JPH0149174B2 - - Google Patents
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- JPH0149174B2 JPH0149174B2 JP11868882A JP11868882A JPH0149174B2 JP H0149174 B2 JPH0149174 B2 JP H0149174B2 JP 11868882 A JP11868882 A JP 11868882A JP 11868882 A JP11868882 A JP 11868882A JP H0149174 B2 JPH0149174 B2 JP H0149174B2
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- Japan
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- ion exchange
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- membrane
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Description
本発明は押し出し成型によつて得られたパーフ
ルオロカーボンイオン交換膜或いは容易にイオン
交換基に変換出来るか又は容易にイオン交換基を
導入し得る基を有するパーフルオロカーボン高分
子膜状物(以下単に前駆体という)の表層部を少
なくとも1ミクロン除去し新たに形成される表面
に、化学反応によつて当該イオン交換膜が有する
固有のイオン交換基、又は前駆体が最終的に有す
るイオン交換基とは異種のイオン交換基或いはそ
れに容易に変換出来る官能基を導入後、必要なら
ばイオン交換基への変換反応を行うことを特徴と
する改良されたパーフルオロカーボン系イオン交
換膜の製造方法に係る。
イオン交換膜は電気透析、拡散透析、電極反応
の隔膜、逆浸透、限外過等及各種の分野に工業
的に利用されている。特に近年活溌に研究され工
業化されているイオン交換膜法含塩電解技術は今
日では、高濃度苛性ソーダを取得して電流効率が
90%以上に達しており、更に省エネルギーを達成
するため、電解電圧を極力低減するように研究が
進められている。この電解電圧のうちで理論分解
電圧は別として、その他に電解電圧に大きな値を
占めるのは、陰極過電圧、膜の電気抵抗による電
圧降下、及び気泡による電流遮断に基づく電圧降
下である。陰極過電圧は活性な陰極の開発によつ
て著しく低減されている。更にイオン交換膜の電
気抵抗も、膜組成、膜厚、膜強度保持のための補
強材の選択等によつて低減されてきた。しかし、
膜の電気抵抗を低減するために膜の厚みをあまり
薄くすると、アルカリ金属塩電解に膜を用いたと
き生成苛性ソーダ中に含まれるアルカリ金属塩が
増大して、不純な苛性ソーダを生成することにな
る。我々は特開昭58−93728号公報に於いて、押
し出し成型によつて作られたイオン交換膜の膜構
造が膜断面に関して不均質性があり、このイオン
交換膜の表層部を薄膜状に削除することにより、
その厚さの減少に起因するもの以外に膜の電気抵
抗の大きな低減があることを見出し、提案を行つ
た。
今一つイオン交換膜の電気抵抗を低下させる手
段として、膜の含水率を多くすることが考えられ
る。具体的にはスルホン酸基の如く、水和しやす
いイオン交換基を持つた膜とすることが望ましい
と考えられる。しかしながら含水率の大きい膜は
拡散による塩類の透過や反応イオンの輸率も大き
くなり、アルカリ金属塩の電気分解などにおいて
高濃度苛性ソーダを取得する場合の電流効率の低
下及び塩の混入率の上昇といつた。欠点を生ず
る。
さて、アルカリ金属塩の電気分解に於いて、陰
極室から高濃度苛性ソーダを取得して90%以上の
電流効率を取得するには、膜の苛性ソーダに接触
する面上に弱酸性の陽イオン交換基が存在するこ
とが有効である。具体的にはカルボン酸基、パー
フルオロ第三級アルコール、フエノール性水酸
基、解離しうる水素原子を有するスルホン酸アミ
ド基などアルカリ性水溶液中で解離し負の電荷を
生じるものである。しかしながら、これらの弱酸
性陽イオン交換基のみからなる陽イオン交換膜を
用いる場合には膜の電気抵抗は高くなるという欠
点がある。
そこで、最も理想的なイオン交換膜の一つの構
造は、膜面に平行な層状でありスルホン酸基を有
する層と弱酸基を有する層とよりなつていること
である。しかも弱酸基を有する層は比較的に薄
く、例えば100Å乃至10ミクロンもあれば十分で
ある。かかる構造のイオン交換膜例えばスルホン
酸基とカルボン酸基との2層よりなる陽イオン交
換膜を得るにはスルホン酸基を有する薄膜とカル
ボン酸基を有する薄膜、或いはその種のイオン交
換基を容易に導入出来る薄膜を接着又は融着する
ことが考えられ、一部工業的に実施されている。
しかし例えば10ミクロン以下の如く薄い弱酸性の
陽イオン交換基を有する膜を接着又は融着によつ
て重ね合せ一体化することは難しく、また例え一
応接合できてもスルホン酸基を有するポリマーと
カルボン酸基を有するポリマーの相溶性の悪さか
ら、アルカリ金属塩の電解に使用する場合、塩水
濃度の部分的低下、塩水のPH低下等の運転条件の
変動によつてしばしば剥離する。このような観点
から貼り合わせ膜でなく、一枚の強酸性の陽イオ
ン交換基或いはそれを容易に導入出来るかそれに
変換できる基を持つた膜に弱酸性の陽イオン交換
基或いはそれを容易に導入出来るか、それに変換
出来る基を薄層状に導入する方法、或いは弱酸性
の陽イオン交換基を結合した膜、弱酸性の陽イオ
ン交換基を導入出来るか変換出来る基を有する一
枚の膜に強酸性の陽イオン交換基、強酸性の陽イ
オン交換基を導入出来る或いは強酸性の陽イオン
交換基に変換出来る基を層状に導入する方法が望
ましい。勿論各々のイオン交換基を導入出来る
基、変換出来る基には、各々のイオン交換基を導
入・変換してイオン交換膜とする。
本明細書及び特許請求の範囲の記載において、
上記の如く、イオン交換基を容易に導入出来るか
又はイオン交換基に交換出来る基を有する高分子
化合物よりなる膜状物を、イオン交換膜前駆体
(又は単に前駆体)と指称する。
周知の如く、イオン交換膜を取扱う技術分野に
あつては、イオン交換膜に種々の化学処理を施す
場合イオン交換膜自体に行うか又は、その前駆体
に行い、その後、イオン交換基の導入又は変換処
理を行うかは、ほとんど任意であり技術的にこれ
らは同一視されているものである。
本発明者等は、前述の種々の知見に基づいて、
特にアルカリ金属塩の電解等に適する優れた陽イ
オン交換膜を開発することを目的として種々検討
を重ねた結果、基本的には押出成形法により、薄
いフイルム状のイオン交換膜を形成せしめ、イオ
ン交換膜の少なくとも一方の面を、少なくとも1
ミクロン削り取り、該除去により新たに形成され
た一方の表面に、すでに膜内に存在するイオン交
換基とは異なるイオン交換基を導入する方法に到
達した。
本発明において用いる押し出し成型は通常陽イ
オン交換膜の前駆体である酸ハライド基、酸無水
物基、酸エステル基などを有するパーフロロカー
ボン高分子化合物(分子量10000以上)を溶融し、
インフレーシヨン成形法或いはTダイ成型法のい
ずれかの成型機によつてフイルム状に成型され
る。通常イオン交換膜にするためのフイルムの厚
みは10ミクロン乃至800ミクロンであり、好まし
くは50ミクロン乃至250ミクロンである。
ここで、本発明の均質な押し出し成型によつて
作られたパーフルオロカーボンイオン交換膜、或
いはイオン交換膜となりうる前駆体は、不融性の
イオン交換樹脂の微粉末を不活性な熱可塑性高分
子を結合剤として用いて、溶融製膜した所謂不均
質膜とは電気化学的性能、膜構造ともに本質的に
異なる。即ちこのような不均質膜では不活性な高
分子が製膜時イオン交換表層部を覆つてしまう場
合があり、このような場合はイオン交換膜の表層
部を削除することで電気抵抗が低減することもあ
ると報告されているが、これは、本発明における
均質膜の表層部の削除とは技術的に全く異なるも
のである。本発明の均質パーフルオロカーボン系
イオン交換膜又はその前駆体とは陽イオン交換基
の導入可能な基、或いは陽イオン交換基に変換可
能な基、或いは陽イオン交換基を結合した線状或
いは一部分岐を有する溶融押し成型可能なパーフ
ルオロカーボン系高分子である。この場合、該高
分子膜状物に機械的強変保持のため、不活性な高
分子、例えばポリテトラフルオロエチレンなどが
フイブリル化された状態で存在していてもまた織
布・不織布の耐食性基材が膜性能を著しく低化さ
せない状態で存在していても、本発明の均質イオ
ン交換膜の範ちゆうに入る。尚均質イオン交換膜
と言われているもののうちにはミクロな膜構造を
見るとクラスター構造など形成しイオン交換基の
分布に不均一性が存在するものもあるが、このよ
うなものも当然本発明でいう均質に含まれること
は言うまでもない。
本発明において使用することが出来るパーフル
オロカーボン系高分子化合物よりなるイオン交換
膜又はその前駆体の具体的例はテトラフルオロエ
チレンとパーフルオロアルキルビニルエーテルス
ルホニルフルオライドの共重合物(これを押し出
し成型して、パーフルオロカーボン高分子フイル
ムとした後加水分解して、パーフルオロカーボン
スルホン酸型陽イオン交換膜とすることができ
る)、パーフルオロカーボン系カルボン酸型膜或
いはパーフルオロ第三級アルコール、解離しうる
水素原子を有するスルホン酸アミド基又はリン酸
基を有する膜等、水溶液中で解離して負の電荷と
なる官能基を有するもの、それらを導入出来るも
の、それらへ変換できるもの等官能基を有するパ
ーフルオロカーボン系の高分子物質が全て好適に
用いられる。陽イオン交換基としてはスルホン酸
基、カルボン酸基、リン酸基、亜リン酸基、パー
フルオロの第三級アルコール基、解離しうる水素
原子を有するスルホン酸アミド基などが好まし
い。このようなイオン交換基或はイオン交換基に
変換又は導入可能な基を有する、パーフルオロカ
ーボン系高分子の、構成要素を例示すると、イオ
ン交換基或はイオン交換基を導入又は変換可能な
基を有するモノマーとして、
CF2=CFO(CF2)o−A
CF2=CFOCF2(−OCFXOCF2o)(――CFX′)
−n(−CF2OCFX″)−lA
CF2=CFCF2O(−CFX)−o(−CFX′)−n(
−O)−r)−CFX″(−pA
CF2=CF(CF2)−oA、CF2=CF(−CF2)−o
(−O)−r(CFX)−nA
CF2=CF(CFX)−o(−CFX′)−n(O)r−
(CFX″)−(O)r−(CFX)−lA
(X、X′、X″はそれぞれ−F、−CF3、−C2F5の
いずれかを示す。n、m、l、pは0または12ま
での正の整数、rは0または1、Aは−CN、−
COOH、−COX、−COOM、−COOR、
OH、−OR1等を示す。但し、X、X′′′′はハロ
ゲン、Mはアルカリ金属、アルカリ土類金属、
R1はC1〜C12のアルキル基、R2はC1〜C12のアル
キル基または水素原子等を示す。)のような陽イ
オン交換基、或いは容易に陽イオン交換基に変換
し得る官能基を有するビニルモノマーがあげられ
る。また上記モノマーと共重合可能なモノマーと
してはパーフルオロオレフイン、例えばCF2=
CF2、
CF2=CF−CF=CF2、CF2=CFO(CFX)oOCF=
CF2
(XはF、CF3)
等である。
さて、本発明に用いるこれらのイオン交換基、
或いはイオン交換基を導入可能な、又はイオン交
換基に変換可能な基を有するパーフルオロカーボ
ン系モノマーと、これと共重合可能なパーフルオ
ロカーボン系モノマーの共重合体の押し出し成型
によつて得られた高分子フイルムは、その必然の
結果として、その表層部に、フイルム内部と異な
る物性を有するスキン層を持つている。このよう
なスキン層に膜の電気抵抗の増大に作用している
ばかりでなく、一枚の膜に化学反応によつて、そ
のイオン交換膜が有する固有のイオン交換基とは
異なるイオン交換基を導入するとき、意外にも膜
内への試薬類の浸入を遅延させ、且つ反応率を低
下させる作用があることを見出したのである。つ
まり高分子マトリツクス中での化学反応は、一般
に該高分子への試薬の拡散が律速段階となつて進
行する。一方、押し出し成形によつて得られた高
分子フイルムの表層部を少なくとも1ミクロン除
去したのち、化学反応処理を行うと反応が極めて
早く効率よく進行し、異種イオン交換基の導入反
応等が円滑に行われる。かかる事実は我々が先に
提案した特願昭56−191822号の発明における効果
と相まつて、膜の電気抵抗は低く、且つより高い
電流効率を示す膜を得ることに成功したのであ
る。
イオン交換膜の表層部を極めて僅か薄層状に除
去することによつて、このように著じるしく化学
反応性が向上する理由については明らかでないが
逆浸透膜に於いて膜表層部にスキン層というち密
な薄層が存在するように、押し出し成型時にパー
フルオロカーボン系陽イオン交換膜の表面に、、
ダイスのスリツトから押し出される際、スリツト
材質とポリマーの親和性に基づく高分子構造の違
い或いはスリツト材質と接触する部分でのポリマ
ーの配向性の違いが生じ、これが膜表層部と膜内
部の違いを引きおこすものと推測される。また、
ポリマーがスリツトからフイルムとして押し出さ
れたとき、冷却のされ方が表層部と内部で異な
り、ポリマーの結晶性の違いとして発現している
とも推測される。いずれにせよ、これらの影響を
強く受ける部分は、フイルム表面より1ミクロン
程度であることがモデル実験により確かめられ
た。
この表層部分は化学反応の際に試薬が膜内に浸
透することに対してバリヤーとして作用するもの
と考えられる。
このような均質イオン交換膜の表層部の少なく
とも一方の面を化学反応を実施する前に少なくと
も1ミクロン除去する方法としては、本発明では
工業的に実施可能な公知の方法が何ら制限なく用
いられる。即ち、化学的反応によつて除去する方
法と物理的方法によつて除去する方法のいずれで
もよい。一般に耐薬品性に優れているパーフルオ
ロカーボン系化合物は化学的には安定であり、物
理的に削り取る方が容易であるが化学的方法とし
てはナトリウムナフタリン、n−ブチルリチウ
ム、アルカリ金属、アルカリ金属アマルガム等に
よつて比較的容易に脱弗素され分解する。或い
は、エーテル結合を有するパーフルオロ化合物は
塩化アルミニウム、臭化アルミニウム等によつて
容易にエーテル結合が切断され分解することは知
られている。従つて、このようなパーフルオロカ
ーボン系高分子化合物を分解する有機・無機の試
薬によつて陽イオン交換膜、或いはその前駆体の
表層部を処理して、表層部を少なくとも1ミクロ
ン除去する。即ち、脱弗素化反応を行い、酸化分
解する方法、或いはパーフルオロカーボン系高分
子の表層部の高分子主鎖、或いは側鎖を切断し、
濃厚苛性アルカリ中で溶出分解する方法、その他
化学反応によつてパーフルオロカーボン系高分子
化合物、陽イオン交換膜或いはその前駆体の表層
部を分解除去する他の公知の方法は何ら制限なく
用いられる。
物理的な方法としては、上記パーフルオロカー
ボン系陽イオン交換膜の表面を鋭利な刃で薄膜状
に切削する方法、例えば回転ロール上を膜を走ら
せながら、回転ロールから一定の距離のところに
鋭利な刃物を固定してロール上を膜を移動しなが
ら、一定の厚みに薄膜状に高分子膜状物の表層部
を切削除去する方法が連続的に一定の厚みに表層
部の薄層を除去する方法としては有効である。そ
の他、比較的小面積のものに実施する場合には、
サンドプラストをかける方法、サンドペーパーで
研磨除去する方法なども有効である。その他スパ
ツタリング、火炎処理等適宜実施することができ
る。膜表層部を物理的化学的手段によつて除去す
る際、その除去する厚みは少なくとも1ミクロン
必要である。パーフルオロカーボン系高分子膜状
物の製造条件及び組成、高分子物質の組成等によ
つて膜表面のみ密着の厚み、密度は著しく異な
り、或る場合には100Å程度の削除によつても有
効な場合があるが、一般的には少なくとも1ミク
ロン削除すれば有効であり、1ミクロン以上削除
しても何ら差しつかえない。特に有効なのは1乃
至10ミクロン削除したときである。イオン交換膜
の厚みに応じて削除する厚みは選択しなければな
らない。例えば150ミクロンの厚みを有する陽イ
オン交換膜の場合、10ミクロン削除しても膜厚に
対する影響は少なく、従つて生成苛性ソーダ中の
食塩含量の増大は無視しうる程度であるが、100
ミクロンの厚みの膜を50ミクロン削除した場合に
は、生成苛性ソーダ中の食塩含量は無視し得なく
なるまで増大する。従つて表層部を削除する厚み
は、それを適用する対象に応じて選択しなければ
ならないが、少なくとも1ミクロン以上削除すれ
ば化学反応による異種イオン交換基の導入は極め
て容易となる。また膜厚の1/3以上削除するのは
無意味であるばかりか、膜強度の低下や食塩の混
入量の増大を来たし、好ましくない。このように
表面を削除したイオン交換膜、或いはイオン交換
膜の前逐体への、異種イオン交換基導入反応は、
具体的には、スルホン酸基を有する膜を五塩化リ
ンを一成分とする反応液で処理して、スルホニル
クロライド基を導入する場合、更にスルホニルク
ロライド基を酸化、還元処理、アミン類、フエノ
ール化合物との反応でカルボン酸基、解離しうる
水素原子を有するスルホン酸アミド基とする場
合、スルホニルクロライド基と決素を含む化合物
と反応させてーCF2Iとして更に反応を進めてカ
ルボン酸基に変換する場合、スルホン酸基を直接
カルボン酸基に変換する方法、スルホニルクロラ
イド基に脱スルホンして弱酸性の陽イオン交換基
を有するビニル化合物を付加する法、弱酸性のイ
オン交換基を有するビニル化合物をグラフト重合
する方法等々の従来公知の方法が極めて効率良く
進行し、高分子反応特有の反応性の悪さは著しく
改善される。
また逆にカルボン酸基、パーフルオロ第三級ア
ルコール、フエノール性水酸基、リン酸基、解離
しうる水素原子を結合したスルホン酸アミド基な
どの弱酸性陽イオン交換基を有する膜に、スルホ
ン酸基、殊にパーフルオロカーボンのスルホン酸
基などの強酸型イオン交換基を導入する場合にも
極めて有効な方法である。そして、このためには
従来公知の化学反応が何ら制限なく用いられる。
このような異種イオン交換基の導入はイオン交換
基を有するものに限らず、イオン交換基に容易に
交換出来る官能基或いは導入出来る可能基を有す
るもの、例えば酸ハライド基、酸無水物基、エス
テル基等を有するものに異種イオン交換基、或い
は異種イオン交換基に変換出来るもの、それを導
入出来るもの、例えばスルホニルクロライド基、
スルフイン酸基、−CF2Iなどを導入し、次いでイ
オン交換基への変換、或いは導入を行つてもよ
く、適宜目的、膜種及びイオン交換基等によつて
選択すればよい。
以下実施例によつて本発明を具体的に説明する
が、本発明は、これらの具体例に何等拘束される
ものではない。
実施例 1
テトラフルオロエチレンとパーフルオロ(3、
6−ジオキサ−4−メチル−7−オクテンスルホ
ニルフルオライド)からなる共重合体のTダイ押
し出しシートを加水分解して、交換容量が0.91ミ
リ当量/グラム乾燥膜(H型)の厚みが175ミク
ロンの膜を得た。こを両面約3ミクロンづつ膜面
に垂直に鋭利な刃を当てて削つた。膜の厚みはマ
イクロメーターで10ケ所測定して平均したところ
169ミクロンとなつていた。また別に同様に片面
だけを約6ミクロン削つた膜を作つた。次いで上
記二種の膜を特開昭53−58493号明細書に記載の
方法で五塩化リンによりスルホン酸のスルホニル
クロライド化及びスルホニルクロライド基のアル
コール中での空気酸化によりカルボン酸基への変
換を行ない、残余のスルホニルクロライド基を加
水分解によりスルホン酸ソーダにし、イオン交換
基として表層にカルボキシル基を持ち内部がスル
ホン酸基よりなる2重構造のイオン交換膜とし
た。
尚片面のみ6ミクロン削除した膜については、
削除した面をカルボン酸基に変換した。
これらの膜を用い食塩水溶液の電気分解を行な
つた。即ち有効通電面積1dm2で、陽極にチタン
ラス上に酸化ルテニウムコーテイング、陰極とし
て軟鉄ラスよりなる電解槽により電流密度30A/
dm2、80℃で陽極室の食塩濃度を3.5Nとし、陰
極室から9Nの苛性ソーダを定常的に取り出した。
膜の電気抵抗電解電圧及びその他の電解性能を表
1に示す。
尚電解はカルボン酸基を導入した膜面を陰極に
向けて実施した。
The present invention relates to a perfluorocarbon ion exchange membrane obtained by extrusion molding or a perfluorocarbon polymer membrane having a group that can be easily converted into an ion exchange group or into which an ion exchange group can be easily introduced (hereinafter simply a precursor). At least 1 micron of the surface layer of the ion-exchange membrane (referred to as the membrane) is removed and the newly formed surface is exposed to the unique ion-exchange groups that the ion-exchange membrane has, or the ion-exchange groups that the precursor ultimately has, through a chemical reaction. The present invention relates to an improved method for producing a perfluorocarbon-based ion-exchange membrane, which comprises introducing a different type of ion-exchange group or a functional group that can be easily converted thereto, and then carrying out a conversion reaction into an ion-exchange group, if necessary. Ion exchange membranes are used industrially in various fields such as electrodialysis, diffusion dialysis, electrode reaction diaphragms, reverse osmosis, and ultrafiltration. In particular, the ion-exchange membrane method and salt-containing electrolysis technology, which has been actively researched and industrialized in recent years, is currently being used to obtain high-concentration caustic soda and improve current efficiency.
It has reached over 90%, and research is underway to reduce the electrolysis voltage as much as possible in order to achieve further energy savings. Of this electrolytic voltage, apart from the theoretical decomposition voltage, other factors that account for large values in the electrolytic voltage are cathode overvoltage, voltage drop due to electrical resistance of the membrane, and voltage drop due to current interruption due to bubbles. Cathodic overvoltage has been significantly reduced by the development of active cathodes. Furthermore, the electrical resistance of ion exchange membranes has been reduced by changing the membrane composition, membrane thickness, and selection of reinforcing materials to maintain membrane strength. but,
If the thickness of the membrane is made too thin to reduce its electrical resistance, the alkali metal salts contained in the caustic soda produced when the membrane is used for alkali metal salt electrolysis will increase, resulting in the production of impure caustic soda. . In JP-A No. 58-93728, we reported that the membrane structure of an ion exchange membrane made by extrusion molding was non-uniform in terms of membrane cross section, and the surface layer of this ion exchange membrane was removed to form a thin film. By doing so,
We discovered that there is a significant reduction in the electrical resistance of the film other than that due to the reduction in its thickness, and made a proposal. Another possible means of lowering the electrical resistance of the ion exchange membrane is to increase the water content of the membrane. Specifically, it is considered desirable to use a membrane having ion exchange groups that are easily hydrated, such as sulfonic acid groups. However, membranes with a high water content also have a large permeation of salts due to diffusion and a large transfer number of reactive ions, resulting in a decrease in current efficiency and an increase in the rate of salt contamination when obtaining highly concentrated caustic soda in the electrolysis of alkali metal salts. When was it? produce defects. Now, in the electrolysis of alkali metal salts, in order to obtain highly concentrated caustic soda from the cathode chamber and obtain a current efficiency of 90% or more, it is necessary to install a weakly acidic cation exchange group on the surface of the membrane that comes into contact with the caustic soda. It is valid that there exists. Specifically, these include carboxylic acid groups, perfluoro tertiary alcohols, phenolic hydroxyl groups, and sulfonic acid amide groups having a dissociable hydrogen atom, which dissociate in an alkaline aqueous solution and generate a negative charge. However, when using a cation exchange membrane consisting only of these weakly acidic cation exchange groups, there is a drawback that the electrical resistance of the membrane becomes high. Therefore, one of the most ideal ion exchange membrane structures is a layered structure parallel to the membrane surface, consisting of a layer having sulfonic acid groups and a layer having weak acid groups. Furthermore, a relatively thin layer having weak acid groups, for example 100 Å to 10 microns, is sufficient. In order to obtain an ion exchange membrane having such a structure, for example, a cation exchange membrane consisting of two layers of sulfonic acid groups and carboxylic acid groups, a thin film having a sulfonic acid group and a thin film having a carboxylic acid group, or such ion exchange groups are used. Adhering or fusing a thin film that can be easily introduced has been considered and has been carried out in some industries.
However, it is difficult to overlay and integrate membranes having weakly acidic cation exchange groups, such as those with a thickness of 10 microns or less, by adhesion or fusion, and even if it is possible to bond them, it is difficult to combine them with polymers with sulfonic acid groups and carboxylic acid groups. Due to the poor compatibility of polymers with acid groups, when used in the electrolysis of alkali metal salts, they often peel off due to changes in operating conditions such as a partial decrease in the concentration of salt water or a decrease in the pH of the salt water. From this point of view, instead of using a bonded membrane, it is preferable to use a weakly acidic cation exchange group or a membrane that has a group that can easily introduce or convert it into a strongly acidic cation exchange group. A method of introducing groups that can be introduced or converted into a thin layer, or a membrane that has a weakly acidic cation exchange group bonded to it, or a single membrane that has a group that can be introduced or converted to a weakly acidic cation exchange group. A method in which a strongly acidic cation exchange group, a group capable of introducing a strongly acidic cation exchange group, or a group capable of being converted into a strongly acidic cation exchange group, is introduced in a layered manner is desirable. Of course, each ion exchange group is introduced and converted into a group into which each ion exchange group can be introduced or converted to form an ion exchange membrane. In the description of this specification and claims,
As mentioned above, a membrane-like material made of a polymer compound having a group into which an ion exchange group can be easily introduced or which can be exchanged with an ion exchange group is referred to as an ion exchange membrane precursor (or simply a precursor). As is well known, in the technical field dealing with ion exchange membranes, various chemical treatments are applied to the ion exchange membrane itself or to its precursor, and then ion exchange groups are introduced or processed. Whether or not to perform conversion processing is almost arbitrary, and technically they are considered the same. The present inventors, based on the various findings mentioned above,
As a result of various studies with the aim of developing an excellent cation exchange membrane particularly suitable for electrolysis of alkali metal salts, etc., we basically formed a thin film-like ion exchange membrane using an extrusion molding method. At least one side of the exchange membrane is coated with at least one
We have arrived at a method in which ion exchange groups different from the ion exchange groups already present in the membrane are introduced into one surface newly formed by micron scraping. The extrusion molding used in the present invention usually involves melting a perfluorocarbon polymer compound (molecular weight 10,000 or more) having acid halide groups, acid anhydride groups, acid ester groups, etc., which is a precursor of a cation exchange membrane.
It is molded into a film using a molding machine using either an inflation molding method or a T-die molding method. The thickness of the film for use as an ion exchange membrane is usually 10 microns to 800 microns, preferably 50 microns to 250 microns. Here, the perfluorocarbon ion exchange membrane made by homogeneous extrusion molding of the present invention or the precursor that can become the ion exchange membrane is a mixture of fine powder of an infusible ion exchange resin and an inert thermoplastic polymer. The electrochemical performance and membrane structure are essentially different from the so-called heterogeneous membrane formed by melting and forming a membrane using the membrane as a binder. In other words, in such a heterogeneous membrane, inert polymers may cover the ion exchange surface layer during membrane formation, and in such cases, removing the surface layer of the ion exchange membrane reduces electrical resistance. Although it has been reported that this may occur, this is technically completely different from the removal of the surface layer of the homogeneous membrane in the present invention. The homogeneous perfluorocarbon ion exchange membrane of the present invention or its precursor is a group into which a cation exchange group can be introduced, a group convertible to a cation exchange group, or a linear or partially branched membrane with a cation exchange group bonded thereto. It is a perfluorocarbon polymer that can be melt-extruded. In this case, even if an inert polymer such as polytetrafluoroethylene is present in a fibrillated state in order to maintain strong mechanical strength in the polymer membrane, it may also be used as a corrosion-resistant base of the woven or nonwoven fabric. Even if the material is present in a state that does not significantly degrade membrane performance, it is still within the scope of the homogeneous ion exchange membrane of the present invention. Among the so-called homogeneous ion-exchange membranes, there are some that form cluster structures and have non-uniformity in the distribution of ion-exchange groups when looking at the microscopic membrane structure. Needless to say, it is included in the term homogeneous in the invention. A specific example of an ion exchange membrane made of a perfluorocarbon polymer compound or its precursor that can be used in the present invention is a copolymer of tetrafluoroethylene and perfluoroalkyl vinyl ether sulfonyl fluoride (by extrusion molding (can be made into a perfluorocarbon polymer film and then hydrolyzed to form a perfluorocarbon sulfonic acid type cation exchange membrane), perfluorocarbon carboxylic acid type membrane or perfluoro tertiary alcohol, and dissociable hydrogen atoms. Perfluorocarbons with functional groups, such as membranes with sulfonic acid amide groups or phosphoric acid groups, those with functional groups that dissociate in aqueous solution to become negatively charged, those that can introduce them, and those that can be converted into them. All polymeric materials of the series are preferably used. Preferred examples of the cation exchange group include a sulfonic acid group, a carboxylic acid group, a phosphoric acid group, a phosphorous acid group, a perfluoro tertiary alcohol group, and a sulfonic acid amide group having a dissociable hydrogen atom. Examples of constituent elements of perfluorocarbon polymers that have such ion exchange groups or groups that can be converted into or introduced into ion exchange groups include ion exchange groups or groups that can introduce or convert ion exchange groups. As a monomer having, CF 2 = CFO (CF 2 ) o −A CF 2 = CFOCF 2 (−OCFXOCF 2o ) (—CFX′)
− n (−CF 2 OCFX″) − l A CF 2 = CFCF 2 O (−CFX) − o (−CFX′) − n (
−O) −r )−CFX″(− p A CF 2 =CF(CF 2 )− o A, CF 2 =CF(−CF 2 )− o
(-O)- r (CFX)- n A CF 2 = CF(CFX)- o (-CFX')- n (O) r-
(CFX") - (O) r - ( CFX ) - l A (X, X', X" each represents -F, -CF3 , -C2F5.n , m, l, p is 0 or a positive integer up to 12, r is 0 or 1, A is -CN, -
COOH, −COX, −COOM, −COOR, Indicates OH, -OR 1, etc. However, X and X′′′′ are halogens, M is alkali metals, alkaline earth metals,
R 1 represents a C 1 -C 12 alkyl group, R 2 represents a C 1 -C 12 alkyl group, a hydrogen atom, or the like. ) or a vinyl monomer having a functional group that can be easily converted into a cation exchange group. In addition, examples of monomers copolymerizable with the above monomers include perfluoroolefins, such as CF 2 =
CF2 , CF 2 = CF - CF = CF 2 , CF 2 = CFO (CFX) o OCF =
CF 2 (X is F, CF 3 ), etc. Now, these ion exchange groups used in the present invention,
Alternatively, a polymer obtained by extrusion molding a copolymer of a perfluorocarbon monomer having a group capable of introducing an ion exchange group or convertible into an ion exchange group, and a perfluorocarbon monomer copolymerizable with the perfluorocarbon monomer. As a natural result, a molecular film has a skin layer on its surface that has physical properties different from those inside the film. Not only does this skin layer have an effect on increasing the electrical resistance of the membrane, but also ion exchange groups that are different from the ion exchange groups inherent in the ion exchange membrane are formed in one membrane through a chemical reaction. It was unexpectedly discovered that when introduced, it has the effect of delaying the infiltration of reagents into the membrane and lowering the reaction rate. In other words, a chemical reaction in a polymer matrix generally proceeds with the rate-determining step being the diffusion of a reagent into the polymer. On the other hand, if at least 1 micron of the surface layer of the polymer film obtained by extrusion is removed and then a chemical reaction treatment is performed, the reaction proceeds extremely quickly and efficiently, and the introduction reaction of different ion exchange groups etc. It will be done. This fact, together with the effects of the invention proposed in Japanese Patent Application No. 191822/1987, which we had proposed earlier, enabled us to successfully obtain a membrane with low electrical resistance and higher current efficiency. It is not clear why the chemical reactivity is significantly improved by removing a very thin layer from the surface layer of the ion exchange membrane, but in reverse osmosis membranes, a skin layer is formed on the surface layer of the membrane. In other words, so that a dense thin layer exists on the surface of the perfluorocarbon cation exchange membrane during extrusion molding,
When extruded through the slit of the die, there are differences in the polymer structure based on the affinity between the slit material and the polymer, or there are differences in the orientation of the polymer at the part that comes into contact with the slit material. It is assumed that it causes Also,
When the polymer is extruded as a film from the slit, the way the polymer is cooled differs between the surface layer and the inside, and it is speculated that this is manifested as a difference in the crystallinity of the polymer. In any case, it has been confirmed through model experiments that the area that is strongly affected by these effects is approximately 1 micron below the film surface. This surface layer is thought to act as a barrier against reagents penetrating into the membrane during chemical reactions. As a method for removing at least 1 micron from at least one surface of the surface layer of such a homogeneous ion exchange membrane before carrying out a chemical reaction, any known method that is industrially practicable can be used without any restriction in the present invention. . That is, it may be removed by either a chemical reaction or a physical method. Perfluorocarbon compounds, which generally have excellent chemical resistance, are chemically stable and it is easier to physically scrape them off, but chemical methods include sodium naphthalene, n-butyllithium, alkali metals, and alkali metal amalgams. It is relatively easily defluorinated and decomposed by methods such as Alternatively, it is known that perfluorinated compounds having ether bonds are easily decomposed by cleavage of the ether bonds and decomposition by aluminum chloride, aluminum bromide, and the like. Therefore, the surface layer of the cation exchange membrane or its precursor is treated with an organic/inorganic reagent that decomposes such a perfluorocarbon polymer compound to remove at least 1 micron of the surface layer. That is, a method of performing a defluorination reaction and oxidative decomposition, or cutting the main chain or side chain of the surface layer of the perfluorocarbon polymer,
A method of elution and decomposition in concentrated caustic alkali, and other known methods of decomposing and removing the surface layer of a perfluorocarbon polymer, a cation exchange membrane, or a precursor thereof by chemical reaction may be used without any restriction. A physical method is to cut the surface of the perfluorocarbon cation exchange membrane into a thin film with a sharp blade. For example, while the membrane is running on a rotating roll, a sharp blade is cut at a certain distance from the rotating roll. This method continuously removes the surface layer of a polymer membrane to a constant thickness by fixing a knife and moving the membrane on a roll to a constant thickness. It is an effective method. In addition, when performing on a relatively small area,
Methods such as applying sandplast and removing by polishing with sandpaper are also effective. Other treatments such as sputtering and flame treatment can be carried out as appropriate. When removing the surface layer of the membrane by physical or chemical means, the thickness to be removed must be at least 1 micron. Depending on the manufacturing conditions and composition of the perfluorocarbon polymer film, the composition of the polymer material, etc., the thickness and density of adhesion only to the film surface vary significantly, and in some cases, even removal of about 100 Å is not effective. However, generally it is effective if at least 1 micron is removed, and there is no harm in removing 1 micron or more. Particularly effective is when 1 to 10 microns are removed. The thickness to be removed must be selected depending on the thickness of the ion exchange membrane. For example, in the case of a cation exchange membrane with a thickness of 150 microns, removing 10 microns will have little effect on the membrane thickness, and therefore the increase in the salt content in the produced caustic soda will be negligible;
If 50 microns of the micron-thick membrane were removed, the salt content in the resulting caustic soda would increase to a point where it could no longer be ignored. Therefore, the thickness of the surface layer to be removed must be selected depending on the object to which it is applied, but if at least 1 micron or more is removed, introduction of different ion exchange groups by chemical reaction becomes extremely easy. Moreover, removing more than 1/3 of the film thickness is not only meaningless, but also causes a decrease in film strength and an increase in the amount of salt mixed in, which is not preferable. The reaction of introducing a different ion exchange group into the ion exchange membrane whose surface has been removed in this way or the precursor of the ion exchange membrane is as follows:
Specifically, when introducing a sulfonyl chloride group by treating a membrane having a sulfonic acid group with a reaction solution containing phosphorus pentachloride as one component, the sulfonyl chloride group is further treated with oxidation, reduction treatment, amines, phenol compounds, etc. When forming a carboxylic acid group or a sulfonic acid amide group having a dissociable hydrogen atom, the reaction is further carried out as CF 2 I by reacting with a compound containing a sulfonyl chloride group and a hydrogen atom to form a carboxylic acid group. In the case of conversion, there is a method of directly converting a sulfonic acid group to a carboxylic acid group, a method of desulfonating a sulfonyl chloride group and adding a vinyl compound having a weakly acidic cation exchange group, and a method of adding a vinyl compound having a weakly acidic cation exchange group to a vinyl compound having a weakly acidic ion exchange group. Conventionally known methods such as graft polymerization of compounds proceed extremely efficiently, and the poor reactivity peculiar to polymer reactions is significantly improved. Conversely, sulfonic acid groups are added to membranes that have weakly acidic cation exchange groups such as carboxylic acid groups, perfluoro tertiary alcohols, phenolic hydroxyl groups, phosphoric acid groups, and sulfonic acid amide groups bonded to dissociable hydrogen atoms. It is also an extremely effective method especially when introducing strong acid type ion exchange groups such as sulfonic acid groups of perfluorocarbons. For this purpose, conventionally known chemical reactions can be used without any restrictions.
The introduction of such different ion exchange groups is not limited to those having ion exchange groups, but also those having functional groups that can be easily exchanged with ion exchange groups or groups that can be introduced, such as acid halide groups, acid anhydride groups, and esters. A different type of ion exchange group, or a type that can be converted into a different type of ion exchange group, or a type that can introduce such a group, such as a sulfonyl chloride group,
A sulfinic acid group, -CF2I , etc. may be introduced and then converted into or introduced into an ion exchange group, which may be selected depending on the purpose, membrane type, ion exchange group, etc. as appropriate. EXAMPLES The present invention will be specifically explained below with reference to Examples, but the present invention is not restricted to these specific examples in any way. Example 1 Tetrafluoroethylene and perfluoro(3,
A T-die extruded sheet of a copolymer consisting of 6-dioxa-4-methyl-7-octensulfonyl fluoride was hydrolyzed to yield an exchange capacity of 0.91 meq/g and a dry membrane (H type) thickness of 175 microns. A film was obtained. This was shaved by about 3 microns on each side by applying a sharp blade perpendicular to the film surface. The thickness of the film was measured at 10 locations with a micrometer and averaged.
It was 169 microns. Separately, a film was also made in which only one side was shaved down by about 6 microns. Next, the above two types of membranes were converted into carboxylic acid groups by converting the sulfonic acid into sulfonyl chloride using phosphorus pentachloride and by air oxidation of the sulfonyl chloride group in alcohol using the method described in JP-A-53-58493. Then, the remaining sulfonyl chloride groups were converted into sodium sulfonate by hydrolysis, and an ion exchange membrane with a double structure consisting of carboxyl groups on the surface layer as ion exchange groups and sulfonic acid groups on the inside was obtained. For membranes with 6 microns removed from only one side,
The deleted faces were converted to carboxylic acid groups. These membranes were used to electrolyze a saline solution. In other words, with an effective current carrying area of 1 dm 2 , a current density of 30 A /
dm 2 and 80° C., the salt concentration in the anode chamber was set to 3.5N, and 9N of caustic soda was constantly taken out from the cathode chamber.
Table 1 shows the electrical resistance, electrolytic voltage, and other electrolytic performance of the membrane. The electrolysis was carried out with the membrane surface into which carboxylic acid groups were introduced facing the cathode.
【表】
実施例 2
実施例1で用いたスルホン酸型の陽イオン交換
膜の表層部を微細なサンドペーパー(三協理科学
製、CC1500cw)で種々の厚みに削除して、その
削除した膜面を実施例1と同様にして化学処理
し、カルボン酸基を導入した。次いで各年の膜に
ついて赤外吸収スペクトルを測定して−COOH
基と−SO3H基の分布を測定した。また比較のた
め上記膜面を削除しないものについても同様に実
施した。即ち表面削除しないでカルボン酸基を導
入した膜及び各々の厚みに表面削除してカルボン
酸基を導入した膜について、まず、化学処理をし
た面を種々の厚みに削つた後、透過によつて赤外
吸収スペクトルが測定出来るようにスルホン酸基
が存在する膜面を削除した。これによつてカルボ
ン酸基への変換の程度、カルボン酸基に対するス
ルホン酸基の分布及び比率を求めた。
その結果は表2〜表4に示す通りであつた。即
ち表2は比較のために実施した膜面を削除しない
で化学処理したときの膜の厚みに於ける各イオン
交換基の存在割合の結果である。また表3は膜表
面10ミクロンを削除したあと化学処理したときの
膜の厚みに於ける各イオン交換基の存在割合の結
果である。更にまた表4は膜表面を削除した厚み
と、その膜を化学処理した後の深さ10ミクロンに
於ける両イオン交換基の比(−SO3H/−
COOH)を示す結果である。
表2〜表4の結果をより明確にするため、それ
ぞれ図1〜図3にグラフ化した。即ち図1は表2
の結果をグラフ化したもので、同じく図2は表3
の結果を、また図3は表4の結果をそれぞれグラ
フ化したものである。[Table] Example 2 The surface layer of the sulfonic acid type cation exchange membrane used in Example 1 was removed to various thicknesses using fine sandpaper (Sankyo Rikagaku, CC1500cw), and the removed membrane surface was was chemically treated in the same manner as in Example 1 to introduce a carboxylic acid group. Next, the infrared absorption spectra of the films of each year were measured and −COOH
The distribution of groups and -SO3H groups was measured. In addition, for comparison, the same test was carried out for the case where the above-mentioned film surface was not removed. In other words, for the film in which carboxylic acid groups were introduced without surface removal and the film in which carboxylic acid groups were introduced by surface removal at each thickness, first, the chemically treated surface was shaved to various thicknesses, and then the surface was removed by permeation. The membrane surface where sulfonic acid groups were present was removed so that infrared absorption spectra could be measured. As a result, the degree of conversion to carboxylic acid groups and the distribution and ratio of sulfonic acid groups to carboxylic acid groups were determined. The results were as shown in Tables 2 to 4. That is, Table 2 shows the results of the abundance ratio of each ion exchange group in the thickness of the membrane when chemical treatment was carried out without removing the membrane surface, which was carried out for comparison. Furthermore, Table 3 shows the results of the abundance ratio of each ion exchange group in the thickness of the membrane when 10 microns of the membrane surface was removed and then chemically treated. Furthermore, Table 4 shows the thickness after removing the membrane surface and the ratio of both ion exchange groups (-SO 3 H/-
This result shows that COOH). In order to make the results of Tables 2 to 4 more clear, they are graphed in FIGS. 1 to 3, respectively. In other words, Figure 1 is Table 2
Figure 2 is a graph of the results of Table 3.
FIG. 3 is a graph of the results of Table 4.
【表】【table】
【表】【table】
【表】
実施例 3
テトラフルオロエチレンとCF2=CF−O−
(CF2)3−COOCH3の共重合体を押し出し成型に
よつて厚み170ミクロンのフイルムとした。
このフイルムの表層部をサンドペーパー(三協
理科学製、CC1500)で片面のみ10ミクロン削除
したのち、常法によつて苛性ソーダ、水、メタノ
ールの混合溶媒に浸漬して、カルボン酸エステル
基をカルボン酸ソーダ基に変換し、次いで膜面を
削除した面のみをカルボン酸基をカルボン酸ソー
ダのままとし、裏面をカルボン酸基としたのちカ
ルボン酸ソーダの面を250℃に加熱してカルボン
酸ソーダを分解した。この片面のイオン交換基を
分解した膜をカルボン酸ソーダ型でクリスタルバ
イオレツトの1%水−メタノール混合溶液(1:
1)で染色したところ加熱した面が約20ミクロン
染色されないで残つた。即ちこの部分のみイオン
交換基が除かれている。
この膜にスルホン酸基を導入するために
H2SO3ClCsFの混合液に浸漬して、150℃に24時
間加熱して、スルホン酸基を導入した。次いで再
び、膜を苛性ソーダ−水−メタノール中に浸漬し
てイオン交換基をナトリウム型に変換した。
同様のカルボン酸基分解反応、スルホン酸基導
入反応を表面を削除していない膜についても実施
した。
次いで実施例1同様の方法によつて飽和食塩水
の電気分解を実施した。結果を表5に示す。[Table] Example 3 Tetrafluoroethylene and CF 2 =CF-O-
A copolymer of (CF 2 ) 3 -COOCH 3 was formed into a 170 micron thick film by extrusion molding. After removing 10 microns from the surface of this film with sandpaper (Sankyo Rikagaku Co., Ltd., CC1500) on one side, it was immersed in a mixed solvent of caustic soda, water, and methanol in a conventional manner to remove carboxylic acid ester groups. Convert it to a sodium carboxylate group, then remove the membrane surface, leave the carboxylic acid group as a sodium carboxylate group, change the back side to a carboxylic acid group, and then heat the sodium carboxylate side to 250℃ to convert the sodium carboxylate group. Disassembled. This membrane with the ion-exchange groups on one side decomposed was converted into a sodium carboxylate type solution of crystal violet in a 1% water-methanol mixture (1:
When dyed in step 1), about 20 microns of the heated surface remained undyed. That is, the ion exchange group is removed only in this portion. To introduce sulfonic acid groups into this membrane
Sulfonic acid groups were introduced by immersing it in a mixed solution of H 2 SO 3 ClCsF and heating it at 150° C. for 24 hours. The membrane was then again immersed in caustic soda-water-methanol to convert the ion exchange groups to the sodium form. Similar carboxylic acid group decomposition reactions and sulfonic acid group introduction reactions were also carried out on membranes whose surfaces had not been removed. Next, electrolysis of saturated saline solution was carried out in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 5.
【表】
実施例 4
とテトラフルオロエチレンの共重合体をTダイで
押し出し成型し0.15mmの厚みのシートを得た。
この片面に補強のためPFAのモノフイラメン
トからなる網を加熱軟化させて押し込み、その上
からPFAのモノフイラメントを覆うように、上
記と同じ高分子で厚みが25ミクロンのインフレー
シヨンによつて作つてフイルムを重ね、プレスし
て一枚のシートとした。次いでPFAの補強材を
押し込んだ面の裏側の面にサンドブラストをかけ
て、表面が網目によつて凹凸しているそれに沿つ
て表層部を削除した。サンドブラストによつて削
除した厚みは、膜厚を数個所マイクロメーターに
よつて測定したところ平均して7ミクロン除去さ
れていた。尚この膜をジメチルスルホキシド、
水、水酸化カリウムの混合溶液で加水分解し交換
容量0.87ミリ当量/グラム乾燥膜のスルホン酸基
をイオン交帰基とする陽イオン交換膜が得られ
た。
さて加水分解前のスルホニルフルオライドを結
合している上記フイルムをヒドラジンと反応させ
て、スルフイン酸基に変換した。この場合片面の
み反応出来る反応装置に膜をはさみ、表層部を削
除した面のみ85%のヒドラジンヒドラートと30分
間接触させた。この膜を充分に水洗後、ギ酸と37
%塩酸の5:1の液に酸素の存在下に浸漬し、次
いで硫酸と重クロムカリウム溶液の中に浸漬して
加熱し、スルフイン酸基をカルボン酸基に変換し
た。次いでジメチルスルホキシド、水、苛性ソー
ダの混合溶液で加水分解処理して、残余のスルホ
ニルフルオライド基をスルホン酸ナトリウム塩に
変換した。
他方上記と同じスルホニルフルオライド基を有
する膜で、表面にサンドブラストをかけたと同じ
側を、サンドブラストをかけないで、そのまま上
記と同じ反応を実施した。これら二種の膜を実施
例1と同様にして飽和食塩水の電気分解に供し
た。結果は表6に示す。[Table] Example 4 A copolymer of 1 and tetrafluoroethylene was extruded using a T-die to obtain a sheet with a thickness of 0.15 mm. A mesh made of PFA monofilament was heat-softened and pressed into one side for reinforcement, and then a 25 micron thick inflation film made of the same polymer as above was made to cover the PFA monofilament. The films were stacked together and pressed into a single sheet. Next, sandblasting was applied to the surface behind the surface into which the PFA reinforcing material had been pressed, and the surface layer was removed along the uneven surface of the mesh. The thickness removed by sandblasting was measured by a micrometer at several locations, and an average of 7 microns was removed. This membrane was treated with dimethyl sulfoxide,
Hydrolysis with a mixed solution of water and potassium hydroxide yielded a cation exchange membrane having an exchange capacity of 0.87 milliequivalents/g dry membrane with sulfonic acid groups as ion exchange groups. The above-mentioned film bound to sulfonyl fluoride before hydrolysis was reacted with hydrazine to convert it into a sulfinic acid group. In this case, the membrane was placed in a reactor capable of reacting only on one side, and only the side with the surface layer removed was brought into contact with 85% hydrazine hydrate for 30 minutes. After thoroughly washing this membrane with water, add formic acid and 37
The sulfinic acid groups were converted to carboxylic acid groups by immersion in a 5:1 solution of % hydrochloric acid in the presence of oxygen, followed by immersion in a sulfuric acid and potassium dichromate solution and heating. Next, the remaining sulfonyl fluoride groups were converted to sulfonic acid sodium salt by hydrolysis treatment with a mixed solution of dimethyl sulfoxide, water, and caustic soda. On the other hand, with the same membrane having the same sulfonyl fluoride group as above, the same reaction as above was carried out without sandblasting on the same side of the surface that had been sandblasted. These two types of membranes were subjected to electrolysis of saturated saline in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 6.
【表】
実施例 5
実施例4で用いたPFAで補強したスルホニル
フルオライド基を結合したパーフルオロカーボン
のシートを用い、一つは実施例4と同様に一方の
膜面にサンドブラストをかけた後、片面のみ反応
が出来る装置を用いて表面を削除した膜面に6時
間ガス状のメチルアミンを接触させてスルホン酸
アミド基を形成し、次いで、ジメチルスルホキシ
ド−水−水酸化カリウムの混合溶液に浸漬して残
余のスルホニルフルオライド基をスルホン酸カリ
ウムに変換し、スルホン酸アミド基を、弱酸性の
陽イオン交換基として形成させた。
他方表面をサンドブラストで削除していない膜
について、上記と同じ膜面に同様の条件でメチル
アミンを反応させ、次にスルホニルフルオライド
基の加水分解処理を行つたここで得た二種の膜を
用いて実施例1と同様にして食塩水溶液の電気分
解を実施した。結果は表7に示す。[Table] Example 5 Using the PFA-reinforced perfluorocarbon sheet bonded with sulfonyl fluoride groups used in Example 4, one membrane surface was sandblasted in the same manner as in Example 4, and then Using a device capable of reacting only on one side, the surface of the membrane whose surface was removed was brought into contact with gaseous methylamine for 6 hours to form sulfonic acid amide groups, and then immersed in a mixed solution of dimethyl sulfoxide, water, and potassium hydroxide. The remaining sulfonyl fluoride groups were converted to potassium sulfonate, and a sulfonamide group was formed as a weakly acidic cation exchange group. On the other hand, for the membrane whose surface had not been removed by sandblasting, methylamine was reacted on the same membrane surface under the same conditions as above, and then the sulfonyl fluoride group was hydrolyzed. Electrolysis of a saline solution was carried out in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 7.
添付図面、図1は表面削除をせずに化学処理し
たときに膜中に分布するスルホン酸基とカルボン
酸基との分布状態を示すグラフで、図2は表面を
10ミクロン削除したあと化学処理したときに膜中
に分布するスルホン酸基とカルボン酸基との分布
状態を示すグラフである。また図3は表面削除し
た厚みと−SO3Hの−COOHに対する比との関係
を示すグラフである。
The attached drawings, Figure 1, are graphs showing the distribution of sulfonic acid groups and carboxylic acid groups distributed in the membrane when chemically treated without surface removal, and Figure 2 is a graph showing the distribution of sulfonic acid groups and carboxylic acid groups distributed in the membrane when chemically treated without surface removal.
It is a graph showing the distribution state of sulfonic acid groups and carboxylic acid groups distributed in the film when chemically treated after removing 10 microns. Further, FIG. 3 is a graph showing the relationship between the thickness of the surface removed and the ratio of -SO 3 H to -COOH.
Claims (1)
オロカーボンイオン交換膜、或いはイオン交換基
に変換又はイオン交換基の導入が可能な基を有す
る前駆体の表層部を少なくとも1ミクロン除去し
新たに形成された表面に、当該イオン交換膜、或
いは該前駆体が最終的に有する固有のイオン交換
基とは異種のイオン交換基を化学反応によつて導
入したのち、必要ならば上記前駆体にイオン交換
基への変換又は導入反応を行うことを特徴とする
パーフルオロカーボン系イオン交換膜の製造方
法。 2 固有のイオン交換基或いは前駆体から変換さ
れるイオン交換基がスルホン酸基である請求範囲
第1項の製造方法。 3 固有のイオン交換基或いは前駆体から変換さ
れるイオン交換基がカルボン酸基である請求範囲
第1項の製造方法。 4 化学反応によつて変換又は導入されるイオン
交換基がカルボン酸基である請求範囲第1項の製
造方法。 5 化学反応によつて変換又は導入されるイオン
交換基が解離しうる水素原子を有するスルホン酸
アミド基である請求範囲第1項の製造方法。 6 固有のイオン交換基、或いは変駆体から変換
されるイオン交換基がスルホン酸基であり、化学
反応によつて表面に導入されるイオン交換基がカ
ルボン酸基である請求範囲第1項の製造方法。 7 0.5〜1.5ミリ当量/グラム乾燥膜(H型)の
交換容量を有するスルホン酸型陽イオン交換膜に
化学反応によつてカルボン酸基を導入する請求範
囲第1項の製造方法。[Claims] 1. Removal of at least 1 micron of the surface layer of a homogeneous perfluorocarbon ion exchange membrane obtained by extrusion molding, or a precursor having a group capable of converting into an ion exchange group or introducing an ion exchange group. After introducing an ion exchange group different from the specific ion exchange group ultimately possessed by the ion exchange membrane or the precursor into the newly formed surface by a chemical reaction, if necessary, the precursor A method for producing a perfluorocarbon-based ion exchange membrane, which comprises carrying out a reaction of converting or introducing an ion exchange group into a perfluorocarbon-based ion exchange membrane. 2. The manufacturing method according to claim 1, wherein the inherent ion exchange group or the ion exchange group converted from the precursor is a sulfonic acid group. 3. The manufacturing method according to claim 1, wherein the inherent ion exchange group or the ion exchange group converted from the precursor is a carboxylic acid group. 4. The manufacturing method according to claim 1, wherein the ion exchange group converted or introduced by a chemical reaction is a carboxylic acid group. 5. The manufacturing method according to claim 1, wherein the ion exchange group converted or introduced by the chemical reaction is a sulfonic acid amide group having a dissociable hydrogen atom. 6 The ion exchange group converted from the inherent ion exchange group or a variant is a sulfonic acid group, and the ion exchange group introduced onto the surface by a chemical reaction is a carboxylic acid group. Production method. 7. The manufacturing method according to claim 1, wherein a carboxylic acid group is introduced by chemical reaction into a sulfonic acid type cation exchange membrane having an exchange capacity of 0.5 to 1.5 meq/g dry membrane (H type).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11868882A JPS5911333A (en) | 1982-07-09 | 1982-07-09 | Production of ion-exchange membrane |
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|---|---|---|---|
| JP11868882A JPS5911333A (en) | 1982-07-09 | 1982-07-09 | Production of ion-exchange membrane |
Publications (2)
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|---|---|
| JPS5911333A JPS5911333A (en) | 1984-01-20 |
| JPH0149174B2 true JPH0149174B2 (en) | 1989-10-23 |
Family
ID=14742719
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11868882A Granted JPS5911333A (en) | 1982-07-09 | 1982-07-09 | Production of ion-exchange membrane |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5911333A (en) |
-
1982
- 1982-07-09 JP JP11868882A patent/JPS5911333A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5911333A (en) | 1984-01-20 |
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