JPS617338A - イオン交換樹脂膜 - Google Patents

イオン交換樹脂膜

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JPS617338A
JPS617338A JP59124524A JP12452484A JPS617338A JP S617338 A JPS617338 A JP S617338A JP 59124524 A JP59124524 A JP 59124524A JP 12452484 A JP12452484 A JP 12452484A JP S617338 A JPS617338 A JP S617338A
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ion exchange
membrane
exchange resin
resin membrane
cloth
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JP59124524A
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Tsuneji Ishii
恒司 石井
Hiroaki Ito
宏明 伊藤
Haruyasu Ono
小野 晴康
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Asahi Glass Co Ltd
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    • 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

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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。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野1 本発明はイオン交換樹脂膜に関するものであり、さらに
訂しくは特定の補強用布により補強された耐折曲げ性に
優れたイオン交換樹脂膜に関するものである。
[従来の技術] 耐酸化性、耐アルカリ性に優れたノく−フルオロカーボ
ン系イオン交換樹脂膜を/\ロゲン化アルカリ電解用隔
膜として用いるイオン交換樹脂膜アルカリ電解法は従来
の水銀電解法、アスベスト隔膜電解法と比較して経済性
、製品品質、無公害の点で優れており、近年、急速に普
及しつつある。
しかしながら、補強材を有しないイオン交換樹脂膜は、
それ自体では裂は易く、また電解液の濃度変化に伴ない
、膜が伸縮するなど寸法安定性に実用上の問題を有して
いた。
かかる欠点を補い、イオン交換樹脂膜の機械的強度およ
び寸法安定性を向上する方法として、布による補強が有
効である。しかし、補強用布の適用は導電面積の減少に
よる膜抵抗の上昇を避けられない。この対策として、特
定の糸径と織り密度を有する種々のからみ織り織布で補
強したイオン交換樹脂膜が提案されている(実公昭56
−8801号、実公1@ 55−3850号、実開昭5
3−101048号各公報、明細特許第4072793
号明細書等を参照)。
しかしながら、からみ織布は粗いメツシュの布でも目ず
れをおこさない利点を有するものの、糸のたて糸、よこ
糸の交点が3重に交叉し、その部分が厚くなる欠点を有
する。
一方、未補強イオン交換樹脂膜(便宜上イオン交換基に
変換される基を有する熱可塑性樹脂フィルムも含めて総
称する:以下間じ)とじては低い電気抵抗を得るために
薄膜化の方向が望ましいが、かかる薄膜に、糸交点の厚
い補強用布を適用した場合、該交点の部分で膜にピンホ
ールが生じやすくなり、またピンホール発生には至らな
い場合でも、布補強した膜において、からみ織布の糸の
交点部分で樹脂フィルムの実質的厚みが薄くなるため、
加水分解した膜を折り曲げる際に、糸の交点部分でイオ
ン交換膜にクラックが入り易くなるという難点があった
[発明が解決しようとする問題点] 本発明は−り記問題点を解消するものであり、機械的強
度および寸法安定性に優れ、かつ膜抵抗か極小であり、
さらにピンホールやクラックの発生を見ない耐折曲げ性
に優れたイオン交換膜の提供を目的とするものである。
[問題点を解決するための手段] 本発明のイオン交換膜はパーフルオロポリマー繊維から
なるたて糸とよこ糸のからみ織布であって、たて糸のデ
ニール数が20〜100、よこ糸のデニール数が40〜
200であり、かつたて糸密度が28〜80木/インチ
、よこ糸密度が13〜50木/インチであり、さらに各
糸の断面の偏平比が0.8〜0.1である補強用布を有
する/\ロゲン化アルカリ電解用パーフルオロカーボン
系イオン交換樹脂膜である。
未発iにおいては、からみ織りのたて糸のデニール数が
20〜100、よこ糸のデニール数が40〜200であ
り、かつ、たて糸の密度が26〜80本/インチ、好ま
しくは30〜60木/インチ、よこ糸の密度が13〜5
0本/インチ好ましくは15〜45本/インチで、それ
ぞれの糸の断面偏平比が0.8〜0.1、好ましくは0
.8〜0.15であることが重要である。ここで、たて
糸がからみ方向であり、偏平比は糸断面の縦方向の径を
横方向の径で除した値である。
かかる細い糸を、粗な織目で織る方法としては、からみ
織りが適当であり、平織り、綾織り、朱子織りのごとき
低密度で目ずれを生じ易い織り方は適用できない。
各たて糸、よこ糸の繊維の形態としては、上記の範囲の
細糸であればモノフィラメント、マルチフィラメントの
いずれも適用可能であるが、マルチフィラメントの場合
には、糸断面の偏平化によるlfj開口率の減少に伴う
膜抵抗の上昇を極小にできるので、好ましく採用可能で
ある。
たて糸、よこ糸のデニール数が上記範囲の下限以下の場
合には、引裂き強度に関し補強効果が不十分となり、上
限以上の場合には糸の断面が偏平形状であっても、糸の
交点が厚くなり、加水分解後のイオン交換膜のピンホー
ルやクラックの原因となり易いという欠点を生じる。ま
た、たて糸、よこ糸の織目密度が上記範囲の下限以下の
場合には、からみ織りでも目ずれが生じ易くなるととも
に、引裂き強度に関し補強効果が不十分となり、また上
限以上の場合には、繊維による遮蔽の影響が顕著となり
、その結果膜抵抗が増大するので好ましくない。
また、糸断面を偏平にする方法としては、偏平な断面を
有する糸またはスプリットしたフィルムをからみ織布に
織ることも可能であるが、丸い糸断面の糸を織布にした
後、カレンダーロール等で圧縮し、偏平な断面の糸から
なる布に変換した後、未補強イオン交換膜と積層するこ
とが一般的である。
また、別の方法として、丸い糸断面を有するからみ織布
を、未補強イオン交換膜と積層一体化する際に、プレス
力に友り、糸断面を偏平化することも可能である。
要するに、偏平化の手順や方法を問わず、イオン交換膜
を補強した状態で補強布の糸断面が偏平になっているこ
とが肝要である。
糸の偏平比が上記範囲以上では、糸の交点が厚くなり、
ピンホールやクラックを発生しやすくなり、上記範囲以
下では、糸による遮蔽が大きすぎて膜抵抗の増大が著し
くなるのでともに不都合である。
本発明において繊維の材料であるパーフルオロポリマー
としては、テトラフルオロエチレンの単独重合体(PT
FE)は勿論のこと、テトラフルオロエチレンとへキサ
フルオロエチレンおよび/またはパーフルオロ(アルキ
ルビニルエーテル)との共重合体のごとき熔融流動性の
パーフルオロポリマー、さらには、イオン交換基もしく
は数基に転換可能な基を有するパーフルオロポリマーも
包含される。
本発明のイオン交換膜はその形態、材質、交換基の種類
、交換容量等は限定されず、例えば、形態としては、単
層膜に限らず、交換基の種類もしくは交換容量の異なる
2層以上の層を有する複層膜、またPTFEフィブリル
等によりミクロ補強された膜も包含される。しかして、
交換基の種類としては電解電圧、電流効率などの電解性
能さらには耐久性などの面からカルボン酸基および/ま
たはスルホン酸基が好ましく例示される。
本発明において補強用布をイオン交換樹脂膜の補強材と
して適用する方法も限定されない。
例えば、在米補強膜、これには前記のごときミクロ補強
膜も含まれる。を加熱軟化した状態で加圧し補強用布を
埋め込む熔融成形方法、さらには補強用布にイオン交換
樹脂の溶液もしくC±分散液を含浸後、溶剤除去、造膜
を行わしめるキャスティング法等があげられる。熔融成
形法による場合、温度としては100〜350℃程度。
圧力としては0.2〜100kg/cn程度が通常採用
され、バッチ操作に適した方法としては平板プレス法あ
るいは真空プレス法が、また連続操作番こ適した方法と
しては加熱金属ロールと加熱ゴムロールとを使用する連
続ロールプレス法がそれぞれ例示される。/へ・フチ法
、連続法におl、%て、円滑な操作を行なう上でポリエ
ステル、ポリイミド、フッ素樹脂などの耐熱樹脂からな
るフィルムあるいは耐熱紙を離型材料として使用するこ
とが好ましい。このようにして補強用布と一体化したイ
オン交換樹脂膜は2.さらに電解隔膜としての特性改善
、主として電解電圧の低減などの目的で膜面上にさらに
多孔層を形成せしめることも可能である。
本発明においては、補強用布を有するイオン交換樹脂膜
中の補強用布の糸交点の厚みを加水分解前において全体
の厚みの172以下とするごとが、ピンホールもしくは
クラック発生防止の観点から好ましい態様である。
[実施例] 実施例1〜2および比較例1 PTFEJ: リなる10デニールのモノフィラメント
6本を引きそろえて撚ったデニール数60のマルチフィ
ラメントをたて糸とし、同一のモノフィラメント6本木
を引きそろえて撚ったデニール数100のマルチフィラ
メントをよこ糸とし、たて糸密度50木/インチ、よこ
糸密度25本/インチのからみ織り布Aを得た。
この布の開口率は75%でダイヤルゲージで測定した糸
の交点厚みは20ILmであり、糸の断面形状を顕微鏡
で観察した結果、たて糸、よこ糸ともに偏平比はほぼ1
.0であった。さらに布Aの一部を20cmX 20c
mに切り取り、平板プレス機を用い条件を変えてプレス
し、交点厚みの異なる2種類の布A−1,A−2を得た
一方、テトラフルオロエチレンとパーフルオロ−3−オ
キサ−1−ヘプテン酸メチル[CF2 =CFO(CF
2 )3 GOOICH3’以下KFHと略記する]と
の共重合体であって、イオン交換容量(AR)が1.5
0ミリ当量/グラム乾燥樹脂剤のポリマーをTダイ押出
し法により形成し、厚さ150pmのフィルムaを得た
ツイテ、20cmX 20cmに切す取ったフィルムa
に前記3種の補強用布を重ね、それぞれ2軸延伸ポリエ
ステルフイルムの間に挟み。平板プレス機を用いて20
kg/ c−n(,180℃で1o分間プレスした後、
冷却し離型用ポリエステルフィルムを剥して布強化膜を
得た。かくして得られた1強樹脂膜のそれぞれにl0K
Vの印加電圧をかけ、ピンホール検査を実施した。また
、それぞれの布補強膜を90℃の25%水酎ナ耐リウム
水溶液の16時間侵漬して加水分解した後、該加水分解
膜を180°の角度で繰り返し折りたたみ、貫通りラッ
クが発生するまでの折りたたみ回数を測定した。その結
呆を布補強膜中の布の偏平比、交点厚みとともに下表に
示す。
上記のごとく加水分解したそれぞれの補強イオン交換樹
脂膜から5 cmX 5 cmのサンプルを切り出しく
布A補強膜についてはピンホールの集い部分から切り出
す) RuQ□/TiQ2陽極および低過電圧陰極をも
つ電解槽に七−7トして90℃、20A/dff12に
て電解運転を行なった。陽極側の塩水濃度を3.5Nに
保ち、陰極側には水を供給しながら生成苛性ソーダー濃
度を35%に保持した。5日後の電解槽の摺電圧は布A
補強膜で3.15V、布A−1補強膜で3.1θV、布
A−2補強膜で3.17Vで、布の偏平化による電解電
圧の上昇は小さかった。電流効率は全ての補強膜で94
%であった。その後、さらに電解を継続したところ25
日後に布A補強膜の電流効率が83%に低下したので、
運転をとめて膜を観察したところ布A補強膜のしわの頂
点でよこ糸に沿った小さなりラックが発生していた。布
A−1、布A−2を用いた補強膜は150日運転したが
何ら異常はなかった。
比較例2〜3 PTFEよりなる10テニールのモノフィラメント15
木を引きそろえて撚ったデこ−ル数150のマルチフィ
ラメントをたて糸とし、同一のモノフィラメント30本
を引きそろえて撚ったデニール数300のマルチフィラ
メントをよこ糸とし、たて糸密度50木/インチ、よこ
糸密度25本/インチのからみ織り布Bを得た。
この布の開口率は60%でダイヤルゲージで測定した糸
の交点厚みは190μmであり、糸の断面形状の偏平比
はほぼ1.0であった。
次に布Bを実施例2と同様の条件で平板プレス機により
偏平化し、交点厚み120弘、開口率45鬼、偏平化が
たて糸0.6、よこ糸0.5の布B−1を得た。
テトラフルオロエチレンとMFHとの共重合体であって
、ARが1.50ミリ当量/グラム乾燥樹脂のポリマー
をTダイ押出し成形により成形し、厚さ160 pLの
フィルムbを得た。
実施例1と同様な方法でフィルムbを布B、および布B
−1で補強した20cmX 20c+++の樹脂膜を得
たが、それぞれをl0KVの印加電圧でピンホール検査
したところ、布B補強膜(厚み200p、m :比較例
2)には多数のアークが飛びピンホールが検出されたが
、布B−1補強膜(厚み205pm:比較例3)にはア
ークは飛ばなかった。引続き実施例1と同様に加水分解
した後、折りたたみ試験により、#クラック性を測定し
た。
その結果、布B補強膜は1回で、布B−1補強膜は2回
目で糸の交点で加水分解膜に貫通りラックが発生した。
さらに実施例1と同様の電解試験においては、布B補強
膜はピンホールが多く、電解に必要な5cm X 5c
mの面積のサンプルを切り出せなかった。また、布B−
1補強膜の運転5日後の電解摺電圧は3.32Vであり
、電流効率は83.5%であった・ 実施例3 PTFEよりなるデニール数10のモノフィラメント7
本引きそろえて撚った70デニールのマルチフィラメン
トをたて糸とし、同じモノフィラメント14木からなる
140デニールのマルチフィラメントをよこ糸とし、こ
れをからみ#a機にかけてたて糸密度50木/インチ、
よこ糸密度25木/インチのからみ織布Cを得た。この
布の糸交点厚みは1401LII+ 、開口率75%で
たて糸、よこ糸の断面形状偏平比は約1.0であった。
布Cを200℃の金属ロールとゴムロールの間で50k
g/Cmロール長でプレスし、交点厚み807℃mの布
C−1を得た。′この布の糸断面を顕微鏡で観察した結
果、たて糸、よこ糸の偏平比はそれぞれ0.6゜0.2
5であった。
次に、イオン交換容量(AR) 1.25ミリgr当量
/グラト乾燥樹脂のテトラフルオロエチレンとKFHと
の共重合体からなる厚さ20pmのフィルムb−tとA
Rl、80ミリgr当量/グラム乾燥樹脂のテトラブル
オロエチレンとMFHとの共重合体からなりPTFEフ
ァくンパウダーからなるミクロフィブリルを2重量%均
一に分散して含有する厚さ180pmのフィルムb−2
をTダイ熔融押出し成形法によって得た。
次にフィルムb−iとb−2を200℃に加熱されたロ
ールを用いて加熱加圧積層し、ARの異なる厚さ200
ILの2層フィルムを得た。さらに、この2層フィルム
の高ARフィルム面に補強用布C−tを重ね210℃に
加熱された金属とゴムよりなるプレスロール群の間を離
型用耐熱フィルムに挟んで連続的に加熱加圧プレスし、
布をポリマ一層に押し込み巾1.5mの長尺布補強イオ
ン交換膜を製造した。次に膜の両面に粒径l〜10#1
.111のZrQ2微粒子を水系溶媒でペースト化した
後、スプレー塗布、乾燥し膜両面にl。
g/rn’のZrQ2を付着させた後、140℃に加熱
された一対のロールで連続的にプレスし、膜表面にZr
Q2の非導電性多孔質層を半埋め込み状態で形成させた
。この膜の全体の厚みは235 p、m 、膜中の補強
用布の糸断面の偏平比はたて糸0,6、よこ糸0.25
.糸交点厚みは85pLmであった。   ′実施例1
と同様のピンホール検査において長さ20mにわたり、
ピンホールは皆無であった。
この膜を実施例1と同様に加水分解したのち測定した折
曲げ耐クラツク回数は6回であり、1m X 2 mの
大型サイズのNa”型数イオン交換膜を実用電解槽に実
際に組込む際にも、クラックや裂けによるトラブルは生
じなかった。
0.5 rrfのNa十型イオン交換膜をRu0z /
 T i02陽極および低過電圧陰極をもち、両極間の
間隔が0.5mm以下の電解槽にセットし、液温を80
°Cに保ちながら30A/d rn’の電流密度にて電
解運転をおこなった。
陽極側のNaCl濃度を3.5Nに保ち、陰極側には水
を供給しながら生成NaOH濃度を35%に保持した。
5日後の電解槽の摺電圧は2.94V、電流効率85%
であり、その後120日間安定した運転が継続された。
運転をとめて電解槽を解体し、膜を観察したか、イオン
交換樹脂にクラックやピンホールは皆無であった。
上流側4 PTFHの延伸フィルムをスプリットしてなる50デニ
ールのモノフィラメントをたて糸とし、同レスブリット
してなる75デニールのモノフィラメントをよこ糸とし
て、それぞれの糸に6回/cmの撚りをかけた後、から
み織機にかけて直もに室温中、10kg/cmの圧力で
2木のロールによリプレスし、たて糸密度50木/イン
チ、よこ糸密度34本/インチのからみ織り布りを得た
。この布の糸交点厚みは100 pであり、各県の断面
比はたて、よこともほぼ0.80であった。
つぎに、AR1,20ミリグラム当量/グラム乾燥樹脂
のテトラフルオロエチレンとMFHとの共重合体からな
る厚さ20ルのフィルムc−1、AR1,80ミリグラ
ム当量/グラム乾燥樹脂のテトラフルオロエチレンとK
FHとの共重合体からなる厚さ140 川のフィルムc
−2、AR1,15ミリグラム当量/グラム乾燥樹脂の
テトラフルオロエチレンとパーフルオロ(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
)[CF2= CFOCF2CF−OC:F2GF2s
o2Flの共重合体かCF3 らなる厚さ30ルのフィルムc−3の各フィルムをTダ
イ押出し成形法により得た。
次に、50用離型用ポリイミドフイルム/フイルムc−
3/布D/フィルムc−27フイルムc−1150p離
型用ポリイミドフイルムの順序で重ね、21O℃に加熱
された平板プレス機で30kg/ cmの圧力で10分
間プレスし、冷却した後、離型用ポリイミドフィルムを
剥し、フィルム/布積層体を得た。この積層体の両面に
実施例3と同様の方法を用いて粒径l〜LO11,、Z
rO2粒子をlOg/rn’均一に形成せしめ表面に多
孔質層を有する膜を得た。この膜を切断し、布の形状を
観察した結果、たて糸、よこ糸の偏平比はともに0.7
で、また糸交点厚みは70 p、 mであった。
この補強膜にピンホールが無いことをアーク式テスター
により確認した後、実施例1と同様の条件でNa+型イ
オン交換膜に変換した。Na”型膜の耐折曲げ回数は1
5回であった。
次に、5cmX5cmの、Na+型イオン交換膜をRu
Q2 / T i 02陽極および低過電圧陰極をもち
1両極間の間隔が0.5mm以下の実験室用ミニ電解槽
にセットし、液温な80℃に保ちながら30A /dt
n’の電流密度にて電解運転をおこなった。陽陰両室の
液濃度は実施例1と同様にし、電解5日後の性能を測定
した結果、摺電圧は2.96V 、電流効率は95%で
あった。
比較例4 PTFEの延伸フィルムをスプリットしてなる200テ
ニールのモノフィラメントをたて糸、よこ糸とも使用し
、それぞれの糸に6回/cmの撚りをかけた後、たて5
0本/インチ、よこ34本/インチ′のからみ織り布E
を得た。この布の糸交点厚みは180JI11であり、
各県の断面比はたて、よこ糸ともほぼ0.90であった
次に、実施例3の布りを布Eに変えた以外は全く同一の
材料フィルムを用い、同一の操作を経て表面に無機粒子
を形成した5 cmX 5 cta布補強イオン交換膜
を得た。
この膜を切断し布の断面形状を観察したところ、たて、
よこ糸ともに偏平比は0.65であつた。
次に、この膜をピンホール検査した結果、ピンホールは
検出されなかったので、NaOH水溶液によりNa+に
変換した後、耐折曲げ回数を測定したところ3回であっ
た。このNa+型の膜を実施例3と同一の櫂を用い同一
条件で電解したところ、5日後の性能は摺電圧3.12
Vと高く電流効率は94.7%であった。
[発明の効果] 以上のとおり1本発明は特定の補強用布により補強され
たハロゲン化アルカル電解用パーフルオロカーボン系イ
オン交換樹脂膜を提供するものであり、これにより膜の
低抵抗性を損なうことなく機械的強度とくに耐折曲げ性
が改善され、電槽装着時の膜の破損が効果的に防止され
操作性が大幅に改善されるとともに、低電圧高電流効率
での長期間の電解操業が可能となる。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)補強用布を有するハロゲン化アルカリ電解用パー
    フルオロカーボン系イオン交換樹脂膜において、該補強
    用布がパーフルオロポリマー繊維からなるたて糸とよこ
    糸のからみ織り布であって、たて糸のデニール数が20
    〜100よこ糸のデニール数が40〜200であり、か
    つたて糸密度が26〜80本/インチ、よこ糸密度が1
    3〜50本/インチであり、さらに各糸の断面の偏平比
    が0.9〜0.1であることを特徴とするイオン交換樹
    脂膜。
  2. (2)イオン交換樹脂膜の交換基がカルボン酸基および
    /またはスルホン酸基である特許請求の範囲第1項記載
    のイオン交換樹脂膜。
  3. (3)パーフルオロポリマー繊維がマルチフィラメント
    である特許請求の範囲第1項記載のイオン交換樹脂膜。
  4. (4)補強用布の糸交点の厚みが補強用布を有するイオ
    ン交換樹脂膜の厚みの1/2以下である特許請求の範囲
    第1項記載のイオン交換樹脂膜。
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