JPS5837187A - Membrane, electrochemical cell and electrolysis - Google Patents

Membrane, electrochemical cell and electrolysis

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JPS5837187A
JPS5837187A JP289782A JP289782A JPS5837187A JP S5837187 A JPS5837187 A JP S5837187A JP 289782 A JP289782 A JP 289782A JP 289782 A JP289782 A JP 289782A JP S5837187 A JPS5837187 A JP S5837187A
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range
polymer
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ト−マス・チヤ−ルズ・ビソツト
ウオルタ−・グスタフ・グロツト
ポ−ル・ラフアエル・レズニツク
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EI Du Pont de Nemours and Co
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明は、低電圧及び高電流密度で作動し、従って電力
消費量が少なく且つ良好な引裂抵抗性を有するイオン交
換膜及びその使用に関する。 カルぎン酸及び/又はスルホン酸官能基或いはその塩を
含む弗素化されたイオン交換重合体は当該分野で公知で
ある。そのような重合体の1つの主要な用途は、クロル
アルカリ電解槽の陽極及び陰極室を隔離するために使用
される膜成分としてである。そのような膜は強化された
又は強化されてないフィルム或いは積層構造の形であり
うる。 クロルアルカリ槽での使用に関しては、膜が低電圧及び
高電流密度で、従って低電力消費量で作動し、今日の漸
増するエネルギー費の観点から低価格で高品質の生成物
を与えることが望ましい。 更に膜が強靭であり、その製造中及びそのような檜での
使用中における損傷に対して耐えることも望ましい。現
存する鍛艮のイオン交換重合体のフィルムは低引裂強度
を有するので、嘆を強化材、例えば強化繊維と共に製造
することによってそれを強化することが必要であること
が判明している。 しかしながら膜の中に強化材を使用することは全体とし
て有益なことでない。1つの欠点は、繊維布のような強
化材の使用のために膜が厚くなり、この結果厚さが厚く
なれば電気抵抗が増大するという理由から高電圧でしか
使用できない膜となるということでめる。強化膜を製造
する際により薄いフィルムを用いることによって抵抗を
低下させる努力は、膜の製造中に繊維布のウィンドウ(
window)  のいくつかで膜が破れ、その結果漏
れのある膜が生成するという理由でしばしば不成功に終
っている。(ことK「ウィンドウ」とは、繊維布の隣接
する糸間の開口域を意味する)。漏へのある膜は、陽極
液及び陰極液を反対の電解槽室中へ流入せしめ、電流効
率を低下させそして製造される生成物を不純にするとい
う点で望ましくない。更に、強化用繊維布の糸の交点で
は電合体の層が厚くなり、高抵抗域を形成することとな
る。 (ここに「交点」とは横糸と縦糸が重なり合った点を意
味する)。 第2の欠点は、これも高電圧での使用に通ずることであ
るが、強化膜の「シャドウ(shadow月作用によっ
て誘起される。膜を通過するイオンの最短経路は、一方
の表面から他の表面に至る垂直な直線経路である。強化
膜はイオン透過性でない物質から均一に作られている。 イオンが膜中を垂直に且つ直線的に通過しえない膜の部
分、及びイオンが強化員の回りを遠回りする経路を取ら
なければならないような膜の部分は、「シャドウ域」と
呼ばれる。強化材の使用によって「シャドウ域」が膜中
に導入されると、膜のその部分での、有効なイオン移送
能が減少し、従って膜の運転電圧が上昇することとなる
。強化膜の下流側に隣接する、即ち陽イオシ流が膜を通
過する方向に関して「下流」側に@接する膜のシャドウ
域の部分は[ブラインド域(blind域)」と言われ
る。 本発明の主な目的は、低電圧及び高電流効率で、従って
低電力消費量で作動し、しかも良好彦耐引裂性を有する
イオン交換膜を提供することである。 他の目的は薄くて強靭なイオン交換膜を提供することで
ある。他の目的は以下の記述から明らかになるであろう
。 賛するに、本発明によれば、後に定義する如き高縦横比
(aspect  ratio)を有する強化膜、強化
膜の下流側にカルがン酸官能基を有する重合体層、及び
ブラインド域に通じる膜内の管路(cha−nnelB
)、を有するイオン交換膜が提供される。 更に詳細には、−COOM及び/又は−803M官能基
〔ここでMはH,Na、K又はNH4である〕を有する
隣接する層が互いに接着している弗素化重合体の少くと
も2層、及びそれに埋め込まれた支持体材料のウェッブ
から成る液体の水圧流に対しては不透過性であるイオン
交換膜であって、−C00M官能基を有する第1の該層
及び−80,M官能基を有する第2の該層が少くとも存
The present invention relates to ion exchange membranes that operate at low voltages and high current densities, thus having low power consumption and good tear resistance, and their use. Fluorinated ion exchange polymers containing carginic acid and/or sulfonic acid functional groups or salts thereof are known in the art. One major use of such polymers is as a membrane component used to isolate the anode and cathode compartments of chlor-alkali electrolyzers. Such membranes may be in the form of reinforced or unreinforced films or laminate structures. For use in chlor-alkali baths, it is desirable that membranes operate at low voltages and high current densities and therefore with low power consumption, giving high quality products at low prices in view of today's increasingly increasing energy costs. . It is further desirable that the membrane be tough and resistant to damage during its manufacture and use in such cypresses. Since existing films of ion exchange polymers have a low tear strength, it has been found necessary to strengthen them by manufacturing them with reinforcing materials, such as reinforcing fibers. However, the use of reinforcement in the membrane is not entirely beneficial. One drawback is that the use of reinforcing materials such as textile fabrics makes the membranes thicker, resulting in membranes that can only be used at high voltages because the increased thickness increases electrical resistance. Melt. Efforts to lower resistance by using thinner films when manufacturing reinforced membranes have resulted in the use of fabric windows (
It is often unsuccessful because some of the membranes (windows) rupture, resulting in leaky membranes. (By "window" we mean an open area between adjacent threads of a textile fabric). Leaky membranes are undesirable in that they allow anolyte and catholyte to flow into opposite cell chambers, reducing current efficiency and impure the product produced. Furthermore, at the intersections of the threads of the reinforcing fiber cloth, the layer of electrically bonded material becomes thick, forming a high resistance region. (The term "intersection" here means the point where the weft and warp threads overlap). A second drawback, which also leads to use at high voltages, is induced by the "shadow effect" of the reinforced membrane. The shortest path for ions through the membrane is from one surface to the other. A straight, perpendicular path to the surface. Reinforced membranes are uniformly made of materials that are not permeable to ions. There are areas of the membrane where ions cannot pass vertically and in a straight line through the membrane, and where ions pass through the reinforcement member. The part of the membrane where a circuitous path around the membrane must be taken is called the "shadow zone." When a "shadow zone" is introduced into the membrane through the use of reinforcement, the The effective ion transport capacity will be reduced and the operating voltage of the membrane will therefore increase. The part of the shadow area is referred to as the "blind area". The main object of the present invention is low voltage and high current efficiency, thus operating with low power consumption, yet having good tear resistance. It is an object of the present invention to provide an ion exchange membrane.Another object is to provide a thin and strong ion exchange membrane.Other objects will become clear from the description below. According to the invention, a reinforced membrane with a high aspect ratio as defined below, a polymer layer with carboxylic acid functional groups downstream of the reinforced membrane, and a conduit (cha- nnelB
), an ion exchange membrane is provided. More particularly, at least two layers of fluorinated polymers having -COOM and/or -803M functional groups, in which M is H, Na, K or NH4, adjacent layers adhere to each other; and a web of support material embedded therein, the ion exchange membrane being impermeable to hydraulic flow of a liquid, the first said layer having a -C00M functional group and a -80,M functional group. there is at least a second said layer having

【1、弗素化重合体の核層くとも2つの層の全厚が、
鉄膜の製造に使用される一COOM及び/又は−SO,
W官能基〔ここでRは低級アルキルであり及び/又はW
がF又はCIである〕を有する前駆重合体の層で測定し
たとき、50〜250ミクロンの範囲内にあり、支持体
材料の該ウェッブが約25〜125ミクロンの厚さ及び
少くとも50%の開口を有し且つ強化員からなり、咳強
化員がその間のウィンドウ域を限定[2、セして該膜内
の管路が該ウィンドウ域からブラインド域まで砥び、そ
こで該強化員が該第1の層の近くに位置することを特徴
とするイオン交換膜が提供される。 更に本発明によれば、イオン交換膜を作るための前駆体
膜、該イオン交換膜を構成分として含む電気化学槽、及
び該イオン交換膜を用いる電解方法が提供される。 本発明の膜は、典型的には一〇〇〇R及び/又は−SO
!W官能基〔ここでRは低級アルキルでありそしてWは
F又はCIである〕を有する弗素イヒ重合体の2つ又は
それ以上の層及び支持体材料のウェッブから製造される
。 本発明が関係する重合体の第1の層は、典型的には官能
基或いは官能基を含むペンダン) (all鎖力五結合
している弗素化炭化水素鎖を有するカルダン酸重合体で
ある。このペンダント側鎖は、例えば〔式中、2はF又
はCF、であり、tは1〜12であり、セしてVは一〇
〇〇R又は−CHであり、ここでRは低級アルキルであ
る〕 を含有することができる。通常、重合体の側鎖における
官能基は、末端の 一〇→c F−)−V 基に存在するであろう。この糧の弗素化重合体の例は、
英国特許第1,145,445号、米国特許第4.11
6,888号及び米国特許第3,506,635号に開
示されている。更に特に、重合体は弗素化された又は弗
素で置換されたビニル化合物である単量体から製造され
る。重合体は普通少くとも2種の単量体から製造される
。少くとも1mの単量体は弗素化ビニル化合物、例えば
弗素化ビニル、ヘキサフルオルプロピレン、弗化ビニリ
デン、トリフルオルエチレン、クロルトリフルオルエチ
レン、パーフルオルCアルキルビニルエーテル)、テト
ラフルオルエチレン及びこれらの混合物である。塩水の
電気分解に使用される共重合体の場合、前駆ビニル単量
体は望ましくは水素を含まないであろう。更に少くとも
1′jaの単量体はカルボン酸基に加水分解しうる基、
例えばカルがアルコキシ又はニトリル基を、上述の如き
側鎖中に含有する  −弗素化単量体である。 ここに「弗素化重合体」とは、加水分解によりR基を失
なってイオン交換形になり、F原子の数がF原子及びH
原子の数の少くとも90%である重合体を意味する。 単量体は、特に重合体を塩水の電気分解・に使用する場
合、好ましくは−COORのR基を除いて水素を含まず
、また厳しい環境で最大の安定性を得るためには、最も
好ましくは水素及び塩素の両方を含まない、即ちノく一
フルオル化されているであろう;R基は官能基がイオン
交換基に転化される加水分解中に失なわれるから弗素化
されている必l!はない。 1つの適当な種類のカルがキシル含有単量体は、例示す
ると式 %式% 〔式中、Rは低級アルキルであり、 YFiF又はOF、であり、そ、して Sは0.1又は2である〕 によって表わされる。Sが1であるこれらの単量体は、
その良好な収率での製造及び分離がSが0又は2のとき
よりも容易に達成されるから好適である。化合物 CF、=CFOCF、CFOCFICOOCH。 CF。 は特に有用な単量体である。そのような単量体は、例え
ば式 %式% 〔式中、S及びYは上記と同義である〕を有する化合物
から、(1〉末端ビニル基を塩素で飽和してOF、(:
1−CFe1− 基に転化することにより、それを絖〈
段階、のために保護し;C2)二酸化窒素で酸化して一
〇CF、OF!80.F基を一〇CF、COF基に転化
し;(3)アルコール例えばメタノールでエステル化し
て−ocp、cooeps基を生成させ;そして軸)亜
鉛末で脱塩素化して末端Cp、=C]”−基を鼻生ずる
、ことによって製造できる。しかしこの連続工程Q)及
び(31の代りに、(at−OCF、 −CF、80.
F 基の、亜硫酸塩又はヒドラジンでの処理によるスル
フィン酸、−0CF、 CF、 80.H。 或いはそのアルカリ金属又はアルカリ土類金属塩への還
元;(b)スルフィン酸又はその塩を酸素又はクロム酸
での酸化による一〇〇F、e00H基又はその金属塩の
生成;及び(c)公知の方法による一0CF、C00C
H,へのエステル化、を用いることもできる。この順序
は、そのような単量体の共重合体の製造と関連して米国
特許@4,267.364号に更に詳細に記載されてい
る。 他の適当な種類のカルボキシ含有単量体は式%式% 〔式中、■は−COOkL又は−CNであり、Rは低級
アルキルであり、 YはF又はCF、であり、 ZはF又はCF 、であり、そして Sは0.1又は2である〕 によって表わされる。最も好適な単量体は、重合及びイ
オン形への転化が容易々ことから、■が−COU)tで
あり、ここでRは低級、一般にC1〜CIアルキルであ
るものである。Sが1である単量体も、その良好な収率
での製造及び分離がSがO又Fi2のときよりも容易に
達成できるから好適である。■が−000Rであり、こ
こでRが低級アルキルであるこれらの単量体及びその共
重合体の製造は、米国特許第4,131,740号に記
載されている。それに製造方法が示されている化合物、
CF、、、=CPOCF、CFOCF、CF、COOC
H3、及ヒCF。 CF、 、、=CFO(CF、 CFO) t OF、
CF、 C00C)l。 CF。 は時に有用な単量体である。■が一〇Nである単量体の
製造方法は米国特許第3,854326号に・記載され
ている。 更に他の適当な種類のカルボキシル含有重合体は一〇(
CF、)  C00CH,[ここでVは2〜2oである
〕の末端基、例えば cFt=cp−o(CF’t)、eoOcH3及びOF
、=CFOCF、CF(CF、10(CFt)、C00
CH。 、ぐ1 を有するものである。そのような単量体及びその共重合
体の製造方法は特公昭52−38486号公報及び特公
昭52−28586号公報に、及び英国特許第1,14
5,445号に記載されている。 他の11%のカルボキシル含有重合体は、反復単位 〔式中、qは3−15であり、 rは1〜10であり、 Sは0,1又は2であり、 tは1〜12であり、 Xは一緒になって4個の弗素又は3個の弗素と1個の塩
素であり、 YFi、F又はCF、であり、 Z FiF又はOF、であり、そして RFi低級アルキルである〕 を有する重合体によって表わされる。 好適な群の共重合体はテトラフルオルエチレン及び式 %式% 〔式中、nは0.1又は2であり、 mは1.2.3又は4であり、 YはF又はCF、であり、そして RはCH,、C,H,又はC,H,である〕を有する化
合物からなるものである。 本発明が関係するそのような共重合体は、公知の技術、
例えば米国特許第3,528,954号、米国特許第4
.131.740号及び甫アフリカ国特許第78/22
25号によって製造できる。 本発明が関係するスルホニル重合体は、典型的には官能
基又は官能基を有するペンダント側鎖がさらに結合した
弗素化炭化水素鎖を有する重合体である。ペンダント側
鎖は、例えば −CF、−CF−80tW f 〔式中、R4はFXCl又はC8〜C1゜パーフルオル
アルキル基であり、セしてWはF又はCI、好ましくは
Fである〕 を含有することができる。通常重合体の側鎖における官
能基は、末端基−0−CF、−CF−80,F中にt 存在するであろう。この種の弗素化重合体の例は、米国
特許第八284875号、第3,560,568号及び
第3,718,627号に開示されている。更に特に重
合体は弗素化された単量体又は弗素置換ビニル化合物か
ら製造することができる。重合体は少くとも2種の単量
体から、下記の2群の各々に由来する単量体の少くとも
1つで製造される。 少くとも1つの単量体は、弗素化ビニル化合物例えハ弗
化ビニル、ヘキサフルオルプロピレン、弗化ヒニリデン
、トリフルオルエチレン、クロルトリフルオルエチレン
、パーフルオル(アルキルビニルエーテル)、テトラフ
ルオルエチレン及ヒこれらの混合物である。塩水の電気
分解で使用する共重合体の場合、前駆ビニル単量体は望
ましくは水素を含有しない。 第2の群は前駆体基−CF、−CF−80!Fを含有f するスルホニル含有単量体である。更なる例は、一般式 %式% 〔式中、T#i炭素原子数1〜8個の2官能性の弗素化
基であり、そしてkFio又は1である〕 で表わ子ことができる。Tにおける置換原子団は弗素、
塩素又は水素を含むが、一般に共重合体をクロルアルカ
リ槽のイオン交換に使用する場合には水素は除外される
。最も好適な重合体は水素及び塩素が炭素に結合してい
ない、即ちそれらは厳しい環境における最大の安定性の
ためにパーフルオル化されている。上記式のT碁石分岐
していても分岐していなくても、即ち直鎖状でもよく、
1つ又はそれ以上のエーテル結合を有していてもよい。 スルホニルフルオリドを含む共単量体の群におけるビニ
ル基は、エーテル結合を通【7てT基に結合する、即ち
共単量体が式cr、=cF−o−T−CF、、80.F
のものであることが好適である。そ、のようなスルホニ
ルフルオリドを含有する共単量体の例は CF、=CFOCF、CFit、80tF。 CF、=UFOCF、CFOCF、CF、80.F。 CF。 CF、    CF。 CF、=CFCF、CF、80.F、及びCF、=CF
OCF、CPOCF、CF、80.F■ OF。 ■ 直 CF。 である。 最も好適なスルホニルフルオリドを含有する共単量体ハ
、バーフルオル(3,6−シオキサー4−jチル−7−
オクテンスルホニルフルオリト)、CF、=CFOCF
、CFOCF、OF、So、F0F。 である。 スルホニル含有単量体は、米国特許第3.282゜87
5号、第3,041,317号、第へ71&627号及
び第3,560,568号の如き文献に開示されている
。 好適な111類のそのような重合体は、反復単位〔式中
、hは3〜15であり、 jは1〜10であ妙、 p FiOll又は2であり、 )l−緒になって4個の弗素或いは3個の弗素と1個の
塩素であり、 Ytj:P’又はCF、であり、そしてRfはF’、C
I又は・01〜C1′。バーフルオルアルキル基である
〕 を有する重合体によって表わされる。 最も好適な共1合体は、テトラフルオルエチレン及びバ
ーフルオル(3,6−シオキサー4−メチル−7−オク
テンスルホニルフルオリド)の、後者を20〜65%、
好ましくは25〜50重量%含有する共重合体である。 本発明で使用されるそのような共単量体は、弗素化エチ
レンの単独及び共重合に対して開発された一般的な重合
法、特に文献に記載されているテトラフルオルエチレン
に対して用いられる方法によって製造することができる
。共重合体を製造するための非水性法は、米国特許第1
041,317号の方法、即ち主単量体の混合物、例え
ばテトラフルオルエチレン及びスルホニルフルオリド基
を含有する弗素化エチレンを、ラジカル開始剤、好マシ
くハパーフルオルカーがンパーオキサイド又はアゾ化合
物の存在下に及び温度θ〜200℃及び圧力101〜2
X10’パスカル(1〜200気圧)又はそれ以上にお
いて重合させる方法を含む。 非水性重合スルは、所望によ抄部素化溶媒の存在下に行
なうことができる。追油な弗素化溶媒は、不活性な液体
のパーフルオル化炭化水素、例えばパーフルオルメチル
シクロヘキサン、パーフルオルジメチルシクロブタン、
パーフルオルオクタン、パーフルオルベンゼンなど、及
び不活性な液体のりaルフルオルカーがン、例えば1.
1.2−1リクロル−1,2,2−トリフルオル・エタ
ンなどである。 共重合体を製造するための水性法は、単量体ケ、ラジカ
ル開始剤を含有する水性媒体と接触させ、米国特許第4
393,967号に開示されているように非水性の湿っ
た又は粒状形の重合体粒子のスラリーを得ること、或い
は単量体f1ラジカル開始剤及びテcy −fン的に不
活性な分散剤の双方を含む水性媒体と接触させ、例えば
米国特許第2559.752号及び!2,593,58
3号に開示されているように重合体粒子の水性コロイド
分散液を得そして分散液を#固さゼることを含む。 異なる種類の官能基を含有する共電合体は、本発明の膜
を製造する際に成分フィルムの1つとして使用すること
もできる。例えば上記の非官能性単量体の群から選択さ
れる単量体、上記のカルボン酸単量体の群からの単量体
及び更に上記のスルホニル単量体の群からの単量体から
製造される三元重合体(tprpolymer)は、製
造できそして膜を製造する際のフィルム成分の1つとし
て使用できる。 更に2棟又はそれ以上の重合体の混合物であるフィルム
を、膜の成分フィルムの1つとして用いることが可能で
ある。例えば、スルホニル基を有する溶融加工できる形
の重合体と、カルボキシル基を有する溶融加工できる形
の1合体との混付物は、本発明の膜の成分フィルムの1
つとして製造でき且つ便用することができる。 更に積項フィルムを、膜を製造する際の成分フィルムの
1つとして用いることも可能である。例えばスルホニル
基を有する、溶融加工しうる共重合体層及びカルボキシ
ル基を有する、溶融加工[7うる共重合体層を有するフ
ィルムは、本発明の曙の製造において、成分フィルムの
1つと1−て用いることができる。 電気分解槽、例えばクロルアルカリ槽の陽極及び陽極室
を隔離するためのフィルム又は膜に粗いる場合、本明細
薔で取り扱うスルホネート重合体は、イオン化しうる形
に転化された後、0.5〜2ミリ当童/9、好ま1.<
は少くとも0,6ミリ由會/Iそして更に好ましくは0
.8〜1.4ミIJ当量/gの全イオン交換容量を有す
べきである。0.5ミリ当*711のイオン交換容量以
下の場合には電気抵抗が高くなりすぎ、2ミリ当量/I
を越えると電合体が過度に膨潤するので機械的性質が貧
弱となる。1合体を構成する成分の相対量は、電気分解
槽におけるイオン変換障壁と1.て用いる場合、重合体
が約2000より大きくない当量重量を有するように調
節又は選択されるべきである。フィルム又は膜の抵抗が
電気分解槽に実際に用いるのに高すぎる当量重量は、フ
ィルム又は膿の厚さと共にいくらか変化する。薄いフィ
ルム及び膜に対しては、約2000までの当量重量を許
容することができる。通常、当量重量は少〈と4600
、好ましくは少くとも900であるべきである。スルホ
ニル基をイオン交換形で有する1合体のフィルムは、好
ましくは900〜1500の範囲内の邑量重’tを有す
るであろう。【、かじながら、多くの目的に対し、及び
通常の厚さのフィルムに対【−1約1400より大きく
ない値が好適である。 本明細薔で取り扱われるカルボキシレート重合体におい
て、クロルアルカリ槽の室を隔離するために使用する場
合、イオン交換帥力に関する必要条件はスルホネート重
合体のそれと異なる。カルがキシレート重合体は、許容
しうる低抵抗を411゜せしめるために、少くとも0.
6ミリ邑童1//、好1【、くは少くとも0.7ミリ当
紮/9、及び最も好1しくに少くとも0.8ミリ当量/
9のイオン交換容量を肩さねばならない。そのような値
は厚づの範囲が10〜100ミクロンのうち薄い方の厚
さt[するフィルムの場合に特に許容でき、この範囲の
中位及び厚い方のフィルムの場合にはイオン交換容量が
少くとも0.7ミリ当t/!?、好?j、〈は0.8ミ
リ当量/gであるべきである。・イオン交換容量は、2
ミリ容量/9以下、好ましくは1.5ミリ当t/I以下
、そして更に好ましくは1.3ミリ当量/g以下である
べきである。当量重量に関1、て口えば、カルがキシレ
ート重合体は最も好11、<Fi770〜1250の範
囲内の当量重量を有する。 本発明の膜は、約13ミクロン(0,5ミル)の薄さか
ら約150ミクロン(6ミル)1での厚さtOWする成
分重合体フィルムから製造される。膜は一般に2つ又は
3つのそのような重合体フィルムから製造されるので、
得られる膜を製造する際に使用される重合体フィルムの
全厚は一般に約50〜250ミクロン(2〜10ミル)
、好ま12〈は75〜200ミクロン(3〜8ミル)、
最も好ましくは約75〜150ミクロン(3〜6ミル)
になるであろう。 この技術分野において膜の構造的組成を規定する通常の
方法は、溶融加工1−うる形の重合体フィルムの重合体
組成、当量重賞及び厚さ、及び膜を作られる加水分解さ
れたイオン父侠膜の両方の場合に行なわれる。その理由
は、(])強化された膜の厚さが均゛−でなく、即ち強
化用繊維布の交点で厚く及びそれ以外で薄く、且つカリ
バー又はマイクロメーターで行なわれる測定値が最高の
厚さだけを示すからであり、セしてQ) 断面の、顕微
鏡4真及び写真による測定が厄介で時間を要するからで
ある。更に、加水分解されたイオン父換膜の場合、測定
された厚きは、膜が乾いているか或いは水又は電解液で
膨潤しているかどうかに、或いは更に例え重合体の量が
一部でも電解液のイオン樵及びイオン強度に依存して変
化する。膜の機能は一部重合体の量の関数であるから、
構造的組成を規定する最も簡便な方法は、すぐ上に記述
【、九通りである。 支持体材料のウェッブは適当には織布又は不織紙である
。いずれの場合も、ウェッブは強化機及び一時的(sa
crificiall員の両方からなる。 織布の場合、通常のバスケット織り及びレノ(leno
)織りのような織り方が適当である。強化用糸及び一時
的糸の両方は単フィラメントでもマルチストランドであ
ってもよい。 強化Jjflパーハロカーがン重合体の糸である。 ここに便用する如き「パーハロカーボン重合体」とは、
エーテル酸素結合を含有1−てもしていなくても艮い炭
素鎖を有し且つ全体が弗素で或いは弗素及び塩素原子で
置換された重合体を表わすために使用される。好適なパ
ーハロカーボン重合体は、化学的不活性さが大きいため
パーフルオルカーボン重合体である。典型的には、その
ような重合体はテトラフルオ、ルエチレンから作られる
単独電合体及ヒテトラフルオルエチレンとへキサフルオ
ルプロピレン及び/又はアルキル基の炭素原子数が1〜
10個のパーフルオル(アルキルビニルエーテル)、例
エババーフルオル(プロピルビニルエーテル)との共重
合体を含む。最も好適な強化用材料の例はポリテトラフ
ルオルエチレンである。 クロルトリフルオルエチレン重合体から作られる強化用
糸も有用である。 積層に先立って繊維布に及び積層後に膜に適当な強度を
もたさせるためには、強化用糸は50〜6002デニル
、好ましくは200〜400デニルのものであるべきで
ある(デニルは糸9000m当りのg数)。しかしなが
ら、典型的な丸い断面を有するそのようなデニルの糸は
、特に糸の電なりが強化物を糸の厚さの2倍まで厚くシ
、この結果リークのないようにする適当な厚さの弗素化
重合体のフィルム層を用いることが必要となり、全効果
的な厚さが高電圧での運転を余儀なくするから、不満足
な膜しか与えない。本発明によると、強化機が特別なデ
ニルを有するが、非円形である、即ち2〜20、好着し
くに5〜10の縦横比を有する断面形をもつ繊維布が使
用される。ここに縦横比とは、強化機の巾゛のその厚さ
に対する比を意味する。典型的に適当な断面形は、長方
形、卵形及びだ円形を含む。長方形員は、フィルムから
切断した薄くて狭いりメンの形であってよく、或い社そ
のように押出されていてもよい。なおこの場合には角を
丸くすることができる。卵形、だ円形及び他の形は押出
してもよく或いは繊維又はヤーンをロールで平らにつぶ
して作ってもよい。織布をロールで平らに押しつぶして
必要カ縦横比を得ることも可能である。上述の如き長方
形の断面が好適である。支持体材料のウエツf#i25
〜125ミクロン(1〜5ミル)、好ましくt150〜
75ミクロン(2〜3ミル)の範囲内の厚さを有するか
ら、強化員は12〜63ミクロン(0,5〜25ミル)
、好ましくは25〜38ミクロン(1〜1゜5ミル)の
厚さを有すべきである。 繊維布は、縦糸及び横糸のそれぞれにおいて、強化用糸
1.6〜16本/3(4〜40糸/インチ)の範囲内の
糸カラントラ有すべきである。強化用糸6〜8本/Cの
範囲内の糸カウントが好適である。 繊維布の一時的員は、天然又は合成の、適当な物質の任
意の数の糸である。適当な物質は、木綿、リンネル、絹
、レーヨン、6−6ナイロン、ポリエ力しンテレフタレ
ート、及びポリアクリロニトリルを含む。セルロース性
物質が好適である。一時的繊維の主な必要条件は、重合
体マトリックスに悪影響を及ぼさずに除去できることで
ある。この条件下においては、一時的繊維の化学的性質
(chemical makeup)Fi厳密でない。 同じくして、一時的繊維の除去法は、その除去がカチオ
ン透過性の隔離壁における最終重合体のイオン交換容量
を妨害しなhllJlりにおいて厳密でない。例示する
と、セルロース物質例えばレージ/の一時的繊維の除去
は次亜塩素酸す) IJウムを用いて行なうことができ
る。一時的繊維は、イオン交換点を有する重合体の前駆
体である中間重合体或いはイオン交換点を有する重合体
のいずれにも悪影響を及ぼさずに除去できる繊維である
。一時的繊維は、最終重合体のイオン交換能を妨害しな
いで、空隙を残したtまで重合体から除去される。一時
的繊維の除去法は、隔離壁を強化するために使用される
支持繊維に影畳を及ぼしてはならない。 一時的員、例えばレーヨン糸又は再任セルロースフィル
ムから切りとった細いリボンは適当には約40〜100
デニルのものである。それらは、1〜20の範囲内の縦
横比を有することができ、即ち長方形、卵形又はだ円形
の断面を有することができ、或いは十分に低デニルなら
ば1の縦横比、即ち断面が円形のものであることができ
る。強化用糸の場合のように、一時的糸は12〜63ミ
クロン、好ましくは25〜38ミクロンの厚さを有すべ
きである。 縦糸及び横糸の各々において、繊維布巾の一時的糸対強
化用糸の比は10:1〜1:1の範囲内にあるべきであ
る。一時的繊維対強化用繊維の好適な比は2:1〜6:
1であり、最も好適には2:1〜4:1である。 更に各強化用繊維に対して、偶数の一時的繊維 ′が存
在することは好適である。各強化用繊維に対して奇数の
一時的繊維を有する繊維布も使用できるが、それらは好
適なm類でない。この好適であるという理由は、各強化
用繊維に対して1本の一時的繊維を有する通常の織り方
の繊維布の場合に起こることを観察することによって知
ることができる:繊維布の一時的繊維を除去1−走時、
残こる強化用繊維は繊維布の形体にない;1組の繊維は
単に他の繊維上に位置し、そしてそのようなものは本発
明において許容しうるが、それは好適でない。勿論、そ
のような場合において、一時的繊維を除去した後に織ら
れた状態で残こる特別な織りを用いることも可能である
。そのような特別な織りを作る必要性を避けるために、
各強化用繊維に対して偶数の一時的繊維を有する繊維布
が好適である。 強化用繊維布は、存在する高縦横比の糸を撚るか撚らな
いで作ることができる。撚る場合、撚り数は高縦横比が
維持されるように小さい。 強化用繊維布は、一時的糸の後になっての除去後、繊維
布が少くとも50%、好ましくは少くとも65%の開口
を有するようなものであるべきである。ここに「開口」
とホ、繊維布の全域に対するウィンドウの全域を百分率
で表示したものである。 不織紙の場合、適当な成分繊維の薄い開いたシートが使
用できる。 強化員はパーハロカーがン重合体繊維である。 不織紙に関して本明細書で用いる「繊維」なる語はフィ
ラメントから切断された切断繊維(cho−pped 
 fibers)のみならずフィプリド及びフィブIJ
/’4包含する。パーフロカーIンは、パーハロカーが
ン重合体系に関して上述したものと則義であり、仁の場
合にも好ましくはパーフルオロカーがンである。これら
の繊維は5〜1oデニルを有し、3〜20−1好ましく
は5〜10日の長さを有する。 一時的員は、一時的糸に関して上述したセルロース性又
は他の材料の繊維である。紙繊維の特徴ハハルプの「自
由度(freeness)Jを規定する標準試験、例え
ばTAPPI標準 T227m−58に定義されている
「カナダ標準規格自由度」によって定義できる。紙の一
時的員に対して適当な自由度値は300〜750@jカ
ナダ標準の範囲内にある。好適な実施例はクラフト繊維
である。 紙セパ−ハロカーダン繊維10〜90重量%及び一時的
繊維90−10重量%からなり、好まl。 くはパーハロカーダン繊維25〜75重量%及び一時的
繊維75〜25重量%からなる。 紙Fi25〜125II/m” 、好ましくは50g/
m”以下の基本重量を有すべきである。織布の場合にお
けるように、紙の厚さは25〜125ミクロン(1〜5
ミル)、好マしくは50〜75ミクロン(2〜3ミル)
の範囲内にあり、一時的繊維の除去後に少くとも50%
、好管しくは少くとも65%の開口を有すべきである。 膜はフィルムの成分層及び支持体材料のウェッブから熱
及び圧力の助けを借りて作ることができる。用いる重合
体フィルムを互いに溶融接着して支持体材料と共に単一
の膜構造体を形成させるためには、そ1て2つより多い
フィルムを使用する場合には隣接するフィルムシートを
一緒に融着させるためには通常的200〜300℃の温
度が必要である。しか17ながら必要とされる温度はこ
の範囲以上又は以下であってもよく、用いる重合体に依
存する。その場合の適当な温度の一択は、温度が低くす
ぎると、フィルムの、強化員への及び相互の適度な接着
に失敗し及び/又は強化員に隣接するフィルム間に大き
い空隙が形成されるが故に、そして温度が高すぎると、
過剰に重合体が流動化し、リークと不均一な重合体の厚
さに帰着するが故に、明白となるであろう。圧力は約2
×10′パスカルの低圧から107パスカルを越える圧
力まで使用できる。パッチ操作に適当な種類の装置は、
通常2X10”〜10?パスカルの範囲内の圧力を使用
する水圧式プレスである。 膜の連続式製造に適当であり且つ断らない限り実施例で
使用される装置は、内部加熱器及び内部真空源を有する
中空ロールを含んでなる。中空ロールはその表面上に一
連の円周スロットを含み、内部真空源が成分材料を中空
ロールの方向へ吸引する。輻射加熱器を有する湾曲した
静止板は、中空ロールの上表面と、約6■(−インチ)
の間隔て向している。 積層操作中、多孔質剥離紙が支持体材料として中空ロー
ルと接して使用され、成分材料のロール光面への接着を
防ぎ、真空源が成分材料を中空ロールの方向へ吸引する
。成分材料及び生成物に対しては供給及び取り出し手段
を設ける。供給手段では、゛中空ロールよりも直径の小
さいアントラ−・ロールを剥離紙及び成分材料に対して
設置する。 供給及び取り出し手段は、成分材料が中90−ルの周囲
を、その円周の約s/、  の長さに畦って通過するよ
うに位置する。吏なるアントラ−・o −ルを剥離紙に
対して設置し、それを他の材料から分離させる。取り出
し手段を剥離紙及び生成物膜に対して設ける。 イオン交換の目的及び電解槽、例えば塩水の電気分解に
対するクロルアルカリ槽に使用する場合には、7膜はす
べての官能基がイオン化しうる官能基に転化されている
べきである。通常及び好1【。 くは、これらはスルホン酸及びカルダン酸基、或いはそ
のアルカリ金属塩である。そのような転化は、通常及び
便宜的には、溶融加工しうる重合体に関して上述した樵
々の官能基がそれぞれ遊離酸又はそのアルカリ金属塩に
転化されるように、酸又は塩基での加水分解によって達
成される。そのような加水分解は鉱酸又はアルカリ金属
水酸化物の水溶液を用いて行なうことができる。塩基で
の加水分解は、速く且つ完全に進行するから好適である
。熱溶液、例えば沸点付近の溶液の使用は、速い加水分
解く対して好適である。加水分解に必要な時間は、構造
体の厚さと共に増大する。水と混和する有機化合物例え
ばジメチルスルホキシドを加水分解塔に含有させること
本有利である。 一時的繊維の膜からの除去は、溶融加工しうる形の元の
膜をイオン交換膜へ転化する前、中又は後にいろいろと
行なうことができる。それは、一時的員が該転化に用い
る加水分解塔によって壊われる員ならば、咳転化中に行
なうことができる。 この例はナイロン重合体の苛性による加水分解である。 ま九例えばレーヨンの一時的員の場合には、該転化前に
水性次亜塩素酸す) IJウムで処理することによって
該転化前に除去を行なってもよい。 この時には一時的繊維が除去され且つ重合体層の官能基
が一〇〇〇R及び−5OtW形である膜が製造される。 最初に加水分解を行なってもよい。この場合には、官能
基は−COOH及び−8o、H又はその塩に転化され、
依然一時的繊維を含むイオン交換形の膜が製造される;
続いて一時的繊維を除去するが、これはレーヨン又は他
のセルロース性員或いはポリエステル員の場合、クロル
アルカリ槽で使用する膜ならば、電気分解中に檜で生成
する次亜塩素酸の作用によって行なうことができる。 一時的員を膜から除去す□ると、元々一時的員が占有し
ていた場所の膜中に管路が残る。これらの管路は一般に
ウィンドウ領域からシャドウ(sha−dowed)、
即ちブラインド領域1で延び、一方強化員はカルボキシ
ル官能基を有する官能性重合体の近くに位置する。 管路は1〜50ミクロンの名目上の直径を有する。この
名目上の直径は一時的繊維のそれと同一であり、その除
去の結果管路が生成する。管路の実際の直径は、膜を脱
水したときの収縮又は崩壊、及び膜自体が膨濁し九七き
の膨潤によって変化すると思われる。通常、繊維布の一
時的糸の除去後に残る管路は直径が10〜50ミクロン
の範囲内にあり、そして一時的員の紙からの除去では直
径が1〜20ミクロンの範囲内にある。 本発明の膜は、支持体材料がカルボキシル官能基を有す
る弗素化重合体の第一層を突き抜けていないが、少くと
も主にカルがキシ反び/又はスルホニル官能基を有する
弗素化重合体の他の層に1及び好ましくはスルホニル官
能基を有する弗素化重合体の、元々膜の表面層である第
二層に存在するように製造される。結果として管路は少
くとも主に一重合体の第一層以外の層に、及び好1しく
はスルホニル官能基を有する重合体の第二層にも存在す
る。一時的員の除去によって生成されたイオン交換膜の
管路は1つの表面から相対する表面へ膜を突′き抜けて
おらず、従って膜はクロルアルカリ槽で起こる典型的な
低圧における液体の水圧流に対して不透過である。(多
孔性であるダイヤフラムは、それを通過する液体の水圧
流の組成に変化を起こさせないが、一方でイオン交換膜
は膜を突き抜ける物質が組成に関して膜と接触する液体
のそれと異なるように、イオンによる選択的な透過及び
拡散による液体の透過を可能にする。)気体又は液体を
用いるリーク試験によって膜を通過する管路が存在する
かしないかを決定するのは容易外方法である。しかしな
がら、管路は開口していて本閉塞されていて本よく、即
ち弗素化重合体の該第二層から膜の表面まで突き抜けて
いてもいなくてもよい。いずれの場合に烏、管路は膜の
ウィンドウ領域からブラインド領域へ延びている。 該第二層の管路は膜の表面まで開口していることが好適
である。その理由は、そのような膜が閉塞された管路を
有する膜よりも低電圧で働くからである。イオン交換膜
を食塩水の電気分解に使用するとき、カルlキシル官能
基を有する層を陽極液に及び好1しくはスルホン酸官能
基を有する第二層を陽極液(塩水)に向けて膜を配置す
る場合、管路は開口してbるならば強化員がカルボキシ
ル官能基を有する層の近くにある膜内のブラインド領域
まで塩水を運搬するのに役立ち、或いは閉塞しているな
らば同様にして該第二層の表面部分中へブラインド領域
まで侵入する液体を運搬するのに役立つ。 繊維布の一時的糸の強化用糸に対する比が1:1である
場合、一時的糸の除去後の管路は糸セグメントの半分に
隣接してウィンド領域からブラインド領域まで嬌びる。 ここに「糸セグメント」とは、1つの糸の交点から隣り
の糸の交点まで延びる強化用糸の長さを意味する。一時
的糸対強化用糸の比が2=1である場合、一時的糸の除
去後の管路は、すべての糸セグメントに隣接してウィン
ドウ領域からブラインド領域まで延びる。一時的糸対強
化用糸の比がPAK増大するにつれて、続いて生成せし
められるブラインド領域への管路の数が更に増大する。 従って、一時的糸対強化用糸の比が少くとも2.:1の
繊維布が好適である。 紙の支持体材料では、一時的繊維の除去後に膜に残こる
紙部分は2.5〜112J9,1m” 、好ましくは4
51/m”以下の基本重量を有する。紙の支持体材料の
一時的繊維を除去したときに形成される管路は相互に連
結していると思われる。 不発明の好適な膜は、1つの表面層としての、−coo
n官能基だけを有する弗素化重合体の第一層、他の表面
層としての、−80,F官能基だけを有する弗素化重合
体の第二層、及び第二層中に埋め込まれた支持体材料の
ウェッブからなるものである。該第一層は約25〜75
ミクロンの範囲内の厚さを有し、及び該第二層が約75
〜150ミクロンの範囲内の厚さを有する。イオン交換
形への加水分解及び支持体材料の一時的員の除去後、得
られるイオン交換膜は、クロルアルカリ槽に対する好適
な膜である。この後者の膜の管路は上述の如く開口して
いる管路であることが更に好適である。そのような膜が
弗素化重合体の層を2つ有しているとき、それらは3層
又゛はそれ以上の層の重合体、例えば−〇〇〇Rを有す
る重合体層、−SO,Wを有する重合体層、支持体材料
のウエツブ及び−SO,W基を有する重合体の他の層か
ら、支持体材料のウェッブが下記の実施例のいくつかに
見られるように、完全に又は少くとも殆んど完全に−S
O,W基を有するマトリックスに埋め込まれるように上
述の順序に加工される。特許請求の範囲において、成分
層の厚さは名目上の厚さ、即ち膜を作るために併せる前
に用いる層の厚さであり、−1膜の全厚は膜の製造後の
その厚さに関する。 本発明のイオン交換膜の主な用途は電気化学槽(ele
ctrochemical  cell)である。その
ような槽は、陽極、陽極室、陰極、陰極室及び2つの鉄
量を隔離するために位置する膜を含んでなる。 1つの例はクロルアルカリ槽である。この場合、膜は塩
形の官能基を有すべきである;そのような槽において、
カルがキシル官能基を有する膜の層は、陰極室に向けて
配置されるであろう。 電気化学槽、特にクロルアルカリ槽は、通常陽極及び陰
極間の空隙又は間隔が狭い、即ち約3mよりも広くない
ように作られるであろう。また一方の電解槽室の適当な
水圧により、或いは膜及び電極を接触させる開口メツシ
ュ又はグリッド隔離壁を用いることにより達成できるよ
うに、膜を陽極又Fi陰極のいずれかと接触させて槽を
運転し及び電気分解することはしばしば有利である。更
にゼロ−ギャップ配置(zero−gap confi
gura−tionl  として言及される配置におい
ては、膜を陽極及び陰極の両方と接触させることがしば
しば有利である。そのような配置は、陽極液及び陰極液
によってもたらされる抵抗を最小にし、従って低電圧で
の運転を可能にするという利点を与える。 そのような配置をとってもとらなくても、いずれかの又
は両方の一極は、電極における過電圧を低下させるため
の技術的に公知の1類の適当な触媒活性表面層を有する
ことができる。 本明細書に記述される膜は、電気触媒 (electrocatalyst)組成物をいずれか
の表面に又は両方の表面に有しせしめて、複合膜/電極
を作るための物質として用いることができる。 かかる電気触媒は轟該分野で公知のタイプのもの、例え
ば米国特許第4.224.125号及び同第3.134
,697号並びに公開英国特許出願OB2.009,7
88Aに記載のものであることができる。好適な陰極電
気触媒には白金属、ラネーニッケル及ヒルテニウムブラ
ックが包含される。好適な陽極電気触媒には白金属並び
に複合ルテニウム及びイリジウムオキシドが包含される
。 本明細書に記載した膜はまたがス放出特性を高めるよう
に、例えば最適の表面粗面化又は平滑化により、或いは
好ましくはその上にガス−及び液体−透過性で多孔性の
非電極層を設けることによって、そのいずれかの表面又
は両表面を変性することができる。かかる非電極層は薄
い親水性コーティング又はスペーサの形状であることが
でき、そして通常不活性で電気的に不活性な又は非電気
触媒性物質からなる。そのような非電極層は10〜99
%、好ましくは30〜70%の多孔度、及び0.01〜
2000ミクロン、好ましくは0.1〜1000ミクロ
ンの平均孔径、及び一般に0.1〜600寥ミクロン、
好ましくは1〜300ミクロンの範囲内の厚さを有すべ
きである。非電極層は通常無機成分とバインダーから成
る;該無機成分は公開英国特許出願GB2,064,5
86Aに記載されている如きタイプのもの、打着しくは
酸化スズ、酸化チタン、酸化ジルコニウム、又はFe、
0゜もしくはF e s 04のような酸化鉄であるこ
とができる。イオン交換膜上の非電極層に関する他の情
報は公開ヨーロッパ特許出願第0.031.660号並
びに特開昭56−108888号公報及び特開昭56−
112487号公報に記載されている。 非電極層中及び電気触媒組成物層中のバインダー成分は
、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、少なくとも表
面が空気中でのイオン化放射処理又は変性剤によって一
〇〇OH又は−80,Hの如き官能基を導入すること(
例えば公開英国特許出願QBス060,703Aに記載
されている)或いは液体アンモニア中ナトリウムのよう
な試薬での処理により親水性にされているフルオロカー
がン重合体、カルボキシレート又はスルホネート官能基
を有する官能基置換されたフルオロカー&/重合体又は
共重合体、或いは表面が酸型の官能基を有する弗素化共
重合体で変性されたポリテトラフルオロエチレン粒子で
あることができる(QB 2,064.5・86A)。 かかる/母インダーは非電極層又は電気触媒組成物層の
10〜50重量%の量で用非電極層及び/又は電気触媒
組成物層をその上に有する複合構造体は当該分野で公知
の種々の方法によってつくることができ、例えば、膜表
面上に次いでプレスされるデカル(deca 1 )の
調製、・ぐインダーの液体組成物中のスラリー(例えば
分散液又は#[)の適用、しかる後の乾燥、ペースト状
の組成物のスクリーン又はグラビア印刷、膜表面に分布
した粉末のホット・プレス、及びGBス064586A
に記載されている如き他の方法が包含される。かかる構
造体は上記の層を溶融加工可能な形態で膜上に適用する
ことにより、及びある糧の方法によりイオン交換型で膜
上に適用することによシつくることができる;得られる
構造体の重合体成分は溶融加工可能な形態である場合に
は公知の方法で加水分解してイオン交換型にすることが
できる。 非電極層及び電気触媒組成物層は種々の方法の組合わせ
で膜上において用いることができる。例えば、膜の表面
は非電極層で変性することができ、後者の上に電気触媒
組成物層を配置することができる。膜の上には電気触媒
及び導電性非電極材料、例えば該電気触媒より高い過電
圧を有する金属粉末の両方を含む層を、単一の層中にバ
インダーと組合わせて設けることも可能である。好適な
タイプの膜はその一方の表面に陰極電気触媒組成物を有
し且つその反対側の裏面に非電極層を有するものである
。 1つもしくはそれ以上の電気触媒層、又は1つもしくは
それ以上の非電極層、或いはそれらの組合わせを表面に
有する膜は、前述した如き狭いギャップ又はゼロ−ギャ
ップ配量の電気化学槽に使用することができる。 本明細書に記載した層に使用′される共重合体は、溶融
加工しうる前駆体形及び加水分解されたイオン交換形の
両方で、少くとも適度に強いフィルムを製造するのに十
分高い分子量を有すべきである。 本発明の革新的な面を′更に例示するために、次に実施
例を示す。 実施例中の略号は次の通りである。 P T F−Eはポリテトラフルオルエチレンを意味し
; TF’E/EVEはテトラフルオルエチレン及びメチル
パーフルオル(4,7−シオキサー5−メチル−8−ノ
ネノエート)の共重合体を意味し; TFE/P8EPVEはテトラフルオルエチレン及びバ
ーフルオル(3,6−シオキサー4−メチル−7−オク
タンスルホニルフルオリド)の共重合体を意味し; EWは当量重量を意味する。 実  施  例 次の層を熱及び圧力下に熱的に一緒に接合する仁とによ
り、強化カチオン交換膜を製造した:A、1080の当
量型1i1(EW)を有するT’FE/EVEの25ミ
クロン(1ミル)からなる陰極表面層。 8.1100の当量重量を有する’1rFB/PSEP
VEの76ミクロン(3ミル)層。 C0強化用及び一時的糸の両方を含有する支持体繊維布
。−化用糸は、厚さ19ミクロン<0.75ミル)及び
巾508ミクロン(20ミル)の引き裂いたPTFE 
 フィルムからなる200デニルのモノフィラメントで
あり、インを当り3.5回の燃り及び平らKして厚さ3
8ミクロン(1,5ミル4)及び巾254ミクロン(1
0ミル)の断面を有する糸としたもので、7.87糸/
era (20糸/インチ)の縦糸及び横糸カウントで
あった。この糸は6.7の縦横比を有した。一時的糸は
15.75糸7cm (40糸/インチ)の縦糸及び横
糸カウ゛ントを有する50デニルのレーヨン糸であった
。布の全厚は76ミクロン(3ミル)であった。 lJ、1100の当量重量を有する’II’FE/PS
EPVE共重合体の25ミクロン(1ミル)のフィルム
からなる陽極表面層。 最初に、層の間に捕捉される空気を排除するように注意
しながら、熱をかけずにA及びB層を圧着させた。次い
で、D層が多孔性剥離紙のウェッブ上に支持されるよう
にして4つの層を熱的積層機中へ通過させた。加熱域で
は、多孔性剥離紙の下側から真空を適用し、TFE/P
8EPVEの2層間に捕捉された空気1にζ薄い溶融し
た下部層(D層)から吸引し、これによって強化用繊維
布を完全にカプセル化した。加熱域を出る重合体の温度
が赤外線測定装置によって測定して230〜235℃で
あるように、加熱域の温度を調節した。 積層後、複合膜を、30%ジメチルスルホキシド及び1
1%KOHを含有する水性浴中において90℃で20分
間加水分解[、た。次いでフィルムをゆすぎ、湿った状
態で、寸法的に安定な陽極及び軟鉄を蝿伸した金属陰極
間に45aeI”の活性域を有する小さいクロルアルカ
リ槽にとりつけた。 檜を3.IKA/m”の電流で90℃下に運転した。 陽極液の出口の塩含量を200#/1に維持した。 陽極液に水を添加して製造される苛性のS度を32±1
%に保った。 8日後、檜は3.55ボルト及び電流効率97%で稼動
していた。この能力は運転36日後も変化しなかった。 嚢施例2 rAJ鳩が1080の当量重量を有する1’ F E/
EVEの50ミクロン(2ミル)の層からなる以外実施
例1を繰返した。 小さいクロルアルカリ槽での試験8日後、膜は3.65
ボルト及び電流効率97%で稼動していた。 この能力は運転37日後も変化しないま1であった。 実施例3 rJ層が1100の当量重量を有するTFE/P8EP
VEO101ミ1ロア (4ミル)の層からなる以外実
施例1を繰返した。 小嘔−クロルアルカリ槽での試験8日後、膜は3.65
&ルト及び電流効率97%で稼動していた。 この能力は運転37日後も変化しない′1まであった。 実施例4 rAJ−が1080の当量重量番有するT F E/E
VEの50ミクロン(2ミル)の層からなり及び「B」
層が1100の当量重量を有するTFE/P8EPVE
O101ミlaン(4ミル)の層からなる以外実施例1
を繰返した。 この膜を、檜の温度を80℃とする以外実施例1と同一
の条件下に小さいクロルアルカリ槽で試験した運転6日
後、膜は3.70ボルト及び電流効率95.2%で稼動
していた。 比較例A 本比教例は、低縦横比を有するモノフィラメントを含み
且つ一時的糸を含まない強化用繊維布を用いたときの、
電解槽の電位に及ぼす影響を示す。 膜は次の層を熱的に接合することにより製造した。 A、1080の当量型@(EW )を有する’I’FB
/EVEO25ミ1.cxン(1ミル)からなる陰極表
面層。 8.110(1)当量重量t−Wする’l”FE/PS
EPVE (D 101ミクCM/(4ミル)層。 C0一時的糸を含1ない強化用糸だけを有する布、強化
用糸は、テトラフルオルエチレン96電量%及ヒバ−フ
ルオル(プロプルビニルエーテル)4重量%の共重合体
(米国特許第4.029.868号、比較例C参照)の
、直径127ミクcry(5ミル)の円形断面を有する
200デニルで押出≧れたモノフィラメントからなった
。これは縦横比1′t−有した。布は縦糸カウント13
.8糸/−(34糸/インチ)及び横糸カウント6.7
糸/cIn(17糸/インチ)のレノ織りであった。こ
の布を全体の厚さが239ミクロン(9,4ミル)とな
るように熱ロール間に通した。糸は交点において僅かに
平らになり、糸の縦横比が1から1.13”!で増加し
た。  ・ 1)、1100の当量重量を有するT)’E/PSEP
VE共重合体の51ミクロン(2ミル)のフィルムから
なる陽極表面層。 上記構成分を熱的に接合し、加水分解し、その性能を実
施例1における如く評価した。 小さいクロルアルカリ槽で9日後、嗅は3.80ボルト
及び電流効率(3回の種試験の平均)95.2%で稼動
していた。 いずれかの層A、B又はDの25ミクロン(1ミル)以
下を用いた同一の強化繊布によってより薄い膜を製造す
る試みは、(1)高加工温度での試みの場合、膜がリー
クする、或いは(21低加工温度での試みの場合、布C
の糸に隣ってフィルムB及び0間に大きい空隙が形成さ
れるという理由から不成功であった。いずれの条件も、
膜を長期間に亘るクロールアルカリ槽での使用に対して
不適当ならしめた。 比較例B 本比較例は、高縦横比を有し且つ一時的糸を有さないモ
ノフィラメントを含む強化用繊維布を用いたときの、檜
の電圧に対する影響を示す。 層Cが、300デニルに裂いたP T F E フィル
ムのモノフィラメントからなり、これを糸として厚さ5
0.4ミクロン(2ミル)及び巾305ミクロン(12
ミクロン)により且つ縦糸及び横糸カウント15.75
糸/3(40糸/インチ)を有する強化用布である以外
構造は実施例Bと同一であった。なお層Cの糸の縦横比
は6/1であり、一時的糸を含まなかった。 小Jいクロルアルカリ槽において6日後、膜は4.0ボ
ルト及び電流効率94,5%で稼動【7ていた。 本実施例は、高縦横比を有するモノフィラメントと一時
的糸とからなる強化用繊維布を用いることによる本発明
の方法を例示する。膜の層は次の通りであった: A、j050EWのTFE/EVEの51ミクロン(2
ミル)層。 H,1100EWの’l’FE/PSEPVEの101
ミクロン(4ミル)層。 C0強化用及び一時的糸の両方を含有する布。 強化用糸は、繊維中305ミクロン(12ミル)及ヒ厚
さ56ミクロン(2,2ミル)となるように平らにした
200デニルのP’I’FE  マルチフィラメントヤ
ーンからなった。この縦横比ハ5.5であった。縦糸及
び横糸方向の両方での糸カウントは5.9糸/m(15
糸/インチ)であった。一時的糸は縦糸及び横糸カラン
)23.6(60糸/インチ)の50デニルのレーヨン
糸からなった。布の全厚は112ミクロン(4,4ミル
)であった。 D、11000当量重量を有するTti”E /PSE
PVE共重合体25ミクロン(1ミル)からなる陽極表
面層。 この構造成分を熱的に接合し、加水分解17、槽温度を
80℃にする以外実施例1における如く小づいクロルア
ルカリ槽で評価した。運転9日後、電流効率は96.7
%及び電位は3.68&ルトであった。53日後、その
値は95.9%及び3.62ボルトであった。 比較例C 本比較例は、高縦横比のマルチフィラメント糸を有する
が、一時的繊維を織り込んでない強化用繊維布を使用し
たときの、槽電圧に及ぼす影蕃を ゛示す。 積層物の組成は、強化用繊維布が次の通りであるという
以外実施例5と同一であった:層Cは一時的糸を有さな
い強化用糸だけを含有する布であった。これは、200
デニルP T F Eマルチフィラメント縦糸20糸/
cm (51糸/enI)及び400デニル横糸10.
2糸151(26糸/インチ)からなるレン織りであっ
た。糸の巾が508ミクロン(20ミル)であり及び厚
さが糸の交点において63.5ミクロン(2,5ミル)
となるように繊維布を熱ロールで処理した。この縦横比
は8.0であった。布の全厚は127ミクロン(5,0
ミル)であった。 この構造成分を熱的に僧合し、加水分解した。 凡そ半分の憤域がリークした。このことは重合体層の厚
さが限界であることを示した。檜の温度を80℃にする
以外実施例1におけるように、74%さいクロルアルカ
リ槽中でリークのない憤域を評価した。檜で7日後に、
膜は電流効率96.5%及び3.99&ルトで稼動した
。これは一時的糸を有する実施−例5よりも310ミリ
がルト高かった。 実施例6 本集施例は、フルオルカーボン重合体線維及び一時的繊
維の混合物を含有する不織強化材料を用いる本発明の方
法を例示する。 A、1080の当量重量(EWlを有するTFE/Ev
Eの51ミクロン(2ミル)からなる−極表面層。 8.1100の当量重量を有するTF’E/P8EPv
Eの152ミクロン(6ミル)層。 e、i!vI化材料は、6m長及び6.7デニルΩPT
FE  フィラメント及び630−カナダ標準規格の自
由度を有する漂白したクラフトパルプの50150重量
%混合物から作った多孔性の紙でめった。この厚さは1
19ミクロン(4,7ミル)であり、重さは33.8 
g/m”  (1オンス/ヤード1 )であった。 積層物を実施例1における如く製造[また。加熱域にお
いて、多孔性剥離紙の下側から真空を適用し、溶融した
TFE/PSEPVEを多孔性強化用紙全通【2て吸引
下降させ、これによって強化用繊雑布を完全にカプセル
化した。積層物は加水分解後もリークがなかった。 この膜を、檜の・温度を80℃にする以外実施例1と同
様に、小さいクロルアルカリ槽で評価した。 運転7日後、電流効率は96Nであり及び電圧は3.6
8がルトである。 実施例7 1980年2月14日付は米国特許願第121゜461
号は記載の積層機を用いる以外前記実施例と同一の強化
材料を用いて積層物を製造した。層は次の通りであった
: A、 10−80 EW□りTFE/EVE(7)51
 ミクロン(2ミル)層。 B、1100EWO’l’FE/)’5EPVBの51
ミクロン(2ミル)層。 C0実施例6における如き50150 PTPE/クラ
フト。 1)、 1100 EWO’l’FE/PSEi’VE
 (7)51ミクロン(2ミル)層。 積層物を加水分解し、小さいクロルアルカリ槽中におい
て、80℃の温度下に評価【、た。他の条件は実施例1
と同一であった。運転13日後、電流効率は96.5%
及び電圧は3.62ボルトであった。 比較例り 本比較例は、一時的線維を含着ないT F!” Eフィ
ラメントにけからの不織強化材料を用いた時の、槽の電
圧に及ぼす影畳ヲ示す。 構造成分は、P’l”FE紙が一時的繊維を含まないと
いう以外実施例6と同様であった。紙は110ミクロン
(4,3ミル)の厚さ及び1】OI/m”  (3,2
6g/ヤード8)の基本重量を有したつ 加水分解後、これを小さいクロルアルカリ槽で評価した
。7日後、これは93.1%の電流効率及び4.16&
ルトの電位を示した。 本発明のイオン交換膜は、従来法の膜門りも技術的に進
歩している。これは、クロルアルカリ槽における膜とし
て使用したとき、低電圧及びfl;電流効率、即ち低電
力消費量での運転を含めて改良された性能特性を示す。 従って電力消費量の低下に伴なう運転費の実質的な節約
がもたらされる。 特許出願人 イー・アイ・デュポン・デ・ニモアス・ア
ンPaカンパニー 外1名 第1頁の続き 優先権主張 01981年11月12日■米国(US)
■319991
[1. The total thickness of at least two core layers of the fluorinated polymer is
-COOM and/or -SO used in the production of iron films,
W functional group [where R is lower alkyl and/or W
is F or CI] in the range of 50 to 250 microns, and the web of support material has a thickness of about 25 to 125 microns and at least 50% The cough intensifier defines a window area between them [2, and the conduit in the membrane runs from the window area to the blind area, where the intensifier defines the window area between them. An ion exchange membrane is provided, characterized in that it is located near a layer of 1. Further, according to the present invention, there are provided a precursor membrane for producing an ion exchange membrane, an electrochemical cell containing the ion exchange membrane as a component, and an electrolysis method using the ion exchange membrane. Membranes of the invention typically contain 1000R and/or -SO
! It is prepared from a web of two or more layers of a fluorinated polymer having a W functionality, where R is lower alkyl and W is F or CI, and a support material. The first layer of polymer with which this invention relates is typically a cardanic acid polymer having fluorinated hydrocarbon chains (all pendant) containing functional groups or functional groups. This pendant side chain may be, for example, [wherein 2 is F or CF, t is 1 to 12, and V is 1000R or -CH, where R is lower alkyl Normally, the functional group in the side chain of the polymer will be present at the terminal 10→c F-)-V group. Examples of fluorinated polymers for this food are:
British Patent No. 1,145,445, US Patent No. 4.11
No. 6,888 and US Pat. No. 3,506,635. More particularly, the polymers are prepared from monomers that are fluorinated or fluorine-substituted vinyl compounds. Polymers are usually made from at least two monomers. The monomer of at least 1 m is a fluorinated vinyl compound, such as vinyl fluoride, hexafluoropropylene, vinylidene fluoride, trifluoroethylene, chlorotrifluoroethylene, perfluoro C alkyl vinyl ether), tetrafluoroethylene, and mixtures thereof. It is. For copolymers used in brine electrolysis, the precursor vinyl monomer will desirably be hydrogen-free. Furthermore, at least 1'ja of the monomers has a group that can be hydrolyzed to a carboxylic acid group,
For example, Cal is a -fluorinated monomer containing an alkoxy or nitrile group in the side chain as described above. The term "fluorinated polymer" here refers to a polymer that loses its R group through hydrolysis and becomes an ion-exchanged polymer, with the number of F atoms increasing to F atoms and H
It means a polymer in which the number of atoms is at least 90%. The monomers are preferably hydrogen-free except for the R group of -COOR, especially when the polymer is used for brine electrolysis, and are most preferably hydrogen-free for maximum stability in harsh environments. will be free of both hydrogen and chlorine, i.e. will be monofluorinated; the R group must be fluorinated since it is lost during hydrolysis when the functional group is converted to an ion exchange group. l! There isn't. One suitable class of cal-xyl-containing monomers is illustratively of the formula %, where R is lower alkyl, YFiF or OF, and S is 0.1 or 2 ]. These monomers in which S is 1 are
This is preferred because its production and separation in good yields are easier to achieve than when S is 0 or 2. Compound CF, =CFOCF, CFOCFICOOCH. C.F. are particularly useful monomers. Such monomers can be obtained, for example, from a compound having the formula % [wherein S and Y have the same meanings as above], (1) the terminal vinyl group is saturated with chlorine to obtain OF, (:
By converting it to 1-CFe1- group, it is
C2) Oxidize with nitrogen dioxide to 10 CF, OF! 80. (3) esterification with an alcohol such as methanol to generate -ocp, cooeps groups; and dechlorination with zinc dust to form terminal Cp,=C]"- However, instead of this sequence Q) and (31), (at-OCF, -CF, 80.
Sulfinic acid, -0CF, CF, by treatment of the F group with sulfite or hydrazine, 80. H. or its reduction to an alkali metal or alkaline earth metal salt; (b) oxidation of sulfinic acid or its salt with oxygen or chromic acid to produce 100F, e00H group or its metal salt; and (c) known -0CF, C00C by the method of
Esterification to H, can also be used. This sequence is described in more detail in US Pat. No. 4,267,364 in connection with the preparation of copolymers of such monomers. Other suitable types of carboxy-containing monomers have the formula % [where ■ is -COOkL or -CN, R is lower alkyl, Y is F or CF, and Z is F or CF, and S is 0.1 or 2]. The most preferred monomers, because they are easily polymerized and converted to the ionic form, are -COU)t, where R is lower, generally C1-CI alkyl. Monomers in which S is 1 are also preferred because their production and separation in good yields is easier to achieve than when S is O or Fi2. The preparation of these monomers and copolymers thereof in which 1 is -000R, where R is lower alkyl, is described in U.S. Pat. No. 4,131,740. a compound whose method of manufacture is indicated therein;
CF, , = CPOCF, CFOCF, CF, COOC
H3, Ohi CF. CF, ,,=CFO(CF, CFO) t OF,
CF, C00C)l. C.F. are sometimes useful monomers. (2) A method for producing a 10N monomer is described in U.S. Pat. No. 3,854,326. Furthermore, other suitable types of carboxyl-containing polymers include 10 (
CF,) C00CH, [where V is 2-2o], e.g. cFt=cp-o(CF't), eoOcH3 and OF
,=CFOCF,CF(CF,10(CFt),C00
CH. , g1. Methods for producing such monomers and copolymers thereof are described in Japanese Patent Publication No. 52-38486 and Japanese Patent Publication No. 52-28586, and British Patent Nos. 1 and 14.
No. 5,445. The other 11% of the carboxyl-containing polymer contains repeating units [wherein q is 3-15, r is 1-10, S is 0, 1, or 2, and t is 1-12] , X together are 4 fluorines or 3 fluorines and 1 chlorine, YFi, F or CF, Z FiF or OF, and RFi lower alkyl. Represented by a polymer. A preferred group of copolymers is tetrafluoroethylene and the formula % wherein n is 0.1 or 2, m is 1.2.3 or 4, Y is F or CF, and and R is CH, , C, H, or C, H. Such copolymers to which the present invention relates can be prepared using known techniques,
For example, U.S. Pat. No. 3,528,954, U.S. Pat.
.. No. 131.740 and African Patent No. 78/22
It can be manufactured by No. 25. The sulfonyl polymers to which this invention relates are typically polymers having a fluorinated hydrocarbon chain further attached with a functional group or pendant side chains bearing a functional group. The pendant side chain is, for example, -CF, -CF-80tW f [wherein R4 is FXCl or a C8-C1° perfluoroalkyl group, and W is F or CI, preferably F]. It can contain. Usually the functional groups in the side chains of the polymer will be present in the terminal groups -0-CF, -CF-80,F. Examples of fluorinated polymers of this type are disclosed in U.S. Pat. Nos. 8,284,875, 3,560,568 and 3,718,627. More particularly, the polymers can be prepared from fluorinated monomers or fluorine-substituted vinyl compounds. The polymer is made from at least two monomers, at least one from each of the following two groups. At least one monomer is a fluorinated vinyl compound such as vinyl hafluoride, hexafluoropropylene, hnylidene fluoride, trifluoroethylene, chlorotrifluoroethylene, perfluoro(alkyl vinyl ether), tetrafluoroethylene, and the like. It is a mixture of For copolymers used in brine electrolysis, the precursor vinyl monomer desirably does not contain hydrogen. The second group is the precursor group -CF, -CF-80! It is a sulfonyl-containing monomer containing F. A further example can be represented by the general formula % where T#i is a difunctional fluorinated group of 1 to 8 carbon atoms and kFio or 1. The substituent atomic group in T is fluorine,
Contains chlorine or hydrogen, although hydrogen is generally excluded when the copolymer is used for ion exchange in chloralkali baths. The most preferred polymers have no hydrogen and chlorine bonded to carbon, ie they are perfluorinated for maximum stability in harsh environments. The T Go stone of the above formula may be branched or unbranched, that is, it may be linear,
It may have one or more ether bonds. The vinyl group in the group of comonomers containing sulfonyl fluoride is attached to the T group through an ether linkage, ie the comonomer has the formula cr, =cF-o-T-CF, 80. F
It is preferable that the Examples of comonomers containing sulfonyl fluoride such as CF, =CFOCF, CFit, 80tF. CF, = UFOCF, CFOCF, CF, 80. F. C.F. CF, CF. CF,=CFCF,CF,80. F, and CF, = CF
OCF, CPOCF, CF, 80. F ■ OF. ■Direct CF. It is. The most preferred sulfonyl fluoride-containing comonomer ha,barfluor(3,6-thioxal 4-j thyl-7-
octensulfonyl fluoride), CF, =CFOCF
, CFOCF, OF, So, F0F. It is. Sulfonyl-containing monomers are described in U.S. Pat.
No. 5, No. 3,041,317, No. 71 & 627, and No. 3,560,568. Preferred class 111 such polymers include repeating units [wherein h is from 3 to 15, j is from 1 to 10, p FiOll or 2, and l- taken together with 4 fluorine or 3 fluorine and 1 chlorine, Ytj:P' or CF, and Rf is F', C
I or 01-C1'. is a barfluoroalkyl group]. The most preferred comonomer is tetrafluoroethylene and barfluor (3,6-thioxal-4-methyl-7-octensulfonyl fluoride), the latter in an amount of 20 to 65%;
Preferably it is a copolymer containing 25 to 50% by weight. Such comonomers used in the present invention are compatible with the general polymerization methods developed for the homo- and copolymerization of fluorinated ethylene, particularly for tetrafluoroethylene, which are described in the literature. It can be manufactured by the method described below. A non-aqueous process for making copolymers is described in U.S. Pat.
No. 041,317, i.e. a mixture of the main monomers, e.g. In the presence of the compound and at a temperature θ~200°C and a pressure 101~2
Including methods of polymerizing at X10' Pascals (1 to 200 atmospheres) or higher. The non-aqueous polymerization can be carried out in the presence of a paper-forming solvent, if desired. Additional fluorinated solvents are inert liquid perfluorinated hydrocarbons such as perfluoromethylcyclohexane, perfluorodimethylcyclobutane,
Perfluorooctane, perfluorobenzene, etc., and inert liquid alkali fluorocarbons, such as 1.
1.2-1lichloro-1,2,2-trifluoroethane, etc. An aqueous method for making copolymers involves contacting the monomers with an aqueous medium containing a radical initiator, as described in U.S. Pat.
393,967 to obtain a slurry of polymer particles in a non-aqueous wet or particulate form, or a monomeric fl radical initiator and a technically inert dispersant. For example, US Pat. No. 2,559,752 and! 2,593,58
The process involves obtaining an aqueous colloidal dispersion of polymer particles and hardening the dispersion as disclosed in No. 3. Co-electropolymers containing different types of functional groups can also be used as one of the component films in making the membranes of the invention. For example, produced from monomers selected from the group of non-functional monomers mentioned above, monomers from the group of carboxylic acid monomers mentioned above and also monomers from the group of sulfonyl monomers mentioned above. tprpolymers can be made and used as one of the film components in making membranes. Additionally, a film that is a mixture of two or more polymers can be used as one of the component films of the membrane. For example, a mixture of a melt-processable form of the polymer having sulfonyl groups and a melt-processable form of the polymer having carboxyl groups may be used as one of the component films of the membrane of the present invention.
It can be manufactured and conveniently used as one. Furthermore, it is also possible to use the product term film as one of the component films in producing the membrane. For example, a film having a melt-processable copolymer layer having sulfonyl groups and a melt-processable copolymer layer having carboxyl groups is used in the manufacture of the present invention as one of the component films. Can be used. When applied to a film or membrane for isolating the anode and anode chamber of an electrolytic cell, e.g. a chlor-alkali cell, the sulfonate polymers treated herein are converted to an ionizable form and then 0.5 to 2mm child/9, preferred 1. <
is at least 0.6 mm Y/I and more preferably 0
.. It should have a total ion exchange capacity of 8 to 1.4 IJ equivalents/g. If the ion exchange capacity is less than 0.5 milliequivalents*711, the electrical resistance becomes too high and the ion exchange capacity is 2 milliequivalents/I.
If it exceeds this, the electrolyte will swell excessively, resulting in poor mechanical properties. The relative amounts of components constituting 1 coalescence are determined by the ion conversion barrier in the electrolyzer and 1. When used as a polymer, the polymer should be adjusted or selected to have an equivalent weight of no more than about 2000. The equivalent weight at which the resistance of the film or membrane is too high for practical use in an electrolytic cell varies somewhat with the thickness of the film or pus. For thin films and membranes, equivalent weights up to about 2000 can be tolerated. Normally, the equivalent weight is small <4600
, preferably should be at least 900. The monolithic film having the sulfonyl groups in ion-exchanged form will preferably have a weight in the range of 900-1500. However, for many purposes and for films of normal thickness, values of no greater than about 1400 are preferred. In the carboxylate polymers addressed herein, when used to isolate the chambers of chloralkali baths, the requirements regarding ion exchange power are different from those of the sulfonate polymers. The cal-xylate polymer has a resistance of at least 0.05° to provide an acceptably low resistance of 411°.
6 millimeters/9, preferably at least 0.7 millimeters/9, and most preferably at least 0.8 millimeters/9.
It has to shoulder the ion exchange capacity of 9. Such values are particularly acceptable for films with a thickness in the thinner range of 10 to 100 microns, and for films in the middle and thicker parts of this range the ion exchange capacity is At least 0.7 mm/! ? , good? j, 〈should be 0.8 meq/g.・Ion exchange capacity is 2
It should be less than or equal to millivol/9, preferably less than or equal to 1.5 milliequivalents/I, and more preferably less than or equal to 1.3 milliequivalents/g. In terms of equivalent weight, cal-xylate polymers most preferably have an equivalent weight in the range <Fi 770 to 1250. The membranes of the present invention are made from component polymer films ranging in thickness from about 13 microns (0.5 mils) to about 150 microns (6 mils) 1 in thickness. Since the membrane is generally made from two or three such polymer films,
The total thickness of the polymeric film used in making the resulting membrane is generally about 50 to 250 microns (2 to 10 mils).
, preferably 12< is 75 to 200 microns (3 to 8 mil),
Most preferably about 75-150 microns (3-6 mils)
It will be. The conventional method of defining the structural composition of membranes in this art is to determine the polymer composition, equivalent weight and thickness of the polymeric film in melt-processed form, and the hydrolyzed ionic father from which the membrane is made. Chivalry is carried out in both cases. The reason for this is that () the thickness of the reinforced membrane is not uniform, i.e. it is thicker at the intersections of the reinforcing fabrics and thinner elsewhere, and the measurements taken with a caliber or micrometer do not show the highest thickness; This is because measuring the cross section using a microscope and photography is troublesome and time consuming. Additionally, in the case of hydrolyzed ionic membranes, the measured thickness depends on whether the membrane is dry or swollen with water or electrolyte, or even if some of the amount of polymer is electrolyzed. It varies depending on the ionic strength and ionic strength of the liquid. Since membrane function is partly a function of the amount of polymer,
The simplest way to define the structural composition is the nine methods described immediately above. The web of support material is suitably a woven or non-woven paper. In either case, the web is a reinforcement and a temporary (sa)
Consists of both critical members. For woven fabrics, regular basket weave and leno
) A weave like a weave is appropriate. Both reinforcing yarns and temporary yarns may be monofilament or multi-strand. Reinforced Jjfl perhalocarbon polymer yarn. "Perhalocarbon polymer" as used here is
Ether is used to refer to polymers having monocarbon chains with or without oxygen bonds and substituted entirely with fluorine or with fluorine and chlorine atoms. Preferred perhalocarbon polymers are perfluorocarbon polymers due to their greater chemical inertness. Typically, such polymers are homopolymers made from tetrafluoroethylene and hytetrafluoroethylene and hexafluoropropylene and/or where the alkyl group has from 1 to 1 carbon atoms.
Contains a copolymer of 10 perfluor(alkyl vinyl ether), e.g. perfluor(propyl vinyl ether). An example of the most suitable reinforcing material is polytetrafluoroethylene. Reinforcing threads made from chlortrifluoroethylene polymers are also useful. In order to provide adequate strength to the fabric prior to lamination and to the membrane after lamination, the reinforcing yarn should be of 50-6002 denier, preferably 200-400 denier (denier is 9000 m of yarn). number of grams per hit). However, such denier threads with typical round cross-sections require a suitable thickness to ensure that the reinforcement is up to twice the thickness of the thread and thus leak free. It is necessary to use film layers of fluorinated polymers, and the total effective thickness necessitates operation at high voltages, resulting in unsatisfactory membranes. According to the invention, fiber fabrics are used in which the reinforcement has a particular denier but is non-circular, ie with a cross-sectional shape having an aspect ratio of 2 to 20, preferably 5 to 10. By aspect ratio is meant the ratio of the width of the stiffener to its thickness. Typically suitable cross-sectional shapes include rectangular, oval and oval. The rectangular members may be in the form of thin, narrow strips cut from the film, or may be extruded as such. Note that in this case, the corners can be rounded. Oval, oval, and other shapes may be extruded or made by rolling the fibers or yarns flat. It is also possible to obtain the required aspect ratio by pressing the woven fabric flat with a roll. A rectangular cross section as described above is preferred. Support material wet f#i25
~125 microns (1-5 mil), preferably t150~
Having a thickness in the range of 75 microns (2-3 mils), the reinforcement is 12-63 microns (0.5-25 mils)
It should preferably have a thickness of 25 to 38 microns (1 to 1.5 mils). The fibrous fabric should have a thread calanthra in the range of 1.6 to 16 reinforcing threads/3 (4 to 40 threads/inch) in each of the warp and weft threads. A yarn count within the range of 6 to 8 reinforcing yarns/C is preferred. The temporary member of the textile fabric is any number of threads of any suitable material, natural or synthetic. Suitable materials include cotton, linen, silk, rayon, nylon 6-6, polyester terephthalate, and polyacrylonitrile. Cellulosic materials are preferred. The main requirement for fugitive fibers is that they can be removed without adversely affecting the polymer matrix. Under these conditions, the chemical make-up of the temporary fibers is not critical. Similarly, the method of removing temporary fibers is not rigorous in that its removal does not interfere with the ion exchange capacity of the final polymer in the cation-permeable separator. By way of example, temporary fiber removal of cellulosic materials, such as resin, can be carried out using hypochlorous acid. Fugitive fibers are fibers that can be removed without adversely affecting either the intermediate polymer, which is a precursor to the polymer with ion exchange sites, or the polymer with ion exchange sites. The fugitive fibers are removed from the polymer until t leaving voids without interfering with the ion exchange capacity of the final polymer. The temporary fiber removal method must not affect the supporting fibers used to strengthen the isolation wall. The temporary member, such as a thin ribbon cut from rayon thread or reapposed cellulose film, suitably has a diameter of about 40 to 100
It's Denil's. They can have an aspect ratio in the range 1 to 20, i.e., have a rectangular, oval or oval cross-section, or, if sufficiently low denier, an aspect ratio of 1, i.e. circular in cross-section. can be of. As in the case of reinforcing threads, the temporary threads should have a thickness of 12 to 63 microns, preferably 25 to 38 microns. In each of the warp and weft threads, the ratio of temporary threads to reinforcing threads of the textile cloth should be within the range of 10:1 to 1:1. The preferred ratio of temporary fibers to reinforcing fibers is 2:1 to 6:
1, most preferably 2:1 to 4:1. Furthermore, it is preferred that for each reinforcing fiber there is an even number of temporary fibers. Fabrics with an odd number of fugitive fibers for each reinforcing fiber can also be used, but they are not the preferred class m. The reason for this preference can be seen by observing what happens in the case of textile fabrics of normal weave with one temporary fiber for each reinforcing fiber: Remove fibers 1-running time;
The remaining reinforcing fibers are not in the form of a textile; one set of fibers is simply located on top of another, and while such is acceptable in the present invention, it is not preferred. Of course, in such cases it is also possible to use special weaves that remain woven after removing the temporary fibers. To avoid the need to make such special weaves,
Fabrics having an even number of fugitive fibers for each reinforcing fiber are preferred. Reinforcing fiber fabrics can be made with existing high aspect ratio yarns twisted or untwisted. When twisting, the number of twists is small so that a high aspect ratio is maintained. The reinforcing fabric should be such that after subsequent removal of the temporary threads, the fabric has an open area of at least 50%, preferably at least 65%. Here is the "opening"
(e) The area of the window relative to the area of the fiber cloth is expressed as a percentage. In the case of nonwoven paper, thin open sheets of suitable component fibers can be used. The reinforcement is perhalocarbon polymer fiber. As used herein with respect to nonwoven paper, the term "fiber" refers to cho-pped fibers cut from filaments.
fibers) as well as fiprid and fib-IJ
/'4 Includes. The perfluorocarne is in the same sense as described above for the perhalocarne polymer system, and is also preferably a perfluorocarbon. These fibers have a denyl of 5 to 1 o and a length of 3 to 20-1, preferably 5 to 10 days. The fugitive member is a fiber of cellulosic or other material as described above with respect to fugitive yarn. Characteristics of paper fibers can be defined by Hahalp's standard tests that define the "freeness J," such as the "Canadian Standard Degree of Freedom" defined in TAPPI Standard T227m-58. Suitable degrees of freedom values for paper temporary members are within the range of 300-750@j Canadian standard. A preferred embodiment is a kraft fiber. Paper sepa-halocardan fibers 10-90% by weight and fugitive fibers 90-10% by weight, preferred. It consists of 25-75% by weight perhalo cardan fibers and 75-25% fugitive fibers. Paper Fi25-125II/m”, preferably 50g/
As in the case of woven fabrics, the thickness of the paper should be from 25 to 125 microns (1 to 5
mil), preferably 50-75 microns (2-3 mil)
within the range of at least 50% after temporary fiber removal
The tube should preferably have an opening of at least 65%. Membranes can be made from the component layers of the film and the web of support material with the aid of heat and pressure. In order to melt bond the polymeric films used together to form a single membrane structure with the support material, first, if more than two films are used, adjacent film sheets are fused together. In order to achieve this, a temperature of typically 200 to 300°C is required. However, the required temperature may be above or below this range, depending on the polymer used. A suitable temperature option in that case is that if the temperature is too low, the films will fail to adhere properly to the reinforcement and to each other and/or large voids will form between the films adjacent to the reinforcement. Therefore, if the temperature is too high,
This will be evident due to excessive polymer fluidization resulting in leakage and non-uniform polymer thickness. The pressure is about 2
It can be used from pressures as low as x10' Pascals to pressures in excess of 107 Pascals. Appropriate types of equipment for patch operations include:
It is typically a hydraulic press using pressures in the range of 2 x 10" to 10 Pascals. Equipment suitable for continuous production of membranes and used in the examples unless otherwise specified includes an internal heater and an internal vacuum source. The hollow roll includes a series of circumferential slots on its surface and an internal vacuum source draws the component material towards the hollow roll. A curved stationary plate with a radiant heater comprises a The upper surface of the hollow roll and approximately 6 cm (-inch)
facing the distance. During the lamination operation, a porous release paper is used as a support material in contact with the hollow roll to prevent adhesion of the component material to the roll optical surface, and a vacuum source draws the component material toward the hollow roll. Supply and removal means are provided for component materials and products. In the supply means, an antler roll having a smaller diameter than the hollow roll is placed against the release paper and the component materials. The supply and removal means are positioned such that the component material passes around the circumference of the medium in a ridge of approximately s/, of its circumference. A second antler is placed against the release paper to separate it from the other materials. Removal means are provided for the release paper and the product film. When used for ion exchange purposes and in electrolytic cells, such as chloralkali cells for the electrolysis of brine, the 7 membrane should have all functional groups converted to ionizable functional groups. Normal and good 1 [. Alternatively, these are sulfonic acid and cardanic acid groups, or their alkali metal salts. Such conversion is usually and conveniently carried out by hydrolysis with acids or bases so that the functional groups described above for melt-processable polymers are converted to the free acid or alkali metal salt thereof, respectively. achieved by. Such hydrolysis can be carried out using mineral acids or aqueous solutions of alkali metal hydroxides. Hydrolysis with a base is preferred because it proceeds quickly and completely. The use of hot solutions, such as solutions near the boiling point, is preferred for fast hydrolysis. The time required for hydrolysis increases with the thickness of the structure. It is advantageous to include a water-miscible organic compound, such as dimethyl sulfoxide, in the hydrolysis column. Removal of the fugitive fibers from the membrane can variously occur before, during, or after converting the original membrane in melt-processable form to an ion exchange membrane. It can be carried out during the cough conversion if the temporary member is destroyed by the hydrolysis column used for the conversion. An example of this is the caustic hydrolysis of nylon polymers. For example, in the case of rayon fugitives, removal may be effected prior to the conversion by treatment with aqueous hypochlorous acid (IJ). At this time, the fugitive fibers are removed and a membrane is produced in which the functional groups of the polymer layer are of the 1000R and -5OtW type. Hydrolysis may be carried out first. In this case, the functional group is converted to -COOH and -8o, H or a salt thereof,
Membranes of ion-exchange type are produced that still contain fugitive fibers;
The fugitive fibers are then removed, in the case of rayon or other cellulose or polyester members, by the action of the hypochlorous acid formed in the cypress during electrolysis, if the membrane is used in a chlor-alkali bath. can be done. When the temporary member is removed from the membrane, a conduit remains in the membrane at the location originally occupied by the temporary member. These conduits are generally sha-dowed from the window area.
That is, it extends in the blind region 1, while the reinforcing member is located close to the functional polymer having carboxyl functionality. The conduits have a nominal diameter of 1 to 50 microns. This nominal diameter is the same as that of the fugitive fiber, whose removal results in the creation of a conduit. The actual diameter of the conduit will vary due to shrinkage or collapse of the membrane as it is dehydrated, and due to swelling and swelling of the membrane itself. Typically, the conduits remaining after removal of the fugitive threads of the fabric are in the range of 10 to 50 microns in diameter, and in the range of 1 to 20 microns in diameter upon removal of the fugitive from the paper. The membranes of the invention are characterized in that the support material does not penetrate through the first layer of a fluorinated polymer having carboxyl functionality, but is at least primarily composed of a fluorinated polymer having carboxyl functionality. A fluorinated polymer having one and preferably sulfonyl functionality in the other layer is produced, originally present in the second layer, which is the surface layer of the membrane. As a result, the conduits are present at least primarily in layers other than the first layer of the monopolymer and preferably also in the second layer of the polymer having sulfonyl functionality. The ion-exchange membrane conduits created by the removal of temporary members do not penetrate the membrane from one surface to the opposite surface, so that the membrane does not exceed the water pressure of the liquid at the typical low pressures that occur in chlor-alkali baths. Impermeable to flow. (A diaphragm that is porous does not cause a change in the composition of the hydraulic flow of liquid passing through it, whereas an ion-exchange membrane allows ion It is an easy method to determine the presence or absence of a conduit through the membrane by a leak test using gas or liquid. However, the conduit may or may not be open or closed, ie, penetrating from the second layer of fluorinated polymer to the surface of the membrane. In each case, the conduit extends from the window area of the membrane to the blind area. It is preferable that the conduit in the second layer opens to the surface of the membrane. The reason is that such membranes work at lower voltages than membranes with occluded channels. When the ion exchange membrane is used for the electrolysis of saline water, the layer with carxyl functionality is directed towards the anolyte and the second layer, preferably with sulfonic acid functionality, is directed towards the anolyte (saline water). , the conduit is open if the reinforcing member serves to transport the brine to the blind region within the membrane near the layer with carboxyl functionality, or similarly if occluded. This serves to transport the liquid penetrating into the surface portion of the second layer up to the blind area. If the ratio of temporary yarns to reinforcing yarns in the fabric is 1:1, the conduit after removal of the temporary yarns runs from the window area to the blind area adjacent to one half of the yarn segment. By "yarn segment" we mean the length of reinforcing yarn that extends from the intersection of one yarn to the intersection of an adjacent yarn. If the ratio of temporary yarn to reinforcing yarn is 2=1, the conduit after removal of the temporary yarn runs from the window area to the blind area adjacent to all yarn segments. As the ratio of temporary threads to reinforcing threads increases PAK, the number of conduits to the blind area that are subsequently created increases further. Therefore, the ratio of temporary yarn to reinforcing yarn is at least 2. :1 fiber cloth is suitable. For paper support materials, the paper portion remaining in the membrane after removal of the temporary fibers is between 2.5 and 112J9,1 m", preferably 4
51/m'' or less. The channels formed when the fugitive fibers of the paper support material are removed appear to be interconnected. -coo as one surface layer
a first layer of fluorinated polymer with only n functional groups, a second layer of fluorinated polymer with only −80,F functional groups as another surface layer, and a support embedded in the second layer It consists of a web of body material. The first layer is about 25-75
and the second layer has a thickness in the range of about 75 microns.
It has a thickness in the range of ~150 microns. After hydrolysis to the ion exchange form and removal of the temporary members of the support material, the resulting ion exchange membrane is a suitable membrane for chloralkali baths. More preferably, this latter membrane conduit is an open conduit as described above. When such membranes have two layers of fluorinated polymers, they may contain three or more layers of polymer, such as a polymer layer with -000R, -SO, From the polymer layer with W, the web of support material and the other layer of polymer with -SO,W groups, the web of support material is completely or completely removed, as seen in some of the examples below. At least almost completely -S
It is processed in the above order so as to be embedded in a matrix having O and W groups. In the claims, the thickness of the component layers is the nominal thickness, i.e. the thickness of the layers used before combining to make the membrane, and the total thickness of the -1 membrane is its thickness after the membrane is manufactured. Regarding. The main use of the ion exchange membrane of the present invention is in electrochemical baths (EL).
ctrochemical cell). Such a cell comprises an anode, an anode chamber, a cathode, a cathode chamber and a membrane located to separate the two iron masses. One example is a chloralkali bath. In this case, the membrane should have functional groups in salt form; in such a bath,
The layer of membrane in which the cal has xyl functionality will be placed towards the cathode chamber. Electrochemical cells, particularly chlor-alkali cells, will normally be constructed such that the air gap or spacing between the anode and cathode is narrow, ie no wider than about 3 meters. The cell may also be operated with the membrane in contact with either the anode or the Fi cathode, as can be achieved by suitable water pressure in one cell chamber or by the use of an open mesh or grid separator that contacts the membrane and electrode. and electrolysis is often advantageous. Furthermore, zero-gap configuration
In the arrangement referred to as gura-tionl, it is often advantageous to have the membrane in contact with both the anode and the cathode. Such an arrangement offers the advantage of minimizing the resistance introduced by the anolyte and catholyte, thus allowing operation at low voltages. With or without such an arrangement, either or both monopoles may have a suitable catalytically active surface layer of any type known in the art for reducing overpotentials at the electrodes. The membranes described herein can have electrocatalyst compositions on either surface or both surfaces and be used as materials to make composite membranes/electrodes. Such electrocatalysts are of the type known in the art, such as U.S. Pat.
, No. 697 and published UK patent application OB2.009,7
88A. Suitable cathodic electrocatalysts include the white metals, Raney nickel and hirthenium black. Suitable anode electrocatalysts include white metals and complex ruthenium and iridium oxides. The membranes described herein may also be provided with a gas- and liquid-permeable porous non-electrode layer thereon, such as by optimal surface roughening or smoothing, or preferably with a gas- and liquid-permeable porous non-electrode layer thereon to enhance the gas emission properties. Either or both surfaces can be modified by providing a. Such non-electrode layers can be in the form of thin hydrophilic coatings or spacers and are usually comprised of inert, electrically inactive or non-electrocatalytic materials. Such a non-electrode layer is 10-99
%, preferably from 30 to 70%, and from 0.01 to
average pore size of 2000 microns, preferably 0.1 to 1000 microns, and generally 0.1 to 600 microns,
Preferably it should have a thickness in the range of 1 to 300 microns. The non-electrode layer usually consists of an inorganic component and a binder; the inorganic component is described in published British patent application GB 2,064,5.
86A, impregnated with tin oxide, titanium oxide, zirconium oxide, or Fe,
0° or an iron oxide such as Fe s 04. Other information regarding non-electrode layers on ion exchange membranes can be found in published European patent application no.
It is described in No. 112487. The binder component in the non-electrode layer and in the electrocatalyst composition layer is, for example, polytetrafluoroethylene, at least the surface of which is modified with functional groups such as 100OH or -80,H by treatment with ionizing radiation in air or by a modifier. Introducing (
fluorocarbon polymers, carboxylate or sulfonate functional groups which have been made hydrophilic by treatment with reagents such as sodium in liquid ammonia (as described in published UK patent application QB 060,703A) or by treatment with reagents such as sodium in liquid ammonia. Can be polytetrafluoroethylene particles modified with functionalized fluorocar &/polymers or copolymers or fluorinated copolymers with acid-type functional groups on the surface (QB 2,064 .5・86A). The composite structure having a non-electrode layer and/or an electrocatalyst composition layer thereon can be prepared using various methods known in the art. For example, the preparation of a decal (deca 1 ) which is then pressed onto the membrane surface, the application of a slurry (e.g. a dispersion or drying, screen or gravure printing of pasty compositions, hot pressing of powders distributed on the membrane surface, and GB 064586A
Other methods are included, such as those described in . Such structures can be made by applying the above-mentioned layers in melt processable form onto the membrane and in ion exchange form by certain methods; the resulting structure When the polymer component is in a melt-processable form, it can be hydrolyzed to an ion-exchange type by a known method. The non-electrode layer and the electrocatalyst composition layer can be used on the membrane in a variety of combinations. For example, the surface of the membrane can be modified with a non-electrode layer, and an electrocatalytic composition layer can be placed on the latter. It is also possible to provide on top of the membrane a layer containing both an electrocatalyst and a conductive non-electrode material, such as a metal powder with a higher overpotential than the electrocatalyst, in combination with a binder in a single layer. A preferred type of membrane is one having a cathodic electrocatalyst composition on one surface and a non-electrode layer on its opposite back surface. Membranes having one or more electrocatalytic layers, or one or more non-electrode layers, or a combination thereof on their surface, can be used in narrow-gap or zero-gap metering electrochemical cells as described above. can do. The copolymers used in the layers described herein, both in melt-processable precursor form and in hydrolyzed ion-exchange form, have molecular weights high enough to produce at least moderately strong films. Should have. To further illustrate the innovative aspects of the invention, the following examples are presented. The abbreviations in the examples are as follows. P T F-E means polytetrafluoroethylene; TF'E/EVE means a copolymer of tetrafluoroethylene and methyl perfluoro(4,7-thioxer-5-methyl-8-nonenoate) EW means equivalent weight; EXAMPLE A reinforced cation exchange membrane was prepared by thermally bonding the following layers together under heat and pressure: A, 25 of T'FE/EVE with an equivalent type 1i1 (EW) of 1080; Cathode surface layer consisting of microns (1 mil). '1rFB/PSEP with equivalent weight of 8.1100
76 micron (3 mil) layer of VE. Support fabric containing both C0 reinforcing and temporary yarns. - The thread is torn PTFE with a thickness of 19 microns (<0.75 mil) and a width of 508 microns (20 mil).
It is a 200 denier monofilament consisting of a film, which has been burned 3.5 times per ink and flattened to a thickness of 3.
8 microns (1,5 mil 4) and width 254 microns (1
0 mil) with a cross section of 7.87 yarn/
warp and weft counts of .era (20 threads/inch). This yarn had an aspect ratio of 6.7. The temporary yarn was a 50 denier rayon yarn with a warp and weft count of 15.75 yarns 7 cm (40 yarns/inch). The total thickness of the fabric was 76 microns (3 mils). lJ, 'II'FE/PS with equivalent weight of 1100
Anode surface layer consisting of a 25 micron (1 mil) film of EPVE copolymer. First, layers A and B were crimped together without heat, being careful to exclude air trapped between the layers. The four layers were then passed through a thermal laminator with layer D supported on a web of porous release paper. In the heating zone, vacuum is applied from the underside of the porous release paper and the TFE/P
The air trapped between the two layers of 8 EPVE was drawn through the thin molten bottom layer (D layer), thereby completely encapsulating the reinforcing fabric. The temperature of the heating zone was adjusted such that the temperature of the polymer exiting the heating zone was 230-235° C. as measured by an infrared measuring device. After lamination, the composite membrane was treated with 30% dimethyl sulfoxide and 1
Hydrolysis was carried out at 90° C. for 20 min in an aqueous bath containing 1% KOH. The film was then rinsed and mounted in a wet state in a small chloralkali bath with an active area of 45 aeI'' between a dimensionally stable anode and a metal cathode drawn from soft iron. It was operated at 90°C with electric current. The salt content at the anolyte outlet was maintained at 200 #/1. The S degree of caustic produced by adding water to the anolyte is 32±1
%. After 8 days, the cypress was running at 3.55 volts and 97% current efficiency. This ability did not change after 36 days of operation. Pouch Example 2 The rAJ pigeon has an equivalent weight of 1080 1' F E/
Example 1 was repeated except with a 50 micron (2 mil) layer of EVE. After 8 days of testing in a small chloralkali bath, the membrane was 3.65
It was operating at 97% volt and current efficiency. This ability remained unchanged at 1 even after 37 days of operation. Example 3 TFE/P8EP with rJ layer having equivalent weight of 1100
Example 1 was repeated except with a layer of VEO 101 mil 1 loa (4 mil). After 8 days of testing in the chloralkali tank, the membrane was 3.65
& rut and was operating at a current efficiency of 97%. This ability remained unchanged even after 37 days of operation. Example 4 T F E/E with rAJ- having an equivalent weight number of 1080
Consisting of a 50 micron (2 mil) layer of VE and "B"
TFE/P8EPVE whose layer has an equivalent weight of 1100
Example 1 except that it consisted of a layer of O101 mil (4 mil)
repeated. The membrane was tested in a small chloralkali bath under the same conditions as in Example 1 except that the temperature of the hinoki was 80°C. After 6 days of operation, the membrane was running at 3.70 volts and a current efficiency of 95.2%. Ta. Comparative Example A This teaching example shows that when a reinforcing fiber cloth containing monofilaments with a low aspect ratio and no temporary threads is used,
The effect on the potential of the electrolytic cell is shown. The membrane was fabricated by thermally bonding the following layers: A, 'I'FB with equivalent type @ (EW ) of 1080
/EVEO25mi1. Cxn (1 mil) cathode surface layer. 8.110(1) Equivalent weight t-W 'l'FE/PS
EPVE (D 101 Miku CM/(4 mil) layer. Fabric with only reinforcing yarns without any C0 temporary yarns, the reinforcing yarns are 96 coul% of tetrafluoroethylene and Hiberfluor (propyl vinyl ether). It consisted of monofilaments extruded at >200 denier with a circular cross section of 127 cry (5 mils) in diameter of 4% by weight copolymer (see U.S. Pat. No. 4,029,868, Comparative Example C). It had an aspect ratio of 1't-.The fabric had a warp count of 13
.. 8 threads/- (34 threads/inch) and weft count 6.7
It was a leno weave of thread/cIn (17 threads/inch). The fabric was passed between heated rolls to a total thickness of 239 microns (9.4 mils). The yarn flattened slightly at the intersection point and the aspect ratio of the yarn increased from 1 to 1.13''! 1), T)'E/PSEP with an equivalent weight of 1100
Anode surface layer consisting of a 51 micron (2 mil) film of VE copolymer. The above components were thermally bonded, hydrolyzed and their performance evaluated as in Example 1. After 9 days in the small chloralkali bath, the odors were operating at 3.80 volts and current efficiency (average of 3 seed tests) of 95.2%. Attempts to make thinner membranes with the same reinforcing fabric using less than 25 microns (1 mil) of either layer A, B, or D have shown that (1) the membrane leaks if attempted at high processing temperatures; , or (21 For attempts at low processing temperatures, fabric C
It was unsuccessful because a large void was formed between the films B and 0 next to the threads of the film. Both conditions are
This made the membrane unsuitable for long-term use in chlor-alkali baths. Comparative Example B This comparative example shows the effect on voltage of cypress when using a reinforcing fabric containing monofilaments with high aspect ratio and no fugitive threads. Layer C consists of a monofilament of P T F E film torn to 300 denier, which is used as a thread to a thickness of 5
0.4 micron (2 mil) and width 305 micron (12
Micron) and warp and weft count 15.75
The construction was the same as Example B except for the reinforcing fabric with thread/3 (40 threads/inch). Note that the aspect ratio of the yarns in layer C was 6/1, and no temporary yarns were included. After 6 days in a small J chloralkali bath, the membrane was running at 4.0 volts and a current efficiency of 94.5%. This example illustrates the method of the present invention by using a reinforcing fabric consisting of monofilaments and fugitive yarns having high aspect ratios. The layers of the membrane were as follows: A, 51 microns of j050EW TFE/EVE (2
mil) layer. H, 1100EW's 'l'FE/PSEPVE's 101
Micron (4 mil) layer. A fabric containing both C0 reinforcing and temporary yarns. The reinforcing yarn consisted of 200 denier P'I'FE multifilament yarn flattened to 305 microns (12 mils) in fiber and 56 microns (2.2 mils) thick. This aspect ratio was 5.5. The thread count in both warp and weft directions is 5.9 threads/m (15
thread/inch). The temporary yarn consisted of 50 denier rayon yarn with warp and weft curls of 23.6 (60 threads/inch). The total thickness of the fabric was 112 microns (4.4 mils). D, Tti”E/PSE with an equivalent weight of 11000
Anode surface layer consisting of 25 microns (1 mil) of PVE copolymer. The structural components were thermally bonded, hydrolyzed 17 and evaluated in a small chloralkali bath as in Example 1, except that the bath temperature was 80°C. After 9 days of operation, current efficiency is 96.7
% and potential were 3.68°. After 53 days, the value was 95.9% and 3.62 volts. Comparative Example C This comparative example illustrates the effect on cell voltage of using a reinforcing fabric having high aspect ratio multifilament yarns but without interwoven fugitive fibers. The composition of the laminate was the same as Example 5 except that the reinforcing fiber fabric was as follows: Layer C was a fabric containing only reinforcing yarns without fugitive yarns. This is 200
Denyl P T F E multifilament warp 20 threads/
cm (51 threads/enI) and 400 denyl weft 10.
It was a len weave consisting of 2 yarns, 151 (26 yarns/inch). The width of the threads is 508 microns (20 mils) and the thickness is 63.5 microns (2.5 mils) at the intersection of the threads.
The fiber cloth was treated with a hot roll so that The aspect ratio was 8.0. The total thickness of the cloth is 127 microns (5,0
Mill). This structural component was thermally assembled and hydrolyzed. Roughly half of the rage area leaked. This indicated that the thickness of the polymer layer was a limit. The leak-free range was evaluated in a 74% chloralkali bath as in Example 1 except that the temperature of the cypress was 80°C. After 7 days in Hinoki,
The membrane was operated at a current efficiency of 96.5% and 3.99°. This was 310 mm higher than Example 5 with temporary threads. Example 6 This collection of examples illustrates the method of the present invention using a nonwoven reinforcing material containing a mixture of fluorocarbon polymer fibers and fugitive fibers. A, TFE/Ev with equivalent weight (EWl) of 1080
- Extreme surface layer consisting of 51 microns (2 mils) of E. TF'E/P8EPv with equivalent weight of 8.1100
152 micron (6 mil) layer of E. e, i! vI material is 6m long and 6.7 denier ΩPT
It was lined with porous paper made from a 50,150% by weight blend of bleached kraft pulp with FE filaments and 630-Canadian standard latitude. This thickness is 1
It is 19 microns (4.7 mils) and weighs 33.8
g/m" (1 oz/yd1). The laminate was prepared as in Example 1 [also in the heating zone, a vacuum was applied from the underside of the porous release paper to remove the molten TFE/PSEPVE. The entire sheet of porous reinforced paper [2] was suctioned down, thereby completely encapsulating the reinforcing fabric. The laminate did not leak even after hydrolysis. It was evaluated in a small chloralkali bath as in Example 1 except that the current efficiency was 96 N and the voltage was 3.6 after 7 days of operation.
8 is Ruto. Example 7 U.S. Patent Application No. 121°461 dated February 14, 1980
A laminate was manufactured using the same reinforcing material as in the previous example except that the laminator described in No. 1 was used. The layers were as follows: A, 10-80 EW□TFE/EVE (7) 51
Micron (2 mil) layer. B, 1100EWO'l'FE/)'5EPVB's 51
Micron (2 mil) layer. 50150 PTPE/Kraft as in C0 Example 6. 1), 1100 EWO'l'FE/PSEi'VE
(7) 51 micron (2 mil) layer. The laminate was hydrolyzed and evaluated in a small chloralkali bath at a temperature of 80°C. Other conditions are Example 1
was the same as After 13 days of operation, current efficiency is 96.5%
and the voltage was 3.62 volts. Comparative Example This comparative example is TF! which does not contain temporary fibers. The effect on cell voltage when using a non-woven reinforcing material from the P'l'E filament is shown. It was the same. The paper is 110 microns (4,3 mil) thick and 1] OI/m” (3,2
After hydrolysis with a basis weight of 6 g/yd8), it was evaluated in a small chloralkali bath. After 7 days this has a current efficiency of 93.1% and a current efficiency of 4.16&
The root potential is shown. The ion exchange membrane of the present invention is technologically advanced compared to conventional membrane methods. It exhibits improved performance characteristics when used as a membrane in a chlor-alkali bath, including operation at low voltage and current efficiency, ie, low power consumption. Substantial savings in operating costs are therefore achieved due to lower power consumption. Patent Applicant: 1 person other than E.I. DuPont de Nemois and Pa Company Continued from page 1 Priority claim: November 12, 1981 ■United States (US)
■319991

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、 −CUOR及び/又は−80!VV官能基〔ここ
で凡は低級アルキルであり及びWはF又はCI  であ
る〕を有する弗素化電合体の隣接するl−が斤いに接着
して存在する少くとも2層、及びそこに埋め込まれた支
持体材料のウェッブか′ら成り、−CUOR基を有する
第一の該層及び−80,W官能基を有する第二の該層が
少くとも存在し、該層の製造に使用される弗素化電合体
の該層くとも2層の全厚が約50〜250ミクロンの範
囲内にあり、該支持体材料のウェッブが約25〜125
ミクaンの厚さを有し且つ強化員及び一時的(sacr
i−ficial)員の両方からなることを特徴とする
液体の水圧流に対して不透過性である膜。 2、該ノーがパーフルオル化重合体からなる特許請求の
範囲第1項記載の膜。 3、該−eooa官能基が−0−(CF、1m二〇〇〇
R浅基〔ここでmは2又は3である〕の一部分であり1
そして該−8O,W官能基が一〇F、−CF、−80.
W残基の一部分である特許請求の範囲第2項記載の膜。 4、該支持体材料のウェッブが織布であり、その強化員
が50〜600デニルであり且つ2〜20の範囲内の縦
横比(aspect  ratio)を有するパーハロ
カーがン重合体系であり、その一時的員が40〜100
デニルである一時的糸であり、該織布が縦糸及び横糸の
各々においてパーハロカーメン重合体系1.6〜16本
/asの範囲内の糸カウント及び縦糸及び横糸の各々に
おいて1:l〜10:1の範囲内の一時的糸対パーハロ
カーボン電合体系の比を有する特許請求の範囲第3g4
記載の膜。 5.  該バーハロカーボン車合体系がパーフルオルカ
ーが7軍合体系である特許請求の範囲第4項記載の膜。 6、 1i*繊布が50〜100ミクロンの厚さを有L
、[バーフルオルカーブ7事合体系が200〜400デ
ニルであり且つ5〜1oの範囲内の縦横比を有する特許
請求の範囲第5項記載の膜。 7、咳織布が縦糸及び横糸の各々においてパーフルオル
カーボン賞合体系6〜8本/1の範囲の糸カウントを有
しそして縦糸及び横糸の各々において2:1又は4:1
の一時的糸対パーフルオルカーダン重合体系の比を有す
る特許請求の範囲第6項記載の膜。 8、該パーフルオルカーがン重合体系がポリテトラフル
オルエチレンのモノフィラメントである特許請求の範囲
第7項記載の膜。 9、該バーフルオルカーボン車合体系が実質的に長方形
の断面、6〜8の範囲内の縦横比、及び約35〜40ミ
クロンの厚さを有し、そして縦糸及び横糸の各々におけ
る一時的糸対パーフルオルカーボン東合体系の比が4:
1である特許請求の範囲第8項記載の膜。 10、各該パーフルオルカーボン重合体系がマルチスト
ランドである特許請求の範囲第7項記載の膜。 11、 −0−(OF、)m−COOR及び/又は−U
P、−CF、 −80,W  を有する弗素化重合体の
21が存在し、該第−の層が13〜75ミクロンの範囲
内の厚さを有し、該第2の層が50〜125ミクロンの
範囲内の厚さを有し、そして弗素化重合体の該層の全厚
が75〜150ミクロンの範囲内にある特許li!京の
範囲第7項記載の膜。 12、mが2でありそして該−SO,W官能基が一〇−
CF、−CF、−80.W残基の一部分である特許請求
の範囲第8〜11項のいずれかに記載の膜。 13、該織布がパーフルオル化重合体の該第2の層中に
少くとも主に存在する特許請求の範囲第8〜11項のい
ずれかに記載の膜。 14、該一時的糸がレーヨン糸である特許請求の範囲第
8〜11項のいずれかに記載の嘆。 15、該支持体材料のウェッブが不織紙であり、その強
化員がパーハロカーボン電合体繊維10〜90重量%で
ありそしてその一時的員が一時的繊維90〜10重量%
であり、該層が約25〜125g/c*”の基本重量を
有する特許請求の範囲第3項記載の膜。 16、該パーハロカーボン富合体繊維がパーフルオルカ
ーがン重合体線維である特許請求の範囲第15項記載の
膜。 17、該不織紙が50〜75ミクロンの厚さ及び25〜
50g/m”の基本重量を有する特許請求の範囲第16
項記載の膜。 18、該バーフルオルカーボン重合体繊維が5〜10デ
ニルでありそして3〜20mの長さを有する特許請求の
範囲第17項記載の膜。 19、該一時的繊維が500〜7001のカナダ標準規
格の範囲内の自由度目reenpss)  を有するセ
ルロース性クラフト繊維である特許1fiI末の範囲第
18項記載の膜。 20、  該不織紙が該パーフルオルカーボン重合体繊
維25〜75重量%及び該クラフト繊維75〜25重重
%からなる特許請求の範囲第19項記載の膜。 21、−0−(CF、lm−C0OR及び/又は−CF
、 −CF、−8O,Wを有する弗素化重合体の2層が
存在し、該第−の層が13〜75ミクロンの範囲内の厚
さを有し、該第2の層が50〜125ミクロンの範囲内
の厚さを有し、そI−で弗素化重合体の該層の全厚が7
5〜150ミクロンの範囲内にある特許請求の範囲第1
9項記載の膜。 22、mが2であり及び該−80,W官能基が一〇−C
F、−OF、−8o、W残基の一部分である特許請求の
範囲第20又は21項記載の膜。 23、該繊布がパーフルオル化重合体の該第2の層中に
少くとも主に存在する特許請求の範囲第20又は21項
記載の膜。 24、鉄膜がζらにその少なくとも一方の表面に電気触
媒(electrocatalyst)組成物のガス−
及び液体−透過性で多孔性の層を巻んでなる特許請求の
範囲@1項記載の膜。 25、鉄膜がさらにその少なくとも一方の表面にガス−
及び液体−透過性で多孔性の非電極層を含んでなる特許
請求の範囲第1項記載の膜。 26、 −COOM及び/又は−80,!114官能基
〔ここでMはH,Na、K又はNH4である〕を有する
弗素化1合体の隣接する該1−が互いに接着l。 でいる少くとも2層及びそれに埋め込まれた支持体材料
のウェッブから成る液体の水圧流に対して不透過性であ
るイオン変換膜であって、−000M官能基を有する第
1の該層及び−805M官能基を有する第2の該層が少
くとも存在し、弗素化重合体の該層くとも2つの層の全
厚が、鉄膜の製造に使用される一COOR及び/又は−
SO,W官能基〔ここでRは低級アルキルであり及び/
又はWはF又はC1である〕を有する前駆重合体の層で
測定したとき、50〜250ミクロンの範囲内にあり、
支持体材料の該ウェッブが約25〜125ミクロンの厚
さ及び少くとも50%の開口を有し且つ強化機からなり
、咳強化員がその間のウィンドウ域を限定し、そして該
膜内の管路(channe l )が該ウィンドウ域か
らブラインド域まで延び、そこで該強化機が該第1の層
の近くに位置することを特徴とするイオン交換膜。 27、#層がパ−フルオル化重合体からなる特許請求の
範囲第26項記載の膜。 28、該−〇〇〇R1官能基が−0−(CFt)rrr
−COOR残基〔ここでmは2又は3である〕の一部分
であり、そしてfi−80,W官能基が−OF、 −C
F、−80,W残基の一部分である特許請求の範囲第2
7項記載の膜。 29、該支持体材料のウェッブが織布であり、その強化
機が50〜600デニルであり且つ2〜20の範囲内の
縦横比を有するバーハロカーゲン重合体系であり、該織
布が縦糸及び横糸の各々においてパーへロカーがン重合
体系1.6〜16本/υの範囲内の糸カウントを有し、
縦糸の該第が横糸の糸と交点で交叉し、隣接する交点対
の各々が糸セグメントを限定し、ウィンドウ域から咳ブ
ラインド域へ延びる少くとも1つの管路が該糸セグメン
トの少くとも半分に隣接して存在する、特許請求の範囲
第28項記載の膜。 30、該糸セグメントのすべてに隣接してウィンドウ域
から該ブラインド域まで延びる少くとも1つの該管路が
存在する特許請求の範囲第29項記載の膜。 31、該パーへロカーがン重合体系がパーフルオルカー
ボン重合体系である特許請求の範囲第30項記載の膜。 32、該織布が50〜100ミクロンの厚さヲ有し、該
パーフルオルカーボン重合体系が200〜400デニル
であり且つ5〜10の範囲の縦横比を有する特許請求の
範囲第31項記載の膜。 33、該織布が縦糸及び横糸の各々においてパーフルオ
ルカーがン重合体6〜8糸/mの範囲内の糸カウントを
有する特許請求の範囲第32項記載の膜。 34.i7パーフルオルカーがン重合体系がポリテトラ
フルオルエチレンのモノフィラメントである特許請求の
範囲第33項記載の膜。 35、該パーフルオルカーボン電合体系が実質的に長方
形の断面、6〜8の範囲内の縦横比、及び約35〜40
ミクロンの厚さを有する特許請求の範囲第34項記載の
膜。 36、各該パーフル芽ルカーボン重合体系がマルチスト
ランドである特許請求の範囲第33項記載の膜。 37、  0  (CF*)m C0OR及び/又は−
CF、−CF、−80,Wを有する弗素化重合体の2層
が存在し、該第−の層が13〜75ミクロンの範囲内の
厚さを有し、該第2の層が50〜125ミクロンの範囲
内の厚さを有し、そして弗素化電合体の該層の全厚が7
5〜150ミクロンの範囲内にある特許請求の範囲第3
3項記載の膜。 38、該管路が該第2の層の露出された表面に開口して
いる特許請求の範囲第37項記載の膜。 ゛39.該管路が10〜50ミクロンの名目上の直径を
有する特許請求の範囲第33項記載の膜。 40、mが2であり、そして該−80,M官能基が一〇
−CFt−CF、−80.M残基の一部分である特許請
求の範囲第34〜37項のいずれかに記載の膜。 41、該織布が弗素化重合体の該第2の層中に少くとも
主に存在する特許請求の範囲第34〜37項のいずれか
に記載の膜。 42、支持体材料の該ウェッブが不織紙であり、その強
化員がパーハロカーがン重合体繊維であり且つ2.5〜
112.51層m”の基本重量を有する特許請求の範囲
第28項記載の膜。 43、該パーハロカーボン繊維がパーフルオルカーボン
重合体繊維である特許請求の範囲第42項記載の膜。 44、該不織紙が50〜7.5ミクロンの厚さ及び2.
5〜45.li’/m’の基本重量を有する特許請求の
範囲第43項記載の膜。 45、該パーフルオルカーがン重合体繊維が5〜10デ
ニルであり、そして3〜20■の長さを有する特許請求
の範囲第44項記載の膜。 46、  0  (CF * 1m  C0OR及び/
又は−CF、−CF’、−80,Wを有する弗素化重合
体の2層が存在し、該第−の層が13〜75ミクロンの
範囲内の厚さを有[7、該第2の層が50〜125ミク
ロンの範囲内の厚さを有[2、そして弗素化重合体の該
層の全厚が75〜150ミクロンの範囲内にある特許請
求の範囲第44項記載の膜。 47、該管路が1〜20ミクロンの名目上の直径を有す
る特許請求の範囲第45項記載の膜。 48、mが2でありそして該−8O,M檀能基が一〇−
CF、−CF、 −80,M残基の一部分である特許請
求の範囲第46又は47項記載の模。 49、該織布が弗素化重合体の該第2の層中に少くとも
主に存在する特許請求の範囲第46又は47項記載の膜
。 50、線膜がさらにその少なくとも一方の表面に電気触
媒組成物のガス−及び液体−透過性で多孔性の層を含ん
でなる特許請求の範囲第26項記載の膜。 51、線膜がさらにその少なくとも一方の表面にがパー
及び液体−透過性で多孔性の非電極層を含んでなる特許
請求の範囲第26項記載の膜。 52、線膜がさらに該第−の層の露出した表面に陰極電
気触媒組成物のガス−及び液体−透過性で多孔性の層を
含んでなり、且つ該第二の層の露出した表面にガス−及
び液体−透過性で多孔性の非電極層を含んでなる特許請
求の範囲第37墳記載の膜。 53、陽極室、該陽極室内に位置する陽極、−極室、該
陰極室内に位置する陰極、及び該室間に位置する特許請
求の範囲第26.29.30.35.37.39.42
.46.47.50又は51項記載の線膜を含んでなる
、電気化学槽。 54、該陽極及び該−極間の間隔が約3mより大きくな
い特許請求の範囲第53項記載の電気化学槽。 55、線膜を該陽極及び該陰極の少くとも1つと接触さ
せる特許請求の範囲第54項記載の電気化学槽。 56、線膜を該陽極及び該陰極の双方と接触させる特許
請求の範囲第55項記載の電気化学槽。 57、陽極、陽極室、陰極、陽極室、及び鉄量を分離す
る弗素含有カチオン交換膜からなるクロルアルカリ槽に
おいて塩水を電気分解して苛性及び塩素を製造する方法
において、線膜として特許請求の範囲第26.29.3
0,35.37.39.42.46.47.50又は5
1項記載の膜を用いることを特徴とする電気分解方法。 58、該陽極及び核陰極間の間隔が約3mより大きくな
い特許請求の範囲第57項記載の方法。 59、線膜を該陽極及び該陰極の少くとも1つと接触さ
せる特許請求の範囲第58項記載の方法。 60、線膜を咳陽極及び該陰極の双方と接触させる特許
請求の範囲第59項記載の方法。
[Claims] 1. -CUOR and/or -80! At least two layers of fluorinated electropolymer having a VV functional group (wherein generally lower alkyl and W is F or CI) are present in adhesion to the fluorinated electropolymer, and embedded therein. at least a first said layer having -CUOR groups and a second said layer having -80,W functional groups are present and used in the production of said layers. The total thickness of at least two of the layers of fluorinated electrolyte is in the range of about 50 to 250 microns, and the web of support material is in the range of about 25 to 125 microns.
It has the thickness of Miku and has reinforcement and temporary (sacr)
1. Membrane impermeable to hydraulic flow of liquid, characterized in that it consists of both i-ficial and i-ficial members. 2. The membrane according to claim 1, wherein the membrane comprises a perfluorinated polymer. 3. The -eooa functional group is a part of -0-(CF, 1m2000R shallow group [where m is 2 or 3]) and 1
and the -8O,W functional group 10F, -CF, -80.
The membrane according to claim 2, which is a part of W residues. 4. The web of support material is a woven fabric, the reinforcement thereof is a perhalocarbon polymer system with a 50 to 600 denyl and an aspect ratio within the range of 2 to 20; Target number is 40-100
denyl fugitive yarn, the woven fabric having a yarn count in the range of 1.6 to 16 perhalocarmene polymer systems/as in each of the warp and weft and 1:l to 10 in each of the warp and weft. Claim 3g4 having a ratio of fugitive yarn to perhalocarbon electrolyte system in the range of :1.
The membrane described. 5. 5. The membrane according to claim 4, wherein the bar-halocarbon vehicle combination system is a perfluorocarbon combination system. 6. 1i*fabric has a thickness of 50 to 100 microns
The membrane according to claim 5, having a barfluorcarb heptad system of 200 to 400 denyl and an aspect ratio in the range of 5 to 1o. 7. The cough woven fabric has a thread count in the range of 6 to 8 perfluorocarbon fibers/1 in each of the warp and weft and 2:1 or 4:1 in each of the warp and weft.
7. The membrane of claim 6 having a ratio of fugitive yarn to perfluorocardan polymer system of . 8. The membrane according to claim 7, wherein the perfluorocarbon polymer system is a monofilament of polytetrafluoroethylene. 9. The bar fluorocarbon vehicle system has a substantially rectangular cross section, an aspect ratio in the range of 6 to 8, and a thickness of about 35 to 40 microns, and The ratio of yarn to perfluorocarbon East combined system is 4:
1. The membrane according to claim 8, which is 10. The membrane of claim 7, wherein each said perfluorocarbon polymer system is multi-stranded. 11, -0-(OF,)m-COOR and/or -U
21 of a fluorinated polymer having P, -CF, -80,W, the first layer having a thickness in the range of 13 to 75 microns, and the second layer having a thickness in the range of 50 to 125 microns. The patent li! has a thickness in the range of microns and the total thickness of said layer of fluorinated polymer is in the range of 75-150 microns! The membrane described in item 7 of the range of Kyoto. 12, m is 2 and the -SO,W functional group is 10-
CF, -CF, -80. The membrane according to any one of claims 8 to 11, which is a part of W residues. 13. A membrane according to any of claims 8 to 11, wherein the woven fabric is present at least primarily in the second layer of perfluorinated polymer. 14. The claim according to any one of claims 8 to 11, wherein the temporary thread is a rayon thread. 15. The web of support material is a nonwoven paper, the reinforcing member is 10-90% by weight of perhalocarbon electrolyte fibers, and the temporary member is 90-10% by weight of fugitive fibers.
3. The membrane of claim 3, wherein the layer has a basis weight of about 25 to 125 g/c*". 16. The membrane of claim 3, wherein the perhalocarbon-rich fibers are perfluorocarbon polymer fibers. 15. The membrane of claim 15. 17. The nonwoven paper has a thickness of 50 to 75 microns and a thickness of 25 to 75 microns.
Claim 16 with a basis weight of 50 g/m”
Membrane described in section. 18. The membrane of claim 17, wherein the barfluorocarbon polymer fibers are 5 to 10 denyl and have a length of 3 to 20 meters. 19. The membrane according to claim 18 of the patent, wherein the fugitive fibers are cellulosic kraft fibers having a degree of freedom within the Canadian Standard range of 500 to 7001. 20. The membrane of claim 19, wherein said nonwoven paper comprises 25 to 75% by weight of said perfluorocarbon polymer fibers and 75 to 25% by weight of said kraft fibers. 21, -0-(CF, lm-C0OR and/or -CF
, -CF, -8O,W are present, the second layer having a thickness in the range of 13 to 75 microns, and the second layer having a thickness in the range of 50 to 125 microns. having a thickness in the range of microns, such that the total thickness of the layer of fluorinated polymer is 7.
Claim 1 within the range of 5 to 150 microns
The membrane according to item 9. 22, m is 2 and the -80,W functional group is 10-C
22. The membrane according to claim 20 or 21, which is a part of F, -OF, -8o, W residues. 23. The membrane of claim 20 or 21, wherein said fabric is at least predominantly present in said second layer of perfluorinated polymer. 24, the iron film is coated with a gas-containing electrocatalyst composition on at least one surface thereof.
and a liquid-permeable porous layer. 25. The iron film is further coated with gas on at least one surface.
and a liquid-permeable porous non-electrode layer. 26, -COOM and/or -80,! Adjacent 1- of fluorinated 1 complexes having 114 functional groups (where M is H, Na, K or NH4) adhere to each other. an ion conversion membrane impermeable to hydraulic flow of a liquid, comprising at least two layers comprising a web of support material embedded therein, a first said layer having -000M functional groups and a web of support material embedded therein; There is at least a second said layer having 805M functional groups, and the total thickness of at least two layers of fluorinated polymer is one COOR and/or - used in the production of the iron film.
SO, W functional group [where R is lower alkyl and/
or W is F or C1] in the range of 50 to 250 microns;
The web of support material has a thickness of about 25 to 125 microns and an aperture of at least 50% and comprises a stiffener defining a window area therebetween and a conduit within the membrane. An ion exchange membrane, characterized in that (channel) extends from the window region to a blind region, where the reinforcement is located near the first layer. 27. The membrane according to claim 26, wherein the # layer comprises a perfluorinated polymer. 28, the -〇〇R1 functional group is -0-(CFt)rrr
is part of the -COOR residue [where m is 2 or 3], and the fi-80,W functionality is -OF, -C
Claim 2, which is a part of F, -80, W residues
The membrane according to item 7. 29. The web of support material is a woven fabric, the reinforcement is a barhalocargen polymer system having a denier of 50 to 600 and an aspect ratio in the range of 2 to 20, and the woven fabric has warp and weft yarns. each having a thread count in the range of 1.6 to 16 threads/υ perhelocarbon polymer system;
the threads of the warp intersect the threads of the weft at an intersection, each pair of adjacent intersections defining a thread segment, and at least one conduit extending from the window area to the cough blind area in at least half of the thread segment; 29. Membranes according to claim 28, which are located adjacent to each other. 30. The membrane of claim 29, wherein there is at least one said conduit extending from the window area to the blind area adjacent to all of said yarn segments. 31. The membrane according to claim 30, wherein the perfluorocarbon polymer system is a perfluorocarbon polymer system. 32. The woven fabric has a thickness of 50 to 100 microns, and the perfluorocarbon polymer system has a denyl of 200 to 400 and an aspect ratio in the range of 5 to 10. membrane. 33. The membrane of claim 32, wherein the woven fabric has a thread count in the range of 6 to 8 perfluorocarbon polymer threads/m in each of the warp and weft threads. 34. 34. The membrane of claim 33, wherein the i7 perfluorocarbon polymer system is a monofilament of polytetrafluoroethylene. 35, the perfluorocarbon electrolyte system has a substantially rectangular cross section, an aspect ratio in the range of 6 to 8, and about 35 to 40
35. A membrane according to claim 34 having a thickness of microns. 36. The membrane of claim 33, wherein each said peruffled carbon polymer system is multi-stranded. 37, 0 (CF*)m C0OR and/or -
There are two layers of fluorinated polymer having CF, -CF, -80,W, the first layer having a thickness in the range of 13 to 75 microns, and the second layer having a thickness in the range of 50 to 75 microns. has a thickness in the range of 125 microns and the total thickness of the layer of fluorinated electroalloy is 7.
Claim 3 within the range of 5 to 150 microns
The membrane according to item 3. 38. The membrane of claim 37, wherein the conduit opens into an exposed surface of the second layer.゛39. 34. The membrane of claim 33, wherein said conduit has a nominal diameter of 10 to 50 microns. 40, m is 2, and the -80,M functional group is 10-CFt-CF, -80. 38. A membrane according to any of claims 34 to 37, which is part of the M residue. 41. The membrane of any of claims 34-37, wherein said woven fabric is at least primarily present in said second layer of fluorinated polymer. 42, the web of support material is a nonwoven paper, the reinforcement is a perhalocarbon polymer fiber, and
43. The membrane of claim 28 having a basis weight of 112.51 layer m''. 43. The membrane of claim 42, wherein the perhalocarbon fibers are perfluorocarbon polymer fibers. 44, the nonwoven paper has a thickness of 50 to 7.5 microns; and 2.
5-45. 44. The membrane of claim 43 having a basis weight of li'/m'. 45. The membrane of claim 44, wherein the perfluorocarbon polymer fibers are 5 to 10 denyl and have a length of 3 to 20 inches. 46, 0 (CF * 1m C0OR and/
or there are two layers of a fluorinated polymer having -CF, -CF', -80,W, said second layer having a thickness in the range of 13 to 75 microns [7, said second layer 45. The membrane of claim 44, wherein the layer has a thickness in the range of 50 to 125 microns [2] and the total thickness of the layer of fluorinated polymer is in the range of 75 to 150 microns. 47. The membrane of claim 45, wherein said conduit has a nominal diameter of 1 to 20 microns. 48, m is 2 and the -8O,M functional group is 10-
The pattern according to claim 46 or 47, which is a part of CF, -CF, -80,M residue. 49. The membrane of claim 46 or 47, wherein said woven fabric is at least primarily present in said second layer of fluorinated polymer. 50. The membrane of claim 26, wherein the linear membrane further comprises a gas- and liquid-permeable porous layer of an electrocatalytic composition on at least one surface thereof. 51. The membrane of claim 26, wherein the linear membrane further comprises a liquid-permeable porous non-electrode layer on at least one surface thereof. 52. The linear membrane further comprises a gas- and liquid-permeable porous layer of a cathode electrocatalyst composition on the exposed surface of the second layer; and 37. The membrane of claim 37, comprising a gas- and liquid-permeable porous non-electrode layer. 53, an anode chamber, an anode located within the anode chamber, a negative electrode chamber, a cathode located within the cathode chamber, and Claim No. 26.29.30.35.37.39.42 located between the chambers.
.. 46. An electrochemical cell comprising the wire membrane according to paragraph 47.50 or 51. 54. The electrochemical cell of claim 53, wherein the spacing between said anode and said negative electrode is not greater than about 3 meters. 55. The electrochemical cell according to claim 54, wherein a wire membrane is brought into contact with at least one of the anode and the cathode. 56. The electrochemical cell according to claim 55, wherein a wire membrane is brought into contact with both the anode and the cathode. 57. In a method for producing caustic and chlorine by electrolyzing salt water in a chlor-alkali tank consisting of an anode, an anode chamber, a cathode, an anode chamber, and a fluorine-containing cation exchange membrane for separating iron content, the method claimed as a linear membrane Range No. 26.29.3
0, 35.37.39.42.46.47.50 or 5
An electrolysis method characterized by using the membrane according to item 1. 58. The method of claim 57, wherein the spacing between the anode and the nuclear cathode is not greater than about 3 meters. 59. The method of claim 58, wherein a wire membrane is brought into contact with at least one of the anode and the cathode. 60. The method of claim 59, wherein the membrane is contacted with both the cough anode and the cathode.
JP289782A 1981-01-16 1982-01-13 Membrane, electrochemical cell and electrolysis Granted JPS5837187A (en)

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