JP7273650B2 - Diaphragm for alkaline water electrolysis and method for producing the diaphragm - Google Patents

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Description

本発明は、アルカリ水電解用隔膜ならびに該隔膜の製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a diaphragm for alkaline water electrolysis and a method for producing the diaphragm.

近年エネルギー源として注目を集めている水素ガスの工業的な製造方法の一つとして水の電気分解が知られている。水の電気分解は、一般的に、導電性を高めるために水酸化ナトリウムや水酸化カリウム等を電解質として添加した水に、直流電流を印加することにより行われている。そのような水の電気分解には、陽極室と陰極室を有し、これらが隔膜により仕切られた電解槽が使用される。 Electrolysis of water is known as one of the industrial production methods of hydrogen gas, which has been attracting attention as an energy source in recent years. Electrolysis of water is generally performed by applying a direct current to water to which sodium hydroxide, potassium hydroxide, or the like has been added as an electrolyte in order to increase conductivity. For such electrolysis of water, an electrolytic cell having an anode compartment and a cathode compartment separated by a diaphragm is used.

水の電気分解は、電子(又はイオン)の移動により行われる。そのため、電気分解を効率よく行うためには、隔膜には高いイオン透過性が必要とされる。また、陽極室で発生した酸素と、陰極室で発生した水素とを遮断し得るガスバリア性が必要とされる。水の電気分解では、30%程度の高濃度のアルカリ性水溶液が使用され、80~90℃程度で行われる。このため、水の電気分解に使用されるアルカリ水電解用隔膜には耐高温や耐アルカリ性も必要とされる。また、アルカリ水電解用隔膜としては、より高い膜強度、より高いイオン伝導性ならびに、マクロボイドによる欠陥が少なくより優れた歩留まりを両立した隔膜が求められていた。 Electrolysis of water is performed by the transfer of electrons (or ions). Therefore, in order to perform electrolysis efficiently, the diaphragm is required to have high ion permeability. In addition, it is required to have gas barrier properties capable of blocking oxygen generated in the anode chamber and hydrogen generated in the cathode chamber. The electrolysis of water uses a highly concentrated alkaline aqueous solution of about 30% and is carried out at about 80 to 90°C. Therefore, a diaphragm for alkaline water electrolysis used for electrolysis of water is required to have high temperature resistance and alkali resistance. In addition, as a diaphragm for alkaline water electrolysis, there has been a demand for a diaphragm that achieves both higher membrane strength, higher ion conductivity, fewer defects due to macrovoids, and higher yield.

アルカリ水電解用隔膜としては、非溶媒誘起相分離法(NIPS)によって製造された多孔性膜がこれまでに種々提案されている。
非溶媒誘起相分離法による製膜について、非特許文献1には、非溶媒誘起相分離法によるポリフッ化ビニリデン膜の製造における、塩化リチウム等の添加物のキャスト溶液への添加効果として、塗液の熱力学的混和性を抑制することでNIPS時の溶媒・非溶媒交換を制御する旨が記載されている。
しかしながら、耐アルカリ性、耐熱性を有する樹脂と無機粒子とを併用したアルカリ水電解用隔膜においては、上記添加物に対する知見は多くなかった。
Various porous membranes produced by non-solvent induced phase separation (NIPS) have been proposed as diaphragms for alkaline water electrolysis.
Regarding film formation by a non-solvent-induced phase separation method, Non-Patent Document 1 describes the effect of adding an additive such as lithium chloride to a casting solution in the production of a polyvinylidene fluoride film by a non-solvent-induced phase separation method. It is described that the exchange of solvent and non-solvent during NIPS is controlled by suppressing the thermodynamic miscibility of .
However, in the diaphragm for alkaline water electrolysis in which a resin having alkali resistance and heat resistance and inorganic particles are used in combination, there has been little knowledge about the above additives.

Desalination 192(2006)190-197Desalination 192 (2006) 190-197

本発明の課題は、より高い膜強度、より高いイオン伝導性ならびにより優れた歩留まりを両立したアルカリ水電解用隔膜ならびに該隔膜の製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a diaphragm for alkaline water electrolysis that achieves both higher membrane strength, higher ion conductivity, and better yield, and a method for producing the diaphragm.

本発明者らは、有機ポリマーと無機粒子とを含むアルカリ水電解用隔膜において、塩化リチウムを添加することにより、膜内部におけるマクロボイドの生成が抑制され、且つ膜強度やイオン伝導性に優れた膜構造を有し、より高い膜強度、より高いイオン伝導性ならびにより優れた歩留まりを両立したアルカリ水電解用隔膜を提供できることを見出し、本発明を完成させるに至った。 The present inventors have found that by adding lithium chloride to a diaphragm for alkaline water electrolysis containing an organic polymer and inorganic particles, the formation of macrovoids inside the membrane is suppressed, and the membrane strength and ionic conductivity are excellent. The inventors have found that it is possible to provide a diaphragm for alkaline water electrolysis which has a membrane structure and achieves both higher membrane strength, higher ion conductivity, and higher yield, and has completed the present invention.

すなわち、本発明のアルカリ水電解用隔膜は、有機ポリマーと無機粒子とを含むアルカリ水電解用隔膜であって;該膜の表面に垂直な断面において、長手方向の両端から中央に向かって、該断面の幅aに対し0.4a以上離れた範囲で;該膜の一方の表面から他方の表面までの全面積Sに対する、孔径が10μm以上であるマクロボイドの面積の和SMACROの割合SMACRO/Sが25%以下であり;該膜の表面から深さ方向に10μm離れた位置と20μm離れた位置との間の範囲において、有機ポリマーの全面積Sと有機ポリマーの輪郭線のみにより閉じた空孔であって孔径が0.08μm~1.20μmである樹脂内部細孔の面積の和SMICROとの和S+SMICROに対する、該樹脂内部細孔の面積の和SMICROの割合SMICRO/(S+SMICRO)が5%以上である。上記有機ポリマーに対して、上記無機粒子を150体積%以上含むことが好ましい。 That is, the diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention is a diaphragm for alkaline water electrolysis containing an organic polymer and inorganic particles; In a range separated by 0.4a or more with respect to the cross-sectional width a; the sum of the areas of macrovoids with a pore diameter of 10 μm or more with respect to the total area S A from one surface of the membrane to the other surface S MACRO ratio S MACRO / SA is 25% or less; only the total area SR of the organic polymer and the contour line of the organic polymer in the range between the position 10 μm away from the surface of the film and the position 20 μm away in the depth direction The sum of the areas of the resin internal pores with a pore diameter of 0.08 μm to 1.20 μm S MICRO and the sum of the areas of the resin internal pores S R + S MICRO The ratio S MICRO /(S R +S MICRO ) is 5% or more. It is preferable that the inorganic particles are contained in an amount of 150% by volume or more with respect to the organic polymer.

また、本発明のアルカリ水電解用隔膜の製造方法は、有機高分子樹脂(R)、無機粒子、及び塩化リチウムを溶媒に混合して樹脂混合液を調製する樹脂混合液調製工程、及び、該樹脂混合液を用いて膜を形成する膜形成工程を含む。 Further, the method for producing a diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention includes a resin mixture preparation step of mixing an organic polymer resin (R), inorganic particles, and lithium chloride with a solvent to prepare a resin mixture; A film forming step of forming a film using the resin mixed solution is included.

本発明によれば、より高い膜強度、より高いイオン伝導性ならびにより優れた歩留まりを両立したアルカリ水電解用隔膜ならびに該隔膜の製造方法を提供できる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, a diaphragm for alkaline water electrolysis that achieves both higher membrane strength, higher ion conductivity and higher yield, and a method for producing the diaphragm can be provided.

本発明のアルカリ水電解用隔膜の断面の一形態を模式的に示す断面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is sectional drawing which shows typically one form of the cross section of the diaphragm for alkaline water electrolysis of this invention. 本発明のアルカリ水電解用隔膜の表面に垂直な断面において、長手方向の両端から中央に向かって、該断面の幅aに対し0.4a以上離れた範囲で、該膜の表面から深さ方向に10μm離れた位置と20μm離れた位置との間の範囲を模式的に表す図である。In the cross section perpendicular to the surface of the diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention, from both ends in the longitudinal direction toward the center, in a range separated by 0.4 a or more with respect to the width a of the cross section, from the surface of the membrane in the depth direction FIG. 10 is a diagram schematically showing a range between positions separated by 10 μm and positions separated by 20 μm. 本発明のアルカリ水電解用隔膜の、有機ポリマーの輪郭線のみにより閉じた空孔を模式的に表す図である。FIG. 4 is a diagram schematically showing pores closed only by outlines of the organic polymer in the diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention.

以下に本発明を詳述する。なお、以下において記載する本発明の個々の好ましい形態を2つ以上組み合わせたものもまた、本発明の好ましい形態である。また、本明細書において、「A~B」の記載は、「A以上、B以下」を意味する。 The present invention will be described in detail below. A combination of two or more of the individual preferred embodiments of the invention described below is also a preferred embodiment of the invention. Further, in this specification, the description of "A to B" means "A or more and B or less".

1.アルカリ水電解用隔膜
本発明のアルカリ水電解用隔膜は、有機ポリマーと無機粒子とを含むアルカリ水電解用隔膜であって;該膜の表面に垂直な断面において、長手方向の両端から中央に向かって、該断面の幅aに対し0.4a以上離れた範囲で;該膜の一方の表面から他方の表面までの全面積Sに対する、孔径が10μm以上であるマクロボイドの面積の和SMACROの割合SMACRO/Sが25%以下であり;該膜の表面から深さ方向に10μm離れた位置と20μm離れた位置との間の範囲において、有機ポリマーの全面積Sと有機ポリマーの輪郭線のみにより閉じた空孔であって孔径が0.08μm~1.20μmである樹脂内部細孔の面積の和SMICROとの和S+SMICROに対する、該樹脂内部細孔の面積の和SMICROの割合SMICRO/(S+SMICRO)が5%以上である。
1. Diaphragm for alkaline water electrolysis The diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention is a diaphragm for alkaline water electrolysis containing an organic polymer and inorganic particles; and in a range separated by 0.4a or more with respect to the width a of the cross section ; ratio S MACRO /S A is 25% or less; The sum of the areas of the resin internal pores that are pores closed only by the contour lines and have a pore diameter of 0.08 μm to 1.20 μm. The sum of the areas of the resin internal pores . The S MICRO ratio S MICRO /( SR + S MICRO ) is 5% or more.

1-1 有機ポリマー
本発明のアルカリ水電解用隔膜は、有機ポリマーを含む。有機ポリマーは無機粒子を保持する。有機ポリマーは無機粒子を保持する隔壁として機能し、後述する無機粒子の親水性表面の減少を最小限なものとしながら、アルカリ溶液中で隔膜から無機粒子が脱落するのを抑制することができる。
1-1 Organic Polymer The diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention contains an organic polymer. The organic polymer holds the inorganic particles. The organic polymer functions as a partition that holds the inorganic particles, and can suppress the inorganic particles from falling off from the partition in an alkaline solution while minimizing the decrease in the hydrophilic surface of the inorganic particles, which will be described later.

上記有機ポリマーとしては、無機粒子を保持し、好ましくはアルカリ溶液中で膨潤することなく、本発明の効果を発揮できる有機高分子樹脂(R)[以下、単に樹脂(R)という場合がある]であれば特に限定されない。上記樹脂(R)としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂;ポリプロピレン等のオレフィン系樹脂;又は、ポリスルホン、ポリスチレン等の芳香族炭化水素系樹脂等が挙げられる。これらは1種単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。なかでも、更に耐熱性、耐アルカリ性に優れたアルカリ水電解用隔膜とすることができる点で、芳香族炭化水素系樹脂が好ましい。 As the organic polymer, an organic polymer resin (R) capable of retaining inorganic particles, preferably without swelling in an alkaline solution, and exhibiting the effects of the present invention [hereinafter sometimes simply referred to as resin (R)]. is not particularly limited. Examples of the resin (R) include fluorine-based resins such as polyvinylidene fluoride and polytetrafluoroethylene; olefin-based resins such as polypropylene; and aromatic hydrocarbon-based resins such as polysulfone and polystyrene. These may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more type. Among them, aromatic hydrocarbon-based resins are preferable in that they can be used as a diaphragm for alkaline water electrolysis with further excellent heat resistance and alkali resistance.

上記芳香族炭化水素系樹脂としては、より具体的には、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリブチレンナフタレート、ポリスチレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンサルファイド等のポリアリーレンサルファイド樹脂、ポリフェニルスルホン、ポリアリレート、ポリエーテルイミド、ポリイミド、ポリアミドイミド等が挙げられる。なかでも、より一層優れた耐アルカリ性を付与することができる点で、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、及びポリフェニルスルホンからなる群より選択された少なくとも1種が好ましく、製造上の観点で、ポリスルホン、ポリエーテルスルホンがより好ましい。 More specifically, the aromatic hydrocarbon resins include, for example, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polybutylene naphthalate, polystyrene, polysulfone, polyethersulfone, polyarylene sulfide resins such as polyphenylene sulfide, and polyphenylsulfone. , polyarylate, polyetherimide, polyimide, polyamideimide, and the like. Among them, at least one selected from the group consisting of polysulfone, polyethersulfone, and polyphenylsulfone is preferable in terms of being able to impart even better alkali resistance. Ethersulfone is more preferred.

ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、及びポリフェニルスルホンからなる群より選択された少なくとも1種を用いることにより、例えば、非溶媒誘起相分離法や蒸気誘起相分離法を用いて隔膜を製造する際には、スルホニル基が後述の無機粒子との適度な親和性を有することにより、相分離条件の調整が容易となる。また、耐アルカリ性が更に高くなることで、アルカリ溶液中で長時間使用した場合の寸法や質量、抵抗値の安定性や新たな空孔の発生抑制効果により優れたものとなる。 By using at least one selected from the group consisting of polysulfone, polyethersulfone, and polyphenylsulfone, for example, when producing a diaphragm using a non-solvent-induced phase separation method or a vapor-induced phase separation method, When the sulfonyl group has an appropriate affinity with the inorganic particles described later, it becomes easy to adjust the phase separation conditions. In addition, since the alkali resistance is further increased, the stability of dimensions, mass and resistance value when used in an alkaline solution for a long time and the effect of suppressing the generation of new voids are excellent.

上記樹脂(R)の含有量は、好ましくはアルカリ水電解用隔膜100質量%中3~40質量%である。上記樹脂(R)の含有量が上述の範囲であると、アルカリ水電解用隔膜のイオン透過性や靱性が良好でありながら、アルカリ溶液中でのアルカリ水電解用隔膜からの無機成分の溶出が更に一層抑制される。また、高いイオン伝導性を示すと共に、イオン透過性、ガスバリア性、耐熱性及び耐アルカリ性にも優れたアルカリ水電解用隔膜となり得る。上記樹脂(R)の含有量は、アルカリ水電解用隔膜100質量%中、より好ましくは5~35質量%であり、更に好ましくは7~30質量%である。 The content of the resin (R) is preferably 3 to 40% by mass based on 100% by mass of the diaphragm for alkaline water electrolysis. When the content of the resin (R) is within the above range, the ion permeability and toughness of the diaphragm for alkaline water electrolysis are good, but inorganic components are not eluted from the diaphragm for alkaline water electrolysis in an alkaline solution. It is even more suppressed. In addition, the diaphragm for alkaline water electrolysis exhibits high ion conductivity and is also excellent in ion permeability, gas barrier properties, heat resistance, and alkali resistance. The content of the resin (R) is more preferably 5 to 35% by mass, still more preferably 7 to 30% by mass, based on 100% by mass of the diaphragm for alkaline water electrolysis.

上記樹脂(R)の含有量は、本発明のアルカリ水電解用隔膜が後述する多孔性支持体を含まない場合は、アルカリ水電解用隔膜100質量%中5~40質量%であることが好ましく、より好ましくは10~35質量%、更に好ましくは10~25質量%である。本発明のアルカリ水電解用隔膜が有機ポリマーとして後述する多孔性支持体を含む場合は、上記樹脂(R)の含有量は、好ましくはアルカリ水電解用隔膜100質量%中3~20質量%、より好ましくは5~18質量%、更に好ましくは7~15質量%である。 The content of the resin (R) is preferably 5 to 40% by mass based on 100% by mass of the diaphragm for alkaline water electrolysis when the diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention does not contain a porous support, which will be described later. , more preferably 10 to 35% by mass, more preferably 10 to 25% by mass. When the diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention contains a porous support described later as an organic polymer, the content of the resin (R) is preferably 3 to 20% by mass in 100% by mass of the diaphragm for alkaline water electrolysis, More preferably 5 to 18% by mass, still more preferably 7 to 15% by mass.

本発明のアルカリ水電解用隔膜は、後述する無機粒子100質量部に対して上記樹脂(R)を10~40質量部含むことが好ましく、12~35質量部含むことがより好ましく、15~33質量部含むことが更に好ましい。無機粒子と上記樹脂(R)の含有割合が上述した範囲であると、アルカリ溶液中でのアルカリ水電解用隔膜からの無機成分の溶出が更に一層抑制される。また、高いイオン伝導性を示すと共に、イオン透過性、ガスバリア性、柔軟性、耐熱性及び耐アルカリ性にも優れたアルカリ水電解用隔膜となり得る。 The diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention preferably contains 10 to 40 parts by mass, more preferably 12 to 35 parts by mass, more preferably 15 to 33 parts by mass of the resin (R) with respect to 100 parts by mass of the inorganic particles described later. It is more preferable to include parts by mass. When the content ratio of the inorganic particles and the resin (R) is within the range described above, the elution of inorganic components from the diaphragm for alkaline water electrolysis in an alkaline solution is further suppressed. In addition, the diaphragm for alkaline water electrolysis exhibits high ion conductivity and is also excellent in ion permeability, gas barrier properties, flexibility, heat resistance, and alkali resistance.

1-1-1 多孔性支持体
本発明のアルカリ水電解用隔膜は、上述した有機ポリマーと後述する無機粒子を含む膜からなるものであるが、上記有機ポリマーとして多孔性支持体を含んでいてもよい。上記多孔性支持体は、多孔質の有機ポリマーであり、イオン透過性を阻害せず、アルカリ水電解用隔膜の支持体となり得る部材である。上記多孔性支持体は、シート状の部材であることが好ましい。
1-1-1 Porous Support The diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention comprises a membrane containing the above-described organic polymer and inorganic particles described below, and contains a porous support as the organic polymer. good too. The porous support is a porous organic polymer, and is a member that does not inhibit ion permeability and can serve as a support for a diaphragm for alkaline water electrolysis. The porous support is preferably a sheet-like member.

上記多孔性支持体の材料としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニルスルホン、ポリフェニレンサルファイド等のポリアリーレンサルファイド樹脂、ポリケトン、ポリイミド、ポリエーテルイミド、フッ素系樹脂等の樹脂材料が挙げられる。これらは、1種単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。なかでも、優れた耐熱性及び耐アルカリ性を発揮できる点で、ポリプロピレン、ポリエチレン、及びポリフェニレンサルファイドからなる群より選択された少なくとも1種の樹脂材料を含むことが好ましく、ポリプロピレン、及びポリフェニレンサルファイドからなる群より選択された少なくとも1種の樹脂材料を含むことがより好ましい。 Examples of materials for the porous support include polyarylene sulfide resins such as polyethylene, polypropylene, polysulfone, polyethersulfone, polyphenylsulfone, and polyphenylene sulfide, and resin materials such as polyketone, polyimide, polyetherimide, and fluororesin. is mentioned. These may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more type. Among them, it preferably contains at least one resin material selected from the group consisting of polypropylene, polyethylene, and polyphenylene sulfide in that it can exhibit excellent heat resistance and alkali resistance, and the group consisting of polypropylene and polyphenylene sulfide. More preferably, it contains at least one more selected resin material.

上記多孔性支持体の形態としては、例えば、不織布、織布(織物)、編物、メッシュ、多孔質膜、フェルト又は不織布と織布の混合布等が挙げられるが、好ましくは、不繊布、織布、メッシュ、又はフェルトが挙げられ、より好ましくは、不織布、織布、メッシュが挙げられる。 Examples of the form of the porous support include nonwoven fabric, woven fabric (fabric), knitted fabric, mesh, porous membrane, felt, and mixed fabric of nonwoven fabric and woven fabric. Nonwoven fabric and woven fabric are preferred. Examples include cloth, mesh, or felt, and more preferably non-woven fabric, woven fabric, and mesh.

上記多孔性支持体としては、なかでも、ポリプロピレン、ポリエチレン、及びポリフェニレンサルファイドからなる群より選択される少なくとも1種の樹脂を含む、不織布、織布、メッシュ、又はフェルトが好ましい。更に、多孔性支持体としては、ポリフェニレンサルファイドを含む、不織布、メッシュ、又はフェルトが好ましい。上記多孔性支持体中のポリプロピレン、ポリエチレン、及びポリフェニレンサルファイドの含有量は、合計で50質量%以上が好ましく、70質量%以上がより好ましく、90質量%以上がさらに好ましい。 As the porous support, nonwoven fabric, woven fabric, mesh, or felt containing at least one resin selected from the group consisting of polypropylene, polyethylene, and polyphenylene sulfide is preferred. Furthermore, non-woven fabrics, meshes, or felts containing polyphenylene sulfide are preferred as porous supports. The total content of polypropylene, polyethylene, and polyphenylene sulfide in the porous support is preferably 50% by mass or more, more preferably 70% by mass or more, and even more preferably 90% by mass or more.

上記多孔性支持体がシート状である場合、上記多孔性支持体の厚みは、本発明のアルカリ水電解用隔膜が本発明の効果を発揮できる限り特に限定されないが、例えば、好ましくは30~2000μm、より好ましくは50~1000μm、更に好ましくは80~500μm、最も好ましくは80~250μmである。 When the porous support is in the form of a sheet, the thickness of the porous support is not particularly limited as long as the diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention can exhibit the effects of the present invention. , more preferably 50 to 1000 μm, still more preferably 80 to 500 μm, and most preferably 80 to 250 μm.

1-2 無機粒子
本発明のアルカリ水電解用隔膜は、無機粒子を含む。本発明のアルカリ水電解用隔膜は、無機粒子間あるいは粒子と有機ポリマーとの空隙部分に電解液が満たされてイオン透過性を発揮することができる。また、無機粒子を含むことにより、アルカリ水電解用隔膜が親水化し、水の電気分解において発生する酸素ガスや水素ガスが隔膜に付着して電気分解の妨げになることを抑制することができる。
1-2 Inorganic Particles The diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention contains inorganic particles. The diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention can exhibit ion permeability by filling the gaps between the inorganic particles or between the particles and the organic polymer with the electrolytic solution. In addition, by including inorganic particles, the diaphragm for alkaline water electrolysis becomes hydrophilic, and oxygen gas and hydrogen gas generated in the electrolysis of water can be prevented from adhering to the diaphragm and interfering with the electrolysis.

本発明において使用する無機粒子としては、例えば、マグネシウム、ジルコニウム、チタン、亜鉛、アルミニウム、タンタル等の水酸化物又は酸化物、カルシウム、バリウム、鉛、ストロンチウム等の硫酸塩等が挙げられる。なかでも、無機粒子の分散性やアルカリ溶液中での安定性がより一層優れる点で、水酸化マグネシウム、水酸化ジルコニウム、水酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化チタン、硫酸カルシウム、硫酸バリウムが好ましく、水酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、硫酸バリウムがより好ましい。上記無機粒子は、1種単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。 Examples of inorganic particles used in the present invention include hydroxides or oxides of magnesium, zirconium, titanium, zinc, aluminum and tantalum, sulfates of calcium, barium, lead, strontium and the like. Among them, magnesium hydroxide, zirconium hydroxide, titanium hydroxide, zirconium oxide, titanium oxide, calcium sulfate, and barium sulfate are preferable in terms of dispersibility of inorganic particles and stability in alkaline solutions. Magnesium oxide, zirconium oxide, titanium oxide and barium sulfate are more preferred. The inorganic particles may be used singly or in combination of two or more.

無機粒子としては、天然物であっても合成物であってもよい。また、表面が未処理のものであってもよく、溶媒への分散を向上させるために、シランカップリング剤、ステアリン酸、オレイン酸、脂肪酸、高級脂肪酸、カルボン酸エステル、リン酸エステル等により表面処理したものであってもよい。上記無機粒子の形状は、粒子状であれば特に限定されず、不定形;真球状、長楕円球状等の球状;薄片状、六角板状等の板状;繊維状のいずれの形状であってもよいが、溶媒に分散しやすく、樹脂組成物を調製しやすい点で、球状、板状、繊維状であることが好ましく、アルカリ水電解隔膜のイオン透過性や粒子の保持性の点で、板状であることがより好ましい。 The inorganic particles may be natural or synthetic. In addition, the surface may be untreated, and in order to improve dispersion in the solvent, the surface is treated with a silane coupling agent, stearic acid, oleic acid, fatty acid, higher fatty acid, carboxylic acid ester, phosphate ester, etc. It may be processed. The shape of the inorganic particles is not particularly limited as long as it is particulate, and may be amorphous; spherical such as a perfect sphere or oblong sphere; plate-like such as flaky or hexagonal plate-like; or fibrous. However, it is preferably spherical, plate-shaped, or fibrous in terms of ease of dispersion in a solvent and ease of preparation of a resin composition. A plate-like shape is more preferable.

上記無機粒子は、アスペクト比が1.0~8.0であることが好ましい。アスペクト比が上述の範囲であると、イオン透過性がより一層優れ、均一性に優れた隔膜とすることができる。上記アスペクト比は、1.5~7.0であることがより好ましく、2.0~6.0であることが更に好ましい。
本明細書中、アスペクト比とは、最長径aと最短径bとの比(a/b)を意味し、粉体状の無機粒子をSEMで観察し、得られた画像の任意の10粒子において、解析ソフト等を使用して、各粒子の最長径aと最短径bとの比(a/b)を測定し、それらの比の単純平均値をその粒子のアスペクト比として求めることができる。
The inorganic particles preferably have an aspect ratio of 1.0 to 8.0. When the aspect ratio is within the above range, the membrane can have even better ion permeability and excellent uniformity. The aspect ratio is more preferably 1.5 to 7.0, even more preferably 2.0 to 6.0.
In the present specification, the aspect ratio means the ratio (a/b) between the longest diameter a and the shortest diameter b, and powdery inorganic particles are observed with SEM, and any 10 particles of the obtained image are In the above, using analysis software or the like, the ratio (a/b) between the longest diameter a and the shortest diameter b of each particle is measured, and the simple average value of these ratios can be obtained as the aspect ratio of the particle. .

上記最長径aとしては、例えば、粒子の形状が板状の場合、粒子の板面の長径を採用し、繊維状である場合は、繊維の長さを採用する。また、最長径aの中点を通って最長径と直行する径のうちの最も短い径を最短径bとする。上記最短径bとしては、例えば、粒子の形状が板状の場合は、粒子の厚みを採用し、繊維状である場合は、繊維の太さを採用する。粒子の厚み及び繊維の太さとしては、最長径aの中点における厚み、太さをそれぞれ採用する。 As the maximum diameter a, for example, when the shape of the particle is plate-like, the length of the plate surface of the particle is used, and when the particle is fibrous, the length of the fiber is used. The shortest diameter among the diameters passing through the midpoint of the longest diameter a and perpendicular to the longest diameter is defined as the shortest diameter b. As the shortest diameter b, for example, when the shape of the particles is plate-like, the thickness of the particles is used, and when the shape is fibrous, the thickness of the fibers is used. As the thickness of the particles and the thickness of the fibers, the thickness and thickness at the midpoint of the longest diameter a are employed, respectively.

上記無機粒子の平均粒子径は、上記無機粒子の分散性がより一層優れる点で、0.01~2.0μmであることが好ましく、0.05~1.0μmであることがより好ましく、0.08~0.7μmであることが更に好ましい。なお、上記平均粒子径は、無機粒子と0.2質量%のヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液を用いて分散処理を行った無機粒子分散液を用いて、レーザー回折・散乱法による粒度分布測定から求められる体積平均粒子径(d50)である。上記無機粒子の平均粒子径が上述の範囲であると、高いイオン伝導性を示すと共に、イオン透過性、ガスバリア性により優れた隔膜とすることができる。 The average particle diameter of the inorganic particles is preferably 0.01 to 2.0 μm, more preferably 0.05 to 1.0 μm, from the viewpoint of further improving the dispersibility of the inorganic particles. It is more preferably 0.08 to 0.7 μm. The average particle size is obtained from particle size distribution measurement by a laser diffraction/scattering method using an inorganic particle dispersion liquid that has been subjected to dispersion treatment using inorganic particles and a 0.2% by mass sodium hexametaphosphate aqueous solution. Average particle size (d50). When the average particle size of the inorganic particles is within the above range, the membrane can exhibit high ion conductivity, ion permeability, and gas barrier properties.

上記無機粒子の比表面積は、隔膜のイオン透過性がより一層優れる点で、5~35m/gが好ましく、5.5~25m/gであることがより好ましく、6~20m/gであることが更に好ましい。なお、上記比表面積は、粉体状の無機粒子について液体窒素を用いたBET法により測定される比表面積である。アルカリ水電解用隔膜におけるイオンパスは無機粒子の親水性の高い表面により形成されるため、上記無機粒子の比表面積が上述の範囲であると、イオン透過性により一層優れた隔膜とすることができる。 The specific surface area of the inorganic particles is preferably from 5 to 35 m 2 /g, more preferably from 5.5 to 25 m 2 /g, and more preferably from 6 to 20 m 2 /g, in that the ion permeability of the diaphragm is further improved. is more preferable. The above specific surface area is a specific surface area measured by the BET method using liquid nitrogen for powdery inorganic particles. Since the ion path in the diaphragm for alkaline water electrolysis is formed by the highly hydrophilic surface of the inorganic particles, the specific surface area of the inorganic particles within the above range can provide a diaphragm with even better ion permeability.

上記無機粒子の含有量は、好ましくは、アルカリ水電解用隔膜100質量%中30~95質量%である。上記無機粒子の含有量が上述の範囲であると、アルカリ溶液中での無機成分の溶出がより一層抑制され、高いイオン伝導性を示すと共に、イオン透過性、ガスバリア性、耐熱性及び耐アルカリ性に優れた隔膜とすることができる。上記無機粒子の含有量は、アルカリ水電解用隔膜100質量%中、より好ましくは32~92質量%、更に好ましくは35~90質量%である。 The content of the inorganic particles is preferably 30 to 95% by mass based on 100% by mass of the diaphragm for alkaline water electrolysis. When the content of the inorganic particles is within the above range, the elution of the inorganic component in the alkaline solution is further suppressed, exhibiting high ion conductivity, ion permeability, gas barrier properties, heat resistance and alkali resistance. An excellent diaphragm can be obtained. The content of the inorganic particles is more preferably 32 to 92% by mass, still more preferably 35 to 90% by mass, based on 100% by mass of the diaphragm for alkaline water electrolysis.

上記無機粒子の含有量は、本発明のアルカリ水電解用隔膜が上記多孔性支持体を含まない場合は、アルカリ水電解用隔膜100質量%中60~95質量%であることが好ましく、より好ましくは65~92質量%、更に好ましくは75~90質量%である。
本発明のアルカリ水電解用隔膜が上記多孔性支持体を含む場合は、上記無機粒子の含有量は、好ましくはアルカリ水電解用隔膜100質量%中30~50質量%、より好ましくは32~48質量%、更に好ましくは35~45質量%である。
また、上記有機ポリマーに対して、上記無機粒子を150体積%以上(即ち、有機ポリマーの体積の1.5倍の体積量以上)含むことが好ましい。
When the diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention does not contain the porous support, the content of the inorganic particles is preferably 60 to 95% by mass in 100% by mass of the diaphragm for alkaline water electrolysis, more preferably. is 65 to 92% by mass, more preferably 75 to 90% by mass.
When the diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention contains the porous support, the content of the inorganic particles is preferably 30 to 50% by mass, more preferably 32 to 48%, based on 100% by mass of the diaphragm for alkaline water electrolysis. % by mass, more preferably 35 to 45% by mass.
Moreover, it is preferable that the inorganic particles are contained in an amount of 150% by volume or more (that is, a volume amount of 1.5 times the volume of the organic polymer or more) with respect to the organic polymer.

図1に、本発明のアルカリ水電解用隔膜の一形態を模式的に示す。アルカリ水電解用隔膜1は、単膜層2と支持体層3を含んでいる。単膜層2は、上記樹脂(R)と無機粒子とを含む層であり、支持体層3は、上記樹脂(R)と無機粒子と多孔性支持体とを含む層である。 FIG. 1 schematically shows one embodiment of the diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention. A diaphragm 1 for alkaline water electrolysis includes a single membrane layer 2 and a support layer 3 . The single layer 2 is a layer containing the resin (R) and inorganic particles, and the support layer 3 is a layer containing the resin (R), inorganic particles and a porous support.

本発明のアルカリ水電解用隔膜において、上述した単膜層2は、上記支持体層3の一方の面に形成されていてもよいし、両面に形成されていてもよい。
また、本発明のアルカリ水電解用隔膜は、上述した単膜層2は無くても良く、無機粒子と上記樹脂(R)と上記多孔性支持体とが一体化した支持体層3としての複合体であってもよい。上記複合体とすることにより、アルカリ水電解用隔膜の強度と靭性を向上させることができる。
In the diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention, the single membrane layer 2 may be formed on one surface of the support layer 3 or may be formed on both surfaces.
Further, the diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention may not have the above-described single layer 2, and a composite as a support layer 3 in which the inorganic particles, the resin (R), and the porous support are integrated. It can be a body. By forming the above composite, the strength and toughness of the diaphragm for alkaline water electrolysis can be improved.

1-3 膜内部構造
本発明のアルカリ水電解用隔膜は、有機ポリマーと無機粒子とを含むアルカリ水電解用隔膜であって;該膜の表面に垂直な断面において、長手方向の両端から中央に向かって、該断面の幅aに対し0.4a以上離れた範囲で;該膜の一方の表面から他方の表面までの全面積Sに対する、孔径が10μm以上であるマクロボイドの面積の和SMACROの割合SMACRO/Sが25%以下であり;該膜の表面から深さ方向に10μm離れた位置と20μm離れた位置との間の範囲において、有機ポリマーの全面積Sと有機ポリマーの輪郭線のみにより閉じた空孔であって孔径が0.08μm~1.20μmである樹脂内部細孔の面積の和SMICROとの和S+SMICROに対する、該樹脂内部細孔の面積の和SMICROの割合SMICRO/(S+SMICRO)が5%以上である。
1-3 Membrane Internal Structure The diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention is a diaphragm for alkaline water electrolysis containing an organic polymer and inorganic particles; The sum of the areas S of macrovoids with a pore diameter of 10 μm or more with respect to the total area S A The ratio S MACRO / SA of MACRO is 25 % or less; The sum of the areas of the resin internal pores that are pores closed only by the outline of the resin and have a pore diameter of 0.08 μm to 1.20 μm. The ratio S MICRO /(S R +S MICRO ) of the sum S MICRO is 5% or more.

以下において、上記「膜の一方の表面から他方の表面までの全面積Sに対する、孔径が10μm以上であるマクロボイドの面積の和SMACROの割合SMACRO/S」を、マクロボイド存在率という場合がある。また、上記「有機ポリマーの全面積Sと該樹脂内部細孔の面積の和SMICROとの和S+SMICROに対する、該樹脂内部細孔の面積の和SMICROの割合SMICRO/(S+SMICRO)」を樹脂内部細孔率という場合がある。 In the following, the ratio S MACRO / S A of the sum of the areas of macrovoids having a pore diameter of 10 μm or more with respect to the total area S A from one surface to the other surface of the membrane is defined as the macrovoid existence ratio. There is a case. In addition, the ratio of the sum of the areas of the internal pores of the resin S MICRO to the sum of the total area of the organic polymer S R and the sum of the areas of the internal pores S MICRO of the resin +S MICRO S MICRO /(S R +S MICRO )” is sometimes referred to as resin internal porosity.

1-3-1 マクロボイド存在率
マクロボイド存在率は、上記の通り、膜の表面に垂直な断面において、長手方向の両端から中央に向かって、該断面の幅aに対し0.4a以上離れた範囲で、膜の一方の表面から他方の表面までの全面積Sに対する、孔径が10μm以上であるマクロボイドの面積の和SMACROの割合SMACRO/Sである。マクロボイド存在率は25%以下であり、10%以下であることが好ましく、5%以下であることがより好ましく、上記マクロボイドは無いことがさらに好ましい。
1-3-1 Macrovoid existence rate As described above, the macrovoid existence rate is 0.4a or more apart from the width a of the cross section toward the center from both ends in the longitudinal direction in the cross section perpendicular to the surface of the film. In the above range, S MACRO /S A is the ratio of the sum of the areas S MACRO of macrovoids with a pore diameter of 10 μm or more to the total area S A from one surface of the membrane to the other surface. The macrovoid existence rate is 25% or less, preferably 10% or less, more preferably 5% or less, and further preferably free of the macrovoids.

マクロボイド存在率の決定方法としては、具体的には、「該膜の表面に垂直な断面において、長手方向の両端から中央に向かって、該断面の幅aに対し0.4a以上離れた範囲」から、測定領域を選ぶ。膜の厚み方向には全て(一方の表面から他方の表面まで)を測定領域とし、幅方向には、少なくとも300μm、好ましくは300~500μmを測定領域とする。そして、該測定領域の面積に対する、マクロボイドの合計面積の割合を求める。上記の測定は、好ましくは、倍率100~500倍、特に好ましくは300倍で膜の断面の全体を観察して行う。厚み方向に1視野に入らなければ、複数視野になっても構わない。 Specifically, the method for determining the macrovoid existence rate is as follows: "In a cross section perpendicular to the surface of the film, a range separated by 0.4 a or more with respect to the width a of the cross section from both ends in the longitudinal direction toward the center , select the measurement area. The entire thickness direction (from one surface to the other surface) of the film is a measurement area, and the width direction is a measurement area of at least 300 μm, preferably 300 to 500 μm. Then, the ratio of the total area of macrovoids to the area of the measurement region is obtained. The above measurement is preferably carried out by observing the entire cross section of the membrane at a magnification of 100 to 500, particularly preferably 300. If it does not fit into one field of view in the thickness direction, a plurality of fields of view may be used.

図2にアルカリ水電解用隔膜1の断面10を模式的に示すと、アルカリ水電解用隔膜1の表面11に垂直な断面10において、長手方向の両端から中央に向かって、該断面10の幅aに対し0.4a以上離れた範囲で、膜の厚み方向に全て(一方の表面から他方の表面まで)を測定領域とし、幅方向には、少なくとも300μm、好ましくは300~500μmを測定領域として、例えば100~300倍率(膜全体が視野面積の80%以上占めることが好ましい)の断面観察画像を得る。なお、図2に12で示す範囲は、後述の樹脂内部細孔率の測定に用いる。マクロボイド存在率については、上記のとおり、膜の厚み方向に関しては、一方の表面から他方の表面まですべてを測定領域とする。 FIG. 2 schematically shows the cross section 10 of the diaphragm for alkaline water electrolysis 1. In the cross section 10 perpendicular to the surface 11 of the diaphragm for alkaline water electrolysis 1, the width of the cross section 10 increases from both ends in the longitudinal direction toward the center. In the range of 0.4a or more away from a, the entire thickness direction of the film (from one surface to the other surface) is the measurement area, and the width direction is at least 300 μm, preferably 300 to 500 μm. , for example, to obtain a cross-sectional observation image at a magnification of 100 to 300 (preferably, the entire film occupies 80% or more of the visual field area). The range indicated by 12 in FIG. 2 is used for the measurement of the resin internal porosity, which will be described later. Regarding the macrovoid existence rate, as described above, the measurement area is the entire thickness direction of the film from one surface to the other surface.

この断面観察画像を解析ソフトを用いて画像を明部と準明部と暗部とに分ける。ここで、明部が無機粒子であり、準明部が有機ポリマーであり、暗部が空孔及び空隙である。空隙について、閉じた外周が抽出される場合には、該空隙の外周の2点を結び、且つ重心を通る直径の平均値を算出し、孔径とする。続いて、孔径が10μm以上であるマクロボイドを抽出し、これらの面積の和SMACROを求める。そして、膜の一方の表面から他方の表面までの全面積Sに対するマクロボイド存在率SMACRO/Sを求める。 This cross-sectional observation image is divided into a bright portion, a semi-bright portion, and a dark portion using analysis software. Here, the bright areas are inorganic particles, the semi-bright areas are organic polymers, and the dark areas are pores and voids. When a closed perimeter is extracted for a gap, two points on the perimeter of the gap are connected and an average value of diameters passing through the center of gravity is calculated as the pore diameter. Subsequently, macrovoids with a pore diameter of 10 μm or more are extracted, and the sum of their areas, S_MACRO , is obtained. Then, the macrovoid existence ratio S MACRO /S A with respect to the total area S A from one surface of the film to the other surface is obtained.

1-3-2 樹脂内部細孔率
樹脂内部細孔率は、上記の通り、膜の表面に垂直な断面において、長手方向の両端から中央に向かって、該断面の幅aに対し0.4a以上離れた範囲で、かつ、該膜の表面から深さ方向に10μm離れた位置と20μm離れた位置との間の範囲において、有機ポリマーの全面積Sと樹脂内部細孔の面積の和SMICROとの和S+SMICROに対する、該樹脂内部細孔の面積の和SMICROの割合SMICRO/(S+SMICRO)である。樹脂内部細孔率は5%以上であり、10%以上であることがより好ましい。上記樹脂内部細孔率の上限としては、20%が挙げられる。膜内部における上記樹脂内部細孔率を上記範囲とした場合に、より高い膜強度、より高いイオン伝導性ならびにより優れた歩留まりを両立したアルカリ水電解用隔膜となる。
1-3-2 Resin internal porosity As described above, the resin internal porosity is 0.4a with respect to the width a of the cross section from both ends in the longitudinal direction toward the center in the cross section perpendicular to the surface of the membrane. The sum of the total area S R of the organic polymer and the area S of the internal pores of the resin in the range separated by more than 10 μm and in the range between the position separated by 20 μm in the depth direction from the surface of the membrane. It is the ratio S MICRO /(S R +S MICRO ) of the sum S MICRO of the area of the resin internal pores to the sum S R +S MICRO with MICRO. The resin internal porosity is 5% or more, more preferably 10% or more. The upper limit of the resin internal porosity is 20%. When the resin internal porosity in the inside of the membrane is within the above range, a diaphragm for alkaline water electrolysis that achieves both higher membrane strength, higher ion conductivity, and better yield is obtained.

樹脂内部細孔率の決定方法を具体的に説明すると、図2に表すアルカリ水電解用隔膜1の表面11に垂直な断面10において、長手方向の両端から中央に向かって、該断面10の幅aに対し0.4a以上離れた範囲で、該表面11から深さ方向Sに10μm離れた位置と20μm離れた位置との間の範囲12において、FE-SEM測定による断面観察画像を得る。断面観察画像を解析ソフトを用いて画像を明部と準明部と暗部とに分ける。ここで、明部が無機粒子であり、準明部が有機ポリマーであり、暗部が空孔及び空隙である。 To specifically explain the method for determining the internal porosity of the resin, in a cross section 10 perpendicular to the surface 11 of the diaphragm 1 for alkaline water electrolysis shown in FIG. A cross-sectional observation image is obtained by FE-SEM measurement in a range 12 between a position 10 μm and a position 20 μm apart in the depth direction S from the surface 11 in a range 0.4a or more away from a. The cross-sectional observation image is divided into a bright portion, a semi-bright portion, and a dark portion using analysis software. Here, the bright areas are inorganic particles, the semi-bright areas are organic polymers, and the dark areas are pores and voids.

図3に、得られる断面観察画像を模式的に示すと、21は無機粒子、22は有機ポリマーである。有機ポリマー22は、樹脂隔壁を構成している場合がある。23は有機ポリマーの輪郭線のみにより閉じた空孔であって孔径が0.08μm~1.20μmである樹脂内部細孔、24は空隙である。 FIG. 3 schematically shows the obtained cross-sectional observation image, where 21 is inorganic particles and 22 is an organic polymer. The organic polymer 22 may constitute a resin partition. 23 are pores closed only by the contour lines of the organic polymer and have a pore diameter of 0.08 μm to 1.20 μm, and 24 are voids.

上記断面観察画像において抽出した空孔について、空孔の外周の2点を結び、且つ重心を通る直径の平均値を算出し、各空孔の孔径とする。続いて、有機ポリマーの輪郭線のみにより閉じた空孔であって孔径が0.08μm~1.20μmである樹脂内部細孔を抽出し、これらの面積の和を求める。一方、準明部の面積の和から有機ポリマーの面積の和を得、これらの値から樹脂内部細孔率を求める。 For the pores extracted in the cross-sectional observation image, an average value of diameters passing through the center of gravity and connecting two points on the outer circumference of the pores is calculated, and is defined as the diameter of each of the pores. Subsequently, resin internal pores having a pore diameter of 0.08 μm to 1.20 μm, which are closed only by the outline of the organic polymer, are extracted, and the sum of their areas is obtained. On the other hand, the sum of the areas of the organic polymer is obtained from the sum of the areas of the semi-bright portions, and the internal porosity of the resin is obtained from these values.

上記樹脂内部細孔率を決定する測定領域は、「膜の表面に垂直な断面において、長手方向の両端から中央に向かって、該断面の幅aに対し0.4a以上離れた範囲」であり、該膜の表面から深さ方向に10μm離れた位置と20μm離れた位置との間の範囲から選ぶ。好ましくはFE-SEMで2万倍率に観察した像において、厚み方向に4.4μm、幅方向に6.2μmの長方形の測定領域を10か所選ぶ。各測定領域における、有機ポリマーの全面積Sと上記樹脂内部細孔の面積の和SMICROとの和S+SMICROに対する、上記樹脂内部細孔の面積の和SMICROの割合SMICRO/(S+SMICRO)を10か所について求め、その平均値を求める。 The measurement area for determining the internal porosity of the resin is "a range that is 0.4a or more away from the width a of the cross section from both ends in the longitudinal direction toward the center in the cross section perpendicular to the surface of the membrane". , from the range between 10 μm and 20 μm in the depth direction from the surface of the membrane. Preferably, 10 rectangular measurement areas of 4.4 μm in thickness direction and 6.2 μm in width direction are selected in an image observed at 20,000 magnifications by FE-SEM. Ratio S MICRO / ( _ S R +S MICRO ) is determined at 10 locations, and the average value is determined.

上記アルカリ水電解用隔膜の表面は特に限定されず、例えば、図1におけるアルカリ水電解用隔膜1の単膜層2側の表面でも良いし、支持体層3側の表面でも良い。また、上記樹脂内部細孔率を決定する方法としては、上記範囲12においてFE-SEMで観察した像で評価して決定することが好ましい。観察倍率としては、特に限定されないが、通常2万倍率以上、好ましくは2万倍率、必要であれば倍率をさらに高くして評価することもでき、例えば3万倍率に観察した像で評価して決定することも好ましい。 The surface of the diaphragm for alkaline water electrolysis is not particularly limited, and may be, for example, the surface on the single membrane layer 2 side of the diaphragm 1 for alkaline water electrolysis in FIG. 1 or the surface on the support layer 3 side. As a method for determining the resin internal porosity, it is preferable to evaluate and determine the image observed by FE-SEM in the above range 12. Although the observation magnification is not particularly limited, it is usually 20,000 magnification or more, preferably 20,000 magnification, and if necessary, the magnification can be further increased. It is also preferred to determine

本発明のアルカリ水電解用隔膜では、このように決定したマクロボイド存在率が25%以下であり、樹脂内部細孔率が5%以上であれば、より高い膜強度、より高いイオン伝導性ならびにより優れた歩留まりを両立し、アルカリ水の電気分解に好適に用いることができる隔膜とすることができる。なお、マクロボイド存在率ならびに樹脂内部細孔率としては、任意に選択した少なくとも1視野において上記の所定の値が得られれば、本発明の範囲に含まれる。マクロボイド存在率ならびに樹脂内部細孔率を得る領域の最小限の大きさとしては、2.8μm×4.2μmの領域が挙げられる。 In the diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention, if the macrovoid existence ratio determined in this way is 25% or less and the resin internal porosity is 5% or more, higher membrane strength, higher ionic conductivity and It is possible to obtain a diaphragm that achieves both excellent yield and can be suitably used for electrolysis of alkaline water. The macrovoid existence rate and the resin internal porosity are included in the scope of the present invention as long as the above-described predetermined values are obtained in at least one arbitrarily selected field of view. The minimum size of the area for obtaining the macrovoid abundance and the resin internal porosity is an area of 2.8 μm×4.2 μm.

1-4 空隙率
本発明のアルカリ水電解用隔膜では、膜全体としての空隙率が25~80%であることが好ましく、30~75%がより好ましく、35~70%がさらに好ましい。膜全体としての空隙率が上述の範囲であると、隔膜中の空隙に電解液がより連続的に満たされるため、より高いイオン伝導性を示すと共に、イオン透過性により優れ、かつガスバリア性により優れた膜とすることができる。
1-4 Porosity The membrane for alkaline water electrolysis of the present invention preferably has a porosity of 25 to 80%, more preferably 30 to 75%, even more preferably 35 to 70%. When the porosity of the membrane as a whole is within the above range, the pores in the diaphragm are more continuously filled with the electrolytic solution, so that the membrane exhibits higher ionic conductivity, more excellent ion permeability, and more excellent gas barrier properties. It can be used as a film.

上記膜全体としての空隙率は、下記に示す方法により測定された隔膜の実測密度値、および隔膜を構成する各成分の密度値(真密度)および組成比を用いて算出される隔膜の計算密度値より、下記式から算出できる。
空隙率(%)=[1-(実測密度値)/(計算密度値)]×100
実測密度値は、得られた隔膜の任意の場所から切り出した試験片について、質量と体積を測定し、質量を体積で除すことにより算出できる。体積は、試験片の縦方向の長さ、横方向の長さを、ノギスを用いて測定、膜厚を上記膜厚測定方法に基づき測定することにより算出できる。また、試験片の質量は、体積を測定した試験片について小数点以下4桁の精密天秤を用いて測定できる。
The porosity of the membrane as a whole is the calculated density value of the diaphragm calculated using the measured density value of the diaphragm measured by the method shown below, and the density value (true density) and composition ratio of each component constituting the diaphragm. It can be calculated from the following formula.
Porosity (%) = [1 - (measured density value) / (calculated density value)] × 100
The measured density value can be calculated by measuring the mass and volume of a test piece cut from an arbitrary location of the obtained diaphragm and dividing the mass by the volume. The volume can be calculated by measuring the vertical and horizontal lengths of the test piece using calipers, and measuring the film thickness based on the film thickness measurement method described above. Also, the mass of the test piece can be measured using a precision balance with four digits below the decimal point for the test piece whose volume has been measured.

1-5 イオン伝導度
本発明のアルカリ水電解用隔膜のイオン伝導度は、実施例に記載の方法で算出できる。本発明のアルカリ水電解用隔膜のイオン伝導度は、100mS/cm超であることが好ましい。このようにした場合に、アルカリ水電解における電解効率をより高くできる。
1-5 Ionic Conductivity The ionic conductivity of the diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention can be calculated by the method described in Examples. The ion conductivity of the diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention is preferably more than 100 mS/cm. In this case, the electrolysis efficiency in alkaline water electrolysis can be made higher.

1-6 厚み
本発明のアルカリ水電解用隔膜の厚みは、特に限定されず、使用する設備の大きさや取り扱い性等に応じて適宜選択すればよいが、膜の高いイオン伝導性と共に、ガスバリア性やイオン透過性、強度の観点から、50~2000μmが好ましく、100~1000μmがより好ましく、100~500μmが更に好ましく、150~350μmが最も好ましい。
また、上述した多孔性支持体を含む場合、本発明のアルカリ水電解用隔膜の厚みは、好ましくは50~2000μm、より好ましくは100~1000μm、更に好ましくは100~500μm、最も好ましくは150~300μmである。
1-6 Thickness The thickness of the diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention is not particularly limited, and may be appropriately selected according to the size of the equipment to be used, handleability, etc. 50 to 2000 μm is preferable, 100 to 1000 μm is more preferable, 100 to 500 μm is still more preferable, and 150 to 350 μm is most preferable from the viewpoint of ion permeability and strength.
Further, when the porous support described above is included, the thickness of the diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention is preferably 50 to 2000 μm, more preferably 100 to 1000 μm, still more preferably 100 to 500 μm, most preferably 150 to 300 μm. is.

2.アルカリ水電解用隔膜の製造方法
本発明のアルカリ水電解隔膜の製造方法は、有機高分子樹脂(R)、無機粒子、及び塩化リチウムを溶媒に混合して樹脂混合液を調製する樹脂混合液調製工程、及び、該樹脂混合液を用いて膜を形成する膜形成工程を含む。上記樹脂混合液調製工程の前に、分散液調製工程を含むことが好ましい。
以下に、各工程について説明する。
2. Method for Producing Diaphragm for Alkaline Water Electrolysis The method for producing a diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention comprises preparing a resin mixed solution by mixing an organic polymer resin (R), inorganic particles, and lithium chloride with a solvent. and a film forming step of forming a film using the resin mixture. It is preferable to include a dispersion liquid preparation step before the resin mixed liquid preparation step.
Each step will be described below.

2-1 分散液調製工程
上記製造方法では、無機粒子を上記樹脂(R)と混合する場合、予め無機粒子を溶媒に分散させた分散液を調製してから上記樹脂(R)と混合することが好ましい。上記分散液には分散剤を添加しても良い。
2-1 Dispersion liquid preparation step In the above production method, when inorganic particles are mixed with the resin (R), a dispersion liquid in which the inorganic particles are dispersed in a solvent is prepared in advance and then mixed with the resin (R). is preferred. A dispersant may be added to the above dispersion.

上記分散剤としては、カチオン系界面活性剤;アニオン系面活性剤;カルボキシ基、リン酸基、スルホン酸基等の親水性官能基を有する従来公知の顔料分散剤等が挙げられる。
カチオン系界面活性剤としては、分子内に炭素数5以上の炭化水素鎖を有するカチオン系界面活性剤がより好ましい。
アニオン系界面活性剤としては、分子内に炭素数5以上の炭化水素鎖を有するアニオン系界面活性剤がより好ましい。
ポリマー顔料分散剤としては、親水性官能基を有するポリマーであれば特に制限されないが、炭素数が5以上の炭化水素鎖を主鎖または側鎖に有するポリマーであることが好ましく、さらに構成単位(繰り返し単位)として炭素数が5以上の炭化水素鎖を含むポリマーであることがより好ましく、構成単位として炭素数が5以上のポリエステルあるいはポリエーテルを含むポリマーであることがさらに好ましい。
Examples of the dispersant include cationic surfactants; anionic surfactants; and conventionally known pigment dispersants having a hydrophilic functional group such as a carboxy group, a phosphoric acid group, and a sulfonic acid group.
As the cationic surfactant, a cationic surfactant having a hydrocarbon chain with 5 or more carbon atoms in the molecule is more preferable.
As the anionic surfactant, an anionic surfactant having a hydrocarbon chain with 5 or more carbon atoms in the molecule is more preferable.
The polymer pigment dispersant is not particularly limited as long as it is a polymer having a hydrophilic functional group, but it is preferably a polymer having a hydrocarbon chain having 5 or more carbon atoms in the main chain or side chain, and furthermore, a structural unit ( A polymer containing a hydrocarbon chain having 5 or more carbon atoms as a repeating unit) is more preferable, and a polymer containing a polyester or polyether having 5 or more carbon atoms as a structural unit is more preferable.

このようなポリマーとしては、炭素数が5以上の炭化水素鎖を含む構成単位のみを繰返し単位として含むポリマーであっても、炭素数が5以上の炭化水素鎖を含む構成単位以外の構成単位を繰返し単位としてさらに含むものであってもよい。
また、後者の場合、炭素数が5以上の炭化水素鎖を含む構成単位のみを繰返し単位として含むブロックと他の構成単位から構成されるブロックとからなるポリマーであっても、分子内に、炭素数が5以上の炭化水素鎖を含む構成単位と他の構成単位とがランダムに繋がった構造のポリマーであってもよい。
上記分散剤の使用量は、溶媒100質量部に対して、1~10質量部が好ましく、1.2~8.0質量部がより好ましく、1.5~5.0質量部以下がさらに好ましい。このようにすることにより、無機粒子の分散安定性をより効果的に向上できる。
As such a polymer, even a polymer containing only a structural unit containing a hydrocarbon chain having 5 or more carbon atoms as a repeating unit, a structural unit other than a structural unit containing a hydrocarbon chain having 5 or more carbon atoms may be used. It may be further included as a repeating unit.
In the latter case, even if the polymer consists of a block containing only a structural unit containing a hydrocarbon chain having 5 or more carbon atoms as a repeating unit and a block composed of other structural units, carbon atoms in the molecule It may be a polymer having a structure in which structural units containing hydrocarbon chains of 5 or more and other structural units are randomly connected.
The amount of the dispersant used is preferably 1 to 10 parts by mass, more preferably 1.2 to 8.0 parts by mass, and even more preferably 1.5 to 5.0 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the solvent. . By doing so, the dispersion stability of the inorganic particles can be improved more effectively.

上記分散液中の無機粒子の含有量は、20~70質量%であることが好ましく、より好ましくは30~65質量%、更に好ましくは50~65質量%である。 The content of inorganic particles in the dispersion liquid is preferably 20 to 70% by mass, more preferably 30 to 65% by mass, and still more preferably 50 to 65% by mass.

無機粒子を分散させるための溶媒としては、後に混合する上記樹脂(R)を溶解し得る性質を有するものであれば特に限定されず、例えば、N-メチル-2-ピロリドン、N,N-ジメチルアセトアミド、N,N-ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、メチルエチルケトン、トルエン等が挙げられる。これらの溶媒は、1種単独で使用してもよいし、2種以上を混合して使用してもよい。なかでも、無機粒子の分散性が良好となる点で、N-メチル-2-ピロリドンが好ましい。分散液中の無機粒子に対する溶媒の使用量は、無機粒子100質量部に対して、50~100質量部が好ましく、50~90質量部がより好ましく、50~80質量部がさらに好ましい。 The solvent for dispersing the inorganic particles is not particularly limited as long as it has the property of dissolving the resin (R) to be mixed later. Examples include N-methyl-2-pyrrolidone and N,N-dimethyl. Acetamide, N,N-dimethylformamide, dimethylsulfoxide, methyl ethyl ketone, toluene and the like. These solvents may be used singly or in combination of two or more. Among them, N-methyl-2-pyrrolidone is preferable in terms of good dispersibility of the inorganic particles. The amount of the solvent used relative to the inorganic particles in the dispersion is preferably 50 to 100 parts by mass, more preferably 50 to 90 parts by mass, and even more preferably 50 to 80 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the inorganic particles.

無機粒子を溶媒に分散させる方法としては、特に限定されず、ミキサー、ボールミル、ジェットミル、ディスパー、サンドミル、ロールミル、ポットミル、ビーズミル、ペイントシェーカー等を用いる方法等、公知の混合分散の手段を適用することができる。 The method for dispersing the inorganic particles in the solvent is not particularly limited, and known mixing and dispersing means such as a method using a mixer, ball mill, jet mill, disper, sand mill, roll mill, pot mill, bead mill, paint shaker, etc. are applied. be able to.

上記分散液中における無機粒子の平均粒子径は、好ましくは0.1~1.0μm、より好ましくは0.15~0.8μm、さらに好ましくは0.15~0.5μmである。なお、上記分散液中における無機粒子の平均粒子径は、動的光散乱法による粒度分布測定から求められ、具体的には実施例に記載の方法で測定できる。 The average particle size of the inorganic particles in the dispersion liquid is preferably 0.1 to 1.0 μm, more preferably 0.15 to 0.8 μm, still more preferably 0.15 to 0.5 μm. The average particle size of the inorganic particles in the dispersion can be determined by particle size distribution measurement using a dynamic light scattering method, and can be specifically measured by the method described in Examples.

2-2 樹脂混合液調製工程
上記樹脂混合液調製工程では、好ましくは上記分散液調製工程で調製された分散液に有機高分子樹脂(R)と塩化リチウムを混合して樹脂混合液を調製する。塩化リチウムを添加することにより、好ましくは隔壁を構成している有機ポリマーとしての上記樹脂(R)の内部に空孔が形成され、好ましくは可撓性が発現するマクロボイドフリー膜が作製できる。塩化リチウムの添加量は、無機粒子100質量%に対し1.0質量%以上であることが好ましい。上限としては、例えば10質量%である。
2-2 Resin Mixture Preparation Step In the resin mixture preparation step, preferably, the dispersion prepared in the dispersion preparation step is mixed with the organic polymer resin (R) and lithium chloride to prepare a resin mixture. . By adding lithium chloride, pores are formed inside the above resin (R), which is preferably the organic polymer constituting the partition walls, and a macrovoid-free film that exhibits flexibility can be produced. The amount of lithium chloride added is preferably 1.0% by mass or more with respect to 100% by mass of the inorganic particles. As an upper limit, it is 10 mass %, for example.

上記樹脂混合液には、有機親水性添加剤を添加しても良い。上記有機親水性添加剤としては、例えば、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキサイド、ポリビニルピロリドン、ポリエチレンイミン、ポリアクリル酸、デキストラン等の水溶性ポリマー;界面活性剤;グリセリン;糖類等が挙げられる。親水性添加剤の使用量は、分散液中の無機粒子100質量部に対して、0.1質量部以上20質量部以下が好ましい。 An organic hydrophilic additive may be added to the resin mixture. Examples of the organic hydrophilic additives include water-soluble polymers such as polyethylene glycol, polyethylene oxide, polyvinylpyrrolidone, polyethyleneimine, polyacrylic acid and dextran; surfactants; glycerin; sugars and the like. The amount of the hydrophilic additive used is preferably 0.1 parts by mass or more and 20 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the inorganic particles in the dispersion.

上記分散液調製工程で調製された分散液に上記樹脂(R)を混合する方法としては、上記分散液と上記樹脂(R)を充分に混合することができる方法であれば特に限定されず、上記分散液に上記樹脂(R)をそのまま混合してもよいし、予め上記樹脂(R)を溶媒に溶解させた樹脂溶液を調製して、上記樹脂溶液と上記分散液とを混合してもよい。なかでも、上記無機粒子と上記樹脂(R)をより均一に分散・混合できる点で、上記樹脂溶液を調製して、上記樹脂溶液と上記分散液とを混合して樹脂混合液とする方法が好ましい。 The method for mixing the resin (R) with the dispersion liquid prepared in the dispersion liquid preparation step is not particularly limited as long as it is a method capable of sufficiently mixing the dispersion liquid and the resin (R). The resin (R) may be mixed with the dispersion as it is, or a resin solution may be prepared by dissolving the resin (R) in a solvent in advance, and the resin solution and the dispersion may be mixed. good. Among them, a method of preparing the resin solution and mixing the resin solution and the dispersion to obtain a resin mixed solution is preferred because the inorganic particles and the resin (R) can be more uniformly dispersed and mixed. preferable.

上記樹脂混合液を調製する場合に使用する溶媒としては、上記樹脂(R)を溶解する性質を有するものであれば特に限定されず、例えば、N-メチル-2-ピロリドン、N,N-ジメチルアセトアミド、N,N-ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、メチルエチルケトン、トルエン等が挙げられる。なかでも、上記無機粒子と上記樹脂(R)がより均一に分散・混合できる点で、上記分散液の調製に使用した溶媒と同じ溶媒が好ましい。 The solvent used for preparing the resin mixture is not particularly limited as long as it has the property of dissolving the resin (R). Examples include N-methyl-2-pyrrolidone and N,N-dimethyl. Acetamide, N,N-dimethylformamide, dimethylsulfoxide, methyl ethyl ketone, toluene and the like. Among them, the same solvent as the solvent used for preparing the dispersion liquid is preferable in that the inorganic particles and the resin (R) can be dispersed and mixed more uniformly.

上記樹脂溶液中の上記樹脂(R)の含有量は、5~50質量%であることが好ましく、10~45質量%であることがより好ましく、15~40質量%であることが更に好ましい。
上記混合する方法としては、上記分散液調製工程で記載した混合分散の手段と同様の手段が挙げられる。
The content of the resin (R) in the resin solution is preferably 5 to 50% by mass, more preferably 10 to 45% by mass, even more preferably 15 to 40% by mass.
Examples of the mixing method include the same means as the mixing and dispersing means described in the dispersion liquid preparation step.

上記分散液と上記樹脂(R)は、好ましくは、無機粒子100質量部に対して、上記樹脂(R)が10~40質量部、より好ましくは12~35質量部、さらに好ましくは15~33質量部になるように混合することが好ましい。また、有機ポリマーとしての上記樹脂(R)に対して、前記無機粒子を150体積%以上含むことが好ましい。無機粒子と上記樹脂(R)の含有割合が上述した範囲であると、得られたアルカリ水電解用隔膜のアルカリ溶液中での無機成分の溶出が更に一層抑制され、より高いイオン伝導性を示すと共に、イオン透過性、ガスバリア性、耐熱性及び耐アルカリ性にもより優れたアルカリ水電解用隔膜を製造できる。 The dispersion liquid and the resin (R) are preferably 10 to 40 parts by mass, more preferably 12 to 35 parts by mass, still more preferably 15 to 33 parts by mass, based on 100 parts by mass of the inorganic particles. It is preferable to mix so that it becomes a mass part. Moreover, it is preferable that the inorganic particles are contained in an amount of 150% by volume or more with respect to the resin (R) as the organic polymer. When the content ratio of the inorganic particles and the resin (R) is within the range described above, the elution of inorganic components in the resulting diaphragm for alkaline water electrolysis in an alkaline solution is further suppressed, and higher ion conductivity is exhibited. In addition, it is possible to produce a diaphragm for alkaline water electrolysis that is more excellent in ion permeability, gas barrier properties, heat resistance and alkali resistance.

上記無機粒子の分散液と上記樹脂(R)の溶液とを混合する場合、無機粒子の分散液中の溶媒と上記樹脂(R)の溶液中の溶媒との合計含有量は、無機粒子の分散液と上記樹脂(R)の溶液との合計質量100質量%に対して、30~75質量%であることが好ましい。より好ましくは、35~70質量%であり、更に好ましくは、40~65質量%である。アルカリ水電解用隔膜の空隙率を好ましい範囲に調整するためにはこのような割合で溶媒を用いることが好ましい。 When the dispersion of the inorganic particles and the solution of the resin (R) are mixed, the total content of the solvent in the dispersion of the inorganic particles and the solvent in the solution of the resin (R) is the dispersion of the inorganic particles. It is preferably 30 to 75% by mass with respect to 100% by mass of the total mass of the liquid and the solution of the resin (R). More preferably 35 to 70% by mass, still more preferably 40 to 65% by mass. In order to adjust the porosity of the diaphragm for alkaline water electrolysis to a preferable range, it is preferable to use the solvent in such a ratio.

2-3 膜形成工程
上記膜形成工程では、上記樹脂混合液調製工程で得られた樹脂混合液を用いて膜を形成する。
上記膜を形成する方法としては、アルカリ溶液中での無機成分の溶出がより一層抑制されたアルカリ水電解用隔膜を容易に製造することができる点で、下記の工程(a)、(b)を含むことが好ましい。
(a)上記樹脂混合液の塗膜を形成する工程、及び、
(b)上記塗膜を非溶媒と接触させることにより上記塗膜を凝固させ、多孔質膜を得る工程
2-3 Film Formation Step In the film formation step, a film is formed using the resin mixture obtained in the resin mixture preparation step.
As a method for forming the above membrane, the following steps (a) and (b) are preferred in that a diaphragm for alkaline water electrolysis in which the elution of inorganic components in an alkaline solution is further suppressed can be easily produced. is preferably included.
(a) forming a coating film of the resin mixture, and
(b) contacting the coating film with a non-solvent to solidify the coating film to obtain a porous film;

(a)樹脂混合液の塗膜を形成する工程
上記樹脂混合液の塗膜を形成する方法としては、例えば、上記で得られた樹脂混合液を基材上に塗布する方法や、上記樹脂混合液中に基材を浸漬させ、上記樹脂混合液が含浸した基材を得る方法等が挙げられる。なかでも、簡便に塗膜を形成できる点で、上記樹脂混合液を基材上に塗布する方法が好ましい。
(a) Step of forming a coating film of the resin mixed solution Examples of the method of forming a coating film of the resin mixed solution include a method of applying the resin mixed solution obtained above on a substrate, and a method of applying the resin mixed solution A method of obtaining a base material impregnated with the above-mentioned mixed resin liquid by immersing the base material in the liquid can be used. Among them, the method of applying the above-mentioned resin mixed solution onto a base material is preferable in that a coating film can be easily formed.

上記樹脂混合液を基材上に塗布する方法としては、特に限定されず、ダイコーティング、スピンコーティング、グラビアコーティング、カーテンコーティング、スプレー、アプリケーター、バーコーター等を用いる方法等の公知の塗布手段を適用することができる。 The method of applying the resin mixture onto the substrate is not particularly limited, and known coating means such as methods using die coating, spin coating, gravure coating, curtain coating, spray, applicator, bar coater, etc. are applied. can do.

上記基材としては、上記樹脂混合液を塗布して塗膜を形成することができるものであれば、特に限定されず、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアセタール、ポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネート等の樹脂からなるフィルム又はシート、ガラス板等が挙げられる。なかでも、ハンドリングが良好である点および原料コストが低減できる点で、ポリエチレンテレフタレートが好ましい。
また、上述した多孔性支持体を含むアルカリ水電解用隔膜を製造する場合は、上記基材として上記多孔性支持体を使用してもよい。
The substrate is not particularly limited as long as it can be coated with the resin mixture to form a coating film. Examples include polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polypropylene, polyethylene, polyvinyl chloride, and polyvinyl. A film or sheet made of a resin such as acetal, polymethyl methacrylate, polycarbonate, or the like, a glass plate, or the like can be used. Among them, polyethylene terephthalate is preferable because it is easy to handle and the material cost can be reduced.
Moreover, when manufacturing the diaphragm for alkaline water electrolysis containing the porous support mentioned above, you may use the said porous support as said base material.

また、無機粒子と上記樹脂(R)を含む膜と多孔性支持体とが一体化した複合体であるアルカリ水電解用隔膜を製造する場合は、上記基材上に、上記樹脂混合液を塗布し、その塗液上に上記多孔性支持体を置いて塗液を上記多孔性支持体に含浸させてもよい。 In the case of producing a diaphragm for alkaline water electrolysis, which is a composite in which a membrane containing inorganic particles, the resin (R), and a porous support are integrated, the resin mixed solution is applied onto the base material. Then, the porous support may be placed on the coating liquid to impregnate the porous support with the coating liquid.

上記樹脂混合液の塗布量としては、特に限定されず、上記隔膜が、上述した効果が発揮できる厚みを有するよう適宜設定すればよい。 The amount of the resin mixed solution to be applied is not particularly limited, and may be appropriately set so that the diaphragm has a thickness capable of exhibiting the above-described effects.

(b)上記塗膜を非溶媒と接触させることにより上記塗膜を凝固させる工程
上記塗膜を非溶媒と接触させることにより、上記塗膜中に非溶媒が拡散し、非溶媒に溶解しない上記樹脂(R)が凝固する。一方、非溶媒に溶解しうる塗膜中の溶媒は、塗膜から溶出する。このように相分離が生じることにより、上記樹脂(R)(及び無機粒子)が凝固し、多孔質膜が形成される。
(b) a step of solidifying the coating film by contacting the coating film with a non-solvent, thereby causing the non-solvent to diffuse in the coating film and not dissolving in the non-solvent; Resin (R) solidifies. On the other hand, the solvent in the coating film that is soluble in the non-solvent is eluted from the coating film. Due to the occurrence of phase separation in this manner, the resin (R) (and the inorganic particles) is solidified to form a porous film.

上記塗膜と非溶媒とを接触させる方法としては、上記塗膜を上記非溶媒中に浸漬させる方法(凝固浴)、上記塗膜を上記非溶媒蒸気雰囲気中に晒す方法等が挙げられる。また、塗膜を上記非溶媒蒸気雰囲気中に晒した後、引き続き、非溶媒中に浸漬させてもよい。この場合に、非溶媒蒸気雰囲気中に晒す時間は3~60秒程度、非溶媒中に浸漬する時間は、1~15分程度とすることができる。 Examples of the method of bringing the coating film into contact with the non-solvent include a method of immersing the coating film in the non-solvent (coagulation bath), and a method of exposing the coating film to the non-solvent vapor atmosphere. Alternatively, after the coating film is exposed to the non-solvent vapor atmosphere, it may be subsequently immersed in the non-solvent. In this case, the exposure time to the non-solvent vapor atmosphere can be about 3 to 60 seconds, and the time to be immersed in the non-solvent can be about 1 to 15 minutes.

塗膜を浸漬する非溶媒の温度としては、10℃以上が好ましく、15℃以上がより好ましく、20℃以上がさらに好ましい。また、55℃以下が好ましく、50℃以下がより好ましく、45℃以下がより好ましい。このような温度とすることにより、製造した隔膜におけるイオンパスをより多く形成でき、高いイオン伝導性を示すと共に、より高いガスバリア性とより高い耐久性を両立したアルカリ水電解用隔膜をより容易に製造できる。 The temperature of the non-solvent in which the coating film is immersed is preferably 10°C or higher, more preferably 15°C or higher, and even more preferably 20°C or higher. Moreover, 55 degrees C or less is preferable, 50 degrees C or less is more preferable, and 45 degrees C or less is more preferable. By setting such a temperature, more ion paths can be formed in the manufactured diaphragm, and a diaphragm for alkaline water electrolysis that exhibits high ionic conductivity, higher gas barrier properties, and higher durability can be more easily manufactured. can.

上記非溶媒としては、上記樹脂(R)を実質的に溶解しない性質を有するものであれば、特に限定されないが、例えば、イオン交換水;メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等の低級アルコール;又はこれらの混合溶媒等が好ましく使用できる。経済性と廃液処理の観点からはイオン交換水が好ましい。また上記非溶媒は、上述した成分以外に、塗膜中に含まれる溶媒と同様の溶媒を少量含んでいてもよい。 The non-solvent is not particularly limited as long as it has a property of not substantially dissolving the resin (R). A mixed solvent or the like can be preferably used. Ion-exchanged water is preferable from the viewpoint of economy and waste liquid treatment. In addition to the components described above, the non-solvent may contain a small amount of the same solvent as the solvent contained in the coating film.

上記非溶媒の使用量は、塗膜100質量部、すなわち、塗膜の形成に用いられる樹脂混合液の固形分100質量部に対して、50~10000質量部であることが好ましい。より好ましくは、100~5000質量部であり、更に好ましくは、200~1000質量部である。得られる隔膜の空隙率を好ましい範囲に調整する点、塗膜中の溶媒を完全に非溶媒中に抽出する点において、非溶媒をこのような割合で使用することが好ましい。 The amount of the non-solvent used is preferably 50 to 10,000 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the coating film, ie, 100 parts by mass of the solid content of the resin mixture used for forming the coating film. It is more preferably 100 to 5000 parts by mass, still more preferably 200 to 1000 parts by mass. It is preferable to use the non-solvent in such a ratio in order to adjust the porosity of the membrane to be obtained within a preferable range and to completely extract the solvent in the coating film into the non-solvent.

更に、非溶媒を除去するために、上記工程で凝固した塗膜を乾燥させて、隔膜を得てもよい。
上記塗膜の乾燥温度としては、60~120℃が好ましい。
乾燥時間としては、0.5~120分が好ましく、1~60分がより好ましく、1~30分が更に好ましい。
Furthermore, in order to remove the non-solvent, the coating film solidified in the above step may be dried to obtain the diaphragm.
The drying temperature for the coating film is preferably 60 to 120°C.
The drying time is preferably 0.5 to 120 minutes, more preferably 1 to 60 minutes, even more preferably 1 to 30 minutes.

本発明のアルカリ水電解用隔膜の製造方法では、塩化リチウムを加えることにより、樹脂混合液の親水性が高くなり、樹脂(R)が凝集しやすくなると考えられる。このため、凝集した樹脂(R)中に空孔が形成された膜内部構造となり、より高い膜強度、より高いイオン伝導性ならびにより優れた歩留まりを両立できる膜が製造されると考えられる。このように、上述した工程により、本発明のアルカリ水電解用隔膜を簡便に製造することができる。 In the method for producing a diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention, it is believed that the addition of lithium chloride increases the hydrophilicity of the resin mixed solution, making it easier for the resin (R) to aggregate. For this reason, it is believed that the internal structure of the membrane is formed by forming pores in the aggregated resin (R), and a membrane that can achieve both higher membrane strength, higher ionic conductivity, and better yield is produced. As described above, the diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention can be easily produced by the steps described above.

3.用途
本発明のアルカリ水電解用隔膜では、より高い膜強度、より高いイオン伝導性ならびにより優れた歩留まりを両立できる。そのため、本発明のアルカリ水電解用隔膜は、アルカリ性水溶液を電解液とした水の電気分解用の隔膜として好適に使用することができる。また、上述したアルカリ水電解用隔膜の他、アルカリ形燃料電池用セパレータ、1次電池用セパレータ、2次電池用セパレータ等の電池用セパレータ、食塩電解用セパレータ等の用途に用いることができる。
3. Applications The diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention can achieve both higher membrane strength, higher ion conductivity, and higher yield. Therefore, the diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention can be suitably used as a diaphragm for water electrolysis using an alkaline aqueous solution as an electrolyte. In addition to the diaphragm for alkaline water electrolysis described above, it can also be used for battery separators such as alkaline fuel cell separators, primary battery separators, secondary battery separators, and salt electrolysis separators.

4.アルカリ水電解装置
本発明のアルカリ水電解用隔膜は、アルカリ水電解装置の部材として用いられる。上記アルカリ水電解装置としては、例えば、陽極、陰極、及び、陽極と陰極の間に配置された上記アルカリ水電解用隔膜を含むものが挙げられる。より具体的には、上記アルカリ水電解装置は、上記アルカリ水電解用隔膜によって隔てられた、陽極が存在する陽極室と、陰極が存在する陰極室とを有する。
陽極、及び陰極としては、ニッケル又はニッケル合金等を含む導電性基体等、公知の電極が挙げられる。
4. Alkaline Water Electrolysis Apparatus The diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention is used as a member of an alkaline water electrolysis apparatus. Examples of the alkaline water electrolysis apparatus include those including an anode, a cathode, and the diaphragm for alkaline water electrolysis arranged between the anode and the cathode. More specifically, the alkaline water electrolysis apparatus has an anode chamber in which an anode exists and a cathode chamber in which a cathode exists, which are separated by the diaphragm for alkaline water electrolysis.
The anode and cathode include known electrodes such as conductive substrates containing nickel, nickel alloys, and the like.

5.電解方法
本発明のアルカリ水電解用隔膜を備えたアルカリ水電解装置を用いて行う水の電気分解の方法は、特に限定されず、公知の方法で行うことができる。例えば、上述した本発明のアルカリ水電解用隔膜を備えたアルカリ水電解装置に、電解液を充填し、電解液中で電流を印加することにより行うことができる。
上記電解液としては、水酸化カリウム又は水酸化ナトリウム等の電解質を溶解したアルカリ性水溶液が用いられる。上記電解液における電解質の濃度は、特に限定されないが、電解効率がより一層向上し得る点で、20~40質量%であることが好ましい。
また、電気分解を行う場合の温度としては、電解液のイオン伝導性がより向上し、電解効率がより一層向上し得る点で、50~120℃が好ましく、80~90℃がより好ましい。電流の印加条件は、公知の条件・方法で行うことができる。
5. Electrolyzing Method The method of electrolyzing water using the alkaline water electrolysis apparatus provided with the diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention is not particularly limited, and a known method can be used. For example, it can be carried out by filling an electrolytic solution into an alkaline water electrolysis apparatus provided with the above-described diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention and applying an electric current in the electrolytic solution.
As the electrolytic solution, an alkaline aqueous solution in which an electrolyte such as potassium hydroxide or sodium hydroxide is dissolved is used. Although the concentration of the electrolyte in the electrolytic solution is not particularly limited, it is preferably 20 to 40% by mass from the viewpoint of further improving the electrolysis efficiency.
The temperature for electrolysis is preferably 50 to 120° C., more preferably 80 to 90° C., since the ion conductivity of the electrolytic solution can be further improved and the electrolysis efficiency can be further improved. Current application conditions can be performed by known conditions and methods.

以下に実施例を掲げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。なお、特に断りのない限り、「部」は「質量部」を、「%」は「質量%」を意味するものとする。 EXAMPLES The present invention will be described in more detail with reference to examples below, but the present invention is not limited only to these examples. Unless otherwise specified, "part" means "mass part" and "%" means "mass %".

<実施例1>
(1.水酸化マグネシウム分散液の調製)
水酸化マグネシウム(平均粒子径0.20μm)とN-メチル-2-ピロリドン(富士フイルム和光純薬工業社製)を質量比1:1となるよう混合し、ジルコニアメディアボールを入れたポットミルにて、室温で6時間分散処理を行うことにより水酸化マグネシウム分散液を調製した。
<Example 1>
(1. Preparation of magnesium hydroxide dispersion)
Magnesium hydroxide (average particle size 0.20 μm) and N-methyl-2-pyrrolidone (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) were mixed at a mass ratio of 1:1, and the mixture was placed in a pot mill containing zirconia media balls. A magnesium hydroxide dispersion was prepared by carrying out a dispersion treatment at room temperature for 6 hours.

(2.ポリスルホン樹脂溶解液の調製)
ポリスルホン樹脂(BASF社製、品番ウルトラゾーンS3010)を30質量%の濃度で80~100℃にてN-メチル-2-ピロリドン(富士フイルム和光純薬工業社製)に熱溶解させた。
(2. Preparation of polysulfone resin solution)
Polysulfone resin (manufactured by BASF, product number Ultrason S3010) was thermally dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone (manufactured by FUJIFILM Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) at a concentration of 30% by mass at 80 to 100°C.

(3.塗液の調製)
上記で得られた水酸化マグネシウム分散液とポリスルホン樹脂溶解液とを、固形分が40質量%かつ水酸化マグネシウム100質量部に対してポリスルホン樹脂(PSU)が33質量部になるように計量し、さらに塩化リチウム(富士フイルム和光純薬工業社製)を水酸化マグネシウム100質量%に対して5質量%加え、自転公転ミキサー(シンキー社製、品番あわとり練太郎ARE-500)にて室温で1000rpmで約10分間混合した。得られた混合液を、SUSの200メッシュで濾過することで塗液を得た。
(3. Preparation of coating liquid)
Weigh the magnesium hydroxide dispersion and the polysulfone resin solution obtained above so that the solid content is 40% by mass and the polysulfone resin (PSU) is 33 parts by mass with respect to 100 parts by mass of magnesium hydroxide, Furthermore, 5% by mass of lithium chloride (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) is added to 100% by mass of magnesium hydroxide, and the rotation and revolution mixer (manufactured by Thinky, product number Awatori Mixer ARE-500) is used at room temperature at 1000 rpm. and mixed for about 10 minutes. The resulting mixed liquid was filtered through SUS 200 mesh to obtain a coating liquid.

(4.塗膜の形成)
ポリフェニレンサルファイド不織布(東レ社製、トルコンペーパー#100)上に、乾燥後の隔膜の厚みが全体で250μmになるように塗布し、不織布に塗液を完全に含浸させた。その後、塗液を含浸させた不織布を、室温にて10分間水浴させ、塗液を凝固させて膜を形成した。水浴後、得られた膜を、乾燥機にて80℃で、30分間乾燥し、不織布と水酸化マグネシウム及びポリスルホン樹脂を含む膜との複合体からなるアルカリ水電解用隔膜を得た。
(4. Formation of coating film)
A polyphenylene sulfide nonwoven fabric (Torcon Paper #100, manufactured by Toray Industries, Inc.) was coated with the solution so that the thickness of the membrane after drying was 250 μm in total, and the nonwoven fabric was completely impregnated with the coating solution. Thereafter, the nonwoven fabric impregnated with the coating liquid was subjected to a water bath at room temperature for 10 minutes to solidify the coating liquid and form a film. After the water bath, the obtained membrane was dried in a dryer at 80° C. for 30 minutes to obtain a diaphragm for alkaline water electrolysis comprising a composite of a nonwoven fabric, a membrane containing magnesium hydroxide and a polysulfone resin.

(5.膜厚の測定方法)
得られたアルカリ水電解用隔膜の厚さは、デジマチックマイクロメーター(ミツトヨ社製)を用いて測定した。任意10点を測定し、その平均値を膜厚とした。膜厚は250μmであった。
(5. Film thickness measurement method)
The thickness of the obtained diaphragm for alkaline water electrolysis was measured using a digimatic micrometer (manufactured by Mitutoyo Corporation). Ten arbitrary points were measured, and the average value was used as the film thickness. The film thickness was 250 μm.

(6.膜内部におけるマクロボイド存在率ならびに樹脂内部細孔率の測定、算出方法)
得られたアルカリ水電解用隔膜の表面に垂直な断面について、長手方向の両端から中央に向かって、上記断面の幅aに対し0.4a以上離れた範囲で、上記膜の表面から10μm離れた位置と20μm離れた位置との間の範囲におけるFE-SEM(日本電子社製、型番:JSM-7600F)測定による断面観察画像(倍率:30,000倍)を得た。
得られた断面観察画像に対して、解析ソフト(Image-Pro Premier)を用いて、メディアン処理にて画像を明部と準明部と暗部に分け、ポリスルホン樹脂に対応する準明部の面積の合計値と、孔径が10μm以上である空孔の面積の合計値、ならびに有機ポリマーの輪郭線のみにより閉じた空孔であって孔径が0.08μm~1.20μmである空孔の面積の暗部の面積の合計値を算出した。そして、これらの値から、マクロボイド存在率ならびに樹脂内部細孔率を求めた。その結果、マクロボイド存在率は0%、樹脂内部細孔率は12.6%であった。
(6. Measurement and calculation method of macrovoid existence ratio and resin internal porosity in the membrane)
With respect to the cross section perpendicular to the surface of the obtained diaphragm for alkaline water electrolysis, from both ends in the longitudinal direction toward the center, the distance is 10 μm from the surface of the membrane in a range of 0.4 a or more with respect to the width a of the cross section. A cross-sectional observation image (magnification: 30,000 times) was obtained by FE-SEM (manufactured by JEOL Ltd., model number: JSM-7600F) measurement in the range between the position and the position 20 μm away.
Analysis software (Image-Pro Premier) is used for the obtained cross-sectional observation image to divide the image into a bright portion, a semi-bright portion, and a dark portion by median processing, and the area of the semi-bright portion corresponding to the polysulfone resin is calculated. The total value, the total value of the area of pores with a pore diameter of 10 μm or more, and the dark area of the pores that are closed only by the outline of the organic polymer and have a pore diameter of 0.08 μm to 1.20 μm The total value of the area of was calculated. Then, from these values, the macrovoid existence ratio and the resin internal porosity were obtained. As a result, the macrovoid existence ratio was 0%, and the resin internal porosity was 12.6%.

(7.バブルポイント値の測定)
得られたアルカリ水電解用隔膜について、リキッドポロシメーター(Porous Materials社製)を用いてバブルポイント値を測定した。具体的には、2.5cmφの隔膜をイオン交換水中に室温で1時間浸漬させて十分に湿潤させた後、フッ素系溶剤であるGalwick(Porous Materials社製)を隔膜上に満たした。隔膜に対するガス圧を昇圧させていき、水の液膜が破壊されて、Galwickが膜を透過して天秤でその重量を観測した時点のガス圧をバブルポイント値とした。上記隔膜のバブルポイント値は、測定上限の1000kPa以上であった。
(7. Measurement of bubble point value)
The bubble point value of the obtained diaphragm for alkaline water electrolysis was measured using a liquid porosimeter (manufactured by Porous Materials). Specifically, a diaphragm of 2.5 cmφ was immersed in deionized water at room temperature for 1 hour to be sufficiently wet, and then the diaphragm was filled with Galwick (manufactured by Porous Materials), which is a fluorine-based solvent. The gas pressure against the diaphragm was increased, and the gas pressure at the time when the liquid film of water was broken, Galwick permeated the film, and the weight was observed with a balance was taken as the bubble point value. The bubble point value of the diaphragm was 1000 kPa or more, which is the upper limit of measurement.

(8.イオン伝導度の測定方法)
得られたアルカリ水電解用隔膜について、下記測定方法によりイオン伝導度を測定した。その結果、225mS/cmであった。
(測定方法)
測定用の隔膜試料を2枚準備する。
各隔膜試料を用いて、以下のセル構成で形成したセルを25℃の恒温槽内で30分静置した後、以下の測定条件で交流インピーダンス測定を行い、得られた切片成分(Ra)と測定サンプルを入れない場合の切片成分(Rb)および上記膜厚測定方法により得られた膜厚の値を用いて、下記式によりイオン伝導度を測定する。
隔膜試料2枚について上記測定を行い、得られた測定値(2点)の平均値を算出し、これを隔膜のイオン伝導度とする。
[イオン伝導度(mS/cm)]=[膜厚(cm)]÷[(Ra-Rb)×1000×1.77]
(測定条件)
・セル構成
作用極:Ni板
対極 :Ni板
電解液:30質量%水酸化カリウム水溶液
サンプル前処理:上記電解液に1晩浸漬
測定有効面積:1.77cm
・交流インピーダンス測定条件
印加電圧:10mV vs.開回路電圧
周波数領域:100kHz~100Hz
(8. Method for measuring ionic conductivity)
The ionic conductivity of the obtained diaphragm for alkaline water electrolysis was measured by the following measuring method. As a result, it was 225 mS/cm.
(Measuring method)
Prepare two diaphragm samples for measurement.
Using each diaphragm sample, a cell formed with the following cell configuration was allowed to stand in a constant temperature bath at 25° C. for 30 minutes, and then AC impedance was measured under the following measurement conditions. The ionic conductivity is measured by the following formula using the intercept component (Rb) in the absence of a measurement sample and the film thickness value obtained by the film thickness measurement method described above.
The above measurement is performed on two membrane samples, and the average value of the obtained measured values (two points) is calculated and taken as the ionic conductivity of the membrane.
[Ionic conductivity (mS / cm)] = [film thickness (cm)] ÷ [(Ra-Rb) × 1000 × 1.77]
(Measurement condition)
・Cell configuration Working electrode: Ni plate Counter electrode: Ni plate Electrolyte solution: 30% by mass potassium hydroxide aqueous solution Sample pretreatment: immersed overnight in the above electrolyte solution Effective area for measurement: 1.77 cm 2
- AC impedance measurement conditions Applied voltage: 10 mV vs. Open circuit voltage Frequency range: 100kHz to 100Hz

(9.膜強度の評価方法)
得られたアルカリ水電解用隔膜について、下記の屈曲試験と引っ張り強度試験により膜強度を評価した。
(9. Method for evaluating film strength)
The membrane strength of the obtained diaphragm for alkaline water electrolysis was evaluated by the following bending test and tensile strength test.

(屈曲試験)
屈曲試験機(安田精機製作所社製、型番No.514)を用いて、2×5cmに切り出した電気化学素子用セパレータの試験片の支持体が内側にくるように試験受板とマンドレルの間に挟み、2秒間180℃に折り曲げ、その後レーザー顕微鏡(キーエンス社製、型番VK-9700)の10倍率を用いて、塗膜表面のクラックの有無を確認したところ、クラックは発生していなかった。
(Bending test)
Using a bending tester (manufactured by Yasuda Seiki Seisakusho, Model No. 514), the support of the test piece of the electrochemical device separator cut into 2 × 5 cm is placed between the test receiving plate and the mandrel so that the support is on the inside. It was pinched and bent at 180° C. for 2 seconds, and then examined for cracks on the surface of the coating film using a laser microscope (manufactured by Keyence Corporation, model number VK-9700) at a magnification of 10. No cracks were found.

(引っ張り強度試験)
3×10cmに切り出した電気化学素子用セパレータの試験片を23℃、50%の恒温恒湿環境下で1時間静置した後、引張試験機(島津製作所社製、型番オートグラフAG-1kN XPlus)を用いて、治具間距離5cm、速度10cm/分でMD方向(不織布の縦方向、ならびに塗液の塗工方向)に引っ張り、破断時の強度を測定し、330N/30mmであった。
(Tensile strength test)
After leaving the test piece of the electrochemical element separator cut to 3 × 10 cm at 23 ° C. and 50% constant temperature and humidity for 1 hour, a tensile tester (manufactured by Shimadzu Corporation, model number Autograph AG-1kN XPlus ) at a distance of 5 cm between jigs and a speed of 10 cm/min in the MD direction (longitudinal direction of the nonwoven fabric and the coating direction of the coating liquid), and the strength at break was measured to be 330 N/30 mm.

<実施例2>
塩化リチウムの使用量を水酸化マグネシウム100質量%に対して2質量%に変更した以外は、実施例1と同様にしてアルカリ水電解用隔膜を得た。膜厚は270μm、マクロボイド存在率は23%、樹脂内部細孔率は5.7%、バブルポイント値は455kPaであった。
得られたアルカリ水電解用隔膜について実施例1の場合と同様にしてイオン伝導度を測定した結果、198mS/cmであった。屈曲性試験にてクラックの発生はなく、引っ張り強度は310N/30mmであった。
<Example 2>
A diaphragm for alkaline water electrolysis was obtained in the same manner as in Example 1, except that the amount of lithium chloride used was changed to 2% by mass with respect to 100% by mass of magnesium hydroxide. The film thickness was 270 μm, the macrovoid existence ratio was 23%, the resin internal porosity was 5.7%, and the bubble point value was 455 kPa.
As a result of measuring the ionic conductivity of the obtained diaphragm for alkaline water electrolysis in the same manner as in Example 1, it was 198 mS/cm. No cracks occurred in the bending test, and the tensile strength was 310 N/30 mm.

<比較例1>
塩化リチウムを使用しなかった以外は、実施例1と同様にしてアルカリ水電解用隔膜を得た。膜厚は261μm、マクロボイド存在率は28%、樹脂内部細孔率は0%、バブルポイント値は測定上限の1000kPa以上であった。
得られたアルカリ水電解用隔膜について実施例1の場合と同様にしてイオン伝導度を測定した結果、149mS/cmであった。屈曲性試験にてクラックの発生はなかったが、引っ張り強度は260N/30mmであった。
<Comparative Example 1>
A diaphragm for alkaline water electrolysis was obtained in the same manner as in Example 1, except that lithium chloride was not used. The film thickness was 261 μm, the macrovoid existence ratio was 28%, the resin internal porosity was 0%, and the bubble point value was 1000 kPa or more, which is the upper limit of measurement.
As a result of measuring the ionic conductivity of the obtained diaphragm for alkaline water electrolysis in the same manner as in Example 1, it was 149 mS/cm. Although no cracks occurred in the bending test, the tensile strength was 260 N/30 mm.

<比較例2>
塩化リチウムを使用せず、また(4.塗膜の形成)において非溶媒として水の代わりにイソプロピルアルコール(富士フイルム和光純薬工業社製)を用いた以外は、実施例1と同様にしてアルカリ水電解用隔膜を得た。膜厚は243μm、マクロボイド存在率は0%、樹脂内部細孔率は0%、バブルポイント値は測定上限の1000kPa以上であった。
得られたアルカリ水電解用隔膜について実施例1の場合と同様にしてイオン伝導度を測定した結果、149mS/cmであった。屈曲性試験にてクラックの発生が認められ、引っ張り強度は340N/30mmであった。
<Comparative Example 2>
Alkali was prepared in the same manner as in Example 1, except that lithium chloride was not used and isopropyl alcohol (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was used as a non-solvent in (4. Formation of coating film) instead of water. A diaphragm for water electrolysis was obtained. The film thickness was 243 μm, the macrovoid existence rate was 0%, the resin internal porosity was 0%, and the bubble point value was 1000 kPa or more, which is the upper limit of measurement.
As a result of measuring the ionic conductivity of the obtained diaphragm for alkaline water electrolysis in the same manner as in Example 1, it was 149 mS/cm. Cracks were observed in the bending test, and the tensile strength was 340 N/30 mm.

1 アルカリ水電解用隔膜
2 単膜層
3 支持体層
10 アルカリ水電解用隔膜の断面
11 アルカリ水電解用隔膜の表面
12 測定範囲
a アルカリ水電解用隔膜の表面に垂直な断面の幅
S アルカリ水電解用隔膜の表面から深さ方向
21 無機粒子
22 有機ポリマー
23 有機ポリマーの輪郭線のみにより閉じた空孔であって孔径が0.08μm~1.20μmである樹脂内部細孔
24 空隙

1 Diaphragm for alkaline water electrolysis 2 Single membrane layer 3 Support layer 10 Cross section of diaphragm for alkaline water electrolysis 11 Surface of diaphragm for alkaline water electrolysis 12 Measurement range a Width of cross section perpendicular to surface of diaphragm for alkaline water electrolysis S Alkaline water Depth direction from the surface of the diaphragm for electrolysis 21 Inorganic particles 22 Organic polymer 23 Resin internal pores 24 which are pores closed only by the outline of the organic polymer and have a pore diameter of 0.08 μm to 1.20 μm Voids

Claims (3)

有機ポリマーと無機粒子と多孔性支持体とを含むアルカリ水電解用隔膜であって、
前記有機ポリマーと前記無機粒子とを含み、前記多孔性支持体を含まない単膜層と、
前記有機ポリマーと前記無機粒子と前記多孔性支持体とを含む支持体層と、を有し、
前記単膜層は前記支持体層の片側のみに形成されており、
前記アルカリ水電解用隔膜の表面に垂直な断面において、長手方向の両端から中央に向かって、該断面の幅aに対し0.4a以上離れた範囲で、
前記アルカリ水電解用隔膜の一方の表面から他方の表面までの全面積Sに対する、孔径が10μm以上であるマクロボイドの面積の和SMACROの割合SMACRO/Sが25%以下であり、
前記アルカリ水電解用隔膜の表面から深さ方向に10μm離れた位置と20μm離れた位置との間の範囲において、有機ポリマーの全面積Sと有機ポリマーの輪郭線のみにより閉じた空孔であって孔径が0.08μm~1.20μmである樹脂内部細孔の面積の和SMICROとの和S+SMICROに対する、該樹脂内部細孔の面積の和SMICROの割合SMICRO/(S+SMICRO)が5%以上である、
アルカリ水電解用隔膜。
A diaphragm for alkaline water electrolysis comprising an organic polymer, inorganic particles and a porous support ,
a single film layer containing the organic polymer and the inorganic particles and not containing the porous support;
a support layer containing the organic polymer, the inorganic particles, and the porous support;
The monolayer is formed only on one side of the support layer,
In a cross section perpendicular to the surface of the diaphragm for alkaline water electrolysis , in a range that is 0.4a or more away from the width a of the cross section from both ends in the longitudinal direction toward the center,
The ratio S MACRO /S A of the sum of the areas of macrovoids having a pore diameter of 10 μm or more with respect to the total area S A from one surface to the other surface of the diaphragm for alkaline water electrolysis is 25% or less. ,
In the range between a position 10 μm away from the surface of the diaphragm for alkaline water electrolysis and a position 20 μm away in the depth direction, pores closed only by the total area SR of the organic polymer and the contour line of the organic polymer The ratio of the sum of the areas of the resin internal pores S MICRO to the sum of the areas S MICRO of the resin internal pores having a pore diameter of 0.08 μm to 1.20 μm S MICRO / ( S R + S MICRO ) is 5% or more,
Diaphragm for alkaline water electrolysis.
前記有機ポリマーに対して、前記無機粒子を150体積%以上含む
請求項1に記載のアルカリ水電解用隔膜。
2. The diaphragm for alkaline water electrolysis according to claim 1, which contains 150% by volume or more of said inorganic particles with respect to said organic polymer.
有機ポリマーと無機粒子と多孔性支持体とを含み、
前記有機ポリマーと前記無機粒子とを含み、前記多孔性支持体を含まない単膜層と、
前記有機ポリマーと前記無機粒子と前記多孔性支持体とを含む支持体層と、を有し、
前記単膜層は前記支持体層の片側のみに形成されている、
アルカリ水電解用隔膜の製造方法であって、
前記有機ポリマー前記無機粒子、及び塩化リチウムを溶媒に混合して樹脂混合液を調製する樹脂混合液調製工程、及び、
該樹脂混合液を用いて膜を形成する膜形成工程を含む
アルカリ水電解用隔膜の製造方法。
comprising an organic polymer, inorganic particles and a porous support;
a single film layer containing the organic polymer and the inorganic particles and not containing the porous support;
a support layer containing the organic polymer, the inorganic particles, and the porous support;
The monolayer is formed only on one side of the support layer,
A method for producing a diaphragm for alkaline water electrolysis, comprising:
A resin mixture preparation step of preparing a resin mixture by mixing the organic polymer , the inorganic particles, and lithium chloride with a solvent;
A method for producing a diaphragm for alkaline water electrolysis, comprising a film-forming step of forming a film using the resin mixture.
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