JP2504135B2 - Cation exchange membrane for electrolysis - Google Patents

Cation exchange membrane for electrolysis

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JP2504135B2
JP2504135B2 JP63239741A JP23974188A JP2504135B2 JP 2504135 B2 JP2504135 B2 JP 2504135B2 JP 63239741 A JP63239741 A JP 63239741A JP 23974188 A JP23974188 A JP 23974188A JP 2504135 B2 JP2504135 B2 JP 2504135B2
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【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は電解用陽イオン交換膜、特には水、酸又はア
ルカリ水溶液、ハロゲン化アルカリ、炭酸アルカリ水溶
液などの水性溶液の電解に適した陽イオン交換膜に関す
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a cation exchange membrane for electrolysis, particularly a cation exchange membrane suitable for electrolysis of an aqueous solution such as water, an acid or alkali aqueous solution, an alkali halide or an alkali carbonate aqueous solution. Regarding an ion exchange membrane.

[従来の技術] 上記水性溶液、例えば塩化アルカリ水溶液を電解して
苛性アルカリと塩素とを得る方法は、近年公害防止の見
地から水銀法に代り、隔膜法が、そして更に高純度、高
濃度の苛性アルカリを高効率で得る目的でイオン交換膜
を用いる方法が実用化されている。
[Prior Art] A method for obtaining caustic alkali and chlorine by electrolyzing the above aqueous solution, for example, an aqueous solution of alkali chloride, has recently replaced the mercury method with a diaphragm method from the viewpoint of pollution prevention, and has a higher purity and a higher concentration. A method using an ion exchange membrane has been put into practical use for the purpose of obtaining caustic alkali with high efficiency.

一方、省エネルギーの観点からこの種の電解において
は、電流効率及び電解電圧を極力低くすることができる
イオン交換膜が要求され、そのための種々の膜が提案さ
れている。その中の1つの形態として、陽イオン交換基
を有する含フッ素重合体の第1のフィルムとして、スル
ホン酸基を有する重合体を、かつ第2のフィルムとして
カルボン酸基を有する重合体を用いる膜が知られてお
り、実用化されている。しかしながら、スルホン酸基を
有する共重合体と、カルボン酸基を有する共重合体の相
溶性が少なく、これらの接着性が弱いため、第一のフィ
ルムに用いられている共重合体のスルホン酸基を化学変
性してカルボン酸基としたり、共押し積層等の手段で複
層膜を得ることが知られている。このため、カルボン酸
基を有する共重合体のイオン交換容量が限定されたり、
あるいは共押し出し積層を行なうために第2のフィルム
層の厚みが10μがごとく薄い膜を有する積層膜、及び3
層以上の多層膜を製造することが難かしいなどの問題点
があった。
On the other hand, from the viewpoint of energy saving, in this type of electrolysis, an ion exchange membrane capable of minimizing current efficiency and electrolysis voltage is required, and various membranes therefor have been proposed. As one form among them, a film using a polymer having a sulfonic acid group as the first film of the fluoropolymer having a cation exchange group and a polymer having a carboxylic acid group as the second film. Is known and has been put to practical use. However, since the compatibility of the copolymer having a sulfonic acid group and the copolymer having a carboxylic acid group is low and the adhesiveness between them is weak, the sulfonic acid group of the copolymer used in the first film is It is known that the compound is chemically modified to have a carboxylic acid group, or a multilayer film is obtained by means such as co-extrusion lamination. Therefore, the ion exchange capacity of the copolymer having a carboxylic acid group is limited,
Alternatively, a laminated film having a thin film having a second film layer thickness of 10 μm for coextrusion lamination, and 3
There is a problem that it is difficult to manufacture a multilayer film having more layers.

一方、特公昭62-1652公報により、上記2層の複層膜
において第2のフィルムとして (A)CF2-CFX, から成る共重合体が知られている。
On the other hand, according to Japanese Examined Patent Publication No. 62-1652, (A) CF 2 -CFX, as a second film in the above two-layer multilayer film, Copolymers consisting of are known.

こゝで、Xは、−F,−Cl,又は−CF3でありRfは炭素数
1〜10のパーフルオロアルキル基、Mは水素又はアルカ
リ金属、Yは次のものから選ばれるが、次の一般式にお
いて、x,yは、1〜10であり、Zは、−F又はRfであ
る。また、B/(A+B+C)(モル比)及びC/(A+B
+C)(モル比)は、夫々0.01〜0.3及び0.05〜0.5であ
る。
Here, X is —F, —Cl, or —CF 3 , Rf is a perfluoroalkyl group having 1 to 10 carbon atoms, M is hydrogen or an alkali metal, and Y is selected from the following. In the general formula of, x and y are 1 to 10 and Z is -F or Rf. In addition, B / (A + B + C) (molar ratio) and C / (A + B)
+ C) (molar ratio) is 0.01 to 0.3 and 0.05 to 0.5, respectively.

CF2 x,OCH2 x しかし、この中で、(C)が であるものについては、低濃度(20〜30%)の苛性ソー
ダを製造用として記載されており、工業的に一般に行な
われている高濃度例えば30%を超える苛性ソーダの製造
についてはいまだ知られていない。
CF 2 x , OCH 2 x However, in this, (C) Is described for production of low-concentration (20-30%) caustic soda, and production of high-concentration caustic soda in excess of 30%, which is generally performed industrially, is not yet known. .

[発明が解決しようとする問題点] 従来電解を可及的に高電流効率且つ低電解電圧という
高効率に行なうために第1のフィルムとしてスルホン酸
基を有する含フッ素共重合体を用いる膜は、第2のフィ
ルムとしてカルボン酸基を有する含フッ素共重合体を用
いている。このため、上記の2層を積層することが難し
いため、従来共押し出し等の複雑かつ高価な積層装置を
用いたり、スルホン酸基をもつ共重合体の片側具体的に
は陰極側を化学反応で、カルボン酸層に変換する等の必
要があった。
[Problems to be Solved by the Invention] A membrane using a fluorinated copolymer having a sulfonic acid group as the first film is used in order to perform conventional electrolysis with high current efficiency and high efficiency of low electrolysis voltage. A fluorinated copolymer having a carboxylic acid group is used as the second film. For this reason, it is difficult to laminate the above two layers. Therefore, a complicated and expensive laminating apparatus such as conventional coextrusion is used, or one side of the copolymer having a sulfonic acid group, specifically, the cathode side can be chemically reacted. , It was necessary to convert to a carboxylic acid layer.

また、上記第2のフィルムに用いられている共重合体
には、従来四弗化エチレンと の共重合体が用いられることがあるが、これを用いた積
層膜にてNaCl水溶液の電解を行なうと、陰極室に生成す
る苛性ソーダ中に含有されるNaCl量が比較的多いという
ことが知られている。
Further, the copolymer used in the second film is a conventional tetrafluoroethylene. However, it is known that the amount of NaCl contained in the caustic soda produced in the cathode chamber is relatively large when the aqueous solution of NaCl is electrolyzed in the laminated film using this copolymer. ing.

[問題点を解決するための手段] 本発明は、前述の問題点を解決すべく成されたもので
あり、スルホン酸基を有する含フッ素重合体の第1のフ
ィルムと、下記の(A),(B),(C)の繰り返し単
位を有するカルボン酸基を交換基とする含フッ素重合体
からなり、上記第1のフィルムより小さい厚み5〜50μ
をもち、且つイオン交換容量が0.05〜0.20ミリ当量/g乾
燥樹脂だけ大きい第2のフィルムとの積層からなること
を特徴とする電解用陽イオン交換膜である。
[Means for Solving Problems] The present invention has been made to solve the above problems, and includes a first film of a fluoropolymer having a sulfonic acid group and the following (A): , (B), (C) comprising a fluorinated polymer having a carboxylic acid group as an exchange group having a repeating unit and having a thickness of 5 to 50 μm smaller than that of the first film
And a cation exchange membrane for electrolysis, which is characterized in that it is laminated with a second film having a large ion exchange capacity of 0.05 to 0.20 meq / g dry resin.

(A) CF2-CF2 ここで、Rfは炭素数1〜5のパーフルオロアルキル
基、Mは水素又はアルカリ金属であり、かつ(B+C)
/(A+B+C)(モル比)は、0.12〜0.25である。
(A) CF 2 -CF 2 Here, Rf is a perfluoroalkyl group having 1 to 5 carbon atoms, M is hydrogen or an alkali metal, and (B + C)
/ (A + B + C) (molar ratio) is 0.12-0.25.

かかる本発明のイオン交換膜は、電解において優れた
性能、即ち高い電流効率と低い電解電圧及び、陰極室に
生成するNaOH中のNaCl含有量を少なくするという性能を
有すると同時に、スルホン酸基をもつ共重合体の第1の
フィルムと、カルボン酸基をもつ第2のフィルムとが、
ロールプレス積層のごとくの簡便な方法により積層され
得るという優れた性質を兼ねそなえている。これは、本
発明による陽イオン交換膜を構成する第2のフィルム
が、上記のごとき(A),(B),(C)を繰返し単位
に有するカルボン酸基を有する含フッ素重合体から形成
されることに起因する。すなわちまず第1に、従来、こ
の種の含フッ素重合体では困難であった例えばイオン交
換容量が、1.1meq/g以下の5〜40μ厚がごとく極めて薄
いフィルムが、押出し成形等により容易に製造できるこ
とにより高電流効率及び低い電解電圧が達成される。
The ion exchange membrane of the present invention has excellent performance in electrolysis, that is, high current efficiency and low electrolysis voltage, and has the property of reducing the NaCl content in NaOH generated in the cathode chamber, and at the same time, it has a sulfonic acid group. A first film of a copolymer having the above and a second film having a carboxylic acid group,
It also has the excellent property that it can be laminated by a simple method such as roll press lamination. This is because the second film constituting the cation exchange membrane according to the present invention is formed from a fluorine-containing polymer having a carboxylic acid group having repeating units (A), (B) and (C) as described above. Due to that. That is, first of all, an extremely thin film having an ion exchange capacity of 1.1 meq / g or less, such as 5 to 40 μm, which was conventionally difficult to obtain with a fluoropolymer of this kind, can be easily produced by extrusion molding or the like. As a result, high current efficiency and low electrolysis voltage are achieved.

又、第2点として、第2のフィルムに用いる共重合体
を構成するカルボン酸基を有するモノマーとして、ペン
ダント側鎖の短いCF2=CFO(CF21〜5COOCH3を用い
ているため、側鎖の長いモノマーたとえば を構成要素とする共重合体に比べイオン交換容量が0.85
〜1.30ミリ当量/gと高く設定しても、高い電流効率を得
ることができる。発明者は、本発明のイオン交換膜を用
いると、電解により生成するNaOH中のNaCl含有量を低く
できる理由として、以下のように考えているが、この記
述により、本発明を何ら限定するものではない。すなわ
ち、第2のフィルムの共重合体のペンダント側鎖が短
く、イオン交換容量が高く設定できるため、固定イオン
濃度が高くなり、ドナン排除力が高まり、NaClの拡散が
防止される。
In addition, as a second point, CF 2 = CFO (CF 2 ) 1 to 5 COOCH 3 having a short pendant side chain is used as a monomer having a carboxylic acid group that constitutes the copolymer used in the second film. , Long side chain monomers eg The ion exchange capacity is 0.85 compared to the copolymer containing
Even if it is set as high as ~ 1.30 meq / g, high current efficiency can be obtained. The inventor believes that the use of the ion exchange membrane of the present invention can reduce the NaCl content in NaOH produced by electrolysis as follows, but this description does not limit the present invention in any way. is not. That is, since the pendant side chain of the copolymer of the second film is short and the ion exchange capacity can be set high, the fixed ion concentration is increased, the Donnan exclusion force is increased, and NaCl diffusion is prevented.

第3点として、第2のフィルムに用いる共重合体の構
成要素に特定量の(B)ユニットが含まれるため、高い
電流効率が発現するイオン交換容量で且つ第1のフィル
ムよりも大きいイオン交換容量をもつ場合でも、ポリマ
ーの結晶性を低くすることが出来る。(B)ユニットを
含まない、(A)及び(C)ユニットのみから成る2元
共重合体では、高い電流効率が発現する低いイオン交換
容量では、結晶性が高いため、薄膜の成形性が著しく悪
く、かつ、第1のフィルムとの密着性が悪く、加水分解
中あるいは電解中にふくれ、あるいははくりを生ずる。
Thirdly, since the constituent element of the copolymer used for the second film contains a specific amount of the (B) unit, the ion exchange capacity is such that high current efficiency is exhibited and the ion exchange capacity is larger than that of the first film. Even if it has a capacity, the crystallinity of the polymer can be lowered. In the binary copolymer which does not include the unit (B) and is composed only of the units (A) and (C), the crystallinity is high at a low ion exchange capacity where a high current efficiency is exhibited, so that the formability of the thin film is remarkable. Poor and poor adhesion to the first film, causing swelling or peeling during hydrolysis or electrolysis.

本発明による第2のフィルムを用いれば、第1のフィ
ルムとたとえばロールプレスによる積層で、簡単に2層
膜にすることができる。また、ロールプレスによる積層
が可能なため、さらに、3層以上の複層化や布による補
強が容易に行なえ、さらに高性能なイオン交換膜を製造
することができる。
If the second film according to the present invention is used, a two-layer film can be easily formed by laminating the first film with the first film, for example, by roll pressing. Further, since the layers can be laminated by roll pressing, it is possible to easily form a multi-layered structure having three or more layers and to reinforce with a cloth, and it is possible to produce a higher performance ion exchange membrane.

本発明において第1のフィルムを形成するスルホン酸
基を有する含フッ素重合体のフィルムは、機械的強度を
十分である限りではイオン交換容量を大きくし、比電気
抵抗を小さくするのが好ましい。このスルホン酸基の含
有量は、イオン交換容量が好ましくは0.7〜1.5ミリ当量
/g乾燥樹脂特に好ましくは、0.8〜1.2ミリ当量/g乾燥樹
脂になるようにされる。
In the present invention, the sulfonic acid group-containing fluoropolymer film forming the first film preferably has a large ion exchange capacity and a small specific electric resistance as long as the mechanical strength is sufficient. The content of this sulfonic acid group is preferably 0.7 to 1.5 meq.
/ g dry resin Especially preferably, it is made to be 0.8 to 1.2 meq / g dry resin.

上記含フッ素重合体は、好ましくは、パーフルオロ重
合体が適切であり、その好ましい例は、CF2=CF2との共重合体、CF2=CF2とCF2=CFO(CF22〜5SO2
との共重合体などである。この重合体を形成するモノマ
ーの組成比は、含フッ素重合体が上記のイオン交換容量
を有するように選ばれる。
The above-mentioned fluoropolymer is preferably a perfluoropolymer, and a preferable example thereof is CF 2 = CF 2 . Copolymer with CF 2 = CF 2 and CF 2 = CFO (CF 2 ) 2-5 SO 2 F
And copolymers thereof. The composition ratio of the monomers forming the polymer is selected so that the fluoropolymer has the above-mentioned ion exchange capacity.

本発明において、第2のフィルムを形成するカルボン
酸基を交換基とする含フッ素重合体は、下記の(A),
(B),(C)の繰返し単位を有する。
In the present invention, the fluoropolymer having a carboxylic acid group as an exchange group which forms the second film has the following (A),
It has repeating units of (B) and (C).

(A) CF2-CFX こゝで、X,Rf,Mは上記した通りであるが、なかでもパ
ーフルオロ重合体が好ましく、その例としては、CF2=C
F2と、CF2=CFORf(Rfは、炭素数1〜5のパーフルオロ
アルキル基)と、CF2=CFO(CF23COOCH3との三元共重
合体があげられる。
(A) CF 2 -CFX Here, X, Rf, and M are as described above, but among them, perfluoro polymers are preferable, and examples thereof include CF 2 ═C
A terpolymer of F 2 , CF 2 = CFORf (Rf is a perfluoroalkyl group having 1 to 5 carbon atoms), and CF 2 = CFO (CF 2 ) 3 COOCH 3 can be mentioned.

含フッ素重合体中の繰返し単位(A),(B),
(C)の組成比は、フィルムの性質を決定する為、重要
である。即ち、(B+C)/(A+B+C)(モル比)
は、フィルムの製膜の容易性及び第1のフィルムとの密
着性と関連するが、好ましくは、該比率が0.12〜0.25、
特には0.15〜0.20になるようにせしめられる。該比率が
小さいときには、製膜性の改善が小さくなり、逆に大き
いときには膜の機械的強度の低下をもたらしさらに、第
1のフィルムとの接着性の観点から、適当な結晶性をも
つような比率が選択される。一方、C/(A+B+C)
(モル比)は、該フィルムの交換容量と関係するが、該
比率は、電解にて製造しようとする苛性アルカリの濃度
との関係で適したイオン交換容量が選ばれるが、上記第
1のフィルムのイオン交換容量よりも0.05〜0.20ミリ当
量/g乾燥樹脂だけ大きい、好ましくは0.90〜1.30ミリ当
量/g乾燥樹脂、好ましくは0.95〜1.20ミリ当量/g乾燥樹
脂を与えるように選ばれる。
Repeating units (A), (B) in the fluoropolymer,
The composition ratio of (C) is important because it determines the properties of the film. That is, (B + C) / (A + B + C) (molar ratio)
Is related to the ease of film formation and the adhesion to the first film, but preferably the ratio is 0.12 to 0.25,
Especially, it is set to 0.15 to 0.20. When the ratio is small, the improvement of the film forming property becomes small, and conversely when the ratio is large, the mechanical strength of the film is lowered. Further, from the viewpoint of the adhesiveness with the first film, the film has an appropriate crystallinity. A ratio is selected. On the other hand, C / (A + B + C)
The (molar ratio) is related to the exchange capacity of the film, and the ratio is selected as an appropriate ion exchange capacity in relation to the concentration of caustic alkali to be produced by electrolysis. The ion exchange capacity is 0.05 to 0.20 meq / g dry resin greater, preferably 0.90 to 1.30 meq / g dry resin, preferably 0.95 to 1.20 meq / g dry resin.

上記第1及び第2のフィルムの含フッ素重合体は、種
々の方法で製造される。また、これらのフィルムは必要
により、好ましくはポリテトラフルオロエチレンなどの
含フッ素重合体からなる布、不織布、フイブリル、多孔
体又は金属製のメッシュ、多孔体などで補強することが
できる。布等による補強をほどこした場合第1のフィル
ムのさらに陽極側に厚さ5〜50μのスルホン酸基を有す
る共重合体のフィルムを積層してもよい。
The fluoropolymers of the first and second films are produced by various methods. If necessary, these films can be reinforced with a cloth, a non-woven fabric, a fibril, a porous body or a metal mesh, a porous body, or the like, which is preferably made of a fluoropolymer such as polytetrafluoroethylene. When reinforced with a cloth or the like, a copolymer film having a sulfonic acid group having a thickness of 5 to 50 μm may be laminated further on the anode side of the first film.

第1及び第2の含フッ素重合体のフィルムは、本発明
では、イオン交換膜性能を最大限に発揮させるために、
第1のフィルムは、好ましくは130〜300μ、第2のフィ
ルムは、好ましくは5〜50μ、そして第1のフィルム/
第2のフィルムの厚みの比率は、好ましくは2.0〜30、
特には5〜20にせしめられる。第2のフィルムが極めて
薄い場合、上記した補強材は、第1のフィルムに導入す
るのが好ましい。
In the present invention, the films of the first and second fluoropolymers are used in order to maximize the ion exchange membrane performance.
The first film is preferably 130-300μ, the second film is preferably 5-50μ, and the first film /
The thickness ratio of the second film is preferably 2.0 to 30,
Especially, it is set to 5 to 20. If the second film is very thin, it is preferred that the reinforcing material described above be incorporated into the first film.

第1のフィルム及び第2のフィルムの積層は、適宣の
手段が採用されるが、いずれにせよかゝる積層により両
者の膜状物を一体化することが必要である。かくして、
例えば、好ましくは温度100〜350℃にて、圧力0.5〜100
kg/cm2にてプレスすることにより、かゝる積層に実施さ
れる。なお、積層に当っては、本発明では、場合によ
り、第1のフィルム及び第2のフィルムの一方又は両方
を2種以上使うことができる。また、両フィルムの積層
は、その有する陽イオン交換基の分解を招かないような
適宣のイオン交換基の形態、例えばカルボン酸基のとき
は、酸又はエステル型で行うのが好ましく、また、スル
ホン酸基のときには、−SO2F型で行うのが好ましい。
積層後の陽イオン交換膜の厚みは、好ましくは、80〜50
0μ、特には100〜300μにするのが好ましい。
Any appropriate means may be adopted for laminating the first film and the second film, but in any case, it is necessary to integrate the two film-shaped materials by laminating. Thus,
For example, preferably at a temperature of 100 to 350 ° C and a pressure of 0.5 to 100.
By pressing at kg / cm 2 , such lamination is carried out. In the present invention, two or more kinds of one or both of the first film and the second film can be used in the present invention for lamination. In addition, the lamination of both films is preferably performed in an acid or ester type in the form of an appropriate ion exchange group that does not cause decomposition of the cation exchange group, for example, in the case of a carboxylic acid group, In the case of a sulfonic acid group, it is preferable to use the —SO 2 F type.
The thickness of the cation exchange membrane after lamination is preferably 80 to 50.
It is preferably 0 μ, particularly preferably 100 to 300 μ.

本発明の上記第1のフィルム及び第2のフィルムを積
層してなる陽イオン交換膜は、そのままでももちろん優
れた性能を発揮するが、必要に応じて、その一方又は両
方の膜面にガス及び液透過性の電極活性を有する粒子を
含む多孔質層(米国特許明細書第4224121号など参照)
又は、ガス及び液透過性の電極活性を有しない粒子を含
む多孔質層(英国公開特許明細書第2064586号などを参
照)を設けて、その性質を一層改良することができる。
The cation exchange membrane obtained by laminating the first film and the second film of the present invention exhibits excellent performance as it is, but if necessary, one or both membrane surfaces may be exposed to gas and gas. Porous layer containing particles having liquid-permeable electrode activity (see, for example, US Pat. No. 4224121)
Alternatively, a porous layer containing gas and liquid permeable particles having no electrode activity (see, for example, British Published Patent Specification No. 2064586) can be provided to further improve the properties.

本発明の陽イオン交換膜は、上記のように塩化アルカ
リ水溶液を始めとする種々の水性溶液の電解に使用でき
る。例えば、塩化アルカリ水溶液の電解に使用する場
合、本発明の陽イオン交換膜の第1のフィルム面を、陽
極側に、第2のフィルム面を陰極側に向けて配置せしめ
られる。かくした場合、本発明の陽イオン交換膜はその
最大限の性能が発揮される。
The cation exchange membrane of the present invention can be used for electrolysis of various aqueous solutions including an aqueous solution of alkali chloride as described above. For example, when used for electrolysis of an aqueous solution of alkali chloride, the cation exchange membrane of the present invention can be arranged so that the first film surface faces the anode side and the second film surface faces the cathode side. In this case, the cation exchange membrane of the present invention exerts its maximum performance.

本発明のイオン交換膜を使用して塩化アルカリ水溶液
の電解を行なうプロセス条件としては、上記した特開昭
54-112398号公報におけるような既知の条件が採用でき
る。例えば、陽極室には好ましくは2.5〜5.0規定(N)
の塩化アルカリ水溶液を供給し、陰極室には水又は稀釈
水酸化アルカリを供給し、好ましくは80℃〜120℃、電
流密度10〜100A/dm2で電解される。かゝる場合、塩化ア
ルカリ水溶液中のカルシウム及びマグネシウムなどの重
金属イオンは、イオン交換膜の劣化を招くので、可及的
に小さくせしめるのが好ましい。また、陽極における酸
素の発生を極力防止するために塩酸などの酸を塩化アル
カリ水溶液に添加することができる。
The process conditions for electrolyzing an aqueous solution of alkali chloride using the ion-exchange membrane of the present invention include those described in JP-A-
Known conditions such as those in Japanese Patent Publication 54-112398 can be adopted. For example, the anode chamber is preferably 2.5-5.0 normal (N)
Is supplied, and water or diluted alkali hydroxide is supplied to the cathode chamber, and electrolysis is carried out at preferably 80 to 120 ° C. and current density of 10 to 100 A / dm 2 . In such a case, heavy metal ions such as calcium and magnesium in the aqueous solution of alkali chloride cause deterioration of the ion exchange membrane, so it is preferable to make them as small as possible. Further, an acid such as hydrochloric acid can be added to the aqueous alkali chloride solution in order to minimize generation of oxygen at the anode.

本発明において電解槽は、上記構成を有する限りにお
いて単極型でも複極型でもよい。また電解槽を構成する
材料は、例えば塩化アルカリ水溶液の電解の場合には陽
極室の場合には、塩化アルカリ水溶液及び塩素に耐性が
あるもの、例えば弁金属、チタンが使用され、陰極室の
場合には水酸化アルカリ及び水素に耐性がある鉄、ステ
ンレス又はニッケルなどに使用される。
In the present invention, the electrolytic cell may be a monopolar type or a bipolar type as long as it has the above configuration. Further, the material constituting the electrolytic cell is, for example, in the case of electrolysis of an aqueous solution of alkali chloride, in the case of the anode chamber, a material resistant to the aqueous solution of alkali chloride and chlorine, such as valve metal or titanium, and in the case of the cathode chamber. Is used for iron, stainless steel, nickel, etc., which are resistant to alkali hydroxide and hydrogen.

本発明において電極を配置する場合、電極はイオン交
換膜に接触して配置しても、また適宣の間隔を配置して
もよい。
When the electrodes are arranged in the present invention, the electrodes may be arranged in contact with the ion exchange membrane, or may be arranged at an appropriate interval.

以上は、主に塩化アルカリ水溶液の電解を例について
本発明の膜の使用を説明したが、水、ハロゲン酸(塩
酸、臭化水素酸)、炭酸アルカリの電解に対しても同様
に適用できることはもちろんである。
In the above, the use of the membrane of the present invention has been described mainly with respect to electrolysis of an aqueous solution of alkali chloride, but the same applies to electrolysis of water, halogen acid (hydrochloric acid, hydrobromic acid), and alkali carbonate. Of course.

次に、本発明を、実施例により説明するが、これによ
り本発明は何ら、制限をうけるものではないことは、も
ちろんである。
Next, the present invention will be described with reference to Examples, but it goes without saying that the present invention is not limited thereto.

[実施例] 実施例1 内容量10lのステンレス製耐圧反応容器に、イオン交
換水を6500g、C817COONH4を13g、Na2HPO4・12H2Oを
32.3g、NaH2PO4・2H2Oを18.9g(NH4228を5.14
g、n−ヘキサンを0.39g仕込み、ついで、984gのCF2=C
FO(CF23COOCH3と316gのCF2=CFOC37を仕込んだ。
充分脱気を行なった後、重合温度57℃まで昇温し、四弗
化エチレンにて所定圧11.7kg/cm2迄昇圧し、反応を行な
わしめた。四弗化エチレンを導入しつつ重合を行ない、
圧力を所定圧に保った。5時間後に、反応を停止し、得
られたラテックスを濃硫酸を用いて凝集を行ない、次い
でポリマーを充分に水洗した後、メタノール中で65℃、
16時間処理し、更に乾燥を行なって、イオン交換容量1.
01meq/gの3元共重合体1.42kgを得た。該3元共重合体
を220℃で押出製膜し、厚さ20μの薄いフィルムを得
た。
[Example] Example 1 6500 g of ion-exchanged water, 13 g of C 8 F 17 COONH 4 and 13 g of Na 2 HPO 4 · 12H 2 O were placed in a pressure resistant reaction vessel made of stainless steel with an internal volume of 10 l.
32.3 g, and NaH 2 PO 4 · 2H 2 O and 18.9g (NH 4) 2 S 2 O 8 5.14
0.39 g of g and n-hexane was charged, and then 984 g of CF 2 = C
FO (CF 2 ) 3 COOCH 3 and 316 g of CF 2 = CFOC 3 F 7 were charged.
After sufficiently degassing, the polymerization temperature was raised to 57 ° C. and the pressure was raised to a predetermined pressure of 11.7 kg / cm 2 with ethylene tetrafluoride to carry out the reaction. Polymerization is carried out while introducing tetrafluoroethylene,
The pressure was kept at a predetermined pressure. After 5 hours, the reaction was stopped, the obtained latex was agglomerated with concentrated sulfuric acid, and then the polymer was thoroughly washed with water, then, in methanol, at 65 ° C.,
Ion exchange capacity is 1.
1.42 kg of a terpolymer of 01 meq / g was obtained. The terpolymer was extruded at 220 ° C. to form a thin film having a thickness of 20 μm.

次に、同じ反応容器に、1,1,2−トリクロロ、1,2,2−
トリフルオロエタンを3.09kgα,α′−アゾビスイソブ
チロニトリル13.5gを仕込み、次いで、 4.41kgを仕込んだ。充分脱気を行なった後、重合温度70
℃まで昇温し、四弗化エチレンにて所定圧12.4kg/cm2
昇圧し、反応を行なわせしめた。四弗化エチレンを導入
しつつ重合を行ない、圧力を所定圧に保った。7.0時間
後に反応を停止し、得られたポリマーを充分に洗浄、乾
燥を行ない、イオン交換容量0.91meq/gの共重合体を1.1
5kg得た。該共重合体を220℃で及び製膜し厚さ160μの
膜を得た。
Then, in the same reaction vessel, 1,1,2-trichloro, 1,2,2-
Trifluoroethane was charged with 3.09 kg α, α′-azobisisobutyronitrile 13.5 g, and then, 4.41kg was charged. After sufficiently degassing, polymerization temperature 70
The temperature was raised to ℃ and the pressure was raised to a predetermined pressure of 12.4 kg / cm 2 with ethylene tetrafluoride, and the reaction was allowed to proceed. Polymerization was performed while introducing tetrafluoroethylene, and the pressure was maintained at a predetermined pressure. After 7.0 hours, the reaction was stopped, and the obtained polymer was thoroughly washed and dried to give a copolymer having an ion exchange capacity of 0.91 meq / g of 1.1.
I got 5kg. The copolymer was formed into a film at 220 ° C. to obtain a film having a thickness of 160 μ.

次いで、この2種類のフィルムを、220℃でロールを
用いて貼合せ積層を行ない2層膜とした後、ジメチルス
ルホキシド30重量%、苛性カリ11重量%の水溶液中で加
水分解を行ない、その後、2N-NaCl水溶液中に、該膜を
浸漬した。次に、この膜を用いて、以下の如く電解を行
なった。
Then, these two kinds of films were laminated at 220 ° C. by using a roll to form a two-layer film, which was then hydrolyzed in an aqueous solution of 30% by weight of dimethyl sulfoxide and 11% by weight of caustic potash, and then 2N. -The membrane was immersed in an aqueous NaCl solution. Next, using this film, electrolysis was performed as follows.

有効膜面積0.25dm2、陽極RuO2/Tiエクスパンドメタ
ル、陰極活性ニッケル/Feエクスパンドメタル、極間3mm
からなる小型槽を用い、200g/l NaCl及び水を陽極室及
び陰極室に供給しながら90℃、電流密度30A/dm2にて電
解試験を行なった。その結果、生成苛性濃度35%NaOHに
おける、電流効率は96%であった。また、陰極液中のNa
Cl含有率は、15ppmであった。
Effective film area 0.25 dm 2 , anode RuO 2 / Ti expanded metal, cathode active nickel / Fe expanded metal, gap 3 mm
Electrolysis test was performed at 90 ° C. and current density of 30 A / dm 2 while supplying 200 g / l NaCl and water to the anode chamber and the cathode chamber using a small tank consisting of. As a result, the current efficiency was 96% at the generated caustic concentration of 35% NaOH. Also, Na in the catholyte
The Cl content was 15 ppm.

比較例1 C24とCF2=CFO(CF23COOCH3を共重合して各々の
イオン交換容量が1.01,1.04,1.08,1.12,1.25(meq/g)
である共重合体を得、押出成形にて厚さ20μの薄い膜を
得た。イオン交換容量が1.01meq/gである共重合体は、
結晶性が高く、薄膜の成形が困難であった。
Comparative Example 1 C 2 F 4 and CF 2 = CFO (CF 2 ) 3 COOCH 3 were copolymerized to give respective ion exchange capacities of 1.01,1.04,1.08,1.12,1.25 (meq / g).
And a thin film with a thickness of 20 μm was obtained by extrusion molding. The copolymer having an ion exchange capacity of 1.01 meq / g is
High crystallinity made it difficult to form a thin film.

次に、イオン交換容量1.04,1.08,1.12,1.25(meq/g)
の薄膜と実施例1で用いた、スルホン酸基を共重合体膜
を、実施例1と同様な方法で、ロールを用いて220℃の
温度で積層した後加水分解を行ない、その後該膜を2N-N
aCl溶液に浸漬したところ、薄膜層にイオン交換容量
が、1.04(meq/g)共重合体を用いた積層膜は、積層界
面ではく離を生じ、イオン交換容量が1.08(meq/g)の
ものは積層界面にふくれを生じた。
Next, ion exchange capacity 1.04,1.08,1.12,1.25 (meq / g)
And the sulfonic acid group-copolymer membrane used in Example 1 were laminated with a roll at a temperature of 220 ° C. in the same manner as in Example 1 and then hydrolyzed. 2N-N
When immersed in an aCl solution, the thin film layer has an ion exchange capacity of 1.04 (meq / g). A laminated film using a copolymer causes delamination at the lamination interface and has an ion exchange capacity of 1.08 (meq / g). Caused blister at the laminated interface.

イオン交換容量が、1.12(meq/g)の共重合体を用い
た積層膜を実施例1と同様な方法で電解を行なったとこ
ろ、電流効率は95.5%であった。しかし、電圧が徐々に
上昇したため、解体して膜を調べたところ電解20日後、
積層界面にて一部はく離を生じていた。
When a laminated film using a copolymer having an ion exchange capacity of 1.12 (meq / g) was electrolyzed in the same manner as in Example 1, the current efficiency was 95.5%. However, because the voltage gradually increased, disassembling and examining the membrane, 20 days after electrolysis,
Some peeling occurred at the laminated interface.

イオン交換容量が、1.25(meq/g)の共重合体を用い
た積層膜を実施例1と同様な方法で電解を行なったとこ
ろ、電流効率は90.5%であった。
When a laminated film using a copolymer having an ion exchange capacity of 1.25 (meq / g) was electrolyzed in the same manner as in Example 1, the current efficiency was 90.5%.

比較例2 C24を共重合させ、イオン交換容量が0.91(mea/g)である
共重合体を得、220℃において押出成形を行ない厚さ20
μの薄い膜を得た。
Comparative Example 2 With C 2 F 4 To obtain a copolymer with an ion exchange capacity of 0.91 (mea / g), which was extruded at 220 ° C to a thickness of 20
A thin film of μ was obtained.

次に、実施例1で用いたスルホン酸基をもつ共重合体
膜を実施例1と同様な方法で積層し、加水分解を行なっ
た後実施例と同様に電解を行なったところ、電流効率は
96.0%、陰極液中のNaCl含有率は、30ppmであった。30
日間電解後、膜をとりだして観察したところ積層面に一
部はく離が観察された。
Next, the sulfonic acid group-containing copolymer film used in Example 1 was laminated in the same manner as in Example 1, hydrolyzed and then electrolyzed in the same manner as in Example 1.
96.0%, NaCl content in the catholyte was 30 ppm. 30
After electrolysis for a day, the film was taken out and observed. As a result, some peeling was observed on the laminated surface.

比較例3 実施例1と同一容器に、イオン交換水を6500g、C8
17COONH4を13g、Na2HPO4・12H2Oを32.3g、NaH2PO4・2H
2Oを18.9g(NH4228を3.43g、n−ヘキサンを0.4
6g仕込み、ついで、CF2=CFO(CF23COOCH3を850g、CF
2=CFOC37を450g仕込み、重合温度57℃、重合圧力11.
9kg/cm2にて7時間実施例1と同様な方法で重合を行な
い、イオン交換容量が0.84meq/gの3元共重合体1.4kgを
得た。該3元共重合体を220℃で押出製膜し、厚さ20μ
のフィルムを得た。該3元共重合体220℃で押し出し製
膜し、厚さ20μのフィルムを得た。この薄膜と実施例1
で用いたスルホン酸基をもつ共重合体膜を、実施例1と
同様な方法で積層した。
Comparative Example 3 In the same container as in Example 1, 6500 g of ion-exchanged water and C 8 F
17 COONH 4 13g, Na 2 HPO 4・ 12H 2 O 32.3g, NaH 2 PO 4・ 2H
2 O 18.9 g (NH 4 ) 2 S 2 O 8 3.43 g, n-hexane 0.4
Charge 6g, then 850g CF 2 = CFO (CF 2 ) 3 COOCH 3 , CF
2 = 450 g of CFOC 3 F 7 was charged, polymerization temperature 57 ° C, polymerization pressure 11.
Polymerization was carried out at 9 kg / cm 2 for 7 hours in the same manner as in Example 1 to obtain 1.4 kg of a terpolymer having an ion exchange capacity of 0.84 meq / g. The terpolymer was extruded at 220 ° C to form a film with a thickness of 20 μm.
Was obtained. The terpolymer was extruded at 220 ° C. to form a film, and a 20 μm thick film was obtained. This thin film and Example 1
The sulfonic acid group-containing copolymer film used in Example 1 was laminated in the same manner as in Example 1.

この膜を、実施例2と同様な方法で、加水分解及び表
面の親水化を行なった後、電解試験を行なった。その結
果、生成苛性ソーダ濃度35%における電流効率は92%、
槽電圧は3.5Vであった。
This membrane was subjected to hydrolysis and hydrophilization on the surface in the same manner as in Example 2 and then subjected to an electrolytic test. As a result, the current efficiency at a generated caustic soda concentration of 35% is 92%,
The cell voltage was 3.5V.

実施例2 実施例1において得られた2種類のフィルムを、220
℃でロールプレスを用いて貼合積層を行なった。次に、
平均粒径1μの酸化ジルコニウムを29.0重量%、メチル
セルロース1.3重量%、シクロヘキサノール4.6重量%、
シクロヘキサノン1.5重量%、水63.6重量%から成るペ
ーストを積層膜の第1層の側(スルホン酸基をもつ共重
合体層)にロールプレスにより転写を行なった。
Example 2 The two types of films obtained in Example 1 were
Lamination lamination was performed using a roll press at ℃. next,
29.0% by weight of zirconium oxide having an average particle size of 1μ, 1.3% by weight of methylcellulose, 4.6% by weight of cyclohexanol,
A paste composed of 1.5% by weight of cyclohexanone and 63.6% by weight of water was transferred to the first layer side (copolymer layer having a sulfonic acid group) of the laminated film by roll pressing.

この時の酸化ジルコニウムの付着量は、20g/m2であっ
た。次いで、この膜を実施例1と同様な方法で加水分解
を行なった後、積層膜の第2層の側に、スプレー法を用
いて、酸化ジルコニウム粒子を10g/m2付着せしめた。
The amount of zirconium oxide attached at this time was 20 g / m 2 . Next, this film was hydrolyzed in the same manner as in Example 1, and then 10 g / m 2 of zirconium oxide particles was adhered to the second layer side of the laminated film by a spray method.

この膜に、Tiのパンチドメタルに酸化ルテニウムと酸
化イリジウムと酸化チタンの固溶体を被覆した陽極、ス
テンレス製のパンチドメタルにルテニウム入りラネーニ
ッケルを電着した陰極を各々接触させ、陽極室に200g/l
の塩化ナトリウム水溶液を、陰極室に水を供給しつつ電
流密度30A/dm2、温度90℃にて電解試験を行なった。そ
の結果、生成苛性ソーダ濃度32%および35%における電
流効率は、ともに96.0%、槽電圧はそれぞれ2.94V及び
2.97V、陰極液中の食塩含有量は、ともに15ppmであっ
た。
To this film, an anode coated with a solid solution of ruthenium oxide, iridium oxide, and titanium oxide on a punched metal of Ti, and a cathode electrodeposited with Raney nickel containing ruthenium on a punched metal made of stainless steel were respectively brought into contact with each other, and 200 g / anode chamber was provided. l
The aqueous sodium chloride solution was subjected to an electrolytic test at a current density of 30 A / dm 2 and a temperature of 90 ° C. while supplying water to the cathode chamber. As a result, the current efficiencies at the generated caustic soda concentrations of 32% and 35% were both 96.0%, and the cell voltage was 2.94 V and respectively.
2.97V, the salt content in the catholyte was both 15 ppm.

[発明の効果] 本発明は、第1の層がスルホン酸基をもち、第2のフ
ィルム層に、特定な組成をもつポリマーを用いた、特に
ハロゲン化アルカリ電解用に適したフッ素樹脂陽イオン
交換膜を提供するものであり、これにより、可及的に高
い電流効率、低い電解電圧での電解が可能であると供
に、塩、例えばNaCl含量の低い苛性アルカリを製造する
ことができ、なおかつ、ロールプレス等により比較的簡
便に第1のフィルムと第2のフィルムが容易に接着され
得るという、極めて画期的なものである。
EFFECTS OF THE INVENTION The present invention provides a fluororesin cation in which the first layer has a sulfonic acid group and a polymer having a specific composition is used in the second film layer, which is particularly suitable for alkaline halide electrolysis. It is intended to provide an exchange membrane, which enables production of a salt, for example, a caustic alkali having a low NaCl content, with a possible high current efficiency and electrolysis at a low electrolysis voltage. In addition, it is extremely epoch-making that the first film and the second film can be easily adhered to each other relatively easily by a roll press or the like.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】スルホン酸基を有する含フッ素重合体の第
1のフィルムと、下記の(A)、(B)、(C)の繰返
し単位を有するカルボン酸基を交換基とする含フッ素重
合体からなり、上記第1のフィルムより小さい厚み5〜
50μをもち、且つイオン交換容量が0.05〜0.20ミリ当量
/g乾燥樹脂だけ大きい第2のフィルムとの積層からなる
ことを特徴とする電解用陽イオン交換膜。 (A) CF2-CF2 ここで、Rfは炭素数1〜5のパーフルオロアルキル
基、Mは水素又はアルキル金属であり、かつ(B+C)
/(A+B+C)(モル比)は、0.12〜0.25である。
1. A first film of a fluorine-containing polymer having a sulfonic acid group and a fluorine-containing polymer having a carboxylic acid group having the following repeating units (A), (B) and (C) as an exchange group. Composed of a united body and having a thickness smaller than that of the first film
It has 50μ and has an ion exchange capacity of 0.05 to 0.20 meq.
A cation exchange membrane for electrolysis, which is characterized in that it is formed by laminating a second film which is large only by a dry resin. (A) CF 2 -CF 2 Here, R f is a perfluoroalkyl group having 1 to 5 carbon atoms, M is hydrogen or an alkyl metal, and (B + C)
/ (A + B + C) (molar ratio) is 0.12-0.25.
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