SE446199B - Procedure for electrolysis of an aqueous solution of an alkali metal halide - Google Patents
Procedure for electrolysis of an aqueous solution of an alkali metal halideInfo
- Publication number
- SE446199B SE446199B SE7907834A SE7907834A SE446199B SE 446199 B SE446199 B SE 446199B SE 7907834 A SE7907834 A SE 7907834A SE 7907834 A SE7907834 A SE 7907834A SE 446199 B SE446199 B SE 446199B
- Authority
- SE
- Sweden
- Prior art keywords
- membrane
- polymer
- groups
- film
- hours
- Prior art date
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B27/00—Layered products comprising a layer of synthetic resin
- B32B27/06—Layered products comprising a layer of synthetic resin as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material
- B32B27/08—Layered products comprising a layer of synthetic resin as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material of synthetic resin
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
- C08J5/20—Manufacture of shaped structures of ion-exchange resins
- C08J5/22—Films, membranes or diaphragms
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B27/00—Layered products comprising a layer of synthetic resin
- B32B27/12—Layered products comprising a layer of synthetic resin next to a fibrous or filamentary layer
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
- B32B5/02—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by structural features of a fibrous or filamentary layer
- B32B5/024—Woven fabric
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
- C08J5/20—Manufacture of shaped structures of ion-exchange resins
- C08J5/22—Films, membranes or diaphragms
- C08J5/2287—After-treatment
- C08J5/2293—After-treatment of fluorine-containing membranes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J7/00—Chemical treatment or coating of shaped articles made of macromolecular substances
- C08J7/12—Chemical modification
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B2262/00—Composition or structural features of fibres which form a fibrous or filamentary layer or are present as additives
- B32B2262/02—Synthetic macromolecular fibres
- B32B2262/0253—Polyolefin fibres
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B2305/00—Condition, form or state of the layers or laminate
- B32B2305/08—Reinforcements
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J2300/00—Characterised by the use of unspecified polymers
- C08J2300/10—Polymers characterised by the presence of specified groups, e.g. terminal or pendant functional groups
- C08J2300/102—Polymers characterised by the presence of specified groups, e.g. terminal or pendant functional groups containing halogen atoms
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J2327/00—Characterised 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
- C08J2327/02—Characterised 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
- C08J2327/12—Characterised 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
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Textile Engineering (AREA)
- Manufacture Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)
Abstract
Description
15 20 25 30 HO 7907834-1 Nackdelen med en sådan låg verkningsgrad kan minskas genom att man sänker sulfonsyragruppernas utbyteskapacitet till mindre än 0,7 milliekvivalenter per gram av H-formen av det torra hartset. En sådan sänkning resulterar emellertid i en allvarlig minskning av mem- branets elektriska konduktivitet och en proportionell ökning av energi förbrukningen. Denna lösning saknar därför inte ekonomiska svårigheter US-PS 3 909 378 visar sammansatta katjonbytarmembraner, som innehåller sulfonsyrakomponenter såsom jonbytargrupp och som innefat- tar två polymerer med olika ekvivalentvikt (EW), dvs. antal gram poly- mer, som innehåller en ekvivalentvikt funktionell grupp i jonbytaren. HO 7907834-1 The disadvantage of such a low efficiency can be reduced by lowering the yield capacity of the sulfonic acid groups to less than 0.7 milliequivalents per gram of the H-form of the dry resin. However, such a reduction results in a severe reduction in the electrical conductivity of the membrane and a proportional increase in energy consumption. This solution is therefore not without financial difficulties US-PS 3,909,378 discloses composite cation exchange membranes which contain sulfonic acid components such as ion exchange group and which comprise two polymers of different equivalent weight (EW), i.e. number of grams of polymer, which contains an equivalent weight of functional group in the ion exchanger.
Då sådana membraner användes vid elektrolys av vattenhaltiga lösningar av natriumklorid, uppnås-höga verkningsgrader genom att elektrolysen genomföres med den sida, som har polymerer med högre EW, av det samm satta membranet mot katoden. För höga verkningsgrader kopplade med 1 energiförbrukning måste EW-värdet för polymeren med högre EW ökas och an 3- en _tjockleken minskas så mycket som möjligt. Det är emellertid extremt svårt att framställa ett sammansatt katjonbytarmembran, som har en verkningsgrad icke understigande 90 1 med hjälp av membraner, som en- dast innehåller sulfonsyragrupper, I US-PS 3 78Ä 399, DT-OS 2 H37 595 och DT-OS 2 HH? 540 före- slås katjonbytarmembraner, vari ytskikten mot katoden av fluorkolkat- gjonbytarmembranerna innehåller sulfonamidgrupper, salter därav, eller N-monosubstituerade sulfonamidgrupper. Dessa membraner brister emeller tid i fråga om elektrokemisk och kemisk stabilitet.When such membranes are used in the electrolysis of aqueous solutions of sodium chloride, high efficiencies are obtained by carrying out the electrolysis with the side having polymers with higher EW, of the composite membrane against the cathode. For high efficiencies coupled with 1 energy consumption, the EW value of the polymer with higher EW must be increased and the 3 - a _thickness reduced as much as possible. However, it is extremely difficult to produce a composite cation exchange membrane having an efficiency not less than 90 L by means of membranes containing only sulfonic acid groups, I US-PS 3,78A,399, DT-OS 2 H37 595 and DT-OS 2 HH? 540, cation exchange membranes are proposed in which the surface layers against the cathode of the fluorocarbon exchange membranes contain sulfonamide groups, salts thereof, or N-monosubstituted sulfonamide groups. However, these membranes lack time in electrochemical and chemical stability.
DE-A-1 QÄ1 BH? beskriver användningen av "two cation exchanger foils", dvs att använda två folier av katjonbytarmembran; konkret ut- tryckt, att använda ett membran, som består av ett polymert fluorera: kolväte i anodsidan och ett membran, som består av ett polymert fluor- -fritt material i katodsidan. _ I DD-B-939 990 beskrives ett membran, där sulïonsyragrupper bildas genom att ympa blandningen av styren och divinylbensen (båda av dem är kolväten) på en sida av grundfilmen följt av sulfonering därav, under det att karboxylsyragrupper bildas genom att införa etyl- akrylat (ett kolväte) på den andra sidan av grundfilmen för förtvål- ning därav och jonbytargrupperna är i båda fallen bundna till kolväten.DE-A-1 QÄ1 BH? describes the use of "two cation exchanger foils", i.e. to use two foils of cation exchange membrane; concretely expressed, to use a membrane consisting of a polymeric fluorine: hydrocarbon in the anode side and a membrane consisting of a polymeric fluorine-free material in the cathode side. DD-B-939 990 discloses a membrane in which sulfonic acid groups are formed by grafting the mixture of styrene and divinylbenzene (both of which are hydrocarbons) onto one side of the base film followed by sulfonation thereof, while carboxylic acid groups are formed by introducing ethyl acetate. acrylate (a hydrocarbon) on the other side of the base film for saponification thereof and the ion exchange groups are in both cases bound to hydrocarbons.
US-A-3 773 63ü beskriver ett perfluorosulfonsyramembran (Nafion), vilket kan beskrivas såsom konventionell teknologi och den ger varken något samband med eller något förslag på perfluorokarboxyl- syramembranet.US-A-3 773 63u discloses a perfluorosulfonic acid membrane (Nafion), which can be described as conventional technology and does not provide any connection with or suggestion of the perfluorocarboxylic acid membrane.
JP 75-H1791 (CA vol 83, 1975, 80å03c) beskriver ett membrflfl, 10 20 25 §O 5 79Ü7834-1i som framställes genom att tillverka en film med en tjocklek av L,3 mm med en het press från pulvren av en polymer, som erhållits genom att ympa en monomer av perfluorovinylkarboxylsyratyp, som motsvaras av formeln CF2=CFE0X eller CF2 vari X betecknar F eller OZ, vari Z betecknar H, en alkylgrupp med 1~É kolatomer, NHH eller en alkalimetall, n=2-12, till en homopolymer av en monomer av perfluoroetentyp, som motsvaras av formeln: =cF0(cr2)ncoX X-O-W] F l C.: | C vari X betecknar F, CF3, Cl eller en sampolymer av två eller flera slag av monomerer, som utväljes från de ovan angivna, och om så är nödvändigt utföra hydrolys därav för erhållande av ett jonbytarmembran.JP 75-H1791 (CA vol 83, 1975, 80å03c) describes a membrane flfl, 10 20 25 §O 5 79Ü7834-1i which is produced by making a film with a thickness of L, 3 mm with a hot press from the powders of a polymer , obtained by grafting a perfluorovinyl carboxylic acid type monomer corresponding to the formula CF2 = CFE0X or CF2 wherein X represents F or OZ, wherein Z represents H, an alkyl group having 1-E carbon atoms, NHH or an alkali metal, n = 2-12 , to a homopolymer of a monomer of the perfluoroethylene type, corresponding to the formula: = cF0 (cr2) ncoX XOW] F 1 C .: | C wherein X represents F, CF 3, Cl or a copolymer of two or more kinds of monomers selected from the above and, if necessary, performing hydrolysis thereof to obtain an ion exchange membrane.
DE-B2?2 EOU 622 avser ett_jonbytarmembran för elektrolys och beskriver ombesörjandet av ett neutralt skikt på ytan av ett membran med en funktionell grupp A (definierad på rad 63-68 i 5:e spalten) för ändamålet att förbättra strömverkan.DE-B2? 2 EOU 622 relates to an ion exchange membrane for electrolysis and describes the provision of a neutral layer on the surface of a membrane with a functional group A (defined in lines 63-68 in the 5th column) for the purpose of improving current efficiency.
DE-B2-2 510 071 är skriven av Seko, som är en av uppfinnarna till föreliggande uppfinning. I denna litteratur beskrives inte sido- kedjestrukturen av -OCFQCOOM och verkan därav konkret.DE-B2-2 510 071 is written by Seko, who is one of the inventors of the present invention. This literature does not describe the side chain structure of -OCFQCOOM and its effect concretely.
Föreliggande uppfinning avser ett sätt att elektrolysera en vattenhaltig lösning av en alkalimetallhalogenid med hjälp av katjonbytarmembraner, som effektivt förhindrar återmigrering.av hydroxyljoner och möjliggör ett konstant elektrolysförlopp med högre verkningsgrad än konventio~ nella fluorkdlkatjonbytarmembraner och uppfinningen avser också ett sätt att tillverka de angivna membranerna.The present invention relates to a process for electrolyzing an aqueous solution of an alkali metal halide by means of cation exchange membranes which effectively prevent re-migration of hydroxyl ions and enable a constant electrolysis process with higher efficiency than conventional fluorocarbon cation exchange membranes.
Membraner, som utmärkes av närvaro av karboxylsyror, har, då de användes i elektrolysceller, särskilt då de användes i celler för elektrolys av natriumklorid för framställning av vattenhaltig natrium- hydroxid, många fördelar jämfört med konventionella katjonbytarmembra- ner. En särskild fördel av membranernas hållbarhet, och det har visat sig, att verkningsgraden med avseende på strömmen för membranerna förblir stabil vid väl över 90 % till och med efter många månaders drift. ' Föreliggande uppfinning avser ett förfarande för elektrolys av en vattenhaltig lösning av en alkalimetallhalogenid för framställ- ning av motsvarande halogen och alkalimetallhydroxid, karakteriserat därav, att man utnyttjar en elektrolytisk cell innefattande en anod- 10 15- 25 30 35 'no 7907834-1 4 del och en katoddel skilda av ett membran, som innefattar (a) en per- fluorkolpolymer, som innehåller utstående karboxylsyragrupper med formeln: I -ocF2CooM vari M utgöres av väte, ammonium, kvaternär ammonium och/eller metall- joner, (b) en perfluorkolpolymer med katjonbytargrupper, som väsent- ligen består av sulfonsyragrupper -OCF2CF2SO3M, varvid M har ovan an- given betydelse, varvid fluorkolpolymeren (a) föreligger såsom yt- stratum med tjockleken minst ca 100 Ä-på en sida av membranet, var- vid den sida av membranet som innehåller ytstnænmet är vänd mot cel- lens katodsida.Membranes characterized by the presence of carboxylic acids, when used in electrolytic cells, especially when used in cells for electrolysis of sodium chloride for the production of aqueous sodium hydroxide, have many advantages over conventional cation exchange membranes. A particular advantage of the durability of the membranes, and it has been found that the efficiency with respect to the current of the membranes remains stable at well over 90% even after many months of operation. The present invention relates to a process for the electrolysis of an aqueous solution of an alkali metal halide to produce the corresponding halogen and alkali metal hydroxide, characterized in that an electrolytic cell comprising an anode is used. part and a cathode part separated by a membrane, comprising (a) a perfluorocarbon polymer containing protruding carboxylic acid groups of the formula: I -ocF2CooM wherein M is hydrogen, ammonium, quaternary ammonium and / or metal ions, (b) a perfluorocarbon polymer having cation exchange groups consisting essentially of sulfonic acid groups -OCF 2 CF 2 SO 3 M, wherein M is as defined above, wherein the fluorocarbon polymer (a) is present as a surface stratum having a thickness of at least about 100 Å on one side of the membrane, wherein the side of the membrane containing the surface name is facing the cathode side of the cell.
I sin enklaste form utgöres katjonbytarmembranet finningen av en filmbildande perfluorkolpolymer. Filmens kan varieras i stor omfattning beroende på ändamålen med Det finns ingen särskild gräns vad beträffar tjockleken, är en tjocklek av 13 till 508 mm lämpligt för många ändamål.In its simplest form, the cation exchange membrane is a film-forming perfluorocarbon polymer. The film can be varied widely depending on the purposes of There is no particular limit as to the thickness, a thickness of 13 to 508 mm is suitable for many purposes.
De föredragna utföringsformerna av membranet utmärkes av när- varon av att fluorkolpolymeren (a) föreligger såsom ett stratum på ytan, vilket stratum är minst ca 100 Ä tjockt, och polymeren är substituerad med utstående karboxylsyragrupper med den ovan angivna enligt upp- tjocklek filmen. men vanligen formeln. 7 _ V Membranet enligt uppfinningen kan klassificeras i två större grupper. Den ena gruppen utgöres av en enskiktsfilm, vari katjongrap- pernas ekvivalentvikt (EW) är likformig genom hela membranet. Den andra gruppen utgöres av tvåskiktsfilmer, vari en första film med ett högre EW-värde och en andra film med ett-lägre EN-värde är kum- binerade. I båda fallen kan den specifika fluorkolpolymer, som defi- nierats ovan, föreligga antingen homogent i hela filmen eller såsom ett stratum på en yta av eller inne i membranet. Membranet kan emellertid ibland ha Strata på motsatta sidor av membranet i de an- givna grupperna. Såsom tidigare nämnts är enligt den föredragna ut- föringsformen med tvåskiktsfilmer, den första filmen med det högre EW-värdet; utrustad med den specifika perfluorkolpolymeren, före- trädesvis såsom ett ytstratum med en tjocklek av minst 100 Ä på den yta, som är belägen på den sida, som är motsatt sidan, som är laminerad med den andra filmen. Av praktiska skäl är membranet van- ligen förstärkt med förstärkningsmaterial, som utgöres av vävt tex- tilmaterial av inerta fibrer och porösa filmer av inerta polymerer, företrädesvis polytetrafluoretenfibrer. Det förstärkande materialet är lämpligen inbäddat i membranet på den sida, som är motsatt sidan 10 15 20 25 30 35 5 7907854-1 med stratumet av föreliggande specifika perfluorkolpolymer. I tvä- skiktsfilmen är det förstärkande materialet lämpligen inbäddat i den andra filmen med det lägre EW-värdet.The preferred embodiments of the membrane are characterized by the presence that the fluorocarbon polymer (a) is present as a stratum on the surface, which stratum is at least about 100 Å thick, and the polymer is substituted with protruding carboxylic acid groups having the above-mentioned thickness film. but usually the formula. The membrane according to the invention can be classified into two major groups. One group consists of a single-layer film, in which the equivalent weight (EW) of the cation grips is uniform throughout the membrane. The second group consists of two-layer films, in which a first film with a higher EW value and a second film with a lower EN value are combined. In either case, the specific fluorocarbon polymer as defined above may be present either homogeneously throughout the film or as a stratum on a surface of or within the membrane. However, the membrane may sometimes have Strata on opposite sides of the membrane in the indicated groups. As previously mentioned, according to the preferred embodiment with two-layer films, the first film with the higher EW value is; equipped with the specific perfluorocarbon polymer, preferably as a surface stratum having a thickness of at least 100 Å on the surface located on the side opposite the side laminated with the second film. For practical reasons, the membrane is usually reinforced with reinforcing material, which consists of woven textile material of inert fibers and porous films of inert polymers, preferably polytetrafluoroethylene fibers. The reinforcing material is suitably embedded in the membrane on the side opposite to the stratum of the present specific perfluorocarbon polymer. In the two-layer film, the reinforcing material is suitably embedded in the second film with the lower EW value.
För enkelhetens skull ges en detaljerad förklaring i det föl- jande huvudsakligen med hänvisning till enskiktsfilmer med ett ytstra- tum pä membranet. Den första filmens struktur i tväskiktsmembranet med avseende pä funktionella grupper är väsentligen densamma som i enskiktsfilmen. Då membranet användes vid elektrolys placeras den sida, som uppbär stratumet, i den elektrolytiska cellen så att den är vänd mot katodsidan för att man skall uppnå de anmärkningsvärda effekterna enligt uppfinningen.For the sake of simplicity, a detailed explanation is given in the following mainly with reference to single-layer films with a surface stratum on the membrane. The structure of the first film in the bilayer membrane with respect to functional groups is substantially the same as in the single layer film. When the membrane is used in electrolysis, the side carrying the stratum is placed in the electrolytic cell so that it faces the cathode side in order to achieve the remarkable effects according to the invention.
Eftersom de katjoniska membranerna enligt uppfinningen härrör från sulfonsyragrupper, som är substituerade med fluorkolsampolymerer, kan de i själva verket innehålla en godtycklig i förväg bestämd pro- portion sulfonsyragrupper, eller derivat därav.Since the cationic membranes of the invention are derived from sulfonic acid groups which are substituted with fluorocarbon copolymers, they may in fact contain any predetermined proportion of sulfonic acid groups, or derivatives thereof.
Den specifika fluorkolpolymer, som utgör stratumet enligt upp- finningen, kan innehålla från 10 till 100 molprocent karboxylsyra- substituenter räknat på summan katjonbytargrupper. Då avståndet från ytan ökar, minskar vanligen den relativa-procentandelen karboxylsyra- substituenter, och den relativa procentandelen sulfonsyrasubstituenter ökar. Enligt föredragna utföringsformer av uppfinningen har endast en yta övervägande karboxylsyrasubstituenter, och mängden sulfonsyra- grupper ökar med avståndet från denna yta, tills den motsatta ytan har övervägande sulfonsyragrupper. Enligt uppfinningen innehåller katjonbytarmembranet (a) en perfluorkolpolymer, som innehåller ut- stående karboxylsyragrupper med formeln -OCF2COOM och (b) en per- fluorkolpolymer med katjonbytargrupper, som väsentligen består av sulfonsyragrupperna ~OCF2CF2SO3M. Enligt den lämpligaste formen av förstärkt membran föreligger ytstratumet endast på den sida, som är motsatt den förstärkta sidan, och den kvarvarande delen består väsentligen av en perfluorkolpolymer med sulfonsyragrupperna -0CFèCF2SO3M såsom katjonbytargrupper.The specific fluorocarbon polymer, which constitutes the stratum of the invention, may contain from 10 to 100 mole percent carboxylic acid substituents based on the sum of cation exchange groups. As the distance from the surface increases, the relative percentage of carboxylic acid substituents usually decreases, and the relative percentage of sulfonic acid substituents increases. According to preferred embodiments of the invention, only one surface has predominantly carboxylic acid substituents, and the amount of sulfonic acid groups increases with the distance from this surface, until the opposite surface has predominantly sulfonic acid groups. According to the invention, the cation exchange membrane contains (a) a perfluorocarbon polymer containing protruding carboxylic acid groups of the formula -OCF2COOM and (b) a perfluorocarbon polymer having cation exchange groups consisting essentially of the sulfonic acid groups ~ OCF2CF2SO3M. According to the most suitable form of reinforced membrane, the surface stratum is present only on the side opposite to the reinforced side, and the remaining part consists essentially of a perfluorocarbon polymer with the sulfonic acid groups -OCF 2 CF 2 SO 3 M as cation exchange groups.
Man har observerat, att närvaron av karboxylsyragrupper på kat- jonbytarmembranets yta, särskilt på den yta, som är vänd mot katoden, på ett anmärkningsvärt sätt dämpar återmigrering av hydroxyljoner från katodrummet under elektrolysen av vattenhaltiga lösningar av alkalime- UW '10 15 20 25 30 35 40 I-0CF2CF2S03M genom förtvâlning. 7907834-1 6 des polytetrafluoretenfilmer såsom förstärkningsmaterial, Om förstärk- ningsmaterial användes är det särskilt lämpligt att inbädda dessa i polymermembranet. Detta kan lätt genomföras vid exempelvis förhöjd temperatur och förminskat tryck såsom visas i exemplen.It has been observed that the presence of carboxylic acid groups on the surface of the cation exchange membrane, especially on the surface facing the cathode, remarkably attenuates re-migration of hydroxyl ions from the cathode compartment during the electrolysis of aqueous solutions of alkali metal. I-OCF2CF2SO3M by saponification. 7907834-1 6 polytetrafluoroethylene films were used as reinforcing materials. If reinforcing materials are used, it is particularly convenient to embed them in the polymer membrane. This can easily be done at, for example, elevated temperature and reduced pressure as shown in the examples.
Av alla dessa olika konstruktioner föredrages i synnerhet de membraner, i vilka karboxylgrupper överväger på en yta och sulfongrup- per överväger på den andra. I sammansatta membraner uppbär företrädes- vis den film, som har det högre EW-värdet karboxylgrupperna.Of all these different constructions, those membranes in which carboxyl groups predominate on one surface and sulfone groups predominate on the other are particularly preferred. In composite membranes, the film having the higher EW value preferably carries the carboxyl groups.
Den fluorkolhaltiga utgångspolymeren, som har sulfonsyragrupper såsom sidokedjor, framställes genom sampolymerisatibn av en fluorerad eten och en vinylfluorkolmonomer med en sulfonylfluoridgrupp med den allmänna formeln (I) nedan: ' Fso2cr2cr2o(cFYcF2o)ncF=cF2I (1) Wari Y betecknar F eller en fluoralkylgrupp med 1 till 5 kolatomer och n betecknar ett helt tal med värdet 0-3), om nödvändigt tillsam- mans med en monomer, som utgöres av hexafluorpropylen, CF3CF=CF2 och föreningar med den allmänna formeln (II) F(CF2)¿O(?FCF2O)pCF=CF2 CF3 üarieß betecknar ett helt-tal med värdet l-3 och p ett helt tal med (II) 'värdet 0-2), varvid erhålles en polymer med sidokedjan -OCFZCFZSOZF, som bildar den erhållna polymeren i form av ett membran, varefter si- dokedjan -0CF2CF2SO2F i den angivna polymeren omvandlas till gruppen Typiska exempel på fluorera eten är vinylidenfluorid, tetra- fluoreten och klortrifluoreten. Av dessa föredrages tetrafluoreten.The fluorocarbon-containing starting polymer having sulfonic acid groups such as side chains is prepared by copolymerizing a fluorinated ethylene and a vinyl fluorocarbon monomer having a sulfonyl fluoride group of the general formula (I) below: 'F with 1 to 5 carbon atoms and n denotes an integer having the value 0-3), if necessary together with a monomer consisting of hexafluoropropylene, CF3CF = CF2 and compounds of the general formula (II) F (CF2) ¿0 (? FCF2O) pCF = CF2 CF3 üarieß denotes an integer with the value 1-3 and p an integer with (II) 'the value 0-2), whereby a polymer with the side chain -OCFZCFZSOZF is obtained, which forms the obtained polymer in in the form of a membrane, after which the side chain -OCF 2 CF 2 SO 2 F in the indicated polymer is converted to the group Typical examples of fluorinated ethylene are vinylidene fluoride, tetrafluoroethylene and chlorotrifluoroethylene. Of these, tetrafluoroethylene is preferred.
Typiska exempel på vinylfluorkolmonomerer med en sulfonylfluo- ridgrupp, som har den angivna allmänna formeln, är exempelvis följande: FSO2CF2CF2OCF=CF2 ESO2CF20çFQF20CFsCF¿ - CF3 _ FS02ChzCF2OçFCÉ2O?FCF¿üSF=CF2 CF5_ CF3 FSOZCFQCFZCF-CF2 g FSO2CF2Cr2O?FCF20CF=CF2 CF20CF3 _ Av de vinylfluorkolmcnomerer, som har en aktiv sul- fonylfluoridgrupp, föredrages perfluor(3,6~dioxa-U-metyl-7-oktensul- fonylfluorid), FS02CF2CF2O?FCF2OCF=CF2.Typical examples of vinyl fluorocarbon monomers having a sulfonyl fluoride group having the general formula given are, for example, the following: FSO2CF2CF2OCF = CF2 ESO2CF20çFQF20CFsCF¿ - CF3 _ FS02ChzCF2OçFCÉ2O? the vinyl fluorocarbon monomers having an active sulfonyl fluoride group, perfluoro (3,6-dioxa-U-methyl-7-octenesulfonyl fluoride), FSO 2 CF 2 CF 2 O, FCF 2 OCF = CF 2 are preferred.
CF3 l0 15 20 25 30 35 HO 7 7907854~1 3 Ett typiskt exempel på en fluorvinyleter med formeln (ll), som om nödvändigt deltar i sampolymerisationen, är perfluormetylvinyleter.A typical example of a fluorovinyl ether of formula (II) which, if necessary, participates in the copolymerization is perfluoromethyl vinyl ether.
Förfarandet enligt föreliggande uppfinning kan tillämpas på alla de sulfonylsubstituerade polymerer, som finns beskrivna i US-PS 3 909 373- Det är fördelaktigt om membranet först bildas med den sulfonyl- substituerade polymeren, som sedan konverteras genom de reaktioner, som beskrives mera i detalj i det följande, till ett membran enligt uppfinningen.The process of the present invention can be applied to all the sulfonyl-substituted polymers described in U.S. Pat. No. 3,909,373. It is advantageous if the membrane is first formed with the sulfonyl-substituted polymer, which is then converted by the reactions described in more detail in the following, to a membrane according to the invention.
Den föredragna sampolymerkompositionen för utgångsmaterialen är sådan att halten fluorerad etenmonomer uppgår till 30 till 90 vikt- procent, företrädesvis NO till 75 viktprocent, och.halten perfluor- vinylmonomer, som.uppbär sulfonylfluoridgruppen, uppgår till 70 till 10 viktprocent, företrädesvis 60 till 25 viktprocent. Materialen bil- das enligt förfaranden, som är välkända inom området för homopolymeri- sation eller sampolymerisation av fluorerade etener.The preferred copolymer composition for the starting materials is such that the content of fluorinated ethylene monomer is 30 to 90% by weight, preferably NO to 75% by weight, and the content of perfluorovinyl monomer bearing the sulfonyl fluoride group is 70 to 10% by weight, preferably 60 to 25% by weight. . The materials are formed according to methods well known in the art of homopolymerization or copolymerization of fluorinated ethylenes.
Polymerisationen kan genomföras i antingen vattenhaltiga eller icke vattenhaltiga system. Vanligen genomföres polymerisationen vid temperaturer från 0 till 200°C under ett tryck av 98 kPa till 19,6 MPa.The polymerization can be carried out in either aqueous or non-aqueous systems. The polymerization is usually carried out at temperatures from 0 to 200 ° C under a pressure of 98 kPa to 19.6 MPa.
Ofta genomföras polymerisationen i ett icke vattenhaltigt system i ”ett fluorerat lösningsmedel. Exempel på sådana icke vattenhaltiga lös- ningsmedel är l,l,2-triklor-1,2,2-trifluoretan och perfluorkolföre- ningar, såsom perfluormetylcyklobutan, perfluoroktan och perfluorben- sen. _ Polymerisationen i vattenhaltiga system genomföres genom att monomererna bringas i kontakt med ett vattenhaltigt lösningsmedel, som innehåller en friradikalinitiator och ett dispergeringsmedel för framställning av en uppslamning av polymerpartiklar, eller enligt and- ra välkända förfaranden..The polymerization is often carried out in a non-aqueous system in a fluorinated solvent. Examples of such non-aqueous solvents are 1,2,2-trichloro-1,2,2-trifluoroethane and perfluorocarbons such as perfluoromethylcyclobutane, perfluorooctane and perfluorobenzene. The polymerization in aqueous systems is carried out by contacting the monomers with an aqueous solvent containing a free radical initiator and a dispersant to produce a slurry of polymer particles, or by other well known methods.
Efter polymerisationen formas den erhållna polymeren till ett membran med hjälp av någon av de många välkända tekniker, som finns för. detta ändamål .u Det är lämpligt att sampolymeren har ett EW-värde inom inter- vallet 1000 till 2000. Ett membran med ett lågt EW-värde är önskvärt så till vida att den elektriska resistansen är proportionellt sett låg. Ett membran av en sampolymer med ett synnerligt lågt EN-värde är ej önskvärt, eftersom den mekaniska hållfastheten då ej blir till- räcklig; En sampolymer med ett utomordentligt högt EW-värde kan icke med lätthet formas till ett membran. Det lämpligaste intervallet för EW-värdet är sålunda mellan 1000 och l500. 10 T5 20 25 JO 35 ÄO v9o7ss4-1- ,i8 Ett typiskt exempel på en fluorvinyleter med formeln (II), som om nödvändigt deltar i sampolymerisationen, är perfluormetylvinyleter.After the polymerization, the resulting polymer is formed into a membrane by any of the many well known techniques available. for this purpose .u It is suitable that the copolymer has an EW value in the range 1000 to 2000. A membrane with a low EW value is desirable to the extent that the electrical resistance is proportionally low. A membrane of a copolymer with an extremely low EN value is not desirable, since the mechanical strength will then not be sufficient; A copolymer with an extremely high EW value cannot be easily formed into a membrane. The most suitable range for the EW value is thus between 1000 and 1500. A typical example of a fluorovinyl ether of formula (II) which, if necessary, participates in the copolymerization is perfluoromethyl vinyl ether.
Framställningen av föreliggande membran kan tillämpas med alla de sulfonylsubstituerade polymerer, som finns beskrivna i us-Ps 3 909 378. ' ' Det är fördelaktigt om membranet först bildas med den sulfonyl- substituerade polymeren, som sedan konverteras genom de reaktioner, som beskrives mera i detalj i det följande, till ett membran enligt uppfinningenl g Den föredragna sampolymerkompositionen för utgångsmaterialen är sådan att halten fluorerad etenmonomer uppgår till 30 till 90 vikt- procent, företrädesvis 40 till 75 viktprocent, och halten perfluor- vinylmonomer, som upphär sulfonylfluoridgruppen, uppgår till 70 till 10 viktprocent, företrädesvis 60 till 25 viktprocent. Materialen bil- das enligt förfaranden, som är välkända inom området för homopolymeri- sation eller sampolymerisation av fluorerade etener.The preparation of the present membrane can be applied with all the sulfonyl-substituted polymers described in U.S. Pat. No. 3,909,378. It is advantageous if the membrane is first formed with the sulfonyl-substituted polymer, which is then converted by the reactions described in more detail in The preferred copolymer composition for the starting materials is such that the content of fluorinated ethylene monomer is 30 to 90% by weight, preferably 40 to 75% by weight, and the content of perfluorovinyl monomer, which ceases to be the sulfonyl fluoride group, is 70%. to 10% by weight, preferably 60 to 25% by weight. The materials are formed according to methods well known in the art of homopolymerization or copolymerization of fluorinated ethylenes.
Polymerisationen kan genomföras i antingen vattenhaltiga eller icke vattenhaltiga system. Vanligen genomföres polymerisationen vid temperaturer från 0 till 200°C under ett tryck av 98 kPa till 19,6 MPa Ofta genomföres polymerisationen i ett icke vattenhaltigt system i ett fluorerat lösningsmedel. Exempel på sådana icke vattenhaltiga lös- ningsmedel är 1,l,2-triklor-l,2,2-trifluoretan och perfluorkolföre- ningar,.såsom perfluormetylcyklobutan, perfluoroktan och perfluorben- sen. 7 g 7 g l 0 l _ ' ' Polymerisationen i vattenhaltiga system genomföres genom att monomererna bringas i kontakt med ett vattenhaltigt lösningsmedel, .son innehåller en friradikalinitiator och ett dispergeringsmedel för framställning av en uppslamning av polymerpartiklar, eller enligt and- 'ra välkända förfaranden.The polymerization can be carried out in either aqueous or non-aqueous systems. The polymerization is usually carried out at temperatures from 0 to 200 ° C under a pressure of 98 kPa to 19.6 MPa. Often the polymerization is carried out in a non-aqueous system in a fluorinated solvent. Examples of such non-aqueous solvents are 1,2,2-trichloro-1,2,2-trifluoroethane and perfluorocarbons, such as perfluoromethylcyclobutane, perfluorooctane and perfluorobenzene. The polymerization in aqueous systems is carried out by contacting the monomers with an aqueous solvent, containing a free radical initiator and a dispersant to produce a slurry of polymer particles, or by other well known methods.
Efter polymerisationen formas den erhållna polymeren till ett membran med hjälp av någon av de många välkända tekniker, som finns för detta ändamål. s Det är lämpligt att sampolymeren har ett EW-värde inom inter- vallet 1000 till 2000. Ett membran med ett_lågt BW-värde är önskvärt så till vida att den elektriska resistansen är proportionellt sett låg. Ett membran av en samgolymer med ett synnerligt lågt EW-värde är,ej önskvärt, eftersom den mekaniska hållfastheten då ej blir till- räcklig. En sampolymer med ett utomordentligt högt Ew-värde kan icke med lätthet formas till ett membran. Det lämpligaste intervallet för EW-värdet är sålunda mellan 1000 och 1500. kfl lO 15 20 25 BO 35 H0 9 7907834-1 Efter formningen till membranet kan sampolymeren laminaras till ett förstärkningsmaterial, såsom textilmaterial, för förbättring av den mekaniska hâllfastheten, Såsom förstärkningsmaterial är textilma- terial av polytetrafluoretenfibrer lämpligast. Det angivna stratumet bör företrädesvis föreligga pâ den yta, som är motsatt den sida, på vilken det förstärkande materialet är anbringat.After the polymerization, the resulting polymer is formed into a membrane by any of the many well known techniques available for this purpose. It is suitable that the copolymer has an EW value in the range 1000 to 2000. A membrane with a low BW value is desirable to the extent that the electrical resistance is proportionally low. A membrane of a co-polymer with an extremely low EW value is not desirable, since the mechanical strength will then not be sufficient. A copolymer with an extremely high Ew value cannot be easily formed into a membrane. The most suitable range for the EW value is thus between 1000 and 1500. After the molding to the membrane, the copolymer can be laminated to a reinforcing material, such as textile material, to improve the mechanical strength, as reinforcing material is textile material of polytetrafluoroethylene fibers most suitable. The indicated stratum should preferably be on the surface opposite the side on which the reinforcing material is applied.
Då katjonbytarmombranet har två bundna filmer, vilket också utgör en föredragen utföringsform av uppfinningen såsom angivits ovan, framställes de två slagen sampolymerer med olika EW-värden enligt de polymerisationsmetoder, som beskrivits ovan, varefter man formar och tillverkar den sammansatta filmen. Den första filmen bör ha ett EW-vär- de av minst 150 större än EW-värdet för den andra filmen samt också en tjocklek icke överstigande hälften av den totala tjockleken. Den första filmens tjocklek bör företrädesvis vara så liten som möjligt, eftersom den elektriska resistansen ökas i hög grad då EW-värdet ökar.When the cation exchange membrane has two bonded films, which also constitutes a preferred embodiment of the invention as stated above, the two kinds of copolymers with different EW values are prepared according to the polymerization methods described above, after which the composite film is formed and manufactured. The first film should have an EW value of at least 150 greater than the EW value of the second film and also a thickness not exceeding half the total thickness. The thickness of the first film should preferably be as small as possible, since the electrical resistance is greatly increased as the EW value increases.
Därför bör den första filmens tjocklek, som beror på dess EW-värde, vara 50 % eller mindre av den totala tjockleken, företrädesvis H5 till 10 %.Therefore, the thickness of the first film, which depends on its EW value, should be 50% or less of the total thickness, preferably H5 to 10%.
Det är viktigt, att den första filmen med det högre EW-värdet föreligger i form av en kontinuerlig film, som formats parallellt med membranets yta.It is important that the first film with the higher EW value is in the form of a continuous film formed parallel to the surface of the membrane.
Den totala tjockleken av det sammansatta katjonbytarmembranet har vanligen en undre gräns på IOO um och ingen övre gräns, men tjock- »leken varierar med den typ av jonbytargrupp, som användes, den håll- fasthet, som krävs för sampolymeren såsom jonbytarmembran, typen av elektrolyscell och driftsbetingelserna. Den övre gränsen sättes vanli- gen med hänsyn till ekonomin och andra praktiska faktorer.The total thickness of the composite cation exchange membrane usually has a lower limit of 100 μm and no upper limit, but the thickness varies with the type of ion exchange group used, the strength required for the copolymer as an ion exchange membrane, the type of electrolytic cell. and operating conditions. The upper limit is usually set with regard to the economy and other practical factors.
Det sammansatta membranet kan lamineras med textilmaterial el- ler andra lämpliga förstärkningsmaterial i avsikt att förbättra membra- nets mekaniska hâllfasthet. Förstärkningsmaterialet inbäddas företrä- desvis i den andra filmen. Såsom förstärkníngsmaterial är material av polytetrafluoretenfibrer lämpligast. ^ Vid framställningen av produkterna enligt uppfinningen överfö- res de nedhängande sulfonylgrupperna i den form, som betecknas med formlerna: -ocrzcszsozx ' (A) och/eller -ocF2cF2so¿\\ 0 ~ocF cr so -” 2 2 2 _ vari X betecknar halogen, särskilt fluor eller klor, hydroxyl, alkyl (B) 10 15 20 25' 30 35 Ä0 7907854-1 W med upp till H kolatomer, aryl eller OZ, vari Z betecknar en metall- atom, särskilt en alkalimetallatom, alkyl med upp till U kolatomer eller aryl, till -OCF2COOM genom behandling med ett reduktionsmedel.The composite membrane can be laminated with textile material or other suitable reinforcing materials in order to improve the mechanical strength of the membrane. The reinforcing material is preferably embedded in the second film. As reinforcing materials, polytetrafluoroethylene fiber materials are most suitable. In the preparation of the products according to the invention, the pendant sulfonyl groups are transferred in the form denoted by the formulas: -ocrzcszsozx '(A) and / or -ocF2cF2so¿ \\ 0 ~ ocF cr so -' 2 2 2 _ wherein X represents halogen, in particular fluorine or chlorine, hydroxyl, alkyl (B) W having up to H carbon atoms, aryl or OZ, wherein Z represents a metal atom, in particular an alkali metal atom, alkyl having up to H to U carbon atoms or aryl, to -OCF 2 COOM by treatment with a reducing agent.
Eftersom konversionen till en karboxylsyragrupp sker kemiskt kan den regleras så att man erhåller produkter med praktiskt taget vilken önskad karboxyleringsgrad som helst.Since the conversion to a carboxylic acid group takes place chemically, it can be controlled so as to obtain products with virtually any desired degree of carboxylation.
Utgângspolymererna bildas vanligen utgående från sulfonylfluo- ridsubstituerade föreningar, som förblir intakta under polymerisatio- nen. Sulfiflvlflßurifigrupperna kan behandlas direkt med ett reduktions- medel för överföring till karboxylsyragrupperna. Alternativt kan de först överföras till något av de andra derivat av sulfonsyra som de- finierats i de angivna formlerna (A) och (B) genom kända reaktioner, ooh därefter konverteras till karboxylsyragrupper. Sulfonylkloridgrup- perna föredrages särskilt på grund av deras högre reaktivitet. Det är därför mera önskvärt att överföra sulfonylfluoridgruppen till något annat derivat av sulfonsyra, som definierats ovan i samband med defi- nitionen av X. Sådana reaktioner kan lätt genomföras enligt kända me- toder. W Bildningen av karboxylsyragruppen kan ske enligt någon av många vägar. j 2 I Den kan bildas genom reduktion till en sulfinsyra med ett rela- tivt svagt reduktionsmedel följt av värmebehandling såsom framgår av det följande: I I of X red. _\ -OCF CF _--------<7 _ 0CF2CF2SO2M 2 2502 A r z OCFECOOM. Överföringen till karboxylsyragrupper kan utföras lättare, då M i de angivna fcrmlerna betecknar väte. Alternativt kan behandlingen ske stegvis, varvid en sulfinsyra bildas initialt och denna överföres till en karboxylgrupp med hjälp av ett starkt reduktionsmedel. Detta kan ske på följande sätt: 2 red. ” j W 1-OCF2CF2SO2X -------fa 0CF2CF2SO¿M ; ocrgcoom.The starting polymers are usually formed from sulfonyl fluoride-substituted compounds, which remain intact during the polymerization. The sulvyl uriuri groups can be treated directly with a reducing agent for transfer to the carboxylic acid groups. Alternatively, they may first be converted to any of the other sulfonic acid derivatives defined in the formulas (A) and (B) indicated by known reactions, and then converted to carboxylic acid groups. The sulfonyl chloride groups are particularly preferred because of their higher reactivity. It is therefore more desirable to transfer the sulfonyl fluoride group to another derivative of sulfonic acid, as defined above in connection with the definition of X. Such reactions can be readily carried out according to known methods. W The formation of the carboxylic acid group can take place by any of many routes. It can be formed by reduction to a sulfinic acid with a relatively weak reducing agent followed by heat treatment as shown in the following: I I of X red. _ \ -OCF CF _-------- <7 _ 0CF2CF2SO2M 2 2502 A r z OCFECOOM. The transfer to carboxylic acid groups can be more easily carried out, as M in the indicated formulas represents hydrogen. Alternatively, the treatment can be carried out stepwise, whereby a sulfinic acid is initially formed and this is transferred to a carboxyl group by means of a strong reducing agent. This can be done as follows: 2 eds. ”J W 1-OCF2CF2SO2X ------- fa 0CF2CF2SO¿M; ocrgcoom.
Med några reduktionsmedel kan behandlingen av sulfongruppen direkt ge karboxylgruppen enligt följande _ OCF2CF2SO3M ------5» OCF2COOM _ g Det är lämpligt att koncentrationen sulfinsyragrupper i slut- produkten är relativt låg. Följaktligen kan det vara önskvärt, men ej nödvändigt,'att oxidera sulfinsyragrupperna till sulfonsyragrupper en- 10 20 25 30 55 11 . 7907834-1 ligt följande schema: -ocrzcrgsozm -------,=- ocrzcrzsošra Detta kan ske enligt kända metoder, som utnyttjar vattenhaltiga bland- ningar av natriumhydroxid och hypoklorit.With some reducing agents, the treatment of the sulfonic group can directly give the carboxyl group as follows. It is convenient that the concentration of sulfinic acid groups in the final product is relatively low. Accordingly, it may be desirable, but not necessary, to oxidize the sulfonic acid groups to sulfonic acid groups. 7907834-1 according to the following scheme: -ocrzcrgsozm -------, = - ocrzcrzsošra This can be done according to known methods, which use aqueous mixtures of sodium hydroxide and hypochlorite.
De reduktionsmedel, som kan användas enligt föreliggande upp- finning, exemplifieras nedan. Fackmån inom detta område känner väl till dessa reduktionsmedel och många andra liknande reduktionsmedel liksom förfaranden, vid vilka dessa reduktíonsmedel användes. Några reduktionsmedel, såsom hydrazin med aminogrupper, som kan bilda sul- fonamidgrupper, såsom beskrivas i DT-0S'2 H37 395 är emellertid ej lämpliga att använda enligt föreliggande uppfinning och därför ligger de ej heller inom ramen för föreliggande uppfinning.The reducing agents that can be used in accordance with the present invention are exemplified below. Those skilled in the art are well aware of these reducing agents and many other similar reducing agents as well as methods in which these reducing agents are used. However, some reducing agents, such as hydrazine having amino groups, which may form sulfonamide groups, as described in DT-OSS2 H37 395, are not suitable for use in the present invention and therefore are not within the scope of the present invention either.
Första gruppens reduktionsmedel utgöres av metallhydrider med den allmänna formeln MeLHu, vari Me betecknar en alkalimetallatom och L en aluminium- eller boratom, eller Me'Hx, vari Me' betecknar en al- kalimetallatom eller en atom av en alkalisk jordartsmetall och x be- tecknar ett helt tal med värdet l till 2. Exempel på reduktionsmedel av detta slag är litiumaluminiumhydrid, litiumborhydrid, kaliumbor- hydrid, natriumborhydrid, natriumhydrid och kalciumhydrid.The first group reducing agent consists of metal hydrides of the general formula MeLHu, wherein Me represents an alkali metal atom and L an aluminum or boron atom, or Me'Hx, wherein Me 'represents an alkali metal atom or an atom of an alkaline earth metal and x represents an integer having a value of 1 to 2. Examples of reducing agents of this kind are lithium aluminum hydride, lithium borohydride, potassium borohydride, sodium borohydride, sodium hydride and calcium hydride.
Andra gruppens reduktionsmedel utgöres av oorganiska syror som har reducerande verkan, såsom vätejodid, vätebromid, fosforsyrlighet, vätesulfid och arseniksyrlighet.The reducing group of the second group consists of inorganic acids which have reducing effects, such as hydrogen iodide, hydrogen bromide, phosphoric acid, hydrogen sulphide and arsenic acid.
Den tredje gruppens reduktionsmedel utgöres av blandningar av. metaller och syror, Exempel på dessa blandningar är tenn, järn, zink och zinkamalgam och syrorna kan utgöras av väteklorid, svavelsyra och ättiksyra. ' Fjärde gruppens reduktionsmedel utgöres av föreningar av metal- ler med låga valenstal. Exempel på dessa föreningar är tenn(II)klorid, järn(II)sulfat och titan(III)triklorid. De kan användas tillsammans med sådana syror som väteklorid och svavelsyra.The reducing agent of the third group consists of mixtures of. metals and acids. Examples of these mixtures are tin, iron, zinc and zinc amalgam and the acids may be hydrochloric acid, sulfuric acid and acetic acid. The fourth group's reducing agent consists of compounds of metals with low valence rates. Examples of these compounds are stannous chloride, ferrous sulphate and titanium (III) trichloride. They can be used together with such acids as hydrogen chloride and sulfuric acid.
Femte gruppens reduktionsmedel utgöres av organiska metallfö- reningar. Exempel på sådana reduktionsmedel är butyllitium, Grignard- -reagens, trietylaluminium och triisobutylaluminium.The reducing agent of the fifth group consists of organic metal compounds. Examples of such reducing agents are butyllithium, Grignard reagent, triethylaluminum and triisobutylaluminum.
Den sjätte gruppens reduktionsmedel utgöres av oorganiska syra~ salter, som har reducerande verkan och liknande föreningar. Exempel på sådana reduktionsmedel är kaliumjodid, natriumjodid, kaliumsulfat, natriumsulfit, ammoniumsulfit, natriumsulfit, natriumditionit, natrium- fosfít, natriumarsenik, natriumpolysulfid och fosfortrisulfid. 10 20 25 30 HO 7907834-1 Den sjunde gruppens reduktionsmedel utgöres av blandningar av metaller och vatten, ånga, alkoholer eller alkalier. Exempel på metal- ler, som kan användas i blandningarna är natrium, litium, aluminium, magnesium, zink, järn och amalgamer därav. Exempel på alkalier är al- kalihydrokider och alkoholiska alkalier. I üen åttonde gruppens reduktionsmedel utgöres av organiska före- ningar med reducerande verkan, såsom trietanolamín och acetaldehyd.The reducing agent of the sixth group consists of inorganic acid salts which have a reducing effect and similar compounds. Examples of such reducing agents are potassium iodide, sodium iodide, potassium sulfate, sodium sulfite, ammonium sulfite, sodium sulfite, sodium dithionite, sodium phosphite, sodium arsenic, sodium polysulfide and phosphorus trisulfide. HO 7907834-1 The reducing agent of the seventh group consists of mixtures of metals and water, steam, alcohols or alkalis. Examples of metals that can be used in the mixtures are sodium, lithium, aluminum, magnesium, zinc, iron and amalgams thereof. Examples of alkalis are alkali hydroxides and alcoholic alkalis. One of the reducing agents in the eighth group consists of organic compounds with reducing effects, such as triethanolamine and acetaldehyde.
Av de ovan uppräknade finenrparmahar det visat sig att de som tillhör den andra, tredje, fjärde och sjätte gruppen är att föredraga.From the par nenrparma listed above, it has been shown that those belonging to the second, third, fourth and sixth groups are preferable.
De optimala betingelserna för behandling med ett reduktionsme- del väljas beroende på det valda reduktionsmedlet och på typen av substítuenten X i SOZX-gruppen. Vanligen varierar reaktionstemperatu- ren mellan -50°C och 250°C, företrädesvis mellan 0°C och l50°C, och reduktionsmedlet användes i form av en gas, vätska eller lösning. Så- som lösningsmedel för reaktionen kan man använda vatten, polära orga- niska lösningsmedel, såsom metanol, tetrahydrofuran, diglyme, aceto- nitril, propionitril eller bensonitril, eller icke polära organiska lösningsmedel, såsom n-hexan, bensen eller cyklohexan eller blandning- -ar av sådana-lösningsmedel.The optimal conditions for treatment with a reducing agent are selected depending on the selected reducing agent and on the type of the substituent X in the SOZX group. Usually the reaction temperature varies between -50 ° C and 250 ° C, preferably between 0 ° C and 150 ° C, and the reducing agent is used in the form of a gas, liquid or solution. As solvents for the reaction one can use water, polar organic solvents such as methanol, tetrahydrofuran, diglyme, acetonitrile, propionitrile or benzonitrile, or non-polar organic solvents such as n-hexane, benzene or cyclohexane or mixtures. of such solvents.
Mängden reduktionsmedel understiger ej ekvivalentvikten av den sulfonylgrupp, som finns i ytan. Vanligen användes reduktionsmedlet i stort överskott. Reaktionssystemets pH-värde väljas på basis av det speciella reduktionsmedel, som användes.The amount of reducing agent is not less than the equivalent weight of the sulfonyl group present in the surface. Usually the reducing agent was used in large excess. The pH of the reaction system is selected on the basis of the particular reducing agent used.
Reaktionen kan genomföras under förmínskat, normalt eller för- höjt tryck. I reaktioner, där man använder gasformigt reduktionsmedel kan det förhöjda trycket förbättra reaktionshastigheten.The reaction can be carried out under reduced, normal or elevated pressure. In reactions using gaseous reducing agent, the elevated pressure can improve the reaction rate.
Reaktionstiden varierar vanligen mellan en minut och 100 timmar.The reaction time usually varies between one minute and 100 hours.
Då katjonbytarmembranet är förstärkt med ett förstärkningsmate- rial sker behandlingen med reduktionsmedel företrädesvis på den sida, som är motsatt den med förstärkningsmaterial tillsatta sidan.When the cation exchange membrane is reinforced with a reinforcing material, the treatment with reducing agent preferably takes place on the side which is opposite the side added with reinforcing material.
Reaktionsförloppet kan följas genom analys av membranets IR-absorptionsspektrum och detta belyses särskilt i utföringsexemplen.The course of the reaction can be followed by analysis of the IR absorption spectrum of the membrane and this is particularly illustrated in the working examples.
Huvudbanden då man följer reaktionen är följande: saifonyikioria 11:20 cnfl sulfinsyrasalt 940 cm_l sulfinsyrasalt 1010 cm_l karboxylsyra 1780 cm_l karboxylsyra 1690 cm_l _ De specifika funktionella grupperna har visat sig vara enhet- liga ämnen med en neutralisationspunkt vid approximativt pKa=2,5 ut- 10 15 20 25 30 35 uo 13 79o7ss4-1 i gående från mätningar av elektrisk resistans och IR-spektrum vid va- rierande pH. Dessa funktionella grupper visar karaktäristisk absorp- tion vid 1780 emil (H-form) och vid 1690 cmnl (Na-form). Då de över-D föres till klorider'genom behandling med PCI5/POCl3, har de vidare visat sig ha karaktäristisk absorption vid l8l0 cm"l. Genom dessa mätningar identifieras de som karboxylsyragrupper. Vid elementarana- lys genom förbränningsmetoden har det visat sig att svavelatomerna minskas med en atom per utbytesgrupp. Fluoratomen har observerats för- svinna med tvâ atomer per en utbytesgrupp genom alizarin-komplexmeto- den. Med ledning av dessa analysresultat samt av det faktum att kar- boxylsyror bildas vid användning av reduktionsmedel, som ej innehål- ler någon kolatom i en.atmosfär i frånvaro av kolatomer, bekräftas att de angivna funktionella SruPPerna utgöres av--OCF2COOïš Denna 1 produkt, som erhålles vid den reaktion; som motsvarar den angivna struktur styrkes också genom mätning av NMR-spektrum av C den _polymerreaktionen och som utförts med~monomer med den funktionella gruppen -0CF2CF2SO2X.The main bands when following the reaction are as follows: saifonyikioria 11:20 cnfl sulfinic acid salt 940 cm_l sulfinic acid salt 1010 cm_l carboxylic acid 1780 cm_l carboxylic acid 1690 cm_l _ The specific functional groups have been shown to be uniform substances with a neutralization point at approximately 2.5 pKa 10 15 20 25 30 35 uo 13 79o7ss4-1 in going from measurements of electrical resistance and IR spectrum at varying pH. These functional groups show characteristic absorption at 1780 emil (H-form) and at 1690 cmnI (Na-form). Furthermore, when converted to chlorides by treatment with PCI5 / POCl3, they have been found to have characteristic absorption at 180 cm -1. By these measurements they are identified as carboxylic acid groups. In elemental analysis by the combustion method it has been found that the sulfur atoms The fluorine atom has been observed to disappear by two atoms per one exchange group by the alizarin complex method, based on these analytical results and the fact that carboxylic acids are formed when reducing agents do not contain any carbon atom in an atmosphere in the absence of carbon atoms, it is confirmed that the indicated functional SruPPs consist of - OCF2COOïš This product obtained in the reaction corresponding to the indicated structure is also confirmed by measuring NMR spectrum of C the polymer reaction and performed with ~ monomer having the functional group -OCF2CF2SO2X.
De produkter, som erhålles vid behandlingen med reduktionsmed- let kan ha tre typiska former. Dessa former är: 1) Alla de -COOM-grupper, som erfordras, bildas, 2) Icke alla -COOM-grupper,.som erfordras, bildas och -S02M- -grupper kan finnas närvarande, 3) väsentligen alla -SOZM-grupperna är närvarande.The products obtained during the treatment with the reducing agent can have three typical forms. These forms are: 1) All the -COOM groups required are formed, 2) Not all -COOM groups required are formed and -SO 2 M- groups may be present, 3) Substantially all -SOZM groups is present.
I det första fallet erfordras ingen ytterligare behandling.In the first case, no further treatment is required.
I det andra och det tredje fallet finns två alternativ. Ett starkare reduktionsmedel kan användas eller kan -SOZM-grupperna överföras till karboxylsyragruppen genom värmebehandling, vilket är fördelaktigt då M betecknar väte. Uppvärmningen-kan äga rum vid något utvalt praktiskt etryck vid en temperatur mellan 60°C och 400°C under en period av 15 till 120 minuter. Föredragna betingelser med avseende på verknings- grad och ekonomi är acmosfärscryck; 1qo°c till 2oo°c och 30 ci11 60 minuter. _ e ~ y Eventuella kvarvarande sulfinsyragrupper kan överföras till sulfonsyragrupper om så önskas. Denna konversion av sulfinsyragruppen till sulfonsyragruppen kan lätt utföras om den förra gruppen under- kastas oxidation i en vattenhaltig lösning innehållande l till l0 1 NaClQ eller i en vattenhaltig lösning med l till 30 % Hè02 vid UOOQ ui11f9o°c i 2 till eo simmar. _ Det reduktionsmedel, som användes vid föreliggande förfarande väljas liksom vid vanliga organiska reaktioner med hänsyn till ett 10 20 25 55 '79o7s34-1 1” 'flertal faktorer, såsom arten av substituenten X i SOEX-gruppen, ar- ten-av reduktionsmedel, arten av det lösningsmedel, som skall använ- das, reaktionstemperaturen, koncentrationen, pH-värdet, reaktionsti- den och reaktionstrycket. _ t De reduktionsmedel, som kan användas enligt föreliggande upp- finning kan i-stort uppdelas med ledning av sina reaktioner på föl- jande sätt. _ Den första gruppens reduktionsmedel kan användas för praktiskt taget alla SOZX-grupper. Tillfälligtvis förlöper reaktionen för långt varvid bildas en produkt, som visar sig vara en alkohol.In the second and third cases, there are two options. A stronger reducing agent can be used or the -SOZM groups can be transferred to the carboxylic acid group by heat treatment, which is advantageous when M represents hydrogen. The heating can take place at a selected practical pressure at a temperature between 60 ° C and 400 ° C for a period of 15 to 120 minutes. Preferred conditions with respect to efficiency and economy are atmospheric pressure; 100 ° C to 200 ° C and 30 ° C for 60 minutes. Any remaining sulfonic acid groups can be converted to sulfonic acid groups if desired. This conversion of the sulfinic acid group to the sulfonic acid group can be easily carried out if the former group is subjected to oxidation in an aqueous solution containing 1 to 10 1 NaCl 2 or in an aqueous solution with 1 to 30% H 2 O 2 at 100 ° C for 2 to 2 hours. The reducing agent used in the present process is selected, as in the case of ordinary organic reactions, taking into account a variety of factors, such as the nature of the substituent X in the SOEX group, the nature of the reducing agent, the nature of the solvent to be used, the reaction temperature, the concentration, the pH, the reaction time and the reaction pressure. The reducing agents which can be used according to the present invention can be broadly divided on the basis of their reactions in the following manner. The first group reducing agent can be used for virtually all SOZX groups. Occasionally the reaction proceeds too far to form a product which turns out to be an alcohol.
Den andra, tredje och fjärde gruppens reduktionsmedel är sär- skilt verksamma, då de användes för sulfonylhalogenidgrupper med rela- tiv: hög reaktivises. . ' Den femte, sjätte, sjunde och åttonde gruppens reduktionsmedel är också verksamma då de användes på sulfonylhalogenidgrupper, men an- vändning av dessa reduktionsmedel ger ofta enbart sulfinsyran. Använd- ning av -SOZF-gruppen kräver särskilt noggrant val av reaktionsbeting- elser, då den eventuellt kan ge hydrolys i närvaro av reduktionsmedel från sjätte, sjunde och åttonde gruppen.The reducing agents of the second, third and fourth groups are particularly effective when used for sulfonyl halide groups with relative: high reactivization. . The reducing agents of the fifth, sixth, seventh and eighth groups are also effective when used on sulfonyl halide groups, but the use of these reducing agents often yields only the sulfinic acid. The use of the -SOZF group requires particularly careful selection of reaction conditions, as it may give hydrolysis in the presence of reducing agents from the sixth, seventh and eighth groups.
Det är möjligt att överföra -50201-gruppen direkt till karboxyl- syragruppen utan att gå via sulfinsyramellanprodukten, Konversionen kan exempelvis genomföras genom att membranet av fluorkolpolymeren, som uppbär -SQ2Cl-gruppen, underkastas förhöjd temperatur och/eller öv- bestrålning och/eller betaandljl-zg med en organisk eller oorganisk peroxid.It is possible to transfer the -50201 group directly to the carboxylic acid group without going through the sulfinic acid intermediate. The conversion can be carried out, for example, by subjecting the membrane of the fluorocarbon polymer, which carries the -SQ2Cl group, to elevated temperature and / or over-irradiation and / or -zg with an organic or inorganic peroxide.
Självfallet kan reaktionen tillämpas på andra monomerer med- liknande sidokedjor. _ Fluorkolmonomererna som har sulfinsyragrupper eller karboxyl- syragrupper kan sålunda lätt syntetiseras genom_den angivna reaktionen.Of course, the reaction can be applied to other monomers with similar side chains. Thus, the fluorocarbon monomers having sulfinic acid groups or carboxylic acid groups can be readily synthesized by the indicated reaction.
Man bör observera att den slutliga effekten av behandlingen med ett reduktionsmedel kan åskådliggöras med följande reaktionsschema: _ .i ____.;_________; OCFZCFZCOBM 7 Membranerna enligt uppfinningen har många fördelar av vilka ~0CF2C00M. .en del redan har nämnts. ' _ Under elektrolysen av den vattenhaltiga lösningen av alkali- metallhalogeniden, är den del av fluorkolpolymeren, som uppbär karboxylsyragrupper i katjonbytarmembranet, företrädesvis vänd mot katolytsidan. Till och med vid elektrolyser för framställning av nat- riumhydroxid i hög koncentration förhindrar därför membranet verksamt återmigrering av hydroxyljoner och möjliggör att elektrolysen kan fortlöpa med hög verkningsgrad med avseende_på strömmen. 10 20 25 30 55 HO 15 7907834-1 Särskilt om man använder ett katjonbytarmembran av tmåskikts- struktur såsom diafragma i elektrolys av en vattenhaltig lösning av natriumklorid kan man uppnå att återmigreringen:av hydroxyljoner verk- samt förhindras och verkningsgraden med avseende på ström kan hållas på en hög nivå genom att man låter skikten med högt EW-värde, som er- hållits vid behandlingen med reduktionsmedlet, vara_vänt mot elektro- lyscellens katodsida. Följaktligen möjliggör detta katjonbytarmembran att energiförbrukningen per enhet kan sänkas och att produktens inköps- pris kan sänkas proportionellt och membranet blir därför synnerligen fördelaktigt ur kommersiell synpunkt.It should be noted that the final effect of the treatment with a reducing agent can be illustrated by the following reaction scheme: _ .i ____.; _________; OCFZCFZCOBM 7 The membranes of the invention have many advantages of which ~ OCF2C00M. .some have already been mentioned. During the electrolysis of the aqueous solution of the alkali metal halide, the part of the fluorocarbon polymer which carries carboxylic acid groups in the cation exchange membrane is preferably facing the catholyte side. Therefore, even in the case of electrolysis for the production of high concentration of sodium hydroxide, the membrane effectively prevents the re-migration of hydroxyl ions and enables the electrolysis to proceed with high efficiency with respect to the current. In particular, if a cation exchange membrane of two-layer structure is used, such as a diaphragm in electrolysis of an aqueous solution of sodium chloride, it can be achieved that the re-migration of hydroxyl ions is effectively prevented and the efficiency with respect to current can be maintained. at a high level by leaving the layers with a high EW value obtained during the treatment with the reducing agent facing the cathode side of the electrolytic cell. Consequently, this cation exchange membrane enables the energy consumption per unit to be reduced and the purchase price of the product to be reduced proportionally and the membrane therefore becomes extremely advantageous from a commercial point of view.
Vanligen är miljön sur i anodrummet vid elektrolys av en vat- tenhaltig lösning av natriumklorid. Mot bakgrund av det faktum, att det skenbara pKa-värdet för karboxylsyran är i storleksordningen 2 till 3, medför närvaron av det tunna skiktet av karboxylsyragrupper i anodrummet en höjning av potentialen och den är därför ofördelaktig. _ Jämfört med konventionella membraner har föreliggande membraner följande fördelar vad beträffar tillverkningsprocessen. Tillverkning av katjonbytarmembraner av fluorkolpolymerer, som är substituerade med karboxylsyragrupper, har hittills visat sig vara extremt svår.The environment is usually acidic in the anode compartment during electrolysis of an aqueous solution of sodium chloride. In view of the fact that the apparent pKa value of the carboxylic acid is in the order of 2 to 3, the presence of the thin layer of carboxylic acid groups in the anode space causes an increase in the potential and is therefore disadvantageous. Compared to conventional membranes, the present membranes have the following advantages in terms of the manufacturing process. The production of cation exchange membranes from fluorocarbon polymers which are substituted with carboxylic acid groups has hitherto proved to be extremely difficult.
Detta beror på att lämpligt_substituerade fluorkolmonomerer är utom- ordentligt svåra att_syntetisera. Därtill är sampolymerer av sådana monomerer med perfluorvinylmonomerer synnerligen känsliga för termisk sönderdelning och de kan ej termiskt formas till en membran genom van- liga strängsprutningstekníker. i Enligt föreliggande uppfinning minskas de angivna svårigheterna genom att fluorkolpolymerens sulfonsyragrupp överföras till en karboxylsyragrupp. i i I g' _ Följande exempel är avsedda att ytterligare belysa uppfinningen.This is because suitably_substituted fluorocarbon monomers are extremely difficult to_synthesize. In addition, copolymers of such monomers with perfluorovinyl monomers are extremely sensitive to thermal decomposition and they can not be thermally formed into a membrane by conventional extrusion techniques. According to the present invention, the stated difficulties are reduced by converting the sulfonic acid group of the fluorocarbon polymer to a carboxylic acid group. The following examples are intended to further illustrate the invention.
Exempel l. Q , ' Tetrafluoreten och perf1uor(3,6-dioxa-U-metyl-7-oktensulfonyl- klorid) sampolymeriserades i l,l,2-triklor-l,2,2-trifluoretan i när- varo av perfluorpropionylperoxid såsom initiator. Polymerisationstem- peraturen hölls vid U5°C och trycket hölls vid 505 kPa under sampoly- merisationen. Den erhållna polymerens utbyteskapacitet, mätt efter förtvålning, uppgick till 0,95 mgekvivalenter/gram torrt harts.Example 1. T . The polymerization temperature was maintained at U5 ° C and the pressure was maintained at 505 kPa during the copolymerization. The yield capacity of the obtained polymer, measured after saponification, was 0.95 mg equivalents / gram of dry resin.
Denna sampolymer formades under uppvärmning till en 0,3 mm tjock film. Denna förtvålades sedan i en blandning av 2,5N natrium- hydroxid/50 procent metanol vid 60°C i 16 timmar, överfördes till H-formen i lN saltsyra och uppvärmdes vid l20°C under återloppskok- ning i 20 timmar i en blandning (lzl) av fosforpentaklorid och fosfor- U*- 10 15 2o“ 25 30 35 H0 7907834-1 10 .oxiklorid för överföring till sulfonylkloridform. Efter avslutad g'reaktion tvättades sampolymermembranet med koltetraklorid, varefter man upptog ett A.T.R.-spektrum, som visade ett starkt absorptionsband fvid lfl20gcm'l utmärkande för sulfonylklorid. I en lösning av_kristall- violett fläckades ej membranet. Mellan ramar av akrylharts fastsattes två skikt av detta membran med hjälp-av packningar av polytetrafluor~ eten. Ramarna nedsänktes i en vattenhaltig 57-procentig vätejodidlös- ning så att en yta av varje membran bringades reagera vid 80°C i 2ü timmar. Membranets A.T.R.-spektrum upptogs sedan. I spektrumet hade absorptionsbandet.vid 1420 om- utmärkande för sulfonylklorid försvun- nit och ett absorptionsband vid 1780 cm'l utmärkande för karboxylsyra- gruppen blivit synligt. I'en lösning av kristallviolett fläckades ett skikt av tjockleken 15 um på en yta av membranet. Katjonbytargrupperne på ytan visade sig utgöras av karboxylsyragrupper (100 %) enligt i A.T.B.-spektrum. W ' ' a Vid förtvålning av detta membran i en vattenhaltig lösning av @¿5Ninatriumhydroxid/S0 procent metanol vid 60°C i 16 timmar erhölls ett homogent och starkt katjonbytarmembran. 7-I en vattenhaltig OQIN-natriumhydroxidlösning visade detta membran en specifik konduktivitet av 10,0 x l0'3 mho/cm.This copolymer was formed during heating into a 0.3 mm thick film. This was then saponified in a mixture of 2.5N sodium hydroxide / 50 percent methanol at 60 ° C for 16 hours, transferred to the H-form in 1N hydrochloric acid and heated at 120 ° C under reflux for 20 hours in a mixture ( lzl) of phosphorus pentachloride and phosphorus oxychloride for conversion to sulfonyl chloride form. After completion of the reaction, the copolymer membrane was washed with carbon tetrachloride, after which an A.T.R. spectrum was obtained, which showed a strong absorption band at 1-20 gcm / l characteristic of sulfonyl chloride. In a solution of crystal violet, the membrane was not stained. Between layers of acrylic resin, two layers of this membrane were fixed by means of gaskets of polytetrafluoroethylene. The frames were immersed in an aqueous 57% hydrogen iodide solution so that one surface of each membrane was reacted at 80 ° C for 2 hours. The A.T.R. spectrum of the membrane was then recorded. In the spectrum, the absorption band at 1420 redistributing sulfonyl chloride had disappeared and an absorption band at 1780 cm -1 characterizing the carboxylic acid group had become visible. In a solution of crystal violet, a 15 μm thick layer was stained on a surface of the membrane. The surface cation exchange groups were found to be carboxylic acid groups (100%) according to the A.T.B. spectrum. When saponifying this membrane in an aqueous solution of 5N disodium hydroxide / SO percent methanol at 60 ° C for 16 hours, a homogeneous and strong cation exchange membrane was obtained. 7-In an aqueous OQIN sodium hydroxide solution, this membrane showed a specific conductivity of 10.0 x 10 -3 mho / cm.
Detta membrane specifika konduktivitet bestämdes genom initial- konversion till total Na-form; varvid membranet hölls i ett sig kons- tant förnyande bad av en vattenhaltig O,lN natriumhydroxidlösning vid ca 25°C i 10 timmar varefter membranët.ntsattes för-tusenperiodisk växelström i.en vattenhaltigÄ0,lN natriumhydroxidlösning vid 25°C för mätning av membranets elektriska resistans. 0 0 Den angivna Na-formen av det elektrolytiska diafragmat bringa- des i jämvikt i en vattenhaltig_2,5N natriumhydrokidlösning vid 90°C under 16 timmar varvid det var insatt i en elektrolytisk cell på så- dant sätt att den behandlade ytan var vänd mot katodsidan, Diafragmat användes sedan såsom memhran vid elektrolys av natrinmklorid och dess verkningsgrad med avseende på strömmen uppmättes. Resultatet var 95 procent. V ' in 'u I Den elektrolytiska cellen hade en arbetsyta av 15 omg (5 cm x 3 cm) innefattade ett anodrum och ett katodrum, som var åtskilda genom det katjoniska membranetL En metallisk, dimensionsstabil DSA-anod an- vändes och en järnplatta användes såsom katod. En vattenhaltig 3N nat- riumkloridlösning med pH 3 cirkulerades genom anodrummet och en vatten- haltig 35-procentig natriumhydrokidlösning genom katodrummet vid 90°C.This membrane specific conductivity was determined by initial conversion to total Na form; the membrane was kept in a constantly renewing bath of an aqueous 0.1N sodium hydroxide solution at about 25 ° C for 10 hours, after which the membrane was charged with a thousand-period alternating current in an aqueous 0.1N sodium hydroxide solution at 25 ° C to measure the electrical voltage of the membrane. resistance. The indicated Na form of the electrolytic diaphragm was equilibrated in an aqueous 2.5 N sodium hydroxide solution at 90 ° C for 16 hours, inserting it into an electrolytic cell so that the treated surface faced the cathode side. The diaphragm was then used as a membrane in the electrolysis of sodium chloride and its efficiency with respect to the current was measured. The result was 95 percent. The electrolytic cell had a working surface of 15 rounds (5 cm x 3 cm) comprising an anode compartment and a cathode compartment separated by the cationic membrane. A metallic, dimensionally stable DSA anode was used and an iron plate was used. such as cathode. An aqueous 3N sodium chloride 3 pH solution was circulated through the anode chamber and an aqueous 35% sodium hydroxide solution through the cathode chamber at 90 ° C.
.Under dessa betingelser bringades en elektrisk ström passera mellan 10 15 20 25 _ 30 HO 17 i ' 7907834-1 elektroderna med strömtätheten 50 ampere/dmz. Verkningsgraden beräkna- _des genom att mängden bildad natriumhydroxid i katodrummet per timme dividerades med det teoretiska värdet, som beräknats utgående från den elektricitetsmängd, som bringats passera. Z Jämförelseexempel 1.Under these conditions, an electric current was passed between the electrodes with the current density of 50 amperes / dmz. The efficiency was calculated by dividing the amount of sodium hydroxide formed in the cathode chamber per hour by the theoretical value calculated on the basis of the amount of electricity passed. Z Comparative Example 1.
Sulfonylkloridformen av membranet, som erhållits i exempel l fdrtvålades i en blandning av 2,5N natriumhydroxid/50 procent metanol.The sulfonyl chloride form of the membrane obtained in Example 1 was saponified in a mixture of 2.5N sodium hydroxide / 50 percent methanol.
Den bildade sulfonsyraformen av jonbytarmembranet testades med avseen- de på specifik konduktivitet och verkningsgrad med avseende på ströme men under de betingelser, som använts i exempel l. De funna värdena var l3,0 x 10-3 mho/cm respektive 55 3. 5 ' Exempel 2. . _ ' Polymerisationen enligt exempel l upprepades på samma sätt men trycket hölls vid 606 kPa under polymerisationen. Utbyteskapaciteten för den erhållna polymeren uppgick till Ö,79 milligramekvivalenter/gram torrt hartsl ; 0 ' 5 Sampolymeren formades under uppvärmning till en film med tjock- leken 0,3 mm. Membranet överfördes till sulfonylkloridform under samma betingelser som i exempel 1. En yta av membranet fick reagera med en vattenhaltig 57-procentig vätejodidlösning vid 80°C i 30 timmar.The sulfonic acid form formed of the ion exchange membrane was tested for specific conductivity and efficiency with respect to current but under the conditions used in Example 1. The values found were 1.3.0 x 10 -3 mho / cm and 55 3. 5 ', respectively. Example 2.. The polymerization of Example 1 was repeated in the same manner but the pressure was maintained at 606 kPa during the polymerization. The yield capacity of the obtained polymer was Ö, 79 milligram equivalents / gram dry resin; The copolymer was formed under heating into a 0.3 mm thick film. The membrane was transferred to sulfonyl chloride form under the same conditions as in Example 1. A surface of the membrane was reacted with an aqueous 57% hydrogen iodide solution at 80 ° C for 30 hours.
Därefter togs A.T.R.-spektrum för membranets behandlade yta.Then, the A.T.R. spectrum of the treated surface of the membrane was taken.
I spektrumet hade absorptionsbandet vid 1U20 cm_l utmärkande för sul- fonylgruppen försvunnit och ett absorptionsband vid 1780 cm"l utmärkan- de för karboxylsyragruppen hade blivit synligt. l en lösning av kris; tallviolett fläckades ett skikt med tjockleken ca-15 pm på en yta av membranet. Katjonbytargrupperna på ytan visade sig utgöras av karboxyl- syragrupper (100 1) enligt A.T.R.-spektrum. _ ' Detta membran förtvålades i en lösning av 2,0N natriumhydroxid/- 50 procent metanol vid 60°C iuH0 timmar och behandlades sedan i en vattenhaltig 2,5-procentig natriumhypokloritlösning vid 90°C i 16 tim- mar. Det erhållna membranet behandlades i en lösning innehållande 2,0N natriumhydroxid och 50 procent metanol vid 90°C i 16 timmar.In the spectrum, the absorption band at 1U20 cm -1 characteristic of the sulfonyl group had disappeared and an absorption band at 1780 cm -1 characteristic of the carboxylic acid group had become visible. In a solution of crisis; The cation exchange groups on the surface were found to consist of carboxylic acid groups (100 L) according to the ATR spectrum. This membrane was saponified in a solution of 2.0N sodium hydroxide / 50% methanol at 60 ° C for 10 hours and then treated in a aqueous 2.5% sodium hypochlorite solution at 90 ° C for 16 hours The resulting membrane was treated in a solution containing 2.0N sodium hydroxide and 50% methanol at 90 ° C for 16 hours.
Detta membrane A.T.R.-spektrum visade den karaktäristiska ab-' sorptionen för ett salt av en karboxylsyragrupp vid 1690 cm_l på den yta, som fått reagera med vätejodiden, och en absorption, som är ut- märkande för ett salt av sulfonsyra, observerades vid 1055 cmnl på den motsatta ytan, ' Membranets specifika konduktivitet uppgick till 6,5 x 10-3 mho/cm. Verkningsgraden med avseende på strömmen mättes under samma betingelser som i exempel 1 med den yta, som var behandlad med väte- kíï 10 15 20 25 35 n: _rumet hade absorptionsbandet vid lM?0 cm' 7907834-1 ' 18 jodiden vänd mot katodrummet och verkningsgraden Víäïß sig uppgå till - 9ü'%. Alkalikoncentrationen i katodrummet hölls vid.3O % och efter en kontinuerlig strömgenomgång under 1500 timmar visade sig verknings~ d graden med avseende på strömmen vara så hög som 93,2 2.This membrane ATR spectrum showed the characteristic absorption of a salt of a carboxylic acid group at 1690 cm -1 on the surface reacted with the hydrogen iodide, and an absorption characteristic of a salt of sulfonic acid was observed at 1055 cm on the opposite surface, 'The specific conductivity of the membrane was 6.5 x 10-3 mho / cm. The efficiency with respect to the current was measured under the same conditions as in Example 1 with the surface treated with the hydrogen iodide having the absorption band at 1M? 0 cm -1 7907834-1 '18 iodide facing the cathode chamber and the efficiency Víäïß itself amounts to - 9ü '%. The alkali concentration in the cathode chamber was maintained at 30% and after a continuous current flow for 1500 hours, the efficiency with respect to the current was found to be as high as 93.2 2.
Jämförelseexempel_2. i _ _ f Sulfonylkloridformen av membranet, som erhållits i exempel 2, förtvålades i en lösning av 2,5N natriumhydroxid/50 procent metanol.Comparative Example_2. The sulfonyl chloride form of the membrane obtained in Example 2 was saponified in a solution of 2.5N sodium hydroxide / 50 percent methanol.
Det erhållna jonbytarmembranet av sulfonsyratyp testades med avseende på specifik konduktivitet och verkningsgrad under samma betingelser som i exempel 1. De.erhållna värdena uppgick till 7,0 x l0'37mho/cm respektive 65 %. l 1 _ Exempel 3; I _ _ En terpolymerisation genomfördes med monomererna enligt exem- pel l plus perfluorpropylvinyleter enligt det i exempel 1 beskrivna förfarandet. Då det erhållna membranet_underkastades samma förfarande f som i exempel 1 visade det sig att verkningsgraden var lika hög som för membranet enligt exempel l.The resulting sulfonic acid type ion exchange membrane was tested for specific conductivity and efficiency under the same conditions as in Example 1. The values obtained were 7.0 x 10 .37 mho / cm and 65%, respectively. Example 3; A terpolymerization was carried out with the monomers of Example 1 plus perfluoropropyl vinyl ether according to the procedure described in Example 1. When the obtained membrane was subjected to the same procedure f as in Example 1, it was found that the efficiency was as high as for the membrane according to Example 1.
Exempel Å, Terpolymerisationen genomfördes med monomererna enligt exem- pel l plus'perfluor-3,6-dioxa¥5*metylnonen-1, CF3CF2CF20CF(CF3)CF2- ~OCF=CF2. Då det erhållna membranet underkastades samma försök som i exempel l erhölls liknande resultat.Example Å The terpolymerization was carried out with the monomers of Example 1 plus perfluoro-3,6-dioxa ¥ 5 * methylnone-1, CF3CF2CF20CF (CF3) CF2- ~ OCF = CF2. When the obtained membrane was subjected to the same experiment as in Example 1, similar results were obtained.
Exempel 5.Example 5.
Ett.membran av sulfonylfluoridtyp med en utbyteskapacitet av 0565 milligramekvivalenter/gram torrt harts erhölls på liknande sätt som i exempel l. Membranet plaoerades 1 en flaska och tetrahydrofuran tillsattes. Litiumborhydrid tillsattes i stort överskott och det ere hållna reaktionssystemet uppvärmdes under återloppskokning i 50 timmar.A sulfonyl fluoride type membrane having a yield capacity of 0565 milligram equivalents / gram dry resin was obtained in a similar manner to Example 1. The membrane was plated in a flask and tetrahydrofuran was added. Lithium borohydride was added in large excess and the resulting reaction system was heated under reflux for 50 hours.
Efter avslutad reaktion uppmättes membranets A.T.R.-spektrum. I spekts 1 utmärkande för sulfonyl- fluoriden praktiskt taget försvunnit och ett större absorptionsband vid 1690 cm'l utmärkande för -CO0Li samt'små ahsorptionsband vid 9ü0 cm_l och l0l0.cmfl utmärkande för sulfinsyrasalter blivit synliga i stället. Detta membran rick stå i en vatcennaltigi on-procentig les» ning av kristallviolett (innehållande 10 procent etanol) i tre minu- iter och därefter undersöktes ett tvärsnitt av membranet i mikroskop.After completion of the reaction, the A.T.R. spectrum of the membrane was measured. In spectrum 1 characteristic of the sulfonyl fluoride practically disappeared and a larger absorption band at 1690 cm -1 characteristic of -CO0Li as well as small absorption bands at 9ü0 cm -1 and 1010 cm -1 characteristic of sulfinic acid salts became visible instead. This membrane was allowed to stand in a watery, ten percent percent reading of crystal violet (containing 10 percent ethanol) for three minutes and then a cross section of the membrane was examined under a microscope.
Den mikroskopiska observationen avslöjade ett starkt fläckat skikt med tjockleken ca 10 um på vardera ytan av membranet.The microscopic observation revealed a strongly stained layer with a thickness of about 10 μm on each surface of the membrane.
Halten karboxylsyragrupper i ytskikten uppgick vid bestämning .med A.T.Ru-spektrum till_ca 60 procent. " io 15 20 25 BO 35 H0- Üvid 1420 cm'1 19 1901834-1 Exempel 6. lerpolymerisation utfördes med monomererna enligt exempel l plus hexafluorpropen enligt det i exempel 1 beskrivna förfarandet.The content of carboxylic acid groups in the surface layers when determined by the A.T. Ru spectrum was about 60 percent. Example 6 clay polymerization was carried out with the monomers of Example 1 plus hexafluoropropylene according to the procedure described in Example 1.
Då det erhållna membranet undersöktes på liknande sätt som i exem- pel l erhölls liknande resultat. . ÉšeE22è_l- ' . ' ' ' Sulfonylkloridformen av membranet enligt exempel l reducera- des iuen vattenhaltig 35-procentig fosforsyrlighetslösning vid 80°C under 10 timmar. Enligt A.T.R.-spektrum hade absorptionsbandet vid lH20 cm-1 utmärkande sulfonylkloridgruppen försvunnit, men absorp- tionsbandet vid 1780 om-1 utmärkande för karboxylsyragruppen var ej särskilt starkt. Då membranet tvättades med vatten och behandlades i en H7-procentig vätebromidlösning vid 8000 i 20 timmar ökade intensi- teten av absorptionsbandet vid 1780 cm'l, vilket band är utmärkande för karboxylsyragruppen. Enligt A.T.R.-spektrum uppgick katjonbytar- grupperna på ytan till 90 1. t p ' Då memhranet förtvålades isen vattenhaltig lösning av 2,5N natriumhydroxid/50 procent metanol och då därefter A.T.R.-spektrum för membranet upptogs hade absorptionen orsakad av karboxylsyragrup- I pen vid 1780 cm'l förskjutits mot en absorption vid l690 cm-1 utmär- kande för karbokylsyrasaltet. Absorption av låg intensitet framkallad' av sulfinsyrasaltgruppen var synlig vid 9H0 och 1010 cm'l. Membranets specifika konduktivitet och verkningsgrad med avseende på strömmen visade sig.uppgå till 9,5-x l0'3 mho/cm_respektive 92 procent vid mätning under de betingelser, som beskrivits i exempel 1.When the obtained membrane was examined in a similar manner as in Example 1, similar results were obtained. . ÉšeE22è_l- '. The sulfonyl chloride form of the membrane of Example 1 was reduced in aqueous 35% phosphoric acid solution at 80 ° C for 10 hours. According to the A.T.R. spectrum, the absorption band at the 1H 2 O cm-1 characteristic sulfonyl chloride group had disappeared, but the absorption band at 1780 om-1 characteristic of the carboxylic acid group was not very strong. When the membrane was washed with water and treated in an H7% hydrogen bromide solution at 8000 for 20 hours, the intensity of the absorption band increased at 1780 cm -1, which band is characteristic of the carboxylic acid group. According to the ATR spectrum, the cation exchange groups on the surface amounted to 90 1. tp 'When the membrane saponified with ice aqueous solution of 2.5N sodium hydroxide / 50 percent methanol and then the ATR spectrum of the membrane was taken up, the absorption caused by the carboxylic acid group I by 1780 cm'l shifted towards an absorption at l690 cm-1 characteristic of the carboxylic acid salt. Absorption of low intensity induced by the sulfinic acid salt group was visible at 9H0 and 1010 cm -1. The specific conductivity and efficiency of the membrane with respect to the current were found to be 9.5-x 10 -3 mho / cm 2 and 92 percent, respectively, when measured under the conditions described in Example 1.
Exempel 8. 0 _ I I Sulronylkloridformen av membranet (0,65 mekv/g), som erhållits På ett sätt liknandet dêt i exempel 1 återloppskokades i en vatten- haltig lösning av tenn och saltsyra i 50 timmar varefter man upptog A.T.R.-spektrum för membranet. I spektrumet hade absorptionsbandet utmärkande för sulfonylkloridgruppen försvunnit och ett skarpt absorptionsband vid 1780 cm'1 utmärkande för karboxylsyragrup- pen hade blivit synligt. Karbosylsyragrupperna fanns närvarande på ytan (100 %) enligt A.T.R.-spektrum; Detta membran förtvålades i en vattenhaltig lösning av 2,5N natriumhydroxid/50 procent metanol. Det förtvalade membranets specifika konduktivitet och verkningsgrad visa- de sig uppgå till 2,0 x 10_3 mho/cm respektive 96 procent vid mätning under samma betingelser som i exempel 1 och en alkalikoncentration i katodrummet av 20 %.Example 8. The sulronyl chloride form of the membrane (0.65 meq / g) obtained in a manner similar to that of Example 1 was refluxed in an aqueous solution of tin and hydrochloric acid for 50 hours after which time the ATR spectrum of the membrane was taken up. . In the spectrum, the absorption band characteristic of the sulfonyl chloride group had disappeared and a sharp absorption band at 1780 cm -1 characteristic of the carboxylic acid group had become visible. The carbosylic acid groups were present on the surface (100%) according to the A.T.R. spectrum; This membrane was saponified in an aqueous solution of 2.5N sodium hydroxide / 50 percent methanol. The specific conductivity and efficiency of the preselected membrane were found to amount to 2.0 x 10 -3 mho / cm and 96 percent, respectively, when measured under the same conditions as in Example 1 and an alkali concentration in the cathode chamber of 20%.
Exempel 9. _ hxempel 8 upprepades men en vattenhaltig lösning av tenn(II)klo- LW 10 15 20 25 30 ni 790785414 ' 20 rid och saltsyra användes i stället för den vattennaltiga lösningen av tenn och saltsyra och man erhöll liknande resultat.Example 9. Example 8 was repeated but an aqueous solution of stannous chloride and hydrochloric acid was used in place of the aqueous solution of tin and hydrochloric acid and similar results were obtained.
Exempel 10. ' j ' ' Sulfonylkloridformen av det membran, som erhållits i exempel l, nedsänktes i en vattenhaltig 15-procent natriumsulfidlösning under en kontinuerlig kvävgasström vid 60°C i en timme. Efter avslutad reak- tion uppmättes A.T.R.-spektrum.för membranet. I spektrumet hade absorp~ tionsbandet vid lü2O cm'l utmärkande för sulfonylkloridgruppen försvun» nit fullständigt och skarpa absorptionsband vid Qä0pcm'l och 1010 cm_l utmärkande för sulfinsyrasalter blivit synliga. Membranet överfördes till H-form genom att man nedsänkte det i en lN saltsyralösning vid 60°C i 10 timmar samt uppvärmda det i kvävgasatmosfär'vid l50°C i 120 minuter. Det överfördes sedan till Na-formen genom att man ned- sänkte.det i en 2,5N natriumhydroxidlösning och mätte A.T.R.-spektrum.Example 10. The sulfonyl chloride form of the membrane obtained in Example 1 was immersed in an aqueous 15% sodium sulfide solution under a continuous stream of nitrogen at 60 ° C for one hour. After completion of the reaction, the A.T.R. spectrum of the membrane was measured. In the spectrum, the absorption band at 120 DEG C., characteristic of the sulfonyl chloride group, had completely disappeared, and sharp absorption bands at C10 cm @ 3 and 1010 cm @ -1, characteristic of sulfonic acid salts, had become visible. The membrane was converted to H-form by immersing it in a 1N hydrochloric acid solution at 60 ° C for 10 hours and heating it in a nitrogen atmosphere at 150 ° C for 120 minutes. It was then converted to the Na form by immersing it in a 2.5N sodium hydroxide solution and measuring the A.T.R. spectrum.
I spektrumet hade absorptionsbanden vid 9HO~cm_l och 1010 cm_l utmär- kande för sulfinsyrasalterna försvunnit fullständigt och ett starkt absorptionsband vid 1690 cm'l utmärkande för karboxylsyrasaltet blivit synligt. Enligt A.T.R.-spektrum utgjordes katjonbytargrupperna på ytan av karboxylsyragrupper_(l00 %). Membranet nedsänktes i en vattenhaltig lösning av 2,ÉN natriumhydroxid/50-procent metanol för förtvålning av de sulfonylkloridgrupper som alltjämt fanns kvar i membranets inre. vDet förtvålade membranets specifika konduktivitet och verkningsgrad visade sig vid mätning under samma betingelser som i exempel l uppgå till 9,2 x l0'3_mho/cm respektive 95 procent. Då verkningsgraden med avseende på strömmen uppmättes under samma betingelser som i exempel 1, men alkalikoncentrationen i katbdrummet fixerades vid H0 procent fick man värdet 95 Procent.In the spectrum, the absorption bands at 9H0 ~ cm_l and 1010 cm_l characteristic of the sulfinic acid salts had completely disappeared and a strong absorption band at 1690 cm -1 characteristic of the carboxylic acid salt had become visible. According to the A.T.R. spectrum, the cation exchange groups on the surface were carboxylic acid groups (100%). The membrane was immersed in an aqueous solution of 2.1 ONE sodium hydroxide / 50% methanol to saponify the sulfonyl chloride groups still remaining inside the membrane. The specific conductivity and efficiency of the saponified membrane were found when measured under the same conditions as in Example 1 to be 9.2 x 10 -3 mm / cm and 95 percent, respectively. When the efficiency with respect to the current was measured under the same conditions as in Example 1, but the alkali concentration in the cat room was fixed at H0 percent, the value was obtained 95 Percent.
Jämförelseexempel 3. _ i Sulfonylkloridformen av det membran, som erhållits i exempel 1, förtvâlades i en vattenhaltig lösning av 2,5N natriumhydroxid/50 pro- cent metanol. Verkningsgraden med avseende på strömmen för det förtvå- lade membranet uppgick till 52 procent vid mätning under_samma beting- elser som i exempel l, varvid emellertid alkalikoncentrationen i kated- rummet fixerats vid 40 procent.Comparative Example 3. In the sulfonyl chloride form of the membrane obtained in Example 1, it was saponified in an aqueous solution of 2.5N sodium hydroxide / 50% methanol. The efficiency with respect to the current for the saponified membrane amounted to 52 per cent when measured under the same conditions as in Example 1, however, the alkali concentration in the catheter was fixed at 40 per cent.
Exempel ll. _ Förfarandet enligt exempe1.l0 upprepades men 5 procent kalium- jodidlösning användes i stället för den vattenhaltiga 15-procentiga natriumsulfidlösningen. Resultaten liknade de resultat, som erhölls i exempel 10. ' I ' 10 15 20 25 30 35 NO 21 7907834-1 Exempel 12. _ Två ark av sulfonylkloridformen av membranet, som erhållits en- ligt exempel 1, fastsattes i ramar, som liknade de som användes i exeme pel 1. Ramarna nedsänktes i trietanolamin, så att en yta av varje membran bringades reagera vid 80°C under 20 timmar. A.T.R.-spektra för de behandlade ytorna av varje membran upptogs. I spektrumet hade l utmärkande för sulfonylkloridgruppen l absorptionsbandet vid 1U20 cm' försvunnit och starka absorptionsband vid 9H0 cm"l och 1010 cm' märkande för sulfinsyrasalterna, blivit synliga. Membranet förtvâla- des i en vattenhaltíg lösning av 2,5N natriumhydroxid/50 procent metan- ol, uppvärmdes sedan i l2N saltsyra vid 90°C i 30 timmar, överfördes åter till Na-formen med hjälp av 2,5N natriumhydroxid varefter A.T.R.- -spektrum uppmättes. Ett skarpt absorptionsband, utmärkande för ett karboxylsyrasalt, blev synligt vid 1690 cm-1. Absorptionsbanden vid 9üO cm-1 och 1010 cmnl hade praktiskt taget försvunnit. Andelen karb- , ut- oxylsyragrupper i form av katjonbytargrupper på ytan var enligt mät- ning av A.T.R.-spektrum 85 %. 0 Detta membrans specifika konduktivitet visade sig uppgå till 11,0 x 10-3 mho/cm vid mätning under samma betingelser som i exempel 1.Example ll. The procedure of Example 110 was repeated but 5% potassium iodide solution was used instead of the aqueous 15% sodium sulfide solution. The results were similar to those obtained in Example 10. Example 21 Two sheets of the sulfonyl chloride form of the membrane obtained according to Example 1 were fixed in frames similar to those used in Example 1. The frames were immersed in triethanolamine so that one surface of each membrane was reacted at 80 ° C for 20 hours. A.T.R. spectra for the treated surfaces of each membrane were recorded. In the spectrum, 1 characteristic of the sulfonyl chloride group in the absorption band at 1U20 cm -1 had disappeared and strong absorption bands at 9H0 cm -1 and 1010 cm -1 marking for the sulfinic acid salts had become visible. The membrane was saponified in an aqueous solution of 2.5N sodium hydroxide / 50 percent - ol, then heated in 12N hydrochloric acid at 90 ° C for 30 hours, transferred back to the Na form using 2.5N sodium hydroxide, after which the ATR spectrum was measured A sharp absorption band, characteristic of a carboxylic acid salt, became visible at 1690 cm The absorption bands at 90 ° cm -1 and 1010 cm -1 had practically disappeared.The proportion of carboxylic acid, oxoxy acid groups in the form of cation exchange groups on the surface was 85% according to measurement of ATR spectrum. 0 The specific conductivity of this membrane was found to be to 11.0 x 10-3 mho / cm when measured under the same conditions as in Example 1.
Verkningsgraden med avseende på strömmen för membranet uppgick till 89 proeent då man mätte med den behandlade ytan vänd mot katodrummet.The efficiency with respect to the current for the membrane was 89 per cent when measuring with the treated surface facing the cathode chamber.
Exempel 13- Sulfonylkloridformen av membranet, som erhållits i exempel l, fick reagera i en 5-procentig hexan-tetrahydrofuranlösning av butyl~ litium vid 60°C i 8 timmar, varefter A.T.R.-spektrum togs. I spektru- met reducerades absorptionsbandet för sulfonylkloridgruppen vid inao cm'1 utmärkande för sulfinsyrasaltet framträdde. med ca 60 procent och absorptionsbanden vid 930 och 1010 cm_l Exempel lä.Example 13- The sulfonyl chloride form of the membrane obtained in Example 1 was reacted in a 5% hexane-tetrahydrofuran solution of butyllithium at 60 ° C for 8 hours, after which the A.T.R. spectrum was taken. In the spectrum, the absorption band of the sulfonyl chloride group was reduced at 1 cm -1, characteristic of the sulfinic acid salt appeared. with about 60 percent and the absorption bands at 930 and 1010 cm_l Example lä.
Sulfonylkloridformen av det membran, som erhållits i exempel l, förtvålades, överfördes till H-formen med saltsyra, torkades grundligt och bringades reagera i en tetrahydrofuranlösning av litiumaluminium- hydríd vid UOOC i 20 timmar. I A.T.R.-spektrum var ett absorptionsband vid l780 cm_l utmärkande för karboxylsyragruppen svagt synligt.The sulfonyl chloride form of the membrane obtained in Example 1 was saponified, transferred to the H-form with hydrochloric acid, dried thoroughly and reacted in a tetrahydrofuran solution of lithium aluminum hydride at 0 ° C for 20 hours. In the A.T.R. spectrum, an absorption band at 177 cm -1 characteristic of the carboxylic acid group was faintly visible.
Exempel 15.Example 15.
Sulfonylfluoridformen av ett membran med tjockleken 0,20 mm framställdes enligt ett förfarande, som liknar det förfarande, som beskrivits i exempel 1. En yta av membranet förtvålades med en vatten- haltig lösning av 2¿5N natriumhydroxid/50 procent metanol. Membranet spreds ut med den icke förtvålade ytan nedåt på ett planvävt material 10 20 25 50 än 79Û7834“1 -D m av polytetrafluoreten med tjockleken 0,15 mm med varpgarn och inslags- garn, båda av H00-deniermultifilament, med en rapport av varp och in- slag av 16 garn per cm. Membranet och materialet värmdes till 27000, varvid membranet samtidigt drogs mot materialet med hjälp av vakuum för inbäddning av materialet i membranet såsom förstärkande material.The sulfonyl fluoride form of a 0.20 mm thick membrane was prepared according to a procedure similar to the procedure described in Example 1. A surface of the membrane was saponified with an aqueous solution of 2.5N sodium hydroxide / 50 percent methanol. The membrane was spread with the non-saponified surface downwards on a flat woven material 10 20 25 50 than 79Û7834 “1 -D m of polytetrafluoroethylene with a thickness of 0.15 mm with warp yarns and weft yarns, both of H00 denier multifilament, with a report of warp and weft of 16 yarns per cm. The membrane and the material were heated to 27,000, the membrane being simultaneously drawn against the material by means of a vacuum for embedding the material in the membrane as a reinforcing material.
Detta membran överfördes till sulfonylkloridformen med samma metod som använts i exempel 1. Med ramar av akrvlharts hölls två såda- na membraner fast mot varandra med den materialförstärkta ytan på in- sidan. Ramarna, som innehöll de båda angränsande membranerna nedsänk- tes i en vattenhaltig H7-procentig vätebromidlösning och bringades reagera vid 80°C i 20 timmar. Efter avslutad reaktion avlägsnades membranerna, förtvålades i en vattenhaltig lösning av 2,5N natrium- hydroxid/50 procent metanol och de oxiderades vidare i en lösning av 2,5N natriumhydroxid/2,5 procent natriumhypoklorit vid 90°C i 16 tim- mar. Membranets specifika konduktivitet och veškningsgrad med avseen- procent vid mätning under samma betingelser som i exempel 1 och med de på strömmen visade sig uppgå till 5,0 x 10- mho/cm respektive 95 den behandlade ytan vänd mot katoden.p Jämförelseexempel U. _ Det förstärkta membran, som erhållits i exempel 15, förtvåla- des. Det förtvålade membranets specifika-konduktivitet och verknings- 3 grad uppgick till 6,0 x 10- mho/cm respektive 58 procent vid mätning under samma betingelser som i exempel 1.This membrane was transferred to the sulfonyl chloride form by the same method as used in Example 1. With acrylic resin frames, two such membranes were held together with the material-reinforced surface on the inside. The frames containing the two adjacent membranes were immersed in an aqueous H7% hydrogen bromide solution and reacted at 80 ° C for 20 hours. After completion of the reaction, the membranes were removed, saponified in an aqueous solution of 2.5N sodium hydroxide / 50 percent methanol and further oxidized in a solution of 2.5N sodium hydroxide / 2.5 percent sodium hypochlorite at 90 ° C for 16 hours. The specific conductivity and degree of wettability of the membrane with a considerable percentage when measured under the same conditions as in Example 1 and with those on the current were found to amount to 5.0 x 10 mho / cm and 95 respectively the treated surface facing the cathode.p Comparative Example U. _ The reinforced membrane obtained in Example 15 was saponified. The specific conductivity and efficiency of the saponified membrane amounted to 6.0 x 10 mho / cm and 58 percent, respectively, when measured under the same conditions as in Example 1.
Exempel 16.Example 16.
Det behandlade membran, som erhållits i exempel 1, underkasta- des efter oxidation (med 2,5N NaOH/2,5 %_NaCl0) skilda hâllbarhets- provninear genom att membranet nedsänktes i en M5-procentig natrium- hydroxidlösning eller i en 5-procentig natriumhypokloritlösning vid 9000 i 500 timmar. Därefter upptogs A.T;R.-spektrum för membranets behandlade yta. I spektrumet observerades ett absorptionsband vid 1690 cmnlg vilket band är utmärkande för karboxylsvragruppen. Då membranet överföres till H-formen i 1N saltsyra försköts absorptions- nande: till 1780 cm'1 oförändrat under hållbarhetsprovningen. Membranets specifika konduk- tivitet och verkningsgrad uppgick vid mätning efter hållbarhetsprov- ningen under samma betingelser som i exempel l till_9,9 x 10-5 mho/cm och 9U procent för det prov, som hade utsatts för hållbar- hetsprovningen i den H5-procentiga natriumhydroxiden och till 10,2 x , vilket visar att membranet var praktiskt taget lDf3 mho/cm och 96 procent för det prov, som testats i den 5-procen- tiga natriumhypokloritlösningen. Resultaten visar att membranet var absolut oförändrat under hâllbarhetsprovníngarna. 10 15 20 25 30 35 NO 23 7907834-1 Exempel 17.The treated membrane obtained in Example 1, after oxidation (with 2.5N NaOH / 2.5% NaClO), was subjected to different durability tests by immersing the membrane in an M5% sodium hydroxide solution or in a 5% sodium hypochlorite solution at 9000 for 500 hours. Then, the A.T; R spectrum of the treated surface of the membrane was recorded. In the spectrum, an absorption band was observed at 1690 cm -1, which band is characteristic of the carboxylic acid group. When the membrane is transferred to the H-form in 1N hydrochloric acid, the absorption is shifted: to 1780 cm -1 unchanged during the durability test. The specific conductivity and efficiency of the membrane when measured after the durability test under the same conditions as in Example 1 amounted to -9.9 x 10-5 mho / cm and 9U percent for the sample that had been subjected to the durability test in the H5 percent sodium hydroxide and to 10.2 x, which shows that the membrane was practically ldf3 mho / cm and 96 percent for the sample tested in the 5% sodium hypochlorite solution. The results show that the membrane was absolutely unchanged during the durability tests. 10 17 20 25 30 35 NO 23 7907834-1 Example 17.
Sulfonylkloridformen av det membran, som erhållits i exempel l, förtvålades, överfördes till H-formen med lN saltsyra, torkades grund- ligt och behandlades med fosforpentoxid, som var suspenderad i fosfor- oxiklorid, vid l10°C i 24 timmar. Efter denna behandling uppmättes A.T.R.-spektrum, varvid absorptionsband vid lH6O och lü7O cm_l, ut- märkande för sulfonsyraanhydriden, observerades. Membranet bringades reagera med litíumaluminiumhydrid under samma betingelser som i exem- pel lü, varvid liknande resultat erhölls.- Exempel 18., Förfarandet enligt exempel 2 upprepades men ordníngsföljden för förtvålningen och oxidationen omkastades. Resultaten liknade de resultat, som erhölls i exempel 2.The sulfonyl chloride form of the membrane obtained in Example 1 was saponified, transferred to the H-form with 1N hydrochloric acid, dried thoroughly and treated with phosphorus pentoxide suspended in phosphorus oxychloride at 110 ° C for 24 hours. After this treatment, the A.T.R. spectrum was measured, observing absorption bands at 1H6O and lü7O cm_1, characteristic of the sulfonic anhydride. The membrane was reacted with lithium aluminum hydride under the same conditions as in Example 11, giving similar results. Example 18. The procedure of Example 2 was repeated but the order of saponification and oxidation was reversed. The results were similar to those obtained in Example 2.
Exempel 19. _ Förfarandet enligt exempel l upprepades, men reaktionen i väte- jodidlösningen genomfördes vid H0°C i fyra timmar och efter förtvål- ningen upprepades reaktionen i vätejodidlösningen vid 80°C i 25 timmar.Example 19. The procedure of Example 1 was repeated, but the reaction in the hydrogen iodide solution was carried out at H0 ° C for four hours and after the saponification the reaction in the hydrogen iodide solution was repeated at 80 ° C for 25 hours.
Det erhållna membranet oxiderades i en vattenhaltig lösning av 2,5N natriumhydroxid/2,5 procent natriumhypoklcrit och därefter mättes den_ specifika konduktiviteten och verkningsgraden under samma betingelser som i exempel l. De erhållna värdena var ll,0 x l0'3 mho/cm respektive g9U procent.The resulting membrane was oxidized in an aqueous solution of 2.5N sodium hydroxide / 2.5 percent sodium hypocritite and then the specific conductivity and efficiency were measured under the same conditions as in Example 1. The values obtained were 11.0 x 10 -3 mho / cm 3, respectively. g9U percent.
Exempel 20. tEtt polytetrafluoretenpulver och glasfibrer blandades. Bland- ningen formpressades vid ett tryck av 29 MPa till en polytetrafluor- etenfilm med tjockleken l millimeter. Filmen uppvärmdes i en elektrisk ugn vid 32000 i en timme för smältning av_polytetrafluoretenpulvret, och därefter behandlades smältan med vätefluorid för att lösa glasfa- sen. Man erhöll följaktligen ett neutralt membran med porös struktur.Example 20. A polytetrafluoroethylene powder and glass fibers were mixed. The mixture was compression molded at a pressure of 29 MPa to form a polytetrafluoroethylene film having a thickness of 1 millimeter. The film was heated in an electric furnace at 32,000 for one hour to melt the polytetrafluoroethylene powder, and then the melt was treated with hydrogen fluoride to dissolve the glass phase. Consequently, a neutral membrane with a porous structure was obtained.
Detta neutrala membran täcktes tre gånger med en l,l,2-triklor- -1,2,2-trifluoretanlösning av en sampolymer av tetrafluoreten och per- fluor(3,6-dioxa-U-metyl-7-oktensulfonylfluorid) med en utbyteskapaci- tet av 1,2 milligramekvivalenter/gram torrt harts vilken sampolymer erhållits vid ett polymerisationsförfarande, som liknar det förfaran- de som beskrivits i exempel l._Lösningsmedlet förångades från det täckta membranet. Därefter pressades beläggningen på membranet vid 270°C i 10 minuter för bildning av ett laminat med tjockleken 50 um.This neutral membrane was coated three times with a 1,2,2-trichloro-1,2,2-trifluoroethane solution of a copolymer of tetrafluoroethylene and perfluoro (3,6-dioxa-U-methyl-7-octenesulfonyl fluoride) with a the yield capacity of 1.2 milligram equivalents / gram of dry resin which copolymer was obtained in a polymerization process similar to the procedure described in Example 1. The solvent was evaporated from the covered membrane. Then, the coating was pressed on the membrane at 270 ° C for 10 minutes to form a laminate having a thickness of 50 μm.
Under samma betingelser som i exempel 1 överfördes detta memb- ran till sulfonylklorídformen och bringades reagera med vätcjodidgas vid l00°C i HO timmar¿ A.T...-spektrum visade att absorptionsbandet 10 20 25 30 55 H0 7907834-1 f" vid l42O cm_l, utmärkande för sulfonylkloridgruppen, hade försvunnit fullständigt och att skarpt absorptionsband vid l78Ö cm_l, utmärkande för karboxylsyra¿ hade blivit synligt. D Exempel 21. _ D iTetrafluoreten och perfluor-3,6-dioxa-U-metyl-7-oktensulfonyl- fluorid sampolymeriserades i l,l,2-triklor-1,2,2-trifluoretan i närva- ro av perfluorpropionylperoxid såsom polymerisationsinitiator, varvid polymerisationstemperaturen hölls vid USOC och trycket hölls vid H90 kPa under polymerisationen. Den erhållna polymeren identifieras som polymer l. e Sampolymerisationen upprepades på samma sätt men trycket hölls vid 29H kPa under polymerisationen, och man erhåller polymer 2.Under the same conditions as in Example 1, this membrane was transferred to the sulfonyl chloride form and reacted with hydrogen iodide gas at 100 ° C in the HO hours ATT .. spectrum showed that the absorption band 10 H0 7907834-1 f characteristic of the sulfonyl chloride group, had completely disappeared and that sharp absorption band at 178 DEG C., characteristic of carboxylic acid, had become visible.D Example 21. The tetrafluoroethylene and perfluoro-3,6-dioxa-U-methyl-7-octenesulfonyl fluoride were copolymerized in 1,2-trichloro-1,2,2-trifluoroethane in the presence of perfluoropropionyl peroxide as the polymerization initiator, the polymerization temperature being maintained at USOC and the pressure being maintained at H90 kPa during the polymerization. The resulting polymer is identified as polymer 1. The copolymerization was repeated on the same but the pressure was maintained at 29H kPa during the polymerization, and polymer 2 is obtained.
En del av var och en av dessa polymerer underkastades hydrolys i en blandning av_vattenhaltig SN natriumhydroxidlösning och metanol (volymförhållande 1:1) vid 90°C i 16 timmar för överföring till nat- riumsulfonatformen. Utbyteskapacíteten av natriumsulfonatformen av polymeren visade sig uppgå till 0,7H milliekvivalenter/gram torrt harts för polymer l och Q,9l milliekvivalenter/gram torrt harts för polymer 2. , V ' 7 Polymer 1 och polymer 2 formades i värme till separata membra- ner med tjockleken 51 um och l0l um. De två membranerna lades mot varandra och formades under uppvärmning till sammansatt membran. Det sammansatta membranet behandlades i det angivna hydrolyssystemet för överföring till natriumsulfonatformen av det sammansatta membranet.A portion of each of these polymers was subjected to hydrolysis in a mixture of aqueous SN sodium hydroxide solution and methanol (1: 1 by volume) at 90 ° C for 16 hours for transfer to the sodium sulfonate form. The yield capacity of the sodium sulfonate form of the polymer was found to be 0.7 H milliequivalents / gram dry resin for polymer 1 and Q, 91 milliequivalents / gram dry resin for polymer 2., V '7 Polymer 1 and polymer 2 were formed in heat to separate membranes. with a thickness of 51 μm and l0l μm. The two membranes were laid against each other and formed during heating into a composite membrane. The composite membrane was treated in the indicated hydrolysis system for transfer to the sodium sulfonate form of the composite membrane.
Det sammansatta membranet överfördes till H-form genom behand- ling i en vattenhaltig lN saltsyralösning och_överfördes därefter till sulfonylkloridformen genom reaktion med en blandning av fosforpenta- klorid och fosforoxiklorid (gravimetriskt förhållande 1:1) vid l20°C i 40 timmar. Efter avslutad reaktion tvättades det sammansatta membra- net i fyra timmar under återloppskokning i koltetraklorid och torka- des i vakuum vid ü0°C, A.T.R.-spektrum för det torkade membranet avslöjade att i både membranet av polymer 1 och av polymer 2 fanns absorptionsband orsaka- de av sulfonylkloriden vid lH20 cm_l medan absorptionen på grund av sulfonsyragruppen vid 1060 cm_l hade försvunnit helt.The composite membrane was converted to H-form by treatment in an aqueous 1N hydrochloric acid solution and then transferred to the sulfonyl chloride form by reaction with a mixture of phosphorus pentachloride and phosphorus oxychloride (gravimetric ratio 1: 1) at 120 ° C for 40 hours. After completion of the reaction, the composite membrane was washed for four hours under reflux in carbon tetrachloride and dried in vacuo at 00 ° C, the ATR spectrum of the dried membrane revealed that in both the polymer of polymer 1 and of polymer 2 there were absorption bands those of the sulfonyl chloride at 1H20 cm -1 while the absorption due to the sulfonic acid group at 1060 cm -1 had completely disappeared.
Två filmer av det sammansatta membranet hölls mot varandra med membransidor med polymer.2 vända inåt och i detta läge fastsattes fil- merna i ramar av akrylharts med hjälp av packningar av polytetrafluor- eten. Ramarna nedsänktes i en vattenhaltig 57-procentig vätejodidlös- ning så att endast de fria ytorna (membransidor med polymer l) skulle 10 20 x 30 BO 25 7907834f1 bringas att reagera vid 80°C i 50 timmar. Membranerna tvättades med vatten vid 60°C i 50 minuter. IR-spektrum för varje behandlad yta 1 utmär~ uppmättes. I spektrumet hade absorptionsbandet vid lU20 cm- kande för sulfonylkloriden försvunnit fullständigt och ett absorp- tionsband vid 1780 cm_l utmärkande för karboxylsyragruppen hade fram- trätt. I en lösning av kristallviolett observerades ett fläckat skikt med bredden ca 0,8 um på den sida av membranet som innehöll polymer 1.Two films of the composite membrane were held against each other with membrane sides with polymer.2 facing inwards and in this position the films were fixed in frames of acrylic resin by means of gaskets of polytetrafluoroethylene. The frames were immersed in an aqueous 57% hydrogen iodide solution so that only the free surfaces (membrane sides with polymer 1) would be reacted at 80 ° C for 50 hours. The membranes were washed with water at 60 ° C for 50 minutes. IR spectrum for each treated surface 1 was measured. In the spectrum, the absorption band at IU20 cm-1 for the sulfonyl chloride had completely disappeared and an absorption band at 1780 cm-1 characteristic of the carboxylic acid group had appeared. In a solution of crystal violet, a stained layer about 0.8 μm wide was observed on the side of the membrane containing polymer 1.
Enligt A.T.R.-spektrum visade sig katjonbytargrupperna på ytan utgöras av karboxylsyragrupper (100 %).According to the A.T.R. spectrum, the cation exchange groups on the surface were found to be carboxylic acid groups (100%).
Membranet förtvålades i en vattenhaltig lösning av 2,5N nat- riumhydroxid/50 procent metanol vid 60°C i 16 timmar och därefter togs A.T.R.-spektrum. I spektrumet skiftade absorptionsbandet för karboxylsyragruppen till 1690 om-1 för den sida av membranet, som innehöll polymer 1. På den sida av membranet, som innehöll polymer 2, fanns ett absorptionsband vid 1055 cm~l utmärkande för natriumsulfonat.The membrane was saponified in an aqueous solution of 2.5N sodium hydroxide / 50 percent methanol at 60 ° C for 16 hours and then the A.T.R. spectrum was taken. In the spectrum, the absorption band of the carboxylic acid group shifted to 1690 om-1 for the side of the membrane containing polymer 1. On the side of the membrane containing polymer 2, there was an absorption band at 1055 cm -1 characteristic of sodium sulfonate.
Membranet nedsänktes i en vattenhaltig 2,5-procentig natriumhypoklorit- lösning och oxiderades vid 90°C i 16 timmar.The membrane was immersed in an aqueous 2.5% sodium hypochlorite solution and oxidized at 90 ° C for 16 hours.
Det erhållna membranets specifika konduktivitet uppgick till 5,2 x 10-3 mho/cm vid mätning i en vattenhaltig 0,lN natriumhydroxid-. lösning . 5 ' Membranets specifika konduktivitet bestämdes efter fullständig omvandling till Na-formen, varvid membranet hölls i ett sig konstant förnyande bad av en vattenhaltig O,lN natriumhydroxidlösning vid nor- mal rumstemperatur i 10 timmar tills jämvikt inträtt varefter membra- net utsattes för 1000-periodidfväxelström i en vattenhaltig 0,lN soda- lösning vid 25°C för mätning av membranets elektriska resistans.The specific conductivity of the resulting membrane was 5.2 x 10 -3 mho / cm when measured in an aqueous 0.1N sodium hydroxide. solution. The specific conductivity of the membrane was determined after complete conversion to the Na form, the membrane being kept in a constantly renewing bath of an aqueous 0.1N sodium hydroxide solution at normal room temperature for 10 hours until equilibrium was reached after which the membrane was subjected to 1000-periodide alternating current. in an aqueous 0.1 N soda solution at 25 ° C to measure the electrical resistance of the membrane.
Na~formen av kationbytarmembranet bringades till jämvikt genom att membranet nedsänktes i en vattenhaltig 2N natriumhydroxídlösning vid 90QC i 16 timmar, varefter membranet insattes i en elektrolytisk cell med den reagerade ytan, nämligen sidan med polymer 1, vänd mot katoden. Membranet testades med avseende på verkningsgrad vid elektrolys av natriumklorid. Värdet visade sig uppgå till 9H pro- cent.The Na form of the cation exchange membrane was equilibrated by immersing the membrane in an aqueous 2N sodium hydroxide solution at 90 DEG C. for 16 hours, after which the membrane was inserted into an electrolytic cell with the reacted surface, namely the polymer 1 side facing the cathode. The membrane was tested for efficiency in electrolysis of sodium chloride. The value turned out to be 9H percent.
Elektrolyscellens arbetsyta var 15 cm2 (5 cm X 3 cm). Cellen innefattade ett anodrum och ett katodrum skilda av det elektrolytiska membranet. En metallanod täckt med en ädelmetall användes såsom anod och en järnplatta användes som katod. En vattenhaltig BN natriumklorid- lösning med pH 3 cirkulerades genom anodrummet och en vattenhaltig 30-procentig natriumhydroxidlösning cirkulerades genom katodrummet vid 90°C. Under dessa betingelser bringades en elektrisk ström passera 26 =- 79u7ss4-1 10 20 30 HO -det förtvålade membranet visade sig uppgå till 7,5 x 10- mellan elektroderna med en strömtäthet av 50 ampere/dmg. Verkningsgra- den med avseende på strömmen beräknades genom att man dividerade den mängd natriumhydroxid, som bildats i katodrummet per timme med det teoretiska värdet, som beräknats utgående från mängden passerad elektri- citet.The working surface of the electrolytic cell was 15 cm2 (5 cm X 3 cm). The cell comprised an anode space and a cathode space separated by the electrolytic membrane. A metal anode covered with a precious metal was used as the anode and an iron plate was used as the cathode. An aqueous BN sodium chloride solution of pH 3 was circulated through the anode compartment and an aqueous 30% sodium hydroxide solution was circulated through the cathode compartment at 90 ° C. Under these conditions, an electric current was passed through the saponified membrane was found to amount to 7.5 x 10 -6 between the electrodes with a current density of 50 amperes / dmg. The efficiency with respect to the current was calculated by dividing the amount of sodium hydroxide formed in the cathode chamber per hour by the theoretical value calculated on the basis of the amount of electricity passed.
Den elektriska strömmen bringades passera cellen i 2000 timmar.The electric current was passed through the cell for 2000 hours.
Därefter mättes verkningsgraden med avseende på strömmen och den visa- de sig uppgå till 93,8 procent. I Jämförelseexempel 5.Thereafter, the efficiency was measured with respect to the electricity and it turned out to be 93.8 percent. In Comparative Example 5.
Sulfonylkloridformen_av det sammansatta membran, som erhållits i exempel 21, förtvålades i en lösning av 2,5N natriumhydroxíd/50 pro- cent metanol. Den specifika konduktiviteten och verkningšgraden för 70 procent vid mätning under samma betingelser som i exempel 21.The sulfonyl chloride form of the composite membrane obtained in Example 21 was saponified in a solution of 2.5N sodium hydroxide / 50 percent methanol. The specific conductivity and efficiency of 70 percent when measured under the same conditions as in Example 21.
Exempel 22.Example 22.
Förfarandet enligt exempel 21 upprepades men ordningsföljden mho/cm och för förtvålning och oxidation omkastades. Den specifika konduktivite- ten och verkningsgraden med avseende på strömmen för membranet likna- de de värden, som erhölls i exempel 21.The procedure of Example 21 was repeated but the order mho / cm and for saponification and oxidation was reversed. The specific conductivity and efficiency with respect to the current of the membrane were similar to the values obtained in Example 21.
Exempel 23. _ g Förfarandet enligt exempel 21 upprepades, men membranet bringa- des reagera i en vattenhaltig 20-procentig kaliumjodidlösning vid 60°C i 30 timmar i stället för behandlingen med vätejodid, Efter avslutad reaktion upptogs A.T.R.-spektrum för den behandlade ytan. I spektrumet observerades absorptionsband, som framkallats av kaliumsulfinatet vid 1o1c cm'1 och 940 cm'1 man att ett ytskíkt med tjockleken 5 um var flâckat på den sida, som ..I en lösning av kristallviolett observerade innehöll polymer l.Example 23. The procedure of Example 21 was repeated, but the membrane was reacted in an aqueous 20% potassium iodide solution at 60 ° C for 30 hours instead of the treatment with hydrogen iodide. After completion of the reaction, the A.T.R. spectrum of the treated surface was recorded. In the spectrum, absorption bands induced by the potassium sulfinate at 100 cm -1 and 940 cm -1 were observed that a surface layer having a thickness of 5 μm was stained on the side observed in a solution of crystal violet containing polymer 1.
Membranet förtvålades under samma betingelser som i exempel 21 och fick sedan reagera i en 57-procentig vätejodidlösning vid 80°C i 30 timmar. Efter avslutad reaktion uppmättes A.T.R.-spektrum för den sida av membranet, som innehöll polymer l.aI spektrumet hade absorp- tíonsbandet orsakat av kaliumsulfinatet försvunnit fullständigt och ett absorptionsband framkallat av karboxylsyran framträdde vid 1780 cm-1. Enligt A.T.R.-mätning utgjordes katjonbytargrupperna på' ytan av karboxylsyragrupper (ca 100 %). På den sida av membranet, som innehöll polymer 2, fanns ett absorptionsband framkallat av sulfonsyra vid l060 cm'l. Membranet oxiderades vidare under samma betingelser som i exempel 21. Den specifika konduktiviteten och verkningsgraden 3 med avseende på strömmen för membranet visade sig vara 5,3 x 10- 'Jl l0 15 20' 25 BO 35 ÄO 27 o 7907854-1 mho/cm respektive 94 procent.The membrane was saponified under the same conditions as in Example 21 and then allowed to react in a 57% hydrogen iodide solution at 80 ° C for 30 hours. After completion of the reaction, the A.T.R. spectrum of the side of the membrane containing polymer was measured. In the spectrum, the absorption band caused by the potassium sulfinate had completely disappeared and an absorption band induced by the carboxylic acid appeared at 1780 cm-1. According to A.T.R. measurement, the cation exchange groups on the surface were carboxylic acid groups (about 100%). On the side of the membrane containing polymer 2, there was an absorption band developed from sulfonic acid at 100 cm -1. The membrane was further oxidized under the same conditions as in Example 21. The specific conductivity and efficiency 3 with respect to the current for the membrane was found to be 5.3 x 10 -10 10 15 20 '25 BO 35 ÄO 27 o 7907854-1 mho / cm respectively 94 percent.
Exempel ZN. _ En sampolymer (polymer 3) framställdes genom att förfarandet enligt exempel 21 upprepades, varvid dock trycket hölls vid 686 kPa under polymerisationen.Example ZN. A copolymer (polymer 3) was prepared by repeating the procedure of Example 21, keeping the pressure at 686 kPa during the polymerization.
Utbyteskapaciteten för polymer 5 visade sig vid mätning enligt samma förfarande som_i exempel 21 uppgå till 0,68 milliekvivalen- ter/gram torrt harts. 0 2 Enligt förfarandet i exempel 21 framställdes ett sammansatt membran innehållande membranet med polymer 2, lül pm tjockt, och membranet med polymer 3 med tjockleken 51 um.The yield capacity of polymer 5 was found when measured according to the same procedure as in Example 21 to be 0.68 milliequivalents / gram of dry resin. Following the procedure of Example 21, a composite membrane containing the polymer with polymer 2, μl μm thick, and the membrane with polymer 3 having a thickness of 51 μm was prepared.
Det sammansatta membranet underkastades hydrolys i en blandning av en vattenhaltig SN natriumhydroxidlösning och metanol (volymförhål~ lande l:l) vid 60°C i H0 timmar och därefter överfördes det till H-formen genom behandling i en vattenhaltig lN saltsyralösning varef- ter det åter överfördes till ammoniumsulfonatformen genom behandling i en vattenhaltig lN ammoniaklösning. _ 2 Membranet fick sedan reagera i en blandning av fosforpentaklo- rid och fosforoxiklorid (gravimetrískt förhållande 1:1) vid 12000 i 38 timmar för omvandling till sulfonylkloridformen.The composite membrane was subjected to hydrolysis in a mixture of an aqueous SN sodium hydroxide solution and methanol (1: 1 by volume) at 60 ° C for H0 hours and then transferred to the H-form by treatment in an aqueous 1N hydrochloric acid solution, after which it was again was converted to the ammonium sulfonate form by treatment in an aqueous 1N ammonia solution. The membrane was then reacted in a mixture of phosphorus pentachloride and phosphorus oxychloride (gravimetric ratio 1: 1) at 12,000 for 38 hours to convert to the sulfonyl chloride form.
Det sammansatta membranet infördes i ett reaktionssystem med strömmande gas så att sidan med polymer 3 av det sammansatta membra- net fick genomgå en kontaktreaktion med 20,0-procentig vätejodidgas (med kväve såsom utspädningsgas) vid 10000 i 12 timmar. A.T;R.-spekt- rum för den behandlade ytan av membranet upptogs. I spektrumet fram- trädde ett absorptionsband framkallat av karboxylsyra vid 1780 cm'l och absorptionsbandet framkallat av sulfonylkloriden vid lU20 cm_l hade försvunnit. I en lösning av kristallviolett fläckades ett skikt med tjockleken 10 pm. Enligt A.T.R.-spektrum utgjordes ca 100 % av katjonbytargrupperna av karboxylsyragrupper.The composite membrane was introduced into a flowing gas reaction system so that the polymer 3 side of the composite membrane was subjected to a contact reaction with 20.0% hydrogen iodide gas (with nitrogen as diluent gas) at 10,000 for 12 hours. A.T; R. spectra of the treated surface of the membrane were recorded. In the spectrum, an absorption band induced by carboxylic acid appeared at 1780 cm -1 and the absorption band induced by the sulfonyl chloride at 1120 cm -1 had disappeared. In a solution of crystal violet, a layer with a thickness of 10 μm was stained. According to the A.T.R. spectrum, about 100% of the cation exchange groups were carboxylic acid groups.
Det sammansatta membranet hydrolyserades sedan, oxiderades och infördes i en elektrolyscell med sidan innehållande polymer 3 vänd mot katodrummet. I detta elektrolyssystem genomfördes elektroly- isen av natriumklorid under samma betingelser som i exemepl 21, varvid koncentrationen natriumhydroxid, som cirkulerades i katodrummet hölls vid 20 procent. Verkningsgraden med avseende på strömmen uppgick till 97 procent och den specifika konduktiviteten uppgick till H,3 x 10- mho/cm.The composite membrane was then hydrolyzed, oxidized and introduced into an electrolysis cell with the side containing polymer 3 facing the cathode chamber. In this electrolysis system, the electrolysis of sodium chloride was carried out under the same conditions as in Example 21, keeping the concentration of sodium hydroxide circulating in the cathode chamber at 20 percent. The efficiency with respect to the current amounted to 97 percent and the specific conductivity amounted to H, 3 x 10 mho / cm.
Verkningsgraden med avseende på strömmen var då den mättes ef- ter 1700 timmars kontinuerlig passage av elektrisk ström 97,2 procent.The efficiency with respect to the current was when it was measured after 1700 hours of continuous passage of electric current 97.2 percent.
UI 10 20 30 U0 7907834-1 zß Jämförelseexemoel 6.UI 10 20 30 U0 7907834-1 zß Jämförelseexemoel 6.
Sulfonylkloridformen av det sammansatta membran, som erhållits i exempel 2N, hydrolyserades i en lösning av 2,5N natriumhydroxid/50 procent metanol. Det erhållna membranets specifika konduktivitet upp- gick till 5,2 x 10-3 mho/cm. Membranet underkastades elektrolys under samma betingelser som i exempel 2U varvid sidan med polymer 5 var vänd mot katodrummet. Verkningsgraden uppgick till 80,2 procent.The sulfonyl chloride form of the composite membrane obtained in Example 2N was hydrolyzed in a solution of 2.5N sodium hydroxide / 50 percent methanol. The specific conductivity of the obtained membrane amounted to 5.2 x 10 -3 mho / cm. The membrane was subjected to electrolysis under the same conditions as in Example 2U with the polymer side facing the cathode chamber. The efficiency was 80.2 percent.
Exempel 25.Example 25.
Två filmer av sulfonylkloridformen av membranet, som erhållits i exempel 24, hölls mot varandra med sidorna innehållande polymer 2 vända inåt och i detta läge fastsavtes de i ramar av akrylharts, nei- sänktes i en vattenhaltig 20-procentig natriumsulfidlösning och fick reagera under kontinuerligt strömmande kvävgas vid 70°C i två timmar.Two films of the sulfonyl chloride form of the membrane obtained in Example 24 were held together with the sides containing polymer 2 facing inwards and in this position they were fixed in acrylic resin frames, immersed in an aqueous 20% sodium sulfide solution and allowed to react under continuous flow. nitrogen at 70 ° C for two hours.
Efter avslutad reaktion upptogs ett A.T.R.-spektrum för membranets behandlade yta. I spektrumet hade absorptionsbandet vid 1320 cm_l ut- märkande för sulfonylkloridgruppen försvunnit medan absorptionsband vid 1010 cm'l och 9H0 cm_l utmärkande för sulfinsyrasaltet observera- des.Upon completion of the reaction, an A.T.R. spectrum was recorded for the treated surface of the membrane. In the spectrum, the absorption band at 1320 cm -1, characteristic of the sulfonyl chloride group, had disappeared, while absorption bands at 1010 cm -1 and 9H0 cm -1, characteristic of the sulfonic acid salt, were observed.
Membranet nedsänktes i en vattenhaltig 2,5-procentig natrium- hypokloritlösning vid 70°C i 16 timmar, varefter A.T.R.-spektrum för ~ .L membranet uppmättes. I spektrumet hade absorptionsbanden vid 1010 cm- och 9ü0 cm'l försvunnit och ett absorptíonsband vid 1055 cm'1 utmär- kande för natriumsulfonat framträtt.The membrane was immersed in an aqueous 2.5% sodium hypochlorite solution at 70 ° C for 16 hours, after which the A.T.R. spectrum of the ~ .L membrane was measured. In the spectrum, the absorption bands at 1010 cm -1 and 90 ° cm -1 had disappeared and an absorption band at 1055 cm -1 characteristic of sodium sulfonate appeared.
Två filmer av membranet, vilka behandlats med natriumsulfid såsom beskrivits tidigare, tvättades med vatten och fastsattes åter i ramarna så att sidan med polymer 3 bringades reagera i en lösning av H7-procentig vätebromid vid 80°C i 20 timmar. A.T.R.-spektrum från membranet visade ett skarpt absorptionsband framkallat av karboxylsyra- gruppen vid 1780 cmul.Two films of the membrane, which had been treated with sodium sulfide as previously described, were washed with water and reattached to the frames so that the polymer 3 side was reacted in a solution of H7% hydrogen bromide at 80 ° C for 20 hours. The A.T.R. spectrum from the membrane showed a sharp absorption band induced by the carboxylic acid group at 1780 cm -1.
Membranet förtvålades i en vattenhaltig lösning av 2,5N natrium- hydroxid/50 procent metanol och därefter togs ett nytt A.T.R.-spektrum. l försvunnit och ett I spektrumet hade absorptionsbandet vid 1780 cm- absorptionsband framkallat av natriumkarboxylatet blev synligt vid 1690 cm'1 och mindre absorpuionsbana framkallade av Sulfinsyrasalfier blev synliga vid 9H0 cm'l och 1010 cm'1. Ett A.T.R.-spektrum visade att ca 90 % av katjonbytargrupperna på ytan var karboxylsyragrupper.The membrane was saponified in an aqueous solution of 2.5N sodium hydroxide / 50 percent methanol and then a new A.T.R. spectrum was taken. 1 disappeared and one In the spectrum, the absorption band at 1780 cm -1 absorption band induced by the sodium carboxylate became visible at 1690 cm -1 and smaller absorption pathways induced by sulfinic acid salts became visible at 9H0 cm -1 and 1010 cm -1. An A.T.R. spectrum showed that about 90% of the cation exchange groups on the surface were carboxylic acid groups.
Membranet behandlades sedan i en vattenhaltig 2,5-procentig natriumhypokloritlösning vid 9000 i 16 timmar. Den specifika konduk- tiviteten för det behandlade membranet uppgick_till H,6 x 10-5 mho/cm.The membrane was then treated in an aqueous 2.5% sodium hypochlorite solution at 9000 for 16 hours. The specific conductivity of the treated membrane amounted to H, 6 x 10-5 mho / cm.
Verkningsgraden med avseende på strömmen visade sig vara 92 procent 10 20 25 30 35 _HO Ü 7907834-1 vid mätning under samma elektrolytiska betingelser som i exempel EB.The efficiency with respect to the current was found to be 92 percent when measured under the same electrolytic conditions as in Example EB.
Praktiskt taget samma verkningsgrad upprätthölls efter 1700 timmars kontinuerlig strömpassage.Virtually the same efficiency was maintained after 1700 hours of continuous current passage.
Exempel 26.Example 26.
Det membran, som behandlats med natriumsulfid i exempel 25, förtvålades i en vattenhaltig lösning av 2,5N natriumhydroxid/50 pro- cent metanol vid 6000 i 16 timmar. Membranet behandlades sedan i en vattenhaltig lN saltsyralösning vid 6000 i lo timmar och värmdes där- efter i luften vid 15000 i en timme. A.T.R.-spektrum upptogs för den sida av membranet, som innehöll polymer 3. I spektrumet blev absorp- tionsband framkallade av karboxylsyragruppen synliga vid l780 cm'l.The membrane treated with sodium sulfide in Example 25 was saponified in an aqueous solution of 2.5N sodium hydroxide / 50 percent methanol at 6000 for 16 hours. The membrane was then treated in an aqueous 1N hydrochloric acid solution at 6,000 for 10 hours and then heated in air at 15,000 for one hour. The A.T.R. spectrum was recorded for the side of the membrane containing polymer 3. In the spectrum, absorption bands induced by the carboxylic acid group became visible at 177 cm -1.
Då detta membran överfördes till saltformen framträdde ett absorp- tionsband framkallat av karboxvlatet starkt vid 1690 cm_l och svaga- re absorptionsband framkallade av sulfinsyrasalter blev synliga vid 1010 cm'l och 9uo cm'l ras av karboxylsyragruppen (ca 90 %) i ett A.T.R.-spektrum. Membranet . Katjonbytargrupperna på ytan visade sig utgö- oxiderades i en vattenhaltig 2,5-procentig natriumhypokloritlösning vid 9000 i 16 timmar. Det oxiderade membranets specifika konduktivi- tet uppgick till U,H x 10-5 mho/cm. Verkningsgraden med avseende på strömmen för membranet var 93 procent vid mätning under samma beting- elser som i exempel 24. I Exempel 27. _ Tetrafluoreten och perfluor-3,6-dioxa-H-metyl-7-oktensulfonyl- klorid emulsionspolymeriserades vid 70°C och ett tetrafluoretentryck av O,ü5 MPa, varvid ammoniumpersulfat användes såsom initiator och ammoniumsaltet av perfluoroktansyra såsom emulgermedel.When this membrane was transferred to the salt form, an absorption band induced by the carboxylate appeared strongly at 1690 cm -1 and weaker absorption bands developed by sulfinic acid salts became visible at 1010 cm -1 and 9uo cm spectrum. Membrane. The surface cation exchange groups were found to be oxidized in an aqueous 2.5% sodium hypochlorite solution at 9000 for 16 hours. The specific conductivity of the oxidized membrane amounted to U, H x 10-5 mho / cm. The efficiency of the current for the membrane was 93 percent when measured under the same conditions as in Example 24. In Example 27. Tetrafluoroethylene and perfluoro-3,6-dioxa-H-methyl-7-octenesulfonyl chloride were emulsion polymerized at 70 ° C and a tetrafluoroethylene pressure of 0.5 MPa, using ammonium persulfate as initiator and the ammonium salt of perfluorooctanoic acid as emulsifier.
Den därvid erhållna polymeren tvättades med vatten, hydrolyse- rades och därefter uppmättes utbyteskapaciteten titrimetriskt. Utbytes- kapaciteten visade sig uppgå till 0,80 milligramekvivalenter/gram I torrt harts. Denna polymer identifieras som polymer U.The polymer thus obtained was washed with water, hydrolyzed and then the yield capacity was measured titrimetrically. The yield capacity was found to be 0.80 milligram equivalents / gram in dry resin. This polymer is identified as polymer U.
Vid ett förfarande, som liknar förfarandet enligt exempel 21, förenades polymer 2, som användes i exempel 21 och polymer Ä till ett sammansatt.membran, som innefattade ett (polymer 2)-membran, som hade tjockleken 101 pm ooh ett (polymer H)-membran, som hade tjockleken 76 pm. Detta sammansatta membran spreds ut med (polymer 2)~sidan nedåt på ett vävt material av polytetrafluoreten med tjockleken 0,15 mm vilket material hade inslagsgarn av multifilament med denier- talet H00 och varpgarn av multifilament med deniertalet 200 x 2 rap- . porter av vardera vid 10 garn/cm. Membranet och textilmateríalet värm- des vid 270°C,varvid membranet samtidigt drogs mot textilmaterialet 10 20 25 j0 H0 -7907834-1 3° »med hjälp av vakuum så att textilmaterialet inbäddades i membranet såsom ett förstärkningsmaterial.In a process similar to the procedure of Example 21, polymer 2 used in Example 21 and polymer Ä were combined to form a composite membrane comprising a (polymer 2) membrane having a thickness of 101 μm and one (polymer H) -membrane, which had a thickness of 76 pm. This composite membrane was spread with (polymer 2) ~ side down on a woven material of polytetrafluoroethylene with a thickness of 0.15 mm, which material had multifilament weft yarns with the denier number H00 and warp yarns of multifilaments with the denier number 200 x 2 rap- ports of 10 yarn / cm each. The membrane and the textile material were heated at 270 ° C, the membrane being simultaneously pulled against the textile material 10 by means of a vacuum so that the textile material was embedded in the membrane as a reinforcing material.
Detta membran överfördes till sulfonylkloridformen på samma sätt som beskrivits i exempel 2l. Två filmer av membranet hölls mot varandra med (polymer 2)-sidorna (de sidor, i vilka textilmaterialet var inbäddat) vända inåt med hjälp av ramar av akrylharts. (Polymer Ü)-sidorna av membranet fick reagera med vätesulfidgas, som tillför- des i en kontinuerlig ström vid 12000 i 20 timmar. 7 Membranet avlägsnades; förtvålades i en vattenhaltig lösning av 2,5N natriumhydroxid/50_procent metanol och oxiderades därefter i en lösning av 2,5N natriumhydroxid/2,5-procentig natriumhypoklorit vid 90°C i 16 timmar. Den specifika konduktiviteten uppgick vid mät- ning enligt samma metod som i exempel 21 till 3,2 x l0_3 mho/cm. Verk- ningsgraden med avseende pâ strömmen var 9U procent. Till och med ef- ter l000 timmars kontinuerlig strömpassage var verkningsgraden med avseende på strömmen oförändrad.This membrane was transferred to the sulfonyl chloride form in the same manner as described in Example 21. Two films of the membrane were held together with the (polymer 2) sides (the sides in which the textile material was embedded) facing inwards by means of acrylic resin frames. The (polymer Ü) sides of the membrane were reacted with hydrogen sulfide gas, which was fed in a continuous stream at 12,000 for 20 hours. 7 The membrane was removed; saponified in an aqueous solution of 2.5N sodium hydroxide / 50% methanol and then oxidized in a solution of 2.5N sodium hydroxide / 2.5% sodium hypochlorite at 90 ° C for 16 hours. The specific conductivity when measured according to the same method as in Example 21 was 3.2 x 10_3 mho / cm. The efficiency with respect to electricity was 9U percent. Even after 1,000 hours of continuous current passage, the efficiency with respect to the current was unchanged.
Jämförelseexemoel 7. 0 Det förstärkta sammansatta membranet, som erhållits i exempel 26, förtvålades. Den specifika konduktiviteten och verkningsgraden med avseende på strömmen för det erhållna membrane: var 5,9 x 10-5 'mho/cm respektive 62,1 procent vid mätning under samma betingelser som i exempel 21.Comparative Example 7. The reinforced composite membrane obtained in Example 26 was saponified. The specific conductivity and efficiency with respect to the current of the resulting membrane: were 5.9 x 10-5 'mho / cm and 62.1 percent, respectively, when measured under the same conditions as in Example 21.
Exempel 28.Example 28.
Fluorkolkatjonmembranet, "Nafion nr 315" från E. I. DuPont de Nemours & Company nedsänktes i en vattenhaltig lN saltsyralösning vid '60°C i 16 timmar och överfördes sedan till ammoniumsulfbnatformen-med en lN ammoniakvattenlösning. Membranet torkades i vakuum vid 5000 i 16 timmar och fick sedan reagera i en blandning av fosforpentaklorid och fosforoxiklorid (gravimetriskt förhållande lzl) vid 12000 i 40 timmar. A.T.R.-spektrum för ytorna med ekvivalentvikterna 1500 respek- tive ll00 upptogs. I båda spektrumen hade absorptionsbandet vid 1060 cm_l utmärkande för sulfonsyragruppen försvunnit och ett absorp- tionsband lH2O cm-1 utmärkande för sulfonylkloriden kunde observeras.The fluorocarbon cation membrane, "Nafion No. 315" from E. I. DuPont de Nemours & Company, was immersed in an aqueous 1N hydrochloric acid solution at '60 ° C for 16 hours and then transferred to the ammonium sulfate form with a 1N aqueous ammonia solution. The membrane was dried in vacuo at 5000 for 16 hours and then reacted in a mixture of phosphorus pentachloride and phosphorus oxychloride (gravimetric ratio lzl) at 12000 for 40 hours. The A.T.R. spectrum of the surfaces with the equivalent weights 1500 and 1100, respectively, was recorded. In both spectra, the absorption band at 1060 cm -1 characteristic of the sulfonic acid group had disappeared and an absorption band of 1H 2 O cm -1 characteristic of the sulfonyl chloride could be observed.
Två filmer av membranet hölls mot varandra med de sidor, som hade ekvivalentvikten 1100 vända inåt och filmerna insattes i ramar av akrylharts, nedsänktes i vattenhaltig 57-procentig vätejodidlösning och fick reagera vid 80°C i ZU timmar. Efter avslutad reaktion tvätta- des membranet med vatten och A;T.R.-spektrum för den sida av membra- net, som hade ekvivalentvíkten 1500, upptogs. I spektrumet var ab- sorptionsbandet vid lH20 cm~l utmärkande för sulfonylkloríden, för» \J'| 10 15 20 25 BO UD 31 7907834-1 utmärkande för karboxyl- syragruppen hade blivit synligt. I det A.T.R.-spektrum, som erhållits svunnet och ett absorptionsband vid 1780 cm'l för den sida av membranet, som hade ekvivalentvikten 1100 var absorp- tionen vid lU20 cm_l utmärkande för sulfonylkloriden alltjämt intakt.Two films of the membrane were held together with the sides having the equivalent weight of 1100 facing inwards and the films were placed in acrylic resin frames, immersed in aqueous 57% hydrogen iodide solution and allowed to react at 80 ° C for 2 hours. After completion of the reaction, the membrane was washed with water and the A; T.R. spectrum of the side of the membrane having the equivalent weight of 1500 was taken up. In the spectrum, the absorption band at 1H20 cm-1 was characteristic of the sulfonyl chloride, for »\ J '| 10 15 20 25 BO UD 31 7907834-1 characteristic of the carboxylic acid group had become visible. In the A.T.R. spectrum obtained obtained and an absorption band at 1780 cm -1 for the side of the membrane having the equivalent weight of 1100, the absorption at 1120 cm -1 was characteristic of the sulfonyl chloride still intact.
Detta membran förtvålades i en lösning av 2N natriumhydroxid/50 pro- cent metanol vid 6000 i H0 timmar. Därefter oxiderades membranet i en vattenhaltig 2,5-procentig natriumhypokloritlösning vid 9000 i 16 timmar. Därefter placerades membranet i en elektrolyscell med den sida, som hade ekvivalentvikten 1500, vänd mot katoden och elektroly- sen av natriumkloriden genomfördes under samma betingelser som i exem- pel ZÅ. Verkningsgraden med avseende på strömmen var 96 procent. Den specifika konduktiviteten var 2,0 x 10_3 mho/cm.This membrane was saponified in a solution of 2N sodium hydroxide / 50 percent methanol at 6000 for H0 hours. Thereafter, the membrane was oxidized in an aqueous 2.5% sodium hypochlorite solution at 9000 for 16 hours. Thereafter, the membrane was placed in an electrolytic cell with the side having the equivalent weight of 1500 facing the cathode, and the electrolysis of the sodium chloride was carried out under the same conditions as in Example ZÅ. The efficiency with respect to electricity was 96 percent. The specific conductivity was 2.0 x 10_3 mho / cm.
Membranets verkningsgrad var då den mättes efter 1500 timmars kontinuerlig strömpassage väsentligen oförändrad.The efficiency of the membrane was when it was measured after 1500 hours of continuous current passage substantially unchanged.
Jämförelseexempel 8. 0 Sulfonylfluoridformen av membranet, som framställts i exempel 1, fastsattes i ett läge mellan ramar av akrylharts. Endast den ena ytan fick reagera med en blandning av ammoniakgas och luft (ca en volym- procent) vid rumstemperatur i 15 timmar. Efter avslutad reaktion fläckades ett tvärsnitt av membranet med metylrött, varvid det fläcka- de skiktet som framkallats av sulfonamidgrupper visade sig ha djupet 0,02 mm endast på den reagerade ytan. Detta membran underkastades för- tvålning och bringades till jämvikt under samma betingelser som i exempel 1, varefter man mätte den specifika konduktiviteten och där- vid erhöll resultatet 9,8 x 10-3 mho/cm.Comparative Example 8. The sulfonyl fluoride form of the membrane prepared in Example 1 was fixed in a position between acrylic resin frames. Only one surface was allowed to react with a mixture of ammonia gas and air (about one volume percent) at room temperature for 15 hours. After completion of the reaction, a cross-section of the membrane was stained with methyl red, the stained layer developed by sulfonamide groups being found to have a depth of 0.02 mm only on the reacted surface. This membrane was subjected to saponification and equilibrated under the same conditions as in Example 1, after which the specific conductivity was measured and the result was 9.8 x 10 -3 mho / cm.
Verkningsgraden med avseende på strömmen uppmättes under samma betingelser som i exemepl l med ytan med sulfonamidgrupper vänd mot katodsidan och vid mätningen erhölls värdet 87 % för verkningsgraden.The efficiency with respect to the current was measured under the same conditions as in Example 1 with the surface with sulfonamide groups facing the cathode side, and in the measurement the value was obtained 87% for the efficiency.
Efter en kontinuerlig strömpassage under 1000 timmar visade sig verk- ningsgraden så låg som 80 %.After a continuous current passage for 1000 hours, the efficiency turned out to be as low as 80%.
Jämförelseexempel 9.Comparative Example 9.
Sulfonylfluoridformen av membranet enligt exempel l behandla- des på ena ytan med etylendiamin vid rumstemperatur i 20 timmar. Efter reaktionen tvättades membranet med diglyme och därefter med bensen samt slutligen med vatten, som värmts till ca UOOC. Då ett tvärsnitt av detta membran behandlades med metylrött var endast den behandlade ytan fläckad till ett djup av 0,01 mm där den N-substituerade sulfon- amiden bildats. Detta membran underkastades förtvålning och bringades till jämvikt under samma betingelser som i exempel 1. Den specifika konduktiviteten uppmättes till 0,2 X 10-3 mho/cm. 7907834-1 52 verkningsgraden med avseende på strömmen uppmättes med ytan med N-substituerade sulfonamidgrupper vänd mot katodsidan under samma betingelser som i exempel l och verkningsgraden visade sig vara 91 %.The sulfonyl fluoride form of the membrane of Example 1 was treated on one surface with ethylenediamine at room temperature for 20 hours. After the reaction, the membrane was washed with diglyme and then with benzene and finally with water, which was heated to about 0 ° C. When a cross section of this membrane was treated with methyl red, only the treated surface was stained to a depth of 0.01 mm where the N-substituted sulfonamide was formed. This membrane was subjected to saponification and equilibrated under the same conditions as in Example 1. The specific conductivity was measured to be 0.2 X 10 -3 mho / cm. The efficiency with respect to the current was measured with the surface with N-substituted sulfonamide groups facing the cathode side under the same conditions as in Example 1, and the efficiency was found to be 91%.
Efter en kontinuerlig strömpassage under 1000 timmar var verknings- graden så låg som YÄ %.After a continuous current passage for 1000 hours, the efficiency was as low as YÄ%.
Jämförelseexempel 10.Comparative Example 10.
Det katjonbytarmembran, som framställts i jämförelseexempel 9, underkastades oxidativ behandling med 2,5-procentig vattenhaltig nat- riumhypokloritlösning vid 90°C i 16 timmar. Verkningsgraden med av- seende på strömmen uppmättes under samma betingelser som i exempel l, varvid den yta, som hade N-substituerade sulfonamidgrupper var vänd mot katodsidan och verkningsgraden uppgick till 76 %. Bildandet av sulfonsyragrupper bekräftades av A.T.R.-spektrumet efter den oxidati- va behandlingen.The cation exchange membrane prepared in Comparative Example 9 was subjected to oxidative treatment with 2.5% aqueous sodium hypochlorite solution at 90 ° C for 16 hours. The efficiency with respect to the current was measured under the same conditions as in Example 1, the surface having N-substituted sulfonamide groups facing the cathode side and the efficiency being 76%. The formation of sulfonic acid groups was confirmed by the A.T.R. spectrum after the oxidative treatment.
Claims (2)
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP50084112A JPS5224177A (en) | 1975-07-09 | 1975-07-09 | Manufacturing method of fluorocarbon cathion exchange membrane |
| JP50084111A JPS5224176A (en) | 1975-07-09 | 1975-07-09 | Cathion exchange membrane |
| JP3559376A JPS52119486A (en) | 1976-03-31 | 1976-03-31 | Fluorocarbon composite membraneous product and production thereof |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SE7907834L SE7907834L (en) | 1979-09-21 |
| SE446199B true SE446199B (en) | 1986-08-18 |
Family
ID=27288811
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SE7607832A SE436048B (en) | 1975-07-09 | 1976-07-08 | CATION CHANGE MEMBRANE AND SET TO MAKE IT SAME |
| SE7907834A SE446199B (en) | 1975-07-09 | 1979-09-21 | Procedure for electrolysis of an aqueous solution of an alkali metal halide |
Family Applications Before (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SE7607832A SE436048B (en) | 1975-07-09 | 1976-07-08 | CATION CHANGE MEMBRANE AND SET TO MAKE IT SAME |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| BR (1) | BR7604438A (en) |
| CA (1) | CA1219399A (en) |
| DE (1) | DE2630584C3 (en) |
| FR (1) | FR2317323A1 (en) |
| GB (1) | GB1523047A (en) |
| IT (1) | IT1061477B (en) |
| NL (1) | NL161789C (en) |
| SE (2) | SE436048B (en) |
Families Citing this family (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2388013B1 (en) * | 1977-04-20 | 1985-08-02 | Du Pont | FLUORINATED ION EXCHANGE POLYMERS CONTAINING CARBOXYLIC GROUPS, THEIR PREPARATION AND THEIR USE IN CHLORINE-ALKALI ELECTROLYSIS CELLS |
| US4200711A (en) * | 1977-04-25 | 1980-04-29 | Tokuyama Soda Kabushiki Kaisha | Process for preparing fluorine-containing polymers having carboxyl groups |
| JPS53149881A (en) * | 1977-06-03 | 1978-12-27 | Asahi Glass Co Ltd | Strengthened cation exchange resin membrane and production thereof |
| JPS5484892A (en) * | 1977-12-19 | 1979-07-06 | Asahi Chem Ind Co Ltd | Electrolysis of sodium chloride employing cation exchange membrane |
| DE3050931C2 (en) * | 1979-05-31 | 1994-06-09 | Asahi Chemical Ind | Fluorinated carboxylic acid derivatives and process for their preparation |
| US4329434A (en) * | 1979-05-31 | 1982-05-11 | Asahi Kasei Kogyo Kabushiki Kaisha | Novel fluorinated cation exchange membrane and process for producing the same |
| JPS55160028A (en) | 1979-05-31 | 1980-12-12 | Asahi Chem Ind Co Ltd | Improved fluorinated cation exchange membrane and production thereof |
| JPS5638329A (en) * | 1979-09-06 | 1981-04-13 | Asahi Chem Ind Co Ltd | Fluorinated copolymer membrane and its preparation |
| JPS5655577A (en) * | 1979-10-06 | 1981-05-16 | Toyo Soda Mfg Co Ltd | Electrolyzing method for alkali metal halide |
| JPS5672190A (en) * | 1979-11-20 | 1981-06-16 | Toyo Soda Mfg Co Ltd | Cation exchange membrane for electrolysis of alkali metal halogenide |
| DE3036066A1 (en) * | 1980-09-25 | 1982-05-06 | Hoechst Ag, 6000 Frankfurt | Bonding electrode to fluorine contg. copolymer electrolysis membrane - by applying electrode powder to membrane and pressing opt. with heating |
| JP5211418B2 (en) | 2005-07-08 | 2013-06-12 | トヨタ自動車株式会社 | Manufacturing method of electrolyte membrane |
| US9139669B2 (en) | 2009-03-24 | 2015-09-22 | W. L. Gore & Associates, Inc. | Expandable functional TFE copolymer fine powder, the expandable functional products obtained therefrom and reaction of the expanded products |
| US8658707B2 (en) | 2009-03-24 | 2014-02-25 | W. L. Gore & Associates, Inc. | Expandable functional TFE copolymer fine powder, the expanded functional products obtained therefrom and reaction of the expanded products |
| US20100280200A1 (en) * | 2009-03-24 | 2010-11-04 | Poddar Tarun K | Water Permeable Fluoropolymer Articles |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3017338A (en) * | 1958-03-03 | 1962-01-16 | Diamond Alkali Co | Electrolytic process and apparatus |
| US3135673A (en) * | 1961-05-05 | 1964-06-02 | Ionics | Process and apparatus for electrolyzing salt solutions |
| US3366610A (en) * | 1965-05-14 | 1968-01-30 | Du Pont | Perhalogenated epoxy olefin monomers and polymers |
| GB1145445A (en) * | 1966-02-16 | 1969-03-12 | Du Pont | Fluorinated perfluorovinylethers, their preparation and copolymers thereof |
| US3496077A (en) * | 1967-12-18 | 1970-02-17 | Hal B H Cooper | Electrolyzing of salt solutions |
| DE1941847A1 (en) * | 1968-12-31 | 1970-07-23 | Bitterfeld Chemie | Cation exchange diaphragm for electrolysis - cells |
| BE790369A (en) * | 1971-10-21 | 1973-04-20 | Diamond Shamrock Corp | METHOD AND APPARATUS FOR THE PREPARATION OF HYDROXIDES FROM HIGH PURE ALKALINE METALS IN AN ELECTROLYTIC TANK. |
| BE795460A (en) * | 1972-02-16 | 1973-08-16 | Diamond Shamrock Corp | PERFECTIONS RELATING TO ELECTROLYTIC TANKS |
| US3773634A (en) * | 1972-03-09 | 1973-11-20 | Diamond Shamrock Corp | Control of an olyte-catholyte concentrations in membrane cells |
| JPS551351B2 (en) * | 1974-03-07 | 1980-01-12 | ||
| FR2388014A1 (en) * | 1977-04-20 | 1978-11-17 | Du Pont | Fluoro-polymer ion exchangers contg. carboxylic gps. - esp. for chlorine-alkali electrolysis cells giving high current yields |
| FR2388013B1 (en) * | 1977-04-20 | 1985-08-02 | Du Pont | FLUORINATED ION EXCHANGE POLYMERS CONTAINING CARBOXYLIC GROUPS, THEIR PREPARATION AND THEIR USE IN CHLORINE-ALKALI ELECTROLYSIS CELLS |
| US4200711A (en) * | 1977-04-25 | 1980-04-29 | Tokuyama Soda Kabushiki Kaisha | Process for preparing fluorine-containing polymers having carboxyl groups |
-
1976
- 1976-06-30 IT IT24888/76A patent/IT1061477B/en active
- 1976-07-02 GB GB27654/76A patent/GB1523047A/en not_active Expired
- 1976-07-06 CA CA000256437A patent/CA1219399A/en not_active Expired
- 1976-07-07 DE DE2630584A patent/DE2630584C3/en not_active Expired
- 1976-07-07 BR BR4438A patent/BR7604438A/en unknown
- 1976-07-08 SE SE7607832A patent/SE436048B/en not_active IP Right Cessation
- 1976-07-09 NL NLAANVRAGE7607628,A patent/NL161789C/en not_active IP Right Cessation
- 1976-07-09 FR FR7621093A patent/FR2317323A1/en active Granted
-
1979
- 1979-09-21 SE SE7907834A patent/SE446199B/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE2630584A1 (en) | 1977-01-13 |
| DE2630584C3 (en) | 1988-02-11 |
| SE7907834L (en) | 1979-09-21 |
| SE436048B (en) | 1984-11-05 |
| SE7607832L (en) | 1977-01-10 |
| CA1219399A (en) | 1987-03-17 |
| BR7604438A (en) | 1978-01-31 |
| DE2630584B2 (en) | 1979-01-18 |
| IT1061477B (en) | 1983-02-28 |
| NL7607628A (en) | 1977-01-11 |
| GB1523047A (en) | 1978-08-31 |
| NL161789B (en) | 1979-10-15 |
| FR2317323B1 (en) | 1981-02-06 |
| NL161789C (en) | 1983-04-18 |
| FR2317323A1 (en) | 1977-02-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4151053A (en) | Cation exchange membrane preparation and use thereof | |
| SE446199B (en) | Procedure for electrolysis of an aqueous solution of an alkali metal halide | |
| EP0025644B1 (en) | Fluorinated polymer cation exchange membrane for electrolysis, process for its preparation and process for electrolysing an aqueous solution of an alkali metal chloride | |
| FI68847C (en) | FOERFARANDE FOER FRAMSTAELLNING AV ETT NYTT FLUORERAT KATJONBYTARMEMBRAN | |
| SU1572420A3 (en) | Cation-exchange membrane for electrolysis of aqueous solution of alkaline metal chloride | |
| US4417969A (en) | Sulfonic acid electrolytic cell membranes | |
| US4358545A (en) | Sulfonic acid electrolytic cell having flourinated polymer membrane with hydration product less than 22,000 | |
| KR840001538B1 (en) | Fluorinated Hybrid Film | |
| US4478695A (en) | Sulfonic acid electrolytic cell membranes and use thereof in the electrolysis of sodium chloride | |
| CA1046457A (en) | Electrolytic diaphragms, and method of electrolysis using the same | |
| KR20050092713A (en) | Highly fluorinated backbone polymer electrolyte membrane | |
| JPH08500374A (en) | Fluorinated polymer | |
| EP0053455B1 (en) | Preparation of a fluorocarbon cation-exchange membrane and electrolysis process using the membrane | |
| US4126589A (en) | Method for preparation of cation exchange membranes | |
| US4209367A (en) | Electrolysis of aqueous alkali metal halide solution | |
| JP4412171B2 (en) | Sulfonic acid functional group-containing fluorinated monomer, fluorine-containing copolymer containing the same, and ion exchange membrane | |
| GB2051831A (en) | Fluorinated copolymers and cation exchange membrane and process for producing the same | |
| FI72989B (en) | FLUORATER KATJONBYTARMEMBRAN OCH FOERFARANDE FOER DESS FRAMSTAELLNING. | |
| CA1126443A (en) | Fluorinated ion exchange polymer containing carboxylic groups, and process for making same | |
| GB1604102A (en) | Laminar structures of fluorinated ion exchange polymers | |
| US4487668A (en) | Fluorinated ion exchange polymer containing carboxylic groups, and film and membrane thereof | |
| US4414338A (en) | Cation exchange membrane | |
| CA1152452A (en) | Cation exchange membrane preparation and use thereof | |
| US20220315681A1 (en) | Gas permeable fluoropolymers and ionomers | |
| CA1213856A (en) | Cation exchange membrane and method of preparation thereof |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| NUG | Patent has lapsed |
Ref document number: 7907834-1 Effective date: 19950210 Format of ref document f/p: F |
|
| NUG | Patent has lapsed |
Ref document number: 7907834-1 Format of ref document f/p: F |