JPS60243129A - フツ素樹脂陽イオン交換膜 - Google Patents

フツ素樹脂陽イオン交換膜

Info

Publication number
JPS60243129A
JPS60243129A JP59098565A JP9856584A JPS60243129A JP S60243129 A JPS60243129 A JP S60243129A JP 59098565 A JP59098565 A JP 59098565A JP 9856584 A JP9856584 A JP 9856584A JP S60243129 A JPS60243129 A JP S60243129A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
membrane
carboxylic acid
layer
ion exchange
sulfonic acid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP59098565A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH0115525B2 (ja
Inventor
Haruhisa Miyake
三宅 晴久
Hiroaki Ito
宏明 伊藤
Koji Suzuki
公二 鈴木
Ryoji Yamada
亮治 山田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
AGC Inc
Original Assignee
Asahi Glass Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Asahi Glass Co Ltd filed Critical Asahi Glass Co Ltd
Priority to JP59098565A priority Critical patent/JPS60243129A/ja
Priority to DE8585105952T priority patent/DE3565557D1/de
Priority to EP85105952A priority patent/EP0165466B1/en
Priority to CA000481675A priority patent/CA1265472A/en
Publication of JPS60243129A publication Critical patent/JPS60243129A/ja
Priority to US07/173,041 priority patent/US4983264A/en
Publication of JPH0115525B2 publication Critical patent/JPH0115525B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01Products
    • C25B1/34Simultaneous production of alkali metal hydroxides and chlorine, oxyacids or salts of chlorine, e.g. by chlor-alkali electrolysis
    • C25B1/46Simultaneous production of alkali metal hydroxides and chlorine, oxyacids or salts of chlorine, e.g. by chlor-alkali electrolysis in diaphragm cells
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/20Manufacture of shaped structures of ion-exchange resins
    • C08J5/22Films, membranes or diaphragms
    • C08J5/2206Films, membranes or diaphragms based on organic and/or inorganic macromolecular compounds
    • C08J5/2275Heterogeneous membranes
    • C08J5/2281Heterogeneous membranes fluorine containing heterogeneous membranes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2327/00Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Derivatives of such polymers
    • C08J2327/02Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
    • C08J2327/12Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment containing fluorine atoms
    • C08J2327/18Homopolymers or copolymers of tetrafluoroethylene

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Manufacture Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、フッ素樹脂陽イオン交換膜に関し、更に詳し
く言えば、カルボン酸型パーフルオロカーボン重合体膜
を特徴とする特定の複層構造を有する。特に塩化ナトリ
ウムの電解用隔膜として低抵抗且つ高電流効率で高品質
の力性ソーダと塩素を製造するために使用し得る新規な
複層型フッ素樹脂陽イオン交換膜に関する。
塩化ナトリウムを電解して力性ソーダと塩素を製造する
方法として、フッ素樹脂陽イオン交換膜を隔膜とするイ
オン交換膜法は、従来の水銀法、アスベスト隔膜法に比
して、公害防止及び省エネルギーの観点から有利であシ
、また塩化ナトリウム含量の極めて低い高品質力性ソー
ダを製造できるととから、近年注目されている。
か\るイオン交換膜法において使用されるフッ素樹脂陽
イオン交換膜としては、スルホン酸型膜に比して、カル
ボン酸型膜が高濃度力性ソーダを高い電流効率で製造可
能なために有利であるとされている。また、カルボン酸
型フッ素樹脂膜とスルホン酸型フッ素樹脂膜とを比較し
た場合、後者に比して前者は電気抵抗が大きいという問
題点を有するということが指摘されている。
これまでに、塩化ナトリウムの電解用隔膜としてのフッ
素樹脂陽イオン交換膜について、前記問題点の解消を目
的とした種々の提案がなされている。例えば、特開昭5
0−120492号公報には、カルボン酸基及びスルホ
ン酸基を共有するパーフルオロカーボン重合体からなる
陽イオン交換膜として、カルボン酸型モノマーとスルホ
ン酸型モノマーの共重合によるもの及(j 、Ic ル
*ン酸型フッ素樹脂膜にカルボン酸型モノマーを含浸重
合したものが記載されている。
これらは、カルボン酸基の特長に加えて高い電気伝導性
をもつスルホン酸基の寄与にょシ、高い電流効率と高い
電気伝導度を兼備したものであるとされている。また、
特開昭52−56589号公報には、カルボン酸型パー
フルオロカーボン重合体とスルホン酸型パーフルオロカ
ーボン重合体とのブレンド膜及びカルボン酸型膜とスル
ホン酸型膜との積層膜が記載されている。
これらにおいては、スルホン酸型膜における高濃度力性
ソーダを高い電流効率で製造するのが困難であるという
難点を、カルボン酸型膜の積層あるいはカルボン酸型重
合体のブレンドによって解消し得るものであるとされて
いる。
而して、スルホン酸型膜の電解性能の不充分さを改善す
る目的で、これまでに種々の提案が多数なされている。
例えば、スルホン酸基を有するパーフルオロカーボン重
合体からなる膜の表面を、還元処理及び/又は酸化処理
することによシ、スルホン酸基をカルボン酸基に化学変
換せしめてスルホン酸型膜の表面にカルボン酸型薄層を
形成する方法(特開昭52−24175、同52−24
176、同52−24177、同52−53814、同
55−152069、同53−132094号公報など
を参照)、スルホン酸型膜にスルホン酸基含有ポリマー
とカルボン酸基含有ポリマーとのブレンド膜を積層する
方法(米国特許第4176215号明細書、米国特許第
4255240号明細書、特開昭57−92026、同
56−99234号公報などを参照)、化学変換法によ
トスルホン酸基層/カルボン酸基層/スルホン酸基、リ
ン酸基、又はスルホンアミド基層の三層以上の膜とする
方法(特公昭57−9589号公報などを参照)、全体
の厚みの少なくとも殆の厚みを有するスルホン酸膜主体
層にカルボン酸基や酸アミド基の如き弱酸性層を二層以
上積層せしめる方法(特開昭55−50470号公報な
どを参照、)、尚量重量の異なる二層以上から構成され
たスルホン酸型膜にカルボン酸基やスルホン酸アミド基
の如き弱酸性層を積層する方法(特開昭55−5822
8号公報などを参照)などが例示され得る。
以上のように、これまでに多数提案されている複層型フ
ッ素樹脂陽イオン交換膜は、スルホン酸型膜の難点を改
良すべく、スルホン酸型ノ(−フルオロカーボン重合体
膜を主体層とするものが大部分である。
一方、スルホン酸型膜とカルボン酸型膜の積層構造に代
表される複層型フッ素樹脂陽イオン交換膜においては、
スルホン酸層とカルボン酸層の膨潤差が大きく、そのた
めに層間剥離による欠陥発生の難点があるとされ、か\
る難点の解消策として各種手段も提案されている。例え
ば、特開昭57=25332号公報や上記の特開昭55
−58228号公報などには、両層の当量重量の差を小
さくする方法が記載されておシ、特開昭57−14 ’
3332号公報、同57−141428号、同57−9
2025号公報などには、スルホン酸膜層とカルボン酸
膜層との中間層としてスルホン酸型モノマー2カルボン
酸型モノマーとの共重合体膜あるいはスルホン酸基とカ
ルボン酸基とが混在する層を採用して積層構造とする方
法が提案されている。
更に、特開昭57−78422号及び同57−8043
0号公報などには、陰極室側にカルボン酸膜層を向けて
使用する際、陽極室側に膨潤の差の小さい層を積層した
複層型膜とすることが記載されている。即ち、陽極室側
に向く膜面の膨潤を下げるために、カルボン酸型モノマ
ーとスルホン酸型モノマーの共重合体膜層あるいはカル
ボン酸型パーフルオロカーボン重合体とスルホン酸型パ
ーフルオロカーボン重合体トのブレンド膜層を、カルボ
ン酸型膜の陽極室側に向く面に積層している。これらの
複層型膜は、上記特開昭57−92025号、同57−
141428号、同57−143332号公報、さらに
は上記米国特許第4176215号、同第425524
0号明細書及び特開昭56−99234号、同57−9
2026号などと同様に、スルホン酸層とカルボン酸層
との膨潤差を低減せしめるという点で軌を−にしている
本発明者は、上記の如き複層型膜について種々の研究、
検討を重ねた結果、次の如き事実を見出すに至った。即
ち、第一に、カルボン酸型パーフルオロカーボン重合体
膜は、そのイオン交換容量を特定範囲から選定すれば、
電気抵抗の点でスルホン酸型膜に匹敵し得るものでsb
、同じ電気抵抗レベルで比較すると、むしろスルホン酸
型膜よりも機械的強度に優れていると共に、これまでに
も知られているように、高濃度力性ソーダを高い電流効
率で製造可能な点でも有利である。第二に、カルボン酸
型膜は、膜中含水量がスルホン酸型膜に比して小さい、
即ち膨潤が小さいものであり、これKよシミ流動率の点
で有利になるだけでなく、陽極室からの塩化ナトリウム
の漏洩抑制の点でも優れている。
第三に、カルボン酸型膜は、膨潤が小さいことから、複
層型膜の主体層として、他の層を支持あるいは担持する
上で利点を発揮する。即ち、これまでのスルホン酸型膜
を主体層とする複層型膜では、主体層の大きな膨潤によ
シ、その上に担持せしめる層に制約が多いが、カルボン
酸型膜を主体層とすれば、このような制約が軽減され、
比較的自由に種々の屑を担持てきるものである。かくし
て、酸性領域でもイオン解離し得るスルホン酸膜表面層
を、カルボン酸型膜主体層の陽極室に向ける面側に薄膜
層として容易に形成せしめ得る。勿論、陰極室からのO
Hイオンの逆拡散による電流効率低下を充分に防止する
ために、カルボン酸型膜主体層の陰極室に向ける面側に
、イオン交換容量の小さいカルボン酸膜表面層を薄膜層
として形成せしめるのも容易である。第四に、複層型膜
においては、陰極室に向ける面側に高電流効率の達成に
有利なカルボン酸膜表面層を、また陽極室に向ける面側
にpHに対する柔軟性のあるスルホン酸膜表面層を、そ
れぞれ薄膜層として形成せしめることが、高品質の力性
ソーダと塩素を高電流効率で製造するために使用するフ
ッ素樹脂陽イオン交換膜として、極めて有利である。
本発明は、上記の如き知見に基いて完成されたものであ
シ、カルボン酸基をイオン交換基とし且つイオン交換容
量が1,4〜2.0 ミリ当量/グラム乾燥樹脂である
パーフルオロカーボン重合体からなる厚さ50〜250
μの膜を主体層とし、該カルボン酸膜主体層の一方の面
側に、スルホン酸基をイオン交換基とし且つイオン交換
容量がα5〜t s ミリ当量/グラム乾燥樹脂である
パーフルオロカーボン重合体からなる厚さ5〜50μの
スルホン酸膜表面層を、上記カルボン酸膜主体層の他方
の面側に、カルボン酸基をイオン交換基とし且つイオン
交換容量がα5〜t3ミリ当量/グラム乾燥樹脂である
パーフルオロカーボン重合体からなる厚さ5〜50μの
カルボン酸膜表面層を、スルホン酸膜表面層及びカルボ
ン酸膜表面層がそれぞれ最外層となるように積層一体化
した少なくとも三層からなることを特徴とするフッ素樹
脂陽イオン交換膜を、新規処提供するものである。
本発りの新規構成の被層型膜は、特定のカルボン酸膜主
体層の採用により、塩化ナト′リウムの電解用隔膜とし
て低抵抗且つ高電流効率で高品質の力性ソーダと塩素を
製造するために、極めて有利に使用し得る。しかも、特
定のカルボン酸膜表面層とスルホン酸膜表面層の採用に
よシ、上記カルボン酸膜主体層との組合せと相俟って、
上記の効果が更に有利に達成されるものである。本発明
の複層型膜蝶、高濃度力性ソーダを高い電流効率で製造
するために有利に使用される。また、カルボン酸膜主体
層を採用しているにも拘らず、スルホン酸型膜あるいは
スルホン酸膜主体層からなる従来の複層膜に匹敵し得る
低抵抗を示す、という利点もある。更に、本発明の複層
型膜は、スルホン酸型膜に比して陽極室からの塩化ナト
リウムの漏洩を良好に抑制し、その結果、陰極室から極
めて低Na0t量の力性ソーダを取得することができる
。これら高電流効率、低抵抗、低HhO1量という効果
は、本発明の複層型膜によシ、長期にわたって安定−確
実に達成されるものであシ、耐久性の点でも有利である
。さらにまた、本発明の複層型膜は、陽極室が低pHに
なった場合にも、スルホン酸膜表面層を陽極室側に向け
て使用することによって、安定・確実に効果を発揮し得
る。従って、陰極室から逆拡散してくるOHイオンに起
因して、陽極室に副生ずる酸素量を低減するために、陽
極室に塩酸などを添加する場合などにおいても、有利に
使用し得るものであシ、低酸素濃度の塩素の製造につい
ても、本発明の複層型膜は効果を発揮する。
本発明においては、特定のカルボン酸膜主体層の採用に
よシ、カルボン酸膜表面層の形成に極めて有利になると
共に、スルホン酸膜表面層の形成にも利点を発揮する。
カルボン酸膜主体層とスルホン酸膜表面層との接着性を
確実圧するために、カルボン酸基とスルホン酸基の共存
膜層を介して積層一体化すれば、更に望ましい結果が得
られる。
本発明の複層型膜においては、カルボ、<4′=主体層
の採用が重要である。゛カルボン酸膜主体層は、カルボ
ン酸基をイオン交換基とするパーフルオロカーボン重合
体からなる。カルボン酸基のイオン交換容量は、1.4
〜2. Oミ17 当量/グラム乾燥樹脂であシ、好ま
しくは1.4〜1.9ミリ当量/グラム乾燥樹脂の範囲
から選定される。また、カルボン酸膜主体層の厚さは5
0〜250μ、好ましくは100〜200μの範囲から
選定される。主体層におけるイオン交換容量が余シに小
さい場合には、低抵抗の達成に不利であシ、また余りに
大きい場合には、膨潤が大きくなって、機械的強度面で
不利となるだけでなく、OHイオンの逆拡散及び塩化ナ
トリウムの漏洩の防止の点で不利となる。主体層の厚さ
は、余りに小さい場合には、強度面及び逆拡散や漏洩の
防止の点で不利となり、余シに大きい場合には、低抵抗
の達成に不利となる。而して、通常は、主体層の厚さは
全膜厚の凭以上とするのが望ましい。
次に、カルボン酸膜表面層は、上記主体層と同様に、カ
ルボン酸基をイオン交換基とするパーフルオロカーボン
重合体からなる。カルボン酸膜表面層のイオン交換容量
は、上記主体層のイオン交換容量よりも小さい範囲から
選定され、通常は15〜1゜3ミリ当量/グラム乾燥樹
脂、好ましくはQ、8〜1.3ミリ当量/グラム乾燥樹
脂が選定される。また、カルボン酸膜表面層の厚さは、
上記主体層の厚さよシも小さい範囲から選定され、通常
は5〜50μ、好ましくは10〜40μが選定される。
カルボン酸膜表面層のイオン交換容量が余りに小さすぎ
たシ厚さが余)に大きすぎたシする場合には、低抵抗の
達成に不利となり、またカルボン酸膜表面層のイオン交
換容量が主体層のそれよりも大きすぎたり余りに大きす
ぎる場合、あるいは厚さが余シにも小さすぎる場合には
、OHイオンの逆拡散防止層として採用する意味が薄れ
てしまう。
本発明においては、カルボン酸膜主体層とカルボン酸膜
表面層とを、両者の中間的なイオン交換容量を有するカ
ルボン酸膜中間層を介して積層しても勿論良い。
而して、本発明において、スルホン酸膜表面層は、スル
ホン酸、基をイオン交換基とするパーフルオロカーボン
重合体からなる。スルホン酸基のイオン交換容量は、[
15〜tsミリaJt/グラム乾燥樹脂であシ、好まし
くは0.8〜1,3ミリ当量/グラム乾燥樹脂の範囲か
ら選定される。また、スルホン酸膜表面層の厚さは、上
記カルボン酸膜主体層の厚さよシも小さい範囲から選定
され、通常は5〜50μ、好ましくは10〜40μの範
囲から選定される。スルホン酸膜表面層FipHlに対
する柔軟性付与にあシ、その厚さは余シに大きくする必
要がなく、また余シに小さすぎると目的とする効果が僅
少になると共に、その調製の面からも不利となる。スル
ホン酸膜表面層のイオン交換容量が余シに小さすぎる場
合には、低抵抗の達成に不利とな)、余夛に大きすぎる
場合には、カルボン酸膜主体層との膨潤差が大きくなり
層間剥離の難点を生ずる。
本発明の複層型膜は、上記のスルホン酸膜表面層とカル
ボン酸膜表面層がそれぞれ最外層となるように、上記の
カルボン酸膜主体層上積層一体化されており、少なくと
もこれら三層からなっている。而して、本発明の好適な
実施態様では、カルボン酸膜主体層とスルホン酸膜表面
層との接着性を確実にするために、パーフルオロカーボ
ン重合体から構成され且つカルボン酸基とスルホン酸基
が共存する共存膜層を中間に介して、カルボン酸膜主体
層とスルホン酸膜表面層とを積層一体化するのが望まし
い。
本発明において、カルボン酸膜主体層とスルホン酸膜表
面層との間に介して採用する共存膜層としては、その採
用目的からしてスルホン酸基とカルボン酸基とが共存膜
層全体に混合状態で分散されていることが重要である。
即ち、カルボン酸型モノマーとスルホン酸型モノマーと
の共重合によるものも例示されるが、通常はカルボン酸
型パーフルオロカーボン重合体色スルホン酸型パーフル
オロカーボン重合体とのブレンドからなるスルホン酸基
とカルボン酸基とが混合状態で共存する、即ち混在する
共存展層が好適に採用される。ブレンド共存膜層の採用
の場合、混合成分重合体それぞれとして、カルボン酸膜
主体層を構成するものとスルホン酸膜表面層を構成する
ものとを選定するのが便利であるが、勿論、他のものを
選定しても良い。
介在層としての共存膜層の厚さは、その採用目的からし
て余υに大きい必要はなく、非常に厚さが小さくても良
い。例えば、カルボン酸膜主体層とスルホン酸膜表面層
とを積層する際K。
スルホン酸型パーフルオロカーボン重合体又はカルボン
酸型パーフルオロカーボン重合体あるいはこれら両型合
体を粉末状態で積層面に薄層状に散布し、加熱プレスな
どにより溶融及び相溶化せしめ、混在層として形成せし
めることも可能である。か\る手段によれば、積層界面
で散布重合体粉末が主体層及び/又祉表面層に相溶化せ
しめられ、厚さの小さい混在層が形成され、接着性の確
実さを高める目的が達成される。
共存膜層の厚さは、通常5〜50μ、好ましくは10〜
40μ程度の範囲から選定される。好適な実施態様では
、ブレンド共存膜層を所定の厚さのフィルムとして形成
し、か\るフィルムを介在させてカルボン酸膜主体層と
スルホン酸膜表面層とを積層一体化せしめる手段が採用
される。また、共存膜層のイオン交換容量は、低抵抗の
達成に充分であシ且つ接着介在層としての機械的強度を
有するものであれば、特に限定されることなく、広範囲
にわたって選定され得る。通常は、共存膜層のイオン交
換容量は、カルボン酸膜主体層の電気抵抗に少なくとも
匹敵し得るように選定される。
ブレンド共存膜Nを採用する場合、カルボン酸型バーフ
ルオロカーボン重合体とスルホン酸型パーフルオロカー
ボン重合体との混合割合は、種々変更可能であるが、通
常はカルボン酸型重合体100重量部当りスルホン酸型
重合体25〜400重量部、好ましくは50〜150重
量部程度が採用され得る。
本発明において、上記各層を構成するカルボン酸型バー
フルオロカーボン重合体及びスルポン酸型パーフルオロ
カーボン重合体としては、上記の特定要件を満足する限
り、従来より公知乃至周知のもdなど特に限定されるこ
となく種々採用され得る。好適な実施態様においては、
以下の0)、(ロ)の構造からなる重合体の使用が好ま
しい。
(イ) +OF、−0FX−) 、(ロ) +CF、−
OX+こ\で、XはF又は−OF、、好ましくFi?で
あり、Y社次のものから選ばれる。
+OFz+−A 、−o+cyr+−A + ÷0−O
F、−cF%;−A 。
チ −ay2−o+ey2二)FA 、−0+0FII−O
F−0テCFm−)−A 。
響 Rf Z Rf Rf ”* 7t zは、ともに0〜1oであシ、2及ヒ′R
f は−F又は炭素数1〜10のパーフルオロアルキル
基から選ばれる。また、ムは−80,M。
−COOM又は加水分解によりこれらの基に転化しうる
−80.F 、−G!N 、−007又は−coonで
あシ、m1ld水素又はアルカリ金属、RFi炭素数1
〜10のアルキル基を示す。
本発明の複層型膜は、その全体の厚さ60〜350ミク
ロン、好ましくは100〜300ミクロンのものが採用
され、必要により、好ましくはポリテトラフルオロエチ
レンナトからなる布、網などの織布、不織布、又は金属
製のメツシュ、多孔体などで補強することができる。ま
た、特開昭53−149881号、同54−1283号
、同54−107479号、同54−157777号公
報などに記載されているポリテトラフルオロエチレンの
フィブリル化繊維するいは特開昭56−79110号公
報などに記載されている酸型官能基含有モノマーを少量
共重合して変性したポリテトラフルオロエチレンのフィ
ブリル化繊維をブレンドして補強してもよく、その他低
分子量体の配合による補強を採用してもよい。更に、本
発明の複層型膜は、その表面を粗面化したりあるいは金
属酸化物粒子からなる多孔質薄層をその表面に形成する
ことなども可能である。本発明において、上記の如き各
種補強手段を採用する場合には、これをカルボン酸膜主
体層に適用するのが望ましい。
本発明においては、各層を製膜したルあるいはブレンド
共存膜層における混合を行ったシする場合に#′i、従
来よシ公知乃至周知の穐々の方法にて行なわれ得る。例
えば、イオン交換基含有A−7#オロカーボン重合体の
水性ダイスバージョンや有機溶液、有機ディスパージョ
ンなどを使用して混合を湿式て行なったり、か\る有機
溶液や有機ディスパージョンなどからキャスト法などで
製膜することなども可能である。
勿論、トライブレンド方式の採用や加熱溶融成形によシ
製膜することもできる。加熱溶融成形による各層の製膜
の際に、原料重合体はその有するイオン交換基の分解を
招がないような適宜のイオン交換基の形態、例えばカル
ボン酸基のときは酸又はエステル型で行うのが好ましく
、またスルホン酸基のときは一802F型で行うのが好
ましい。さらKは、原料重合体を予め加熱溶融成形して
ペレット化し、それを押出成形やプレス成形などによシ
製膜することもできる。
本発明の複層型膜は、通常は、カルボン酸膜主体層、ス
ルホン酸膜表面層、カルボン酸膜表面層、及び必要に応
じ共存膜層やカルボン酸膜中間層を、夫々別々に所定の
フィルム状に製膜し、これら各層を積層一体化すること
によって製造され得る。各層を積層一体化する方法とし
ては、平板プレス、ロールプレス等が挙げられる。積層
プレス温度は60〜280℃、圧力は平板プレスでEl
 1〜100 kg/cts” 、o−ルプレスで[1
1〜100 kg/lpnにて行なわれる。
本発明の複層型膜は、各種の電解において広範囲に使用
されるが、かかる際には、いずれの形式の電極も使用さ
れる。例えば、多孔板、網又はエキスパンデッドメタル
などの空隙性電極が使用される。空隙性電極としては長
径1.0〜10m+、短径1llL5〜10需、線径α
1〜1.3−5開孔率30〜90チのエキスパンデッド
メタルが例示される。また、複数の板状電極を使用する
と七もできるが、空隙度の違う複数枚の電極を使用して
空隙度の小さいものを膜に近い側に使用するのが好まし
い。
陽極材質としては、通常白金族金属、その導電性酸化物
又はその導電性還元酸化物等が使用され、一方陰極とし
ては白金族金属、その導電性酸化物又は鉄族金属等が使
用される。なお、白金族金属としては白金、ロジウム、
ルテニウム、パラジウム、イリジウムが例示され、また
鉄族金属としては、鉄、コバルト、ニッケル。
ラネーニッケル、安定化ラネーニッケル、ステンレス、
アルカリエツチングステンレス(特公昭54−1922
9号公報)、ラネーニッケルメッキ陰極(特開昭54−
112785号公報)、ロダンニッケルメッキ陰極(特
開昭53−115676号公報等)が例示される。
空隙性の電極を使用する場合は、該電極は上記陽極又は
陰極を形成する物質それ自体からこれを形成することが
できる。しかし、白金族金属又はその導電性酸化物等を
使用するときには通常゛チタンやタンタルなどの弁金属
のエキスノくンデッドメタルの表面にこれらの物質を被
覆せしめて形成するのが好ましい。
電極を配置する場合、□電極は本発明の複層型膜に接触
して配置しても、また適宜の間隔をおいて配置してもよ
い。電極はむしろイオン交換膜面に強固に押圧するより
も、電極はイオン交換膜面に例えば0〜2.0 kg/
cyn2にて好ましくは緩かに押接される。
本発明の複層型膜を使用した電解槽線、単極型でも複極
型でもよい。また電解槽を構成する材料は、例えば塩化
アルカリ水溶液の電解の場合には陽極室の場合には、塩
化アルカリ水溶液及び塩素に耐性があるもの、例えば弁
金属、チタンが使用され、陰極室の場合には水酸化アル
カリ及び水素に耐性がある鉄、ステンレス又はニッケル
など使用される。
本発明の複層型膜を使用して塩化アルカリ水溶液の電解
を行なうプロセス条件としては、既知の条件が採用でき
る。例えば陽極室には好ましくは2.5〜aO規定(ト
))の塩化アルカリ水溶液を供給し、陰極室には水又は
稀釈水酸化アルカリを供給し、好ましくl−j:80℃
〜120℃、電流密度10〜100ム/dm2 で電解
される。かかる場合、塩化アルカリ水溶液中のカルシウ
ム及びマグネシウムなどの重金属イオンは、イオン交換
膜の劣化を招くので、可及的に小さくせしめるのが好ま
しい。また、陽極における酸素の発生を極力防止するた
めに塩酸などの酸を塩化アルカリ水溶液に添加すること
ができる。
以上は、上圧塩化アルカリ水溶液の電解の例について本
発明の複層型膜の使用を説明したが、水、ハロゲン酸(
塩酸、臭化水素酸)、炭酸アルカリの電解に対しても同
様に適用できることはもちろんである。また、イオン交
換膜を使用する有機化合物の各種電解合成反応での隔膜
としても適用され得る。
次に、本発明の実施例について更に具体的に説明するが
、かかる説明によって本発明が何ら限定されるものでな
いことは勿論である。尚、実施例中の部は、特に明示し
ない限シ重量部である。
実施例1 α2tのステンレス製反応容器にトリクロロトリフルオ
ロエタン222、CF、=C1FOCF!0FOOF2
−薯 c:tr、。
0IP2SO,778f 及びアゾビスイソブチロニト
リルQ、IS’l仕込み液体窒素で充分脱気した後70
℃に昇温しテトラフルオロエチレンJ)12.3#/c
rn2迄仕込み反応をスタートさせた。反応中はテトラ
フルオロエチレンを導入しつつ一定圧力に保持した。7
時間後に145Fの共重合体を得てイオン交換容量は1
.1mθq / fであったっ該共重合体をムとする。
次いで0.2tのステンレス製反応容器にイオン交換水
100 f 、 08F’l?0OONH4fα2F。
Na1HFO4・12H2Of CL 5 0 f 、
NaH1PO4・2H20f (L 2 9 t 、(
NH4)t8tOs をα0 7 9 f 、NaH8
O4をα04 f 、 0FI−OFO(C!F2)3
0000.Hlを30を仕込んだ。液体窒素で充分脱気
を行なった後、40℃に昇温しテトラフルオロエチレン
ヲ5.11cI/cln”迄導入し、反応を行なわしめ
六。反応中にテトラフルオロエチレンを導入しつつ一定
圧力に保持した。7.5時間後に反応を終了させ、得ら
れたラテックスを凝集させ、水洗後メタノール中で65
℃、16時間処理し214fの共重合体を得た。イオン
交換容量は1.80 rneq/fであった。該共重合
体をBとする。次にα2tのステンレス製反応容器にイ
オン交換水100f %(4F1700ONH4(L 
2 f 、 NaH1PO4・2H20e(L 49 
t 、(NH4)、8t0.1!r:α0521、n−
ヘキサ7 i Q、 03 f 、 OF!−0FO(
OF、)、0OOCH320ft仕込み57℃でテトラ
フルオロエチレンの重合圧力1A 5 kg/ctn”
で反応させ2Ofの共重合体を得た。イオン交換容量は
1.17 meq / tであった。該共重合体?f−
Qとする。
共重合体Al1230℃でプレス製膜し厚さ30μのフ
ィルムとした。該フィルムt−Dとする。次いで共重合
体Bi230℃でプレス製膜し厚さ160μのフィルム
とした。該フィルムをEとする。次に、共重合体Aと共
重合体Bを1=1にブレンドした後130℃でロール混
練し、230℃でプレス製膜し15μのフィルムとした
。該フィルムをFとする。更に共重合体C@250℃で
プレス#!膜し厚さ30μのフィルムとした。。該フィ
ルムをGとする。
次いで各フィルムfeD、、F、E、Gの順に重ね合わ
せ熱ロールを用い200℃で積層した。
該膜t−25%力性ソーダ水溶液で65℃、16時間加
水分解を行ないナトリウム型のイオン交換膜とした。
かくして得られた膜のD層の側に、チタンのパンチトメ
タル(短径2ws、長径5 m )に酸化ルテニウムと
、酸化イリジウムと酸化チタンの固溶体を被覆した低い
塩素過電圧を有する陽極を、また0層側にはEIt18
304製パンチトメタル(短径211+1.長径5−)
にルテニウム入りラネーニッケル(ルテニウム5%、ニ
ッケル50%。
アルミニウム45%)を電着して、低い水素過電圧を有
するようにした陰極を加圧接触させ、陽極室に5規定の
塩化す11ウム水溶液を、陰極室に水を供給しつつ陽極
室の塩化ナトリウム濃度f:五5規定に、また陰極室の
苛性ソーダ濃度を35重量%に保ちつつ、90℃、30
A/dm”の条件で電解を行なった。
この結果、電流効率は96.5%であシミ圧は414V
であつ九。生成苛性ソーダ溶液中の食塩含量ij 27
 ppmであった。10日間電解使用し膜f;c観察し
たが異常は認められなかった。
実施例2 実施例1に記載したと同様圧して、D、P。
E、Gの順にフィルムtXね合せ熱ロールを用いて20
0℃で積層した。一方、粒径5μの酸化ジルコニウム粉
末10部、メチルセルロース(2%水溶液の粘度150
0センチボイズ)(L4部、水19部、シクロヘキサノ
ール2部およびシクロへキサノン1部を含む混合物?混
練してペーストラ得た。該ペーストをメツシュ数200
1厚さ75μのテトロン製スクリーン、その下に厚さ3
0μのスクリーンマスフケ施した印刷板及びポリウレタ
ンスキージを用いて、前記積層して作成したイオン交換
膜のD層側の面にスクリーン印刷した。膜面に得られた
付着層を空気中で乾燥した。
一方、かくして得られた多孔質層を有する膜の他方の面
に同様にして、平均粒径α3μのβ−炭化ケイ素粒子を
付着させた。しかる後、温度140℃、圧力50 kl
/cm=の条件で各膜面の粒子層をイオン交換膜面に圧
着することによシ、膜の陽極側面及び陰極側面には、酸
化ジルコニウム粒子及び炭化ケイ素粒子が、それぞれ膜
面1個2当りそれぞれ1.(ly、117■付着したイ
オン交換膜を作成した。該イオン交換膜を、実施例1に
記載したと同様の条件で加水分解および電解を行ない、
以下の結果を得た。
電流密度(A/dm2) 電 圧ヴ) 電流効率(支)
)30 2.90 96.0 生成苛性ソーダ溶液中の食塩含量1d 25 ppmで
あった。
30日間電解使用し、膜を観察したが膜に異常は認めら
れなかった。
実施例3 チタンのパンチトメタル(短径2 tar、 長径51
1m1)の片面に、α5■巾のピッチで溝を作った基板
に、実施例1と同様な手法で処理し、溝付きの陽極を得
た。該陽極の溝付側?、実施例2と同様な方法で得たイ
オン交換膜の酸化ジルコニウム多孔質層側に加圧接触さ
せ、さらに、5規定の塩化ナトリウムに塩酸を添加しつ
つ淡塩水pHを1.5に保ちつつ電解を行なったほかは
、実施例2と同様な条件で電解を行なった。
この結果、電流効率は9&0%であシ、電圧は2.90
Vであ)、陽極にて得られる塩素ガス中の酸素濃度は(
13%であった。生成苛性ソーダ溶液中の食塩含量は2
2 ppmであった。180日間電解使用し、膜を観察
したが膜に異常は認められなかった。
実施例4 実施例1において、共重合体Bの代)に、同様な重合条
件から得られたイオン交換容量1.65meq / t
の共重合体Hi作成して得た厚さ140μのフイルムエ
を用い、さらに、Fの代シに、共重合体■およびムを1
:1にブレンドしたのち製膜して得た厚さ15μのフィ
ルムJを用いた以外は実施例1と同様な条件で製膜およ
び電解を行ない以下の結果を得た。
電流密度(A/dm”) 電 圧ff) 電流効率価)
3〇 五14 96.8 生成苛性ソーダ溶液中の食塩含量は21 ppmであっ
た。
実施例5 実施例1において共重合体Aの代シに同様な重合条件か
ら得られたイオン交換容量α9 meq/fの共重合体
Xを作成して得た厚さ20μのフィルムLを用い、さら
に、Fの代シに共重合体におよびB11 : 1にブレ
ンドしたのち製膜して得た厚さ10μのフィルムMi用
いた以外は、実施例1と同様な条件で製膜および電解を
行ない、以下の結果を得た。
電流密度(A/(l m冨) 電 圧(′V) 電流効
率@)30 &15 9/L8 生成苛性ソーダ溶液中の食塩含量は27 ppmであっ
た。
実施例6 実施例1において、厚さ160μのフィルムEの代りに
同組成の厚さ140μのフィルムE′を用い、さらに厚
さ30μのフィルムGの代りに同組成の厚さ20μのフ
ィルムalt用いた以外は実施例1と同様な条件で製膜
および電解を行ない以下の結果を得た。
電流密度(ム/dm驚) 電 圧ヴ) 電流効率@)3
〇 五11 9&5

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 t カルボン酸基をイオン交換基とし且つイオン交換容
    量が1.4〜2.0ミリ当量/グラム乾燥樹脂であるパ
    ーフルオロカーボン重合体からなる厚さ50〜250μ
    の膜を主体層きし、該カルボン酸膜主体層の一方の面側
    に、スルホン酸基をイオン交換基とし且つイオン交換容
    量がα5〜1.5 ミIJ当量/グラム乾燥樹脂である
    パーフルオロカーボン重合体からなる厚さ5〜50μの
    スルホン酸膜表面層を、上記カルボン酸膜主体層の他方
    の面側に、カルボン酸基をイオン交換基とし且つイオン
    交換容量が(L5〜t 3 ミ17当量/グラム乾燥樹
    脂であるパーフルオロカーボン重合体からなる厚さ5〜
    50μのカルボン酸膜表面層を、スルホン酸膜表面層及
    びカルボン酸膜表面層がそれぞれ最外層となるように積
    層一体化した少なくとも三層からなることを特徴とする
    ) 1ツ素樹脂陽イオン交換膜。 λ カルボン酸膜主体層とスルホン酸膜表面層とか、厚
    さ5〜50μのカルボン酸基とスルホン酸基が共存する
    パーフルオロカーボン重合体からなる共存膜層を介して
    積層一体化されている特許請求の範囲第1項記載のフッ
    素樹脂陽イオン交換膜。 五 共存膜層がカルボン酸基管イオン交換基とするパー
    フルオロカーボン重合体とスルホン酸基をイオン交換基
    とするパーフルオロカーボン重合体とのブレンドからな
    る特許請求の範囲第2項記載のフッ素樹脂陽イオン交換
    膜。 4 共存膜層がカルボン酸膜主体層を構成するパーフル
    オロカーボン重合体とスルホン酸膜表面層を構成するパ
    ーフルオロカーボン重合体とのブレンドである特許請求
    の範囲第2項又は第3項記載のフッ素樹脂陽イオン交換
    膜。 S 共存膜層がカルボン酸基をイオン交換基とf7hパ
    ーフルオロカーボン重合体100重t部轟りスルホン酸
    基をイオン交換基とするパーフルオロカーボン重合体2
    5〜400重量部のブレンドからなる特許請求の範囲第
    3項又は第4項記載のフッ素樹脂陽イオン交換膜。
JP59098565A 1984-05-18 1984-05-18 フツ素樹脂陽イオン交換膜 Granted JPS60243129A (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP59098565A JPS60243129A (ja) 1984-05-18 1984-05-18 フツ素樹脂陽イオン交換膜
DE8585105952T DE3565557D1 (en) 1984-05-18 1985-05-14 Cation exchange fluoropolymer membrane
EP85105952A EP0165466B1 (en) 1984-05-18 1985-05-14 Cation exchange fluoropolymer membrane
CA000481675A CA1265472A (en) 1984-05-18 1985-05-16 Cation exchange fluoropolymer membrane
US07/173,041 US4983264A (en) 1984-05-18 1988-03-28 Four layer cation exchange fluoropolymer membrane

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP59098565A JPS60243129A (ja) 1984-05-18 1984-05-18 フツ素樹脂陽イオン交換膜

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS60243129A true JPS60243129A (ja) 1985-12-03
JPH0115525B2 JPH0115525B2 (ja) 1989-03-17

Family

ID=14223200

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP59098565A Granted JPS60243129A (ja) 1984-05-18 1984-05-18 フツ素樹脂陽イオン交換膜

Country Status (5)

Country Link
US (1) US4983264A (ja)
EP (1) EP0165466B1 (ja)
JP (1) JPS60243129A (ja)
CA (1) CA1265472A (ja)
DE (1) DE3565557D1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007080815A (ja) * 1996-04-30 2007-03-29 W L Gore & Assoc Inc 一体多層式のイオン交換複合膜

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0253119A3 (en) * 1986-06-13 1989-07-19 Asahi Glass Company Ltd. Ion exchange membrane for electrolysis
US5183545A (en) * 1989-04-28 1993-02-02 Branca Phillip A Electrolytic cell with composite, porous diaphragm
US5288378A (en) * 1990-09-28 1994-02-22 Alliedsignal Inc. Guard membranes for use in electrodialysis cells
JP3075580B2 (ja) * 1991-04-05 2000-08-14 旭硝子株式会社 電解用含フッ素陽イオン交換膜
US5654109A (en) * 1995-06-30 1997-08-05 The Dow Chemical Company Composite fuel cell membranes
US5981097A (en) * 1996-12-23 1999-11-09 E.I. Du Pont De Nemours And Company Multiple layer membranes for fuel cells employing direct feed fuels
FR2818791A1 (fr) * 2000-12-08 2002-06-28 Commissariat Energie Atomique Membrane conductrice ionique organique pour pile a combustible et son procede de fabrication
US20040036394A1 (en) * 2002-08-21 2004-02-26 3M Innovative Properties Company Process for preparing multi-layer proton exchange membranes and membrane electrode assemblies
JP2007510065A (ja) * 2003-10-31 2007-04-19 イー・アイ・デュポン・ドウ・ヌムール・アンド・カンパニー 膜介在電解研磨
US7566385B2 (en) * 2004-02-23 2009-07-28 E. I. Du Pont De Nemours And Company Apparatus adapted for membrane-mediated electropolishing
CA2779049C (en) 2009-10-26 2014-11-25 Asahi Kasei Chemicals Corporation Cation exchange membrane, electrolysis vessel using the same and method for producing cation exchange membrane
US10734660B2 (en) 2016-03-10 2020-08-04 Nissan North America, Inc. Functionalized carbon layer for membrane degradation mitigation under fuel cell operating conditions
US11462724B1 (en) 2021-05-13 2022-10-04 ZAF Energy Systems, Incorporated Electrode manufacturing
US11205772B1 (en) 2021-05-13 2021-12-21 ZAF Energy Systems, Incorporated Zinc electrode manufacturing
CN113955267B (zh) * 2021-10-29 2023-04-18 湖南贝恩叮当猫婴童用品有限公司 一种环保的纸尿裤生产用贴标装置

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5392394A (en) * 1976-12-24 1978-08-14 Asahi Chem Ind Co Ltd Membrance of multi-layer structure and production thereof
US4267364A (en) * 1977-04-20 1981-05-12 E. I. Dupont De Nemours And Company Fluorinated ion exchange polymer containing carboxylic groups, process for making same, and film and membrane thereof
JPS5460294A (en) * 1977-10-21 1979-05-15 Asahi Glass Co Ltd Electrolysis of aqueous alkali chrolide
US4176215A (en) * 1978-03-13 1979-11-27 E. I. Du Pont De Nemours And Company Ion-exchange structures of copolymer blends useful in electrolytic cells
JPS5672190A (en) * 1979-11-20 1981-06-16 Toyo Soda Mfg Co Ltd Cation exchange membrane for electrolysis of alkali metal halogenide
JPS5675938A (en) * 1979-11-26 1981-06-23 Hitachi Ltd Starting method of automobile engine
US4401711A (en) * 1981-01-16 1983-08-30 E. I. Du Pont De Nemours And Company Cation exchange membrane with high equivalent weight component
JPS6044331B2 (ja) * 1981-02-25 1985-10-03 東ソー株式会社 陽イオン交換膜の製造方法
JPS57143332A (en) * 1981-03-02 1982-09-04 Toyo Soda Mfg Co Ltd Production of cation exchange membrane
JPS58199884A (ja) * 1982-05-18 1983-11-21 Asahi Glass Co Ltd 改良された電解用陽イオン交換膜

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007080815A (ja) * 1996-04-30 2007-03-29 W L Gore & Assoc Inc 一体多層式のイオン交換複合膜

Also Published As

Publication number Publication date
EP0165466B1 (en) 1988-10-12
US4983264A (en) 1991-01-08
DE3565557D1 (en) 1988-11-17
CA1265472A (en) 1990-02-06
JPH0115525B2 (ja) 1989-03-17
EP0165466A1 (en) 1985-12-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPS60243129A (ja) フツ素樹脂陽イオン交換膜
US4586992A (en) Process for producing potassium hydroxide
JPS6059996B2 (ja) 塩化アルカリの電解方法
US4661218A (en) Ion exchange membrane cell and electrolysis with use thereof
US5716504A (en) Cation exchange membrane for electrolysis and process for producing potassium hydroxide of high purity
JPH0586971B2 (ja)
EP0064389A1 (en) Composite membrane/electrode, electrochemical cell and electrolysis process
JPS58199884A (ja) 改良された電解用陽イオン交換膜
CA1263339A (en) Electrolytic cell for the electrolysis of an alkali metal chloride
JP2504135B2 (ja) 電解用陽イオン交換膜
JPH0219848B2 (ja)
JPH0668033B2 (ja) 改良された電解用陽イオン交換膜
JPS59133386A (ja) ガス拡散電極の製造法
US4729819A (en) Method for restoring the current efficiency
JP2658037B2 (ja) 高純度水酸化カリウムの製造方法
JPS63113029A (ja) 電解用イオン交換膜
JPH08120100A (ja) 含フッ素陽イオン交換膜
JPS63310985A (ja) 水酸化アルカリの製造方法
JPS61130497A (ja) ガス拡散電極
JPS636029A (ja) 電解用陽イオン交換膜
JPS6123875B2 (ja)
JPS6125787B2 (ja)
JPS63310983A (ja) 水酸化アルカリの製造方法
JPS61235587A (ja) 電解方法
JPH0756079B2 (ja) 水酸化アルカリの製造方法