JPS63310986A - 水酸化アルカリの製造方法 - Google Patents
水酸化アルカリの製造方法Info
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- 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。
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]
本発明は、水酸化アルカリ水溶液の製造方法に関するも
のであり、特にイオン交換膜法において、高濃度の水酸
化アルカリを製造する方法に関するものである。
のであり、特にイオン交換膜法において、高濃度の水酸
化アルカリを製造する方法に関するものである。
[従来の技術]
含フッ素陽イオン交換膜を隔膜として使用し、塩化アル
カリ水溶液を電解して、水酸化アルカリと塩素とを製造
する所謂イオン交換膜法アルカリ電解は高純度の水酸化
アルカリが、それまでの従来法に比べて低エネルギー消
費量にて製造できることから、近年国際的に普及しつつ
ある。
カリ水溶液を電解して、水酸化アルカリと塩素とを製造
する所謂イオン交換膜法アルカリ電解は高純度の水酸化
アルカリが、それまでの従来法に比べて低エネルギー消
費量にて製造できることから、近年国際的に普及しつつ
ある。
かかるイオン交換膜法アルカリ電解においては、初期の
頃はスルホン酸基をイオン交換基とする含フッ素陽イオ
ン交換膜が使用されていたが、電流効率を高くすること
ができないことからして、近年は膜の少なくとも陰極側
にカルボン酸基を有する陽イオン交換膜に置換され、こ
の結果、電解における電流効率は、はぼ92〜97%に
まで達し、工業的にはほぼ完璧な域に達している。
頃はスルホン酸基をイオン交換基とする含フッ素陽イオ
ン交換膜が使用されていたが、電流効率を高くすること
ができないことからして、近年は膜の少なくとも陰極側
にカルボン酸基を有する陽イオン交換膜に置換され、こ
の結果、電解における電流効率は、はぼ92〜97%に
まで達し、工業的にはほぼ完璧な域に達している。
しかしながら、上記のカルボン酸型陽イオン交換膜を使
用した場合、長期にわたって低電圧で優れた電流効率が
得られるのも濃度がおよそ36〜40重量%までの水酸
化アルカリを製造する場合に限られることが見出された
0本発明者の研究によると、水酸化アルカリの濃度がお
よそ40重置火までは94〜98%の高い電流効率が得
られるが、それよりも高濃度になると電流効率が急に低
下することが見出された。
用した場合、長期にわたって低電圧で優れた電流効率が
得られるのも濃度がおよそ36〜40重量%までの水酸
化アルカリを製造する場合に限られることが見出された
0本発明者の研究によると、水酸化アルカリの濃度がお
よそ40重置火までは94〜98%の高い電流効率が得
られるが、それよりも高濃度になると電流効率が急に低
下することが見出された。
また、このように高濃度になると、膜抵抗も急に大きく
なり電解電圧が上昇し、−週間ないし一年間の長期にわ
たって運転した場合には、電流効率も次第に低下してゆ
く現象が見られた。このような高濃度の水酸化アルカリ
で長期間運転した膜の陰極側表面のイオン交換容量を測
定してみるとカルボン酸基の分解により表面のイオン交
換容量が低下していることが明らかになった。
なり電解電圧が上昇し、−週間ないし一年間の長期にわ
たって運転した場合には、電流効率も次第に低下してゆ
く現象が見られた。このような高濃度の水酸化アルカリ
で長期間運転した膜の陰極側表面のイオン交換容量を測
定してみるとカルボン酸基の分解により表面のイオン交
換容量が低下していることが明らかになった。
かくして膜の陰極側にカルボン酸基を有する陽イオン交
換膜では、上記のような高濃度の水酸化アルカリを工業
的に製造するのは好ましくない。
換膜では、上記のような高濃度の水酸化アルカリを工業
的に製造するのは好ましくない。
一方、米国特許4455210号には、スルホンアミド
基をもつ含フッ素重合体フィルムの陰極側にスルホン酸
基をもつ含フッ素重合体フィルムを積層した陽イオン交
換膜を使用して、高濃度の水酸化アルカリを製造するこ
とが提案されている。しかしこの方法においては、そも
そも初期の電流効率が低いばかりでなく、長期にわたっ
て運転した場合には、更に電流効率が低下してしまう。
基をもつ含フッ素重合体フィルムの陰極側にスルホン酸
基をもつ含フッ素重合体フィルムを積層した陽イオン交
換膜を使用して、高濃度の水酸化アルカリを製造するこ
とが提案されている。しかしこの方法においては、そも
そも初期の電流効率が低いばかりでなく、長期にわたっ
て運転した場合には、更に電流効率が低下してしまう。
特公昭57−9589号には、カルボン酸基含有層の陰
極側に2μm程度のスルホン酸基含有層を有する含フッ
素陽イオン交換膜を使用して40重量%のNaOHを得
る方法が示されている。膜の陰極側に薄いスルホン酸基
含有層を有するその他の例は特開昭58−83030号
、特公昭60”23776号にも見られ、35重量%前
後のNaOHを得る方法が示されている。
極側に2μm程度のスルホン酸基含有層を有する含フッ
素陽イオン交換膜を使用して40重量%のNaOHを得
る方法が示されている。膜の陰極側に薄いスルホン酸基
含有層を有するその他の例は特開昭58−83030号
、特公昭60”23776号にも見られ、35重量%前
後のNaOHを得る方法が示されている。
これらはいずれも電解電圧の低減に関するものであり、
本発明者の研究によれば、このように陰極側スルホン酸
基含有層が薄い場合には、40重置火の水酸化アルカリ
では95%前後の高い電流効率が得られたが、45重重
量以上の水酸化アルカリの場合には、90%前後の電流
効率しか得られず、電流効率は経時的に低下することが
明らかになった。
本発明者の研究によれば、このように陰極側スルホン酸
基含有層が薄い場合には、40重置火の水酸化アルカリ
では95%前後の高い電流効率が得られたが、45重重
量以上の水酸化アルカリの場合には、90%前後の電流
効率しか得られず、電流効率は経時的に低下することが
明らかになった。
このような高濃度の水酸化アルカリを高い電流効率、低
い電解電圧で製造できるようになると、従来水酸化アル
カリの濃縮に要していたエネルギーを節減もしくは不要
にすることができる。
い電解電圧で製造できるようになると、従来水酸化アル
カリの濃縮に要していたエネルギーを節減もしくは不要
にすることができる。
[発明の解決しようとする問題点]
本発明は、好ましくは濃度42重量%以上、特には45
重量%以上の高濃度水酸化アルカリを製造するにあたり
、初期において高電流効率を与えるばかりでなく、長期
間運転した場合も性能劣化を招かず、高い電流効率を保
持できる高濃度水酸化アルカリの製造方法を提供するこ
とを目的とする。
重量%以上の高濃度水酸化アルカリを製造するにあたり
、初期において高電流効率を与えるばかりでなく、長期
間運転した場合も性能劣化を招かず、高い電流効率を保
持できる高濃度水酸化アルカリの製造方法を提供するこ
とを目的とする。
し問題点を解決するための手段]
本発明は前述の問題点を解決すべく、特に長期にわたっ
て高電流効率を里親できる方法を与えるものであり、イ
オン交換基を有しない耐アルカリ性重合体が埋め込まれ
た厚さ5μm以上の耐アルカリ性゛を有する陽イオン交
換体フィルムからなる第一の層と、45重量%N’aO
H水溶液中の含水率が2〜7重景重量範囲にあり、厚さ
が5μm以上の−co2bt基(Mはアルカリ金属)を
有するパーフルオロカーボン重合体フィルムの第二の層
との少なくとも二層からなる含フッ素陽イオン交換膜の
第一の層を陰極側に向けて配した電解槽の陽極室に塩化
アルカリを供給して電解することを特徴とする水酸化ア
ルカリを製造する方法を提供するものである。
て高電流効率を里親できる方法を与えるものであり、イ
オン交換基を有しない耐アルカリ性重合体が埋め込まれ
た厚さ5μm以上の耐アルカリ性゛を有する陽イオン交
換体フィルムからなる第一の層と、45重量%N’aO
H水溶液中の含水率が2〜7重景重量範囲にあり、厚さ
が5μm以上の−co2bt基(Mはアルカリ金属)を
有するパーフルオロカーボン重合体フィルムの第二の層
との少なくとも二層からなる含フッ素陽イオン交換膜の
第一の層を陰極側に向けて配した電解槽の陽極室に塩化
アルカリを供給して電解することを特徴とする水酸化ア
ルカリを製造する方法を提供するものである。
本発明において、第一の層に埋め込まれるイオン交換基
を有しない耐アルカリ性重合体は、実質的にイオン交換
基を有しない炭化水素系重合体を含む耐アルカリ性重合
体が包含され、その存在により第一の層の機械的強度、
特には脆性が補強され、更にクリープ特性が改゛善され
るものである。
を有しない耐アルカリ性重合体は、実質的にイオン交換
基を有しない炭化水素系重合体を含む耐アルカリ性重合
体が包含され、その存在により第一の層の機械的強度、
特には脆性が補強され、更にクリープ特性が改゛善され
るものである。
その材質は、好ましくはフルオロ、特にはパーフルオロ
カーボン重合体であり、その形状は好ましくは特公昭5
4−19909号などに開示される不織布や織布なとの
ウェブ、小繊維(フィブリル)等種々のものが使用でき
る。不織布や織布なとのウェブは、空隙率が好ましくは
、30〜95′3≦、特には40〜85%であり、その
厚みは第一の層の範囲内で好ましくは10〜200μm
から選ばれる。ウェブの厚さは、例えばポリエチレンテ
レフタレート製の厚さが既知の薄いフィルムに該織布を
はさみ、全体の厚みをマイクロメーターで測ることによ
り測定され、空隙率は、ウェブを構成する物質の比重ρ
(g/cm3)、ウェブの厚さd (cn+)及び単位
面積あたりの重11a(g/am2)を測定することに
より次式で算出される。
カーボン重合体であり、その形状は好ましくは特公昭5
4−19909号などに開示される不織布や織布なとの
ウェブ、小繊維(フィブリル)等種々のものが使用でき
る。不織布や織布なとのウェブは、空隙率が好ましくは
、30〜95′3≦、特には40〜85%であり、その
厚みは第一の層の範囲内で好ましくは10〜200μm
から選ばれる。ウェブの厚さは、例えばポリエチレンテ
レフタレート製の厚さが既知の薄いフィルムに該織布を
はさみ、全体の厚みをマイクロメーターで測ることによ
り測定され、空隙率は、ウェブを構成する物質の比重ρ
(g/cm3)、ウェブの厚さd (cn+)及び単位
面積あたりの重11a(g/am2)を測定することに
より次式で算出される。
空隙率(%>=a/p−d X100
本発明で使用される小繊維は、例えば特開昭53−14
9881号公報に記載される。好ましいパーフルオロカ
ーボン重合体としては、ポリ四フッ化エチレン、四フッ
化エチレン/六フッ化プロピレン共重合体、四フッ化エ
チレン/パーフルオロプロピルビニルエーテル共重合体
、四フッ化エチレン/パーフルオロメチルビニルエーテ
ル共重合体などが例示される。
9881号公報に記載される。好ましいパーフルオロカ
ーボン重合体としては、ポリ四フッ化エチレン、四フッ
化エチレン/六フッ化プロピレン共重合体、四フッ化エ
チレン/パーフルオロプロピルビニルエーテル共重合体
、四フッ化エチレン/パーフルオロメチルビニルエーテ
ル共重合体などが例示される。
本発明の耐アルカリ性を有する陽イオン交換体からなる
第一の層の厚さは5μm以上、好ましくは10〜200
μm、特には20〜150μmである。5μmよりも薄
い場合には45重量%以上の水酸化アルカリを製造する
場合に十分な電流効率が得られず、カルボン酸基の高濃
度アルカリによる劣化も十分に防止できない、200μ
mを超えると膜抵抗が大きくなり、電解電圧が高くなる
ため好ましくない。
第一の層の厚さは5μm以上、好ましくは10〜200
μm、特には20〜150μmである。5μmよりも薄
い場合には45重量%以上の水酸化アルカリを製造する
場合に十分な電流効率が得られず、カルボン酸基の高濃
度アルカリによる劣化も十分に防止できない、200μ
mを超えると膜抵抗が大きくなり、電解電圧が高くなる
ため好ましくない。
第一の層を形成する耐アルカリ性陽イオン交換体として
は、好ましくは一3o3M基又は−OM基(Mはアルカ
リ金属)を有するパーフルオロカーボン重合体が用いら
れる。
は、好ましくは一3o3M基又は−OM基(Mはアルカ
リ金属)を有するパーフルオロカーボン重合体が用いら
れる。
第二の層を形成する陽イオン交換体としては、好ましく
は、厚さ5μm以上を有し、且つ45重量%NaOH水
溶液中の含水率が2〜7重景重量範囲にある、−CO□
ト1基(表1はアルカリ金属)を有する好ましくはパー
フルオロカーボン重合体が用いられる。この範囲から外
れると十分に高い電流効率が得られない。
は、厚さ5μm以上を有し、且つ45重量%NaOH水
溶液中の含水率が2〜7重景重量範囲にある、−CO□
ト1基(表1はアルカリ金属)を有する好ましくはパー
フルオロカーボン重合体が用いられる。この範囲から外
れると十分に高い電流効率が得られない。
本発明において第一の層として、−303M基(ト1は
アルカリ金属)を有するパーフルオロカーボン重合体を
使用する場合、第一の層の含水率は、第二の層のそれよ
りも少なくとも3%、好ましくは少なくとも5%大きい
方が好ましいが、30%以上、好ましくは25%以上大
きくないほうがよい。
アルカリ金属)を有するパーフルオロカーボン重合体を
使用する場合、第一の層の含水率は、第二の層のそれよ
りも少なくとも3%、好ましくは少なくとも5%大きい
方が好ましいが、30%以上、好ましくは25%以上大
きくないほうがよい。
ここで、45重量%Na01r中の含水率とは、同じ条
件で加水分解された陽イオン交換膜を電解温度の45重
量%Mail(水溶液に16時間浸せきし、25°Cに
冷却後、膜表面のアルカリ水溶液を拭きとった後の重量
をag、その膜を90°Cのイオン交換水に16時間浸
せきした後、130°Cで16時間真空乾燥したときの
重量をbgとしたとき、次の式で表されるものをいう。
件で加水分解された陽イオン交換膜を電解温度の45重
量%Mail(水溶液に16時間浸せきし、25°Cに
冷却後、膜表面のアルカリ水溶液を拭きとった後の重量
をag、その膜を90°Cのイオン交換水に16時間浸
せきした後、130°Cで16時間真空乾燥したときの
重量をbgとしたとき、次の式で表されるものをいう。
含水率(%) = (a−b) /b X100本発明
において、第一の層を形成するイオン交換体は、好まし
くは−303M基又は−ON基(ト1はアルカリ金y、
)を有するパーフルオロカーボン重合体であり、−SO
3N1基を有するパーフルオロカーボン重合体のイオン
交換容量は、好ましくは0.6〜1.8ミリ当量/g乾
燥樹脂、特には0.85〜1.6ミリ当量/g乾燥樹脂
を有し、−OM基を有するパーフルオロカーボン重合体
のイオン交換容量は、好ましくは0.6〜2.8ミリ当
m1g乾燥樹脂、特には0.85〜2.5ミリ当量/g
乾燥樹脂を有する。
において、第一の層を形成するイオン交換体は、好まし
くは−303M基又は−ON基(ト1はアルカリ金y、
)を有するパーフルオロカーボン重合体であり、−SO
3N1基を有するパーフルオロカーボン重合体のイオン
交換容量は、好ましくは0.6〜1.8ミリ当量/g乾
燥樹脂、特には0.85〜1.6ミリ当量/g乾燥樹脂
を有し、−OM基を有するパーフルオロカーボン重合体
のイオン交換容量は、好ましくは0.6〜2.8ミリ当
m1g乾燥樹脂、特には0.85〜2.5ミリ当量/g
乾燥樹脂を有する。
また第二の層は、好ましくは−CO2M基(14はアル
カリ金属)を有するパーフルオロカーボン重合体からな
り、そのイオン交換容量は好ましくは0.6〜1.8ミ
リ当量/g乾燥樹脂、特には0.85〜1.6ミリ当量
/g乾燥樹脂を有する0本発明において、パーフルオロ
カーボン重合体とは炭素原子に結合した水素原子又はハ
ロゲン原子に対してその中のフッ素原子の占める割合が
90%以上のものをいう。
カリ金属)を有するパーフルオロカーボン重合体からな
り、そのイオン交換容量は好ましくは0.6〜1.8ミ
リ当量/g乾燥樹脂、特には0.85〜1.6ミリ当量
/g乾燥樹脂を有する0本発明において、パーフルオロ
カーボン重合体とは炭素原子に結合した水素原子又はハ
ロゲン原子に対してその中のフッ素原子の占める割合が
90%以上のものをいう。
上記−303M基又は−開基をもつパーフルオロカーボ
ン重合体の第一の層及び−〇〇。M基をもつパーフルオ
ロカーボン重合体の第二の層を構成するパーフルオロカ
ーボン重゛合体は少なくとも二種の単量体の共重合体か
らなり、好ましくは次の(イ)及び(ロ)の重合単位を
もつ共重合体又はそれらを加水分解して得られる共重合
体からなる。
ン重合体の第一の層及び−〇〇。M基をもつパーフルオ
ロカーボン重合体の第二の層を構成するパーフルオロカ
ーボン重゛合体は少なくとも二種の単量体の共重合体か
らなり、好ましくは次の(イ)及び(ロ)の重合単位を
もつ共重合体又はそれらを加水分解して得られる共重合
体からなる。
ここで、x、x’は、−F、−CI、−It又は−CF
3テあり、人は一503M、 −CRfRf ’OH又
は−CO2M(Mは水素、アルカリ金属、Rf、Rf’
は炭素数1〜10のパーフルオロアルキル基)又は加水
分解等により、これらの基に転化する基を表し、Yは、
次のものから選ばれるが、そこで、z、z’は−F又は
炭素数1〜10のパーフルオロアルキル基であり、X、
Y、 Zは1〜10の整数を表す。
3テあり、人は一503M、 −CRfRf ’OH又
は−CO2M(Mは水素、アルカリ金属、Rf、Rf’
は炭素数1〜10のパーフルオロアルキル基)又は加水
分解等により、これらの基に転化する基を表し、Yは、
次のものから選ばれるが、そこで、z、z’は−F又は
炭素数1〜10のパーフルオロアルキル基であり、X、
Y、 Zは1〜10の整数を表す。
−(CF2)x−、−0−(CF2)x−9−(0−C
Fe−CF)x−9さらに、(イ)及び(ロ)の重合単
位の他に、次のような重合単位を含んでいてもよい。
Fe−CF)x−9さらに、(イ)及び(ロ)の重合単
位の他に、次のような重合単位を含んでいてもよい。
Z′
なお、上記重合体中の(ロ)の含有量は、含フッ素重合
体が上記イオン交換容量を形成するように選ばれる。
体が上記イオン交換容量を形成するように選ばれる。
上記含フッ素重合体は、好ましくは加水分解されなもの
がパーフルオロ重合体であることが適切であり、その好
ましい例は、CF2=CF2とCF、=CFO−CF2
CF (CFs) 0CF2CF2SO2Fとの共重合
体、CF、=CF2とCF2=CF2 (CF2) e
〜、SO,Fとの共重合体、CF2=CF、とCFa=
CFOCF2CF2C(CFs) 20Hとの共重合体
、CF2=CF。
がパーフルオロ重合体であることが適切であり、その好
ましい例は、CF2=CF2とCF、=CFO−CF2
CF (CFs) 0CF2CF2SO2Fとの共重合
体、CF、=CF2とCF2=CF2 (CF2) e
〜、SO,Fとの共重合体、CF2=CF、とCFa=
CFOCF2CF2C(CFs) 20Hとの共重合体
、CF2=CF。
とCF2−CFO(CF2) 2〜5CO2C■3との
共重合体、更には、CF2=CF2とCF2=CFOC
F2CF (CF3)OCF2CF2CO3Ctt3と
の共重合体が例示される。
共重合体、更には、CF2=CF2とCF2=CFOC
F2CF (CF3)OCF2CF2CO3Ctt3と
の共重合体が例示される。
本発明において、上記第一の層と第二の層とからなる含
フッ素陽イオン交換膜の製造は、特に制限なく、種々の
方法が採用される0例えば、第二の層又はその前駆体の
層に、イオン交換基を有しない耐アルカリ性重合体例え
ば含フッ素重合体からなる多孔体又はウェブ等を軽く熱
プレスすることにより積層し、積層体の多孔体又はウェ
ブの側に第一の層を形成する陽イオン交換体又はその前
駆体の溶液や分散液を塗布したり吹き付ける方法、又は
、該溶液や分散液に繰り返し浸せき、乾燥する方法があ
る。更には、予め耐アルカリ性重合体を埋め込んだ第一
の層又はその前駆体の層を熱プレスで第二の層又はその
前駆体の層に積層する方法、又は、第一の層を形成する
陽イオン交換体又はその前駆体と、ポリテトラフルオロ
エチレンのようなイオン交換基を有しない耐アルカリ性
重合体の混合物をペースト押し出しして得られた多孔性
フィルムを熱プレスして緻密なフィルムにして、第二の
層又はその前駆体の層に熱プレスして積層する方法、ま
たかかる方法において緻密化と積層を同時に熱プレスで
行なう方法、又はイオン交換基を有しない含フッ素重合
体からなる小繊維を含有する第一の層を形成するイオン
交換体又はその前駆体の溶液や分散液を第二の層又はそ
の前駆体の層に塗布、乾燥する方法などが採用され得る
。
フッ素陽イオン交換膜の製造は、特に制限なく、種々の
方法が採用される0例えば、第二の層又はその前駆体の
層に、イオン交換基を有しない耐アルカリ性重合体例え
ば含フッ素重合体からなる多孔体又はウェブ等を軽く熱
プレスすることにより積層し、積層体の多孔体又はウェ
ブの側に第一の層を形成する陽イオン交換体又はその前
駆体の溶液や分散液を塗布したり吹き付ける方法、又は
、該溶液や分散液に繰り返し浸せき、乾燥する方法があ
る。更には、予め耐アルカリ性重合体を埋め込んだ第一
の層又はその前駆体の層を熱プレスで第二の層又はその
前駆体の層に積層する方法、又は、第一の層を形成する
陽イオン交換体又はその前駆体と、ポリテトラフルオロ
エチレンのようなイオン交換基を有しない耐アルカリ性
重合体の混合物をペースト押し出しして得られた多孔性
フィルムを熱プレスして緻密なフィルムにして、第二の
層又はその前駆体の層に熱プレスして積層する方法、ま
たかかる方法において緻密化と積層を同時に熱プレスで
行なう方法、又はイオン交換基を有しない含フッ素重合
体からなる小繊維を含有する第一の層を形成するイオン
交換体又はその前駆体の溶液や分散液を第二の層又はそ
の前駆体の層に塗布、乾燥する方法などが採用され得る
。
これら第一の層及び第二の層の含フッ素重合体を溶解又
は分散させた重合体液は、例えば特開昭56−7202
2号、特公昭48−13333号及び特開昭57−19
2464号によって知られており、これらが使用できる
。
は分散させた重合体液は、例えば特開昭56−7202
2号、特公昭48−13333号及び特開昭57−19
2464号によって知られており、これらが使用できる
。
上述のようにして第一の層にイオン交換基を有しない耐
アルカリ性重合体を埋め込むことにより、該層の剥離や
クラック発生に対する耐性が向上し、そうしない膜に比
べて、膜全体の機械的強度が向上するばかりでなく、電
流効率の長期安定性の更に優れた陽イオン交換膜を得る
ことができる。
アルカリ性重合体を埋め込むことにより、該層の剥離や
クラック発生に対する耐性が向上し、そうしない膜に比
べて、膜全体の機械的強度が向上するばかりでなく、電
流効率の長期安定性の更に優れた陽イオン交換膜を得る
ことができる。
かくして積層された膜のイオン交換基を有しない耐アル
カリ性重合体と第二の層との間にアンカー効果が働いて
いる場合は、そうでないときに比べて第一の層と第二の
層の密着性を更に向上することができる。
カリ性重合体と第二の層との間にアンカー効果が働いて
いる場合は、そうでないときに比べて第一の層と第二の
層の密着性を更に向上することができる。
本発明で使用される含フッ素陽イオン交換膜においては
、第一の層及び第二の層に加えて必要により、更に第三
の層を積層することができる。かかる好ましい例として
、第二の層の陽極側に、厚み30〜350μmの一30
3M基又は−〇〇、M基(Mはアルカリ金属)を有する
含フッ素重合体からなり、第二の層よりも比抵抗の小さ
い層が好ましい、更に、第二の層又は第三の層の陽極側
に、厚み10〜450μmの気孔率30〜95%を有し
、表面及び内部を親水化した多孔性含フッ素重合体から
なる第四の層を積層することができる。かかる第三の層
や第四の層を積層することにより、第一の層及び第二の
層のみからなる膜に比べて、膜の機械的強度を更に大き
く安定化することができる。
、第一の層及び第二の層に加えて必要により、更に第三
の層を積層することができる。かかる好ましい例として
、第二の層の陽極側に、厚み30〜350μmの一30
3M基又は−〇〇、M基(Mはアルカリ金属)を有する
含フッ素重合体からなり、第二の層よりも比抵抗の小さ
い層が好ましい、更に、第二の層又は第三の層の陽極側
に、厚み10〜450μmの気孔率30〜95%を有し
、表面及び内部を親水化した多孔性含フッ素重合体から
なる第四の層を積層することができる。かかる第三の層
や第四の層を積層することにより、第一の層及び第二の
層のみからなる膜に比べて、膜の機械的強度を更に大き
く安定化することができる。
更に、本発明で使用される含フッ素重合体は、上記第一
の層、第二の層更には第三の層の積層を強固に行なうた
めに、必要により結合層を設けることができる。かかる
結合層としてはスルホン酸基又は水酸基をもつ含フッ素
重合体とカルボン酸基をもつ含フッ素重合体との好まし
くは471〜1/4(重量比)のブレンドしてなる層、
更にはスルホン酸基または水酸基とカルボン酸基を好ま
しくは271〜1/2の比率で併有する含フッ素重合体
からなる、厚みが好ましくは5〜50μmの層が選ばれ
る。
の層、第二の層更には第三の層の積層を強固に行なうた
めに、必要により結合層を設けることができる。かかる
結合層としてはスルホン酸基又は水酸基をもつ含フッ素
重合体とカルボン酸基をもつ含フッ素重合体との好まし
くは471〜1/4(重量比)のブレンドしてなる層、
更にはスルホン酸基または水酸基とカルボン酸基を好ま
しくは271〜1/2の比率で併有する含フッ素重合体
からなる、厚みが好ましくは5〜50μmの層が選ばれ
る。
かかる結合層とは、上記第一の層、第二の層更には第三
の層の結合時に挿入され、加熱、融着される。
の層の結合時に挿入され、加熱、融着される。
また、膜の好ましくは陽極側近傍の第二の層又は第三の
層に、必要に応じてパーフルオロカーボン重合体例えば
ポリテトラフルオロエチレン製のウェブ(織布又は不織
布)などの補強材を埋め込むこともできる。
層に、必要に応じてパーフルオロカーボン重合体例えば
ポリテトラフルオロエチレン製のウェブ(織布又は不織
布)などの補強材を埋め込むこともできる。
かくして形成される本発明で使用される含フッ素陽イオ
ン交換膜は、全体の厚みが、好ましくは50〜600μ
m、特には15(1−400μmであるのが好ましい。
ン交換膜は、全体の厚みが、好ましくは50〜600μ
m、特には15(1−400μmであるのが好ましい。
上記含フッ素陽イオン交換膜は、そのままでも使用でき
るが、好ましくは、陽イオン交換膜の少なくとも一表面
に、特に好ましくは、イオン交換膜の陽極側表面に塩素
ガス解放のための処理を施すことにより、電流効率の長
期安定性を更に改良することができる。
るが、好ましくは、陽イオン交換膜の少なくとも一表面
に、特に好ましくは、イオン交換膜の陽極側表面に塩素
ガス解放のための処理を施すことにより、電流効率の長
期安定性を更に改良することができる。
該イオン交換膜の表面にガス解放のための処理を施す方
法としては、膜表面に微細な凹凸を施す方法(特公昭6
0−26495号)、電解槽に鉄、ジルコニア等を含む
液を供給して、膜表面に親水性無機粒子をデポジットす
る方法(特開昭56−1529SO号)、ガス及び液透
過性の電極活性を有しない粒子を含む多孔質層を設ける
方法(特開昭56−75583号及び特開昭57−39
185号公報)等が例示される。
法としては、膜表面に微細な凹凸を施す方法(特公昭6
0−26495号)、電解槽に鉄、ジルコニア等を含む
液を供給して、膜表面に親水性無機粒子をデポジットす
る方法(特開昭56−1529SO号)、ガス及び液透
過性の電極活性を有しない粒子を含む多孔質層を設ける
方法(特開昭56−75583号及び特開昭57−39
185号公報)等が例示される。
かかるイオン交換膜の表面のガス解放層は電流効率の長
期安定性を改良する効果の他に電解下における電圧を更
に低減させることができる。
期安定性を改良する効果の他に電解下における電圧を更
に低減させることができる。
本発明の含フッ素陽イオン交換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、上記し
た特開昭54−112398号公報におけるような既知
の条件が採用できる0例えば、陽極室には好ましくは2
.5〜5.0規定(N)の塩化アルカリ水溶液を供給し
、陰極室には必要に応じて水又は希釈水酸化アルカリを
供給し、好ましくは50〜120°C,5〜1OOA/
d+u”で電解される。かかる場合、塩化アルカリ中の
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。
リ水溶液の電解を行なうプロセス条件としては、上記し
た特開昭54−112398号公報におけるような既知
の条件が採用できる0例えば、陽極室には好ましくは2
.5〜5.0規定(N)の塩化アルカリ水溶液を供給し
、陰極室には必要に応じて水又は希釈水酸化アルカリを
供給し、好ましくは50〜120°C,5〜1OOA/
d+u”で電解される。かかる場合、塩化アルカリ中の
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。
本発明において電解槽は、上記構成を有する限りにおい
て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が使用される。
て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が使用される。
本発明において電極を配置する場合、電極は複層膜に接
触して配置しても、また適宜の間隔において配置しても
よいが、特に本発明の場合、隔膜に電極を接触して配置
した場合、支障を伴うことなく低い膜抵抗に伴なう、有
利な摺電圧が達成でき今。
触して配置しても、また適宜の間隔において配置しても
よいが、特に本発明の場合、隔膜に電極を接触して配置
した場合、支障を伴うことなく低い膜抵抗に伴なう、有
利な摺電圧が達成でき今。
[実施例コ
実施例1
孔径が2μm、膜厚が120μmのポリテトラフルオロ
エチレン製多孔体と、イオン交換容量1.25ミリ当量
/g乾燥樹脂のCF2=CFe/CF2=CFO(CF
2) 5−CO0C113共重合体(共重合体A)から
なる厚さ40μmのフィルムとを積層し、更に誤脱の共
重合体Aの層の側に孔径が0.5μm、膜厚が30μm
のポリテトラフルオロエチレン製多孔体を積層し、多孔
体にCF2=CF2/CF2・CFOCF2CF(CF
3)O(CF2)2SO31((共重合体B)のエタノ
ール溶液を繰り返し吹き付けることにより、該多孔体の
内部に共重合体Bを充填した。このとき表層部にも共重
合体Bの層が形成された9次に、反対側の多孔体の内部
に、共重合体Bと塩化ジルコニルを含有する溶液を減圧
下で含浸せしめ、次いで乾燥することにより、該多孔体
内壁に親水性を付与せしめた複層隔膜を得た。
エチレン製多孔体と、イオン交換容量1.25ミリ当量
/g乾燥樹脂のCF2=CFe/CF2=CFO(CF
2) 5−CO0C113共重合体(共重合体A)から
なる厚さ40μmのフィルムとを積層し、更に誤脱の共
重合体Aの層の側に孔径が0.5μm、膜厚が30μm
のポリテトラフルオロエチレン製多孔体を積層し、多孔
体にCF2=CF2/CF2・CFOCF2CF(CF
3)O(CF2)2SO31((共重合体B)のエタノ
ール溶液を繰り返し吹き付けることにより、該多孔体の
内部に共重合体Bを充填した。このとき表層部にも共重
合体Bの層が形成された9次に、反対側の多孔体の内部
に、共重合体Bと塩化ジルコニルを含有する溶液を減圧
下で含浸せしめ、次いで乾燥することにより、該多孔体
内壁に親水性を付与せしめた複層隔膜を得た。
次いで、共重合体Bの溶液にZrO2粒子を分散させた
溶液を、上記多層隔膜の多孔体側と共重合体B側にスプ
レー塗布し、ZrO□微粒子を付着せしめた複層隔膜を
得た。
溶液を、上記多層隔膜の多孔体側と共重合体B側にスプ
レー塗布し、ZrO□微粒子を付着せしめた複層隔膜を
得た。
かくして得られた該複層隔膜を、苛性ソーダ水溶液で加
水分解した後、共重合体Bの層側に5US304製パン
・チドメタルを52重量%の苛性ソーダ水溶液中、15
0°Cで52時間エツチング処理して得られた低水素過
電圧陰極が、誤脱の反対側にチタンのパンチトメタルに
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
を被覆した低塩素過電圧陽極が接触するように配置させ
、陰極室のNa0I(濃度を45重量%に保ちつつ、9
0°C1電流密度30A/dm2にて電解せしめたとこ
ろ、電流効率95%、摺電圧3.0■であった。三ケ月
に及ぶ電解をしても電流効率の低下は見られず、電解使
用膜の観察においても特に異常は見出されなかった。
水分解した後、共重合体Bの層側に5US304製パン
・チドメタルを52重量%の苛性ソーダ水溶液中、15
0°Cで52時間エツチング処理して得られた低水素過
電圧陰極が、誤脱の反対側にチタンのパンチトメタルに
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
を被覆した低塩素過電圧陽極が接触するように配置させ
、陰極室のNa0I(濃度を45重量%に保ちつつ、9
0°C1電流密度30A/dm2にて電解せしめたとこ
ろ、電流効率95%、摺電圧3.0■であった。三ケ月
に及ぶ電解をしても電流効率の低下は見られず、電解使
用膜の観察においても特に異常は見出されなかった。
また、共重合体Aと共重合体Bのフィルムの45重量%
NaOH水溶液中の含水率はそれぞれ3.1%、16.
6%であった。
NaOH水溶液中の含水率はそれぞれ3.1%、16.
6%であった。
比較例1
実施例1において、共重合体AJ’lの陰極側に多孔体
を有しない共重合体Bの層を、該共重合体の溶液を塗布
して50μm形成させた以外は同様に試験したところ、
電流効率95%、摺電圧3.0■であった。三ケ月電解
後の電流効率は93%であった。誤脱を電解槽より取り
出してみると、電解面周辺の一部に共重合体B層の剥離
が見られた。
を有しない共重合体Bの層を、該共重合体の溶液を塗布
して50μm形成させた以外は同様に試験したところ、
電流効率95%、摺電圧3.0■であった。三ケ月電解
後の電流効率は93%であった。誤脱を電解槽より取り
出してみると、電解面周辺の一部に共重合体B層の剥離
が見られた。
比較例2
実施例1において、共重合体A[の陰極側に共重合体B
とポリテトラフルオロエチレン製多孔体とからなる層を
設けなかった以外、同様に電解試験を行なったところ、
初期の電流効率92%、摺電圧3.1■、−ケガ後に電
流効率は87%に低下した。
とポリテトラフルオロエチレン製多孔体とからなる層を
設けなかった以外、同様に電解試験を行なったところ、
初期の電流効率92%、摺電圧3.1■、−ケガ後に電
流効率は87%に低下した。
実施例2
塩素及び水素の気泡解放のための処理を行なわなかった
以外は実施例1と同様の電解試験を行なったところ、初
期の電流効率95%、摺電圧3.5vであった。
以外は実施例1と同様の電解試験を行なったところ、初
期の電流効率95%、摺電圧3.5vであった。
比較例3
共重合体A層の陰極側に共重合体Bとポリテトラフルオ
ロエチレン製多孔体とからなる層を設けず、更に塩素及
び水素の気泡解放のための処理を行なわなかった膜につ
いて、実施例1と同様に試験を行なったところ、初期の
電流効率92%、摺電圧3.6vで経時的に電流効率が
低下した。
ロエチレン製多孔体とからなる層を設けず、更に塩素及
び水素の気泡解放のための処理を行なわなかった膜につ
いて、実施例1と同様に試験を行なったところ、初期の
電流効率92%、摺電圧3.6vで経時的に電流効率が
低下した。
実施例3
100 D eのポリテトラフルオロエチレン製の糸か
らなる織布を偏平化して、空隙率76%、厚さ45μm
の布を作成した。一方、Z「02を30重量%含有する
メチルセルロース、水、シクロヘキサノール、シクロヘ
キサンの混合物からなるペーストをポリエチレンテレフ
タレート製のフィルム上に塗布、乾燥することにより、
ZrO2多孔質層を形成させた。
らなる織布を偏平化して、空隙率76%、厚さ45μm
の布を作成した。一方、Z「02を30重量%含有する
メチルセルロース、水、シクロヘキサノール、シクロヘ
キサンの混合物からなるペーストをポリエチレンテレフ
タレート製のフィルム上に塗布、乾燥することにより、
ZrO2多孔質層を形成させた。
次に熱プレスにより該多孔質層をイオン交換容量1.3
2ミリ当量/g乾燥樹脂のCF2=CPg/ CFa=
CFO−(CFa) 3COOCH3共重合体(共重合
体C)からなる厚さ160μmのフィルム(フィルムA
)に転写し、フィルムAの該多孔質層と反対側に軽い熱
プレスにより上述の織布をを積層した。
2ミリ当量/g乾燥樹脂のCF2=CPg/ CFa=
CFO−(CFa) 3COOCH3共重合体(共重合
体C)からなる厚さ160μmのフィルム(フィルムA
)に転写し、フィルムAの該多孔質層と反対側に軽い熱
プレスにより上述の織布をを積層した。
次いで、共重合体Bのエタノール溶液を該織布の側に繰
り返し塗布することにより、共重合体C層上に、共重合
体Bと織布からなる厚さ50μmの層を形成し、更に該
層上に、実施例1と同様にしてZrO2微粒子を付着せ
しめた。
り返し塗布することにより、共重合体C層上に、共重合
体Bと織布からなる厚さ50μmの層を形成し、更に該
層上に、実施例1と同様にしてZrO2微粒子を付着せ
しめた。
かくして得られた該′複N曜膜を苛性ソーダに浸せき後
、実施例1と同様に電解したところ電流効率94%、摺
電圧3.3vであった。三ケ月電解後も電流効率の低下
は見られず、銀膜を取出して膜観察を行なったところ、
何も異常は見されなかった。
、実施例1と同様に電解したところ電流効率94%、摺
電圧3.3vであった。三ケ月電解後も電流効率の低下
は見られず、銀膜を取出して膜観察を行なったところ、
何も異常は見されなかった。
共重合体Cと共重合体Bのフィルムの45重量%NaO
H水溶液中の含水率はそれぞれ362%、16.6%で
あった。
H水溶液中の含水率はそれぞれ362%、16.6%で
あった。
Claims (9)
- (1)イオン交換基を有しない耐アルカリ性重合体が埋
め込まれた厚さ5μm以上の耐アルカリ性を有する陽イ
オン交換体フィルムの第一の層と、45重量%NaOH
水溶液中の含水率が2〜7重量%の範囲にあり、厚さが
5μm以上の−CO_2M基(Mはアルカリ金属)を有
するパーフルオロカーボン重合体フィルムの第二の層と
の少なくとも二層からなる含フッ素陽イオン交換膜の第
一の層を陰極側に向けて配した電解槽の陽極室に塩化ア
ルカリを供給して電解することを特徴とする水酸化アル
カリの製造方法。 - (2)イオン交換基を有しない耐アルカリ性重合体が、
フルオロカーボン重合体であり、その形状がウェブ、小
繊維又は粒子である特許請求の範囲(1)の方法。 - (3)第一の層を構成する耐アルカリ性陽イオン交換体
が−SO_3M基又は−OM基(Mはアルカリ金属)を
有するパーフルオロカーボン重合体であり、該層の厚さ
が10〜200μmである特許請求の範囲(1)又は(
2)の方法。 - (4)第二の層が、イオン交換容量0.85〜1.6ミ
リ当量/g乾燥樹脂の−CO_2M基を有する厚さ5〜
300μmのパーフルオロカーボン重合体からなる層で
ある特許請求の範囲(1)、(2)又は(3)の方法。 - (5)第一の層を構成する耐アルカリ性陽イオン交換体
が、イオン交換容量0.85〜1.6ミリ当量/g乾燥
樹脂の−SO_3M基含有パーフルオロカーボン重合体
である特許請求の範囲(4)の方法。 - (6)含フッ素陽イオン交換膜が、第二の層の陽極側に
陽イオン交換基を有するパーフルオロカーボン重合体フ
ィルムからなり、且つ比抵抗が第二の層よりも小さく、
厚みの大きい第三の層を有する特許請求の範囲(1)、
(2)、(3)、(4)又は(5)の方法。 - (7)含フッ素陽イオン交換膜が、第二の層又は第三の
層の陽極側に、厚さ10〜450μm、気孔率30〜9
5%を有し、表面及び内部を親水化された多孔性含フッ
素重合体層からなる第四の層を有する特許請求の範囲(
1)、(2)、(3)、(4)、(5)又は、(6)の
方法。 - (8)含フッ素陽イオン交換膜の表面に塩素の気泡解放
のための処理を有する特許請求の範囲(1)、(2)、
(3)、(4)、(5)、(6)又は(7)の方法。 - (9)水酸化アルカリの濃度が、42〜55重量%であ
る特許請求の範囲(1)、(2)、(3)、(4)、(
5)、(6)、(7)又は(8)の方法。
Priority Applications (8)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62145158A JPS63310986A (ja) | 1987-06-12 | 1987-06-12 | 水酸化アルカリの製造方法 |
DE88904663T DE3882925T2 (de) | 1987-06-12 | 1988-06-03 | Verfahren zur herstellung von alkalimetallhydroxid. |
PCT/JP1988/000537 WO1988009799A1 (en) | 1987-06-12 | 1988-06-03 | Method for producing an alkali metal hydroxide |
EP88904663A EP0318589B1 (en) | 1987-06-12 | 1988-06-03 | Method for producing an alkali metal hydroxide |
CA000569219A CA1325195C (en) | 1987-06-12 | 1988-06-10 | Method for producing an alkali metal hydroxide |
CN88103588A CN1015270B (zh) | 1987-06-12 | 1988-06-11 | 制备碱金属氢氧化物的方法 |
US07/309,731 US5039382A (en) | 1987-06-12 | 1989-02-03 | Method for producing an alkali metal hydroxide |
SU894613509A RU1823884C (ru) | 1987-06-12 | 1989-02-10 | Способ получени гидроксида щелочного металла |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62145158A JPS63310986A (ja) | 1987-06-12 | 1987-06-12 | 水酸化アルカリの製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS63310986A true JPS63310986A (ja) | 1988-12-19 |
Family
ID=15378767
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP62145158A Pending JPS63310986A (ja) | 1987-06-12 | 1987-06-12 | 水酸化アルカリの製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS63310986A (ja) |
-
1987
- 1987-06-12 JP JP62145158A patent/JPS63310986A/ja active Pending
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