JPH0254791A - Production of alkali hydroxide - Google Patents

Production of alkali hydroxide

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JPH0254791A
JPH0254791A JP63202740A JP20274088A JPH0254791A JP H0254791 A JPH0254791 A JP H0254791A JP 63202740 A JP63202740 A JP 63202740A JP 20274088 A JP20274088 A JP 20274088A JP H0254791 A JPH0254791 A JP H0254791A
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JP
Japan
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layer
alkali
cation exchange
fluorine
membrane
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JP63202740A
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Japanese (ja)
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Tetsuji Shimodaira
哲司 下平
Yoshio Sugaya
良雄 菅家
Koji Suzuki
公二 鈴木
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Asahi Glass Co Ltd
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Abstract

PURPOSE:To produce alkali hydroxide at a specified concn. with high current efficiency by electrolyzing alkali chloride in the anode chamber of an electrolytic cell with a membrane consisting of a layer contg. a specified cation exchanger on the cathode side and a specified perfluorocarbon polymer layer. CONSTITUTION:A fluorine-contg. cation exchange membrane is composed of a first layer of an alkali-proof cation exchanger having >=5mum thickness and a second layer of a perfluorocarbon polymer having 2-7% water content in 45wt.% aq. NaOH soln., >=5mum thickness and -CO2M groups (M is an alkali metal). The first layer is a porous layer of a cation exchanger contg. dispersed alkali-proof inorg. matter or short fibers, a porous layer of a cation exchange resin having low penetrability of pores or a porous layer of a cation exchanger contg. an embedded alkali-proof polymer having no ion exchange group. The cation exchange membrane is stretched in an electrolytic cell so that the first layer confronts the cathode. Alkali chloride is fed into the anode chamber of the cell and electrolyzed. Alkali hydroxide is efficiently obtd. in the wide concn. range of 20-55%.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、水酸化アルカリ水溶液の製造方法に関するも
のであり、特にイオン交換膜法において、単一の膜で2
0〜55重量%、特には45重量%未満、なかでも42
重量%未満、20重量%以上の広い範囲の水酸化アルカ
リを高電流効率で製造する方法に関するものである。
Detailed Description of the Invention [Industrial Field of Application] The present invention relates to a method for producing an aqueous alkali hydroxide solution, and particularly in an ion exchange membrane method, a single membrane can produce two
0 to 55% by weight, especially less than 45% by weight, especially 42% by weight
The present invention relates to a method for producing alkali hydroxide in a wide range from less than 20% by weight to more than 20% by weight with high current efficiency.

[従来の技術] 含フッ素陽イオン交換膜を隔膜として使用し、塩化アル
カリ水溶液を電解して、水酸化アルカリと塩素とを製造
する所謂イオン交換脱法アルカリ電解は高純度の水酸化
アルカリが、それまでの従来法に比べて低エネルギー消
費量にて製造できることから、近年国際的に普及しつつ
ある。
[Prior art] In the so-called ion-exchange removal method alkaline electrolysis, which uses a fluorine-containing cation exchange membrane as a diaphragm and electrolyzes an aqueous alkali chloride solution to produce alkali hydroxide and chlorine, high-purity alkali hydroxide is It has become popular internationally in recent years because it can be manufactured with lower energy consumption than conventional methods.

かかるイオン交換脱法アルカリ電解においては、初期の
頃はスルホン酸基をイオン交換基とする含フッ素陽イオ
ン交換膜が使用されていたが、電流効率を高くすること
ができないことからして、近年は膜の少な(とも陰極側
にカルボン酸基を有するようイオン交換膜に置換され、
この結果、電解における電流効率は、はぼ92〜97%
にまで達し、工業的にはほぼ完璧な域に達している。
In the early days of such ion-exchange removal method alkaline electrolysis, fluorine-containing cation exchange membranes with sulfonic acid groups as ion exchange groups were used, but in recent years they have not been used due to the inability to increase current efficiency. The membrane is replaced with an ion exchange membrane (both have carboxylic acid groups on the cathode side),
As a result, the current efficiency in electrolysis is approximately 92-97%.
It has reached an almost industrial level of perfection.

しかしながら、上記のカルボン酸型陽イオン交換膜を使
用した場合、長期にわたって低電圧で優れた電流効率が
得られるのも濃度がおよそ36〜40重量%までの水酸
化アルカリを製造する場合に限られることが見出された
。本発明者の研究によると、水酸化アルカリの濃度がお
よそ40重量%までは94〜98%の高い電解効率が得
られるが、それよりも高濃度になると電流効率が急に低
下することが見出された。また、このように高濃度にな
ると、膜抵抗も急に大きくなり電解電圧が上昇し、−週
間ないし一年間の長期にわたって運転した場合には、電
流効率も次第に低下して行(現象が見られた。このよう
な高濃度の水酸化アルカリで長期間運転した膜の陰極側
表面のイオン交換容量を測定してみるとカルボン酸基の
分解により表面のイオン交換容量が低下していることが
明らかとなった。かくして膜の陰極側にカルボン酸基を
有する陽イオン交換膜では、上記のような高濃度の水酸
化アルカリを工業的に製造するのは好ましくない。
However, when using the above carboxylic acid type cation exchange membrane, excellent current efficiency can be obtained at low voltage over a long period of time only when producing alkali hydroxide with a concentration of approximately 36 to 40% by weight. It was discovered that According to the research conducted by the present inventor, a high electrolytic efficiency of 94 to 98% can be obtained when the concentration of alkali hydroxide reaches approximately 40% by weight, but when the concentration is higher than that, the current efficiency suddenly decreases. Served. In addition, when the concentration is high, the membrane resistance suddenly increases and the electrolytic voltage increases, and when operated for a long period of - weeks to a year, the current efficiency gradually decreases (a phenomenon that is not observed). When we measured the ion exchange capacity of the cathode surface of a membrane operated for a long period with such a high concentration of alkali hydroxide, it was clear that the ion exchange capacity of the surface decreased due to the decomposition of the carboxylic acid groups. Thus, in a cation exchange membrane having a carboxylic acid group on the cathode side of the membrane, it is not preferable to industrially produce alkali hydroxide at such a high concentration as described above.

一方、米国特許4455210号には、スルホンアミド
基をもつ含フッ素重合体フィルムの陰極側にスルホン酸
基をもつ含フッ素重合体フィルムを積層した陽イオン交
換膜を使用して、高濃度の水酸化アルカリを製造するこ
とが提案されている。しかしこの方法において°は、そ
もそも初期の電流効率が低いばかりでな(、長期にわた
って運転した場合には、更に電流効率が低下してしまう
On the other hand, U.S. Patent No. 4,455,210 discloses that a cation exchange membrane in which a fluorine-containing polymer film having sulfonamide groups is laminated on the cathode side of a fluorine-containing polymer film having sulfonic acid groups is used to achieve high concentration of hydroxide. It has been proposed to produce alkali. However, in this method, not only the initial current efficiency is low to begin with, but the current efficiency further decreases when operated for a long period of time.

特公昭57−9589号には、カルボン酸基含有層の陰
極側に2μm程度のスルホン酸基含有層を有する含フッ
素陽イオン交換膜を使用して40重量%のNaOHを得
る方法が示されている。膜の陰極側に薄いスルホン酸基
含有層を有するその他の例は特開昭58−83030号
、特公昭6〇−23776号にも見られ、特開昭59−
22930号には膜の両側に、スルホン酸基含有陽イオ
ン交換体とジルコニアの混合層を設けた例が記載されて
いるが、これらはいずれも35重量%前後のN a O
t(を得る場合の電解電圧の低減に関するものである。
Japanese Patent Publication No. 57-9589 discloses a method for obtaining 40% by weight of NaOH using a fluorine-containing cation exchange membrane having a sulfonic acid group-containing layer of about 2 μm on the cathode side of the carboxylic acid group-containing layer. There is. Other examples having a thin sulfonic acid group-containing layer on the cathode side of the membrane are also found in JP-A No. 58-83030, JP-A No. 60-23776, and JP-A No. 59-Sho.
No. 22930 describes an example in which a mixed layer of a sulfonic acid group-containing cation exchanger and zirconia was provided on both sides of the membrane, but both of these layers contained about 35% by weight of NaO.
This concerns the reduction of electrolytic voltage when obtaining t(.

本発明者の研究によれば、陰極側スルホン酸基含有層が
薄い場合には、40重量%の水酸化アルカリでは95%
前後の高い電流効率が得られたが、45重量%以上の水
酸化アルカリの場合には、90%前後の電流効率しか得
られず、電流効率は経時的に低下することが明らかにな
った。
According to the research of the present inventor, when the cathode side sulfonic acid group-containing layer is thin, 40% by weight of alkali hydroxide is 95%
Although high current efficiencies were obtained around 45% by weight or more, in the case of alkali hydroxide of 45% by weight or more, current efficiencies of only around 90% were obtained, and it became clear that the current efficiency decreased over time.

このような高濃度の水酸化アルカリを高い電流効率、低
い電解電圧で製造できるようになると、従来水酸化アル
カリの濃縮に要していたエネルギーを節減もしくは不要
にすることができる。
If such highly concentrated alkali hydroxide can be produced with high current efficiency and low electrolytic voltage, the energy conventionally required for concentrating alkali hydroxide can be saved or eliminated.

一方、これまでは、高濃度水酸化アルカリを製造するた
めの従来技術について言及してきたが、20〜30重量
%などの濃度の水酸化アルカリ製造にもイオン交換膜が
使われている。水酸化アルカリ濃度は種々の操業条件を
総合的に勘案して決定されているが、その場合、イオン
交換膜は、所定の水酸化アルカリ濃度範囲において、高
い電流効率を発現するものが、一般的に選定されるので
、水酸化アルカリ濃度に適した種々のイオン交換膜が、
従来その都度、選ばれていた。しかしながら45重量%
未満、特には42重量%未満も含めた20〜55重量%
の広い範囲の水酸化アルカリの製造に対し、単一の膜で
高い電流効率をもって対応することができるようになる
と、イオン交換膜を変更せずに、そのままの電解槽で連
続操業しながら所定の任意の濃度の水酸化アルカリを製
造することが可能になる。
On the other hand, so far we have referred to conventional techniques for producing high concentration alkali hydroxide, but ion exchange membranes are also used to produce alkali hydroxide at concentrations such as 20 to 30% by weight. The alkali hydroxide concentration is determined by comprehensively considering various operating conditions. In this case, the ion exchange membrane is generally one that exhibits high current efficiency within a predetermined alkali hydroxide concentration range. Therefore, various ion exchange membranes suitable for the alkali hydroxide concentration are selected.
Traditionally, it was selected each time. However, 45% by weight
20 to 55% by weight, including less than 42% by weight
Once it became possible to manufacture a wide range of alkali hydroxides with a single membrane with high current efficiency, it became possible to produce a specified amount of alkali hydroxide while continuously operating the same electrolytic cell without changing the ion exchange membrane. It becomes possible to produce alkali hydroxide of any concentration.

[発明の解決しようとする問題点] 本発明は、濃度20〜55重量%好ましくは25〜50
重量%の45重量%未満特に42重量%未満20重量%
以上の水酸化アルカリを製造するにあたり、初期におい
て高電流効率を与えるばかりでなく、長期間運転した場
合も高い電流効率を保持でき、且つ単一のイオン交換膜
で上記各種濃度の水酸化アルカリを製造できる方法を提
供することを目的とする。
[Problems to be Solved by the Invention] The present invention has a concentration of 20 to 55% by weight, preferably 25 to 50% by weight.
Less than 45% by weight, especially less than 42% by weight, 20% by weight
In producing the above alkali hydroxides, it is possible to not only provide high current efficiency initially, but also maintain high current efficiency even after long-term operation, and to produce alkali hydroxides of the various concentrations mentioned above using a single ion exchange membrane. The purpose is to provide a manufacturing method.

[問題点を解決するための手段] 以下の (a)〜(c)から選ばれる厚さ5μm以上の
耐アルカリ性を有するよう陽イオン交換体を含む第一の
層と、45重量%NaOH水溶液中の含水率が2〜7重
量%の範囲にあり、厚さが5μm以上の−CO2M基(
Mはアルカリ金属)を有するパーフルオロカーボン重合
体の第二の層との少なくとも二層からなる含フッ素陽イ
オン交換膜を、第一の層を陰極側に向けて配した電解槽
の陽極室に塩化アルカリを供給して電解することを特徴
とする水酸化アルカリの製造方法にある。
[Means for solving the problem] A first layer containing a cation exchanger selected from the following (a) to (c) with a thickness of 5 μm or more and having alkali resistance, and a 45% by weight NaOH aqueous solution. -CO2M group (
A fluorine-containing cation exchange membrane consisting of at least two layers including a second layer of a perfluorocarbon polymer having M (alkali metal) is placed in an anode chamber of an electrolytic cell with the first layer facing the cathode side. A method for producing alkali hydroxide characterized by supplying an alkali and performing electrolysis.

(a)耐アルカリ性無機物粒子又は小繊維を分散して含
有する陽イオン交換体からなる多孔体の層 (b)陽イオン交換樹脂からなる、孔の貫通性の小さい
多孔体の層 (c)イオン交換基を有しない耐アルカリ性重合体が埋
め込まれた陽イオン交換体の多孔体の層 本発明の第一の層の厚さは、5μm以上、好ましくは1
0〜200μmである。5μmよりも薄い場合には20
〜25重量%以上の水酸化アルカリを製造する場合に十
分な電流効率が得られず、カルボン酸基の高濃度アルカ
リによる劣化も十分に防止できない。200μmを越え
ると膜抵抗が大きくなり、電解電圧が高くなるため好ま
しくない。
(a) A porous layer made of a cation exchanger containing dispersed alkali-resistant inorganic particles or fibrils (b) A porous layer made of a cation exchange resin with small pore penetration (c) Ions The first layer of the present invention has a thickness of 5 μm or more, preferably 1 μm or more.
It is 0 to 200 μm. 20 if thinner than 5μm
When producing alkali hydroxide of 25% by weight or more, sufficient current efficiency cannot be obtained, and deterioration of carboxylic acid groups due to high concentration of alkali cannot be sufficiently prevented. If it exceeds 200 μm, the membrane resistance becomes large and the electrolytic voltage becomes high, which is not preferable.

第一の層を形成する耐アルカリ性陽イオン交換樹脂とし
ては、スチレン/ジビニルベンゼン共重合体のスルホン
化物、ヒドロキシスチレン/ジビニルベンゼン共重合体
等の炭化水素系陽イオン交換樹脂の他に、好ましくは−
SO3M基又は−OM基(Mはアルカリ金属)を有する
パーフルオロカーボン重合体が用いられる。
The alkali-resistant cation exchange resin forming the first layer is preferably a hydrocarbon cation exchange resin such as a sulfonated styrene/divinylbenzene copolymer or a hydroxystyrene/divinylbenzene copolymer. −
A perfluorocarbon polymer having an SO3M group or an -OM group (M is an alkali metal) is used.

第二の層を形成する陽イオン交換樹脂としては、厚さ5
μm以上の好ましくは−CO2M基(Mはアルカリ金属
)を含むパーフルオロカーボン重合体が用いられる。−
CO2M基(Mはアルカリ金属)を有するパーフルオロ
カーボン重合体の第二の層は、45重重量NaOH水溶
液中の含水率が、2〜7重量%、好ましくは2.5〜5
重量%の範囲にあることが好ましい。この範囲から外れ
ると十分に高い電流効率が得られない。ここで本発明に
おいて45重】%NaOH中の含水率とは、陽イオン交
換膜を45重量%NaOH水溶液に16時間浸漬し、2
5℃に冷却後、膜表面のアルカノ水(′8液を拭きとっ
た後の重量をag  、その膜を90℃のイオン交換水
に16時間浸漬した後、130℃で16時間真空乾燥し
たときの重量をbgとしたとき、 含水率(%) = (a−b) /bx100で与えら
れるものをいう。
The cation exchange resin forming the second layer has a thickness of 5
A perfluorocarbon polymer preferably containing -CO2M groups (M is an alkali metal) with a size of .mu.m or more is used. −
The second layer of perfluorocarbon polymer having CO2M groups (M is an alkali metal) has a water content in a 45 wt NaOH aqueous solution of 2 to 7% by weight, preferably 2.5 to 5%.
Preferably, it is in the range of % by weight. Outside this range, sufficiently high current efficiency cannot be obtained. Here, in the present invention, the water content in 45% NaOH means that the cation exchange membrane is immersed in a 45% NaOH aqueous solution for 16 hours,
After cooling to 5℃, the weight after wiping off the alkano water (liquid '8) on the membrane surface is ag.The membrane was immersed in ion-exchanged water at 90℃ for 16 hours, and then vacuum-dried at 130℃ for 16 hours. When the weight of bg is taken as bg, the water content (%) = (a-b) /bx100.

本発明において、第一の層を形成するイオン交換樹脂は
、好ましくは−SO3M基又は−’OM基を有するパー
フルオロカーボン重合体であり、−SO3M基含有パー
フルオロカーボン重合体のイオン交換容量は、好ましく
は0.6〜1.8ミリ当量/g乾燥樹脂、特には0.8
5〜1.6ミリ当量/g乾燥樹脂を有し、45重量%N
 a Ot(中の含水率が、第二の層のそれよりも好ま
しくは少なくとも3%、更に好ましくは少な(とも5%
大きいが、30%以上、好ましくは25%以上大きくな
いほうが好ましい。−〇M基含有パーフルオロカーボン
重合体のイオン交換容量は、好ましくは0.6〜2.8
ミリ当量/g乾燥樹脂、特には0.85〜2.5ミリ当
量/g乾燥樹脂を有する。
In the present invention, the ion exchange resin forming the first layer is preferably a perfluorocarbon polymer having -SO3M group or -'OM group, and the ion exchange capacity of the -SO3M group-containing perfluorocarbon polymer is preferably is 0.6 to 1.8 meq/g dry resin, especially 0.8
5-1.6 meq/g dry resin, 45 wt% N
a Ot (with a moisture content of preferably at least 3%, more preferably less (both 5%) than that of the second layer).
Although it is large, it is preferable that it is not larger than 30%, preferably not larger than 25%. - The ion exchange capacity of the M group-containing perfluorocarbon polymer is preferably 0.6 to 2.8.
milliequivalents/g dry resin, particularly 0.85 to 2.5 milliequivalents/g dry resin.

また第二の層は、好ましくは−CO2M基(Mはアルカ
リ金属)を有するパーフルオロカーボン重合体からなり
、そのイオン交換容量は、好ましくは0.6〜1.8ミ
リ当量/g乾燥樹脂、特には0.85〜1.6ミリ当f
t/g乾燥樹脂を有する。
The second layer is preferably made of a perfluorocarbon polymer having a -CO2M group (M is an alkali metal), and has an ion exchange capacity of preferably 0.6 to 1.8 milliequivalents/g dry resin, especially is 0.85 to 1.6 mm
t/g dry resin.

本発明において、パーフルオロカーボン重合体とは炭素
原子に結合した水素原子又はハロゲン原子に対してその
中のフッ素原子の占める割合が90%以上のものをいい
、上記−5O,M基又は−OM基をもつパーフルオロカ
ーボン重合体の第一の層及び−CClaM基をもつパー
フルオロカーボン重合体の第二の層を構成するパーフル
オロカーボン重合体は少な(とも二種の単量体の共重合
体からなり、好ましくは次の (イ)及び(ロ)の重合
単位をもつ共重合体からなる。
In the present invention, the perfluorocarbon polymer refers to a polymer in which fluorine atoms account for 90% or more of the hydrogen atoms or halogen atoms bonded to carbon atoms, and the -5O, M group or -OM group mentioned above. The first layer of perfluorocarbon polymer having -CClaM group and the second layer of perfluorocarbon polymer having -CCaM group are composed of a small amount of perfluorocarbon polymer (both are composed of a copolymer of two types of monomers, Preferably, it consists of a copolymer having the following polymerized units (a) and (b).

(4)   −(CF、−CXX ′ )−、(0) 
  −(CFa−CX)−↓−9 ココテ、x、x′は、−F、−C1、−■又は−CFa
 テあり、Aは一303M 、−CRfRf′OM  
又は−CO2M(Mは水素、アルカリ金属、Rf、Rf
’は炭素数1〜10のパーフルオロアルキル基)又は加
水分解等により、これらの基に転化する基を表し、Yは
、次のものから選ばれるが、そこで、Z。
(4) -(CF, -CXX')-, (0)
-(CFa-CX)-↓-9 Cocote, x, x' are -F, -C1, -■ or -CFa
With Te, A is -303M, -CRfRf'OM
or -CO2M (M is hydrogen, alkali metal, Rf, Rf
' represents a perfluoroalkyl group having 1 to 10 carbon atoms) or a group that can be converted into these groups by hydrolysis or the like, and Y is selected from the following, where Z.

Z′は−F又は炭素数1〜10のパーフルオロアルキル
基であり、X 、Y 、Zは1〜IOの整数を表す。
Z' is -F or a perfluoroalkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and X, Y, and Z each represent an integer of 1 to IO.

さらに、(イ)及び(ロ)の重合単位の他に、次のよう
な重合単位を含んでもよい。
Furthermore, in addition to the polymerized units (a) and (b), the following polymerized units may be included.

なお、上記重合体中の(ロ)の含有率は、含フッ素重合
体が上記イオン交換容量を形成するように選ばれる。
The content of (b) in the above polymer is selected so that the fluorine-containing polymer forms the above ion exchange capacity.

上記含フッ素重合体は、好ましくは加水分解された形が
パーフルオロカーボン重合体であることが適切であり、
その好ましい例は、CFa=CF2   と   CF
2=CFOCF2CF (CF3)OCF2(:FzS
OzFとの共重合体、 CF、=CF2   と   CF2=CFOfCF、
) 2−ssO□Fとの共重合体、 CF2:(:F2    と   CF、=CFOCF
2CF2C(CF、)20Hとの共重合体、 CF2”CF2    と   CF2=CFO(CF
z)2〜6CO□CLとの共重合体、 更には、CFa=(:F2と (:F1=(:FOCF2CFCCF、)0(CF2)
2CO□CH。
The above-mentioned fluoropolymer is preferably a perfluorocarbon polymer in a hydrolyzed form,
Preferred examples are CFa=CF2 and CF
2=CFOCF2CF (CF3)OCF2(:FzS
Copolymer with OzF, CF,=CF2 and CF2=CFOfCF,
) copolymer with 2-ssO□F, CF2:(:F2 and CF, =CFOCF
Copolymer with 2CF2C(CF,)20H, CF2”CF2 and CF2=CFO(CF
z) copolymer with 2-6CO□CL, furthermore, CFa=(:F2 and (:F1=(:FOCF2CFCCF,)0(CF2)
2CO□CH.

との共重合体が例示される。An example is a copolymer with

本発明において、第一の層(a)中に分散して含有され
る無機粒子又は小繊維は耐アルカリ性を有し、電解温度
の45重量%NaOH水溶液中において溶解しないもの
が好ましい。かかる耐アルカリ性無機物質としては、好
ましくは、長周期型周期表(7)Il、、Ill +、
、Ivl、、Vb、ill、、IV、族の第三周期以降
の元素の酸化物、窒化物、炭化物、水酸化物あるいは炭
化ホウ素の単独又はそれらの混合物から選択され、なか
でも具体的に好ましい例としては、チタン、ジルコニウ
ム、ニオブ、ハフニウム、タンタル、インジウム、スズ
等の酸化物、窒化物、炭化物、水酸化物、ケイ素の窒化
物、炭化物の単独又は混合物から選択される。該耐アル
カリ性無機物は第一のM中、容積比率(耐アルカリ性無
機物質の容積/(耐アルカリ性無機物質の容積+陽イオ
ン交換樹脂の容積))として、好ましくは20〜80%
更に好ましくは20〜60%を、均一に含有せしめるの
が適切である。この場合、該粒子の平均粒径又は小繊維
の平均線径は、第一の層の厚みの二層の一以下であって
、且つ20Itm以下、持には10μm以下であること
が好ましい。この範囲からはずれると、理由は明らかで
はないが、電流効率の低下もしくは耐久性の低下を招く
In the present invention, the inorganic particles or fibrils dispersed and contained in the first layer (a) preferably have alkali resistance and do not dissolve in a 45% by weight NaOH aqueous solution at the electrolysis temperature. Such alkali-resistant inorganic substances are preferably those of the long-period table (7) Il, , Ill +,
, Ivl, , Vb, ill, , IV, selected from oxides, nitrides, carbides, hydroxides, or boron carbide of elements in the third period or later of groups, alone or in mixtures thereof, and specifically preferred among them Examples are selected from oxides, nitrides, carbides, hydroxides of titanium, zirconium, niobium, hafnium, tantalum, indium, tin, etc., nitrides and carbides of silicon, alone or in mixtures. The alkali-resistant inorganic substance preferably accounts for 20 to 80% in terms of volume ratio (volume of alkali-resistant inorganic substance/(volume of alkali-resistant inorganic substance + volume of cation exchange resin)) in the first M.
More preferably, it is appropriate to uniformly contain 20 to 60%. In this case, the average particle diameter of the particles or the average wire diameter of the fibrils is preferably one or less of the thickness of the first layer and 20 Itm or less, particularly 10 μm or less. If it deviates from this range, the current efficiency or durability will decrease, although the reason is not clear.

本発明の第一の層における陽イオン交換樹脂の多孔体の
空隙率が5〜95%、特には10〜80%を有する。こ
こで空隙率とは、陽イオン交換樹脂の比重をρ(g/c
m”) 、単位面積あたりの重量をa(g/cm2)、
該多孔体の厚さがd (cm )のとき、次式で与えら
れるものをいう。
The porous body of the cation exchange resin in the first layer of the present invention has a porosity of 5 to 95%, particularly 10 to 80%. Here, the porosity refers to the specific gravity of the cation exchange resin ρ (g/c
m”), the weight per unit area is a (g/cm2),
When the thickness of the porous body is d (cm 2 ), it is given by the following formula.

空隙率(%) = a/p −d X100かかる多孔
体の製法は特に限定される必要はないが、好ましい態様
としては、SiO□、 Al、Al(OH)1 、粒子
等のアルカリに可溶な無機物や炭化水素系又は含フッ素
系の低分子量の有機化合物、ポリマー、界面活性剤など
(以下造孔剤と呼ぶ)を第一の暦を形成する陽イオン交
換体又はその前駆体に好ましくは5−95容量%、特に
は20〜80容遣%を含むものを製膜し、これをアルカ
リ及び/又は水を含む溶液に浸せきして上記造孔剤を溶
出する方法が挙げられる。かくして得られる多孔層は、
少なくとも製膜後の水又はアルカリ水溶液等の液体に濡
れていない状態において、孔の貫通性が小さいことが好
ましい。本発明においては、孔の貫通性は、製膜後の乾
いた状態の多孔体について、ガーレーナンバー、即ち、
圧力差0.0132 kg/cm”の下で100m1の
空気が6.45 c+n”の面積を通過する秒数で評価
され、その値が350以上であることが好ましい。透過
性がこれよりも大きい多孔体では、陰極室より水酸化ア
ルカリがカルボン酸層の表面まで侵入するため好ましく
ない。実際の電解条件下では、該多孔体層は、ある場合
においては、イオンの流れの影響等により、微細な孔が
できてもかまわない。
Porosity (%) = a/p - d Preferably, inorganic substances, hydrocarbon-based or fluorine-containing low-molecular-weight organic compounds, polymers, surfactants, etc. (hereinafter referred to as pore-forming agents) are used as the cation exchanger forming the first layer or its precursor. A method of forming a film containing 5 to 95% by volume, particularly 20 to 80% by volume, and immersing the film in a solution containing an alkali and/or water to elute the pore-forming agent. The porous layer thus obtained is
It is preferable that the permeability of the pores is small, at least in a state where the film is not wet with a liquid such as water or an aqueous alkaline solution after film formation. In the present invention, the permeability of the pores is determined by the Gurley number for the porous body in a dry state after film formation, that is,
It is evaluated by the number of seconds it takes for 100 ml of air to pass through an area of 6.45 c+n'' under a pressure difference of 0.0132 kg/cm'', and it is preferable that the value is 350 or more. A porous body with higher permeability is not preferable because alkali hydroxide will penetrate from the cathode chamber to the surface of the carboxylic acid layer. Under actual electrolytic conditions, the porous layer may have fine pores in some cases due to the influence of ion flow.

本発明において、第一の層(c)に埋め込まれるイオン
交換基を有しない耐アルカリ性重合体は、実質的にイオ
ン交換基を有しない炭化水素系重合体を含む耐アルカリ
性重合体が包含され、その存在により第一の層の機械的
強度、特には脆性が補強され、更にクリープ特性が改善
されるものである。その材質は、好ましくはフルオロ、
特にはパーフルオロカーボン重合体であり、その形状は
好ましくは特公昭54−19909号などに開示される
不織布や織布などのウェブ、小繊維(フィブリル)等種
々のものが使用できる。不織布や織布なとのウェブは、
空隙率が好ましくは、30〜95%、特には40〜85
%であり、その厚みは第一の層の範囲内で好ましくは1
0〜200μmから選ばれる。ウェブの厚さは、例えば
ポリエチレンテレフタレート製の厚さが既知の薄いフィ
ルムに該織布をはさみ、全体の厚みをマイクロメーター
で測ることにより測定され、空隙率は、ウェブを構成す
る物質の比重ρ’ (g/cm”)、ウェブの厚さd 
′(am )、及び単位面積あたりの重量a ′(g/
cm” )を測定することにより次式で算出される。
In the present invention, the alkali-resistant polymer having no ion exchange group embedded in the first layer (c) includes an alkali-resistant polymer containing a hydrocarbon polymer having substantially no ion exchange group, Its presence reinforces the mechanical strength, particularly the brittleness, of the first layer and further improves its creep properties. The material is preferably fluoro,
In particular, it is a perfluorocarbon polymer, and various shapes such as webs such as nonwoven fabrics and woven fabrics disclosed in Japanese Patent Publication No. 54-19909, etc., and small fibers (fibrils) can be used. Non-woven and woven webs are
The porosity is preferably 30-95%, especially 40-85
%, and its thickness is preferably 1% within the range of the first layer.
Selected from 0 to 200 μm. The thickness of the web is measured, for example, by sandwiching the woven fabric between thin films of known thickness made of polyethylene terephthalate and measuring the overall thickness with a micrometer. '(g/cm"), web thickness d
'(am), and the weight per unit area a'(g/
cm'') is calculated using the following formula.

空隙率(%)=a’/ρ′・d ′X 100本発明で
使用される小繊維は、例えば特開昭53−149881
号公報に記載される。好ましいパーフルオロカーボン重
合体としては、ポリ四フッ化エチレン、四フッ化エチレ
ン/六フッ化プロピレン共重合体、四フッ化エチレン/
パーフルオロプロピルビニルエーテル共重合体、四フッ
化エチレン/パーフルオロメチルビニルエーテル共重合
体などが例示される。
Porosity (%) = a'/ρ'・d'
Publication No. Preferred perfluorocarbon polymers include polytetrafluoroethylene, tetrafluoroethylene/hexafluoropropylene copolymer, and tetrafluoroethylene/hexafluoropropylene copolymer.
Examples include perfluoropropyl vinyl ether copolymer and tetrafluoroethylene/perfluoromethyl vinyl ether copolymer.

本発明の陽イオン交換膜は予め製造した第の層及び第二
の層のフィルムを積層する通常の押し出し製膜のばか以
下の如き湿式製膜法により製造することができる。例え
ば、−3OJ ′基(M’はHl又はアルカリ金属)を
有するパーフルオロカーボン重合体の溶液又は分散液に
耐アルカリ性無機物粒子または小繊維を分散させた混合
液を第二の層又はその前躯体からなる層を形成するフィ
ルムの上に直接塗布、乾゛燥したり、上記混合液を他の
基盤やフィルム等の上に塗布し、乾燥して得られる第一
の層のフィルムと第二の層又はその前躯体からなる層と
合わせたのち、好ましくは、熱プレスすることにより積
層することができる。また、第一の層以外の層も湿式製
膜することができる。
The cation exchange membrane of the present invention can be produced by a wet film forming method similar to conventional extrusion film forming, in which films of a first layer and a second layer that have been produced in advance are laminated. For example, a mixture of alkali-resistant inorganic particles or fibrils dispersed in a solution or dispersion of a perfluorocarbon polymer having a -3OJ' group (M' is Hl or an alkali metal) is added to the second layer or its precursor. The first layer film and the second layer obtained by directly coating and drying on the film forming the second layer, or by coating the above mixture onto another substrate or film, etc. and drying it. It can be laminated preferably by hot pressing after combining with a layer consisting of the material or its precursor. Furthermore, layers other than the first layer can also be formed by wet film formation.

これら含フッ素重合体を溶解又は分散させた重合体液は
、例えば特開昭56−72022号、特公昭4g−13
333号及び特開昭57−192464号によって知ら
れたおり、これらが利用できる。
Polymer liquids in which these fluorine-containing polymers are dissolved or dispersed are disclosed in, for example, JP-A-56-72022 and JP-B-Sho 4g-13.
No. 333 and Japanese Unexamined Patent Publication No. 57-192464, which can be used.

本発明ではまた、上記第一の層には、前述のような耐ア
ルカリ性無機物粒子又は小繊維を分散して含有せしめる
だけでなく、例えばポリテトラフルオロエチレン製の多
孔質膜や布、フィブリルを採用して、陽イオン交換体又
は他の耐アルカリ性物質を含有する陽イオン交換体を補
強することにより、核層の剥離やクラック発生に対する
耐性が向上し、核層を補強していない膜に比べて、膜全
体の機械的強度が向上するばかりでな(、電流効率の長
期安定性の更に優れた陽イオン交換膜を得ることができ
る。
In the present invention, the first layer not only contains dispersed alkali-resistant inorganic particles or small fibers as described above, but also employs, for example, a porous membrane, cloth, or fibril made of polytetrafluoroethylene. By reinforcing the cation exchanger or the cation exchanger containing other alkali-resistant substances, the resistance to peeling and cracking of the core layer is improved compared to membranes without reinforcement of the core layer. This not only improves the mechanical strength of the entire membrane (but also provides a cation exchange membrane with even better long-term stability in current efficiency).

本発明で使用される含フッ素陽イオン交換膜においては
、第一の層及び第二の層に加えて必要により、更に第三
の層を積層することができる。かかる好ましい例として
、第二の層の陽極側に、厚を積層することができる。か
かる第三の層や第四の層を積層することにより、第一の
層及び第二の層のみからなる膜に比べて、膜の機械的強
度等の特性を更に太き(安定化することができる。
In the fluorine-containing cation exchange membrane used in the present invention, in addition to the first layer and the second layer, a third layer can be further laminated if necessary. As such a preferred example, a thickness can be laminated on the anode side of the second layer. By stacking such third and fourth layers, the mechanical strength and other properties of the film can be further increased (stabilized) compared to a film consisting of only the first and second layers. Can be done.

更に、上記に加えて、本発明で使用される含フッ素重合
体は、上記第一の層、第二の層、第三の層更には第四の
層の積層を強固に行なうために、必要により結合層を設
けることができる。かかる結合層としてはスルホン酸基
又は水酸基をもつ含フッ素重合体とカルボン酸基をもつ
含フッ素重合体との好ましくは4/1〜1/4(重量比
)のブレンドしてなる層、更にはスルホン酸基又は水酸
基とカルボン酸基を好ましくは2/1〜1/2の比率で
併有する含フッ素重合体からなる。厚みが好ましくは5
〜50μmの層が選ばれる。かかる結合層とは、上記第
一の層、第二の層更には第三の層の結合時に挿入され、
加熱、融着される。
Furthermore, in addition to the above, the fluoropolymer used in the present invention has the necessary properties in order to firmly laminate the first layer, second layer, third layer, and even fourth layer. A bonding layer can be provided by. Such a bonding layer may be a layer formed by blending a fluorine-containing polymer having a sulfonic acid group or a hydroxyl group and a fluorine-containing polymer having a carboxylic acid group, preferably in a weight ratio of 4/1 to 1/4; It consists of a fluoropolymer having both a sulfonic acid group or a hydroxyl group and a carboxylic acid group, preferably in a ratio of 2/1 to 1/2. Thickness is preferably 5
A layer of ~50 μm is chosen. Such a bonding layer is inserted at the time of bonding the first layer, the second layer, and even the third layer, and
Heated and fused.

また、本発明の含フッ素陽イオン交換膜は、好ましくは
陽極側近傍の第二、第三又は第四の層に、必要に応じて
例えばポリテトラフルオロエチレンなどの織布又は不織
布などのウェブなどの補強材を埋め込むこともできる。
In addition, the fluorine-containing cation exchange membrane of the present invention preferably has a second, third or fourth layer near the anode side, if necessary, for example, a web of woven fabric or non-woven fabric such as polytetrafluoroethylene. It is also possible to embed reinforcement material.

かくして形成される本発明で使用される含フッ素陽イオ
ン交換膜は、全体の厚みが、好ましくは50〜600μ
m、特には150〜400μmであるのが好ましい。
The thus formed fluorine-containing cation exchange membrane used in the present invention preferably has an overall thickness of 50 to 600 μm.
m, particularly preferably from 150 to 400 μm.

上記含フッ素陽イオン交換膜は、そのままでも使用でき
るが、好ましくは、陽イオン交換膜の少なくとも一表面
に、陽極側には塩素ガス開放性、陰極側には水素ガス開
放性が設けられる。特に好ましくは、少なくともイオン
交換膜の陽極側表面に塩素ガス開放のための処理を施す
ことにより、電流効率の長期安定性を更に改良すること
ができる。
The above-mentioned fluorine-containing cation exchange membrane can be used as is, but preferably, at least one surface of the cation exchange membrane is provided with a chlorine gas open property on the anode side and a hydrogen gas open property on the cathode side. Particularly preferably, the long-term stability of current efficiency can be further improved by subjecting at least the surface of the ion exchange membrane on the anode side to a treatment for releasing chlorine gas.

該イオン交換膜の表面にガス開放のための処理を施す方
法としては、膜表面に微細な凹凸を施す方法(特公昭6
0−26495号)、電解槽に鉄、ジルコニア等を含む
液を供給して、膜表面に親水性無機粒子をデボッジトす
る方法(特開昭56−152980号)、ガス及び液透
過性の電極活性を有しない粒子を含む多孔質層を設ける
方法(特開昭5−6−75583号及び特開昭57−3
9185号公報)等が例示される。かかるイオン交換膜
の表面のガス開放層は電流効率の長期安定性を改良する
効果のほかに電解下における電圧を更に低減することが
できる。
As a method of treating the surface of the ion exchange membrane for gas release, a method of forming fine irregularities on the membrane surface (Japanese Patent Publication No. 6)
0-26495), a method of depositing hydrophilic inorganic particles on the membrane surface by supplying a liquid containing iron, zirconia, etc. to an electrolytic cell (Japanese Patent Application Laid-Open No. 152980/1983), electrode activity permeable to gas and liquid A method of providing a porous layer containing particles that do not have
9185) etc. are exemplified. The gas-opening layer on the surface of such an ion exchange membrane not only has the effect of improving the long-term stability of current efficiency, but also can further reduce the voltage during electrolysis.

本発明の含フッ素陽イオン交換膜を使用して塩化アルカ
リ水溶液の電解を行なうプロセス条件としては、上記し
た特開昭54−112398号公報におけるような既知
の条件が採用できる。例えば陽極室には好ましくは2.
5〜5.0規定(N)の塩化アルカリ水溶液を供給し、
陰極室には必要に応じて水又は希釈水酸化アルカリを供
給し、好ましくは50〜120℃、 5〜100 A/
dm2で電解される。かかる場合、塩化アルカリ中のカ
ルシウム及びマグネシウムなどの重金属イオンは、イオ
ン交換膜の劣化を招(ので、可及的に小さくせしめるの
が好ましい。また、陽極における酸素の発生を極力防止
するために塩酸などの酸を塩化アルカリ水溶液に添加す
ることができる。
As the process conditions for electrolyzing an aqueous alkali chloride solution using the fluorine-containing cation exchange membrane of the present invention, known conditions such as those disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 112398/1988 can be employed. For example, preferably 2.
Supplying an aqueous alkali chloride solution of 5 to 5.0 normal (N),
Water or diluted alkali hydroxide is supplied to the cathode chamber as necessary, preferably at 50 to 120°C and 5 to 100 A/
It is electrolyzed in dm2. In such cases, heavy metal ions such as calcium and magnesium in alkali chloride cause deterioration of the ion exchange membrane (so it is preferable to minimize them as much as possible. In addition, in order to prevent the generation of oxygen at the anode as much as possible, hydrochloric acid can be added to the aqueous alkali chloride solution.

本発明において電解槽は、上記構成を有する限りにおい
て単極型でも複極型でもよい。また電解槽を構成する材
料は、例えば、塩化アルカノ水溶液の電解の場合には、
陽極室の場合には塩化アルカリ水溶液及び塩素に耐性が
あるもの、例えば弁金属、チタンが使用され、陰極室の
場合には水酸化アルカリ及び水素に耐性がある鉄、ステ
ンレス又はニッケルなどが使用される。
In the present invention, the electrolytic cell may be of a monopolar type or a bipolar type as long as it has the above configuration. In addition, the materials constituting the electrolytic cell are, for example, in the case of electrolysis of a chlorinated alkano aqueous solution.
In the case of the anode chamber, materials resistant to aqueous alkali chloride and chlorine, such as valve metal, titanium, are used, and in the case of the cathode chamber, materials such as iron, stainless steel, or nickel, which are resistant to alkali hydroxide and hydrogen, are used. Ru.

本発明において電極を配置する場合、電極は複層膜に接
触して配置しても、また適宜の間隔において配置しても
よいが、特に本発明の場合、隔膜に電極を接触して配置
した場合、支障を伴うことな(低い膜抵抗に伴う、有利
な摺電圧が達成できる。
In the case of arranging the electrodes in the present invention, the electrodes may be arranged in contact with the multilayer membrane or at appropriate intervals, but in particular in the case of the present invention, the electrodes may be arranged in contact with the diaphragm In this case, advantageous sliding voltages can be achieved without disturbance (with low membrane resistance).

[実施例] 実施例1 孔径が2μm、膜厚が120μmのポリテトラフルオロ
エチレン製多孔体と、イオン交換容量1.2ミリ当量/
g乾燥樹脂のCF2=CF2/CF2=CFO(CFz
) 5−COoCH−共重合体(共重合体A)からなる
厚さ40μmのフィルムとを積層し、共重合体A層上に
イオン交換容量1.0ミリ当量/g乾燥樹脂のCF2・
CF2/ CF、=CFOCF2CF(CF、)0(CF2)、5
O3H(共重合体B)と平均粒径5μmのZrO,粒子
を3/2の体積割合で含むエタノール混合液を塗布、乾
燥することにより、厚さ50μmの共重合体BとZrO
□混合層を形成し、120℃にて熱プレスを施した。次
に、多孔体の内部に、共重合体Bと塩化ジルコニルを含
有する溶液を含浸せしめ、次いで乾燥することにより、
該多孔体内壁に親水性を付与せしめた複層隔膜を得た。
[Example] Example 1 A polytetrafluoroethylene porous body with a pore diameter of 2 μm and a membrane thickness of 120 μm, and an ion exchange capacity of 1.2 milliequivalents/
g CF2=CF2/CF2=CFO(CFz
) A 40 μm thick film made of a 5-COoCH-copolymer (copolymer A) was laminated, and an ion exchange capacity of 1.0 milliequivalent/g dry resin was added to the copolymer A layer.
CF2/CF,=CFOCF2CF(CF,)0(CF2),5
Copolymer B and ZrO with a thickness of 50 μm were coated and dried by applying an ethanol mixture containing O3H (copolymer B) and ZrO particles with an average particle size of 5 μm at a volume ratio of 3/2.
□ A mixed layer was formed and hot pressed at 120°C. Next, by impregnating the inside of the porous body with a solution containing copolymer B and zirconyl chloride, and then drying,
A multilayer diaphragm was obtained in which the inner wall of the porous body was made hydrophilic.

次いで、共重合体Bの溶液にZrO2粒子を分散させた
溶液を、上記多層隔膜の両面にスプレー塗布し、ZrO
□微粒子を付着せしめた複層隔膜を得た。
Next, a solution in which ZrO2 particles were dispersed in a solution of copolymer B was spray-coated on both sides of the multilayer membrane, and the ZrO
□ A multilayer diaphragm to which fine particles were attached was obtained.

かくして得られた該複層隔膜を、苛性ソーダ水溶液で加
水分解した後、共重合体BとZrO□からなる厚さ50
μmの層側に、SO3304製パンチトメタルを52重
量%の苛性ソルダ水溶液中、150℃で52時間エツチ
ング処理して得られた低水素過電圧陰極が、抜脱の反対
側に、チタンのパンチトメタルに酸化ルテニウムと酸化
イリジウムと酸化チタンの固溶体を被覆した低塩素過電
圧陽極が接触するように配置させ、陰極室のN a O
t(濃度を45重量%に保ちつつ、陽極室に210 g
/lの食塩水を供給しつつ、90℃、電流密度30 A
/dm”で3ケ月間電解を行なったのち、陰極液濃度を
42重量%、38重量%、35重量%、32重量%、4
5重量%および49重量%の順に設定し、各濃度で5〜
10日間電解を行なった。さらに49重量%で約1ケ月
間電解を継続したのち、電解を停止した。膜観察を行な
った結果、膜にふ(れ、剥離等の異常は認められなかっ
た。電解評価結果を表−1に示す。なお、共重合体A及
び共重合体Bのフィルムの45重■%NaOH中の含水
率は、各々 3.1%および16.6%であった。また
多孔化された共重合体B層のガーレーナンバーは、30
00以上であった。
After hydrolyzing the thus obtained multilayer membrane with an aqueous caustic soda solution, a layer of 50 mm thick consisting of copolymer B and ZrO□ was formed.
On the μm layer side, a low hydrogen overvoltage cathode obtained by etching SO3304 punched metal in a 52% by weight caustic solder aqueous solution at 150°C for 52 hours, and on the opposite side of the extraction, a titanium punched metal is etched. A low chlorine overvoltage anode coated with a solid solution of ruthenium oxide, iridium oxide, and titanium oxide is placed in contact with the metal, and the N a O in the cathode chamber is
t (210 g in the anode chamber while keeping the concentration at 45% by weight)
/l of saline solution at 90°C and current density of 30 A.
/dm" for 3 months, the catholyte concentration was changed to 42% by weight, 38% by weight, 35% by weight, 32% by weight, 4% by weight.
Set in the order of 5% by weight and 49% by weight, and at each concentration 5 to 49% by weight.
Electrolysis was carried out for 10 days. After continuing electrolysis at 49% by weight for about one month, the electrolysis was stopped. As a result of membrane observation, no abnormalities such as blistering or peeling were observed in the membrane.The electrolytic evaluation results are shown in Table 1. The moisture content in %NaOH was 3.1% and 16.6%, respectively.The Gurley number of the porous copolymer B layer was 30.
It was over 00.

表−1 比較例1 実施例1において、共重合体A層の陰極側に多孔体を有
しない共重合体Bの層を、該共重合体の溶液を塗布して
50μm形成させた以外は同様に試験したところ、電流
効率95%、摺電圧3、Ovであった。3ケ月電解後の
電流効率は93%であった。抜脱を電解槽より取り出し
てみると、電解面周辺の一部に共重合体B層の剥離が見
られた。
Table 1 Comparative Example 1 Same as in Example 1 except that a layer of copolymer B having no porous material was formed on the cathode side of the copolymer A layer to a thickness of 50 μm by applying a solution of the copolymer. When tested, the current efficiency was 95% and the sliding voltage was 3 Ov. The current efficiency after 3 months of electrolysis was 93%. When the sample was removed from the electrolytic cell, peeling of the copolymer B layer was observed in a part of the vicinity of the electrolytic surface.

比較例2 実施例1において、共重合体A層の陰極側に共重合体B
とポリテトラフルオロエチレン製多孔体とからなる層を
設けなかった以外、同様に電解試験を行なったところ、
初期の電流効率92%、摺電圧3.IV、1ケ月後に電
流効率は87%に低下した。
Comparative Example 2 In Example 1, copolymer B was added to the cathode side of the copolymer A layer.
An electrolytic test was conducted in the same manner, except that a layer consisting of a porous material made of polytetrafluoroethylene and a polytetrafluoroethylene porous material was not provided.
Initial current efficiency 92%, sliding voltage 3. IV, the current efficiency decreased to 87% after one month.

実施例2 塩素及び水素の気泡開放のための処理を行なわなかった
以外は実施例1と同様の電解試験を行なったところ、初
期の電流効率95%、摺電圧3.5vであった。
Example 2 An electrolytic test similar to that of Example 1 was conducted except that no treatment for releasing chlorine and hydrogen bubbles was performed, and the initial current efficiency was 95% and the sliding voltage was 3.5 V.

比較例3 実施例1において、共重合体A層の陰極側に共重合体B
とZrO□の混合層を設けず、更に塩素及び水素の気泡
開放のための処理を行なわなかった以外は、同様に試験
を行なったところ、初期の電流効率92%、摺電圧3.
6v で、経時的に電流効率が低下した。
Comparative Example 3 In Example 1, copolymer B was added to the cathode side of the copolymer A layer.
A similar test was conducted, except that a mixed layer of ZrO and ZrO□ was not provided, and no treatment was performed to release chlorine and hydrogen bubbles, and the initial current efficiency was 92% and the sliding voltage was 3.
At 6 V, the current efficiency decreased over time.

実施例3 実施例1において共重合体A層の陽極側にポリテトラフ
ルオロエチレン製の多孔質膜のかわりに、CF*=CF
2/CFz=CFOCFzCF (CFz)O(CFz
) xsOxF共重合体からなるイオン交換容量1.1
ミリ当量/g乾燥樹脂の厚さ 160μmのフィルムを
使用した以外は実施例1と同様に試験したところ、電流
効率95%、摺電圧3.2vで、1ケ月間、性能は安定
していた。
Example 3 In Example 1, instead of the polytetrafluoroethylene porous membrane on the anode side of the copolymer A layer, CF*=CF
2/CFz=CFOCFzCF (CFz)O(CFz
) Ion exchange capacity made of xsOxF copolymer 1.1
A test was conducted in the same manner as in Example 1 except that a film having a dry resin thickness of 160 μm per milliequivalent/g was used, and the performance was stable for one month at a current efficiency of 95% and a sliding voltage of 3.2 V.

実施例4 実施例1においてZrO2粒子の代わりに平均線径4μ
mのSiCウィスカーを、共重合体Bに対する容積比率
40%で使用した以外は、実施例1と同様に試験したと
ころ、電流効率94%、摺電圧3.Ov であった。
Example 4 In Example 1, the average wire diameter was 4μ instead of ZrO2 particles.
A test was conducted in the same manner as in Example 1, except that SiC whiskers of 1.0 m were used at a volume ratio of 40% to copolymer B, and the current efficiency was 94% and the sliding voltage was 3. It was Ov.

実施例5〜8 実施例1においてZrO□粒子の代わりに、種々の無機
粒子を、様々な割合で共重合体B中に分散させた膜を用
いて電解試験をした。結果を表−2に示す。
Examples 5 to 8 Instead of the ZrO□ particles in Example 1, electrolytic tests were conducted using membranes in which various inorganic particles were dispersed in copolymer B in various proportions. The results are shown in Table-2.

表−2 実施例9 イオン交換容量1.2ミリ当量 / g乾燥樹脂のCF
2=CF、/CF2=CFOfCF2) 3COOC1
13共重合体(共重合体A)からなる厚さ20+zmと
イオン交換容量1.5ミリ当ffi/g乾燥樹脂ノcF
2=cF2/CF、=CFO(CF2) IC0OC:
H3共重合体(共重合体C)の厚さ 150μmとの積
層膜の共重合体C側に共重合体Cとイオン交換容u 1
.0ミリ当量/g乾燥樹脂のCF2=CFz/ CF2=CFOC:F2CF(CF3)0(CF、)、
SO,F (共重合体B)との1:lのブレンド膜30
umおよび共重合体Bからなる厚さ10μmのフィルム
を、共重合体B層が最外層になるようにして、熱プレス
により複層膜(1)を得た。
Table 2 Example 9 Ion exchange capacity 1.2 meq/g CF of dry resin
2=CF, /CF2=CFOfCF2) 3COOC1
13 copolymer (copolymer A) with a thickness of 20+ zm and an ion exchange capacity of 1.5 mm/g dry resin cF
2=cF2/CF,=CFO(CF2) IC0OC:
The thickness of the H3 copolymer (copolymer C) is 150 μm, and the copolymer C and ion exchange capacity u 1 are placed on the copolymer C side of the laminated film.
.. CF2=CFz/CF2=CFOC:F2CF(CF3)0(CF, ),
1:l blend membrane 30 with SO,F (copolymer B)
A multilayer film (1) was obtained by hot pressing a 10 μm thick film consisting of um and copolymer B, with the copolymer B layer being the outermost layer.

次に、複層膜(1)の共重合体B層側に、ZrO□を3
0重量%含有するメチルセルロース、水、シクロヘキサ
ノール、シクロヘキサノンからなるペーストにより形成
されたZr(h多孔質層を、熱プレスにより積層し、塩
素ガス開放層を付与せしめた複層膜(2)を得た。さら
に、複層膜の共重合体A側に、酸型化共重合体Bのエタ
ノール溶液と5μm粒径ZrO□粒子(40vo1%)
からなる混合ペーストを塗布し、乾燥せしめ、熱プレス
したのち、複合膜(3)を得た。
Next, 3 layers of ZrO□ were added to the copolymer B layer side of the multilayer film (1).
A Zr(h) porous layer formed from a paste consisting of methyl cellulose containing 0% by weight, water, cyclohexanol, and cyclohexanone was laminated by hot pressing to obtain a multilayer film (2) with a chlorine gas release layer. Further, on the copolymer A side of the multilayer film, an ethanol solution of acidified copolymer B and 5 μm particle size ZrO□ particles (40vo1%) were added.
A composite membrane (3) was obtained by applying a mixed paste consisting of the above, drying and hot pressing.

かくして得られた複合膜(3)を苛性ソーダ水溶液中で
加水分解した後、共重合体A側に積層したZrO□含有
共重合体B層側に、SUS 304製パンチトメタルを
52重量%の苛性ソーダ水溶液中、150℃で52時間
エツチング処理して得られた低水素過電圧陰極を、抜脱
の反対側にチタンのパンチトメタルに酸化ルテニウム、
酸化イリジウムと酸化チタンの固溶体を被覆してなる低
塩素過電圧陽極が接触するように配置させ、陽極室に2
10 g/lの食塩水を供給しつつ、電流密度30 A
/dm2.温度90℃において、陰極液苛性ソーダ濃度
を変化させて電解を行なった。結果を表−3に示す。
After hydrolyzing the composite membrane (3) thus obtained in a caustic soda aqueous solution, 52% by weight of caustic soda was added to the ZrO□-containing copolymer B layer layer laminated on the copolymer A side with SUS 304 punched metal. A low hydrogen overvoltage cathode obtained by etching at 150°C for 52 hours in an aqueous solution is placed on a punched titanium metal plate with ruthenium oxide on the opposite side of the extraction.
A low chlorine overvoltage anode coated with a solid solution of iridium oxide and titanium oxide is arranged so as to be in contact with each other, and two
Current density 30 A while supplying 10 g/l saline
/dm2. Electrolysis was performed at a temperature of 90° C. while changing the concentration of caustic soda in the catholyte. The results are shown in Table-3.

表−3 実施例10 実施例10の複層膜において、ZrO□含有共重合体B
iの代りに、2μmのSiO□を酸型化共重合体Bのエ
タノール溶液に混合したペーストからなる5ins含有
(40vo1%)共重合体B′層を形成させた以外は、
全(同様にして製膜し、加水分解を行なった。加水分解
後、SiO2は完全に溶出し、B′層は多孔化していた
。電解も、実施例10と全く同様に以下の結果を得た。
Table 3 Example 10 In the multilayer film of Example 10, ZrO□-containing copolymer B
In place of i, a 5ins-containing (40vo 1%) copolymer B' layer consisting of a paste of 2 μm of SiO□ mixed with an ethanol solution of acidified copolymer B was formed.
A film was formed in the same manner and hydrolyzed. After hydrolysis, SiO2 was completely eluted and the B' layer was made porous. Electrolysis was performed in the same manner as in Example 10, with the following results obtained. Ta.

結果を表−4に示す。The results are shown in Table 4.

実施例11 実施例1Oにおいて、食塩水210 g/lを供給する
代りに、塩化カリウム水溶液170−180 g/lを
供給する以外は、全く同様にして電解を行ない、表−5
の様な結果を得た。
Example 11 Electrolysis was carried out in exactly the same manner as in Example 1O, except that 170-180 g/l of potassium chloride aqueous solution was supplied instead of 210 g/l of saline solution, and Table 5
I got a result like this.

表−5 表−4 代rlP人(弁理上)平石利子Table-5 Table-4 Toshiko Hiraishi (Representative rlP person (on patent attorney))

Claims (17)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)20〜55重量%の水酸化アルカリを製造するに
あたり、以下の(a)〜(c)から選ばれる厚さ5μm
以上の耐アルカリ性を有する陽イオン交換体を含む第一
の層と、45重量%NaOH水溶液中の含水率が2〜7
重量%の範囲にあり、厚さが5μm以上の−CO_2M
基(Mはアルカリ金属)を有するパーフルオロカーボン
重合体の第二の層との少なくとも二層からなる含フッ素
陽イオン交換膜を、第一の層を陰極側に向けて配した電
解槽の陽極室に塩化アルカリを供給して電解することを
特徴とする水酸化アルカリの製造方法。 (a)耐アルカリ性無機物又は小繊維を分散して含有す
る陽イオン交換体からなる多孔体の層 (b)陽イオン交換樹脂からなる、孔の貫通性の小さい
多孔体の層 (c)イオン交換基を有しない耐アルカリ性重合体が埋
め込まれた陽イオン交換体の多孔体の層
(1) When producing 20 to 55% by weight alkali hydroxide, the thickness is 5 μm selected from the following (a) to (c).
A first layer containing a cation exchanger having alkali resistance as described above and a water content of 2 to 7 in a 45% by weight NaOH aqueous solution.
-CO_2M in the range of % by weight and with a thickness of 5 μm or more
An anode chamber of an electrolytic cell in which a fluorine-containing cation exchange membrane consisting of at least two layers including a second layer of a perfluorocarbon polymer having a group (M is an alkali metal) is arranged with the first layer facing the cathode side. A method for producing alkali hydroxide, which comprises supplying alkali chloride to and electrolyzing it. (a) A porous layer made of a cation exchanger containing dispersed alkali-resistant inorganic substances or fibrils (b) A porous layer with small pore penetration made of a cation exchange resin (c) Ion exchange A porous layer of cation exchanger embedded with an alkali-resistant polymer without groups
(2)第一の層(a)中に含有される耐アルカリ性無機
物が長周期型周期表のII_a、III_b、IV_b、V_
b、III_a、IV_a族の第三周期以降の元素の酸化物
、窒化物、炭化物、水酸化物あるいは炭化ホウ素の単独
又はそれらの混合物から選択され、平均粒径又は平均線
径が、それぞれ20μm以下で第一の層の厚さの二分の
一以下の粒子又は小繊維からなる特許請求の範囲(1)
の方法。
(2) The alkali-resistant inorganic substances contained in the first layer (a) are II_a, III_b, IV_b, V_ of the long periodic table.
Selected from oxides, nitrides, carbides, hydroxides, or boron carbide of elements in the third and later periods of groups b, III_a, and IV_a, singly or in combination, and each having an average particle size or average wire diameter of 20 μm or less Claim (1) consisting of particles or fibrils that are not more than half the thickness of the first layer.
the method of.
(3)第一の層(a)中に含有される無機物粒子の含有
量が、第一の層中、容積比率20〜80%である特許請
求の範囲(1)の方法。
(3) The method according to claim (1), wherein the content of the inorganic particles contained in the first layer (a) is 20 to 80% by volume.
(4)第一の層(b)中の陽イオン交換樹脂の多孔体が
、ガーレーナンバー350以上、空隙率5〜95%の含
フッ素陽イオン交換体からなる特許請求の範囲(1)の
方法。
(4) The method according to claim (1), wherein the porous body of the cation exchange resin in the first layer (b) is a fluorine-containing cation exchanger with a Gurley number of 350 or more and a porosity of 5 to 95%. .
(5)第一の層(c)中のイオン交換基を有しない耐ア
ルカリ性重合体がフルオロカーボン重合体であり、その
形状がウェブ、小繊維又は粒子である特許請求の範囲(
1)の方法。
(5) Claims in which the alkali-resistant polymer having no ion exchange groups in the first layer (c) is a fluorocarbon polymer, and the shape thereof is a web, fibrils, or particles (
Method 1).
(6)第一の層が(a)、(b)、(c)のうち少なく
とも2種以上の組み合わせからなる特許請求の範囲(1
)の方法。
(6) Claim (1) in which the first layer consists of a combination of at least two or more of (a), (b), and (c).
)the method of.
(7)第一の層を構成する耐アルカリ性陽イオン交換体
が−SO_3M基又は−OM基(Mはアルカリ金属)を
有するパーフルオロカーボン重合体であり、該膜の厚さ
が10〜200μmである特許請求の範囲(1)の方法
(7) The alkali-resistant cation exchanger constituting the first layer is a perfluorocarbon polymer having -SO_3M group or -OM group (M is an alkali metal), and the thickness of the film is 10 to 200 μm. The method according to claim (1).
(8)第二の層が、厚さ5〜300μm、イオン交換容
量0.85〜1.6ミリ当量/g乾燥樹脂の−CO_2
M基含有パーフルオロカーボン重合体からなる層である
特許請求の範囲(1)の方法。
(8) The second layer has a thickness of 5 to 300 μm and an ion exchange capacity of 0.85 to 1.6 meq/g of dry resin -CO_2
The method according to claim (1), wherein the layer is made of an M group-containing perfluorocarbon polymer.
(9)第一の層を構成する耐アルカリ性陽イオン交換体
が、イオン交換容量0.85〜1.6ミリ当量/g乾燥
樹脂の−SO_2M基含有パーフルオロカーボン重合体
である特許請求の範囲(1)の方法。
(9) Claims ( Method 1).
(10)含フッ素陽イオン交換膜が、第二の層の陽極側
に陽イオン交換基を有するパーフルオロカーボン重合体
からなり、且つ比抵抗が第二の層よりも小さく、厚みの
大きい第三の層を有する特許請求の範囲(1)の方法。
(10) The fluorine-containing cation exchange membrane is made of a perfluorocarbon polymer having a cation exchange group on the anode side of the second layer, and has a specific resistance smaller than that of the second layer and a thicker third layer. The method of claim (1) comprising a layer.
(11)含フッ素陽イオン交換膜が、第二の層又は第三
の層の陽極側に、厚さ10〜450μm、気孔率30〜
95%を有し、表面及び内部を親水化された多孔性含フ
ッ素重合体からなる第四の層を有する特許請求の範囲(
1)の方法。
(11) A fluorine-containing cation exchange membrane is provided on the anode side of the second layer or the third layer with a thickness of 10 to 450 μm and a porosity of 30 to
95%, and the fourth layer is made of a porous fluoropolymer whose surface and interior are made hydrophilic (
Method 1).
(12)含フッ素陽イオン交換膜の少なくとも一表面に
ガスの気泡開放のための手段を有する特許請求の範囲(
1)の方法。
(12) Claims comprising means for opening gas bubbles on at least one surface of the fluorine-containing cation exchange membrane (
Method 1).
(13)含フッ素陽イオン交換膜の少なくとも一表面に
水素ガスの気泡開放のための手段を有する特許請求の範
囲(1)の方法。
(13) The method according to claim (1), comprising means for opening hydrogen gas bubbles on at least one surface of the fluorine-containing cation exchange membrane.
(14)含フッ素陽イオン交換膜の表面に塩素ガスの気
泡開放のための手段を有する特許請求の範囲(1)の方
法。
(14) The method according to claim (1), comprising means for opening chlorine gas bubbles on the surface of the fluorine-containing cation exchange membrane.
(15)ガスの気泡開放のための手段が、膜表面の微細
な凹凸である特許請求の範囲(14)の方法。
(15) The method according to claim (14), wherein the means for opening gas bubbles is fine irregularities on the surface of the membrane.
(16)ガスの気泡開放のための手段が、親水性無機粒
子のデポジットである特許請求の範囲(14)の方法。
(16) The method according to claim (14), wherein the means for opening gas bubbles is a deposit of hydrophilic inorganic particles.
(17)ガスの気泡開放のための手段が、膜表面にガス
及び液の透過性の電極活性を有しない粒子を含む多孔質
層である特許請求の範囲(14)の方法。
(17) The method according to claim (14), wherein the means for opening gas bubbles is a porous layer containing gas- and liquid-permeable particles having no electrode activity on the membrane surface.
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