JP7072413B2 - How to manufacture an electrolytic cell - Google Patents

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  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Description

本発明は、電解槽の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing an electrolytic cell.

食塩水等のアルカリ金属塩化物水溶液の電気分解、水の電気分解(以下、併せて「電解」という。)では、隔膜、より具体的にはイオン交換膜や微多孔膜を備えた電解槽を用いた方法が利用されている。この電解槽は、多くの場合その内部に多数直列に接続された電解セルを備える。各電解セルの間に隔膜を介在させて電解が行われる。電解セルでは、陰極を有する陰極室と、陽極を有する陽極室とが、隔壁(背面板)を介して、あるいはプレス圧力、ボルト締め等による押し付けを介して、背中合わせに配置されている。
現在これら電解槽に使用される陽極、陰極は、電解セルのそれぞれ陽極室、陰極室に溶接、折り込み等の方法により固定され、その後、保管、顧客先へ輸送される。一方、隔膜はそれ自体単独で塩化ビニル製のパイプ等に巻いた状態で保管、顧客先へ輸送される。顧客先では電解セルを電解槽のフレーム上に並べ、隔膜を電解セルの間に挟んで電解槽を組み立てる。このようにして電解セルの製造および顧客先での電解槽の組立が実施されている。このような電解槽に適用しうる構造物として、特許文献1、2には、隔膜と電極が一体となった構造物が開示されている。
For electrolysis of alkali metal chloride aqueous solution such as saline solution and electrolysis of water (hereinafter collectively referred to as "electrolysis"), an electrolytic tank equipped with a diaphragm, more specifically, an ion exchange film or a microporous film is used. The method used is being used. This electrolytic cell often includes a large number of electrolytic cells connected in series inside the electrolytic cell. Electrolysis is performed by interposing a diaphragm between each electrolytic cell. In the electrolytic cell, the cathode chamber having a cathode and the anode chamber having an anode are arranged back to back through a partition wall (back plate) or via pressing by pressing pressure, bolt tightening, or the like.
The anode and cathode currently used in these electrolytic cells are fixed to the anode chamber and cathode chamber of the electrolytic cell by methods such as welding and folding, and then stored and transported to the customer. On the other hand, the diaphragm itself is stored in a state of being wound around a vinyl chloride pipe or the like and transported to the customer. At the customer's site, the electrolytic cells are arranged on the frame of the electrolytic cell, and the diaphragm is sandwiched between the electrolytic cells to assemble the electrolytic cell. In this way, the electrolytic cell is manufactured and the electrolytic cell is assembled at the customer's site. As a structure applicable to such an electrolytic cell, Patent Documents 1 and 2 disclose a structure in which a diaphragm and an electrode are integrated.

特開昭58-048686JP-A-58-048686 特開昭55-148775JP-A-55-148775

電解運転をスタートし、継続していくと様々な要因で各部品は劣化、電解性能が低下し、ある時点で各部品を交換することになる。隔膜は電解セルの間から抜き出し、新しい隔膜を挿入することで簡単に更新することができる。一方、陽極や陰極は電解セルに固定されているため、電極更新時には電解槽から電解セルを取り出し、専用の更新工場まで搬出、溶接等の固定を外して古い電極を剥ぎ取った後、新しい電極を設置し、溶接等の方法で固定、電解工場に運搬、電解槽に戻す、という非常に煩雑な作業が発生するという課題がある。ここで、特許文献1、2に記載の隔膜と電極とを熱圧着にて一体とした構造物を上記の更新に利用することが考えられるが、当該構造物は、実験室レベルでは比較的容易に製造可能であっても、実際の商業サイズの電解セル(例えば、縦1.5m、横3m)に合わせて製造することは容易ではない。また、電解性能(電解電圧、電流効率、苛性ソーダ中食塩濃度等)、耐久性が著しく悪く、隔膜と界面の電極上で塩素ガスや水素ガスが発生するため、長期間電解に使用すると完全に剥離してしまい、実用上使用できるものではない。
本発明は、上記の従来技術が有する課題に鑑みてなされたものであり、電解槽における電極更新の際の作業効率を向上させることができる、電解槽の製造方法を提供することを目的とする。
When the electrolysis operation is started and continued, each part deteriorates due to various factors, the electrolysis performance deteriorates, and each part is replaced at a certain point. The septum can be easily renewed by pulling it out from between the electrolytic cells and inserting a new septum. On the other hand, since the anode and cathode are fixed to the electrolytic cell, when the electrode is renewed, the electrolytic cell is taken out from the electrolytic cell, carried out to a dedicated renewal factory, fixed by welding, etc., and the old electrode is peeled off, and then the new electrode is used. There is a problem that very complicated work such as installing, fixing by a method such as welding, transporting to an electrolytic cell, and returning to an electrolytic cell is required. Here, it is conceivable to use the structure in which the diaphragm and the electrode described in Patent Documents 1 and 2 are integrated by thermocompression bonding for the above renewal, but the structure is relatively easy at the laboratory level. Even if it can be manufactured, it is not easy to manufacture it according to an actual commercial size electrolytic cell (for example, 1.5 m in length and 3 m in width). In addition, the electrolysis performance (electrolysis voltage, current efficiency, concentration of salt in caustic soda, etc.) and durability are extremely poor, and chlorine gas and hydrogen gas are generated on the electrodes at the interface with the diaphragm, so they are completely peeled off when used for long-term electrolysis. Therefore, it cannot be used practically.
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a method for manufacturing an electrolytic cell, which can improve work efficiency at the time of electrode renewal in the electrolytic cell. ..

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、電解用電極と、新たな隔膜と、を当該隔膜が溶融しない温度下で一体化することにより、上記課題が解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、以下の態様を包含する。
〔1〕
陽極と、前記陽極に対向する陰極と、前記陽極と前記陰極との間に配される隔膜と、を備える既存電解槽に、積層体を配することにより、新たな電解槽を製造するための方法であって、
電解用電極と、新たな隔膜と、を当該隔膜が溶融しない温度下で一体化することにより、前記積層体を得る工程(A)と、
前記工程(A)の後、既存電解槽における前記隔膜を、前記積層体と交換する工程(B)と、
を有する、電解槽の製造方法。
〔2〕
前記一体化が、常圧下で行われる、〔1〕に記載の電解槽の製造方法。
As a result of diligent studies to solve the above problems, the present inventors have found that the above problems can be solved by integrating the electrolytic electrode and the new diaphragm at a temperature at which the diaphragm does not melt. We have found and completed the present invention.
That is, the present invention includes the following aspects.
[1]
For manufacturing a new electrolytic cell by arranging a laminate in an existing electrolytic cell provided with an anode, a cathode facing the anode, and a diaphragm arranged between the anode and the cathode. It ’s a method,
The step (A) of obtaining the laminate by integrating the electrode for electrolysis and the new diaphragm at a temperature at which the diaphragm does not melt.
After the step (A), the step (B) of exchanging the diaphragm in the existing electrolytic cell with the laminated body,
A method for manufacturing an electrolytic cell.
[2]
The method for manufacturing an electrolytic cell according to [1], wherein the integration is performed under normal pressure.

本発明に係る電解槽の製造方法によれば、電解槽における電極更新の際の作業効率を向上させることができる。 According to the method for manufacturing an electrolytic cell according to the present invention, it is possible to improve the work efficiency when renewing the electrodes in the electrolytic cell.

電解セルの模式的断面図である。It is a schematic sectional view of an electrolytic cell. 2つの電解セルが直列に接続された状態を示す模式的断面図である。It is a schematic cross-sectional view which shows the state which two electrolytic cells are connected in series. 電解槽の模式図である。It is a schematic diagram of an electrolytic cell. 電解槽を組み立てる工程を示す模式的斜視図である。It is a schematic perspective view which shows the process of assembling an electrolytic cell. 電解セルが備えうる逆電流吸収体の模式的断面図である。It is a schematic cross-sectional view of the reverse current absorber which an electrolytic cell can have. 本発明の一実施形態における電解用電極の模式的断面図である。It is a schematic cross-sectional view of the electrode for electrolysis in one Embodiment of this invention. イオン交換膜の一実施形態を例示する断面模式図である。It is sectional drawing which illustrates one Embodiment of an ion exchange membrane. イオン交換膜を構成する強化芯材の開口率を説明するための概略図である。It is a schematic diagram for demonstrating the aperture ratio of the reinforced core material which constitutes an ion exchange membrane. イオン交換膜の連通孔を形成する方法を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the method of forming the communication hole of an ion exchange membrane.

以下、本発明の実施形態(以下、本実施形態ともいう)について、必要に応じて図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明は以下の内容に限定されない。また、添付図面は実施形態の一例を示したものであり、形態はこれに限定して解釈されるものではない。本発明は、その要旨の範囲内で適宜に変形して実施できる。なお、図面中上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づく。図面の寸法及び比率は図示されたものに限られるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention (hereinafter, also referred to as the present embodiment) will be described in detail with reference to the drawings as necessary. The following embodiments are examples for explaining the present invention, and the present invention is not limited to the following contents. Further, the attached drawings show an example of an embodiment, and the embodiment is not limited to this. The present invention can be appropriately modified and carried out within the scope of the gist thereof. Unless otherwise specified, the positional relationship such as up, down, left, and right in the drawing is based on the positional relationship shown in the drawing. The dimensions and proportions of the drawings are not limited to those shown.

[電解槽の製造方法]
本実施形態に係る電解槽の製造方法は、陽極と、前記陽極に対向する陰極と、前記陽極と前記陰極との間に配される隔膜と、を備える既存電解槽に、積層体を配することにより、新たな電解槽を製造するための方法であって、電解用電極と、新たな隔膜と、を当該隔膜が溶融しない温度下で一体化することにより、前記積層体を得る工程(A)と、前記工程(A)の後、既存電解槽における前記隔膜を、前記積層体と交換する工程(B)と、を有する。
上記のように、本実施形態に係る電解槽の製造方法によれば、熱圧着といった実用的でない方法によらずに電解用電極と隔膜を一体化して使用できるため、電解槽における電極更新の際の作業効率を向上させることができる。
[Manufacturing method of electrolytic cell]
In the method for manufacturing an electrolytic cell according to the present embodiment, the laminated body is arranged in an existing electrolytic cell provided with an anode, a cathode facing the anode, and a diaphragm arranged between the anode and the cathode. This is a method for manufacturing a new electrolytic cell, and is a step of obtaining the laminated body by integrating the electrode for electrolysis and the new diaphragm at a temperature at which the diaphragm does not melt (A). ), And after the step (A), there is a step (B) of exchanging the diaphragm in the existing electrolytic cell with the laminated body.
As described above, according to the method for manufacturing an electrolytic cell according to the present embodiment, the electrode for electrolysis and the diaphragm can be integrated and used without using an impractical method such as thermocompression bonding, so that when the electrode is renewed in the electrolytic cell. Work efficiency can be improved.

本実施形態において、既存電解槽は、陽極と、前記陽極に対向する陰極と、前記陽極と前記陰極との間に配される隔膜と、を構成部材として含むものであり、換言すると、電解セルを含むものである。既存電解槽は、上記した構成部材を含む限り特に限定されず、種々公知の構成を適用することができる。 In the present embodiment, the existing electrolytic cell includes an anode, a cathode facing the anode, and a diaphragm arranged between the anode and the cathode as constituent members, in other words, an electrolytic cell. Is included. The existing electrolytic cell is not particularly limited as long as it includes the above-mentioned constituent members, and various known configurations can be applied.

本実施形態において、新たな電解槽は、既存電解槽において既に陽極又は陰極として機能している部材に加えて、電解用電極又は積層体を更に備えるものである。すなわち、新たな電解槽の製造の際に配される「電解用電極」は、陽極又は陰極として機能するものであり、既存電解槽における陰極及び陽極とは別体である。本実施形態では、既存電解槽の運転に伴って陽極及び/又は陰極の電解性能が劣化した場合であっても、これらとは別体の電解用電極を配することで、陽極及び/又は陰極の性能を更新することができる。さらに、積層体を構成する新たなイオン交換膜も、併せて配されることとなるため、運転に伴って性能が劣化したイオン交換膜の性能も同時に更新することができる。ここでいう「性能を更新」とは、既存電解槽が運転に供される前に有していた初期性能と同等の性能にする、又は、当該初期性能よりも高い性能とすることを意味する。 In the present embodiment, the new electrolytic cell further includes an electrode for electrolysis or a laminate in addition to a member already functioning as an anode or a cathode in the existing electrolytic cell. That is, the "electrolyzing electrode" arranged at the time of manufacturing a new electrolytic cell functions as an anode or a cathode, and is separate from the cathode and the anode in the existing electrolytic cell. In the present embodiment, even if the electrolytic performance of the anode and / or the cathode deteriorates due to the operation of the existing electrolytic cell, the anode and / or the cathode is provided by arranging a separate electrode for electrolysis. Performance can be updated. Further, since a new ion exchange membrane constituting the laminated body is also arranged, the performance of the ion exchange membrane whose performance has deteriorated due to operation can be updated at the same time. The term "updated performance" as used herein means that the performance is equal to or higher than the initial performance of the existing electrolytic cell before it is put into operation. ..

本実施形態において、既存電解槽は、「既に運転に供した電解槽」を想定しており、また、新たな電解槽は、「未だ運転に供していない電解槽」を想定している。すなわち、新たな電解槽として製造された電解槽をひとたび運転に供すると、「本実施形態における既存電解槽」となり、この既存電解槽に電解用電極又は積層体を配したものは「本実施形態における新たな電解槽」となる。 In the present embodiment, the existing electrolytic cell is assumed to be an "electrolytic cell that has already been put into operation", and the new electrolytic cell is assumed to be an "electrolytic cell that has not yet been put into operation". That is, once the electrolytic cell manufactured as a new electrolytic cell is put into operation, it becomes an "existing electrolytic cell in the present embodiment", and an existing electrolytic cell in which an electrolytic electrode or a laminate is arranged is "the present embodiment". It will be a new electrolytic cell in.

以下、隔膜としてイオン交換膜を用い、食塩電解を行う場合を例として、電解槽の一実施形態を詳述する。なお、本明細書において、特に断りがない限り、「本実施形態における電解槽」は、「本実施形態における既存電解槽」及び「本実施形態における新たな電解槽」の双方を包含するものである。 Hereinafter, an embodiment of an electrolytic cell will be described in detail, taking as an example a case where an ion exchange membrane is used as a diaphragm and salt electrolysis is performed. In the present specification, unless otherwise specified, the "electrolytic cell in the present embodiment" includes both the "existing electrolytic cell in the present embodiment" and the "new electrolytic cell in the present embodiment". be.

〔電解セル〕
まず、本実施形態における電解槽の構成単位として使用できる電解セルについて説明する。図1は、電解セル1の断面図である。
電解セル1は、陽極室10と、陰極室20と、陽極室10及び陰極室20の間に設置された隔壁30と、陽極室10に設置された陽極11と、陰極室20に設置された陰極21と、を備える。必要に応じて基材18aと当該基材18a上に形成された逆電流吸収層18bとを有し、陰極室内に設置された逆電流吸収体18と、を備えてもよい。1つの電解セル1に属する陽極11及び陰極21は互いに電気的に接続されている。換言すれば、電解セル1は次の陰極構造体を備える。陰極構造体40は、陰極室20と、陰極室20に設置された陰極21と、陰極室20内に設置された逆電流吸収体18と、を備え、逆電流吸収体18は、図5に示すように基材18aと当該基材18a上に形成された逆電流吸収層18bとを有し、陰極21と逆電流吸収層18bとが電気的に接続されている。陰極室20は、集電体23と、当該集電体を支持する支持体24と、金属弾性体22とを更に有する。金属弾性体22は、集電体23及び陰極21の間に設置されている。支持体24は、集電体23及び隔壁30の間に設置されている。集電体23は、金属弾性体22を介して、陰極21と電気的に接続されている。隔壁30は、支持体24を介して、集電体23と電気的に接続されている。したがって、隔壁30、支持体24、集電体23、金属弾性体22及び陰極21は電気的に接続されている。陰極21及び逆電流吸収層18bは電気的に接続されている。陰極21及び逆電流吸収層は、直接接続されていてもよく、集電体、支持体、金属弾性体又は隔壁等を介して間接的に接続されていてもよい。陰極21の表面全体は還元反応のための触媒層で被覆されていることが好ましい。また、電気的接続の形態は、隔壁30と支持体24、支持体24と集電体23、集電体23と金属弾性体22がそれぞれ直接取り付けられ、金属弾性体22上に陰極21が積層される形態であってもよい。これらの各構成部材を互いに直接取り付ける方法として、溶接等があげられる。また、逆電流吸収体18、陰極21、および集電体23を総称して陰極構造体40としてもよい。
[Electrolytic cell]
First, an electrolytic cell that can be used as a constituent unit of the electrolytic cell in the present embodiment will be described. FIG. 1 is a cross-sectional view of the electrolytic cell 1.
The electrolytic cell 1 was installed in the anode chamber 10, the cathode chamber 20, the partition wall 30 installed between the anode chamber 10 and the cathode chamber 20, the anode 11 installed in the anode chamber 10, and the cathode chamber 20. The cathode 21 is provided. If necessary, the substrate 18a and the reverse current absorber 18b formed on the substrate 18a may be provided, and the reverse current absorber 18 installed in the cathode chamber may be provided. The anode 11 and the cathode 21 belonging to one electrolytic cell 1 are electrically connected to each other. In other words, the electrolytic cell 1 includes the following cathode structure. The cathode structure 40 includes a cathode chamber 20, a cathode 21 installed in the cathode chamber 20, and a reverse current absorber 18 installed in the cathode chamber 20, and the reverse current absorber 18 is shown in FIG. As shown, it has a base material 18a and a reverse current absorption layer 18b formed on the base material 18a, and the cathode 21 and the reverse current absorption layer 18b are electrically connected to each other. The cathode chamber 20 further includes a current collector 23, a support 24 that supports the current collector 24, and a metal elastic body 22. The metal elastic body 22 is installed between the current collector 23 and the cathode 21. The support 24 is installed between the current collector 23 and the partition wall 30. The current collector 23 is electrically connected to the cathode 21 via the metal elastic body 22. The partition wall 30 is electrically connected to the current collector 23 via the support body 24. Therefore, the partition wall 30, the support 24, the current collector 23, the metal elastic body 22, and the cathode 21 are electrically connected. The cathode 21 and the reverse current absorption layer 18b are electrically connected. The cathode 21 and the reverse current absorption layer may be directly connected, or may be indirectly connected via a current collector, a support, a metal elastic body, a partition wall, or the like. It is preferable that the entire surface of the cathode 21 is covered with a catalyst layer for a reduction reaction. Further, in the form of electrical connection, the partition wall 30 and the support 24, the support 24 and the current collector 23, the current collector 23 and the metal elastic body 22 are directly attached, and the cathode 21 is laminated on the metal elastic body 22. It may be in the form of being. As a method of directly attaching each of these constituent members to each other, welding or the like can be mentioned. Further, the reverse current absorber 18, the cathode 21, and the current collector 23 may be collectively referred to as the cathode structure 40.

図2は、電解槽4内において隣接する2つの電解セル1の断面図である。図3は、電解槽4を示す。図4は、電解槽4を組み立てる工程を示す。 FIG. 2 is a cross-sectional view of two adjacent electrolytic cells 1 in the electrolytic cell 4. FIG. 3 shows the electrolytic cell 4. FIG. 4 shows a process of assembling the electrolytic cell 4.

図2に示すように、電解セル1、陽イオン交換膜2、電解セル1がこの順序で直列に並べられている。電解槽内において隣接する2つの電解セルのうち一方の電解セル1の陽極室と他方の電解セル1の陰極室との間にイオン交換膜2が配置されている。つまり、電解セル1の陽極室10と、これに隣接する電解セル1の陰極室20とは、陽イオン交換膜2で隔てられる。図3に示すように、電解槽4は、イオン交換膜2を介して直列に接続された複数の電解セル1から構成される。つまり、電解槽4は、直列に配置された複数の電解セル1と、隣接する電解セル1の間に配置されたイオン交換膜2と、を備える複極式電解槽である。図4に示すように、電解槽4は、イオン交換膜2を介して複数の電解セル1を直列に配置して、プレス器5により連結されることにより組み立てられる。 As shown in FIG. 2, the electrolytic cell 1, the cation exchange membrane 2, and the electrolytic cell 1 are arranged in series in this order. The ion exchange film 2 is arranged between the anode chamber of one electrolytic cell 1 and the cathode chamber of the other electrolytic cell 1 of the two adjacent electrolytic cells in the electrolytic cell. That is, the anode chamber 10 of the electrolytic cell 1 and the cathode chamber 20 of the electrolytic cell 1 adjacent thereto are separated by the cation exchange membrane 2. As shown in FIG. 3, the electrolytic cell 4 is composed of a plurality of electrolytic cells 1 connected in series via an ion exchange membrane 2. That is, the electrolytic cell 4 is a bipolar electrolytic cell including a plurality of electrolytic cells 1 arranged in series and an ion exchange membrane 2 arranged between adjacent electrolytic cells 1. As shown in FIG. 4, the electrolytic cell 4 is assembled by arranging a plurality of electrolytic cells 1 in series via an ion exchange membrane 2 and connecting them by a press device 5.

電解槽4は、電源に接続される陽極端子7と陰極端子6とを有する。電解槽4内で直列に連結された複数の電解セル1のうち最も端に位置する電解セル1の陽極11は、陽極端子7に電気的に接続される。電解槽4内で直列に連結された複数の電解セル2のうち陽極端子7の反対側の端に位置する電解セルの陰極21は、陰極端子6に電気的に接続される。電解時の電流は、陽極端子7側から、各電解セル1の陽極及び陰極を経由して、陰極端子6へ向かって流れる。なお、連結した電解セル1の両端には、陽極室のみを有する電解セル(陽極ターミナルセル)と、陰極室のみを有する電解セル(陰極ターミナルセル)を配置してもよい。この場合、その一端に配置された陽極ターミナルセルに陽極端子7が接続され、他の端に配置された陰極ターミナルセルに陰極端子6が接続される。 The electrolytic cell 4 has an anode terminal 7 and a cathode terminal 6 connected to a power source. The anode 11 of the electrolytic cell 1 located at the end of the plurality of electrolytic cells 1 connected in series in the electrolytic cell 4 is electrically connected to the anode terminal 7. Of the plurality of electrolytic cells 2 connected in series in the electrolytic cell 4, the cathode 21 of the electrolytic cell located at the opposite end of the anode terminal 7 is electrically connected to the cathode terminal 6. The current during electrolysis flows from the anode terminal 7 side toward the cathode terminal 6 via the anode and the cathode of each electrolytic cell 1. An electrolytic cell having only an anode chamber (anode terminal cell) and an electrolytic cell having only a cathode chamber (cathode terminal cell) may be arranged at both ends of the connected electrolytic cell 1. In this case, the anode terminal 7 is connected to the anode terminal cell arranged at one end thereof, and the cathode terminal 6 is connected to the cathode terminal cell arranged at the other end.

塩水の電解を行なう場合、各陽極室10には塩水が供給され、陰極室20には純水又は低濃度の水酸化ナトリウム水溶液が供給される。各液体は、電解液供給管(図中省略)から、電解液供給ホース(図中省略)を経由して、各電解セル1に供給される。また、電解液及び電解による生成物は、電解液回収管(図中省略)より、回収される。電解において、塩水中のナトリウムイオンは、一方の電解セル1の陽極室10から、イオン交換膜2を通過して、隣の電解セル1の陰極室20へ移動する。よって、電解中の電流は、電解セル1が直列に連結された方向に沿って、流れることになる。つまり、電流は、陽イオン交換膜2を介して陽極室10から陰極室20に向かって流れる。塩水の電解に伴い、陽極11側で塩素ガスが生成し、陰極21側で水酸化ナトリウム(溶質)と水素ガスが生成する。 When electrolyzing salt water, salt water is supplied to each anode chamber 10, and pure water or a low-concentration sodium hydroxide aqueous solution is supplied to the cathode chamber 20. Each liquid is supplied to each electrolytic cell 1 from an electrolytic solution supply pipe (omitted in the figure) via an electrolytic solution supply hose (omitted in the figure). Further, the electrolytic solution and the product obtained by electrolysis are recovered from the electrolytic solution recovery tube (omitted in the figure). In electrolysis, sodium ions in salt water move from the anode chamber 10 of one electrolytic cell 1 to the cathode chamber 20 of the adjacent electrolytic cell 1 through the ion exchange membrane 2. Therefore, the current during electrolysis flows along the direction in which the electrolytic cells 1 are connected in series. That is, the current flows from the anode chamber 10 toward the cathode chamber 20 via the cation exchange membrane 2. With the electrolysis of salt water, chlorine gas is generated on the anode 11 side, and sodium hydroxide (solute) and hydrogen gas are generated on the cathode 21 side.

(陽極室)
陽極室10は、陽極11または陽極給電体11を有する。ここでいう給電体としては、劣化した電極(すなわち既存電極)や、触媒コーティングがされていない電極等を意味する。本実施形態における電解用電極を陽極側へ挿入した場合には、11は陽極給電体として機能する。本実施形態における電解用電極を陽極側へ挿入しない場合には、11は陽極として機能する。また、陽極室10は、陽極室10に電解液を供給する陽極側電解液供給部と、陽極側電解液供給部の上方に配置され、隔壁30と略平行または斜めになるように配置されたバッフル板と、バッフル板の上方に配置され、気体が混入した電解液から気体を分離する陽極側気液分離部とを有することが好ましい。
(Anode chamber)
The anode chamber 10 has an anode 11 or an anode feeder 11. The feeding body referred to here means a deteriorated electrode (that is, an existing electrode), an electrode without catalyst coating, or the like. When the electrode for electrolysis in the present embodiment is inserted to the anode side, the 11 functions as an anode feeder. When the electrode for electrolysis in the present embodiment is not inserted into the anode side, 11 functions as an anode. Further, the anode chamber 10 is arranged above the anode-side electrolytic solution supply section for supplying the electrolytic solution to the anode chamber 10 and the anode-side electrolytic solution supply section, and is arranged so as to be substantially parallel to or oblique to the partition wall 30. It is preferable to have a baffle plate and an anode-side gas-liquid separation portion which is arranged above the baffle plate and separates the gas from the electrolytic solution mixed with the gas.

(陽極)
本実施形態における電解用電極を陽極側へ挿入しない場合には、陽極室10の枠(すなわち、陽極枠)内には、陽極11が設けられている。陽極11としては、いわゆるDSA(登録商標)等の金属電極を用いることができる。DSAとは、ルテニウム、イリジウム、チタンを成分とする酸化物によって表面を被覆されたチタン基材の電極である。
形状としては、パンチングメタル、不織布、発泡金属、エキスパンドメタル、エレクトロフォーミングにより形成した金属多孔箔、金属線を編んで作製したいわゆるウーブンメッシュ等いずれのものも使用できる。
(anode)
When the electrode for electrolysis in the present embodiment is not inserted into the anode side, the anode 11 is provided in the frame (that is, the anode frame) of the anode chamber 10. As the anode 11, a metal electrode such as a so-called DSA (registered trademark) can be used. DSA is an electrode of a titanium base material whose surface is coated with an oxide containing ruthenium, iridium, and titanium as components.
As the shape, any of punching metal, non-woven fabric, foamed metal, expanded metal, perforated metal foil formed by electroforming, so-called woven mesh made by knitting a metal wire, and the like can be used.

(陽極給電体)
本実施形態における電解用電極を陽極側へ挿入した場合には、陽極室10の枠内には、陽極給電体11が設けられている。陽極給電体11としては、いわゆるDSA(登録商標)等の金属電極を用いることもできるし、触媒コーティングがされていないチタンを用いることもできる。また、触媒コーティング厚みを薄くしたDSAを用いることもできる。さらに、使用済みの陽極を用いることもできる。
形状としては、パンチングメタル、不織布、発泡金属、エキスパンドメタル、エレクトロフォーミングにより形成した金属多孔箔、金属線を編んで作製したいわゆるウーブンメッシュ等いずれのものも使用できる。
(Anode feeder)
When the electrode for electrolysis in the present embodiment is inserted into the anode side, the anode feeding body 11 is provided in the frame of the anode chamber 10. As the anode feeder 11, a metal electrode such as a so-called DSA (registered trademark) can be used, or titanium without a catalyst coating can be used. It is also possible to use DSA having a thin catalyst coating thickness. Furthermore, a used anode can also be used.
As the shape, any of punching metal, non-woven fabric, foamed metal, expanded metal, perforated metal foil formed by electroforming, so-called woven mesh made by knitting a metal wire, and the like can be used.

(陽極側電解液供給部)
陽極側電解液供給部は、陽極室10に電解液を供給するものであり、電解液供給管に接続される。陽極側電解液供給部は、陽極室10の下方に配置されることが好ましい。陽極側電解液供給部としては、例えば、表面に開口部が形成されたパイプ(分散パイプ)等を用いることができる。かかるパイプは、陽極11の表面に沿って、電解セルの底部19に対して平行に配置されていることがより好ましい。このパイプは、電解セル1内に電解液を供給する電解液供給管(液供給ノズル)に接続される。液供給ノズルから供給された電解液はパイプによって電解セル1内まで搬送され、パイプの表面に設けられた開口部から陽極室10の内部に供給される。パイプを、陽極11の表面に沿って、電解セルの底部19に平行に配置することで、陽極室10の内部に均一に電解液を供給することができるため好ましい。
(Anode side electrolyte supply unit)
The anode-side electrolytic solution supply unit supplies the electrolytic solution to the anode chamber 10 and is connected to the electrolytic solution supply pipe. The anode-side electrolyte supply unit is preferably arranged below the anode chamber 10. As the anode-side electrolytic solution supply unit, for example, a pipe (dispersion pipe) having an opening formed on the surface can be used. More preferably, such pipes are arranged along the surface of the anode 11 and parallel to the bottom 19 of the electrolytic cell. This pipe is connected to an electrolytic solution supply pipe (liquid supply nozzle) that supplies the electrolytic solution into the electrolytic cell 1. The electrolytic solution supplied from the liquid supply nozzle is conveyed into the electrolytic cell 1 by a pipe, and is supplied to the inside of the anode chamber 10 through an opening provided on the surface of the pipe. By arranging the pipe along the surface of the anode 11 and parallel to the bottom 19 of the electrolytic cell, the electrolytic cell can be uniformly supplied to the inside of the anode chamber 10, which is preferable.

(陽極側気液分離部)
陽極側気液分離部は、バッフル板の上方に配置されることが好ましい。電解中において、陽極側気液分離部は、塩素ガス等の生成ガスと電解液を分離する機能を有する。なお、特に断りがない限り、上方とは、図1の電解セル1における上方向を意味し、下方とは、図1の電解セル1における下方向を意味する。
(Anode side gas-liquid separation part)
The anode-side gas-liquid separation portion is preferably arranged above the baffle plate. During electrolysis, the gas-liquid separation section on the anode side has a function of separating the generated gas such as chlorine gas and the electrolytic solution. Unless otherwise specified, "upper" means an upward direction in the electrolytic cell 1 of FIG. 1, and "downward" means a downward direction in the electrolytic cell 1 of FIG. 1.

電解時、電解セル1で発生した生成ガスと電解液が混相(気液混相)となり系外に排出されると、電解セル1内部の圧力変動によって振動が発生し、イオン交換膜の物理的な破損を引き起こす場合がある。これを抑制するために、本実施形態における電解セル1には、気体と液体を分離するための陽極側気液分離部が設けられていることが好ましい。陽極側気液分離部には、気泡を消去するための消泡板が設置されることが好ましい。気液混相流が消泡板を通過するときに気泡がはじけることにより、電解液とガスに分離することができる。その結果、電解時の振動を防止することができる。 During electrolysis, when the generated gas generated in the electrolytic cell 1 and the electrolytic solution become a mixed phase (gas-liquid mixed phase) and are discharged to the outside of the system, vibration is generated due to the pressure fluctuation inside the electrolytic cell 1, and the physical ion exchange membrane is physically formed. May cause damage. In order to suppress this, it is preferable that the electrolytic cell 1 in the present embodiment is provided with an anode-side gas-liquid separation portion for separating gas and liquid. It is preferable that a defoaming plate for eliminating air bubbles is installed in the gas-liquid separation portion on the anode side. When the gas-liquid multiphase flow passes through the defoaming plate, the bubbles burst, so that the electrolytic solution and the gas can be separated. As a result, vibration during electrolysis can be prevented.

(バッフル板)
バッフル板は、陽極側電解液供給部の上方に配置され、かつ、隔壁30と略平行または斜めに配置されることが好ましい。バッフル板は、陽極室10の電解液の流れを制御する仕切り板である。バッフル板を設けることで、陽極室10において電解液(塩水等)を内部循環させ、その濃度を均一にすることができる。内部循環を起こすために、バッフル板は、陽極11近傍の空間と隔壁30近傍の空間とを隔てるように配置することが好ましい。かかる観点から、バッフル板は、陽極11及び隔壁30の各表面に対向するように設けられていることが好ましい。バッフル板により仕切られた陽極近傍の空間では、電解が進行することにより電解液濃度(塩水濃度)が下がり、また、塩素ガス等の生成ガスが発生する。これにより、バッフル板により仕切られた陽極11近傍の空間と、隔壁30近傍の空間とで気液の比重差が生まれる。これを利用して、陽極室10における電解液の内部循環を促進させ、陽極室10の電解液の濃度分布をより均一にすることができる。
(Baffle board)
It is preferable that the baffle plate is arranged above the anode-side electrolyte supply unit and is arranged substantially parallel to or diagonally to the partition wall 30. The baffle plate is a partition plate that controls the flow of the electrolytic solution in the anode chamber 10. By providing the baffle plate, the electrolytic solution (salt water or the like) can be internally circulated in the anode chamber 10 to make the concentration uniform. In order to cause internal circulation, the baffle plate is preferably arranged so as to separate the space near the anode 11 and the space near the partition wall 30. From this point of view, it is preferable that the baffle plate is provided so as to face each surface of the anode 11 and the partition wall 30. In the space near the anode partitioned by the baffle plate, the concentration of the electrolytic solution (concentration of salt water) decreases as the electrolysis progresses, and a generated gas such as chlorine gas is generated. As a result, a difference in the specific gravity of gas and liquid is generated between the space near the anode 11 partitioned by the baffle plate and the space near the partition wall 30. Utilizing this, the internal circulation of the electrolytic solution in the anode chamber 10 can be promoted, and the concentration distribution of the electrolytic solution in the anode chamber 10 can be made more uniform.

なお、図1に示していないが、陽極室10の内部に集電体を別途設けてもよい。かかる集電体としては、後述する陰極室の集電体と同様の材料や構成とすることもできる。また、陽極室10においては、陽極11自体を集電体として機能させることもできる。 Although not shown in FIG. 1, a current collector may be separately provided inside the anode chamber 10. The current collector may have the same material and configuration as the current collector in the cathode chamber, which will be described later. Further, in the anode chamber 10, the anode 11 itself can function as a current collector.

(隔壁)
隔壁30は、陽極室10と陰極室20の間に配置されている。隔壁30は、セパレータと呼ばれることもあり、陽極室10と陰極室20とを区画するものである。隔壁30としては、電解用のセパレータとして公知のものを使用することができ、例えば、陰極側にニッケル、陽極側にチタンからなる板を溶接した隔壁等が挙げられる。
(Septum)
The partition wall 30 is arranged between the anode chamber 10 and the cathode chamber 20. The partition wall 30 is sometimes called a separator and separates the anode chamber 10 and the cathode chamber 20. As the partition wall 30, a known separator for electrolysis can be used, and examples thereof include a partition wall obtained by welding a plate made of nickel on the cathode side and titanium on the anode side.

(陰極室)
陰極室20は、本実施形態における電解用電極を陰極側へ挿入した場合には、21は陰極給電体として機能し、本実施形態における電解用電極を陰極側へ挿入しない場合には、21は陰極として機能する。逆電流吸収体を有する場合は、陰極あるいは陰極給電体21と逆電流吸収体は電気的に接続されている。また、陰極室20も陽極室10と同様に、陰極側電解液供給部、陰極側気液分離部を有していることが好ましい。なお、陰極室20を構成する各部位のうち、陽極室10を構成する各部位と同様のものについては説明を省略する。
(Cathode chamber)
In the cathode chamber 20, when the electrolytic electrode of the present embodiment is inserted into the cathode side, 21 functions as a cathode feeder, and when the electrolytic electrode of the present embodiment is not inserted into the cathode side, 21 is Functions as a cathode. When the reverse current absorber is provided, the cathode or the cathode feeding body 21 and the reverse current absorber are electrically connected to each other. Further, it is preferable that the cathode chamber 20 also has a cathode side electrolytic solution supply unit and a cathode side gas-liquid separation unit, similarly to the anode chamber 10. Of the parts constituting the cathode chamber 20, the same parts as those constituting the anode chamber 10 will be omitted.

(陰極)
本実施形態における電解用電極を陰極側へ挿入しない場合には、陰極室20の枠(すなわち、陰極枠)内には、陰極21が設けられている。陰極21は、ニッケル基材とニッケル基材を被覆する触媒層とを有することが好ましい。ニッケル基材上の触媒層の成分としては、Ru、C、Si、P、S、Al、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Rh、Pd、Ag、Cd、In、Sn、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Hg、Pb、Bi、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu等の金属及び当該金属の酸化物又は水酸化物が挙げられる。触媒層の形成方法としては、メッキ、合金めっき、分散・複合めっき、CVD、PVD、熱分解及び溶射が挙げられる。これらの方法を組み合わせてもよい。触媒層は必要に応じて複数の層、複数の元素を有してもよい。また、必要に応じて陰極21に還元処理を施してもよい。なお、陰極21の基材としては、ニッケル、ニッケル合金、鉄あるいはステンレスにニッケルをメッキしたものを用いてもよい。
形状としては、パンチングメタル、不織布、発泡金属、エキスパンドメタル、エレクトロフォーミングにより形成した金属多孔箔、金属線を編んで作製したいわゆるウーブンメッシュ等いずれのものも使用できる。
(cathode)
When the electrode for electrolysis in the present embodiment is not inserted into the cathode side, the cathode 21 is provided in the frame (that is, the cathode frame) of the cathode chamber 20. The cathode 21 preferably has a nickel base material and a catalyst layer that coats the nickel base material. The components of the catalyst layer on the nickel substrate include Ru, C, Si, P, S, Al, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg, Pb, Bi, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Examples thereof include metals such as Dy, Ho, Er, Tm, Yb and Lu, and oxides or hydroxides of the metals. Examples of the method for forming the catalyst layer include plating, alloy plating, dispersion / composite plating, CVD, PVD, thermal decomposition and thermal spraying. You may combine these methods. The catalyst layer may have a plurality of layers and a plurality of elements, if necessary. Further, the cathode 21 may be subjected to a reduction treatment if necessary. As the base material of the cathode 21, nickel, nickel alloy, iron, or stainless steel plated with nickel may be used.
As the shape, any of punching metal, non-woven fabric, foamed metal, expanded metal, perforated metal foil formed by electroforming, so-called woven mesh made by knitting a metal wire, and the like can be used.

(陰極給電体)
本実施形態における電解用電極を陰極側へ挿入した場合には、陰極室20の枠内には、陰極給電体21が設けられている。陰極給電体21に触媒成分が被覆されていてもよい。その触媒成分は、もともと陰極として使用されて、残存したものでもよい。触媒層の成分としては、Ru、C、Si、P、S、Al、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Rh、Pd、Ag、Cd、In、Sn、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Hg、Pb、Bi、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu等の金属及び当該金属の酸化物又は水酸化物が挙げられる。触媒層の形成方法としては、メッキ、合金めっき、分散・複合めっき、CVD、PVD、熱分解及び溶射が挙げられる。これらの方法を組み合わせてもよい。触媒層は必要に応じて複数の層、複数の元素を有してもよい。また、触媒コーティングがされてない、ニッケル、ニッケル合金、鉄あるいはステンレスに、ニッケルをメッキしたものを用いてもよい。なお、陰極給電体21の基材としては、ニッケル、ニッケル合金、鉄あるいはステンレスにニッケルをメッキしたものを用いてもよい。
形状としては、パンチングメタル、不織布、発泡金属、エキスパンドメタル、エレクトロフォーミングにより形成した金属多孔箔、金属線を編んで作製したいわゆるウーブンメッシュ等いずれのものも使用できる。
(Cathode feeder)
When the electrode for electrolysis in the present embodiment is inserted to the cathode side, the cathode feeding body 21 is provided in the frame of the cathode chamber 20. The cathode feeder 21 may be coated with a catalyst component. The catalyst component may be one that was originally used as a cathode and remained. The components of the catalyst layer include Ru, C, Si, P, S, Al, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Rh, Pd, Ag. , Cd, In, Sn, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg, Pb, Bi, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er , Tm, Yb, Lu and the like, and oxides or hydroxides of the metal. Examples of the method for forming the catalyst layer include plating, alloy plating, dispersion / composite plating, CVD, PVD, thermal decomposition and thermal spraying. You may combine these methods. The catalyst layer may have a plurality of layers and a plurality of elements, if necessary. Further, nickel, nickel alloy, iron or stainless steel without catalyst coating may be plated with nickel. As the base material of the cathode feeder 21, nickel, nickel alloy, iron, or stainless steel plated with nickel may be used.
As the shape, any of punching metal, non-woven fabric, foamed metal, expanded metal, perforated metal foil formed by electroforming, so-called woven mesh made by knitting a metal wire, and the like can be used.

(逆電流吸収層)
前述の陰極の触媒層用の元素の酸化還元電位よりも卑な酸化還元電位を持つ材料を逆電流吸収層の材料として選択することができる。例えば、ニッケルや鉄などが挙げられる。
(Reverse current absorption layer)
A material having a redox potential lower than the redox potential of the element for the catalyst layer of the cathode described above can be selected as the material of the reverse current absorption layer. For example, nickel and iron can be mentioned.

(集電体)
陰極室20は集電体23を備えることが好ましい。これにより、集電効果が高まる。本実施形態では、集電体23は多孔板であり、陰極21の表面と略平行に配置されることが好ましい。
(Current collector)
The cathode chamber 20 preferably includes a current collector 23. As a result, the current collecting effect is enhanced. In the present embodiment, the current collector 23 is a perforated plate, and it is preferable that the current collector 23 is arranged substantially parallel to the surface of the cathode 21.

集電体23としては、例えば、ニッケル、鉄、銅、銀、チタンなどの電気伝導性のある金属からなることが好ましい。集電体23は、これらの金属の混合物、合金又は複合酸化物でもよい。なお、集電体23の形状は、集電体として機能する形状であればどのような形状でもよく、板状、網状であってもよい。 The current collector 23 is preferably made of an electrically conductive metal such as nickel, iron, copper, silver, or titanium. The current collector 23 may be a mixture, alloy or composite oxide of these metals. The shape of the current collector 23 may be any shape as long as it functions as a current collector, and may be plate-shaped or net-shaped.

(金属弾性体)
集電体23と陰極21との間に金属弾性体22が設置されることにより、直列に接続された複数の電解セル1の各陰極21がイオン交換膜2に押し付けられ、各陽極11と各陰極21との間の距離が短くなり、直列に接続された複数の電解セル1全体に掛かる電圧を下げることができる。電圧が下がることにより、消費電量を下げることができる。また、金属弾性体22が設置されることにより、本実施形態における電解用電極を含む積層体を電解セルに設置した際に、金属弾性体22による押し付け圧により、該電解用電極を安定して定位置に維持することができる。
(Metal elastic body)
By installing the metal elastic body 22 between the current collector 23 and the cathode 21, each cathode 21 of the plurality of electrolytic cells 1 connected in series is pressed against the ion exchange film 2, and each anode 11 and each. The distance between the cathode 21 and the cathode 21 is shortened, and the voltage applied to the entire plurality of electrolytic cells 1 connected in series can be reduced. By lowering the voltage, the amount of power consumption can be reduced. Further, by installing the metal elastic body 22, when the laminated body including the electrode for electrolysis in the present embodiment is installed in the electrolytic cell, the pressing pressure by the metal elastic body 22 stabilizes the electrode for electrolysis. Can be kept in place.

金属弾性体22としては、渦巻きばね、コイル等のばね部材、クッション性のマット等を用いることができる。金属弾性体22としては、イオン交換膜を押し付ける応力等を考慮して適宜好適なものを採用できる。金属弾性体22を陰極室20側の集電体23の表面上に設けてもよいし、陽極室10側の隔壁の表面上に設けてもよい。通常、陰極室20が陽極室10よりも小さくなるよう両室が区画されているので、枠体の強度等の観点から、金属弾性体22を陰極室20の集電体23と陰極21の間に設けることが好ましい。また、金属弾性体23は、ニッケル、鉄、銅、銀、チタンなどの電気伝導性を有する金属からなることが好ましい。 As the metal elastic body 22, a spiral spring, a spring member such as a coil, a cushioning mat, or the like can be used. As the metal elastic body 22, an appropriately suitable one can be adopted in consideration of the stress of pressing the ion exchange membrane and the like. The metal elastic body 22 may be provided on the surface of the current collector 23 on the cathode chamber 20 side, or may be provided on the surface of the partition wall on the anode chamber 10 side. Normally, both chambers are partitioned so that the cathode chamber 20 is smaller than the anode chamber 10. Therefore, from the viewpoint of the strength of the frame, the metal elastic body 22 is placed between the current collector 23 and the cathode 21 of the cathode chamber 20. It is preferable to provide it in. Further, the metal elastic body 23 is preferably made of a metal having electrical conductivity such as nickel, iron, copper, silver and titanium.

(支持体)
陰極室20は、集電体23と隔壁30とを電気的に接続する支持体24を備えることが好ましい。これにより、効率よく電流を流すことができる。
(Support)
The cathode chamber 20 preferably includes a support 24 that electrically connects the current collector 23 and the partition wall 30. This makes it possible to efficiently pass an electric current.

支持体24は、ニッケル、鉄、銅、銀、チタンなど電気伝導性を有する金属からなることが好ましい。また、支持体24の形状としては、集電体23を支えることができる形状であればどのような形状でもよく、棒状、板状又は網状であってよい。支持体24は、例えば、板状である。複数の支持体24は、隔壁30と集電体23との間に配置される。複数の支持体24は、それぞれの面が互いに平行になるように並んでいる。支持体24は、隔壁30及び集電体23に対して略垂直に配置されている。 The support 24 is preferably made of a metal having electrical conductivity such as nickel, iron, copper, silver and titanium. The shape of the support 24 may be any shape as long as it can support the current collector 23, and may be rod-shaped, plate-shaped, or net-shaped. The support 24 is, for example, plate-shaped. The plurality of supports 24 are arranged between the partition wall 30 and the current collector 23. The plurality of supports 24 are arranged so that their faces are parallel to each other. The support 24 is arranged substantially perpendicular to the partition wall 30 and the current collector 23.

(陽極側ガスケット、陰極側ガスケット)
陽極側ガスケットは、陽極室10を構成する枠体表面に配置されることが好ましい。陰極側ガスケットは、陰極室20を構成する枠体表面に配置されていることが好ましい。1つの電解セルが備える陽極側ガスケットと、これに隣接する電解セルの陰極側ガスケットとが、イオン交換膜2を挟持するように、電解セル同士が接続される(図2参照)。これらのガスケットにより、イオン交換膜2を介して複数の電解セル1を直列に接続する際に、接続箇所に気密性を付与することができる。
(Anode side gasket, cathode side gasket)
The anode-side gasket is preferably arranged on the surface of the frame constituting the anode chamber 10. The cathode side gasket is preferably arranged on the surface of the frame body constituting the cathode chamber 20. The electrolytic cells are connected to each other so that the anode-side gasket provided in one electrolytic cell and the cathode-side gasket of the electrolytic cell adjacent thereto sandwich the ion exchange membrane 2 (see FIG. 2). With these gaskets, when a plurality of electrolytic cells 1 are connected in series via the ion exchange membrane 2, airtightness can be imparted to the connection points.

ガスケットとは、イオン交換膜と電解セルとの間をシールするものである。ガスケットの具体例としては、中央に開口部が形成された額縁状のゴム製シート等が挙げられる。ガスケットには、腐食性の電解液や生成するガス等に対して耐性を有し、長期間使用できることが求められる。そこで、耐薬品性や硬度の点から、通常、エチレン・プロピレン・ジエンゴム(EPDMゴム)、エチレン・プロピレンゴム(EPMゴム)の加硫品や過酸化物架橋品等がガスケットとして用いられる。また、必要に応じて液体に接する領域(接液部)をポリテトラフルオロエチレン(PTFE)や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)などのフッ素系樹脂で被覆したガスケットを用いることもできる。これらガスケットは、電解液の流れを妨げないように、それぞれ開口部を有していればよく、その形状は特に限定されない。例えば、陽極室10を構成する陽極室枠又は陰極室20を構成する陰極室枠の各開口部の周縁に沿って、額縁状のガスケットが接着剤等で貼り付けられる。そして、例えばイオン交換膜2を介して2体の電解セル1を接続する場合(図2参照)、イオン交換膜2を介してガスケットを貼り付けた各電解セル1を締め付ければよい。これにより、電解液、電解により生成するアルカリ金属水酸化物、塩素ガス、水素ガス等が電解セル1の外部に漏れることを抑制することができる。 The gasket is a seal between the ion exchange membrane and the electrolytic cell. Specific examples of the gasket include a frame-shaped rubber sheet having an opening formed in the center. The gasket is required to have resistance to a corrosive electrolytic solution, generated gas, and the like, and to be able to be used for a long period of time. Therefore, from the viewpoint of chemical resistance and hardness, a vulcanized product of ethylene / propylene / diene rubber (EPDM rubber), a vulcanized product of ethylene / propylene rubber (EPM rubber), a cross-linked peroxide product, or the like is usually used as a gasket. If necessary, use a gasket in which the region in contact with the liquid (contacting portion) is coated with a fluororesin such as polytetrafluoroethylene (PTFE) or tetrafluoroethylene / perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA). You can also. Each of these gaskets may have an opening so as not to obstruct the flow of the electrolytic solution, and the shape thereof is not particularly limited. For example, a frame-shaped gasket is attached with an adhesive or the like along the peripheral edge of each opening of the anode chamber frame constituting the anode chamber 10 or the cathode chamber frame constituting the cathode chamber 20. Then, for example, when two electrolytic cells 1 are connected via the ion exchange membrane 2 (see FIG. 2), each electrolytic cell 1 to which the gasket is attached may be tightened via the ion exchange membrane 2. As a result, it is possible to prevent the electrolytic solution, the alkali metal hydroxide, chlorine gas, hydrogen gas and the like generated by the electrolysis from leaking to the outside of the electrolytic cell 1.

〔積層体〕
本実施形態における電解用電極は、イオン交換膜や微多孔膜などの隔膜との積層体として用いる。すなわち、本実施形態における積層体は、電解用電極と新たな隔膜とを含むものである。新たな隔膜とは、既存電解槽における隔膜とは別体であれば特に限定されず、種々公知の隔膜を適用できる。また、新たな隔膜は、材質、形状、物性等において既存電解槽における隔膜と同様のものであってもよい。電解用電極及び隔膜の具体例については、追って詳述する。
[Laminate]
The electrode for electrolysis in this embodiment is used as a laminate with a diaphragm such as an ion exchange membrane or a microporous membrane. That is, the laminate in the present embodiment includes an electrode for electrolysis and a new diaphragm. The new diaphragm is not particularly limited as long as it is different from the diaphragm in the existing electrolytic cell, and various known diaphragms can be applied. Further, the new diaphragm may be the same as the diaphragm in the existing electrolytic cell in terms of material, shape, physical properties and the like. Specific examples of the electrode for electrolysis and the diaphragm will be described in detail later.

(工程(A))
本実施形態における工程(A)では、電解用電極と、新たな隔膜と、を当該隔膜が溶融しない温度下で一体化することにより、積層体を得る。
「隔膜が溶融しない温度」は、新たな隔膜の軟化点として特定することができる。当該温度は、隔膜を構成する材料によって変動しうるが、0~100℃であることが好ましく、5~80℃であることがより好ましく、10~50℃であることがさらに好ましい。
また、上記の一体化は、常圧下で行われることが好ましい。
(Step (A))
In the step (A) of the present embodiment, the electrode for electrolysis and the new diaphragm are integrated at a temperature at which the diaphragm does not melt to obtain a laminated body.
The "temperature at which the septum does not melt" can be specified as a new softening point of the septum. The temperature may vary depending on the material constituting the diaphragm, but is preferably 0 to 100 ° C, more preferably 5 to 80 ° C, and even more preferably 10 to 50 ° C.
Further, it is preferable that the above integration is performed under normal pressure.

上記の一体化の具体的な方法としては、熱圧着等の隔膜を溶融させる典型的な方法を除くあらゆる方法を使用でき、特に限定されない。好ましい一例としては、後述する電解用電極と隔膜との間に液体を介在させ、当該液体の表面張力で一体化する方法等が挙げられる。 As a specific method of the above integration, any method other than a typical method of melting the diaphragm such as thermocompression bonding can be used, and the method is not particularly limited. As a preferable example, there is a method in which a liquid is interposed between the electrode for electrolysis and the diaphragm, which will be described later, and integrated by the surface tension of the liquid.

〔工程(B)〕
本実施形態における工程(B)では、工程(A)の後、既存電解槽における隔膜を、積層体と交換する。交換の方法としては、特に限定されないが、例えば、まずは既存電解槽において、プレス器による隣接する電解セル及びイオン交換膜の固定状態を解除し、当該電解セル及びイオン交換膜の間に空隙を形成し、次いで、更新対象となる既存のイオン交換膜を除去し、次いで、積層体を当該空隙に挿入し、再度プレス器により各部材を連結する方法等が挙げられる。このような方法により、積層体を既存電解槽における陽極又は陰極の表面上に配することができ、イオン交換膜、陽極及び/又は陰極の性能を更新することができる。
[Step (B)]
In the step (B) of the present embodiment, after the step (A), the diaphragm in the existing electrolytic cell is replaced with the laminated body. The method of replacement is not particularly limited, but for example, first, in an existing electrolytic cell, the fixed state of the adjacent electrolytic cell and ion exchange membrane by the press is released, and a gap is formed between the electrolytic cell and the ion exchange membrane. Then, a method of removing the existing ion exchange membrane to be renewed, then inserting the laminate into the void, and connecting the members again with a press device and the like can be mentioned. By such a method, the laminate can be arranged on the surface of the anode or cathode in the existing electrolytic cell, and the performance of the ion exchange membrane, anode and / or cathode can be updated.

〔電解用電極〕
本実施形態において、電解用電極は、上述のように新たな隔膜と一体化できる、すなわち、一体化可能なものであれば特に限定されない。電解用電極は、電解槽において陰極として機能するものであってもよく、陽極として機能するものであってもよい。また、電解用電極の材質や形状等については、本実施形態における工程(A),(B)や電解槽の構成等を考慮し、適切なものを適宜選択することができる。以下、本実施形態における電解用電極の好ましい態様について説明するが、これらはあくまで新たな隔膜と一体化する上で好ましい態様の例示に過ぎず、後述する態様以外の電解用電極も適宜採用することができる。
[Electrode electrode for electrolysis]
In the present embodiment, the electrode for electrolysis is not particularly limited as long as it can be integrated with the new diaphragm as described above, that is, it can be integrated. The electrode for electrolysis may function as a cathode in an electrolytic cell, or may function as an anode. Further, as for the material and shape of the electrode for electrolysis, an appropriate one can be appropriately selected in consideration of the steps (A) and (B) in the present embodiment and the configuration of the electrolytic cell. Hereinafter, preferred embodiments of the electrolytic electrode in the present embodiment will be described, but these are merely examples of preferred embodiments for integration with a new diaphragm, and electrolytic electrodes other than the embodiments described later may be appropriately adopted. Can be done.

本実施形態における電解用電極は、良好なハンドリング性が得られ、イオン交換膜や微多孔膜などの隔膜、給電体(劣化した電極及び触媒コーティングがされていない電極)などと良好な接着力を有する観点から、単位質量・単位面積あたりのかかる力が、1.6N/(mg・cm2)以下であることが好ましく、より好ましくは1.6N/(mg・cm2)未満であり、さらに好ましくは1.5N/(mg・cm2)未満であり、よりさらに好ましくは1.2N/mg・cm2以下であり、一層好ましくは1.20N/mg・cm2以下である。より一層好ましくは1.1N/mg・cm2以下であり、さらに一層好ましくは1.10N/mg・cm2以下であり、特に好ましくは1.0N/mg・cm2以下であり、1.00N/mg・cm2以下であることがとりわけ好ましい。
電解性能をより向上させる観点から、好ましくは0.005N/(mg・cm2)超であり、より好ましくは0.08N/(mg・cm2)以上であり、さらに好ましくは0.1N/mg・cm2以上であり、よりさらに好ましくは0.14N/(mg・cm2)以上である。大型サイズ(例えば、サイズ1.5m×2.5m)での取り扱いが容易になるとの観点から、0.2N/(mg・cm2)以上が更により好ましい。
上記かかる力は、例えば、後述する開孔率、電極の厚み、算術平均表面粗さ等を適宜調整することで上記範囲とすることができる。より具体的には、例えば、開孔率を大きくすると、かかる力は小さくなる傾向にあり、開孔率を小さくすると、かかる力は大きくなる傾向にある。
また、良好なハンドリング性が得られ、イオン交換膜や微多孔膜などの隔膜、劣化した電極及び触媒コーティングがされていない給電体などと良好な接着力を有し、さらに、経済性の観点から、単位面積あたりの質量が、48mg/cm2以下であることが好ましく、より好ましくは、30mg/cm2以下であり、さらに好ましくは、20mg/cm2以下であり、さらに、ハンドリング性、接着性及び経済性を合わせた総合的な観点から、15mg/cm2以下であることが好ましい。下限値は、特に限定されないが、例えば、1mg/cm2程度である。
上記単位面積あたりの質量は、例えば、後述する開孔率、電極の厚み等を適宜調整することで上記範囲とすることができる。より具体的には、例えば、同じ厚みであれば、開孔率を大きくすると、単位面積あたりの質量は小さくなる傾向にあり、開孔率を小さくすると、単位面積あたりの質量は大きくなる傾向にある。
The electrode for electrolysis in the present embodiment has good handleability, and has good adhesion to a diaphragm such as an ion exchange film or a microporous film, a feeder (deteriorated electrode and an electrode not coated with a catalyst), and the like. From the viewpoint of having, the applied force per unit mass / unit area is preferably 1.6 N / (mg · cm 2 ) or less, more preferably less than 1.6 N / (mg · cm 2 ), and further. It is preferably less than 1.5 N / (mg · cm 2 ), more preferably 1.2 N / mg · cm 2 or less, and even more preferably 1.20 N / mg · cm 2 or less. It is even more preferably 1.1 N / mg · cm 2 or less, even more preferably 1.10 N / mg · cm 2 or less, and particularly preferably 1.0 N / mg · cm 2 or less, 1.00 N. It is particularly preferable that it is / mg · cm 2 or less.
From the viewpoint of further improving the electrolytic performance, it is preferably more than 0.005 N / (mg · cm 2 ), more preferably 0.08 N / (mg · cm 2 ) or more, and further preferably 0.1 N / mg. -Cm 2 or more, more preferably 0.14 N / (mg · cm 2 ) or more. From the viewpoint of facilitating handling in a large size (for example, size 1.5 m × 2.5 m), 0.2 N / (mg · cm 2 ) or more is even more preferable.
The applied force can be set within the above range by appropriately adjusting, for example, the pore size, the thickness of the electrode, the arithmetic mean surface roughness, etc., which will be described later. More specifically, for example, when the opening ratio is increased, the applied force tends to be small, and when the opening ratio is decreased, the applied force tends to be large.
In addition, good handleability is obtained, and it has good adhesive strength with diaphragms such as ion exchange membranes and microporous membranes, deteriorated electrodes, and feeders without catalyst coating, and from the viewpoint of economic efficiency. The mass per unit area is preferably 48 mg / cm 2 or less, more preferably 30 mg / cm 2 or less, still more preferably 20 mg / cm 2 or less, and further handleability and adhesiveness. From a comprehensive viewpoint including economic efficiency, it is preferably 15 mg / cm 2 or less. The lower limit is not particularly limited, but is, for example, about 1 mg / cm 2 .
The mass per unit area can be set within the above range by, for example, appropriately adjusting the pore size, the thickness of the electrode, and the like, which will be described later. More specifically, for example, if the thickness is the same, increasing the opening ratio tends to reduce the mass per unit area, and decreasing the opening ratio tends to increase the mass per unit area. be.

かかる力は、以下の方法(i)または(ii)により測定でき、詳細には、実施例に記載のとおりである。かかる力は、方法(i)の測定により得られた値(「かかる力(1)」とも称す)と、方法(ii)の測定により得られた値(「かかる力(2)」とも称す)とが、同一であってもよく、異なっていてもよいが、いずれの値であっても1.5N/mg・cm2未満となることが好ましい。 The force can be measured by the following method (i) or (ii), and the details are as described in Examples. The applied force is a value obtained by the measurement of the method (i) (also referred to as "applied force (1)") and a value obtained by the measurement of the method (ii) (also referred to as "applied force (2)"). Although they may be the same or different, it is preferable that the value is less than 1.5 N / mg · cm 2 regardless of the value.

〔方法(i)〕
粒番号320のアルミナでブラスト加工を施して得られるニッケル板(厚み1.2mm、200mm角)と、イオン交換基が導入されたパーフルオロカーボン重合体の膜の両面に無機物粒子と結合剤を塗布したイオン交換膜(170mm角、ここでいうイオン交換膜の詳細については、実施例に記載のとおりである)と電極サンプル(130mm角)とをこの順で積層させ、この積層体を純水にて十分に浸漬した後、積層体表面に付着した余分な水分を除去することで測定用サンプルを得る。なお、ブラスト処理後のニッケル板の算術平均表面粗さ(Ra)は、0.5~0.8μmである。算術平均表面粗さ(Ra)の具体的な算出方法は、実施例に記載のとおりである。
温度23±2℃、相対湿度30±5%の条件下で、この測定用サンプル中の電極サンプルのみを引張圧縮試験機を用いて、垂直方向に10mm/分で上昇させて、電極サンプルが、垂直方向に10mm上昇したときの加重を測定する。この測定を3回実施して平均値を算出する。
この平均値を、電極サンプルとイオン交換膜の重なり部分の面積、およびイオン交換膜と重なっている部分の電極サンプルにおける質量で除して、単位質量・単位面積あたりのかかる力(1)(N/mg・cm2)を算出する。
[Method (i)]
Inorganic particles and a binder were applied to both sides of a nickel plate (thickness 1.2 mm, 200 mm square) obtained by blasting with alumina of grain number 320 and a film of a perfluorocarbon polymer having an ion exchange group introduced therein. An ion exchange membrane (170 mm square, details of the ion exchange membrane referred to here are as described in Examples) and an electrode sample (130 mm square) are laminated in this order, and this laminate is made of pure water. After sufficient immersion, the excess water adhering to the surface of the laminate is removed to obtain a measurement sample. The arithmetic average surface roughness (Ra) of the nickel plate after the blast treatment is 0.5 to 0.8 μm. The specific calculation method of the arithmetic mean surface roughness (Ra) is as described in the examples.
Under the conditions of a temperature of 23 ± 2 ° C. and a relative humidity of 30 ± 5%, only the electrode sample in this measurement sample was raised vertically at 10 mm / min using a tensile compression tester to obtain an electrode sample. The weight when rising 10 mm in the vertical direction is measured. This measurement is performed three times to calculate the average value.
This average value is divided by the area of the overlapping portion of the electrode sample and the ion exchange membrane and the mass of the electrode sample of the portion overlapping with the ion exchange membrane, and the applied force per unit mass / unit area (1) (N). / Mg · cm 2 ) is calculated.

方法(i)により得られる、単位質量・単位面積あたりのかかる力(1)は、良好なハンドリング性が得られ、イオン交換膜や微多孔膜などの隔膜、劣化した電極及び触媒コーティングがされていない給電体と良好な接着力を有するとの観点から、1.6N/(mg・cm2)以下であることが好ましく、より好ましくは1.6N/(mg・cm2)未満であり、さらに好ましくは1.5N/(mg・cm2)未満であり、よりさらに好ましくは1.2N/mg・cm2以下であり、一層好ましくは1.20N/mg・cm2以下である。より一層好ましくは1.1N/mg・cm2以下であり、さらに一層好ましくは1.10N/mg・cm2以下であり、特に好ましくは1.0N/mg・cm2以下であり、1.00N/mg・cm2以下であることがとりわけ好ましい。また、電解性能をより向上させる観点から、好ましくは0.005N/(mg・cm2)超であり、より好ましくは0.08N/(mg・cm2)以上であり、さらに好ましくは、0.1N/(mg・cm2)以上であり、さらに、大型サイズ(例えば、サイズ1.5m×2.5m)での取り扱いが容易になるとの観点から、よりさらに好ましくは、0.14N/(mg・cm2)であり、0.2N/(mg・cm2)以上であることが一層好ましい。 The force (1) applied per unit mass / unit area obtained by the method (i) has good handleability, and is coated with a diaphragm such as an ion exchange membrane or a microporous membrane, a deteriorated electrode, and a catalyst coating. From the viewpoint of having good adhesion to a non-feeding body, it is preferably 1.6 N / (mg · cm 2 ) or less, more preferably less than 1.6 N / (mg · cm 2 ), and further. It is preferably less than 1.5 N / (mg · cm 2 ), more preferably 1.2 N / mg · cm 2 or less, and even more preferably 1.20 N / mg · cm 2 or less. It is even more preferably 1.1 N / mg · cm 2 or less, even more preferably 1.10 N / mg · cm 2 or less, and particularly preferably 1.0 N / mg · cm 2 or less, 1.00 N. It is particularly preferable that it is / mg · cm 2 or less. Further, from the viewpoint of further improving the electrolytic performance, it is preferably more than 0.005 N / (mg · cm 2 ), more preferably 0.08 N / (mg · cm 2 ) or more, and further preferably 0. It is more preferably 1 N / (mg · cm 2 ) or more, and more preferably 0.14 N / (mg) from the viewpoint of facilitating handling in a large size (for example, size 1.5 m × 2.5 m). -Cm 2 ), more preferably 0.2 N / (mg · cm 2 ) or more.

〔方法(ii)〕
粒番号320のアルミナでブラスト加工を施して得られるニッケル板(厚み1.2mm、200mm角、上記方法(i)と同様のニッケル板)と、電極サンプル(130mm角)とをこの順で積層させ、この積層体を純水にて十分に浸漬した後、積層体表面に付着した余分な水分を除去することで測定用サンプルを得る。温度23±2℃、相対湿度30±5%の条件下で、この測定用サンプル中の電極サンプルのみを、引張圧縮試験機を用いて、垂直方向に10mm/分で上昇させて、電極サンプルが、垂直方向に10mm上昇したときの加重を測定する。この測定を3回実施して平均値を算出する。
この平均値を、電極サンプルとニッケル板の重なり部分の面積、およびニッケル板と重なっている部分における電極サンプルの質量で除して、単位質量・単位面積あたりの接着力(2)(N/mg・cm2)を算出する。
[Method (ii)]
A nickel plate (thickness 1.2 mm, 200 mm square, nickel plate similar to the above method (i)) obtained by blasting with alumina having a grain number of 320 and an electrode sample (130 mm square) are laminated in this order. After the laminate is sufficiently immersed in pure water, excess water adhering to the surface of the laminate is removed to obtain a measurement sample. Under the conditions of a temperature of 23 ± 2 ° C. and a relative humidity of 30 ± 5%, only the electrode sample in this measurement sample was raised vertically at 10 mm / min using a tensile compression tester to obtain an electrode sample. , Measure the weight when rising 10 mm in the vertical direction. This measurement is performed three times to calculate the average value.
Dividing this average value by the area of the overlapping portion of the electrode sample and the nickel plate and the mass of the electrode sample in the overlapping portion of the nickel plate, the unit mass / adhesive force per unit area (2) (N / mg)・ Calculate cm 2 ).

方法(ii)により得られる、単位質量・単位面積あたりのかかる力(2)は、良好なハンドリング性が得られ、イオン交換膜や微多孔膜などの隔膜、劣化した電極及び触媒コーティングがされていない給電体と良好な接着力を有するとの観点から、1.6N/(mg・cm2)以下であることが好ましく、より好ましくは1.6N/(mg・cm2)未満であり、さらに好ましくは1.5N/(mg・cm2)未満であり、よりさらに好ましくは1.2N/mg・cm2以下であり、一層好ましくは1.20N/mg・cm2以下である。より一層好ましくは1.1N/mg・cm2以下であり、さらに一層好ましくは1.10N/mg・cm2以下であり、特に好ましくは1.0N/mg・cm2以下であり、1.00N/mg・cm2以下であることがとりわけ好ましい。さらに、電解性能をより向上させる観点から、好ましくは0.005N/(mg・cm2)超であり、より好ましくは0.08N/(mg・cm2)以上であり、さらに好ましくは、0.1N/(mg・cm2)以上であり、よりさらに好ましくは、さらに、大型サイズ(例えば、サイズ1.5m×2.5m)での取り扱いが容易になるとの観点から、よりさらに好ましくは0.14N/(mg・cm2)以上である。 The force (2) applied per unit mass / unit area obtained by method (ii) has good handleability, and is coated with diaphragms such as ion exchange membranes and microporous membranes, deteriorated electrodes, and catalyst coatings. From the viewpoint of having good adhesion to a non-feeding body, it is preferably 1.6 N / (mg · cm 2 ) or less, more preferably less than 1.6 N / (mg · cm 2 ), and further. It is preferably less than 1.5 N / (mg · cm 2 ), more preferably 1.2 N / mg · cm 2 or less, and even more preferably 1.20 N / mg · cm 2 or less. It is even more preferably 1.1 N / mg · cm 2 or less, even more preferably 1.10 N / mg · cm 2 or less, and particularly preferably 1.0 N / mg · cm 2 or less, 1.00 N. It is particularly preferable that it is / mg · cm 2 or less. Further, from the viewpoint of further improving the electrolytic performance, it is preferably more than 0.005 N / (mg · cm 2 ), more preferably 0.08 N / (mg · cm 2 ) or more, and further preferably 0. It is 1 N / (mg · cm 2 ) or more, more preferably 0. From the viewpoint of facilitating handling in a large size (for example, size 1.5 m × 2.5 m). It is 14 N / (mg · cm 2 ) or more.

本実施形態における電解用電極は、電解用電極基材及び触媒層を含むことが好ましい。該電解用電極基材の厚み(ゲージ厚み)は、特に限定されないが、良好なハンドリング性が得られ、イオン交換膜や微多孔膜などの隔膜、劣化した電極(給電体)及び触媒コーティングがされていない電極(給電体)と良好な接着力を有し、好適にロール状に巻け、良好に折り曲げることができ、大型サイズ(例えば、サイズ1.5m×2.5m)での取り扱いが容易になるとの観点から、300μm以下が好ましく、205μm以下がより好ましく、155μm以下が更に好ましく、135μm以下が更により好ましく、125μm以下がより更により好ましく、120μm以下が一層好ましく、100μm以下がより一層好ましく、ハンドリング性と経済性の観点から、50μm以下が更に一層好ましい。下限値は、特に限定さないが、例えば、1μmであり、好ましく5μmであり、より好ましくは15μmである。 The electrode for electrolysis in the present embodiment preferably includes an electrode base material for electrolysis and a catalyst layer. The thickness (gauge thickness) of the electrode base material for electrolysis is not particularly limited, but good handleability is obtained, and a diaphragm such as an ion exchange membrane or a microporous membrane, a deteriorated electrode (feeding body), and a catalyst coating are applied. It has good adhesion to the electrode (feeding body) that has not been used, can be rolled into a suitable roll, can be bent well, and can be easily handled in a large size (for example, size 1.5m x 2.5m). From the viewpoint, 300 μm or less is preferable, 205 μm or less is more preferable, 155 μm or less is further preferable, 135 μm or less is further preferable, 125 μm or less is further preferable, 120 μm or less is further preferable, and 100 μm or less is further preferable. From the viewpoint of handleability and economy, 50 μm or less is even more preferable. The lower limit is not particularly limited, but is, for example, 1 μm, preferably 5 μm, and more preferably 15 μm.

本実施形態において、新たな隔膜と電解用電極とを一体化させる上で、これらの間に液体が介在することが好ましい。当該液体は、水、有機溶媒など表面張力を発生させるものであればどのような液体でも使用することができる。液体の表面張力が大きいほど、新たな隔膜と電解用電極との間にかかる力は大きくなるため、表面張力の大きな液体が好ましい。液体としては、次のものが挙げられる(カッコ内の数値は、その液体の20℃における表面張力である)。
ヘキサン(20.44mN/m)、アセトン(23.30mN/m)、メタノール(24.00mN/m)、エタノール(24.05mN/m)、エチレングリコール(50.21mN/m)水(72.76mN/m)
表面張力の大きな液体であれば、新たな隔膜と電解用電極とが一体となり(積層体となり)、電極更新がより容易となる傾向にある。新たな隔膜と電解用電極との間の液体は表面張力によりお互いが張り付く程度の量でよく、その結果液体量が少ないため、該積層体の電解セルに設置した後に電解液に混ざっても、電解自体に影響を与えることはない。
実用状の観点からは、液体としてエタノール、エチレングリコール、水等の表面張力が24mN/mから80mN/mの液体を使用することが好ましい。特に水、または水に苛性ソーダ、水酸化カリウム、水酸化リチウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等を溶解させてアルカリ性にした水溶液が好ましい。また、これらの液体に界面活性剤を含ませ、表面張力を調整することもできる。界面活性剤を含むことで、新たな隔膜と電解用電極との接着性が変化し、ハンドリング性を調整することができる。界面活性剤としては、特に限定されず、イオン性界面活性剤、非イオン性界面活性剤のいずれも使用できる。
In the present embodiment, in order to integrate the new diaphragm and the electrode for electrolysis, it is preferable that a liquid is interposed between them. The liquid can be any liquid such as water and an organic solvent as long as it generates surface tension. The larger the surface tension of the liquid, the greater the force applied between the new diaphragm and the electrode for electrolysis. Therefore, a liquid having a large surface tension is preferable. Examples of the liquid include the following (the numerical value in parentheses is the surface tension of the liquid at 20 ° C.).
Hexane (20.44mN / m), Acetone (23.30mN / m), Methanol (24.00mN / m), Ethanol (24.05mN / m), Ethylene Glycol (50.21mN / m) Water (72.76mN) / M)
In the case of a liquid having a large surface tension, a new diaphragm and an electrode for electrolysis tend to be integrated (a laminate), and the electrode renewal tends to be easier. The amount of liquid between the new diaphragm and the electrode for electrolysis may be such that they stick to each other due to surface tension, and as a result, the amount of liquid is small. It does not affect the electrolysis itself.
From the viewpoint of practical use, it is preferable to use a liquid having a surface tension of 24 mN / m to 80 mN / m, such as ethanol, ethylene glycol, and water. In particular, water or an aqueous solution obtained by dissolving caustic soda, potassium hydroxide, lithium hydroxide, sodium hydrogencarbonate, potassium hydrogencarbonate, sodium carbonate, potassium carbonate or the like in water to make it alkaline is preferable. Further, the surface tension can be adjusted by impregnating these liquids with a surfactant. By including the surfactant, the adhesiveness between the new diaphragm and the electrode for electrolysis is changed, and the handleability can be adjusted. The surfactant is not particularly limited, and either an ionic surfactant or a nonionic surfactant can be used.

本実施形態における電解用電極は、特に限定されないが、良好なハンドリング性が得られ、イオン交換膜や微多孔膜などの隔膜、劣化した電極(給電体)及び触媒コーティングがされていない電極(給電体)と良好な接着力を有するとの観点から、以下の方法(2)により測定した割合が、90%以上であることが好ましく、92%以上であることがより好ましく、さらに、大型サイズ(例えば、サイズ1.5m×2.5m)での取り扱いが容易になるとの観点から、95%以上であることがさらに好ましい。上限値は、100%である。 The electrode for electrolysis in the present embodiment is not particularly limited, but good handleability is obtained, and a diaphragm such as an ion exchange membrane or a microporous membrane, a deteriorated electrode (feeding body), and an electrode without catalyst coating (feeding) are obtained. From the viewpoint of having good adhesive strength with the body), the ratio measured by the following method (2) is preferably 90% or more, more preferably 92% or more, and further, a large size (large size (2)). For example, it is more preferably 95% or more from the viewpoint of facilitating handling in a size of 1.5 m × 2.5 m). The upper limit is 100%.

〔方法(2)〕
イオン交換膜(170mm角)と、電極サンプル(130mm角)とをこの順で積層させる。温度23±2℃、相対湿度30±5%の条件下で、この積層体中の電極サンプルが外側になるように、ポリエチレンのパイプ(外径280mm)の曲面上に積層体を置き、積層体とパイプを純水にて十分に浸漬させ、積層体表面及びパイプに付着した余分な水分を除去し、その1分後に、イオン交換膜(170mm角)と、電極サンプルとが密着している部分の面積の割合(%)を測定する。
[Method (2)]
The ion exchange membrane (170 mm square) and the electrode sample (130 mm square) are laminated in this order. Under the conditions of a temperature of 23 ± 2 ° C. and a relative humidity of 30 ± 5%, the laminate was placed on a curved surface of a polyethylene pipe (outer diameter 280 mm) so that the electrode sample in the laminate was on the outside, and the laminate was placed. The pipe is sufficiently immersed in pure water to remove excess water adhering to the surface of the laminate and the pipe, and one minute later, the portion where the ion exchange membrane (170 mm square) and the electrode sample are in close contact with each other. Measure the percentage of the area of.

本実施形態における電解用電極は、特に限定されないが、良好なハンドリング性が得られ、イオン交換膜や微多孔膜などの隔膜、劣化した電極(給電体)及び触媒コーティングがされていない電極(給電体)と良好な接着力を有し、好適にロール状に巻け、良好に折り曲げることができるとの観点から、以下の方法(3)により測定した割合が、75%以上であることが好ましく、80%以上であることがより好ましく、さらに、大型サイズ(例えば、サイズ1.5m×2.5m)での取り扱いが容易になるとの観点から、90%以上であることがさらに好ましい。上限値は、100%である。
〔方法(3)〕
イオン交換膜(170mm角)と、電極サンプル(130mm角)とをこの順で積層させる。温度23±2℃、相対湿度30±5%の条件下で、この積層体中の電極サンプルが外側になるように、ポリエチレンのパイプ(外径145mm)の曲面上に積層体を置き、積層体とパイプを純水にて十分に浸漬させ、積層体表面及びパイプに付着した余分な水分を除去し、その1分後に、イオン交換膜(170mm角)と、電極サンプルとが密着している部分の面積の割合(%)を測定する。
The electrode for electrolysis in the present embodiment is not particularly limited, but good handleability is obtained, and a diaphragm such as an ion exchange membrane or a microporous membrane, a deteriorated electrode (feeding body), and an electrode without catalyst coating (feeding) are obtained. From the viewpoint that it has good adhesive strength to the body), can be appropriately rolled into a roll, and can be bent satisfactorily, the ratio measured by the following method (3) is preferably 75% or more. It is more preferably 80% or more, and further preferably 90% or more from the viewpoint of facilitating handling in a large size (for example, size 1.5 m × 2.5 m). The upper limit is 100%.
[Method (3)]
The ion exchange membrane (170 mm square) and the electrode sample (130 mm square) are laminated in this order. Under the conditions of a temperature of 23 ± 2 ° C. and a relative humidity of 30 ± 5%, the laminate was placed on a curved surface of a polyethylene pipe (outer diameter 145 mm) so that the electrode sample in the laminate was on the outside, and the laminate was placed. The pipe is sufficiently immersed in pure water to remove excess water adhering to the surface of the laminate and the pipe, and one minute later, the portion where the ion exchange membrane (170 mm square) and the electrode sample are in close contact with each other. Measure the percentage of the area of.

本実施形態における電解用電極は、特に限定されないが、良好なハンドリング性が得られ、イオン交換膜や微多孔膜などの隔膜、劣化した電極(給電体)及び触媒コーティングがされていない電極(給電体)と良好な接着力を有し、電解中に発生するガスの滞留防止の観点から、多孔構造であり、その開孔率または空隙率が5~90%以下であることが好ましい。開孔率は、より好ましくは10~80%以下であり、さらに好ましくは、20~75%である。
なお、開孔率とは、単位体積あたりの開孔部の割合である。開孔部もサブミクロンオーダーまで勘案するのか、目に見える開口のみ勘案するのかによって、算出方法が様々である。本実施形態では、電極のゲージ厚み、幅、長さの値から体積Vを算出し、更に重量Wを実測することにより、開孔率Aを下記の式で算出できる。
A=(1-(W/(V×ρ))×100
ρは電極の材質の密度(g/cm3)である。例えばニッケルの場合は8.908g/cm3、チタンの場合は4.506g/cm3である。開孔率の調整は、パンチングメタルであれば単位面積あたりに金属を打ち抜く面積を変更する、エキスパンドメタルであればSW(短径)、LW(長径)、送りの値を変更する、メッシュであれが金属繊維の線径、メッシュ数を変更する、エレクトロフォーミングであれば使用するフォトレジストのパターンを変更する、不織布であれば金属繊維径および繊維密度を変更する、発泡金属であれは空隙を形成させるための鋳型を変更する等の方法により適宜調整することができる。
The electrode for electrolysis in the present embodiment is not particularly limited, but good handleability is obtained, and a diaphragm such as an ion exchange membrane or a microporous membrane, a deteriorated electrode (feeding body), and an electrode without catalyst coating (feeding) are obtained. It has a good adhesive force with the body), and from the viewpoint of preventing the retention of gas generated during electrolysis, it is preferably a porous structure having a porosity or a porosity of 5 to 90% or less. The opening rate is more preferably 10 to 80% or less, still more preferably 20 to 75%.
The opening rate is the ratio of the opening portion per unit volume. There are various calculation methods depending on whether the opening is also considered to the submicron order or only the visible opening. In the present embodiment, the opening ratio A can be calculated by the following formula by calculating the volume V from the values of the gauge thickness, width, and length of the electrode and further measuring the weight W.
A = (1- (W / (V × ρ)) × 100
ρ is the density of the electrode material (g / cm 3 ). For example, in the case of nickel, it is 8.908 g / cm 3 , and in the case of titanium, it is 4.506 g / cm 3 . The opening ratio can be adjusted by changing the area where the metal is punched out per unit area for punching metal, changing the SW (minor diameter), LW (major diameter), and feed values for expanded metal, or mesh. Changes the wire diameter and number of meshes of metal fibers, changes the pattern of the photoresist used for electroforming, changes the metal fiber diameter and fiber density for non-woven materials, and forms voids for foamed metals. It can be appropriately adjusted by a method such as changing the mold for making the metal.

以下、本実施形態における電解用電極のより具体的な実施形態について、説明する。
本実施形態に係る電解用電極は、電解用電極基材及び触媒層を含むことが好ましい。触媒層は以下の通り、複数の層で構成されてもよいし、単層構造でもよい。
図6に示すように、本実施形態に係る電解用電極100は、電解用電極基材10と、電解用電極基材10の両表面を被覆する一対の第一層20とを備える。第一層20は電解用電極基材10全体を被覆することが好ましい。これにより、電解用電極の触媒活性及び耐久性が向上し易くなる。なお、電解用電極基材10の一方の表面だけに第一層20が積層されていてもよい。
また、図6に示すように、第一層20の表面は、第二層30で被覆されていてもよい。第二層30は、第一層20全体を被覆することが好ましい。また、第二層30は、第一層20の一方の表面だけ積層されていてもよい。
Hereinafter, a more specific embodiment of the electrode for electrolysis in the present embodiment will be described.
The electrode for electrolysis according to the present embodiment preferably includes an electrode base material for electrolysis and a catalyst layer. The catalyst layer may be composed of a plurality of layers or may have a single layer structure as described below.
As shown in FIG. 6, the electrolysis electrode 100 according to the present embodiment includes an electrolysis electrode base material 10 and a pair of first layers 20 that cover both surfaces of the electrolysis electrode base material 10. The first layer 20 preferably covers the entire electrode base material 10 for electrolysis. This makes it easy to improve the catalytic activity and durability of the electrode for electrolysis. The first layer 20 may be laminated only on one surface of the electrode base material 10 for electrolysis.
Further, as shown in FIG. 6, the surface of the first layer 20 may be covered with the second layer 30. The second layer 30 preferably covers the entire first layer 20. Further, the second layer 30 may be laminated on only one surface of the first layer 20.

(電解用電極基材)
電解用電極基材10としては、特に限定されるものではないが、例えばニッケル、ニッケル合金、ステンレススチール、またはチタンなどに代表されるバルブ金属を使用でき、ニッケル(Ni)及びチタン(Ti)から選ばれる少なくとも1種の元素を含むことが好ましい。
ステンレススチールを高濃度のアルカリ水溶液中で用いた場合、鉄及びクロムが溶出すること、及びステンレススチールの電気伝導性がニッケルの1/10程度であることを考慮すると、電解用電極基材としてはニッケル(Ni)を含む基材が好ましい。
また、電解用電極基材10は、飽和に近い高濃度の食塩水中で、塩素ガス発生雰囲気で用いた場合、材質は耐食性の高いチタンであることも好ましい。
電解用電極基材10の形状には特に限定はなく、目的によって適切な形状を選択することができる。形状としては、パンチングメタル、不織布、発泡金属、エキスパンドメタル、エレクトロフォーミングにより形成した金属多孔箔、金属線を編んで作製したいわゆるウーブンメッシュ等いずれのものも使用できる。この中でも、パンチングメタルあるいはエキスパンドメタルが好ましい。なお、エレクトロフォーミングとは、写真製版と電気メッキ法を組み合わせて、精密なパターンの金属薄膜を製作する技術である。基板上にフォトレジストにてパターン形成し、レジストに保護されていない部分に電気メッキを施し、金属薄を得る方法である。
電解用電極基材の形状については、電解槽における陽極と陰極との距離によって好適な仕様がある。特に限定されるものではないが、陽極と陰極とが有限な距離を有する場合には、エキスパンドメタル、パンチングメタル形状を用いることができ、イオン交換膜と電極とが接するいわゆるゼロギャップ電解槽の場合には、細い線を編んだウーブンメッシュ、金網、発泡金属、金属不織布、エキスパンドメタル、パンチングメタル、金属多孔箔などを用いることができる。
電解用電極基材10としては、金属多孔箔、金網、金属不織布、パンチングメタル、エキスパンドメタル又は発泡金属が挙げられる。
パンチングメタル、エキスパンドメタルに加工する前の板材としては、圧延成形した板材、電解箔などが好ましい。電解箔は、更に後処理として母材と同じ元素でメッキ処理を施して、片面あるいは両面に凹凸をつけることが好ましい。
また、電解用電極基材10の厚みは、前述の通り、300μm以下であることが好ましく、205μm以下であることがより好ましく、155μm以下であることが更に好ましく、135μm以下であることが更により好ましく、125μm以下であることがより更により好ましく、120μm以下であることが一層好ましく、100μm以下であることがより一層好ましく、ハンドリング性と経済性の観点から、50μm以下であることがより更に一層好ましい。下限値は、特に限定さないが、例えば、1μmであり、好ましく5μmであり、より好ましくは15μmである。
(Electrode substrate for electrolysis)
The electrolytic electrode base material 10 is not particularly limited, but for example, a valve metal typified by nickel, nickel alloy, stainless steel, titanium and the like can be used, and from nickel (Ni) and titanium (Ti). It preferably contains at least one element of choice.
Considering that iron and chromium elute when stainless steel is used in a high-concentration alkaline aqueous solution, and that the electrical conductivity of stainless steel is about 1/10 that of nickel, it can be used as an electrode base material for electrolysis. A substrate containing nickel (Ni) is preferred.
Further, it is also preferable that the electrode base material 10 for electrolysis is made of titanium having high corrosion resistance when used in a chlorine gas generating atmosphere in a salt solution having a concentration close to saturation.
The shape of the electrode base material 10 for electrolysis is not particularly limited, and an appropriate shape can be selected depending on the purpose. As the shape, any of punching metal, non-woven fabric, foamed metal, expanded metal, perforated metal foil formed by electroforming, so-called woven mesh made by knitting a metal wire, and the like can be used. Of these, punching metal or expanded metal is preferable. Electroforming is a technique for producing a metal thin film having a precise pattern by combining photoengraving and electroplating. This is a method of forming a pattern on a substrate with a photoresist and electroplating a portion not protected by the resist to obtain a thin metal.
Regarding the shape of the electrode base material for electrolysis, there are suitable specifications depending on the distance between the anode and the cathode in the electrolytic cell. Although not particularly limited, when the anode and the cathode have a finite distance, an expanded metal or punching metal shape can be used, and in the case of a so-called zero gap electrolytic cell in which the ion exchange film and the electrode are in contact with each other. Woven mesh woven with fine wires, wire mesh, foam metal, metal anode, expanded metal, punching metal, metal porous foil and the like can be used.
Examples of the electrode base material 10 for electrolysis include a metal porous foil, a wire mesh, a metal non-woven fabric, a punching metal, an expanded metal, and a foamed metal.
As the plate material before being processed into a punching metal or an expanded metal, a rolled plate material, an electrolytic foil or the like is preferable. It is preferable that the electrolytic foil is further plated with the same element as the base material as a post-treatment to make unevenness on one side or both sides.
Further, as described above, the thickness of the electrode base material 10 for electrolysis is preferably 300 μm or less, more preferably 205 μm or less, further preferably 155 μm or less, and further preferably 135 μm or less. It is more preferably 125 μm or less, further preferably 120 μm or less, further preferably 100 μm or less, and even more preferably 50 μm or less from the viewpoint of handleability and economy. preferable. The lower limit is not particularly limited, but is, for example, 1 μm, preferably 5 μm, and more preferably 15 μm.

電解用電極基材においては、電解用電極基材を酸化雰囲気中で焼鈍することによって加工時の残留応力を緩和することが好ましい。また、電解用電極基材の表面には、前記表面に被覆される触媒層との密着性を向上させるために、スチールグリッド、アルミナ粉などを用いて凹凸を形成し、その後酸処理により表面積を増加させることが好ましい。または、基材と同じ元素でメッキ処理を施し、表面積を増加させることが好ましい。 In the electrode base material for electrolysis, it is preferable to relax the residual stress during processing by annealing the electrode base material for electrolysis in an oxidizing atmosphere. Further, in order to improve the adhesion to the catalyst layer coated on the surface of the electrode base material for electrolysis, unevenness is formed by using a steel grid, alumina powder, etc., and then the surface area is increased by acid treatment. It is preferable to increase it. Alternatively, it is preferable to perform plating treatment with the same element as the base material to increase the surface area.

電解用電極基材10には、第一層20と電解用電極基材10の表面とを密着させるために、表面積を増大させる処理を行うことが好ましい。表面積を増大させる処理としては、カットワイヤ、スチールグリッド、アルミナグリッド等を用いたブラスト処理、硫酸又は塩酸を用いた酸処理、基材と同元素でのメッキ処理等が挙げられる。基材表面の算術平均表面粗さ(Ra)は、特に限定されないが、0.05μm~50μmが好ましく、0.1~10μmがより好ましく、0.1~8μmがさらに好ましい。 It is preferable that the electrode base material 10 for electrolysis is subjected to a treatment for increasing the surface area in order to bring the first layer 20 and the surface of the electrode base material 10 for electrolysis into close contact with each other. Examples of the treatment for increasing the surface area include a blast treatment using a cut wire, a steel grid, an alumina grid, etc., an acid treatment using sulfuric acid or hydrochloric acid, a plating treatment using the same element as the base material, and the like. The arithmetic mean surface roughness (Ra) of the substrate surface is not particularly limited, but is preferably 0.05 μm to 50 μm, more preferably 0.1 to 10 μm, and even more preferably 0.1 to 8 μm.

次に、本実施形態における電解用電極を食塩電解用陽極として使用する場合について説明する。
(第一層)
図6において、触媒層である第一層20は、ルテニウム酸化物、イリジウム酸化物及びチタン酸化物のうち少なくとも1種類の酸化物を含む。ルテニウム酸化物としては、RuO2等が挙げられる。イリジウム酸化物としては、IrO2等が挙げられる。チタン酸化物としては、TiO2等が挙げられる。第一層20は、ルテニウム酸化物及びチタン酸化物の2種類の酸化物を含むか、又はルテニウム酸化物、イリジウム酸化物及びチタン酸化物の3種類の酸化物を含むことが好ましい。それにより、第一層20がより安定な層になり、さらに、第二層30との密着性もより向上する。
Next, a case where the electrode for electrolysis in this embodiment is used as an anode for salt electrolysis will be described.
(First layer)
In FIG. 6, the first layer 20 which is a catalyst layer contains at least one kind of oxide among ruthenium oxide, iridium oxide and titanium oxide. Examples of the ruthenium oxide include RuO 2 . Examples of the iridium oxide include IrO 2 . Examples of the titanium oxide include TiO 2 and the like. The first layer 20 preferably contains two types of oxides, ruthenium oxide and titanium oxide, or preferably contains three types of oxides, ruthenium oxide, iridium oxide and titanium oxide. As a result, the first layer 20 becomes a more stable layer, and the adhesion with the second layer 30 is further improved.

第一層20が、ルテニウム酸化物及びチタン酸化物の2種類の酸化物を含む場合には、第一層20に含まれるルテニウム酸化物1モルに対して、第一層20に含まれるチタン酸化物は1~9モルであることが好ましく、1~4モルであることがより好ましい。2種類の酸化物の組成比をこの範囲とすることによって、電解用電極100は優れた耐久性を示す。 When the first layer 20 contains two types of oxides, a ruthenium oxide and a titanium oxide, the titanium oxidation contained in the first layer 20 is compared with 1 mol of the ruthenium oxide contained in the first layer 20. The substance is preferably 1 to 9 mol, more preferably 1 to 4 mol. By setting the composition ratio of the two types of oxides in this range, the electrode 100 for electrolysis exhibits excellent durability.

第一層20が、ルテニウム酸化物、イリジウム酸化物及びチタン酸化物の3種類の酸化物を含む場合、第一層20に含まれるルテニウム酸化物1モルに対して、第一層20に含まれるイリジウム酸化物は0.2~3モルであることが好ましく、0.3~2.5モルであることがより好ましい。また、第一層20に含まれるルテニウム酸化物1モルに対して、第一層20に含まれるチタン酸化物は0.3~8モルであることが好ましく、1~7モルであることがより好ましい。3種類の酸化物の組成比をこの範囲とすることによって、電解用電極100は優れた耐久性を示す。 When the first layer 20 contains three types of oxides, ruthenium oxide, iridium oxide and titanium oxide, it is contained in the first layer 20 with respect to 1 mol of the ruthenium oxide contained in the first layer 20. The iridium oxide is preferably 0.2 to 3 mol, more preferably 0.3 to 2.5 mol. Further, the titanium oxide contained in the first layer 20 is preferably 0.3 to 8 mol, and more preferably 1 to 7 mol, with respect to 1 mol of the ruthenium oxide contained in the first layer 20. preferable. By setting the composition ratio of the three types of oxides in this range, the electrode 100 for electrolysis exhibits excellent durability.

第一層20が、ルテニウム酸化物、イリジウム酸化物及びチタン酸化物の中から選ばれる少なくとも2種類の酸化物を含む場合、これらの酸化物は、固溶体を形成していることが好ましい。酸化物固溶体を形成することにより、電解用電極100はすぐれた耐久性を示す。 When the first layer 20 contains at least two kinds of oxides selected from ruthenium oxide, iridium oxide and titanium oxide, these oxides preferably form a solid solution. By forming the oxide solid solution, the electrode 100 for electrolysis exhibits excellent durability.

上記の組成の他にも、ルテニウム酸化物、イリジウム酸化物及びチタン酸化物のうち少なくとも1種類の酸化物を含んでいる限り、種々の組成のものを用いることができる。例えば、DSA(登録商標)と呼ばれる、ルテニウム、イリジウム、タンタル、ニオブ、チタン、スズ、コバルト、マンガン、白金等を含む酸化物コーティングを第一層20として用いることも可能である。 In addition to the above compositions, various compositions can be used as long as they contain at least one of ruthenium oxide, iridium oxide and titanium oxide. For example, an oxide coating containing ruthenium, iridium, tantalum, niobium, titanium, tin, cobalt, manganese, platinum and the like, which is called DSA (registered trademark), can be used as the first layer 20.

第一層20は、単層である必要はなく、複数の層を含んでいてもよい。例えば、第一層20が3種類の酸化物を含む層と2種類の酸化物を含む層とを含んでいてもよい。第一層20の厚みは0.05~10μmが好ましく、0.1~8μmがより好ましい。 The first layer 20 does not have to be a single layer and may include a plurality of layers. For example, the first layer 20 may include a layer containing three types of oxides and a layer containing two types of oxides. The thickness of the first layer 20 is preferably 0.05 to 10 μm, more preferably 0.1 to 8 μm.

(第二層)
第二層30は、ルテニウムとチタンを含むことが好ましい。これにより電解直後の塩素過電圧を更に低くすることができる。
(Second layer)
The second layer 30 preferably contains ruthenium and titanium. This makes it possible to further reduce the chlorine overvoltage immediately after electrolysis.

第二層30が酸化パラジウム、酸化パラジウムと白金の固溶体あるいはパラジウムと白金の合金を含むことが好ましい。これにより電解直後の塩素過電圧を更に低くすることができる。 The second layer 30 preferably contains palladium oxide, a solid solution of palladium oxide and platinum, or an alloy of palladium and platinum. This makes it possible to further reduce the chlorine overvoltage immediately after electrolysis.

第二層30は、厚い方が電解性能を維持できる期間が長くなるが、経済性の観点から0.05~3μmの厚みであることが好ましい。 The thicker the second layer 30, the longer the period during which the electrolytic performance can be maintained, but from the economical point of view, the thickness of the second layer 30 is preferably 0.05 to 3 μm.

次に、本実施形態における電解用電極を食塩電解用陰極として使用する場合について説明する。
(第一層)
触媒層である第一層20の成分としては、C、Si、P、S、Al、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、In、Sn、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Hg、Pb、Bi、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu等の金属及び当該金属の酸化物又は水酸化物が挙げられる。
白金族金属、白金族金属酸化物、白金族金属水酸化物、白金族金属を含む合金の少なくとも1種類を含んでもよいし、含まなくてもよい。
白金族金属、白金族金属酸化物、白金族金属水酸化物、白金族金属を含む合金の少なくとも1種類を含む場合、白金族金属、白金族金属酸化物、白金族金属水酸化物、白金族金属を含む合金が白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、イリジウムのうち少なくとも1種類の白金族金属を含むことが好ましい。
白金族金属としては、白金を含むことが好ましい。
白金族金属酸化物としては、ルテニウム酸化物を含むことが好ましい。
白金族金属水酸化物としては、ルテニウム水酸化物を含むことが好ましい。
白金族金属合金としては、白金とニッケル、鉄、コバルトとの合金を含むことが好ましい。
更に必要に応じて第二成分として、ランタノイド系元素の酸化物あるいは水酸化物を含むことが好ましい。これにより、電解用電極100はすぐれた耐久性を示す。
ランタノイド系元素の酸化物あるいは水酸化物としては、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、プロメチウム、サマリウム、ユーロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウムから選ばれる少なくとも1種類を含むことが好ましい。
さらに必要に応じて、第三成分として遷移金属の酸化物あるいは水酸化物を含むことが好ましい。
第三成分を添加することにより、電解用電極100はよりすぐれた耐久性を示し、電解電圧を低減させることができる。
好ましい組み合わせの例としては、ルテニウムのみ、ルテニウム+ニッケル、ルテニウム+セリウム、ルテニウム+ランタン、ルテニウム+ランタン+白金、ルテニウム+ランタン+パラジウム、ルテニウム+プラセオジム、ルテニウム+プラセオジム+白金、ルテニウム+プラセオジム+白金+パラジウム、ルテニウム+ネオジム、ルテニウム+ネオジム+白金、ルテニウム+ネオジム+マンガン、ルテニウム+ネオジム+鉄、ルテニウム+ネオジム+コバルト、ルテニウム+ネオジム+亜鉛、ルテニウム+ネオジム+ガリウム、ルテニウム+ネオジム+硫黄、ルテニウム+ネオジム+鉛、ルテニウム+ネオジム+ニッケル、ルテニウム+ネオジム+銅、ルテニウム+サマリウム、ルテニウム+サマリウム+マンガン、ルテニウム+サマリウム+鉄、ルテニウム+サマリウム+コバルト、ルテニウム+サマリウム+亜鉛、ルテニウム+サマリウム+ガリウム、ルテニウム+サマリウム+硫黄、ルテニウム+サマリウム+鉛、ルテニウム+サマリウム+ニッケル、白金+セリウム、白金+パラジウム+セリウム、白金+パラジウム+ランタン+セリウム、白金+イリジウム、白金+パラジウム、白金+イリジウム+パラジウム、白金+ニッケル+パラジウム、白金+ニッケル+ルテニウム、白金とニッケルの合金、白金とコバルトの合金、白金と鉄の合金、などが挙げられる。
白金族金属、白金族金属酸化物、白金族金属水酸化物、白金族金属を含む合金を含まない場合、触媒の主成分がニッケル元素であることが好ましい。
ニッケル金属、酸化物、水酸化物のうち少なくとも1種類を含むことが好ましい。
第二成分として、遷移金属を添加してもよい。添加する第二成分としては、チタン、スズ、モリブデン、コバルト、マンガン、鉄、硫黄、亜鉛、銅、炭素のうち少なくとも1種類の元素を含むことが好ましい。
好ましい組み合わせとして、ニッケル+スズ、ニッケル+チタン、ニッケル+モリブデン、ニッケル+コバルトなどが挙げられる。
必要に応じ、第1層20と電解用電極基材10の間に、中間層を設けることができる。中間層を設置することにより、電解用電極100の耐久性を向上させることができる。
中間層としては、第1層20と電解用電極基材10の両方に親和性があるものが好ましい。中間層としては、ニッケル酸化物、白金族金属、白金族金属酸化物、白金族金属水酸化物が好ましい。中間層としては、中間層を形成する成分を含む溶液を塗布、焼成することで形成することもできるし、基材を空気雰囲気中で300~600℃の温度で熱処理を実施して、表面酸化物層を形成させることもできる。その他、熱溶射法、イオンプレーティング法など既知の方法で形成させることができる。
Next, a case where the electrode for electrolysis in this embodiment is used as a cathode for salt electrolysis will be described.
(First layer)
The components of the first layer 20 which is the catalyst layer include C, Si, P, S, Al, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, and Ru. , Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg, Pb, Bi, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb , Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu and the like, and oxides or hydroxides of the metal.
It may or may not contain at least one kind of an alloy containing a platinum group metal, a platinum group metal oxide, a platinum group metal hydroxide, and a platinum group metal.
When at least one of a platinum group metal, a platinum group metal oxide, a platinum group metal hydroxide, and an alloy containing a platinum group metal is contained, the platinum group metal, the platinum group metal oxide, the platinum group metal hydroxide, and the platinum group It is preferable that the metal-containing alloy contains at least one platinum group metal among platinum, palladium, rhodium, ruthenium and iridium.
The platinum group metal preferably contains platinum.
The platinum group metal oxide preferably contains ruthenium oxide.
The platinum group metal hydroxide preferably contains ruthenium hydroxide.
The platinum group metal alloy preferably contains an alloy of platinum with nickel, iron, and cobalt.
Further, it is preferable to contain an oxide of a lanthanoid element or a hydroxide as a second component, if necessary. As a result, the electrode 100 for electrolysis exhibits excellent durability.
The oxide or hydroxide of the lanthanoid element preferably contains at least one selected from lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, promethium, samarium, europium, gadolinium, terbium, and dysprosium.
Further, if necessary, it is preferable to include a transition metal oxide or a hydroxide as the third component.
By adding the third component, the electrolytic electrode 100 exhibits better durability and can reduce the electrolytic voltage.
Examples of preferred combinations are ruthenium only, ruthenium + nickel, ruthenium + cerium, ruthenium + lanthanum, ruthenium + lanthanum + platinum, ruthenium + lanthanum + palladium, ruthenium + placeodium, ruthenium + placeodium + platinum, ruthenium + placeodium + platinum + Palladium, ruthenium + neodym, ruthenium + neodym + platinum, ruthenium + neodym + manganese, ruthenium + neodym + iron, ruthenium + neodymium + cobalt, ruthenium + neodymium + zinc, ruthenium + neodymium + gallium, ruthenium + neodymium + sulfur, ruthenium + Neogym + lead, ruthenium + neodym + nickel, ruthenium + neodym + copper, ruthenium + samarium, ruthenium + samarium + manganese, ruthenium + samarium + iron, ruthenium + samarium + cobalt, ruthenium + samarium + zinc, ruthenium + samarium + gallium, Ruthenium + samarium + sulfur, ruthenium + samarium + lead, ruthenium + samarium + nickel, platinum + cerium, platinum + palladium + cerium, platinum + palladium + lanthanum + cerium, platinum + iridium, platinum + palladium, platinum + iridium + palladium, Examples include platinum + nickel + palladium, platinum + nickel + ruthenium, platinum-nickel alloys, platinum-cobalt alloys, platinum-iron alloys, and the like.
When an alloy containing a platinum group metal, a platinum group metal oxide, a platinum group metal hydroxide, or a platinum group metal is not contained, it is preferable that the main component of the catalyst is a nickel element.
It is preferable to contain at least one of nickel metal, oxide and hydroxide.
A transition metal may be added as the second component. The second component to be added preferably contains at least one element of titanium, tin, molybdenum, cobalt, manganese, iron, sulfur, zinc, copper and carbon.
Preferred combinations include nickel + tin, nickel + titanium, nickel + molybdenum, nickel + cobalt and the like.
If necessary, an intermediate layer can be provided between the first layer 20 and the electrode base material 10 for electrolysis. By installing the intermediate layer, the durability of the electrolytic electrode 100 can be improved.
As the intermediate layer, those having an affinity for both the first layer 20 and the electrode base material 10 for electrolysis are preferable. As the intermediate layer, nickel oxide, platinum group metal, platinum group metal oxide, and platinum group metal hydroxide are preferable. The intermediate layer can be formed by applying and firing a solution containing a component forming the intermediate layer, or by heat-treating the substrate in an air atmosphere at a temperature of 300 to 600 ° C. to oxidize the surface. It is also possible to form a material layer. In addition, it can be formed by a known method such as a thermal spraying method or an ion plating method.

(第二層)
触媒層である第一層30の成分としては、C、Si、P、S、Al、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、In、Sn、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Hg、Pb、Bi、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu等の金属及び当該金属の酸化物又は水酸化物が挙げられる。
白金族金属、白金族金属酸化物、白金族金属水酸化物、白金族金属を含む合金の少なくとも1種類を含んでもよいし、含まなくてもよい。第二層に含まれる元素の好ましい組み合わせの例としては、第一層で挙げた組み合わせなどがある。第一層と第二層の組み合わせは、同じ組成で組成比が異なる組み合わせでもよいし、異なる組成の組み合わせでもよい。
(Second layer)
The components of the first layer 30 which is the catalyst layer include C, Si, P, S, Al, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, and Ru. , Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg, Pb, Bi, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb , Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu and the like, and oxides or hydroxides of the metal.
It may or may not contain at least one kind of an alloy containing a platinum group metal, a platinum group metal oxide, a platinum group metal hydroxide, and a platinum group metal. Examples of preferable combinations of elements contained in the second layer include the combinations mentioned in the first layer. The combination of the first layer and the second layer may be a combination having the same composition but a different composition ratio, or a combination having different compositions.

触媒層の厚みとしては、形成させた触媒層および中間層の合算した厚みが0.01μm~20μmが好ましい。0.01μm以上であれば、触媒として十分機能を発揮できる。20μm以下であれば、基材からの脱落が少なく強固な触媒層を形成することができる。0.05μm~15μmがより好ましい。より好ましくは、0.1μm~10μmである。更に好ましくは、0.2μm~8μmである。 As the thickness of the catalyst layer, the total thickness of the formed catalyst layer and the intermediate layer is preferably 0.01 μm to 20 μm. If it is 0.01 μm or more, it can sufficiently function as a catalyst. When the thickness is 20 μm or less, a strong catalyst layer can be formed with little loss from the substrate. More preferably, 0.05 μm to 15 μm. More preferably, it is 0.1 μm to 10 μm. More preferably, it is 0.2 μm to 8 μm.

電極の厚み、すなわち、電解用電極基材と触媒層の合計の厚みとしては、電極のハンドリング性の点から、315μm以下が好ましく、220μm以下がより好ましく、170μm以下が更に好ましく、150μm以下が更により好ましく、145μm以下が特に好ましく、140μm以下が一層好ましく、138μm以下がより一層好ましく、135μm以下が更に一層好ましい。135μm以下であれば、良好なハンドリング性が得られる。さらに、上記と同様の観点から、130μm以下であることが好ましく、より好ましくは、130μm未満であり、更に好ましくは、115μm以下であり、より更に好ましくは、65μm以下である。下限値は、特に限定されないが、1μm以上が好ましく、実用上から5μm以上がより好ましく、20μm以上であることがより好ましい。なお、電極の厚みは、デジマチックシックスネスゲージ(株式会社ミツトヨ、最少表示0.001mm)で測定することで求めることができる。電極用電極基材の厚みは、電極厚みと同様に測定する。触媒層厚みは、電極厚みから電解用電極基材の厚みを引くことで求めることができる。 The thickness of the electrode, that is, the total thickness of the electrode base material for electrolysis and the catalyst layer, is preferably 315 μm or less, more preferably 220 μm or less, further preferably 170 μm or less, and further preferably 150 μm or less from the viewpoint of handleability of the electrode. More preferably, 145 μm or less is particularly preferable, 140 μm or less is further preferable, 138 μm or less is further preferable, and 135 μm or less is further preferable. If it is 135 μm or less, good handleability can be obtained. Further, from the same viewpoint as above, it is preferably 130 μm or less, more preferably less than 130 μm, further preferably 115 μm or less, still more preferably 65 μm or less. The lower limit is not particularly limited, but is preferably 1 μm or more, more preferably 5 μm or more, and even more preferably 20 μm or more from a practical point of view. The thickness of the electrode can be determined by measuring with a Digimatic Sixness Gauge (Mitutoyo Co., Ltd., minimum display 0.001 mm). The thickness of the electrode base material for electrodes is measured in the same manner as the electrode thickness. The catalyst layer thickness can be obtained by subtracting the thickness of the electrode base material for electrolysis from the electrode thickness.

本実施形態において、十分な電解性能を確保する観点から、電解用電極が、Ru、Rh、Pd、Ir、Pt、Au、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y,Zr、Nb、Mo、Ag、Ta、W、Re、Os、Al、In、Sn、Sb、Ga、Ge、B、C、N、O、Si、P、S、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb及びDyからなる群より選択される少なくとも一種の触媒成分を含むことが好ましい。 In the present embodiment, from the viewpoint of ensuring sufficient electrolytic performance, the electrolytic electrodes are Ru, Rh, Pd, Ir, Pt, Au, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Ag, Ta, W, Re, Os, Al, In, Sn, Sb, Ga, Ge, B, C, N, O, Si, P, S, La, Ce, Pr, It preferably contains at least one catalytic component selected from the group consisting of Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb and Dy.

本実施形態において、電解用電極は、弾性変形領域が広い電極であると、より良好なハンドリング性が得られ、イオン交換膜や微多孔膜などの隔膜、劣化した電極及び触媒コーティングがされていない給電体などとより良好な接着力を有する観点から、電解用電極の厚みは、315μm以下が好ましく、220μm以下がより好ましく、170μm以下が更に好ましく、150μm以下が更により好ましく、145μm以下が特に好ましく、140μm以下が一層好ましく、138μm以下がより一層好ましく、135μm以下が更に一層好ましい。135μm以下であれば、良好なハンドリング性が得られる。さらに、上記と同様の観点から、130μm以下が好ましく、130μm未満がより好ましく、115μm以下が更に好ましく、65μm以下がより更に好ましい。下限値は、特に限定されないが、1μm以上が好ましく、実用上から5μm以上がより好ましく、20μm以上であることがより好ましい。なお、本実施形態において、「弾性変形領域が広い」とは、電解用電極を捲回して捲回体とし、捲回状態を解除した後、捲回に由来する反りが生じ難いことを意味する。また、電解用電極の厚みとは、後述の触媒層を含む場合、電解用電極基材と触媒層を合わせた厚みを言う。 In the present embodiment, when the electrode for electrolysis is an electrode having a wide elastic deformation region, better handleability can be obtained, and a diaphragm such as an ion exchange membrane or a microporous membrane, a deteriorated electrode, and a catalyst coating are not applied. From the viewpoint of having better adhesion to the feeder and the like, the thickness of the electrode for electrolysis is preferably 315 μm or less, more preferably 220 μm or less, further preferably 170 μm or less, further preferably 150 μm or less, and particularly preferably 145 μm or less. , 140 μm or less is more preferable, 138 μm or less is even more preferable, and 135 μm or less is even more preferable. If it is 135 μm or less, good handleability can be obtained. Further, from the same viewpoint as above, 130 μm or less is preferable, less than 130 μm is more preferable, 115 μm or less is further preferable, and 65 μm or less is further preferable. The lower limit is not particularly limited, but is preferably 1 μm or more, more preferably 5 μm or more, and even more preferably 20 μm or more from a practical point of view. In the present embodiment, "the elastic deformation region is wide" means that the electrolytic electrode is wound to form a wound body, and after the wound state is released, warpage due to the winding is unlikely to occur. .. Further, the thickness of the electrode for electrolysis means the total thickness of the electrode base material for electrolysis and the catalyst layer when the catalyst layer described later is included.

(電解用電極の製造方法)
次に電解用電極100の製造方法の一実施形態について詳細に説明する。
本実施形態では、酸素雰囲気下での塗膜の焼成(熱分解)、あるいはイオンプレーティング、メッキ、熱溶射等の方法によって、電解用電極基材上に第一層20、好ましくは第二層30を形成することにより、電解用電極100を製造できる。このような本実施形態の製造方法では、電解用電極100の高い生産性を実現できる。具体的には、触媒を含む塗布液を塗布する塗布工程、塗布液を乾燥する乾燥工程、熱分解を行う熱分解工程により、電解用電極基材上に触媒層が形成される。ここで熱分解とは、前駆体となる金属塩を加熱して、金属又は金属酸化物とガス状物質に分解することを意味する。用いる金属種、塩の種類、熱分解を行う雰囲気等により、分解生成物は異なるが、酸化性雰囲気では多くの金属は酸化物を形成しやすい傾向がある。電極の工業的な製造プロセスにおいて、熱分解は通常空気中で行われ、多くの場合、金属酸化物あるいは金属水酸化物が形成される。
(Manufacturing method of electrode for electrolysis)
Next, an embodiment of a method for manufacturing the electrolytic electrode 100 will be described in detail.
In the present embodiment, the first layer 20, preferably the second layer, is placed on the electrode substrate for electrolysis by a method such as firing (thermal decomposition) of the coating film in an oxygen atmosphere, ion plating, plating, or thermal spraying. By forming 30, the electrode 100 for electrolysis can be manufactured. In such a manufacturing method of the present embodiment, high productivity of the electrode 100 for electrolysis can be realized. Specifically, a catalyst layer is formed on the electrode substrate for electrolysis by a coating step of applying a coating liquid containing a catalyst, a drying step of drying the coating liquid, and a thermal decomposition step of performing thermal decomposition. Here, thermal decomposition means that a metal salt as a precursor is heated and decomposed into a metal or a metal oxide and a gaseous substance. Decomposition products differ depending on the type of metal used, the type of salt, the atmosphere in which thermal decomposition is performed, and the like, but in an oxidizing atmosphere, many metals tend to form oxides easily. In the industrial manufacturing process of electrodes, pyrolysis is usually carried out in air, often forming metal oxides or metal hydroxides.

(陽極の第一層の形成)
(塗布工程)
第一層20は、ルテニウム、イリジウム及びチタンのうち少なくとも1種類の金属塩を溶解した溶液(第一塗布液)を電解用電極基材に塗布後、酸素の存在下で熱分解(焼成)して得られる。第一塗布液中のルテニウム、イリジウム及びチタンの含有率は、第一層20と概ね等しい。
(Formation of the first layer of the anode)
(Applying process)
In the first layer 20, a solution (first coating liquid) in which at least one metal salt of ruthenium, iridium and titanium is dissolved is applied to an electrode base material for electrolysis, and then thermally decomposed (baked) in the presence of oxygen. Can be obtained. The content of ruthenium, iridium and titanium in the first coating liquid is substantially the same as that of the first layer 20.

金属塩としては、塩化物塩、硝酸塩、硫酸塩、金属アルコキシド、その他のいずれの形態でもよい。第一塗布液の溶媒は、金属塩の種類に応じて選択できるが、水及びブタノール等のアルコール類等を用いることができる。溶媒としては、水または水とアルコール類の混合溶媒が好ましい。金属塩を溶解させた第一塗布液中の総金属濃度は特に限定されないが、1回の塗布で形成される塗膜の厚みとの兼ね合いから10~150g/Lの範囲が好ましい。 The metal salt may be in any form such as chloride salt, nitrate, sulfate, metal alkoxide and the like. The solvent of the first coating liquid can be selected depending on the type of the metal salt, but water, alcohols such as butanol, and the like can be used. As the solvent, water or a mixed solvent of water and alcohols is preferable. The total metal concentration in the first coating liquid in which the metal salt is dissolved is not particularly limited, but is preferably in the range of 10 to 150 g / L in consideration of the thickness of the coating film formed by one coating.

第一塗布液を電解用電極基材10上に塗布する方法としては、電解用電極基材10を第一塗布液に浸漬するディップ法、第一塗布液を刷毛で塗る方法、第一塗布液を含浸させたスポンジ状のロールを用いるロール法、電解用電極基材10と第一塗布液とを反対荷電に帯電させてスプレー噴霧を行う静電塗布法等が用いられる。この中でも工業的な生産性に優れた、ロール法又は静電塗布法が好ましい。 As a method of applying the first coating liquid on the electrode base material 10 for electrolysis, a dip method of immersing the electrode base material 10 for electrolysis in the first coating liquid, a method of applying the first coating liquid with a brush, and a first coating liquid. A roll method using a sponge-like roll impregnated with the above, an electrostatic coating method in which the electrode base material 10 for electrolysis and the first coating liquid are charged with opposite charges and spray sprayed are used. Among these, the roll method or the electrostatic coating method, which is excellent in industrial productivity, is preferable.

(乾燥工程、熱分解工程)
電解用電極基材100に第一塗布液を塗布した後、10~90℃の温度で乾燥し、350~650℃に加熱した焼成炉で熱分解する。乾燥と熱分解の間に、必要に応じて100~350℃で仮焼成を実施してもよい。乾燥、仮焼成及び熱分解温度は、第一塗布液の組成や溶媒種により、適宜選択することが出来る。一回当たりの熱分解の時間は長い方が好ましいが、電極の生産性の観点から3~60分が好ましく、5~20分がより好ましい。
(Drying process, pyrolysis process)
After applying the first coating liquid to the electrode base material 100 for electrolysis, it is dried at a temperature of 10 to 90 ° C. and thermally decomposed in a firing furnace heated to 350 to 650 ° C. Temporary firing may be performed at 100-350 ° C., if necessary, between drying and pyrolysis. The drying, temporary firing and thermal decomposition temperatures can be appropriately selected depending on the composition of the first coating liquid and the solvent type. It is preferable that the time for each thermal decomposition is long, but from the viewpoint of electrode productivity, 3 to 60 minutes is preferable, and 5 to 20 minutes is more preferable.

上記の塗布、乾燥及び熱分解のサイクルを繰り返して、被覆(第一層20)を所定の厚みに形成する。第一層20を形成した後に、必要に応じて更に長時間焼成する後加熱を行うと、第一層20の安定性を更に高めることができる。 The above cycle of coating, drying and thermal decomposition is repeated to form a coating (first layer 20) to a predetermined thickness. After forming the first layer 20, if necessary, firing is performed for a longer period of time and then heating is performed, so that the stability of the first layer 20 can be further enhanced.

(第二層の形成)
第二層30は、必要に応じて形成され、例えば、パラジウム化合物及び白金化合物を含む溶液あるいはルテニウム化合物およびチタン化合物を含む溶液(第二塗布液)を第一層20の上に塗布した後、酸素の存在下で熱分解して得られる。
(Formation of the second layer)
The second layer 30 is formed as needed, and for example, after applying a solution containing a palladium compound and a platinum compound or a solution containing a ruthenium compound and a titanium compound (second coating liquid) onto the first layer 20, the second layer 30 is formed. Obtained by thermal decomposition in the presence of oxygen.

(熱分解法での陰極の第一層の形成)
(塗布工程)
第一層20は、種々の組み合わせの金属塩を溶解した溶液(第一塗布液)を電解用電極基材に塗布後、酸素の存在下で熱分解(焼成)して得られる。第一塗布液中の金属の含有率は、第一層20と概ね等しい。
(Formation of the first layer of the cathode by the thermal decomposition method)
(Applying process)
The first layer 20 is obtained by applying a solution (first coating liquid) in which various combinations of metal salts are dissolved to an electrode base material for electrolysis, and then thermally decomposing (baking) in the presence of oxygen. The content of the metal in the first coating liquid is substantially the same as that of the first layer 20.

金属塩としては、塩化物塩、硝酸塩、硫酸塩、金属アルコキシド、その他のいずれの形態でもよい。第一塗布液の溶媒は、金属塩の種類に応じて選択できるが、水及びブタノール等のアルコール類等を用いることができる。溶媒としては、水または水とアルコール類の混合溶媒が好ましい。金属塩を溶解させた第一塗布液中の総金属濃度は特に限定されないが、1回の塗布で形成される塗膜の厚みとの兼ね合いから10~150g/Lの範囲が好ましい。 The metal salt may be in any form such as chloride salt, nitrate, sulfate, metal alkoxide and the like. The solvent of the first coating liquid can be selected depending on the type of the metal salt, but water, alcohols such as butanol, and the like can be used. As the solvent, water or a mixed solvent of water and alcohols is preferable. The total metal concentration in the first coating liquid in which the metal salt is dissolved is not particularly limited, but is preferably in the range of 10 to 150 g / L in consideration of the thickness of the coating film formed by one coating.

第一塗布液を電解用電極基材10上に塗布する方法としては、電解用電極基材10を第一塗布液に浸漬するディップ法、第一塗布液を刷毛で塗る方法、第一塗布液を含浸させたスポンジ状のロールを用いるロール法、電解用電極基材10と第一塗布液とを反対荷電に帯電させてスプレー噴霧を行う静電塗布法等が用いられる。この中でも工業的な生産性に優れた、ロール法又は静電塗布法が好ましい。 As a method of applying the first coating liquid on the electrode base material 10 for electrolysis, a dip method of immersing the electrode base material 10 for electrolysis in the first coating liquid, a method of applying the first coating liquid with a brush, and a first coating liquid. A roll method using a sponge-like roll impregnated with the above, an electrostatic coating method in which the electrode base material 10 for electrolysis and the first coating liquid are charged with opposite charges and spray sprayed are used. Among these, the roll method or the electrostatic coating method, which is excellent in industrial productivity, is preferable.

(乾燥工程、熱分解工程)
電解用電極基材10に第一塗布液を塗布した後、10~90℃の温度で乾燥し、350~650℃に加熱した焼成炉で熱分解する。乾燥と熱分解の間に、必要に応じて100~350℃で仮焼成を実施してもよい。乾燥、仮焼成及び熱分解温度は、第一塗布液の組成や溶媒種により、適宜選択することが出来る。一回当たりの熱分解の時間は長い方が好ましいが、電極の生産性の観点から3~60分が好ましく、5~20分がより好ましい。
(Drying process, pyrolysis process)
After the first coating liquid is applied to the electrode base material 10 for electrolysis, it is dried at a temperature of 10 to 90 ° C. and thermally decomposed in a firing furnace heated to 350 to 650 ° C. Temporary firing may be performed at 100-350 ° C., if necessary, between drying and pyrolysis. The drying, temporary firing and thermal decomposition temperatures can be appropriately selected depending on the composition of the first coating liquid and the solvent type. It is preferable that the time for each thermal decomposition is long, but from the viewpoint of electrode productivity, 3 to 60 minutes is preferable, and 5 to 20 minutes is more preferable.

上記の塗布、乾燥及び熱分解のサイクルを繰り返して、被覆(第一層20)を所定の厚みに形成する。第一層20を形成した後に、必要に応じて更に長時間焼成する後加熱を行うと、第一層20の安定性を更に高めることができる。 The above cycle of coating, drying and thermal decomposition is repeated to form a coating (first layer 20) to a predetermined thickness. After forming the first layer 20, if necessary, firing is performed for a longer period of time and then heating is performed, so that the stability of the first layer 20 can be further enhanced.

(中間層の形成)
中間層は、必要に応じて形成され、例えば、パラジウム化合物あるいは白金化合物を含む溶液(第二塗布液)を基材の上に塗布した後、酸素の存在下で熱分解して得られる。あるいは、溶液を塗布することなく基材を加熱するだけで基材表面に酸化ニッケル中間層を形成させてもよい。
(Formation of intermediate layer)
The intermediate layer is formed as needed, and is obtained, for example, by applying a solution containing a palladium compound or a platinum compound (second coating solution) onto a substrate and then thermally decomposing it in the presence of oxygen. Alternatively, the nickel oxide intermediate layer may be formed on the surface of the substrate simply by heating the substrate without applying the solution.

(イオンプレーティングでの陰極の第一層の形成)
第一層20はイオンプレーティングで形成させることもできる。
一例として、基材をチャンバー内に固定し、金属ルテニウムターゲットに電子線を照射する方法が挙げられる。蒸発した金属ルテニウム粒子は、チャンバー内のプラズマ中でプラスに帯電され、マイナスに帯電させた基板上に堆積する。プラズマ雰囲気はアルゴン、酸素であり、ルテニウムはルテニウム酸化物として基材上に堆積する。
(Formation of the first layer of the cathode by ion plating)
The first layer 20 can also be formed by ion plating.
One example is a method of fixing a substrate in a chamber and irradiating a metallic ruthenium target with an electron beam. The evaporated metallic ruthenium particles are positively charged in the plasma in the chamber and deposited on the negatively charged substrate. The plasma atmosphere is argon and oxygen, and ruthenium is deposited on the substrate as ruthenium oxide.

(メッキでの陰極の第一層の形成)
第一層20は、メッキ法でも形成させることもできる。
一例として、基材を陰極として使用し、ニッケルおよびスズを含む電解液中で電解メッキを実施すると、ニッケルとスズの合金メッキを形成させることができる。
(Formation of the first layer of the cathode by plating)
The first layer 20 can also be formed by a plating method.
As an example, when a substrate is used as a cathode and electrolytic plating is performed in an electrolytic solution containing nickel and tin, an alloy plating of nickel and tin can be formed.

(熱溶射での陰極の第一層の形成)
第一層20は、熱溶射法でも形成させることができる。
一例として、酸化ニッケル粒子を基材上にプラズマ溶射することにより、金属ニッケルと酸化ニッケルが混合した触媒層を形成させることができる。
(Formation of the first layer of the cathode by thermal spraying)
The first layer 20 can also be formed by a thermal spraying method.
As an example, by plasma spraying nickel oxide particles onto a substrate, a catalyst layer in which metallic nickel and nickel oxide are mixed can be formed.

以下、隔膜の一態様に係るイオン交換膜について詳述する。
〔イオン交換膜〕
イオン交換膜としては、電解用電極と積層体とすることができれば、特に限定されず、種々のイオン交換膜を適用することができる。本実施形態においては、イオン交換基を有する炭化水素系重合体あるいは含フッ素系重合体を含む膜本体と、該膜本体の少なくとも一方面上に設けられたコーティング層とを有するイオン交換膜を用いることが好ましい。また、コーティング層は、無機物粒子と結合剤とを含み、コーティング層の比表面積は、0.1~10m2/gであることが好ましい。かかる構造のイオン交換膜は、電解中に発生するガスによる電解性能への影響が少なく、安定した電解性能を発揮する傾向にある。
上記、イオン交換基が導入されたパーフルオロカーボン重合体の膜とは、スルホ基由来のイオン交換基(-SO3-で表される基、以下「スルホン酸基」ともいう。)を有するスルホン酸層と、カルボキシル基由来のイオン交換基(-CO2-で表される基、以下「カルボン酸基」ともいう。)を有するカルボン酸層のいずれか一方を備えるものである。強度及び寸法安定性の観点から、強化芯材をさらに有することが好ましい。
無機物粒子及び結合剤については、以下コーティング層の説明の欄に詳述する。
Hereinafter, the ion exchange membrane according to one aspect of the diaphragm will be described in detail.
[Ion exchange membrane]
The ion exchange membrane is not particularly limited as long as it can be a laminate with an electrode for electrolysis, and various ion exchange membranes can be applied. In the present embodiment, an ion exchange membrane having a hydrocarbon-based polymer having an ion-exchange group or a membrane body containing a fluorine-containing polymer and a coating layer provided on at least one surface of the membrane body is used. Is preferable. Further, the coating layer contains inorganic particles and a binder, and the specific surface area of the coating layer is preferably 0.1 to 10 m 2 / g. The ion exchange membrane having such a structure has little influence on the electrolysis performance due to the gas generated during electrolysis, and tends to exhibit stable electrolysis performance.
The film of the perfluorocarbon polymer into which the ion exchange group has been introduced is a sulfonic acid having an ion exchange group derived from a sulfo group (a group represented by −SO3- , hereinafter also referred to as a “sulfonic acid group”). It comprises one of a layer and a carboxylic acid layer having an ion exchange group derived from a carboxyl group (a group represented by −CO 2- , hereinafter also referred to as a “carboxylic acid group”). From the viewpoint of strength and dimensional stability, it is preferable to further have a reinforced core material.
Inorganic particles and binders will be described in detail below in the description section of the coating layer.

図7は、イオン交換膜の一実施形態を示す断面模式図である。イオン交換膜1は、イオン交換基を有する炭化水素系重合体あるいは含フッ素系重合体を含む膜本体10と、膜本体10の両面に形成されたコーティング層11a及び11bを有する。 FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing an embodiment of an ion exchange membrane. The ion exchange membrane 1 has a membrane body 10 containing a hydrocarbon-based polymer or a fluorine-containing polymer having an ion exchange group, and coating layers 11a and 11b formed on both sides of the film body 10.

イオン交換膜1において、膜本体10は、スルホ基由来のイオン交換基(-SO3 -で表される基、以下「スルホン酸基」ともいう。)を有するスルホン酸層3と、カルボキシル基由来のイオン交換基(-CO2 -で表される基、以下「カルボン酸基」ともいう。)を有するカルボン酸層2とを備え、強化芯材4により強度及び寸法安定性が強化されている。イオン交換膜1は、スルホン酸層3とカルボン酸層2とを備えるため、陽イオン交換膜として好適に用いられる。 In the ion exchange film 1, the film body 10 is derived from a sulfonic acid layer 3 having an ion exchange group derived from a sulfo group (a group represented by −SO3- , hereinafter also referred to as a “sulfonic acid group”) and a carboxyl group. It is provided with a carboxylic acid layer 2 having an ion exchange group (a group represented by −CO 2- , hereinafter also referred to as a “carboxylic acid group”), and the strength and dimensional stability are enhanced by the reinforced core material 4. .. Since the ion exchange membrane 1 includes the sulfonic acid layer 3 and the carboxylic acid layer 2, it is suitably used as a cation exchange membrane.

なお、イオン交換膜は、スルホン酸層及びカルボン酸層のいずれか一方のみを有するものであってもよい。また、イオン交換膜は、必ずしも強化芯材により強化されている必要はなく、強化芯材の配置状態も図7の例に限定されるものではない。 The ion exchange membrane may have only one of a sulfonic acid layer and a carboxylic acid layer. Further, the ion exchange membrane does not necessarily have to be reinforced by the reinforced core material, and the arrangement state of the reinforced core material is not limited to the example of FIG. 7.

(膜本体)
先ず、イオン交換膜1を構成する膜本体10について説明する。
膜本体10は、陽イオンを選択的に透過する機能を有し、イオン交換基を有する炭化水素系重合体あるいは含フッ素系重合体を含むものであればよく、その構成や材料は特に限定されず、適宜好適なものを選択することができる。
(Membrane body)
First, the membrane body 10 constituting the ion exchange membrane 1 will be described.
The film body 10 has a function of selectively permeating cations, and may contain a hydrocarbon-based polymer or a fluorine-containing polymer having an ion exchange group, and its composition and material are particularly limited. However, a suitable one can be appropriately selected.

膜本体10におけるイオン交換基を有する炭化水素系重合体あるいは含フッ素系重合体は、例えば、加水分解等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炭化水素系重合体あるいは含フッ素系重合体から得ることができる。具体的には、例えば、主鎖がフッ素化炭化水素からなり、加水分解等によりイオン交換基に変換可能な基(イオン交換基前駆体)をペンダント側鎖として有し、且つ溶融加工が可能な重合体(以下、場合により「含フッ素系重合体(a)」という。)を用いて膜本体10の前駆体を作製した後、イオン交換基前駆体をイオン交換基に変換することにより、膜本体10を得ることができる。 The hydrocarbon-based polymer or fluorine-containing polymer having an ion-exchange group in the film body 10 is, for example, a hydrocarbon-based polymer or a fluorine-containing weight having an ion-exchange group precursor that can become an ion-exchange group by hydrolysis or the like. Can be obtained from coalescence. Specifically, for example, the main chain is made of a fluorinated hydrocarbon, has a group that can be converted into an ion exchange group by hydrolysis or the like (ion exchange group precursor) as a pendant side chain, and can be melted. After preparing a precursor of the membrane body 10 using a polymer (hereinafter, sometimes referred to as “fluorine-containing polymer (a)”), the ion exchange group precursor is converted into an ion exchange group to form a film. The main body 10 can be obtained.

含フッ素系重合体(a)は、例えば、下記第1群より選ばれる少なくとも一種の単量体と、下記第2群及び/又は下記第3群より選ばれる少なくとも一種の単量体と、を共重合することにより製造することができる。また、下記第1群、下記第2群、及び下記第3群のいずれかより選ばれる1種の単量体の単独重合により製造することもできる。 The fluoropolymer (a) contains, for example, at least one monomer selected from the first group below and at least one monomer selected from the second group and / or the third group below. It can be produced by copolymerizing. Further, it can also be produced by homopolymerization of one kind of monomer selected from any of the following 1st group, the following 2nd group, and the following 3rd group.

第1群の単量体としては、例えば、フッ化ビニル化合物が挙げられる。フッ化ビニル化合物としては、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、パーフルオロアルキルビニルエーテル等が挙げられる。特に、イオン交換膜をアルカリ電解用膜として用いる場合、フッ化ビニル化合物は、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、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が好ましい。 Examples of the first group of monomers include vinyl fluoride compounds. Examples of the vinyl fluoride compound include vinyl fluoride, tetrafluoroethylene, hexafluoropropylene, vinylidene fluoride, trifluoroethylene, chlorotrifluoroethylene, perfluoroalkyl vinyl ether and the like. In particular, when an ion exchange membrane is used as a membrane for alkaline electrolysis, the vinyl fluoride compound is preferably a perfluoromonomer, and is selected from the group consisting of tetrafluoroethylene, hexafluoropropylene, and perfluoroalkylvinyl ether. Fluoromonomers are preferred.

第2群の単量体としては、例えば、カルボン酸型イオン交換基(カルボン酸基)に変換し得る官能基を有するビニル化合物が挙げられる。カルボン酸基に変換し得る官能基を有するビニル化合物としては、例えば、CF2=CF(OCF2CYF)s-O(CZF)t-COORで表される単量体等が挙げられる(ここで、sは0~2の整数を表し、tは1~12の整数を表し、Y及びZは、各々独立して、F又はCF3を表し、Rは低級アルキル基を表す。低級アルキル基は、例えば炭素数1~3のアルキル基である。)。 Examples of the second group of monomers include vinyl compounds having a functional group that can be converted into a carboxylic acid type ion exchange group (carboxylic acid group). Examples of the vinyl compound having a functional group that can be converted into a carboxylic acid group include a monomer represented by CF 2 = CF (OCF 2 CYF) s -O (CZF) t -COOR (here). , S represent an integer of 0 to 2, t represents an integer of 1 to 12, Y and Z each independently represent F or CF 3 , and R represents a lower alkyl group. , For example, an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms.).

これらの中でも、CF2=CF(OCF2CYF)n-O(CF2m-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CF3を表し、RはCH3、C25、又はC37を表す。 Among these, 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 7 .

なお、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、単量体としてパーフルオロ化合物を少なくとも用いることが好ましいが、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てもよい。 When the ion exchange film is used as the cation exchange film for alkaline electrolysis, it is preferable to use at least a perfluoro compound as the monomer, but the alkyl group of the ester group (see R above) is heavy at the time of hydrolysis. The alkyl group (R) does not have to be a perfluoroalkyl group in which all hydrogen atoms are substituted with fluorine atoms, as it is lost from coalescence.

第2群の単量体としては、上記の中でも下記に表す単量体がより好ましい。
CF2=CFOCF2-CF(CF3)OCF2COOCH3
CF2=CFOCF2CF(CF3)O(CF22COOCH3
CF2=CF[OCF2-CF(CF3)]2O(CF22COOCH3
CF2=CFOCF2CF(CF3)O(CF23COOCH3
CF2=CFO(CF22COOCH3
CF2=CFO(CF23COOCH3
Among the above, the monomers represented below are more preferable as the second group of monomers.
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 .

第3群の単量体としては、例えば、スルホン型イオン交換基(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が挙げられる。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しては、例えば、CF2=CFO-X-CF2-SO2Fで表される単量体が好ましい(ここで、Xはパーフルオロアルキレン基を表す。)。これらの具体例としては、下記に表す単量体等が挙げられる。
CF2=CFOCF2CF2SO2F、
CF2=CFOCF2CF(CF3)OCF2CF2SO2F、
CF2=CFOCF2CF(CF3)OCF2CF2CF2SO2F、
CF2=CF(CF22SO2F、
CF2=CFO〔CF2CF(CF3)O〕2CF2CF2SO2F、
CF2=CFOCF2CF(CF2OCF3)OCF2CF2SO2F。
Examples of the monomer of the third group include vinyl compounds having a functional group that can be converted into a sulfonic acid type ion exchange group (sulfonic acid group). As the vinyl compound having a functional group that can be converted into a sulfonic acid group, for example, a monomer represented by CF 2 = CFO-X-CF 2 -SO 2F is preferable (where X is a perfluoroalkylene group). Represents.). Specific examples of these include the monomers represented 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、CF2=CFOCF2CF(CF3)OCF2CF2CF2SO2F、及びCF2=CFOCF2CF(CF3)OCF2CF2SO2Fがより好ましい。 Of these, 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 are more preferable.

これら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、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。 The copolymer obtained from these monomers can be produced by a polymerization method developed for homopolymerization and copolymerization of ethylene fluoride, particularly a general polymerization method used for tetrafluoroethylene. .. For example, in the non-aqueous method, an inert solvent such as perfluorohydrocarbon or chlorofluorocarbon is used, and in the presence of a radical polymerization initiator such as perfluorocarbon peroxide or an azo compound, the temperature is 0 to 200 ° C. and the pressure is 0. The polymerization reaction can be carried out under the condition of 1 to 20 MPa.

上記共重合において、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、得られる含フッ素系重合体に付与したい官能基の種類及び量によって選択決定される。例えば、カルボン酸基のみを含有する含フッ素系重合体とする場合、上記第1群及び第2群から各々少なくとも1種の単量体を選択して共重合させればよい。また、スルホン酸基のみを含有する含フッ素系重合体とする場合、上記第1群及び第3群の単量体から各々少なくとも1種の単量体を選択して共重合させればよい。さらに、カルボン酸基及びスルホン酸基を有する含フッ素系重合体とする場合、上記第1群、第2群及び第3群の単量体から各々少なくとも1種の単量体を選択して共重合させればよい。この場合、上記第1群及び第2群よりなる共重合体と、上記第1群及び第3群よりなる共重合体とを、別々に重合し、後に混合することによっても目的の含フッ素系重合体を得ることができる。また、各単量体の混合割合は、特に限定されないが、単位重合体当たりの官能基の量を増やす場合、上記第2群及び第3群より選ばれる単量体の割合を増加させればよい。 In the above-mentioned copolymerization, the type of the combination of the above-mentioned monomers and the ratio thereof are not particularly limited, and are selectively determined by the type and the amount of the functional group to be imparted to the obtained fluorine-containing polymer. For example, in the case of a fluorine-containing polymer containing only a carboxylic acid group, at least one monomer of each of the first group and the second group may be selected and copolymerized. Further, in the case of a fluorine-containing polymer containing only a sulfonic acid group, at least one monomer of each of the first group and third group monomers may be selected and copolymerized. Further, in the case of a fluoropolymer having a carboxylic acid group and a sulfonic acid group, at least one monomer is selected from the monomers of the first group, the second group and the third group, and the copolymer is used. It may be polymerized. In this case, the desired fluorocarbon-containing system can also be obtained by separately polymerizing the copolymer consisting of the first group and the second group and the copolymer consisting of the first group and the third group and then mixing them later. A polymer can be obtained. The mixing ratio of each monomer is not particularly limited, but when the amount of functional groups per unit polymer is increased, the ratio of the monomers selected from the second group and the third group may be increased. good.

含フッ素系共重合体の総イオン交換容量は特に限定されないが、0.5~2.0mg当量/gであることが好ましく、0.6~1.5mg当量/gであることがより好ましい。ここで、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、中和滴定等によって測定することができる。 The total ion exchange capacity of the fluorine-containing copolymer is not particularly limited, but is preferably 0.5 to 2.0 mg equivalent / g, and more preferably 0.6 to 1.5 mg equivalent / g. Here, the total ion exchange capacity refers to the equivalent number of exchange groups per unit weight of the dry resin, and can be measured by neutralization titration or the like.

イオン交換膜1の膜本体10においては、スルホン酸基を有する含フッ素系重合体を含むスルホン酸層3と、カルボン酸基を有する含フッ素系重合体を含むカルボン酸層2とが積層されている。このような層構造の膜本体10とすることで、ナトリウムイオン等の陽イオンの選択的透過性を一層向上させることができる。 In the film body 10 of the ion exchange film 1, a sulfonic acid layer 3 containing a fluorinated polymer having a sulfonic acid group and a carboxylic acid layer 2 containing a fluorinated polymer having a carboxylic acid group are laminated. There is. By forming the membrane body 10 having such a layered structure, the selective permeability of cations such as sodium ions can be further improved.

イオン交換膜1を電解槽に配置する場合、通常、スルホン酸層3が電解槽の陽極側に、カルボン酸層2が電解槽の陰極側に、それぞれ位置するように配置する。 When the ion exchange film 1 is arranged in the electrolytic cell, the sulfonic acid layer 3 is usually arranged on the anode side of the electrolytic cell, and the carboxylic acid layer 2 is arranged on the cathode side of the electrolytic cell.

スルホン酸層3は、電気抵抗が低い材料から構成されていることが好ましく、膜強度の観点から、膜厚がカルボン酸層2より厚いことが好ましい。スルホン酸層3の膜厚は、好ましくはカルボン酸層2の2~25倍であり、より好ましくは3~15倍である。 The sulfonic acid layer 3 is preferably made of a material having a low electrical resistance, and is preferably thicker than the carboxylic acid layer 2 from the viewpoint of film strength. The film thickness of the sulfonic acid layer 3 is preferably 2 to 25 times that of the carboxylic acid layer 2, and more preferably 3 to 15 times.

カルボン酸層2は、膜厚が薄くても高いアニオン排除性を有するものであることが好ましい。ここでいうアニオン排除性とは、イオン交換膜1へのアニオンの侵入や透過を妨げようとする性質をいう。アニオン排除性を高くするためには、スルホン酸層に対し、イオン交換容量の小さいカルボン酸層を配すること等が有効である。 The carboxylic acid layer 2 preferably has a high anion exclusion property even if the film thickness is thin. The anion exclusion property referred to here refers to a property of hindering the invasion and permeation of anions into the ion exchange membrane 1. In order to enhance the anion exclusion property, it is effective to arrange a carboxylic acid layer having a small ion exchange capacity with respect to the sulfonic acid layer.

スルホン酸層3に用いる含フッ素系重合体としては、例えば、第3群の単量体としてCF2=CFOCF2CF(CF3)OCF2CF2SO2Fを用いて得られた重合体が好適である。 As the fluorine-containing polymer used for the sulfonic acid layer 3, for example, a polymer obtained by using CF 2 = CFOCF 2 CF (CF 3 ) OCF 2 CF 2 SO 2 F as the monomer of the third group can be used. Suitable.

カルボン酸層2に用いる含フッ素系重合体としては、例えば、第2群の単量体としてCF2=CFOCF2CF(CF2)O(CF22COOCH3を用いて得られた重合体が好適である。 As the fluorine-containing polymer used for the carboxylic acid layer 2, for example, a polymer obtained by using CF 2 = CFOCF 2 CF (CF 2 ) O (CF 2 ) 2 COOCH 3 as the second group monomer. Is preferable.

(コーティング層)
イオン交換膜は、膜本体の少なくとも一方面上にコーティング層を有することが好ましい。また、図7に示すとおり、イオン交換膜1においては、膜本体10の両面上にそれぞれコーティング層11a及び11bが形成されている。
コーティング層は無機物粒子と結合剤とを含む。
(Coating layer)
The ion exchange membrane preferably has a coating layer on at least one surface of the membrane body. Further, as shown in FIG. 7, in the ion exchange membrane 1, coating layers 11a and 11b are formed on both surfaces of the membrane body 10, respectively.
The coating layer contains inorganic particles and a binder.

無機物粒子の平均粒径は、0.90μm以上であることがより好ましい。無機物粒子の平均粒径が0.90μm以上であると、ガス付着だけでなく不純物への耐久性が極めて向上する。すなわち、無機物粒子の平均粒径を大きくしつつ、且つ上述の比表面積の値を満たすようにすることで、特に顕著な効果が得られるようになる。このような平均粒径と比表面積を満たすため、不規則状の無機物粒子が好ましい。溶融により得られる無機物粒子、原石粉砕により得られる無機物粒子を用いることができる。好ましくは原石粉砕により得られる無機物粒子を好適に用いることができる。 The average particle size of the inorganic particles is more preferably 0.90 μm or more. When the average particle size of the inorganic particles is 0.90 μm or more, not only gas adhesion but also durability against impurities is extremely improved. That is, by increasing the average particle size of the inorganic particles and satisfying the above-mentioned specific surface area value, a particularly remarkable effect can be obtained. Irregular inorganic particles are preferred in order to satisfy such average particle size and specific surface area. Inorganic particles obtained by melting and inorganic particles obtained by crushing rough stone can be used. Inorganic particles obtained by pulverizing rough stones can be preferably used.

また、無機物粒子の平均粒径は、2μm以下とすることができる。無機物粒子の平均粒径が2μm以下であれば、無機物粒子によって膜が損傷することを防止できる。無機物粒子の平均粒径は、より好ましくは、0.90~1.2μmである。 Further, the average particle size of the inorganic particles can be 2 μm or less. When the average particle size of the inorganic particles is 2 μm or less, it is possible to prevent the film from being damaged by the inorganic particles. The average particle size of the inorganic particles is more preferably 0.90 to 1.2 μm.

ここで、平均粒径は、粒度分布計(「SALD2200」島津製作所)によって測定することができる。 Here, the average particle size can be measured by a particle size distribution meter (“SALD2200”, Shimadzu Corporation).

無機物粒子の形状は、不規則形状であることが好ましい。不純物への耐性がより向上する。また、無機物粒子の粒度分布は 、ブロードであることが好ましい。 The shape of the inorganic particles is preferably an irregular shape. More resistance to impurities. Further, the particle size distribution of the inorganic particles is preferably broad.

無機物粒子は、周期律表第IV族元素の酸化物、周期律表第IV族元素の窒化物、及び周期律表第IV族元素の炭化物からなる群より選ばれる少なくとも一種の無機物を含むことが好ましい。より好ましくは、耐久性の観点から、酸化ジルコニウムの粒子である。 The inorganic particles may contain at least one inorganic substance selected from the group consisting of oxides of Group IV elements of the Periodic Table, nitrides of Group IV elements of the Periodic Table, and carbides of Group IV elements of the Periodic Table. preferable. More preferably, it is a zirconium oxide particle from the viewpoint of durability.

この無機物粒子は、無機物粒子の原石を粉砕されることにより製造された無機物粒子であるか、または、無機物粒子の原石を溶融して精製することによって、粒子の径が揃った球状の粒子を無機物粒子であることが好ましい。 The inorganic particles are inorganic particles produced by crushing the rough particles of the inorganic particles, or by melting and purifying the rough stones of the inorganic particles, spherical particles having the same particle diameter are made into an inorganic substance. It is preferably particles.

原石粉砕方法としては、特に限定されないが、ボールミル、ビーズミル、コロイドミル、コニカルミル、ディスクミル、エッジミル、製粉ミル、ハンマーミル、ペレットミル、VSIミル、ウィリーミル、ローラーミル、ジェットミルなどが挙げられる。また、粉砕後、洗浄されることが好ましく、そのとき洗浄方法としては、酸処理されることが好ましい。それによって、無機物粒子の表面に付着した鉄等の不純物を削減することができる。 The rough stone crushing method is not particularly limited, and examples thereof include a ball mill, a bead mill, a colloid mill, a conical mill, a disc mill, an edge mill, a milling mill, a hammer mill, a pellet mill, a VSI mill, a willy mill, a roller mill, and a jet mill. Further, it is preferable to wash after pulverization, and at that time, as a washing method, acid treatment is preferable. Thereby, impurities such as iron adhering to the surface of the inorganic particles can be reduced.

コーティング層は結合剤を含むことが好ましい。結合剤は、無機物粒子をイオン交換膜の表面に保持して、コーティング層を成す成分である。結合剤は、電解液や電解による生成物への耐性の観点から、含フッ素系重合体を含むことが好ましい。 The coating layer preferably contains a binder. The binder is a component that holds inorganic particles on the surface of the ion exchange membrane to form a coating layer. The binder preferably contains a fluorine-containing polymer from the viewpoint of resistance to the electrolytic solution and products produced by electrolysis.

結合剤としては、電解液や電解による生成物への耐性、及び、イオン交換膜の表面への接着性の観点から、カルボン酸基又はスルホン酸基を有する含フッ素系重合体であることがより好ましい。スルホン酸基を有する含フッ素重合体を含む層(スルホン酸層)上にコーティング層を設ける場合、当該コーティング層の結合剤としては、スルホン酸基を有する含フッ素系重合体を用いることがさらに好ましい。また、カルボン酸基を有する含フッ素重合体を含む層(カルボン酸層)上にコーティング層を設ける場合、当該コーティング層の結合剤としては、カルボン酸基を有する含フッ素系重合体を用いることがさらに好ましい。 The binder is more likely to be a fluorine-containing polymer having a carboxylic acid group or a sulfonic acid group from the viewpoint of resistance to the electrolytic solution and products produced by electrolysis and adhesion to the surface of the ion exchange membrane. preferable. When a coating layer is provided on a layer (sulfonic acid layer) containing a fluoropolymer having a sulfonic acid group, it is more preferable to use a fluoropolymer having a sulfonic acid group as a binder for the coating layer. .. When a coating layer is provided on a layer (carboxylic acid layer) containing a fluoropolymer having a carboxylic acid group, a fluoropolymer having a carboxylic acid group may be used as a binder for the coating layer. More preferred.

コーティング層中、無機物粒子の含有量は40~90質量%であることが好ましく、50~90質量%であることがより好ましい。また、結合剤の含有量は、10~60質量%であることが好ましく、10~50質量%であることがより好ましい。 The content of the inorganic particles in the coating layer is preferably 40 to 90% by mass, more preferably 50 to 90% by mass. The content of the binder is preferably 10 to 60% by mass, more preferably 10 to 50% by mass.

イオン交換膜におけるコーティング層の分布密度は、1cm2当り0.05~2mgであることが好ましい。また、イオン交換膜が表面に凹凸形状を有する場合には、コーティング層の分布密度は、1cm2当り0.5~2mgであることが好ましい。 The distribution density of the coating layer in the ion exchange membrane is preferably 0.05 to 2 mg per 1 cm 2 . When the ion exchange membrane has an uneven shape on the surface, the distribution density of the coating layer is preferably 0.5 to 2 mg per 1 cm 2 .

コーティング層を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きる。例えば、無機物粒子を結合剤を含む溶液に分散したコーティング液を、スプレー等により塗布する方法が挙げられる。 The method for forming the coating layer is not particularly limited, and a known method can be used. For example, a method of applying a coating liquid in which inorganic particles are dispersed in a solution containing a binder by spraying or the like can be mentioned.

(強化芯材)
イオン交換膜は、膜本体の内部に配置された強化芯材を有することが好ましい。
(Reinforced core material)
The ion exchange membrane preferably has a reinforced core material arranged inside the membrane body.

強化芯材は、イオン交換膜の強度や寸法安定性を強化する部材である。強化芯材を膜本体の内部に配置させることで、特に、イオン交換膜の伸縮を所望の範囲に制御することができる。かかるイオン交換膜は、電解時等において、必要以上に伸縮せず、長期に優れた寸法安定性を維持することができる。 The reinforced core material is a member that enhances the strength and dimensional stability of the ion exchange membrane. By arranging the reinforcing core material inside the membrane body, it is possible to control the expansion and contraction of the ion exchange membrane in a desired range. Such an ion exchange membrane does not expand and contract more than necessary during electrolysis and the like, and can maintain excellent dimensional stability for a long period of time.

強化芯材の構成は、特に限定されず、例えば、強化糸と呼ばれる糸を紡糸して形成させてもよい。ここでいう強化糸とは、強化芯材を構成する部材であって、イオン交換膜に所望の寸法安定性及び機械的強度を付与できるものであり、かつ、イオン交換膜中で安定に存在できる糸のことをいう。かかる強化糸を紡糸した強化芯材を用いることにより、一層優れた寸法安定性及び機械的強度をイオン交換膜に付与することができる。 The structure of the reinforcing core material is not particularly limited, and for example, a yarn called a reinforcing yarn may be spun and formed. The reinforced yarn referred to here is a member constituting the reinforced core material, which can impart desired dimensional stability and mechanical strength to the ion exchange membrane, and can stably exist in the ion exchange membrane. It refers to a thread. By using the reinforced core material obtained by spinning such a reinforced yarn, it is possible to impart more excellent dimensional stability and mechanical strength to the ion exchange membrane.

強化芯材及びこれに用いる強化糸の材料は、特に限定されないが、酸やアルカリ等に耐性を有する材料であることが好ましく、長期にわたる耐熱性、耐薬品性が必要であることから、含フッ素系重合体から成る繊維が好ましい。 The material of the reinforced core material and the reinforced yarn used therein is not particularly limited, but is preferably a material having resistance to acids, alkalis, etc., and is required to have long-term heat resistance and chemical resistance, and thus contains fluorine. Fibers made of a system polymer are preferable.

強化芯材に用いられる含フッ素系重合体としては、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)等が挙げられる。これらのうち、特に耐熱性及び耐薬品性の観点からは、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。 Examples of the fluoropolymer used for the reinforcing core material include polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA), and tetrafluoroethylene-ethylene copolymer (ETFE). , Tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer, trifluorochloroethylene-ethylene copolymer, vinylidene fluoride polymer (PVDF) and the like. Of these, from the viewpoint of heat resistance and chemical resistance, it is preferable to use fibers made of polytetrafluoroethylene.

強化芯材に用いられる強化糸の糸径は、特に限定されないが、好ましくは20~300デニール、より好ましくは50~250デニールである。織り密度(単位長さあたりの打ち込み本数)は、好ましくは5~50本/インチである。強化芯材の形態としては、特に限定されず、例えば、織布、不織布、編布等が用いられるが、織布の形態であることが好ましい。また、織布の厚みは、好ましくは30~250μm、より好ましくは30~150μmのものが使用される。 The yarn diameter of the reinforcing yarn used for the reinforcing core material is not particularly limited, but is preferably 20 to 300 denier, and more preferably 50 to 250 denier. The weaving density (number of threads per unit length) is preferably 5 to 50 threads / inch. The form of the reinforced core material is not particularly limited, and for example, a woven fabric, a non-woven fabric, a knitted fabric, or the like is used, but the form of the woven fabric is preferable. The thickness of the woven fabric is preferably 30 to 250 μm, more preferably 30 to 150 μm.

織布又は編布は、モノフィラメント、マルチフィラメント又はこれらのヤーン、スリットヤーン等が使用でき、織り方は平織り、絡み織り、編織り、コード織り、シャーサッカ等の種々の織り方が使用できる。 As the woven fabric or knitted fabric, monofilaments, multifilaments or yarns thereof, slit yarns and the like can be used, and various weaving methods such as plain weave, entwined weave, knitted weave, cord weave and shear sacker can be used.

膜本体における強化芯材の織り方及び配置は、特に限定されず、イオン交換膜の大きさや形状、イオン交換膜に所望する物性及び使用環境等を考慮して適宜好適な配置とすることができる。 The weaving method and arrangement of the reinforced core material in the membrane body are not particularly limited, and can be appropriately arranged in consideration of the size and shape of the ion exchange membrane, the desired physical properties of the ion exchange membrane, the usage environment, and the like. ..

例えば、膜本体の所定の一方向に沿って強化芯材を配置してもよいが、寸法安定性の観点から、所定の第一の方向に沿って強化芯材を配置し、かつ第一の方向に対して略垂直である第二の方向に沿って別の強化芯材を配置することが好ましい。膜本体の縦方向膜本体の内部において、略直行するように複数の強化芯材を配置することで、多方向において一層優れた寸法安定性及び機械的強度を付与することができる。例えば、膜本体の表面において縦方向に沿って配置された強化芯材(縦糸)と横方向に沿って配置された強化芯材(横糸)を織り込む配置が好ましい。縦糸と横糸を交互に浮き沈みさせて打ち込んで織った平織りや、2本の経糸を捩りながら横糸と織り込んだ絡み織り、2本又は数本ずつ引き揃えて配置した縦糸に同数の横糸を打ち込んで織った斜子織り(ななこおり)等とすることが、寸法安定性、機械的強度及び製造容易性の観点からより好ましい。 For example, the reinforcing core material may be arranged along a predetermined one direction of the membrane body, but from the viewpoint of dimensional stability, the reinforcing core material is arranged along a predetermined first direction, and the first one. It is preferred to place another reinforced core along a second direction that is substantially perpendicular to the direction. Longitudinal direction of the film body By arranging a plurality of reinforcing core materials so as to be substantially orthogonal to each other inside the film body, it is possible to impart more excellent dimensional stability and mechanical strength in multiple directions. For example, it is preferable to weave a reinforcing core material (warp and weft) arranged along the vertical direction and a reinforcing core material (weft) arranged along the horizontal direction on the surface of the membrane body. A plain weave in which warp and weft are alternately raised and lowered and woven, or a entangled weave in which two warps are twisted and woven with a weft, and two or several warp and weft are woven by driving the same number of weft into the warp. It is more preferable to use a slanted weft (Nanakoori) or the like from the viewpoint of dimensional stability, mechanical strength and ease of manufacture.

特に、イオン交換膜のMD方向(Machine Direction方向)及びTD方向(Transverse Direction方向)の両方向に沿って強化芯材が配置されていることが好ましい。すなわち、MD方向とTD方向に平織りされていることが好ましい。ここで、MD方向とは、後述するイオン交換膜の製造工程において、膜本体や各種芯材(例えば、強化芯材、強化糸、後述する犠牲糸等)が搬送される方向(流れ方向)をいい、TD方向とは、MD方向と略垂直の方向をいう。そして、MD方向に沿って織られた糸をMD糸といい、TD方向に沿って織られた糸をTD糸という。通常、電解に用いるイオン交換膜は、矩形状であり、長手方向がMD方向となり、幅方向がTD方向となることが多い。MD糸である強化芯材とTD糸である強化芯材を織り込むことで、多方向において一層優れた寸法安定性及び機械的強度を付与することができる。 In particular, it is preferable that the reinforcing core material is arranged along both the MD direction (Machine Direction direction) and the TD direction (Transverse Direction direction) of the ion exchange membrane. That is, it is preferable that the plain weave is performed in the MD direction and the TD direction. Here, the MD direction refers to the direction (flow direction) in which the membrane body and various core materials (for example, reinforced core material, reinforced yarn, sacrificial yarn described later, etc.) are conveyed in the manufacturing process of the ion exchange membrane described later. The TD direction is a direction substantially perpendicular to the MD direction. The yarn woven along the MD direction is called an MD yarn, and the yarn woven along the TD direction is called a TD yarn. Usually, the ion exchange membrane used for electrolysis has a rectangular shape, and the longitudinal direction is often the MD direction and the width direction is often the TD direction. By weaving the reinforced core material which is an MD yarn and the reinforced core material which is a TD yarn, it is possible to impart more excellent dimensional stability and mechanical strength in multiple directions.

強化芯材の配置間隔は、特に限定されず、イオン交換膜に所望する物性及び使用環境等を考慮して適宜好適な配置とすることができる。 The arrangement interval of the reinforcing core material is not particularly limited, and can be appropriately arranged in consideration of the physical characteristics desired for the ion exchange membrane, the usage environment, and the like.

強化芯材の開口率は、特に限定されず、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、イオン交換膜の電気化学的性質の観点からは30%以上が好ましく、イオン交換膜の機械的強度の観点からは90%以下が好ましい。 The aperture ratio of the reinforced core material is not particularly limited, and 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 is preferably 90% or less from the viewpoint of the mechanical strength of the ion exchange membrane.

強化芯材の開口率とは、膜本体のいずれか一方の表面の面積(A)におけるイオン等の物質(電解液及びそれに含有される陽イオン(例えば、ナトリウムイオン))が通過できる表面の総面積(B)の割合(B/A)をいう。イオン等の物質が通過できる表面の総面積(B)とは、イオン交換膜において、陽イオンや電解液等が、イオン交換膜に含まれる強化芯材等によって遮断されない領域の総面積ということができる。 The aperture ratio of the reinforced core material is the total surface through which substances such as ions (electrolyte solution and cations contained therein (for example, sodium ions)) in the area (A) of the surface of either one of the membrane bodies can pass. It refers to the ratio (B / A) of the area (B). The total surface area (B) through which substances such as ions can pass is the total area of the region of the ion exchange membrane where cations, electrolytic solutions, etc. are not blocked by the reinforcing core material contained in the ion exchange membrane. can.

図8は、イオン交換膜を構成する強化芯材の開口率を説明するための概略図である。図8はイオン交換膜の一部を拡大し、その領域内における強化芯材21及び22の配置のみを図示しているものであり、他の部材については図示を省略している。 FIG. 8 is a schematic view for explaining the aperture ratio of the reinforcing core material constituting the ion exchange membrane. FIG. 8 is an enlargement of a part of the ion exchange membrane and shows only the arrangement of the reinforcing core materials 21 and 22 in the region, and the other members are not shown.

縦方向に沿って配置された強化芯材21と横方向に配置された強化芯材22によって囲まれた領域であって、強化芯材の面積も含めた領域の面積(A)から強化芯材の総面積(C)を減じることにより、上述した領域の面積(A)におけるイオン等の物質が通過できる領域の総面積(B)を求めることができる。すなわち、開口率は、下記式(I)により求めることができる。
開口率=(B)/(A)=((A)-(C))/(A) …(I)
A region surrounded by the reinforced core material 21 arranged along the vertical direction and the reinforced core material 22 arranged in the horizontal direction, from the area (A) of the region including the area of the reinforced core material. By subtracting the total area (C) of the above-mentioned region (A), the total area (B) of the region through which a substance such as an ion can pass can be obtained. That is, the aperture ratio can be obtained by the following formula (I).
Aperture ratio = (B) / (A) = ((A)-(C)) / (A) ... (I)

強化芯材の中でも、特に好ましい形態は、耐薬品性及び耐熱性の観点から、PTFEを含むテープヤーン又は高配向モノフィラメントである。具体的には、PTFEからな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、又はPTFEからな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、かつ、織り密度が10~50本/インチである平織りであり、その厚みが50~100μmの範囲である強化芯材であることがより好ましい。かかる強化芯材を含むイオン交換膜の開口率は60%以上であることが更に好ましい。 Among the reinforced core materials, a particularly preferable form is a tape yarn containing PTFE or a highly oriented monofilament from the viewpoint of chemical resistance and heat resistance. Specifically, a tape yarn made by slitting a high-strength porous sheet made of PTFE into a tape shape or a highly oriented monofilament made of PTFE using 50 to 300 denier and having a weaving density of 10 to 50 pieces / It is more preferably a plain weave in inches and a reinforced core material having a thickness in the range of 50 to 100 μm. It is more preferable that the aperture ratio of the ion exchange membrane containing the reinforcing core material is 60% or more.

強化糸の形状としては、丸糸、テープ状糸等が挙げられる。 Examples of the shape of the reinforcing thread include a round thread and a tape-shaped thread.

(連通孔)
イオン交換膜は、膜本体の内部に連通孔を有することが好ましい。
(Communication hole)
The ion exchange membrane preferably has a communication hole inside the membrane body.

連通孔とは、電解の際に発生するイオンや電解液の流路となり得る孔をいう。また、連通孔とは、膜本体内部に形成されている管状の孔であり、後述する犠牲芯材(又は犠牲糸)が溶出することで形成される。連通孔の形状や径等は、犠牲芯材(犠牲糸)の形状や径を選択することによって制御することができる。 The communication hole means a hole that can be a flow path for ions and an electrolytic solution generated during electrolysis. The communication hole is a tubular hole formed inside the membrane body, and is formed by elution of the sacrificial core material (or sacrificial thread) described later. The shape and diameter of the communication hole can be controlled by selecting the shape and diameter of the sacrificial core material (sacrificial thread).

イオン交換膜に連通孔を形成することで、電解の際に電解液の移動性を確保できる。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。 By forming communication holes in the ion exchange membrane, the mobility of the electrolytic solution can be ensured during electrolysis. 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.

連通孔は、強化芯材の陽極側(スルホン酸層側)と陰極側(カルボン酸層側)を交互に通過するように形成されることが好ましい。かかる構造とすることで、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くすることができる。 The communication holes are preferably formed so as to alternately pass through the anode side (sulfonic acid layer side) and the cathode side (carboxylic acid layer 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 ions (for example, sodium ion) transported through the electrolytic solution filled in the communication hole of the reinforced core material become the reinforced core material. It can also flow to the cathode side. As a result, the flow of cations is not blocked, so that the electrical resistance of the ion exchange membrane can be further reduced.

連通孔は、イオン交換膜を構成する膜本体の所定の一方向のみに沿って形成されていてもよいが、より安定した電解性能を発揮するという観点から、膜本体の縦方向と横方向との両方向に形成されていることが好ましい。 The communication holes may be formed along only one predetermined direction of the membrane body constituting the ion exchange membrane, but from the viewpoint of exhibiting more stable electrolytic performance, the communication holes may be formed in the vertical direction and the horizontal direction of the membrane body. It is preferable that they are formed in both directions.

〔製造方法〕
イオン交換膜の好適な製造方法としては、以下の(1)工程~(6)工程を有する方法が挙げられる。
(1)工程: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系重合体を製造する工程。
(2)工程:必要に応じて、複数の強化芯材と、酸又はアルカリに溶解する性質を有し、連通孔を形成する犠牲糸と、を少なくとも織り込むことにより、隣接する強化芯材同士の間に犠牲糸が配置された補強材を得る工程。
(3)工程: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前記含フッ素系重合体をフィルム化する工程。
(4)工程:前記フィルムに必要に応じて前記補強材を埋め込んで、前記補強材が内部に配置された膜本体を得る工程。
(5)工程:(4)工程で得られた膜本体を加水分解する工程(加水分解工程)。
(6)工程:(5)工程で得られた膜本体に、コーティング層を設ける工程(コーティング工程)。
〔Production method〕
Suitable methods for producing the ion exchange membrane include methods having the following steps (1) to (6).
(1) Step: 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.
(2) Step: If necessary, by weaving at least a plurality of reinforced core materials and a sacrificial yarn having a property of dissolving in an acid or an alkali and forming a communication hole, the adjacent reinforced core materials are woven together. The process of obtaining a reinforcing material with sacrificial threads placed between them.
(3) Step: A step of forming a film of the fluoropolymer having an ion exchange group or an ion exchange group precursor that can become an ion exchange group by hydrolysis.
(4) Step: A step of embedding the reinforcing material in the film as needed to obtain a film body in which the reinforcing material is arranged.
(5) Step: A step of hydrolyzing the membrane body obtained in the (4) step (hydrolysis step).
(6) Step: A step (coating step) of providing a coating layer on the film body obtained in the step (5).

以下、各工程について詳述する。 Hereinafter, each step will be described in detail.

(1)工程:含フッ素系重合体を製造する工程
(1)工程では、上記第1群~第3群に記載した原料の単量体を用いて含フッ素系重合体を製造する。含フッ素系重合体のイオン交換容量を制御するためには、各層を形成する含フッ素系重合体の製造において、原料の単量体の混合比を調整すればよい。
(1) Step: Step of producing a fluorinated polymer In the step (1), a fluorinated polymer is produced using the raw material monomers described in the first group to the third group. In order to control the ion exchange capacity of the fluorine-containing polymer, the mixing ratio of the raw material monomers may be adjusted in the production of the fluorine-containing polymer forming each layer.

(2)工程:補強材の製造工程
補強材とは、強化糸を織った織布等である。補強材が膜内に埋め込まれることで、強化芯材を形成する。連通孔を有するイオン交換膜とするときには、犠牲糸も一緒に補強材へ織り込む。この場合の犠牲糸の混織量は、好ましくは補強材全体の10~80質量%、より好ましくは30~70質量%である。犠牲糸を織り込むことにより、強化芯材の目ズレを防止することもできる。
(2) Process: Manufacturing process of reinforcing material The reinforcing material is a woven fabric or the like woven with reinforcing threads. The reinforcing material is embedded in the membrane to form a reinforcing core material. When the ion exchange membrane has communication holes, the sacrificial thread is also woven into the reinforcing 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 reinforcing material. By weaving the sacrificial thread, it is possible to prevent the reinforced core material from shifting.

犠牲糸は、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、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等が用いられる。また、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も好ましい。 The sacrificial yarn has solubility in the membrane manufacturing process or in an electrolytic environment, and rayon, polyethylene terephthalate (PET), cellulose, polyamide and the like are used. Further, polyvinyl alcohol having a thickness of 20 to 50 denier and made of monofilament or multifilament is also preferable.

なお、(2)工程において、強化芯材や犠牲糸の配置を調整することにより、開口率や連通孔の配置等を制御することができる。 In the step (2), the aperture ratio, the arrangement of the communication holes, and the like can be controlled by adjusting the arrangement of the reinforcing core material and the sacrificial yarn.

(3)工程:フィルム化工程
(3)工程では、前記(1)工程で得られた含フッ素系重合体を、押出し機を用いてフィルム化する。フィルムは単層構造でもよいし、上述したように、スルホン酸層とカルボン酸層との2層構造でもよいし、3層以上の多層構造であってもよい。
(3) Step: Film formation step In the (3) step, the fluorine-containing polymer obtained in the above step (1) is formed into a film using an extruder. The film may have a single-layer structure, or may have a two-layer structure of a sulfonic acid layer and a carboxylic acid layer, or may have a multi-layer structure of three or more layers, as described above.

フィルム化する方法としては例えば、以下のものが挙げられる。
カルボン酸基を有する含フッ素重合体、スルホン酸基を有する含フッ素重合体をそれぞれ別々にフィルム化する方法。
カルボン酸基を有する含フッ素重合体と、スルホン酸基を有する含フッ素重合体とを共押出しにより、複合フィルムとする方法。
Examples of the method of making a film include the following.
A method for separately forming a fluorine-containing polymer having a carboxylic acid group and a fluorine-containing polymer having a sulfonic acid group.
A method of coextruding a fluorine-containing polymer having a carboxylic acid group and a fluorine-containing polymer having a sulfonic acid group to form a composite film.

なお、フィルムはそれぞれ複数枚であってもよい。また、異種のフィルムを共押出しすることは、界面の接着強度を高めることに寄与するため、好ましい。 In addition, a plurality of films may be used for each. Further, co-extruding different kinds of films is preferable because it contributes to increasing the adhesive strength at the interface.

(4)工程:膜本体を得る工程
(4)工程では、(2)工程で得た補強材を、(3)工程で得たフィルムの内部に埋め込むことで、補強材が内在する膜本体を得る。
(4) Step: Step of obtaining the film body In the step (4), the reinforcing material obtained in the step (2) is embedded in the film obtained in the step (3) to obtain the film body containing the reinforcing material. obtain.

膜本体の好ましい形成方法としては、(i)陰極側に位置するカルボン酸基前駆体(例えば、カルボン酸エステル官能基)を有する含フッ素系重合体(以下、これからなる層を第一層という)と、スルホン酸基前駆体(例えば、スルホニルフルオライド官能基)を有する含フッ素系重合体(以下、これからなる層を第二層という)を共押出し法によってフィルム化し、必要に応じて加熱源及び真空源を用いて、表面上に多数の細孔を有する平板またはドラム上に、透気性を有する耐熱性の離型紙を介して、補強材、第二層/第一層複合フィルムの順に積層して、各重合体が溶融する温度下で減圧により各層間の空気を除去しながら一体化する方法;(ii)第二層/第一層複合フィルムとは別に、スルホン酸基前駆体を有する含フッ素系重合体(第三層)を予め単独でフィルム化し、必要に応じて加熱源及び真空源を用いて、表面上に多数の細孔を有する平板又はドラム上に透気性を有する耐熱性の離型紙を介して、第三層フィルム、強化芯材、第二層/第一層からなる複合フィルムの順に積層して、各重合体が溶融する温度下で減圧により各層間の空気を除去しながら一体化する方法が挙げられる。 As a preferable method for forming the film body, (i) a fluoropolymer having a carboxylic acid group precursor (for example, a carboxylic acid ester functional group) located on the cathode side (hereinafter, a layer made of this is referred to as a first layer). And a fluoropolymer having a sulfonic acid group precursor (for example, a sulfonylfluoride functional group) (hereinafter, the layer composed of this is referred to as a second layer) is formed into a film by a coextrusion method, and a heating source and a heating source as necessary. Using a vacuum source, a reinforcing material and a second layer / first layer composite film are laminated in this order on a flat plate or a drum having a large number of pores on the surface via a heat-resistant release paper having air permeability. A method of integrating while removing air between each layer by reducing the pressure at a temperature at which each polymer melts; (ii) Including a sulfonic acid group precursor in addition to the second layer / first layer composite film. A fluoropolymer (third layer) is formed into a film by itself in advance, and if necessary, a heating source and a vacuum source are used to make a flat plate having a large number of pores on the surface or a heat-resistant drum having air permeability. The third layer film, the reinforcing core material, and the composite film consisting of the second layer / first layer are laminated in this order via the release paper, and the air between the layers is removed by reducing the pressure at the temperature at which each polymer melts. However, there is a method of integrating.

ここで、第一層と第二層とを共押出しすることは、界面の接着強度を高めることに寄与している。 Here, coextruding the first layer and the second layer contributes to increasing the adhesive strength at the interface.

また、減圧下で一体化する方法は、加圧プレス法に比べて、補強材上の第三層の厚みが大きくなる特徴を有している。更に、補強材が膜本体の内面に固定されているため、イオン交換膜の機械的強度が十分に保持できる性能を有している。 Further, the method of integrating under reduced pressure has a feature that the thickness of the third layer on the reinforcing material is larger than that of the pressure pressing method. Further, since the reinforcing material is fixed to the inner surface of the membrane body, it has the ability to sufficiently maintain the mechanical strength of the ion exchange membrane.

なお、ここで説明した積層のバリエーションは一例であり、所望する膜本体の層構成や物性等を考慮して、適宜好適な積層パターン(例えば、各層の組合せ等)を選択した上で、共押出しすることができる。 The variation of the lamination described here is an example, and a suitable lamination pattern (for example, a combination of each layer) is appropriately selected in consideration of the desired layer structure and physical properties of the film body, and then coextruded. can do.

なお、イオン交換膜の電気的性能をさらに高める目的で、第一層と第二層との間に、カルボン酸基前駆体とスルホン酸基前駆体の両方を有する含フッ素系重合体からなる第四層をさらに介在させることや、第二層の代わりにカルボン酸基前駆体とスルホン酸基前駆体の両方を有する含フッ素系重合体からなる第四層を用いることも可能である。 For the purpose of further enhancing the electrical performance of the ion exchange film, the first layer is composed of a fluoropolymer having both a carboxylic acid group precursor and a sulfonic acid group precursor between the first layer and the second layer. It is also possible to further interpose the four layers, or to use a fourth layer composed of a fluorine-containing polymer having both a carboxylic acid group precursor and a sulfonic acid group precursor instead of the second layer.

第四層の形成方法は、カルボン酸基前駆体を有する含フッ素系重合体と、スルホン酸基前駆体を有する含フッ素系重合体と、を別々に製造した後に混合する方法でもよく、カルボン酸基前駆体を有する単量体とスルホン酸基前駆体を有する単量体とを共重合したものを使用する方法でもよい。 The method for forming the fourth layer may be a method in which a fluoropolymer having a carboxylic acid group precursor and a fluoropolymer having a sulfonic acid group precursor are separately produced and then mixed, or the carboxylic acid. A method using a copolymer of a monomer having a group precursor and a monomer having a sulfonic acid group precursor may also be used.

第四層をイオン交換膜の構成とする場合には、第一層と第四層との共押出しフィルムを成形し、第三層と第二層はこれとは別に単独でフィルム化し、前述の方法で積層してもよいし、第一層/第四層/第二層の3層を一度に共押し出しでフィルム化してもよい。 When the fourth layer is composed of an ion exchange membrane, a coextruded film of the first layer and the fourth layer is formed, and the third layer and the second layer are separately formed into a film, as described above. It may be laminated by a method, or the three layers of the first layer / the fourth layer / the second layer may be coextruded into a film at a time.

この場合、押出しされたフィルムが流れていく方向が、MD方向である。このようにして、イオン交換基を有する含フッ素系重合体を含む膜本体を、補強材上に形成することができる。 In this case, the direction in which the extruded film flows is the MD direction. In this way, the membrane body containing the fluorine-containing polymer having an ion exchange group can be formed on the reinforcing material.

また、イオン交換膜は、スルホン酸層からなる表面側に、スルホン酸基を有する含フッ素重合体からなる突出した部分、すなわち凸部を有することが好ましい。このような凸部を形成する方法としては、特に限定されず、樹脂表面に凸部を形成する公知の方法を採用することができる。具体的には、例えば、膜本体の表面にエンボス加工を施す方法が挙げられる。例えば、前記した複合フィルムと補強材等とを一体化する際に、予めエンボス加工された離型紙を用いることによって、上記の凸部を形成させることができる。エンボス加工により凸部を形成する場合、凸部の高さや配置密度の制御は、転写するエンボス形状(離型紙の形状)を制御することで行うことができる。 Further, it is preferable that the ion exchange membrane has a protruding portion, that is, a convex portion made of a fluorine-containing polymer having a sulfonic acid group on the surface side made of a sulfonic acid layer. The method for forming such a convex portion is not particularly limited, and a known method for forming the convex portion on the resin surface can be adopted. Specifically, for example, a method of embossing the surface of the film body can be mentioned. For example, when the composite film and the reinforcing material are integrated, the convex portion can be formed by using a release paper that has been embossed in advance. When the convex portion is formed by embossing, the height of the convex portion and the arrangement density can be controlled by controlling the embossed shape (shape of the release paper) to be transferred.

(5)加水分解工程
(5)工程では、(4)工程で得られた膜本体を加水分解して、イオン交換基前駆体をイオン交換基に変換する工程(加水分解工程)を行う。
(5) Hydrolysis step In the step (5), a step (hydrolysis step) of hydrolyzing the membrane body obtained in the step (4) to convert the ion exchange group precursor into an ion exchange group is performed.

また、(5)工程では、膜本体に含まれている犠牲糸を酸又はアルカリで溶解除去することで、膜本体に溶出孔を形成させることができる。なお、犠牲糸は、完全に溶解除去されずに、連通孔に残っていてもよい。また、連通孔に残っていた犠牲糸は、イオン交換膜が電解に供された際、電解液により溶解除去されてもよい。 Further, in the step (5), the elution pores can be formed in the membrane body by dissolving and removing the sacrificial yarn contained in the membrane body with an acid or an alkali. The sacrificial yarn may remain in the communication hole without being completely dissolved and removed. Further, the sacrificial yarn remaining in the communication hole may be dissolved and removed by the electrolytic solution when the ion exchange membrane is subjected to electrolysis.

犠牲糸は、イオン交換膜の製造工程や電解環境下において、酸又はアルカリに対して溶解性を有するものであり、犠牲糸が溶出することで当該部位に連通孔が形成される。 The sacrificial yarn has solubility in an acid or an alkali in the manufacturing process of the ion exchange membrane or in an electrolytic environment, and the elution of the sacrificial yarn forms a communication hole at the site.

(5)工程は、酸又はアルカリを含む加水分解溶液に(4)工程で得られた膜本体を浸漬して行うことができる。該加水分解溶液としては、例えば、KOHとDMSO(Dimethyl sulfoxide)とを含む混合溶液を用いることができる。 The step (5) can be performed by immersing the membrane body obtained in the step (4) in a hydrolysis solution containing an acid or an alkali. As the hydrolysis solution, for example, a mixed solution containing KOH and DMSO (Dimethyl sulfoxide) can be used.

該混合溶液は、KOHを2.5~4.0N含み、DMSOを25~35質量%含むことが好ましい。 The mixed solution preferably contains 2.5 to 4.0 N of KOH and 25 to 35% by mass of DMSO.

加水分解の温度としては、70~100℃であることが好ましい。温度が高いほど、見かけ厚みをより厚くすることができる。より好ましくは、75~100℃である。 The hydrolysis temperature is preferably 70 to 100 ° C. The higher the temperature, the thicker the apparent thickness can be. More preferably, it is 75 to 100 ° C.

加水分解の時間としては、10~120分であることが好ましい。時間が長いほど、見かけ厚みをより厚くすることができる。より好ましくは、20~120分である。 The hydrolysis time is preferably 10 to 120 minutes. The longer the time, the thicker the apparent thickness can be. More preferably, it is 20 to 120 minutes.

ここで、犠牲糸を溶出させることで連通孔形成する工程についてより詳細に説明する。図9(a)、(b)は、イオン交換膜の連通孔を形成する方法を説明するための模式図である。 Here, a step of forming a communication hole by eluting the sacrificial yarn will be described in more detail. 9 (a) and 9 (b) are schematic views for explaining a method of forming a communication hole of an ion exchange membrane.

図9(a)、(b)では、強化糸52と犠牲糸504aと犠牲糸504aにより形成される連通孔504のみを図示しており、膜本体等の他の部材については、図示を省略している。 9 (a) and 9 (b) show only the communication hole 504 formed by the reinforcing thread 52, the sacrificial thread 504a, and the sacrificial thread 504a, and the other members such as the membrane body are not shown. ing.

まず、イオン交換膜中で強化芯材を構成することとなる強化糸52と、イオン交換膜中で連通孔504を形成するための犠牲糸504aとを、編み込み補強材とする。そして、(5)工程において犠牲糸504aが溶出することで連通孔504が形成される。 First, the reinforcing yarn 52 that constitutes the reinforcing core material in the ion exchange membrane and the sacrificial yarn 504a for forming the communication hole 504 in the ion exchange membrane are used as a crochet reinforcing material. Then, in the step (5), the sacrificial yarn 504a is eluted to form the communication hole 504.

上記方法によれば、イオン交換膜の膜本体内において強化芯材、連通孔を如何なる配置とするのかに応じて、強化糸52と犠牲糸504aの編み込み方を調整すればよいため簡便である。 According to the above method, it is convenient because the method of knitting the reinforcing yarn 52 and the sacrificial yarn 504a may be adjusted according to the arrangement of the reinforcing core material and the communication holes in the membrane body of the ion exchange membrane.

図9(a)では、紙面において縦方向と横方向の両方向に沿って強化糸52と犠牲糸504aを織り込んだ平織りの補強材を例示しているが、必要に応じて補強材における強化糸52と犠牲糸504aの配置を変更することができる。 FIG. 9A exemplifies a plain weave reinforcing material in which the reinforcing yarn 52 and the sacrificial yarn 504a are woven along both the vertical direction and the horizontal direction on the paper surface. And the arrangement of the sacrificial thread 504a can be changed.

(6)コーティング工程
(6)工程では、原石粉砕または原石溶融により得られた無機物粒子と、結合剤とを含むコーティング液を調整し、コーティング液を(5)工程で得られたイオン交換膜の表面に塗布及び乾燥させることで、コーティング層を形成することができる。
(6) Coating step In the step (6), the coating liquid containing the inorganic particles obtained by crushing the rough stone or melting the rough stone and the binder is prepared, and the coating liquid is applied to the ion exchange membrane obtained in the step (5). A coating layer can be formed by applying and drying on the surface.

結合剤としては、イオン交換基前駆体を有する含フッ素系重合体を、ジメチルスルホキシド(DMSO)及び水酸化カリウム(KOH)を含む水溶液で加水分解した後、塩酸に浸漬してイオン交換基の対イオンをH+に置換した結合剤(例えば、カルボキシル基又はスルホ基を有する含フッ素系重合体)が好ましい。それによって、後述する水やエタノールに溶解しやすくなるため、好ましい。 As a binder, a fluoropolymer having an ion-exchange group precursor is hydrolyzed with an aqueous solution containing dimethylsulfoxide (DMSO) and potassium hydroxide (KOH), and then immersed in hydrochloric acid to pair the ion-exchange groups. A binder in which ions are replaced with H + (for example, a fluoropolymer having a carboxyl group or a sulfo group) is preferable. This is preferable because it is easily dissolved in water or ethanol, which will be described later.

この結合剤を、水とエタノールを混合した溶液に溶解する。なお、水とエタノールの好ましい体積比10:1~1:10であり、より好ましくは、5:1~1:5であり、さらに好ましくは、2:1~1:2である。このようにして得た溶解液中に、無機物粒子をボールミルで分散させてコーティング液を得る。このとき、分散する際の、時間、回転速度を調整することで、粒子の平均粒径等を調整することもできる。なお、無機物粒子と結合剤の好ましい配合量は、前述の通りである。 This binder is dissolved in a mixed solution of water and ethanol. The volume ratio of water to ethanol is preferably 10: 1 to 1:10, more preferably 5: 1 to 1: 5, and even more preferably 2: 1 to 1: 2. Inorganic particles are dispersed in the solution thus obtained with a ball mill to obtain a coating solution. At this time, the average particle size of the particles can be adjusted by adjusting the time and rotation speed at the time of dispersion. The preferable blending amount of the inorganic particles and the binder is as described above.

コーティング液中の無機物粒子及び結合剤の濃度については、特に限定されないが、薄いコーティング液とする方が好ましい。それによって、イオン交換膜の表面に均一に塗布することが可能となる。 The concentration of the inorganic particles and the binder in the coating liquid is not particularly limited, but a thin coating liquid is preferable. As a result, it becomes possible to apply the ion exchange membrane uniformly to the surface.

また、無機物粒子を分散させる際に、界面活性剤を分散液に添加してもよい。界面活性剤としては、ノニオン系界面活性剤界面活性剤が好ましく、例えば、日油株式会社性HS-210、NS-210、P-210、E-212等が挙げられる。 Further, when dispersing the inorganic particles, a surfactant may be added to the dispersion liquid. As the surfactant, a nonionic surfactant surfactant is preferable, and examples thereof include NOF Corporation HS-210, NS-210, P-210, E-212 and the like.

得られたコーティング液を、スプレー塗布やロール塗工でイオン交換膜表面に塗布することでイオン交換膜が得られる。 An ion exchange membrane can be obtained by applying the obtained coating liquid to the surface of the ion exchange membrane by spray coating or roll coating.

〔微多孔膜〕
本実施形態の微多孔膜としては、前述の通り、電解用電極と積層体とすることができれば、特に限定されず、種々の微多孔膜を適用することができる。
本実施形態の微多孔膜の気孔率は、特に限定されないが、例えば、20~90とすることができ、好ましくは30~85である。上記気孔率は、例えば、下記の式にて算出できる。
気孔率=(1-(乾燥状態の膜重量)/(膜の厚み、幅、長さから算出される体積と膜素材の密度から算出される重量))×100
本実施形態の微多孔膜の平均孔径は、特に限定されないが、例えば、0.01μm~10μとすることができ、好ましくは0.05μm~5μmである。上記平均孔径は、例えば、膜を厚み方向に垂直に切断し、切断面をFE-SEMで観察する。観察される孔の直径を100点程度測定し、平均することで求めることができる。
本実施形態の微多孔膜の厚みは、特に限定されないが、例えば、10μm~1000μmとすることができ、好ましくは50μm~600μmである。上記厚みは、例えば、マイクロメーター(株式会社ミツトヨ製)等を用いて測定することができる。
上述のような微多孔膜の具体例としては、Agfa社製のZirfon Perl UTP 500(本実施形態において、Zirfon膜とも称す)、国際公開第2013-183584号パンフレット、国際公開第2016-203701号パンフレットなどに記載のものが挙げられる。
[Microporous membrane]
As described above, the microporous membrane of the present embodiment is not particularly limited as long as it can be a laminated body with an electrode for electrolysis, and various microporous membranes can be applied.
The porosity of the microporous membrane of this embodiment is not particularly limited, but can be, for example, 20 to 90, preferably 30 to 85. The porosity can be calculated, for example, by the following formula.
Porosity = (1- (weight of membrane in dry state) / (volume calculated from thickness, width, length of membrane and weight calculated from density of membrane material)) x 100
The average pore size of the microporous membrane of the present embodiment is not particularly limited, but can be, for example, 0.01 μm to 10 μm, preferably 0.05 μm to 5 μm. For the average pore diameter, for example, the film is cut perpendicularly in the thickness direction, and the cut surface is observed by FE-SEM. It can be obtained by measuring the diameters of the observed holes at about 100 points and averaging them.
The thickness of the microporous membrane of the present embodiment is not particularly limited, but can be, for example, 10 μm to 1000 μm, preferably 50 μm to 600 μm. The thickness can be measured using, for example, a micrometer (manufactured by Mitutoyo Co., Ltd.) or the like.
Specific examples of the microporous membrane as described above include Agfa's Zirfon Perl UTP 500 (also referred to as Zirfon membrane in the present embodiment), International Publication No. 2013-183584, International Publication No. 2016-203701. And so on.

本実施形態においては、隔膜が、第1のイオン交換樹脂層と、当該第1のイオン交換樹脂層とは異なるEW(イオン交換当量)を有する第2のイオン交換樹脂層とを含むことが好ましい。また、隔膜が、第1のイオン交換樹脂層と、当該第1のイオン交換樹脂層とは異なる官能基を有する第2のイオン交換樹脂層とを含むことが好ましい。イオン交換当量は導入する官能基によって調整でき、導入しうる官能基については前述したとおりである。 In the present embodiment, it is preferable that the diaphragm includes a first ion exchange resin layer and a second ion exchange resin layer having an EW (ion exchange equivalent) different from that of the first ion exchange resin layer. .. Further, it is preferable that the diaphragm contains a first ion exchange resin layer and a second ion exchange resin layer having a functional group different from that of the first ion exchange resin layer. The ion exchange equivalent can be adjusted by the functional group to be introduced, and the functional groups to be introduced are as described above.

(水電解)
本実施形態における電解槽であって、水電解を行う場合の電解槽は、上述した食塩電解を行う場合の電解槽におけるイオン交換膜を微多孔膜に変更した構成を有するものである。また、供給する原料が水である点において、上述した食塩電解を行う場合の電解槽とは相違するものである。その他の構成については、水電解を行う場合の電解槽も食塩電解を行う場合の電解槽と同様の構成を採用することができる。食塩電解の場合には、陽極室で塩素ガスが発生するため、陽極室の材質はチタンが用いられるが、水電解の場合には、陽極室で酸素ガスが発生するのみであるため、陰極室の材質と同じものを使用できる。例えば、ニッケル等が挙げられる。また、陽極コーティングは酸素発生用の触媒コーティングが適当である。触媒コーティングの例としては、白金族金属および遷移金族の金属、酸化物、水酸化物などが挙げられる。例えば、白金、イリジウム、パラジウム、ルテニウム、ニッケル、コバルト、鉄等の元素を使用することができる。
(Water electrolysis)
The electrolytic cell in the present embodiment, which is used for water electrolysis, has a configuration in which the ion exchange film in the electrolytic cell for performing salt electrolysis described above is changed to a microporous film. Further, it is different from the above-mentioned electrolytic cell in the case of performing salt electrolysis in that the raw material to be supplied is water. As for other configurations, the electrolytic cell for water electrolysis can adopt the same configuration as the electrolytic cell for salt electrolysis. In the case of salt electrolysis, chlorine gas is generated in the anode chamber, so titanium is used as the material of the anode chamber, but in the case of water electrolysis, oxygen gas is only generated in the anode chamber, so the cathode chamber. You can use the same material as. For example, nickel and the like can be mentioned. Further, as the anode coating, a catalyst coating for oxygen generation is suitable. Examples of catalyst coatings include platinum group metals and transition gold group metals, oxides, hydroxides and the like. For example, elements such as platinum, iridium, palladium, ruthenium, nickel, cobalt and iron can be used.

以下の実施例及び比較例により本実施形態をさらに詳しく説明するが、本実施形態は以下の実施例により何ら限定されるものではない。 The present embodiment will be described in more detail with reference to the following examples and comparative examples, but the present embodiment is not limited to the following examples.

隔膜としては、下記のとおりに製造されたイオン交換膜bを使用した。
強化芯材として、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)製であり、90デニールのモノフィラメントを用いた(以下、PTFE糸という。)。犠牲糸として、35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の撚りを掛けた糸を用いた(以下、PET糸という。)。まず、TD及びMDの両方向のそれぞれにおいて、PTFE糸が24本/インチ、犠牲糸が隣接するPTFE糸間に2本配置するように平織りして、織布を得た。得られた織布を、ロールで圧着し、厚さ70μmの織布を得た。
次に、CF2=CF2とCF2=CFOCF2CF(CF3)OCF2CF2COOCH3との共重合体でイオン交換容量が0.85mg当量/gである乾燥樹脂の樹脂A、CF2=CF2とCF2=CFOCF2CF(CF3)OCF2CF2SO2Fとの共重合体でイオン交換容量が1.03mg当量/gである乾燥樹脂の樹脂Bを準備した。
これらの樹脂A及びBを使用し、共押出しTダイ法にて樹脂A層の厚みが15μm、樹脂B層の厚みが104μmである、2層フィルムXを得た。
続いて、内部に加熱源及び真空源を有し、その表面に微細孔を有するホットプレート上に、離型紙(高さ50μmの円錐形状のエンボス加工)、補強材及びフィルムXの順に積層し、ホットプレート表面温度223℃、減圧度0.067MPaの条件で2分間加熱減圧した後、離型紙を取り除くことで複合膜を得た。
得られた複合膜を、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80℃の水溶液に20分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。
さらに、樹脂Bの酸型樹脂の5質量%エタノール溶液に、1次粒径1μmの酸化ジルコニウムを20質量%加え、分散させた懸濁液を調合し、懸濁液スプレー法で、上記の複合膜の両面に噴霧し、酸化ジルコニウムのコーティングを複合膜の表面に形成させ、イオン交換膜Aを得た。酸化ジルコニウムの塗布密度を蛍光X線測定で測定したところ0.5mg/cm2だった。ここで、平均粒径は、粒度分布計(島津製作所製「SALD(登録商標)2200」)によって測定した。
As the diaphragm, an ion exchange membrane b manufactured as described below was used.
As the reinforcing core material, a monofilament made of polytetrafluoroethylene (PTFE) and 90 denier was used (hereinafter referred to as PTFE yarn). As a sacrificial yarn, a yarn obtained by twisting 35 denier, 6-filament polyethylene terephthalate (PET) 200 times / m was used (hereinafter referred to as PET yarn). First, a woven fabric was obtained by plain weaving so that 24 PTFE yarns / inch and two sacrificial yarns were arranged between adjacent PTFE yarns in both the TD and MD directions. The obtained woven fabric was crimped with a roll to obtain a woven fabric having a thickness of 70 μm.
Next, the dry resin resins A and CF, which are copolymers of CF 2 = CF 2 and CF 2 = CFOCF 2 CF (CF 3 ) OCF 2 CF 2 COOCH 3 and have an ion exchange capacity of 0.85 mg equivalent / g. A dry resin resin B having an ion exchange capacity of 1.03 mg equivalent / g was prepared as a copolymer of 2 = CF 2 and CF 2 = CFOCF 2 CF (CF 3 ) OCF 2 CF 2 SO 2 F.
Using these resins A and B, a two-layer film X having a thickness of the resin A layer of 15 μm and a thickness of the resin B layer of 104 μm was obtained by a coextrusion T-die method.
Subsequently, a release paper (conical embossing with a height of 50 μm), a reinforcing material, and a film X are laminated in this order on a hot plate having a heating source and a vacuum source inside and having micropores on the surface thereof. A composite film was obtained by heating and reducing the pressure for 2 minutes under the conditions of a hot plate surface temperature of 223 ° C. and a vacuum degree of 0.067 MPa, and then removing the release paper.
The obtained composite membrane was saponified by immersing it in an aqueous solution at 80 ° C. containing 30% by mass of dimethyl sulfoxide (DMSO) and 15% by mass of potassium hydroxide (KOH) for 20 minutes. 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 counterion of the ion exchange group with Na, and then washed with water. It was further dried at 60 ° C.
Further, 20% by mass of zirconium oxide having a primary particle size of 1 μm was added to a 5% by mass ethanol solution of the acid type resin of the resin B to prepare a dispersed suspension, and the above-mentioned composite was prepared by a suspension spray method. A coating of zirconium oxide was formed on the surface of the composite membrane by spraying on both sides of the membrane to obtain an ion exchange membrane A. The coating density of zirconium oxide was measured by fluorescent X-ray measurement and found to be 0.5 mg / cm 2 . Here, the average particle size was measured by a particle size distribution meter (“SALD (registered trademark) 2200” manufactured by Shimadzu Corporation).

電極としては、下記の陰極、陽極を使用した。
陰極電解用電極基材として、ゲージ厚みが22μmの電解ニッケル箔を準備した。このニッケル箔の片面に電解ニッケルメッキによる粗面化処理を施した。粗面化した表面の算術平均粗さRaは0.95μmだった。表面粗さの測定は、ブラスト処理を実施したニッケル板の表面粗さ測定と同条件で実施した。
このニッケル箔にパンチング加工により円形の孔をあけ多孔箔とした。開孔率は44%であった。
電極触媒を形成するためのコーティング液を以下の手順で調製した。ルテニウム濃度が100g/Lの硝酸ルテニウム溶液(株式会社フルヤ金属)、硝酸セリウム(キシダ化学株式会社)を、ルテニウム元素とセリウム元素のモル比が1:0.25となるように混合した。この混合液を充分に撹拌し、これを陰極コーティング液とした。
ロール塗布装置の最下部に上記塗布液を入れたバットを設置した。PVC(ポリ塩化ビニル)製の筒に独立気泡タイプの発泡EPDM(エチレン・プロピレン・ジエンゴム)製のゴム(イノアックコーポレイション、E-4088、厚み10mm)を巻きつけた塗布ロールと塗布液が常に接するように設置した。その上部に同じEPDMを巻きつけた塗布ロールを設置、更にその上にPVC製のローラーを設置した。電極基材を2番目の塗布ロールと最上部のPVC製のローラーの間を通して塗布液を塗布した(ロール塗布法)。その後、50℃で10分間の乾燥、150℃で3分間の仮焼成、350℃で10分間の焼成を実施した。これら塗布、乾燥、仮焼成、焼成の一連の操作を所定のコーティング量になるまで繰り返した。作製した電極の厚みは、29μmだった。酸化ルテニウムと酸化セリウムを含む触媒層の厚みは、電極の厚みから電解用電極基材の厚みを差し引いて7μmだった。コーティングは粗面化されていない面にも形成された。
The following cathodes and anodes were used as electrodes.
As an electrode base material for cathode electrolysis, an electrolytic nickel foil having a gauge thickness of 22 μm was prepared. One side of this nickel foil was roughened by electrolytic nickel plating. The arithmetic average roughness Ra of the roughened surface was 0.95 μm. The surface roughness was measured under the same conditions as the surface roughness measurement of the blasted nickel plate.
A circular hole was punched in this nickel foil by punching to make a porous foil. The opening rate was 44%.
A coating liquid for forming an electrode catalyst was prepared by the following procedure. A ruthenium nitrate solution (Furuya Metal Co., Ltd.) and cerium nitrate (Kishida Chemical Co., Ltd.) having a ruthenium concentration of 100 g / L were mixed so that the molar ratio of ruthenium element and cerium element was 1: 0.25. This mixture was sufficiently stirred and used as a cathode coating solution.
A vat containing the above coating liquid was installed at the bottom of the roll coating device. A coating roll made of PVC (polyvinyl chloride) wrapped with closed cell type foamed EPDM (ethylene, propylene, diene rubber) rubber (Inoac Corporation, E-4088, thickness 10 mm) is always in contact with the coating liquid. Installed in. A coating roll around which the same EPDM was wound was installed on the upper part, and a PVC roller was installed on the coating roll. The electrode substrate was passed between the second coating roll and the uppermost PVC roller to coat the coating liquid (roll coating method). Then, drying at 50 ° C. for 10 minutes, calcination at 150 ° C. for 3 minutes, and firing at 350 ° C. for 10 minutes were carried out. A series of operations of coating, drying, temporary firing, and firing were repeated until a predetermined coating amount was reached. The thickness of the prepared electrode was 29 μm. The thickness of the catalyst layer containing ruthenium oxide and cerium oxide was 7 μm, which was obtained by subtracting the thickness of the electrode base material for electrolysis from the thickness of the electrode. The coating was also formed on the unroughened surface.

陽極電解用電極基材としてゲージ厚み100μm、チタン繊維径が約20μm、目付量が100g/m2、開孔率78%のチタン不織布を使用した。
電極触媒を形成するためのコーティング液を以下の手順で調製した。ルテニウム濃度が100g/Lの塩化ルテニウム溶液(田中貴金属工業株式会社)、イリジウム濃度が100g/Lの塩化イリジウム(田中貴金属工業株式会社)、四塩化チタン(和光純薬工業株式会社)を、ルテニウム元素とイリジウム元素とチタン元素のモル比が0.25:0.25:0.5となるように混合した。この混合液を充分に撹拌し、これを陽極コーティング液とした。
ロール塗布装置の最下部に上記塗布液を入れたバットを設置した。PVC(ポリ塩化ビニル)製の筒に独立気泡タイプの発泡EPDM(エチレン・プロピレン・ジエンゴム)製のゴム(イノアックコーポレイション、E-4088、厚み10mm)を巻きつけた塗布ロールと塗布液が常に接するように設置した。その上部に同じEPDMを巻きつけた塗布ロールを設置、更にその上にPVC製のローラーを設置した。電極基材を2番目の塗布ロールと最上部のPVC製のローラーの間を通して塗布液を塗布した(ロール塗布法)。チタン多孔箔に、上記コーティング液を塗布した後、60℃で10分間の乾燥、475℃で10分間の焼成を実施した。これら塗布、乾燥、仮焼成、焼成の一連の操作を繰り返し実施した後、520℃で1時間の焼成を行った。
As the electrode base material for anode electrolysis, a titanium non-woven fabric having a gauge thickness of 100 μm, a titanium fiber diameter of about 20 μm, a basis weight of 100 g / m 2 , and a pore size of 78% was used.
A coating liquid for forming an electrode catalyst was prepared by the following procedure. Ruthenium chloride solution with ruthenium concentration of 100 g / L (Tanaka Kikinzoku Kogyo Co., Ltd.), iridium chloride with iridium concentration of 100 g / L (Tanaka Kikinzoku Kogyo Co., Ltd.), titanium tetrachloride (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), ruthenium element And the ruthenium element and the titanium element were mixed so as to have a molar ratio of 0.25: 0.25: 0.5. This mixture was sufficiently stirred and used as an anode coating solution.
A vat containing the above coating liquid was installed at the bottom of the roll coating device. A coating roll made of PVC (polyvinyl chloride) wrapped with closed cell type foamed EPDM (ethylene, propylene, diene rubber) rubber (Inoac Corporation, E-4088, thickness 10 mm) is always in contact with the coating liquid. Installed in. A coating roll around which the same EPDM was wound was installed on the upper part, and a PVC roller was installed on the coating roll. The electrode substrate was passed between the second coating roll and the uppermost PVC roller to coat the coating liquid (roll coating method). After applying the above coating liquid to the titanium porous foil, it was dried at 60 ° C. for 10 minutes and fired at 475 ° C. for 10 minutes. After repeating the series of operations of coating, drying, temporary firing, and firing, firing was performed at 520 ° C. for 1 hour.

[実施例1]
(陰極-膜積層体を用いた例)
次のようにして、予め捲回体を作製した。まず、前記記載の方法で、縦1.5m、横2.5mのイオン交換膜bを準備した。また、前記記載の方法で、縦0.3m、横2.4mの陰極を4枚準備した。
イオン交換膜bを2%の重曹溶液に一昼夜浸漬した後、カルボン酸層側に陰極を隙間なく並べ、陰極とイオン交換膜bの積層体を作製した。陰極を膜の上に置くと、重曹水溶液との接触で界面張力が働き、吸い付くように陰極と膜が一体となった。このように一体化させるに際して圧力はかけなかった。また、一体化の際の温度は23℃だった。この積層体を外径76mm、長さ1.7mのポリ塩化ビニル(PVC)パイプに捲回して捲回体を作製した。なお、イオン交換膜bを溶融させるには200℃以上が必要であり、本実施例で一体化させるに際してイオン交換膜は溶融しなかった。
次いで、既存の大型電解槽(図3,4に示すものと同様の構造を有する電解槽)において、プレス器による隣接する電解セル及びイオン交換膜の固定状態を解除し、既存の隔膜を取り出して電解セル間に空隙がある状態にした。その後、上記の捲回体を大型電解槽上に運搬した。大型電解槽上で、PVCパイプを立てた状態から、捲回された積層体を引き出すように捲回状態を解除した。このとき、積層体は地面に対してほぼ垂直に維持されているが、陰極が剥がれ落ちたりすることはなかった。次いで、積層体を電解セル間に挿入した後、電解セルを移動させて、電解セル同士で挟み込んだ。
従来に比較して容易に電極、隔膜を交換することができた。電極更新および隔膜の交換を1セルあたり数十分程度で完了することができるものと評価された。
[Example 1]
(Example using a cathode-membrane laminate)
A wound body was prepared in advance as follows. First, an ion exchange membrane b having a length of 1.5 m and a width of 2.5 m was prepared by the method described above. Further, four cathodes having a length of 0.3 m and a width of 2.4 m were prepared by the method described above.
After immersing the ion exchange membrane b in a 2% baking soda solution for a whole day and night, the cathodes were arranged without gaps on the carboxylic acid layer side to prepare a laminate of the cathode and the ion exchange membrane b. When the cathode was placed on the membrane, the interfacial tension acted upon contact with the aqueous solution of baking soda, and the cathode and the membrane became one so as to stick to each other. No pressure was applied to this integration. The temperature at the time of integration was 23 ° C. This laminated body was wound around a polyvinyl chloride (PVC) pipe having an outer diameter of 76 mm and a length of 1.7 m to prepare a wound body. The temperature of 200 ° C. or higher was required to melt the ion exchange membrane b, and the ion exchange membrane did not melt when integrated in this embodiment.
Next, in the existing large electrolytic cell (electrolytic cell having the same structure as that shown in FIGS. 3 and 4), the fixed state of the adjacent electrolytic cell and ion exchange membrane by the press is released, and the existing diaphragm is taken out. There was a gap between the electrolytic cells. Then, the wound body was carried onto a large electrolytic cell. On the large electrolytic cell, the wound state was released so as to pull out the wound laminate from the state where the PVC pipe was erected. At this time, the laminate was maintained almost perpendicular to the ground, but the cathode did not come off. Next, after inserting the laminated body between the electrolytic cells, the electrolytic cells were moved and sandwiched between the electrolytic cells.
The electrodes and diaphragm could be replaced more easily than in the past. It was evaluated that electrode renewal and diaphragm replacement could be completed in about several tens of minutes per cell.

[実施例2]
(陽極-膜積層体を用いた例)
次のようにして、予め捲回体を作製した。まず、前記記載の方法で、縦1.5m、横2.5mのイオン交換膜bを準備した。また、前記記載の方法で、縦0.3m、横2.4mの陽極を4枚準備した。
イオン交換膜bを2%の重曹溶液に一昼夜浸漬した後、スルホン酸層側に陽極を隙間なく並べ、陽極とイオン交換膜の積層体を作製した。陽極を膜の上に置くと、重曹水溶液との接触で界面張力が働き、吸い付くように陽極と膜が一体となったこのように一体化させるに際して圧力はかけなかった。また、一体化の際の温度は23℃だった。この積層体を外径76mm、長さ1.7mのポリ塩化ビニル(PVC)パイプに捲回して捲回体を作製した。
次いで、既存の大型電解槽(実施例1と同様電解槽)において、プレス器による隣接する電解セル及びイオン交換膜の固定状態を解除し、既存の隔膜を取り出して電解セル間に空隙がある状態にした。その後、上記の捲回体を大型電解槽上に運搬した。大型電解槽上で、PVCパイプを立てた状態から、捲回された積層体を引き出すように捲回状態を解除した。このとき、積層体は地面に対してほぼ垂直に維持されているが、陽極が剥がれ落ちたりすることはなかった。次いで、積層体を電解セル間に挿入した後、電解セルを移動させて、電解セル同士で挟み込んだ。
従来に比較して容易に電極、隔膜を交換することができた。電極更新および隔膜の交換を1セルあたり数十分程度で完了することができるものと評価された。
[Example 2]
(Example using an anode-membrane laminate)
A wound body was prepared in advance as follows. First, an ion exchange membrane b having a length of 1.5 m and a width of 2.5 m was prepared by the method described above. Further, four anodes having a length of 0.3 m and a width of 2.4 m were prepared by the method described above.
After immersing the ion exchange membrane b in a 2% baking soda solution for a whole day and night, the anodes were arranged on the sulfonic acid layer side without any gaps to prepare a laminate of the anode and the ion exchange membrane. When the anode was placed on the membrane, the interfacial tension acted on the contact with the aqueous solution of baking soda, and the anode and the membrane were integrated so as to be attracted. No pressure was applied when the anode and the membrane were integrated in this way. The temperature at the time of integration was 23 ° C. This laminated body was wound around a polyvinyl chloride (PVC) pipe having an outer diameter of 76 mm and a length of 1.7 m to prepare a wound body.
Next, in the existing large electrolytic cell (the same electrolytic cell as in Example 1), the fixed state of the adjacent electrolytic cell and the ion exchange membrane by the press is released, the existing diaphragm is taken out, and there is a gap between the electrolytic cells. I made it. Then, the wound body was carried onto a large electrolytic cell. On the large electrolytic cell, the wound state was released so as to pull out the wound laminate from the state where the PVC pipe was erected. At this time, the laminate was maintained almost perpendicular to the ground, but the anode did not come off. Next, after inserting the laminated body between the electrolytic cells, the electrolytic cells were moved and sandwiched between the electrolytic cells.
The electrodes and diaphragm could be replaced more easily than in the past. It was evaluated that electrode renewal and diaphragm replacement could be completed in about several tens of minutes per cell.

[実施例3]
(陽極/陰極-膜積層体を用いた例)
次のようにして、予め捲回体を作製した。まず、前記記載の方法で、縦1.5m、横2.5mのイオン交換膜bを準備した。また、前記記載の方法で、縦0.3m、横2.4mの陽極および陽極を各4枚準備した。
イオン交換膜bを2%の重曹溶液に一昼夜浸漬した後、カルボン酸層側に陰極を、スルホン酸層側に陽極を隙間なく並べ、陰極、陽極とイオン交換膜bの積層体を作製した。陰極、陽極を膜の上に置くと、重曹水溶液との接触で界面張力が働き、吸い付くように陰極、陽極と膜が一体となった。このように一体化させるに際して圧力はかけなかった。また、一体化の際の温度は23℃だった。この積層体を外径76mm、長さ1.7mのポリ塩化ビニル(PVC)パイプに捲回して捲回体を作製した。
次いで、既存の大型電解槽(実施例1と同様電解槽)において、プレス器による隣接する電解セル及びイオン交換膜の固定状態を解除し、既存の隔膜を取り出して電解セル間に空隙がある状態にした。その後、上記の捲回体を大型電解槽上に運搬した。大型電解槽上で、PVCパイプを立てた状態から、捲回された積層体を引き出すように捲回状態を解除した。このとき、積層体は地面に対してほぼ垂直に維持されているが、陽極が剥がれ落ちたりすることはなかった。次いで、積層体を電解セル間に挿入した後、電解セルを移動させて、電解セル同士で挟み込んだ。
従来に比較して容易に電極、隔膜を交換することができた。電極更新および隔膜の交換を1セルあたり数十分程度で完了することができるものと評価された。
[Example 3]
(Example using an anode / cathode-membrane laminate)
A wound body was prepared in advance as follows. First, an ion exchange membrane b having a length of 1.5 m and a width of 2.5 m was prepared by the method described above. In addition, four anodes and four anodes each having a length of 0.3 m and a width of 2.4 m were prepared by the method described above.
After immersing the ion exchange membrane b in a 2% sodium bicarbonate solution for a whole day and night, the cathode was arranged on the carboxylic acid layer side and the anode was arranged on the sulfonic acid layer side without any gaps to prepare a laminate of the cathode, the anode and the ion exchange membrane b. When the cathode and anode were placed on the membrane, the interfacial tension acted upon contact with the aqueous solution of baking soda, and the cathode, anode and membrane were integrated so as to stick to each other. No pressure was applied to this integration. The temperature at the time of integration was 23 ° C. This laminated body was wound around a polyvinyl chloride (PVC) pipe having an outer diameter of 76 mm and a length of 1.7 m to prepare a wound body.
Next, in the existing large electrolytic cell (the same electrolytic cell as in Example 1), the fixed state of the adjacent electrolytic cell and the ion exchange membrane by the press is released, the existing diaphragm is taken out, and there is a gap between the electrolytic cells. I made it. Then, the wound body was carried onto a large electrolytic cell. On the large electrolytic cell, the wound state was released so as to pull out the wound laminate from the state where the PVC pipe was erected. At this time, the laminate was maintained almost perpendicular to the ground, but the anode did not come off. Next, after inserting the laminated body between the electrolytic cells, the electrolytic cells were moved and sandwiched between the electrolytic cells.
The electrodes and diaphragm could be replaced more easily than in the past. It was evaluated that electrode renewal and diaphragm replacement could be completed in about several tens of minutes per cell.

[比較例1]
下記のとおり、特開昭58-48686号公報の実施例を参考に電極を隔膜に熱圧着した膜電極積層体を作製した。
陰極電解用電極基材としてゲージ厚み100μm、開孔率33%のニッケルエキスパンドメタルを使用し、実施例1と同様に電極コーティングを実施した。電極のサイズは200mm×200mm、枚数は72枚であった。その後、電極の片面に、不活性化処理を下記の手順で実施した。ポリイミド粘着テープ(中興化成株式会社)を電極の片面に貼り付け、反対面にPTFEディスパージョン(三井デュポンフロロケミカル株式会社、31-JR(商品名)を塗布、120℃のマッフル炉で10分間乾燥させた。ポリイミドテープを剥がし、380℃に設定したマッフル炉で10分間焼結処理を実施した。この操作を2回繰り返し、電極の片面を不活性化処理した。
末端官能基が「-COOCH3」であるパーフルオロカーボンポリマー(Cポリマー)と、末端基が「-SO2F」であるパーフルオロカーボンポリマー(Sポリマー)の2層で形成される膜を製作した。Cポリマー層の厚みが3ミル(mil)、Sポリマー層の厚みは4ミル(mil)であった。この2層膜にケン化処理を実施し、ポリマーの末端を加水分解によりイオン交換基を導入した。Cポリマー末端はカルボン酸基に、Sポリマー末端はスルホ基に加水分解された。スルホン酸基としてのイオン交換容量は1.0meq/g、カルボン酸基としてのイオン交換容量が0.9meq/gであった。得られたイオン交換膜の大きさは実施例1と同様であった。
イオン交換基としてカルボン酸基を有する面に、上記電極の不活性化した電極面を対向させて熱プレス(熱圧着)を実施し、イオン交換膜と電極を一体化させた。すなわち、イオン交換膜が溶融する温度下で、縦1500mm、横2500mmのイオン交換膜1枚に対し、200mm四方の電極72枚の一体化を行った。熱圧着後も、電極の片面は露出している状態であり、電極が膜を貫通している部分はなかった。
1500mm×2500mmの大型サイズでは、イオン交換膜と電極を熱圧着により一体化する工程には一日以上の時間が必要であった。すなわち、電極更新および隔膜の交換に際して、比較例1では実施例よりも多くの時間を要するものと評価された。
[Comparative Example 1]
As described below, a membrane electrode laminate in which the electrodes were thermocompression bonded to the diaphragm was prepared with reference to the examples of JP-A-58-48686.
Nickel expanded metal having a gauge thickness of 100 μm and a pore size of 33% was used as the electrode base material for cathode electrolysis, and electrode coating was performed in the same manner as in Example 1. The size of the electrodes was 200 mm × 200 mm, and the number of electrodes was 72. Then, one side of the electrode was subjected to the inactivation treatment according to the following procedure. A polyimide adhesive tape (Chukoh Chemical Industries, Ltd.) is attached to one side of the electrode, PTFE dispersion (Mitsui DuPont Fluorochemical Co., Ltd., 31-JR (trade name)) is applied to the other side, and dried in a muffle furnace at 120 ° C for 10 minutes. The polyimide tape was peeled off, and the sintering treatment was carried out in a muffle furnace set at 380 ° C. for 10 minutes. This operation was repeated twice to inactivate one side of the electrode.
A film formed by two layers of a perfluorocarbon polymer (C polymer) having a terminal functional group of "-COOCH 3 " and a perfluorocarbon polymer (S polymer) having a terminal group of "-SO 2 F" was produced. The thickness of the C polymer layer was 3 mils, and the thickness of the S polymer layer was 4 mils. The two-layer membrane was saponified, and the terminal of the polymer was hydrolyzed to introduce an ion exchange group. The C polymer terminal was hydrolyzed to a carboxylic acid group, and the S polymer terminal was hydrolyzed to a sulfo group. The ion exchange capacity as a sulfonic acid group was 1.0 meq / g, and the ion exchange capacity as a carboxylic acid group was 0.9 meq / g. The size of the obtained ion exchange membrane was the same as that of Example 1.
A hot press (thermocompression bonding) was performed with the inactivated electrode surface of the electrode facing the surface having a carboxylic acid group as an ion exchange group to integrate the ion exchange membrane and the electrode. That is, at a temperature at which the ion exchange membrane melts, 72 electrodes of 200 mm square were integrated with one ion exchange membrane having a length of 1500 mm and a width of 2500 mm. Even after thermocompression bonding, one side of the electrode was exposed, and there was no part where the electrode penetrated the film.
In the large size of 1500 mm × 2500 mm, the process of integrating the ion exchange membrane and the electrode by thermocompression bonding required more than one day. That is, it was evaluated that it took more time in Comparative Example 1 to renew the electrodes and replace the diaphragm than in Examples.

図1~5に対する符号の説明
1・・・電解セル、2・・・イオン交換膜、4・・・電解槽、5・・・プレス器、6・・・陰極端子、7・・・陽極端子、10・・・陽極室、11・・・陽極、12・・・陽極ガスケット、13・・・陰極ガスケット、18・・・逆電流吸収体、18a・・・基材、18b・・・逆電流吸収層、19・・・陽極室の底部、20・・・陰極室、21・・・陰極、22・・・金属弾性体、23・・・集電体、24・・・支持体、30・・・隔壁、40・・・電解用陰極構造体。
Explanation of reference numerals for FIGS. 1 to 5 1 ... Electrolytic cell, 2 ... Ion exchange film, 4 ... Electrolytic cell, 5 ... Press, 6 ... Cathode terminal, 7 ... Anodic terminal 10, ... Electrolytic cell, 11 ... Anosome, 12 ... Anodic gasket, 13 ... Cathode gasket, 18 ... Reverse current absorber, 18a ... Base material, 18b ... Reverse current Absorption layer, 19 ... bottom of anode chamber, 20 ... cathode chamber, 21 ... cathode, 22 ... metal elastic body, 23 ... current collector, 24 ... support, 30 ... .. partition wall, 40 ... Cathode structure for electrolysis.

図6に対する符号の説明
10…電解用電極基材、20…第一層、30…第二層、100…電解用電極。
Explanation of reference numerals with respect to FIG. 10 ... Electrode electrode base material for electrolysis, 20 ... First layer, 30 ... Second layer, 100 ... Electrode for electrolysis.

図7~9に対する符号の説明
1…イオン交換膜、2…カルボン酸層、3…スルホン酸層、4…強化芯材、10…膜本体、11a,11b…コーティング層、21,22…強化芯材、100…電解槽、200…陽極、300…陰極、52…強化糸、504a…犠牲糸、504…連通孔。
Explanation of reference numerals for FIGS. 7 to 9 1 ... ion exchange membrane, 2 ... carboxylic acid layer, 3 ... sulfonic acid layer, 4 ... reinforced core material, 10 ... film body, 11a, 11b ... coating layer, 21,22 ... reinforced core Material, 100 ... Electrolytic cell, 200 ... Anode, 300 ... Cathode, 52 ... Reinforcing thread, 504a ... Sacrificial thread, 504 ... Communication hole.

Claims (2)

陽極と、前記陽極に対向する陰極と、前記陽極と前記陰極との間に配される隔膜と、を備える既存電解槽に、積層体を配することにより、新たな電解槽を製造するための方法であって、
電解用電極と、新たな隔膜と、を当該隔膜が溶融しない温度下で一体化することにより、前記積層体を得る工程(A)と、
前記工程(A)の後、既存電解槽における前記隔膜を、前記積層体と交換する工程(B)と、
を有し、
前記電解用電極が、陽極又は陰極として機能し、かつ、前記既存電解槽における陽極及び陰極とは別体であり、
前記一体化が、前記電解用電極と前記新たな隔膜との間の界面張力により行われる、電解槽の製造方法。
For manufacturing a new electrolytic cell by arranging a laminate in an existing electrolytic cell provided with an anode, a cathode facing the anode, and a diaphragm arranged between the anode and the cathode. It ’s a method,
The step (A) of obtaining the laminate by integrating the electrode for electrolysis and the new diaphragm at a temperature at which the diaphragm does not melt.
After the step (A), the step (B) of exchanging the diaphragm in the existing electrolytic cell with the laminated body,
Have,
The electrode for electrolysis functions as an anode or a cathode, and is separate from the anode and the cathode in the existing electrolytic cell.
A method for manufacturing an electrolytic cell , wherein the integration is performed by an interfacial tension between the electrolytic electrode and the new diaphragm .
前記一体化が、常圧下で行われる、請求項1に記載の電解槽の製造方法。 The method for manufacturing an electrolytic cell according to claim 1, wherein the integration is performed under normal pressure.
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