JP6928716B2 - Cation exchange membrane, multilayer structure membrane, and electrolytic cell - Google Patents

Cation exchange membrane, multilayer structure membrane, and electrolytic cell Download PDF

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Description

本発明は、陽イオン交換膜及び多層構造膜、並びに、電解槽に関する。 The present invention relates to a cation exchange membrane, a multilayer structure membrane, and an electrolytic cell.

イオン交換膜を電解質とする各種電気化学装置としては、アルカリ金属塩電解槽、水電解槽、塩酸電解槽、或いは、燃料電池などがある。そのうち工業プロセスとして成熟し、幅広く利用されているものとしてアルカリ金属塩電解槽を用いた電解が挙げられる。従来からアルカリ金属塩、特に、塩化ナトリウム、塩化カリウム等の水溶液を電解して、塩素等のハロゲンガスと苛性アルカリ及び水素を製造する工業的方法はよく知られている。そのうちでイオン交換膜を隔膜として使用するイオン交換膜法電解技術が、電力消費量を最も少なくし、省エネルギー化のために最も有利なプロセスとして、世界的に工業化がなされている。 Examples of various electrochemical devices using an ion exchange membrane as an electrolyte include an alkali metal salt electrolytic cell, a water electrolytic cell, a hydrochloric acid electrolytic cell, and a fuel cell. Among them, one that has matured as an industrial process and is widely used is electrolysis using an alkali metal salt electrolytic cell. Conventionally, an industrial method for producing a halogen gas such as chlorine, a caustic alkali and hydrogen by electrolyzing an aqueous solution of an alkali metal salt, particularly sodium chloride or potassium chloride, is well known. Among them, the ion exchange membrane electrolysis technology using an ion exchange membrane as a diaphragm has been industrialized worldwide as the most advantageous process for reducing power consumption and energy saving.

下記特許文献1及び特許文献2には、イオン性のスルホニルとイオン性のカルボキシルの両形態の何れかとしてのペンダント側鎖を含有するフッ素化イオン交換重合体が開示されている。 The following Patent Documents 1 and 2 disclose fluorinated ion exchange polymers containing a pendant side chain as either of the ionic sulfonyl and ionic carboxyl forms.

特公昭62−3164号公報Special Publication No. 62-3164 特公昭63−56257号公報Special Publication No. 63-56257

しかしながら、上記のイオン交換膜法電解技術においても尚、現在更なる電力消費量の低減が要求されている。イオン交換膜法において電力消費量の大きな部分を占めるのは隔膜であるイオン交換膜であり、イオン交換膜の電力消費量低減が必須となる。イオン交換膜法における電力消費量は、電解電圧と電流効率から決定される。そして、電力消費量の低減は、低電解電圧、且つ高電流効率により達成される。 However, even in the above-mentioned ion exchange membrane electrolysis technique, further reduction of power consumption is currently required. In the ion exchange membrane method, the ion exchange membrane, which is a diaphragm, occupies a large part of the power consumption, and it is essential to reduce the power consumption of the ion exchange membrane. The power consumption in the ion exchange membrane method is determined from the electrolytic voltage and the current efficiency. The reduction in power consumption is achieved by low electrolytic voltage and high current efficiency.

特許文献1及び特許文献2に記載の発明には、特に、電解電圧を低減させると共に、電流効率を高めて、電力消費量を低減することに関して言及されていない。 The inventions described in Patent Document 1 and Patent Document 2 do not particularly mention reducing the electrolytic voltage and increasing the current efficiency to reduce the power consumption.

そこで、本発明は、上記従来の課題を解決するためのものであり、特に、低電解電圧、且つ高電流効率により電力消費量を低減することが可能な陽イオン交換膜及び多層構造膜、並びに、電解槽を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention is for solving the above-mentioned conventional problems, and in particular, a cation exchange membrane and a multilayer structure membrane capable of reducing power consumption due to low electrolytic voltage and high current efficiency, and , An object of the present invention is to provide an electrolytic cell.

すなわち、本発明は以下の通りである。
[1]
イオン交換基を有する含フッ素重合体を含む陽イオン交換膜であって、
純水雰囲気で測定した、通電前のクラスター径が3.0nm以上、3.5nm以下の範囲であり、乾燥雰囲気で測定した、通電前の結晶指標が0.03以上、0.09未満の範囲である、陽イオン交換膜。
[2]
前記結晶指標と、85℃純水で測定した含水率の積が、1.0以上である、[1]に記載の陽イオン交換膜。
[3]
前記含水率が25%以下である[1]又は[2]に記載の陽イオン交換膜。
[4]
イオン交換基を有する含フッ素重合体を含む陽イオン交換膜であって、
通電前の結晶指標が0.09未満の範囲であり、
乾燥雰囲気で測定した結晶指標と、85℃純水で測定した含水率の積が、1.0以上であり、前記含水率が25%以下の範囲である陽イオン交換膜。
[5]
前記イオン交換基を有する含フッ素重合体が、フッ化ビニル化合物(I)と、カルボン酸基を有するビニル化合物(II)と、前記(I)及び前記(II)とは異なるビニル化合物(III)と、をモノマー成分として含む[1]〜[4]のいずれかに記載の陽イオン交換膜。
[6]
前記ビニル化合物(III)が、1−トリフルオロビニルオキシ−2−ヘプタフルオロプロポキシヘキサフルオロプロパン、パーフルオロアルキルビニルエーテル、パーフルオロジオキソール、及びスルホン酸基を有するビニル化合物からなる群より選択される1種以上である[5]に記載の陽イオン交換膜。
[7]
前記カルボン酸基を有するビニル化合物(II)が、下記式(X)で表される化合物である、[5]又は[6]に記載の陽イオン交換膜。
CF=CF(OCFCYF)−O(CF−COOR (X)
(nは、1の整数を表し、mは、1〜4の整数を表し、Yは、F又はCFを表し、Rは、CH、C、又はCを表す)
[8]
前記ビニル化合物(III)が、スルホン酸基を有するビニル化合物である[5]〜[7]のいずれかに記載の陽イオン交換膜。
[9]
前記ビニル化合物(III)のモル比率を、前記フッ化ビニル化合物(I)のモル比率で除した値が、0より大きく3.0×10−2以下の範囲である[5]〜[8]のいずれかに記載の陽イオン交換膜。
[10]
前記ビニル化合物(III)のモル比率を、前記ビニル化合物(II)と前記ビニル化合物(III)のモル比率の合計で除した値が、0.001以上、0.25未満の範囲である[5]〜[9]のいずれかに記載の陽イオン交換膜。
[11]
総イオン交換容量が、0.66m当量/g以上、1.2m当量/g以下の範囲である[1]〜[10]のいずれかに記載の陽イオン交換膜。
[12]
32%水酸化ナトリウム水溶液雰囲気で測定したイオン交換基濃度が、12mol/L以上、50mol/L以下の範囲である[1]〜[11]のいずれかに記載の陽イオン交換膜。
[13]
[1]〜[12]のいずれかに記載の陽イオン交換膜からなるA層を少なくとも1層有する多層構造膜。
[14]
カルボン酸基を有するビニル化合物(II)を含まず、フッ化ビニル化合物(I)と、スルホン酸基を有するビニル化合物と、をモノマー成分として含有する含フッ素重合体Bを含むB層を少なくとも1層有する[13]に記載の多層構造膜。
[15]
前記多層構造膜は、前記A層と前記B層との2層構造である[14]に記載の多層構造膜。
[16]
前記多層構造膜において、前記A層が最外層に位置する[13]〜[15]のいずれかに記載の多層構造膜。
[17]
陽極と陰極との間に配置され、食塩電解用として用いられる[1]〜[12]のいずれかに記載の陽イオン交換膜。
[18]
陽極と陰極との間に配置され、食塩電解用として用いられる[13]〜[16]のいずれかに記載の多層構造膜。
[19]
陽極と、
陰極と、
前記陽極と前記陰極との間に配置された、[1]〜[12]のいずれかに記載の陽イオン交換膜又は[13]〜[16]のいずれかに記載の多層構造膜と、を備える電解槽。
[20]
[13]〜[16]のいずれかに記載の多層構造膜を備え、
前記A層が前記陰極に対向するように配置されている請求項19に記載の電解槽。
That is, the present invention is as follows.
[1]
A cation exchange membrane containing a fluorine-containing polymer having an ion exchange group.
The cluster diameter before energization measured in a pure water atmosphere is in the range of 3.0 nm or more and 3.5 nm or less, and the crystal index before energization measured in a dry atmosphere is in the range of 0.03 or more and less than 0.09. Is a cation exchange membrane.
[2]
The cation exchange membrane according to [1], wherein the product of the crystal index and the water content measured with pure water at 85 ° C. is 1.0 or more.
[3]
The cation exchange membrane according to [1] or [2], wherein the water content is 25% or less.
[4]
A cation exchange membrane containing a fluorine-containing polymer having an ion exchange group.
The crystal index before energization is in the range of less than 0.09,
A cation exchange membrane in which the product of the crystal index measured in a dry atmosphere and the water content measured in pure water at 85 ° C. is 1.0 or more, and the water content is in the range of 25% or less.
[5]
The fluorine-containing polymer having an ion exchange group is a vinyl fluoride compound (I), a vinyl compound (II) having a carboxylic acid group, and a vinyl compound (III) different from the above (I) and the above (II). The cation exchange membrane according to any one of [1] to [4], which contains and as a monomer component.
[6]
The vinyl compound (III) is selected from the group consisting of 1-trifluorovinyloxy-2-heptafluoropropoxyhexafluoropropane, perfluoroalkyl vinyl ether, perfluorodioxol, and a vinyl compound having a sulfonic acid group. The cation exchange membrane according to [5], which is one or more types.
[7]
The cation exchange membrane according to [5] or [6], wherein the vinyl compound (II) having a carboxylic acid group is a compound represented by the following formula (X).
CF 2 = CF (OCF 2 CYF) n- O (CF 2 ) m- COOR (X)
(N represents an integer of 1, m represents an integer of 1 to 4, Y represents F or CF 3 , R represents CH 3 , C 2 H 5 , or C 3 H 7 )
[8]
The cation exchange membrane according to any one of [5] to [7], wherein the vinyl compound (III) is a vinyl compound having a sulfonic acid group.
[9]
The value obtained by dividing the molar ratio of the vinyl compound (III) by the molar ratio of the vinyl fluoride compound (I) is in the range of greater than 0 and 3.0 × 10-2 or less [5] to [8]. The cation exchange membrane according to any one of.
[10]
The value obtained by dividing the molar ratio of the vinyl compound (III) by the total molar ratio of the vinyl compound (II) and the vinyl compound (III) is in the range of 0.001 or more and less than 0.25 [5]. ] To [9]. The cation exchange membrane according to any one of [9].
[11]
The cation exchange membrane according to any one of [1] to [10], wherein the total ion exchange capacity is in the range of 0.66 m equivalent / g or more and 1.2 m equivalent / g or less.
[12]
The cation exchange membrane according to any one of [1] to [11], wherein the ion exchange group concentration measured in a 32% sodium hydroxide aqueous solution atmosphere is in the range of 12 mol / L or more and 50 mol / L or less.
[13]
A multilayer structure membrane having at least one A layer composed of the cation exchange membrane according to any one of [1] to [12].
[14]
At least one layer B containing a fluorine-containing polymer B containing a vinyl fluoride compound (I) and a vinyl compound having a sulfonic acid group as monomer components without containing the vinyl compound (II) having a carboxylic acid group. The multilayer structure film according to [13] having a layer.
[15]
The multilayer structure film according to [14], wherein the multilayer structure film has a two-layer structure of the A layer and the B layer.
[16]
The multilayer structure film according to any one of [13] to [15], wherein the layer A is located in the outermost layer of the multilayer structure film.
[17]
The cation exchange membrane according to any one of [1] to [12], which is arranged between an anode and a cathode and is used for salt electrolysis.
[18]
The multilayer structure film according to any one of [13] to [16], which is arranged between an anode and a cathode and is used for salt electrolysis.
[19]
With the anode
With the cathode
The cation exchange membrane according to any one of [1] to [12] or the multilayer structure membrane according to any one of [13] to [16], which is arranged between the anode and the cathode. Electrolytic cell equipped.
[20]
The multilayer structure film according to any one of [13] to [16] is provided.
The electrolytic cell according to claim 19, wherein the layer A is arranged so as to face the cathode.

本発明によれば、低電解電圧、且つ高電流効率により電力消費量を低減することが可能な陽イオン交換膜及び多層構造膜、並びに、電解槽を提供可能である。したがって、本発明によれば、従来に比べて、省エネルギー化に寄与可能な電解槽を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a cation exchange membrane and a multilayer structure membrane capable of reducing power consumption due to low electrolytic voltage and high current efficiency, and an electrolytic cell. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide an electrolytic cell that can contribute to energy saving as compared with the conventional case.

図1は、本実施形態のイオン交換膜の断面模式図を示す。FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of the ion exchange membrane of the present embodiment. 図2は、本実施形態の電解槽の一例を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic view showing an example of the electrolytic cell of the present embodiment.

以下、本発明を実施するための形態(以下、「本実施形態」という。)について詳細に説明する。なお、本発明は、以下の本実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention (hereinafter, referred to as “the present embodiment”) will be described in detail. The present invention is not limited to the following embodiments, and can be variously modified and implemented within the scope of the gist thereof.

まずは、本発明者らが、本実施形態の陽イオン交換膜を開発するに至った技術の推移について説明する。例えば、イオン交換膜法を用いた食塩電解隔膜としては、主にカルボン酸を有する層(カルボン酸層)とスルホン酸を有する層(スルホン酸層)とを積層したイオン交換膜を用いることができる。この積層膜のうちスルホン酸層は、主に支持層の役割を担い、カルボン酸層は高電流効率の発現に寄与している。カルボン酸層は、結晶指標が高く、イオンの通り道であるクラスターが細い特徴を有しており、イオンとクラスター壁面に存在するイオン交換基の相互作用により、所望のイオンのみを通過させる。これにより、選択性、すなわち電流効率を発現している。しかし、結晶指標が高いということは、クラスター同士が繋がりにくく、独立したクラスターとなり、イオンのパスラインとして機能しない原因となりえる。また、クラスターが細いということは、逆に、イオンの通過を阻害し、電解電圧を上昇させる原因ともなりえる。ゆえに従来、高い電流効率と低い電解電圧を両立することは困難であった。 First, the present inventors will explain the transition of the technology that led to the development of the cation exchange membrane of the present embodiment. For example, as the salt electrolysis diaphragm using the ion exchange membrane method, an ion exchange membrane in which a layer having a carboxylic acid (carboxylic acid layer) and a layer having a sulfonic acid (sulfonic acid layer) are mainly laminated can be used. .. Of this laminated film, the sulfonic acid layer mainly plays the role of a support layer, and the carboxylic acid layer contributes to the development of high current efficiency. The carboxylic acid layer has a high crystal index and a narrow cluster, which is a path for ions, and allows only desired ions to pass through the interaction between the ions and the ion exchange group existing on the wall surface of the cluster. As a result, selectivity, that is, current efficiency is exhibited. However, a high crystal index makes it difficult for the clusters to connect to each other, resulting in independent clusters, which may cause the clusters to not function as ion path lines. On the contrary, the thin cluster may hinder the passage of ions and increase the electrolytic voltage. Therefore, conventionally, it has been difficult to achieve both high current efficiency and low electrolytic voltage.

そこで、本発明者らは、上記の問題点を解決するために鋭意研究の結果、陽イオン交換膜の膜中に形成されている、例えば、カルボン酸、或いはスルホン酸が集まったイオンクラスターの径(クラスター径)、及びポリマーの結晶指標を制御することとした。これにより、低電解電圧、及び高電流効率の両立が可能であることを見出し、本実施形態の陽イオン交換膜を開発するに至った。すなわち、本実施形態の陽イオン交換膜は、以下の特徴的部分を備えている。 Therefore, as a result of diligent research to solve the above problems, the present inventors have conducted diligent research, and as a result, the diameter of an ion cluster formed in the membrane of the cation exchange membrane, for example, a carboxylic acid or a sulfonic acid gathered. It was decided to control the (cluster diameter) and the crystal index of the polymer. As a result, it has been found that both low electrolytic voltage and high current efficiency can be achieved, and the cation exchange membrane of the present embodiment has been developed. That is, the cation exchange membrane of the present embodiment has the following characteristic parts.

本実施形態の第1の態様に係る陽イオン交換膜(以下、単に「第1の陽イオン交換膜」ともいう。)は、イオン交換基を有する含フッ素重合体を含む陽イオン交換膜であって、純水雰囲気で測定した、通電前のクラスター径が3.0nm以上、3.5nm以下の範囲であり、乾燥雰囲気で測定した通電前の結晶指標が0.03以上、0.09未満の範囲である。本実施形態の第1の陽イオン交換膜は、上記構成を備えることにより、低電解電圧、及び高電流効率の両立を可能とする。
なお、本実施形態における「純水」とは、25℃で測定した際の導電率が100(μS/cm)以下の水を示す。
The cation exchange membrane according to the first aspect of the present embodiment (hereinafter, also simply referred to as “first cation exchange membrane”) is a cation exchange membrane containing a fluorine-containing polymer having an ion exchange group. The cluster diameter before energization measured in a pure water atmosphere is in the range of 3.0 nm or more and 3.5 nm or less, and the crystal index before energization measured in a dry atmosphere is 0.03 or more and less than 0.09. The range. By providing the above configuration, the first cation exchange membrane of the present embodiment makes it possible to achieve both low electrolytic voltage and high current efficiency.
The "pure water" in the present embodiment means water having a conductivity of 100 (μS / cm) or less when measured at 25 ° C.

また、本実施形態の第2の態様に係る陽イオン交換膜(以下、単に「第2の陽イオン交換膜」ともいう。)は、イオン交換基を有する含フッ素重合体を含む陽イオン交換膜であって、通電前の結晶指標が0.09未満の範囲であり、乾燥雰囲気で測定した結晶指標と、85℃純水で測定した含水率の積が、1.0以上であり、前記含水率が25%以下の範囲である。本実施形態の第2の陽イオン交換膜は、上記構成を備えることで、第1の陽イオン交換膜と同様に、低電解電圧、及び高電流効率の両立を可能とする。 Further, the cation exchange membrane according to the second aspect of the present embodiment (hereinafter, also simply referred to as “second cation exchange membrane”) is a cation exchange membrane containing a fluorine-containing polymer having an ion exchange group. The crystal index before energization is in the range of less than 0.09, and the product of the crystal index measured in a dry atmosphere and the water content measured in pure water at 85 ° C. is 1.0 or more, and the water content is described above. The rate is in the range of 25% or less. By providing the above configuration, the second cation exchange membrane of the present embodiment makes it possible to achieve both low electrolytic voltage and high current efficiency, similarly to the first cation exchange membrane.

以下、本実施形態の第1の陽イオン交換膜及び第2の陽イオン交換膜の各構成について詳細に説明する。以下の説明において、第1の陽イオン交換膜及び第2の陽イオン交換膜の双方を包含するものとして「陽イオン交換膜」との用語を使用する。 Hereinafter, each configuration of the first cation exchange membrane and the second cation exchange membrane of the present embodiment will be described in detail. In the following description, the term "cation exchange membrane" is used to include both the first cation exchange membrane and the second cation exchange membrane.

[含フッ素重合体]
本実施形態において、「イオン交換基を有する含フッ素重合体」とは、イオン交換基、又は、加水分解によりイオン交換基となり得るイオン交換基前駆体、を有する含フッ素重合体をいう。また、本実施形態において、「イオン交換基」とは、カルボン酸基又はスルホン酸基をいう。
[Fluorine-containing polymer]
In the present embodiment, the "fluorine-containing polymer having an ion-exchange group" means a fluorine-containing polymer having an ion-exchange group or an ion-exchange group precursor that can become an ion-exchange group by hydrolysis. Further, in the present embodiment, the "ion exchange group" means a carboxylic acid group or a sulfonic acid group.

含フッ素重合体が、加水分解によりイオン交換基となり得るイオン交換基前駆体(例えば、カルボン酸基前駆体及びスルホン酸前駆体)を有する場合は、後述の方法で成膜後に、カルボン酸基前駆体はカルボン酸基に変換され、スルホン酸基前駆体はスルホン酸基に変換される。イオン交換基として、スルホン酸基又はカルボン酸基を含む含フッ素重合体は、例えば、疎水性であるポリマー主鎖部分と親水性であるカルボン酸基又はスルホン酸基の部分とがミクロに分離した構造を有する。その結果として、上記含フッ素重合体は、例えば、スルホン酸基又はカルボン酸基が集まったイオンクラスターを有する。 When the fluorine-containing polymer has an ion exchange group precursor (for example, a carboxylic acid group precursor and a sulfonic acid precursor) that can become an ion exchange group by hydrolysis, the carboxylic acid group precursor is formed after film formation by the method described later. The body is converted to a carboxylic acid group and the sulfonic acid group precursor is converted to a sulfonic acid group. In the fluorine-containing polymer containing a sulfonic acid group or a carboxylic acid group as an ion exchange group, for example, a hydrophobic polymer main chain portion and a hydrophilic carboxylic acid group or sulfonic acid group portion are microscopically separated. Has a structure. As a result, the fluorine-containing polymer has, for example, an ion cluster in which sulfonic acid groups or carboxylic acid groups are gathered.

食塩電解で運転した場合は、陽極液側から陰極液側にNa+イオンが上記イオンクラスターを通って移動する。従って、このような陽イオンの通り易さはイオンクラスターの径に依存することになる。この陽イオンの通り易さは食塩電解時の電解電圧と相関があり、通り易いほど電解電圧が低くなる。一方、電流効率は、製品苛性ソーダのOHイオンが陰極側から陽極液側にイオンクラスターを通って移動する量によって決まり、移動量が少ない程、電流効率が高いことになる。このように、食塩電解におけるイオン交換膜性能は、全てイオンクラスター構造で決まると考えられるが、本実施形態の陽イオン交換膜は、当該考察により何ら限定されるものではない。 When operated by salt electrolysis, Na + ions move from the anolyte side to the catholyte side through the ion cluster. Therefore, the ease of passage of such cations depends on the diameter of the ion cluster. The ease of passage of this cation correlates with the electrolysis voltage during salt electrolysis, and the easier it is to pass, the lower the electrolysis voltage. On the other hand, the current efficiency is determined by the amount of OH − ions of the product caustic soda moving from the cathode side to the anode liquid side through the ion cluster, and the smaller the amount of movement, the higher the current efficiency. As described above, it is considered that the ion exchange membrane performance in salt electrolysis is entirely determined by the ion cluster structure, but the cation exchange membrane of the present embodiment is not limited by the above consideration.

[クラスター径]
(純水中)
本実施形態の陽イオン交換膜では、純水雰囲気で測定した、通電前のイオン交換膜のクラスター径が3.0nm以上、3.5nm以下の範囲である。
[Cluster diameter]
(In pure water)
In the cation exchange membrane of the present embodiment, the cluster diameter of the ion exchange membrane before energization measured in a pure water atmosphere is in the range of 3.0 nm or more and 3.5 nm or less.

このように、純水雰囲気で測定した通電前のイオン交換膜のクラスター径が3.0nm以上であることは、例えば食塩電解の場合、クラスター内のNaイオンの移動が円滑であり、低い電解電圧を発現することが可能となる。また、純水雰囲気で測定した、通電前のイオン交換膜のクラスター径が3.5nm以下であることにより、OHが陰極側から陽極液側へ移動するのを阻害することができ、高い電流効率を発現することが可能となる。同様の観点から、クラスター径は、3.05nm以上であることが好ましく、3.4nm以下であることが好ましく、3.1nm以上、3.35nm以下であることがより好ましい。As described above, the fact that the cluster diameter of the ion exchange membrane before energization measured in a pure water atmosphere is 3.0 nm or more means that, for example, in the case of salt electrolysis, the movement of Na + ions in the cluster is smooth and low electrolysis. It becomes possible to develop a voltage. Further, since the cluster diameter of the ion exchange membrane before energization measured in a pure water atmosphere is 3.5 nm or less, it is possible to prevent OH from moving from the cathode side to the anode liquid side, and a high current can be obtained. It is possible to develop efficiency. From the same viewpoint, the cluster diameter is preferably 3.05 nm or more, preferably 3.4 nm or less, and more preferably 3.1 nm or more and 3.35 nm or less.

クラスター径は、小角X線散乱(SAXS)、及び広角X線散乱(WAXS)により測定できる。例えば、2層以上の多層構造膜を構成し、少なくとも1層が本実施形態の陽イオン交換膜である場合、まず本実施形態の陽イオン交換膜を物理的に剥離する。このように、単層膜に分離した後、25℃において純水に含浸させた状態で、SAXS、及びWAXSにより、クラスター径を測定する。陽イオン交換膜は、少なくとも1時間以上純水に浸漬させた後に、SAXS、及びWAXS測定を行う。尚、陽イオン交換膜がコーティング層を有する場合、当該コーティング層をブラシ等で除去した後、上記と同様にしてSAXS、及びWAXS測定に供することができる。なお、クラスター径の測定の詳細は、後述する[クラスター径の測定方法]で説明する。 The cluster diameter can be measured by small-angle X-ray scattering (SAXS) and wide-angle X-ray scattering (WAXS). For example, when two or more multilayer structure membranes are formed and at least one layer is the cation exchange membrane of the present embodiment, the cation exchange membrane of the present embodiment is first physically peeled off. In this way, after separating into a single-layer film, the cluster diameter is measured by SAXS and WAXS in a state of being impregnated with pure water at 25 ° C. The cation exchange membrane is immersed in pure water for at least 1 hour, and then SAXS and WAXS measurements are performed. When the cation exchange membrane has a coating layer, the coating layer can be removed with a brush or the like and then subjected to SAXS and WAXS measurements in the same manner as described above. The details of the measurement of the cluster diameter will be described later in [Method of measuring the cluster diameter].

(NaOH28%)
本実施形態は、イオン交換基を有する含フッ素重合体を含む陽イオン交換膜であり、特に限定するものではないが、NaOH28%水溶液雰囲気で測定した、通電前のイオン交換膜のクラスター径が2.2nm以上、2.7nm以下の範囲であることが好ましい。
(NaOH 28%)
This embodiment is a cation exchange membrane containing a fluorine-containing polymer having an ion exchange group, and is not particularly limited, but the cluster diameter of the ion exchange membrane before energization measured in a 28% NaOH aqueous solution atmosphere is 2. It is preferably in the range of .2 nm or more and 2.7 nm or less.

クラスター径は、本実施形態の陽イオン交換膜を、25℃においてNaOH28%水溶液に含浸させた状態で、小角X線散乱(SAXS)、広角X線散乱(WAXS)により測定する。多層構造膜の場合、本実施形態の陽イオン交換膜を単層膜に分離した後、測定する。陽イオン膜は少なくとも12時間以上NaOH28%水溶液に浸漬させた後に、SAXS、及びWAXS測定を行う。尚、陽イオン交換膜がコーティング層を有する場合、当該コーティング層をブラシ等で除去した後、上記と同様にしてSAXS、及びWAXS測定に供することができる。 The cluster diameter is measured by small-angle X-ray scattering (SAXS) and wide-angle X-ray scattering (WAXS) in a state where the cation exchange membrane of the present embodiment is impregnated with a 28% NaOH aqueous solution at 25 ° C. In the case of a multilayer structure membrane, the cation exchange membrane of the present embodiment is separated into a monolayer membrane and then measured. After immersing the cation membrane in a 28% NaOH aqueous solution for at least 12 hours, SAXS and WAXS measurements are performed. When the cation exchange membrane has a coating layer, the coating layer can be removed with a brush or the like and then subjected to SAXS and WAXS measurements in the same manner as described above.

例えば、食塩電解の場合、NaOH28%水溶液雰囲気で測定した、通電前のイオン交換膜のクラスター径が2.2nm以上であれば、クラスター内のNaイオンの移動が円滑であり、低い電解電圧を発現することが可能となる。また、NaOH28%水溶液雰囲気で測定した、通電前のイオン交換膜のクラスター径が2.7nm以下であれば、OHが陰極側から陽極液側へ移動するのを阻害することができ、高い電流効率を発現することが可能となる。For example, in the case of salt electrolysis, if the cluster diameter of the ion exchange membrane before energization measured in the atmosphere of a 28% NaOH aqueous solution is 2.2 nm or more, the movement of Na + ions in the cluster is smooth and a low electrolysis voltage is applied. It becomes possible to express. Further, if the cluster diameter of the ion exchange membrane before energization measured in the atmosphere of a 28% NaOH aqueous solution is 2.7 nm or less, it is possible to prevent OH − from moving from the cathode side to the anode liquid side, and a high current can be obtained. It is possible to develop efficiency.

(NaOH32%)
本実施形態は、イオン交換基を有する含フッ素重合体を含む陽イオン交換膜であり、特に限定するものではないが、NaOH32%水溶液雰囲気で測定した、通電前のイオン交換膜のクラスター径が1.9nm以上、2.7nm以下の範囲であることが好ましい。
(NaOH 32%)
This embodiment is a cation exchange membrane containing a fluorine-containing polymer having an ion exchange group, and is not particularly limited, but the cluster diameter of the ion exchange membrane before energization measured in an atmosphere of a 32% NaOH aqueous solution is 1. The range is preferably 9.9 nm or more and 2.7 nm or less.

クラスター径は、本実施形態の陽イオン交換膜を、25℃においてNaOH32%水溶液に含浸させた状態で、小角X線散乱(SAXS)、広角X線散乱(WAXS)により測定する。多層構造膜の場合、本実施形態の陽イオン交換膜を単層膜に分離した後、測定する。陽イオン膜は少なくとも12時間以上NaOH32%水溶液に浸漬させた後に、SAXS、及びWAXS測定を行う。尚、陽イオン交換膜がコーティング層を有する場合、当該コーティング層をブラシ等で除去した後、上記と同様にしてSAXS、及びWAXS測定に供することができる。 The cluster diameter is measured by small-angle X-ray scattering (SAXS) and wide-angle X-ray scattering (WAXS) in a state where the cation exchange membrane of the present embodiment is impregnated with a 32% NaOH aqueous solution at 25 ° C. In the case of a multilayer structure membrane, the cation exchange membrane of the present embodiment is separated into a monolayer membrane and then measured. After immersing the cation membrane in a 32% NaOH aqueous solution for at least 12 hours, SAXS and WAXS measurements are performed. When the cation exchange membrane has a coating layer, the coating layer can be removed with a brush or the like and then subjected to SAXS and WAXS measurements in the same manner as described above.

例えば、食塩電解の場合、NaOH32%水溶液雰囲気で測定した、通電前のイオン交換膜のクラスター径が1.9nm以上であれば、クラスター内のNaイオンの移動が円滑であり、低い電解電圧を発現することが可能となる。NaOH32%水溶液雰囲気で測定した、通電前のイオン交換膜のクラスター径が2.7nm以下であれば、OHが陰極側から陽極液側へ移動するのを阻害することができ、高い電流効率を発現することが可能となる。For example, in the case of salt electrolysis, if the cluster diameter of the ion exchange membrane before energization measured in the atmosphere of a 32% NaOH aqueous solution is 1.9 nm or more, the movement of Na + ions in the cluster is smooth and a low electrolysis voltage is applied. It becomes possible to express. When the cluster diameter of the ion exchange membrane before energization measured in the atmosphere of a 32% NaOH aqueous solution is 2.7 nm or less, it is possible to prevent OH − from moving from the cathode side to the anode liquid side, resulting in high current efficiency. It becomes possible to express.

[結晶指標(ドライ)]
本実施形態の陽イオン交換膜では、通電前の乾燥雰囲気で測定した結晶指標が0.03以上、0.09未満の範囲である。
[Crystal index (dry)]
In the cation exchange membrane of the present embodiment, the crystal index measured in a dry atmosphere before energization is in the range of 0.03 or more and less than 0.09.

本実施形態において、「結晶指標」とは、陽イオン交換膜内のポリマー鎖の結晶化度を数値化したものであり、この値が大きい程ポリマーの弾性エネルギーが大きくなる。通常、イオンの通り道であるクラスターは、イオン交換基の親水性とポリマーの弾性エネルギーのバランスで、その大きさや形状が決定されると考えられている。よって、結晶指標が低くなると、イオンの通り道であるクラスターが大きくなる、及び/又は、クラスターの数が多くなる。また、クラスターが大きくなると、局所的にクラスターが繋がり、より緻密なクラスターのネットワークが形成される。したがって、結晶指標が小さいほど、イオンが膜を通過しやすいものとなる。 In the present embodiment, the "crystal index" is a numerical value of the crystallinity of the polymer chain in the cation exchange membrane, and the larger this value is, the larger the elastic energy of the polymer is. Usually, it is considered that the size and shape of clusters, which are the paths of ions, are determined by the balance between the hydrophilicity of ion exchange groups and the elastic energy of the polymer. Therefore, the lower the crystal index, the larger the clusters that are the paths of ions and / or the larger the number of clusters. In addition, as the cluster becomes larger, the clusters are locally connected to form a denser network of clusters. Therefore, the smaller the crystal index, the easier it is for ions to pass through the membrane.

例えば食塩電解の場合、乾燥雰囲気で測定した、通電前の結晶指標が0.03以上であれば、OHが陰極側から陽極液側へ移動するのを阻害することができ、高い電流効率を発現することが可能となる。また、乾燥雰囲気で測定した、通電前の結晶指標が0.09未満であれば、クラスター内のNaイオンの移動が円滑であり、低い電解電圧を発現することが可能となる。同様の観点から、結晶指標は、0.04以上0.087以下であることが好ましく、0.05以上0.085以下であることがより好ましい。For example, in the case of salt electrolysis, if the crystal index before energization measured in a dry atmosphere is 0.03 or more, it is possible to prevent OH − from moving from the cathode side to the anode solution side, resulting in high current efficiency. It becomes possible to express. Further, if the crystal index before energization measured in a dry atmosphere is less than 0.09, the movement of Na + ions in the cluster is smooth, and a low electrolytic voltage can be developed. From the same viewpoint, the crystal index is preferably 0.04 or more and 0.087 or less, and more preferably 0.05 or more and 0.085 or less.

結晶指標は、本実施形態の陽イオン交換膜を、25℃において乾燥状態で、広角X線散乱(WAXS)により測定する。多層構造膜の場合、本実施形態の陽イオン交換膜を単層膜に分離した後、測定する。尚、陽イオン交換膜がコーティング層を有する場合、当該コーティング層をブラシ等で除去した後、上記と同様にしてWAXS測定を供することができる。 The crystal index is measured by wide-angle X-ray scattering (WAXS) in a dry state at 25 ° C. for the cation exchange membrane of the present embodiment. In the case of a multilayer structure membrane, the cation exchange membrane of the present embodiment is separated into a monolayer membrane and then measured. When the cation exchange membrane has a coating layer, the WAXS measurement can be performed in the same manner as described above after removing the coating layer with a brush or the like.

(純水中)
本実施形態は、イオン交換基を有する含フッ素重合体を含む陽イオン交換膜であり、特に限定するものではないが、純水雰囲気で測定した、通電前の結晶指標が、0.03以上、0.09未満の範囲であることが好ましい。
(In pure water)
This embodiment is a cation exchange membrane containing a fluorine-containing polymer having an ion exchange group, and is not particularly limited, but the crystal index before energization measured in a pure water atmosphere is 0.03 or more. The range is preferably less than 0.09.

例えば食塩電解の場合、純水雰囲気で測定した、通電前の結晶指標が0.03以上であれば、OHが陰極側から陽極液側へ移動するのを阻害することができ、高い電流効率を発現することが可能となる。また、純水雰囲気で測定した、通電前の結晶指標が0.09未満であれば、クラスター内のNaイオンの移動が円滑であり、低い電解電圧を発現することが可能となる。For example, in the case of salt electrolysis, if the crystal index before energization measured in a pure water atmosphere is 0.03 or more, it is possible to prevent OH − from moving from the cathode side to the anode solution side, resulting in high current efficiency. Can be expressed. Further, if the crystal index before energization measured in a pure water atmosphere is less than 0.09, the movement of Na + ions in the cluster is smooth, and a low electrolytic voltage can be developed.

結晶指標は、本実施形態の陽イオン交換膜を、25℃において純水に含浸させた状態で、広角X線散乱(WAXS)により測定する。多層構造膜の場合、本実施形態の陽イオン交換膜を単層膜に分離した後、測定する。陽イオン交換膜は少なくとも1時間以上純水に浸漬させたのちにWAXS測定を行う。尚、陽イオン交換膜がコーティング層を有する場合、当該コーティング層をブラシ等で除去した後、上記と同様にしてWAXS測定に供することができる。 The crystal index is measured by wide-angle X-ray scattering (WAXS) in a state where the cation exchange membrane of the present embodiment is impregnated with pure water at 25 ° C. In the case of a multilayer structure membrane, the cation exchange membrane of the present embodiment is separated into a monolayer membrane and then measured. The cation exchange membrane is immersed in pure water for at least 1 hour, and then the WAXS measurement is performed. When the cation exchange membrane has a coating layer, the coating layer can be removed with a brush or the like and then subjected to WAXS measurement in the same manner as described above.

(28%水酸化ナトリウム水溶液)
本実施形態は、イオン交換基を有する含フッ素重合体を含む陽イオン交換膜であり、特に限定するものではないが、28%水酸化ナトリウム水溶液(NaOH28%水溶液)雰囲気で測定した、通電前の結晶指標が0.02以上、0.09未満の範囲であることが好ましい。
(28% aqueous sodium hydroxide solution)
This embodiment is a cation exchange membrane containing a fluorine-containing polymer having an ion exchange group, and is not particularly limited, but is measured in a 28% sodium hydroxide aqueous solution (NaOH 28% aqueous solution) atmosphere before energization. The crystal index is preferably in the range of 0.02 or more and less than 0.09.

例えば食塩電解の場合、NaOH28%水溶液雰囲気で測定した、通電前の結晶指標が0.02以上であれば、OHが陰極側から陽極液側へ移動するのを阻害することができ、高い電流効率を発現することが可能となる。また、NaOH28%水溶液雰囲気で測定した、通電前の結晶指標が0.09未満であれば、クラスター内のNaイオンの移動が円滑であり、低い電解電圧を発現することが可能となる。For example, in the case of salt electrolysis, if the crystal index before energization measured in the atmosphere of a 28% NaOH aqueous solution is 0.02 or more, it is possible to prevent OH − from moving from the cathode side to the anode solution side, and a high current is obtained. It is possible to develop efficiency. Further, if the crystal index before energization measured in the atmosphere of a 28% NaOH aqueous solution is less than 0.09, the movement of Na + ions in the cluster is smooth, and a low electrolytic voltage can be developed.

結晶指標は、本実施形態の陽イオン交換膜を、25℃においてNaOH28%水溶液に含浸させた状態で、広角X線散乱(WAXS)により測定する。多層構造膜の場合、本実施形態の陽イオン交換膜を単層膜に分離した後、測定する。陽イオン交換膜は、少なくとも12時間以上NaOH28%水溶液に浸漬させたのちにWAXS測定を行う。尚、陽イオン交換膜がコーティング層を有する場合、当該コーティング層をブラシ等で除去した後、上記と同様にしてWAXS測定に供することができる。 The crystal index is measured by wide-angle X-ray scattering (WAXS) in a state where the cation exchange membrane of the present embodiment is impregnated with a 28% NaOH aqueous solution at 25 ° C. In the case of a multilayer structure membrane, the cation exchange membrane of the present embodiment is separated into a monolayer membrane and then measured. The cation exchange membrane is immersed in a 28% NaOH aqueous solution for at least 12 hours, and then the WAXS measurement is performed. When the cation exchange membrane has a coating layer, the coating layer can be removed with a brush or the like and then subjected to WAXS measurement in the same manner as described above.

[特性]
本実施形態では、上記したように、陽イオン交換膜のクラスター径と結晶指標とを制御することで、電解電圧を低減でき、且つ電流効率を高めることができる。
[Characteristic]
In the present embodiment, as described above, by controlling the cluster diameter and the crystal index of the cation exchange membrane, the electrolytic voltage can be reduced and the current efficiency can be increased.

具体的には、電解電圧が、約3.1V/6kA以下であることが好ましい。また、電流効率は、約95%以上であることが好ましい。この結果、消費電力を低減させることができる。具体的には、消費電力は、約2100kWh以下であることが好ましい。 Specifically, the electrolytic voltage is preferably about 3.1 V / 6 kA or less. The current efficiency is preferably about 95% or more. As a result, power consumption can be reduced. Specifically, the power consumption is preferably about 2100 kWh or less.

本実施形態では、クラスター径と結晶指標を上記した範囲内となるように制御するが、測定誤差や測定条件により測定誤差やずれが生じた場合でも、例えば、上記した特性範囲を満たすことで本実施形態の構成を含むものと推測することが可能である。 In the present embodiment, the cluster diameter and the crystal index are controlled so as to be within the above ranges, but even if a measurement error or deviation occurs due to a measurement error or measurement conditions, for example, by satisfying the above characteristic range, the present invention It is possible to infer that it includes the configuration of the embodiment.

上記したように、結晶指標が低くなるとクラスター径は大きくなり、一方、結晶指標が高くなるとクラスター径は小さくなる。このように、クラスター径と結晶指標との間には相関関係があるが、クラスター径と結晶指標の一方のパラメータのみを規定せず、両方にパラメータを規定することで、バランスよく、高電流効率を発現するのに、低電解電圧で実現できるとの効果を得ることができる。 As described above, the lower the crystal index, the larger the cluster diameter, while the higher the crystal index, the smaller the cluster diameter. In this way, there is a correlation between the cluster diameter and the crystal index, but by not specifying only one parameter of the cluster diameter and the crystal index, but specifying the parameter for both, a well-balanced and high current efficiency It is possible to obtain the effect that it can be realized with a low electrolytic voltage to express.

したがって、これら2つのパラメータを適切に制御することで、上記したように、適切に、電解電圧を低減できると共に、電流効率を高めることが可能になる。 Therefore, by appropriately controlling these two parameters, it is possible to appropriately reduce the electrolytic voltage and increase the current efficiency as described above.

次に、上記のクラスター径、及び結晶指標の測定方法について詳細に説明する。 Next, the above-mentioned method for measuring the cluster diameter and the crystal index will be described in detail.

[クラスター径の測定方法]
イオンクラスター径は、小角X線散乱(SAXS)、広角X線散乱(WAXS)により測定することができる。以下にSAXS及びWAXSによる測定法の一例を示す。SAXS、及びWAXS測定は、単層膜について、25℃において水、若しくはNaОH水溶液に含浸させた状態で測定を行う。陽イオン交換膜は、水に浸漬する場合は、最低でも1時間、NaОH水溶液に浸漬する場合は、12時間以上水に浸漬した後に測定に供する。SAXS、及びWAXS測定は、リガク製SAXS装置NanoViewerを用いる。X線波長は、0.154nmのもの(CuKα線)を用いる。小角領域は、試料−検出器間距離を841mmとし、検出器としてPILATUS100Kを用いるまた、広角領域は、試料−検出器間距離を75mmとし、検出器にイメージングプレートを用いて測定を行う。そして、両プロフィールを合体させることにより、0.1°<散乱角(2θ)<30°の範囲の散乱角における散乱データを得る。試料は、合計膜厚が100μm程度になるように重ねた状態で測定を行い、露光時間は、小角領域、及び広角領域測定とも15〜60分とする。二次元検出器により得られたデータは、円環平均によりデータを一次元化する。得られたSAXSプロフィールに対しては、検出器の暗電流補正等、検出器に由来する補正、試料以外の物質による散乱に対する補正(空セル散乱補正)を実施する。SAXSプロフィールに対するX線ビーム形状の影響(スメアの影響)が大きい場合は、X線ビーム形状に対する補正(デスメア)も行う。こうして得られた一次元SAXSプロフィールに対し、橋本康博、坂本直紀、飯嶋秀樹 高分子論文集 vol.63 No.3 pp.166 2006に記載された手法に準じて、イオンクラスターの径(クラスター径)を求める。すなわち、イオンクラスター構造が粒径分布を持つコアーシェル型の剛体球で表されると仮定し、このモデルに基づく理論散乱式を用いて実測のSAXSプロフィールのイオンクラスター由来の散乱が支配的な散乱角領域のSAXSプロフィールをフィッティングすることで、平均クラスター直径(イオンクラスター径)を求める。このモデルにおいて、コアの部分がイオンクラスターに相当し、コアの直径がイオンクラスター径となるものとする。なお、シェル層は仮想的なものでシェル層の電子密度はマトリックス部分と同じとする。また、ここではシェル層厚みは0.25nmとする。フィッティングに用いるモデルの理論散乱式を次の式(A)に示す。また、フィッティング範囲は、1.4<2θ<6.7°とする。
[Measurement method of cluster diameter]
The ion cluster diameter can be measured by small-angle X-ray scattering (SAXS) and wide-angle X-ray scattering (WAXS). An example of the measurement method by SAXS and WAXS is shown below. The SAXS and WAXS measurements are carried out in a state where the monolayer film is impregnated with water or an aqueous NaОH solution at 25 ° C. The cation exchange membrane is subjected to measurement after being immersed in water for at least 1 hour when immersed in water, and for 12 hours or more when immersed in an aqueous NaОH solution. For the SAXS and WAXS measurements, a Rigaku SAXS device NanoViewer is used. An X-ray wavelength of 0.154 nm (CuKα ray) is used. In the small angle region, the distance between the sample and the detector is 841 mm, and PILATUS 100K is used as the detector. In the wide angle region, the distance between the sample and the detector is 75 mm, and measurement is performed using an imaging plate as the detector. Then, by combining both profiles, scattering data in a scattering angle in the range of 0.1 ° <scattering angle (2θ) <30 ° is obtained. The samples are measured in a state of being stacked so that the total film thickness is about 100 μm, and the exposure time is 15 to 60 minutes for both the small angle region and wide angle region measurement. The data obtained by the two-dimensional detector makes the data one-dimensional by the ring averaging. The obtained SAXS profile is subjected to corrections derived from the detector, such as correction of dark current of the detector, and corrections for scattering by substances other than the sample (empty cell scattering correction). If the influence of the X-ray beam shape on the SAXS profile (the influence of smear) is large, the correction (deathmare) on the X-ray beam shape is also performed. For the one-dimensional SAXS profile obtained in this way, Yasuhiro Hashimoto, Naoki Sakamoto, Hideki Iijima, Polymer Papers vol. 63 No. 3 pp. 166 The diameter of the ion cluster (cluster diameter) is determined according to the method described in 2006. That is, assuming that the ion cluster structure is represented by a core-shell type rigid sphere having a particle size distribution, the scattering angle is dominated by the scattering derived from the ion cluster of the SAXS profile actually measured using the theoretical scattering formula based on this model. The average cluster diameter (ion cluster diameter) is determined by fitting the SAXS profile of the region. In this model, it is assumed that the core portion corresponds to the ion cluster and the core diameter is the ion cluster diameter. The shell layer is virtual, and the electron density of the shell layer is the same as that of the matrix part. Further, here, the thickness of the shell layer is 0.25 nm. The theoretical scattering equation of the model used for fitting is shown in the following equation (A). The fitting range is 1.4 <2θ <6.7 °.

Figure 0006928716
Figure 0006928716

Figure 0006928716
Figure 0006928716

上記において、Cは定数、Nはクラスター個数密度、ηはコア、つまりイオンクラスター部分とその周りの仮想的なシェルを剛体球と仮定した場合のその体積分率、λは用いるX線波長、tはシェル層厚み、aは平均イオンクラスター半径、Γ(M)はガンマ関数、σはイオンクラスター半径(コア半径)の標準偏差を示す。P(a)はコア半径aの分布関数を表し、ここではaの体積分布がSchultz−Zimm分布p(a)に従うとする。Mは分布を表すパラメータである。I(q)は測定時の過剰な水由来の散乱、熱散漫散乱を含むバックグラウンド散乱を表しており,ここでは定数と仮定する。フィッティングの際には上記パラメータのうち、M、η、a、σ、Ib(q)を可変パラメータとする。なお、本明細書において、イオンクラスター径とは、イオンクラスターの平均直径(2a)を意味する。In the above, C is a constant, N is the cluster number density, η is the core, that is, the volume fraction when the ion cluster part and the virtual shell around it are assumed to be rigid spheres, λ is the X-ray wavelength used, and t. the shell layer thickness, a 0 is the average ion cluster radius, gamma (M) is the gamma function, sigma represents a standard deviation of ion cluster radius (core radius). P (a) represents a distribution function of the core radius a, and here it is assumed that the volume distribution of a follows the Schultz-Zimm distribution p (a). M is a parameter representing the distribution. I b (q) represents background scattering including excessive water-derived scattering and heat-diffuse scattering at the time of measurement, and is assumed to be a constant here. At the time of fitting, among the above parameters, M, η, a 0 , σ, and Ib (q) are set as variable parameters. In addition, in this specification, an ion cluster diameter means the average diameter (2a 0) of an ion cluster.

なお、上記のクラスター径の測定方法は、後述する実施例にて適用される。 The above method for measuring the cluster diameter is applied in Examples described later.

ここで、上記の[クラスター径の測定法]、及び[クラスター径]の項で記したSAXS、WAXS測定、及びフィッティングから、クラスター総体積分率vを求めることができるので、以下に説明する。 Here, since the cluster total integration rate v can be obtained from the SAXS, WAXS measurement, and fitting described in the above [Measurement method of cluster diameter] and [Cluster diameter], it will be described below.

[クラスター総体積分率]
すなわち、クラスター総体積分率vは、以下の式(B)により決定することができる。
[Cluster total integral rate]
That is, the total cluster integration rate v can be determined by the following equation (B).

Figure 0006928716
Figure 0006928716

(純水中)
本実施形態の陽イオン交換膜では、純水雰囲気で測定した通電前のクラスター総体積分率vが、0.23以上、0.45以下の範囲であることが好ましい。
(In pure water)
In the cation exchange membrane of the present embodiment, the cluster total integral ratio v before energization measured in a pure water atmosphere is preferably in the range of 0.23 or more and 0.45 or less.

クラスター総体積分率vとは、陽イオン交換膜内でクラスターが占める体積を数値化したものである。この値が大きいほど、イオンの通り道であるクラスター径が大きい、及び/又は、クラスターの数が多いことを意味する。したがって、クラスター総体積分率vが大きいほど、イオンが膜を通過しやすいものとなる。 The total cluster integration rate v is a numerical value of the volume occupied by the cluster in the cation exchange membrane. The larger this value is, the larger the cluster diameter which is the path of ions and / or the larger the number of clusters. Therefore, the larger the total cluster integration rate v, the easier it is for ions to pass through the membrane.

例えば、食塩電解の場合、純水雰囲気で測定した通電前のクラスター総体積分率vが0.23以上であれば、クラスター内のNaイオンの移動が円滑であり、低い電解電圧を発現することが可能となる。また、純水雰囲気で測定した通電前のクラスター総体積分率vが0.45以下であれば、OHが陰極側から陽極液側へ移動するのを阻害することができ、高い電流効率を発現することが可能となる。For example, in the case of salt electrolysis, if the cluster total integral ratio v before energization measured in a pure water atmosphere is 0.23 or more, the movement of Na + ions in the cluster is smooth and a low electrolysis voltage is developed. Is possible. Further, if the cluster total integral ratio v before energization measured in a pure water atmosphere is 0.45 or less, it is possible to prevent OH − from moving from the cathode side to the anode liquid side, and high current efficiency is exhibited. It becomes possible to do.

クラスター総体積分率vは、本実施形態の陽イオン交換膜を、25℃において純水に含浸させた状態で、小角X線散乱(SAXS)、広角X線散乱(WAXS)により測定する。多層構造膜の場合、本実施形態の陽イオン交換膜を単層膜に分離した後、測定する。陽イオン交換膜は、少なくとも1時間以上純水に浸漬させた後にSAXS、及びWAXS測定を行う。尚、陽イオン交換膜がコーティング層を有する場合、当該コーティング層をブラシ等で除去した後、上記と同様にしてSAXS、及びWAXS測定に供することができる。 The cluster total integration rate v is measured by small-angle X-ray scattering (SAXS) and wide-angle X-ray scattering (WAXS) in a state where the cation exchange membrane of the present embodiment is impregnated with pure water at 25 ° C. In the case of a multilayer structure membrane, the cation exchange membrane of the present embodiment is separated into a monolayer membrane and then measured. The cation exchange membrane is immersed in pure water for at least 1 hour, and then SAXS and WAXS measurements are performed. When the cation exchange membrane has a coating layer, the coating layer can be removed with a brush or the like and then subjected to SAXS and WAXS measurements in the same manner as described above.

(NaOH28%)
本実施形態は、イオン交換基を有する含フッ素重合体を含む陽イオン交換膜であり、特に限定するものではないが、NaOH28%水溶液雰囲気で測定した通電前のクラスター総体積分率vが0.023以上、0.05以下の範囲であることが好ましい。
(NaOH 28%)
The present embodiment is a cation exchange membrane containing a fluorine-containing polymer having an ion exchange group, and the total cluster integral rate v before energization measured in a 28% NaOH aqueous solution atmosphere is 0.023, although not particularly limited. As mentioned above, it is preferably in the range of 0.05 or less.

例えば、食塩電解の場合、NaOH28%水溶液雰囲気で測定した通電前のクラスター総体積分率vが0.023以上であれば、クラスター内のNaイオンの移動が円滑であり、低い電解電圧を発現することが可能となる。また、NaOH28%水溶液雰囲気で測定した通電前のクラスター総体積分率vが0.05以下であれば、OHが陰極側から陽極液側へ移動するのを阻害することができ、高い電流効率を発現することが可能となる。For example, in the case of salt electrolysis, if the cluster total integral ratio v before energization measured in the atmosphere of a 28% NaOH aqueous solution is 0.023 or more, the movement of Na + ions in the cluster is smooth and a low electrolysis voltage is developed. It becomes possible. Further, if the cluster total integral ratio v before energization measured in the atmosphere of a 28% NaOH aqueous solution is 0.05 or less, it is possible to prevent OH − from moving from the cathode side to the anode liquid side, resulting in high current efficiency. It becomes possible to express.

クラスター総体積分率vは、本実施形態の陽イオン交換膜を、25℃においてNaOH28%水溶液に含浸させた状態で、小角X線散乱(SAXS)、広角X線散乱(WAXS)により測定する。多層構造膜の場合、本実施形態の陽イオン交換膜を単層膜に分離した後、測定する。陽イオン交換膜は、少なくとも12時間以上NaOH28%水溶液に浸漬させた後に、SAXS、及びWAXS測定を行う。尚、陽イオン交換膜がコーティング層を有する場合、当該コーティング層をブラシ等で除去した後、上記と同様にしてSAXS、及びWAXS測定に供することができる。 The cluster total integration rate v is measured by small-angle X-ray scattering (SAXS) and wide-angle X-ray scattering (WAXS) in a state where the cation exchange membrane of the present embodiment is impregnated with a 28% NaOH aqueous solution at 25 ° C. In the case of a multilayer structure membrane, the cation exchange membrane of the present embodiment is separated into a monolayer membrane and then measured. The cation exchange membrane is immersed in a 28% NaOH aqueous solution for at least 12 hours, and then SAXS and WAXS measurements are performed. When the cation exchange membrane has a coating layer, the coating layer can be removed with a brush or the like and then subjected to SAXS and WAXS measurements in the same manner as described above.

(NaOH32%)
本実施形態は、イオン交換基を有する含フッ素重合体を含む陽イオン交換膜であり、特に限定するものではないが、NaOH32%水溶液雰囲気で測定した通電前のクラスター総体積分率vが0.01以上、0.022以下の範囲であることが好ましい。
(NaOH 32%)
This embodiment is a cation exchange membrane containing a fluorine-containing polymer having an ion exchange group, and is not particularly limited, but the cluster total integral rate v before energization measured in an atmosphere of a 32% NaOH aqueous solution is 0.01. As mentioned above, it is preferably in the range of 0.022 or less.

例えば食塩電解の場合、NaOH32%水溶液雰囲気で測定した通電前のクラスター総体積分率vが0.01以上であれば、クラスター内のNaイオンの移動が円滑であり、低い電解電圧を発現することが可能となる。また、NaOH32%水溶液雰囲気で測定した通電前のクラスター総体積分率vが、0.022以下であれば、OHが陰極側から陽極液側へ移動するのを阻害することができ、高い電流効率を発現することが可能となる。For example, in the case of salt electrolysis, if the cluster total integral ratio v before energization measured in an atmosphere of a 32% NaOH aqueous solution is 0.01 or more, the movement of Na + ions in the cluster is smooth and a low electrolysis voltage is developed. Is possible. Further, if the cluster total integral ratio v before energization measured in the atmosphere of a 32% NaOH aqueous solution is 0.022 or less, it is possible to prevent OH − from moving from the cathode side to the anode liquid side, and the current efficiency is high. Can be expressed.

クラスター総体積分率vは、本実施形態の陽イオン交換膜を、25℃においてNaOH32%水溶液に含浸させた状態で、小角X線散乱(SAXS)、広角X線散乱(WAXS)により測定する。多層構造膜の場合、本実施形態の陽イオン交換膜を単層膜に分離した後、測定する。陽イオン交換膜は、少なくとも12時間以上NaOH32%水溶液に浸漬させたのちにSAXS、及びWAXS測定を行う。尚、陽イオン交換膜がコーティング層を有する場合、当該コーティング層をブラシ等で除去した後、上記と同様にしてSAXS、及びWAXS測定に供することができる。 The cluster total integration rate v is measured by small-angle X-ray scattering (SAXS) and wide-angle X-ray scattering (WAXS) in a state where the cation exchange membrane of the present embodiment is impregnated with a 32% NaOH aqueous solution at 25 ° C. In the case of a multilayer structure membrane, the cation exchange membrane of the present embodiment is separated into a monolayer membrane and then measured. The cation exchange membrane is immersed in a 32% NaOH aqueous solution for at least 12 hours, and then SAXS and WAXS measurements are performed. When the cation exchange membrane has a coating layer, the coating layer can be removed with a brush or the like and then subjected to SAXS and WAXS measurements in the same manner as described above.

[結晶指標の測定方法]
結晶指標は、例えば、広角X線散乱(WAXS)により測定することができる。以下にWAXSによる測定法の一例を示す。WAXS測定は単層膜について、25℃において水、若しくはNaОH水溶液に含浸させた状態、及び真空中(ドライ)で測定を行う。陽イオン交換膜は、水に浸漬する場合は最低でも1時間、NaОH水溶液に浸漬する場合は、12時間以上水に浸漬した後測定に供する。真空中で測定する場合には最低15分以上真空状態に置いた後測定を開始する。WAXS測定は、リガク製SAXS装置NanoViewerを用いる。X線波長は0.154nmのもの(CuKα線)を用いる。試料−検出器間距離を75mmとし、検出器にイメージングプレートを用いて測定を行う。露光時間は、15〜60分とする。二次元検出器により得られたデータは、円環平均によりデータを一次元化する。得られたWAXSプロフィールに対しては、検出器の暗電流補正等、検出器に由来する補正、空セル散乱補正を実施する。試料を水、若しくはNaОH水溶液に含浸させた状態で測定を行った場合には、こうして得られたWAXSプロフィールには浸漬液由来の散乱が含まれる。そこで、浸漬液のみのWAXS測定も上記と同様の条件で行い、1次元化された浸漬液由来のWAXSプロフィールを定数倍して、上に示した陽イオン交換膜に対するWAXSプロフィールからこれを引くことで浸漬液由来の散乱を除いたWAXSプロフィールを得る。この際の定数倍は浸漬液由来の散乱を除いたWAXSプロフィール形状がドライで得られたものに近くなるように決定する。こうして得られたWAXSプロフィールに対し、6.0<2θ<25°の範囲に存在する散乱ピークを3つのガウス関数でピーク分離することで結晶指数の算出を行う。ピーク分離にはWavemetrics社製ソフトウェアIgor Pro バージョン6.3.6.4のMulti-peak Fit機能を用いる。ピーク分離の際、ベースラインは2θ=6.0°、及び2θ=25.0°における散乱強度を結んだ直線とする。また、3つのガウス関数はピーク位置の初期値をそれぞれ2θ=15.2°、16.5°、17.9°として初期ピーク幅、初期ピーク高さはピーク分離が良好に行われるように設定する。この条件で各ピークのピーク位置、ピーク幅、及びピーク高さを可変パラメータとしてピーク分離を実行し、最もピーク幅の狭いピークを結晶由来のピーク、残りの二つのピークの足し合わせを非晶由来のピークとして式(C)により結晶指数Xを算出する。
[Measurement method of crystal index]
The crystal index can be measured by, for example, wide-angle X-ray scattering (WAXS). An example of the measurement method by WAXS is shown below. The WAXS measurement is performed on a monolayer film at 25 ° C. in a state of being impregnated with water or an aqueous NaOH solution, and in a vacuum (dry). The cation exchange membrane is immersed in water for at least 1 hour when immersed in water, and for 12 hours or more when immersed in an aqueous NaOH solution, and then subjected to measurement. When measuring in a vacuum, leave it in a vacuum state for at least 15 minutes before starting the measurement. For the WAXS measurement, a Rigaku SAXS device NanoViewer is used. An X-ray wavelength of 0.154 nm (CuKα ray) is used. The distance between the sample and the detector is set to 75 mm, and measurement is performed using an imaging plate as the detector. The exposure time is 15 to 60 minutes. The data obtained by the two-dimensional detector makes the data one-dimensional by the ring averaging. The obtained WAXS profile is subjected to detector-derived corrections such as detector dark current correction and empty cell scattering correction. When the measurement is performed with the sample impregnated with water or an aqueous NaOH solution, the WAXS profile thus obtained contains scattering derived from the immersion liquid. Therefore, the WAXS measurement of the immersion liquid only is also performed under the same conditions as above, and the WAXS profile derived from the one-dimensional immersion liquid is multiplied by a constant and subtracted from the WAXS profile for the cation exchange membrane shown above. Obtain a WAXS profile excluding scattering from the immersion liquid in. The constant multiple at this time is determined so that the WAXS profile shape excluding the scattering derived from the immersion liquid is close to that obtained in the dry state. With respect to the WAXS profile thus obtained, the crystal index is calculated by separating the scattering peaks existing in the range of 6.0 <2θ <25 ° by three Gaussian functions. For peak separation, the Multi-peak Fit function of Wavemetrics software Igor Pro version 6.3.6.4 is used. At the time of peak separation, the baseline is a straight line connecting the scattering intensities at 2θ = 6.0 ° and 2θ = 25.0 °. In addition, the three Gaussian functions set the initial values of the peak positions to 2θ = 15.2 °, 16.5 °, and 17.9 °, respectively, and set the initial peak width and initial peak height so that peak separation is performed well. do. Under these conditions, peak separation is performed with the peak position, peak width, and peak height of each peak as variable parameters, the peak with the narrowest peak width is derived from the crystal, and the sum of the remaining two peaks is derived from the amorphous. The crystal index X is calculated by the formula (C) as the peak of.

Figure 0006928716
Figure 0006928716

式(C)において、Aは結晶由来のピーク面積、Aa1、Aa2は非晶に帰属された2つのピーク面積を表しており、Aa1+Aa2が非晶ピーク面積を表している。In formula (C), A C is the peak area derived from crystal, A a1, A a2 represents two peak areas are assigned to amorphous, A a1 + A a2 represents the amorphous peak area.

なお、上記の結晶指標の測定方法は、後述する実施例にて適用される。 The above method for measuring the crystal index is applied in Examples described later.

続いて、本実施形態の陽イオン交換膜のポリマー組成、及びポリマー組成比等について詳細に説明する。 Subsequently, the polymer composition of the cation exchange membrane of the present embodiment, the polymer composition ratio, and the like will be described in detail.

[ポリマー組成]
イオン交換基を有する含フッ素重合体とは、既述したように、イオン交換基、又は、加水分解によりイオン交換基となり得るイオン交換基前駆体、を有する含フッ素重合体をいう。イオン交換基を有する含フッ素重合体としては、例えば、フッ素化炭化水素の主鎖からなり、加水分解等によりイオン交換基に変換可能な官能基をペンダント側鎖として有し、かつ溶融加工が可能な重合体等が挙げられる。このような含フッ素重合体について、以下に説明する。
[Polymer composition]
As described above, the fluorine-containing polymer having an ion-exchange group means a fluorine-containing polymer having an ion-exchange group or an ion-exchange group precursor that can become an ion-exchange group by hydrolysis. The fluorine-containing polymer having an ion-exchange group is, for example, composed of a main chain of a fluorinated hydrocarbon, has a functional group that can be converted into an ion-exchange group by hydrolysis or the like as a pendant side chain, and can be melt-processed. Polymers and the like. Such a fluorine-containing polymer will be described below.

含フッ素重合体は、フッ化ビニル化合物(I)(「ビニル化合物(I)」ともいう。)と、カルボン酸基を有するビニル化合物(II)(「ビニル化合物(II)」ともいう。)と、(I)及び(II)とは異なるビニル化合物(III)(「ビニル化合物(III)ともいう。)とをモノマー成分として含むことが好ましい。この場合、含フッ素系重合体は、1種類以上のビニル化合物(I)と、1種類以上のビニル化合物(II)と、1種類以上のビニル化合物(III)とを共重合させることにより得られる共重合体の形態であってもよい。また、含フッ素系重合体は、1種類以上のビニル化合物(I)と、1種類以上のビニル化合物(II)とを共重合させることにより得られる共重合体と、1種類以上のビニル化合物(I)と、1種類以上のビニル化合物(III)とを共重合体させることにより得られる共重合体とを含むブレンドの形態であってもよい。 The fluorine-containing polymer is a vinyl fluoride compound (I) (also referred to as "vinyl compound (I)") and a vinyl compound (II) having a carboxylic acid group (also referred to as "vinyl compound (II)"). , (I) and (II) are preferably different from vinyl compound (III) (also referred to as "vinyl compound (III)) as a monomer component. In this case, one or more kinds of fluorine-containing polymers are used. It may be in the form of a copolymer obtained by copolymerizing the vinyl compound (I) of the above, one or more kinds of vinyl compounds (II), and one or more kinds of vinyl compounds (III). The fluorine-containing polymer is a copolymer obtained by copolymerizing one or more kinds of vinyl compounds (I) and one or more kinds of vinyl compounds (II), and one or more kinds of vinyl compounds (I). It may be in the form of a blend containing the copolymer obtained by copolymerizing with one or more kinds of vinyl compounds (III).

フッ化ビニル化合物(I)としては、例えば、フッ化ビニル、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、フッ化ビニリデン、トリフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレン、及びパーフルオロ(アルキルビニルエーテル)が挙げられる。これらの化合物は、モノマー成分として、1種を単独で、又は2種以上を組み合わせて用いられる。特に、本実施形態に係る陽イオン交換膜を、アルカリ電解用陽イオン交換膜として用いる場合、フッ化ビニル化合物(I)は、パーフルオロ単量体であることが好ましく、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、及びパーフルオロ(アルキルビニルエーテル)からなる群より選ばれるパーフルオロ単量体であることがより好ましい。 Examples of the vinyl fluoride compound (I) include vinyl fluoride, tetrafluoroethylene, hexafluoropropylene, vinylidene fluoride, trifluoroethylene, chlorotrifluoroethylene, and perfluoro (alkyl vinyl ether). These compounds may be used alone or in combination of two or more as monomer components. In particular, when the cation exchange membrane according to the present embodiment is used as the cation exchange membrane for alkaline electrolysis, the vinyl fluoride compound (I) is preferably a perfluoromonomer, and is preferably tetrafluoroethylene or hexafluoro. More preferably, it is a perfluoromonomer selected from the group consisting of propylene and perfluoro (alkyl vinyl ether).

本実施形態において、「カルボン酸基を有するビニル化合物(ビニル化合物(II)」とは、カルボン酸基、又は、加水分解によりカルボン酸基となり得るカルボン酸基前駆体を有するビニル化合物のことをいう。このようなビニル化合物としては、例えば、式(X):CF=CF(OCFCYF)−O(CZF)−COORで表される化合物(単量体)等が挙げられる(ここで、nは、0〜2の整数を表し、mは、1〜12の整数を表し、Y及びZは、各々独立して、F又はCFを表し、Rは低級アルキル基を表す)。In the present embodiment, the "vinyl compound having a carboxylic acid group (vinyl compound (II)" means a vinyl compound having a carboxylic acid group or a carboxylic acid group precursor that can become a carboxylic acid group by hydrolysis. Examples of such a vinyl compound include a compound (monomer) represented by the formula (X): CF 2 = CF (OCF 2 CYF) n- O (CZF) m-COOR (here). In, n represents an integer of 0 to 2, m represents an integer of 1 to 12, Y and Z each independently represent F or CF 3 , and R represents a lower alkyl group).

これらの中でも、式(X)で表される化合物は、式(X2):
CF=CF(OCFCYF)−O(CF−COORで表される化合物が好ましい。ここで、nは、0〜2の整数を表し、mは、1〜4の整数を表し、Yは、F又はCFを表し、Rは、CH、C、又はCを表す。これらの中でも、式(X2)で表される化合物は、式(X3):CF=CF(OCFCYF)−O(CF−COORで表される化合物が好ましい。ここで、nは、1の整数を表し、mは、1〜4の整数を表し、Yは、F又はCFを表し、Rは、CH、C、又はCを表す。
Among these, the compound represented by the formula (X) is the formula (X2) :.
A compound represented by CF 2 = CF (OCF 2 CYF) n- O (CF 2 ) m-COOR is preferable. Here, n represents an integer of 0 to 2, m represents an integer of 1 to 4, Y represents F or CF 3 , and R represents CH 3 , C 2 H 5 , or C 3 H. Represents 7. Among these, the compound represented by the formula (X2) is preferably a compound represented by the formula (X3): CF 2 = CF (OCF 2 CYF) n- O (CF 2 ) m- COOR. Here, n represents an integer of 1, m represents an integer of 1 to 4, Y represents F or CF 3 , and R represents CH 3 , C 2 H 5 , or C 3 H 7 . show.

特に、本実施形態に係る陽イオン交換膜をアルカリ電解用陽イオン交換膜として用いる場合、モノマー成分(単量体)としてパーフルオロ化合物を少なくとも含むことが好ましいが、エステル基のアルキル基(上記R参照)は、加水分解される時点で重合体から失われるため、アルキル基(R)は、全ての水素原子がフッ素原子に置換されているパーフルオロアルキル基でなくともよい。ビニル化合物(II)は、これらの中でも、例えば、下記に表すモノマー成分(単量体)であることがより好ましい。
CF=CFOCF−CF(CF)OCFCOOCH
CF=CFOCFCF(CF)O(CFCOOCH
CF=CF[OCF−CF(CF)]O(CFCOOCH
CF=CFOCFCF(CF)O(CFCOOCH
CF=CFO(CFCOOCH
CF=CFO(CFCOOCH
In particular, when the cation exchange membrane according to the present embodiment is used as the cation exchange membrane for alkaline electrolysis, it is preferable that at least a perfluoro compound is contained as a monomer component (monomer), but the alkyl group of the ester group (R above). The alkyl group (R) does not have to be a perfluoroalkyl group in which all hydrogen atoms are substituted with fluorine atoms, since (see) is lost from the polymer at the time of hydrolysis. Among these, the vinyl compound (II) is more preferably, for example, a monomer component (monomer) represented by the following.
CF 2 = CFOCF 2 -CF (CF 3) OCF 2 COOCH 3,
CF 2 = CFOCF 2 CF (CF 3 ) O (CF 2 ) 2 COOCH 3 ,
CF 2 = CF [OCF 2 -CF (CF 3)] 2 O (CF 2) 2 COOCH 3,
CF 2 = CFOCF 2 CF (CF 3 ) O (CF 2 ) 3 COOCH 3 ,
CF 2 = CFO (CF 2 ) 2 COOCH 3 ,
CF 2 = CFO (CF 2 ) 3 COOCH 3

また、ビニル化合物(III)としては、例えば、1−トリフルオロビニルオキシ−2−ヘプタフルオロプロポキシヘキサフルオロプロパン、パーフルオロアルキルビニルエーテル、パーフルオロジオキソール、及びスルホン酸基を有するビニル化合物が挙げられる。これらの化合物は、モノマー成分として、1種を単独で、又は2種以上を組み合わせて用いられる。 Examples of the vinyl compound (III) include 1-trifluorovinyloxy-2-heptafluoropropoxyhexafluoropropane, perfluoroalkyl vinyl ether, perfluorodioxol, and a vinyl compound having a sulfonic acid group. .. These compounds may be used alone or in combination of two or more as monomer components.

特に、本実施形態の陽イオン交換膜をアルカリ電解用陽イオン交換膜として用いる場合、ビニル化合物(III)は、スルホン酸基を有するビニル化合物であることが好ましい。 In particular, when the cation exchange membrane of the present embodiment is used as the cation exchange membrane for alkaline electrolysis, the vinyl compound (III) is preferably a vinyl compound having a sulfonic acid group.

スルボン酸基を有するビニル化合物とは、スルホン酸基、又は、加水分解によりスルホン酸基となり得るスルホン酸基前駆体を有するビニル化合物のことをいう。スルホン酸基を有するビニル化合物は、カルボン酸基を有するビニル化合物に比べ酸性度が高いため、親水性が高く、大きなクラスターを形成する特徴を有する。そこでビニル化合物(III)として、スルホン酸基を有するビニル化合物を選択すれば、ポリマー内に局所的に大きなスルホン酸基によるクラスターが形成される。そして、カルボン酸基によって形成されたクラスター間が繋がれ、緻密なクラスターのネットワークが形成される。これによりイオンがクラスター内を通りやすくなり、電解電圧の一層の低減を可能とする。スルホン酸基、又は、加水分解によりスルホン酸基となり得るスルホン酸基前駆体を有するビニル化合物としては、例えば、式(Y):CF=CFO−X−CF−SOFで表されるモノマー成分(単量体)であることが好ましい(ここで、Xはパーフルオロ基を表す。)。式(Y)で表されるモノマー成分の具体例を以下に示す。
CF=CFOCFCFSOF、
CF=CFOCFCF(CF)OCFCFSOF、
CF=CFOCFCF(CF)OCFCFCFSOF、
CF=CF(CFSOF、
CF=CFO〔CFCF(CF)O〕CFCFSOF、
CF=CFOCFCF(CFOCF)OCFCFSO
The vinyl compound having a sulbonic acid group means a vinyl compound having a sulfonic acid group or a sulfonic acid group precursor that can become a sulfonic acid group by hydrolysis. Since the vinyl compound having a sulfonic acid group has a higher acidity than the vinyl compound having a carboxylic acid group, it has a high hydrophilicity and has a characteristic of forming a large cluster. Therefore, if a vinyl compound having a sulfonic acid group is selected as the vinyl compound (III), clusters of large sulfonic acid groups are locally formed in the polymer. Then, the clusters formed by the carboxylic acid groups are connected to form a dense network of clusters. This makes it easier for ions to pass through the cluster, making it possible to further reduce the electrolytic voltage. A vinyl compound having a sulfonic acid group or a sulfonic acid group precursor that can become a sulfonic acid group by hydrolysis is represented by, for example, the formula (Y): CF 2 = CFO-X-CF 2- SO 2 F. It is preferably a monomer component (monomer) (where X represents a perfluoro group). Specific examples of the monomer component represented by the formula (Y) are shown below.
CF 2 = CFOCF 2 CF 2 SO 2 F,
CF 2 = CFOCF 2 CF (CF 3 ) OCF 2 CF 2 SO 2 F,
CF 2 = CFOCF 2 CF (CF 3 ) OCF 2 CF 2 CF 2 SO 2 F,
CF 2 = CF (CF 2 ) 2 SO 2 F,
CF 2 = CFO [CF 2 CF (CF 3 ) O] 2 CF 2 CF 2 SO 2 F,
CF 2 = CFOCF 2 CF (CF 2 OCF 3 ) OCF 2 CF 2 SO 2 F

これらの中でも、式(Y)で表されるモノマー成分は、CF=CFOCFCFSOF、CF=CFOCFCF(CF)OCFCFCFSOF、及びCF=CFOCFCF(CF)OCFCFSOFからなる群より選択される1種以上であることがより好ましい。Among these, the monomer components represented by the formula (Y) are CF 2 = CFOCF 2 CF 2 SO 2 F, CF 2 = CFOCF 2 CF (CF 3 ) OCF 2 CF 2 CF 2 SO 2 F, and CF 2 = CFOCF 2 CF (CF 3 ) OCF 2 CF 2 SO 2 F is more preferably one or more selected from the group.

本実施形態では、ビニル化合物(I)、ビニル化合物(II)以外に、(I)及び(II)とは異なるビニル化合物(III)を共重合することで、共重合体の結晶指標を低下することができる。また、ビニル化合物(I)とビニル化合物(II)とを共重合させた共重合体と、ビニル化合物(I)とビニル化合物(III)とを共重合させた共重合体とのブレンドの形態であっても同様に結晶指標を低下することができる。 In the present embodiment, in addition to the vinyl compound (I) and the vinyl compound (II), a vinyl compound (III) different from the (I) and (II) is copolymerized to lower the crystal index of the copolymer. be able to. Further, in the form of a blend of a copolymer obtained by copolymerizing a vinyl compound (I) and a vinyl compound (II) and a copolymer obtained by copolymerizing a vinyl compound (I) and a vinyl compound (III). Even if there is, the crystal index can be lowered in the same manner.

本実施形態において、「結晶指標」とはポリマーの結晶化度を表す指標であり、この値が大きい程、ポリマーは剛直となる。その反面、親水性であるカルボン酸基の部分がミクロに分離し、イオンの通り道であるクラスターを形成する際、カルボン酸基のモビリティーが失われ、連続したクラスターが形成され難くなる。その結果、例えば、電解電圧が上昇し、電解時の消費電力が上昇する等の問題が発生する。一方、例えば、ビニル化合物(III)を共重合させると、ポリマーの規則性が低下し、結晶指標が低下する。これにより、親水性であるカルボン酸基のモビリティーを上げ、連続したクラスターを形成し易くなる。その結果、電解電圧が低減し、電解時の消費電力が低減するメリットが得られる。しかしながら、ビニル化合物(III)を過度に加え、結晶指標を過度に低下させると、強度低下、クラスター径の過度な拡大により電流効率が発現し難くなる等の問題が生じる虞がある。 In the present embodiment, the "crystal index" is an index showing the degree of crystallinity of the polymer, and the larger this value is, the more rigid the polymer is. On the other hand, when the hydrophilic carboxylic acid group portion is microscopically separated to form a cluster which is a path for ions, the mobility of the carboxylic acid group is lost and it becomes difficult to form a continuous cluster. As a result, for example, problems such as an increase in the electrolysis voltage and an increase in power consumption during electrolysis occur. On the other hand, for example, when the vinyl compound (III) is copolymerized, the regularity of the polymer is lowered and the crystal index is lowered. This increases the mobility of the hydrophilic carboxylic acid groups and facilitates the formation of continuous clusters. As a result, the electrolysis voltage is reduced, and the merit of reducing the power consumption during electrolysis can be obtained. However, if the vinyl compound (III) is excessively added to excessively reduce the crystal index, there is a risk that problems such as a decrease in strength and an excessive expansion of the cluster diameter make it difficult to develop current efficiency.

そこで、本実施形態の共重合体では、後述するように共重合させる単量体の組成比を適正にコントロールすることで、電解電圧が低く、且つ高電流効率が発現する特徴を有する含フッ素重合体(ポリマー)の設計を可能とする。 Therefore, the copolymer of the present embodiment has a fluorine-containing weight having a characteristic that the electrolytic voltage is low and high current efficiency is exhibited by appropriately controlling the composition ratio of the monomers to be copolymerized as described later. Allows the design of coalescing (polymers).

これらの単量体から得られる共重合体は、フッ化エチレンの単独重合及び共重合に対して開発された重合法、特に、テトラフルオロエチレンに対して用いられる一般的な重合方法によって製造することができる。例えば、非水性法においては、パーフルオロ炭化水素、クロロフルオロカーボン等の不活性溶媒を用いる。そして、パーフルオロカーボンパーオキサイドやアゾ化合物等のラジカル重合開始剤の存在下で、温度0〜200℃、圧力0.1〜20MPaの条件下で、重合反応を行うことができる。また共重合体はブロック重合体であってもランダム重合体であってもよい。 The copolymers obtained from these monomers shall be produced by a polymerization method developed for homopolymerization and copolymerization of ethylene fluoride, particularly a general polymerization method used for tetrafluoroethylene. Can be done. For example, in the non-aqueous method, an inert solvent such as perfluorohydrocarbon or chlorofluorocarbon is used. Then, the polymerization reaction can be carried out under the conditions of a temperature of 0 to 200 ° C. and a pressure of 0.1 to 20 MPa in the presence of a radical polymerization initiator such as a perfluorocarbon peroxide or an azo compound. The copolymer may be a block polymer or a random polymer.

[ポリマー組成比]
本実施形態におけるイオン交換基を有する含フッ素重合体の構成比は、特に限定されるものではないが、ビニル化合物(I)と、ビニル化合物(II)と、ビニル化合物(III)との各モル比は、以下の範囲であることが好ましい。なお、以下の組成比は、フッ化ビニル化合物(I)、ビニル化合物(II)及びビニル化合物(III)の各モル比の合計を100mol%とした際の比率である。
[Polymer composition ratio]
The composition ratio of the fluorine-containing polymer having an ion exchange group in the present embodiment is not particularly limited, but each molar of the vinyl compound (I), the vinyl compound (II), and the vinyl compound (III). The ratio is preferably in the following range. The following composition ratio is the ratio when the total of the molar ratios of the vinyl fluoride compound (I), the vinyl compound (II) and the vinyl compound (III) is 100 mol%.

フッ化ビニル化合物(I)は、80mol%以上、94mol%以下であることが好ましく、84mol%以上、91mol%以下であることがより好ましい。 The vinyl fluoride compound (I) is preferably 80 mol% or more and 94 mol% or less, and more preferably 84 mol% or more and 91 mol% or less.

また、ビニル化合物(II)は、6mol%以上、20mol%以下であることが好ましく、9mol%以上、15.2mol%以下であることがより好ましい。 The vinyl compound (II) is preferably 6 mol% or more and 20 mol% or less, and more preferably 9 mol% or more and 15.2 mol% or less.

また、ビニル化合物(III)は、0mol%超、3mol%以下であることが好ましく、0.05mol%以上、2.0mol%以下であることがより好ましい。 The vinyl compound (III) is preferably more than 0 mol% and 3 mol% or less, and more preferably 0.05 mol% or more and 2.0 mol% or less.

例えば、食塩電解の場合、ビニル化合物(I)が80mol%以上であれば、強度が十分でありハンドリング性に優れたポリマーとなる。また、ビニル化合物(I)が94mol%以下であれば、PTFE等の不純物が生じることなく、所望のポリマーを重合できる。また、ビニル化合物(I)が84mol%以上であれば、より高い電流効率を発現することができる。また、ビニル化合物(I)が91mol%以下であれば、より好適に低い電圧で電解することができる。 For example, in the case of salt electrolysis, if the vinyl compound (I) is 80 mol% or more, the polymer has sufficient strength and excellent handleability. Further, when the vinyl compound (I) is 94 mol% or less, a desired polymer can be polymerized without causing impurities such as PTFE. Further, when the vinyl compound (I) is 84 mol% or more, higher current efficiency can be exhibited. Further, when the vinyl compound (I) is 91 mol% or less, electrolysis can be performed at a more preferably lower voltage.

また、ビニル化合物(II)が6mol%以上であれば、好適に低い電圧で電解することができる。また、ビニル化合物(II)が20mol%以下であれば、ポリマーの膨潤度が過度に高くなることによる破れ等の問題が生じにくい。また、ビニル化合物(II)が9mol%以上であれば、陽イオン交換膜の含水量を増やし、いっそう低電解電圧で電解することができる。また、ビニル化合物(II)が15.2mol%以下であれば、より高い電流効率を発現することができる。 Further, when the vinyl compound (II) is 6 mol% or more, electrolysis can be performed at a preferably low voltage. Further, when the vinyl compound (II) is 20 mol% or less, problems such as tearing due to an excessively high degree of swelling of the polymer are unlikely to occur. Further, when the vinyl compound (II) is 9 mol% or more, the water content of the cation exchange membrane can be increased and electrolysis can be performed at a lower electrolytic voltage. Further, when the vinyl compound (II) is 15.2 mol% or less, higher current efficiency can be exhibited.

また、ビニル化合物(III)が0mol%超であれば、電解電圧を著しく低減することができる。また、ビニル化合物(III)が3mol%以下であれば、高い電流効率を発現することができる。また、ビニル化合物(III)が0.05mol%以上であれば、陽イオン交換膜の含水量を増やし、いっそう低電解電圧で電解することができる。また、ビニル化合物(III)が、2.0mol%以下であれば、生成したNaOH中のNaCl濃度を低減することができる。 Further, when the vinyl compound (III) exceeds 0 mol%, the electrolytic voltage can be remarkably reduced. Further, when the vinyl compound (III) is 3 mol% or less, high current efficiency can be exhibited. Further, when the vinyl compound (III) is 0.05 mol% or more, the water content of the cation exchange membrane can be increased and electrolysis can be performed at a lower electrolytic voltage. Further, when the vinyl compound (III) is 2.0 mol% or less, the NaCl concentration in the produced NaOH can be reduced.

[フッ化ビニル化合物(III)/フッ化ビニル化合物(I)で示される比率]
本実施形態の含フッ素重合体を含む陽イオン交換膜は、特に限定されるものではないが、ビニル化合物(III)のポリマー中のモル比率を、フッ化ビニル化合物(I)のポリマー中のモル比率で除した値が、0より大きく、3.0×10−2以下の範囲であることが好ましく、2.0×10−4以上、3.0×10−2以下の範囲であることがより好ましく、2.0×10−4以上、2.1×10−2以下の範囲であることがさらに好ましく、8.2×10−4以上、2.0×10−2以下の範囲であることがよりさらに好ましく、4.7×10−3以上、1.8×10−2以下の範囲であることが特に好ましい。
[Ratio represented by Vinyl Fluoride Compound (III) / Vinyl Fluoride Compound (I)]
The cation exchange membrane containing the fluorine-containing polymer of the present embodiment is not particularly limited, but the molar ratio of the vinyl compound (III) in the polymer is set to the molar ratio of the vinyl fluoride compound (I) in the polymer. The value divided by the ratio is preferably greater than 0 and in the range of 3.0 × 10 -2 or less, and preferably in the range of 2.0 × 10 -4 or more and 3.0 × 10 -2 or less. More preferably, it is in the range of 2.0 × 10 -4 or more and 2.1 × 10 -2 or less, and more preferably in the range of 8.2 × 10 -4 or more and 2.0 × 10 -2 or less. It is even more preferable, and it is particularly preferable that the range is 4.7 × 10 -3 or more and 1.8 × 10 -2 or less.

ところで、ビニル化合物(III)を、フッ化ビニル化合物(I)と、カルボン酸基を有するビニル化合物(II)と共重合させることで、ビニル化合物(III)を共重合させない場合に比べ、結晶指標を低下させることができる。これにより、イオンが膜を通過しやすくなり、電解電圧の低下に寄与することができる。また、ビニル化合物(III)の比率を適正にコントロールすれば、過度に結晶指標が低下して、電流効率が発現されない問題が生じにくくなる。ビニル化合物(III)は、フッ化ビニル化合物(I)のモル比率が高いほど、効果を発揮する為に、多くの量が必要となり、フッ化ビニル化合物(I)のモル比率が低いほど、少ない量で効果を発揮することができる。したがって、ビニル化合物(III)をフッ化ビニル化合物(I)で除した値で、その適正な範囲を限定することができる。 By the way, by copolymerizing the vinyl compound (III) with the vinyl fluoride compound (I) and the vinyl compound (II) having a carboxylic acid group, the crystal index is compared with the case where the vinyl compound (III) is not copolymerized. Can be reduced. This makes it easier for ions to pass through the membrane, which can contribute to a decrease in the electrolytic voltage. Further, if the ratio of the vinyl compound (III) is appropriately controlled, the crystal index is excessively lowered, and the problem that the current efficiency is not exhibited is less likely to occur. The higher the molar ratio of the vinyl fluoride compound (I), the larger the amount of the vinyl compound (III) required to exert its effect, and the lower the molar ratio of the vinyl fluoride compound (I), the smaller the amount. It can be effective in quantity. Therefore, the appropriate range can be limited by the value obtained by dividing the vinyl compound (III) by the vinyl fluoride compound (I).

例えば、上記に挙げた特許文献1、及び特許文献2では、フッ化ビニル化合物(I)のモル比率に関わらず、ビニル化合物(III)であるスルホン酸基を有する重合性弗素化合物のモル比率が決められている。しかしながら、このような重合体では、化合物(III)の量が過度になりすぎ、これにより、過度に結晶指標が低下してクラスター径が大きくなりすぎる為、電流効率が発現され難い。これに対し、本実施形態では、フッ化ビニル化合物(I)の量によって、ビニル化合物(III)の量をチューニングし適正量を加えることで、クラスター径をコントロールし、高電流効率、及び低電解電圧を両立した陽イオン交換膜が作成できる。 For example, in Patent Document 1 and Patent Document 2 mentioned above, the molar ratio of the polymerizable fluorine compound having a sulfonic acid group, which is the vinyl compound (III), is irrespective of the molar ratio of the vinyl fluoride compound (I). It has been decided. However, in such a polymer, the amount of compound (III) becomes excessive, which causes the crystal index to decrease excessively and the cluster diameter to become too large, so that it is difficult to develop current efficiency. On the other hand, in the present embodiment, the cluster diameter is controlled by tuning the amount of the vinyl compound (III) according to the amount of the vinyl fluoride compound (I) and adding an appropriate amount, resulting in high current efficiency and low electrolysis. A cation exchange membrane that is compatible with both voltages can be created.

例えば食塩電解の場合、上記のように、ビニル化合物(III)のモル比率を、フッ化ビニル化合物(I)のモル比率で除した値を、0より大きくすることで、ポリマーの結晶指標を低下させ、Naイオンの膜内の通過を円滑にして、電解電圧を低下させることができる。また、3.0×10−4以上とすることで、より効果的に、電解電圧を低下させることができる。For example, in the case of sodium chloride electrolysis, as described above, the value obtained by dividing the molar ratio of the vinyl compound (III) by the molar ratio of the vinyl fluoride compound (I) is made larger than 0 to lower the crystal index of the polymer. It is possible to smooth the passage of Na + ions through the film and reduce the electrolytic voltage. Further, by setting the value to 3.0 × 10 -4 or more, the electrolytic voltage can be lowered more effectively.

また、ビニル化合物(III)のモル比率を、フッ化ビニル化合物(I)のモル比率で除した値を、3.0×10−2以下とすることで、過度に結晶指標を低下させることなく、よって、膜の膨潤による皺発生の問題を抑制することができる。また、2.0×10−2以下とすることで、過度に結晶指標を低下させることなく、よって、強度低下等の問題が起こりにくい。Further, by dividing the molar ratio of the vinyl compound (III) by the molar ratio of the vinyl fluoride compound (I) to 3.0 × 10-2 or less, the crystal index is not excessively lowered. Therefore, the problem of wrinkling due to the swelling of the membrane can be suppressed. Further, by setting the value to 2.0 × 10-2 or less, the crystal index is not excessively lowered, and therefore problems such as strength reduction are less likely to occur.

また、ビニル化合物(III)のモル比率を、フッ化ビニル化合物(I)のモル比率で除した値を、8.2×10−4以上とすることで、クラスター間が繋がり、緻密なネットワークが形成される。したがって、陽イオン交換膜内をイオンが通過しやすくなり、電解電圧を低下させることができる。Further, by dividing the molar ratio of the vinyl compound (III) by the molar ratio of the vinyl fluoride compound (I) to be 8.2 × 10 -4 or more, the clusters are connected and a dense network is formed. It is formed. Therefore, the ions easily pass through the cation exchange membrane, and the electrolytic voltage can be lowered.

また、ビニル化合物(III)のモル比率を、フッ化ビニル化合物(I)のモル比率で除した値を、1.3×10−2以下とすることで、過度に結晶指標が低下せず、クラスターの大きさを制御出来る。このため、OHが陰極側から陽極液側へ移動するのを阻害でき高い電流効率を発現することができる。Further, by dividing the molar ratio of the vinyl compound (III) by the molar ratio of the vinyl fluoride compound (I) to 1.3 × 10-2 or less, the crystal index does not decrease excessively. You can control the size of the cluster. Therefore, it is possible to prevent OH from moving from the cathode side to the anode liquid side, and it is possible to exhibit high current efficiency.

また、ビニル化合物(III)のモル比率を、フッ化ビニル化合物(I)のモル比率で除した値を、4.7×10−3以上とすることで、クラスター間が広がり、不純物が蓄積することによる、電解性能低下等の問題が起こりにくい。Further, by dividing the molar ratio of the vinyl compound (III) by the molar ratio of the vinyl fluoride compound (I) to be 4.7 × 10 -3 or more, the clusters are spread and impurities are accumulated. As a result, problems such as deterioration of electrolytic performance are unlikely to occur.

[ビニル化合物(III)のモル比率/フッ化ビニル化合物(II)とビニル化合物(III)のモル比率の合計で示される比率]
本実施形態の含フッ素重合体を含む陽イオン交換膜では、特に限定されるものではないが、ビニル化合物(III)のモル比率を、フッ化ビニル化合物(II)とビニル化合物(III)のモル比率の合計で除した値が、0.001以上、0.25未満の範囲、より好ましくは0.005以上、0.20未満の範囲である。
[Ratio indicated by the total molar ratio of vinyl compound (III) / molar ratio of vinyl fluoride compound (II) and vinyl compound (III)]
The cation exchange membrane containing the fluorine-containing polymer of the present embodiment is not particularly limited, but the molar ratio of the vinyl compound (III) is set to the molar ratio of the vinyl fluoride compound (II) and the vinyl compound (III). The value divided by the total of the ratios is in the range of 0.001 or more and less than 0.25, more preferably 0.005 or more and less than 0.20.

ビニル化合物(III)のモル比率を、フッ化ビニル化合物(II)とビニル化合物(III)のモル比率の合計で除した値が0.001以上であることは、ポリマーの結晶指標を低下させ、Naイオンの膜内の通過を円滑にして、電解電圧を低下させる。その値が0.25未満であることは、過度に結晶指標を低下させることがなく、強度低下等の問題を起こりにくくさせる。その値が0.005以上であることは、クラスター間が繋がり、緻密なネットワークを形成できる。したがって、その値が0.005以上であることは、陽イオン交換膜内をイオンが通過しやすくなり、電解電圧を低下させることができる。その値が0.20未満であることは、過度に結晶指標が低下せず、クラスターの大きさを制御できる。このため、その値が0.20未満であることは、OHが陰極側から陽極液側へ移動するのを阻害でき、高い電流効率を発現することができる。When the value obtained by dividing the molar ratio of the vinyl compound (III) by the total of the molar ratios of the vinyl fluoride compound (II) and the vinyl compound (III) is 0.001 or more, the crystal index of the polymer is lowered. It facilitates the passage of Na + ions through the membrane and lowers the electrolytic voltage. When the value is less than 0.25, the crystal index is not excessively lowered, and problems such as strength reduction are less likely to occur. When the value is 0.005 or more, the clusters can be connected and a dense network can be formed. Therefore, when the value is 0.005 or more, the ions easily pass through the cation exchange membrane, and the electrolytic voltage can be lowered. When the value is less than 0.20, the crystal index does not decrease excessively, and the size of the cluster can be controlled. Therefore, if the value is less than 0.20, it is possible to prevent OH from moving from the cathode side to the anode liquid side, and high current efficiency can be exhibited.

フッ化ビニル化合物(III)のモル比率/フッ化ビニル化合物(I)のモル比率で示される比率、及びビニル化合物(III)のモル比率/フッ化ビニル化合物(II)とビニル化合物(III)のモル比率の合計で示される比率はIR、F−NMR、ICP、及び燃焼イオンクロマトグラフのいずれかで評価しても良い。例えば、IRで評価する場合、フッ化ビニル化合物(I)が下記一般式(1)で表される単量体(X=F、X=F)であり、フッ化ビニル化合物(II)が下記一般式(2)で表される単量体(a=1、b=2、Y=CF、R=CH)と、ビニル化合物(III)が下記一般式(3)で表される単量体(c=1、d=2、Y=CF)であるとする。これにより、ビニル化合物(I)におけるCF由来のピーク波数2362.37+/−5cm−1のピーク高さと、ビニル化合物(II)におけるCOO由来のピーク波数2967.91+/−5cm−1のピーク高さから、ビニル化合物(I)とビニル化合物(II)の比率を両者の含有量が分かっている共重合体を用いて得た検量線をもとに算出することができる。また、ビニル化合物(II)におけるCOOCH由来のピーク波数1444.8+/−5cm−1のピーク高さと、ビニル化合物(III)におけるSOFのピーク波数1467.8+/−5cm−1高さから、ビニル化合物(II)とビニル化合物(III)のモル比率を両者の含有量が分かっている共重合体を用いて得た検量線をもとに算出することができる。それぞれ算出した値からビニル化合物(I)とビニル化合物(II)とビニル化合物(III)のモル比率を算出することができる。このモル比率から、ビニル化合物(III)のモル比率/ビニル化合物(I)のモル比率で示される比率、及びビニル化合物(III)のモル比率/フッ化ビニル化合物(II)とビニル化合物(III)の合計のモル比率で示される比率は、それぞれ計算することができる。
一般式(1):
CF=CX (1)
で表される単量体(X=F、X=F)
一般式(2):
CF=CF−(OCFCYF)−O−(CF−COOR (2)
で表される単量体(a=1、b=2、Y=CF、R=CH
一般式(3):
CF=CF−(OCFCYF)−O−(CF−SOF (3)
で表される単量体(c=1、d=2、Y=CF
The molar ratio of the vinyl fluoride compound (III) / the molar ratio of the vinyl fluoride compound (I), and the molar ratio of the vinyl compound (III) / the vinyl fluoride compound (II) and the vinyl compound (III). The ratio indicated by the total molar ratio may be evaluated by any of IR, F-NMR, ICP, and combustion ion chromatograph. For example, when evaluated by IR, the vinyl fluoride compound (I) is a monomer (X 1 = F, X 2 = F) represented by the following general formula (1), and the vinyl fluoride compound (II). Is represented by the following general formula (2), the monomer (a = 1, b = 2, Y = CF 3 , R = CH 3 ) and the vinyl compound (III) are represented by the following general formula (3). It is assumed that it is a monomer (c = 1, d = 2, Y = CF 3). Thus, the peak height of the peak wavenumber 2,362.37 +/- 5 cm -1 derived from CF 2 in the vinyl compound (I), COO in the vinyl compound (II) - peak derived from the peak wavenumber 2,967.91 +/- 5 cm -1 From the height, the ratio of the vinyl compound (I) and the vinyl compound (II) can be calculated based on the calibration curve obtained by using a copolymer whose content is known. Also, the peak height of the COOCH 3 from the peak wavenumber 1,444.8 +/- 5 cm -1 in the vinyl compound (II), the peak wavenumber 1467.8 +/- 5 cm -1 height of SO 2 F in the vinyl compound (III) , The molar ratio of the vinyl compound (II) and the vinyl compound (III) can be calculated based on the calibration curve obtained by using a copolymer whose content is known. The molar ratio of the vinyl compound (I), the vinyl compound (II), and the vinyl compound (III) can be calculated from the calculated values. From this molar ratio, the ratio indicated by the molar ratio of the vinyl compound (III) / the molar ratio of the vinyl compound (I), and the molar ratio of the vinyl compound (III) / the vinyl fluoride compound (II) and the vinyl compound (III). The ratio indicated by the total molar ratio of can be calculated respectively.
General formula (1):
CF 2 = CX 1 X 2 (1)
Monomer represented by (X 1 = F, X 2 = F)
General formula (2):
CF 2 = CF- (OCF 2 CYF) a- O- (CF 2 ) b- COOR (2)
Monomer represented by (a = 1, b = 2, Y = CF 3 , R = CH 3 )
General formula (3):
CF 2 = CF- (OCF 2 CYF) c- O- (CF 2 ) d- SO 2 F (3)
Monomer represented by (c = 1, d = 2, Y = CF 3 )

また、ケン化後のポリマーからも、ビニル化合物(I)とビニル化合物(II)とビニル化合物(III)のモル比率を算出することができる。ケン化後は、一般式(2)、一般式(3)の構造は、下記一般式(2)' で表される単量体(a=1、b=2、Y=CF)の構造と、下記一般式(3)' で表される単量体(c=1、d=2、Y=CF)の構造となる為、ビニル化合物(I)とビニル化合物(II)とビニル化合物(III)のモル比率は、一般式(1)と一般式(2)'と一般式(3)'のモル比率から算出できる。IRにより各単量体に由来するピークの高さからモル比率は算出できる。ビニル化合物(I)におけるCF由来のピーク波数2362.37+/−5cm−1のピーク高さと、ビニル化合物(II)におけるCOONa由来のピーク波数1022.3+/−5cm−1のピーク高さから、ビニル化合物(I)とビニル化合物(II)の比率を両者の含有量が分かっている共重合体を用いて得た検量線をもとに算出することができる。また、ビニル化合物(I)におけるCF由来のピーク波数2362.37+/−5cm−1のピーク高さと、ビニル化合物(III)におけるSO のピーク波数1064.7+/−5cm−1高さから、ビニル化合物(I)とビニル化合物(III)の比率を両者の含有量が分かっている共重合体を用いて得た検量線をもとに算出することができる。それぞれ算出した値からビニル化合物(I)とビニル化合物(II)とビニル化合物(III)の比率を算出することができる。このモル比率から、ビニル化合物(III)のモル比率/ビニル化合物(I)のモル比率で示される比率、及びビニル化合物(III)のモル比率/フッ化ビニル化合物(II)とビニル化合物(III)の合計のモル比率で示される比率は、それぞれ計算することができる
一般式(2)':
CF=CF−(OCFCYF)−O−(CF−COONa (2)'
で表される単量体(a=1、b=2、Y=CF
一般式(3)':
CF=CF−(OCFCYF)−O−(CF−SONa (3)
で表される単量体(c=1、d=2、Y=CF
Further, the molar ratio of the vinyl compound (I), the vinyl compound (II) and the vinyl compound (III) can be calculated from the saponified polymer. After saponification, the structure of the general formula (2) and the general formula (3) is the structure of the monomer (a = 1, b = 2, Y = CF 3 ) represented by the following general formula (2)'. Since the structure is a monomer (c = 1, d = 2, Y = CF 3 ) represented by the following general formula (3)', the vinyl compound (I), the vinyl compound (II), and the vinyl compound The molar ratio of (III) can be calculated from the molar ratios of the general formula (1), the general formula (2)'and the general formula (3)'. The molar ratio can be calculated from the height of the peak derived from each monomer by IR. A peak height of a peak wavenumber from CF 2 in the vinyl compound (I) 2362.37 +/- 5cm -1, the peak height of the COONa derived peak wavenumber 1022.3 +/- 5 cm -1 in the vinyl compound (II), The ratio of the vinyl compound (I) and the vinyl compound (II) can be calculated based on the calibration curve obtained by using a copolymer whose content is known. Also, the peak height of the CF 2 derived peak wavenumber 2,362.37 +/- 5 cm -1 in the vinyl compound (I), SO 3 in the vinyl compound (III) - the peak wavenumber 1064.7 +/- 5 cm -1 height , The ratio of the vinyl compound (I) and the vinyl compound (III) can be calculated based on the calibration curve obtained by using a copolymer whose content is known. The ratio of the vinyl compound (I), the vinyl compound (II), and the vinyl compound (III) can be calculated from the calculated values. From this molar ratio, the ratio indicated by the molar ratio of the vinyl compound (III) / the molar ratio of the vinyl compound (I), and the molar ratio of the vinyl compound (III) / the vinyl fluoride compound (II) and the vinyl compound (III). The ratio represented by the total molar ratio of can be calculated by the general formula (2)':
CF 2 = CF- (OCF 2 CYF) a- O- (CF 2 ) b- COONa (2)'
Monomer represented by (a = 1, b = 2, Y = CF 3 )
General formula (3)':
CF 2 = CF- (OCF 2 CYF) c- O- (CF 2 ) d- SO 3 Na (3)
Monomer represented by (c = 1, d = 2, Y = CF 3 )

上記2つの手法で測定した、ビニル化合物(I)、ビニル化合物(II)、ビニル化合物(III)のモル比率は、よく一致する。 The molar ratios of the vinyl compound (I), the vinyl compound (II), and the vinyl compound (III) measured by the above two methods are in good agreement.

次に、総イオン交換容量、イオン交換基濃度、MI(メルトインデックス)、及び含有率について詳細に説明する。 Next, the total ion exchange capacity, the ion exchange group concentration, MI (melt index), and the content rate will be described in detail.

[総イオン交換容量]
本実施形態の陽イオン交換膜の総イオン交換容量は、特に限定されるものではないが、0.66m当量/g以上、1.2m当量/g以下であることが好ましく、0.7m当量/g以上、1.1m当量/g以下であることがより好ましい。総イオン交換容量が0.66mg当量/g以上であることは、PTFE等の不純物が生じることなく、所望のポリマーを重合できる。総イオン交換容量が1.2mg当量/g以下であることは、強度が十分でありハンドリング性に優れたポリマーとなる。総イオン交換容量が0.7mg当量/g以上であることは、好適に低い電圧で電解することができ、総イオン交換容量が1.1mg当量/g以下であることは、高い電流効率を発現することができる。
[Total ion exchange capacity]
The total ion exchange capacity of the cation exchange membrane of the present embodiment is not particularly limited, but is preferably 0.66 m equivalent / g or more and 1.2 m equivalent / g or less, and is preferably 0.7 m equivalent / g. More preferably, it is g or more and 1.1 m equivalent / g or less. When the total ion exchange capacity is 0.66 mg equivalent / g or more, a desired polymer can be polymerized without causing impurities such as PTFE. When the total ion exchange capacity is 1.2 mg equivalent / g or less, the polymer has sufficient strength and excellent handleability. When the total ion exchange capacity is 0.7 mg equivalent / g or more, electrolysis can be performed at a preferably low voltage, and when the total ion exchange capacity is 1.1 mg equivalent / g or less, high current efficiency is exhibited. can do.

本実施形態において、「総イオン交換容量」とは、乾燥樹脂の単位重量あたりの交換基の当量のことをいい、「総イオン交換容量」は、中和滴定やIR等によって測定することができる。 In the present embodiment, the "total ion exchange capacity" means the equivalent of the exchange group per unit weight of the dry resin, and the "total ion exchange capacity" can be measured by neutralization titration, IR, or the like. ..

[イオン交換基濃度]
陽イオン交換膜中のイオンが示す電気化学的挙動は、膜相中に含まれる水の中でのことであるから、膜の含水率は、物性の重要な基本的要素となる。本実施形態において「イオン交換基濃度」は、1Lの水を含むポリマー内に存在するイオン交換基の量を示す。イオン交換基濃度は、32%のNaOH水溶液、90℃で測定した含水率と、乾燥樹脂1g中に含まれるイオン交換基のミリ当量であるイオン交換基容量を用いて、次の式で示される。なお、「含水率」については、後で詳述する。
イオン交換基濃度(mol/L)=[(1000/含水率(NaOH))×(100−含水率(NaOH))×イオン交換基容量]/1000
[Ion exchange group concentration]
Since the electrochemical behavior of the ions in the cation exchange membrane is in the water contained in the membrane phase, the water content of the membrane is an important basic element of physical characteristics. In this embodiment, the "ion exchange group concentration" indicates the amount of ion exchange groups present in the polymer containing 1 L of water. The ion exchange group concentration is expressed by the following formula using a 32% NaOH aqueous solution, a water content measured at 90 ° C., and an ion exchange group capacity which is the milliequivalent of the ion exchange group contained in 1 g of the dry resin. .. The "moisture content" will be described in detail later.
Ion exchange group concentration (mol / L) = [(1000 / water content (NaOH) ) x (100-water content (NaOH) ) x ion exchange group capacity] / 1000

なお、上記のイオン交換基濃度の測定方法は、後述する実施例にて適用される。 The above method for measuring the ion exchange group concentration is applied in Examples described later.

本実施形態のイオン交換基を有する含フッ素重合体を含む陽イオン交換膜のイオン交換基濃度は、特に限定されるものではないが、12mol/L以上、50mol/L以下の範囲が好ましい。イオン交換基濃度が、12mol/Lであることは、イオンの選択性に優れ、高い電流効率を発現することができる。また、イオン交換基濃度が、50mol/L以下であることは、イオン透過性に優れ、低い電解電圧で食塩電解が行うことができる傾向にある。 The ion exchange group concentration of the cation exchange membrane containing the fluorine-containing polymer having an ion exchange group of the present embodiment is not particularly limited, but is preferably in the range of 12 mol / L or more and 50 mol / L or less. When the ion exchange group concentration is 12 mol / L, the ion selectivity is excellent and high current efficiency can be exhibited. Further, when the ion exchange group concentration is 50 mol / L or less, the ion permeability is excellent, and there is a tendency that salt electrolysis can be performed at a low electrolysis voltage.

[MI(メルトインデックス)]
MI(メルトインデックス)は、溶融樹脂の粘度を示すものであり、例えば、押し出し成形の成膜性に大きく影響するものである。MIが大きすぎると溶融樹脂の粘度が低くなりすぎ、Tダイを使用した押出成膜の場合、膜がロールから剥がれなくなる問題や、陽イオン交換膜が多層構造においては層間に乱れが生じる可能性がある。
[MI (Melt Index)]
MI (melt index) indicates the viscosity of the molten resin, and has a great influence on, for example, the film forming property of extrusion molding. If the MI is too large, the viscosity of the molten resin becomes too low, and in the case of extrusion film formation using a T-die, there is a possibility that the film will not peel off from the roll and that the cation exchange membrane will be disturbed between layers in a multilayer structure. There is.

本実施形態の含フッ素重合体を含む陽イオン交換膜のMIは、特に限定されるものではないが、オリフィスの内径2.09mm、長さ8mmの装置を用いて、温度250〜290℃、荷重21.2Nの条件で測定すると、0.1g/10分以上、150g/10分以下(換算値)の範囲内にあることが好ましい。 The MI of the cation exchange membrane containing the fluorine-containing polymer of the present embodiment is not particularly limited, but a load having a temperature of 250 to 290 ° C. and a load using an apparatus having an orifice inner diameter of 2.09 mm and a length of 8 mm is used. When measured under the condition of 21.2N, it is preferably within the range of 0.1 g / 10 minutes or more and 150 g / 10 minutes or less (converted value).

MIが、0.1g/10分以上であることは、例えば、押出成形によりフィルムを作成する場合、フィルム表面に擦れや、荒れなどが無く成膜することができる。また、MIが、150g/10分以下であることは、結晶指標が0.03以上、0.09未満のポリマーを成膜する場合も、ロールから剥がれなくなる問題や、多層膜において層間に乱れが生じるような問題が起こりにくい。 The fact that the MI is 0.1 g / 10 minutes or more means that, for example, when a film is produced by extrusion molding, the film can be formed without rubbing or roughness on the film surface. Further, the fact that the MI is 150 g / 10 minutes or less means that even when a polymer having a crystal index of 0.03 or more and less than 0.09 is formed, there is a problem that the polymer does not peel off from the roll and the multilayer film is disturbed between layers. Problems that occur are unlikely to occur.

[含水率]
含水率は、イオンの通り道であるクラスターと相関するパラメータであり、電解電圧や電流効率に影響を与えるものである。含水率は二通りの方法で測定することができる。
[Moisture content]
Moisture content is a parameter that correlates with clusters, which are the paths of ions, and affects electrolytic voltage and current efficiency. Moisture content can be measured in two ways.

(純水中)
純水中の含水率の測定方法の一例を以下に示す。含水率は、厚み500μm以下、重さ0.5g以上の膜を純水中に、85℃に4時間浸漬させた後、膜の重量を測定する。この重量をW(pure)とする。次に、空乾燥機により、−0.1MPa、90℃で3時間乾燥させ、膜の重量を測定する。この重量をW(dry)とする。含水率は次の式で示される。
含水率(pure)=(W(pure)―(dry))/W(dry)
(In pure water)
An example of a method for measuring the water content in pure water is shown below. The water content is measured by immersing a membrane having a thickness of 500 μm or less and a weight of 0.5 g or more in pure water at 85 ° C. for 4 hours, and then measuring the weight of the membrane. Let this weight be W (pure) . Next, the film is dried at −0.1 MPa and 90 ° C. for 3 hours with an air dryer, and the weight of the film is measured. Let this weight be W (dry) . The water content is expressed by the following formula.
Moisture content (pure) = (W (pure) -W (dry) ) / W (dry)

(NaOH32%中)
NaOH32%(32%の水酸化ナトリウム水溶液)中の含水率の測定方法の一例を以下に示す。含水率は、厚み500μm以下、重さ0.5g以上の膜を32%のNaOH水溶液、90℃に4時間浸漬させた後、膜の重量を測定する。この重量をW(NaOH)とする。次に、純水で膜を洗浄した後、25℃の純水中に、15時間浸漬させ、更に、90℃の純水中に2時間浸漬させる。その後、真空乾燥機により、−0.1MPa、90℃で3時間乾燥させ、膜の重量を測定する。この重量をW(dry)とする。含水率は次の式で示される。
含水率=(W(NaOH)―(dry))/W(dry)
(In 32% NaOH)
An example of a method for measuring the water content in 32% NaOH (32% aqueous sodium hydroxide solution) is shown below. The water content is measured by immersing a film having a thickness of 500 μm or less and a weight of 0.5 g or more in a 32% NaOH aqueous solution at 90 ° C. for 4 hours, and then measuring the weight of the film. Let this weight be W (NaOH) . Next, after washing the membrane with pure water, it is immersed in pure water at 25 ° C. for 15 hours, and further immersed in pure water at 90 ° C. for 2 hours. Then, the film is dried at −0.1 MPa and 90 ° C. for 3 hours with a vacuum dryer, and the weight of the film is measured. Let this weight be W (dry) . The water content is expressed by the following formula.
Moisture content = (W (NaOH) -W (dry) ) / W (dry)

どちらの測定方法においても、10枚の膜について同様の処理を行って含水率を求め、その平均値を算出する。 In both measurement methods, the same treatment is performed on 10 films to obtain the water content, and the average value thereof is calculated.

なお、上記の含水率の測定方法は、後述する実施例にて適用される。 The above method for measuring the water content is applied in Examples described later.

本実施形態の陽イオン交換膜の32%の水酸化ナトリウム水溶液、90℃で測定した含水率(平均値)は、特に限定されるものではないが、1%以上、8%以下の範囲が好ましい。例えば、食塩電解の場合、32%の水酸化ナトリウム水溶液、90℃で測定した含水率が、1%以上であることは、陽イオン交換膜のイオン透過性に優れ、低い電圧で電解を行うことができる。また、32%の水酸化ナトリウム水溶液、90℃で測定した含水率が、8%以下であることは、陽イオン交換膜のイオンの選択性に優れ、高い電流効率を発現することができる。 The 32% sodium hydroxide aqueous solution of the cation exchange membrane of the present embodiment and the water content (average value) measured at 90 ° C. are not particularly limited, but are preferably in the range of 1% or more and 8% or less. .. For example, in the case of salt electrolysis, a 32% aqueous sodium hydroxide solution and a water content measured at 90 ° C. of 1% or more means that the cation exchange membrane has excellent ion permeability and electrolysis is performed at a low voltage. Can be done. Further, when the water content of 32% sodium hydroxide aqueous solution and the water content measured at 90 ° C. is 8% or less, the ion selectivity of the cation exchange membrane is excellent and high current efficiency can be exhibited.

本実施形態の陽イオン交換膜の純水、85℃で測定した含水率(平均値)は、特に限定されるものではないが、0.1%以上、25%以下の範囲が好ましい。例えば、食塩電解の場合、純水、85℃で測定した含水率が、0.1%以上であることは、陽イオン交換膜のイオン透過性に優れ、低い電圧で電解を行うことができる。また、純水、85℃で測定した含水率が、25%以下であることは、陽イオン交換膜のイオンの選択性に優れ、高い電流効率を発現することができる。 The water content (average value) of the cation exchange membrane of the present embodiment measured at 85 ° C. is not particularly limited, but is preferably in the range of 0.1% or more and 25% or less. For example, in the case of salt electrolysis, when the water content of pure water measured at 85 ° C. is 0.1% or more, the ion permeability of the cation exchange membrane is excellent, and electrolysis can be performed at a low voltage. Further, when the water content of pure water measured at 85 ° C. is 25% or less, the ion selectivity of the cation exchange membrane is excellent, and high current efficiency can be exhibited.

含水率は、後述するように本実施形態の陽イオン交換膜を含む多層構造膜の場合、本実施形態の陽イオン交換膜を単層膜に分離した後に測定する。分離した後の膜が重さ0.5gに満たない場合は、0.5gを満たすよう複数枚の膜を集め、それらの計でW(dry)、W(pure)、W(NaOH)をもとめ、含水率を算出する。The water content is measured after separating the cation exchange membrane of the present embodiment into a monolayer membrane in the case of a multilayer structure membrane containing the cation exchange membrane of the present embodiment as described later. If the separated membranes weigh less than 0.5 g, collect multiple membranes to fill 0.5 g and find W (dry) , W (pure) , and W (NaOH) in total. , Calculate the water content.

本実施形態のイオン交換基を有する含フッ素重合体を含む陽イオン交換膜の乾燥状態で測定した結晶指標と、85℃純水で測定した含水率の積は、特に限定されるものではないが、1.0以上(好ましくは、1.0以上1.6以下)であり、上記含水率が25%以下であることが好ましい。例えば、乾燥状態で測定した結晶指標と、85℃純水で測定した含水率の積が1.0以上、1.6以下であることは、結晶指標、クラスター径を好ましい範囲に制御することができ、高い電流効率、低い電圧の両方を満たすことが可能である。含水率が25%以下であることは、過度に膜が膨潤することなく、強度低下の問題を回避することができる。 The product of the crystal index measured in a dry state of the cation exchange membrane containing the fluorine-containing polymer having an ion exchange group of the present embodiment and the water content measured in pure water at 85 ° C. is not particularly limited. , 1.0 or more (preferably 1.0 or more and 1.6 or less), and the water content is preferably 25% or less. For example, if the product of the crystal index measured in a dry state and the water content measured in pure water at 85 ° C. is 1.0 or more and 1.6 or less, the crystal index and the cluster diameter can be controlled within a preferable range. It is possible to satisfy both high current efficiency and low voltage. When the water content is 25% or less, the problem of strength decrease can be avoided without excessive swelling of the film.

[膜構成]
上記にて説明した本実施形態の陽イオン交換膜は、単層構造膜として使用してもよいし、他の層と組み合わせて使用してもよい。
[Membrane composition]
The cation exchange membrane of the present embodiment described above may be used as a monolayer structure membrane or may be used in combination with another layer.

[多層構造膜]
本実施形態の多層構造膜は、本実施形態の陽イオン交換膜からなるA層を少なくとも1層有する。多層構造膜は、2層以上で構成される積層膜であり、2層構造膜の場合、A層とB層から成る。少なくともA層が、本実施形態のイオン交換基を有する含フッ素重合体Aを含む陽イオン交換膜である。
[Multilayer structure film]
The multilayer structure membrane of the present embodiment has at least one A layer composed of the cation exchange membrane of the present embodiment. The multilayer structure film is a laminated film composed of two or more layers, and in the case of a two-layer structure film, it is composed of an A layer and a B layer. At least the A layer is a cation exchange membrane containing the fluorine-containing polymer A having the ion exchange group of the present embodiment.

多層構造膜において、クラスター収縮の観点から、A層が最外層に位置することが好ましい。 In the multilayer structure film, the layer A is preferably located at the outermost layer from the viewpoint of cluster shrinkage.

例えば、食塩電解において、多層構造膜(例えば、2層構造膜)を、電解槽にの構成要素として設置して電解を行う場合、陽極と陰極の間に配置し、且つ、A層を陰極側に向ける(陰極に対向するように配置する)ことがクラスター収縮の観点から好ましい。
A層の位置がpHの高い陰極液に近づくと、クラスターがより収縮し高い電流効率が発現しやすい。
For example, in salt electrolysis, when a multilayer structure film (for example, a two-layer structure film) is installed as a component in an electrolytic cell for electrolysis, it is arranged between an anode and a cathode, and layer A is placed on the cathode side. From the viewpoint of cluster contraction, it is preferable to face the surface (arranged so as to face the cathode).
When the position of the A layer approaches the cathode solution having a high pH, the clusters are more contracted and high current efficiency is likely to be developed.

A層の厚みは、特に限定されないが、5μm以上50μm以下が好ましい。また、B層の厚みは、特に限定されないが、30μm以上150μm以下が好ましく、50μm以上140μm以下がより好ましい。A層及びB層の厚みがそれぞれ上記範囲内にあると、膜本体の強度を十分に保つことができる。また、A層及び層B層の厚みの合計は、35μm以上200μm以下が好ましく、55μm以上190μm以下がより好ましい。 The thickness of the A layer is not particularly limited, but is preferably 5 μm or more and 50 μm or less. The thickness of the B layer is not particularly limited, but is preferably 30 μm or more and 150 μm or less, and more preferably 50 μm or more and 140 μm or less. When the thicknesses of the A layer and the B layer are within the above ranges, the strength of the film body can be sufficiently maintained. The total thickness of the layer A and the layer B is preferably 35 μm or more and 200 μm or less, and more preferably 55 μm or more and 190 μm or less.

(B層(スルホン酸層))
2層以上の多層構造膜である場合、少なくも1層(A層)は、本実施形態の含フッ素重合体Aを含む陽イオン交換膜であり、残りの層には、以下のスルホン酸層を、B層として、少なくとも1層以上含むことが好ましい。B層(スルホン酸層)は、カルボン酸基を有するビニル化合物(II)を含まず、フッ化ビニル化合物(I)と、スルホン酸基を有するビニル化合物と、を構成成分とする含フッ素重合体Bを含む層である。多層構造膜において、少なくとも1層が、上記のB層(スルホン酸層)であれば、多層構造膜は好適な強度と低い電解電圧を発現することが可能となる。スルホン酸基を有するビニル化合物の例は、上述の「スルホン酸基を有するビニル化合物」で例示したものが例示される。
(B layer (sulfonic acid layer))
In the case of a multilayer structure membrane having two or more layers, at least one layer (layer A) is a cation exchange membrane containing the fluorine-containing polymer A of the present embodiment, and the remaining layers are the following sulfonic acid layers. It is preferable that at least one layer or more is contained as the B layer. The B layer (sulfonic acid layer) does not contain a vinyl compound (II) having a carboxylic acid group, and is a fluorine-containing polymer containing a vinyl fluoride compound (I) and a vinyl compound having a sulfonic acid group as constituents. It is a layer containing B. In the multilayer structure membrane, if at least one layer is the above-mentioned B layer (sulfonic acid layer), the multilayer structure membrane can exhibit suitable strength and low electrolytic voltage. Examples of the vinyl compound having a sulfonic acid group include those exemplified in the above-mentioned "Vinyl compound having a sulfonic acid group".

また、多層構造膜が、2層以上のB層(スルホン酸層)を含む場合、2層以上のB層は、それぞれ、異なる単量体を構成成分とする含フッ素重合体Bを含む陽イオン交換膜であってもよく、同じ単量体を構成成分とする含フッ素重合体Bを含む陽イオン交換膜であってもよい。また同じ単量体を構成成分とする含フッ素重合体Bを含む陽イオン交換膜の場合は、異なる総イオン交換容量であってもよい。 Further, when the multilayer structure film contains two or more layers of B (sulfonic acid layer), each of the two or more layers of B is a cation containing a fluorine-containing polymer B having a different monomer as a constituent component. It may be an exchange membrane, or it may be a cation exchange membrane containing a fluorine-containing polymer B having the same monomer as a constituent. Further, in the case of a cation exchange membrane containing a fluorine-containing polymer B containing the same monomer as a constituent component, different total ion exchange capacities may be used.

多層構造膜は、A層とB層との2層構造であることが好ましい。A層は、本実施形態の含フッ素重合体Aを含む陽イオン交換膜である。B層は、上記の含フッ素重合体Bを含む陽イオン交換膜(スルホン酸層)であることが好ましい。B層が、含フッ素重合体Bを含む陽イオン交換膜であれば、2層構造膜は好適な強度と低い電解電圧を発現することが可能となる。 The multilayer structure film preferably has a two-layer structure of an A layer and a B layer. The layer A is a cation exchange membrane containing the fluorine-containing polymer A of the present embodiment. The B layer is preferably a cation exchange membrane (sulfonic acid layer) containing the above-mentioned fluorine-containing polymer B. If the B layer is a cation exchange membrane containing the fluorine-containing polymer B, the two-layer structure membrane can exhibit suitable strength and low electrolytic voltage.

(強化芯材)
本実施の形態の陽イオン交換膜は、膜内に強化芯材を含むことが好ましい。強化芯材は、イオン交換膜の強度及び寸法安定性を強化することができ、膜本体の内部に存在することが好ましい。強化芯材とは、強化糸を織った織布などであることが好ましい。強化芯材の材料は、長期にわたる耐熱性、耐薬品性が必要であることから、フッ素系重合体から成る繊維であることが好ましい。強化芯材の材料としては、特に限定されないが、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体(ETFE)、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、トリフルオロクロルエチレン−エチレン共重合体及びフッ化ビニリデン重合体(PVDF)などが挙げられる。特にポリテトラフルオロエチレンからなる繊維を用いることが好ましい。
(Reinforced core material)
The cation exchange membrane of the present embodiment preferably contains a reinforced core material in the membrane. The reinforced core material can enhance the strength and dimensional stability of the ion exchange membrane, and is preferably present inside the membrane body. The reinforced core material is preferably a woven fabric woven with reinforced yarn. The material of the reinforced core material is preferably a fiber made of a fluorine-based polymer because it needs to have long-term heat resistance and chemical resistance. The material of the reinforcing core material is not particularly limited, and for example, polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA), tetrafluoroethylene-ethylene copolymer (ETFE), and the like. Examples thereof include a tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer, a trifluorochloroethylene-ethylene copolymer and a vinylidene fluoride polymer (PVDF). In particular, it is preferable to use a fiber made of polytetrafluoroethylene.

強化芯材の糸径としては、好ましくは20〜300デニール、より好ましくは50〜250デニール、織り密度(単位長さあたりの打ち込み本数)としては、好ましくは5〜50本/インチである。強化芯材の形状としては、織布、不織布又は編布などが挙げられるが、織布の形態であることが好ましい。また、織布の厚みは、30〜250μmであることが好ましく、30〜150μmであることがより好ましい。 The yarn diameter of the reinforced core material is preferably 20 to 300 denier, more preferably 50 to 250 denier, and the weaving density (number of threads per unit length) is preferably 5 to 50 threads / inch. Examples of the shape of the reinforced core material include woven fabric, non-woven fabric, and knitted fabric, but the shape of the woven fabric is preferable. The thickness of the woven fabric is preferably 30 to 250 μm, more preferably 30 to 150 μm.

織布または編布は、特に限定されないが、例えば、モノフィラメント、マルチフィラメントまたは、これらのヤーン、スリットヤーンなどが使用され、織り方は平織り、絡み織り、編織り、コード織り、シャーサッカなど種々の織り方が使用される。 The woven fabric or knitted fabric is not particularly limited, and for example, monofilament, multifilament, or these yarns, slit yarns, etc. are used, and the weaving method is various weaves such as plain weave, entwined weave, knitted weave, cord weave, and shasacka. Is used.

また、強化芯材の開口率は、特に限定されないが、好ましくは30%以上、より好ましくは50%以上、90%以下である。開口率は、イオン交換膜としての電気化学的性質の観点から30%以上、また、膜の機械的強度の観点から90%以下が好ましい。開口率とは、イオン交換膜の表面積の合計(S1)に対し、イオン等の物質が通過できる面積の合計(S2)の割合であり、(S2)/(S1)で表される。(S2)は、イオン交換膜において、イオンや電解液等が、イオン交換膜に含まれる強化芯材や強化糸等によって遮断されない領域の面積の合計である。開口率の測定方法は、下記のとおりである。すなわち、イオン交換膜(透過画像を取得するのを妨害するコーティング等は除去する)の膜表面方向からの透過画像を撮影し、芯材(犠牲芯材、および連通孔は含まない)が存在しない部分の面積から、上記(S2)を求めることができる。そして、イオン交換膜の表面画像の面積から上記(S1)を求め、上記(S2)を上記(S1)で除することによって、開口率を求める。 The aperture ratio of the reinforced core material is not particularly limited, but is preferably 30% or more, more preferably 50% or more, and 90% or less. The aperture ratio is preferably 30% or more from the viewpoint of the electrochemical properties of the ion exchange membrane, and 90% or less from the viewpoint of the mechanical strength of the membrane. The aperture ratio is the ratio of the total area (S2) through which substances such as ions can pass to the total surface area (S1) of the ion exchange membrane, and is represented by (S2) / (S1). (S2) is the total area of the region of the ion exchange membrane in which ions, the electrolytic solution, and the like are not blocked by the reinforcing core material, the reinforcing yarn, and the like contained in the ion exchange membrane. The method for measuring the aperture ratio is as follows. That is, the transmission image of the ion exchange membrane (removes the coating or the like that interferes with the acquisition of the transmission image) is taken from the film surface direction, and the core material (sacrificial core material and communication holes are not included) does not exist. The above (S2) can be obtained from the area of the portion. Then, the above (S1) is obtained from the area of the surface image of the ion exchange membrane, and the aperture ratio is obtained by dividing the above (S2) by the above (S1).

これら種々の強化芯材の中でも、特に好ましい形態としては、例えば、PTFEから成る高強度多孔質シートをテープ状にスリットしたテープヤーンである。又は、強化芯材としては、PTFEから成る高度に配向したモノフィラメントの50〜300デニールを使用し、織り密度が10〜50本/インチの平織り構成からなり、更に、その厚みが50〜100μmの範囲で、且つその開口率が60%以上であることが好ましい。 Among these various reinforced core materials, a particularly preferable form is, for example, a tape yarn obtained by slitting a high-strength porous sheet made of PTFE into a tape shape. Alternatively, as the reinforcing core material, 50 to 300 denier of highly oriented monofilament made of PTFE is used, the weave density is 10 to 50 lines / inch, and the thickness is in the range of 50 to 100 μm. And the opening ratio is preferably 60% or more.

更に、織布には膜の製造工程において、強化芯材の目ズレを防止する目的で、通常、犠牲芯材と呼ばれる補助繊維を含んでもよい。この犠牲芯材を含むことで、陽イオン交換膜内に連通孔を形成することができる。 Further, the woven fabric may contain auxiliary fibers usually called a sacrificial core material for the purpose of preventing the reinforcing core material from being misaligned in the film manufacturing process. By including this sacrificial core material, a communication hole can be formed in the cation exchange membrane.

犠牲芯材は、膜の製造工程もしくは電解環境下において溶解性を有するものであり、特に限定されないが、例えば、レーヨン、ポリエチレンテレフタレート(PET)、セルロース及びポリアミドなどが用いられる。この場合の混織量は、好ましくは織布または編布全体の10〜80質量%、より好ましくは30〜70質量%である。 The sacrificial core material has solubility in the manufacturing process of the membrane or in an electrolytic environment, and is not particularly limited, and for example, rayon, polyethylene terephthalate (PET), cellulose, polyamide and the like are used. The mixed weaving amount in this case is preferably 10 to 80% by mass, more preferably 30 to 70% by mass of the woven fabric or the entire knitted fabric.

(連通孔)
本実施の形態の陽イオン交換膜は、膜内に連通孔を有していてもよい。本実施形態において、連通孔とは、電解の際に発生する陽イオンや電解液の流路となり得る孔をいう。連通孔を形成することで、電解の際に発生するアルカリイオンや電解液の移動性がより向上する傾向にある。連通孔の形状は特に限定されないが、後述する製法によれば、連通孔の形成に用いられる犠牲芯材の形状とすることができる。
(Communication hole)
The cation exchange membrane of the present embodiment may have a communication hole in the membrane. In the present embodiment, the communication hole means a hole that can serve as a flow path for cations and an electrolytic solution generated during electrolysis. By forming the communication holes, the mobility of alkaline ions and the electrolytic solution generated during electrolysis tends to be further improved. The shape of the communication hole is not particularly limited, but according to the manufacturing method described later, the shape of the sacrificial core material used for forming the communication hole can be used.

本実施形態において、連通孔は、強化芯材の陽極側と陰極側を交互に通過するように形成されることが好ましい。このような構造とすることで、強化芯材の陰極側に連通孔が形成されている部分では、連通孔に満たされている電解液を通して輸送された陽イオン(例えば、ナトリウムイオン)が、強化芯材の陰極側にも流れることができる。その結果、陽イオンの流れが遮蔽されることがないため、イオン交換膜の電気抵抗を更に低減できる傾向にある。図1に、イオン交換膜1の断面模式図を示す。符号2a,2bは、連通孔を示し、符号3は、強化芯材を示し、符号4は、A層を示し、符号5は、B層を示し、符号6、7は、コーティング層を示し、符号8は、A層の陽極側表面に面している箇所を指す。強化芯材3は、例えば、PTFEモノフィラメントの織布であり、そのモノフィラメント間に、例えば、PETの繊維がモノフィラメントと同様に編まれている。縦糸も横糸も同様である。そして、図1に示すように、連通孔2a、2bは、強化芯材3の陽極(α)側と陰極(β)側を交互に通過するように形成されている。 In the present embodiment, the communication holes are preferably formed so as to alternately pass through the anode side and the cathode side of the reinforced core material. With such a structure, in the portion where the communication hole is formed on the cathode side of the reinforced core material, the cations (for example, sodium ion) transported through the electrolytic solution filled in the communication hole are reinforced. It can also flow to the cathode side of the core material. As a result, the flow of cations is not blocked, so that the electrical resistance of the ion exchange membrane tends to be further reduced. FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of the ion exchange membrane 1. Reference numerals 2a and 2b indicate communication holes, reference numeral 3 indicates a reinforcing core material, reference numeral 4 indicates a layer A, reference numeral 5 indicates a layer B, and reference numerals 6 and 7 indicate a coating layer. Reference numeral 8 indicates a portion of the A layer facing the anode side surface. The reinforcing core material 3 is, for example, a woven fabric of PTFE monofilament, and for example, PET fibers are woven between the monofilaments in the same manner as the monofilament. The same applies to the warp and weft threads. As shown in FIG. 1, the communication holes 2a and 2b are formed so as to alternately pass through the anode (α) side and the cathode (β) side of the reinforcing core material 3.

(コーティング)
本実施形態の陽イオン交換膜は、コーティング層を有することで、電解時に陰極側表面、及び陽極側表面へのガスの付着を防止することができる。
(coating)
By having the coating layer, the cation exchange membrane of the present embodiment can prevent gas from adhering to the cathode side surface and the anode side surface during electrolysis.

コーティング層を構成する材料としては、特に限定されるものではないが、ガスの付着防止の観点から、無機物を含むことが好ましい。無機物としては、例えば、酸化ジルコニウム、酸化チタン等が挙げられる。コーティング層を膜本体に形成する方法としては、特に限定されず、公知の方法を用いることができる。例えば、無機酸化物の微細粒子をバインダーポリマー溶液に分散した液を、スプレー等により塗布する方法が挙げられる。 The material constituting the coating layer is not particularly limited, but preferably contains an inorganic substance from the viewpoint of preventing gas adhesion. Examples of the inorganic substance include zirconium oxide and titanium oxide. The method for forming the coating layer on the film body is not particularly limited, and a known method can be used. For example, a method of applying a liquid in which fine particles of an inorganic oxide are dispersed in a binder polymer solution by spraying or the like can be mentioned.

バインダーポリマーとしては、例えば、スルホン型イオン交換基に変換し得る官能基を有するビニル化合物等が挙げられる。塗布条件については、特に限定されず、例えば、30〜90℃にてスプレーを用いることができる。スプレー法以外の方法としては、例えば、ロールコート等が挙げられる。 Examples of the binder polymer include vinyl compounds having a functional group that can be converted into a sulfone-type ion exchange group. The coating conditions are not particularly limited, and for example, a spray can be used at 30 to 90 ° C. Examples of methods other than the spray method include roll coating and the like.

コーティング層の平均厚みは、ガス付着防止と厚みによる電気抵抗増加の観点から、1〜10μmであることが好ましい。 The average thickness of the coating layer is preferably 1 to 10 μm from the viewpoint of preventing gas adhesion and increasing electrical resistance due to the thickness.

続いて、本実施形態の陽イオン交換膜の製造方法について説明する。 Subsequently, a method for producing the cation exchange membrane of the present embodiment will be described.

[イオン交換膜の製造方法]
本実施形態のイオン交換膜の製造方法は、特に限定されないが、以下の1)から5)の工程を有することが好ましい。
1)イオン交換基、又は、加水分解によりイオン交換基となり得るイオン交換基前駆体を有する含フッ素重合体を製造する工程(重合体の製造工程)と、
2)犠牲糸を織り込んだ強化芯材を得る工程(強化芯材の製造工程)と、
3)イオン交換基、又は、加水分解によりイオン交換基となり得るイオン交換基前駆体を有する含フッ素重合体をフィルム化する工程(フィルム化工程)と、
4)前記強化芯材と、前記フィルムとを埋め込んで複合膜を形成する工程(埋め込み工程)と、
5)酸又はアルカリで、複合膜を加水分解する工程(加水分解工程)と、を含む製造方法が好ましい。
[Manufacturing method of ion exchange membrane]
The method for producing the ion exchange membrane of the present embodiment is not particularly limited, but it is preferable to have the following steps 1) to 5).
1) A step of producing a fluorine-containing polymer having an ion-exchange group or an ion-exchange group precursor that can become an ion-exchange group by hydrolysis (polymer production step).
2) The process of obtaining a reinforced core material woven with sacrificial yarn (manufacturing process of reinforced core material) and
3) A step of filming a fluorine-containing polymer having an ion exchange group or an ion exchange group precursor that can become an ion exchange group by hydrolysis (film formation step).
4) A step of embedding the reinforced core material and the film to form a composite film (embedding step).
5) A production method including a step of hydrolyzing the composite film with an acid or an alkali (hydrolysis step) is preferable.

本実施形態の陽イオン交換膜は、上記の工程のうち、例えば、1)の重合体の製造工程で含フッ素重合体の組成を制御する。以下、各工程について詳細に説明する。 Among the above steps, the cation exchange membrane of the present embodiment controls the composition of the fluorine-containing polymer in, for example, the polymer production step of 1). Hereinafter, each step will be described in detail.

1)工程(重合体の製造工程)
本実施形態のイオン交換基を有する含フッ素重合体を含む陽イオン交換膜は、特に限定されるものではないが、上記の通り、ビニル化合物(I)より選ばれる少なくとも1種の単量体と、ビニル化合物(II)及び、ビニル化合物(III)より選ばれる少なくとも1種の単量体と、を共重合することにより製造することができる。なお、ビニル化合物(III)については、2種以上を選び共重合することもできる。
1) Process (polymer manufacturing process)
The cation exchange membrane containing the fluorine-containing polymer having an ion exchange group of the present embodiment is not particularly limited, but as described above, it is composed of at least one monomer selected from the vinyl compound (I). , Vinyl compound (II) and at least one monomer selected from vinyl compound (III) can be produced by copolymerizing. As for the vinyl compound (III), two or more kinds can be selected and copolymerized.

例えば、A層とB層との2層構造膜からなり、このうち、少なくともA層が、本実施の陽イオン交換膜の場合、A層は上記の通り共重合することができる。重合方法は、特に限定されないが、例えば、フッ化エチレン、特に、テトラフルオロエチレンの重合に一般的用いられる重合方法を用いることができる。例えば、非水性法により重合する場合は、パーフルオロ炭化水素、クロロフルオロカーボン等の不活性溶媒を用いる。そして、パーフルオロカーボンパーオキサイドやアゾ化合物等のラジカル重合開始剤の存在下で、温度0〜200℃、圧力0.1〜20MPaの条件下で、反応を行うことができる。 For example, it is composed of a two-layer structure membrane consisting of an A layer and a B layer, and when at least the A layer is the cation exchange membrane of the present embodiment, the A layer can be copolymerized as described above. The polymerization method is not particularly limited, but for example, a polymerization method generally used for the polymerization of ethylene fluoride, particularly tetrafluoroethylene can be used. For example, when polymerizing by the non-aqueous method, an inert solvent such as perfluorohydrocarbon or chlorofluorocarbon is used. Then, the reaction can be carried out under the conditions of a temperature of 0 to 200 ° C. and a pressure of 0.1 to 20 MPa in the presence of a radical polymerization initiator such as a perfluorocarbon peroxide or an azo compound.

イオン交換基を有する含フッ素重合体を含む陽イオン交換膜の製造において、上記単量体の組み合わせの種類及びその割合は、特に限定されず、得られる含フッ素重合体に付与したい官能基の種類及び量等によって適宜決定できる。 In the production of a cation exchange membrane containing a fluorine-containing polymer having an ion exchange group, the type and ratio of the combination of the above-mentioned monomers are not particularly limited, and the type of functional group to be imparted to the obtained fluorine-containing polymer is not particularly limited. It can be appropriately determined depending on the amount and the like.

本実施形態において、含フッ素重合体の総イオン交換容量を制御するために、各層を形成する含フッ素重合体を製造する際、原料の単量体の混合比を調整してもよい。 In the present embodiment, in order to control the total ion exchange capacity of the fluorine-containing polymer, the mixing ratio of the raw material monomers may be adjusted when producing the fluorine-containing polymer forming each layer.

上記したB層は、ビニル化合物(I)と、スルホン酸型イオン交換基(スルホン酸基)に変換し得る官能基を有するビニル化合物と、を構成成分とする含フッ素重合体Bを含む陽イオン交換膜(スルホン酸層)であることが好ましい。スルホン酸層はビニル化合物(III)を含んでいなくても構わない。 The above-mentioned B layer is a cation containing a fluorine-containing polymer B having a vinyl compound (I) and a vinyl compound having a functional group that can be converted into a sulfonic acid type ion exchange group (sulfonic acid group) as constituents. It is preferably an exchange film (sulfonic acid layer). The sulfonic acid layer does not have to contain the vinyl compound (III).

2)工程(強化芯材の製造工程)
本実施形態のイオン交換膜は、膜の強度をより向上させる観点から、強化芯材が膜内に埋め込まれていることが好ましい。連通孔を有するイオン交換膜とするときには、犠牲糸も一緒に強化芯材へ織り込む。この場合の犠牲糸の混織量は、好ましくは強化芯材全体の10〜80質量%、より好ましくは30〜70質量%である。犠牲糸としては、20〜50デニールの太さを有し、モノフィラメント又はマルチフィラメントからなるポリビニルアルコール等であることが好ましい。
2) Process (manufacturing process of reinforced core material)
The ion exchange membrane of the present embodiment preferably has a reinforcing core material embedded in the membrane from the viewpoint of further improving the strength of the membrane. When the ion exchange membrane has communication holes, the sacrificial yarn is also woven into the reinforced core material. In this case, the mixed weaving amount of the sacrificial yarn is preferably 10 to 80% by mass, more preferably 30 to 70% by mass of the entire reinforced core material. The sacrificial yarn is preferably polyvinyl alcohol having a thickness of 20 to 50 denier and made of monofilament or multifilament.

3)工程(フィルム化工程)
前記1)工程で得られた含フッ素重合体を、フィルム化する方法は、特に限定されないが、押出機を用いるのが好ましい。フィルム化する方法としては以下の方法が挙げられる。
3) Process (filming process)
The method for forming the fluorine-containing polymer obtained in the step 1) into a film is not particularly limited, but it is preferable to use an extruder. Examples of the method of making a film include the following methods.

本実施の形態が、例えば、A層とB層との2層構造である場合、A層を構成する本実施の形態の含フッ素重合体Aを含む陽イオン交換膜と、B層を構成する含フッ素重合体Bを含む陽イオン交換膜(スルホン酸層)を、それぞれ別々にフィルム化する方法が挙げられる。 When the present embodiment has, for example, a two-layer structure of an A layer and a B layer, the cation exchange membrane containing the fluorine-containing polymer A of the present embodiment constituting the A layer and the B layer are formed. Examples thereof include a method of separately forming a cation exchange membrane (sulfonic acid layer) containing a fluorine-containing polymer B into a film.

B層が、含フッ素重合体B−1と、含フッ素重合体B−2からなる2層構造を有する場合、例えば、含フッ素重合体B−2と含フッ素重合体Aとを共押出しにより複合フィルムとする。そして、別途、含フッ素重合体B−1を単独でフィルム化することができる。或いは、含フッ素重合体B−1と含フッ素重合体B−2とを共押出しにより複合フィルムとする。そして、別途、含フッ素重合体Aを単独でフィルム化することができる。これらのうち、含フッ素重合体B−2と含フッ素重合体Aとを共押出しすると、界面の接着強度を高めることができ好ましい。 When the B layer has a two-layer structure composed of the fluorine-containing polymer B-1 and the fluorine-containing polymer B-2, for example, the fluorine-containing polymer B-2 and the fluorine-containing polymer A are composited by coextrusion. It is a film. Then, separately, the fluorine-containing polymer B-1 can be independently formed into a film. Alternatively, the fluorine-containing polymer B-1 and the fluorine-containing polymer B-2 are coextruded to form a composite film. Then, separately, the fluorine-containing polymer A can be independently formed into a film. Of these, coextrusion of the fluorine-containing polymer B-2 and the fluorine-containing polymer A is preferable because the adhesive strength at the interface can be increased.

4)工程(埋め込み工程)
埋め込み工程においては、前記2)工程で得られた強化芯材、及び、前記3)工程で得られたフィルムを、昇温したドラムの上で埋め込むのが好ましい。ドラム上では、透気性を有する耐熱性の離型紙を介して、各層を構成する含フッ素重合体が溶融する温度下にて減圧し、各層間の空気を除去しながら埋め込み一体化する。これにより、複合膜を得ることができる。ドラムとしては、特に限定されないが、例えば、加熱源及び真空源を有し、その表面に多数の細孔を有するものが挙げられる。
4) Process (embedding process)
In the embedding step, it is preferable to embed the reinforcing core material obtained in the step 2) and the film obtained in the step 3) on a heated drum. On the drum, the pressure is reduced at a temperature at which the fluorine-containing polymer constituting each layer is melted through a heat-resistant paper pattern having air permeability, and the air is embedded and integrated while removing the air between the layers. Thereby, a composite film can be obtained. The drum is not particularly limited, and examples thereof include a drum having a heating source and a vacuum source and having a large number of pores on the surface thereof.

強化芯材及びフィルムを積層する際の順番としては、前記3)工程に合わせて以下の方法が挙げられる。 Examples of the order in which the reinforcing core material and the film are laminated include the following methods according to the above 3) step.

A層とB層がそれぞれ単層を構成する場合は、ドラムの上に、離型紙、A層のフィルム、強化芯材、及び、B層のフィルムの順に積層する方法が挙げられる。 When the A layer and the B layer each form a single layer, a method of laminating a paper pattern, an A layer film, a reinforcing core material, and a B layer film on the drum in this order can be mentioned.

また、B層が含フッ素重合体B−1と、含フッ素重合体B−2からなる2層構造を有する場合は、ドラムの上に、離型紙、含フッ素重合体B−1のフィルム、強化芯材、含フッ素重合体B−2とA層との複合フィルムの順に積層する。或いは、ドラムの上に、離型紙、含フッ素重合体B−1と含フッ素重合体B−2との複合フィルム、強化芯材、A層の順に積層する。 When the B layer has a two-layer structure composed of the fluorine-containing polymer B-1 and the fluorine-containing polymer B-2, a release paper, a film of the fluorine-containing polymer B-1 and reinforcement are placed on the drum. The core material, the composite film of the fluorine-containing polymer B-2 and the A layer are laminated in this order. Alternatively, the release paper, the composite film of the fluorine-containing polymer B-1 and the fluorine-containing polymer B-2, the reinforcing core material, and the A layer are laminated on the drum in this order.

また、本実施形態のイオン交換膜の膜表面に凸部を設けるには、予めエンボス加工した離型紙を用いることによって、埋め込みの際に、溶融したポリマーからなる凸部を形成することもできる。 Further, in order to provide a convex portion on the film surface of the ion exchange membrane of the present embodiment, a convex portion made of a molten polymer can be formed at the time of embedding by using a pre-embossed paper pattern.

5)工程(加水分解工程)
前記4)工程で得られた複合膜を、酸又はアルカリによって加水分解を行う。加水分解は、例えば、2.5〜4.0規定(N)の水酸化カリウム(KOH)と20〜40質量%のDMSO(Dimethyl sulfoxide)の水溶液中、40〜90℃で、10分〜24時間行うことが好ましい。その後、80〜95℃の条件下、0.5〜0.7規定(N)苛性ソーダ(NaOH)溶液を用いて塩交換処理を行うことが好ましい。上記塩交換処理の処理時間としては、電解電圧の上昇を防止する観点から、2時間未満であることが好ましい。
5) Step (hydrolysis step)
The composite membrane obtained in the above step 4) is hydrolyzed with an acid or an alkali. Hydrolysis is carried out, for example, in an aqueous solution of potassium hydroxide (KOH) having a concentration of 2.5 to 4.0 (N) and DMSO (Dimethyl sulfoxide) in an amount of 20 to 40% by mass at 40 to 90 ° C. for 10 minutes to 24. It is preferable to do it for a long time. Then, under the condition of 80 to 95 ° C., it is preferable to carry out the salt exchange treatment using a 0.5 to 0.7 equivalent (N) caustic soda (NaOH) solution. The treatment time of the salt exchange treatment is preferably less than 2 hours from the viewpoint of preventing an increase in the electrolytic voltage.

続いて、本実施形態の陽イオン交換膜を備えた電解槽について説明する。 Subsequently, the electrolytic cell provided with the cation exchange membrane of the present embodiment will be described.

[電解槽]
本実施形態の電解槽は、本実施形態の陽イオン交換膜を備える。図2に、本実施形態の電解槽の一例の模式図を示す。図2に示す電解槽13は、陽極11と、陰極12と、陽極と陰極との間に配置された2層構造のイオン交換膜1(以下、2層構造膜1という)を備える。但し、本実施形態の電解槽は、図2の電解槽13に限定されず、陽極と、陰極と、陽極と陰極との間に配置された、本実施形態の陽イオン交換膜又は本実施形態の多層構造膜と、を備えていればよい。
[Electrolytic cell]
The electrolytic cell of the present embodiment includes the cation exchange membrane of the present embodiment. FIG. 2 shows a schematic view of an example of the electrolytic cell of the present embodiment. The electrolytic cell 13 shown in FIG. 2 includes an anode 11, a cathode 12, and a two-layer structure ion exchange membrane 1 (hereinafter referred to as a two-layer structure film 1) arranged between the anode and the cathode. However, the electrolytic cell of the present embodiment is not limited to the electrolytic cell 13 of FIG. 2, and is the cation exchange membrane of the present embodiment or the present embodiment arranged between the anode, the cathode, and the anode and the cathode. It suffices to have a multilayer structure film of.

2層構造膜1は、本実施形態の含フッ素重合体Aを含む陽イオン交換膜であるA層と、含フッ素重合体Bを含むB層(スルホン酸層)で構成される。A層は、陰極側に向けて配置される。なお、本実施形態の含フッ素重合体Aの単層膜であってもよいし、3層以上の多層構造であってもよい。なお。3層以上の多層構造である場合、少なくとも1層は、本実施形態の含フッ素重合体Aを含む陽イオン交換膜である。 The two-layer structure film 1 is composed of a layer A, which is a cation exchange membrane containing the fluorine-containing polymer A of the present embodiment, and a layer B (sulfonic acid layer) containing the fluorine-containing polymer B. The A layer is arranged toward the cathode side. The fluorine-containing polymer A of the present embodiment may be a single-layer film, or may have a multi-layer structure of three or more layers. note that. In the case of a multilayer structure of three or more layers, at least one layer is a cation exchange membrane containing the fluorine-containing polymer A of the present embodiment.

図2に示す電解槽を用いた食塩電解にあっては、陽極室側から陰極室側にNaイオンを通過させることができ、一方、陽極室側から陰極室側にOHイオンが移動するのを阻害することができる。また、2層構造膜1では、B層として陽極側に含フッ素重合体Bを含む層(スルホン酸層)を配置することで、強度とともに低電解電圧をより一層図ることができる。In the salt electrolysis using the electrolytic cell shown in FIG. 2, Na + ions can be passed from the anode chamber side to the cathode chamber side, while OH ions move from the anode chamber side to the cathode chamber side. Can be inhibited. Further, in the two-layer structure film 1, by arranging a layer (sulfonic acid layer) containing the fluorine-containing polymer B on the anode side as the B layer, it is possible to further increase the strength and the low electrolytic voltage.

ここで、従来においては、2層構造膜において陰極側に向く(陰極に対応するように配置された)A層として、カルボン酸層を用いることが多い。しかしながら、カルボン酸層は、結晶指標が高く、イオンの通り道であるクラスターが細い特徴を有しており、結晶指標が高いということは、クラスター同士が繋がりにくく、独立したクラスターとなり、イオンのパスラインとして機能しなかったり、クラスターが細いということは、イオンの通過を阻害し電解電圧を上昇させる原因ともなる。 Here, conventionally, a carboxylic acid layer is often used as the A layer facing the cathode side (arranged so as to correspond to the cathode) in the two-layer structure film. However, the carboxylic acid layer has a high crystal index, and the clusters that are the paths of ions have a thin feature. The fact that it does not function as an ion or that the cluster is thin also causes an increase in the electrolytic voltage by obstructing the passage of ions.

これに対して、本実施形態では、A層として用いる陽イオン交換膜として、上記の陽イオン交換膜又は第2の陽イオン交換膜を備える。これにより、従来に比べて、高い電流効率と低い電解電圧を両立することができる。したがって、必要な電力消費量を低減でき、省エネルギー化に貢献することができる。このことは後述する実験より明らかに証明されている。 On the other hand, in the present embodiment, the above-mentioned cation exchange membrane or the second cation exchange membrane is provided as the cation exchange membrane used as the A layer. As a result, it is possible to achieve both high current efficiency and low electrolytic voltage as compared with the conventional case. Therefore, the required power consumption can be reduced and energy saving can be contributed. This is clearly proved by the experiments described later.

電解条件は、特に限定されず、公知の条件で行うことができる。例えば、陽極室に2.5〜5.5規定(N)の塩化アルカリ水溶液を供給し、陰極室は水又は希釈した水酸化アルカリ水溶液を供給し、電解温度が50〜120℃、電流密度が0.5〜10kA/mの条件で電解することができる。The electrolysis conditions are not particularly limited and can be carried out under known conditions. For example, the anode chamber is supplied with an aqueous alkali chloride solution of 2.5 to 5.5 (N), the cathode chamber is supplied with water or a diluted alkaline aqueous hydroxide solution, the electrolysis temperature is 50 to 120 ° C., and the current density is high. It can be electrolyzed under the condition of 0.5 to 10 kA / m 2.

本実施形態の電解槽の構成は、特に限定されず、例えば、単極式でも複極式でもよい。電解槽を構成する材料としては、特に限定されないが、例えば、陽極室の材料としては、塩化アルカリ及び塩素に耐性があるチタン等が好ましく、陰極室の材料としては、水酸化アルカリ及び水素に耐性があるニッケル等が好ましい。電極の配置は、イオン交換膜と陽極との間に適当な間隔を設けて配置してもよいが、陽極とイオン交換膜が接触して配置されていてもよい。また、陰極は、一般的にはイオン交換膜と適当な間隔を設けて配置されているが、この間隔がない接触型の電解槽(ゼロギャップ式電解槽)であってもよい。 The configuration of the electrolytic cell of the present embodiment is not particularly limited, and may be, for example, a single pole type or a double pole type. The material constituting the electrolytic cell is not particularly limited, but for example, the material of the anode chamber is preferably titanium which is resistant to alkali chloride and chlorine, and the material of the cathode chamber is resistant to alkali hydroxide and hydrogen. Chloride or the like is preferable. The electrodes may be arranged with an appropriate distance between the ion exchange membrane and the anode, but the anode and the ion exchange membrane may be arranged in contact with each other. Further, the cathode is generally arranged at an appropriate interval from the ion exchange membrane, but may be a contact type electrolytic cell (zero gap type electrolytic cell) having no such interval.

また、食塩電解プロセス条件としては、特に限定されるものではないが、陽極室の塩水濃度を180〜215g/L、好ましくは185〜205g/Lとする。また、陰極液の濃度を28〜35%、好ましくは30〜33%とする。更に、電流密度を、1〜6kA/mとし、温度を、70〜90℃の条件とする。電解槽の型式、給電方式、或いは電極の型式は、公知の型式及び方式全てに適用することができるが、特に本実施形態の陽イオン交換膜は、ファイナイトギャップからゼロギャップの電極配置まで幅広く適用することができる。The salt electrolysis process conditions are not particularly limited, but the salt water concentration in the anode chamber is 180 to 215 g / L, preferably 185 to 205 g / L. The concentration of the cathode liquid is 28 to 35%, preferably 30 to 33%. Further, the current density is 1 to 6 kA / m 2 , and the temperature is 70 to 90 ° C. The type of the electrolytic cell, the feeding method, or the type of the electrode can be applied to all known types and methods, but in particular, the cation exchange membrane of the present embodiment has a wide range from the finite gap to the zero gap electrode arrangement. Can be applied.

以下、実施例により本実施形態を詳細に説明する。なお、本実施形態は以下の実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present embodiment will be described in detail with reference to Examples. The present embodiment is not limited to the following examples.

実施例及び比較例において、イオンクラスター径、結晶指標、含水率、及び、イオン交換基濃度を夫々、測定した。 In Examples and Comparative Examples, the ion cluster diameter, crystal index, water content, and ion exchange group concentration were measured, respectively.

これらの測定方法については、上記の[クラスター径の測定方法]、[結晶指標の測定方法]、[含水率]、及び[イオン交換基濃度]に詳細に記載したので、そちらを参照されたい。 These measurement methods are described in detail in [Measurement method of cluster diameter], [Measurement method of crystal index], [Water content], and [Ion exchange group concentration], so refer to them.

[電解性能評価]
図2に示す電解槽(イオン交換膜のA層が陰極側を向いている)を用い、下記の条件で電解を行い、電解電圧、電流効率に基づいて、1tのNaOHを作製するのに必要な電力消費量で電解性能を評価した。
電力消費量は2100(kWh)未満が電解性能として好ましく、2090(kWh)未満が更に好ましい。
[Electrolytic performance evaluation]
It is necessary to perform electrolysis under the following conditions using the electrolytic cell shown in FIG. 2 (the A layer of the ion exchange membrane faces the cathode side) to produce 1 ton of NaOH based on the electrolysis voltage and current efficiency. The electrolytic performance was evaluated based on the amount of electricity consumed.
The power consumption is preferably less than 2100 (kWh) as the electrolytic performance, and more preferably less than 2090 (kWh).

[電解電圧の測定]
電解に用いる電解槽としては、陽極と陰極との間にイオン交換膜を配置した構造であり、自然循環型のゼロギャップ電解セルを4個直列に並べたものを用いた。陰極としては、触媒として酸化セリウム、酸化ルテニウムが塗布された直径0.15mmのニッケルの細線を50メッシュの目開きで編んだウーブンメッシュを用いた。陰極とイオン交換膜を密着させるため、ニッケル製のエキスパンドメタルからなる集電体と陰極との間に、ニッケル細線で編んだマットを配置した。陽極としては、触媒としてルテニウム酸化物、イリジウム酸化物及びチタン酸化物が塗布されたチタン製のエキスパンドメタルを用いた。上記電解槽を用いて、陽極側に205g/Lの濃度になるように調整しつつ塩水を供給し、陰極側の苛性ソーダ濃度を32質量%に保ちつつ水を供給した。電解槽の温度を85℃に設定して、6kA/mの電流密度で、電解槽の陰極側の液圧が陽極側の液圧よりも5.3kPa高い条件で電解を行った。電解槽の陽陰極間の対間電圧を、KEYENCE社製電圧計TR−V1000で毎日測定し、7日間の平均値を電解電圧として求めた。
[Measurement of electrolytic voltage]
The electrolytic cell used for electrolysis has a structure in which an ion exchange membrane is arranged between the anode and the cathode, and four naturally circulating zero-gap electrolytic cells are arranged in series. As the cathode, a woven mesh was used in which fine nickel wires having a diameter of 0.15 mm coated with cerium oxide and ruthenium oxide were woven with 50 mesh openings as a catalyst. In order to bring the cathode and the ion exchange membrane into close contact with each other, a mat woven with fine nickel wires was placed between the current collector made of nickel expanded metal and the cathode. As the anode, an expanded metal made of titanium coated with ruthenium oxide, iridium oxide and titanium oxide was used as a catalyst. Using the above electrolytic cell, salt water was supplied to the anode side while adjusting the concentration to 205 g / L, and water was supplied while maintaining the caustic soda concentration on the cathode side at 32% by mass. The temperature of the electrolytic cell was set to 85 ° C., and electrolysis was performed at a current density of 6 kA / m 2 under the condition that the hydraulic pressure on the cathode side of the electrolytic cell was 5.3 kPa higher than the hydraulic pressure on the anode side. The pair-to-cathode voltage between the positive and negative electrodes of the electrolytic cell was measured daily with a KEYENCE voltmeter TR-V1000, and the average value for 7 days was determined as the electrolytic voltage.

また、電流効率は、生成された苛性ソーダの質量、濃度を測定し、一定時間に生成された苛性ソーダのモル数を、その間に流れた電流の電子のモル数で除することで求めた。 The current efficiency was determined by measuring the mass and concentration of the caustic soda produced and dividing the number of moles of caustic soda produced in a certain period of time by the number of electrons of the current flowing during that period.

[総イオン交換容量の測定]
得られたフィルムを透過型赤外分光分析装置(日本分光社製 FTIR−4200)にて測定を行った。得られた赤外線ピークのCF、COO、COOCH、SOFの各赤外線ピークの高さから、カルボン酸官能基、スルホン酸官能基に変換できる基を有する構造単位の割合を算出した。これらを含フッ素重合体を加水分解し得られた重合体のカルボン酸官能基、スルホン酸官能基を有する構造単位の割合とし、滴定法で算出されたイオン交換容量が既知のサンプルを検量線としてイオン交換容量を求めた。
[Measurement of total ion exchange capacity]
The obtained film was measured with a transmission infrared spectroscopic analyzer (FTIR-4200 manufactured by JASCO Corporation). From the heights of the obtained infrared peaks CF 2 , COO , COOCH 3 , and SO 2 F, the ratio of structural units having groups that can be converted into carboxylic acid functional groups and sulfonic acid functional groups was calculated. These are used as the ratio of the structural units having the carboxylic acid functional group and the sulfonic acid functional group of the polymer obtained by hydrolyzing the fluoropolymer, and the sample having the known ion exchange capacity calculated by the titration method is used as the calibration line. The ion exchange capacity was determined.

[実施例1]
A層を形成する含フッ素重合体Aとして、下記一般式:
CF=CX (1)
で表される単量体(X=F、X=F)と下記一般式:
CF=CF−(OCFCYF)−O−(CF−COOR (2)
で表される単量体(a=1、b=2、Y=CF、R=CH)と、下記一般式:
CF=CF−(OCFCYF)−O−(CF−SOF (3)
で表される単量体(c=1、d=2、Y=CF)とをモル比87.6:11.2:1.2で共重合し、総イオン交換容量が0.88m当量/gのポリマーを得た。総イオン交換容量は一般式(2)で表される単量体(a=1、b=2、Y=CF、R=CH)由来のイオン交換基と、一般式(3)で表される単量体(c=1、d=2、Y=CF)由来のイオン交換基の総和となる。以下の実施例及び比較例でも同様に総イオン交換容量を確認した。また、ポリマー中のモル比率は(手法1)、(手法2)を用いてIRにより、各単量体に由来するピークの高さから確認した。
(手法1)
一般式(1)におけるCF由来のピーク波数2362.37+/−5cm−1のピーク高さと、一般式(2)におけるCOO由来のピーク波数2967.91+/−5cm−1のピーク高さから、一般式(1)と一般式(2)の比率を両者の含有量が分かっている共重合体を用いて得た検量線をもとに算出を行った。また、一般式(2)におけるCOOCH由来のピーク波数1444.8+/−5cm−1のピーク高さと、一般式(3)におけるSOFのピーク波数1467.8+/−5cm−1高さから、一般式(2)と一般式(3)の比率を両者の含有量が分かっている共重合体を用いて得た検量線をもとに算出を行った。それぞれ算出した値から一般式(1)と一般式(2)と一般式(3)の比率を算出した。
(手法2)
ケン化後のポリマーから、一般式(1)、一般式(2)、一般式(3)のモル比率を算出した。ケン化後は、一般式(2)、一般式(3)の構造は、下記一般式(2)'、下記一般式(3)'の構造となる為、一般式(1)と一般式(2)と一般式(3)のモル比率は、一般式(1)と一般式(2)'と一般式(3)'のモル比率と同じあることから算出した。IRにより各単量体に由来するピークの高さからモル比率を算出した。一般式(1)におけるCF由来のピーク波数2362.37+/−5cm−1のピーク高さと、一般式(2)'におけるCOONa由来のピーク波数1022.3+/−5cm−1のピーク高さから、一般式(1)と一般式(2)'の比率を両者の含有量が分かっている共重合体を用いて得た検量線をもとに算出を行った。また、一般式(1)におけるCF由来のピーク波数2362.37+/−5cm−1のピーク高さと、一般式(3)'におけるSO のピーク波数1064.7+/−5cm−1高さから、一般式(1)と一般式(3)'の比率を両者の含有量が分かっている共重合体を用いて得た検量線をもとに算出を行った。それぞれ算出した値から一般式(1)と一般式(2)'と一般式(3)'の比率を算出した。
一般式(2)':
CF=CF−(OCFCYF)−O−(CF−COONa
で表される単量体(a=1、b=2、Y=CF、R=CH
一般式(3)':
CF=CF−(OCFCYF)−O−(CF−SONa
で表される単量体(c=1、d=2、Y=CF
[Example 1]
As the fluorine-containing polymer A forming the A layer, the following general formula:
CF 2 = CX 1 X 2 (1)
Monomer represented by (X 1 = F, X 2 = F) and the following general formula:
CF 2 = CF- (OCF 2 CYF) a- O- (CF 2 ) b- COOR (2)
The monomers represented by (a = 1, b = 2, Y = CF 3 , R = CH 3 ) and the following general formula:
CF 2 = CF- (OCF 2 CYF) c- O- (CF 2 ) d- SO 2 F (3)
The monomer represented by (c = 1, d = 2, Y = CF 3 ) was copolymerized at a molar ratio of 87.6: 11.2: 1.2, and the total ion exchange capacity was 0.88 m equivalent. A / g polymer was obtained. The total ion exchange capacity is represented by the ion exchange group derived from the monomer (a = 1, b = 2, Y = CF 3 , R = CH 3 ) represented by the general formula (2) and the general formula (3). It is the sum of the ion exchange groups derived from the monomers (c = 1, d = 2, Y = CF 3) to be produced. The total ion exchange capacity was also confirmed in the following examples and comparative examples. In addition, the molar ratio in the polymer was confirmed by IR using (Method 1) and (Method 2) from the height of the peak derived from each monomer.
(Method 1)
From the peak height of CF 2 derived peak wave number 2362.37 +/- 5 cm -1 in the general formula (1) and the peak height of COO derived peak wave number 2967.91 +/- 5 cm -1 in the general formula (2). , The ratio of the general formula (1) and the general formula (2) was calculated based on the calibration curve obtained by using a copolymer whose content is known. Also, the peak height of the COOCH 3 from the peak wavenumber 1,444.8 +/- 5 cm -1 in the general formula (2), from the general formula (3) in the SO 2 peak wavenumber 1467.8 +/- 5 cm -1 height F , The ratio of the general formula (2) and the general formula (3) was calculated based on the calibration curve obtained by using a copolymer whose content is known. The ratio of the general formula (1), the general formula (2), and the general formula (3) was calculated from the calculated values.
(Method 2)
From the polymer after saponification, the molar ratios of the general formula (1), the general formula (2), and the general formula (3) were calculated. After saponification, the structures of the general formula (2) and the general formula (3) become the structures of the following general formula (2)'and the following general formula (3)', so that the general formula (1) and the general formula (1) The molar ratios of 2) and the general formula (3) were calculated from the same molar ratios of the general formula (1), the general formula (2)'and the general formula (3)'. The molar ratio was calculated from the height of the peak derived from each monomer by IR. A peak height of CF 2 derived peak wavenumber 2362.37 +/- 5 cm -1 in the general formula (1), from the peak heights of the general formula (2) from COONa in 'peak wavenumber 1,022.3 +/- 5 cm -1 , The ratio of the general formula (1) and the general formula (2)'was calculated based on the calibration curve obtained by using a copolymer whose content is known. Further, the peak wave number of CF 2 derived from CF 2 in the general formula (1) is 2362.37 +/- 5 cm -1 , and the peak wave number of SO 3 in the general formula (3)'is 1064.7 +/- 5 cm -1 height. Therefore, the ratio of the general formula (1) and the general formula (3)'was calculated based on the calibration curve obtained by using a copolymer whose content is known. The ratio of the general formula (1), the general formula (2)'and the general formula (3)' was calculated from the respective calculated values.
General formula (2)':
CF 2 = CF- (OCF 2 CYF) a- O- (CF 2 ) b- COONa
Monomer represented by (a = 1, b = 2, Y = CF 3 , R = CH 3 )
General formula (3)':
CF 2 = CF- (OCF 2 CYF) c- O- (CF 2 ) d- SO 3 Na
Monomer represented by (c = 1, d = 2, Y = CF 3 )

(手法1)と(手法2)で算出した一般式(1)、一般式(2)、一般式(3)のモル比率を比較した結果、同じ値になることを確認した。 As a result of comparing the molar ratios of the general formula (1), the general formula (2), and the general formula (3) calculated by (method 1) and (method 2), it was confirmed that the values were the same.

なお、実施例8のフッ素重合体Aを除き、以下の実施例及び比較例でも、同様にポリマー中のモル比を確認した。 In addition, except for the fluorine polymer A of Example 8, the molar ratio in the polymer was also confirmed in the following Examples and Comparative Examples.

B層を形成する含フッ素重合体Bとして、一般式(1)で表される単量体(X=F、X=F)と一般式(3)で表される単量体(c=1、d=2、Y=CF)とをモル比5:1で共重合し、総イオン交換容量が1.05m当量/gのポリマーを得た。As the fluorine-containing polymer B forming the B layer, the monomer represented by the general formula (1) (X 1 = F, X 2 = F) and the monomer represented by the general formula (3) (c). = 1, d = 2, Y = CF 3 ) were copolymerized at a molar ratio of 5: 1 to obtain a polymer having a total ion exchange capacity of 1.05 m equivalent / g.

なお、含フッ素重合体Aは、より詳細には、以下に示す溶液重合により作製した。 The fluorine-containing polymer A was prepared in more detail by the solution polymerization shown below.

まず、ステンレス製20LオートクレーブにCF=CFOCFCF(CF)O(CFCOOCHと、CF=CFOCFCF(CF)O(CFSOFとCFCHFCHFCFCF(HFC43−10mee)溶液を仕込み、容器内を充分に窒素置換した.その後、さらにCF=CF(TFE)で置換し、容器内の温度が35℃で安定になるまで加温してTFEで加圧した。 First, CF 2 = CFOCF 2 CF (CF 3 ) O (CF 2 ) 2 COOCH 3 and CF 2 = CFOCF 2 CF (CF 3 ) O (CF 2 ) 2 SO 2 F and CF 3 CHFCHFCF in a stainless steel 20L autoclave. 2 A CF 3 (HFC43-10mee) solution was charged, and the inside of the container was sufficiently replaced with nitrogen. Then, it was further replaced with CF 2 = CF 2 (TFE), heated until the temperature inside the container became stable at 35 ° C., and pressurized with TFE.

次いで、重合開始剤として(CFCFCFCOO)の5%HFC43−10mee溶液を入れて、反応を開始した。35℃で攪拌しながらTFEを断続的にフィードしつつ、途中で、(CFCFCFCOO)の5%HFC43−10mee溶液を入れ、TFE圧力を降下させて、TFEを所定量供給したところでメタノールを入れて重合を停止した。未反応TFEを系外に放出した後、得られた重合液を減圧乾燥して未反応モノマーとHFC43−10meeを留去して含フッ素重合体Aを得た。得られた含フッ素重合体Aは2軸脱揮押出し機にてペレット化した。Then, a 5% HFC43-10mee solution of (CF 3 CF 2 CF 2 COO) 2 was added as a polymerization initiator to initiate the reaction. While intermittently feeding TFE with stirring at 35 ° C., a 5% HFC43-10methanol solution of (CF 3 CF 2 CF 2 COO) 2 was added in the middle, the TFE pressure was lowered, and a predetermined amount of TFE was supplied. Then, methanol was added to stop the polymerization. After releasing the unreacted TFE out of the system, the obtained polymerization solution was dried under reduced pressure to distill off the unreacted monomer and HFC43-10mee to obtain a fluorine-containing polymer A. The obtained fluorine-containing polymer A was pelletized by a twin-screw devolatilization extruder.

また、含フッ素重合体Bは、CF=CFOCFCF(CF)O(CFCOOCHを仕込まない以外は重合体Aと同様の方法で得た。Further, the fluorine-containing polymer B was obtained by the same method as that of the polymer A except that CF 2 = CFOCF 2 CF (CF 3 ) O (CF 2 ) 2 COOCH 3 was not charged.

得られた含フッ素重合体Aと含フッ素重合体Bを、2台の押し出し機、2層用の共押し出し用Tダイ、及び引き取り機を備えた装置により、共押しを行い、厚み170μmの2層フィルムを得た。該フィルムの断面を光学顕微鏡で観察した結果、A層の厚みが35μm、B層の厚みが135μmであった。 The obtained fluorine-containing polymer A and fluorine-containing polymer B were jointly pressed by a device equipped with two extrusion machines, a T-die for co-extrusion for two layers, and a take-up machine, and the thickness was 170 μm. A layered film was obtained. As a result of observing the cross section of the film with an optical microscope, the thickness of the A layer was 35 μm and the thickness of the B layer was 135 μm.

この複合膜を、ジメチルスルホキシド(DMSO)30質量%、水酸化カリウム(KOH)15質量%を含む85℃の水溶液に1時間浸漬することでケン化した。その後、水酸化ナトリウム(NaOH)0.5N含む50℃の水溶液に1時間浸漬して、イオン交換基の対イオンをNaに置換し、続いて水洗した。さらに60℃で乾燥した。 This composite membrane was saponified by immersing it in an aqueous solution at 85 ° C. containing 30% by mass of dimethyl sulfoxide (DMSO) and 15% by mass of potassium hydroxide (KOH) for 1 hour. Then, it was immersed in an aqueous solution containing 0.5 N of sodium hydroxide (NaOH) at 50 ° C. for 1 hour to replace the counter ion of the ion exchange group with Na, and then washed with water. It was further dried at 60 ° C.

水とエタノールの50/50質量部の混合溶液に、総イオン交換容量が1.0mg当量/gのCF=CFと、CF=CFOCFCF(CF)O(CFSOFの共重合体を加水分解してなるスルホン酸基を有するフッ素系重合体を20質量%溶解させた。その溶液に平均一次粒子径1μmの酸化ジルコニウム40質量%加え、ボールミルにて均一に分散させた懸濁液を得た。この懸濁液を前記加水分解および塩交換処理後のイオン交換膜の両面にスプレー法により塗布し乾燥させる事により、コーティング層を形成させた。 CF 2 = CF 2 and CF 2 = CFO CF 2 CF (CF 3 ) O (CF 2 ) 3 SO having a total ion exchange capacity of 1.0 mg equivalent / g in a mixed solution of 50/50 parts by mass of water and ethanol. a copolymer of 2 F the fluorinated polymer having a hydrolyzable to become sulfonic acid groups was dissolved 20% by weight. 40% by mass of zirconium oxide having an average primary particle size of 1 μm was added to the solution, and a suspension uniformly dispersed by a ball mill was obtained. A coating layer was formed by applying this suspension to both surfaces of the ion exchange membrane after the hydrolysis and salt exchange treatment by a spray method and drying it.

このイオン交換膜の含フッ素重合体層Aのイオンクラスター径は純水雰囲気で3.11nm、結晶指標は乾燥雰囲気で0.07であった。 The ion cluster diameter of the fluorine-containing polymer layer A of this ion exchange membrane was 3.11 nm in a pure water atmosphere, and the crystal index was 0.07 in a dry atmosphere.

上記のようにして得られたイオン交換膜について電解評価を行った。これらの結果を表1に示す。表1に示すように、6kA/mの電流密度で、1tのNaOHを作成するのに必要な電力消費量で電解性能を評価したところ、2086(kWh)であった。このように、2100(kWh)未満となり、低い消費電力を発現した。The ion exchange membrane obtained as described above was electrolyzed and evaluated. These results are shown in Table 1. As shown in Table 1, when the electrolytic performance was evaluated with the power consumption required to produce 1 ton of NaOH at a current density of 6 kA / m 2, it was 2086 (kWh). As described above, it was less than 2100 (kWh), and low power consumption was exhibited.

[実施例2]
A層を形成する含フッ素重合体Aとして、前記一般式(1)で表される単量体(X=F、X=F)と前記一般式(2)で表される単量体(a=1、b=2、Y=CF、R=CH)と、前記一般式(3)で表される単量体(c=1、d=2、Y=CF)とをモル比87.37:12.38:0.25で共重合し、総イオン交換容量が0.90m当量/gのポリマーを得た以外は実施例1と同様にした。
[Example 2]
As the fluoropolymer A forming the A layer, the monomer represented by the general formula (1) (X 1 = F, X 2 = F) and the monomer represented by the general formula (2). (A = 1, b = 2, Y = CF 3 , R = CH 3 ) and the monomer represented by the general formula (3) (c = 1, d = 2, Y = CF 3 ). The same procedure as in Example 1 was carried out except that the polymer was copolymerized at a molar ratio of 87.37: 12.38: 0.25 to obtain a polymer having a total ion exchange capacity of 0.90 m equivalent / g.

B層を形成する含フッ素重合体Bは実施例1と同様にし、、総イオン交換容量が1.05m当量/gのポリマーを得た。 The fluorine-containing polymer B forming the B layer was the same as in Example 1 to obtain a polymer having a total ion exchange capacity of 1.05 m equivalent / g.

得られたフッ素重合体Aとフッ素重合体Bを、2台の押し出し機、2層用の共押し出し用Tダイ、及び引き取り機を備えた装置により、共押しを行い、厚み170μmの2層フィルムを得た。該フィルムの断面を光学顕微鏡で観察した結果、A層の厚みが35μm、B層の厚みが135μmであった。 The obtained fluorine polymer A and fluorine polymer B are co-pressed by a device equipped with two extruders, a T-die for co-extrusion for two layers, and a take-up machine, and a two-layer film having a thickness of 170 μm is formed. Got As a result of observing the cross section of the film with an optical microscope, the thickness of the A layer was 35 μm and the thickness of the B layer was 135 μm.

この複合膜を、ジメチルスルホキシド(DMSO)30質量%、水酸化カリウム(KOH)15質量%を含む60℃の水溶液に1時間浸漬することでケン化した。その後、水酸化ナトリウム(NaOH)0.5N含む50℃の水溶液に1時間浸漬して、イオン交換基の対イオンをNaに置換し、続いて水洗した。さらに60℃で乾燥した。 This composite membrane was saponified by immersing it in an aqueous solution at 60 ° C. containing 30% by mass of dimethyl sulfoxide (DMSO) and 15% by mass of potassium hydroxide (KOH) for 1 hour. Then, it was immersed in an aqueous solution containing 0.5 N of sodium hydroxide (NaOH) at 50 ° C. for 1 hour to replace the counter ion of the ion exchange group with Na, and then washed with water. It was further dried at 60 ° C.

水とエタノールの50/50質量部の混合溶液に、総イオン交換容量が1.0m当量/gのCF=CFと、CF=CFOCFCF(CF)O(CFSOFの共重合体を加水分解してなるスルホン酸基を有するフッ素系重合体を20質量%溶解させた。その溶液に平均一次粒子径1μmの酸化ジルコニウム40質量%加え、ボールミルにて均一に分散させた懸濁液を得た。この懸濁液を前記加水分解および塩交換処理後のイオン交換膜の両面にスプレー法により塗布し乾燥させる事により、コーティング層を形成させた。 CF 2 = CF 2 and CF 2 = CFO CF 2 CF (CF 3 ) O (CF 2 ) 3 SO having a total ion exchange capacity of 1.0 m equivalent / g in a mixed solution of 50/50 parts by mass of water and ethanol. a copolymer of 2 F the fluorinated polymer having a hydrolyzable to become sulfonic acid groups was dissolved 20% by weight. 40% by mass of zirconium oxide having an average primary particle size of 1 μm was added to the solution, and a suspension uniformly dispersed by a ball mill was obtained. A coating layer was formed by applying this suspension to both surfaces of the ion exchange membrane after the hydrolysis and salt exchange treatment by a spray method and drying it.

このイオン交換膜のフッ素重合体層Aのイオンクラスター径は純水雰囲気で3.15nm、結晶指標は乾燥雰囲気で0.075であった。 The ion cluster diameter of the fluorine polymer layer A of this ion exchange membrane was 3.15 nm in a pure water atmosphere, and the crystal index was 0.075 in a dry atmosphere.

上記のようにして得られたイオン交換膜について、電解評価を行った。これらの結果を表1に示す。表1に示すように、6kA/mの電流密度で、1tのNaOHを作成するのに必要な電力消費量で電解性能を評価したところ、2084(kWh)であった。このように2100(kWh)未満となり、低い消費電力を発現した。The ion exchange membrane obtained as described above was electrolyzed and evaluated. These results are shown in Table 1. As shown in Table 1, when the electrolytic performance was evaluated with the power consumption required to produce 1 ton of NaOH at a current density of 6 kA / m 2, it was 2084 (kWh). As described above, the power consumption was less than 2100 (kWh), and low power consumption was exhibited.

[実施例3]
A層を形成する含フッ素重合体Aとして、前記一般式(1)で表される単量体(X=F、X=F)と前記一般式(2)で表される単量体(a=1、b=2、Y=CF、R=CH)と、前記一般式(3)で表される単量体(c=1、d=2、Y=CF)とをモル比86.9:11.9:1.2で共重合し、総イオン交換容量が0.92m当量/gのポリマー得た以外は実施例1と同様にした。
[Example 3]
As the fluoropolymer A forming the A layer, the monomer represented by the general formula (1) (X 1 = F, X 2 = F) and the monomer represented by the general formula (2). (A = 1, b = 2, Y = CF 3 , R = CH 3 ) and the monomer represented by the general formula (3) (c = 1, d = 2, Y = CF 3 ). The same procedure as in Example 1 was carried out except that the polymer was copolymerized at a molar ratio of 86.9: 11.9: 1.2 to obtain a polymer having a total ion exchange capacity of 0.92 m equivalent / g.

B層を形成する含フッ素重合体Bは実施例1と同様にし、総イオン交換容量が1.05m当量/gのポリマーを得た。 The fluorine-containing polymer B forming the B layer was the same as in Example 1 to obtain a polymer having a total ion exchange capacity of 1.05 m equivalent / g.

得られたフッ素重合体Aとフッ素重合体Bを、2台の押し出し機、2層用の共押し出し用Tダイ、及び引き取り機を備えた装置により、共押しを行い、厚み170μmの2層フィルムを得た。該フィルムの断面を光学顕微鏡で観察した結果、A層の厚みが35μm、B層の厚みが135μmであった。 The obtained fluorine polymer A and fluorine polymer B are co-pressed by a device equipped with two extruders, a T-die for co-extrusion for two layers, and a take-up machine, and a two-layer film having a thickness of 170 μm is formed. Got As a result of observing the cross section of the film with an optical microscope, the thickness of the A layer was 35 μm and the thickness of the B layer was 135 μm.

この複合膜を、ジメチルスルホキシド(DMSO)30質量%、水酸化カリウム(KOH)15質量%を含む50℃の水溶液に1時間浸漬することでケン化した。その後、水酸化ナトリウム(NaOH)0.5N含む50℃の水溶液に1時間浸漬して、イオン交換基の対イオンをNaに置換し、続いて水洗した。さらに60℃で乾燥した。 This composite membrane was saponified by immersing it in an aqueous solution at 50 ° C. containing 30% by mass of dimethyl sulfoxide (DMSO) and 15% by mass of potassium hydroxide (KOH) for 1 hour. Then, it was immersed in an aqueous solution containing 0.5 N of sodium hydroxide (NaOH) at 50 ° C. for 1 hour to replace the counter ion of the ion exchange group with Na, and then washed with water. It was further dried at 60 ° C.

水とエタノールの50/50質量部の混合溶液に、総イオン交換容量が1.0m当量/gのCF=CFと、CF=CFOCFCF(CF)O(CFSOFの共重合体を加水分解してなるスルホン酸基を有するフッ素系重合体を20質量%溶解させた。その溶液に平均一次粒子径1μmの酸化ジルコニウム40質量%加え、ボールミルにて均一に分散させた懸濁液を得た。この懸濁液を前記加水分解および塩交換処理後のイオン交換膜の両面にスプレー法により塗布し乾燥させる事により、コーティング層を形成させた。 CF 2 = CF 2 and CF 2 = CFO CF 2 CF (CF 3 ) O (CF 2 ) 3 SO having a total ion exchange capacity of 1.0 m equivalent / g in a mixed solution of 50/50 parts by mass of water and ethanol. a copolymer of 2 F the fluorinated polymer having a hydrolyzable to become sulfonic acid groups was dissolved 20% by weight. 40% by mass of zirconium oxide having an average primary particle size of 1 μm was added to the solution, and a suspension uniformly dispersed by a ball mill was obtained. A coating layer was formed by applying this suspension to both surfaces of the ion exchange membrane after the hydrolysis and salt exchange treatment by a spray method and drying it.

このイオン交換膜のフッ素重合体層Aのイオンクラスター径は純水雰囲気で3.13nm、結晶指標は乾燥雰囲気で0.064であった。 The ion cluster diameter of the fluorine polymer layer A of this ion exchange membrane was 3.13 nm in a pure water atmosphere, and the crystal index was 0.064 in a dry atmosphere.

上記のようにして得られたイオン交換膜について、イオン交換膜の電解評価を行った。これらの結果を表1に示す。表1に示すように、6kA/mの電流密度で、1tのNaOHを作成するのに必要な電力消費量で電解性能を評価したところ、2075(kWh)であった。このように、2100(kWh)未満となり、低い消費電力を発現した。The ion exchange membrane obtained as described above was electrolyzed and evaluated. These results are shown in Table 1. As shown in Table 1, when the electrolytic performance was evaluated with the power consumption required to produce 1 ton of NaOH at a current density of 6 kA / m 2, it was 2075 (kWh). As described above, it was less than 2100 (kWh), and low power consumption was exhibited.

[実施例4]
A層を形成する含フッ素重合体Aとして、前記一般式(1)で表される単量体(X=F、X=F)と前記一般式(2)で表される単量体(a=1、b=2、Y=CF、R=CH)と、前記一般式(3)で表される単量体(c=1、d=2、Y=CF)をモル比86.2:13.3:0.5で共重合し、総イオン交換容量が0.95m当量/gのポリマーを得た以外は実施例1と同様にした。
[Example 4]
As the fluoropolymer A forming the A layer, the monomer represented by the general formula (1) (X 1 = F, X 2 = F) and the monomer represented by the general formula (2). (A = 1, b = 2, Y = CF 3 , R = CH 3 ) and the monomer represented by the general formula (3) (c = 1, d = 2, Y = CF 3 ) are polymerized. The same procedure as in Example 1 was carried out except that the polymer was copolymerized at a ratio of 86.2: 13.3: 0.5 to obtain a polymer having a total ion exchange capacity of 0.95 m equivalent / g.

B層を形成する含フッ素重合体Bは実施例1と同様にし、総イオン交換容量が1.05m当量/gのポリマーを得た。 The fluorine-containing polymer B forming the B layer was the same as in Example 1 to obtain a polymer having a total ion exchange capacity of 1.05 m equivalent / g.

得られたフッ素重合体Aとフッ素重合体Bを、2台の押し出し機、2層用の共押し出し用Tダイ、及び引き取り機を備えた装置により、共押しを行い、厚み170μmの2層フィルムを得た。該フィルムの断面を光学顕微鏡で観察した結果、A層の厚みが35μm、B層の厚みが135μmであった。 The obtained fluorine polymer A and fluorine polymer B are co-pressed by a device equipped with two extruders, a T-die for co-extrusion for two layers, and a take-up machine, and a two-layer film having a thickness of 170 μm is formed. Got As a result of observing the cross section of the film with an optical microscope, the thickness of the A layer was 35 μm and the thickness of the B layer was 135 μm.

この複合膜を、ジメチルスルホキシド(DMSO)30質量%、水酸化カリウム(KOH)15質量%を含む60℃の水溶液に1時間浸漬することでケン化した。その後、水酸化ナトリウム(NaOH)0.5N含む50℃の水溶液に1時間浸漬して、イオン交換基の対イオンをNaに置換し、続いて水洗した。さらに60℃で乾燥した。 This composite membrane was saponified by immersing it in an aqueous solution at 60 ° C. containing 30% by mass of dimethyl sulfoxide (DMSO) and 15% by mass of potassium hydroxide (KOH) for 1 hour. Then, it was immersed in an aqueous solution containing 0.5 N of sodium hydroxide (NaOH) at 50 ° C. for 1 hour to replace the counter ion of the ion exchange group with Na, and then washed with water. It was further dried at 60 ° C.

水とエタノールの50/50質量部の混合溶液に、総イオン交換容量が1.0m当量/gのCF=CFと、CF=CFOCFCF(CF)O(CFSOFの共重合体を加水分解してなるスルホン酸基を有するフッ素系重合体を20質量%溶解させた。その溶液に平均一次粒子径1μmの酸化ジルコニウム40質量%加え、ボールミルにて均一に分散させた懸濁液を得た。この懸濁液を前記加水分解および塩交換処理後のイオン交換膜の両面にスプレー法により塗布し乾燥させる事により、コーティング層を形成させた。 CF 2 = CF 2 and CF 2 = CFO CF 2 CF (CF 3 ) O (CF 2 ) 3 SO having a total ion exchange capacity of 1.0 m equivalent / g in a mixed solution of 50/50 parts by mass of water and ethanol. a copolymer of 2 F the fluorinated polymer having a hydrolyzable to become sulfonic acid groups was dissolved 20% by weight. 40% by mass of zirconium oxide having an average primary particle size of 1 μm was added to the solution, and a suspension uniformly dispersed by a ball mill was obtained. A coating layer was formed by applying this suspension to both surfaces of the ion exchange membrane after the hydrolysis and salt exchange treatment by a spray method and drying it.

このイオン交換膜のフッ素重合体層Aのイオンクラスター径は純水雰囲気で3.21nm、結晶指標は乾燥雰囲気で0.057であった。 The ion cluster diameter of the fluorine polymer layer A of this ion exchange membrane was 3.21 nm in a pure water atmosphere, and the crystal index was 0.057 in a dry atmosphere.

上記のようにして得られたイオン交換膜について、イオン交換膜の電解評価を行った。これらの結果を表1に示す。表1に示すように、6kA/mの電流密度で、1tのNaOHを作成するのに必要な電力消費量で電解性能を評価したところ、2084(kWh)であった。このように、2100(kWh)未満となり、低い消費電力を発現した。The ion exchange membrane obtained as described above was electrolyzed and evaluated. These results are shown in Table 1. As shown in Table 1, when the electrolytic performance was evaluated with the power consumption required to produce 1 ton of NaOH at a current density of 6 kA / m 2, it was 2084 (kWh). As described above, it was less than 2100 (kWh), and low power consumption was exhibited.

[実施例5]
A層を形成する含フッ素重合体Aとして、前記一般式(1)で表される単量体(X=F、X=F)と前記一般式(2)で表される単量体(a=1、b=2、Y=CF、R=CH)と、前記一般式(3)で表される単量体(c=1、d=2、Y=CF)をモル比86.3:12.5:1.2で共重合し、総イオン交換容量が0.95m当量/gのポリマーを得た以外は実施例1と同様にした。
[Example 5]
As the fluoropolymer A forming the A layer, the monomer represented by the general formula (1) (X 1 = F, X 2 = F) and the monomer represented by the general formula (2). (A = 1, b = 2, Y = CF 3 , R = CH 3 ) and the monomer represented by the general formula (3) (c = 1, d = 2, Y = CF 3 ) are polymerized. The same procedure as in Example 1 was carried out except that the polymer was copolymerized at a ratio of 86.3: 12.5: 1.2 to obtain a polymer having a total ion exchange capacity of 0.95 m equivalent / g.

B層を形成する含フッ素重合体Bは実施例1と同様にし、総イオン交換容量が1.05m当量/gのポリマーを得た。 The fluorine-containing polymer B forming the B layer was the same as in Example 1 to obtain a polymer having a total ion exchange capacity of 1.05 m equivalent / g.

得られたフッ素重合体Aとフッ素重合体Bを、2台の押し出し機、2層用の共押し出し用Tダイ、及び引き取り機を備えた装置により、共押しを行い、厚み170μmの2層フィルムを得た。該フィルムの断面を光学顕微鏡で観察した結果、A層の厚みが35μm、B層の厚みが135μmであった。 The obtained fluorine polymer A and fluorine polymer B are co-pressed by a device equipped with two extruders, a T-die for co-extrusion for two layers, and a take-up machine, and a two-layer film having a thickness of 170 μm is formed. Got As a result of observing the cross section of the film with an optical microscope, the thickness of the A layer was 35 μm and the thickness of the B layer was 135 μm.

この複合膜を、ジメチルスルホキシド(DMSO)30質量%、水酸化カリウム(KOH)15質量%を含む65℃の水溶液に1時間浸漬することでケン化した。その後、水酸化ナトリウム(NaOH)0.5N含む50℃の水溶液に1時間浸漬して、イオン交換基の対イオンをNaに置換し、続いて水洗した。さらに60℃で乾燥した。 This composite membrane was saponified by immersing it in an aqueous solution at 65 ° C. containing 30% by mass of dimethyl sulfoxide (DMSO) and 15% by mass of potassium hydroxide (KOH) for 1 hour. Then, it was immersed in an aqueous solution containing 0.5 N of sodium hydroxide (NaOH) at 50 ° C. for 1 hour to replace the counter ion of the ion exchange group with Na, and then washed with water. It was further dried at 60 ° C.

水とエタノールの50/50質量部の混合溶液に、総イオン交換容量が1.0m当量/gのCF=CFと、CF=CFOCFCF(CF)O(CFSOFの共重合体を加水分解してなるスルホン酸基を有するフッ素系重合体を20質量%溶解させた。その溶液に平均一次粒子径1μmの酸化ジルコニウム40質量%加え、ボールミルにて均一に分散させた懸濁液を得た。この懸濁液を前記加水分解および塩交換処理後のイオン交換膜の両面にスプレー法により塗布し乾燥させる事により、コーティング層を形成させた。 CF 2 = CF 2 and CF 2 = CFO CF 2 CF (CF 3 ) O (CF 2 ) 3 SO having a total ion exchange capacity of 1.0 m equivalent / g in a mixed solution of 50/50 parts by mass of water and ethanol. a copolymer of 2 F the fluorinated polymer having a hydrolyzable to become sulfonic acid groups was dissolved 20% by weight. 40% by mass of zirconium oxide having an average primary particle size of 1 μm was added to the solution, and a suspension uniformly dispersed by a ball mill was obtained. A coating layer was formed by applying this suspension to both surfaces of the ion exchange membrane after the hydrolysis and salt exchange treatment by a spray method and drying it.

このイオン交換膜のフッ素重合体層Aのイオンクラスター径は純水雰囲気で3.24nm、結晶指標は乾燥雰囲気で0.059であった。 The ion cluster diameter of the fluorine polymer layer A of this ion exchange membrane was 3.24 nm in a pure water atmosphere, and the crystal index was 0.059 in a dry atmosphere.

上記のようにして得られたイオン交換膜について、イオン交換膜の電解評価を行った。これらの結果を表1に示す。表1に示すように、6kA/mの電流密度で、1tのNaOHを作成するのに必要な電力消費量で電解性能を評価したところ、2065(kWh)であった。このように、2100(kWh)未満となり、低い消費電力を発現した。The ion exchange membrane obtained as described above was electrolyzed and evaluated. These results are shown in Table 1. As shown in Table 1, when the electrolytic performance was evaluated with the power consumption required to produce 1 ton of NaOH at a current density of 6 kA / m 2, it was 2065 (kWh). As described above, it was less than 2100 (kWh), and low power consumption was exhibited.

[実施例6]
A層を形成する含フッ素重合体Aとして、前記一般式(1)で表される単量体(X=F、X=F)と前記一般式(2)で表される単量体(a=1、b=2、Y=CF、R=CH)と、前記一般式(3)で表される単量体(c=1、d=2、Y=CF)をモル比85.2:14.6:0.2で共重合し、総イオン交換容量が1.00m当量/gのポリマーを得た以外は実施例1と同様にした。
[Example 6]
As the fluoropolymer A forming the A layer, the monomer represented by the general formula (1) (X 1 = F, X 2 = F) and the monomer represented by the general formula (2). (A = 1, b = 2, Y = CF 3 , R = CH 3 ) and the monomer represented by the general formula (3) (c = 1, d = 2, Y = CF 3 ) are polymerized. The same procedure as in Example 1 was carried out except that the polymer was copolymerized at a ratio of 85.2: 14.6: 0.2 to obtain a polymer having a total ion exchange capacity of 1.00 m equivalent / g.

B層を形成する含フッ素重合体Bは実施例1と同様にし、総イオン交換容量が1.05m当量/gのポリマーを得た。 The fluorine-containing polymer B forming the B layer was the same as in Example 1 to obtain a polymer having a total ion exchange capacity of 1.05 m equivalent / g.

得られたフッ素重合体Aとフッ素重合体Bを、2台の押し出し機、2層用の共押し出し用Tダイ、及び引き取り機を備えた装置により、共押しを行い、厚み170μmの2層フィルムを得た。該フィルムの断面を光学顕微鏡で観察した結果、A層の厚みが35μm、B層の厚みが135μmであった。 The obtained fluorine polymer A and fluorine polymer B are co-pressed by a device equipped with two extruders, a T-die for co-extrusion for two layers, and a take-up machine, and a two-layer film having a thickness of 170 μm is formed. Got As a result of observing the cross section of the film with an optical microscope, the thickness of the A layer was 35 μm and the thickness of the B layer was 135 μm.

この複合膜を、ジメチルスルホキシド(DMSO)30質量%、水酸化カリウム(KOH)15質量%を含む85℃の水溶液に1時間浸漬することでケン化した。その後、水酸化ナトリウム(NaOH)0.5N含む50℃の水溶液に1時間浸漬して、イオン交換基の対イオンをNaに置換し、続いて水洗した。さらに60℃で乾燥した。 This composite membrane was saponified by immersing it in an aqueous solution at 85 ° C. containing 30% by mass of dimethyl sulfoxide (DMSO) and 15% by mass of potassium hydroxide (KOH) for 1 hour. Then, it was immersed in an aqueous solution containing 0.5 N of sodium hydroxide (NaOH) at 50 ° C. for 1 hour to replace the counter ion of the ion exchange group with Na, and then washed with water. It was further dried at 60 ° C.

水とエタノールの50/50質量部の混合溶液に、総イオン交換容量が1.0m当量/gのCF=CFと、CF=CFOCFCF(CF)O(CFSOFの共重合体を加水分解してなるスルホン酸基を有するフッ素系重合体を20質量%溶解させた。その溶液に平均一次粒子径1μmの酸化ジルコニウム40質量%加え、ボールミルにて均一に分散させた懸濁液を得た。この懸濁液を前記加水分解および塩交換処理後のイオン交換膜の両面にスプレー法により塗布し乾燥させる事により、コーティング層を形成させた。 CF 2 = CF 2 and CF 2 = CFO CF 2 CF (CF 3 ) O (CF 2 ) 3 SO having a total ion exchange capacity of 1.0 m equivalent / g in a mixed solution of 50/50 parts by mass of water and ethanol. a copolymer of 2 F the fluorinated polymer having a hydrolyzable to become sulfonic acid groups was dissolved 20% by weight. 40% by mass of zirconium oxide having an average primary particle size of 1 μm was added to the solution, and a suspension uniformly dispersed by a ball mill was obtained. A coating layer was formed by applying this suspension to both surfaces of the ion exchange membrane after the hydrolysis and salt exchange treatment by a spray method and drying it.

このイオン交換膜のフッ素重合体層Aのイオンクラスター径は純水雰囲気で3.34nm、結晶指標は乾燥雰囲気で0.046であった。 The ion cluster diameter of the fluorine polymer layer A of this ion exchange membrane was 3.34 nm in a pure water atmosphere, and the crystal index was 0.046 in a dry atmosphere.

上記のようにして得られたイオン交換膜について、イオン交換膜の電解評価を行った。これらの結果を表1に示す。表1に示すように、6kA/mの電流密度で、1tのNaOHを作成するのに必要な電力消費量で電解性能を評価したところ、2071(kWh)であった。このように、2100(kWh)未満となり、低い消費電力を発現した。The ion exchange membrane obtained as described above was electrolyzed and evaluated. These results are shown in Table 1. As shown in Table 1, when the electrolytic performance was evaluated with the power consumption required to produce 1 ton of NaOH at a current density of 6 kA / m 2, it was 2071 (kWh). As described above, it was less than 2100 (kWh), and low power consumption was exhibited.

[実施例7]
A層を形成する含フッ素重合体Aとして、前記一般式(1)で表される単量体(X=F、X=F)と前記一般式(2)で表される単量体(a=1、b=2、Y=CF、R=CH)と、前記一般式(3)で表される単量体(c=1、d=2、Y=CF)をモル比88.1:10.1:1.8で共重合し、総イオン交換容量が0.86m当量/gのポリマーを実施例1と同様の方法で得た。
[Example 7]
As the fluoropolymer A forming the A layer, the monomer represented by the general formula (1) (X 1 = F, X 2 = F) and the monomer represented by the general formula (2). (A = 1, b = 2, Y = CF 3 , R = CH 3 ) and the monomer represented by the general formula (3) (c = 1, d = 2, Y = CF 3 ) are polymerized. Copolymerization was carried out at a ratio of 88.1: 10.1: 1.8 to obtain a polymer having a total ion exchange capacity of 0.86 m equivalent / g in the same manner as in Example 1.

B層を形成する含フッ素重合体Bは実施例1と同様にし、総イオン交換容量が1.05m当量/gのポリマーを得た。 The fluorine-containing polymer B forming the B layer was the same as in Example 1 to obtain a polymer having a total ion exchange capacity of 1.05 m equivalent / g.

得られたフッ素重合体Aとフッ素重合体Bを、2台の押し出し機、2層用の共押し出し用Tダイ、及び引き取り機を備えた装置により、共押しを行い、厚み170μmの2層フィルムを得た。該フィルムの断面を光学顕微鏡で観察した結果、A層の厚みが35μm、B層の厚みが135μmであった。 The obtained fluorine polymer A and fluorine polymer B are co-pressed by a device equipped with two extruders, a T-die for co-extrusion for two layers, and a take-up machine, and a two-layer film having a thickness of 170 μm is formed. Got As a result of observing the cross section of the film with an optical microscope, the thickness of the A layer was 35 μm and the thickness of the B layer was 135 μm.

この複合膜を、ジメチルスルホキシド(DMSO)30質量%、水酸化カリウム(KOH)15質量%を含む85℃の水溶液に1時間浸漬することでケン化した。その後、水酸化ナトリウム(NaOH)0.5N含む50℃の水溶液に1時間浸漬して、イオン交換基の対イオンをNaに置換し、続いて水洗した。さらに60℃で乾燥した。 This composite membrane was saponified by immersing it in an aqueous solution at 85 ° C. containing 30% by mass of dimethyl sulfoxide (DMSO) and 15% by mass of potassium hydroxide (KOH) for 1 hour. Then, it was immersed in an aqueous solution containing 0.5 N of sodium hydroxide (NaOH) at 50 ° C. for 1 hour to replace the counter ion of the ion exchange group with Na, and then washed with water. It was further dried at 60 ° C.

水とエタノールの50/50質量部の混合溶液に、総イオン交換容量が1.0m当量/gのCF=CFと、CF=CFOCFCF(CF)O(CFSOFの共重合体を加水分解してなるスルホン酸基を有するフッ素系重合体を20質量%溶解させた。その溶液に平均一次粒子径1μmの酸化ジルコニウム40質量%加え、ボールミルにて均一に分散させた懸濁液を得た。この懸濁液を前記加水分解および塩交換処理後のイオン交換膜の両面にスプレー法により塗布し乾燥させる事により、コーティング層を形成させた。 CF 2 = CF 2 and CF 2 = CFO CF 2 CF (CF 3 ) O (CF 2 ) 3 SO having a total ion exchange capacity of 1.0 m equivalent / g in a mixed solution of 50/50 parts by mass of water and ethanol. a copolymer of 2 F the fluorinated polymer having a hydrolyzable to become sulfonic acid groups was dissolved 20% by weight. 40% by mass of zirconium oxide having an average primary particle size of 1 μm was added to the solution, and a suspension uniformly dispersed by a ball mill was obtained. A coating layer was formed by applying this suspension to both surfaces of the ion exchange membrane after the hydrolysis and salt exchange treatment by a spray method and drying it.

このイオン交換膜のフッ素重合体層Aのイオンクラスター径は純水雰囲気で3.12nm、結晶指標は乾燥雰囲気で0.08であった。 The ion cluster diameter of the fluorine polymer layer A of this ion exchange membrane was 3.12 nm in a pure water atmosphere, and the crystal index was 0.08 in a dry atmosphere.

上記のようにして得られたイオン交換膜について、イオン交換膜の電解評価を行った。これらの結果を表1に示す。表1に示すように、6kA/mの電流密度で、1tのNaOHを作成するのに必要な電力消費量で電解性能を評価したところ、2084(kWh)であった。このように、2100(kWh)未満となり、低い消費電力を発現した。The ion exchange membrane obtained as described above was electrolyzed and evaluated. These results are shown in Table 1. As shown in Table 1, when the electrolytic performance was evaluated with the power consumption required to produce 1 ton of NaOH at a current density of 6 kA / m 2, it was 2084 (kWh). As described above, it was less than 2100 (kWh), and low power consumption was exhibited.

[実施例8]
A層を形成する含フッ素重合体Aとして、一般式(1)で表される単量体(X=F、X=F)と一般式(2)で表される単量体(a=1、b=2、Y=CF、R=CH)と、下記一般式(4)(e=1、f=2、Y=CF)で表される単量体とをモル比87.0:12.6:0.4で共重合し、総イオン交換容量が0.89m当量/gのポリマーを得た以外は実施例1と同様にした。
CF=CF−(OCFCYF)−O−(CF−CF (4)
[Example 8]
As the fluoropolymer A forming the A layer, the monomer represented by the general formula (1) (X 1 = F, X 2 = F) and the monomer represented by the general formula (2) (a). = 1, b = 2, Y = CF 3 , R = CH 3 ) and the monomer represented by the following general formula (4) (e = 1, f = 2, Y = CF 3) in molar ratio. The same procedure as in Example 1 was carried out except that the polymer was copolymerized at 87.0: 12.6: 0.4 to obtain a polymer having a total ion exchange capacity of 0.89 m equivalent / g.
CF 2 = CF- (OCF 2 CYF) e- O- (CF 2 ) f- CF 3 (4)

B層を形成する含フッ素重合体Bは実施例1と同様にし、総イオン交換容量が1.05m当量/gのポリマーを得た。 The fluorine-containing polymer B forming the B layer was the same as in Example 1 to obtain a polymer having a total ion exchange capacity of 1.05 m equivalent / g.

得られたフッ素重合体Aとフッ素重合体Bを、2台の押し出し機、2層用の共押し出し用Tダイ、及び引き取り機を備えた装置により、共押しを行い、厚み170μmの2層フィルムを得た。該フィルムの断面を光学顕微鏡で観察した結果、A層の厚みが35μm、B層の厚みが135μmであった。 The obtained fluorine polymer A and fluorine polymer B are co-pressed by a device equipped with two extruders, a T-die for co-extrusion for two layers, and a take-up machine, and a two-layer film having a thickness of 170 μm is formed. Got As a result of observing the cross section of the film with an optical microscope, the thickness of the A layer was 35 μm and the thickness of the B layer was 135 μm.

この複合膜を、ジメチルスルホキシド(DMSO)30質量%、水酸化カリウム(KOH)15質量%を含む50℃の水溶液に1時間浸漬することでケン化した。その後、水酸化ナトリウム(NaOH)0.5N含む50℃の水溶液に1時間浸漬して、イオン交換基の対イオンをNaに置換し、続いて水洗した。さらに60℃で乾燥した。 This composite membrane was saponified by immersing it in an aqueous solution at 50 ° C. containing 30% by mass of dimethyl sulfoxide (DMSO) and 15% by mass of potassium hydroxide (KOH) for 1 hour. Then, it was immersed in an aqueous solution containing 0.5 N of sodium hydroxide (NaOH) at 50 ° C. for 1 hour to replace the counter ion of the ion exchange group with Na, and then washed with water. It was further dried at 60 ° C.

水とエタノールの50/50質量部の混合溶液に、総イオン交換容量が1.0m当量/gのCF=CFと、CF=CFOCFCF(CF)O(CFSOFの共重合体を加水分解してなるスルホン酸基を有するフッ素系重合体を20質量%溶解させた。その溶液に平均一次粒子径1μmの酸化ジルコニウム40質量%加え、ボールミルにて均一に分散させた懸濁液を得た。この懸濁液を前記加水分解および塩交換処理後のイオン交換膜の両面にスプレー法により塗布し乾燥させる事により、コーティング層を形成させた。 CF 2 = CF 2 and CF 2 = CFO CF 2 CF (CF 3 ) O (CF 2 ) 3 SO having a total ion exchange capacity of 1.0 m equivalent / g in a mixed solution of 50/50 parts by mass of water and ethanol. a copolymer of 2 F the fluorinated polymer having a hydrolyzable to become sulfonic acid groups was dissolved 20% by weight. 40% by mass of zirconium oxide having an average primary particle size of 1 μm was added to the solution, and a suspension uniformly dispersed by a ball mill was obtained. A coating layer was formed by applying this suspension to both surfaces of the ion exchange membrane after the hydrolysis and salt exchange treatment by a spray method and drying it.

このイオン交換膜のフッ素重合体層Aのイオンクラスター径は純水雰囲気で3.13nm、結晶指標は乾燥雰囲気で0.075であった。 The ion cluster diameter of the fluorine polymer layer A of this ion exchange membrane was 3.13 nm in a pure water atmosphere, and the crystal index was 0.075 in a dry atmosphere.

上記のようにして得られたイオン交換膜について、イオン交換膜の電解評価を行った。これらの結果を表1に示す。表1に示すように、6kA/mの電流密度で、1tのNaOHを作成するのに必要な電力消費量で電解性能を評価したところ、2089(kWh)であった。このように、2100(kWh)未満となり、低い消費電力を発現した。The ion exchange membrane obtained as described above was electrolyzed and evaluated. These results are shown in Table 1. As shown in Table 1, when the electrolytic performance was evaluated with the power consumption required to produce 1 ton of NaOH at a current density of 6 kA / m 2, it was 2089 (kWh). As described above, it was less than 2100 (kWh), and low power consumption was exhibited.

[実施例9]
A層を形成する含フッ素重合体Aとして、一般式(1)で表される単量体(X=F、X=F)と一般式(2)で表される単量体(a=1、b=2、Y=CF、R=CH)と、一般式(3)で表される単量体(c=1、d=2、Y=CF)をモル比86.9:11.9:1.2で共重合し、総イオン交換容量が0.92m当量/gのポリマーを得た以外は実施例1と同様にした。
[Example 9]
As the fluoropolymer A forming the A layer, the monomer represented by the general formula (1) (X 1 = F, X 2 = F) and the monomer represented by the general formula (2) (a). = 1, b = 2, Y = CF 3 , R = CH 3 ) and the monomer represented by the general formula (3) (c = 1, d = 2, Y = CF 3 ) in a molar ratio of 86. The same procedure as in Example 1 was carried out except that the polymer was copolymerized at 9: 11.9: 1.2 to obtain a polymer having a total ion exchange capacity of 0.92 m equivalent / g.

B層を形成する含フッ素重合体B−1は実施例1と同様にし、総イオン交換容量が1.05m当量/gのポリマーを得た。 The fluorine-containing polymer B-1 forming the B layer was the same as in Example 1 to obtain a polymer having a total ion exchange capacity of 1.05 m equivalent / g.

また、B層を形成する含フッ素重合体B−2として、一般式(1)で表される単量体(X=F、X=F)と一般式(3)で表される単量体(c=1、d=2、Y=CF)とをモル比5.7:1で共重合し、総イオン交換容量が0.98m当量/gのポリマーを得た以外は実施例1と同様にした。Further, as the fluorine-containing polymer B-2 forming the B layer, the monomer represented by the general formula (1) (X 1 = F, X 2 = F) and the simple compound represented by the general formula (3). Examples except that a polymer (c = 1, d = 2, Y = CF 3 ) was copolymerized at a molar ratio of 5.7: 1 to obtain a polymer having a total ion exchange capacity of 0.98 m equivalent / g. Same as 1.

フッ素重合体Aとフッ素重合体B−2を準備し、2台の押し出し機、2層用の共押し出し用Tダイ、及び引き取り機を備えた装置により、共押しを行い、厚み93μmの2層フィルムを得た。該フィルムの断面を光学顕微鏡で観察した結果、含フッ素重合体層B−2の厚みが80μm、層Aの厚みが13μmであった。また、単層Tダイにて厚み20μmの層B−1の単層フィルムを得た。 Fluorine polymer A and fluorine polymer B-2 are prepared and co-pushed by a device equipped with two extrusion machines, a T-die for co-extrusion for two layers, and a take-up machine, and two layers having a thickness of 93 μm are used. I got a film. As a result of observing the cross section of the film with an optical microscope, the thickness of the fluorine-containing polymer layer B-2 was 80 μm, and the thickness of the layer A was 13 μm. Further, a single-layer film of layer B-1 having a thickness of 20 μm was obtained with a single-layer T-die.

続いて、内部に加熱源及び真空源を有し、表面に多数の微細孔を有するドラム上に、透気性のある耐熱離型紙、単層フィルム、強化芯材、2層フィルムを順番に積層した。そして、230℃の温度及び−650mmHgの減圧下で、各材料間の空気を排除しながら一体化し、複合膜を得た。得られた複合膜におけるB層には、上記のとおり強化芯材が含まれているが、下記の表中では、当該強化芯材の厚みを除いた厚みとして、B層の厚みを100μmと記した。 Subsequently, a breathable heat-resistant paper pattern, a single-layer film, a reinforced core material, and a two-layer film were laminated in this order on a drum having a heating source and a vacuum source inside and having a large number of micropores on the surface. .. Then, under a temperature of 230 ° C. and a reduced pressure of −650 mmHg, the materials were integrated while removing air between the materials to obtain a composite film. The B layer in the obtained composite film contains the reinforcing core material as described above, but in the table below, the thickness of the B layer is described as 100 μm as the thickness excluding the thickness of the reinforcing core material. bottom.

なお、上記において、使用した強化芯材は次のとおりであった。ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)製100デニールのテープヤーンに900回/mの撚りをかけ糸状としたものと、補助繊維(犠牲糸)の経糸として30デニール、6フィラメントのポリエチレンテレフタレート(PET)を200回/mの撚りをかけたもの、緯糸として35デニール、8フィラメントのPET製の糸に10回/mの撚りをかけたものを準備し、これらの糸をPTFE糸が24本/インチ、犠牲糸がPTFEに対して4倍の64本/インチとなるよう交互配列で平織りして厚み100μmの織布を得た。得られた織布を加熱された金属ロールで圧着し織布の厚みを70μmに調整した。このとき、PTFE糸のみの開口率は75%であった。 The reinforced core material used in the above was as follows. Polytetrafluoroethylene (PTFE) 100 denier tape yarn is twisted 900 times / m to form a yarn, and 30 denier, 6 filament polyethylene terephthalate (PET) is used as the warp of the auxiliary fiber (sacrificial yarn). Prepare one with a twist of times / m, 35 denier as a weft, and one with a twist of 10 times / m on an 8-filament PET yarn, and sacrifice these yarns with 24 PTFE yarns / inch. A woven fabric having a thickness of 100 μm was obtained by plain weaving in an alternating arrangement so that the yarns were 64 threads / inch, which was four times that of PTFE. The obtained woven fabric was crimped with a heated metal roll to adjust the thickness of the woven fabric to 70 μm. At this time, the aperture ratio of only the PTFE yarn was 75%.

この複合膜を、ジメチルスルホキシド(DMSO)30質量%、水酸化カリウム(KOH)15質量%を含む60℃の水溶液に1時間浸漬することでケン化した。その後、水酸化ナトリウム(NaOH)0.5N含む50℃の水溶液に1時間浸漬して、イオン交換基の対イオンをNaに置換し、続いて水洗した。さらに60℃で乾燥した。 This composite membrane was saponified by immersing it in an aqueous solution at 60 ° C. containing 30% by mass of dimethyl sulfoxide (DMSO) and 15% by mass of potassium hydroxide (KOH) for 1 hour. Then, it was immersed in an aqueous solution containing 0.5 N of sodium hydroxide (NaOH) at 50 ° C. for 1 hour to replace the counter ion of the ion exchange group with Na, and then washed with water. It was further dried at 60 ° C.

水とエタノールの50/50質量部の混合溶液に、総イオン交換容量が1.0m当量/gのCF=CFと、CF=CFOCFCF(CF)O(CFSOFの共重合体を加水分解してなるスルホン酸基を有するフッ素系重合体を20質量%溶解させた。その溶液に平均一次粒子径1μmの酸化ジルコニウム40質量%加え、ボールミルにて均一に分散させた懸濁液を得た。この懸濁液を前記加水分解および塩交換処理後のイオン交換膜の両面にスプレー法により塗布し乾燥させる事により、コーティング層を形成させた。 CF 2 = CF 2 and CF 2 = CFO CF 2 CF (CF 3 ) O (CF 2 ) 3 SO having a total ion exchange capacity of 1.0 m equivalent / g in a mixed solution of 50/50 parts by mass of water and ethanol. a copolymer of 2 F the fluorinated polymer having a hydrolyzable to become sulfonic acid groups was dissolved 20% by weight. 40% by mass of zirconium oxide having an average primary particle size of 1 μm was added to the solution, and a suspension uniformly dispersed by a ball mill was obtained. A coating layer was formed by applying this suspension to both surfaces of the ion exchange membrane after the hydrolysis and salt exchange treatment by a spray method and drying it.

このイオン交換膜のフッ素重合体層Aのイオンクラスター径は純水雰囲気で3.13nm、結晶指標は乾燥雰囲気で0.064であった。 The ion cluster diameter of the fluorine polymer layer A of this ion exchange membrane was 3.13 nm in a pure water atmosphere, and the crystal index was 0.064 in a dry atmosphere.

上記のようにして得られたイオン交換膜について、イオン交換膜の電解評価を行った。これらの結果を表1に示す。表1に示すように、6kA/mの電流密度で、1tのNaOHを作成するのに必要な電力消費量で電解性能を評価したところ、2001(kWh)であった。このように。2100(kWh)未満となり、低い消費電力を発現した。The ion exchange membrane obtained as described above was electrolyzed and evaluated. These results are shown in Table 1. As shown in Table 1, when the electrolytic performance was evaluated with the power consumption required to produce 1 ton of NaOH at a current density of 6 kA / m 2, it was 2001 (kWh). in this way. It was less than 2100 (kWh) and exhibited low power consumption.

[実施例10]
含フッ素重合体Aとして、一般式(1)で表わされる単量体(X=F、X=F)と一般式(2)で表される単量体(a=1、b=2、Y=CF、R=CH)をモル比87.3:12.7で共重合し、総イオン交換容量が0.90m当量/gのポリマーを得た。
[Example 10]
As the fluorine-containing polymer A, the monomer represented by the general formula (1) (X 1 = F, X 2 = F) and the monomer represented by the general formula (2) (a = 1, b = 2). , Y = CF 3 , R = CH 3 ) were copolymerized at a molar ratio of 87.3: 12.7 to obtain a polymer having a total ion exchange capacity of 0.90 m equivalent / g.

尚、含フッ素重合体Aは、より詳細には、以下に示す溶液重合により作製した。 The fluorine-containing polymer A was prepared in more detail by the solution polymerization shown below.

まず、ステンレス製20LオートクレーブにCF=CFOCFCF(CF)O(CFCOOCHと、HFC−43−10mee溶液を仕込み、容器内を充分に窒素置換した後、さらにCF=CF(TFE)で置換し、容器内の温度が35℃で安定になるまで加温してTFEで加圧した。 First, CF 2 = CFOCF 2 CF (CF 3 ) O (CF 2 ) 2 COOCH 3 and HFC-43-10mee solution are charged in a stainless steel 20L autoclave, and the inside of the container is sufficiently replaced with nitrogen, and then CF 2 = It was replaced with CF 2 (TFE), warmed until the temperature inside the container became stable at 35 ° C., and pressurized with TFE.

次いで、重合開始剤として(CFCFCFCOO)の5%HFC43−10mee溶液を入れて、反応を開始した。この際、連鎖移動剤としてメタノールを加えた。35℃で攪拌しながらTFEを断続的にフィードしつつ、途中でメタノールを入れ、TFE圧力を降下させて、TFEを所定量供給したところで重合を停止した。未反応TFEを系外に放出した後、得られた重合液にメタノールを加えて含フッ素重合体を凝集、及び分離した。さらに、乾燥した後、含フッ素重合体Aを得た。得られた含フッ素重合体は2軸押出し機にてペレット化した。Then, a 5% HFC43-10mee solution of (CF 3 CF 2 CF 2 COO) 2 was added as a polymerization initiator to initiate the reaction. At this time, methanol was added as a chain transfer agent. While intermittently feeding TFE with stirring at 35 ° C., methanol was added in the middle to lower the TFE pressure, and polymerization was stopped when a predetermined amount of TFE was supplied. After releasing the unreacted TFE out of the system, methanol was added to the obtained polymerization solution to aggregate and separate the fluorine-containing polymer. Further, after drying, a fluorine-containing polymer A was obtained. The obtained fluorine-containing polymer was pelletized by a twin-screw extruder.

B層を形成する含フッ素重合体Bは実施例1と同様にし、総イオン交換容量が1.05m当量/gのポリマーを得た。 The fluorine-containing polymer B forming the B layer was the same as in Example 1 to obtain a polymer having a total ion exchange capacity of 1.05 m equivalent / g.

得られたフッ素重合体Aとフッ素重合体Bを、2台の押し出し機、2層用の共押し出し用Tダイ、及び引き取り機を備えた装置により、共押しを行い、厚み170μmの2層フィルムを得た。該フィルムの断面を光学顕微鏡で観察した結果、A層の厚みが35μm、B層の厚みが135μmであった。 The obtained fluorine polymer A and fluorine polymer B are co-pressed by a device equipped with two extruders, a T-die for co-extrusion for two layers, and a take-up machine, and a two-layer film having a thickness of 170 μm is formed. Got As a result of observing the cross section of the film with an optical microscope, the thickness of the A layer was 35 μm and the thickness of the B layer was 135 μm.

この複合膜を、ジメチルスルホキシド(DMSO)30質量%、水酸化カリウム(KOH)15質量%を含む50℃の水溶液に1時間浸漬することでケン化した。その後、水酸化ナトリウム(NaOH)0.5N含む50℃の水溶液に1時間浸漬して、イオン交換基の対イオンをNaに置換し、続いて水洗した。さらに60℃で乾燥した。 This composite membrane was saponified by immersing it in an aqueous solution at 50 ° C. containing 30% by mass of dimethyl sulfoxide (DMSO) and 15% by mass of potassium hydroxide (KOH) for 1 hour. Then, it was immersed in an aqueous solution containing 0.5 N of sodium hydroxide (NaOH) at 50 ° C. for 1 hour to replace the counter ion of the ion exchange group with Na, and then washed with water. It was further dried at 60 ° C.

水とエタノールの50/50質量部の混合溶液に、総イオン交換容量が1.0m当量/gのCF=CFと、CF=CFOCFCF(CF)O(CFSOFの共重合体を加水分解してなるスルホン酸基を有するフッ素系重合体を20質量%溶解させた。その溶液に平均一次粒子径1μmの酸化ジルコニウム40質量%加え、ボールミルにて均一に分散させた懸濁液を得た。この懸濁液を前記加水分解および塩交換処理後のイオン交換膜の両面にスプレー法により塗布し乾燥させる事により、コーティング層を形成させた。 CF 2 = CF 2 and CF 2 = CFO CF 2 CF (CF 3 ) O (CF 2 ) 3 SO having a total ion exchange capacity of 1.0 m equivalent / g in a mixed solution of 50/50 parts by mass of water and ethanol. a copolymer of 2 F the fluorinated polymer having a hydrolyzable to become sulfonic acid groups was dissolved 20% by weight. 40% by mass of zirconium oxide having an average primary particle size of 1 μm was added to the solution, and a suspension uniformly dispersed by a ball mill was obtained. A coating layer was formed by applying this suspension to both surfaces of the ion exchange membrane after the hydrolysis and salt exchange treatment by a spray method and drying it.

このイオン交換膜のフッ素重合体層Aのイオンクラスター径は純水雰囲気で3.13nm、結晶指標は乾燥雰囲気で0.087であった。 The ion cluster diameter of the fluorine polymer layer A of this ion exchange membrane was 3.13 nm in a pure water atmosphere, and the crystal index was 0.087 in a dry atmosphere.

上記のようにして得られたイオン交換膜について、イオン交換膜の電解評価を行った。これらの結果を表1に示す。表1に示すように、6kA/mの電流密度で、1tのNaOHを作成するのに必要な電力消費量で電解性能を評価したところ、2097(kWh)であった。このように、2100(kWh)未満となり、低い消費電力を発現した。The ion exchange membrane obtained as described above was electrolyzed and evaluated. These results are shown in Table 1. As shown in Table 1, when the electrolytic performance was evaluated with the power consumption required to produce 1 ton of NaOH at a current density of 6 kA / m 2, it was 2097 (kWh). As described above, it was less than 2100 (kWh), and low power consumption was exhibited.

[実施例11]
A層を形成する含フッ素重合体Aとして、一般式(1)で表される単量体(X=F、X=F)と一般式(2)で表される単量体(a=1、b=2、Y=CF、R=CH)と、下記一般式(5)(g=2)で表される単量体とをモル比88.2:10.4:1.4で共重合し、総イオン交換容量が0.87m当量/gのポリマーを得た以外は実施例1と同様にした。
CF=CF−O−(CF−SOF (5)
[Example 11]
As the fluoropolymer A forming the A layer, the monomer represented by the general formula (1) (X 1 = F, X 2 = F) and the monomer represented by the general formula (2) (a). = 1, b = 2, Y = CF 3 , R = CH 3 ) and the monomer represented by the following general formula (5) (g = 2) in a molar ratio of 88.2: 10.4: 1 The same procedure as in Example 1 was carried out except that the polymer was copolymerized in No. 4 to obtain a polymer having a total ion exchange capacity of 0.87 m equivalent / g.
CF 2 = CF-O- (CF 2 ) g- SO 2 F (5)

B層を形成する含フッ素重合体Bは実施例1と同様にし、交換容量が1.05m当量/gのポリマーを得た。 The fluorine-containing polymer B forming the B layer was the same as in Example 1 to obtain a polymer having an exchange capacity of 1.05 m equivalent / g.

得られたフッ素重合体Aとフッ素重合体Bを、2台の押し出し機、2層用の共押し出し用Tダイ、及び引き取り機を備えた装置により、共押しを行い、厚み170μmの2層フィルムを得た。該フィルムの断面を光学顕微鏡で観察した結果、A層の厚みが35μm、B層の厚みが135μmであった。 The obtained fluorine polymer A and fluorine polymer B are co-pressed by a device equipped with two extruders, a T-die for co-extrusion for two layers, and a take-up machine, and a two-layer film having a thickness of 170 μm is formed. Got As a result of observing the cross section of the film with an optical microscope, the thickness of the A layer was 35 μm and the thickness of the B layer was 135 μm.

この複合膜を、ジメチルスルホキシド(DMSO)30質量%、水酸化カリウム(KOH)15質量%を含む75℃の水溶液に1時間浸漬することでケン化した。その後、水酸化ナトリウム(NaOH)0.5N含む50℃の水溶液に1時間浸漬して、イオン交換基の対イオンをNaに置換し、続いて水洗した。さらに60℃で乾燥した。 This composite membrane was saponified by immersing it in an aqueous solution at 75 ° C. containing 30% by mass of dimethyl sulfoxide (DMSO) and 15% by mass of potassium hydroxide (KOH) for 1 hour. Then, it was immersed in an aqueous solution containing 0.5 N of sodium hydroxide (NaOH) at 50 ° C. for 1 hour to replace the counter ion of the ion exchange group with Na, and then washed with water. It was further dried at 60 ° C.

水とエタノールの50/50質量部の混合溶液に、総イオン交換容量が1.0m当量/gのCF=CFと、CF=CFOCFCF(CF)O(CFSOFの共重合体を加水分解してなるスルホン酸基を有するフッ素系重合体を20質量%溶解させた。その溶液に平均一次粒子径1μmの酸化ジルコニウム40質量%加え、ボールミルにて均一に分散させた懸濁液を得た。この懸濁液を前記加水分解および塩交換処理後のイオン交換膜の両面にスプレー法により塗布し乾燥させる事により、コーティング層を形成させた。 CF 2 = CF 2 and CF 2 = CFO CF 2 CF (CF 3 ) O (CF 2 ) 3 SO having a total ion exchange capacity of 1.0 m equivalent / g in a mixed solution of 50/50 parts by mass of water and ethanol. a copolymer of 2 F the fluorinated polymer having a hydrolyzable to become sulfonic acid groups was dissolved 20% by weight. 40% by mass of zirconium oxide having an average primary particle size of 1 μm was added to the solution, and a suspension uniformly dispersed by a ball mill was obtained. A coating layer was formed by applying this suspension to both surfaces of the ion exchange membrane after the hydrolysis and salt exchange treatment by a spray method and drying it.

このイオン交換膜のフッ素重合体層Aのイオンクラスター径は純水雰囲気で3.05nm、結晶指標は乾燥雰囲気で0.087であった。 The ion cluster diameter of the fluorine polymer layer A of this ion exchange membrane was 3.05 nm in a pure water atmosphere, and the crystal index was 0.087 in a dry atmosphere.

上記のようにして得られたイオン交換膜について、イオン交換膜の電解評価を行った。これらの結果を表1に示す。表1に示すように、6kA/mの電流密度で、1tのNaOHを作成するのに必要な電力消費量で電解性能を評価したところ、2084(kWh)であった。このように、2100(kWh)未満となり、低い消費電力を発現した。The ion exchange membrane obtained as described above was electrolyzed and evaluated. These results are shown in Table 1. As shown in Table 1, when the electrolytic performance was evaluated with the power consumption required to produce 1 ton of NaOH at a current density of 6 kA / m 2, it was 2084 (kWh). As described above, it was less than 2100 (kWh), and low power consumption was exhibited.

[実施例12]
A層を形成する含フッ素重合体Aとして、一般式(1)で表される単量体(X=F、X=F)と一般式(2)で表される単量体(a=1、b=2、Y=CF、R=CH)と、下記一般式(5)(g=2)で表される単量体とをモル比87.0:11.9:1.1で共重合し、総イオン交換容量が0.93m当量/gのポリマーを得た以外は実施例1と同様にした。
CF=CF−O−(CF−SOF (5)
[Example 12]
As the fluoropolymer A forming the A layer, the monomer represented by the general formula (1) (X 1 = F, X 2 = F) and the monomer represented by the general formula (2) (a). = 1, b = 2, Y = CF 3 , R = CH 3 ) and the monomer represented by the following general formula (5) (g = 2) in a molar ratio of 87.0: 11.9: 1. The same procedure as in Example 1 was carried out except that the polymer was copolymerized in Section 1 to obtain a polymer having a total ion exchange capacity of 0.93 m equivalent / g.
CF 2 = CF-O- (CF 2 ) g- SO 2 F (5)

B層を形成する含フッ素重合体Bは実施例1と同様にし、交換容量が1.05m当量/gのポリマーを得た。 The fluorine-containing polymer B forming the B layer was the same as in Example 1 to obtain a polymer having an exchange capacity of 1.05 m equivalent / g.

得られたフッ素重合体Aとフッ素重合体Bを、2台の押し出し機、2層用の共押し出し用Tダイ、及び引き取り機を備えた装置により、共押しを行い、厚み170μmの2層フィルムを得た。該フィルムの断面を光学顕微鏡で観察した結果、A層の厚みが35μm、B層の厚みが135μmであった。 The obtained fluorine polymer A and fluorine polymer B are co-pressed by a device equipped with two extruders, a T-die for co-extrusion for two layers, and a take-up machine, and a two-layer film having a thickness of 170 μm is formed. Got As a result of observing the cross section of the film with an optical microscope, the thickness of the A layer was 35 μm and the thickness of the B layer was 135 μm.

この複合膜を、ジメチルスルホキシド(DMSO)30質量%、水酸化カリウム(KOH)15質量%を含む50℃の水溶液に1時間浸漬することでケン化した。その後、水酸化ナトリウム(NaOH)0.5N含む50℃の水溶液に1時間浸漬して、イオン交換基の対イオンをNaに置換し、続いて水洗した。さらに60℃で乾燥した。 This composite membrane was saponified by immersing it in an aqueous solution at 50 ° C. containing 30% by mass of dimethyl sulfoxide (DMSO) and 15% by mass of potassium hydroxide (KOH) for 1 hour. Then, it was immersed in an aqueous solution containing 0.5 N of sodium hydroxide (NaOH) at 50 ° C. for 1 hour to replace the counter ion of the ion exchange group with Na, and then washed with water. It was further dried at 60 ° C.

水とエタノールの50/50質量部の混合溶液に、総イオン交換容量が1.0m当量/gのCF=CFと、CF=CFOCFCF(CF)O(CFSOFの共重合体を加水分解してなるスルホン酸基を有するフッ素系重合体を20質量%溶解させた。その溶液に平均一次粒子径1μmの酸化ジルコニウム40質量%加え、ボールミルにて均一に分散させた懸濁液を得た。この懸濁液を前記加水分解および塩交換処理後のイオン交換膜の両面にスプレー法により塗布し乾燥させる事により、コーティング層を形成させた。 CF 2 = CF 2 and CF 2 = CFO CF 2 CF (CF 3 ) O (CF 2 ) 3 SO having a total ion exchange capacity of 1.0 m equivalent / g in a mixed solution of 50/50 parts by mass of water and ethanol. a copolymer of 2 F the fluorinated polymer having a hydrolyzable to become sulfonic acid groups was dissolved 20% by weight. 40% by mass of zirconium oxide having an average primary particle size of 1 μm was added to the solution, and a suspension uniformly dispersed by a ball mill was obtained. A coating layer was formed by applying this suspension to both surfaces of the ion exchange membrane after the hydrolysis and salt exchange treatment by a spray method and drying it.

このイオン交換膜のフッ素重合体層Aのイオンクラスター径は純水雰囲気で3.24nm、結晶指標は乾燥雰囲気で0.071であった。 The ion cluster diameter of the fluorine polymer layer A of this ion exchange membrane was 3.24 nm in a pure water atmosphere, and the crystal index was 0.071 in a dry atmosphere.

上記のようにして得られたイオン交換膜について、イオン交換膜の電解評価を行った。これらの結果を表1に示す。表1に示すように、6kA/mの電流密度で、1tのNaOHを作成するのに必要な電力消費量で電解性能を評価したところ、2087(kWh)であった。このように、2100(kWh)未満となり、低い消費電力を発現した。The ion exchange membrane obtained as described above was electrolyzed and evaluated. These results are shown in Table 1. As shown in Table 1, when the electrolytic performance was evaluated with the power consumption required to produce 1 ton of NaOH at a current density of 6 kA / m 2, it was 2087 (kWh). As described above, it was less than 2100 (kWh), and low power consumption was exhibited.

[比較例1]
含フッ素重合体Aとして、一般式(1)で表わされる単量体(X=F、X=F)と一般式(2)で表される単量体(a=1、b=2、Y=CF、R=CH)をモル比88.3:11.7で共重合し、総イオン交換容量が0.85m当量/gのポリマーを得た。
[Comparative Example 1]
As the fluorine-containing polymer A, the monomer represented by the general formula (1) (X 1 = F, X 2 = F) and the monomer represented by the general formula (2) (a = 1, b = 2). , Y = CF 3 , R = CH 3 ) were copolymerized at a molar ratio of 88.3: 11.7 to obtain a polymer having a total ion exchange capacity of 0.85 m equivalent / g.

尚、含フッ素重合体Aは、より詳細には、以下に示す溶液重合により作製した。 The fluorine-containing polymer A was prepared in more detail by the solution polymerization shown below.

まず、ステンレス製20LオートクレーブにCF=CFOCFCF(CF)O(CFCOOCHと、HFC−43−10mee溶液を仕込み、容器内を充分に窒素置換した後、さらにCF=CF(TFE)で置換し、容器内の温度が35℃で安定になるまで加温してTFEで加圧した。 First, CF 2 = CFOCF 2 CF (CF 3 ) O (CF 2 ) 2 COOCH 3 and HFC-43-10mee solution are charged in a stainless steel 20L autoclave, and the inside of the container is sufficiently replaced with nitrogen, and then CF 2 = It was replaced with CF 2 (TFE), warmed until the temperature inside the container became stable at 35 ° C., and pressurized with TFE.

次いで、重合開始剤として(CFCFCFCOO)の5%HFC43−10mee溶液を入れて、反応を開始した。この際、連鎖移動剤としてメタノールを加えた。35℃で攪拌しながらTFEを断続的にフィードしつつ、途中でメタノールを入れ、TFE圧力を降下させて、TFEを所定量供給したところで重合を停止した。未反応TFEを系外に放出した後、得られた重合液にメタノールを加えて含フッ素重合体を凝集、及び分離した。さらに、乾燥した後、含フッ素重合体Aを得た。得られた含フッ素重合体は2軸押出し機にてペレット化した。Then, a 5% HFC43-10mee solution of (CF 3 CF 2 CF 2 COO) 2 was added as a polymerization initiator to initiate the reaction. At this time, methanol was added as a chain transfer agent. While intermittently feeding TFE with stirring at 35 ° C., methanol was added in the middle to lower the TFE pressure, and polymerization was stopped when a predetermined amount of TFE was supplied. After releasing the unreacted TFE out of the system, methanol was added to the obtained polymerization solution to aggregate and separate the fluorine-containing polymer. Further, after drying, a fluorine-containing polymer A was obtained. The obtained fluorine-containing polymer was pelletized by a twin-screw extruder.

B層を形成する含フッ素重合体Bは実施例1と同様にし、総イオン交換容量が1.05m当量/gのポリマーを得た。 The fluorine-containing polymer B forming the B layer was the same as in Example 1 to obtain a polymer having a total ion exchange capacity of 1.05 m equivalent / g.

得られた含フッ素重合体Aと含フッ素重合体Bを、2台の押し出し機、2層用の共押し出し用Tダイ、及び引き取り機を備えた装置により、共押しを行い、厚み170μmの2層フィルムを得た。該フィルムの断面を光学顕微鏡で観察した結果、A層の厚みが35μm、B層の厚みが135μmであった。 The obtained fluorine-containing polymer A and fluorine-containing polymer B were jointly pressed by a device equipped with two extrusion machines, a T-die for co-extrusion for two layers, and a take-up machine, and the thickness was 170 μm. A layered film was obtained. As a result of observing the cross section of the film with an optical microscope, the thickness of the A layer was 35 μm and the thickness of the B layer was 135 μm.

この複合膜を、ジメチルスルホキシド(DMSO)30質量%、水酸化カリウム(KOH)15質量%を含む85℃の水溶液に1時間浸漬することでケン化した。その後、水酸化ナトリウム(NaOH)0.5N含む50℃の水溶液に1時間浸漬して、イオン交換基の対イオンをNaに置換し、続いて水洗した。さらに60℃で乾燥した。 This composite membrane was saponified by immersing it in an aqueous solution at 85 ° C. containing 30% by mass of dimethyl sulfoxide (DMSO) and 15% by mass of potassium hydroxide (KOH) for 1 hour. Then, it was immersed in an aqueous solution containing 0.5 N of sodium hydroxide (NaOH) at 50 ° C. for 1 hour to replace the counter ion of the ion exchange group with Na, and then washed with water. It was further dried at 60 ° C.

水とエタノールの50/50質量部の混合溶液に、総イオン交換容量が1.0m当量/gのCF=CFと、F=CFOCFCF(CF)O(CFSOFの共重合体を加水分解してなるスルホン酸基を有するフッ素系重合体を20質量%溶解させた。その溶液に平均一次粒子径1μmの酸化ジルコニウム40質量%加え、ボールミルにて均一に分散させた懸濁液を得た。この懸濁液を前記加水分解および塩交換処理後のイオン交換膜の両面にスプレー法により塗布し乾燥させる事により、コーティング層を形成させた。 CF 2 = CF 2 and F 2 = CFO CF 2 CF (CF 3 ) O (CF 2 ) 3 SO having a total ion exchange capacity of 1.0 m equivalent / g in a mixed solution of 50/50 parts by mass of water and ethanol. a copolymer of 2 F the fluorinated polymer having a hydrolyzable to become sulfonic acid groups was dissolved 20% by weight. 40% by mass of zirconium oxide having an average primary particle size of 1 μm was added to the solution, and a suspension uniformly dispersed by a ball mill was obtained. A coating layer was formed by applying this suspension to both surfaces of the ion exchange membrane after the hydrolysis and salt exchange treatment by a spray method and drying it.

このイオン交換膜のフッ素重合体層Aのイオンクラスター径は純水雰囲気で2.96nm、結晶指標は乾燥雰囲気で0.094であった。 The ion cluster diameter of the fluorine polymer layer A of this ion exchange membrane was 2.96 nm in a pure water atmosphere, and the crystal index was 0.094 in a dry atmosphere.

上記のようにして得られたイオン交換膜について、イオン交換膜の電解評価を行った。これらの結果を表2に示す。表2に示すように、6kA/mの電流密度で、1tのNaOHを作成するのに必要な電力消費量で電解性能を評価したところ、2142(kWh)であった。このように、2100(kWh)以上となり、高い消費電力となった。The ion exchange membrane obtained as described above was electrolyzed and evaluated. These results are shown in Table 2. As shown in Table 2, when the electrolytic performance was evaluated with the power consumption required to produce 1 ton of NaOH at a current density of 6 kA / m 2, it was 2142 (kWh). In this way, it became 2100 (kWh) or more, resulting in high power consumption.

[比較例2]
含フッ素重合体Aとして、一般式(1)で表わされる単量体(X=F、X=F)と前記一般式(2)で表される単量体(a=1、b=2、Y=CF、R=CH)をモル比89.2:10.8で共重合し、総イオン交換容量が0.80m当量/gのポリマーを得た以外は比較例1と同様にした。
[Comparative Example 2]
As the fluorine-containing polymer A, the monomer (X 1 = F, X 2 = F) represented by the general formula (1) and the monomer (a = 1, b =) represented by the general formula (2). 2, Y = CF 3 , R = CH 3 ) were copolymerized at a molar ratio of 89.2: 10.8 to obtain a polymer having a total ion exchange capacity of 0.80 m equivalent / g, which was the same as in Comparative Example 1. I made it.

B層を形成する含フッ素重合体Bは実施例1と同様にし、総イオン交換容量が1.05m当量/gのポリマーを得た。 The fluorine-containing polymer B forming the B layer was the same as in Example 1 to obtain a polymer having a total ion exchange capacity of 1.05 m equivalent / g.

得られたフッ素重合体Aとフッ素重合体Bを、2台の押し出し機、2層用の共押し出し用Tダイ、及び引き取り機を備えた装置により、共押しを行い、厚み170μmの2層フィルムを得た。該フィルムの断面を光学顕微鏡で観察した結果、A層の厚みが35μm、B層の厚みが135μmであった。 The obtained fluorine polymer A and fluorine polymer B are co-pressed by a device equipped with two extruders, a T-die for co-extrusion for two layers, and a take-up machine, and a two-layer film having a thickness of 170 μm is formed. Got As a result of observing the cross section of the film with an optical microscope, the thickness of the A layer was 35 μm and the thickness of the B layer was 135 μm.

この複合膜をDMSO30wt%、KOH15wt%を含む水溶液中で75℃の温度で45分間加水分解し、水洗後85℃の0.5N NaOHで交換基をNa型に変換し、最後に25℃の2%NaHCOで平衡処理を行った。This composite membrane is hydrolyzed in an aqueous solution containing 30 wt% DMSO and 15 wt% KOH at a temperature of 75 ° C. for 45 minutes, washed with water, converted to Na type with 0.5 N NaOH at 85 ° C., and finally 2 at 25 ° C. Equilibration treatment was performed with% NaOHCO 3.

水とエタノールの50/50質量部の混合溶液に、総イオン交換容量が1.0m当量/gのCF=CFと、CF=CFOCFCF(CF)O(CFSOFの共重合体を加水分解してなるスルホン酸基を有するフッ素系重合体を20質量%溶解させた。その溶液に平均一次粒子径1μmの酸化ジルコニウム40質量%加え、ボールミルにて均一に分散させた懸濁液を得た。この懸濁液を前記加水分解および塩交換処理後のイオン交換膜の両面にスプレー法により塗布し乾燥させる事により、コーティング層を形成させた。 CF 2 = CF 2 and CF 2 = CFO CF 2 CF (CF 3 ) O (CF 2 ) 3 SO having a total ion exchange capacity of 1.0 m equivalent / g in a mixed solution of 50/50 parts by mass of water and ethanol. a copolymer of 2 F the fluorinated polymer having a hydrolyzable to become sulfonic acid groups was dissolved 20% by weight. 40% by mass of zirconium oxide having an average primary particle size of 1 μm was added to the solution, and a suspension uniformly dispersed by a ball mill was obtained. A coating layer was formed by applying this suspension to both surfaces of the ion exchange membrane after the hydrolysis and salt exchange treatment by a spray method and drying it.

このイオン交換膜のフッ素重合体層Aのイオンクラスター径は純水雰囲気で2.75nm、結晶指標は乾燥雰囲気で0.102であった。 The ion cluster diameter of the fluorine polymer layer A of this ion exchange membrane was 2.75 nm in a pure water atmosphere, and the crystal index was 0.102 in a dry atmosphere.

上記のようにして得られたイオン交換膜について、イオン交換膜の電解評価を行った。これらの結果を表2に示す。表2に示すように、6kA/mの電流密度で、1tのNaOHを作成するのに必要な電力消費量で電解性能を評価したところ、2149(kWh)であった。このように、2100(kWh)以上となり、高い消費電力となった。The ion exchange membrane obtained as described above was electrolyzed and evaluated. These results are shown in Table 2. As shown in Table 2, when the electrolytic performance was evaluated with the power consumption required to produce 1 ton of NaOH at a current density of 6 kA / m 2, it was 2149 (kWh). In this way, it became 2100 (kWh) or more, resulting in high power consumption.

[比較例3]
A層を形成する含フッ素重合体Aとして、一般式(1)で表される単量体(X=F、X=F)と一般式(2)で表される単量体(a=1、b=2、Y=CF、R=CH)と、一般式(3)で表される単量体(c=1、d=2、Y=CF)とをモル比81.7:13.4:4.9で共重合し、総イオン交換容量が1.14m当量/gのポリマーを得た以外は実施例1と同様にした。
[Comparative Example 3]
As the fluoropolymer A forming the A layer, the monomer represented by the general formula (1) (X 1 = F, X 2 = F) and the monomer represented by the general formula (2) (a). = 1, b = 2, Y = CF 3 , R = CH 3 ) and the monomer represented by the general formula (3) (c = 1, d = 2, Y = CF 3 ) in a molar ratio of 81. The same procedure as in Example 1 was carried out except that the polymer was copolymerized at .7: 13.4: 4.9 to obtain a polymer having a total ion exchange capacity of 1.14 m equivalent / g.

B層を形成する含フッ素重合体Bは実施例1と同様にし、総イオン交換容量が1.05m当量/gのポリマーを得た。 The fluorine-containing polymer B forming the B layer was the same as in Example 1 to obtain a polymer having a total ion exchange capacity of 1.05 m equivalent / g.

得られた含フッ素重合体Aと含フッ素重合体Bを、2台の押し出し機、2層用の共押し出し用Tダイ、及び引き取り機を備えた装置により、共押しを行い、厚み170μmの2層フィルムを得た。該フィルムの断面を光学顕微鏡で観察した結果、A層の厚みが35μm、B層の厚みが135μmであった。 The obtained fluorine-containing polymer A and fluorine-containing polymer B were jointly pressed by a device equipped with two extrusion machines, a T-die for co-extrusion for two layers, and a take-up machine, and the thickness was 170 μm. A layered film was obtained. As a result of observing the cross section of the film with an optical microscope, the thickness of the A layer was 35 μm and the thickness of the B layer was 135 μm.

この複合膜を、ジメチルスルホキシド(DMSO)30質量%、水酸化カリウム(KOH)15質量%を含む60℃の水溶液に1時間浸漬することでケン化した。その後、水酸化ナトリウム(NaOH)0.5N含む50℃の水溶液に1時間浸漬して、イオン交換基の対イオンをNaに置換し、続いて水洗した。さらに60℃で乾燥した。 This composite membrane was saponified by immersing it in an aqueous solution at 60 ° C. containing 30% by mass of dimethyl sulfoxide (DMSO) and 15% by mass of potassium hydroxide (KOH) for 1 hour. Then, it was immersed in an aqueous solution containing 0.5 N of sodium hydroxide (NaOH) at 50 ° C. for 1 hour to replace the counter ion of the ion exchange group with Na, and then washed with water. It was further dried at 60 ° C.

水とエタノールの50/50質量部の混合溶液に、総イオン交換容量が1.0m当量/gのCF=CFと、CF=CFOCFCF(CF)O(CFSOFの共重合体を加水分解してなるスルホン酸基を有するフッ素系重合体を20質量%溶解させた。その溶液に平均一次粒子径1μmの酸化ジルコニウム40質量%加え、ボールミルにて均一に分散させた懸濁液を得た。この懸濁液を前記加水分解および塩交換処理後のイオン交換膜の両面にスプレー法により塗布し乾燥させる事により、コーティング層を形成させた。 CF 2 = CF 2 and CF 2 = CFO CF 2 CF (CF 3 ) O (CF 2 ) 3 SO having a total ion exchange capacity of 1.0 m equivalent / g in a mixed solution of 50/50 parts by mass of water and ethanol. a copolymer of 2 F the fluorinated polymer having a hydrolyzable to become sulfonic acid groups was dissolved 20% by weight. 40% by mass of zirconium oxide having an average primary particle size of 1 μm was added to the solution, and a suspension uniformly dispersed by a ball mill was obtained. A coating layer was formed by applying this suspension to both surfaces of the ion exchange membrane after the hydrolysis and salt exchange treatment by a spray method and drying it.

このイオン交換膜の含フッ素重合体Aのイオンクラスター径は純水雰囲気で3.72nm、結晶指標は乾燥雰囲気で0.021であった。 The ion cluster diameter of the fluorine-containing polymer A of this ion exchange membrane was 3.72 nm in a pure water atmosphere, and the crystal index was 0.021 in a dry atmosphere.

上記のようにして得られたイオン交換膜について、イオン交換膜の電解評価を行った。これらの結果を表2に示す。表2に示すように、6kA/mの電流密度で、1tのNaOHを作成するのに必要な電力消費量で電解性能を評価したところ、2210(kWh)であった。このように、2100(kWh)以上となり、高い消費電力となった。The ion exchange membrane obtained as described above was electrolyzed and evaluated. These results are shown in Table 2. As shown in Table 2, when the electrolytic performance was evaluated by the power consumption required to produce 1 ton of NaOH at a current density of 6 kA / m 2, it was 2210 (kWh). In this way, it became 2100 (kWh) or more, resulting in high power consumption.

[比較例4]
A層を形成する含フッ素重合体Aとして、一般式(1)で表される単量体(X=F、X=F)と一般式(2)で表される単量体(a=1、b=2、Y=CF、R=CH)と、一般式(3)で表される単量体(c=1、d=2、Y=CF)をモル比80.2:10.9:8.9で共重合し、総イオン交換容量が1.19m当量/gのポリマーを得た以外は実施例1と同様にした。
[Comparative Example 4]
As the fluoropolymer A forming the A layer, the monomer represented by the general formula (1) (X 1 = F, X 2 = F) and the monomer represented by the general formula (2) (a). = 1, b = 2, Y = CF 3 , R = CH 3 ) and the monomer represented by the general formula (3) (c = 1, d = 2, Y = CF 3 ) in a molar ratio of 80. The same procedure as in Example 1 was carried out except that the polymer was copolymerized at 2: 10.9: 8.9 to obtain a polymer having a total ion exchange capacity of 1.19 m equivalent / g.

B層を形成する含フッ素重合体Bは実施例1と同様にし、総イオン交換容量が1.05m当量/gのポリマーを得た。 The fluorine-containing polymer B forming the B layer was the same as in Example 1 to obtain a polymer having a total ion exchange capacity of 1.05 m equivalent / g.

得られた含フッ素重合体Aとフッ素重合体Bを、2台の押し出し機、2層用の共押し出し用Tダイ、及び引き取り機を備えた装置により、共押しを行い、厚み170μmの2層フィルムを得た。該フィルムの断面を光学顕微鏡で観察した結果、A層の厚みが35μm、B層の厚みが135μmであった。 The obtained fluorine-containing polymer A and fluorine polymer B are co-pressed by a device equipped with two extruders, a T-die for co-extrusion for two layers, and a take-up machine, and two layers having a thickness of 170 μm. I got a film. As a result of observing the cross section of the film with an optical microscope, the thickness of the A layer was 35 μm and the thickness of the B layer was 135 μm.

この複合膜を、ジメチルスルホキシド(DMSO)30質量%、水酸化カリウム(KOH)15質量%を含む60℃の水溶液に1時間浸漬することでケン化した。その後、水酸化ナトリウム(NaOH)0.5N含む50℃の水溶液に1時間浸漬して、イオン交換基の対イオンをNaに置換し、続いて水洗した。さらに60℃で乾燥した。 This composite membrane was saponified by immersing it in an aqueous solution at 60 ° C. containing 30% by mass of dimethyl sulfoxide (DMSO) and 15% by mass of potassium hydroxide (KOH) for 1 hour. Then, it was immersed in an aqueous solution containing 0.5 N of sodium hydroxide (NaOH) at 50 ° C. for 1 hour to replace the counter ion of the ion exchange group with Na, and then washed with water. It was further dried at 60 ° C.

水とエタノールの50/50質量部の混合溶液に、総イオン交換容量が1.0m当量/gのCF=CFと、CF=CFOCFCF(CF)O(CFSOFの共重合体を加水分解してなるスルホン酸基を有するフッ素系重合体を20質量%溶解させた。その溶液に平均一次粒子径1μmの酸化ジルコニウム40質量%加え、ボールミルにて均一に分散させた懸濁液を得た。この懸濁液を前記加水分解および塩交換処理後のイオン交換膜の両面にスプレー法により塗布し乾燥させる事により、コーティング層を形成させた。 CF 2 = CF 2 and CF 2 = CFO CF 2 CF (CF 3 ) O (CF 2 ) 3 SO having a total ion exchange capacity of 1.0 m equivalent / g in a mixed solution of 50/50 parts by mass of water and ethanol. a copolymer of 2 F the fluorinated polymer having a hydrolyzable to become sulfonic acid groups was dissolved 20% by weight. 40% by mass of zirconium oxide having an average primary particle size of 1 μm was added to the solution, and a suspension uniformly dispersed by a ball mill was obtained. A coating layer was formed by applying this suspension to both surfaces of the ion exchange membrane after the hydrolysis and salt exchange treatment by a spray method and drying it.

このイオン交換膜のフッ素重合体層Aのイオンクラスター径は純水雰囲気で3.76nm、結晶指標は乾燥雰囲気で0.010以下となり測定不可であった。 The ion cluster diameter of the fluorine polymer layer A of this ion exchange membrane was 3.76 nm in a pure water atmosphere, and the crystal index was 0.010 or less in a dry atmosphere, which could not be measured.

上記のようにして得られたイオン交換膜について、イオン交換膜の電解評価を行った。これらの結果を表2に示す。表2に示すように、6kA/mの電流密度で、1tのNaOHを作成するのに必要な電力消費量で電解性能を評価したところ、2322(kWh)であった。このように、2100(kWh)以上となり、高い消費電力となった。The ion exchange membrane obtained as described above was electrolyzed and evaluated. These results are shown in Table 2. As shown in Table 2, when the electrolytic performance was evaluated with the power consumption required to produce 1 ton of NaOH at a current density of 6 kA / m 2, it was 2322 (kWh). In this way, it became 2100 (kWh) or more, resulting in high power consumption.

[比較例5]
A層を形成する含フッ素重合体Aとして、一般式(1)で表される単量体(X=F、X=F)と一般式(2)で表される単量体(a=1、b=2、Y=CF、R=CH)と、一般式(3)で表される単量体(c=1、d=2、Y=CF)とをモル比78.5:18.0:3.6で共重合し、総イオン交換容量が1.26m当量/gのポリマーを得た以外は実施例1と同様にした。
[Comparative Example 5]
As the fluoropolymer A forming the A layer, the monomer represented by the general formula (1) (X 1 = F, X 2 = F) and the monomer represented by the general formula (2) (a). = 1, b = 2, Y = CF 3 , R = CH 3 ) and the monomer represented by the general formula (3) (c = 1, d = 2, Y = CF 3 ) in a molar ratio of 78. The same procedure as in Example 1 was carried out except that the polymer was copolymerized at .5: 18.0: 3.6 to obtain a polymer having a total ion exchange capacity of 1.26 m equivalent / g.

B層を形成する含フッ素重合体Bは実施例1と同様にし、総イオン交換容量が1.05m当量/gのポリマーを得た。 The fluorine-containing polymer B forming the B layer was the same as in Example 1 to obtain a polymer having a total ion exchange capacity of 1.05 m equivalent / g.

得られた含フッ素重合体Aと含フッ素重合体Bを、2台の押し出し機、2層用の共押し出し用Tダイ、及び引き取り機を備えた装置により、共押しを行い、厚み170μmの2層フィルムを得た。該フィルムの断面を光学顕微鏡で観察した結果、A層の厚みが35μm、B層の厚みが135μmであった。 The obtained fluorine-containing polymer A and fluorine-containing polymer B were jointly pressed by a device equipped with two extrusion machines, a T-die for co-extrusion for two layers, and a take-up machine, and the thickness was 170 μm. A layered film was obtained. As a result of observing the cross section of the film with an optical microscope, the thickness of the A layer was 35 μm and the thickness of the B layer was 135 μm.

この複合膜を、ジメチルスルホキシド(DMSO)30質量%、水酸化カリウム(KOH)15質量%を含む50℃の水溶液に1時間浸漬することでケン化した。その後、水酸化ナトリウム(NaOH)0.5N含む50℃の水溶液に1時間浸漬して、イオン交換基の対イオンをNaに置換し、続いて水洗した。さらに60℃で乾燥した。 This composite membrane was saponified by immersing it in an aqueous solution at 50 ° C. containing 30% by mass of dimethyl sulfoxide (DMSO) and 15% by mass of potassium hydroxide (KOH) for 1 hour. Then, it was immersed in an aqueous solution containing 0.5 N of sodium hydroxide (NaOH) at 50 ° C. for 1 hour to replace the counter ion of the ion exchange group with Na, and then washed with water. It was further dried at 60 ° C.

水とエタノールの50/50質量部の混合溶液に、総イオン交換容量が1.0m当量/gのCF=CFとCF=CFOCFCF(CF)O(CFSOFの共重合体を加水分解してなるスルホン酸基を有するフッ素系重合体を20質量%溶解させた。その溶液に平均一次粒子径1μmの酸化ジルコニウム40質量%加え、ボールミルにて均一に分散させた懸濁液を得た。この懸濁液を前記加水分解および塩交換処理後のイオン交換膜の両面にスプレー法により塗布し乾燥させる事により、コーティング層を形成させた。 CF 2 = CF 2 and CF 2 = CFOCF 2 CF (CF 3 ) O (CF 2 ) 3 SO 2 having a total ion exchange capacity of 1.0 m equivalent / g in a mixed solution of 50/50 parts by mass of water and ethanol. A fluorine-based polymer having a sulfonic acid group obtained by hydrolyzing the F copolymer was dissolved in an amount of 20% by mass. 40% by mass of zirconium oxide having an average primary particle size of 1 μm was added to the solution, and a suspension uniformly dispersed by a ball mill was obtained. A coating layer was formed by applying this suspension to both surfaces of the ion exchange membrane after the hydrolysis and salt exchange treatment by a spray method and drying it.

このイオン交換膜のフッ素重合体層Aのイオンクラスター径は純水雰囲気で3.74nm、結晶指標は乾燥雰囲気で0.018であった。 The ion cluster diameter of the fluorine polymer layer A of this ion exchange membrane was 3.74 nm in a pure water atmosphere, and the crystal index was 0.018 in a dry atmosphere.

上記のようにして得られたイオン交換膜について、イオン交換膜の電解評価を行った。これらの結果を表2に示す。表2に示すように、6kA/mの電流密度で、1tのNaOHを作成するのに必要な電力消費量で電解性能を評価したところ、2526(kWh)であった。このように、2100(kWh)以上となり、高い消費電力となった。The ion exchange membrane obtained as described above was electrolyzed and evaluated. These results are shown in Table 2. As shown in Table 2, when the electrolytic performance was evaluated with the power consumption required to produce 1 ton of NaOH at a current density of 6 kA / m 2, it was 2526 (kWh). In this way, it became 2100 (kWh) or more, resulting in high power consumption.

[比較例6]
含フッ素重合体Aとして、一般式(1)で表わされる単量体(X=F、X=F)と一般式(2)で表される単量体(a=1、b=2、Y=CF、R=CH)とをモル比87.5:12.5で共重合し、総イオン交換容量が0.89m当量/gのポリマーを得た以外は比較例1と同様にした。
[Comparative Example 6]
As the fluorine-containing polymer A, the monomer represented by the general formula (1) (X 1 = F, X 2 = F) and the monomer represented by the general formula (2) (a = 1, b = 2). , Y = CF 3 , R = CH 3 ) was copolymerized at a molar ratio of 87.5: 12.5 to obtain a polymer having a total ion exchange capacity of 0.89 m equivalent / g, which was the same as in Comparative Example 1. I made it.

B層を形成する含フッ素重合体Bは実施例1と同様にし、総イオン交換容量が1.05m当量/gのポリマーを得た。 The fluorine-containing polymer B forming the B layer was the same as in Example 1 to obtain a polymer having a total ion exchange capacity of 1.05 m equivalent / g.

得られた含フッ素重合体Aと含フッ素重合体Bを、2台の押し出し機、2層用の共押し出し用Tダイ、及び引き取り機を備えた装置により、共押しを行い、厚み170μmの2層フィルムを得た。該フィルムの断面を光学顕微鏡で観察した結果、A層の厚みが35μm、B層の厚みが135μmであった。 The obtained fluorine-containing polymer A and fluorine-containing polymer B were jointly pressed by a device equipped with two extrusion machines, a T-die for co-extrusion for two layers, and a take-up machine, and the thickness was 170 μm. A layered film was obtained. As a result of observing the cross section of the film with an optical microscope, the thickness of the A layer was 35 μm and the thickness of the B layer was 135 μm.

この複合膜をDMSO30質量%、4.0規定(N)のKOHを含む水溶液中で50℃の温度で24時間加水分解し、その後、90℃の条件下、0.6規定(N)NaOH溶液を用いて塩交換処理を行った。 This composite membrane is hydrolyzed at a temperature of 50 ° C. for 24 hours in an aqueous solution containing 30% by mass of DMSO and 4.0 eq (N) KOH, and then a 0.6 eq (N) NaOH solution under 90 ° C. conditions. Was used for salt exchange treatment.

水とエタノールの50/50質量部の混合溶液に、総イオン交換容量が1.0m当量/gのCF=CFと、CF=CFOCFCF(CF)O(CFSOFの共重合体を加水分解してなるスルホン酸基を有するフッ素系重合体を20質量%溶解させた。その溶液に平均一次粒子径1μmの酸化ジルコニウム40質量%加え、ボールミルにて均一に分散させた懸濁液を得た。この懸濁液を前記加水分解および塩交換処理後のイオン交換膜の両面にスプレー法により塗布し乾燥させる事により、コーティング層を形成させた。 CF 2 = CF 2 and CF 2 = CFO CF 2 CF (CF 3 ) O (CF 2 ) 3 SO having a total ion exchange capacity of 1.0 m equivalent / g in a mixed solution of 50/50 parts by mass of water and ethanol. a copolymer of 2 F the fluorinated polymer having a hydrolyzable to become sulfonic acid groups was dissolved 20% by weight. 40% by mass of zirconium oxide having an average primary particle size of 1 μm was added to the solution, and a suspension uniformly dispersed by a ball mill was obtained. A coating layer was formed by applying this suspension to both surfaces of the ion exchange membrane after the hydrolysis and salt exchange treatment by a spray method and drying it.

このイオン交換膜のフッ素重合体層Aのイオンクラスター径は純水雰囲気で3.10nm、結晶指標は乾燥雰囲気で0.09であった。 The ion cluster diameter of the fluorine polymer layer A of this ion exchange membrane was 3.10 nm in a pure water atmosphere, and the crystal index was 0.09 in a dry atmosphere.

上記のようにして得られたイオン交換膜について、イオン交換膜の電解評価を行った。これらの結果を表2に示す。表2に示すように、6kA/mの電流密度で、1tのNaOHを作成するのに必要な電力消費量で電解性能を評価したところ、2150(kWh)であった。このように、2100(kWh)以上となり、高い消費電力となった。The ion exchange membrane obtained as described above was electrolyzed and evaluated. These results are shown in Table 2. As shown in Table 2, when the electrolytic performance was evaluated with the power consumption required to produce 1 ton of NaOH at a current density of 6 kA / m 2, it was 2150 (kWh). In this way, it became 2100 (kWh) or more, resulting in high power consumption.

[比較例7]
A層を形成する含フッ素重合体Aとして、一般式(1)で表される単量体(X=F、X=F)と一般式(2)で表される単量体(a=1、b=2、Y=CF、R=CH)と、一般式(5)(g=2)で表される単量体とをモル比83.0:9.4:7.6で共重合し、総イオン交換容量が1.25m当量/gのポリマーを得た以外は実施例1と同様にした。
[Comparative Example 7]
As the fluoropolymer A forming the A layer, the monomer represented by the general formula (1) (X 1 = F, X 2 = F) and the monomer represented by the general formula (2) (a). = 1, b = 2, Y = CF 3 , R = CH 3 ) and the monomer represented by the general formula (5) (g = 2) in a molar ratio of 83.0: 9.4: 7. The same procedure as in Example 1 was carried out except that the polymer was copolymerized in No. 6 to obtain a polymer having a total ion exchange capacity of 1.25 m equivalent / g.

B層を形成する含フッ素重合体Bは実施例1と同様にし、総イオン交換容量が1.05m当量/gのポリマーを得た。 The fluorine-containing polymer B forming the B layer was the same as in Example 1 to obtain a polymer having a total ion exchange capacity of 1.05 m equivalent / g.

得られた含フッ素重合体Aと含フッ素重合体Bを、2台の押し出し機、2層用の共押し出し用Tダイ、及び引き取り機を備えた装置により、共押しを行い、厚み170μmの2層フィルムを得た。該フィルムの断面を光学顕微鏡で観察した結果、A層の厚みが35μm、B層の厚みが135μmであった。 The obtained fluorine-containing polymer A and fluorine-containing polymer B were jointly pressed by a device equipped with two extrusion machines, a T-die for co-extrusion for two layers, and a take-up machine, and the thickness was 170 μm. A layered film was obtained. As a result of observing the cross section of the film with an optical microscope, the thickness of the A layer was 35 μm and the thickness of the B layer was 135 μm.

この複合膜を、ジメチルスルホキシド(DMSO)30質量%、水酸化カリウム(KOH)15質量%を含む50℃の水溶液に1時間浸漬することでケン化した。その後、水酸化ナトリウム(NaOH)0.5N含む50℃の水溶液に1時間浸漬して、イオン交換基の対イオンをNaに置換し、続いて水洗した。さらに60℃で乾燥した。 This composite membrane was saponified by immersing it in an aqueous solution at 50 ° C. containing 30% by mass of dimethyl sulfoxide (DMSO) and 15% by mass of potassium hydroxide (KOH) for 1 hour. Then, it was immersed in an aqueous solution containing 0.5 N of sodium hydroxide (NaOH) at 50 ° C. for 1 hour to replace the counter ion of the ion exchange group with Na, and then washed with water. It was further dried at 60 ° C.

水とエタノールの50/50質量部の混合溶液に、総イオン交換容量が1.0m当量/gのCF=CFとCF=CFOCFCF(CF)O(CFSOFの共重合体を加水分解してなるスルホン酸基を有するフッ素系重合体を20質量%溶解させた。その溶液に平均一次粒子径1μmの酸化ジルコニウム40質量%加え、ボールミルにて均一に分散させた懸濁液を得た。この懸濁液を前記加水分解および塩交換処理後のイオン交換膜の両面にスプレー法により塗布し乾燥させる事により、コーティング層を形成させた。 CF 2 = CF 2 and CF 2 = CFOCF 2 CF (CF 3 ) O (CF 2 ) 3 SO 2 having a total ion exchange capacity of 1.0 m equivalent / g in a mixed solution of 50/50 parts by mass of water and ethanol. A fluorine-based polymer having a sulfonic acid group obtained by hydrolyzing the F copolymer was dissolved in an amount of 20% by mass. 40% by mass of zirconium oxide having an average primary particle size of 1 μm was added to the solution, and a suspension uniformly dispersed by a ball mill was obtained. A coating layer was formed by applying this suspension to both surfaces of the ion exchange membrane after the hydrolysis and salt exchange treatment by a spray method and drying it.

このイオン交換膜のフッ素重合体層Aのイオンクラスター径は純水雰囲気で3.69nm、結晶指標は乾燥雰囲気で0.028であった。 The ion cluster diameter of the fluorine polymer layer A of this ion exchange membrane was 3.69 nm in a pure water atmosphere, and the crystal index was 0.028 in a dry atmosphere.

上記のようにして得られたイオン交換膜について、イオン交換膜の電解評価を行った。これらの結果を表2に示す。表2に示すように、6kA/mの電流密度で、1tのNaOHを作成するのに必要な電力消費量で電解性能を評価したところ、2318(kWh)であった。このように、2100(kWh)以上となり、高い消費電力となった。The ion exchange membrane obtained as described above was electrolyzed and evaluated. These results are shown in Table 2. As shown in Table 2, when the electrolytic performance was evaluated with the power consumption required to produce 1 ton of NaOH at a current density of 6 kA / m 2, it was 2318 (kWh). In this way, it became 2100 (kWh) or more, resulting in high power consumption.

各実施例及び比較例で製造したイオン交換膜の組成、特性等を表1及び表2に示す。 Tables 1 and 2 show the composition, characteristics, etc. of the ion exchange membranes produced in each Example and Comparative Example.

Figure 0006928716
Figure 0006928716

Figure 0006928716
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表1及び表2に示すように、実施例のほうが比較例に比べて、消費電力が低くなることがわかった。実施例では、低い電解電圧と、高い電流効率の双方を両立させることができる。このように、低い電解電圧と、高い電流効率の双方を両立させるには、クラスター径と、結晶指標を制御することが好ましいとわかった。 As shown in Tables 1 and 2, it was found that the power consumption of the examples was lower than that of the comparative examples. In the embodiment, both low electrolytic voltage and high current efficiency can be achieved at the same time. As described above, it was found that it is preferable to control the cluster diameter and the crystal index in order to achieve both low electrolytic voltage and high current efficiency.

表1に示すように、本実施例では、純水雰囲気で測定したクラスター径が3.0nm以上、3.5nm以下の範囲であり、乾燥雰囲気で測定した結晶指標が0.03以上、0.09未満範囲であることがわかった。一方、比較例では、本実施例のクラスター径及び結晶指標のいずれか、或いは両方が、これらの数値範囲外にあることがわかった。 As shown in Table 1, in this example, the cluster diameter measured in a pure water atmosphere is in the range of 3.0 nm or more and 3.5 nm or less, and the crystal index measured in a dry atmosphere is 0.03 or more and 0.03 or more. It was found to be in the range less than 09. On the other hand, in the comparative example, it was found that either or both of the cluster diameter and the crystal index of this example were outside these numerical ranges.

また、実施例1〜9,11,12では、ビニル化合物(III)のモル比率を、フッ化ビニル化合物(I)のモル比率で除した値が、0より大きく、3.0×10−2以下の範囲であることがわかった。これに対し、実施例10及び比較例1〜7は、(III)/(I)の値が、0より大きく、3.0×10−2以下の範囲から外れており、物性バランスとして実施例1〜9,11,12の方が優れることがわかった。なお、実施例10は、上記の値が0であるが、イオンクラスター径及び結晶指標が所定の範囲を満たすため、これを満たさない比較例1〜7よりも物性バランスが優れる結果となった。Further, in Examples 1 to 9, 11 and 12, the value obtained by dividing the molar ratio of the vinyl compound (III) by the molar ratio of the vinyl fluoride compound (I) was larger than 0, 3.0 × 10-2. It was found to be in the following range. On the other hand, in Examples 10 and Comparative Examples 1 to 7, the values of (III) / (I) were larger than 0 and out of the range of 3.0 × 10-2 or less, and the physical properties were balanced in Examples. It was found that 1 to 9, 11 and 12 were superior. In Example 10, although the above value is 0, the ion cluster diameter and the crystal index satisfy the predetermined ranges, so that the physical property balance is superior to those of Comparative Examples 1 to 7 which do not satisfy the predetermined ranges.

また、本実施例では、A層での総イオン交換容量が、0.5mg当量/g以上、1.2mg当量/g以下の範囲であることがわかった。 Further, in this example, it was found that the total ion exchange capacity in the layer A was in the range of 0.5 mg equivalent / g or more and 1.2 mg equivalent / g or less.

また、本実施例では、A層での、NaOH32%雰囲気で測定したイオン交換基濃度が12mol/L以上、50mol/L以下の範囲であることがわかった。 Further, in this example, it was found that the ion exchange group concentration in the A layer measured in a NaOH 32% atmosphere was in the range of 12 mol / L or more and 50 mol / L or less.

本発明における陽イオン交換膜及び多層構造膜は、例えば、燃料電池、水電解、水蒸気電解、或いは食塩電解用に用いられ、特に、食塩電解用に好ましく用いられる。 The cation exchange membrane and the multilayer structure membrane in the present invention are used, for example, for fuel cells, water electrolysis, steam electrolysis, or salt electrolysis, and are particularly preferably used for salt electrolysis.

1 2層構造膜(イオン交換膜)
2a、2b 連通孔
3 強化芯材
4 A層
5 B層
6、7 コーティング層
8 A層の陽極側表面に面している箇所
11 陽極
12 陰極
13 電解槽
1 Two-layer structure membrane (ion exchange membrane)
2a, 2b Communication hole 3 Reinforced core material 4 A layer 5 B layer 6, 7 Coating layer 8 A-layer facing the anode side surface 11 Anode 12 Cathode 13 Electrolytic cell

Claims (15)

イオン交換基を有する含フッ素重合体を含む陽イオン交換膜であって、
通電前の結晶指標が0.09未満の範囲であり、
乾燥雰囲気で測定した結晶指標と、85℃純水で測定した含水率の積が、1.0以上であり、前記含水率が25%以下の範囲であり、
前記イオン交換基を有する含フッ素重合体が、フッ化ビニル化合物(I)と、カルボン酸基を有するビニル化合物(II)と、前記(I)及び前記(II)とは異なるビニル化合物(III)と、をモノマー成分として含み、
前記ビニル化合物(III)が、1−トリフルオロビニルオキシ−2−ヘプタフルオロプロポキシヘキサフルオロプロパン、パーフルオロアルキルビニルエーテル、パーフルオロジオキソール、及びスルホン酸基を有するビニル化合物からなる群より選択される1種以上である、陽イオン交換膜。
A cation exchange membrane containing a fluorine-containing polymer having an ion exchange group.
The crystal index before energization is in the range of less than 0.09,
Crystalline index was measured in a dry atmosphere, the product of the water content measured at 85 ° C. pure water, is 1.0 or more, the water content Ri range der of 25% or less,
The fluorine-containing polymer having an ion exchange group is a vinyl fluoride compound (I), a vinyl compound (II) having a carboxylic acid group, and a vinyl compound (III) different from the above (I) and the above (II). And, as a monomer component,
The vinyl compound (III) is selected from the group consisting of 1-trifluorovinyloxy-2-heptafluoropropoxyhexafluoropropane, perfluoroalkyl vinyl ether, perfluorodioxol, and a vinyl compound having a sulfonic acid group. One or more cation exchange membranes.
前記カルボン酸基を有するビニル化合物(II)が、下記式(X)で表される化合物である、請求項に記載の陽イオン交換膜。
CF2=CF(OCF2CYF)n−O(CF2m−COOR (X)
(nは、1の整数を表し、mは、1〜4の整数を表し、Yは、F又はCF3を表し、Rは、CH3、C25、又はC37を表す)
The cation exchange membrane according to claim 1 , wherein the vinyl compound (II) having a carboxylic acid group is a compound represented by the following formula (X).
CF 2 = CF (OCF 2 CYF) n- O (CF 2 ) m- COOR (X)
(N represents an integer of 1, m represents an integer of 1 to 4, Y represents F or CF 3 , R represents CH 3 , C 2 H 5 , or C 3 H 7 )
前記ビニル化合物(III)が、スルホン酸基を有するビニル化合物である請求項1又は2に記載の陽イオン交換膜。 The cation exchange membrane according to claim 1 or 2 , wherein the vinyl compound (III) is a vinyl compound having a sulfonic acid group. 前記ビニル化合物(III)のモル比率を、前記フッ化ビニル化合物(I)のモル比率で除した値が、0より大きく3.0×10-2以下の範囲である請求項1〜3のいずれか1項に記載の陽イオン交換膜。 Any of claims 1 to 3 in which the value obtained by dividing the molar ratio of the vinyl compound (III) by the molar ratio of the vinyl fluoride compound (I) is greater than 0 and in the range of 3.0 × 10-2 or less. The cation exchange membrane according to item 1. 前記ビニル化合物(III)のモル比率を、前記ビニル化合物(II)と前記ビニル化合物(III)のモル比率の合計で除した値が、0.001以上、0.25未満の範囲である請求項1〜4のいずれか1項に記載の陽イオン交換膜。 Claim that the value obtained by dividing the molar ratio of the vinyl compound (III) by the total of the molar ratios of the vinyl compound (II) and the vinyl compound (III) is in the range of 0.001 or more and less than 0.25. The cation exchange membrane according to any one of 1 to 4. 総イオン交換容量が、0.66m当量/g以上、1.2m当量/g以下の範囲である請求項1〜5のいずれか1項に記載の陽イオン交換膜。 The cation exchange membrane according to any one of claims 1 to 5 , wherein the total ion exchange capacity is in the range of 0.66 m equivalent / g or more and 1.2 m equivalent / g or less. 32%水酸化ナトリウム水溶液雰囲気で測定したイオン交換基濃度が、12mol/L以上、50mol/L以下の範囲である請求項1〜6のいずれか1項に記載の陽イオン交換膜。 The cation exchange membrane according to any one of claims 1 to 6 , wherein the ion exchange group concentration measured in a 32% sodium hydroxide aqueous solution atmosphere is in the range of 12 mol / L or more and 50 mol / L or less. 請求項1〜7のいずれか1項に記載の陽イオン交換膜からなるA層を少なくとも1層有する多層構造膜。 A multilayer structure membrane having at least one A layer composed of the cation exchange membrane according to any one of claims 1 to 7. カルボン酸基を有するビニル化合物(II)を含まず、フッ化ビニル化合物(I)と、スルホン酸基を有するビニル化合物と、をモノマー成分として含有する含フッ素重合体Bを含むB層を少なくとも1層有する請求項に記載の多層構造膜。 At least one layer B containing a fluorine-containing polymer B containing a vinyl fluoride compound (I) and a vinyl compound having a sulfonic acid group as monomer components without containing the vinyl compound (II) having a carboxylic acid group. The multilayer structure film according to claim 8, which has layers. 前記多層構造膜は、前記A層と前記B層との2層構造である請求項に記載の多層構造膜。 The multilayer structure film according to claim 9 , wherein the multilayer structure film has a two-layer structure of the A layer and the B layer. 前記多層構造膜において、前記A層が最外層に位置する請求項8〜10のいずれか1項に記載の多層構造膜。 The multilayer structure film according to any one of claims 8 to 10 , wherein the layer A is located in the outermost layer of the multilayer structure film. 陽極と陰極との間に配置され、食塩電解用として用いられる請求項1〜7のいずれか1項に記載の陽イオン交換膜。 The cation exchange membrane according to any one of claims 1 to 7 , which is arranged between an anode and a cathode and is used for salt electrolysis. 陽極と陰極との間に配置され、食塩電解用として用いられる請求項8〜11のいずれか1項に記載の多層構造膜。 The multilayer structure film according to any one of claims 8 to 11 , which is arranged between an anode and a cathode and is used for salt electrolysis. 陽極と、
陰極と、
前記陽極と前記陰極との間に配置された、請求項1〜7のいずれか1項に記載の陽イオン交換膜又は請求項8〜11のいずれか1項に記載の多層構造膜と、を備える電解槽。
With the anode
With the cathode
The cation exchange membrane according to any one of claims 1 to 7 or the multilayer structure membrane according to any one of claims 8 to 11 arranged between the anode and the cathode. Electrolytic cell equipped.
請求項8〜11のいずれか1項に記載の多層構造膜を備え、
前記A層が前記陰極に対向するように配置されている請求項14に記載の電解槽。
The multilayer structure film according to any one of claims 8 to 11 is provided.
The electrolytic cell according to claim 14 , wherein the layer A is arranged so as to face the cathode.
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