JP2018095663A - Ion-exchange membrane - Google Patents

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泰 山木
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ion-exchange membrane for suppressing peeling in a membrane even when used for electrolytically producing tetraalkylammonium hydroxide for a long period of time.SOLUTION: There is provided an ion-exchange membrane used in an electrolysis apparatus for producing tetraalkylammonium hydroxide by electrolysis of a tetraalkylammonium salt, which comprises an inorganic particle layer, a layer (S) containing a fluorine-containing polymer having a sulfonic acid type functional group, a layer (C) containing a fluorine-containing polymer having a carboxylic acid type functional group, and an inorganic particle layer in this order, wherein the layer (C) has an ion exchange capacity of 0.95 meq/g dry resin or more.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、イオン交換膜に関する。   The present invention relates to an ion exchange membrane.

水酸化テトラアルキルアンモニウムは、金属イオンを含まない強塩基性有機化合物として、有機電解の支持電解質、半導体製造工業におけるレジストの現像液等に広く用いられている。
水酸化テトラアルキルアンモニウムの製造方法としては、テトラアルキルアンモニウム塩の電気分解(以後、単に「電解」とも称する)による方法が開示されている(特許文献1)。より具体的には、特許文献1に記載のイオン交換膜で陽極室と陰極室とを区切った電解装置においては、例えば、塩化テトラアルキルアンモニウムを原料とした場合、陽極室では2Cl→Cl+2eで表される塩化物イオンの塩素への酸化が進行し、陰極室では2HO+2e→H+2OHで表される水の水素および水酸化物イオンへの還元が進行するとともに、陽極室よりイオン交換膜を介して移動してきたテトラアルキルアンモニウムイオンとOHとの反応による水酸化テトラアルキルアンモニウムの製造が進行する。
なお、上記特許文献1においては、イオン交換膜として、Nafion(登録商標)N902膜およびN966膜が具体的に開示されている。
Tetraalkylammonium hydroxide is widely used as a supporting electrolyte for organic electrolysis, a resist developer in the semiconductor manufacturing industry, and the like as a strongly basic organic compound not containing metal ions.
As a method for producing tetraalkylammonium hydroxide, a method based on electrolysis of tetraalkylammonium salt (hereinafter also simply referred to as “electrolysis”) is disclosed (Patent Document 1). More specifically, in the electrolytic apparatus in which the anode chamber and the cathode chamber are separated by the ion exchange membrane described in Patent Document 1, for example, when tetraalkylammonium chloride is used as a raw material, 2Cl → Cl 2 in the anode chamber. As the oxidation of chloride ions represented by + 2e proceeds to chlorine, the reduction of water represented by 2H 2 O + 2e → H 2 + 2OH to hydrogen and hydroxide ions proceeds in the cathode chamber, Production of tetraalkylammonium hydroxide proceeds by reaction of tetraalkylammonium ions that have migrated from the anode chamber through the ion exchange membrane and OH .
In Patent Document 1, Nafion (registered trademark) N902 membrane and N966 membrane are specifically disclosed as ion exchange membranes.

特開2001−271193号公報JP 2001-271193 A

一方、近年、生産性向上の点から、イオン交換膜の長時間の使用が求められている。
本発明者らは、特許文献1に記載されるイオン交換膜を用いて上記水酸化テトラアルキルアンモニウムの電解製造を実施したところ、長時間の使用時に、イオン交換膜中に剥がれ(剥離)が生じることを見出した。このような剥がれが生じると、抵抗値の上昇が懸念され、好ましくない。
On the other hand, in recent years, the use of ion exchange membranes for a long time has been demanded from the viewpoint of improving productivity.
When the present inventors performed electrolytic production of the tetraalkylammonium hydroxide using the ion exchange membrane described in Patent Document 1, peeling (peeling) occurs in the ion exchange membrane during long-time use. I found out. When such peeling occurs, there is a concern about an increase in resistance value, which is not preferable.

本発明は、上記実情に鑑みて、水酸化テトラアルキルアンモニウムの電解製造に長時間使用した際にも、膜中での剥がれが抑制されたイオン交換膜を提供することを課題とする。   In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide an ion exchange membrane in which peeling in a membrane is suppressed even when used for an electrolytic production of tetraalkylammonium hydroxide for a long time.

本発明は、以下の構成を有する。
(1) テトラアルキルアンモニウム塩の電気分解によって水酸化テトラアルキルアンモニウムを製造する電解装置に用いられるイオン交換膜であって、
無機物粒子層と、
スルホン酸型官能基を有する含フッ素ポリマーを含む層(S)と、
カルボン酸型官能基を有する含フッ素ポリマーを含む層(C)と、
無機物粒子層と、をこの順で有し、
層(C)のイオン交換容量が0.95ミリ当量/グラム乾燥樹脂以上である、イオン交換膜。
(2) 層(S)中に補強材がさらに配置された、(1)に記載のイオン交換膜。
(3) 層(S)のイオン交換容量が1.0〜2.0ミリ当量/グラム乾燥樹脂であり、
層(C)のイオン交換容量が0.95〜2.05ミリ当量/グラム乾燥樹脂である、(1)または(2)に記載のイオン交換膜。
(4) 層(S)の乾燥時の厚さが50〜200μmであり、
層(C)の乾燥時の厚さが5〜30μmである、(1)〜(3)のいずれかに記載のイオン交換膜。
(5) 補強材が、ポリテトラフルオロエチレンからなる補強糸、ポリフェニレンサルファイドからなる補強糸、ナイロンからなる補強糸、および、ポリプロピレンからなる補強糸からなる群から選ばれる少なくとも1種の補強糸を含む補強布を含む、(1)〜(4)のいずれかに記載のイオン交換膜。
(6) 層(S)が、後述する式(u1)で表される構成単位を有するポリマーを含む、(1)〜(5)のいずれかに記載のイオン交換膜。
(7) 層(S)が、後述する式(u2)で表される構成単位を有するポリマーを含む、(1)〜(6)のいずれかに記載のイオン交換膜。
(8) 層(S)が、後述する式(u3)で表される構成単位を有するポリマーを含む、(1)〜(7)のいずれかに記載のイオン交換膜。
(9) 式(u3)で表される構成単位が、後述する式(u4)で表される構成単位である、(8)に記載のイオン交換膜。
The present invention has the following configuration.
(1) An ion exchange membrane used in an electrolysis apparatus for producing tetraalkylammonium hydroxide by electrolysis of a tetraalkylammonium salt,
An inorganic particle layer;
A layer (S) containing a fluorine-containing polymer having a sulfonic acid type functional group;
A layer (C) containing a fluorine-containing polymer having a carboxylic acid type functional group;
An inorganic particle layer in this order,
An ion exchange membrane in which the ion exchange capacity of the layer (C) is 0.95 meq / g dry resin or more.
(2) The ion exchange membrane according to (1), wherein a reinforcing material is further disposed in the layer (S).
(3) The ion exchange capacity of the layer (S) is 1.0 to 2.0 meq / g dry resin,
The ion exchange membrane according to (1) or (2), wherein the ion exchange capacity of the layer (C) is 0.95 to 2.05 meq / g dry resin.
(4) The dry thickness of the layer (S) is 50 to 200 μm,
The ion exchange membrane according to any one of (1) to (3), wherein the thickness of the layer (C) when dried is 5 to 30 μm.
(5) The reinforcing material includes at least one reinforcing yarn selected from the group consisting of a reinforcing yarn made of polytetrafluoroethylene, a reinforcing yarn made of polyphenylene sulfide, a reinforcing yarn made of nylon, and a reinforcing yarn made of polypropylene. The ion exchange membrane according to any one of (1) to (4), comprising a reinforcing cloth.
(6) The ion exchange membrane according to any one of (1) to (5), wherein the layer (S) contains a polymer having a structural unit represented by the formula (u1) described later.
(7) The ion exchange membrane according to any one of (1) to (6), wherein the layer (S) contains a polymer having a structural unit represented by the formula (u2) described later.
(8) The ion exchange membrane according to any one of (1) to (7), wherein the layer (S) contains a polymer having a structural unit represented by the formula (u3) described later.
(9) The ion exchange membrane according to (8), wherein the structural unit represented by formula (u3) is a structural unit represented by formula (u4) described later.

本発明によれば、水酸化テトラアルキルアンモニウムの電解製造に長時間使用した際にも、膜中での剥がれが抑制されたイオン交換膜を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide an ion exchange membrane in which peeling in the membrane is suppressed even when used for a long time in the electrolytic production of tetraalkylammonium hydroxide.

本発明のイオン交換膜の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the ion exchange membrane of this invention. 本発明のイオン交換膜の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the ion exchange membrane of this invention. 本発明の電解装置の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the electrolyzer of this invention.

以下の用語の定義は、本明細書および特許請求の範囲にわたって適用される。   The following definitions of terms apply throughout this specification and the claims.

「イオン交換膜」とは、イオン交換基を有するポリマーを含む膜である。
「イオン交換基」とは、該基に含まれるイオンの少なくとも一部を、他のイオンに交換しうる基である。下記のカルボン酸型官能基、スルホン酸型官能基等が挙げられる。
「カルボン酸型官能基」とは、カルボン酸基(−COOH)、またはカルボン酸塩基(−COOM。ただし、Mはアルカリ金属または第4級アンモニウム塩基である。)を意味する。
「スルホン酸型官能基」とは、スルホン酸基(−SOH)、またはスルホン酸塩基(−SO。ただし、Mはアルカリ金属または第4級アンモニウム塩基である。)を意味する。
「前駆体膜」とは、イオン交換基に変換できる基を有するポリマーを含む膜である。
「イオン交換基に変換できる基」とは、加水分解処理、酸型化処理等の公知の処理によって、イオン交換基に変換できる基を意味する。
「カルボン酸型官能基に変換できる基」とは、加水分解処理、酸型化処理等の公知の処理によって、カルボン酸型官能基に変換できる基を意味する。
「スルホン酸型官能基に変換できる基」とは、加水分解処理、酸型化処理等の公知の処理によって、スルホン酸型官能基に変換できる基を意味する。
The “ion exchange membrane” is a membrane containing a polymer having an ion exchange group.
The “ion exchange group” is a group that can exchange at least a part of ions contained in the group with other ions. The following carboxylic acid type functional groups, sulfonic acid type functional groups and the like can be mentioned.
The “carboxylic acid type functional group” means a carboxylic acid group (—COOH) or a carboxylic acid group (—COOM 1 , where M 1 is an alkali metal or a quaternary ammonium base).
The “sulfonic acid type functional group” means a sulfonic acid group (—SO 3 H) or a sulfonic acid group (—SO 3 M 2 , where M 2 is an alkali metal or a quaternary ammonium base). To do.
The “precursor membrane” is a membrane containing a polymer having a group that can be converted into an ion exchange group.
The “group that can be converted into an ion exchange group” means a group that can be converted into an ion exchange group by a known treatment such as hydrolysis treatment or acidification treatment.
The “group that can be converted into a carboxylic acid type functional group” means a group that can be converted into a carboxylic acid type functional group by a known process such as hydrolysis or acidification.
The “group that can be converted into a sulfonic acid type functional group” means a group that can be converted into a sulfonic acid type functional group by a known treatment such as hydrolysis or acidification.

「含フッ素ポリマー」とは、分子中にフッ素原子を有する高分子化合物を意味する。
「モノマー」とは、重合反応性の炭素−炭素不飽和二重結合を有する化合物を意味する。
「含フッ素モノマー」とは、分子中にフッ素原子を有するモノマーを意味する。
「構成単位」とは、ポリマー中に存在してポリマーを構成する、モノマーに由来する部分を意味する。例えば、構成単位が炭素−炭素不飽和二重結合を有するモノマーの付加重合により生じる場合、該モノマーに由来する構成単位は、該不飽和二重結合が開裂して生じた2価の構成単位である。また、構成単位は、ある構成単位の構造を有するポリマーを形成した後に、該構成単位を化学的に変換、例えば、加水分解処理して得られた構成単位であってもよい。なお、以下において、場合により、個々のモノマーに由来する構成単位を、そのモノマー名に「単位」を付した名称で記載することがある。
“Fluorine-containing polymer” means a polymer compound having a fluorine atom in the molecule.
“Monomer” means a compound having a polymerization-reactive carbon-carbon unsaturated double bond.
“Fluorine-containing monomer” means a monomer having a fluorine atom in the molecule.
The “structural unit” means a part derived from a monomer that is present in the polymer and constitutes the polymer. For example, when the structural unit is generated by addition polymerization of a monomer having a carbon-carbon unsaturated double bond, the structural unit derived from the monomer is a divalent structural unit generated by cleavage of the unsaturated double bond. is there. Further, the structural unit may be a structural unit obtained by forming a polymer having a structure of a certain structural unit and then chemically converting the structural unit, for example, hydrolyzing the structural unit. In the following, in some cases, a structural unit derived from an individual monomer may be described by a name in which “unit” is added to the monomer name.

「補強材」とは、イオン交換膜の強度を向上させるために用いられる部材を意味する。
「補強布」とは、イオン交換膜の強度を向上させるための補強材の原料として用いられる布を意味する。
「補強糸」とは、補強布を構成する糸であり、補強布をアルカリ性水溶液(例えば、濃度が32質量%の水酸化ナトリウム水溶液)に浸漬しても溶出することのない材料からなる糸である。
「犠牲糸」とは、補強布を構成する糸であり、補強布をアルカリ性水溶液に浸漬したときに、アルカリ性水溶液に溶出する材料からなる糸である。
「溶出孔」とは、犠牲糸がアルカリ性水溶液に溶出した結果、生成する孔を意味する。
“Reinforcing material” means a member used to improve the strength of the ion exchange membrane.
The “reinforcing cloth” means a cloth used as a raw material for a reinforcing material for improving the strength of the ion exchange membrane.
The “reinforcing yarn” is a yarn constituting the reinforcing fabric, and is a yarn made of a material that does not elute even when the reinforcing fabric is immersed in an alkaline aqueous solution (for example, a sodium hydroxide aqueous solution having a concentration of 32% by mass). is there.
The “sacrificial yarn” is a yarn constituting the reinforcing fabric, and is a yarn made of a material that elutes into the alkaline aqueous solution when the reinforcing fabric is immersed in the alkaline aqueous solution.
“Elution hole” means a hole formed as a result of the sacrificial yarn being eluted in an alkaline aqueous solution.

「強化前駆体膜」とは、前駆体膜中に補強材が配置された膜を意味する。   “Strengthened precursor film” means a film in which a reinforcing material is disposed in a precursor film.

以下、本発明のイオン交換膜を図1に基づいて説明するが、本発明は図1の内容に限定されるものではない。   Hereinafter, although the ion exchange membrane of this invention is demonstrated based on FIG. 1, this invention is not limited to the content of FIG.

[イオン交換膜]
本発明のイオン交換膜は、カルボン酸型官能基を有する含フッ素ポリマー(以下、「含フッ素ポリマー(C)」とも言う。)を含む層(以下、「層(C)」とも言う。)、および、スルホン酸型官能基を有する含フッ素ポリマー(以下、「含フッ素ポリマー(S)」とも言う。)を含む層(以下、「層(S)」とも言う。)を有し、補強糸を含む補強材が層(S)の中に配置されている。なお、補強材は、補強糸の他に犠牲糸が含まれていてもよい。また、本発明のイオン交換膜には、犠牲糸の溶出により溶出孔が形成されていてもよい。
なお、補強材は、任意の材料であり、イオン交換膜に含まれていなくてもよい。
[Ion exchange membrane]
The ion exchange membrane of the present invention comprises a layer (hereinafter also referred to as “layer (C)”) containing a fluoropolymer having a carboxylic acid type functional group (hereinafter also referred to as “fluorinated polymer (C)”), And a layer (hereinafter also referred to as “layer (S)”) containing a fluorine-containing polymer having a sulfonic acid type functional group (hereinafter also referred to as “fluorinated polymer (S)”), and a reinforcing yarn. The reinforcing material to be included is arranged in the layer (S). The reinforcing material may include a sacrificial yarn in addition to the reinforcing yarn. In the ion exchange membrane of the present invention, elution holes may be formed by elution of the sacrificial yarn.
The reinforcing material is an arbitrary material and may not be included in the ion exchange membrane.

図1は、本発明のイオン交換膜の一例を示す断面図である。
イオン交換膜1は、イオン交換基を有する含フッ素ポリマーからなる電解質膜10が、補強材20で補強されたものである。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of the ion exchange membrane of the present invention.
The ion exchange membrane 1 is obtained by reinforcing an electrolyte membrane 10 made of a fluorine-containing polymer having an ion exchange group with a reinforcing material 20.

(電解質膜)
電解質膜10は、層(C)12と、層(S)14とからなる積層体である。層(S)14の中に補強糸を含む補強材20が配置されている。
(Electrolyte membrane)
The electrolyte membrane 10 is a laminate composed of a layer (C) 12 and a layer (S) 14. In the layer (S) 14, a reinforcing member 20 including a reinforcing yarn is disposed.

なお、イオン交換膜における乾燥時の各層の厚さは、イオン交換膜を90℃で4時間乾燥させた後、イオン交換膜断面を光学顕微鏡にて観察し、画像ソフトを用いて求める。
また、層と層との間に補強材が存在する場合には、補強材を構成する補強糸および犠牲糸のいずれも存在しない位置において、その層の厚さを測定する。
The thickness of each layer when the ion exchange membrane is dried is determined using an image software after observing the cross section of the ion exchange membrane with an optical microscope after drying the ion exchange membrane at 90 ° C. for 4 hours.
When a reinforcing material is present between the layers, the thickness of the layer is measured at a position where neither the reinforcing yarn or the sacrificial yarn constituting the reinforcing material is present.

<層(C)>
層(C)12としては、電解性能の点から、含フッ素ポリマー(C)のみからなる層が好ましい。つまり、層(C)12は、カルボン酸型官能基を有する含フッ素ポリマーからなる層であることが好ましい。図1では、層(C)12は単層として示されているが、複数の層から形成される層であってもよい。層(C)12が複数の層から形成される場合、各層において、含フッ素ポリマー(C)を構成する構成単位の種類やカルボン酸型官能基を有する構成単位の割合を異なる構成としてもよい。
<Layer (C)>
The layer (C) 12 is preferably a layer made of only the fluoropolymer (C) from the viewpoint of electrolytic performance. That is, the layer (C) 12 is preferably a layer made of a fluorine-containing polymer having a carboxylic acid type functional group. In FIG. 1, the layer (C) 12 is shown as a single layer, but may be a layer formed of a plurality of layers. When the layer (C) 12 is formed of a plurality of layers, in each layer, the types of structural units constituting the fluoropolymer (C) and the proportions of the structural units having a carboxylic acid type functional group may be different.

層(C)12のイオン交換容量は、0.95ミリ当量/グラム乾燥樹脂以上である。層(C)12のイオン交換容量が0.95ミリ当量/グラム乾燥樹脂以上の場合、後述する層(S)14との密着性が高まり、イオン交換膜を長時間使用した際に、層(C)12と層(S)14との間で剥離が生じにくくなる。
なかでも、イオン交換膜中での剥離(層(C)12と層(S)14との剥離)がより生じにくい点で、1.0ミリ当量/グラム乾燥樹脂以上が好ましく、1.05ミリ当量/グラム乾燥樹脂以上がより好ましい。
なお、イオン交換膜としての強度を維持する観点で、層(C)12のイオン交換容量は、2.05ミリ当量/グラム乾燥樹脂以下が好ましく、1.5ミリ当量/グラム乾燥樹脂がより好ましく、1.1ミリ当量/グラム乾燥樹脂が更に好ましい。上記範囲内であれば、重合時に含フッ素ポリマー(C)の分子量をより高くすることが容易であり、より分子量の高い含フッ素ポリマー(C)を用いることで、イオン交換膜の十分な膜強度を発現することが可能である。
なお、層(C)12が複数の層から形成されている場合は、層(C)12を構成するすべての層のイオン交換容量が上記の範囲であることが好ましい。
層(C)12のイオン交換容量の測定方法は特に制限されないが、例えば、層(C)12を構成する材料(含フッ素ポリマー)を用いてフィルム状のモデルサンプルを作製して、このモデルサンプルを用いて透過型赤外分光分析装置によりカルボン酸型官能基またはカルボン酸型官能基に変換できる基の量を求め、イオン交換容量を算出することができる。また、透過型赤外分光分析装置を用いて、イオン交換膜中の層(C)のカルボン酸型官能基またはカルボン酸型官能基に変換できる基の量を直接求めてもよい。
The ion exchange capacity of layer (C) 12 is 0.95 meq / g dry resin or more. When the ion exchange capacity of the layer (C) 12 is 0.95 meq / g dry resin or more, the adhesion with the layer (S) 14 described later is enhanced, and when the ion exchange membrane is used for a long time, the layer ( C) Peeling hardly occurs between the layer 12 and the layer (S) 14.
Among these, 1.0 milliequivalent / gram dry resin or more is preferable, in that peeling (peeling between the layer (C) 12 and the layer (S) 14) is less likely to occur in the ion exchange membrane. Equivalent / gram dry resin or more is more preferable.
In view of maintaining the strength as an ion exchange membrane, the ion exchange capacity of the layer (C) 12 is preferably 2.05 meq / g dry resin or less, more preferably 1.5 meq / g dry resin. 1.1 milliequivalent / gram dry resin is more preferred. Within the above range, it is easy to increase the molecular weight of the fluoropolymer (C) at the time of polymerization, and by using the fluoropolymer (C) having a higher molecular weight, sufficient membrane strength of the ion exchange membrane can be obtained. Can be expressed.
In addition, when the layer (C) 12 is formed of a plurality of layers, it is preferable that the ion exchange capacity of all the layers constituting the layer (C) 12 is in the above range.
The method for measuring the ion exchange capacity of the layer (C) 12 is not particularly limited. For example, a film-like model sample is prepared using the material (fluorinated polymer) constituting the layer (C) 12, and this model sample is prepared. The amount of the carboxylic acid type functional group or the group that can be converted into the carboxylic acid type functional group can be obtained by using a transmission infrared spectroscopic analyzer, and the ion exchange capacity can be calculated. Further, the amount of the carboxylic acid type functional group or the group that can be converted into the carboxylic acid type functional group of the layer (C) in the ion exchange membrane may be directly determined using a transmission infrared spectroscopic analyzer.

なお、後段で詳述する層(S)14のイオン交換容量と上記層(C)12のイオン交換容量との差は特に限定されない。なかでも、イオン交換膜中での剥離(層(C)12と層(S)14との剥離)がより生じにくい点で、層(S)14のイオン交換容量と上記層(C)12のイオン交換容量との差の絶対値は、0.1ミリ当量/グラム乾燥樹脂以下が好ましく、0.05ミリ当量/グラム乾燥樹脂以下がより好ましい。   In addition, the difference between the ion exchange capacity of the layer (S) 14 described in detail later and the ion exchange capacity of the layer (C) 12 is not particularly limited. Among these, the ion exchange capacity of the layer (S) 14 and the layer (C) 12 are more difficult to cause in the ion exchange membrane (separation between the layer (C) 12 and the layer (S) 14). The absolute value of the difference from the ion exchange capacity is preferably 0.1 meq / g dry resin or less, more preferably 0.05 meq / g dry resin or less.

乾燥時の層(C)12の厚さ(層(C)12が複数の層から形成されている場合はその合計)は特に限定されないが、5〜30μmが好ましく、9〜28μmがより好ましく、9〜22μmがさらに好ましい。
層(C)12の厚さはイオン交換容量とともに、イオン交換膜の透水量に影響し、特に層(C)12の厚さが薄い場合にはイオン交換膜の透水量が高くなる。一方、層(C)12の厚さはイオン交換容量とともに、電解によって得られる水酸化テトラアルキルアンモニウム水溶液の品質への影響が大きい。よって、層(C)12の乾燥時の厚さが上記範囲内であれば、得られる水酸化テトラアルキルアンモニウム水溶液中の不純物濃度の上昇と、電解電圧の上昇とを、バランスよく抑制できる。
The thickness of the layer (C) 12 at the time of drying (when the layer (C) 12 is formed from a plurality of layers) is not particularly limited, but is preferably 5 to 30 μm, more preferably 9 to 28 μm, 9-22 micrometers is further more preferable.
The thickness of the layer (C) 12 affects the water permeability of the ion exchange membrane as well as the ion exchange capacity. In particular, when the thickness of the layer (C) 12 is thin, the water permeability of the ion exchange membrane is increased. On the other hand, the thickness of the layer (C) 12 has a great influence on the quality of the aqueous solution of tetraalkylammonium hydroxide obtained by electrolysis together with the ion exchange capacity. Therefore, if the thickness at the time of drying of the layer (C) 12 is within the above range, an increase in the impurity concentration in the resulting tetraalkylammonium hydroxide aqueous solution and an increase in the electrolysis voltage can be suppressed in a balanced manner.

含フッ素ポリマー(C)は、後述する工程(i−b)にて、後述するカルボン酸型官能基に変換できる基を有する含フッ素ポリマーのカルボン酸型官能基に変換できる基をカルボン酸型官能基に変換することによって得るのが好ましい。
含フッ素ポリマー(C)としては、例えば、カルボン酸型官能基に変換できる基およびフッ素原子を有するモノマー(以下、「含フッ素モノマー(C’)」とも言う。)と、含フッ素オレフィンとの共重合体(以下、「含フッ素ポリマー(C’)」とも言う。)を加水分解処理して、カルボン酸型官能基に変換できる基をカルボン酸型官能基に変換した含フッ素ポリマーが挙げられる。
In the fluoropolymer (C), a group that can be converted to a carboxylic acid type functional group of a fluoropolymer having a group that can be converted to a carboxylic acid type functional group described later in step (ib) described later is a carboxylic acid type functional group. It is preferably obtained by conversion to a group.
Examples of the fluorine-containing polymer (C) include a group having a group that can be converted into a carboxylic acid type functional group and a monomer having a fluorine atom (hereinafter also referred to as “fluorine-containing monomer (C ′)”) and a fluorine-containing olefin. Examples thereof include a fluorine-containing polymer obtained by hydrolyzing a polymer (hereinafter also referred to as “fluorinated polymer (C ′)”) to convert a group capable of being converted into a carboxylic acid type functional group into a carboxylic acid type functional group.

含フッ素モノマー(C’)としては、分子中に1個以上のフッ素原子を有し、エチレン性の二重結合を有し、かつカルボン酸型官能基に変換できる基を有する化合物であれば、特に限定されず、従来から公知のものを用いることができる。
含フッ素モノマー(C’)としては、モノマーの製造コスト、他のモノマーとの反応性、得られる含フッ素ポリマーの特性に優れる点から、下式(1)で表されるモノマーが好ましい。
As the fluorine-containing monomer (C ′), as long as it is a compound having one or more fluorine atoms in the molecule, an ethylenic double bond, and a group that can be converted into a carboxylic acid type functional group, It does not specifically limit and a conventionally well-known thing can be used.
As the fluorine-containing monomer (C ′), a monomer represented by the following formula (1) is preferable from the viewpoint of excellent production cost of the monomer, reactivity with other monomers, and properties of the resulting fluorine-containing polymer.

CF=CF−(O)−(CF−(CFCFX)−(O)−(CF−(CFCFX’)−A ・・・式(1) CF 2 = CF- (O) p - (CF 2) q - (CF 2 CFX) r - (O) s - (CF 2) t - (CF 2 CFX ') u -A 1 ··· Equation (1 )

式(1)における記号は以下を意味する。
XおよびX’は、フッ素原子またはトリフルオロメチル基である。XおよびX’は、同一であってもよく、異なっていてもよい。
は、カルボン酸型官能基に変換できる基である。具体的には、−CN、−COF、−COOR(ただし、Rは炭素数1〜10のアルキル基である。)、−COONR(ただし、RおよびRは、水素原子または炭素数1〜10のアルキル基である。RおよびRは、同一であってもよく、異なっていてもよい。)が挙げられる。
pは、0または1である。qは、0〜12の整数である。rは、0〜3の整数である。sは、0または1である。tは、0〜12の整数である。uは、0〜3の整数である。ただし、pおよびsが同時に0になることはなく、rおよびuが同時に0になることはない。即ち、1≦p+sであり、1≦r+uである。
Symbols in the formula (1) mean the following.
X and X ′ are a fluorine atom or a trifluoromethyl group. X and X ′ may be the same or different.
A 1 is a group that can be converted into a carboxylic acid type functional group. Specifically, —CN, —COF, —COOR 1 (where R 1 is an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms), —COONR 2 R 3 (where R 2 and R 3 are hydrogen atoms) Or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, R 2 and R 3 may be the same or different.
p is 0 or 1. q is an integer of 0-12. r is an integer of 0-3. s is 0 or 1. t is an integer of 0-12. u is an integer of 0-3. However, p and s are not 0 simultaneously, and r and u are not 0 simultaneously. That is, 1 ≦ p + s and 1 ≦ r + u.

式(1)で表されるモノマーの具体例としては、下記の化合物が挙げられ、製造が容易である点から、p=1、q=0、r=1、s=0〜1、t=0〜3、u=0〜1である化合物が好ましい。
CF=CF−O−CFCF−COOCH
CF=CF−O−CFCFCF−COOCH
CF=CF−O−CFCFCFCF−COOCH
CF=CF−O−CFCF−O−CFCF−COOCH
CF=CF−O−CFCF−O−CFCFCF−COOCH
CF=CF−O−CFCF−O−CFCFCFCF−COOCH
CF=CF−O−CFCFCF−O−CFCF−COOCH
CF=CF−O−CFCF(CF)−O−CFCF−COOCH
CF=CF−O−CFCF(CF)−O−CFCFCF−COOCH
含フッ素モノマー(C’)は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
Specific examples of the monomer represented by the formula (1) include the following compounds. From the viewpoint of easy production, p = 1, q = 0, r = 1, s = 0 to 1, t = Compounds with 0-3 and u = 0-1 are preferred.
CF 2 = CF-O-CF 2 CF 2 -COOCH 3,
CF 2 = CF-O-CF 2 CF 2 CF 2 -COOCH 3,
CF 2 = CF-O-CF 2 CF 2 CF 2 CF 2 -COOCH 3,
CF 2 = CF-O-CF 2 CF 2 -O-CF 2 CF 2 -COOCH 3,
CF 2 = CF-O-CF 2 CF 2 -O-CF 2 CF 2 CF 2 -COOCH 3,
CF 2 = CF-O-CF 2 CF 2 -O-CF 2 CF 2 CF 2 CF 2 -COOCH 3,
CF 2 = CF-O-CF 2 CF 2 CF 2 -O-CF 2 CF 2 -COOCH 3,
CF 2 = CF-O-CF 2 CF (CF 3) -O-CF 2 CF 2 -COOCH 3,
CF 2 = CF-O-CF 2 CF (CF 3) -O-CF 2 CF 2 CF 2 -COOCH 3.
A fluorine-containing monomer (C ') may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more type.

含フッ素オレフィンとしては、例えば、分子中に1個以上のフッ素原子を有する炭素数が2〜3のフルオロオレフィンが挙げられる。フルオロオレフィンとしては、テトラフルオロエチレン(CF=CF)(以下、TFEと記す。)、クロロトリフルオロエチレン(CF=CFCl)、フッ化ビニリデン(CF=CH)、フッ化ビニル(CH=CHF)、ヘキサフルオロプロピレン(CF=CFCF)等が挙げられる。なかでも、モノマーの製造コスト、他のモノマーとの反応性、得られる含フッ素ポリマーの特性に優れる点から、TFEが好ましい。
含フッ素オレフィンは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
As a fluorine-containing olefin, the C2-C3 fluoroolefin which has a 1 or more fluorine atom in a molecule | numerator is mentioned, for example. Examples of the fluoroolefin include tetrafluoroethylene (CF 2 = CF 2 ) (hereinafter referred to as TFE), chlorotrifluoroethylene (CF 2 = CFCl), vinylidene fluoride (CF 2 = CH 2 ), vinyl fluoride ( CH 2 = CHF), hexafluoropropylene (CF 2 = CFCF 3 ) and the like. Among these, TFE is preferable because it is excellent in the production cost of the monomer, the reactivity with other monomers, and the characteristics of the resulting fluoropolymer.
A fluorine-containing olefin may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more type.

含フッ素ポリマー(C’)の製造には、含フッ素モノマー(C’)および含フッ素オレフィンに加えて、さらに他のモノマーを用いてもよい。他のモノマーとしては、CF=CFR(ただし、Rは炭素数2〜10のパーフルオロアルキル基である。)、CF=CF−ORf1(ただし、Rf1は炭素数1〜10のパーフルオロアルキル基である。)、CF=CFO(CFCF=CF(ただし、vは1〜3の整数である。)等が挙げられる。他のモノマーを共重合させることによって、イオン交換膜1の可撓性や機械的強度を上げることができる。他のモノマーの割合は、イオン交換性能の維持の点から、含フッ素ポリマー(C’)中の全構成単位(100モル%)のうち30モル%以下が好ましい。 In addition to the fluorine-containing monomer (C ′) and the fluorine-containing olefin, another monomer may be used for the production of the fluorine-containing polymer (C ′). Other monomers include CF 2 = CFR f (where R f is a perfluoroalkyl group having 2 to 10 carbon atoms), CF 2 = CF—OR f1 (where R f1 is 1 to 10 carbon atoms). And CF 2 ═CFO (CF 2 ) v CF═CF 2 (where v is an integer of 1 to 3) and the like. By copolymerizing other monomers, the flexibility and mechanical strength of the ion exchange membrane 1 can be increased. The proportion of other monomers is preferably 30 mol% or less in the total structural units (100 mol%) in the fluoropolymer (C ′) from the viewpoint of maintaining ion exchange performance.

含フッ素ポリマー(C)のイオン交換容量は、含フッ素ポリマー(C’)中の含フッ素モノマー(C’)に由来する構成単位の含有量を変化させることにより調整できる。含フッ素ポリマー(C)中のカルボン酸型官能基の含有量は、含フッ素ポリマー(C’)中のカルボン酸型官能基に変換できる基の含有量と同一であることが好ましい。   The ion exchange capacity of the fluoropolymer (C) can be adjusted by changing the content of the structural unit derived from the fluoromonomer (C ′) in the fluoropolymer (C ′). The content of the carboxylic acid type functional group in the fluoropolymer (C) is preferably the same as the content of the group that can be converted into the carboxylic acid type functional group in the fluoropolymer (C ′).

含フッ素ポリマー(C)のTQ値は、イオン交換膜としての機械的強度および製膜性の点から、150℃以上が好ましく、170〜340℃がより好ましく、170〜300℃がさらに好ましい。
TQ値は、ポリマーの分子量に関係する値であって、容量流速:100mm/秒を示す温度を示したものである。容量流速は、ポリマーを3MPaの加圧下に一定温度のオリフィス(径:1mm、長さ:1mm)から溶融、流出させたときの流出するポリマーの量をmm/秒の単位で示したものである。TQ値が高いほど、高分子量であることを示す。
The TQ value of the fluoropolymer (C) is preferably 150 ° C. or higher, more preferably 170 to 340 ° C., and even more preferably 170 to 300 ° C. from the viewpoint of mechanical strength and film-forming property as an ion exchange membrane.
The TQ value is a value related to the molecular weight of the polymer and indicates a temperature at which the volume flow rate is 100 mm 3 / sec. The volume flow rate is the amount of polymer flowing out in units of mm 3 / sec when the polymer is melted and discharged from an orifice (diameter: 1 mm, length: 1 mm) at a constant temperature under a pressure of 3 MPa. is there. A higher TQ value indicates a higher molecular weight.

<層(S)>
層(S)14としては、電解性能の点から、含フッ素ポリマー(S)のみからなる層が好ましい。つまり、層(S)14は、スルホン酸型官能基を有する含フッ素ポリマーからなる層であることが好ましい。図1に示すように、層(S)14中には、イオン交換膜1の機械的強度を高めるため、補強材20が配置されている。層(S)14のうち、補強材20より層(C)12側(電解装置中においては陰極側)に位置する層が層(Sa)14Aであり、補強材20より層(C)12側とは反対側(電解装置中においては陽極側)に位置する層が層(Sb)14Bである。図1では、層(Sa)14Aおよび層(Sb)14Bはそれぞれ単層として示されているが、それぞれ複数の層から形成される層であってもよい。層(Sa)14Aおよび層(Sb)14Bの一方または両方が複数の層から形成される場合、それぞれの各層において、含フッ素ポリマー(S)を構成する構成単位の種類やスルホン酸型官能基を有する構成単位の割合を異なる構成としてもよい。
<Layer (S)>
The layer (S) 14 is preferably a layer made of only the fluoropolymer (S) from the viewpoint of electrolytic performance. That is, the layer (S) 14 is preferably a layer made of a fluoropolymer having a sulfonic acid type functional group. As shown in FIG. 1, a reinforcing material 20 is disposed in the layer (S) 14 in order to increase the mechanical strength of the ion exchange membrane 1. Of the layers (S) 14, the layer (Sa) 14A is located on the layer (C) 12 side (the cathode side in the electrolysis apparatus) from the reinforcing material 20, and is the layer (C) 12 side from the reinforcing material 20. The layer located on the opposite side (the anode side in the electrolysis apparatus) is the layer (Sb) 14B. In FIG. 1, the layer (Sa) 14 </ b> A and the layer (Sb) 14 </ b> B are each shown as a single layer, but may be formed from a plurality of layers. When one or both of the layer (Sa) 14A and the layer (Sb) 14B are formed of a plurality of layers, in each of the layers, the type of structural unit constituting the fluoropolymer (S) and the sulfonic acid type functional group It is good also as a structure from which the ratio of the structural unit to have differs.

乾燥時の層(S)14の厚さは特に限定されないが、50〜200μmが好ましく、60〜130μmがより好ましい。
乾燥時の層(S)14の厚さが上記下限値以上であれば、イオン交換膜1の機械的強度が十分に高くなる。乾燥時の層(S)14の厚さが上記上限値以下であれば、イオン交換膜1の膜抵抗を低く抑えることができる。
Although the thickness of the layer (S) 14 at the time of drying is not specifically limited, 50-200 micrometers is preferable and 60-130 micrometers is more preferable.
If the thickness of the layer (S) 14 at the time of drying is not less than the above lower limit value, the mechanical strength of the ion exchange membrane 1 is sufficiently high. If the thickness of the layer (S) 14 at the time of drying is not more than the above upper limit value, the membrane resistance of the ion exchange membrane 1 can be kept low.

層(S)のイオン交換容量は特に限定されないが、1.0〜2.0ミリ当量/グラム乾燥樹脂であることが好ましい。なお、層(S)全体のイオン交換容量が上記範囲内であることが好ましく、層(Sa)14Aおよび層(Sb)14Bのいずれもイオン交換容量が上記範囲内であることがより好ましい。   The ion exchange capacity of the layer (S) is not particularly limited, but is preferably 1.0 to 2.0 meq / g dry resin. In addition, it is preferable that the ion exchange capacity of the whole layer (S) is in the above range, and it is more preferable that both the layer (Sa) 14A and the layer (Sb) 14B have an ion exchange capacity in the above range.

乾燥時の層(Sa)14Aの厚さ(層(Sa)14Aが複数の層から形成されている場合はその合計)は、40〜110μmが好ましく、50〜90μmがより好ましく、60〜90μmがさらに好ましい。
乾燥時の層(Sa)14Aの厚さが上記下限値以上であれば、イオン交換膜1の機械的強度が十分に高くなる。乾燥時の層(Sa)14Aの厚さが上記上限値以下であれば、イオン交換膜1の膜抵抗を低く抑えることができる。
機械的強度と電解電圧を両立させるためには、乾燥時の層(Sa)14Aの厚さが上記範囲内にあることが非常に重要である。
The thickness of the layer (Sa) 14A at the time of drying (when the layer (Sa) 14A is formed of a plurality of layers) is preferably 40 to 110 μm, more preferably 50 to 90 μm, and more preferably 60 to 90 μm. Further preferred.
If the thickness of the layer (Sa) 14A at the time of drying is not less than the above lower limit value, the mechanical strength of the ion exchange membrane 1 is sufficiently high. If the thickness of the layer (Sa) 14A at the time of drying is not more than the above upper limit value, the membrane resistance of the ion exchange membrane 1 can be kept low.
In order to achieve both the mechanical strength and the electrolytic voltage, it is very important that the thickness of the layer (Sa) 14A at the time of drying is within the above range.

層(Sa)14Aのイオン交換容量は、0.9〜1.25ミリ当量/グラム乾燥樹脂であることが好ましく、1.0〜1.25ミリ当量/グラム乾燥樹脂であることがより好ましく、1.0〜1.1ミリ当量/グラム乾燥樹脂であることがさらに好ましい。
層(Sa)14Aが複数の層から形成されている場合は、層(Sa)14Aを構成するすべての層が上記の範囲であることが好ましい。また、層(Sa)14Aは複数の層からなることが好ましく、2層からなることがより好ましい。別の態様として、層(Sa)14Aは単層であることが好ましい。
層(Sa)14Aのイオン交換容量が上記下限値以上であれば、含フッ素ポリマー(S)の過度の膨潤を抑制でき、イオン交換膜の電気抵抗が低くなり、テトラアルキルアンモニウム塩の水溶液を電解する際の電解電圧を低くできる。また、イオン交換容量が上記上限値以下であれば、重合時に含フッ素ポリマー(S)の分子量をより高くすることが容易であり、より分子量の高い含フッ素ポリマー(S)を層(Sa)に使用することにより、層(Sa)の強度をより高くできる。
The ion exchange capacity of the layer (Sa) 14A is preferably 0.9 to 1.25 meq / g dry resin, more preferably 1.0 to 1.25 meq / g dry resin, More preferably, it is 1.0 to 1.1 meq / g dry resin.
When the layer (Sa) 14A is formed of a plurality of layers, it is preferable that all the layers constituting the layer (Sa) 14A are in the above range. The layer (Sa) 14A is preferably composed of a plurality of layers, and more preferably composed of two layers. In another embodiment, the layer (Sa) 14A is preferably a single layer.
If the ion exchange capacity of the layer (Sa) 14A is not less than the above lower limit, excessive swelling of the fluoropolymer (S) can be suppressed, the electric resistance of the ion exchange membrane is lowered, and an aqueous solution of a tetraalkylammonium salt is electrolyzed. The electrolysis voltage can be reduced. Further, if the ion exchange capacity is not more than the above upper limit, it is easy to increase the molecular weight of the fluoropolymer (S) during polymerization, and the higher molecular weight fluoropolymer (S) is applied to the layer (Sa). By using it, the strength of the layer (Sa) can be further increased.

乾燥時の層(Sb)14Bの厚さ(層(Sb)14Bが複数の層から形成されている場合はその合計)は、6〜100μmが好ましく、6〜50μmがより好ましく、10〜40μmがさらに好ましく、15〜35μmが特に好ましい。乾燥時の層(Sb)の厚さが薄すぎると、層(Sb)直下にある補強材がイオン交換膜の表面に極めて近い場所に位置することとなり、剥離耐性や機械的強度への影響が大きくなる。
よって、乾燥時の層(Sb)14Bの厚さを上記下限値以上とすることにより、補強材20が電解質膜10の表面から適度な深さ位置に配置され、補強材20の剥離耐性が向上する。また、電解質膜10の表面にクラックが入りにくく、その結果、機械的強度の低下が抑えられる。イオン交換膜1の厚さが厚いと膜抵抗も高くなるため、乾燥時の層(Sb)14Bの厚さが上記上限値以下であれば、イオン交換膜1の膜抵抗を低く抑えることができ、電解電圧の上昇を抑制できる。
The thickness of the layer (Sb) 14B at the time of drying (when the layer (Sb) 14B is formed of a plurality of layers) is preferably 6 to 100 μm, more preferably 6 to 50 μm, and more preferably 10 to 40 μm. Further preferred is 15 to 35 μm. If the layer (Sb) is too thin during drying, the reinforcing material immediately below the layer (Sb) will be located very close to the surface of the ion exchange membrane, which may affect the peel resistance and mechanical strength. growing.
Therefore, by setting the thickness of the layer (Sb) 14B at the time of drying to the above lower limit value or more, the reinforcing material 20 is disposed at an appropriate depth position from the surface of the electrolyte membrane 10, and the peeling resistance of the reinforcing material 20 is improved. To do. Moreover, it is difficult for cracks to enter the surface of the electrolyte membrane 10, and as a result, a decrease in mechanical strength is suppressed. When the thickness of the ion exchange membrane 1 is large, the membrane resistance is also increased. Therefore, if the thickness of the layer (Sb) 14B during drying is not more than the above upper limit value, the membrane resistance of the ion exchange membrane 1 can be kept low. , The increase in electrolysis voltage can be suppressed.

層(Sb)14Bのイオン交換容量は特に限定されないが、1.0〜2.5ミリ当量/グラム乾燥樹脂であることが好ましく、1.0〜2.2ミリ当量/グラム乾燥樹脂であることがより好ましく、1.0〜2.0ミリ当量/グラム乾燥樹脂であることがさらに好ましい。   The ion exchange capacity of the layer (Sb) 14B is not particularly limited, but is preferably 1.0 to 2.5 meq / g dry resin, and 1.0 to 2.2 meq / g dry resin. Is more preferably 1.0 to 2.0 meq / g dry resin.

上記層(S)に含まれるポリマーの構成は特に限定されないが、層(S)は、含フッ素ポリマーとして、下式(u1)で表される構成単位を有するポリマーを含むことが好ましい。
−[CF−CF(−O−CFCF(CF)−O−(CF−SOM)]− ・・・式(u1)
mは、1〜6の整数であり、Mは、アルカリ金属である。
また、上記層(S)は、下式(u2)で表される構成単位を有するポリマーを含むことも好ましい。
−[CF−CF(−O−(CF−SOM)]− ・・・式(u2)
mは、1〜6の整数であり、Mは、アルカリ金属である。
Although the structure of the polymer contained in the said layer (S) is not specifically limited, It is preferable that a layer (S) contains the polymer which has a structural unit represented by the following Formula (u1) as a fluorine-containing polymer.
- [CF 2 -CF (-O- CF 2 CF (CF 3) -O- (CF 2) m -SO 3 M)] - ··· formula (u1)
m is an integer of 1 to 6, and M is an alkali metal.
Moreover, it is also preferable that the said layer (S) contains the polymer which has a structural unit represented by the following Formula (u2).
- [CF 2 -CF (-O- ( CF 2) m -SO 3 M)] - ··· formula (u2)
m is an integer of 1 to 6, and M is an alkali metal.

層(S)(好ましくは、層(Sb)14B)に含まれるスルホン酸型官能基を有する含フッ素ポリマーの少なくとも一部は、スルホン酸型官能基を2個以上、好ましくは2個有するモノマーに基づく構成単位を有するポリマーであることが好ましい。層(S)(好ましくは、層(Sb)14B)が、スルホン酸型官能基を2個以上有するモノマーに基づく構成単位を有するポリマーを含むことにより、同じモノマー濃度において単位重量当たりのイオン交換基濃度を高めることが可能となるため、スルホン酸型官能基を1個のみ有する構成単位を有するポリマーに比べて、少ないモノマー量でもより高いイオン交換能力を有する層(Sb)とすることができる。   At least a part of the fluorine-containing polymer having a sulfonic acid type functional group contained in the layer (S) (preferably the layer (Sb) 14B) is a monomer having two or more, preferably two sulfonic acid type functional groups. A polymer having a structural unit based thereon is preferred. The layer (S) (preferably the layer (Sb) 14B) comprises a polymer having a structural unit based on a monomer having two or more sulfonic acid type functional groups, so that ion exchange groups per unit weight at the same monomer concentration. Since the concentration can be increased, a layer (Sb) having a higher ion exchange capacity can be obtained even with a small amount of monomer as compared with a polymer having a structural unit having only one sulfonic acid type functional group.

スルホン酸型官能基を2個以上有するモノマーに基づく構成単位としては、下式(u3)で示される構成単位が好ましい。   As the structural unit based on a monomer having two or more sulfonic acid type functional groups, a structural unit represented by the following formula (u3) is preferable.

式中、Qはエーテル性の酸素原子を有していてもよいパーフルオロアルキレン基であり、Qは単結合、またはエーテル性の酸素原子を有していてもよいパーフルオロアルキレン基であり、Rf1はエーテル性の酸素原子を有していてもよいパーフルオロアルキル基であり、Xは酸素原子、窒素原子、または炭素原子であり、Xが酸素原子の場合、aは0であり、Xが窒素原子の場合、aは1であり、Xが炭素原子の場合、aは2であり、Yはフッ素原子、または1価のパーフルオロ有機基であり、rは0または1であり、Mは水素原子、アルカリ金属または第4級アンモニウム塩基である。 In the formula, Q 1 is a perfluoroalkylene group which may have an etheric oxygen atom, and Q 2 is a single bond or a perfluoroalkylene group which may have an etheric oxygen atom. , R f1 is a perfluoroalkyl group which may have an etheric oxygen atom, X 1 is an oxygen atom, a nitrogen atom or a carbon atom, and when X 1 is an oxygen atom, a is 0 Yes, when X 1 is a nitrogen atom, a is 1, when X 1 is a carbon atom, a is 2, Y 1 is a fluorine atom or a monovalent perfluoro organic group, and r is 0 Or 1, and M is a hydrogen atom, an alkali metal or a quaternary ammonium base.

は酸素原子であることが好ましく、Yはフッ素原子であることが好ましい。 X 1 is preferably an oxygen atom, and Y 1 is preferably a fluorine atom.

式(u3)で表される構成単位は、合成のしやすさ、化学的安定性、イオン交換容量を上げやすいという点で、式(u4)で表される構成単位であることが好ましい。   The structural unit represented by the formula (u3) is preferably a structural unit represented by the formula (u4) from the viewpoint of ease of synthesis, chemical stability, and easy increase in ion exchange capacity.

F11は、単結合、またはエーテル性の酸素原子を有していてもよい炭素数1〜6の直鎖状のパーフルオロアルキレン基であり、RF12は、炭素数1〜6の直鎖状のパーフルオロアルキレン基であり、rは、0または1であり、Mは、アルカリ金属である。 R F11 is a C 1-6 linear perfluoroalkylene group which may have a single bond or an etheric oxygen atom, and R F12 is a C 1-6 linear chain Wherein r is 0 or 1, and M is an alkali metal.

含フッ素ポリマー(S)は、後述する工程(i−b)にて、後述するスルホン酸型官能基に変換できる基を有する含フッ素ポリマーのスルホン酸型官能基に変換できる基をスルホン酸型官能基に変換することによって得るのが好ましい。
含フッ素ポリマー(S)としては、例えば、スルホン酸型官能基に変換できる基およびフッ素原子を有するモノマー(以下、「含フッ素モノマー(S’)」とも言う。)と、含フッ素オレフィンとの共重合体(以下、「含フッ素ポリマー(S’)」とも言う。)を加水分解処理して、スルホン酸型官能基に変換できる基をスルホン酸型官能基に変換した含フッ素ポリマーが挙げられる。
The fluorine-containing polymer (S) has a sulfonic acid-type functional group that can be converted into a sulfonic acid-type functional group of the fluorine-containing polymer having a group that can be converted into a sulfonic acid-type functional group described later in the step (ib) described later. It is preferably obtained by conversion to a group.
Examples of the fluorine-containing polymer (S) include a group having a group that can be converted into a sulfonic acid type functional group and a monomer having a fluorine atom (hereinafter also referred to as “fluorine-containing monomer (S ′)”) and a fluorine-containing olefin. Examples thereof include a fluorine-containing polymer obtained by hydrolyzing a polymer (hereinafter also referred to as “fluorinated polymer (S ′)”) to convert a group capable of being converted into a sulfonic acid type functional group into a sulfonic acid type functional group.

含フッ素モノマー(S’)としては、分子中に1個以上のフッ素原子を有し、エチレン性の二重結合を有し、かつスルホン酸型官能基に変換できる基を有する化合物であれば、特に限定されず、従来から公知のものを用いることができる。
含フッ素モノマー(S’)としては、モノマーの製造コスト、他のモノマーとの反応性、得られる含フッ素ポリマーの特性に優れる点から、下式(2)で表される化合物または下式(3)で表される化合物が好ましい。
As the fluorine-containing monomer (S ′), if it is a compound having one or more fluorine atoms in the molecule, an ethylenic double bond, and a group that can be converted into a sulfonic acid type functional group, It does not specifically limit and a conventionally well-known thing can be used.
The fluorine-containing monomer (S ′) is a compound represented by the following formula (2) or the following formula (3) from the viewpoint of excellent production cost of the monomer, reactivity with other monomers, and properties of the resulting fluorine-containing polymer. ) Is preferred.

CF=CF−O−Rf2−A ・・・式(2)
CF=CF−Rf2−A ・・・式(3)
CF 2 = CF-O-R f2 -A 2 ··· formula (2)
CF 2 = CF-R f2 -A 2 ··· formula (3)

式(2)および式(3)における記号は以下を意味する。
f2は、炭素数1〜20のパーフルオロアルキル基であり、エーテル性の酸素原子を含んでいてもよく、直鎖状および分岐状のいずれでもよい。
は、スルホン酸型官能基に変換できる基である。具体的には、−SOF、−SOCl、−SOBr等が挙げられる。
The symbols in formula (2) and formula (3) mean the following.
R f2 is a C 1-20 perfluoroalkyl group, may contain an etheric oxygen atom, and may be linear or branched.
A 2 is a group that can be converted into a sulfonic acid type functional group. Specifically, -SO 2 F, -SO 2 Cl , -SO 2 Br , and the like.

式(2)で表される化合物の具体例としては、下記の化合物が挙げられる。式中のwは、1〜8の整数であり、xは、1〜5の整数である。
CF=CF−O−(CF−SOF、
CF=CF−O−CFCF(CF)−O−(CF−SOF、
CF=CF−[O−CFCF(CF)]−SOF。
Specific examples of the compound represented by the formula (2) include the following compounds. W in a formula is an integer of 1-8, and x is an integer of 1-5.
CF 2 = CF-O- (CF 2) w -SO 2 F,
CF 2 = CF-O-CF 2 CF (CF 3) -O- (CF 2) w -SO 2 F,
CF 2 = CF- [O-CF 2 CF (CF 3)] x -SO 2 F.

式(3)で表される化合物の具体例としては、下記の化合物が挙げられる。式中のwは、1〜8の整数である。
CF=CF−(CF−SOF、
CF=CF−CF−O−(CF−SOF。
Specific examples of the compound represented by the formula (3) include the following compounds. W in a formula is an integer of 1-8.
CF 2 = CF- (CF 2) w -SO 2 F,
CF 2 = CF-CF 2 -O- (CF 2) w -SO 2 F.

含フッ素モノマー(S’)としては、工業的な合成が容易である点から、下記の化合物が好ましい。
CF=CF−O−CFCF−SOF、
CF=CF−O−CFCFCF−SOF、
CF=CF−O−CFCFCFCF−SOF、
CF=CF−O−CFCF(CF)−O−CFCF−SOF、
CF=CF−O−CFCF(CF)−O−CFCFCF−SOF、
CF=CF−O−CFCF(CF)−SOF、
CF=CF−CFCF−SOF、
CF=CF−CFCFCF−SOF、
CF=CF−CF−O−CFCF−SOF。
含フッ素モノマー(S’)は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
As the fluorine-containing monomer (S ′), the following compounds are preferable from the viewpoint of easy industrial synthesis.
CF 2 = CF-O-CF 2 CF 2 -SO 2 F,
CF 2 = CF-O-CF 2 CF 2 CF 2 -SO 2 F,
CF 2 = CF-O-CF 2 CF 2 CF 2 CF 2 -SO 2 F,
CF 2 = CF-O-CF 2 CF (CF 3) -O-CF 2 CF 2 -SO 2 F,
CF 2 = CF-O-CF 2 CF (CF 3) -O-CF 2 CF 2 CF 2 -SO 2 F,
CF 2 = CF-O-CF 2 CF (CF 3) -SO 2 F,
CF 2 = CF-CF 2 CF 2 -SO 2 F,
CF 2 = CF-CF 2 CF 2 CF 2 -SO 2 F,
CF 2 = CF-CF 2 -O -CF 2 CF 2 -SO 2 F.
A fluorine-containing monomer (S ') may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more type.

スルホン酸型官能基を2個以上有するモノマーを使用することにより、同じモノマー濃度において単位重量当たりのイオン交換基濃度を高めることが可能となるため、ポリマー分子量を低下させずに層(Sb)を構成するポリマーのイオン交換容量を高くすることが容易となる。その結果、水酸化テトラアンモニウムの品質を維持したまま、より透水量が高く、電解電圧が低い膜が得られる。   By using a monomer having two or more sulfonic acid type functional groups, it is possible to increase the ion exchange group concentration per unit weight at the same monomer concentration, so that the layer (Sb) can be formed without reducing the polymer molecular weight. It becomes easy to increase the ion exchange capacity of the constituting polymer. As a result, while maintaining the quality of tetraammonium hydroxide, a membrane having a higher water permeability and a lower electrolysis voltage can be obtained.

含フッ素オレフィンとしては、先に例示したものが挙げられ、モノマーの製造コスト、他のモノマーとの反応性、得られる含フッ素ポリマーの特性に優れる点から、TFEが好ましい。
含フッ素オレフィンは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
Examples of the fluorinated olefin include those exemplified above, and TFE is preferable from the viewpoint of excellent production cost of the monomer, reactivity with other monomers, and characteristics of the obtained fluorinated polymer.
A fluorine-containing olefin may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more type.

含フッ素ポリマー(S’)の製造には、含フッ素モノマー(S’)および含フッ素オレフィンに加えて、さらに他のモノマーを用いてもよい。他のモノマーとしては、先に例示したものが挙げられる。他のモノマーを共重合させることによって、イオン交換膜1の可撓性や機械的強度を上げることができる。他のモノマーの割合は、イオン交換性能の維持の点から、含フッ素ポリマー(S’)中の全構成単位(100モル%)のうち30モル%以下が好ましい。   In addition to the fluorine-containing monomer (S ′) and the fluorine-containing olefin, another monomer may be used for the production of the fluorine-containing polymer (S ′). Examples of the other monomer include those exemplified above. By copolymerizing other monomers, the flexibility and mechanical strength of the ion exchange membrane 1 can be increased. The proportion of other monomers is preferably 30 mol% or less of the total structural units (100 mol%) in the fluoropolymer (S ′) from the viewpoint of maintaining ion exchange performance.

含フッ素ポリマー(S)のイオン交換容量は、含フッ素ポリマー(S’)中の含フッ素モノマー(S’)に由来する構成単位の含有量を変化させることにより調整することができる。含フッ素ポリマー(S)中のスルホン酸型官能基の含有量は、含フッ素ポリマー(S’)中のスルホン酸型官能基に変換できる基の含有量と同一であることが好ましい。   The ion exchange capacity of the fluoropolymer (S) can be adjusted by changing the content of the structural unit derived from the fluoromonomer (S ′) in the fluoropolymer (S ′). The content of the sulfonic acid type functional group in the fluoropolymer (S) is preferably the same as the content of the group that can be converted into the sulfonic acid type functional group in the fluoropolymer (S ′).

層(Sa)14Aが複数の層からなる場合、例えば、2層からなる場合は、図2に示すように、層(C)12と接する層が層(Sa−1)14Aa(以下、「層(Sa−1)」とも言う。)であり、層(Sb)14Bと接する層が層(Sa−2)14Ab(以下、「層(Sa−2)」とも言う。)である、層(Sa)14Aが2層からなるものが挙げられる。この場合、層(Sa−1)14Aaは、層(C)12との接着性の観点から、層(Sa−1)のイオン交換容量は、層(Sa−2)のイオン交換容量よりも低いことが好ましい。層(Sa−1)のイオン交換容量は、0.9〜1.25ミリ当量/グラム乾燥樹脂が好ましく、0.9〜1.15ミリ当量/グラム乾燥樹脂がより好ましい。
乾燥時の層(Sa−1)の厚さは、接着性に寄与する程度の適度な厚さがあればよく、1〜55μmが好ましく、1〜40μmがより好ましい。
When the layer (Sa) 14A includes a plurality of layers, for example, when the layer (Sa) 14A includes two layers, the layer in contact with the layer (C) 12 is a layer (Sa-1) 14Aa (hereinafter referred to as “layer” as shown in FIG. (Also referred to as (Sa-1) ”), and the layer in contact with the layer (Sb) 14B is a layer (Sa-2) 14Ab (hereinafter also referred to as“ layer (Sa-2) ”). ) 14A is composed of two layers. In this case, the layer (Sa-1) 14Aa has an ion exchange capacity of the layer (Sa-1) lower than that of the layer (Sa-2) from the viewpoint of adhesiveness with the layer (C) 12. It is preferable. The ion exchange capacity of the layer (Sa-1) is preferably 0.9 to 1.25 meq / g dry resin, more preferably 0.9 to 1.15 meq / g dry resin.
The thickness of the layer (Sa-1) at the time of drying may be an appropriate thickness that contributes to adhesiveness, preferably 1 to 55 μm, and more preferably 1 to 40 μm.

(補強材)
補強材20は、電解質膜10を補強する材料であり、補強布(好ましくは、織布)を含むことが好ましい。補強布以外にも、フィブリル、多孔体が補強材として挙げられる。
(Reinforcing material)
The reinforcing material 20 is a material that reinforces the electrolyte membrane 10, and preferably includes a reinforcing cloth (preferably a woven cloth). In addition to the reinforcing cloth, fibrils and porous materials can be used as the reinforcing material.

補強布は、経糸と緯糸とからなり、経糸と緯糸が直交していることが好ましい。補強布は、補強糸と犠牲糸とからなることが好ましい。   The reinforcing fabric is composed of warp and weft, and the warp and weft are preferably orthogonal. The reinforcing cloth is preferably composed of a reinforcing yarn and a sacrificial yarn.

補強糸は、強化前駆体膜をアルカリ性水溶液に浸漬しても溶出することのない材料からなる糸である。強化前駆体膜をアルカリ性水溶液に浸漬して、補強布から犠牲糸が溶出した後も、補強材を構成する糸として溶解せずに残存し、イオン交換膜の機械的強度や寸法安定性の維持に寄与する。
補強布としては、ポリテトラフルオロエチレンからなる補強糸、ポリフェニレンサルファイドからなる補強糸、ナイロンからなる補強糸およびポリプロピレンからなる補強糸からなる群から選ばれる少なくとも1種の補強糸を含む補強布が好ましい。
つまり、補強糸22としては、ポリテトラフルオロエチレンからなる補強糸、ポリフェニレンサルファイドからなる補強糸、ナイロンからなる補強糸およびポリプロピレンからなる補強糸からなる群から選ばれる少なくとも1種の補強糸が好ましい。
The reinforcing yarn is a yarn made of a material that does not elute even when the reinforced precursor film is immersed in an alkaline aqueous solution. Even after the sacrificial yarn is immersed in an alkaline aqueous solution and the sacrificial yarn is eluted from the reinforcing fabric, it remains without dissolving as a yarn constituting the reinforcing material, maintaining the mechanical strength and dimensional stability of the ion exchange membrane. Contribute to.
The reinforcing cloth is preferably a reinforcing cloth containing at least one kind of reinforcing thread selected from the group consisting of a reinforcing thread made of polytetrafluoroethylene, a reinforcing thread made of polyphenylene sulfide, a reinforcing thread made of nylon, and a reinforcing thread made of polypropylene. .
That is, the reinforcing yarn 22 is preferably at least one reinforcing yarn selected from the group consisting of a reinforcing yarn made of polytetrafluoroethylene, a reinforcing yarn made of polyphenylene sulfide, a reinforcing yarn made of nylon, and a reinforcing yarn made of polypropylene.

犠牲糸は、強化前駆体膜をアルカリ性水溶液に浸漬することにより、その少なくとも一部が溶出する糸である。1本の犠牲糸は、1本のフィラメントからなるモノフィラメントであっても、2本以上のフィラメントからなるマルチフィラメントであってもよい。
犠牲糸24としては、PETのみからなるPET糸、PETおよびポリブチレンテレフタレート(以下、PBTと記す。)の混合物からなるPET/PBT糸、PBTのみからなるPBT糸、またはポリトリメチレンテレフタレート(以下、PTTと記す。)のみからなるPTT糸が好ましく、PET糸がより好ましい。
The sacrificial yarn is a yarn from which at least a part thereof is eluted by immersing the reinforced precursor film in an alkaline aqueous solution. One sacrificial yarn may be a monofilament composed of one filament or a multifilament composed of two or more filaments.
As the sacrificial yarn 24, a PET yarn made of only PET, a PET / PBT yarn made of a mixture of PET and polybutylene terephthalate (hereinafter referred to as PBT), a PBT yarn made of only PBT, or a polytrimethylene terephthalate (hereinafter referred to as the “polytrimethylene terephthalate”). PTT yarn consisting only of PTT) is preferred, and PET yarn is more preferred.

本発明のイオン交換膜は、下記工程(i)を経て製造されることが好ましい。本発明のイオン交換膜は、その後、下記工程(ii)において電解槽に配置される。
工程(i):補強布が配置された強化前駆体膜をアルカリ性水溶液に浸漬し、イオン交換基に変換できる基を有する含フッ素ポリマーを、イオン交換基を有する含フッ素ポリマーに変換する工程。
工程(ii):上記工程(i)を経て得られたイオン交換膜を電解槽に配置し、テトラアルキルアンモニウム塩の電解の本運転前のコンディショニング運転する工程。
The ion exchange membrane of the present invention is preferably produced through the following step (i). Thereafter, the ion exchange membrane of the present invention is placed in an electrolytic cell in the following step (ii).
Step (i): A step of immersing the reinforcing precursor film on which the reinforcing cloth is disposed in an alkaline aqueous solution to convert the fluorine-containing polymer having a group that can be converted into an ion-exchange group into a fluorine-containing polymer having an ion-exchange group.
Step (ii): A step of placing the ion exchange membrane obtained through the above step (i) in an electrolytic cell and performing a conditioning operation before the main operation of electrolysis of a tetraalkylammonium salt.

補強布が補強糸と犠牲糸とからなる場合、補強材20は、工程(i)を経て、強化前駆体膜中の補強布の犠牲糸の少なくとも一部が溶出するため、補強糸22と任意に含まれる犠牲糸24とから形成される。補強材20は、犠牲糸24の一部が溶解した場合は補強糸22と溶解残りの犠牲糸24からなり、犠牲糸24の全部が溶解した場合は補強糸22のみからなる。   In the case where the reinforcing fabric is composed of the reinforcing yarn and the sacrificial yarn, the reinforcing material 20 can be optionally combined with the reinforcing yarn 22 because at least a part of the sacrificial yarn of the reinforcing fabric in the reinforcing precursor film is eluted through the step (i). And the sacrificial yarn 24 included in. The reinforcing material 20 is composed of the reinforcing yarn 22 and the remaining undissolved sacrificial yarn 24 when part of the sacrificial yarn 24 is dissolved, and is composed of only the reinforcing yarn 22 when the entire sacrificial yarn 24 is dissolved.

犠牲糸24は、工程(i)において、少なくとも一部が溶出し、その結果、溶出孔28が形成される。   In the step (i), at least a part of the sacrificial yarn 24 is eluted, and as a result, an elution hole 28 is formed.

イオン交換膜1においては、図1に示すように、工程(i)の後においても犠牲糸24の一部が残存し、犠牲糸24のフィラメント26の溶解残りの周りに溶出孔28が形成されていることが好ましい。これにより、イオン交換膜1の取り扱いや、コンディショニング運転の際の電解槽へのイオン交換膜1の設置時において、イオン交換膜1にクラック等の破損が発生しにくくなる。   In the ion exchange membrane 1, as shown in FIG. 1, a part of the sacrificial yarn 24 remains even after the step (i), and an elution hole 28 is formed around the remaining melted filament 26 of the sacrificial yarn 24. It is preferable. Thereby, when handling the ion exchange membrane 1 or installing the ion exchange membrane 1 in the electrolytic cell during the conditioning operation, the ion exchange membrane 1 is less likely to be damaged such as cracks.

(無機物粒子層)
イオン交換膜1は、その最表面の両方に、無機物粒子層(図示せず)をさらに備える。つまり、無機物粒子層が、イオン交換膜1の最表面の両方に露出するように設けられる。言い換えれば、イオン交換膜1は、無機物粒子層と、層(S)14と、層(C)12と、無機物粒子層と、をこの順で有する。
テトラアルキルアンモニウム塩の電解により生じるガスがイオン交換膜1の表面に付着すると、テトラアルキルアンモニウム塩の電解の際に電解電圧が高くなる。無機物粒子層は、テトラアルキルアンモニウム塩の電解により生じるガスのイオン交換膜1の表面への付着を抑制し、電解電圧の上昇を抑制するために設けられる。
無機物粒子層は、無機物粒子と、バインダーとを含む。
(Inorganic particle layer)
The ion exchange membrane 1 further includes an inorganic particle layer (not shown) on both of its outermost surfaces. That is, the inorganic particle layer is provided so as to be exposed on both outermost surfaces of the ion exchange membrane 1. In other words, the ion exchange membrane 1 has an inorganic particle layer, a layer (S) 14, a layer (C) 12, and an inorganic particle layer in this order.
When the gas generated by electrolysis of the tetraalkylammonium salt adheres to the surface of the ion exchange membrane 1, the electrolysis voltage increases during electrolysis of the tetraalkylammonium salt. The inorganic particle layer is provided in order to suppress adhesion of a gas generated by electrolysis of the tetraalkylammonium salt to the surface of the ion exchange membrane 1 and to suppress an increase in electrolysis voltage.
The inorganic particle layer includes inorganic particles and a binder.

無機物粒子としては、テトラアルキルアンモニウム塩の水溶液に対する耐食性に優れ、親水性を有するものが好ましい。具体的には、第4族元素または第14族元素の、酸化物、窒化物および炭化物からなる群から選ばれる少なくとも1種が好ましく、SiO、SiC、ZrO、ZrCがより好ましく、ZrOがさらに好ましい。 As the inorganic particles, those having excellent corrosion resistance to an aqueous solution of a tetraalkylammonium salt and having hydrophilicity are preferable. Specifically, at least one selected from the group consisting of oxides, nitrides and carbides of Group 4 elements or Group 14 elements is preferable, SiO 2 , SiC, ZrO 2 and ZrC are more preferable, and ZrO 2 Is more preferable.

無機物粒子の平均粒子径は、0.5〜1.5μmが好ましく、0.7〜1.3μmがより好ましい。無機物粒子の平均粒子径が上記下限値以上であれば、高いガス付着抑制効果が得られる。無機物粒子の平均粒子径が上記上限値以下であれば、無機物粒子の脱落耐性に優れる。   The average particle diameter of the inorganic particles is preferably 0.5 to 1.5 μm, more preferably 0.7 to 1.3 μm. If the average particle diameter of the inorganic particles is not less than the above lower limit value, a high gas adhesion suppressing effect can be obtained. If the average particle diameter of the inorganic particles is less than or equal to the above upper limit value, the inorganic particles are excellent in the drop-off resistance.

バインダーとしては、テトラアルキルアンモニウム塩の水溶液に対する耐食性に優れ、親水性を有するものが好ましく、カルボン酸基またはスルホン酸基を有する含フッ素ポリマーが好ましく、スルホン酸基を有する含フッ素ポリマーがより好ましい。含フッ素ポリマーは、カルボン酸基またはスルホン酸基を有するモノマーのホモポリマーであってもよく、カルボン酸基またはスルホン酸基を有するモノマーと、該モノマーと共重合可能なモノマーとのコポリマーであってもよい。   As the binder, those having excellent corrosion resistance to an aqueous solution of a tetraalkylammonium salt and having hydrophilicity are preferable, a fluorine-containing polymer having a carboxylic acid group or a sulfonic acid group is preferable, and a fluorine-containing polymer having a sulfonic acid group is more preferable. The fluorine-containing polymer may be a homopolymer of a monomer having a carboxylic acid group or a sulfonic acid group, and is a copolymer of a monomer having a carboxylic acid group or a sulfonic acid group and a monomer copolymerizable with the monomer. Also good.

無機物粒子層における無機物粒子およびバインダーの合計質量に対するバインダーの質量比(以下、バインダー比と記す。)は、0.15〜0.3が好ましく、0.15〜0.25がより好ましく、0.16〜0.20がさらに好ましい。無機物粒子層におけるバインダー比が上記下限値以上であれば、無機物粒子の脱落耐性に優れる。無機物粒子層におけるバインダー比が上記上限値以下であれば、高いガス付着抑制効果が得られる。   The mass ratio of the binder to the total mass of the inorganic particles and the binder in the inorganic particle layer (hereinafter referred to as the binder ratio) is preferably 0.15 to 0.3, more preferably 0.15 to 0.25, and 0.0. 16 to 0.20 is more preferable. If the binder ratio in the inorganic particle layer is not less than the above lower limit value, the drop-off resistance of the inorganic particles is excellent. When the binder ratio in the inorganic particle layer is not more than the above upper limit value, a high gas adhesion suppressing effect can be obtained.

(製造方法)
本発明のイオン交換膜は、上記工程(i)を経て製造されることが好ましいが、工程(i)は、下記工程(i−a)および工程(i−b)からなるのが好ましい。
(Production method)
The ion exchange membrane of the present invention is preferably produced through the above step (i), but the step (i) preferably comprises the following step (ia) and step (ib).

工程(i−a):イオン交換基に変換できる基を有する含フッ素ポリマーに、補強糸と犠牲糸とからなる補強布を配置して強化前駆体膜を得る工程。
工程(i−b):工程(i−a)で得た強化前駆体膜をアルカリ性水溶液に接触させることによって、イオン交換基に変換できる基を有する含フッ素ポリマーを、イオン交換基を有する含フッ素ポリマーに変換するとともに、配置された補強布の犠牲糸の少なくとも一部を溶出させて、イオン交換基を有する含フッ素ポリマーに、補強糸を含む補強材が配置されたイオン交換膜を得る工程。
Step (ia): A step of obtaining a reinforced precursor film by disposing a reinforcing cloth composed of a reinforcing yarn and a sacrificial yarn on a fluorine-containing polymer having a group that can be converted into an ion exchange group.
Step (ib): Fluorine-containing polymer having a group that can be converted into an ion-exchange group by bringing the reinforced precursor film obtained in step (ia) into contact with an alkaline aqueous solution to form a fluorine-containing polymer having an ion-exchange group A step of converting to a polymer and eluting at least a part of the sacrificial yarn of the arranged reinforcing cloth to obtain an ion exchange membrane in which a reinforcing material containing a reinforcing yarn is arranged in a fluorine-containing polymer having an ion exchange group.

なお、工程(i−b)においては、イオン交換基に変換できる基をイオン交換基に変換した後に、必要に応じて、イオン交換基の対カチオンを交換する塩交換を行ってもよい。塩交換では、例えば、イオン交換基の対カチオンを、カリウムからナトリウムに交換する。塩交換は、公知の方法を採用できる。   In step (ib), after converting a group that can be converted into an ion exchange group into an ion exchange group, if necessary, salt exchange for exchanging a counter cation of the ion exchange group may be performed. In salt exchange, for example, the counter cation of the ion exchange group is exchanged from potassium to sodium. A known method can be employed for salt exchange.

<工程(i−a)>
強化前駆体膜は、前駆体膜を積層して製造する際に、補強布を積層して配置することにより製造することが好ましい。前駆体膜は、イオン交換基に変換できる基を有する含フッ素ポリマーの単層からなる膜であってもよく、複数の層からなる膜であってもよい。
工程(i−a)においては、まず、共押し出し法によってカルボン酸型官能基に変換できる基を有する含フッ素ポリマーからなる層(以下、「層(C’)」とも言う。)と、スルホン酸型官能基に変換できる基を有する含フッ素ポリマーからなる層(以下、「層(S’a)」とも言う。)とを有する積層膜を得る。また、別途、単層押し出し法によってスルホン酸型官能基に変換できる基を有する含フッ素ポリマーからなる層(以下、「層(S’b)」とも言う。)からなる膜(以下、「膜(S’b)」とも言う。)を得る。
次いで、膜(S’b)、補強布、および上記積層膜を、この順に配置し、積層ロールまたは真空積層装置を用いてこれらを積層する。この際、上記積層膜は、層(S’a)側が補強布に接するように配置する。このようにして得られた強化前駆体膜は、層(S’b)、補強布、層(S’a)、層(C’)の順に積層されている。
<Process (ia)>
The reinforced precursor film is preferably manufactured by stacking and arranging reinforcing cloths when the precursor film is stacked and manufactured. The precursor film may be a film made of a single layer of a fluoropolymer having a group that can be converted into an ion exchange group, or may be a film made of a plurality of layers.
In the step (ia), first, a layer made of a fluorine-containing polymer having a group that can be converted into a carboxylic acid type functional group by a coextrusion method (hereinafter also referred to as “layer (C ′)”), and a sulfonic acid A laminated film having a layer made of a fluorine-containing polymer having a group that can be converted into a functional group (hereinafter also referred to as “layer (S′a)”) is obtained. Separately, a film (hereinafter referred to as “film (hereinafter referred to as“ layer (S′b) ”)) comprising a layer made of a fluorine-containing polymer having a group that can be converted into a sulfonic acid type functional group by a single-layer extrusion method”. S'b) ".
Next, the film (S′b), the reinforcing cloth, and the laminated film are arranged in this order, and these are laminated using a laminating roll or a vacuum laminating apparatus. At this time, the laminated film is disposed so that the layer (S′a) side is in contact with the reinforcing cloth. The reinforced precursor film thus obtained is laminated in the order of the layer (S′b), the reinforcing cloth, the layer (S′a), and the layer (C ′).

なお、層(C’)、層(S’a)および層(S’b)は、後述する工程(i−b)において、それぞれ層(C)、層(Sa)および層(Sb)に変換される。また、イオン交換膜における層(C)、層(Sa)および層(Sb)の乾燥時の厚さと、強化前駆体膜における層(C’)、層(S’a)および層(S’b)の厚さとは、それぞれおよそ下式(I)の関係にある。
強化前駆体膜における各層の厚さ≒イオン交換膜における乾燥時の各層の厚さ×0.9 ・・・(I)
よって、イオン交換膜中の層(C)、層(Sa)および層(Sb)の厚さを所望の厚さとするには、強化前駆体膜における対応する層(C’)、層(S’a)および層(S’b)の厚さを、上記式(I)で求められる厚さとすればよい。
Note that the layer (C ′), the layer (S′a), and the layer (S′b) are converted into the layer (C), the layer (Sa), and the layer (Sb), respectively, in the step (ib) described later. Is done. Further, the thickness of the layer (C), the layer (Sa) and the layer (Sb) in the ion exchange membrane upon drying, and the layer (C ′), the layer (S′a) and the layer (S′b) in the reinforced precursor film are also shown. ) Is approximately in the relationship of the following formula (I).
Thickness of each layer in the reinforced precursor film ≒ Thickness of each layer at the time of drying in the ion exchange membrane x 0.9 (I)
Therefore, in order to obtain the desired thicknesses of the layers (C), (Sa) and (Sb) in the ion exchange membrane, the corresponding layers (C ′) and (S ′ What is necessary is just to let the thickness of a) and a layer (S'b) be the thickness calculated | required by the said Formula (I).

なお、層(Sa)を2層以上とする場合には、別途スルホン酸型官能基に変換できる基を有する含フッ素ポリマーからなる層からなる膜を得て、補強布と上記積層膜の間に層(Sa)が複数の層からなるように積層してもよい。   When the layer (Sa) has two or more layers, a film made of a layer made of a fluorine-containing polymer having a group that can be converted into a sulfonic acid type functional group is obtained separately, and between the reinforcing cloth and the laminated film. You may laminate | stack so that a layer (Sa) may consist of a several layer.

<工程(i−b)>
工程(i−b)においては、上記工程(i−a)で得た強化前駆体膜をアルカリ性水溶液に接触させることによって、該強化前駆体膜のイオン交換基に変換できる基をイオン交換基に変換するとともに、該強化前駆体膜の犠牲糸の少なくとも一部を溶出させることによって、所定のイオン交換膜を得る。
イオン交換基の変換は、例えば、日本国特開平1−140987号公報に記載されるような、水溶性有機化合物とアルカリ金属の水酸化物との混合物を用いる方法で行われることが好ましい。水溶性有機化合物としては、ジメチルスルホキシド、エタノールなどが挙げられる。アルカリ金属の水酸化物としては、水酸化カリウム、水酸化ナトリウムが挙げられる。
図1に示すように、イオン交換基の変換により、層(C’)は層(C)12に、層(S’a)は層(Sa)14Aに、層(S’b)は層(Sb)14Bに、それぞれ変換される。
また、層(Sa)14Aが複数の層からなる場合、例えば、2層からなる場合は、図2に示すように、層(Sa−1)14Aaおよび層(Sa−2)14Abが層(Sa)14Aを構成し、層(Sb)14Bとともに層(S)14を構成する。
<Process (ib)>
In the step (ib), a group that can be converted into an ion exchange group of the strengthened precursor film by bringing the strengthened precursor film obtained in the step (ia) into contact with an alkaline aqueous solution is converted into an ion exchange group. A predetermined ion exchange membrane is obtained by converting and eluting at least part of the sacrificial yarn of the reinforcing precursor membrane.
The conversion of the ion exchange group is preferably performed by a method using a mixture of a water-soluble organic compound and an alkali metal hydroxide as described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-140987. Examples of the water-soluble organic compound include dimethyl sulfoxide and ethanol. Examples of the alkali metal hydroxide include potassium hydroxide and sodium hydroxide.
As shown in FIG. 1, the layer (C ′) is converted into the layer (C) 12, the layer (S′a) is converted into the layer (Sa) 14 A, and the layer (S′b) is converted into the layer (C) by conversion of the ion exchange groups. Sb) respectively converted to 14B.
When the layer (Sa) 14A is composed of a plurality of layers, for example, when the layer (Sa) 14A is composed of two layers, the layer (Sa-1) 14Aa and the layer (Sa-2) 14Ab are composed of layers (Sa) as shown in FIG. ) 14A and the layer (S) 14 together with the layer (Sb) 14B.

犠牲糸の溶出は、犠牲糸を構成する材料を加水分解することで行われることが好ましい。   The elution of the sacrificial yarn is preferably performed by hydrolyzing the material constituting the sacrificial yarn.

[電解装置]
本発明のテトラアルキルアンモニウム塩の電気分解によって水酸化テトラアルキルアンモニウムを製造する電解装置(以後、単に「水酸化テトラアルキルアンモニウム用電解装置」とも称する)は、本発明のイオン交換膜を有する以外は、公知の態様を採用できる。図3は、本発明の水酸化テトラアルキルアンモニウム用電解装置の一例を示す模式図である。
本実施形態の水酸化テトラアルキルアンモニウム用電解装置100は、陰極112および陽極114を備える電解槽110と、電解槽110内を陰極112側の陰極室116と、陽極114側の陽極室118とに区切るように電解槽110内に装着されるイオン交換膜1とを有する。
イオン交換膜1は、層(C)12が陰極112側、層(S)14が陽極114側となるように電解槽110内に装着する。
[Electrolysis equipment]
An electrolysis apparatus for producing tetraalkylammonium hydroxide by electrolysis of the tetraalkylammonium salt of the present invention (hereinafter also simply referred to as “electrolysis apparatus for tetraalkylammonium hydroxide”) has the ion exchange membrane of the present invention. A publicly known aspect can be adopted. FIG. 3 is a schematic view showing an example of an electrolysis apparatus for tetraalkylammonium hydroxide of the present invention.
The electrolytic apparatus 100 for tetraalkylammonium hydroxide of this embodiment includes an electrolytic cell 110 including a cathode 112 and an anode 114, a cathode chamber 116 on the cathode 112 side, and an anode chamber 118 on the anode 114 side in the electrolytic cell 110. And an ion exchange membrane 1 mounted in the electrolytic cell 110 so as to be separated.
The ion exchange membrane 1 is mounted in the electrolytic cell 110 such that the layer (C) 12 is on the cathode 112 side and the layer (S) 14 is on the anode 114 side.

陰極112は、イオン交換膜1に接触させて配置してもよく、イオン交換膜1との間に間隔をあけて配置してもよい。   The cathode 112 may be disposed in contact with the ion exchange membrane 1 or may be disposed at a distance from the ion exchange membrane 1.

陰極室116を構成する材料としては、水酸化アルカリおよび水素に耐性がある材料が好ましい。該材料としては、ステンレス、ニッケル等が挙げられる。
陽極室118を構成する材料としては、塩化アルカリおよび塩素に耐性がある材料が好ましい。該材料としては、チタン等が挙げられる。
As a material constituting the cathode chamber 116, a material resistant to alkali hydroxide and hydrogen is preferable. Examples of the material include stainless steel and nickel.
The material constituting the anode chamber 118 is preferably a material resistant to alkali chloride and chlorine. Examples of the material include titanium.

陰極の基材としては、水酸化テトラアルキルアンモニウムおよび水素に対する耐性や、加工性等の点から、ステンレスやニッケル等が好ましい。
陽極の基材としては、テトラアルキルアンモニウム塩および塩素に対する耐性や、加工性等の点から、チタン等が好ましい。
電極基材の表面は、例えば、酸化ルテニウム、酸化イリジウム等でコーティングされることが好ましい。
As the base material for the cathode, stainless steel, nickel and the like are preferable from the viewpoints of resistance to tetraalkylammonium hydroxide and hydrogen, workability, and the like.
As the anode base material, titanium or the like is preferable from the viewpoint of resistance to tetraalkylammonium salt and chlorine, workability, and the like.
The surface of the electrode substrate is preferably coated with, for example, ruthenium oxide, iridium oxide or the like.

[水酸化テトラアルキルアンモニウムの製造方法]
本発明の水酸化テトラアルキルアンモニウムの製造方法は、本発明のイオン交換膜を有する水酸化テトラアルキルアンモニウム用電解装置によって、テトラアルキルアンモニウム塩を電解することにより行われる。
例えば、炭酸水素テトラアルキルアンモニウムの水溶液を電解して水酸化テトラアルキルアンモニウムの水溶液を製造する場合は、水酸化テトラアルキルアンモニウム用電解装置100の陽極室118に炭酸水素テトラアルキルアンモニウムの水溶液(なお、図3中では炭酸水素テトラメチルアンモニウム(TMA−HCO)の水溶液を記載)を供給し、陰極室116に水酸化テトラアルキルアンモニウムを溶解する溶媒(例えば、高度に精製された水)を供給する。
陽極室および陰極室に供給する溶液を循環させながら、電極間に直流電圧を印加すると、陽極室中において炭酸水素テトラアルキルアンモニウムの電解が進行し、テトラアルキルアンモニウムイオンがイオン交換膜を介して陰極室に移行し、水酸化テトラアルキルアンモニウムとなり、循環とともにその濃度は高くなっていく。
[Method for producing tetraalkylammonium hydroxide]
The method for producing tetraalkylammonium hydroxide of the present invention is carried out by electrolyzing a tetraalkylammonium salt with the electrolytic apparatus for tetraalkylammonium hydroxide having the ion exchange membrane of the present invention.
For example, when an aqueous solution of tetraalkylammonium hydrogen carbonate is electrolyzed to produce an aqueous solution of tetraalkylammonium hydroxide, an aqueous solution of tetraalkylammonium hydrogencarbonate (in addition, an aqueous solution of tetraalkylammonium hydrogencarbonate (note that In FIG. 3, an aqueous solution of tetramethylammonium hydrogen carbonate (TMA-HCO 3 ) is supplied, and a solvent for dissolving tetraalkylammonium hydroxide (for example, highly purified water) is supplied to the cathode chamber 116. .
When a DC voltage is applied between the electrodes while circulating the solution supplied to the anode chamber and the cathode chamber, electrolysis of the tetraalkylammonium hydrogen carbonate proceeds in the anode chamber, and the tetraalkylammonium ions are exchanged through the ion exchange membrane. It moves to the chamber, becomes tetraalkylammonium hydroxide, and its concentration increases with circulation.

なお、上記では原料として、炭酸水素テトラアルキルアンモニウムについて述べたが、それ以外のテトラアルキルアンモニウム塩であってもよく、例えば、塩化テトラアルキルアンモニウム、および、硫酸水素テトラアルキルアンモニウムが挙げられる。   In the above description, tetraalkylammonium hydrogen carbonate is described as a raw material. However, other tetraalkylammonium salts may be used, and examples thereof include tetraalkylammonium chloride and tetraalkylammonium hydrogensulfate.

また、テトラアルキルアンモニウム塩中のアルキル基の炭素数は特に限定されないが、1〜10のアルキル基が挙げられ、1〜3のアルキル基が好ましい。具体的には、テトラメチルアンモニウム塩、テトラエチルアンモニウム塩などが挙げられる。   Moreover, although carbon number of the alkyl group in tetraalkylammonium salt is not specifically limited, A 1-10 alkyl group is mentioned, A 1-3 alkyl group is preferable. Specific examples include tetramethylammonium salt and tetraethylammonium salt.

直流電圧を印加する際の電流密度は特に限定されないが、1〜50kA/mが好ましい。また、陽極室および陰極室の温度は特に限定されないが、10〜80℃が好ましい。
陽極室および陰極室への溶液の供給方法は特に限定されないが、循環式、連続式などが挙げられる。陽極室および陰極室での溶液の滞留時間は特に限定されないが、1〜60秒間程度が好ましい。
陽極室に供給するテトラアルキルアンモニウム塩の水溶液中でのテトラアルキルアンモニウム塩の濃度は特に限定されないが、2〜70質量%が好ましい。なお、上記水溶液には、必要に応じて、アルコールが含まれていてもよい。
Although the current density at the time of applying a DC voltage is not specifically limited, 1-50 kA / m < 2 > is preferable. Moreover, although the temperature of an anode chamber and a cathode chamber is not specifically limited, 10-80 degreeC is preferable.
A method for supplying the solution to the anode chamber and the cathode chamber is not particularly limited, and examples thereof include a circulation method and a continuous method. Although the residence time of the solution in an anode chamber and a cathode chamber is not specifically limited, About 1 to 60 second is preferable.
The concentration of the tetraalkylammonium salt in the aqueous solution of the tetraalkylammonium salt supplied to the anode chamber is not particularly limited, but is preferably 2 to 70% by mass. In addition, alcohol may be contained in the aqueous solution as necessary.

なお、図3においては、陽極室と陰極室とを区切る位置にイオン交換膜が配置される態様について述べたが、この態様には限定されず、例えば、特開平3−20489に示すように2枚のイオン交換膜を使用する態様であってもよい。   In addition, in FIG. 3, although the aspect in which an ion exchange membrane is arrange | positioned in the position which divides an anode chamber and a cathode chamber was described, it is not limited to this aspect, For example, as shown to Unexamined-Japanese-Patent No. 3-20489, 2 is shown. An embodiment using a single ion exchange membrane may be used.

以下、実施例によって本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の記載によっては限定されない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention in detail, this invention is not limited by the following description.

(TQ値)
TQ値は、ポリマーの分子量に関係する値であって、容量流速:100mm/秒を示す温度として求めた。容量流速は、島津フローテスターCFD−100D(島津製作所社製)を用い、イオン交換基の前駆体基を有する含フッ素ポリマーを3MPaの加圧下に一定温度のオリフィス(径:1mm、長さ:1mm)から溶融、流出させたときの流出量(単位:mm/秒)とした。
(TQ value)
The TQ value is a value related to the molecular weight of the polymer, and was determined as a temperature indicating a volume flow rate: 100 mm 3 / sec. The capacity flow rate is a Shimadzu flow tester CFD-100D (manufactured by Shimadzu Corporation), and a fluorine-containing polymer having a precursor group of an ion exchange group is orificed at a constant temperature under a pressure of 3 MPa (diameter: 1 mm, length: 1 mm). ) From the melted and flowed out (unit: mm 3 / sec).

(イオン交換容量の測定)
イオン交換基に変換できる基を有する含フッ素ポリマーの約0.5gを、加熱した平板プレスでプレスしてフィルム状にし、モデルサンプルを作製した。得られたフィルム状のモデルサンプルを透過型赤外分光分析装置によって分析した。得られたスペクトルのCFピーク、CHピーク、OHピーク、CFピーク、SOFピークの各ピークの高さを用いて、カルボン酸型官能基に変換できる基またはスルホン酸型官能基に変換できる基を有する構成単位の割合を算出し、これを加水分解処理後に得られる含フッ素ポリマーにおけるカルボン酸型官能基またはスルホン酸型官能基を有する構成単位の割合として、イオン交換容量が既知のサンプルを検量線として用い、イオン交換容量を求めた。
(Measurement of ion exchange capacity)
About 0.5 g of a fluorine-containing polymer having a group that can be converted into an ion exchange group was pressed into a film by a heated flat plate press to prepare a model sample. The obtained film model sample was analyzed by a transmission infrared spectroscopic analyzer. Using the height of each of the CF 2 peak, CH 3 peak, OH peak, CF peak, and SO 2 F peak of the obtained spectrum, convert to a carboxylic acid type functional group or a sulfonic acid type functional group. A sample having a known ion exchange capacity as a ratio of a structural unit having a carboxylic acid type functional group or a sulfonic acid type functional group in a fluorine-containing polymer obtained after the hydrolysis treatment by calculating the proportion of the structural unit having a group that can be formed Was used as a calibration curve to determine the ion exchange capacity.

(実施例1)
TFEと、下式(1−1)で表されるカルボン酸型官能基に変換できる基を有する含フッ素モノマーとを共重合して、カルボン酸型官能基に変換できる基を有する含フッ素ポリマー(TQ:225℃)(以下、ポリマーC1と記す。)を合成した。本ポリマーを用いてモデルサンプルを作製し、イオン交換容量を測定したところ、1.08ミリ当量/グラム乾燥樹脂であった。
CF=CF−O−CFCF−CF−COOCH ・・・(1−1)
Example 1
Fluorine-containing polymer having a group that can be converted into a carboxylic acid type functional group by copolymerizing TFE and a fluorine-containing monomer having a group that can be converted into a carboxylic acid type functional group represented by the following formula (1-1) TQ: 225 ° C. (hereinafter referred to as polymer C1). A model sample was prepared using this polymer, and the ion exchange capacity was measured and found to be 1.08 meq / g dry resin.
CF 2 = CF-O-CF 2 CF 2 -CF 2 -COOCH 3 ··· (1-1)

TFEと、式(2−1)で表されるスルホン酸型官能基に変換できる基を有する含フッ素モノマーとを共重合して、スルホン酸型官能基に変換できる基を有する含フッ素ポリマー(TQ:225℃)(以下、ポリマーS1と記す。)を合成した。本ポリマーを用いてモデルサンプルを作製し、イオン交換容量を測定したところ、1.10ミリ当量/グラム乾燥樹脂であった。   Fluorine-containing polymer (TQ) having a group that can be converted into a sulfonic acid type functional group by copolymerizing TFE and a fluorine-containing monomer having a group that can be converted into a sulfonic acid type functional group represented by formula (2-1) : 225 ° C.) (hereinafter referred to as polymer S1). A model sample was prepared using this polymer, and the ion exchange capacity was measured and found to be 1.10 meq / g dry resin.

ポリマーC1とポリマーS1とを共押し出し法により成形し、ポリマーC1からなる前駆体層(C’1)(厚さ:12μm)およびポリマーS1からなる前駆体層(S’1)(厚さ:68μm)の2層構成のフィルムAを得た。
また、ポリマーS1を溶融押し出し法により成形し、前駆体層(S’2)からなるフィルムB(厚さ:30μm)を得た。
The polymer C1 and the polymer S1 are molded by a co-extrusion method, and a precursor layer (C′1) (thickness: 12 μm) made of the polymer C1 and a precursor layer (S′1) made of the polymer S1 (thickness: 68 μm) The film A having a two-layer structure was obtained.
Moreover, polymer S1 was shape | molded by the melt-extrusion method, and the film B (thickness: 30 micrometers) which consists of a precursor layer (S'2) was obtained.

PTFEフィルムを急速延伸した後、100デニールの太さにスリットして得たモノフィラメントのPTFE糸と、5デニールのPETフィラメントを6本引き揃えた、30デニールのマルチフィラメントからなるPET糸とを、PTFE糸1本に対してPET糸2本の交互配列で平織りし、補強材(織布、PTFE糸の密度:27本/インチ、PET糸の密度:53本/インチ)を得た。   After rapidly stretching the PTFE film, a monofilament PTFE yarn obtained by slitting to a thickness of 100 denier and a PET yarn composed of 30 denier multifilaments obtained by aligning six 5 denier PET filaments, PTFE Plain weaving was performed in an alternating arrangement of two PET yarns on one yarn to obtain a reinforcing material (woven fabric, density of PTFE yarn: 27 yarns / inch, density of PET yarn: 53 yarns / inch).

フィルムB、補強材、フィルムA、離型用PETフィルム(厚さ:100μm)の順に、かつ、フィルムAの前駆体層(C’1)が離型用PETフィルム側となるように重ね、ロールを用いて積層した。離型用PETフィルムを剥がし、強化前駆体膜を得た。
酸化ジルコニウム(平均粒子径:1μm)29.0質量%、メチルセルロース1.3質量%、シクロヘキサノール4.6質量%、シクロヘキサン1.5質量%および水63.6質量%からなるペーストを、強化前駆体膜の前駆体層(S’2)の上層側にロールプレスにより転写し、無機物粒子層を形成した。酸化ジルコニウムの付着量は、20g/mとした。
Film B, reinforcing material, film A, PET film for release (thickness: 100 μm) in this order, and rolls so that the precursor layer (C′1) of film A is on the release PET film side Were laminated. The release PET film was peeled off to obtain a reinforced precursor film.
A paste composed of 29.0% by mass of zirconium oxide (average particle size: 1 μm), 1.3% by mass of methylcellulose, 4.6% by mass of cyclohexanol, 1.5% by mass of cyclohexane and 63.6% by mass of water is used as a reinforcing precursor. It transferred by the roll press to the upper layer side of the precursor layer (S'2) of a body film, and formed the inorganic substance particle layer. The adhesion amount of zirconium oxide was 20 g / m 2 .

片面に無機物粒子層を形成した強化前駆体膜を、5質量%のジメチルスルホキシドおよび30質量%の水酸化カリウムの水溶液に95℃で8分間浸漬した。これにより、ポリマーC1の−COOCH、および、ポリマーS1の−SOFを加水分解して、イオン交換基に転換し、前駆体層(C’1)を層(C)に、前駆体層(S’1)、前駆体層(S’2)を層(S)層とした膜を得た。 The reinforced precursor film having an inorganic particle layer formed on one side was immersed in an aqueous solution of 5% by mass of dimethyl sulfoxide and 30% by mass of potassium hydroxide at 95 ° C. for 8 minutes. Thus, -COOCH 3 of polymers C1, and the -SO 2 F of the polymer S1 is hydrolyzed, converted to ion exchange groups, the precursor layer (C'1) to the layer (C), the precursor layer A film having (S′1) and the precursor layer (S′2) as the layer (S) layer was obtained.

次に、ポリマーS1の酸型ポリマーを2.5質量%含むエタノール溶液に、酸化ジルコニウム(平均粒子径:1μm)を13質量%の濃度で分散させた分散液を調製した。この分散液を、上記膜の層(C)側に噴霧し、無機物粒子層を形成して、両面に無機物粒子層が形成されたイオン交換膜を得た。酸化ジルコニウムの付着量は3g/mとした。 Next, a dispersion liquid in which zirconium oxide (average particle size: 1 μm) was dispersed at a concentration of 13% by mass in an ethanol solution containing 2.5% by mass of the acid type polymer of the polymer S1 was prepared. This dispersion was sprayed on the layer (C) side of the membrane to form an inorganic particle layer, and an ion exchange membrane having an inorganic particle layer formed on both sides was obtained. The amount of zirconium oxide deposited was 3 g / m 2 .

得られたイオン交換膜中の層(C)および層(S)のイオン交換容量、並びに、乾燥厚さ(乾燥時の厚さ)は、表1にまとめて示す。   Table 1 summarizes the ion exchange capacities of the layers (C) and (S) and the dry thickness (thickness at the time of drying) in the obtained ion exchange membrane.

(実施例2〜4、比較例1〜2)
イオン交換膜中の層(C)および層(S)のイオン交換容量、並びに、乾燥厚さを表1の範囲となるように使用されるポリマーの種類および前駆体層の厚さを調整した以外は、実施例1と同様にしてイオン交換膜を得た。
(Examples 2-4, Comparative Examples 1-2)
Except for adjusting the ion exchange capacity of the layers (C) and (S) in the ion exchange membrane, and the type of polymer used and the thickness of the precursor layer so that the dry thickness is within the range shown in Table 1. Obtained an ion exchange membrane in the same manner as in Example 1.

(剥離評価)
上記実施例1〜4および比較例1〜2のイオン交換膜を用いて、以下の手順に従って、剥離評価を実施した。
まず、エキスパンドチタン上に蒸着したRuO−TiOから形成された陽極、ステンレススチール(有孔板)から製造された陰極、および、24時間にわたり10%水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)溶液に浸漬することにより前もって状態調節されたイオン交換膜を電解槽に装備し、電解装置を得た(図3参照)。
次に、陽極室を200g/lのTMA−HCO水溶液で満たし、陰極室を100g/lのTMAH水溶液で満たした。電解装置をヒーターで加熱し、陰極室をアルゴンの注入によって不活性にした。
電解装置中の流体の温度が50℃に達した時、給電スイッチを入れ、15A、すなわち、3kA/mに達するまで3分ごとに1Aだけ電流を増加させた。なお、電解装置への水の投入は100g/hであり、TMA−HCOの投入は125g/h(588g/l溶液)であった。
これらの条件下にて、14日間にわたり電解操作を実施した後、その電圧値を確認し、3.5V未満であれば◎、3.5V以上4.0V未満であれば○、4.0V以上4.5V未満であれば△、4.5V以上で×と判断した。
また、運転を停止し、電解装置を解体してイオン交換膜の剥離状況の目視にて観察を行った。観察時に、電解面内で直径5mm以上の剥離が1つ以上確認されたものを「剥離あり」、5mm以上の剥離が確認されないものを「剥離なし」と判断した。
評価結果を表1にまとめて示す。
(Peeling evaluation)
Using the ion exchange membranes of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2, peeling evaluation was performed according to the following procedure.
First, an anode made of RuO 2 —TiO 2 deposited on expanded titanium, a cathode made of stainless steel (perforated plate), and immersed in a 10% tetramethylammonium hydroxide (TMAH) solution for 24 hours In this way, the electrolytic cell was equipped with an ion exchange membrane whose state was adjusted in advance, thereby obtaining an electrolysis apparatus (see FIG. 3).
Next, the anode chamber was filled with 200 g / l TMA-HCO 3 aqueous solution, and the cathode chamber was filled with 100 g / l TMAH aqueous solution. The electrolyzer was heated with a heater and the cathode chamber was made inert by injecting argon.
When the temperature of the fluid in the electrolyzer reached 50 ° C., the power switch was turned on and the current was increased by 1 A every 3 minutes until it reached 15 A, ie 3 kA / m 2 . In addition, the input of water to the electrolyzer was 100 g / h, and the input of TMA-HCO 3 was 125 g / h (588 g / l solution).
Under these conditions, after carrying out the electrolysis operation for 14 days, the voltage value is confirmed. If it is less than 3.5V, ◎, if it is 3.5V or more and less than 4.0V, ○, 4.0V or more. If it was less than 4.5V, it was judged as Δ and 4.5V or more as x.
Further, the operation was stopped, the electrolysis apparatus was disassembled, and the state of peeling of the ion exchange membrane was visually observed. At the time of observation, one in which at least one peeling having a diameter of 5 mm or more was confirmed within the electrolytic surface was judged as “with peeling”, and one with no peeling of 5 mm or more being judged as “no peeling”.
The evaluation results are summarized in Table 1.

なお、表1中、「無機物粒子層」欄の「層(S)側」は、層(S)上に無機物粒子層がある場合を「あり」、ない場合を「なし」とする。
また、「無機物粒子層」欄の「層(C)側」は、層(C)上に無機物粒子層がある場合を「あり」、ない場合を「なし」とする。
In Table 1, “layer (S) side” in the “inorganic particle layer” column is “present” when there is an inorganic particle layer on the layer (S), and “none” when there is no inorganic particle layer.
In the “inorganic particle layer” column, “layer (C) side” is “present” when there is an inorganic particle layer on the layer (C), and “none” when there is no inorganic particle layer.

表1に示すように、層(C)のイオン交換容量が所定範囲である実施例1〜4においては、所望の効果が得られた。
特に、実施例1〜3と実施例4との比較より、層(C)のイオン交換容量が1.05ミリ当量/グラム乾燥樹脂以上の場合、電圧値がより低くなることが確認された。
As shown in Table 1, in Examples 1 to 4 in which the ion exchange capacity of the layer (C) is within a predetermined range, a desired effect was obtained.
In particular, comparison between Examples 1 to 3 and Example 4 confirmed that the voltage value was lower when the ion exchange capacity of the layer (C) was 1.05 meq / g dry resin or more.

1 イオン交換膜
10 電解質膜
12 層(C)
14 層(S)
14A 層(Sa)
14Aa 層(Sa−1)
14Ab 層(Sa−2)
14B 層(Sb)
20 補強材
22 補強糸
24 犠牲糸
26 フィラメント
28 溶出孔
100 水酸化テトラアルキルアンモニウム用電解装置
110 電解槽
112 陰極
114 陽極
116 陰極室
118 陽極室
1 ion exchange membrane 10 electrolyte membrane 12 layers (C)
14 layers (S)
14A layer (Sa)
14Aa layer (Sa-1)
14Ab layer (Sa-2)
14B layer (Sb)
20 Reinforcing Material 22 Reinforcing Yarn 24 Sacrificial Yarn 26 Filament 28 Elution Hole 100 Electrolyzer for Tetraalkylammonium Hydroxide 110 Electrolyzer 112 Cathode 114 Anode 116 Cathode Chamber 118 Anode Chamber

Claims (9)

テトラアルキルアンモニウム塩の電気分解によって水酸化テトラアルキルアンモニウムを製造する電解装置に用いられるイオン交換膜であって、
無機物粒子層と、
スルホン酸型官能基を有する含フッ素ポリマーを含む層(S)と、
カルボン酸型官能基を有する含フッ素ポリマーを含む層(C)と、
無機物粒子層と、をこの順で有し、
前記層(C)のイオン交換容量が0.95ミリ当量/グラム乾燥樹脂以上である、イオン交換膜。
An ion exchange membrane used in an electrolysis apparatus for producing tetraalkylammonium hydroxide by electrolysis of a tetraalkylammonium salt,
An inorganic particle layer;
A layer (S) containing a fluorine-containing polymer having a sulfonic acid type functional group;
A layer (C) containing a fluorine-containing polymer having a carboxylic acid type functional group;
An inorganic particle layer in this order,
An ion exchange membrane, wherein the ion exchange capacity of the layer (C) is 0.95 meq / g dry resin or more.
前記層(S)中に補強材がさらに配置された、請求項1に記載のイオン交換膜。   The ion exchange membrane according to claim 1, wherein a reinforcing material is further arranged in the layer (S). 前記層(S)のイオン交換容量が1.0〜2.0ミリ当量/グラム乾燥樹脂であり、
前記層(C)のイオン交換容量が0.95〜2.05ミリ当量/グラム乾燥樹脂である、請求項1または2に記載のイオン交換膜。
The layer (S) has an ion exchange capacity of 1.0 to 2.0 meq / g dry resin,
The ion exchange membrane according to claim 1 or 2, wherein the ion exchange capacity of the layer (C) is 0.95 to 2.05 meq / g dry resin.
前記層(S)の乾燥時の厚さが50〜200μmであり、
前記層(C)の乾燥時の厚さが5〜30μmである、請求項1〜3のいずれか1項に記載のイオン交換膜。
The thickness of the layer (S) when dried is 50 to 200 μm,
The ion exchange membrane of any one of Claims 1-3 whose thickness at the time of drying of the said layer (C) is 5-30 micrometers.
前記補強材が、ポリテトラフルオロエチレンからなる補強糸、ポリフェニレンサルファイドからなる補強糸、ナイロンからなる補強糸、および、ポリプロピレンからなる補強糸からなる群から選ばれる少なくとも1種の補強糸を含む補強布を含む、請求項1〜4のいずれか1項に記載のイオン交換膜。   Reinforcing cloth in which the reinforcing material includes at least one type of reinforcing yarn selected from the group consisting of reinforcing yarn made of polytetrafluoroethylene, reinforcing yarn made of polyphenylene sulfide, reinforcing yarn made of nylon, and reinforcing yarn made of polypropylene. The ion exchange membrane according to any one of claims 1 to 4, comprising: 前記層(S)が、下式(u1)で表される構成単位を有するポリマーを含む、請求項1〜5のいずれか1項に記載のイオン交換膜。
−[CF−CF(−O−CFCF(CF)−O−(CF−SOM)]− ・・・式(u1)
mは、1〜6の整数であり、Mは、アルカリ金属である。
The ion exchange membrane according to any one of claims 1 to 5, wherein the layer (S) includes a polymer having a structural unit represented by the following formula (u1).
- [CF 2 -CF (-O- CF 2 CF (CF 3) -O- (CF 2) m -SO 3 M)] - ··· formula (u1)
m is an integer of 1 to 6, and M is an alkali metal.
前記層(S)が、下式(u2)で表される構成単位を有するポリマーを含む、請求項1〜6のいずれか1項に記載のイオン交換膜。
−[CF−CF(−O−(CF−SOM)]− ・・・式(u2)
mは、1〜6の整数であり、Mは、アルカリ金属である。
The ion exchange membrane according to any one of claims 1 to 6, wherein the layer (S) includes a polymer having a structural unit represented by the following formula (u2).
- [CF 2 -CF (-O- ( CF 2) m -SO 3 M)] - ··· formula (u2)
m is an integer of 1 to 6, and M is an alkali metal.
前記層(S)が、下式(u3)で表される構成単位を有するポリマーを含む、請求項1〜7のいずれか1項に記載のイオン交換膜。

は、エーテル性の酸素原子を有していてもよいパーフルオロアルキレン基であり、Qは、単結合、またはエーテル性の酸素原子を有していてもよいパーフルオロアルキレン基であり、Rf1は、エーテル性の酸素原子を有していてもよいパーフルオロアルキル基であり、Xは、酸素原子、窒素原子、または炭素原子であり、Xが酸素原子の場合、aは0であり、Xが窒素原子の場合、aは1であり、Xが炭素原子の場合、aは2であり、Yは、フッ素原子、または1価のパーフルオロ有機基であり、rは、0または1であり、Mは、アルカリ金属である。
The ion exchange membrane according to any one of claims 1 to 7, wherein the layer (S) includes a polymer having a structural unit represented by the following formula (u3).

Q 1 is a perfluoroalkylene group which may have an etheric oxygen atom, Q 2 is a perfluoroalkylene group which may have a single bond or an etheric oxygen atom, R f1 is a perfluoroalkyl group which may have an etheric oxygen atom, X 1 is an oxygen atom, a nitrogen atom or a carbon atom, and when X 1 is an oxygen atom, a is 0 When X 1 is a nitrogen atom, a is 1, when X 1 is a carbon atom, a is 2, Y 1 is a fluorine atom or a monovalent perfluoro organic group, and r Is 0 or 1, and M is an alkali metal.
前記式(u3)で表される構成単位が、式(u4)で表される構成単位である、請求項8に記載のイオン交換膜。

F11は、単結合、またはエーテル性の酸素原子を有していてもよい炭素数1〜6の直鎖状のパーフルオロアルキレン基であり、RF12は、炭素数1〜6の直鎖状のパーフルオロアルキレン基であり、rは、0または1であり、Mは、アルカリ金属である。
The ion exchange membrane according to claim 8, wherein the structural unit represented by the formula (u3) is a structural unit represented by the formula (u4).

R F11 is a C 1-6 linear perfluoroalkylene group which may have a single bond or an etheric oxygen atom, and R F12 is a C 1-6 linear chain Wherein r is 0 or 1, and M is an alkali metal.
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WO2023085400A1 (en) 2021-11-12 2023-05-19 国立大学法人東京工業大学 Membrane, composite membrane, membrane electrode assembly, and water electrolysis device

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