそれぞれ設けられており、入口８から流入された原料水が陰極室７を通過して出口９から排出されるまでの間に効率よく電気分解を受けることができるように配置されている。
原料水としては、例えば水道水、地下水、冷却水、冷却塔等の補給水、あるいはこれらの濾過水を用いることができる。原料水は、入口８から連続的に供給されており、原料水を電気分解して得られるアルカリイオン水は、出口９から連続的に排出されている。

図２に示すように、本形態例のイオン水製造装置１における陽極３および陰極４は、いずれも矩形状の平板である。図２に示すように、電解槽２内において電極３，４（図２には陰極４のみを示す。）の四方の側縁のうち二方は、電解槽２の内面との間に隙間２ａが設けられている。このため、それぞれの電極３，４の両側で液の流通性が確保される。また、液の流通性を向上するため、電極３，４を格子状としたり、パンチング（多数の貫通穴）を設けることも好ましい。

上述したように、陽極室６には補助電解質を含有する電解水が収容されるので、電解液への金属の溶出を抑制するため、陽極３には耐食性に優れた電極を用いることが望ましい。例えば、白金めっきされた金属電極（例えばチタンなど）を陽極３として用いることが好ましい。
陰極４は、原料水やその電気分解によって得られるアルカリイオン水の腐食性が低いため、陽極３ほど耐食性が要求されるものではなく、水中で使用可能な適宜の電極を用いることができる。比較的入手しやすく廉価である点では、ステンレス鋼板製の金属電極を陰極４として用いることが好ましいが、特に限定されるものではない。

図１に示すように、電解隔膜５は、親水性高分子物質と粉体からなる混和物の成形品５ａを親水性高分子フィルム５ｂと積層してなる積層体である。
電解隔膜５は、電解槽２内において、成形品５ａが陽極３側となり、親水性高分子フィルム５ｂが陰極４側となるように設置されている。
電解隔膜５中、成形品５ａが厚くなると通電抵抗が大きくなるとともに通水性も悪くなるため、成形品５ａの厚さは１０ｍｍ以下とすることが好ましい。
なお、親水性高分子フィルム５ｂは、成形品５ａの両面に積層されていても良い。

前記成形品５ａに用いられる粉体としては、陽イオン交換容量（ＣＥＣ：ＣａｔｉｏｎＥｘｃｈａｎｇｅＣａｐａｃｉｔｙ）を有する粘土または粘土鉱物、もしくは陰イオン交換容量（ＡＥＣ：ＡｎｉｏｎＥｘｃｈａｎｇｅＣａｐａｃｉｔｙ）を有する粘土または粘土鉱物を焼成してなる粉体が好ましい。
具体的には、ＣＥＣを有する粘土または粘土鉱物として、モンモリロナイト、スメクタイト、バーミキュライト、雲母粘土鉱物、緑泥石、タルク、酸性白土等が挙げられる。また、ＡＥＣを有する粘土または粘土鉱物として、カオリン、アロフェン、イモゴライト等が挙げられる。その他に、シラス、シリカヒューム、珪藻土などの鉱物も使用可能である。これらの鉱物は、焼成によりセラミックとなる。

本発明において、粘土または粘土鉱物（以下、「粘土または粘土鉱物」を「粘土等」という場合がある。）の陽イオン交換容量（ＣＥＣ）とは、粘土等の中に外部の溶液中の陽イオンと交換可能に保持されている陽イオン（すなわち「交換性陽イオン」）の総量をいい、陰イオン交換容量（ＡＥＣ）とは、粘土等の中に外部の溶液中の陰イオンと交換可能に保持されている陰イオン（すなわち「交換性陰イオン」）の総量をいう。

ＣＥＣを有する粘土等を焼成してなる粉体の表面は、プラスの電荷を帯びやすい。このため、粉体として、ＣＥＣを有する粘土等を焼成してなる粉体を用いる場合には、表面がマイナスに帯電しやすいＰＶＡ等の親水性高分子と組み合わせるのが、親和性が向上するので好ましい。
また、ＡＥＣを有する粘土等を焼成してなる粉体の表面はマイナスの電荷を帯びやすい。このため、粉体として、ＡＥＣを有する粘土等を焼成してなる粉体を用いる場合には、表面がプラスに帯電しやすい第４級アンモニウム塩構造（例えば、―Ｎ^＋（ＣＨ_３）_３等の第４級アンモニウム基）を有しているアクリル樹脂等の親水性高分子と組み合わせるのが、親和性が向上するので好ましい。

粘土等またはその他の鉱物を焼成してなる粉体の製造方法としては、粒状や板状などの適宜の形状に成形して例えば９００℃程度の温度で焼成し、焼成後に粉末状または顆粒状に破砕して粉体とする方法が挙げられる。
前記粉体は、その最大粒径が成形品５ａの厚さの２／３以下、より好ましくは１／２以下の範囲となるように加工する。これにより、粉体を親水性高分子物質で結合したときに、均一な膜厚の成形品５ａを得ることができる。粉体の最大粒径が多きすぎると、成形品５ａの表面が凹凸になりやすく、好ましくない。

特に、成形品５ａ用の粉体として、モンモリロナイトやスメクタイト等の粘土または粘土鉱物を原料とするセラミックを使用した場合、原料水が陰極４と陽極３との間に流れる直流電流によって電気分解されている間に、わずかではあるが電解隔膜５から粘土等またはこれらからなるセラミックが溶解した状態となる。これら粘土等が溶解した原料水は、陰極４付近で負電荷の増加を促進する傾向をもつ。陰極室７内で原料水が直流電流によって電気分解されるとアルカリイオン水が生成するが、アルカリイオン水中に微量の粘土等が溶解することにより、アルカリイオン水が電気的に安定した状態となる。

前記成形品５ａに用いられる親水性高分子物質としては、成形品５ａに用いられる粉体が、ＣＥＣを有する粘土等を焼成してなる場合には、表面がマイナスに帯電しやすい高分子、例えば、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリビニルアルコール誘導体、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリエチレンオキサイドなどの合成高分子；寒天、澱粉、カゼイン、ゼラチン、アラビアゴムなどの天然高分子；カルボキシメチルセルロース、メチルセルロースなどの半合成高分子からなる群より選ばれた一または複数の高分子を用いることが好ましい。また、成形品５ａに用いられる粉体が、ＡＣＥを有する粘土等を焼成してなる場合には、表面がプラスに帯電しやすい高分子、例えば、第４級アンモニウム塩構造を有しているアクリル樹脂などの合成高分子を用いることが好ましい。
親水性高分子物質としては、成形品５ａの成形温度（例えば８５〜９５℃の高温）では水溶性（水と、溶液またはゾルを形成するもの）および流動性を有する水溶性高分子であり、電気分解動作時の電解隔膜５付近の水温（例えば１０〜４０℃）では水に不溶であって固体膨潤を維持する（すなわち水膨潤性を有する）ものを用意する。

前記親水性高分子物質としてＰＶＡを用いる場合、ＰＶＡのけん化度は９５ｍｏｌ％以上が好ましく、特に９８ｍｏｌ％以上がより好ましい。けん化度が低いＰＶＡは水溶性が高いため、前記成形品５ａの成形後に水中で溶解してしまい、物理的強度に劣るおそれがあるので好ましくない。
前記親水性高分子物質の粘度（ＪＩＳＫ６７２６）は、２０〜７０ｍＰａ・ｓの範囲内（ただし１ｍＰａ・ｓ＝１ｃＰ）が好ましく、特に、２５〜３５ｍＰａ・ｓの範囲内がより好ましい。前記粘度が２０ｍＰａ・ｓ未満であると前記成形品５ａの成形がうまくできないおそれがあり、前記粘度が７０ｍＰａ・ｓを超える場合、粉体と親水性高分子物質との混練の際に撹拌が困難になり、均一な膜ができにくくなるおそれがある。

前記成形品５ａにおいて、粉体と親水性高分子物質との配合比としては、粉体１００質量部に対して親水性高分子物質を５〜１００質量部とする。好ましくは、粉体１００質量部に対して親水性高分子物質１０〜３０質量部とする。前記成形品５ａを成形する際には、例えば溶媒（もしくは分散媒）として水を添加し、さらに例えば８５〜９５℃の高温に加熱して親水性高分子物質の流動性を維持しながら混練する。混練により得られた流動性混和物を成形したのち、成形温度より低い温度（例えば常温）に冷却して乾燥することにより、親水性高分子物質の流動性が低下し、成形品５ａを所望の形状に成形することができる。

前記親水性高分子フィルム５ｂを構成する親水性高分子としては、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリビニルアルコール誘導体、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリエチレンオキサイド、第４級アンモニウム塩構造を有しているアクリル樹脂などの合成高分子；寒天、澱粉、カゼイン、ゼラチン、アラビアゴムなどの天然高分子；カルボキシメチルセルロース、メチルセルロースなどの半合成高分子からなる群より選ばれた一または複数の高分子を用いることが好ましい。
なお、本発明において、ポリビニルアルコール誘導体とは、例えば、ポリビニルアセタール、酢酸ビニル−ビニルアルコール共重合体、ポリビニルベンザールなどの高分子である。ポリビニルアセタールとは、例えば、ポリビニルホルマール、ポリビニルブチラールなどの高分子である。
陽極３と陰極４との間で通電するためには、電解隔膜５を通して電流が流れる必要がある。このため、親水性高分子フィルム５ｂとしては、透水性および水膨潤性を有するとともに、陽イオンおよび／または陰イオンを通過させるフィルムが用いられる。親水性高分子フィルム５ｂは、原料水中の汚れ（例えばカルシウムイオンやそれから生成した水酸化物や硫酸塩等の不溶物（スケールや沈殿））が電解隔膜５に侵入して目詰まりを起こすことを防止する機能を有する。すなわち、イオン水製造装置１において、電解隔膜５は親水性高分子フィルム５ｂが陰極４側となるように設置されているので、原料水中の汚れが前記成形品５ａに到達して目詰まりを起こすことを抑制することができる。従来のセラミック隔膜またはイオン交換膜を用いた電解隔膜の場合、原料水中の目詰まりを起こすため、電解隔膜を長期にわたって使用することが難しかったが、本発明の電解隔膜によれば、親水性高分子フィルム５ｂがスケールや沈殿の侵入を阻止するため、電解隔膜の目詰まりを抑制して長期の使用に供することができる。

親水性高分子フィルム５ｂは、引張強度（ＪＩＳＫ７１２７）が３０〜１００ＭＰａであり、伸度（ＪＩＳＫ７１２７）が２００〜３５０％の範囲であると、電解隔膜５を作製するときに破損しにくく、好ましい。
親水性高分子フィルム５ｂは、良好な電解効率を得るため、透湿度（ＪＩＳＺ０２０８）が３００ｇ／ｍ^２・ｄ以上、１０００ｇ／ｍ^２・ｄ以下であることが好ましい。
親水性高分子フィルム５ｂの透湿度（ＪＩＳＺ０２０８）が３００ｇ／ｍ^２・ｄより低いと電解効率が悪くなり、１０００ｇ／ｍ^２・ｄより高くなると、目詰まり防止の効果が悪くなるおそれがある。
親水性高分子フィルム５ｂの厚さは、薄すぎると電解隔膜５を作製するときに破損しやすく、厚すぎると電解効率を悪くするおそれがある。このため、親水性高分子フィルム５ｂの厚さは、２５〜８０μｍであることが好ましい。

次に、本形態例の電解隔膜５の製造方法について、図３を参照して説明する。
まず、高温溶媒中で親水性高分子物質の流動状態を維持しながら親水性高分子物質と粉体とを混練して流動性混和物２２を調製する。高温溶媒としては例えば水を用いることができ、溶媒と粉体と親水性高分子物質との混合物を例えば８５〜９５℃の高温に加熱することで親水性高分子物質の流動性を維持する。

一方、図３（ａ）に示すように、型枠２１に親水性高分子フィルム５ｂを敷く。型枠２１は、底板２１ａとその周囲に垂直に突設された周壁２１ｂとを備えており、例えばアクリルなどのエラストマーやプラスチックからなるものを用いることができる。
前記流動性混和物２２を図３（ｂ）に示すように型枠２１内で親水性高分子フィルム５ｂ上に流し込む。この状態で流動性混和物２２を乾燥および冷却することにより、型枠２１内で流動性混和物２２が膜状に固化し、親水性高分子フィルム５ｂ上と貼り合わされた成形品５ａとなる。
次に型枠２１を取り外すことにより、図３（ｃ）に示すように、成形品５ａと親水性高分子フィルム５ｂとが積層されてなる平板状の電解隔膜５を得ることができる。
この際、親水性高分子フィルム５ｂの材質は、成形品５ａとの間の接着性をより良くするため、成形品５ａに使用する親水性高分子物質と同系統の親水性高分子とすることが好ましい。例えば、成形品５ａの親水性高分子物質としてポリビニルアルコールまたはその誘導体を使用する場合、親水性高分子フィルム５ｂの材質はポリビニルアルコールまたはその誘導体とすることが好ましい。

また、本形態例の電解隔膜５を連続的に量産する場合には、図４に示すように、圧出機３１を用いて親水性高分子フィルム５ｂ上に流動性混和物２２を連続的に圧出する方法を用いることができる。
図４に示す電解隔膜製造装置３０は、上述の流動性混和物２２を膜状に圧出する圧出機３１と、原反ロール３２から長尺帯状の親水性高分子フィルム５ｂを引き出して水平に搬送する送りローラ３３と、親水性高分子フィルム５ｂおよびこの上に圧出された流動性混和物２２からなる積層体３４を挟み込んで押圧する押圧ローラ３５と、送りローラ３３によって搬送された積層体３４が載置される台３６と、積層体３４を搬送方向に直交する幅方向に切断するギロチンカッター３７とを具備する。

圧出機３１の上部には、流動性混和物２２を投入する投入口３１ａが上向きに開口している。投入口３１ａから投入された流動性混和物２２は、圧出機３１の側部に設けられたヒータ３１ｂによって加熱され、流動状態を維持する。ヒータ３１ｂは、圧出機３１内の流動性混和物２２の温度を検知する温度センサと、この温度センサの出力信号によって電源電流をオン・オフする切替スイッチとを備えており、流動性混和物２２の温度を予め設定された成形温度の範囲内に制御する。
圧出機３１の下部には、流動性混和物２２を圧出する押出口３１ｃが下向きに開口している。押出口３１ｃは、図４の紙面の垂直な方向に延びるスリット状になっており、流動性混和物２２を膜状に成形することができる。

親水性高分子フィルム５ｂの先端は予め圧出機３１の押出口３１ｃの真下を通り、押圧ローラ３５の間を通して、送りローラ３３に挟み込んでおく。送りローラ３３を回転駆動することにより、親水性高分子フィルム５ｂが原反ロール３２から次々と引き出され、送りローラ３３よりも搬送方向の下流側に配置された台３６上に繰り出される。

圧出機３１の押出口３１ｃから流動性混和物２２を膜状に成形して押し出すと、膜状の流動性混和物２２が親水性高分子フィルム５ｂ上に積層され、積層体３４となる。押圧ローラ３５によって積層体３４を幅方向全体にわたって押圧することによって、流動性混和物２２を親水性高分子フィルム５ｂと確実に密着させることができる。流動性混和物２２の押出を開始すると、送りローラ３３の間に親水性高分子フィルム５ｂとともに流動性混和物２２の膜が挟み込まれる。すなわち、流動性混和物２２の膜が送りローラ３３に到達した後は、送りローラ３３は積層体３４を挟み込んで搬送することになる。
送りローラ３３を通過して台３６上に到達された積層体３４は、ギロチンカッター３７によって所定長ごとに切断される。得られた所定長の積層体３４を乾燥することにより、平板状の電解隔膜５が得られる。

本形態例のイオン水製造装置１を用いてアルカリイオン水を製造するには、陽極３と陰極４との間に電解電圧を印加し、陽極室６に電解液を収容した状態で入口８から原料水を連続的に供給する。すると、原料水が入口８から出口９に向かって流れる間に原料水が電気分解され、アルカリイオン水となる。得られたアルカリイオン水は、出口９から連続的に排出される。
アルカリイオン水は、電気分解の作用により、ｐＨが高くなってアルカリ性を呈する（ｐＨが１２．０以上）とともに、陰極側で還元されて酸化還元電位（ＯＲＰ）が低い状態（ＯＲＰが−２００ｍＶ以下）となる。このため、脂質やタンパク質を分解する洗浄力や殺菌力、抗酸化作用など、種々の優れた機能を発揮することができる。

以上説明したように、本形態例の電解隔膜５によれば、親水性高分子物質と粉体からなる混和物の成形品５ａを親水性高分子フィルム５ｂと積層したので、廉価に製造することが可能である上、物理的強度が高く、目詰まりを起こしにくい。従って長期使用が可能であるため、イオン水製造装置のメンテナンスが容易になる。

本形態例のイオン水製造装置１は、原料水の電気分解によってアルカリイオン水を連続的に製造することが可能なので、例えば、圧延した金属や金属製金型の脱脂、チラーやクーリングタワー等の水循環系装置における維持管理（循環水の浄化）、温泉やプールの殺菌等の用途に利用することができる。アルカリイオン水のＯＲＰは、生成直後には−７００〜−８００ｍＶ程度あるが、２４時間後に−１００〜−３００ｍＶ程度に低下（絶対値の低下）してしまう。従って、生成したアルカリイオン水を貯えて使用するよりも、アルカリイオン水を連続的に生成して直ちに使用するほうが、高い効果が期待できる。

次に、本発明の電解隔膜の他の例について説明する。
図５は、本発明の電解隔膜を使用したイオン水製造装置の第２形態例を示す断面図であり、図６は図５のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。図７は、第２形態例のイオン水製造装置に用いられる円筒状の電解隔膜を示す斜視図であり、図８は、円筒状の電解隔膜の製造方法の例を説明する概略図である。

本形態例のイオン水製造装置５１は、電解槽５２と、電解槽５２内に収容された陽極５３、陰極５４、および電解隔膜５５とを備える。
図７に示すように、本形態例における電解隔膜５５は円筒状であって、電解隔膜５５の両端には円板状の端面部材５６，５６が設けられている。それぞれの端面部材５６，５６の中央部には管５６ａが延出されており、これらの管５６ａは、それぞれ電解槽５２の入口５７または出口５８に連結されている。

図５，図６に示すように、陰極５４は電解隔膜５５より小径の円筒状をなし、入口５７側の端面部材５６を通して電解槽５２の外側から電解隔膜５５内に挿入されている。
また、陽極５３は電解隔膜５５より大径の円筒状をなし、電解隔膜５５の外側に配設されている。陽極５３には、電解槽５２の外側に設けられる電源（図示略）と接続されたリード線（図示略）が接続されている。

入口５７、入口５７側の端面部材５６、電解隔膜５５、出口５８側の端面部材５６、および出口５８は、この順で水密に連結されており、入口５７から流入した原料水は、電解隔膜５５の内部空間を通過して出口５８から排出されるように導かれる。すなわち、電解隔膜５５の内側は、原料水が流通する陰極室５９となっており、電解隔膜５５の外側は、補助電解質を含有する電解液が収容された陽極室６０となっている。
原料水および電解液は、第１形態例のイオン水製造装置１で説明したものと同様であり、重複する説明は省略する。

上述したように、陽極室６０には補助電解質を含有する電解水が収容されるので、電解液への金属の溶出を抑制するため、陽極５３には耐食性に優れた電極を用いることが望ましい。例えば、白金めっきされた金属電極（例えばチタンなど）を陽極５３として用いることが好ましい。
陰極５４は、原料水やその電気分解によって得られるアルカリイオン水の腐食性が低いため、陽極５３ほど耐食性が要求されるものではなく、水中で使用可能な適宜の電極を用いることができる。比較的入手しやすく廉価である点では、ステンレス鋼板製の金属電極を陰極５４として用いることが好ましいが、特に限定されるものではない。
電極５３，５４は、電極５３，５４の内側と外側との間で液の流通性を確保するため、格子状やパンチング（多数の貫通穴）を設けることが好ましい。

図５，図６に示すように、電解隔膜５５は、筒状の親水性高分子フィルム５５ｂの外側に、親水性高分子物質と粉体からなる混和物の成形品５５ａが設けられてなる積層体である。すなわち、電解隔膜５５は、成形品５５ａが陽極５３側となり、親水性高分子フィルム５５ｂが陰極５４側となるように構成されている。
電解隔膜５５において、成形品５５ａが厚くなると通電抵抗が大きくなるとともに通水性も悪くなるため、成形品５５ａの厚さは１０ｍｍ以下とすることが好ましい。
成形品５５ａおよび親水性高分子フィルム５５ｂについては、第１形態例の電解隔膜５の成形品５ａおよび親水性高分子フィルム５ｂと同様の構成を採用することができるので、重複する説明を省略する。

次に、本形態例の電解隔膜５５の製造方法について、図８を参照して説明する。図８の各図（ａ）〜（ｃ）は、円筒状の型枠７０の長手方向に垂直な方向に沿う断面図を示す。
まず、高温溶媒中で親水性高分子物質の流動状態を維持しながら親水性高分子物質と粉体とを混練して流動性混和物２２を調製する。高温溶媒としては例えば水を用いることができ、溶媒と粉体と親水性高分子物質との混合物を例えば８５〜９５℃の高温に加熱することで親水性高分子物質の流動性を維持する。

一方、図８（ａ）に示すように、円筒状または円柱状の軸７１と、この軸７１より直径が大きい円筒状の外枠７２とを備える型枠７０を用意し、予め親水性高分子フィルム５５ｂをヒートシールなどによって円筒状に成形して軸７１に巻き付け、さらに親水性高分子フィルム５５ｂの外側に、隙間７３を介して軸７１と同心となるように外枠７２を配置する。
次に、図８（ｂ）に示すように、高温溶媒中で親水性高分子物質の流動状態を維持しながら粉体と混練して得た流動性混和物２２を外枠７２と親水性高分子フィルム５５ｂとの隙間７３に高温流動状態で流し込み、膜状に成形する。この状態で流動性混和物２２を乾燥および冷却することにより、型枠７０内で流動性混和物２２が膜状に固化し、親水性高分子フィルム５５ｂ上と貼り合わされた成形品５５ａとなる。
次に型枠７０を取り外すことにより、図８（ｃ）に示すように、成形品５５ａと親水性高分子フィルム５５ｂとが積層されてなる円筒状の電解隔膜５５を得ることができる。

本形態例のイオン水製造装置５１を用いてアルカリイオン水を製造するには、陽極５３と陰極５４との間に電解電圧を印加し、陽極室６０に電解液を収容した状態で入口５７から原料水を連続的に供給する。すると、原料水が入口５７から出口５８に向かって流れる間に原料水が電気分解され、上述した性質を備えるアルカリイオン水となる。得られたアルカリイオン水は、出口５８から連続的に排出される。

以上説明したように、本形態例の電解隔膜５５によれば、親水性高分子物質と粉体からなる混和物の成形品５５ａを親水性高分子フィルム５５ｂと積層して円筒状に形成したので、廉価に製造することが可能である上、物理的強度が高く、目詰まりを起こしにくい。従って長期使用が可能であるため、イオン水製造装置のメンテナンスが容易になる。
本形態例のイオン水製造装置５１は、原料水の電気分解によってアルカリイオン水を連続的に製造することが可能なので、第１形態例のイオン水製造装置１と同様に、種々の用途に利用することができる。

（親水性高分子フィルムの合成）
ケン化度９９モル％、平均重合度１７００のポリビニルアルコール１００質量部を、攪拌下に蒸留水９５０質量部に加熱溶解した。ポリビニルアルコール水溶液に、３５質量％濃度の塩酸５質量部を加え、１５℃に冷却した状態で攪拌しつつ４０質量％濃度のホルムアルデヒド水溶液３５質量部を滴下した。その後攪拌下で、３５質量％濃度の塩酸３５質量部を滴下しながら６５℃まで昇温し、３時間その温度を保ち反応を完結させた。反応母液を冷却し、水酸化ナトリウム水溶液で中和した後、水洗し、白色のポリビニルホルマール樹脂を得た。
得られた樹脂を２１０ｍｍ×２１０ｍｍ×６５μｍの型に入れ、熱プレス機を使用してポリビニルホルマールフィルムを得た。

（実施例１の電解隔膜の製造）
図３（ａ）に示すように、上記の通り合成した厚さ６５μｍのポリビニルホルマールフィルム５ｂを２００ｍｍ×２００ｍｍの寸法にカットし、２００ｍｍ×２００ｍｍ×厚さ５ｍｍのアクリル製の型枠２１内に敷いた。８５０℃で焼成したベントナイト（ワイオミング産）５４質量部、ＰＶＡ（ケン化度９９モル％、平均重合度１７００）６質量部、水４０質量部の配合で混合し、加熱混練してなる流動性混和物２２を図３（ｂ）に示すように型枠２１内のポリビニルホルマールフィルム５ｂ上に流し込み、乾燥させることによって図３（ｃ）に示す実施例１の電解隔膜５（寸法は２００ｍｍ×２００ｍｍ×厚さ５ｍｍ）を得た。
なお、ベントナイトとは、モンモリロナイトを主体とする粘土である。

（比較例１の電解隔膜の製造）
８５０℃で焼成したベントナイト（ワイオミング産）５４質量部、ＰＶＡ（ケン化度９９モル％、平均重合度１７００）６質量部、水４０質量部の配合で混合し、加熱混練してなる流動性混和物２２を、２００ｍｍ×２００ｍｍ×厚さ５ｍｍのアクリル製の型枠２１内に流し込み、乾燥させることによって比較例１の電解隔膜（寸法は２００ｍｍ×２００ｍｍ×厚さ５ｍｍ）を得た。

（アルカリイオン水の製造および電解隔膜の評価方法）
図１に示す構成のイオン水製造装置１の電解隔膜として、実施例１の電解隔膜、比較例１の電解隔膜、比較例２の電解隔膜（モンモリロナイトを焼結してなる素焼きのセラミック製の隔膜、寸法は２００ｍｍ×２００ｍｍ×厚さ５ｍｍ）を使用し、電解槽２の陽極室６（陽極３側の空間）に電解液として１％ＫＯＨ水溶液を１リットル入れ、陰極室７（陰極４側の空間）には、入口８から出口９にチラーの冷却水が流速１００ｍｌ／ｍｉｎで流れるように冷却水を流す管を接続した。電極３，４間に常時２．０〜３．０Ａの直流電流を通電し、３ヶ月間、出口９から出る水およびチラー水槽内の水のｐＨおよびＯＲＰを測定した。また、陽極室６内の水の導電率を測定し、この導電率が１０００μＳ／ｃｍ以下になった時点でＫＯＨ１０ｇを追加するという基準で、ＫＯＨを追加した頻度を記録した。

（電解隔膜の評価結果）
上記評価方法による電解隔膜の評価結果を表１にまとめて示す。

表１に示すように、実施例１および比較例１の電解隔膜を用いた場合に、ＯＲＰが低く、還元力の強いアルカリイオン水を継続的に得ることができた。また、実施例１の電解隔膜を用いた場合には、比較例１の電解隔膜を用いた場合よりも陽極室６にＫＯＨを投入した頻度が少なく、電解質の消費量を抑制することができた。このことは、実施例１の電解隔膜のほうが、陽極室６から陰極室７への電解質の漏れを抑制する効果が高いためと考えられる。

また、比較例２の電解隔膜を用いた場合には、通電１ヵ月後経過した辺りから徐々に電解隔膜にスケールが付着し、目詰まりを起こした。それに伴い、ＫＯＨの消費量が少なくなるとともに、電流が流れにくくなったことで、ｐＨが高く、ＯＲＰが低く、還元力の強いアルカリイオン水の供給ができなくなった。

本発明の電解隔膜は、アルカリイオン水の製造等に利用することができる。

本発明の電解隔膜を使用したイオン水製造装置の第１形態例を示す断面図である。図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。（ａ）〜（ｃ）平板状の電解隔膜の製造方法の一例を説明する断面工程図である。平板状の電解隔膜を連続的に製造する装置の概略構成図である。本発明の電解隔膜を使用したイオン水製造装置の第２形態例を示す断面図である。図５のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。第２形態例のイオン水製造装置に用いられる円筒状の電解隔膜を示す斜視図である。円筒状の電解隔膜の製造方法の例を説明する概略図である。

符号の説明

５，５５…電解隔膜、５ａ，５５ａ…成形品、５ｂ，５５ｂ…親水性高分子フィルム、２２…流動性混和物、７１…円筒状または円柱状の軸、７２…円筒状の外枠。

Claims

親水性高分子物質と粉体からなる混和物の成形品を親水性高分子フィルムと積層してなることを特徴とする電解隔膜。
前記粉体は、陽イオン交換容量を有する粘土または粘土鉱物を焼成してなる粉体であることを特徴とする請求項１に記載の電解隔膜。
前記親水性高分子物質および親水性高分子フィルムを構成する親水性高分子は、ポリビニルアルコール、ポリビニルアルコール誘導体、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリエチレンオキサイド、寒天、澱粉、カゼイン、ゼラチン、アラビアゴム、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロースからなる群より選ばれた一または複数の高分子であることを特徴とする請求項１または２に記載の電解隔膜。
前記粉体は、陰イオン交換容量を有する粘土または粘土鉱物を焼成してなる粉体であることを特徴とする請求項１に記載の電解隔膜。
前記親水性高分子物質および親水性高分子フィルムを構成する親水性高分子は、第４級アンモニウム塩構造を有しているアクリル樹脂であることを特徴とする請求項１または４に記載の電解隔膜。
高温溶媒中で親水性高分子物質の流動状態を維持しながら粉体と混練して流動性混和物を得、前記流動性混和物を親水性高分子フィルム上に高温流動状態で流し込み、膜状に成形することを特徴とする電解隔膜の製造方法。
予め親水性高分子フィルムを円筒状に成形して円筒状または円柱状の軸に巻き付け、前記軸と同心である円筒状の外枠を前記親水性高分子フィルムの外側に配置し、高温溶媒中で親水性高分子物質の流動状態を維持しながら粉体と混練して得た流動性混和物を前記外枠と親水性高分子フィルムとの間に高温流動状態で流し込み、膜状に成形することを特徴とする電解隔膜の製造方法。