JPH0631452B2 - イオン交換膜の装着方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、アルカリ金属塩水溶液の電解に用いるフィル
タープレス型電解槽にイオン交換膜を装着する方法に関
する。詳しくは、予め寸法安定化処理したイオン交換膜
の特定部分のイオン交換基を除去して電解槽に装着する
方法を提供するものである。

（従来技術およびその問題点） フィルタープレス型電解槽は、内部に陽極を収納した陽
極室枠と内部に陰極を収納した陽極室枠（これら両者を
総称して電極室枠とも称する）とをイオン交換膜を介し
て相対させた基本構造（ユニットセルと称する）よりな
る。この場合、１つの陽極室と１つの陰極室とが隔壁を
介して接合し、各室内にある陽極および陰極の間が電気
的に接続された複極式構造、及び陽極室と陰極室とが夫
々独立に形成される単極式構造がある。いずれの構造に
あたっても、これらの電極室は多数重合して締付けら
れ、一個のフィルタープレス型電解槽として形成され
る。

かかるフィルタープレス型電解槽においては、外部に電
解液および気体が漏れるのを防止するために、電極室枠
である陽極室枠と陰極室枠との間にそれぞれパッキンを
挿着してイオン交換膜を挾み締め付けている。

ところで、上記したようなフィルタープレス型電解槽に
おいては、構造上で陽極側パッキンとイオン交換膜との
隙間に電解時に低濃度のアルカリ金属塩水溶液の溜り部
分を生ずる問題がある。特に工業的な大型のフィルター
プレス型電解槽は、重量も大きくなるため、一般には電
極室枠を架台上に乗せて該枠間にイオン交換膜およびパ
ッキンを一枚づつ順次に挿入し、入手によりこれを保持
しつつ、次の電極室枠を押しつけ挾み込む作業により組
立てられる。このような作業による場合、挾み込む時に
電極室枠間で締付枠部に若干のズレを生じることが避け
られなかったり、また締付時にパッキンを電極室枠の周
縁部に一致するようにはり合わせ挿着しようとしても、
パッキン間でズレが生ずることも避けられなかった。こ
のような陽極室枠のパッキンが陰極室枠のパッキンより
もずれて電極室内に入っている状態の電解槽をアルカリ
金属塩水溶液の電解に供した場合には、締め付けが不十
分な陽極側のパッキン部において、該パッキンとイオン
交換膜とに隙間を生じる塩水が存在することになる。し
たがって、実際に電解を実施した場合、電流は上記した
パッキンとイオン交換膜との隙間部分にもイオン交換膜
を介して流れるが、それに伴い該隙間部分における塩水
の供給が不足をきたす。そのため、上記の隙間部に対応
するイオン交換膜の陽極側面において塩濃度が低下する
ことにより、陰極側面に多量の水ぶくれが生じ、イオン
交換膜の破損を生ずるばかりか、その破損した膜部分か
ら陰極室中へ陽極液が混入し、生成した苛性アルカリ中
へ塩類が混入したり、逆に陽極室へ陰極液が混入して電
流効率の低下を招くなどの問題を起こす。このような状
態が生じてイオン交換膜が破損した場合、該イオン交換
膜の交換を余儀なくされ、アルカリ金属塩水溶液のフィ
ルタープレス型電解槽を長期間にわたり連続運転するこ
とが困難となる。

上記の問題点を解決するために、例えばフィルタープレ
ス型電解槽を締め付けた際に陰極室側パッキンの内縁が
陽極室側パッキンより内側に存在する如く構成すること
（実開昭59-28558号）、陰極室枠側パッキンとイオン交
換膜又は陰極室枠の間にテフロン等の絶縁性フィルムを
該フィルムの内縁が陽極室側パッキンより内側に存在す
るごとく介在させること、或いは陰極室枠の圧接面の内
縁が陽極室枠の内縁よりも内側に存在するごとく構成す
ること（実開昭59-76565号）が提案されている。しかし
ながら、前２者の構成では、上記問題をある程度まで解
決することができるが、陰極室側のパッキン及び絶縁性
フィルムはイオン交換膜と該パッキン又は絶縁性フィル
ムの密着（圧接）が不十分である。他方、後者の構成で
は、イオン交換膜に接するパッキンおよび陽極の面が同
一線上に位置する場合に有効であるが、一般に陽極がチ
タン等の材料ではそのような形状に加工することが難し
いために、パッキンと陽極との面が同一線上に位置でき
ない場合も多く、特にパッキン面の方が凸状になる場合
にはイオン交換膜とパッキンとが十分に密着されない。

（問題点を解決するための手段） 本発明者等は、フィルタープレス型電解槽におけるイオ
ン交換膜の上記した如き劣化について着目して、その防
止するための簡便な手段について鋭意検討した。その結
果、イオン交換膜を予め膨潤等の処理により寸法安定化
した状態で該イオン交換膜の所定部分におけるイオン交
換基を除去した後、該イオン交換膜をフィルタープレス
型電解槽に装着することによって、アルカリ金属塩水溶
液の電解における問題点が容易に解消される効果を見い
出し、本発明を提供するに至った。即ち、本発明はイオ
ン交換膜と電極室枠とを交互に多数配列して締め付けた
フィルタープレス型アルカリ金属塩水溶液の電解槽にお
いて、イオン交換膜を予め寸法安定化処理した後、該イ
オン交換膜を寸法安定化した状態で、少なくとも電極室
枠との締付面の内縁より内側の周辺部に存在する該イオ
ン交換膜のイオン交換基を除去して電解槽に装着するこ
とを特徴とするイオン交換膜の装着方法である。

本発明に用いる電解槽は、イオン交換膜と電極室枠とを
パッキンを介して交互に多数配列して締め付けたフィル
タープレス型の構成を有する限りにおいて、単極型でも
複極型でもよい。電解槽に用いられる電極室枠は、一般
に額縁状の形状を有し、その内部に陽極または陰極がそ
れぞれ取付け構成された陽極室枠および陰極室枠とがあ
る。陽極室枠の材質は耐塩素性の金属やプラスチック、
また陰極室枠は耐アルカリ性の金属やプラスチックが使
用される。この際、電極室枠の細かな形状は電極や電極
の形状により任意に選定すればよく、また電極の材質，
形状等も公知のものが特に制限なく使用できるが、特に
孔径の小さいものが加工性に優れるため好ましく用いら
れる。また、パッキンは中央に欠損部を有する形状で、
該パッキンの外形，欠損部の形状，サイズ，厚み及び材
質等は特に限定されるものでない。

本発明における最大の特徴は、上記したフィルタープレ
ス型電解槽に装着するイオン交換膜を予め寸法安定化処
理した後、電極室枠との締付面の内縁より内側の周辺部
に存在する該イオン交換膜のイオン交換基を除去するこ
とにある。即ち、このような処理したイオン交換膜を装
着した電解槽においては、電極室枠との締付部の内縁よ
り内側に存在する部分の該イオン交換膜がイオン交換基
を有していないため、その部分には電解電流が流れず、
したがって、上記した締め付け部におけるイオン交換膜
の水ぶくれによる破損が防止される。かかる本発明の効
果を達成するためには、特にイオン交換膜を予め寸法安
定化処理することが極めて重要である。即ち、予め寸法
安定化処理をすることなく単に所定部分のイオン交換基
を抜いたイオン交換膜あるいは所定部分のイオン交換基
を抜いた後に寸法安定化処理したイオン交換膜を装着し
た電解槽においては、該イオン交換膜が電解時に接触す
る溶液により膨潤あるいは収縮してシワまたはピンホー
ルの発生に至ったり、イオン交換基を除去した膜部分の
位置がズレるため締め付け部において水ぶくれが生じる
結果を招く。なお、本発明において「内側」とは電極室
内部という意味で、イオン交換膜においてイオン交換基
を除去する部分は少なくとも締付部の内縁より内側の周
辺部であり、一般には電極室枠の内周縁部より５〜５０
mm程度の内側である。

本発明に用いられる寸法安定化処理は、イオン交換膜を
アルカリ金属塩水溶液の電解に、供するに際して、該膜
が電解溶液により膨潤または収縮しないように安定化す
ることで、公知の方法が特に制限なく用いられる。例え
ばイオン交換膜をNaHCO₃溶液に漬浸し、次いで純水に漬
浸する方法、イオン交換膜を膨潤させる溶媒と接触させ
た後、周辺を固定して収縮させる処理を施こす方法（特
開昭58-163446号）、さらに固定した状態で熱処理を行
い、次いで再び有機溶媒で膨潤させる方法（特開昭59-8
4925号）などがある。これらの方法に用いる溶媒として
は、例えばメタノール，エタノール，プロパノール，エ
チレングリコール、プロピレングリコール，グリセリン
等の１〜３価のアルコールやエーテル，水等が一般的で
ある。また、上記したイオン交換膜の膨潤は、線倍率が
1.1倍以上となるように溶媒に漬浸する方法、また収縮
は乾燥により５０〜１００％の復元率で収縮させる方法
が一般的であり、これらはイオン交換膜の種類や電解条
件等に応じて適宜選定すればよい。

本発明においてイオン交換膜の所定部分におけるイオン
交換基を除去する方法は、イオン交換膜を寸法安定化し
た状態で実施されるものであれば、該イオン交換膜のイ
オン交換基の種類に応じて公知の方法を適宜採用するこ
とができるが、一般に熱プレスによる方法が好ましい。
したがって、電解槽は、寸法安定化処理したイオン交換
膜の予め決定した所定の位置に熱プレスした該イオン交
換膜を装着する方法、或いはイオン交換膜の装着時に直
接に熱プレスする方法などによって構成される。かかる
熱プレスの条件はイオン交換膜の種類により異なるが、
パーフルオロカーボン系の陽イオン交換膜の場合には一
般に５kg／cm²以上の圧力で３００℃以上の温度に１０
秒以上接触させる方法が適当である。

本発明に用いられるイオン交換膜は、アルカリ金属塩水
溶液の電解に耐久性を有するものであれば特に制限され
ないが、一般には陽イオン交換基を有する所謂パーフロ
ロカーボン系の陽イオン交換膜が好適に用いられる。
又、アルカリ金属塩水溶液の電解方法は、例えば陽極室
に３〜５規定(N)の塩化ナトリウム等の塩水を供給し、
一方の陰極室には水または希釈アルカリ金属塩水溶液を
供給し、一般に常温〜９５℃の温度、電流密度１０〜５
０Ａ／dm²の条件で電解を行なう方法など公知のイオン
交換膜法プロセスにおける条件を特に制限なく採用する
ことができる。

（効果） 本発明によれば、イオン交換膜を寸法安定化処理した
後、電極室枠との締付面の内縁より内側に存在するイオ
ン交換基を除去して電解槽に装着するため、電解槽を締
め付けた際に該イオン交換膜の膨潤或いは収縮による寸
法変化がなく、しかも、電極室枠との締付面の内縁より
内側に存在するイオン交換膜の部分がイオン交換基を有
さないため、電解時における前記した諸問題を解決する
ことができる。

（実施例） 以下、本発明を実施例に基づき詳細に説明するが、本発
明は以下の実施例に特に限定されるものではない。

実施例１ パーフロロカーボン系の陽イオン交換膜（Ｋ型）を、膜
面積m²当り６０の２％NaHCO₃水溶液に２５℃の温度で
８時間漬浸し、その後に膜面積当り６０の純水に２５
℃の温度で８時間漬浸して寸法安定化処理を行なった。

その後、陽イオン交換膜の陽極ガスケットの内縁部に相
当する部分より外側に１０mm幅、内側に２０mm幅で湿状
態（寸法安定化した状態）のまま下記条件で熱プレスを
行い、上記の該当部分のイオン交換基を除去した。得ら
れたイオン交換膜を電解槽に装着し、下記条件で３６０
日間電解した後に膜を取り出したところ、膜面に水ぶく
れの発生は見られなかった。また、電流効率も初期９６
％でスタートし最終的に９５％を保った。

熱プレス条件： プレス圧：１０kg／cm²Ｇ 温度：３００〜３５０℃ 加熱時間：２０sec 電解条件： 電流密度：４０Ａ／dm² 電解温度：９０℃ 陽極液ＮａＣ濃度：２１０ｇ／ 陰極液NaOH濃度：３２wt％ 通電面積：２．７m² 比較例１ 実施例に示す寸法安定化処理を実施した後、熱プレスを
実施しないままに電解槽に装着し、３６０日間電解した
後に膜を取り出したところ、陽極ガスケット内縁部に沿
って膜面に水ぶくれが生じていた。また電流効率も初期
９６％でスタートしたが最終的に９０％まで低下した。

比較例２ 熱プレスを実施した後に実施例に示す寸法安定化処理を
実施したところ、熱プレスを実施した部分と実施しなか
った部分とで膜の伸び率が大きく異なるためシワが発生
し電槽への膜セットが出来なかった。

比較例３ 実施例１に基づき、寸法安定化処理を実施した。

その後、膜を乾燥させ、実施例１の寸法及び条件で熱プ
レスを実施してイオン交換基を除去した。得られたイオ
ン交換膜を電解槽に装着し、２００日間電解した後に膜
を取り出したところ、電解時に接触する溶液により、膜
が膨潤してシワが発生し、シワの頂部にピンホールが発
生していた。また、電流効率も初期９６％でスタートし
たが、最終的に９２％まで低下した。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】イオン交換膜と電解室枠とを交互に多数配
   列して締め付けて構成するフィルタープレス型アルカリ
   金属塩水溶液の電解槽において、イオン交換膜を予め寸
   法安定化処理した後、該イオン交換膜を寸法安定化した
   状態で、少なくとも電解室枠との締付面における内縁よ
   り内側の周辺部に存在するイオン交換膜のイオン交換基
   を除去して電解槽に装着することを特徴とするイオン交
   換膜の装着方法。