JPH0216336B2 - - Google Patents

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JPH0216336B2
JPH0216336B2 JP56074832A JP7483281A JPH0216336B2 JP H0216336 B2 JPH0216336 B2 JP H0216336B2 JP 56074832 A JP56074832 A JP 56074832A JP 7483281 A JP7483281 A JP 7483281A JP H0216336 B2 JPH0216336 B2 JP H0216336B2
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JP
Japan
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perfluorocarbon
membrane
cation exchange
exchange membrane
fibers
Prior art date
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JP56074832A
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Japanese (ja)
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JPS57190024A (en
Inventor
Shunko Hane
Shigekichi Oomura
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Asahi Chemical Industry Co Ltd
Original Assignee
Asahi Chemical Industry Co Ltd
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Publication date
Application filed by Asahi Chemical Industry Co Ltd filed Critical Asahi Chemical Industry Co Ltd
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Publication of JPH0216336B2 publication Critical patent/JPH0216336B2/ja
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は特定の引張り特性を有するパーフロロ
カーボン繊維で補強されたパーフロロカーボン陽
イオン交換膜に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to perfluorocarbon cation exchange membranes reinforced with perfluorocarbon fibers having specific tensile properties.

一般にイオン交換膜は、その選択透過性を利用
して、食塩の製造、地下かん水やチーズホエーの
脱塩等における電気透析用選択膜、アクリロニト
リルの電解二量化反応によるアジポニトリル合
成、水電解およびハロゲン化アルカリ金属の電解
等における隔膜或いは燃料電池のセパレーター
等、広範囲な工業分野で使用されている。特に、
パーフロロカーボン陽イオン交換膜の分野に於い
ては、省エネルギー、非環境汚染の面から、該膜
の耐化学薬品性、耐熱性の特質を活かして、食塩
の電気分解用隔膜として使用する方法が大きな注
目を集めている。通常該膜は電槽中での膜の膨
潤、収縮や膜のピンホールからの引裂伝播を防止
し膜の強度を向上させる目的から、膜中にパーフ
ロロカーボン繊維からなる織布を埋込んで補強さ
れている。食塩の電気分解用の隔膜として用いら
れるパーフロロカーボン陽イオン交換膜の補強材
として用いられるパーフロロカーボン繊維は、一
般にポリテトラフロロエチレン重合体よりなり、
該繊維は食塩の電気分解用電槽内のような高温腐
蝕性雰囲気に対してはその特性上充分に耐え得る
利点を有している。
In general, ion exchange membranes utilize their selective permselectivity to produce selective membranes for electrodialysis in salt production, underground brine water and cheese whey desalination, adiponitrile synthesis through electrolytic dimerization of acrylonitrile, water electrolysis, and halogenation. It is used in a wide range of industrial fields, such as diaphragms in alkali metal electrolysis and separators in fuel cells. especially,
In the field of perfluorocarbon cation exchange membranes, from the viewpoint of energy saving and environmental pollution, it is important to utilize the membrane's chemical resistance and heat resistance to use it as a diaphragm for salt electrolysis. It is attracting attention. Usually, this membrane is reinforced by embedding a woven fabric made of perfluorocarbon fibers in the membrane to prevent expansion and contraction of the membrane in the battery container and propagation of tearing from pinholes in the membrane and to improve the strength of the membrane. has been done. Perfluorocarbon fibers, which are used as reinforcing materials for perfluorocarbon cation exchange membranes used as diaphragms for salt electrolysis, are generally made of polytetrafluoroethylene polymers.
These fibers have the advantage of being able to sufficiently withstand high-temperature corrosive atmospheres such as those in salt electrolysis tanks.

しかしながら、ポリテトラフロロエチレン重合
体からなる繊維を補強材としたパーフロロカーボ
ン陽イオン交換膜を、フイルタープレス型隔膜電
解槽に組み込んで運転すると、長期間の間に該電
解槽のガスケツト部に於いて該イオン交換膜の切
断が生じ、該膜の実用的な使用を阻害するという
大きな難点を有している。
However, when a perfluorocarbon cation exchange membrane reinforced with fibers made of polytetrafluoroethylene polymer is incorporated into a filter press type diaphragm electrolytic cell and operated, the gasket part of the electrolytic cell may deteriorate over a long period of time. This has a major drawback in that the ion exchange membrane is cut, which impedes practical use of the membrane.

このような難点を解決するために特開昭55−
124547号公報にはガスケツト部に接する部分に高
い引張り強度を有する補強材を用いた膜が開示さ
れている。該膜に於いては、ガスケツト部当り面
に高強度となる樹脂類を塗布又は接着したり、布
を埋込むか接着したり、更には高強度の横糸を用
いるか、糸の打込み数を多くしたガスケツトにイ
オン交換膜を担持させるなどの方法が示されてい
る。しかしながらその様な膜に於いては、ガスケ
ツト部当り面の膜厚が厚くなる傾向にあり、電極
間距離が大きくなり電圧が上昇するし、また糸の
打込本数を部分的に変えることは製作上種々の困
難を伴うし、更に本質的には、本発明者らの解析
により、どれ程補強材の強度を上げてもガスケツ
ト部でのイオン交換膜の切断を防止することが困
難であることが判明した。
In order to solve these difficulties,
Japanese Patent No. 124547 discloses a membrane that uses a reinforcing material having high tensile strength in the part that contacts the gasket part. In this membrane, high-strength resins are coated or glued on the gasket contact surface, cloth is embedded or glued, and high-strength weft threads are used or the number of threads is increased. A method has been proposed in which an ion exchange membrane is supported on a gasket. However, in such membranes, the thickness of the surface that touches the gasket tends to be thicker, which increases the distance between the electrodes and increases the voltage, and it is not possible to partially change the number of threads in the manufacturing process. Furthermore, according to the analysis of the present inventors, it is difficult to prevent the ion exchange membrane from being cut at the gasket portion, no matter how much the strength of the reinforcing material is increased. There was found.

何故、ガスケツト部において膜の切断が生じる
かは明確には判断し難いが、通常次のように考え
られている。
Although it is difficult to clearly determine why the membrane is cut at the gasket, it is generally thought to be as follows.

一般にパーフロロカーボン繊維によつて補強さ
れたパーフロロカーボン陽イオン交換膜の引張り
特性は、該膜を構成する樹脂と該繊維の密着性及
び該繊維自体の引張り特性に大きく依存してい
る。この補強されたパーフロロカーボン陽イオン
交換膜をフイルタープレス型隔膜電解槽に組み込
んで長期間運転していると、ガスケツト部を構成
する材質にクリープ現象が生じ、該材質の伸びに
引きつれて該交換膜が引き伸ばされる。パーフロ
ロカーボン繊維の伸度が小さく、初期弾性率が大
きいと、ガスケツト部を構成する材質のクリープ
により交換膜が引き伸ばされる力を吸収すること
が出来ず、その結果該繊維はガスケツト部のクリ
ープに追随し得ず、交換膜はガスケツト部に於い
て切断される。また、該繊維と樹脂の密着性が悪
い場合には、ガスケツト部のクリープ現象に伴い
該交換膜が引き伸ばされる時に、容易に該繊維と
樹脂の剥離が生じ、その際樹脂に亀裂が生じて膜
が切断する。即ち電槽のガスケツト部でパーフロ
ロカーボン陽イオン交換膜が切断するという現象
には、補強材としてのパーフロロカーボン繊維の
伸度と初期弾性率及び該繊維とパーフロロカーボ
ン陽イオン交換膜を構成する樹脂との密着性が大
きく関与していると考えられている。一方パーフ
ロロカーボン繊維の伸度があまりに大き過ぎる
と、パーフロロカーボン陽イオン交換膜の膨潤、
収縮に際して該膜の寸法安定性を保つことが出来
なくなる。従つて、ガスケツト部でのパーフロロ
カーボン陽イオン交換膜の切断を防止し、膜の寸
法安定性を保つためには、補強材として用いられ
るパーフロロカーボン繊維の引張特性として、或
る特定範囲の伸度及び初期弾性率を有することが
極めて重要な要素と考えられる。更に、パーフロ
ロカーボン陽イオン交換膜の膨潤、収縮を抑え、
電解性能を長期間安定に保つためにも、パーフロ
ロカーボン陽イオン交換膜を構成する樹脂とパー
フロロカーボン繊維の密着性を上げる必要があ
り、該樹脂と該繊維の相溶性が重要である。
In general, the tensile properties of a perfluorocarbon cation exchange membrane reinforced with perfluorocarbon fibers largely depend on the adhesion between the membrane-constituting resin and the fibers, and on the tensile properties of the fibers themselves. When this reinforced perfluorocarbon cation exchange membrane is installed in a filter press type diaphragm electrolytic cell and operated for a long period of time, a creep phenomenon occurs in the material that makes up the gasket, and as the material stretches, the membrane must be replaced. The membrane is stretched. If the perfluorocarbon fiber has a low elongation and a high initial elastic modulus, it will not be able to absorb the force that stretches the exchange membrane due to the creep of the material that makes up the gasket, and as a result, the fiber will follow the creep of the gasket. This is not possible and the exchange membrane is cut at the gasket. In addition, if the adhesion between the fibers and the resin is poor, when the exchange membrane is stretched due to the creep phenomenon of the gasket part, the fibers and the resin will easily separate, causing cracks in the resin and damaging the membrane. disconnects. That is, the phenomenon that the perfluorocarbon cation exchange membrane breaks at the gasket part of the battery case depends on the elongation and initial elastic modulus of the perfluorocarbon fiber as a reinforcing material, and the relationship between the fiber and the resin constituting the perfluorocarbon cation exchange membrane. It is believed that the adhesion of the On the other hand, if the elongation of the perfluorocarbon fiber is too large, the perfluorocarbon cation exchange membrane will swell.
The dimensional stability of the membrane cannot be maintained upon shrinkage. Therefore, in order to prevent the perfluorocarbon cation exchange membrane from being cut at the gasket part and maintain the dimensional stability of the membrane, the tensile properties of the perfluorocarbon fiber used as a reinforcing material must be adjusted to a certain range of elongation. It is considered that having a high initial elastic modulus is an extremely important factor. Furthermore, it suppresses swelling and contraction of perfluorocarbon cation exchange membrane,
In order to maintain stable electrolytic performance over a long period of time, it is necessary to increase the adhesion between the resin constituting the perfluorocarbon cation exchange membrane and the perfluorocarbon fibers, and the compatibility between the resin and the fibers is important.

以上を要約するとパーフロロカーボン陽イオン
交換膜の補強材として用いられるパーフロロカー
ボン繊維の持つべき特性は以下の3点に集約され
ると考えられる。
To summarize the above, it is thought that the characteristics that perfluorocarbon fibers used as reinforcing materials for perfluorocarbon cation exchange membranes should have can be summarized into the following three points.

耐熱性、耐化学薬品性を有すること 特定範囲の伸度及び初期弾性率を有すること 樹脂との相溶性が良いこと 従来のポリテトラフロロエチレン重合体からな
るパーフロロカーボン繊維では、上記の特性を全
部みたすものがなく、特に,の特性を満たす
ものはなかつた。
It must have heat resistance and chemical resistance. It must have elongation and initial modulus within a specific range. It must have good compatibility with resin. Conventional perfluorocarbon fibers made of polytetrafluoroethylene polymer do not have all of the above characteristics. In particular, there was nothing that satisfied the characteristics of .

本発明者らは補強材入りパーフロロカーボン陽
イオン交換膜の上記の如き欠点を改良し、補強材
としての最適なパーフロロカーボン繊維で補強さ
れたパーフロロカーボン陽イオン交換膜を開発す
べく鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成するに
到つたものである。即ち本発明は、パーフロロア
ルキルパーフロロビニルエーテルを共単量体とし
て含むパーフロロカーボン重合体よりなり、引張
伸度が20%以上250%以下、伸度10%時の初期弾
性率が1.5g/デニール以下のパーフロロカーボ
ン繊維で補強されたパーフロロカーボン陽イオン
交換膜を提供する。本発明で引張伸度は引張り破
断時に於ける伸び量の原長に対する比率を示し、
伸度10%時の初期弾性率は10%伸長時の単位デニ
ール当りの応力を示す。
The present inventors have conducted extensive research in order to improve the above-mentioned drawbacks of perfluorocarbon cation exchange membranes containing reinforcing materials and to develop perfluorocarbon cation exchange membranes reinforced with perfluorocarbon fibers that are optimal as reinforcing materials. As a result, the present invention has been completed. That is, the present invention is made of a perfluorocarbon polymer containing perfluoroalkyl perfluorovinyl ether as a comonomer, has a tensile elongation of 20% to 250%, and an initial elastic modulus of 1.5 g/denier at 10% elongation. A perfluorocarbon cation exchange membrane reinforced with the following perfluorocarbon fibers is provided. In the present invention, tensile elongation indicates the ratio of the elongation amount at the time of tensile breakage to the original length,
The initial elastic modulus at 10% elongation indicates the stress per unit denier at 10% elongation.

以下本発明について更に詳細に説明する。 The present invention will be explained in more detail below.

本発明に用いられるパーフロロカーボン繊維を
構成するパーフロロカーボン重合体中には、パー
フロロアルキルパーフロロビニルエーテルが共単
量体として含まれる。該重合体中に該ビニルエー
テルが共単量体として含まれることは該繊維をパ
ーフロロカーボン陽イオン交換膜の補強材として
用いた場合、該膜を構成する樹脂との親和性がよ
く、従来のポリテトラフロロエチレン重合体より
なるフロロカーボン繊維に比較して樹脂と補強材
との密着性が向上する。
The perfluorocarbon polymer constituting the perfluorocarbon fiber used in the present invention contains perfluoroalkyl perfluorovinyl ether as a comonomer. The fact that the vinyl ether is contained as a comonomer in the polymer means that when the fiber is used as a reinforcing material for a perfluorocarbon cation exchange membrane, it has good affinity with the resin constituting the membrane, and is different from conventional polyester fibers. The adhesion between the resin and the reinforcing material is improved compared to fluorocarbon fibers made of tetrafluoroethylene polymer.

本発明で用いられるパーフロロカーボン重合体
は、耐熱性、耐化学薬品性という特性を活かすこ
とを考慮すれば、水素原子を含む単量体を共単量
体として含むことは好ましくない。通常、パーフ
ロロアルキル基の炭素数が1乃至10、好ましくは
2乃至6のパーフロロアルキルパーフロロビニル
エーテルが用いられる。尚パーフロロアルキルパ
ーフロロビニルエーテルとテトラフロロエチレン
の共重合体は本発明において好ましい重合体とし
て用いられる。該ビニルエーテルの一例を示せ
ば、パーフロロメチルパーフロロビニルエーテ
ル、パーフロロエチルパーフロロビニルエーテ
ル、パーフロロプロピルパーフロロビニルエーテ
ル、パーフロロブチルパーフロロビニルエーテ
ル、パーフロロオクチルパーフロロビニルエーテ
ル、パーフロロヘキシルパーフロロビニルエーテ
ルなどである。パーフロロアルキル基中に1乃至
2個のエーテル結合を含むものも好適に用いられ
る。該ビニルエーテルの一例を示せば、パーフロ
ロ(2−メチル−3−オキサーブチル)パーフロ
ロビニルエーテル、パーフロロ(2−メチル−3
−オキサ−ベンチル)パーフロロビニルエーテ
ル、パーフロロ(2−メチル−3−オキサ−ヘキ
シル)パーフロロビニルエーテル、パーフロロ
(2,5−ジメチル−3,6−ジオキサ−ヘプチ
ル)パーフロロビニルエーテル、パーフロロ
(2,5−ジメチル−3,6−ジオキサ−オクチ
ル)パーフロロビニルエーテル、パーフロロ
(2,5−ジメチル−3,6−ジオキサ−ノニル)
パーフロロビニルエーテルなどである。本発明に
用いられる好ましいパーフロロカーボン共重合体
はパーフロロプロピルパーフロロビニルエーテル
とテトラフロロエチレンの共重合体又はパーフロ
ロ(2−メチル−3−オキサ−ヘキシル)パーフ
ロロビニルエーテルとテトラフロロエチレンの共
重合体である。該共重合体中にはヘキサフロロプ
ロピレン、クロロトリフロロエチレンが少量なら
含まれても差支えない。
Considering that the perfluorocarbon polymer used in the present invention should take advantage of its properties of heat resistance and chemical resistance, it is not preferable that the perfluorocarbon polymer contains a monomer containing a hydrogen atom as a comonomer. Usually, a perfluoroalkyl perfluorovinyl ether having a perfluoroalkyl group having 1 to 10 carbon atoms, preferably 2 to 6 carbon atoms is used. Incidentally, a copolymer of perfluoroalkyl perfluorovinyl ether and tetrafluoroethylene is used as a preferred polymer in the present invention. Examples of the vinyl ethers include perfluoromethyl perfluorovinyl ether, perfluoroethyl perfluorovinyl ether, perfluoropropyl perfluorovinyl ether, perfluorobutyl perfluorovinyl ether, perfluorooctyl perfluorovinyl ether, perfluorohexyl perfluorovinyl ether, etc. It is. Those containing one or two ether bonds in the perfluoroalkyl group are also preferably used. Examples of the vinyl ether include perfluoro(2-methyl-3-oxerbutyl) perfluoro vinyl ether, perfluoro(2-methyl-3-oxerbutyl)
-Oxa-bentyl) perfluorovinyl ether, perfluoro(2-methyl-3-oxa-hexyl) perfluorovinyl ether, perfluoro(2,5-dimethyl-3,6-dioxa-heptyl) perfluorovinyl ether, perfluoro(2,5-dimethyl-3,6-dioxa-heptyl) perfluorovinyl ether, -dimethyl-3,6-dioxa-octyl) perfluorovinyl ether, perfluoro(2,5-dimethyl-3,6-dioxa-nonyl)
Perfluorovinyl ether, etc. A preferred perfluorocarbon copolymer used in the present invention is a copolymer of perfluoropropyl perfluorovinyl ether and tetrafluoroethylene or a copolymer of perfluoro(2-methyl-3-oxa-hexyl) perfluorovinyl ether and tetrafluoroethylene. It is. The copolymer may contain a small amount of hexafluoropropylene or chlorotrifluoroethylene.

該共重合体中に含まれるパーフロロアルキルパ
ーフロロビニルエーテルの含有量は0.5乃至50重
量%であり、好ましくは1乃至30重量%である。
含有量が50重量%を越えると該共重合体より得ら
れるパーフロロカーボン繊維の伸度が大きくなり
過ぎて好ましくない。一方0.5重量%未満では該
共重合体から得られる繊維とパーフロロカーボン
陽イオン交換膜を構成する樹脂との密着性が低下
するので好ましくない。該共重合体は一般的に知
られた各種の紡糸技術、例えば溶融紡糸やエマル
ジヨン紡糸などにより繊維状に成型されてフイラ
メントが得られる。紡糸温度は共重合体組成、分
子量などにより異るが例えば溶融紡糸の場合250
℃乃至400℃である。
The content of perfluoroalkyl perfluorovinyl ether contained in the copolymer is 0.5 to 50% by weight, preferably 1 to 30% by weight.
If the content exceeds 50% by weight, the elongation of the perfluorocarbon fiber obtained from the copolymer becomes too high, which is not preferable. On the other hand, if it is less than 0.5% by weight, the adhesion between the fiber obtained from the copolymer and the resin constituting the perfluorocarbon cation exchange membrane decreases, which is not preferable. The copolymer is formed into a fiber by various commonly known spinning techniques such as melt spinning and emulsion spinning to obtain a filament. The spinning temperature varies depending on the copolymer composition, molecular weight, etc., but for example, in the case of melt spinning, 250
℃ to 400℃.

本発明に用いられるパーフロロカーボン繊維
は、モノフイラメント、マルチフイラメント、ヤ
ーンなどの形態を採り得る。更に、該繊維の補強
材としての使用を勘案すれば、該繊維が実質的に
電気を通さないから、繊維の太さは出来るだけ細
いことが好ましく、通常1000デニール以下、好ま
しくは500デニール以下、特に400デニール以下5
デニール以上の太さが好適である。5デニール未
満の場合には細過ぎてパーフロロカーボン陽イオ
ン交換膜の強度や寸法安定性の面から補強材とし
ての実用的な役割を果し得ない。また1000デニー
ルを越えると、パーフロロカーボン陽イオン交換
膜の膜厚が必然的に厚くなり電気抵抗が増大す
る。該繊維の断面形状は紡糸時に使用する紡口の
形状により、例えば円状、楕円状、角状など種々
の形態を採ることが出来る。
The perfluorocarbon fiber used in the present invention can take the form of monofilament, multifilament, yarn, and the like. Furthermore, considering the use of the fiber as a reinforcing material, since the fiber does not substantially conduct electricity, it is preferable that the thickness of the fiber is as thin as possible, usually less than 1000 deniers, preferably less than 500 deniers, Especially less than 400 denier 5
A thickness of denier or more is suitable. If it is less than 5 denier, it is too thin and cannot play a practical role as a reinforcing material in terms of strength and dimensional stability of the perfluorocarbon cation exchange membrane. Moreover, if it exceeds 1000 denier, the film thickness of the perfluorocarbon cation exchange membrane will inevitably become thicker and the electrical resistance will increase. The cross-sectional shape of the fiber can take various shapes, such as circular, elliptical, and angular, depending on the shape of the spinneret used during spinning.

本発明で用いられるパーフロロカーボン繊維
は、引張り伸度が20%以上250%以下、好ましく
は25%以上200%以下であり、伸度10%時の初期
弾性率が1.5g/デニール以下、好ましくは1.2
g/デニール以下の引張特性を有する。本発明に
於ける引張特性値はASTM−D638に基づいて測
定された値を言う。
The perfluorocarbon fiber used in the present invention has a tensile elongation of 20% or more and 250% or less, preferably 25% or more and 200% or less, and an initial elastic modulus at 10% elongation of 1.5 g/denier or less, preferably 1.2
It has tensile properties of less than g/denier. The tensile property values in the present invention refer to values measured based on ASTM-D638.

該繊維をパーフロロカーボン陽イオン交換膜の
補強材として用いることを勘案すると、該膜の寸
法安定性を保ち、実に該膜をフイルタープレス型
隔膜式電解槽に組み込んだ場合の、ガスケツト部
での膜の切断を防止するためには、上記範囲の引
張り伸度及び初期弾性率を有することが必要であ
る。引張り伸度が20%未満、伸度10%時の初期弾
性率が1.5g/デニールを越える場合には、ガス
ケツト部を構成する材質のクリープによる引張応
力を吸収することが出来ず、該繊維は切断され易
くなる。また引張り伸度が250%を越える場合に
は、膜の寸法安定性が保持出来なくなる。従つて
パーフロロカーボン陽イオン交換膜を実用的に使
用するためには、補強材としてのパーフロロカー
ボン繊維の有する引張り伸度及び初期弾性率が極
めて重要である。該繊維の引張り伸度及び初期弾
性率は、該繊維を構成する重合体の重合組成共単
量体の種類、分子量、紡糸方法、延伸方法、繊維
の繊度などを適宜組み合せて最適に制御される。
Considering that this fiber is used as a reinforcing material for a perfluorocarbon cation exchange membrane, it is possible to maintain the dimensional stability of the membrane, and in fact, when the membrane is incorporated into a filter press type diaphragm electrolytic cell, the membrane at the gasket part can be In order to prevent breakage, it is necessary to have a tensile elongation and initial elastic modulus within the above ranges. If the tensile elongation is less than 20% and the initial elastic modulus at 10% elongation exceeds 1.5 g/denier, the fibers will not be able to absorb the tensile stress due to creep of the material constituting the gasket part. Becomes easily cut. Further, if the tensile elongation exceeds 250%, the dimensional stability of the membrane cannot be maintained. Therefore, for practical use of perfluorocarbon cation exchange membranes, the tensile elongation and initial elastic modulus of perfluorocarbon fibers as reinforcing materials are extremely important. The tensile elongation and initial elastic modulus of the fiber are optimally controlled by appropriately combining the polymer composition of the polymer constituting the fiber, the type of comonomer, the molecular weight, the spinning method, the drawing method, the fineness of the fiber, etc. .

本発明に用いられるパーフロロカーボン繊維は
通常、織状物や編状物など種々の形態に加工して
用いられる。ここで織状物、編状物とは交差組識
を有する成型品を意味し、平織、絡織、斜文織、
朱子織などの方法で織られた織布や網、更には丸
編、竪編などの方法で編まれた編物などが含まれ
る。
The perfluorocarbon fiber used in the present invention is usually processed into various forms such as woven and knitted products. Here, the woven and knitted materials refer to molded products with a cross structure, including plain weave, tangle weave, twill weave,
It includes woven fabrics and nets woven using methods such as satin weaving, as well as knitted fabrics woven using methods such as circular knitting and vertical knitting.

パーフロロカーボン陽イオン交換膜の補強材と
しての該織状物や編状物は、実質的に電気を通さ
ないから薄くかつ目の荒いものが好ましい。目の
荒さは膜の電気抵抗、強度、寸法安定法を考慮し
て決められるが、一般に10乃至600メツシユ好ま
しくは15乃至200メツシユである。
The woven or knitted material used as a reinforcing material for the perfluorocarbon cation exchange membrane is preferably thin and coarse because it does not substantially conduct electricity. The roughness is determined by considering the electrical resistance, strength, and dimensional stability of the membrane, but is generally 10 to 600 meshes, preferably 15 to 200 meshes.

以上のような特定なパーフロロカーボン繊維で
パーフロロカーボン陽イオン交換膜を補強するこ
とによつて、本発明の陽イオン交換膜が得られ
る。本発明のパーフロロカーボン陽イオン交換膜
が有する交換基は特に限定されない。例えばカル
ボン酸基、スルホン酸基、リン酸基、スルホンア
ミド基などである。本発明の陽イオン交換膜を構
成する樹脂は、耐熱性、耐化学薬品性及び上記の
パーフロロカーボン繊維との密着性を勘案してつ
くられたイオン交換基を含有するパーフロロカー
ボン重合体からなるものである。かかるパーフロ
ロカーボン重合体としては、テトラトフロロエチ
レン、クロロトリフロロエチレンのようなオレフ
インと、カルボン酸基、スルホン酸基、リン酸基
などのイオン交換基又は該基に転換し得る基を有
するパーフロロビニル単量体との共重合体が用い
られる。該共重合体中には第三成分としてヘキサ
フロロプロピレンやバーフロロプロピルパーフロ
ロビニルエーテル、パーフロロメチルパーフロロ
ビニルエーテル、パーフロロエチルパーフロロビ
ニルエーテルなどが少量含まれる場合もある。該
共重合体の一例を示せば、テトラフロロエチレン
とパーフロロ(4,7−ジオキサ−5−メチル−
8−ノネン)スルホニルフロライドとの共重合体
や、テトラフロロエチレンとパーフロロ(4−オ
キサー5−ヘキセン)スルホニルフロライドとの
共重合体が好適に用いられる。
The cation exchange membrane of the present invention can be obtained by reinforcing the perfluorocarbon cation exchange membrane with the above-described specific perfluorocarbon fibers. The exchange group that the perfluorocarbon cation exchange membrane of the present invention has is not particularly limited. Examples include carboxylic acid groups, sulfonic acid groups, phosphoric acid groups, and sulfonamide groups. The resin constituting the cation exchange membrane of the present invention is made of a perfluorocarbon polymer containing an ion exchange group, which is made in consideration of heat resistance, chemical resistance, and adhesion with the above-mentioned perfluorocarbon fibers. It is. Such perfluorocarbon polymers include perfluorocarbon polymers containing olefins such as tetratofluoroethylene and chlorotrifluoroethylene, and ion exchange groups such as carboxylic acid groups, sulfonic acid groups, and phosphoric acid groups, or groups that can be converted into such groups. Copolymers with fluorovinyl monomers are used. The copolymer may contain a small amount of hexafluoropropylene, barfluoropropyl perfluorovinyl ether, perfluoromethyl perfluorovinyl ether, perfluoroethyl perfluorovinyl ether, etc. as a third component. An example of the copolymer is tetrafluoroethylene and perfluoro(4,7-dioxa-5-methyl-
A copolymer with 8-nonene)sulfonyl fluoride and a copolymer with tetrafluoroethylene and perfluoro(4-oxer-5-hexene)sulfonyl fluoride are preferably used.

本発明に於いて、パーフロロカーボン繊維にて
パーフロロカーボン陽イオン交換膜を補強する手
段については特に制限はない。例えば上記に例示
した如きスルホニルフロライド基を有する共重合
体を予め熔融して膜状に成型し、該膜状物とパー
フロロカーボン繊維を重ね合せたのち、プレス圧
着させることにより交換膜を補強することが出来
るし、特公昭52−16470号公報に記載された如き
方法、即ち予め成型された膜状物の片側の表層を
アルカリにて加水分解してスルホニルフロライド
基をスルホン酸基の塩に転換せしめ、次いでスル
ホニルフロライド基を有する面とパーフロロカー
ボン繊維を重ね合せ、加熱雰囲気下で該面の側か
ら真空で引くことにより補強することも出来る。
補強された膜をアルカリにて加水分解処理をする
ことにより補強材入りのパーフロロカーボン陽イ
オン交換膜が得られる。
In the present invention, there is no particular restriction on the means for reinforcing the perfluorocarbon cation exchange membrane with perfluorocarbon fibers. For example, a copolymer having a sulfonyl fluoride group as exemplified above is melted in advance and formed into a membrane, the membrane is laminated with perfluorocarbon fibers, and the exchange membrane is reinforced by press-bonding. It is possible to use the method described in Japanese Patent Publication No. 52-16470, that is, by hydrolyzing the surface layer of one side of a pre-formed membrane with an alkali to convert the sulfonyl fluoride group into a salt of the sulfonic acid group. Reinforcement can also be achieved by overlapping the surface having the sulfonyl fluoride group with perfluorocarbon fibers and drawing a vacuum from the side of the surface in a heated atmosphere.
By hydrolyzing the reinforced membrane with an alkali, a perfluorocarbon cation exchange membrane containing a reinforcing material can be obtained.

以上のような方法で得られる本発明の補強材入
りパーフロロカーボン陽イオン交換膜は、特にハ
ロゲン化アルカリ金属電解用の隔膜として有用で
あり、またフイルタープレス型隔膜電解槽に組み
込んで運転しても、該膜が特定のパーフロロカー
ボン繊維で補強されているため、電解槽のガスケ
ツト部に於いて膜が切断されるという現象は観察
されず、実用的に長期間安定した運転が可能であ
る。
The reinforcing material-containing perfluorocarbon cation exchange membrane of the present invention obtained by the method described above is particularly useful as a diaphragm for alkali metal halide electrolysis, and can also be operated by incorporating it into a filter press type diaphragm electrolyzer. Since the membrane is reinforced with specific perfluorocarbon fibers, the phenomenon of the membrane being cut at the gasket part of the electrolytic cell is not observed, and stable operation for a long period of time is possible in practice.

以下に本発明の実施例を示す。 Examples of the present invention are shown below.

実施例 1 テトラフロロエチレンと、パーフロロプロピル
パーフロロビニルエーテルとからなるパーフロロ
カーボン共重合体を用いて紡糸を行い、モノフイ
ラメント7本からなる太さ200デニールのマルチ
フイラメントを得た。該繊維の伸度は70%、初期
弾性率は0.40g/デニールであつた。該繊維を用
いて縦糸、横糸の打込本数がインチ当りそれぞれ
25本の平織からなる織布を作つた。
Example 1 A perfluorocarbon copolymer consisting of tetrafluoroethylene and perfluoropropyl perfluorovinyl ether was spun to obtain a multifilament having a thickness of 200 denier and consisting of seven monofilaments. The elongation of the fiber was 70% and the initial modulus was 0.40 g/denier. Using this fiber, the number of warp and weft threads per inch can be increased.
He made a woven cloth consisting of 25 plain weaves.

一方、テトラフロロエチレンとパーフロロ
(4,7−ジオキサ−5−メチル−8−ノネン)
スルホニルフロライドの共重合体からなり、厚さ
175μ、イオン交換容量0.83ミリ当量/g乾燥樹
脂、のフイルムに上記の織布を特公昭52−16470
号公報に記載の方法に従つて埋込んだ。即ち該フ
イルムの片側表層をカ性カリにて加水分解処理し
て、表層から17μの厚さまでのスルホニルフロラ
イド基をスルホン酸基のカリウム塩の形にし、該
フイルムのスルホニルフロライド基を有する面と
該織布及び離型用の紙をこの順に重ね合せ、加熱
源と真空源を兼ね備えた多孔性の金属板の上に、
フイルムが上になるように置き、250℃に加熱し
つつ400mmHgの減圧下で3分間保持した。該処理
により織布はフイルムの中に完全に埋込まれてい
る。この補強された膜をカ性ソーダにて加水分解
処理してスルホン酸基がナトリウム塩の形である
陽イオン交換膜を得た。該交換膜を第1図に示す
フイルタープレス型電解装置に組み込み、各室に
90℃の温水を流しながら温度を保持し、膜がガス
ケツト部にて切断するシール面圧を測定した。用
いたガスケツトは硬度Hs80度のエチレン/プロ
ピレンゴム板で、厚み0.5mmである。膜が切断す
るシール面圧は130Kg/cm2であつた。また硬度
Hs80度のエチレン/プロピレンゴム板で、20メ
ツシユのナイロン織布を2枚裏打ちした厚み2.5
mmのガスケツトを用いてシール面圧を30Kg/cm2
保持し、2時間毎に面圧を解放してその繰り返し
回数が何回目で膜が切断するかを測定したところ
15回目で切断した。
On the other hand, tetrafluoroethylene and perfluoro(4,7-dioxa-5-methyl-8-nonene)
Made of sulfonyl fluoride copolymer, thickness
175μ, ion exchange capacity 0.83 milliequivalents/g dry resin, the above woven fabric was coated with the above-mentioned woven fabric.
It was embedded according to the method described in the publication. That is, one surface layer of the film is hydrolyzed with caustic potash to convert the sulfonyl fluoride groups from the surface layer to a thickness of 17 μm into potassium salts of sulfonic acid groups, and the surface of the film having the sulfonyl fluoride groups is The woven fabric and release paper are layered in this order, and placed on a porous metal plate that has both a heating source and a vacuum source.
The film was placed with the film facing up, and the film was heated to 250°C and maintained under reduced pressure of 400 mmHg for 3 minutes. Due to this treatment, the fabric is completely embedded in the film. This reinforced membrane was hydrolyzed with caustic soda to obtain a cation exchange membrane in which the sulfonic acid groups were in the form of sodium salts. The exchange membrane was installed in the filter press type electrolyzer shown in Fig. 1, and each chamber was
The temperature was maintained by flowing hot water at 90°C, and the seal surface pressure at which the membrane was cut at the gasket part was measured. The gasket used was an ethylene/propylene rubber plate with a hardness of Hs 80 degrees and a thickness of 0.5 mm. The seal surface pressure at which the membrane was cut was 130 Kg/cm 2 . Also hardness
A 2.5-thick ethylene/propylene rubber plate with a Hs of 80 degrees and lined with two 20-mesh nylon woven fabrics.
The seal surface pressure was maintained at 30 kg/cm 2 using a mm gasket, the surface pressure was released every 2 hours, and the number of repetitions before the membrane was broken was measured.
I cut it off on the 15th try.

比較例 1 ポリテトラフロロエチレン重合体からなり、太
さ6,7デニールのモノフイラメント30本から構
成されるマルチフイラメントを用いて実施例1と
同様の織布を作つた。該繊維の伸度は30%、初期
弾性率は1.6g/デニールであつた。該織布を実
施例1で述べたフイルムに同様な方法で埋込んで
補強材入りの陽イオン交換膜を得た。実施例1と
同様な方法で測定した膜が切断するシール面圧及
び繰り返し加圧した場合の膜の切断時の繰り返し
回数は、それぞれ85Kg/cm2及び5回目であつた。
膜が切断した部分の断面を見ると明らかに樹脂と
繊維が剥離していた。
Comparative Example 1 A woven fabric similar to that in Example 1 was made using a multifilament made of polytetrafluoroethylene polymer and composed of 30 monofilaments each having a thickness of 6.7 deniers. The elongation of the fiber was 30% and the initial modulus was 1.6 g/denier. The woven fabric was embedded in the film described in Example 1 by the same method to obtain a cation exchange membrane containing a reinforcing material. The seal surface pressure at which the membrane was cut and the number of times the membrane was repeatedly cut when pressure was applied repeatedly, measured in the same manner as in Example 1, were 85 Kg/cm 2 and 5th time, respectively.
When looking at the cross section of the part where the membrane was cut, it was clear that the resin and fiber had separated.

実施例 2 テトラフロロエチレンとパーフロロプロピルパ
ーフロロビニルエーテルとからなるパーフロロカ
ーボン共重合体を用いて紡糸を行い、モノフイラ
メント10本からなる太さ100デニールのマルチフ
イラメントと、モノラメント20本からなる太さ
200デニールのマルチフイラメントとを得た。該
マルチフイラメントの伸度及び初期弾性率は、前
者が105%、0.29g/デニール、後者が120%、
0.27g/デニールであつた。縦糸に200デニール
の上記繊維、横糸に100デニールの上記繊維2本
をそれぞれ用い、縦、横の打込本数がインチ当り
それぞれ25本の絡み織の織布を作つた。
Example 2 A perfluorocarbon copolymer made of tetrafluoroethylene and perfluoropropyl perfluorovinyl ether was spun to produce a multifilament with a thickness of 100 denier consisting of 10 monofilaments and a thick filament with a thickness of 20 monofilaments. difference
I got it with 200 denier multifilament. The elongation and initial elastic modulus of the multifilament are 105% and 0.29 g/denier for the former, and 120% for the latter.
It was 0.27g/denier. Using the above mentioned fibers of 200 denier for the warp and the above two fibers of 100 denier for the weft, a woven fabric with a leno weave having 25 threads per inch in both the warp and the weft was made.

該織布を実施例1で述べたフイルムに同様な方
法で埋込んで、補強材入りの陽イオン交換膜を得
た。実施例1の評価方法により膜の切断時のシー
ル面圧を測定したところ、145Kg/cm2であつた。
繰り返し加圧テストでは16回目で膜は切断した。
The woven fabric was embedded in the film described in Example 1 by the same method to obtain a cation exchange membrane containing a reinforcing material. The seal surface pressure at the time of cutting the membrane was measured using the evaluation method of Example 1 and was found to be 145 Kg/cm 2 .
In the repeated pressure test, the membrane broke at the 16th time.

比較例 2 テトラフロロエチレンとパーフロロエチルパー
フロロビニルエーテルとからなるパーフロロカー
ボン共重合体を用いて紡糸を行い、モノフイラメ
ント10本からなる太さ100デニールのマルチフイ
ラメントとモノフイラメント20本からなる太さ
200デニールのマルチフイラメントを得た。該マ
ルチフイラメントの伸度及び初期弾性率は前者が
37%、1.8g/デニール、後者が40%、1.8g/デ
ニールであつた。縦糸に200デニールの上記繊維、
横糸に100デニールの上記繊維2本を用い縦、横
の打込本数がインチ当り25本の絡み織の織布を作
つた。該織布を実施例1で述べたフイルムに同様
な方法で埋込んで補強材入りの陽イオン交換膜を
作り、実施例1の評価方法に基づいて評価した。
膜切断時のシール面圧は60Kg/cm2、繰り返し加圧
テストでは4回目で膜が切断した。
Comparative Example 2 A perfluorocarbon copolymer made of tetrafluoroethylene and perfluoroethyl perfluorovinyl ether was spun, and a multifilament with a thickness of 100 denier consisting of 10 monofilaments and a thickness of 20 monofilaments were prepared.
I got a 200 denier multifilament. The elongation and initial elastic modulus of the multifilament are
37%, 1.8 g/denier; the latter was 40%, 1.8 g/denier. The above fibers of 200 denier in the warp,
Using two of the above-mentioned fibers of 100 denier as weft threads, a woven fabric with a twining weave having 25 threads per inch in both the warp and the weft was made. The woven fabric was embedded in the film described in Example 1 in a similar manner to produce a cation exchange membrane containing a reinforcing material, and evaluated based on the evaluation method of Example 1.
The seal surface pressure at the time of membrane cutting was 60 kg/cm 2 , and in the repeated pressure test, the membrane was severed on the 4th time.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図はフイルタープレス型電解装置の断面図
であり、1は補強材入りパーフロロカーボン陽イ
オン交換膜、2はガスケツト、3は電槽枠、4は
温水入口、5は温水出口である。
FIG. 1 is a sectional view of a filter press type electrolyzer, in which 1 is a perfluorocarbon cation exchange membrane containing a reinforcing material, 2 is a gasket, 3 is a battery case frame, 4 is a hot water inlet, and 5 is a hot water outlet.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 パーフロロアルキルパーフロロビニルエーテ
ルを共単量体として含むパーフロロカーボン重合
体よりなり、引張り伸度が20%以上250%以下、
伸度10%時の初期弾性率が1.5g/デニール以下
のパーフロロカーボン繊維で補強されたパーフロ
ロカーボン陽イオン交換膜。 2 パーフロロアルキル基の炭素数が1乃至10で
ある特許請求の範囲第1項記載のパーフロロカー
ボン陽イオン交換膜。 3 パーフロロカーボン重合体がパーフロロアル
キルパーフロロビニルエーテルとテトラフロロエ
チレンの共重合体である特許請求の範囲第2項記
載のパーフロロカーボン陽イオン交換膜。
[Scope of Claims] 1. A perfluorocarbon polymer containing perfluoroalkyl perfluorovinyl ether as a comonomer, and having a tensile elongation of 20% or more and 250% or less,
A perfluorocarbon cation exchange membrane reinforced with perfluorocarbon fibers with an initial elastic modulus of 1.5 g/denier or less at 10% elongation. 2. The perfluorocarbon cation exchange membrane according to claim 1, wherein the perfluoroalkyl group has 1 to 10 carbon atoms. 3. The perfluorocarbon cation exchange membrane according to claim 2, wherein the perfluorocarbon polymer is a copolymer of perfluoroalkyl perfluorovinyl ether and tetrafluoroethylene.
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