JPH0816274B2 - Method for producing quaternary ammonium hydroxide - Google Patents

Method for producing quaternary ammonium hydroxide

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JPH0816274B2
JPH0816274B2 JP62218058A JP21805887A JPH0816274B2 JP H0816274 B2 JPH0816274 B2 JP H0816274B2 JP 62218058 A JP62218058 A JP 62218058A JP 21805887 A JP21805887 A JP 21805887A JP H0816274 B2 JPH0816274 B2 JP H0816274B2
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quaternary ammonium
cation exchange
ammonium hydroxide
chamber
exchange membrane
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俊勝 佐田
久彦 岩本
隆志 出尾
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は有機の第四級アンモニウム塩から水酸化第四
級アンモニウムをイオン交換膜を用いた電気分解反応に
よって合成する方法に関する。更に詳しくは高純度の特
に水酸化テトラアルキルアンモニウムを特殊な陽イオン
交換膜を用いて電解合成する改良された製法に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for synthesizing quaternary ammonium hydroxide from an organic quaternary ammonium salt by an electrolysis reaction using an ion exchange membrane. More specifically, it relates to an improved process for electrolytically synthesizing high-purity tetraalkylammonium hydroxide using a special cation exchange membrane.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

水酸化第四級アンモニウムは相間移動触媒など有機の
強塩基として化学反応において有用な薬品であり、特に
近年エレクトロニクス産業の拡大とともにIC,LSIなどの
製造におけるポジ型ホトレジストの現像液として、脚光
を浴び需要が伸びている。この水酸化第四級アンモニウ
ムの製法としては、有機の第三級アミンとハロゲン化ア
ルキルを反応させて第四級アンモニウムハロゲン化物と
して、これを水酸化物に変える方法、第三級アミンとジ
メチル硫酸と反応させて第四級アンモニウム硫酸塩とし
て、これを水酸化物とする方法、あるいは三級アミンと
ジメチル炭酸を反応させて第四級アンモニウム炭酸塩と
して、これを水酸化物にする方法等があるが、合成の容
易さから一般に三級アミンとハロゲン化アルキルを反応
させる場合が多い。上記の第四級アンモニウム塩を水酸
化物に変換する方法として、イオン交換樹脂による方
法、水酸化銀を加えて塩化銀として析出させ、水酸化第
四級アンモニウムとする方法があるが、これらは煩雑な
操作を必要とし、必ずしも高純度の水酸化第四級アンモ
ニウムが得られるとは限らない。また近年、イオン交換
膜の性能の向上とともに、イオン交換膜を用いて電気分
解反応による方法を実施することが行われている。即
ち、陽極室と陰極室を陽イオン交換膜で分画して、陽極
室に第四級アンモニウム塩を加え、陽イオン交換膜に第
四級アンモニウムイオンを透過させ、陰極上で水素ガス
が発生し且つ水酸イオンを発生させて製造する方法、ま
た陽極室、陰イオン交換膜−陽イオン交換膜の中間室お
よび陰極室と三室に区画して、中間室に第四級アンモニ
ウムハライドを供給し、陽イオン交換膜に第四級アンモ
ニウムイオンを透過させ、陰イオン交換膜にハライドな
どのイオンを透過させて、陰極室で水酸化物を生成し、
陽極室でハロゲンガスを発生させて製造する方法があ
る。しかし、これらのイオン交換膜を用いるプロセス
は、高純度の水酸化第四級アンモニウムを得ることが出
来るが、通常の陰イオン交換膜を用いると、本来、膜を
透過し易い水酸化物は中間室や陽極室に逆拡散し、低い
電流効率でしか目的とする水酸化物を取得することが出
来ない。そのため、食塩電解に用いられるような膜の一
方の面に、カルボン酸基層が存在する陽イオン交換膜が
用いられるなどの改良がされてきた。
Quaternary ammonium hydroxide is a chemical useful as a strong organic base such as a phase transfer catalyst in chemical reactions, and particularly as the electronics industry has expanded in recent years, it has come into the limelight as a developer for positive photoresists in the manufacture of ICs, LSIs, etc. Demand is growing. This quaternary ammonium hydroxide can be produced by reacting an organic tertiary amine with an alkyl halide to form a quaternary ammonium halide, which is converted into a hydroxide, a tertiary amine and dimethylsulfate. And a quaternary ammonium sulfate to form a hydroxide, or a tertiary amine and dimethyl carbonic acid to form a quaternary ammonium carbonate to form a hydroxide. However, in general, a tertiary amine and an alkyl halide are often reacted for ease of synthesis. As a method of converting the above quaternary ammonium salt into a hydroxide, there are a method using an ion exchange resin, a method of adding silver hydroxide and precipitating it as silver chloride to obtain a quaternary ammonium hydroxide. A complicated operation is required, and a high-purity quaternary ammonium hydroxide is not always obtained. In addition, in recent years, along with the improvement of the performance of the ion exchange membrane, a method by an electrolysis reaction using the ion exchange membrane has been carried out. That is, the anode chamber and the cathode chamber are fractionated by a cation exchange membrane, a quaternary ammonium salt is added to the anode chamber, the quaternary ammonium ions are transmitted through the cation exchange membrane, and hydrogen gas is generated on the cathode. And producing hydroxide ions, and also dividing into three chambers, an anode chamber, an anion exchange membrane-an intermediate chamber of a cation exchange membrane and a cathode chamber, and supplying a quaternary ammonium halide to the intermediate chamber. , Permeate quaternary ammonium ions into the cation exchange membrane, permeate ions such as halide into the anion exchange membrane, and generate hydroxide in the cathode chamber,
There is a method of producing by producing a halogen gas in the anode chamber. However, the process using these ion-exchange membranes can obtain high-purity quaternary ammonium hydroxide, but when using a normal anion-exchange membrane, the hydroxide which is easy to permeate the membrane is essentially intermediate. The target hydroxide can be obtained only with low current efficiency because it diffuses back into the chamber and anode chamber. Therefore, improvements have been made such as the use of a cation exchange membrane having a carboxylic acid base layer on one surface of the membrane used for salt electrolysis.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

以上に述べた各種の従来技術のうちで、イオン交換樹
脂によって有機の第四級アンモニウム塩を水酸化物に変
換する方法は、イオン交換樹脂の特有の性質として、酸
および/またはアルカリによる再生処理を必要とするた
め操作上煩雑であることと同時に、高純度という観点に
立つと再生用試薬に何を用いるにせよ、再生試薬の樹脂
内への残留とそれらによる水酸化第四級アンモニウムが
汚染する問題がある。また、水酸化銀を用いる方法は操
作が煩雑であり、高価な銀塩の若干の損失は免れ得ない
し、ハロゲン化銀も若干の溶解度を有するため生成物の
汚染がある。
Among the various conventional techniques described above, the method of converting an organic quaternary ammonium salt into a hydroxide by an ion exchange resin is a regeneration treatment with an acid and / or an alkali as a characteristic property of the ion exchange resin. However, from the viewpoint of high purity, no matter what is used for the regenerating reagent, the residue of the regenerating reagent in the resin and the quaternary ammonium hydroxide contaminating them are contaminated. I have a problem to do. Further, the method using silver hydroxide is complicated in operation, some loss of expensive silver salt is unavoidable, and silver halide also has some solubility, so that the product is contaminated.

ところで、高純度の水酸化第四級アンモニウムを経済
的な方法によって得るという目的からすると、原料とな
る第四級アンモニウム塩が高純度のもので、不純物が一
切含まれていないことを必須とするが、反応工程上ある
いは反応器の材質上から微量の金属イオンが混入してく
る場合があり、特にホトレジストの現像液として使用す
る場合には微量の金属イオン、特にNa+などのアルカリ
金属イオンの存在が好ましくないため、一般に100ppm以
下の含有量で使用する必要がある。通常の陽イオン交換
膜を使用する場合には、第四級アンモニウムイオンとア
ルカリ金属イオンの膜透過性を比較すると、イオン半径
の小さいNa+などのアルカリ金属イオンの方が第四級ア
ンモニウムイオンの有機イオンよりも膜透過し易い。従
って、微量でも原料中の第四級アンモニウム塩中にアル
カリ金属イオンが混存すると、陰極室から得られる生成
物中にアルカリ金属イオンは濃縮された状態で存在する
ことになるため、余程純度の高い第四級アンモニウム塩
を用いない限り、高純度の水酸化第四級アンモニウムを
得ることは困難であった。
By the way, for the purpose of obtaining high-purity quaternary ammonium hydroxide by an economical method, it is essential that the raw material quaternary ammonium salt is of high purity and contains no impurities. However, a trace amount of metal ions may be mixed in from the reaction step or from the material of the reactor, especially when used as a photoresist developing solution, a trace amount of metal ions, especially alkali metal ions such as Na + . Since its presence is not preferable, it is generally necessary to use it in a content of 100 ppm or less. When using a normal cation exchange membrane, comparing the membrane permeability of quaternary ammonium ions and alkali metal ions, alkali metal ions such as Na + with a small ionic radius are more quaternary ammonium ions. Permeable through the membrane more easily than organic ions. Therefore, even if a trace amount of the alkali metal ions are mixed in the quaternary ammonium salt in the raw material, the alkali metal ions will be present in the product obtained from the cathode chamber in a concentrated state, and therefore the purity will be too high. It was difficult to obtain high-purity quaternary ammonium hydroxide unless a high quaternary ammonium salt was used.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明者等は、より高純度の水酸化第四級アンモニウ
ムをより容易に且つ経済的に取得するために鋭意研究を
重ねた結果、意外にも陽イオン交換膜の第四級アンモニ
ウム塩の溶液に接する側に薄層状に陽イオン性の基を有
する薄層が存在する陽イオン交換膜を用いると、イオン
半径の大きい有機の第四級アンモニウムイオンがアルカ
リ金属イオンをはじめ他の重金属イオンに比較し選択的
に膜透過することにより所期の目的が達成されることを
見出し、本発明を完成した。即ち、本発明は陽極、陰極
間を1枚以上の陽イオン交換膜で区分し、陽極室及び陰
極室を夫々形成した電解槽を用い、該陽極室に第四級ア
ンモニウム塩を供給し、電解を行ない、陰極室から水酸
化第四級アンモニウムを取得する方法において、使用す
る陽イオン交換膜の少なくとも1枚は、その表層部に陽
イオン性の基を有する薄層に存在させ、かつ該薄層を陽
極に面する側に向けて設けることを特徴とする水酸化第
四級アンモニウムの製造方法である。
The inventors of the present invention have made earnest studies to obtain higher purity quaternary ammonium hydroxide more easily and economically, and as a result, surprisingly, a solution of a quaternary ammonium salt of a cation exchange membrane. Using a cation-exchange membrane in which a thin layer having a cationic group is present on the side in contact with the cation, organic quaternary ammonium ions with a large ionic radius are compared with other heavy metal ions including alkali metal ions. Then, they have found that the intended purpose can be achieved by selective membrane permeation, and have completed the present invention. That is, the present invention uses an electrolytic cell in which the anode and the cathode are separated by one or more cation exchange membranes, and an anode chamber and a cathode chamber are formed, and a quaternary ammonium salt is supplied to the anode chamber for electrolysis. In the method for obtaining quaternary ammonium hydroxide from the cathode chamber, at least one cation exchange membrane to be used is present in a thin layer having a cationic group on the surface layer thereof, and A method for producing quaternary ammonium hydroxide, characterized in that the layer is provided facing the side facing the anode.

本発明は、陽極と陰極との間に1枚以上のイオン交換
膜を配した電解槽を用い、陽極側即ち、陽極室には第四
級アンモニウム塩水溶液を供給し、陰極室から高純度の
水酸化第四級アンモニウム溶液が取得される。陰極と陽
極との間には一枚以上の陽イオン交換膜が配され、二枚
以上の陽イオン交換膜を用いるときは、その中間の部屋
には水酸化第四級アンモニウムの水溶液が満たされる。
陽イオン交換膜は炭化水素系、フルオロカーボン系、パ
ーフルオロカーボン系のいづれでもよく、一般に0.01〜
2mmの厚みを有し、イオン交換容量は乾燥膜1gあたり一
般に0.3〜3.0ミリ当量を有するもので、好ましくは陽イ
オン交換膜の陰極に面する側には陽イオン交換基として
カルボン酸基が結合し、その余の部分にはスルホン酸基
が結合するか、該面が膜本体のイオン交換容量の2/3以
下の交換容量に相当するスルホン酸基が結合した異方構
造の膜が望ましい。
The present invention uses an electrolytic cell in which one or more ion exchange membranes are arranged between an anode and a cathode, an aqueous solution of quaternary ammonium salt is supplied to the anode side, that is, the anode chamber, and a high-purity aqueous solution is supplied from the cathode chamber. A quaternary ammonium hydroxide solution is obtained. One or more cation exchange membranes are arranged between the cathode and the anode, and when two or more cation exchange membranes are used, the intermediate room is filled with an aqueous solution of quaternary ammonium hydroxide. .
The cation exchange membrane may be any of hydrocarbon type, fluorocarbon type and perfluorocarbon type.
It has a thickness of 2 mm, the ion exchange capacity is generally 0.3 to 3.0 milliequivalents per 1 g of the dry membrane, preferably the side facing the cathode of the cation exchange membrane is bonded with a carboxylic acid group as a cation exchange group. However, it is desirable that a sulfonic acid group is bonded to the remaining portion, or that the surface has an anisotropic structure in which a sulfonic acid group corresponding to 2/3 or less of the ion exchange capacity of the membrane body is bonded.

本発明に用いる陽イオン交換膜の特徴は膜の陽極に面
する側には陽イオン性の基を有する薄槽が存在すること
にある。
The feature of the cation exchange membrane used in the present invention is that a thin tank having a cation group is present on the side of the membrane facing the anode.

陽イオン交換膜に陽イオン性の基を有する薄層を形成
する場合、陽イオン性の基を有する薄層があまりに厚い
とバイポーラ−イオン交換膜となり、膜の電気抵抗の異
常な増大とその結果として膜内での発熱、膜性能劣化を
生じ、電流効率も低下する。従って陽イオン性の基を有
する薄層の厚みは10〜50000Å、好ましくは20〜10000Å
が好ましく、陽イオン性の基は強塩基性の官能基である
ことが望ましい。このような層を形成する方法は従来公
知の方法が広く採用される。即ち陽イオン交換膜を陽イ
オン性高分子電解質の溶液、分散液中に浸漬したり、濃
厚な液を塗布、噴霧したりすることによって、或いは付
着時の温度を高く保ち、陽イオン交換膜を膨潤させた状
態で膜の内部まで浸み込ますことが一つの方法である。
しかし使用中に経時的に付着した陽イオン性の高分子電
解質が離脱していく可能性がある。そのため安定な共有
結合性の結合で膜面に結合することが好ましい。例えば
エポキシ基を有する陽イオン交換膜に一級、二級、三級
アミンを有する陽イオン性高分子例えばポリ−4−ビニ
ルピリジンを結合させたあと、アルキル化処理する方
法、スルホン酸基やカルボン酸基を導入する前の陽イオ
ン交換膜原膜に、片面のみクロルメチル化処理−アミノ
化処理で陽イオン性の基を薄層状に形成し、スルホン酸
カルボン酸基等を導入する方法も本発明で有効な方法で
ある。また高分子鎖のからみ合いを利用したものとし
て、4−ビニルピリジンはマトリックス重合をするとこ
ろから、陽イオン交換膜を酸型にしておいて、これを4
−ビニルピリジンの溶液に短時間、膜の片面のみ浸漬し
て膜表層部で4−ビニルピリジンのポリマーを形成さ
せ、次いで中和した後、ピリジン環をアルキル化処理す
る方法などがあり、これは陽イオン交換膜の高分子マト
リックス中に陽イオン性高分子がからみ合った状態とな
っており、一つの好ましい態様である。一般に陽イオン
交換膜に陽イオン性の基を有薄層を形成すると膜の電気
抵抗は上昇する。この上昇が1.0Nの水酸化テトラメチル
アンモニウム中で電気抵抗を1.0A/dm2の電流密度で測定
したとき、陽イオン性の基を有する薄層を形成していな
い陽イオン交換膜の電気抵抗の10倍以上特に5倍以上と
ならないことが好ましい。また、あまりに薄い場合には
第四級アンモニウムイオンに比べてNa+などの金属イオ
ン膜透過を阻止する能力が失われる。さらに、陽イオン
性の基を有する薄層内における陽イオン性基の濃度は出
来るだけ高いことが望ましく、陽イオン性の基を有する
薄層のみを取り出したときの固定イオン濃度は、一般に
5重量モル以上の濃度であることが必要である。特に陽
イオン性の基を有する薄層が面している第四級アンモニ
ウム塩、あるいはその水酸化物の濃度が高いほど、上記
した固定イオン濃度は高いことが望ましい。
When forming a thin layer having a cationic group on a cation exchange membrane, if the thin layer having a cationic group is too thick, it becomes a bipolar-ion exchange membrane, resulting in an abnormal increase in the electric resistance of the membrane and its result. As a result, heat is generated in the film, film performance is deteriorated, and current efficiency is also reduced. Therefore, the thickness of the thin layer having a cationic group is 10 to 50000Å, preferably 20 to 10000Å
It is preferable that the cationic group is a strongly basic functional group. A conventionally known method is widely adopted as a method for forming such a layer. That is, by immersing the cation exchange membrane in a solution or dispersion of the cationic polyelectrolyte, or by coating and spraying a concentrated solution, or by keeping the temperature at the time of adhesion high, One method is to penetrate the inside of the film in a swollen state.
However, there is a possibility that the cationic polyelectrolyte that has adhered may be released over time during use. Therefore, it is preferable to bond to the membrane surface by a stable covalent bond. For example, a method in which a cationic polymer having a primary, secondary, or tertiary amine, such as poly-4-vinylpyridine, is bound to a cation exchange membrane having an epoxy group and then alkylated, a sulfonic acid group or a carboxylic acid is used. In the present invention, a method for introducing a sulfonic acid carboxylic acid group or the like into a thin layer of a cation exchange membrane before introducing a group, a cationic group is formed into a thin layer by chlormethylation treatment-amination treatment only on one surface, This is an effective method. In addition, since 4-vinylpyridine undergoes matrix polymerization as a product utilizing the entanglement of polymer chains, the cation exchange membrane is made into an acid type, and this is
There is a method in which only one side of the membrane is immersed in a solution of vinylpyridine for a short time to form a polymer of 4-vinylpyridine on the surface layer of the membrane, and then neutralized, and then the pyridine ring is alkylated. A cationic polymer is in a state of being entangled in the polymer matrix of the cation exchange membrane, which is one preferable embodiment. Generally, when a thin layer having a cationic group is formed on a cation exchange membrane, the electric resistance of the membrane increases. When this increase was measured in 1.0 N tetramethylammonium hydroxide at a current density of 1.0 A / dm 2 , the electric resistance of a cation-exchange membrane that did not form a thin layer with cationic groups was measured. 10 times or more, and particularly preferably 5 times or more. If it is too thin, the ability to block permeation of metal ions such as Na + through the quaternary ammonium ion is lost. Further, it is desirable that the concentration of the cationic group in the thin layer having the cationic group is as high as possible, and the fixed ion concentration when only the thin layer having the cationic group is taken out is generally 5% by weight. It is necessary that the concentration is not less than molar. In particular, the higher the concentration of the quaternary ammonium salt or the hydroxide thereof facing the thin layer having a cationic group, the higher the above-mentioned fixed ion concentration is desirable.

本発明において原料として供される第四級アンモニウ
ム塩は、一般式R4NX(Rは例えばメチル基、エチル基、
プロピル基、ブチル基などのアルキル基、例えばフェニ
ルなどのアリール基、またはそれらの誘導体で、それぞ
れ同一または異種でもよく、またXは例えばクロルイオ
ン、ブロムイオンなどのハロゲンイオン、硫酸イオン、
炭酸イオン、硝酸イオン、リン酸イオンなどの酸基であ
る)で表される有機化合物であり、特に第四級アンモニ
ウムハライドが好適に用いられる。また、本発明で得ら
れる水酸化第四級アンモニウムは、一般式〔R4N〕+OH-
(Rは上記と同一)で表される有機化合物である。
The quaternary ammonium salt used as a raw material in the present invention has a general formula R 4 NX (R is, for example, a methyl group, an ethyl group,
Alkyl groups such as propyl group and butyl group, aryl groups such as phenyl, or derivatives thereof, which may be the same or different, and X is, for example, halogen ion such as chlorine ion or bromion ion, sulfate ion,
An organic compound represented by an acid group such as a carbonate ion, a nitrate ion, and a phosphate ion), and a quaternary ammonium halide is particularly preferably used. Also, quaternary ammonium hydroxide obtained by the present invention, the general formula [R 4 N] + OH -
(R is the same as above).

陽極室に供給される第四級アンモニウム塩の濃度は、
一般に0.2〜4.0規定であることが望ましい。この濃度が
あまりに低いと溶液の電気抵抗が大きく、あまりに濃度
が高いと溶液が粘稠となり好ましくない。また、陰極で
取得される生成物である水酸化第四級アンモニウムの濃
度は、一般に0.1規定〜4.5規定の範囲で最適の濃度が選
定されるが、これより濃度が低いと使用目的によっては
更に濃縮操作を必要とし煩雑となるため不純物の混入を
招く怖れがあり、またあまり濃厚になるとイオン交換膜
の特性上から水酸化生成のための電流効率の低減を生じ
工業的に不利となる。複数枚の陽イオン交換膜を用いる
場合には、陽イオン交換膜と陽イオン交換膜との中間の
部屋には一般に0.1規定〜4.5規定の水酸化物が満たされ
る。なお、各室はそれぞれ独立に液循環し、液流速は一
般に0.5〜100cm/secで流し、流線を乱すためにプラスチ
ック製の網を配することが好ましい。
The concentration of the quaternary ammonium salt supplied to the anode chamber is
Generally, it is desirable that the standard is 0.2 to 4.0. If this concentration is too low, the electrical resistance of the solution will be large, and if the concentration is too high, the solution will become viscous, which is not preferable. In addition, the concentration of quaternary ammonium hydroxide, which is the product obtained at the cathode, is generally selected to be the optimum concentration within the range of 0.1 normal to 4.5 normal, but if the concentration is lower than this, it may be further increased depending on the purpose of use. There is a fear that impurities will be mixed in because it requires a concentration operation and becomes complicated, and if it is too concentrated, the current efficiency for hydroxylation generation is reduced due to the characteristics of the ion exchange membrane, which is industrially disadvantageous. When a plurality of cation exchange membranes are used, the room between the cation exchange membranes is generally filled with 0.1 to 4.5 normal hydroxide. Liquid is preferably circulated independently in each chamber, the liquid flow rate is generally 0.5 to 100 cm / sec, and a plastic net is preferably arranged to disturb the streamlines.

陽極は従来公知の酸化雰囲気で安定な陽極が用いら
れ、炭素、白金コーティングチタン、Ru,Ir等をチタン
上にコーティングした謂ゆる不溶性陽極が好適に用いら
れ、陰極としては強塩基性雰囲気で安定であり、かつ過
電圧の低いものが選定され、例えばSUS316、白金、ラネ
ーニッケル等の不溶性の食塩電解に於いて広く用いられ
ている活性陰極が何ら制限なく用いられる。
As the anode, a conventionally known anode that is stable in an oxidizing atmosphere is used, and a so-called loose insoluble anode in which carbon, platinum-coated titanium, Ru, Ir, etc. are coated on titanium is preferably used, and the cathode is stable in a strongly basic atmosphere. The active cathode which is widely used in insoluble salt electrolysis of SUS316, platinum, Raney nickel, etc. is used without any limitation.

また電極の形状は特に限定されず、例えば、板状或い
は網状、エキスパンドメタル、多孔板などの多孔体スダ
レ状などのロッド状などが用いられる。
Further, the shape of the electrode is not particularly limited, and for example, a plate shape, a net shape, an expanded metal, a rod shape such as a perforated porous body such as a perforated plate, or the like is used.

また、電解にあたっては溶液の濃度に依存し、通常1
〜50A/dm2の電流密度で運転されるが、第四級アンモニ
ウム塩および水酸化第四級アンモニウムは高温では不安
定であり、電解槽内の温度が90℃を越えない範囲で操業
することが必要である。
In electrolysis, it usually depends on the concentration of the solution,
Although operating at a current density of ~50A / dm 2, quaternary ammonium salts and quaternary ammonium hydroxide is unstable at high temperatures, the temperature in the electrolytic cell is operated at a range not exceeding 90 ° C. is necessary.

〔効 果〕[Effect]

本発明によれば、陽イオン交換膜の表層部に陽イオン
性の基を有する薄膜を有する陽イオン交換膜を一枚以上
用いることによって、原料の第四級アンモニウム塩中に
含まれている金属イオンを特に除去することなく、ある
いは特別に高純度の第四級アンモニウム塩を用いること
なく、高純度の水酸化第四級アンモニウムを安定して工
業的に製造することが出来る。
According to the present invention, by using at least one cation exchange membrane having a thin film having a cationic group on the surface layer portion of the cation exchange membrane, the metal contained in the quaternary ammonium salt as a raw material is used. High-purity quaternary ammonium hydroxide can be stably and industrially produced without particularly removing ions or without using a particularly high-purity quaternary ammonium salt.

〔実施例〕〔Example〕

以下、実施例によって本発明の内容を具体的に説明す
るが、本発明は以下の実施例によって拘束されるもので
はない。
Hereinafter, the content of the present invention will be specifically described with reference to Examples, but the present invention is not limited to the following Examples.

実施例1 有効通電面積20cm2の3室構成の電解槽を用いた陽極
性にはチタン板上にRuO2・TiO2をコーティングしたエキ
スバンドメタンの陽極を配して、1.5規定のテトラメチ
ルアンモニウム炭酸塩の水溶液を入れて第二室目との間
にデュポン社製のパーフルオロカーボン系の陽イオン交
換膜(商品名,ナフィオン901)の表面に陽イオン性の
基を有する薄層を形成したものを配し、第二室には1.0
規定のテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水
溶液を満し、第三室(陰極室)との境に同じ陽イオン性
の基を有する薄層を形成したナフィオン901を配し、陰
極室には1.5規定のテトラメチルアンモニウムハイドロ
オキサイドを満たして、この濃度を維持するように純水
を供給した。
Example 1 For an anodic property using an electrolytic cell having a three-chamber structure with an effective energization area of 20 cm 2 , an extract band methane anode coated with RuO 2 · TiO 2 on a titanium plate was placed, and 1.5 N tetramethylammonium was used. A solution containing a carbonate solution and a thin layer having a cationic group formed on the surface of a perfluorocarbon-based cation exchange membrane (trade name, Nafion 901) manufactured by DuPont between the second chamber The second room is 1.0
Nafion 901, which is filled with a specified tetramethylammonium hydroxide aqueous solution and has a thin layer having the same cationic group as the boundary with the third chamber (cathode chamber), is placed in the cathode chamber, and 1.5N Methylammonium hydroxide was filled and pure water was supplied so as to maintain this concentration.

ここで用いた陽イオン性の基を有する薄層を有するナ
フィオン901は、ナフィオン901のスルホン酸基を有する
膜面を1.0規定の塩酸に1分間接触させて膜表層をスル
ホン酸型としたのち、これをメタノール50部に4−ビニ
ルピリジン20部を溶解した液の中に30分間浸漬して、取
り出しメタノール洗い、水洗をした。この操作によっ
て、膜表層部にマトリックス重合によって4−ビニルピ
リジンが重合し、ポリ−4−ビニルピリジンの薄層が形
成された。次いで、これを0.5規定のアンモニ水中に浸
漬した後、ヘキサン−沃化メチルの6:4の混合溶液に16
時間浸漬し、マトリックス重合した4−ビニルピリジン
のポリマーのピリジン環をN−メチル化した。この得ら
れた膜の陽イオン性の基を有する薄層を有する側を陽極
側に向けて電解に使用した。電流密度20A/dm2で電解
し、平衡状態に達したあと、陰極室内の生成した水酸化
第四級アンモニウム溶液におけるNa+の量を分析したと
ころ5ppbで、また炭酸イオンは0.05ppm以下であった。
Nafion 901 having a thin layer having a cationic group used here was prepared by contacting the membrane surface having a sulfonic acid group of Nafion 901 with 1.0 N hydrochloric acid for 1 minute to make the membrane surface layer a sulfonic acid type. This was immersed in a solution of 20 parts of 4-vinylpyridine dissolved in 50 parts of methanol for 30 minutes, taken out, washed with methanol and washed with water. By this operation, 4-vinylpyridine was polymerized on the surface layer of the film by matrix polymerization, and a thin layer of poly-4-vinylpyridine was formed. Then, after immersing this in 0.5 N ammoni water, a 16: 4 mixed solution of hexane-methyl iodide was added to the solution.
After immersing for a period of time, the pyridine ring of the polymer of 4-vinylpyridine which was matrix-polymerized was N-methylated. The obtained membrane was used for electrolysis with the side having a thin layer having a cationic group facing the anode side. After electrolysis at a current density of 20 A / dm 2 and reaching an equilibrium state, the amount of Na + in the generated quaternary ammonium hydroxide solution in the cathode chamber was analyzed and found to be 5 ppb, and carbonate ion was 0.05 ppm or less. It was

尚、1.5規定のテトラメチルアンモニウム炭酸塩中のN
a+の量は1.2ppmであった。また、水酸化第四級アンモニ
ウム(テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド)
生成の電流効率は80%であった。
In addition, N in 1.5N tetramethylammonium carbonate
The amount of a + was 1.2 ppm. Also, quaternary ammonium hydroxide (tetramethylammonium hydroxide)
The current efficiency of the formation was 80%.

尚陽イオン性の基を有する薄層を形成した電気抵抗は
52Ω−cm2であり、薄層が存在しない膜の電気抵抗は44
Ω−cm2であった。
The electrical resistance of the thin layer containing cationic groups is
It is 52 Ω-cm 2 and the electric resistance of the film without thin layer is 44
Ω-cm 2 .

比較例1 実施例1と同じ三室構成の電解槽で陽イオン交換膜と
してナフィオン901をそのまま用いた以外は全く同じ条
件で電解したところ、陰極室の1.5規定のテトラメチル
アンモニウムハイドロオキサイド中のNa+の量は2.3ppm
となっていた。また炭酸イオンは0.05ppmであった。
Comparative Example 1 Electrolysis was carried out under exactly the same conditions as in Example 1 except that Nafion 901 was used as a cation exchange membrane in the same three-chamber electrolytic cell, and Na + in 1.5 N tetramethylammonium hydroxide in the cathode chamber was used. Amount of 2.3ppm
It was. The content of carbonate ion was 0.05 ppm.

尚、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド生
成の電流効率は80%であった。
The current efficiency for producing tetramethylammonium hydroxide was 80%.

実施例2 有効通電面積2dm2の三室構成の電気透析槽で陽極にTi
板に白金をコーティングしたものを用いた。次いで、実
施例1で用いたと同じナフィオン901の膜に特殊な処理
をしたものを配し、次いで2mmのガスケットとポリプロ
ピレン製のスペーサーを用い、更にTi板に白金をコーテ
ィングした陰極を用いて三室構成の電気透析槽とした。
ここで用いたナフィオン901への特殊な処理は、N,N,
N′,N′−テトラメチルエチレンジアミンに二当量のク
ロルメチルスチレンを反応させて得た二官能性の四級ア
ンモニウム基を有する単量体を合成し、これの1%水溶
液中にナフィオン901の片面のみ(スルホン酸基側)を
浸漬して4時間吸着させ、次いで過硫酸アンモニウムと
亜硫酸カリウムの水溶液を加えてレドックス重合させた
ものである。
Example 2 Ti was used as an anode in an electrodialysis tank with a three-chamber structure with an effective current-carrying area of 2 dm 2.
A plate coated with platinum was used. Next, the same Nafion 901 membrane used in Example 1 was treated with a special treatment, and then a 2 mm gasket and a polypropylene spacer were used, and a Ti plate was coated with platinum to form a three-chamber configuration. The electrodialysis tank of
The special processing for Nafion 901 used here is N, N,
A monomer having a bifunctional quaternary ammonium group obtained by reacting N ′, N′-tetramethylethylenediamine with two equivalents of chloromethylstyrene was synthesized, and one side of Nafion 901 was added to a 1% aqueous solution of the monomer. Only (sulphonic acid group side) was dipped and adsorbed for 4 hours, and then an aqueous solution of ammonium persulfate and potassium sulfite was added for redox polymerization.

電気透析槽の陽イオン交換膜と陰イオン交換膜の間に
トリエチルアミンとジメチル硫酸を反応させて得たトリ
エチルモノメチルアンモニウム硫酸塩の2.5規定溶液を
流し、陽極室には0.1規定の硫酸を満たし、陰極室及び
2枚の陽イオン交換膜で構成された部屋には1.5規定の
上記アンモニウム塩の水酸化物の水溶液を満たした。各
室は液流速25cm/secの流速で流し、20A/dm2の電流密度
で電気透析をして、陰極室から1.8規定の高純度水酸化
第四級アンモニウムを生成取得した。
Pour a 2.5N solution of triethylmonomethylammonium sulfate obtained by reacting triethylamine and dimethylsulfate between the cation exchange membrane and anion exchange membrane of an electrodialysis tank, fill the anode chamber with 0.1N sulfuric acid, and charge the cathode. The chamber and the chamber composed of two cation exchange membranes were filled with an aqueous solution of 1.5 N of the above ammonium salt hydroxide. A liquid flow rate of 25 cm / sec was applied to each chamber, and electrodialysis was performed at a current density of 20 A / dm 2 to produce 1.8 N of high-purity quaternary ammonium hydroxide from the cathode chamber.

生成物の分析の結果、Na+の含量は5ppbであり、SO4 2-
の含量は0.3ppmであった。他の金属イオンも20ppbを越
えるものは無かった。水酸化第四級アンモニウム取得の
電流効率は76%であった。尚、原料中のNa+量は1ppmで
あった。
As a result of analysis of the product, the content of Na + was 5 ppb, and SO 4 2-
Was 0.3 ppm. None of the other metal ions exceeded 20 ppb. The current efficiency for obtaining quaternary ammonium hydroxide was 76%. The amount of Na + in the raw material was 1 ppm.

比較のために、本発明に用いた特殊な処理をしていな
いナフィオン901(原膜)を用いて他は全く同様な条件
で電気透析したところ、生成物におけるNa+の量は1.8pp
mであり、SO4 2-の含量は0.03ppmで他の重金属イオンは2
0ppbを越えるものは無かったが、分析のチャートから観
察して若干多かった。尚、水酸化第四級アンモニウム生
成の電流効率は76%であった。
For comparison, electrodialysis was performed under exactly the same conditions using Nafion 901 (raw membrane), which was not subjected to the special treatment used in the present invention, and the amount of Na + in the product was 1.8 pp.
m, the content of SO 4 2- is 0.03 ppm, and other heavy metal ions are 2
Nothing exceeded 0 ppb, but it was a little more than that observed from the analysis chart. The current efficiency for producing quaternary ammonium hydroxide was 76%.

尚陽イオン性の基を有する薄層を形成した陽イオン交換
膜は未処理の陽イオン交換膜に比較して膜の電化抵抗は
2.1倍となっていた。
In addition, the cation exchange membrane formed with a thin layer having a cationic group has a lower electrification resistance than the untreated cation exchange membrane.
It was 2.1 times.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】陽極、陰極間を1枚以上の陽イオン交換膜
で区分し、陽極室及び陰極室を夫々形成した電解槽を用
い、該陽極室に第四級アンモニウム塩を供給し、電解を
行ない、陰極室から水酸化第四級アンモニウムを取得す
る方法において、使用する陽イオン交換膜の少なくとも
1枚は、その表層部に陽イオン性の基を薄層に存在さ
せ、かつ該薄層を陽極に面する側に向けて設けることを
特徴とする水酸化第四級アンモニウムの製造方法。
1. An electrolytic cell in which an anode and a cathode are divided by one or more cation exchange membranes to form an anode chamber and a cathode chamber, respectively, and a quaternary ammonium salt is supplied to the anode chamber for electrolysis. In the method for obtaining quaternary ammonium hydroxide from the cathode chamber, at least one of the cation exchange membranes to be used has a cationic group present in a thin layer on the surface layer thereof, and Is provided toward the side facing the anode, the method for producing quaternary ammonium hydroxide.
【請求項2】陽イオン交換膜の陽イオン交換基がカルボ
ン酸基である特許請求の範囲第1項記載の水酸化第四級
アンモニウムの製造方法。
2. The method for producing quaternary ammonium hydroxide according to claim 1, wherein the cation exchange group of the cation exchange membrane is a carboxylic acid group.
【請求項3】陽イオン交換膜が2枚以上使用され、それ
らの2枚の陽イオン交換膜で区画された中間室に水酸化
第四級アンモニウムの水溶液を供給した電解槽を用いる
ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の水酸化第
四級アンモニウムの製造方法。
3. An electrolytic cell in which two or more cation exchange membranes are used, and an aqueous solution of quaternary ammonium hydroxide is supplied to an intermediate chamber defined by the two cation exchange membranes. The method for producing quaternary ammonium hydroxide according to claim 1.
【請求項4】第四級アンモニウム塩がハロゲン化物、炭
酸塩及び硫酸塩のうち少なくとも一種の塩である特許請
求の範囲第1項記載の水酸化第四級アンモニウムの製造
方法。
4. The method for producing a quaternary ammonium hydroxide according to claim 1, wherein the quaternary ammonium salt is at least one salt selected from halides, carbonates and sulfates.
JP62218058A 1987-01-23 1987-09-02 Method for producing quaternary ammonium hydroxide Expired - Lifetime JPH0816274B2 (en)

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