JPS5915934B2 - 改良された含フツ素陽イオン交換樹脂膜 - Google Patents

改良された含フツ素陽イオン交換樹脂膜

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JPS5915934B2
JPS5915934B2 JP57089792A JP8979282A JPS5915934B2 JP S5915934 B2 JPS5915934 B2 JP S5915934B2 JP 57089792 A JP57089792 A JP 57089792A JP 8979282 A JP8979282 A JP 8979282A JP S5915934 B2 JPS5915934 B2 JP S5915934B2
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fluorine
cation exchange
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exchange resin
sulfonic acid
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達郎 浅輪
「よし」男 小田
友紀 郡島
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Asahi Glass Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、新規な含フッ素陽イオン交換樹脂膜、更に詳
しくは、電解質特に塩化アルカリ水溶液の隔膜電解にお
ける隔膜として、優れた性能を有する改良された含フッ
素陽イオン交換樹脂膜に関するものである。
本発明における含フッ素陽イオン交換樹脂膜は、: ス
ルホン酸基又は該基に転換しうる官能基を有する第一の
含フッ素重合体と、スルホン酸基よりも弱酸性の陽イオ
ン交換基又は該基に転換しうる官能基を有する第二の含
フッ素重合体とを、第二の含フッ素重合体が、第一の含
フッ素重合体1重量0 部に対して0.2重量部以上に
なるようにブレンドして構成し、必要により上記スルホ
ン酸基に転換しうる官能基又は弱酸性の陽イオン交換基
に転換しうる官能基をそれぞれスルホン酸基又は弱酸性
の陽イオン交換基に転換せしめてなるものである。
5 かゝる本発明の含フッ素陽イオン交換樹脂膜は、電
解質、特に塩化アルカリ水溶液を隔膜電解して水酸化ア
ルカリと塩素を製造する際の隔膜とし使用した場合に、
従来の隔膜では得られなかつたような優れた性能を示し
、高純度且つ高濃度の水酸00化アルカリが従来にない
高電流効率で得られるという事実が見い出された。
スルホン酸基又は該基に転換しうる官能基を有する上記
重合性含フッ素化合物に包含される、例えばCF2■゜
5CFOCF2CF(CF3)OCF2CF2SO2F
なるパーフルオロビニルエーテルとフッ素化オレフィン
化合物、例えば四弗化エチレンとからなる共重合体は、
既に知られており(特公昭48−20788号公報)、
また、かゝる含フッ素共重合体を加水■0 分解して、
その有する−SO2Fを−SO3Hに転換した含フッ素
共重合体から構成された陽イオン交換樹脂膜を塩化アル
カリの隔膜電解における隔膜として使用することも提案
されている。
(特開昭48−78097号公報)しかしながら、かゝ
15る含フッ素共重合体からなる陽イオン交換樹脂膜を
塩化アルカリの電解隔膜として使用する場合には、優れ
た耐酸化性、耐塩素性、耐アルカリ性をへ、有するもの
\、製造する水酸化アルカリの濃度を大きくした場合、
例えは水酸化ナトリウムの場合、該濃度を約20重量%
以上にせしめた場合には、電流効率として85%以上を
達成することができなくなる。
本発明者は、このようなスルホン酸基又は該基に転換し
うる官能基を有する含フツ素重合体から構成される陽イ
オン交換樹脂膜について、種々研究、検討を重ねた結果
、か\る含フツ素重合体に加えて、スルホン酸基よりも
弱酸性の陽イオン交換基又は該基に転換しうる官能基を
有する第二の含フツ素重合体を使用し、か\る両者の重
合体をブレンドして一体的に構成せしめた陽イオン交換
樹脂膜は極めて優れた性能を有することを見い出したも
のである。
例えば本発明の含フツ素陽イオン交換樹脂膜を、塩化ア
ルカリの隔膜電解の隔膜として使用した場合には、高い
電流効率とともに、低い電気抵抗を有し、従来のスルホ
ン酸基又は該基に転換しうる官能基を有する含フツ素重
合体のみからなる陽イ ニオン交換樹脂膜と比べて、耐
アルカリ性、耐塩素性、耐酸化性は、同じように優れて
いながら、本発明の含フツ素陽イオン交換樹脂膜は、例
えば製造する水酸化ナトリウムの濃度が20%以上の濃
度の場合にも、電流効率は9001)以上を保持でき
2るという極めて優れた性能を有するものである。
本発明の含フツ素陽イオン交換膜を構成する上記スルホ
ン酸基又は該基に転換しうる官能基を有する第一の含フ
ツ素重合体は、好ましくは、次の一般式(1)を有する
第一の重合性含フツ素化合 3物と、フツ素化オレフイ
ンとの共重合体から形成される。こ\で、Xは、フツ素
、又は−CF3であり、Y,Y′はフツ素又は炭素数1
〜10のパーフルオロアルキル基であり、lは、O〜3
であり、m=0〜1であり、nは、O〜12であり、A
は、フツ素、−0H,−0M,−0R1及び−NR2R
3からなる群から選ばれる基であり、R1は、炭素数1
〜10のアルキル基、R2,R3は、水素又はR1であ
り、Mは、アルカリ金属又は第四級アンモニψウム基で
ある。
か\る化合物の好ましい代表例としては、などが挙げら
れる。
また、スルホン酸基よりも弱酸性の陽イオン交換基又は
該基に転換しうる官能基を有する含フツ素重合体は、好
ましくは、次の一般式(2)を有する第二の重合性含フ
ツ素化合物とフツ素化オレフインとの共重合体から形成
される。
こ\で、X,Y,Y′,2,m及びnは、上記と同じで
あるが、Bは、スルホン酸基よりも弱酸性の陽イオン交
換基又は該基に転換しうる官能基を示。
Bの好ましい例としては、カルボン酸基(−COOH入
ホスホン酸基(−PO3H2)及び水酸基(−0H)が
挙げられ、またこれらの陽イオン交換基に転換しうる官
能基としては、これらの酸エステル基、酸アミド基、酸
アルカリ金属塩若しくは第四級アンモニウム塩基が挙げ
られる。か\る化合物の好ましい代表例としては、など
が挙げられる。
上記第一及び第二の重合性含フツ素化合物と共重合され
るフツ素化オレフインとしては好ましく次の一般式(3
)を有するものが使用される。
こ\で、Z,Z′は、フツ素、塩素、水素又は一CF3
であり、その好ましい代表例は、四フツ化エチレン、三
フツ化塩化エチレン、六フツ化プされるフルオロビニル
エーテル(こ\で、A,Nは、水素、フツ素又は炭素数
1〜7のパーフルオロアルキル基であり、a−0〜3,
b−0〜7である)などの一種又は二種以上を共重合せ
しめることが可能である。かくして製造される含フツ素
共重合体は、製膜上の必要性からその分子量は好ましく
は約5000〜50万、特に好ましくは1万〜50万が
よい。上記の如くして製造された第一の含フツ素重合体
と、第二の含フツ素重合体とをもつて、本発明の陽イオ
ン交換樹脂膜を構成する場合、例えは上記両者の含フツ
素重合体の粒状物を、好ましくは均一にブレンドし、製
膜するなどの手段が採用される。
上記二種類の含フツ素共重合体のブレンド物を製膜する
方法は、既知の例えばプレス成型、口ール成型、押出し
成型、溶液流延法、デイスパージヨン成型又は粉末成型
などが採用できる。
か\る製膜の場合、それから得られる陽イオン交換樹脂
膜の陽イオン選択性を高めるために、膜は非多孔性の緻
密なものでなければならない。このため膜は、その透水
量が好ましくは水柱圧1m(60℃,PHlOの4NN
aC1中)で100/d時間/TI以下、更には10m
1/時間/M2以下になるようにせしめられる。また、
膜厚は、好ましくは20〜500μ、特には50〜30
0μにせしめるのが好ましい。また、羊記含フツ素重合
体を製膜する場合、必要に応じて製膜時に、ポリエチレ
ン、ポリプロピレンなどのオレフイン重合体、好ましく
はポリテトラフルオロエチレン、エチレンとテトラフル
オロエチレンとの共重合体などの他の含フツ素共重合体
をブレンドして成型することもでき、更にはこれらの重
合体からなる布、ネツトなどの織物、不織布又は多孔質
フイルムからなる支持体に支持せしめることができる。
上記二種類の含フツ素共重合体をブレンドして製膜する
場合、第一及び第二の含フツ素重合体の混合割合は、イ
オン交換膜としての性能上、第二の含フツ素重合体は第
一の含フツ素重合体1重量部に対して0.2重量部以上
、好ましくは0.5重量部以上使用される。
第二の含フツ素重合体の使用量が余りに小さい場合には
上記した電流効率の向上効果が不充分になる。上記イオ
ン交換樹脂膜)への製造工程に相前後し、好ましくは製
膜後に、共重合体が、スルホン酸基又は上記弱酸性のイ
オン交換基そのものではなく、これらの基に転換しうる
官能基を有する場合には、それに応じた適宜の処理によ
り、これらの官能基がスルホン酸基又は上記弱酸性のイ
オン交換基に転換される。
例えば、官能基が、酸エステル、酸ニトリル、酸アミド
、酸ハライドである場合には、酸又はアルカリのアルコ
ール溶液による、加水分解又は中和により、また、官能
基が二結合である場合には、SO2F,COF2又はH
3PO3などを付加させることによりイオン交換基たる
酸基に転換される。このようにして製造される本発明の
含フツ素陽イオン交換樹脂膜は、上記第一及び第二の含
フツ素重合体の種類、組成を制御することにより、それ
ぞれの含フツ素重合体のイオン交換容量が好ましくは、
0.6〜2ミリ当量/9乾燥樹脂特に好ましくは0.8
〜1.5ミリ当量/9乾燥樹脂になるようにするのが好
ましい。
本発明の含フツ素陽イオン交換樹脂膜は上記のように種
々の優れた性能を有するために各種の目的、分野、用途
などに広範囲に採用され得る。
例えば拡散透析、電解還元、燃料電池の隔膜などとして
、特に耐蝕性が要求される分野で好適に使用される。な
かでも塩化アルカリの隔膜電解用の隔膜として使用する
場合には、従来のイオン交換樹脂膜では得られないよう
な高電流効率及び低抗等の有利性を示すものである。か
\る塩化アルカリの電解に、本発明の含フツ素陽イオン
交換樹脂膜を使用する場合には、既知のいずれの隔膜電
解の方式にも採用できる。
しかし、本発明では単一の陽イオン交換樹脂膜にて陽極
と陰極とを区画して陽極室と陰極室とを構成し、陽極室
に塩化アルカリ水溶液を供給して電解し、陰極室から水
酸化アルカリを得る所謂二室型槽に適用した場合には最
も有利性が発揮できる。かくして、上記二室型の電解槽
の場合でも、2規定以上の濃度の塩化ナトリウム水溶液
を原料にして、5〜50A/bイの電流密度で電解する
ことにおいて、本発明の陽イオン交換樹脂膜を使用した
場合には、従来のイオン交換樹脂膜では得られなかつた
ような高い性能を示すものである。例えば、実施例にも
示されるように、四フツ化エチレンとCF2CFOCF
2CF(CF3)0CF2CF2S02Fとの共重合体
1重量部と四フツ化エチレンとCF2CFO(CF2)
3C00CH3との共重合体2重量部とをブレンドし、
製膜し、加水分解して得られる、交換容量1.01me
q/gポリマーの陽イオン交換樹脂膜を二室法の隔膜電
解に使用した場合、9.5Nの苛性ソーダが、91%も
の電流効率を示した。
これに対して、上記と同じ交換容量を有する、四フツ化
エチレンとCF2=CFOCF2CF(CF3)0CF
2CF2S02Fとの共重合体からなる陽イオン交換膜
を同じ二室法の隔膜電解に使用した場合、13.4Nの
苛性ソーダの得るときは78,5%という低い電流効率
しか示さなかつた。
以下に、本発明の実施例を示し、更に具体的に本発明を
説明するが、か\る実施例によつて本発明は何ら限定さ
れるものでないことはもちろんである。
実施例 1 (交換容量:0.83ミリ当量/9ポリマー)1重量部
と四フツ化エチレンとCF2CFO(CF2)3C00
CH3との共重合体(交換容量:1.10ミリ当量/9
ポリマー)2重量部とを、240℃において5分間4イ
ンチロール上で混合したものを、50kg/CT!iの
加圧下24『Cにおいて5分間圧縮成型して膜状物とな
し、該膜状物をNaOHl5O9ジメチルスルホキシド
2007fL1と水650m1からなる混合物中に70
℃において24時間浸漬して−SO2Fは−SO3Na
に−COOCH3はCOONaに転換した。
このようにして得られた膜厚200μの陽イオン交換膜
を用いて陽極にはロジウム被覆チタン、陰極にはステン
レスを用い、両極の極間距離を2.2礪として下記条件
で食塩の電解を行なつた。尚、隔膜の有効面積は25c
dである。陽極室には4NNaC1水溶液を、陰極室に
は8NNa0Hを仕込み、陽極室には4NNaC1水溶
液を、陰極室には水を夫々供給しつつ、電流密度20A
/Dm3、液温92℃、にて電解を行なつた。
陽極室からNaCI溶液を溢流するNaOH水溶液を捕
集し、生成苛性ソーダ量から生成苛性ソーダの電流効率
を求めた。
その結果、9.5Nの苛性ソーダが電流効率91.3%
で得られ、摺電圧は4,34ボルトであつた。
又生成苛性ソーダ沖に含まれる食塩は0.1%以下であ
つた。電解は約1ケ月間連続して安定に行なわれ、その
後運転を止めて隔膜の状態を調べたが異常は認められな
かつた。
実施例 2 υ13 (交換容量:0.83ミリ当量/9ポリマー)1重量部
と四フツ化エチレンとCF2CFO(CF2)3C00
H3の重合体(交換容量:1.10ミリ当量/9ポリマ
ー)3重量部とを実施例1と同様にして混合し、膜状と
した後、加水分解を行ない、膜厚200μの陽イオン交
換膜を製造した。
か\る膜を用い、実施例1と同様の方法で食塩の電解を
行なつた結果、9。8Nの苛性ソーダが電流効率92.
5%で得られ、摺電圧は4.27ボルトであつた。
比較例 (AR−0.83ミリ当量/9)フイルム(厚み100
μ)を用いて実施例3と同様の方法で食塩の電解を行な
つた結果、13.4Nの苛性ソーダが電流効率78.5
%で得られるに過ぎなかつた。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 スルホン酸基又は該基に転換しうる官能基を有する
    第一の含フッ素重合体と、スルホン酸基よりも弱酸性の
    陽イオン交換基又は該基に転換しうる官能基を有する第
    二の含フッ素重合体とを、第二の含フッ素重合体が第一
    の含フッ素重合体1重量部に対して0.2重量部以上に
    なるようにブレンドせしめ、必要に応じて上記スルホン
    酸基に転換しうる官能基又は弱酸性の陽イオン交換基に
    転換しうる官能基をそれぞれスルホン酸基又は弱酸性の
    陽イオン交換基に転換せしめてなることを特徴とする含
    フッ素陽イオン交換樹脂膜。
JP57089792A 1982-05-28 1982-05-28 改良された含フツ素陽イオン交換樹脂膜 Expired JPS5915934B2 (ja)

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JP2753731B2 (ja) * 1989-06-05 1998-05-20 旭化成工業株式会社 フッ素系イオン交換膜の調整方法
JP5773906B2 (ja) * 2012-02-13 2015-09-02 旭化成ケミカルズ株式会社 陽イオン交換膜及びこれを用いた電解槽

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