JPH02163399A - 透析用電極装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えば電着塗装、電気メツキなどにおいて、
溶液から不要のイオン性物質を除去するに簡便な透析用
隔膜電極装置に関する。特に被塗物の電極に対する他の
電極とし工、溶液から管状イオン交換体により隔離。

構成された１着塗装において有用な隔膜電極装置に関す
る。

〔従来技術および問題点〕

電着塗装は、アニオン型とカチオン型とに大別され、一
般に樹脂を主成分とするアニオン盤塗料とカチオン盟塗
料とが水溶液として用いられ、同時にそれぞれ酸とアル
カリとが中和剤として添加されて、溶液における電導度
の調節が図られている。しかして、電着塗装の実施にお
いては、塗料成分の減少に応じて塗料溶液が補給される
ため、そのｔまでは溶液中のａ！またはアルカリが次第
に蓄積して、電導度などの条件に変化を生ずる結果、塗
膜の均一かつ良好な生成に悪影響を及はすことになる。

したがって、一般に被塗物の電極に対する他方の電極を
溶液からイオン交換膜によって隔離し、該隔膜を介して
溶液中のａ！またはアルカリを透析、除去する管理方法
が採用されている。

従来、上記したような電着塗装において、イオン交換膜
により隔離された電極としては、特公昭４５−２２２３
１号公報にも記載されているように、イオン交換膜を隔
膜として電極自体が設置された輪形の中空容器などから
なり、溶液から取外しが可能な電極単位の装置である。

しかしながら、このようなイオン交換膜を用いた箱形の
隔膜電極装置では、核層が非電導性金網または有孔構造
体によって保持されていても、溶液における被塗物の搬
入、搬出などに伴う水圧変動によって、核膜の変形が避
けられないため、長期間の耐久性を有さす破損し、定期
的な交換が必要であり、また重量増もあり交換作業が容
易でなく、電着塗装の能率が悪く且つコスト高という問
題があった。

これに対して、イオン交換膜の耐久性および電着塗装の
能率向上とともに小形化、軽量化を図った電着塗装用隔
膜電極装置として、特公昭５７−２７９５５号などが提
案されている。即ち、特公昭５７−２７９５５号公報に
記載の電着塗装用隔膜装置は、液体流通構造を有する支
持材を介して、イオン交換膜が電極の表面に積層される
ため耐久性よく保持され、かつ該支持材を介して外部か
ら水を強制的に流通せしめて、電極に付着する気泡およ
び分極された不純物分子を排除するように構成されてい
る。具体的には、管状電極の外周に網状スペーサーなど
を介してイオン交換膜が巻回、積層された筒型の電着塗
装用隔膜Ｉ１１極装置などが示されている。しかしなが
ら、特公昭５７−２７９５５号などに提案された電着塗
装用隔膜電極装置では、イオン交換膜を電極の表面に支
持材を介して積層させることが必須であるため、該イオ
ン交換膜を巻回。

積層して接合するなど構成製作に手間を要し、また該支
持材に水を強制的に流通せしめても、経時的な電気抵抗
の増大などがあり、溶液中における酸またはアルカリの
除去効率（能率）が不十分である問題点が残る。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明者らは、上記した問題点に鑑み、より効率的な電
着塗装用隔膜電極装置について鋭意研究した。その結果
、所望の強度を有する一体化された（継目のない）管状
イオン交換体を開発して、従来のイオン交換膜、に代る
ｒｌＡ膜として用いることにより、支持材などを何ら介
在させることなく、優れた電着塗装用隔膜電極装置を容
易に構成できる知見を得て、本発明を提供するに至った
ものである。即ち、本発明は、一体化された（継目のな
い）管状イオン交換体の管内に電極が設置され、該管状
イオン交換体の一端部または両端部が密閉され、極液の
給排口を有する透析用隔膜電極装置である。

第１〜２図は、本発明の代表的な透析相隔ｗＩ４電極装
置の態様を示す断面の概要図である。

第１〜２図において、管状イオン交換体１の管内に電極
２が設置され、下端部が蓋（キャップ）により接着剤な
どを用いて固着し密閉され、上端部も同じく密閉または
開放の蓋（キャップ）４により電極２を固定しながら、
設けられ、また上下部に極液の供給口５およびまたは排
出口６を有している。さらに、第３図は、管状イオン交
換体１０３本を接合部材７で接続させた長尺の隔膜電極
装置を示す、概要図である。

本発明の透析用隔膜電極装置においては、その用途に応
じて管状イオン交換体が選択され、例えばアニオン屋の
電着塗装用にはカチオン交換体、カチオン型の電着塗装
用にはアニオン交換体が用いられる。このような本発明
に用いる管状イオン交換体は、電着塗装など実施する溶
液における水圧変動に対して耐久性を有するもので、少
なくとも管内外がそれぞれ０．５５の水圧によって殆ん
ど変形しない程度の機械的強度を有することが好ましい
。

このような管状イオン交換体の製造は特に制限されない
が、本発明者が既に特願昭６３−２３８９１３号におい
て提案しているように、管状のポリエチレン製多孔体に
、少なくとも（４）イオン交換基の導入に適した官能基
を有する重合可能な七ツマ−１ａ３）架橋剤および０ラ
ジ力ル重合開始剤を含むモノマー混合液を含浸させて、
成形重合した後、イオン交換基な導入する方法によって
、良好な機械的強度を有する一体の管状イオン交換体を
得ることができる。この製法において用いられる管状ポ
リエチレン製多孔体は、一般に直径５〜３００Ｕ、厚さ
０．５〜５ｍ＋長さ２０　ｗｘｗ　５　ｍの形状から適
宜選択され、また該多孔体の平均孔径１〜５００μｍ、
特に１０〜２００μ翼、気孔率ｌＯ〜８０噂、特に３０
〜６０幅を有することが好ましく、モノマー混合物の含
浸。

重合が充分に達成され、所望の管状イオン交換体を得る
ことができる。また、七ツマー混合物は、従来公知のイ
オン交換樹脂膜と同様の組成成分が用いられ、少くとも
上記した例えばスチレン、クロルメチルスチレンナトの
（４）成妻、例えばジビニルベンゼンなどのの）成分、
ベンゾイルパーオキサイドなどの（Ｑ成分であり、必要
により他の共重合可能な七ツマー１可溶性の線状高分子
、可塑剤、溶媒などを用いて調製される。

本発明において用いる電極は、管状イオン交換体の種類
に応じて選択され、管状カチオン交換体には陰極、管状
アニオン交換体には陽極である。このような電極は、従
来公知の陰極または陽極が採用され、管状イオン交換体
の管内に設置できる所定の形状であれば特に制限されず
、一般に棒状、平板状１円筒状などで、例えばｓｓ、ｓ
ｕｓなとの陰極、また例えば白金族金属系の耐強性を有
する金属陽極が用いられる。このような電極の設置は、
管状イオン交換体の管内に電極との距離を一般に０．５
〜５０謔に保持し、電気絶縁性の基材を介して固定すれ
ばよい。特に縦型の隔膜電極装置を用いる場合には、管
状イオン交換体の上部にガスが多くなり、下部の方が電
流が流れ易くなるほど電流分布の不均一を生じるため、
通電面側から裏側へガスを除去するラス状あるいはパン
チングした多孔性の電極が好適に採用される。さらに、
管状イオン交換体の管内における電極を上部で電極の通
電面側が対撫に近く、下部で速くなるように設置するこ
とが、生成ガスを通電面の裏側に集積し易くなるため好
ましい。

本発明において、管状イオン交換体の一端部または両端
部を密閉する蓋（キャップ）は、電気絶縁性の材料であ
れば特に制限されないが、一般に硬質塩ビ、ポリプロピ
レン、ポリエチレンなどのプラスチック材料が好適であ
り、一般に接着剤を用いて接合されるが、そのほか０リ
ングなどのパツキン？用いて締付は機械的にシール密閉
することもできる。なお、管状イオン交換体は、乾燥状
態と湿満状頭とでは膨潤収縮を生じて寸法変化するため
、飲（キャップ）と接合する場合には比較的軟かい接着
剤やゴム系接着剤を用いることが好ましく、また管状イ
オン交換体の接合面におけるイオン交換基な醗化剤など
により分解して、予め不活性化して接合する方法も望ま
しい。また、このような管状イオン交換体の端部に接合
する特に上蓋（キャップ）を介して、管内に設置する電
極の固定化を図ることかできる。さらに、管状イオン交
換体の耐久性を保持するために、該管の外周に両端の１
ｉ（ｄＰキャップを介して、例えば棒状またはバイブ状
の補強材を有効通電面を損わない位置（例えば５通を面
の反対側に半円状）に固定することも好ましい。

本発明の透析用隔膜電極装置に設ける極液の供給口およ
び排出口の態様は、特に制限されないが、特に管状イオ
ン交換体の底部に供給口を設けたり、また管内に導入パ
イプを挿入して、極液を下部から供給し上部ヘオーバー
プーに排出する方法が、電極に発生するガスを同時に系
外へ排出することができるため、消費電力の軽減に有利
である。なお、極液としては、水を用いてもよいが、ａ
またはアルカリを効率的に一定に除去するために、外部
にタンクなどを設けて透析したｌ［たけアルカリの極液
を水で一定の低濃度のコントロールして循環する方法が
好ましい。

本発明の透析用隔膜電極装置は、その用途に応じて、例
えば自動車ボディーの１！膚塗装など大型の浴槽におい
ては、２本以上の管状イオン交換体を適当な接着剤、７
ランジ　ネジ込み式などで接合して、長尺の装置を構成
することも可能である。

〔作用および効果〕

上記した説明から明べかなように、本発明の透析用ｌｉ
１膜電極装置は、隔膜として用いる管状イオン交換体が
従来技揄９おけるイオン交換膜に比べて耐久性に優れ、
何ら支持材（補強材）を要することなく簡単な構造で、
製作も容易である。また１本発明の装置では、管状イオ
ン交換体と電極との間に支持材などが全く存在しないた
めに、透析する散またはアルカリ、例えば電着塗装波に
含有される重金属などの不純物、電極に発生するガスな
どが滞留することなく、極液の流通によって速かに排除
される。したがって、本発明の装置によれば、ガスの滞
ＩＪ、管状イオン交換体においてｌ金属などの沈積など
が極めて少ないため、経時的な電気抵抗の増大、電流分
布の不均一などが解消される結果、消費電力が軽減され
、酸またはアルカリの透析が効率よく達成され、ひいて
は例えば１着塗装において均一な塗膜を得ることができ
る。なお、本発明においては、主に電着塗装用の隔膜電
極装置として説明したが、これに限らず他の電気メツキ
などにおける透析装置としても用いることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を示すが、本発明はこれに限定さ
れるものではない。

実施例　１ 〔管イオン交換体の製造〕 平均空孔径が約１００　ｐＷｉ　　および気孔率が約５
０襲のポリエチレン製多孔焼結体よりなる外径５０ｆｉ
×内径４４ｍＸ長さ１ｍの管状体に、ポリエチレン粉末
（平均直径が約３０μｍ以下）、りｑルメチルスチレン
、ジビニルベンゼン、スチレン−ブタジェンラバーおよ
び過酸化ベンゾイルより調製したペースト状混合液を鋳
型状全型において注入、含浸させて、減圧、脱泡した後
、加熱重合して管状の重合成形体を得た。次いで、この
管状成形体をアミノ化溶液中に浸漬してアミノ化し、管
状アニオン交換体とした。

この管状アニオン交換体は、１電気抵抗が０．ｌＮ−Ｎ
ａＣ１溶液中（２５℃）で約２５Ω−一。

交換容量がＬ５ｍｅｑ／１．また管の両端部を密閉して
、その内部および外部にそれぞれ０．５１の水圧を加え
たが、殆んど変形も認められなかった。

〔１８着ｍ装用隔膜電極装置の構成〕 上記した管状アニオン交換体（１ｍ）の３本をそれぞれ
接続した管内に、５ＵＳ３０４製の巾４０鵡×厚さ３鵡
Ｘ長さ３７００困である平板状の陽極に挿入して、管の
下端部をキャップにより密閉し、上端部に開放型のキャ
ップを設けた。ｌだ、管の下端部に設けた牛ヤングの底
部に極液の供給パイプを接合し、上端部に設置たキャッ
プの側部に極液の排出パイプを付設し、管外にタンクを
設けて、比電導度により自動的に純水を加えて極液の濃
度ヲコントロールして循環するように構成した。なお、
管状アニオン交換体の！！続、上下端部におけるキャッ
プおよびパイプの設置は、いずれも硬質塩ビ（ＰＶＣ）
製の継手キャップおよびパイプを用いて、ｗＩ！Ｓ剤に
より固定した。

ビスフェノール型エポ平シ樹脂系のカチオン塗料を主成
分とし、酢酸を中和剤とする電着塗装の溶液において、
脱脂した鉄製の被塗着物を陰極とし、該被塗着物を挾む
ように上記で構成した隔膜陽極装置の２本を設置して、
直流電流を通電した。その結果、通電開始時は電圧がｚ
ｓｏｖ、電流が約２５Ａで経時的に低下するが、５分間
の通電により良好な塗膜状態の塗着物を得た。なお、溶
液における塗料は、経時的に補給しながら一定濃度を保
持し、また隔膜陽極装置の極液は外部タンクにおいて水
を添加して一定濃度にコン、トロールして循環した。

次に、溶液に新しい被塗着物を入れて、上記と同様の電
着条件下に実施した結果、５分間の通電により電流も同
様の経時変化を示して、良好な塗膜の塗着物を得た。こ
のような電着塗装を２０回繰返したが、殆んど同様の電
着条件で良好な塗４ｔζを得る・ことができ、この間に
おける中和剤（酸）の除去率は　噂であった。

実施例　２ 実施例】で製造した管状イオン交換体（１ｍ）の２本を
接続して長さ２ｍにした以外は、同様に管内に陽を設置
して実施例用の隔膜電極装置を構成した。また、比較例
のために、上記の管状アニオン交換体と電極との間隙に
管状の多孔性プラスチック製網状物を充填して、同様の
隔膜電極装置を構成した。

被塗着物の自動車ボディーを陰極として。

実施例１と同組成を有するカチオン電着塗装の溶液中に
、上記の実施例用および比較例用に構成した隔膜電極装
置の各２本（計４本）を用いてそれぞれ自動車ボディー
から等距離の付近に組込み、稼動テストを行った。通電
は、定電圧式直流電源装匁を設けて、隔膜電極装置の４
本に対して並列に配線し、それぞれ電流計を用意して、
実施例１と同様に実施した。

その結果、運転当初は２７０ｖの定電圧で、実施例用の
隔膜電極装置において約１５Ａ。

比較例用の隔膜電極装置において約１３Ａの電流であっ
たが、経時的に低下し、約３ケ月間の連続連転により、
実施例用では約１４Ａ。

比較例用では約８Ａまで低下した。また、各隔膜電極装
置について、運転当初および約３ケ月の連続運転後にお
ける中和剤（＊）の除去率を測定した結果を第１表に示
した。

第１表 さらに、３ケ月運転後の各隔膜電極装置を解体して、そ
の管状アニオン交換体の交換容量を測定した結果を当初
の交換容量と併せて第２表に示す。

第２表 なお、約３＋月運転後の管状アニオン交換体について、
管内面の螢光Ｘｌ１ｉ１強度を測定した結果、実施例用
および比較例用のいずれも、例えばＦｅ、　Ｃｒ＊　Ｐ
ｂ、　Ｎｉ、　Ｓｉｎなどの重金属類が検出されたが、
特に比較例用の管状アニオン交換体に強度が強く、内部
の方まで強く観察された。

以上の測定から、管状アニオン交換体と電極との間に網
状物を介在させた比較例用の隔膜電極装置では、該網状
物の存在により液およびガスが滞留し易いためか、管状
アニオン交換体が酸化をより強く受けており、それが実
施例用に比べて交換容量の減少および中和剤（ｉｌり除
去効率の低下に表われており、また管状アニオン体への
重金属類の沈着が、電気抵抗の上昇、ひいては電流の経
時的な低下を招いていると推測される。

実施例　３ 〔管状イオン交換体の製造〕 スチレン−ジビニルベンゼンを骨格とし、第４級アンモ
ニウム塩基を交換基とするアニオン交換樹脂の粉粋物（
粒径１００７４ｍ　以下）低密度ポリエチレン粉末およ
びステアリン駿を混合し、パウダー式押出成形機により
、外径５０ｍ×内径４４ｍＸ長さ１３ｍのパイプ状の管
状アニオン交換体を成形した。

この管状アニオン交換体は、電気抵抗が０１Ｎ−ＮａＣ
１溶液中（２５℃）で約５０Ω−ｃｄｌ交換容量が２．
２　ｍｅｑ　／／ｉ、また管の両端部を密閉して、その
内部および外部にそれぞれ０．５１の水圧なＭＪえたが
、殆んど変形も認められなかった。

〔電着塗装用隔膜電極装置の構成〕

上記した管状アニオン交換体（１，３ｍ）の管内に、陽
極としてＴ１基材にｐｔの厚さ５μｍのメツキを施した
巾４０ｍＸ長さ１５０傷のラス状の平板を挿入し、実施
例１と同様に下端部を中ヤツプで密閉し、上端部に開放
聾のキャップを設けた。また、管の下端部に設けたキャ
ップの底部に極液の供給パイプを接続し、上端部に設け
たキャップの側部に極液の排出パイプを付設し、管外に
タンクを設けて、比電導度により実動的に純水を加えて
極液の鴻度なコントロールしてｍｓするように構成した
。なお、中ヤツプおよび極液の給排パイプは、硬質塩ビ
を材質とし、接着剤により接続した。

ビス７エ／−ル型エポキシ樹脂系のカチオン塗料を主成
分とし、乳醒を中和剤とする電着塗装の溶液において、
脱脂した鉄製の被塗着物を陰極とし、該被塗着物を挾む
ように陽極として上記の隔膜電極装置の２本を設置して
、前実施例と同様に直流型　を通電した。

その結果、運転当初は３００Ｖの定電圧で、電流が約２
７Ａであるが、経時的に低下し。

４分間で通電を停止し、良好な塗面状態の塗着物を得た
。新しい被塗着物を用いて同様の通電処理を繰返し２０
回行ったが、電流の経時的な変化は殆んど同じ傾向を示
した。この間における中和剤の除去率は９０．５％であ
った。

【図面の簡単な説明】

第１〜３図は、本発明の代表的な隔膜電極装置の態様を
示す断面の概ｌ！図である。図において、１は管状イオ
ン交換体、２は電極。 ３は下キャップ、４は上キャップ、５は排液の供給０．
６は極液の排出口、７は接合部材を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）継目のない管状イオン交換体の管内に電極が設置さ
   れ、該管状イオン交換体の一端部または両端部が密閉さ
   れ、極液の給排口を有する透析用電極装置