NL8200152A

NL8200152A - Werkwijze voor de electrolyse van een alkalimetaalchloride alsmede electrochemische cel.

Info

Publication number: NL8200152A
Application number: NL8200152A
Authority: NL
Original assignee: Du Pont
Priority date: 1981-01-16
Filing date: 1982-01-15
Publication date: 1982-08-16
Also published as: FR2498208B1; CA1209527A; GB2091297A; JPS59157293A; JPS57137485A; BE891796A; US4349422A; IT8219141A0; GB2091297B; JPS6045711B2; DE3201154A1; FR2498208A1; JPS6258623B2; IT1150103B

Description

* * s N.0. 30.642

Werkwijze voor de electrolyse van een alkalimetaalchlo ride alsmede electrochemische cel._

Gefluoreerde ionenuitwisselingspolymeren met functionele ear- bonzuur- en/of sulfonzuurgroepen of zouten daarvan zijn in de techniek bekend. Een voornaamste gebruik van dergelijke polymeren is als een bestanddeel van een membraan, dat gebruikt wordt voor 5 de scheiding van de anode- en kathodecompartimenten van een chloorde alkali electrolysecel. Een dergelijk membraan kan inλvorm zijn van een versterkte of niet versterkte film of een laminaire structuur.

Het is voor gebruik in een chlooralkalicel gewenst, dat een 10 membraan zorgt voor een bedrijf bij lage spanning en hoog stroom rendement en daarbij bij laag energieverbruik, zodat produkten van grote zuiverheid met lage kosten worden verschaft, in het bijzonder met het oog op de hedendaagde steeds toenemende energiekosten.

Op dit moment wordt het effect van de oppervlakte eigenschappen 15 van een membraan op het gedrag ervan tijdens het gebruik bij elec-trochemische celprocessen weinig begrepen.

Het is een voornaamste oogmerk van de onderhavige uitvinding te zorgen voor een beter bedrijf van electrochemische cellen, meer in het bijzonder electrolyseoellen zoals een chlooralkalicel, bij 20 een hoog stroomrendement en lage spanning en daarbij bij laag energieverbruik. Een meer specifiek oogmerk is het modificeren of regelen van het oppervlakte karakter van een membraan, dat de electro de compartiment en van dergelijke cellen scheidt om dergelijke cellen en hun bedrijfsvoering te verbeteren. Andere oogmerken zullen 25 hierna duidelijk worden.

In het kort wordt volgens de onderhavige uitvinding een electro lysewerkwij ze en cel verschaft, waarbij het ionenuitwisselings-membraan, dat wordt toegepast, tenminste êên laag van een ge-fluoreerd polymeer met functionele carboxylgroepen bevat, waarbij 30 het membraan zodanig is geplaatst, dat er een blootgesteld oppervlak van het carbonzuurgroepen bevattend polymeer gekeerd naar de kathode van de cel is, en waarbij het aangegeven oppervlak gekeerd naar de kathode een relatief glad oppervlak heeft, zoals meer in het bijzonder hierna zal worden toegelioht. Zoals meer volledig 35 hierna zal worden toegelioht verwijzen de uitdrukkingen "glad", "ruw", enz. zoals hier toegepast naar het oppervlakte karakter'van 8200152 I i -2- v het membraan op een schaal, die kleiner is dan eventuele oppervlakte omtrekken, die verenigd zijn met één of ander vlies van drager-nateriaal, dat in het membraan ingebed kan zijn.

Meer in het bijzonder wordt volgens één aspect van de uitvin-5 ding een werkwijze verschaft voor de electrlyse van een alkalime-taalchloride in een electrolytische cel, verdeeld door een kation-uitwisselingsmembraan in een anodecompartiment en een kathode-compartiment, waarin een alkalimetaalhydroxide wordt bereid, welk membraan tenminste een eerste laag bevat, welke eerste laag van 10 een eerste gefluoreerd polymeer is met functionele carboxylgroepen in ionenuitwisselingsvorm, welke eerste laag een eerste blootgesteld oppervlak heeft, dat een ruwheid heeft, dat niet 1,5 micrometer overschrijdt en zodanig is opgesteld, dat het eerste blootgestelde oppervlak naar het kathodecompartiment gekeerd is.

15 Volgens een ander aspect van de uitvinding wordt een electro- chemische cel verschaft, die een anodecompartiment, een anode geplaatst in het anodecompartiment, een kathodecompartiment, een kathode geplaatst in het kathodecompartiment en ter scheiding van de compartimenten een kationuitwisselingsmembraan bevat, dat ten-20 minste een eerste laag bevat, welke eerste laag een eerste gefluoreerd polymeer is met functionele carboxylgroepen in ionen-uitwisselingsvorm, welke eerste laag een eerste blootgesteld oppervlak heeft, dat een ruwheid heeft, die niet 1,5 micron overschrijdt en zodanig is geplaatst, dat het eerste blootgestelde oppervlak 25 naar het kathodecompartiment gekeerd is.

De membranen, die bij de onderhavige uitvinding worden gebruikt, worden gewoonlijk bereid uit één of meer lagen van gefluoreerd polymeer, dat functionele -C00R en/of -SOgW groepen bevat, waarin R een alkylgroep met een klein aantal koolstofatomen is en W fluor of 30 chloor is, en een vlies van dragermateriaal.

Be eerste laag polymeer, die bij de onderhavige uitvinding wordt toegepast, is gewoonlijk een carboxylpolymeer met een ge-fluoreerde koolwaterstofhoofdketen, waaraan de functionele groepen of zijketens, die op hun beurt de functionele groepen dragen, gebon-35 den zijn. Be zijketens kunnen bijvoorbeeld de groepen met formule 1 .bevatten, waarin g F of Ci^ is, t 1 tot 12 is en V -C00R of -CM is, waarin R een alkylgroep met een klein aantal koolstofatomen is. Gewoonlijk zal de functionele groep in de zijketens van het polymeer aanwezig zijn in eindstandige groepen met formule 2. Voorbeelden van 40 gefluoreerde polymeren van dit type zijn beschreven in het Britse 8200152 * * -5- octrooischrift 1 .145*445 en de .Amerikaanse octrooischriften 4*116.888 en 3*506.635* Heer in het hijzonder kunnen de polymeren bereid worden uit monomeren, die gefluoreerde of met fluor gesubstitueerde vinylverbindingen zijn. De polymeren worden gewoonlijk 5 bereid uit tenminste twee monomeren. Tenminste één monomeer is een gefluoreerde vinylverbinding zoals vinylfluoride, hexafluorpropeen, vinylideenfluoride, trifluoretheen, chloortrifluoretheen, perfluor (alkylvinylether), tetrafluoretheen en mengsels daarvan. In het geval van copolymeren, die gebruikt zullen worden bij^de electrolyse 10 van een zoutoplossing, zal het vinylmonomeer voorprodukt wenselijker-wijze geen waterstof bevatten. Additioneel is tenminste één monomeer een gefluoreerd monomeer, dat een groep bevat, die tot een earbonzuurgroep gehydrolyseerd kan worden, bijvoorbeeld een carhal-koxy- of nitrile groep, in een zijketen zoals hiervoor uiteengezet.

15 Qnder "gefluoreerd polymeer" wordt een polymeer verstaan, waarin, na verlies van de groep E door hydrolyse tot de ionenuit-wisselingsvorm, het aantal fluoratomen tenminste 90% van het aantal fluoratomen en waterstofatomen is.

De monomeren zullen, met uitzondering van de E-groep in -C00E, 20 bij voorkeur geen waterstof bevatten, in het bijzonder wanneer het polymeer gebruikt zal worden voor de electrolyse van zoutoplossing en voor de grootste stabiliteit in strenge milieus, het meest bij voorkeur vrij zijn van zowel waterstof als chloor, d.w.z. geper-fluoreerd zijn; de E-groep behoeft niet gefluoreerd te zijn, 25 aangezien deze tijdens de hydrolyse verloren gaat, wanneer de functionele gropen worden omgezet tot ionenuitwisselingsgroepen.

Een voorbeeld van een geschikt type carboxyl bevattend monomeer . wordt voorgesteld door de formule

cf2=cf4oce2ce)soce2 * C00E

30 Y

waarin E alkyl met een klein aantal koolstofatomen is, I E of CEj is en s 0,1 of 2 is.

55 Die monomeren waarin s 1 is, verdienen de voorkeur omdat hun bereiding en afscheiding in goede opbrengst gemakkelijter'tot stand wordt gebracht dan wanneer s 0 of 2 is. De verbinding CP2=GE0CE2CE0CE2000CH5 CP5 8200152 -4- » “ is een "bijzonder geschikt monomeer. hergelijke monomeren kunnen bijvoorbeeld bereid worden uit verbindingen met de formule cf2=cf( ocf2cf) socf2cf2so2f f

Y

5 waarin s en I zoals hiervoor gedefinieerd zijn, door (1) verzadiging van de eindstandige vinylgroep met chloor om deze bij volgende trappen te beschermen door deze om te zetten tot een CFgCl-CFCl-groep; (2) oxydatie met stikstofdioxide om de -OCFgCFgSOgF g^oep om te zetten tot e«n -OCFgCOF groep; (3) verestering met een alcohol zoals 10 methanol onder vorming van een -OCF^OOCH^ groep en (4) dechlo- rering met zinkstof om de eindstandige CF2=GF- ffroep te regenereren. Het is eveneens mogelijk de trappen (2) en (3)'· van deze volgorde te vervangen door de trappen (a) reductie van de -QCFgCFgSOgF groep tot een sulfinezuur, -OCFgCFgSOgH, of een alkalimetaal- of aard-15 alkalimetaalzout daarvan door behandeling met een sulfietzout of hydrazine; (b) oxydatie van het sulfinezuur of zout ervan met zuurstof of chroomzuur, waarbij -OCFgCOOH groepen of metaalzouten daarvan worden gevormd en (c) verestering tot -OCFgCOOCH^ volgens bekende methoden; deze volgorde is meer volledig beschreven in het Zuid 20 Afrikaanse ootrooischrift 78/2224. Bereiding van copolymeren daarvan is beschreven in het Zuid Afrikaanse ootrooischrift 78/2221.

Een ander voorbeeld van een geschikt type carboxyl bevattend monomeer wordt voorgesteld door de formule

cf2=cf{ocf2cf)socf2-cf - Y

f t

25 Y Z

waarin Y -C00E of -OH is, •R alkyl met een klein aantal koolstofatomen is, Y F of CF, is, 30 Z F of CF^ is en s 0, 1 of 2 is,

De monomeren, die het meest de voorkeur verdienen, zijn die waarin Y -GOOR is, waarin R een alkylgroep met een klein aantal koolstofatomen is, in het algemeen met 1 tot 5 koolstofatomen, van-35 wege het gemak bij de polymerisatie en de omzetting tot de ionogene vorm. Die monomeren, waarin s 1 is, verdienen eveneens de voorkeur, omdat hun bereiding en afscheiding met goede opbrengst gemakkelijker 8200152 -5- tot stand kan worden gebracht- dan wanneer s 0 of 2 is. Bereiding van die monomeren, waarin Y -C00R is, waarin R een alkylgroep met een klein aantal koolstofatomen voorstelt en copolymeren daarvan, is Beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 4.131.740· De ver-5 Bindingen CF^CFOCFgCFOCFgCFgCOOCH^ en r ®5 10 CF2=CF0(CF2CB0)2CR2CT2C00CH3, CF5 waarvan de Bereiding daarin Beschreven is, zijn Bijzonder geschikte monomeren. Bereiding van monomeren, waarin Y -CR is, is Beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 3*852.326.

15 Rog een ander geschikt type carboxylgroepen Bevattend monomeer is het type met een eindstaödige -0(CF2)vC00H^ groep, waarin V'2 tot 12 is, zoals CF2=CF-0(CF2)^C00CHj en CF2=CF0CF2CF(CF3)0(CF2)jCOOCÏÏj.

Be Bereiding van dergelijke monomeren en copolymeren daarvan 20 is Beschreven in de Japanse octrooischriften 38488/77 en 28586/77 en in het Britse octrooischrift 1.145.445·

Een ander groep carboxylgroepen Bevattende polymeren wordt voorgesteld door polymeren met zich herhalende eenheden met formule 3, waarin 25 q. 3 tot 15 is, r 1 tot 10 is, s 0,1 of 2 is, t 1 tot 12 is, de symbolen X tezamen vier fluoratomen of drie fluoratomen en 30 een chlooratoom voorstellen, I Fof CFj is, Z F of 0F^ is en R een alkylgroep met een klein aantal koolstofatomen voorstelt. Een groep copolymeren, die de voorkeur verdient, zijn die van 35 tetrafluoretheen en een verbinding met de formule cf2=cfo(cf2 CFO) (cf2 )mcOOR, !

T

8200152 • * -6- waarin "η O, 1 of 2 is, ml, 2, 3 of 4 is, Y Ï of CP, is en 5 R CH^, C2H5 of C5H7 is.

Dergelijke polymeren, waarop de onderhavige uitvinding betrekking heeft, kunnen bereid worden volgens op zichzelf bekende technieken, bijvoorbeeld volgens de Amerikaanse octrooischriften 3-528.954 en 4-131 «740 en het Zuid Afrikaanse octrooischrift 10 78/2225.

Wanneer een laag van sulfonylpolymeer aanwezig is, is dit gewoonlijk een polymeer met een gefluoreerde koolwaterstofhoofdketen, waaraan de functionele groepen en zijketens, die op hun beurt de functionele groepen dragen, gebonden zijn. De zijketens kunnen bij-15 voorbeeld -CR-CIg-SOgW groepen bevatten, waarin R^ fluor, chloor of

T

Ef een perfluoralkylgroep met 1 tot 10 koolstofatomen is en W fluor of chloor, bij voorkeur fluor is. Gewoonlijk zal de functionele groep in de zijketens van het polymeer aanwezig zijn in eindstandige 20 -O-CI’-CigSOgi' groepen.

f

Ef

Yoorbeelden van gefluoreerde polymeren van dit type zijn beschreven in de Amerikaanse octrooischriften 3‘282.875, 3*560.568 en 3-718.627· Meer in het bijzonder kunnen de polymeren bereid worden uit mono-25 meren, die gefluoreerde of met fluor gesubstitueerde vinylverbin-dingen zijn. De polymeren worden bereid uit tenminste twee monomeren, waarvan, tenminste één van de monomeren afkomstig is van de twee hierna beschreven groepen.

Tenminste één monomeer is een gefluoreerde vinylverbinding zo-30als vinylfluoride, herafluorpropeen, vinylideenfluoride, trifluor-etheen, chloortrifluoretheen, perfluor( alkylvinylether), tetra- fluoretheen en mengsels daarvan. In het geval van copolymeren, die gebruikt zullen worden voor de electrolyse van zoutoplossing, zal het vinylmonomeer voorp^rodukt wenselijkerwijze geen waterstof bevat-35 ten.

De tweede groep is de sulfonylgroepen bevattende monomeren, die de voorproduktgroep 8200152 • « -7- -CP-CPg-SOgF bevatten, waarin zoals hiervoor gedefinieerd is* t

Hf

Andere voorbeelden kunnen worden voorgesteld door de formule 5 CF2=CF-Tk.-CF2S02F? waarin T een bifunctionele gefluoreerde groep is, die 1 tot 8 koolstofatomen bevat, en k 0 of 1 is, lot substituent-atomen in T behoren- fluor, chloor of waterstof, hoewel in het algemeen waterstof uitgesloten zal zijn bij het gebruik van het co-polymeer voor ionenuitwisseling in een chlooralkalicel. De polymeren, 10 die het meest de voorkeur verdienen, zijn zowel vrij van waterstofatomen als chlooratomen, gebonden aan koolstof, d.w.z. zij zijn ge-perfluoreerd, voor de grootste stabiliteit in strenge milieus. De ' .. T groep van de voorafgaande formule kan hetzij vertakt hetzij niet vertakt zijn, d.w.z. met een rechte keten, en kan één of meer ether- 15. bindingen bevatten. Het verdient de voorkeur, dat de vinylgroep in deze groep van sulfonylfluoride bevattende comonomeren met de T-groep verenigd is via een etherbinding, d.w.z. dat het comonomeer de.'formule CFg^F-O-iE-CFg-SOgl' Iaeef"f:· "Voorbeelden van dergelijke sulfonyl-fluoride bevattende comonomeren zijn 20 CF^CFOCFgCFgSOgF, CFg^VOCFgCIOCFgC^OgV, CF, 5 CFg^FOCFgCFOCFgCFOCFgCFgSOgF, 25 CF, CF, 5 5 CFg^FCFgCFgSOgF, en de verbinding met formule 4*

Het sulfonylfluoride bevattende comonomeer, dat het meest de voorkeur verdient, is perfluor(3j8-dioxa-4-methyl-7-octeensulfonyl-30 fluoride), CF2=CF0CF2CF0CF2CF2S02l.

cf5

De sulfonyl bevattende monomeren zijn beschreven in de Amerikaanse octrooischriften 3*282.875» 3*041*317» 3*718*627 en 3*580.588.

35 Een groep van dergelijke polymeren, die de voorkeur verdient, wordt voorgesteld door polymeren met de zich herhalende eenheden met formule 5» waarin 8200152 « -8- h 3 tot 15 is, j 1 tot.10 is, p 0, 1 of 2 is, de symbolen X tezamen vier fluoratomencf drie fluoratomen en 5 een ohlooratoom zijn, ÏP of C!z is en 3 R^ fluor, chloor of een perfluoralkylgroep met 1 tot 10 kool- stofatomen is.

Een copolymeer, dat het meest de voorkeur verdient, is een co-10 polymeer van tetrafluoretheen en perfluor(3,6-dioxa-4-methyl-7-oc-teensulfonylfluoride), dat 20 tot 65 gew.%, bij voorkeur 25 tot 50 gew.% van de laatstgenoemde bevat.

Dergelijke copolymeren, gebruikt bij de onderhavige uitvinding, kunnen bereid worden volgens algemene polymerisatietechnieken, die 15 ontwikkeld zijn voor homo- en copolymerisaties van gefluoreerde ethenen, in het bijzonder die, die worden toegepast voor tetrafluoretheen, die in de literatuur zijn beschreven. Niet waterhoudende technieken voor de bereiding van de copolymeren omvatten die van het .Amerikaanse octrooi schrift 3.041.317, d.w.z. door de polymerisatie 20 van een mengsel van het voornaamste monomeer daarin, zoals tetrafluoretheen, en een gefluoreerd etheen, dat een sulfonylfluoride groep bevat bij aanwezigheid van een vrije radicalen vormend ini-tieermiddel, bij voorkeur een perfluorkoolstofperoxide of azo-verbin- ding, bij een temperatuur in het traject van 0 - 200°C en bij druk- 5 7 25 ken in het traject van 10 tot 2 x 10 pascal of hoger. De niet waterhoudende polymerisatie kan desgewenst worden uitgevoerd bij aanwezigheid van een gefluoreerd oplosmiddel. Geschikte gefluoreerde oplosmiddelen zijn inerte, vloeibare geperfluoreerde koolwaterstoffen, zoals perfluormethylcyclohexaan, perfluo-^rdimethylcyclo-30 butaan, perfluoroctaan, perfluorbenzeen en dergelijke, en inerte, vloeibare chloorfluorkoolstoffen zoals 1,1,2-trichloor-1,2,2-tri-fluorethaan en dergelijke.

Tot waterige technieken -voor de bereiding van het copolymeer behoren het in contact brengen van de monomeren met een waterhoudend 35 milieu, dat een vrije radicalen vormend initieermiddel bevat, voor het verkrijgen van een suspensie van polymeerdeeltjes in niet water-vochtige of granulaire vorm, zoals beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 2.393*967» of het in contact brengen van de monomeren met een water bevattend milieu, dat zowel een vrije radicalen

, I

40 vormend initieermiddel als een telogeeninactiefdispergeermiddel be- 82 0 0 1 5 2 -9- vat, voor het verkrijgen van een water bevattende colloïdale dispersie van polymeerdeeltjes en coagulering van de dispersie zoals bijvoorbeeld beschreven in de Amerikaanse octrooischriften 2.559*752 en 2.593*585.

5 Een copolymeer, dat verschillende typen functionele groepen bevat, kan ook gebruikt worden als filmcomponent bij de vervaardiging van het membraan, dat bij de uitvinding wordt toegepast. Bijvoorbeeld kan een terpolymeer bereid ,uit een monomeer gekozen uit de groep van niet functionele monomeren zoals hiervoor beschreven, 10 een monomeer uit de groep van carboxylgroepen bevattende monomeren zoals hiervoor beschreven en bovendien een monomeer uit de groep van de sulfonylmonomeren zoals hiervoor beschreven, bereid en gebruikt worden als één van de filmcomponenten voor de vervaardiging van het membraan.

15 Het is voorts mogelijk als een filmcomponent van het membraan, een film te gebruiken, die een mengsel is van twee of meer polymeren. Bijvoorbeeld kan een mengsel van een polymeer met sulfonyl-groepen in de door smelten te bereiden vorm met een polymeer met carboxylgroepen in de door smelten te bereiden vorm bereid en ge-20 bruikt worden als één van de filmcomponenten van het membraan.

Het is bovendien mogelijk een laminaire film als één van de filmcomponenten voor de vervaardiging van het membraan te gebruiken. Bijvoorbeeld kan een film met een laag van éen copolymeer met sulfonylgroepen in door smelten te bereiden vorm en een laag van 25 een copolymeer met carboxylgroepen in een door smelten te bereiden vorm, ook gebruikt worden als één van de component films voor de vervaardiging van het membraan.

Een essentiele component van het membraan, gebruikt bij de werkwijze en de cel van de uitvinding is een laag van een eerste 50 gefluoreerd polymeer, dat functionele carboxylgroepen heeft in een ionenuitwisselingsvorm, bijvoorbeeld -COOHa of -COOK groepen, dat een equivalent gewicht heeft in het traject van 48° tot 2000, het meest bij voorkeur 1000 tot 1100, en dat een dikte heeft in het traject van 15 tot 250 micrometer, bij voorkeur 25 tot 75 micro-55 meter.

Het membraan, gebruikt bij de uitvinding, kan al of niet in hechtend contact met deze laag van eerste gefluoreerd polymeer, een eventuele component bevatten, die een laag is van een tweede gefluoreerd polymeer, dat functionele sulfonylgroepen bevat in ionen-40 uitwisselingsvorm, bijvoorbeeld -SO^Ua of -SO^K groepen, dat een 82 0 0 1 5 2 -1 o- # * k equivalent gewicht heeft in het traject van 800 tot 2000, het meest bij voorkeur 1100 tot 1200 en dat een dikte heeft in het traject van 15 tot 150 micrometer, bij voorkeur 15 tot 75 micrometer. Wanneer deze tweede laag aanwezig is dient de dikte van de eerste 5 laag van het eerste gefluoreerde polymeer 15 tot 150 micrometer, bij voorkeur 15 tot 75 micrometer te zijn en dient de dikte van de eerste en tweede laag tezamen in het traject van 26 tot 250 micrometer, bij voorkeur 26 tot 150 micrometer te zijn.

Met betrekking tot zowel het polymeer met carboxyl functio-10 naliteit als het polymeer met sulfonyl functionaliteit, wordt boven een equivalent gewicht van 2000 de electrische soortelijke weerstand te hoog en beneden de aangegeven lagere equivalent gewichts-grenzen worden de mechanische eigenschappen te slecht vanwege de overmatige opzwelling van het polymeer. Be relatieve hoeveelheden 15 van de comonomeien, die het polymeer samenstellen, kunnen zodanig worden ingesteld of gekozen, dat het polymeer een gewenst equivalent gewicht heeft. Het equivalent gewicht, waarboven de bestand-heid van een film of een membraan te hoog wordt voor praktisch gebruik in een electrolytische cel varieert enigszins met de dikte 20 van de film of het membraan. Voor dunnere films en membranen kunnen equivalent gewichten tot ongeveer 2000 worden toegelaten. Voor de meeste doeleinden echter en voor films van gewone dikte wordt aan een waarde niet groter dan ongeveer 1400 de voorkeur gegeven.

Eventueel kan het membraan, dat bij de onderhavige uitvinding 25 wordt gebruikt, daarin ingebed een vlies van een dragermateriaal bevatten.

Een dergelijk vlies kan bijvoorbeeld een geweven of gebreid versterkend maaksel zijn.

In het geval van een geweven maaksel zijn weefprodukten zoals 30 een gewone vlecht en zeer fijn weefsel geschikt.

Be draden van het weefsel kunnen monofilamentachtig of veel** strengig zijn.

Be draden zijn perhalogeenkoolstofpolymeer draden. Zoals hier gebruikt wordt de uitdrukking "perhalogeenkoolstofpolymeer'* toege-35 past om te verwijzen naar een polymeer, dat een koolstofketen heeft, dat al of niet etherzuurstofbindingen daarin kan bevatten en dat totaal gesubstitueerd is met fluor of met fluor en chloor-atomen. Bij voorkeur is het perhalogeenkoolstofpolymeer een per-fluorkoolstofpolymeer, aangezien dit een grotere chemische inert-40 heid heeft. Tot dergelijke gebruikelijke polymeren behoren 82 0 0 1 5 2 ·, » -11- homo polymer en hereid uit tetrafluoretheen en copolymeren van tetra-fluoretheen met hexafluorpropeen en/of perfluor(alkylvinylethers) met alkylgroepen met 1 tot 10 koolstofatomen zoals perfluor(propyl-vinylether). Een voorbeeld van een draadmateriaal, dat het meest 5 de voorkeur verdient, is polytetrafluoretheen. Draden vervaardigt uit chloortrifluoretheenpolymeren zijn eveneens geschikt;

Om een geschikte sterkte in het weefsel vddr de laminerlng en in het membraan na de laminering te hebben, moeten de draden een denier van 50 tot 600, bij voorkeur 200 tot 400 hebben (denier is 10 g/9000 m draad).

Het maaksel zal gewoonlijk een draadtelling hebben in het traj eet van 1,6 tot 16 draden/cm in -elk van de ketting en inslag-richting, bij voorkeur 3 tot 10 draden/cm.

Een dergelijk maaksel kan eveneens daarin opofferingsdraden 15 bevatten.

De opofferingsleden van het maaksel zijn draden van elk van een aantal geschikte stoffen, hetzij natuurlijk hetzij synthetisch. Tot geschikte stoffen behoren katoen, linnen, zijde, rayon, cellulose-acetaat, nitrocellulose, nylon, polyvinyl-alcohol, polyesters, 20 polyacryonitrilen en polyalkenen. De cellulose-achtige stoffen verdienen de voorkeur. De eerste eis van de opofferende vezels is hun verwijdering zonder nadelig effect van de polymeer matrix. Met dit voorbehoud is de chemische samenstelling van de opofferingsvezels niet kritisch. Op soortgelijke wijze is de wijze van verwijdering 25 van de opofferingsvezels niet kritisch, zolang hun verwijdering niet het ionenuitwisselingsvermogen van het eindpolymeer in de kation permeabele scheidingsinrichting belemmert. Ter toelichting kan de verwijdering van de opofferingsvezels van een ce-llulose achtig materiaal, zoals rayon, worden uitgevoerd met natriumhypo-30 chloriet. De opofferingsvezels zijn vezels, die zonder nadelig effect op hetzij een tussenpolymeer, dat een voorprodukt is van een polymeer met ionenuitwisselingsplaatsen hetzij een polymeer met ionenuitwisselingsplaatsen verwijderd kunnen worden. De opofferingsvezels worden uit elk polymeer verwijderd onder het achterlaten van 35 holle ruimten zonder het ionenuitwisselingsvermogen van het eindpolymeer te belemmeren. De wijze van verwijdering van de opofferingsvezels dient niet de dragende vezels, die worden toegepast voor de versterking van de scheidingsinrichting, te beïnvloeden.

De opofferingsleden, bijvoorbeeld rayondraden, kunnen op ge-40 schikte wijze een demier van ongeveer 40 tot 100 hebben.

8200152 -12-

Het vlies van dragermateriaal kan ook een vel zijn van macroporeus polytetrafluoretheen of een niet geweven papiervel vervaardigd uit perhalogeenkoolstofvezels en eventueel andere vezels, zoals cellulose-achtige vezels.

5 Wanneer het membraan bestaat uit lagen van zowel carbonzuur- als sulfonzuurpolymeren, kan het vlies van dragermateriaal in elk van beide polymeren geplaatst worden of bij de grens van de lagen. Yoor een membraan, dat bestemd is voor toepassing in een chloor-alkali electrolyse proces, zal het vlies van dragermateriaal bij 10 voorkeur tenminste overheersend zijn, en het meest bij voorkeur geheel, in een laag sulfonylpolymeer. en het membraan zal worden toegepast met het carboxyloppervlak van het membraan gekeerd naar de kathode van de cel.

Tolgens de uitvinding heeft de essentiele laag van het membraan, 15 die een laag is van gefluoreerd polymeer met carboxylfunotionaliteit, een blootgesteld oppervlak, dat een ruwheid heeft, dat niet groter is dan 1,5 micrometer, welk oppervlak gekeerd is naar de kathode van de cel. Bij voorkeur is de ruwheid van dit oppervlak in het traject van 0,4 tot 1,3 micrometer.

20 Bij toepassing onder verwijzing naar een membraan met een vlies van dragermateriaal, zoals een maaksel, daarin ingebed, worden de uitdrukkingen "ruwheid", "ruw", "gladheid" en "glad" gebruikt om de aard van het membraanoppervlak aan te duiden, dat apart en gescheiden is van de oppervlakomtrekken die samenhangen met de strengen 25 van het dragermateriaal.'Be draden of andere leden van het dragermateriaal veroorzaken in het algemeen omtrekken ter vorming op het oppervlak van een membraan tijdens de vervaardiging van het. membraan, maar het zijn niet deze omtrekken, waaraan de uitdrukking "ruwheid" refereert. Be omtrekken zijn van grotere schaal dan de 30 aard van het oppervlak, dat wordt aangeduid als "ruwheid". In profiel verschijnt de ruwheid als pieken en dalen.

Terwijl de uitvinding niet gebonden is aan één of andere bijzondere theorie, wordt verondersteld, dat er een neiging bestaat voor caustische concentratiegradiënten tot vorming in stille gebieden in 35 de diepere inhammen van een ruw oppervlak, dat het strDomrendement doet af nemen.

Op deze gladde zijde van het membraan komen de pieken -en dalen van de ruwheid voor bij intervallen die variëren tot ongeveer 100 micrometer.

40 Het tweede oppervlak van het membraan, dat naar de anode ge- 8200152 -13- keerd is, heeft in het algemeen een ruwheid, die niet groter is dan 15 micrometer en die bij voorkeur in het traject ligt van 1,3 tot 13 micrometer. Wanneer het membraan alleen uit êén of meer lagen polymeer met carboxylfunctionaliteit bestaat, zal het tweede opper-5 vlak zoals voor de hand ligt uit dat diepe polymeer bestaan. Wanneer het membraan bestaat uit een laag polymeer met carboxylfunctionaliteit en een laag polymeer met sulfonylfunctionaliteit, zal het tweede oppervlak het blootgestelde oppervlak van de laag met sulfonyl-functionaliteit zijn. In elk geval kan al of niet het membraan een 10 vlies van een dragermateriaal daarin opgenomen bevatten.

De ruwheids eigenschappen, zoals hiervoor gespecificeerd, van het eerste oppervlak, dat gekeerd is naar de kathode, is de belangrijkste vaor het bereiken van een bedrijf bij hoog stroomrendement, zoals uit de volgende voorbeelden zal blijken.

15 Bij een voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze en de cel van de uitvinding bestaat het membraan uit drie lagen polymeer en een weefsel van perhalogeenkoolstofdraden. De eerste laag is van ge-fluoreerd polymeer met carboxylfunctionaliteit, de tweede laag is tussen de eerste en derde lagen en is van gefluoreerd polymeer met 20 sulfonylfunctionaliteit en de derde laag is eveneens gefluoreerd polymeer met sulfonylfunctionaliteit. Het weefsel is tenminste in hoofdzaak ingebed in de tweede en derde lagen. Be ruwheid en voorkeurs ruwheid van de oppervlakken is zoals hiervoor gespecificeerd.

Het membraan kan vervaardigd zijn uit de componentlagen van 25 i>ilm en het vlies van dragermateriaal met behulp van warmte en druk. Temperaturen van ongeveer 200°C tot 300°C zijn gewoonlijk vereist om de toegepaste polymeerfilms te smelten en omiliet weefsel van dragermateriaal mogelijk te maken volledig in de film te worden ingebed en, wanneer twee films worden gebruikt, de films met elkaar te 30 doen smelten; de vereiste temperatuur kan zelfs echter boven of beneden dit traject zijn en zal van het gebruikte specifieke polymeer of de gebruikte specifieke polymeren afhangen. Be keuze van een geschikte temperatuur in elk specifiek geval zal duidelijk zijn, voor zover een te lage temperatuur te kort zal schieten om een ge-35 schikte hechtingsgraad van films en weefsel op elkaar teweeg te brengen en een te hoge temperatuur zal de vorming van lekken veroorzaken. Brukken van slechts 2x10^ pascal tot drukken van meer dan 7 10 pascal kunnen worden toegepast. Een hydraulische pers is een geschikte inrichting voor de vervaardiging van het membraan, in welk 5 7 40 geval kenmerkende drukken in het traject van 2x10 tot 10 pascal 8200152 -14- zijn.

Een ander apparaat, geschikt voor de continue vervaardiging van het membraan, bevat een holle wals met een inwendige verhittings-inrichting en een inwendige vacuum bron. De holle wals bevat een 5 reeks omtrekssleuven op het oppervlak ervan, die het voor de inwendige vacuumbron mogelijk maken componentmaterialen in de richting van de holle wals te trekken. Het vacuum trekt de componentmaterialen van het membraan op de holle wals, zodanig dat gebruikelijke luchtdrukken tegen de componentmaterialen in het traject van 5x10^ 5 10 tot 10 pascal liggen. Een gekromde stationaire plaat met een stra-lingsverhitter is gekeerd naar het boven oppervlak van de holle wals met een ruimte van ongeveer.6 mm tussen hun beide oppervlakken.

Tijdens een lamineringsproef wordt poreus los<papier gebruikt in contact met de holle wals als dragermateriaal om'hechting van 1 5 een componentmateriaal op het walsoppervlak te voorkomen en om het voor het vacuum mogelijk te maken componentmaterialen in de richting van de holle wals te trekken. Toevoer- en afnamemiddelen zijn aanwezig voor de componentmaterialen en het produkt. In de toevoer-middelen is een leiwals van kleinere diameter dan de holle wals aan-20 wezig voor het lossen van papier en componentmaterialen. De toevoeren afnamemiddelen zijn zodanig geplaatst, dat de componentmaterialen rond de holle wals kunnen gaan over een lengte van ongeveer 5/6 van de omtrek ervan. Een andere leiwals is aanwezig voor het los<papier om de scheiding van de andere materialen mogelijk te maken. Afname-25 middelen zijn aanwezig voor het los<papier en het membraan^produkt.

Yoor gebruik bij ionenuitwisselingstoepassingen en in cellen, bijvoorbeeld een chlooralkalicel voor de electrolyse van zoutoplossing, dienen van het membraan alle functionele groepen te zijn omgezet tot ioniseerbare functionele groepen. Deze groepen kunnen 30 -C00M groepen zijn, en indien aanwezig -SO^M groepen, waarin M natrium of kalium is. Een dergelijke omzetting wordt gewoonlijk en gemakkelijk tot stand gebracht door hydrolyse met zuur of base, zodanig dat de verschillende functionele groepen, zoals hiervoor beschreven in verband met de door smelten te bereiden polymeren resp. worden 55 omgezet tot de vrije zuren of de alkalimetaalzouten ervan. Een dergelijke hydrolyse kan worden uitgevoerd met een water bevattende oplossing van een anorganisch zuur of een alkalimetaalhydroxide. Hydrolyse met base verdient de voorkeur, aangezien dit vollediger en sneller gaat. Gebruik van warme oplossingen, zoals nabij het 40 kookpunt van de oplossing, verdient voor een snelle hydrolyse de 82 0 0 1 5 2 -15- voorkeur. De tijd, die vereist is voor hydrolyse, neemt toe met de dikte van de structuur. Eet is eveneens een voordeel een met water mengbare organische verbinding, zoals dimethylsulfoxide, in het hydrolysebad op te nemen. De vrije carbonzuren en sulfonzuren kunnen 5 worden omgezet tot zouten met natriumhydroxide of kaliumhydroxide.

Eet membraan van de uitvinding is impermeabel voor een hydraulische stroomvloeistof bij de gebruikelijk lage drukken, die voorkomen tijdens het bedrijf van een chlooralkalicel. (Een diafragma, dat poreus is, maakt hydraulische stroming van vloeistof daardoor 10 mogelijk zonder verandering in samenstelling, terwijl een ionenui twisselingsmèmbr aan selectieve permeatie door ionen en permeatie van vloeistof door diffusie mogelijk maakt, zodat het materiaal, dat het membraan penetreert in samenstelling verschilt van de vloeistof in contact met het membraan). Eet is 'een gemakkelijke zaak vast 15 te stellen of er al of niet een hydraulische stroming van vloeistof is door een lekproef met gas of vloeistof.

Een voornaamste gebruik van het ionenuitwisselingsmembraan van de uitvinding is in electrochemische cellen. Een dergelijke cel bevat een anode, een compartiment voor de anode, een kathode, een com-20 partiment voor de kathode en een membraan, dat geplaatst is om de twee compartimenten te scheiden. Eén voorbeeld is een chlooralkalicel.

De copolymeren, gebruikt in de hier beschreven lagen, dienen van een voldoende hoog molecuul gewicht te zijn om films te vervaar-25 digen, die tenminste middelmatig sterk zijn zowel in de door smelten te bereiden voorproduktvorm als in de gehydrolyseerde ionenuitwisse-lingsvorm.

Oppervlakte ruwheidsmetingen werden bij de hier beschreven membranen uitgevoerd met twee verschillende apparaten, een Brush Surf-30 analyzer en een Brush Surfindicator (beide geleverd door Federal Products Corporation).

De Brush Surf analyzer (model 150) is een inrichting, die een naald over het oppervlak van een monster beweegt. De naald beweegt op en neer afhankelijk van het profiel van het oppervlak. Deze op 35 en neergaande beweging wordt omgezet tot een electrisch signaal, dat een registratie-inrichting voedt. De registratie-inrichting volgt derhalve het profiel van het oppervlak overgebracht door de naald. Een diamantnaald werd gebruikt met een straal van 13 micron en deze werd aangedreven met een dwarssnelheid van 254 micrometer 40 per seconde. Controles werden ingesteld om 13 micometer voor elke 8200152 -16- vertieale verdeling van de registratiekaart en 51 micrometer voor elke horizontale verdeling met de schakelaar in de profielmethode (methode A) ingesteld. Door toepassing van de ruwheidsmethode (methode B, schakelaar ingesteld op ruwheid) werd de grote amplitude, 5 golven met lage frequentie geëlimineerd en wordt slechts de kleinere amplitude, ruwheid van hogere frequentie geregistreerd. De uitschakel inrichting werd ingesteld op 762 micron, zodat alles met een golflengte 762 micrometer in de ruwheid wordt ingesloten.

De Brush Surfindicator model BI-110 is een soortgelijke inrich-10 ting, behalve dat de electrische uitgang van de naald wordt toegevoerd aan een meter, die in micro-inches is geijkt. Het naaldtrans-port was 3175 micrometer. Een gemiddelde ruwheid wordt op de meter gemeten.

Voorbeeld I.

15 Een monster van een met weefsel versterkt ionenuitwisselings- membraan werd als volgt vervaardigd. Twee films met een dikte van 50 micrometer van het copolymeer van tetrafluoretheen en methyl-perfluor(4»7-dioxa-5-methyl-8-nonenoaat) met een ionenuitwisselings-capaciteit van 0,925 meq/g (een equivalent gewicht van 1080) werden 20 gelamineerd rond een versterkend weefsel door het weefsel tussen de·, films te plaatsen. De laminering werd bewerkstelligd door de sandwich van films en weefsel te verhitten en een verminderde druk aan te brengen vanaf de onderzijde van het laminaat door een poreus papier onder toepassing van de hiervoor beschreven lamineringsappara-25 tuur. Het bodemoppervlak van het laminaat was in contact met het poreuze papier, terwijl de bovenzijde met lucht in contact was. De bovenste film en het weefsel waren breder dan de onderste film, zodat de lucht in het weefsel tussel de film werd geëvacueerd en de twee verkregen film om en door het weefsel werden gesmolten. Het 30 weefsel bezat 15 draden van 200 denier/cm polytetrafluoretheen in elke richting en er waren vier draden rayon van 50 denier tussen twee opeenvolgende polytetrafluoretheendraden in elke richting. De afdruk van het papieroppervlak werd dus in het bodemoppervlak van het laminaat geperst, terwijl het bovenoppervlak glad was tengevolge 35 van het smelten van het polymeer, maar behield de omtrek van het doek en volgde de omtrek van de bovenzijde van het weefsel. Het monster werd gehydrolyseerd tot de -C00K vorm van het polymeer in een mengsel van dimethylsulfoxide, kaliumhydroxide en water gedurende 30 minuten bij 90°C· 40 Stukken van dit membraan werden in elk van twee kleine chloor- 8200152 -17-.

alkalicellen gemonteerd. In cel A was de ruwe zijde veroorzaakt

door de afdruk van het papier naar de kathode gekeerd en in oei B

was het gladde gesmolten oppervlak naar de kathode gekeerd. Be oei- o 2 len werden toegepast hij 80°C, 5,1 KA/m stroomdichtheid en brach-5 ten 32% alkalihydroxide voort. Be concentratie van de toegevoerde zoutoplossing van 300 g/l en die van de afgevoerde zoutoplossing was 216 g/l. Tabel A ligt het gedrag voor de twee cellen toe.

8200152 -18- 3? A B E L A.

CELGE33RAG.

CEL A.

Haar kathode dagen stroom- volt energie- gekeerde zijde rendement verbruik ruw (papier) 1 89,9 3 >76 2794 3 87,8 3,89 2960 7 72,6 3,92 3667

Membraan verwijderd, omgekeerd en opnieuw geplaatst glad 1 94,3 5,77 2670 5 96,4 3,76 2605 8 95,6 3,79 2648 CEL 3.

Haar kathode gekeerde zijde glad 3 97,8 3,63 2479 5 95,5 3,79 2644 6 96.3 3.87 2684

Membraan verwijderd, omgekeerd' en opnieuw geplaatst ruw (papier) 3 90,4 .3,78 2793 5 90,4 3,79 2800 7 91 3,77 2767 10 90,6 3,80 2801

Membraan verwijderd, omgekeerd en opnieuw geplaatst glad 1 92,3 3,80 2750 3 95,2 3,76 2638 6 96,0 3,75 2609 7 96,3 3,75 2601 8200152 19-

Be Surfanalyzer bij methode B liet zien dat de ruwe "papier" zijde van het laminaat de patroonruwheid van het papier heeft geplaatst op de omtrekken overeenkomend met de versterkingsdraad, terwijl de gladde (boven)zijde slechts de omtrekken liet zien over-5 eehkomend met de draden en geen patroonruwheid van het papier. Het kan gemakkelijk worden ingezien, dat het stroomrendement heter is en dat het resulterende energieverbruik lager is, wanneer het gladde oppervlak naar de kathode is gekeerd.

Yoorbeeld II.

10 Een membraan werd als volgt vervaardigd. Twee films met een dikte van 50 micrometer van een copolymeer van tetrafluoretheen en methylperfluor (4» 7-dioxa-5-methyl-8-nonenoaat) met een equivalent gewicht van 1080 werden gelamineerd om een versterkingsweefsel met monofilamentdraden van een copolymeer van 96 gew.% tetrafluoretheen 15 en 4 gew.% perfluor(propylvinylether) (zie Amerikaans octrooischrift 4.029.868, vergelijking C)· in een zeer fijn weefsel met 56 draden (200 denier) in de kettingrichting en 18 draden (200 denier) in de inslagrichting. Be laminering hield de verhitting van het polymeer en het aanbrengen van een verminderde druk op het laminaat en het 20 omlaag trekken van het laminaat op een poreus papier zoals in voor-, beeld I in. Het bodemoppervlak van het laminaat was derhalve door het papieroppervlak van een reliëf voorzien.

Bit membraan werd gehydrolyseerd tot de -C00E vorm in een water bevattende oplossing, die 53 gew.% dimethylsulfoxide en 15 gew.% 25 kaliumhydroxide bevat gedurende 50 minuten.

Een stuk van het verkregen membraan werd in een kleine chloor- alkalicel met het bovenste gladde oppervlak gekeerd naar het katho- o 2 lyt, gemonteerd. Be cel werd toegepast bij 80 C, 5>1 Ei/m onder het voortbrengen van 52% alkalihydroxide.

8200152 -20- TABEL 33.

OELGEDRAG.

Naar kathode dagen stroom- volt energie- gekeerde zijde rendement verbruik glad 3 97,4 3,72 2558 4 95,7 3,82 2666 5 93,4 4,34 3103 6 96,4 3,74 2592

Membraan verwijderd en omgekeerd ruw (papier) 3 91 ,3 4,36 3118 4 91,4 4,38 3171 5 92 4,32 3174 6 93,7 4,44 3049 7 91,4 4,33 3194 10 91,4 4,38 3215

Het voorafgaande laat het verbeterde gedrag zien, wanneer het bovenste gladde oppervlak van het membraan naar de kathode gekeerd gemonteerd is.

Voorbeeld III.

5 Een membraan werd als volgt vervaardigd. Een film met een dikte van 50 micrometer van het copolymeer van tetrafluoretheen en methyl-perfluor(4,7-dioxa-5-methyl-8-nonenoaat) met een equivalent gewicht van 1080 (0,925 meq/g ionenuitwisselingscapaciteit) en een film met een dikte van 100 micrometer, van het copolymeer van tetrafluoretheen 10 en perfluor(3,6-dioxa-4-Ittethyl-7-octeensulfonylfluoride) met een equivalent gewicht van 1100 (0,909 meq/g ionenuitwisselingscapaciteit) werden in een niet hechtend contact op elkaar gedrukt door deze gelijktijdig tussen een paar spleetwalsen te leiden. Elke film werd gescheiden rond de omtrek van de respectievelijke spleetwals ervan 15 gevoerd, zodat de films elkaar niet aanraakten tot dat de spleet was bereikt, zodat een walsend klemeffect werd bereikt, dat elke meesleping van lucht tussen de films uitsluit, omdat eventueel meegesleepte lucht zou leiden tot de vorming van gebobbelde, vervormde gebieden tijdens de vorming van het membraan als gevolg van de 20 uitzetting van lucht gedurende de verhitting. Het verkregen samenstel van films werd door de hiervoor beschreven lamineerinrichting 82 0 0 1 5 2 -21- op twee verschillende wijzen geleid. (A) Het samenstel werd op.een loa-papier geplaatst met de carboxylgroepen "bevattende film omhoog en de sulfonzuurgroepen "bevattende film naar "beneden tegen het los -papier en (B) het samenstel werd op het los<papier geplaatst met 5 de sulfonylgroepen "bevattende film omhoog en de carboxylgroepen bevattende film omlaag tegen het los^papier. Op deze wijze werden twee afzonderlijke membranen vervaardigd: "A” waarbij het carboxyl-groepen bevattende polymeer glad was en "3" waarbij het carboxyl-groepen bevattende polymeer het patroon heeft van het papier, dat 10 in het oppervlak ervan geïmpregneerd is. De vacuumwalstemperatuur van de lamineerinrichting was 235°C en de hoefijzerverhittertempe-•ratuur was 270°C. De verminderde druk bedroeg 50,7 KPa en de lini-aire snelheid was 30 cm/min. De membranen werden gehydrolyseerd tot de kaliumzoutvorm in een oplossing van dimethylsulfoxide, kalium-15 hydroxide en water.

De beide membranen "A" en "B" werden in kleine laboratorium- chlooralkalicellen gemonteerd. In één cel werd het membraan "A" gemonteerd met het carboxylgroepen bevattende polymeer gekeerd naar de kathode. In de andere cel werd het membraan "B" gemonteerd, 20 opnieuw met het carboxylgroepen bevattende polymeer gekeerd naar de o 2 kathode. De cellen werden toegepast bij 80°C, 3>1 KA/m stroomdichtheid onder het vóórtbrengen van 32% alkalihydroxide. De concentratie van de toegevoerde zoutoplossing was 310 g/l en de concentratie van de afgevoerde zoutoplossing was 216 g/l, Tabel C ligt het 25 gedrag toe.

8200152 -22- UIBEL C.

CEDGEDRAG.

Membraan dagen stroom- volt 'energierendement verbruik "A" 1 96,4 3,61 2500 4 96,3 3,55 2469 5 96,7 3,57 2472 6 96,2 3,56 2486 "B" 3 95,0 3,65 2588 4 95,5 3,66 2560 5 95,1 3,66 2571

De Surfindicator liet zien, dat de gemiddelde ruwheid op de papierzijde 2 tot 3 micrometer was in vergelijking met de gemiddelde ruwheid op de gladde zijde van 0,3 tot 1,1 micrometer.

Het voorafgaande toont dat het hogere stroomrendement en het 5 lagere energieverbruik bereikt werden wanneer het naar de kathode gekeerde oppervlak glad is.

Industriële toepasbaarheid.

Het ionenuitwisselingsmembraan van de onderhavige uitvinding is technisch beter ten opzichte van de membranen van de stand der 10 techniek. Het vertoont verbeterde gedragseigenschappen bij toepassing als membraan in een chlooralkalicel, met inbegrip van toepassing bij lage spanning en hoog stroomrendement en derhalve bij laag energieverbruik. Er is dienovereenkomstig een aanzienlijke besparing in bedrijfskosten, die resulteert uit het verlaagde energie-15 verbruik.

8200152

Claims

1. Werkwijze voor de electrolyse van een alkalimetaalchloride in een eleotrolytisclie cel, die door een kationuitwisselings-membraan verdeeld is in een anodecompartiment en een kathode-compartiment, waarbij een alkalimetaalhydroxide wordt voortgebracht, 5 met het kenmerk, dat men een membraan toepast dat tenminste een eerste laag bevat, welke eerste laag bestaat uit een eerste gefluoreerd polymeer met functionele carboxylgroepen in ionenuitwisselingsvorm, welke eerste laag een eerste blootgesteld oppervlak heeft met een ruwheid, die niet 1,5 micrometer over- 10 schrijdt en zodanig is opgesteld, dat het eerste blootgestelde oppervlak naar het kathodecompartiment gekeerd is.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat men als gefluoreerd polymeer een geperfluoreerd polymeer toepast .

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, m e t h e t ken merk, dat men een eerste blootgesteld oppervlak toepast met een ruwheid in het traject van 0,4 tot 1,3 micrometer.

4. Werkwijze volgens conclusies 1 tot 3 > met het k e, n-'merk, dat men een eerste laag toepast, met een tweede blootge- 20 sfceld oppervlak en met een weefsel van perhalogeenkoolstofdraden daarin ingebed, welk tweede blootgesteld oppervlak een ruwheid heeft, die niet 15 micrometer overschrijdt.

5. Werkwijze volgens conclusies 1 tot 4? met het kenmerk, dat men een eerste oppervlak toepast met een ruwheid in 25 het traject van 0,4 tot 1,3 micrometer en een tweede oppervlak toepast met een ruwheid in het traject van 1,3 tot 13 micrometer.

6. Werkwijze volgens conclusies 1 tot 5> met het kenmerk, dat men een membraan toepast, dat voorts een tweede laag bevat, welke tweede laag in hechtend contact is met de eerste laag 30 en een tweede geperfluoreerd polymeer is met functionele sulfonyl-groepen in ionenui twisselingsvorm.

7. Werkwijze volgens conclusies 1 tot 6, met het kenmerk, dat men een tweede laag toepast met een tweede blootgesteld oppervlak, dat een ruwheid heeft die niet 15 micrometer over- 35 schrijdt.

8. Werkwijze volgens conclusies 1 tot 7» met het kenmerk, dat men een tweede blootgesteld oppervlak toepast met een ruwheid in het traject van 1,3 tot 13 micrometer en waarbij het 8200152 -24- eerste blootgestelde oppervlak een ruwheid heeft in het traject van 0,4 tot 1,3 micrometer.

9· Werkwijze volgens conclusies 1 tot 7» met het kenmerk, dat men een membraan toepast, dat voorts een vlies bevat 5 van een daarin ingebed dragermateriaal.

10. Werkwijze volgens conclusie 9» met het kenmerk, dat men als vlies een weefsel toepast van perhalogeenkoolstofdraden, dat in hoofdzaak in de tweede laag is ingebed.

11. Werkwijze volgens conclusies 1 tot 10, met het 10 kenmerk, dat men een membraan toepast, dat voorts tweede en derde lagen en een weefsel van perhalogeenkoolstofdraden bevat, welke tweede laag bestaat uit een tweede geperfluoreerd polymeer met sulfonylgroepen in ionenuitwisselingsvorm, welke derde laag bestaat uit een derde geperfluoreerd polymeer met sulfonylgroepen in 15 ionenuitwisselingsvorm, welke tweede laag geplaatst is tussen en in hechtend contact met de eerste en derde lagen, welke derde laag een tweede blootgesteld oppervlak heeft, dat een ruwheid heeft, die niet groter is dan 15 micrometer en welk weefsel in hoofdzaak is ingebed in de tweede en;derde lagen.

12. Werkwijze volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat men een eerste blootgesteld oppervlak toepast met een ruwheid in het traject van 0,4 tot 1,3 micrometer en een tweede blootgesteld oppervlak toepast met een ruwheid in het traject van 1,3 tot 13 micrometer.

13. Electrochemische cel gekenmerkt door de aanwe zigheid van een anodecompartiment, een anode geplaatst in het anodecompartiment, een kathodecompartiment, een kathode geplaatst in het kathodecompartiment en ter scheiding van de compartimenten een kationenuitwisselingsmembraan dat tenminste een eerste laag bevat, 30 welke eerste laag bestaat uit een eerste gefluoreerd polymeer met functionele carboxylgroepen in ionenuitwisselingsvorm, welke eerste laag een eerste blootgesteld oppervlak heeft, dat een ruwheid heeft, die niet 1,5 micrometer overschrijdt en zodanig is opgesteld dat het eerste blootgestelde oppervlak naar het kathodecompartiment ge-35 keerd is.

14· Electrochemische cel volgens conclusie 13» met het kenmerk, dat het gefluoreerde polymeer een geperfluoreerd polymeer is.

15. Electrochemische cel volgens conclusie 13 of 14» met 40 het kenmerk, dat het eerste blootgestelde oppervlak een 82 0 0 1 5 2 -25- ruwheid heeft in het traject van 0,4 tot 1,5 micrometer. 16". Electrochemische cel volgens conclusies 15 tot 15, met het kenmerk, dat de eerste laag een tweede blootgesteld oppervlak heeft en een weefsel van perhalogeenkoolstofdraden daarin 5 ingebed bevat, welk tweede blootgesteld oppervlak een ruwheid heeft, die niet 15 micrometer overschrijdt.

17· Electrochemische cel volgens conclusies 15 tot 16, met het kenmerk, dat het eerste oppervlak een ruwheid heeft in het traject van 0,4 tot 1,5 micrometer en het tweede oppervlak 10 een ruwheid heeft in het traject van 1,5 tot 15 micrometer.

18. Electrochemische cel volgens conclusies 15 tot! 17V met het kenmerk, dat het membraan voorts een tweede laag bevat, welke tweede laag in hechtend contact is met de eerste laag en uit een tweede geperfluoreerd polymeer bestaat met functionele 15 sulfonylgroepen in ionenuitwisselingsvorm. 19» Electrochemische cel volgens conclusies 15 tot 18, met het kenmerk, dat de tweede laag een tweede blootgesteld oppervlak heeft, dat een ruwheid heeft, die niet 15 micrometer overschrijdt.

20. Electrochemische cel volgens conclusies 15 tot 19, met het kenmerk, dat het tweede blootgestelde oppervlak een ruwheid heeft in het traject van 1,5 tot 15 micrometer en het eerste blootgestelde oppervlak een ruwheid heeft in het traject van 0,4 tot 1,5 micrometer.

21. Electrochemische cel volgens conclusie 15 tot 20, met het kenmerk, dat het membraan voorts een vlies bevat van een daarin ingebed dragermateriaal. !

22. Electrochemische cel volgens conclusies 15 tot 21, met het kenmerk, dat het vlies een weefsel is van perhalogeen 30 koolstofdraden en in hoofdzaak in de tweede laag is ingebed.

25. Electrochemische cel volgens conclusies 13 tot 22, met het kenmerk, dat het membraan voorts tweede en derde lagen en een weefsel van perhalogeenkoolstofdraden bevat, welke tweede laag bestaat uit een tweede geperfluoreerd polymeer met sulfonyl-55 groepen in ionênuitwisselingsvorm, welke derde laag bestaat uit een derde geperfluoreerd polymeer met sulfonylgroepen in ionenuit-wisselingsvorm, welke tweede laag tussen en in hechtend contact is geplaatst met de eerste en derde lagen, welke derde laag een tweede blootgesteld oppervlak heeft, dat een ruwheid heeft, die niet 15 40 micrometer overschrijdt en welk weefsel in hoofdzaak in de tweede 82 0 0 1 5 2 O -26- en derde lagen is ingebed.

24· Electrochemische cel volgens conclusies 13 tot 23) met het kenmerk, dat het eerste blootgestelde oppervlak een ruwheid heeft in het traject van 0,4 tot 1,3 micrometer en welk 5 tweede blootgesteld oppervlak een ruwheid heeft in het traject van 1,3 tot 13 micrometer. ---000O000--- 82 0 0 1 5 2