JP6927191B2 - Manufacture method of ion exchange membrane for alkali chloride electrolysis, ion exchange membrane for alkali chloride electrolysis and alkali chloride electrolyzer - Google Patents
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Description
本発明は、塩化アルカリ電解用イオン交換膜、塩化アルカリ電解用イオン交換膜の製造方法および塩化アルカリ電解装置に関する。 The present invention relates to an ion exchange membrane for alkali chloride electrolysis, a method for producing an ion exchange membrane for alkali chloride electrolysis, and an alkali chloride electrolyzer.
海水等の塩化アルカリ水溶液を電解し、水酸化アルカリと塩素とを製造する塩化アルカリ電解法に用いられるイオン交換膜としては、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が知られている。
特許文献1には、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と、を有するイオン交換膜が開示されている(段落0074等)。
As an ion exchange membrane used in the alkali chloride electrolysis method for producing alkali hydroxide and chlorine by electrolyzing an alkaline chloride aqueous solution such as seawater, an electrolyte membrane made of a fluorine-containing polymer having an ion exchange group is known.
Patent Document 1 discloses an ion exchange membrane having a layer containing a fluoropolymer having a carboxylic acid type functional group and a layer containing a fluoropolymer having a sulfonic acid type functional group (paragraph 0074, etc.). ).
近年、塩化アルカリ電解用イオン交換膜には、苛性品質のさらなる向上が求められている。ここで、「苛性品質が優れる」とは、塩化アルカリ水溶液(特に、塩化ナトリウム水溶液)の電解によって得られる水酸化アルカリ水溶液(特に、水酸化ナトリウム水溶液)中の不純物(特に、塩化ナトリウム)濃度が低い状態を意味する。
しかしながら、特許文献1に記載のイオン交換膜を用いて得られる塩化アルカリ水溶液は、苛性品質に関して、近年要求されるレベルを満たしておらず、改善の余地があった。
In recent years, there has been a demand for further improvement in caustic quality of ion exchange membranes for alkali chloride electrolysis. Here, "excellent in caustic quality" means that the concentration of impurities (particularly sodium chloride) in the alkaline hydroxide aqueous solution (particularly sodium hydroxide aqueous solution) obtained by electrolysis of the alkaline chloride aqueous solution (particularly sodium chloride aqueous solution) It means a low state.
However, the alkaline chloride aqueous solution obtained by using the ion exchange membrane described in Patent Document 1 does not satisfy the level required in recent years with respect to caustic quality, and there is room for improvement.
本発明は、上記実情に鑑みて、苛性品質に優れた塩化アルカリ水溶液を製造できる塩化アルカリ電解用イオン交換膜、これの製造方法およびこれを用いた塩化アルカリ電解装置の提供を目的とする。 In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide an ion exchange membrane for alkali chloride electrolysis capable of producing an alkaline chloride aqueous solution having excellent caustic quality, a method for producing the same, and an alkali chloride electrolyzer using the same.
本発明者は、上記課題について鋭意検討した結果、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、を有する塩化アルカリ電解用イオン交換膜において、層(C)を層(S)から剥離させた際に現れる、層(S)側の表面および層(C)側の表面のうち、少なくとも一方の表面粗さ(Ra)が所定範囲内であれば、所望の効果が得られるのを見出し、本発明に至った。
すなわち、本発明者は、以下の構成により上記課題が解決できるのを見出した。
As a result of diligent studies on the above problems, the present inventor has provided a layer (S) containing a fluoropolymer having a sulfonic acid type functional group and a layer (C) containing a fluoropolymer having a carboxylic acid type functional group. In the ion exchange membrane for alkali chloride electrolysis, at least one of the surface on the layer (S) side and the surface on the layer (C) side, which appears when the layer (C) is peeled from the layer (S), is roughened. We have found that a desired effect can be obtained if the (Ra) is within a predetermined range, and have arrived at the present invention.
That is, the present inventor has found that the above problem can be solved by the following configuration.
[1] 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、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、が積層されてなる、塩化アルカリ電解用イオン交換膜であって、
上記層(C)と上記層(S)との剥離を行い、上記剥離によって現れる、上記層(C)側の表面および上記層(S)側の表面のうち、少なくとも一方の表面粗さ(Ra)が、1〜15nmである、塩化アルカリ電解用イオン交換膜。
[2] 上記表面粗さ(Ra)が、1〜10nmである、[1]に記載の塩化アルカリ電解用イオン交換膜。
[3] 上記層(S)の中に補強糸を含む補強部材を含む、[1]または[2]に記載の塩化アルカリ電解用イオン交換膜。
[4] 上記塩化アルカリ用イオン交換膜が、少なくとも一方の最表面において、無機物粒子およびバインダーを含む無機物粒子層を有する、[1]〜[3]のいずれかに記載の塩化アルカリ電解用イオン交換膜。
[5] 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(C’)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(S’)とをそれぞれペレット化し、
次いで、上記含フッ素ポリマー(C’)のペレットと、上記含フッ素ポリマー(S’)のペレットとをそれぞれ溶融押出し成形して、上記含フッ素ポリマー(C’)を含む前駆体層(C’)と、上記含フッ素ポリマー(S’)を含む前駆体層(S’)とが積層された前駆体膜を形成し、
次いで、上記前駆体膜とアルカリ水溶液とを接触させて、上記前駆体層(C’)中の上記カルボン酸型官能基に変換できる基を変換して、上記カルボン酸型官能基を有する層(C)を形成し、かつ、上記前駆体層(S’)中のスルホン酸型官能基に変換できる基を変換して、上記スルホン酸型官能基を有する層(S)を形成する、[1]〜[4]のいずれかに記載の塩化アルカリ電解用イオン交換膜の製造方法であって、
以下の要件1および要件2の少なくとも一方を満たす、塩化アルカリ電解用イオン交換膜の製造方法。
(要件1)上記ペレット化の際に、上記含フッ素ポリマー(C’)および上記含フッ素ポリマー(S’)の少なくとも一方の溶融物を、フィルターを通した後にペレット化する。
(要件2)上記溶融押出し成形の際に、上記含フッ素ポリマー(C’)のペレットおよび上記含フッ素ポリマー(S’)のペレットの少なくとも一方の溶融物を、フィルターを通した後に溶融押出し成形する。
[6] 上記要件1において脱気しながらペレット化する、または、上記要件2において脱気しながら溶融押出し成形する、[5]に記載の塩化アルカリ電解用イオン交換膜の製造方法。
[7] 上記脱気の際のゲージ圧が、−0.1〜−0.02MPaである、[6]に記載の塩化アルカリ電解用イオン交換膜の製造方法。
[8] 上記フィルターの目開きが0.026〜0.87mmである、[7]に記載の塩化アルカリ電解用イオン交換膜の製造方法。
[9] 上記フィルターの目開き0.026〜0.32mmである、[5]〜[8]のいずれかに記載の塩化アルカリ電解用イオン交換膜の製造方法。
[10] 陰極と、陽極と、を備える電解槽と、
[1]〜[4]のいずれかに記載の塩化アルカリ電解用イオン交換膜と、を有し、
上記塩化アルカリ電解用イオン交換膜が、上記陰極と上記陽極とを区切るように上記電解槽内に配置されており、
上記層(C)が上記陰極側に配置され、かつ、上記層(S)が上記陽極側に配置されている、塩化アルカリ電解装置。
[1] An ion for alkali chloride electrolysis formed by laminating a layer (C) containing a fluoropolymer having a carboxylic acid type functional group and a layer (S) containing a fluoropolymer having a sulfonic acid type functional group. It is an exchange membrane
The layer (C) and the layer (S) are peeled off, and at least one of the surface roughness (Ra) on the layer (C) side and the surface on the layer (S) side that appears by the peeling is performed. ) Is 1 to 15 nm, an ion exchange membrane for alkali chloride electrolysis.
[2] The ion exchange membrane for alkali chloride electrolysis according to [1], wherein the surface roughness (Ra) is 1 to 10 nm.
[3] The ion exchange membrane for alkali chloride electrolysis according to [1] or [2], which comprises a reinforcing member including a reinforcing thread in the layer (S).
[4] The ion exchange for alkali chloride electrolysis according to any one of [1] to [3], wherein the alkali chloride ion exchange membrane has an inorganic particle layer containing inorganic particles and a binder on at least one outermost surface. film.
[5] A fluoropolymer (C') having a group capable of converting to a carboxylic acid type functional group and a fluoropolymer (S') having a group capable of converting to a sulfonic acid type functional group are pelleted, respectively.
Next, the pellets of the fluoropolymer (C') and the pellets of the fluoropolymer (S') are melt-extruded and molded to form a precursor layer (C') containing the fluoropolymer (C'). And the precursor layer (S') containing the fluoropolymer (S') are laminated to form a precursor film.
Next, the precursor film is brought into contact with the alkaline aqueous solution to convert a group that can be converted into the carboxylic acid type functional group in the precursor layer (C'), and the layer having the carboxylic acid type functional group ( A layer (S) having the sulfonic acid type functional group is formed by forming C) and converting a group capable of converting into the sulfonic acid type functional group in the precursor layer (S') [1]. ] To [4], the method for producing an ion exchange film for alkali chloride electrolysis.
A method for producing an ion exchange membrane for alkali chloride electrolysis, which satisfies at least one of the following requirements 1 and 2.
(Requirement 1) At the time of pelletization, at least one melt of the fluoropolymer (C') and the fluoropolymer (S') is filtered and then pelletized.
(Requirement 2) At the time of the melt extrusion molding, at least one melt of the fluoropolymer (C') pellet and the fluoropolymer (S') pellet is melt-extruded after passing through a filter. ..
[6] The method for producing an ion exchange membrane for alkali chloride electrolysis according to [5], wherein pelletization is performed while degassing in the above requirement 1, or melt extrusion molding is performed while degassing in the above requirement 2.
[7] The method for producing an ion exchange membrane for alkali chloride electrolysis according to [6], wherein the gauge pressure at the time of degassing is −0.1 to −0.02 MPa.
[8] The method for producing an ion exchange membrane for alkali chloride electrolysis according to [7], wherein the filter has a mesh size of 0.026 to 0.87 mm.
[9] The method for producing an ion exchange membrane for alkali chloride electrolysis according to any one of [5] to [8], wherein the filter has a mesh size of 0.026 to 0.32 mm.
[10] An electrolytic cell including a cathode and an anode,
It has the ion exchange membrane for alkali chloride electrolysis according to any one of [1] to [4].
The ion exchange membrane for alkali chloride electrolysis is arranged in the electrolytic cell so as to separate the cathode and the anode.
An alkali chloride electrolyzer in which the layer (C) is arranged on the cathode side and the layer (S) is arranged on the anode side.
本発明によれば、苛性品質に優れた塩化アルカリ水溶液を製造できる塩化アルカリ電解用イオン交換膜、これの製造方法およびこれを用いた塩化アルカリ電解装置を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide an ion exchange membrane for alkali chloride electrolysis capable of producing an alkaline chloride aqueous solution having excellent caustic quality, a method for producing the same, and an alkali chloride electrolyzer using the same.
以下の用語の定義は、特に断りのない限り、本明細書および特許請求の範囲にわたって適用される。
「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、この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り、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(−COOM1。ただし、M1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(−SO3H)、またはスルホン酸塩基(−SO3M2。ただし、M2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。
「前駆体層」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層(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。
イオン交換容量の単位である「ミリ当量/グラム乾燥樹脂」は、「mEq/g」と簡略化して記載する場合がある。
Unless otherwise noted, the definitions of the following terms apply throughout the specification and claims.
The "ion exchange membrane" is a membrane containing a polymer having an ion exchange group.
The "ion exchange group" is a group capable of exchanging at least a part of the ions contained in this group with another ion, and examples thereof include the following carboxylic acid type functional group and sulfonic acid type functional group.
The "carboxylic acid type functional group" means a carboxylic acid group (-COOH) or a carboxylic acid base (-COOM 1 , where M 1 is an alkali metal or a quaternary ammonium base).
"Sulfonic acid type functional group" means a sulfonic acid group (-SO 3 H) or a sulfonic acid base (-SO 3 M 2 ; where M 2 is an alkali metal or a quaternary ammonium base). do.
The "precursor layer" is a layer (membrane) containing a polymer having a group capable of converting 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 treatment such as a hydrolysis treatment or an 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 treatment such as a hydrolysis treatment or an acid type treatment.
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 treatment such as a hydrolysis treatment or an acid type treatment.
"Milli equivalent / gram dry resin", which is a unit of ion exchange capacity, may be abbreviated as "mEq / g".
「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。
「パーフルオロカーボンポリマー」とは、ポリマー中の炭素原子に結合している水素原子の全部がフッ素原子に置換されたポリマーを意味する。パーフルオロカーボンポリマー中のフッ素原子の一部は、塩素原子および臭素原子の一方または両方で置換されていてもよい。
「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。
「パーフルオロモノマー」とは、モノマー中の炭素原子に結合している水素原子の全部がフッ素原子に置換された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重合単位を意味する。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、このモノマーに由来する構成単位は、この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、この構成単位を化学的に変換、たと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、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。
The "fluorine-containing polymer" means a polymer compound having a fluorine atom in the molecule.
"Perfluorocarbon polymer" means a polymer in which all hydrogen atoms bonded to carbon atoms in the polymer are replaced with fluorine atoms. Some of the fluorine atoms in the perfluorocarbon polymer may be replaced with one or both of chlorine and bromine atoms.
By "monomer" is meant a compound having a polymerization-reactive carbon-carbon unsaturated double bond.
The "fluorine-containing monomer" means a monomer having a fluorine atom in the molecule.
The "perfluoromonomer" means a monomer in which all the hydrogen atoms bonded to carbon atoms in the monomer are replaced with fluorine atoms.
"Constituent unit" means a monomer-derived polymerization unit 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 this monomer is a divalent structural unit generated by cleavage of this unsaturated double bond. be. Further, the structural unit may be a structural unit obtained by chemically converting, for example, hydrolyzing, the structural unit after forming a polymer having the structure of a certain structural unit. In some cases, the structural unit derived from each monomer may be described by adding "unit" to the monomer name.
「補強部材」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。補強部材は、補強布に由来する部材である。
「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部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。
「強化前駆体膜」とは、前駆体層中に補強布が含まれた膜を意味する。
「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
The "reinforcing member" means a member used to improve the strength of the ion exchange membrane. The reinforcing member is a member derived from the reinforcing cloth.
The "reinforcing cloth" means a cloth used as a raw material for a reinforcing member for improving the strength of the ion exchange membrane.
The "reinforcing thread" is a thread constituting the reinforcing cloth, and is a thread made of a material that does not elute even when the reinforcing cloth is immersed in an alkaline aqueous solution (for example, an aqueous solution of sodium hydroxide having a concentration of 32% by mass). be.
The "sacrificial thread" is a thread constituting the reinforcing cloth, and is a thread made of a material that elutes into the alkaline aqueous solution when the reinforcing cloth is immersed in the alkaline aqueous solution.
The "eluting hole" means a hole formed as a result of the sacrificial yarn being eluted into an alkaline aqueous solution.
"Reinforced precursor membrane" means a membrane containing a reinforcing cloth in the precursor layer.
The numerical range represented by "~" means a range including the numerical values before and after "~" as the lower limit value and the upper limit value.
イオン交換膜の乾燥時における各層の厚さは、イオン交換膜を90℃で2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部材が存在する場合には、補強部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。
「TQ値」とは、ポリマーの分子量に関係する値であって、容量流速:100mm3/秒を示す温度を表す。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mm3/秒の単位で示した値である。TQ値が高いほど、高分子量である。
「イオン交換容量」は、次のようにして算出される値である。まず、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0.5mgを、そのTQ値より約10℃高い温度にて平板プレスしてフィルム状にし、得られたフィルム状のサンプルを透過型赤外分光分析装置によって分析する。得られたスペクトルのCF2ピーク、CH3ピーク、OHピーク、CFピーク、SO2Fピークの各ピーク高さを用いて、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、イオン交換容量が既知のサンプルを検量線として用いてイオン交換容量を求める。なお、末端基が酸型またはカリウム型もしくはナトリウム型であるイオン交換基を有するフィルムに関しても、同様に測定が可能である。
The thickness of each layer when the ion exchange membrane is dried is determined by drying the ion exchange membrane at 90 ° C. for 2 hours, observing the cross section of the ion exchange membrane with an optical microscope, and using image software. When a reinforcing member is present between the layers, the thickness of the layer is measured at a position where neither the reinforcing thread nor the sacrificial thread constituting the reinforcing member is present.
The "TQ value" is a value related to the molecular weight of the polymer, and represents a temperature indicating a volumetric flow velocity: 100 mm 3 / sec. The volumetric flow velocity is a value indicating the amount of polymer that flows out 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 in units of mm 3 / sec. be. The higher the TQ value, the higher the molecular weight.
The "ion exchange capacity" is a value calculated as follows. First, about 0.5 mg of a fluoropolymer having a group that can be converted into an ion exchange group is flat-pressed at a temperature about 10 ° C. higher than its TQ value to form a film, and the obtained film-like sample is permeated. Analyze with an infrared spectrophotometer. Using the peak heights of CF 2 peak, CH 3 peak, OH peak, CF peak, and SO 2 F peak of the obtained spectrum, it can be converted into a group that can be converted into a carboxylic acid type functional group or a sulfonic acid type functional group. The ratio of the structural unit having a group was calculated, and this was used as the ratio of the structural unit having a carboxylic acid type functional group or a sulfonic acid type functional group in the fluorine-containing polymer obtained after the hydrolysis treatment, and a sample having a known ion exchange capacity was used. The ion exchange capacity is determined by using it as a calibration line. Similarly, the measurement can be performed on a film having an ion exchange group whose terminal group is an acid type, a potassium type or a sodium type.
[イオン交換膜]
本発明の塩化アルカリ電解用イオン交換膜(以下、「イオン交換膜」ともいう。)は、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、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、が積層されてなるイオン交換膜であって、上記層(C)と上記層(S)との剥離を行い、上記剥離によって現れる、上記層(S)側の表面および上記層(C)側の表面のうち、少なくとも一方の表面粗さ(Ra)が、1〜15nmである。
本発明のイオン交換膜を用いれば、苛性品質に優れた塩化アルカリ水溶液を製造できる。この理由としては、以下のように考えられる。
[Ion exchange membrane]
The ion exchange membrane for alkali chloride electrolysis of the present invention (hereinafter, also referred to as “ion exchange membrane”) contains a layer (C) containing a fluorine-containing polymer having a carboxylic acid type functional group and a layer (C) containing a sulfonic acid type functional group. An ion exchange membrane in which a layer (S) containing a fluoropolymer is laminated, and the layer (C) and the layer (S) are peeled off, and the layer (S) side that appears by the peeling. The surface roughness (Ra) of at least one of the surface of the above and the surface on the layer (C) side is 1 to 15 nm.
By using the ion exchange membrane of the present invention, an alkaline chloride aqueous solution having excellent caustic quality can be produced. The reason for this is considered as follows.
イオン交換膜を用いた塩化アルカリ水溶液の電気分解において、陽極側で発生した塩素イオンは、電気的な反発により陰極側に移動しにくい。しかし、層(S)と層(C)との間に剥離部分があると、剥離部分は電気的な影響を受けにくくなる。そのため、陽極側と陰極側との濃度勾配を駆動力として、剥離部分を介して塩素イオンが陰極側に移動しやすくなって、苛性品質が低下すると考えられる。
また、本発明者らは、このような剥離は層(S)と層(C)との剥離表面の表面粗さ(Ra)が大きいため引き起こされることを知見した。さらに、このような大きな表面粗さは、S層およびC層に含まれる不純物によって引き起こされると推測される。
そこで、各層を構成する含フッ素ポリマーのペレット化およびフィルム化の少なくとも一方を実施する際に、層(S)および層(C)の少なくとも一方を得るための含フッ素ポリマーの溶融物をフィルタリングすれば、上記不純物が取り除かれて、所定の表面粗さとなり、結果として、イオン交換膜の剥離箇所が少なくなり、優れた苛性品質の塩化アルカリ水溶液を製造できたと推測される。
In the electrolysis of an aqueous alkali chloride solution using an ion exchange membrane, chlorine ions generated on the anode side do not easily move to the cathode side due to electrical repulsion. However, if there is a peeled portion between the layer (S) and the layer (C), the peeled portion is less susceptible to electrical influence. Therefore, it is considered that the chloride ion easily moves to the cathode side through the peeled portion by using the concentration gradient between the anode side and the cathode side as a driving force, and the caustic quality deteriorates.
Further, the present inventors have found that such peeling is caused by a large surface roughness (Ra) of the peeled surface between the layer (S) and the layer (C). Further, it is presumed that such a large surface roughness is caused by impurities contained in the S layer and the C layer.
Therefore, when performing at least one of pelletization and film formation of the fluoropolymer constituting each layer, if the melt of the fluoropolymer for obtaining at least one of the layer (S) and the layer (C) is filtered. It is presumed that the above impurities were removed to obtain a predetermined surface roughness, and as a result, the number of peeled parts of the ion exchange membrane was reduced, and an alkaline chloride aqueous solution having excellent caustic quality could be produced.
以下、本発明のイオン交換膜を図1および図2に基づいて説明するが、本発明は図1および図2の内容に限定されない。
図1に記載のイオン交換膜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、補強部材20で補強されてなる。
Hereinafter, the ion exchange membrane of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2, but the present invention is not limited to the contents of FIGS. 1 and 2.
The ion exchange membrane 1 shown in FIG. 1 is formed by reinforcing an
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部材20が含まれている。
The
(層(C))
層(C)12は、含フッ素ポリマー(C)を含む層であればよいが、電解性能の点から、含フッ素ポリマー(C)以外の材料を含まない含フッ素ポリマー(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のが好ましい。
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 may be a layer containing the fluoropolymer (C), but from the viewpoint of electrolytic performance, the layer (C) 12 is composed only of the fluoropolymer (C) containing no material other than the fluoropolymer (C). Is preferable. That is, the layer (C) 12 is preferably a layer made of a fluoropolymer having a carboxylic acid type functional group.
Although the layer (C) 12 is shown as a single layer in FIG. 1, it may be a layer formed from a plurality of layers. When the layer (C) 12 is formed from a plurality of layers, the type of the structural unit constituting the fluoropolymer (C) and the ratio of the structural unit having a carboxylic acid type functional group may be different in each layer.
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、1〜50μmが好ましく、5〜50μmがより好ましく、8〜35μmが特に好ましく、9〜22μmが最も好ましい。乾燥時の層(C)12の厚さが上記下限値以上であれば、苛性品質がより優れる。乾燥時の層(C)12の厚さが上記上限値以下であれば、電解電圧の上昇を抑制できる。 The thickness of the layer (C) 12 at the time of drying (the total of the layers (C) 12 when it is formed from a plurality of layers) is preferably 1 to 50 μm, more preferably 5 to 50 μm, and 8 to 35 μm. It is particularly preferable, and 9 to 22 μm is most preferable. When the thickness of the layer (C) 12 at the time of drying is at least the above lower limit value, the caustic quality is more excellent. When the thickness of the layer (C) 12 at the time of drying is equal to or less than the above upper limit value, an increase in the electrolytic voltage can be suppressed.
層(C)12を構成する含フッ素ポリマー(C)のイオン交換容量は、0.5〜2.0mEq/gが好ましく、0.8〜2.0mEq/gがより好ましく、0.85〜1.10mEq/gが特に好ましく、0.95〜1.10mEq/gが最も好ましい。
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含フッ素ポリマー(C)のイオン交換容量が上記の範囲であることが好ましい。
含フッ素ポリマー(C)のイオン交換容量が上記下限値以上であれば、塩化アルカリ水溶液を電解する際のイオン交換膜1の電気抵抗が低くなり、電解電圧が低いイオン交換膜1が得られる。含フッ素ポリマー(C)のイオン交換容量が上記上限値以下であれば、分子量の高いポリマーの合成が容易であり、また、ポリマーの過度の膨潤が抑制でき、電流効率が低下しにくいイオン交換膜1が得られる。
The ion exchange capacity of the fluoropolymer (C) constituting the layer (C) 12 is preferably 0.5 to 2.0 mEq / g, more preferably 0.8 to 2.0 mEq / g, and 0.85-1. .10 mEq / g is particularly preferable, and 0.95 to 1.10 mEq / g is most preferable.
When the layer (C) 12 is formed of a plurality of layers, it is preferable that the ion exchange capacities of all the fluoropolymers (C) constituting the layer (C) 12 are in the above range.
When the ion exchange capacity of the fluoropolymer (C) is at least the above lower limit value, the electric resistance of the ion exchange membrane 1 when electrolyzing the alkaline chloride aqueous solution becomes low, and the ion exchange membrane 1 having a low electrolysis voltage can be obtained. When the ion exchange capacity of the fluoropolymer (C) is equal to or less than the above upper limit, it is easy to synthesize a polymer having a high molecular weight, excessive swelling of the polymer can be suppressed, and an ion exchange membrane whose current efficiency does not easily decrease. 1 is obtained.
含フッ素ポリマー(C)は、後述する塩化アルカリ電解用イオン交換膜の製造方法にて、後述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して得るのが好ましい。
含フッ素ポリマー(C)の具体例としては、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’)」ともいう。)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’)」ともいう。)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。
The fluoropolymer (C) is obtained by converting a group that can be converted into a carboxylic acid type functional group of the fluoropolymer described later into a carboxylic acid type functional group by a method for producing an ion exchange membrane for alkali chloride electrolysis described later. Is preferable.
Specific examples of the fluoropolymer (C) include a monomer having a group capable of converting into a carboxylic acid type functional group and a fluorine atom (hereinafter, also referred to as "fluorine-containing monomer (C')"), a fluoroolefin. (Hereinafter, also referred to as "fluorine-containing polymer (C')") is hydrolyzed to convert a group capable of converting into a carboxylic acid type functional group into a carboxylic acid type functional group. Be done.
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、従来公知の化合物が用いられる。
含フッ素モノマー(C’)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。
The fluorine-containing monomer (C') is a compound having one or more fluorine atoms in the molecule, having an ethylenic double bond, and having a group capable of converting into a carboxylic acid type functional group. The compound is not particularly limited, and conventionally known compounds are used.
The fluoropolymer (C') is preferably a monomer represented by the following formula (1) because it is excellent in the production cost of the monomer, the reactivity with other monomers, and the characteristics of the obtained fluoropolymer.
CF2=CF−(O)p−(CF2)q−(CF2CFX)r−(O)s−(CF2)t−(CF2CFX’)u−A1 ・・・(1) CF 2 = CF- (O) p- (CF 2 ) q- (CF 2 CFX) r- (O) s- (CF 2 ) t- (CF 2 CFX') u- A 1 ... (1)
式(1)中、XおよびX’は、それぞれ独立して、フッ素原子またはトリフルオロメチル基である。A1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、−COOR1(R1は炭素数1〜10のアルキル基である。)、−COONR2R3(R2およびR3は、それぞれ独立して、水素原子または炭素数1〜10のアルキル基である。)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、1≦p+sであり、1≦r+uである。 In formula (1), X and X'are independent fluorine atoms or trifluoromethyl groups, respectively. A 1 is a group that can be converted into a carboxylic acid type functional group. Specifically, -CN, -COF, -COOR 1 (R 1 is an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms), -COONR 2 R 3 (R 2 and R 3 are independent hydrogen atoms, respectively). It is an atom or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms.). p is 0 or 1. q is an integer from 0 to 12. r is an integer from 0 to 3. s is 0 or 1. t is an integer from 0 to 12. u is an integer from 0 to 3. However, 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。
CF2=CF−O−CF2CF2−COOCH3、
CF2=CF−O−CF2CF2CF2−COOCH3、
CF2=CF−O−CF2CF2CF2CF2−COOCH3、
CF2=CF−O−CF2CF2−O−CF2CF2−COOCH3、
CF2=CF−O−CF2CF2−O−CF2CF2CF2−COOCH3、
CF2=CF−O−CF2CF2−O−CF2CF2CF2CF2−COOCH3、
CF2=CF−O−CF2CF2CF2−O−CF2CF2−COOCH3、
CF2=CF−O−CF2CF(CF3)−O−CF2CF2−COOCH3、
CF2=CF−O−CF2CF(CF3)−O−CF2CF2CF2−COOCH3。
含フッ素モノマー(C’)は、1種を単独でも、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, and p = 1, q = 0, r = 1, s = 0 to 1, t = from the viewpoint of easy production. Compounds of 0 to 3 and u = 0 to 1 are preferable.
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 .
The fluorine-containing monomer (C') may be used alone or in combination of two or more.
含フッ素オレフィンとしては、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。その具体例としては、テトラフルオロエチレン(TFE)、クロロトリフルオロエチレン、フッ化ビニリデン、フッ化ビニル、ヘキサフルオロプロピレンが挙げられる。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が特に好ましい。
含フッ素オレフィンは、1種を単独でも、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
Examples of the fluorine-containing olefin include fluoroolefins having one or more fluorine atoms in the molecule and having 2 to 3 carbon atoms. Specific examples thereof include tetrafluoroethylene (TFE), chlorotrifluoroethylene, vinylidene fluoride, vinyl fluoride, and hexafluoropropylene. Of these, TFE is particularly preferable because it is excellent in the production cost of the monomer, the reactivity with other monomers, and the characteristics of the obtained fluoropolymer.
As the fluorine-containing olefin, one type may be used alone, or two or more types may be used in combination.
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。他のモノマーの具体例としては、CF2=CFRf(Rfは炭素数2〜10のパーフルオロアルキル基である。)、CF2=CF−ORf1(Rf1は炭素数1〜10のパーフルオロアルキル基である。)、CF2=CFO(CF2)vCF=CF2(vは1〜3の整数である。)が挙げられる。他のモノマーを共重合させれば、イオン交換膜1の可撓性や機械的強度を向上できる。 In addition to the fluorinated monomer (C') and the fluorinated olefin, other monomers may be used for producing the fluorinated polymer (C'). Specific examples of other monomers include CF 2 = CFR f (R f is a perfluoroalkyl group having 2 to 10 carbon atoms), CF 2 = CF-OR f1 (R f1 has 1 to 10 carbon atoms). Perfluoroalkyl groups), CF 2 = CFO (CF 2 ) v CF = CF 2 (v is an integer of 1-3). By copolymerizing other monomers, the flexibility and mechanical strength of the ion exchange membrane 1 can be improved.
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て調整できる。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’)中のカルボン酸官能基に変換できる基の含有量と同一であるのが好ましい。 The ion exchange capacity of the fluoropolymer (C) can be adjusted by changing the content of the structural unit derived from the fluoropolymer (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 functional group in the fluoropolymer (C').
含フッ素ポリマー(C)のTQ値の範囲は、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、150〜350℃が好ましく、170〜300℃がより好ましく、200〜250℃が特に好ましい。 The range of the TQ value of the fluoropolymer (C) is preferably 150 to 350 ° C., more preferably 170 to 300 ° C., and particularly preferably 200 to 250 ° C. from the viewpoint of mechanical strength and film forming property as an ion exchange membrane. preferable.
(層(S))
層(S)14としては、含フッ素ポリマー(S)を含む層であればよいが、電解性能の点から、含フッ素ポリマー(S)以外の材料を含まない含フッ素ポリマー(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のが好ましい。
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、補強部材20(後述)が含まれている。層(S)14のうち、補強部材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(すなわち、層(C)12と接する面を含む層)が層(Sa)14Aであり、補強部材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(すなわち、層(C)12と接する面とは反対側の面を含む層)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 may be a layer containing the fluoropolymer (S), but from the viewpoint of electrolytic performance, the layer (S) 14 is composed of only the fluoropolymer (S) containing no material other than the fluoropolymer (S). Layers are preferred. 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, the layer (S) 14 includes a reinforcing member 20 (described later) in order to increase the mechanical strength of the ion exchange membrane 1. Of the layers (S) 14, the layer (that is, the layer including the surface in contact with the layer (C) 12) located on the layer (C) 12 side (that is, the cathode side in the electrolytic apparatus) of the reinforcing
In FIG. 1, the layer (Sa) 14A and the layer (Sb) 14B are each shown as a single layer, but each may be a layer formed from a plurality of layers. When one or both of the layer (Sa) 14A and the layer (Sb) 14B are formed from a plurality of layers, in each layer, the type of the structural unit constituting the fluoropolymer (S) and the sulfonic acid type functional group are determined. The ratio of the constituent units to have may be different.
乾燥時の層(S)14の厚さ(層(S)14が複数の層から形成されている場合はその合計)は、30〜200μmが好ましく、55〜200μmがより好ましく、70〜120μmが特に好ましい。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の電気抵抗を低く抑えられる。 The thickness of the layer (S) 14 at the time of drying (the total of the layers (S) 14 formed from a plurality of layers) is preferably 30 to 200 μm, more preferably 55 to 200 μm, and 70 to 120 μm. Especially preferable. When the thickness of the layer (S) 14 at the time of drying is at least the above lower limit value, the mechanical strength of the ion exchange membrane 1 becomes sufficiently high. When the thickness of the layer (S) 14 at the time of drying is not more than the above upper limit value, the electric resistance of the ion exchange membrane 1 can be suppressed low.
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、30〜140μmが好ましく、40〜140μmがより好ましく、40〜90μmが特に好ましい。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の電気抵抗を低く抑えられる。 The thickness of the layer (Sa) 14A at the time of drying (the total when the layer (Sa) 14A is formed from a plurality of layers) is preferably 30 to 140 μm, more preferably 40 to 140 μm, and 40 to 90 μm. Especially preferable. When the thickness of the layer (Sa) 14A at the time of drying is at least the above lower limit value, the mechanical strength of the ion exchange membrane 1 becomes sufficiently high. When the thickness of the layer (Sa) 14A at the time of drying is not more than the above upper limit value, the electric resistance of the ion exchange membrane 1 can be suppressed low.
層(Sa)14Aを構成する含フッ素ポリマー(S)のイオン交換容量は、0.6〜2.5mEq/gが好ましく、0.9〜1.2mEq/gが特に好ましい。
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含フッ素ポリマー(S)のイオン交換容量が上記の範囲であるのが好ましい。また、層(Sa)14Aは複数の層からなるのが好ましく、2層からなるのがより好ましい。別の態様として、層(Sa)14Aは単層であるのが好ましい。
層(Sa)14Aを構成する含フッ素ポリマー(S)のイオン交換容量が上記下限値以上であれば、イオン交換膜の電気抵抗が低くなり、塩化アルカリ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の含フッ素ポリマー(S)は、重合時に含フッ素ポリマー(S)の分子量をより高くするのが容易になり、分子量の高い含フッ素ポリマー(S)を層(Sa)14Aに使用すれば、層(Sa)14Aの強度がより高くなる。
The ion exchange capacity of the fluoropolymer (S) constituting the layer (Sa) 14A is preferably 0.6 to 2.5 mEq / g, particularly preferably 0.9 to 1.2 mEq / g.
When the layer (Sa) 14A is formed from a plurality of layers, it is preferable that the ion exchange capacities of all the fluoropolymers (S) constituting the layer (Sa) 14A are in the above range. Further, the layer (Sa) 14A is preferably composed of a plurality of layers, and more preferably composed of two layers. As another aspect, the layer (Sa) 14A is preferably a single layer.
When the ion exchange capacity of the fluoropolymer (S) constituting the layer (Sa) 14A is equal to or higher than the above lower limit, the electric resistance of the ion exchange membrane is lowered, and the electrolytic voltage when electrolyzing the alkaline chloride aqueous solution can be lowered. .. Further, in the fluoropolymer (S) having an ion exchange capacity of not more than the above upper limit value, it becomes easy to increase the molecular weight of the fluoropolymer (S) at the time of polymerization, and the fluoropolymer (S) having a high molecular weight is layered. When used for (Sa) 14A, the strength of layer (Sa) 14A becomes higher.
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、5〜100μmが好ましく、10〜50μmがより好ましく、10〜40μmが特に好ましい。乾燥時の層(Sb)14Bの厚さを上記下限値以上にすれば、補強部材20が電解質膜10の表面から適度な深さ位置に含まれ、補強部材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。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の電気抵抗を低く抑えられ、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 (the total when the layer (Sb) 14B is formed from a plurality of layers) is preferably 5 to 100 μm, more preferably 10 to 50 μm, and preferably 10 to 40 μm. Especially preferable. When the thickness of the layer (Sb) 14B at the time of drying is set to the above lower limit value or more, the reinforcing
層(Sb)14Bを構成する含フッ素ポリマー(S)のイオン交換容量は、0.5〜2.5mEq/gが好ましく、0.6〜2.5mEq/gがより好ましく、0.9〜2.0mEq/gが特に好ましく、1.05〜2.00mEq/gが最も好ましい。
層(Sb)14Bが複数の層から形成されている場合は、少なくとも最も陽極側に位置する層を構成する含フッ素ポリマー(S)のイオン交換容量が上記範囲であるのが好ましく、層(Sb)14Bを構成する全ての含フッ素ポリマー(S)のイオン交換容量が上記範囲であるのがより好ましい。また、別の態様としては、層(Sb)14Bが単層からなり、この層を構成する含フッ素ポリマー(S)のイオン交換容量が上記範囲であるのが好ましい。
層(Sb)14Bを構成する含フッ素ポリマー(S)のイオン交換容量が上記下限値以上であれば、イオン交換膜の電気抵抗が低くなり、電解する際の電解電圧を低くできる。層(Sb)14Bを構成する含フッ素ポリマー(S)のイオン交換容量が上記上限値以下であれば、膜強度を維持でき、電解運転時あるいは膜装着時の膜破れを抑制できる。
The ion exchange capacity of the fluoropolymer (S) constituting the layer (Sb) 14B is preferably 0.5 to 2.5 mEq / g, more preferably 0.6 to 2.5 mEq / g, and 0.9 to 2 0.0 mEq / g is particularly preferable, and 1.05 to 2.00 mEq / g is most preferable.
When the layer (Sb) 14B is formed from a plurality of layers, it is preferable that the ion exchange capacity of the fluoropolymer (S) constituting the layer located at least on the anode side is in the above range, and the layer (Sb) 14B is formed. ) It is more preferable that the ion exchange capacities of all the fluoropolymers (S) constituting 14B are in the above range. In another aspect, it is preferable that the layer (Sb) 14B is composed of a single layer, and the ion exchange capacity of the fluoropolymer (S) constituting this layer is in the above range.
When the ion exchange capacity of the fluoropolymer (S) constituting the layer (Sb) 14B is at least the above lower limit value, the electric resistance of the ion exchange membrane is lowered, and the electrolytic voltage at the time of electrolysis can be lowered. When the ion exchange capacity of the fluoropolymer (S) constituting the layer (Sb) 14B is not more than the above upper limit value, the film strength can be maintained and the film tearing during the electrolytic operation or the film mounting can be suppressed.
層(Sb)14Bを構成す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個以上有するモノマーに基づく構成単位を有するポリマーが好ましく、スルホン酸型官能基を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が好ましい。これにより、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られるので、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)14Bが得られる。 At least a part of the fluoropolymer having a sulfonic acid type functional group constituting the layer (Sb) 14B is preferably a polymer having a structural unit based on a monomer having two or more sulfonic acid type functional groups, and a sulfonic acid type functional group. A polymer having a structural unit based on a monomer having two of is preferable. As a result, the concentration of ion exchange groups per unit weight can be increased at the same monomer concentration, so that the polymer has a higher ion exchange capacity even with a small amount of monomers as compared with a polymer having a structural unit having only one sulfonic acid type functional group. Layer (Sb) 14B is obtained.
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は、下式(U1)で示される構成単位が好ましい。 The structural unit based on the monomer having two or more sulfonic acid type functional groups is preferably the structural unit represented by the following formula (U1).
式(U1)中、Rf1は、炭素原子−炭素原子間に酸素原子を含んでいてもよいパーフルオロアルキレン基である。上記パーフルオロアルキレン基中の炭素数は、1以上が好ましく、2以上がより好ましく、20以下が好ましく、10以下がより好ましい。
Rf2は、単結合または炭素原子−炭素原子間に酸素原子を含んでいてもよいパーフルオロアルキレン基である。上記パーフルオロアルキレン基中の炭素数は、1以上が好ましく、2以上がより好ましく、20以下が好ましく、10以下がより好ましい。
rは0または1である。
Mは水素原子、アルカリ金属または第4級アンモニウムカチオンである。
式(U1)で示される単位としては、式(U1−1)で示される単位が好ましい。
In formula (U1), R f1 is a perfluoroalkylene group which may contain an oxygen atom between carbon atoms. The number of carbon atoms in the perfluoroalkylene group is preferably 1 or more, more preferably 2 or more, preferably 20 or less, and more preferably 10 or less.
R f2 is a perfluoroalkylene group that may contain an oxygen atom between a single bond or a carbon atom and a carbon atom. The number of carbon atoms in the perfluoroalkylene group is preferably 1 or more, more preferably 2 or more, preferably 20 or less, and more preferably 10 or less.
r is 0 or 1.
M is a hydrogen atom, alkali metal or quaternary ammonium cation.
As the unit represented by the formula (U1), the unit represented by the formula (U1-1) is preferable.
Rf3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、Rf4は単結合または炭素原子−炭素原子間に酸素原子を含んでいてもよい炭素数1〜6の直鎖状のパーフルオロアルキレン基である。rおよびMの定義は、上述した通りである。 R f3 is a linear perfluoroalkylene group having 1 to 6 carbon atoms, and R f4 is a linear chain having 1 to 6 carbon atoms which may contain an oxygen atom between a single bond or a carbon atom and a carbon atom. Perfluoroalkylene group. The definitions of r and M are as described above.
含フッ素ポリマー(S)は、後述する塩化アルカリ電解用イオン交換膜を得る工程にて、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して得られるのが好ましい。
含フッ素ポリマー(S)の具体例としては、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’)」ともいう。)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’)」ともいう。)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 fluoropolymer (S) is a group that can be converted into a sulfonic acid type functional group of a fluoropolymer having a group that can be converted into a sulfonic acid type functional group described later in the step of obtaining an ion exchange film for alkali chloride electrolysis described later. It is preferably obtained by converting to a sulfonic acid type functional group.
Specific examples of the fluoropolymer (S) include a monomer having a group capable of converting into a sulfonic acid type functional group and a fluorine atom (hereinafter, also referred to as “fluorine-containing monomer (S')”), a fluorine-containing olefin, and a fluorine-containing olefin. (Hereinafter, also referred to as "fluorine-containing polymer (S')") is hydrolyzed to convert a group capable of converting into a sulfonic acid type functional group into a sulfonic acid type functional group. Be done.
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、従来公知の化合物が用いられる。
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。
The fluorine-containing monomer (S') is a compound having one or more fluorine atoms in the molecule, having an ethylenic double bond, and having a group capable of converting into a sulfonic acid type functional group. The compound is not particularly limited, and conventionally known compounds are used.
The fluoropolymer (S') is a compound represented by the following formula (2) or the following formula (3) because it is excellent in the manufacturing cost of the monomer, the reactivity with other monomers, and the characteristics of the obtained fluoropolymer. ) Is preferable.
CF2=CF−O−Rf1−A2 ・・・(2)
CF2=CF−Rf1−A2 ・・・(3)
式(2)および式(3)中、Rf1の定義は、式(U1)におけるRf1と同じである。A2は、スルホン酸型官能基に変換できる基であり、その具体例としては、−SO2F、−SO2Cl、−SO2Brが挙げられる。
CF 2 = CF- OR f1- A 2 ... (2)
CF 2 = CF-R f1- A 2 ... (3)
In the formula (2) and (3), the definition of R f1 is the same as R f1 in formula (U1). A 2 is a group that can be converted into a sulfonic acid type functional group, and specific examples thereof include -SO 2 F, -SO 2 Cl, and -SO 2 Br.
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。
CF2=CF−O−(CF2)w−SO2F
CF2=CF−O−CF2CF(CF3)−O−(CF2)w−SO2F
CF2=CF−[O−CF2CF(CF3)]x−SO2F
Specific examples of the compound represented by the formula (2) include the following compounds. In the formula, w is an integer of 1 to 8 and x is an integer of 1 to 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、CF2=CF−(CF2)w−SO2F、CF2=CF−CF2−O−(CF2)w−SO2Fが挙げられる。式中のwは、1〜8の整数である。 Specific examples of the compound represented by the formula (3) include CF 2 = CF- (CF 2 ) w- SO 2 F and CF 2 = CF-CF 2- O- (CF 2 ) w- SO 2 F. Can be mentioned. W in the formula is an integer of 1-8.
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。
CF2=CF−O−CF2CF2−SO2F
CF2=CF−O−CF2CF2CF2−SO2F
CF2=CF−O−CF2CF2CF2CF2−SO2F
CF2=CF−O−CF2CF(CF3)−O−CF2CF2−SO2F
CF2=CF−O−CF2CF(CF3)−O−CF2CF2CF2−SO2F
CF2=CF−O−CF2CF(CF3)−SO2F
CF2=CF−CF2CF2−SO2F
CF2=CF−CF2CF2CF2−SO2F
CF2=CF−CF2−O−CF2CF2−SO2F
含フッ素モノマー(S’)は、1種を単独でも、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
The fluorine-containing monomer (S') may be used alone or in combination of two or more.
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場合には、含フッ素モノマー(S’)として、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2個以上有するモノマーを使用できる。このようなモノマーとしては、上述の式(U1)の構成単位が得られるモノマーが好ましい。式(U1)の構成単位が得られるモノマーとしては、下式(m1)で表される化合物が好ましい。 When the layer (Sb) 14B contains a polymer having a structural unit based on a monomer having two or more sulfonic acid type functional groups, the layer (Sb) has one or more fluorine atoms in the molecule as the fluorine-containing monomer (S'). However, a monomer having an ethylenic double bond and having two or more groups that can be converted into a sulfonic acid type functional group can be used. As such a monomer, a monomer from which the structural unit of the above formula (U1) can be obtained is preferable. As the monomer from which the structural unit of the formula (U1) can be obtained, the compound represented by the following formula (m1) is preferable.
式(m1)中、Rf1、Rf2、rの定義はそれぞれ、式(U1)中のRf1、Rf2、rと同じであり、A2の定義は、式(2)および式(3)のA2と同じである。 Wherein (m1), each definition of R f1, R f2, r, is the same as R f1, R f2, r in the formula (U1), the definition of A 2 in Formula (2) and (3 ) Is the same as A 2.
式(m1)で表される化合物としては、式(m1−1)で表される化合物が好ましい。 As the compound represented by the formula (m1), the compound represented by the formula (m1-1) is preferable.
式(m1−1)中のRf3、Rf4、rの定義は、式(U1−1)のRf3、Rf4、rと同じであり、A2の定義は、式(2)および式(3)のA2と同じである。 Definition of R f3, R f4, r in the formula (m1-1) is the same as R f3, R f4, r of formula (U1-1), the definition of A 2 in Formula (2) and It is the same as A 2 in (3).
式(m1−1)で表される化合物の具体例としては、以下が挙げられる。 Specific examples of the compound represented by the formula (m1-1) include the following.
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られるため、ポリマー分子量を低下させずに層(Sb)14Bを構成するポリマーのイオン交換容量を容易に高くできる。その結果、優れた苛性品質を維持したまま、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, the ion exchange group concentration per unit weight can be increased at the same monomer concentration, so that the polymer constituting the layer (Sb) 14B without lowering the polymer molecular weight. Ion exchange capacity can be easily increased. As a result, a film having a high water permeability and a low electrolytic voltage can be obtained while maintaining excellent caustic quality.
含フッ素オレフィンとしては、先に例示した化合物が挙げられ、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が特に好ましい。
含フッ素オレフィンは、1種を単独でも、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
Examples of the fluoropolymer include the compounds exemplified above, and TFE is particularly preferable because it is excellent in the production cost of the monomer, the reactivity with other monomers, and the characteristics of the obtained fluoropolymer.
As the fluorine-containing olefin, one type may be used alone, or two or more types may be used in combination.
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、先に例示した化合物が挙げられる。他のモノマーを共重合させれば、イオン交換膜1の可撓性や機械的強度を向上できる。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 fluorinated monomer (S') and the fluorinated olefin, other monomers may be used for producing the fluorinated polymer (S'). Examples of other monomers include the compounds exemplified above. By copolymerizing other monomers, the flexibility and mechanical strength of the ion exchange membrane 1 can be improved. The proportion of the other monomer is preferably 30 mol% or less of the total constituent units (100 mol%) in the fluoropolymer (S') from the viewpoint of maintaining the 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て調整できる。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のが好ましい。 The ion exchange capacity of the fluoropolymer (S) can be adjusted by changing the content of the structural unit derived from the fluoropolymer (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').
含フッ素ポリマー(S’)のTQ値の範囲は、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、150〜350℃が好ましく、170〜300℃がより好ましく、200〜250℃が特に好ましい。 The range of the TQ value of the fluoropolymer (S') is preferably 150 to 350 ° C., more preferably 170 to 300 ° C., and preferably 200 to 250 ° C. from the viewpoint of mechanical strength and film forming property as an ion exchange membrane. Especially preferable.
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であり、層(Sb)14Bと接する層が層(Sa−2)14Abである。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)14Aaを構成する含フッ素ポリマー(S)のイオン交換容量は、層(Sa−2)14Abを構成する含フッ素ポリマー(S)のイオン交換容量よりも低いのが好ましく、0.01〜0.5mEq/g低いのがより好ましく、0.03〜0.3mEq/g低いのが特に好ましい。
層(Sa−1)14Aaのイオン交換容量は、0.5〜2.5mEq/gが好ましく、0.6〜2.5mEq/gがより好ましく、0.9〜1.2mEq/gが特に好ましく、0.9〜1.05mEq/gが最も好ましい。乾燥時の層(Sa−1)14Aa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、1〜100μmが好ましく、10〜50μmが特に好ましい。
When the layer (Sa) 14A is composed of a plurality of layers, for example, when the layer (Sa) 14A is composed of two layers, as shown in FIG. 2, the layer in contact with the layer (C) 12 is the layer (Sa-1) 14Aa and the layer (Sb). ) The layer in contact with 14B is the layer (Sa-2) 14Ab. In this case, the layer (Sa-1) 14Aa has an ion exchange capacity of the fluoropolymer (S) constituting the layer (Sa-1) 14Aa from the viewpoint of adhesion to the layer (C) 12. -2) It is preferably lower than the ion exchange capacity of the fluoropolymer (S) constituting 14Ab, more preferably 0.01 to 0.5 mEq / g lower, and 0.03 to 0.3 mEq / g lower. Is particularly preferable.
The ion exchange capacity of the layer (Sa-1) 14Aa is preferably 0.5 to 2.5 mEq / g, more preferably 0.6 to 2.5 mEq / g, and particularly preferably 0.9 to 1.2 mEq / g. , 0.9 to 1.05 mEq / g is most preferable. The thickness of the layer (Sa-1) 14Aa at the time of drying may be an appropriate thickness that contributes to adhesiveness, preferably 1 to 100 μm, and particularly preferably 10 to 50 μm.
(表面粗さ(Ra))
イオン交換膜1において、層(C)12を層(S)14から剥離させた際に現れる、層(C)12側の表面および層(S)14側の表面のうち、少なくとも一方の表面粗さ(Ra)が、1〜15nmである。これにより、上述の効果(苛性品質に優れた塩化アルカリ水溶液が得られること)が発揮される。
層(C)12側の表面および層(S)14側の表面のうち、一方の表面粗さが1〜15nmであれば上述の効果が発揮されるが、その効果がより発揮される点から、層(C)12側の表面および層(S)14側の表面の両方が、上記表面粗さ(Ra)を満たすのが好ましい。
上記表面粗さ(Ra)は、1〜15nmであり、上述の効果がより発揮される点から、1〜10nmが好ましく、3〜9nmが特に好ましい。
一方で、上記表面粗さ(Ra)が1nm未満の場合、層(C)12と層(S)14とのアンカー効果が小さくなって、両層の界面での剥離箇所(未接着部分)が多くなると推測される。その結果、塩化アルカリ水溶液の苛性品質が低下すると考えられる。
また、上記表面粗さ(Ra)が15nmを超える場合、表面荒れによって、両層の界面での剥離箇所(未接着部分)が多くなると推測される。その結果、塩化アルカリ水溶液の苛性品質が低下すると考えられる。
(Surface roughness (Ra))
In the ion exchange membrane 1, at least one of the surface on the layer (C) 12 side and the surface on the layer (S) 14 side that appears when the layer (C) 12 is peeled from the layer (S) 14 is roughened. The roughness (Ra) is 1 to 15 nm. As a result, the above-mentioned effect (obtaining an alkaline chloride aqueous solution having excellent caustic quality) is exhibited.
Of the surface on the layer (C) 12 side and the surface on the layer (S) 14 side, if the surface roughness of one of them is 1 to 15 nm, the above-mentioned effect is exhibited, but from the viewpoint that the effect is more exerted. , Both the surface on the layer (C) 12 side and the surface on the layer (S) 14 side preferably satisfy the surface roughness (Ra).
The surface roughness (Ra) is 1 to 15 nm, and is preferably 1 to 10 nm, particularly preferably 3 to 9 nm, from the viewpoint of more exerting the above-mentioned effects.
On the other hand, when the surface roughness (Ra) is less than 1 nm, the anchor effect between the layer (C) 12 and the layer (S) 14 becomes small, and the peeled portion (unbonded portion) at the interface between the two layers becomes small. It is estimated that there will be more. As a result, it is considered that the caustic quality of the alkaline chloride aqueous solution is lowered.
Further, when the surface roughness (Ra) exceeds 15 nm, it is presumed that the number of peeled parts (unbonded parts) at the interface between the two layers increases due to the surface roughness. As a result, it is considered that the caustic quality of the alkaline chloride aqueous solution is lowered.
本発明における上記表面粗さ(Ra)は、次のようにして測定される値に基づき算出され、詳細は後述する実施例に記載の通りである。
まず、イオン交換膜1を25℃のイオン交換水に浸漬させた後、湿潤状態で剥離試験機を用いて、層(C)12と層(S)14との界面で剥離を行う。剥離後の層(C)12側および層(S)14側の少なくとも一方の表面について、原子間力顕微鏡(AFM)を用いて表面粗さ(Ra)を複数個所測定した後、表面粗さ(Ra)の算術平均値を層毎に算出する。得られた算術平均値を、層(C)12側の表面または層(S)14側の表面の表面粗さ(Ra)とする。
The surface roughness (Ra) in the present invention is calculated based on the values measured as follows, and the details are as described in Examples described later.
First, the ion exchange membrane 1 is immersed in ion-exchanged water at 25 ° C., and then peeled at the interface between the layer (C) 12 and the layer (S) 14 using a peeling tester in a wet state. After measuring the surface roughness (Ra) of at least one surface of the layer (C) 12 side and the layer (S) 14 side after peeling at a plurality of places using an atomic force microscope (AFM), the surface roughness ( The arithmetic mean value of Ra) is calculated for each layer. The obtained arithmetic mean value is defined as the surface roughness (Ra) of the surface on the layer (C) 12 side or the surface on the layer (S) 14 side.
(補強部材)
補強部材20は、層(S)14中に含まれている。補強部材20は、電解質膜10を補強する材料であり、補強布に由来する。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のが好ましい。図1に示すように、補強布は、補強糸22と犠牲糸24とからなるのが好ましい。
(Reinforcing member)
The reinforcing
補強糸22は、強化前駆体膜(後述)をアルカリ性水溶液に浸漬しても溶出し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24が溶出した後も、補強部材20を構成する糸として溶解せずに残存し、イオン交換膜1の機械的強度や寸法安定性の維持に寄与する。
補強糸22としては、パーフルオロカーボンポリマーを含む糸が好ましく、PTFEを含む糸がより好ましく、PTFEのみからなるPTFE糸が特に好ましい。
The reinforcing
As the reinforcing
犠牲糸24は、強化前駆体膜をアルカリ性水溶液に浸漬した場合、その少なくとも一部が溶出する糸である。犠牲糸24は、モノフィラメントであっても、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」ともいう。)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」ともいう。)のみからなるPTT糸が好ましく、PET糸が特に好ましい。
The
The
イオン交換膜1においては、図1に示すように、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。これにより、製造後から塩化アルカリ電解のコンディショニング運転の前までのイオン交換膜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
電解槽にイオン交換膜1を配置する前に、犠牲糸24の一部が残存しても、電解槽にイオン交換膜1を配置した後、塩化アルカリ電解のコンディショニング運転の際に残存する犠牲糸24がアルカリ性水溶液に溶出し、その大部分、好ましくは全部が除去される。そのため、イオン交換膜1を用いた塩化アルカリ電解の本運転の時点では、電気抵抗に影響を及ぼさない。電解槽にイオン交換膜1を配置した後は、イオン交換膜1に外部から大きな力が作用しないため、犠牲糸24が完全にアルカリ性水溶液に溶出し、除去されても、イオン交換膜1にクラック等の破損が発生しにくい。
なお、図1では、犠牲糸24の一部が残存している態様を示したが、犠牲糸24の全てが溶出していてもよい。
Even if a part of the
Although FIG. 1 shows a mode in which a part of the
(無機物粒子層)
イオン交換膜1は、少なくとも一方の最表面において、無機物粒子と、バインダーとを含む無機物粒子層(図示せず)をさらに有するのが好ましい。無機物粒子層は、イオン交換膜1の最表面の少なくとも一方の面に設けられるのが好ましく、両面に設けられるのがより好ましい。
塩化アルカリ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、塩化アルカリ電解の際に電解電圧が高くなる。無機物粒子層は、塩化アルカリ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。
(Inorganic particle layer)
The ion exchange membrane 1 preferably further has an inorganic particle layer (not shown) containing inorganic particles and a binder on at least one outermost surface. The inorganic particle layer is preferably provided on at least one surface of the outermost surface of the ion exchange membrane 1, and more preferably provided on both sides.
When the gas generated by the alkali chloride electrolysis adheres to the surface of the ion exchange membrane 1, the electrolysis voltage becomes high during the alkali chloride electrolysis. The inorganic particle layer is provided to suppress the adhesion of gas generated by alkali chloride electrolysis to the surface of the ion exchange membrane 1 and to suppress an increase in the electrolysis voltage.
無機物粒子は、塩化アルカリ水溶液に対する耐食性に優れ、親水性を有するのが好ましい。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、SiO2、SiC、ZrO2、またはZrCがより好ましく、ZrO2が特に好ましい。
無機物粒子の平均粒子径は、0.01〜10μmが好ましく、0.01〜1.5μmがより好ましく、0.5〜1.5μmが特に好ましい。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。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 inorganic particles are preferably excellent in corrosion resistance to an aqueous alkali chloride solution and preferably have hydrophilicity. Specifically, at least one selected from the group consisting of oxides, nitrides and carbides of Group 4 or
The average particle size of the inorganic particles is preferably 0.01 to 10 μm, more preferably 0.01 to 1.5 μm, and particularly preferably 0.5 to 1.5 μm. When the average particle size is at least the above lower limit value, a high gas adhesion suppressing effect can be obtained. When the average particle size is equal to or less than the above upper limit value, the resistance to dropping of inorganic particles is excellent.
バインダーは、塩化アルカリ水溶液に対する耐食性に優れ、親水性を有するのが好ましく、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より好ましく、スルホン酸基を有する含フッ素ポリマーが特に好ましい。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、この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。 The binder is preferably excellent in corrosion resistance to an aqueous alkali chloride solution and has hydrophilicity, more preferably a fluorine-containing polymer having a carboxylic acid group or a sulfonic acid group, and particularly preferably a fluorine-containing polymer having a sulfonic acid group. 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 this monomer. May be 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」ともいう。)は、0.1〜0.5が好ましい。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。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 (hereinafter, also referred to as “binder ratio”) to the total mass of the inorganic particles and the binder in the inorganic particle layer is preferably 0.1 to 0.5. When the binder ratio is equal to or higher than the above lower limit value, the resistance to dropping of inorganic particles is excellent. When the binder ratio is not more than the above upper limit value, a high gas adhesion suppressing effect can be obtained.
[イオン交換膜の製造方法]
本発明のイオン交換膜の製造方法(以下、「本製造方法」ともいう。)は、
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(C’)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(S’)とをそれぞれペレット化し、
次いで、上記含フッ素ポリマー(C’)のペレットと、上記含フッ素ポリマー(S’)のペレットとそれぞれを溶融押出し成形して、上記含フッ素ポリマー(C’)を含む前駆体層(C’)と、上記含フッ素ポリマー(S’)を含む前駆体層(S’)とが積層された前駆体膜を形成し、
次いで、上記前駆体膜とアルカリ水溶液とを接触させて、上記前駆体層(C’)中の上記カルボン酸型官能基に変換できる基を変換して、上記カルボン酸型官能基を有する層(C)を形成し、かつ、上記前駆体層(S’)中のスルホン酸型官能基に変換できる基を変換して、上記スルホン酸型官能基を有する層(S)を形成する、イオン交換膜の製造方法であって、
以下の要件1および要件2の少なくとも一方を満たす。
(要件1)上記ペレット化の際に、上記含フッ素ポリマー(C’)および上記含フッ素ポリマー(S’)の少なくとも一方の溶融物を、フィルターを通した後にペレット化する。
(要件2)上記溶融押出し成形の際に、上記含フッ素ポリマー(C’)のペレットおよび上記含フッ素ポリマー(S’)のペレットの少なくとも一方の溶融物を、フィルターを通した後に溶融押出し成形する。
[Manufacturing method of ion exchange membrane]
The method for producing an ion exchange membrane of the present invention (hereinafter, also referred to as "the present production method") is defined as a method for producing an ion exchange membrane.
A fluoropolymer (C') having a group that can be converted into a carboxylic acid type functional group and a fluoropolymer (S') having a group that can be converted into a sulfonic acid type functional group are pelleted, respectively.
Next, the pellet of the fluoropolymer (C') and the pellet of the fluoropolymer (S') are melt-extruded and molded to form a precursor layer (C') containing the fluoropolymer (C'). And the precursor layer (S') containing the fluoropolymer (S') are laminated to form a precursor film.
Next, the precursor film is brought into contact with the alkaline aqueous solution to convert a group that can be converted into the carboxylic acid type functional group in the precursor layer (C'), and the layer having the carboxylic acid type functional group ( Ion exchange that forms C) and converts a group that can be converted to a sulfonic acid type functional group in the precursor layer (S') to form a layer (S) having the sulfonic acid type functional group. It is a method of manufacturing a film.
At least one of the following requirements 1 and 2 is satisfied.
(Requirement 1) At the time of pelletization, at least one melt of the fluoropolymer (C') and the fluoropolymer (S') is filtered and then pelletized.
(Requirement 2) At the time of the melt extrusion molding, at least one melt of the fluoropolymer (C') pellet and the fluoropolymer (S') pellet is melt-extruded after passing through a filter. ..
本製造方法によれば、上記要件1または要件2を満たすことで、上記含フッ素ポリマー(C’)および上記含フッ素ポリマー(S’)の少なくとも一方に含まれる固体不純物(例えば、塵や埃等のゴミ、ポリマー由来の副生物、プロセス由来の金属異物など)が取り除かれる。すなわち、上記含フッ素ポリマー(C’)および上記含フッ素ポリマー(S’)の少なくとも一方が、フィルターによる溶融濾過を経て精製されるので、上述した所定の表面粗さ(Ra)を満たすイオン交換膜が得られる。 According to the present production method, by satisfying the above requirement 1 or the above requirement 2, solid impurities (for example, dust, dust, etc.) contained in at least one of the fluoropolymer (C') and the fluoropolymer (S') are contained. Dust, polymer-derived by-products, process-derived metallic impurities, etc.) are removed. That is, since at least one of the fluoropolymer (C') and the fluoropolymer (S') is purified through melt filtration with a filter, an ion exchange membrane satisfying the above-mentioned predetermined surface roughness (Ra). Is obtained.
上記要件1では、脱気しながらペレット化するのが好ましい。また、上記要件2では、脱気しながら溶融押出し成形するのが好ましい。
要件1または要件2において、脱気を実施することで、上記含フッ素ポリマー(C’)および上記含フッ素ポリマー(S’)の少なくとも一方に含まれる液体不純物および気体不純物(例えば、重合時の残存モノマー、水分など)が取り除かれる。すなわち、上記含フッ素ポリマー(C’)および上記含フッ素ポリマー(S’)の少なくとも一方から、脱気によって液体不純物および気体不純物が取り除かれるので、上述した所定の表面粗さ(Ra)を満たすイオン交換膜がより得られやすくなる。
In the above requirement 1, it is preferable to pelletize while degassing. Further, in the above requirement 2, it is preferable to perform melt extrusion molding while degassing.
By carrying out degassing in Requirement 1 or Requirement 2, liquid impurities and gaseous impurities contained in at least one of the fluoropolymer (C') and the fluoropolymer (S') (for example, residual during polymerization) Monomers, water, etc.) are removed. That is, since liquid impurities and gas impurities are removed from at least one of the fluoropolymer (C') and the fluoropolymer (S') by degassing, ions satisfying the above-mentioned predetermined surface roughness (Ra). It becomes easier to obtain an exchange membrane.
(ペレットの製造)
上記含フッ素ポリマー(C’)のペレットおよび上記含フッ素ポリマー(S’)のペレットの製造方法の一例を以下に示す。
まず、ポリマー(含フッ素ポリマー(C’)または含フッ素ポリマー(S’))を公知の溶融押出し機に供給して、ポリマーの溶融物を得る。次に、ポリマーの溶融物を押出し機のノズルから押し出し、これを冷却してストランドを得た後、得られたストランドを所定サイズに切断して、ポリマーのペレットを得る。
ポリマーの溶融温度は、150〜350℃が好ましく、200〜300℃が特に好ましい。
上記ペレットの製造方法では、いわゆるストランドカット法を用いた場合を示したが、水中カット法、ホットカット法等を用いてもよい。
(Manufacturing of pellets)
An example of the method for producing the fluoropolymer (C') pellet and the fluoropolymer (S') pellet is shown below.
First, a polymer (fluoropolymer (C') or fluoropolymer (S')) is supplied to a known melt extruder to obtain a melt of the polymer. Next, the melt of the polymer is extruded from a nozzle of an extruder and cooled to obtain strands, and then the obtained strands are cut to a predetermined size to obtain polymer pellets.
The melting temperature of the polymer is preferably 150 to 350 ° C, particularly preferably 200 to 300 ° C.
In the method for producing pellets, the case where the so-called strand cutting method is used is shown, but an underwater cutting method, a hot cutting method, or the like may be used.
ここで、ペレット化の際に、上記含フッ素ポリマー(C’)および上記含フッ素ポリマー(S’)の少なくとも一方の溶融物をフィルターに通すのが好ましく、本発明の効果がより発揮される点から、両方のポリマーの溶融物をフィルターに通すのが特に好ましい。
フィルターは、例えば、ペレット製造用の溶融押出し機におけるノズル近傍に配置できる。
フィルターの目開き(径)は、上記表面粗さ(Ra)を所定範囲にするのが容易になる点から、0.026〜0.87mmが好ましく、0.026〜0.32mmがより好ましく、0.026〜0.132mmが特に好ましい。
フィルターは、上記表面粗さ(Ra)を所定範囲にするのが容易になる点から、20〜500メッシュのメッシュフィルターが好ましく、50〜500メッシュのメッシュフィルターが好ましく、120〜500メッシュのメッシュフィルターがより好ましい。ここで、「メッシュ」とは、1インチあたりのメッシュフィルターの目の数を意味する。
フィルターの材質は、熱耐性の点から、金属が好ましい。
Here, at the time of pelletization, it is preferable to pass at least one melt of the fluoropolymer (C') and the fluoropolymer (S') through a filter, and the effect of the present invention is more exhibited. Therefore, it is particularly preferable to pass the melt of both polymers through a filter.
The filter can be placed near the nozzle in, for example, a melt extruder for pellet production.
The opening (diameter) of the filter is preferably 0.026 to 0.87 mm, more preferably 0.026 to 0.32 mm, from the viewpoint that the surface roughness (Ra) can be easily set within a predetermined range. 0.026 to 0.132 mm is particularly preferable.
The filter is preferably a mesh filter of 20 to 500 mesh, preferably a mesh filter of 50 to 500 mesh, and a mesh filter of 120 to 500 mesh from the viewpoint that the surface roughness (Ra) can be easily set within a predetermined range. Is more preferable. Here, "mesh" means the number of mesh filters per inch.
The material of the filter is preferably metal from the viewpoint of heat resistance.
ポリマー(含フッ素ポリマー(C’)または含フッ素ポリマー(S’))を公知の溶融押出し機に供給する際に、少なくとも一方の溶融物を脱気することが好ましく、本発明の効果がより発揮される点から、両方のポリマーの溶融物を脱気するのが特に好ましい。
脱気は、例えば、ペレット製造用の溶融押出し機のベント孔に接続された吸引ポンプ等を用いて実施される。
脱気の際におけるゲージ圧は、上記表面粗さを所定の範囲にするのが容易になる点から、−0.1〜−0.02MPaが好ましく、−0.1〜−0.06MPaがより好ましい。
上記表面粗さを所定の範囲にするのが容易になる点から、目開きが0.026〜0.87mmの範囲内にあるフィルターを用いる場合には、ゲージ圧−0.1〜−0.02MPa(好ましくは−0.1〜−0.06MPa)の範囲内で脱気を行うのが好ましい。
When the polymer (fluoropolymer (C') or fluoropolymer (S')) is supplied to a known melt extruder, it is preferable to degas at least one of the melts, and the effect of the present invention is more exhibited. It is particularly preferable to degas the melts of both polymers.
Degassing is performed, for example, by using a suction pump or the like connected to a vent hole of a melt extruder for producing pellets.
The gauge pressure at the time of degassing is preferably −0.1 to −0.02 MPa, more preferably −0.1 to −0.06 MPa from the viewpoint that it is easy to keep the surface roughness within a predetermined range. preferable.
When a filter having a mesh size in the range of 0.026 to 0.87 mm is used, the gauge pressure is −0.1 to −0. It is preferable to perform degassing within the range of 02 MPa (preferably −0.1 to −0.06 MPa).
(前駆体膜の製造)
次に、前駆体層(C’)と前駆体層(S’)とが積層された前駆体膜の製造方法の一例を以下に示す。
まず、含フッ素ポリマー(C’)のペレットと、含フッ素ポリマー(S’)のペレットとを、公知のフィルム製造用の溶融押出し機に供給して、含フッ素ポリマー(C’)のペレットの溶融物と、含フッ素ポリマー(S’)のペレットの溶融物とをそれぞれ得る。
次いで、上記各ペレットの溶融物を溶融押出し機のノズル(例えば、Tダイ)からそれぞれ押し出して(共押し出し法による溶融押出し成形)、含フッ素ポリマー(C’)を含む前駆体層(C’)と、含フッ素ポリマー(S’)を含む前駆体層(S’a)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、含フッ素ポリマー(S’)を含む前駆体層(S’b)からなる膜を得る。
次いで、前駆体層(S’b)からなる膜、補強部材、および上記積層膜を、この順に配置し、例えば、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、前駆体層(S’a)側が補強部材に接するように配置する。このようにして、前駆体層(S’b)、補強部材、前駆体層(S’a)、前駆体層(C’)の順に積層されてなる前駆体膜(強化前駆体膜)を得る。
ペレットの溶融温度は、150〜350℃が好ましく、200〜300℃が特に好ましい。
(Manufacturing of precursor membrane)
Next, an example of a method for producing a precursor film in which a precursor layer (C') and a precursor layer (S') are laminated is shown below.
First, the fluoropolymer (C') pellets and the fluoropolymer (S') pellets are supplied to a known melt extruder for film production to melt the fluoropolymer (C') pellets. A product and a melt of fluoropolymer (S') pellets are obtained, respectively.
Next, the melt of each of the pellets is extruded from a nozzle (for example, T die) of a melt extruder (melt extrusion molding by a co-extrusion method), and a precursor layer (C') containing a fluoropolymer (C') is contained. And a laminated film having a precursor layer (S'a) containing a fluoropolymer (S'). Separately, a film made of a precursor layer (S'b) containing a fluoropolymer (S') is obtained by a single-layer extrusion method.
Next, the film composed of the precursor layer (S'b), the reinforcing member, and the laminated film are arranged in this order, and these are laminated using, for example, a laminated roll or a vacuum laminating device. At this time, the laminated film is arranged so that the precursor layer (S'a) side is in contact with the reinforcing member. In this way, a precursor film (reinforced precursor film) formed by laminating the precursor layer (S'b), the reinforcing member, the precursor layer (S'a), and the precursor layer (C') in this order is obtained. ..
The melting temperature of the pellets is preferably 150 to 350 ° C, particularly preferably 200 to 300 ° C.
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膜を得て、補強部材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 number of layers (Sa) is two or more, a film made of a fluoropolymer having a group capable of converting into a sulfonic acid type functional group is separately obtained, and a layer (Sa) is obtained between the reinforcing member and the laminated film. ) May be laminated so as to be composed of a plurality of layers.
ここで、上記溶融押出し成形の際に、含フッ素ポリマー(C’)のペレットの溶融物および含フッ素ポリマー(S’)のペレットの溶融物の少なくとも一方をフィルターに通すのが好ましく、本発明の効果がより発揮される点から、両方のペレットの溶融物をフィルターに通すのが特に好ましい。
フィルターは、例えば、フィルム製造用の溶融押出し機におけるノズル近傍に配置できる。
溶融押出し成形の際に使用するフィルターの好適態様は、ペレット製造時に使用する上記フィルターと同様である。
ペレット製造時のフィルタリング(要件1)と溶融押出し成形時のフィルタリング(要件2)は、少なくとも一方を実施すればよいが、本発明の効果がより発揮される点から、両方を実施するのが好ましい。
Here, at the time of the melt extrusion molding, it is preferable to pass at least one of the melt of the fluoropolymer (C') pellet and the melt of the fluoropolymer (S') pellet through a filter, and it is preferable to pass the melt of the pellet of the present invention. It is particularly preferable to pass the melt of both pellets through a filter because it is more effective.
The filter can be placed near a nozzle in, for example, a melt extruder for film production.
A preferred embodiment of the filter used in melt extrusion molding is the same as the above filter used in pellet production.
At least one of the filtering during pellet production (Requirement 1) and the filtering during melt extrusion (Requirement 2) may be performed, but it is preferable to carry out both from the viewpoint of more exerting the effect of the present invention. ..
上記溶融押出し成形の際に、含フッ素ポリマー(C’)のペレットの溶融物および含フッ素ポリマー(S’)のペレットの溶融物の少なくとも一方を脱気することが好ましく、本発明の効果がより発揮される点から、両方のペレットの溶融物を脱気することが特に好ましい。
脱気は、例えば、フィルム製造用の溶融押出し機のベント孔に接続された吸引ポンプ等を用いて実施される。
脱気の際におけるゲージ圧は、上記表面粗さを所定の範囲にするのが容易になる点から、−0.1〜−0.02MPaが好ましく、−0.1〜−0.06MPaがより好ましい。
上記表面粗さを所定の範囲にするのが容易になる点から、目開きが0.026〜0.87mmの範囲内にあるフィルターを用いる場合には、ゲージ圧−0.1〜−0.02MPa(好ましくは−0.1〜−0.06MPa)の範囲内で脱気を行うのが好ましい。
ペレット製造時の脱気と溶融押出し成形時の脱気は、少なくとも一方を実施すればよいが、本発明の効果がより発揮される点から、両方を実施するのが好ましい。
At the time of the melt extrusion molding, it is preferable to degas at least one of the melt of the fluoropolymer (C') pellet and the melt of the fluoropolymer (S') pellet, and the effect of the present invention is more effective. It is particularly preferable to degas the melts of both pellets from the point of view of exertion.
Degassing is performed, for example, by using a suction pump or the like connected to a vent hole of a melt extruder for film production.
The gauge pressure at the time of degassing is preferably −0.1 to −0.02 MPa, more preferably −0.1 to −0.06 MPa from the viewpoint that it is easy to keep the surface roughness within a predetermined range. preferable.
When a filter having a mesh size in the range of 0.026 to 0.87 mm is used, the gauge pressure is −0.1 to −0. It is preferable to perform degassing within the range of 02 MPa (preferably −0.1 to −0.06 MPa).
At least one of degassing during pellet production and degassing during melt extrusion molding may be carried out, but it is preferable to carry out both from the viewpoint of more exerting the effects of the present invention.
(アルカリ水溶液との接触)
次に、上記前駆体膜(強化前駆体膜)を用いたイオン交換膜の製造方法の一例を示す。
上記強化前駆体膜とアルカリ水溶液とを接触させて、上記前駆体層(C’)中のカルボン酸型官能基に変換できる基を変換して、カルボン酸型官能基を有する層(C)を形成し、かつ、上記前駆体層(S’)中のスルホン酸型官能基に変換できる基を変換して、上記スルホン酸型官能基を有する層(S)を形成して、イオン交換膜を得る。この際に、強化前駆体膜に含まれる犠牲糸の少なくとも一部が、アルカリ水溶液の作用により加水分解することで溶出する。
(Contact with alkaline aqueous solution)
Next, an example of a method for producing an ion exchange membrane using the precursor membrane (reinforced precursor membrane) will be shown.
The reinforced precursor film and the alkaline aqueous solution are brought into contact with each other to convert a group that can be converted into a carboxylic acid type functional group in the precursor layer (C') to obtain a layer (C) having a carboxylic acid type functional group. A layer (S) having the sulfonic acid type functional group is formed by converting a group that can be formed and converted into a sulfonic acid type functional group in the precursor layer (S') to form an ion exchange film. obtain. At this time, at least a part of the sacrificial yarn contained in the reinforced precursor membrane is hydrolyzed by the action of the alkaline aqueous solution to elute.
アルカリ水溶液との接触によって、前駆体層(C’)は図1に示す層(C)12に、前駆体層(S’)は図1に示す層(S)14に、それぞれ変換される。なお、上述したように、前駆体層(S’)が前駆体層(S’a)および前駆体層(S’b)を有する場合には、前駆体層(S’a)は図1における層(Sa)14Aに、前駆体層(S’b)は図1における層(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と共に層(S)14を構成する。
Upon contact with the alkaline aqueous solution, the precursor layer (C') is converted into the layer (C) 12 shown in FIG. 1, and the precursor layer (S') is converted into the layer (S) 14 shown in FIG. As described above, when the precursor layer (S') has a precursor layer (S'a) and a precursor layer (S'b), the precursor layer (S'a) is shown in FIG. The layer (Sa) 14A and the precursor layer (S'b) are converted into the layer (Sb) 14B in FIG. 1, respectively.
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 the layers (Sa) as shown in FIG. 14A is formed, and layer (S) 14 is formed together with layer (Sb) 14B.
前駆体膜(強化前駆体膜)とアルカリ水溶液とを接触させる方法としては、前駆体膜をアルカリ水溶液中に浸漬する方法、前駆体膜の表面にアルカリ水溶液をスプレー塗布する方法等が挙げられる。
アルカリ水溶液の温度は、30〜100℃が好ましく、40〜100℃が特に好ましく、45〜100℃がさらに好ましい。強化前駆体膜とアルカリ水溶液との接触時間は、3〜100分が好ましく、5〜50分が特に好ましい。
Examples of the method of bringing the precursor membrane (reinforced precursor membrane) into contact with the alkaline aqueous solution include a method of immersing the precursor membrane in the alkaline aqueous solution, a method of spray-coating the surface of the precursor membrane with the alkaline aqueous solution, and the like.
The temperature of the alkaline aqueous solution is preferably 30 to 100 ° C, particularly preferably 40 to 100 ° C, and even more preferably 45 to 100 ° C. The contact time between the reinforced precursor membrane and the alkaline aqueous solution is preferably 3 to 100 minutes, particularly preferably 5 to 50 minutes.
アルカリ水溶液は、アルカリ金属水酸化物、水溶性有機溶剤および水を含むのが好ましい。
アルカリ金属水酸化物としては、水酸化ナトリウムおよび水酸化カリウムが挙げられる。
本明細書において、水溶性有機溶剤とは、水に容易に溶解する有機溶剤のことをいい、具体的には、水1000ml(20℃)に対する溶解性が、0.1g以上の有機溶剤が好ましく、0.5g以上の有機溶剤が特に好ましい。水溶性有機溶剤は、非プロトン性有機溶剤、アルコール類およびアミノアルコール類が挙からなる群より選ばれる少なくとも1種を含むのが好ましく、非プロトン性有機溶剤を含むのが特に好ましい。水溶性有機溶剤は、1種を単独でも、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
The alkaline aqueous solution preferably contains an alkali metal hydroxide, a water-soluble organic solvent and water.
Examples of the alkali metal hydroxide include sodium hydroxide and potassium hydroxide.
In the present specification, the water-soluble organic solvent means an organic solvent that is easily dissolved in water, and specifically, an organic solvent having a solubility in 1000 ml (20 ° C.) of water of 0.1 g or more is preferable. , 0.5 g or more of organic solvent is particularly preferable. The water-soluble organic solvent preferably contains at least one selected from the group consisting of aprotic organic solvents, alcohols and amino alcohols, and particularly preferably contains an aprotic organic solvent. As the water-soluble organic solvent, one type may be used alone, or two or more types may be used in combination.
非プロトン性有機溶剤の具体例としては、ジメチルスルホキシド(DMSO)、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)およびN−エチル−2−ピロリドンが挙げられ、これらの中でもジメチルスルホキシドが好ましい。
アルコール類の具体例としては、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ブタノール、メトキシエトキシエタノール、ブトキシエタノール、ブチルカルビトール、ヘキシルオキシエタノール、オクタノール、1−メトキシ−2−プロパノールおよびエチレングリコールが挙げられる。
アミノアルコール類の具体例としては、エタノールアミン、N−メチルエタノールアミン、N−エチルエタノールアミン、1−アミノ−2−プロパノール、1−アミノ−3−プロパノール、2−アミノエトキシエタノール、2−アミノチオエトキシエタノール、および、2−アミノ−2−メチル−1−プロパノールが挙げられる。
Specific examples of aprotonic organic solvents include dimethyl sulfoxide (DMSO), N, N-dimethylformamide (DMF), N, N-dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) and N-ethyl-2. -Pyrrolidone is mentioned, and among these, dimethyl sulfoxide is preferable.
Specific examples of alcohols include methanol, ethanol, isopropanol, butanol, methoxyethoxyethanol, butoxyethanol, butylcarbitol, hexyloxyethanol, octanol, 1-methoxy-2-propanol and ethylene glycol.
Specific examples of amino alcohols include ethanolamine, N-methylethanolamine, N-ethylethanolamine, 1-amino-2-propanol, 1-amino-3-propanol, 2-aminoethoxyethanol and 2-aminothio. Examples thereof include ethoxyethanol and 2-amino-2-methyl-1-propanol.
アルカリ金属水酸化物の濃度は、アルカリ水溶液(100質量%)中、1〜60質量%が好ましく、3〜55質量%がより好ましく、5〜50質量%が特に好ましい。
水溶性有機溶剤の含有量は、アルカリ水溶液(100質量%)中、1〜60質量%が好ましく、3〜55質量%がより好ましく、4〜50質量%が特に好ましい。
水の濃度は、アルカリ水溶液(100質量%)中、39〜80質量%が好ましい。
The concentration of the alkali metal hydroxide is preferably 1 to 60% by mass, more preferably 3 to 55% by mass, and particularly preferably 5 to 50% by mass in the alkaline aqueous solution (100% by mass).
The content of the water-soluble organic solvent is preferably 1 to 60% by mass, more preferably 3 to 55% by mass, and particularly preferably 4 to 50% by mass in the alkaline aqueous solution (100% by mass).
The concentration of water is preferably 39 to 80% by mass in the alkaline aqueous solution (100% by mass).
アルカリ水溶液との接触によって、カルボン酸型官能基に変換できる基およびスルホン酸型官能基に変換できる基をそれぞれ、カルボン酸型官能基およびスルホン酸型官能基(以下、「イオン交換基」ともいう。)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、たとえば、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。 A group that can be converted into a carboxylic acid type functional group and a group that can be converted into a sulfonic acid type functional group by contact with an alkaline aqueous solution are referred to as a carboxylic acid type functional group and a sulfonic acid type functional group (hereinafter, also referred to as "ion exchange group", respectively. After conversion to.), If necessary, salt exchange may be carried out to exchange the counter cation of the ion exchange group. In salt exchange, for example, the counter cation of an ion exchange group is exchanged from potassium to sodium. A known method can be adopted for salt exchange.
前駆体膜(強化前駆体膜)とアルカリ水溶液との接触後に、アルカリ水溶液を除去する処理を行ってもよい。アルカリ水溶液を除去する方法としては、例えば、アルカリ水溶液で接触させた前駆体膜を水洗する方法が挙げられる。 After the contact between the precursor membrane (reinforced precursor membrane) and the alkaline aqueous solution, a treatment for removing the alkaline aqueous solution may be performed. Examples of the method for removing the alkaline aqueous solution include a method of washing the precursor membrane contacted with the alkaline aqueous solution with water.
[電解装置]
本発明の塩化アルカリ電解装置は、陰極と陽極とを備える電解槽と、上記塩化アルカリ電解用イオン交換膜と、を有し、上記塩化アルカリ電解用イオン交換膜が、上記陰極と上記陽極とを区切るように上記電解槽内に配置されており、上記塩化アルカリ電解用イオン交換膜の上記層(C)が上記陰極側に配置され、かつ、上記塩化アルカリ電解用イオン交換膜の上記層(S)が上記陽極側に配置されている。
本発明の塩化アルカリ電解装置によれば、上述した塩化アルカリ電解用イオン交換膜を有するので、苛性品質に優れた水酸化アルカリが得られる。
[Electrolyzer]
The alkali chloride electrolyzer of the present invention has an electrolytic tank including a cathode and an anode, and an ion exchange film for alkali chloride electrolysis, and the ion exchange film for alkali chloride electrolysis has the cathode and the anode. The layer (C) of the ion exchange film for alkali chloride electrolysis is arranged on the cathode side and is arranged in the electrolytic tank so as to be separated, and the layer (S) of the ion exchange film for alkali chloride electrolysis is arranged. ) Is arranged on the anode side.
According to the alkali chloride electrolyzer of the present invention, since it has the above-mentioned ion exchange membrane for alkali chloride electrolysis, alkali hydroxide having excellent caustic quality can be obtained.
本発明の塩化アルカリ電解装置の一態様について、模式図である図3を例にして説明する。塩化アルカリ電解装置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。
図1に示すように、イオン交換膜1は、層(C)12および層(S)14からなる電解質膜10と、層(S)中に配置された補強部材20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。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。
One aspect of the alkali chloride electrolyzer of the present invention will be described with reference to FIG. 3, which is a schematic diagram, as an example. The
As shown in FIG. 1, the ion exchange membrane 1 has an
陰極室116を構成する材料は、水酸化アルカリおよび水素に耐性がある材料が好ましく、その具体例としては、ステンレス、ニッケルが挙げられる。陽極室118を構成する材料は、塩化アルカリおよび塩素に耐性がある材料が好ましく、その具体例としては、チタンが挙げられる。
The material constituting the
陰極の基材を構成する材料は、水酸化アルカリ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、ニッケルが好ましい。陰極の基材の表面は、例えば、ラネーニッケルでコーティングされるのが好ましい。
陽極の基材を構成する材料は、塩化アルカリおよび塩素に対する耐性や、加工性等の点から、チタンが好ましい。陽極の基材の表面は、例えば、酸化ルテニウムまたは酸化イリジウムでコーティングされるのが好ましい。
The material constituting the base material of the cathode is preferably stainless steel or nickel from the viewpoint of resistance to alkali hydroxide and hydrogen, processability, and the like. The surface of the cathode substrate is preferably coated with, for example, Raney nickel.
As the material constituting the base material of the anode, titanium is preferable from the viewpoint of resistance to alkali chloride and chlorine, processability, and the like. The surface of the base material of the anode is preferably coated with, for example, ruthenium oxide or iridium oxide.
[水酸化アルカリの製造方法]
本発明の水酸化アルカリの製造方法は、本発明の塩化アルカリ電解装置を用いた塩化アルカリの電解によって実施される。本発明の塩化アルカリ電解装置によって行われる以外は、公知の態様を採用できる。
例えば、塩化ナトリウム水溶液を電解して水酸化ナトリウム水溶液を製造する場合は、塩化アルカリ電解装置100の陽極室118に塩化ナトリウム水溶液を供給し、陰極室116に水酸化ナトリウム水溶液を供給し、陰極室116から排出される水酸化ナトリウム水溶液の濃度を所定濃度(例えば32質量%)に保ちながら、塩化ナトリウム水溶液を電解する。
[Manufacturing method of alkali hydroxide]
The method for producing alkali hydroxide of the present invention is carried out by electrolysis of alkali chloride using the alkali chloride electrolyzer of the present invention. A known embodiment can be adopted except that it is performed by the alkali chloride electrolyzer of the present invention.
For example, in the case of electrolyzing a sodium chloride aqueous solution to produce a sodium hydroxide aqueous solution, the sodium chloride aqueous solution is supplied to the
以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明する。ただし本発明はこれらの実施例に限定されない。なお、後述する表中における各成分の配合量は、質量基準を示す。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples. The blending amount of each component in the table described later indicates a mass standard.
[表面粗さ]
後述する実施例および比較例の各イオン交換膜を、20mm(TD方向)×100mm(MD方向)のサイズに切り出した。なお、MD方向(Machine Direction)とは、イオン交換膜の製造において、前駆体膜、およびイオン交換膜が搬送される方向である。TD(Transverse Direction)とはMD方向と垂直の方向である。
次に、切り出したイオン交換膜を、25℃のイオン交換水に浸漬させた。
その後、上記溶液からイオン交換膜を取り出して、イオン交換膜が湿潤状態のまま、ピンセットを用いて、イオン交換膜の端部から、MD方向に30mmまで層(C)を剥離させた。
そして、剥離試験機(製品名「TENSILON RTC−120A」、オリエンテック社製)を用いて、チャック間距離が20mmとなるように、上部チャックに層(C)、下部チャックに層(S)を固定して、引張速度50mm/分で上下方向に50mm剥離させた。剥離試験機を用いた剥離によって現れる層(S)から、5mm角を切り出して、表面粗さ測定用のサンプルとした。
上記サンプルを原子間力顕微鏡(AFM)の金属試料ディスク上にカーボンテープで固定して、10μm角で異なる2箇所の表面粗さ(Ra)を測定し、これの算術平均値をサンプルの表面粗さ(Ra)とした。なお、原子間力顕微鏡および測定条件の概要は、以下の通りである。
原子間力顕微鏡:製品名「CyPher S」、Oxford Instruments社製
測定モード:AC−airモード
プローブ:AC160TS−C3(オリンパス社製、曲率半径:7nm、バネ定数:26N/m)
[Surface roughness]
Each ion exchange membrane of Examples and Comparative Examples described later was cut out to a size of 20 mm (TD direction) × 100 mm (MD direction). The MD direction (Machine Direction) is a direction in which the precursor membrane and the ion exchange membrane are conveyed in the production of the ion exchange membrane. The TD (Transverse Direction) is a direction perpendicular to the MD direction.
Next, the cut out ion exchange membrane was immersed in ion exchange water at 25 ° C.
Then, the ion exchange membrane was taken out from the above solution, and the layer (C) was peeled from the end of the ion exchange membrane to 30 mm in the MD direction using tweezers while the ion exchange membrane was in a wet state.
Then, using a peeling tester (product name "TENSILON RTC-120A", manufactured by Orientec Co., Ltd.), a layer (C) is applied to the upper chuck and a layer (S) is applied to the lower chuck so that the distance between the chucks is 20 mm. It was fixed and peeled by 50 mm in the vertical direction at a tensile speed of 50 mm / min. A 5 mm square was cut out from the layer (S) that appeared by peeling using a peeling tester to prepare a sample for surface roughness measurement.
The above sample was fixed on a metal sample disk of an atomic force microscope (AFM) with carbon tape, the surface roughness (Ra) of two different points was measured at a 10 μm square, and the arithmetic mean value of this was measured as the surface roughness of the sample. It was set to (Ra). The outline of the atomic force microscope and the measurement conditions is as follows.
Atomic force microscope: Product name "CyPher S", Oxford Instruments measurement mode: AC-air mode Probe: AC160TS-C3 (Olympus, radius of curvature: 7 nm, spring constant: 26 N / m)
[苛性品質]
イオン交換膜を、層(C)が陰極に面するように、有効通電面積が1.5dm2(電解面サイズが縦150mm×横100mm)の試験用電解槽内に配置し、陽極としてはチタンのパンチドメタル(短径4mm、長径8mm)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ものを用い、陰極としてはSUS304製パンチドメタル(短径5mm、長径10mm)にルテニウム入りラネーニッケルを電着したものを用い、電極と膜が直接接し、ギャップが生じないように設置した。
陽極室に供給する塩化ナトリウム濃度が40〜50g/Lとなるように調整しながら、温度90℃、電流密度8kA/m2の条件で1日運転した後、陽極室に供給する塩化ナトリウム濃度が200g/Lとなるように調整しながら、温度90℃、電流密度6kA/m2の条件で7日間運転して、塩化ナトリウム水溶液の電解を実施した。得られた水酸化ナトリウム水溶液中の塩化ナトリウム濃度(ppm)をチオシアン酸水銀(II)吸光光度法により測定した。
なお、水酸化ナトリウム水溶液中の塩化ナトリウム濃度が低いほど、苛性品質に優れる。
[Caustic quality]
The ion exchange film is placed in a test electrolytic cell having an effective energization area of 1.5 dm 2 (electrolytic surface size: 150 mm in length × 100 mm in width) so that the layer (C) faces the cathode, and the anode is titanium. Punched metal (minor axis 4 mm, major axis 8 mm) coated with a solid solution of ruthenium oxide, iridium oxide, and titanium oxide was used. Was installed so that the electrode and the film were in direct contact with each other and no gap was formed.
After operating for one day under the conditions of a temperature of 90 ° C. and a current density of 8 kA / m 2 while adjusting the concentration of sodium chloride supplied to the anode chamber to 40 to 50 g / L, the concentration of sodium chloride supplied to the anode chamber is adjusted. The sodium chloride aqueous solution was electrolyzed by operating for 7 days under the conditions of a temperature of 90 ° C. and a current density of 6 kA / m 2 while adjusting the concentration to 200 g / L. The sodium chloride concentration (ppm) in the obtained aqueous sodium hydroxide solution was measured by the mercury (II) thiocyanate absorptiometry.
The lower the concentration of sodium chloride in the aqueous sodium hydroxide solution, the better the caustic quality.
[実施例1]
TFEと、下式(X)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(加水分解後のイオン交換容量:1.08mEq/g)(以下、「ポリマーC」ともいう。)を合成した。
CF2=CF−O−CF2CF2CF2−COOCH3 ・・・(X)
得られたポリマーCをペレット製造用の溶融押出し機に供給して、−0.1MPaのゲージ圧で脱気しながらポリマーCを溶融させた。そして、ポリマーCの溶融物を、溶融押出し機に設けられた金属メッシュフィルター(関西金網株式会社製、500メッシュ、目開き0.026mm)に通した後、これを溶融押出し機から押し出し、冷却して、ストランドを得た。続いて、ストランドを切断して、ポリマーCのペレットを得た。
[Example 1]
A fluoropolymer having a group capable of converting into a carboxylic acid type functional group by copolymerizing TFE with a fluoropolymer having a group capable of converting into a carboxylic acid type functional group represented by the following formula (X) (hydrolysis). Later ion exchange capacity: 1.08 mEq / g) (hereinafter, also referred to as “polymer C”) was synthesized.
CF 2 = CF-O-CF 2 CF 2 CF 2- COOCH 3 ... (X)
The obtained polymer C was supplied to a melt extruder for producing pellets, and the polymer C was melted while degassing at a gauge pressure of −0.1 MPa. Then, the melt of the polymer C is passed through a metal mesh filter (manufactured by Kansai Wire Mesh Co., Ltd., 500 mesh, opening 0.026 mm) provided in the melt extruder, and then extruded from the melt extruder and cooled. And got a strand. Subsequently, the strands were cut to obtain polymer C pellets.
TFEと、下式(Y)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(加水分解後のイオン交換容量:1.10mEq/g)(以下、「ポリマーS1」ともいう。)を合成した。
CF2=CF−O−CF2CF(CF3)−O−CF2CF2−SO2F ・・・(Y)
得られたポリマーS1をペレット製造用の溶融押出し機に供給して、−0.1MPaのゲージ圧で脱気しながらポリマーS1を溶融させた。そして、ポリマーS1の溶融物を、溶融押出し機に設けられた金属メッシュフィルター(関西金網株式会社製、500メッシュ、目開き0.026mm)に通した後、これを溶融押出し機から押し出し、冷却して、ストランドを得た。続いて、ストランドを切断して、ポリマーS1のペレットを得た。
A fluoropolymer having a group capable of converting into a sulfonic acid type functional group by copolymerizing TFE with a fluoropolymer having a group capable of converting into a sulfonic acid type functional group represented by the following formula (Y) (hydrolysis). Later ion exchange capacity: 1.10 mEq / g) (hereinafter, also referred to as “polymer S1”) was synthesized.
CF 2 = CF-O-CF 2 CF (CF 3 ) -O-CF 2 CF 2- SO 2 F ... (Y)
The obtained polymer S1 was supplied to a melt extruder for producing pellets, and the polymer S1 was melted while being degassed at a gauge pressure of −0.1 MPa. Then, the melt of the polymer S1 is passed through a metal mesh filter (manufactured by Kansai Wire Mesh Co., Ltd., 500 mesh, opening 0.026 mm) provided in the melt extruder, and then extruded from the melt extruder and cooled. And got a strand. Subsequently, the strands were cut to obtain pellets of polymer S1.
その後、ポリマーCのペレットおよびポリマーS1のペレットをフィルム製造用の溶融押出し機に供給して、−0.1MPaのゲージ圧で脱気しながらポリマーCのペレットおよびポリマーS1のペレットをそれぞれ溶融させた。そして、ポリマーCのペレットの溶融物およびポリマーS1のペレットの溶融物をそれぞれ、溶融押出し機に設けられた金属メッシュフィルター(関西金網株式会社製、500メッシュ、目開き0.026mm)に通した後、共押し出し法によってフィルム状に成形し、ポリマーCからなる前駆体層(C’)(厚さ:12μm)およびポリマーS1からなる前駆体層(S’a)(厚さ:68μm)の2層構成のフィルムAを製造した。 Then, the pellets of polymer C and the pellets of polymer S1 were supplied to a melt extruder for film production, and the pellets of polymer C and the pellets of polymer S1 were melted while being degassed at a gauge pressure of −0.1 MPa. .. Then, after passing the melt of the pellet of the polymer C and the melt of the pellet of the polymer S1 through a metal mesh filter (manufactured by Kansai Wire Mesh Co., Ltd., 500 mesh, opening 0.026 mm) provided in the melt extruder, respectively. , Formed into a film by the co-extrusion method, and has two layers, a precursor layer (C') made of polymer C (thickness: 12 μm) and a precursor layer (S'a) made of polymer S1 (thickness: 68 μm). A film A having a composition was produced.
TFEと、式(Y)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(加水分解後のイオン交換容量:1.10mEq/g)(以下、「ポリマーS2」ともいう。)を合成した。
ポリマーS2を溶融押し出し法によりフィルム状に成形し、ポリマーS2からなる前駆体層(S’b)(厚さ:30μm)のフィルムBを得た。
A fluoropolymer having a group that can be converted into a sulfonic acid type functional group by copolymerizing TFE with a fluoropolymer having a group that can be converted into a sulfonic acid type functional group represented by the formula (Y) (after hydrolysis). Ion exchange capacity: 1.10 mEq / g) (hereinafter, also referred to as “polymer S2”) was synthesized.
The polymer S2 was formed into a film by a melt extrusion method to obtain a film B of a precursor layer (S'b) (thickness: 30 μm) made of the polymer S2.
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に2000回/mの撚糸をかけたPTFE糸を補強糸とした。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糸を犠牲糸とした。補強糸1本と犠牲糸2本とが交互に配列されるように平織りし、補強布(補強糸の密度:27本/インチ、犠牲糸の密度:108本/インチ)を得た。 After the PTFE film was rapidly stretched, the monofilament obtained by slitting to a thickness of 100 denier was twisted 2000 times / m to obtain a PTFE yarn as a reinforcing yarn. The sacrificial yarn was a PET yarn made of a 30-denier multifilament in which six 5-denier PET filaments were drawn together. A plain weave was performed so that one reinforcing thread and two sacrificial threads were alternately arranged to obtain a reinforcing cloth (reinforcing thread density: 27 threads / inch, sacrificial thread density: 108 threads / inch).
上記で得た、フィルムA、フィルムBおよび補強布を用いて、図1の態様に対応するイオン交換膜1を、以下のように製造した。
フィルムB、補強布、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’)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。強化前駆体膜における各層の厚さは、前駆体層(C’)が12μm、前駆体層(S’a)が68μm、前駆体層(S’b)が30μmであった。なお、前駆体層(S’a)および前駆体層(S’b)が前駆体層(S’)を構成する。
Using the film A, the film B, and the reinforcing cloth obtained above, the ion exchange membrane 1 corresponding to the aspect of FIG. 1 was manufactured as follows.
The film B, the reinforcing cloth, the film A, and the PET film for mold release (thickness: 100 μm) are stacked in this order so that the precursor layer (C') of the film A is on the PET film side for mold release, and the rolls are rolled. Laminated using. The PET film for mold release was peeled off to obtain a reinforced precursor film. The thickness of each layer in the reinforced precursor film was 12 μm for the precursor layer (C'), 68 μm for the precursor layer (S'a), and 30 μm for the precursor layer (S'b). The precursor layer (S'a) and the precursor layer (S'b) constitute the precursor layer (S').
酸化ジルコニウム(平均粒子径:1μm)の29.0質量%、メチルセルロースの1.3質量%、シクロヘキサノールの4.6質量%、シクロヘキサンの1.5質量%および水の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’)の上層側(すなわち、前駆体層(S’b))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/m2とした。 It consists 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. The paste was transferred by roll pressing to the upper layer side (that is, the precursor layer (S'b)) of the precursor layer (S') of the reinforced precursor film to form an inorganic particle layer. The amount of zirconium oxide adhered 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15分間処理を行った。
これにより、ポリマーCの−COOCH3、ならびにポリマーS1およびポリマーS2の−SO2Fを加水分解してイオン交換基に変換し、前駆体層(C’)を層(C)に、前駆体層(S’a)を層(Sa)に、層(S’b)を層(Sb)とした膜を得た。
The reinforced precursor membrane having an inorganic particle layer formed on one side was treated with an aqueous solution of 5% by mass of dimethyl sulfoxide and 30% by mass of potassium hydroxide at 95 ° C. for 15 minutes.
As a result, -COOCH 3 of polymer C and -SO 2 F of polymer S1 and polymer S2 are hydrolyzed and converted into ion exchange groups, and the precursor layer (C') becomes the layer (C) and the precursor layer. A film having (S'a) as a layer (Sa) and a layer (S'b) as a layer (Sb) was obtained.
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処理を、10質量%水酸化ナトリウムを用いて行った。 A salt exchange treatment for exchanging the counter cation of the ion exchange group from potassium to sodium was carried out using 10% by mass sodium hydroxide.
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た。酸化ジルコニウムの付着量は、3g/m2とした。
このようにして、実施例1のイオン交換膜を得た。
A dispersion was prepared by dispersing zirconium oxide (average particle size: 1 μm) at a concentration of 13% by mass in an ethanol solution containing 2.5% by mass of the acid polymer of the polymer S1. This dispersion was sprayed onto the layer (C) side of the film to form an inorganic particle layer. The amount of zirconium oxide adhered was 3 g / m 2 .
In this way, the ion exchange membrane of Example 1 was obtained.
[実施例2〜7、比較例1〜4]
ペレット製造時およびフィルム製造時における金属メッシュフィルムと、脱気の際におけるゲージ圧を表1に示すようにした以外は、実施例1と同様にして、実施例2〜7および比較例1〜4のイオン交換膜を得た。なお、比較例3では、ペレット製造時およびフィルム製造時においても、金属メッシュフィルムを使用せず、脱気も行わなかった。比較例4では、ペレット製造時およびフィルム製造時においても、金属メッシュフィルムを使用しなかった。
[Examples 2 to 7, Comparative Examples 1 to 4]
Examples 2 to 7 and Comparative Examples 1 to 4 are the same as in Example 1 except that the metal mesh film during pellet production and film production and the gauge pressure during degassing are shown in Table 1. Ion exchange membrane was obtained. In Comparative Example 3, the metal mesh film was not used and degassing was not performed during the pellet production and the film production. In Comparative Example 4, no metal mesh film was used during pellet production and film production.
上記のようにして得られた実施例および比較例のイオン交換膜を用いて、上述の方法にしたがって表面粗さ(Ra)および苛性品質を測定した。結果を表1に示す。 Using the ion exchange membranes of Examples and Comparative Examples obtained as described above, the surface roughness (Ra) and caustic quality were measured according to the method described above. The results are shown in Table 1.
表1に示す通り、層(S)を層(C)から剥離させた際に現れる層(S)側の表面および層(C)側の表面のうち、少なくとも一方の表面粗さ(Ra)が、1〜15nmであるイオン交換膜を使用すれば、苛性品質に優れた塩化アルカリ水溶液を製造できる。
これに対して、上記表面粗さ(Ra)が上記範囲外であるイオン交換膜を使用すると、製造された塩化アルカリ水溶液の苛性品質が劣っていた。
As shown in Table 1, the surface roughness (Ra) of at least one of the surface on the layer (S) side and the surface on the layer (C) side that appears when the layer (S) is peeled from the layer (C) is By using an ion exchange membrane having a diameter of 1 to 15 nm, an alkaline chloride aqueous solution having excellent caustic quality can be produced.
On the other hand, when an ion exchange membrane having a surface roughness (Ra) outside the above range was used, the caustic quality of the produced alkaline aqueous chloride solution was inferior.
1 塩化アルカリ電解用イオン交換膜
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 補強部材
22 補強糸
24 犠牲糸
26 フィラメント
28 溶出孔
100 塩化アルカリ電解装置
110 電解槽
112 陰極
114 陽極
116 陰極室
118 陽極室
1 Ion exchange membrane for
14 layers (S)
14A layer (Sa)
14Aa layer (Sa-1)
14Ab layer (Sa-2)
14B layer (Sb)
20 Reinforcing
Claims (10)
前記層(C)と前記層(S)との剥離を行い、前記剥離によって現れる、前記層(C)側の表面および前記層(S)側の表面のうち、少なくとも一方の表面粗さ(Ra)が、1〜15nmである、塩化アルカリ電解用イオン交換膜。 An ion exchange membrane for alkali chloride electrolysis in which a layer (C) containing a fluoropolymer having a carboxylic acid type functional group and a layer (S) containing a fluoropolymer having a sulfonic acid type functional group are laminated. There,
The layer (C) and the layer (S) are peeled off, and at least one of the surface on the layer (C) side and the surface on the layer (S) side, which appears by the peeling, has a surface roughness (Ra). ) Is 1 to 15 nm, an ion exchange membrane for alkali chloride electrolysis.
次いで、前記含フッ素ポリマー(C’)のペレットと、前記含フッ素ポリマー(S’)のペレットとをそれぞれ溶融押出し成形して、前記含フッ素ポリマー(C’)を含む前駆体層と、前記含フッ素ポリマー(S’)を含む前駆体層とが積層された前駆体膜を形成し、
次いで、前記前駆体膜とアルカリ水溶液とを接触させて、前記含フッ素ポリマー(C’)を含む前駆体層中の前記カルボン酸型官能基に変換できる基を変換して、前記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)を形成し、かつ、前記含フッ素ポリマー(S’)を含む前駆体層中のスルホン酸型官能基に変換できる基を変換して、前記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)を形成する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の塩化アルカリ電解用イオン交換膜の製造方法であって、
以下の要件1および要件2の少なくとも一方を満たす、塩化アルカリ電解用イオン交換膜の製造方法。
(要件1)前記ペレット化の際に、前記含フッ素ポリマー(C’)および前記含フッ素ポリマー(S’)の少なくとも一方の溶融物を、フィルターを通した後にペレット化する。
(要件2)前記溶融押出し成形の際に、前記含フッ素ポリマー(C’)のペレットおよび前記含フッ素ポリマー(S’)のペレットの少なくとも一方の溶融物を、フィルターを通した後に溶融押出し成形する。 A fluoropolymer (C') having a group that can be converted into a carboxylic acid type functional group and a fluoropolymer (S') having a group that can be converted into a sulfonic acid type functional group are pelleted, respectively.
Next, the pellets of the fluoropolymer (C') and the pellets of the fluoropolymer (S') are melt-extruded, respectively, and the precursor layer containing the fluoropolymer (C') and the fluoropolymer (C') are contained. A precursor film in which a precursor layer containing a fluoropolymer (S') is laminated is formed.
Next, the precursor film and the alkaline aqueous solution are brought into contact with each other to convert a group that can be converted into the carboxylic acid type functional group in the precursor layer containing the fluorine-containing polymer (C') to convert the carboxylic acid type functional group. The sulfonic acid is formed by forming a layer (C) containing a fluorine-containing polymer having a group and converting a group capable of converting into a sulfonic acid type functional group in the precursor layer containing the fluorine-containing polymer (S'). The method for producing an ion exchange film for alkali chloride electrolysis according to any one of claims 1 to 4, wherein a layer (S) containing a fluorine-containing polymer having a type functional group is formed.
A method for producing an ion exchange membrane for alkali chloride electrolysis, which satisfies at least one of the following requirements 1 and 2.
(Requirement 1) At the time of pelletization, at least one melt of the fluoropolymer (C') and the fluoropolymer (S') is filtered and then pelletized.
(Requirement 2) At the time of the melt extrusion molding, at least one melt of the fluoropolymer (C') pellet and the fluoropolymer (S') pellet is melt-extruded after being filtered. ..
請求項1〜4のいずれか1項に記載の塩化アルカリ電解用イオン交換膜と、を有し、
前記塩化アルカリ電解用イオン交換膜が、前記陰極と前記陽極とを区切るように前記電解槽内に配置されており、
前記層(C)が前記陰極側に配置され、かつ、前記層(S)が前記陽極側に配置されている、塩化アルカリ電解装置。 An electrolytic cell including a cathode and an anode,
The ion exchange membrane for alkali chloride electrolysis according to any one of claims 1 to 4 is provided.
The ion exchange membrane for alkali chloride electrolysis is arranged in the electrolytic cell so as to separate the cathode and the anode.
An alkali chloride electrolyzer in which the layer (C) is arranged on the cathode side and the layer (S) is arranged on the anode side.
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