JPS5816084A - イオン交換膜の装着方法 - 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】 本発明はイオン交換膜の装着方法、特にフィンガー権へ
のイオン交換膜の装着方法に関する。

塩化アルカリを電解して苛性アルカリを得る方法は、公
害防止の見地から水銀法に代って隔膜法が主流になシつ
つある。隔膜法は通常アスベスト等のＦ隔膜を用いる方
法が現在工業的に用いられている。隔膜アスベストを用
いた電解槽として、例えば檜底部に直立した多数の陽極
フィンガーをボルトによって固定し、表面にアスベスト
を被覆せしめた多数の陰極フィンガーを有゛する缶体を
前記陽極フィンガー間に陰極フィンガーが夫々入り込む
ようにしてかぶせるようにした単極槽が所謂ダイヤモン
ドジャムロック槽やツーカー権として用いられている。

また、このような電解槽の今１つの例として板状電極を
中央線で折り曲げテーノく一状の側壁となしだ一対のフ
ィンガー状電極を各々入れ子式に陽極フィンガーと陰極
フィンガーがはめこみ式に組み立てられ、陰極フィンガ
ー上にはアスベストが隔膜として沈着された複極檜であ
るいわゆるグラノール槽が知られている。

しかし、これらアスベスト法により得られる苛性アルカ
リは、低濃度であると共に塩化アルカリが不純物として
含まれておシ、通常このまま直ちに工業用薬品等の諸用
途には供しｖｌい。

これに対し、よシ高純度、高濃度の苛性アルカリが電解
によって直接得られる手段としてアスベスト隔膜に代え
てイオン交換膜を用いる手段が種々提案されている。処
で、前記の如きアスベスト電解槽が手持ちである場合、
このアスベストに代えてイオン交換力〆が取シ付けられ
るならば、新らたな電解槽設備は実質的に不要であり、
しかも高純度、高濃度の苛性アルカリを得ることが可能
となる。本発明者はかかる点に鑑み、前述の様な単極槽
又は複極槽にアスベストに代えてイオン交換膜を取９つ
ける手段を得る・　目的で種々研究、検討した結果、本
発明に至ったもので、本発明は陽イオン交換膜を介して
フィンガー状電極が入れ子犬に配置されてなる電解槽に
おいて、少なくとも一端に折り曲けられたフレアを有す
る開放端があり、該フレアにはフランジが接合されてな
る陽イオン交換膜袋状体でフィンガー状陽極又はフィン
ガー状陰極のいずれかを覆い、該フランジ同志を接合す
ることを特徴とするイオン交換膜の装着方法を要旨とす
るものである。

本発明において用いられるイオン交換膜としては、例え
ばカルボキシル基、スルホン酸基、ホスホン庶基、フェ
ノール性水酸基等の陽イオン交換基を含有する重合体か
らなシ、かかる重合体゛としては含弗素重合体を採用す
るのが特に好ましい。イオン交換基含有の含弗素重合体
としては、例えばテトラフルオロエチレン、クロロトリ
フルオロエチレン等のビニルモノマーとスルホン酸、カ
ルボン酸、燐酸基等のイオン交換基を有するパーフルオ
ロのビニルモノマーとの共重合体が好適に用いられる。

又、トリフルオロスチレンの膜状重合体にスルホン酸基
等のイオン交換基を導入したもの等も使用し得る。

そして、これらのうち夫々以下の（イ）、（ロ）の重合
単位を形成し得る単量体を用いる場合には、比較的高い
電流効率で高純度の苛性アルカリを得ることができるの
で特に好ましい。

（イ）　＋〇Ｆ２−ＣＸＸ’−）−、（ロ）　＋ＣＦｚ
−ａｘ　−）−ここでＸはＦ、Ｃ１，Ｈ又は−〇Ｆｓで
あり、Ｘ′は又又はＣＦ３（ＯＦ２）ｍであり、ｍは１
〜５であり、Ｙは次のものから選ばれる。

÷ＯＦ２＋−Ａ　、　　−０千Ｃ！Ｆ２−）−Ａ。

＋０−ＯＦ２−ＣＦ　−）−Ａ　。

ｙ ｘ＋　７＋　Ｚは共に１〜１ｏであり、ｚ、Ｒｆは−Ｆ
又は０８〜１゜のパーフルオロアルキル基かう選ばれる
。又、Ａは一８０５Ｍ、　−Ｃ！ＯＯＭ又は加水分解に
よってこれらの基に転化し得る一８’０２Ｆ、　−ＣＮ
。

−ＣＯＦ又は−０００Ｒであり、Ｍは水素又はアルカリ
金属、Ｒは０１〜□０のアルキル基を示す。

本発明に用いられる陽イオン交換膜は、イオン交換容量
が０．５〜４、ＯミＩＪ　Ｍ量／グラム乾燥樹脂、特に
０．８〜２０ミリ当量／グラム乾燥樹脂であるのが好ま
しい。かがるイオン交換容量を与えるため、上記（イ）
及び（ロ）の重合単位からなるイオン交換膜のＷ台、好
ましくは（ロ）の重合単位が１〜４０モルチ、特に３〜
２５モル％テあるのが好ましい。本発明に用いられる陽
イオン交換膜は必ずしも一種の重合体から形成する必要
はなく、又、一種類のイオン交換基だけを有する必要も
ない。イオン交換基として陰極側が陽極側に比してより
小さい二種類の基を有する重合体の積層膜、陰極側がカ
ルボン酸基等の弱酸性交換基で、陽極側がスルポン酸基
等の強酸性交換基を有するイオン交換膜も使用し得る。

これらイオン交換膜は、従来既知の種々の方法で製造さ
れ、又、これらのイオン交換膜は必要により好ましくは
ポリテトラフルオロエチレン等の含弗素重合体からなる
布、網等の紳物、不織布又は金属製のメツシュ、多孔体
等で補強することができる。又、イオン交換膜の厚みは
２０〜５００μ、好ましくは５０〜４０ｏμを採用する
のが適当である。

次に、本発明を実施する具体的な方法につぃて説明する
。

上述の如き陽イオン交換膜の長方形シートの対向辺を接
合し、筒状体を製作する。そして、ダイヤモンド槽ある
いはツーカ一槽に適用する場合には、この筒状体の両刀
の開孔端を加熱下に加圧してフレアを設ける。また、グ
ラノール梗に適用する場合には、上記筒状体の２つの開
孔端のうち、一方のみを上記と同じようにしてフレアを
設け、他端はヒートシール等により閉じてフレア付きの
袋状体とする。

このフレアを設ける手段は後述の具体的な方法によシな
されうるが、フレアの巾をあまり広くとることは適切で
はなく、１０〜１５ｍ＋程度の巾であるため、電解槽に
該成形膜を取りつけるには、このフレアに更に巾の広い
フランジを取りつけることが必要である。このフランジ
は材質的には、陽イオン交換膜と熱融着を行なうのが容
量にできるものであればよく、必ずしもイオン交換能力
を持つ必要はない。通常は、長方形の含フツ素系ポリマ
ーからなるシートであって、中央部に陽イオン交換膜の
筒状体又は袋状体の開孔部と同形状の開孔を有するもの
である。・この７ランジは、上記開孔を電極の配挿゛に
合わせて複数個設けたものであっても勿論よい。

かくして得られた７ランジ付きの陽イオン交換膜筒状体
又は袋状体は以下のようにして電解槽にとりつけられる
。以下、代表的なダイヤモンド槽とグラノール槽につい
て説明する。

ダイヤモンド槽′の場合、上述のように製作された、両
端にフランジを有する筒状膜を、陰極函の、陽極を挿入
する開孔内に配置し、７ランジは陰極函の上部板（・陰
陽極液隔離板）の上及び陰極函の底板の下に各々とシだ
され、該筒状膜の内部は陽極を収容しうる陽極室を構成
する。

そして、上部、下部のフランジは、隣接開孔部に同様に
して設けられた筒状膜の７ランジと液密に接合され、一
体化される。

かくして、陽イオン交換膜の配置された陰極函かえられ
、陽イオン交換膜の筒状部に陽極をセットし、蓋をとり
つければダイヤモンド槽ができる。

また、グラノール槽に陽イオン交換膜をと９つける場合
には、陽イオン交換膜の成形体としては一端にのみ７ラ
ンジを設けた袋状体が使用される。グラノール槽に装着
する方法は、グラノール槽のフィンガー状陰極にこの袋
状体をかぶせ、７ランジ部分は、隣接する該袋状体の７
ランジと液密に接合し、この７ランジの対向す、る２辺
を電解槽のフランジ部分に固着する。グラノール槽の場
合、上記した方法の他に、陽イオン交換膜袋状体をグラ
ノール槽のフィンガー囲枠の配置状態に合わせて、然る
べき間隔になるようにしてフランジ同志を予め接合して
おく方が作業上より効率的な方法である。

次に、陽イオン交換膜のフランジ付筒状体又は袋状体を
製作する具体的な方法について説明する。

シート状陽イオン交換膜の対向辺を接合して筒状体を作
る場合、該対向辺を一部わずかに重ね合わせ、その間に
接着剤を配して、例えば、熱圧着する方法が通常考えら
れるが、このようにすると、その接合部分のみが厚くな
シ、段々のついた筒状体となり、その部分が接傷しやす
くなるのであ１り好ましい方法ではない。そこで、本発
明者等は、突き合わせヒートシールと称する方法を案出
した。これは、対向辺を重ね合わせずに、わずかな間隔
（２闇以下が望ましい）をおいて平行に配置し、その隙
間の上に、陽イオン交換膜と同材負あるいは、やや融点
の低い樹脂シートをかぶせ、例えば、ＩＫｇ／ｃｎ、２
４０〜２６０℃の条件で圧着する。そうすると、上にか
ぶせたシートが溶融して、陽イオン交換膜の対向辺間の
狭い隙間に流れ込み、対向辺同志を接合することになる
。このようにして段のついていない筒状体が得られる。

次に、この筒状体の開孔端部にフレアを設ける方法につ
いて説、明する。

この筒状体の開孔部の内面及び外面に密接する中子と外
型でこの筒状体をはさみ、開孔端上部よシ加熱されたテ
ーパー付さのタイを押し込み、該開孔部の端部を外方へ
押し広げフレアを形成する。この時、筒状体の内外面、
特には内面を陽イオン交換膜より剛性の大きい樹脂フィ
ルムで覆っておくことが望ましい。また、型からの離型
を容易にするために、離型用フィルムあるいは離型剤を
用いることも有効である。

開放他端を袋状にするのには、特別な方法は必要でなく
、開放端部を合わせて熱融着すれば、　よい。

次に、筒状体あるいは袋状体にフランジをつける方法に
ついて説明する。

フランジの材質については、前述の通り、陽イオン交換
膜と同じようなイオン交換能力を持つものは必ずしも必
要ではなく、通常の樹脂、好剪しくけ含フッ素系樹脂で
よい。

フランジは筒状体ないし袋状体の開孔部と同じ形状ない
し、やや大きい形状の開孔が設けられていることが必要
である。このフランジ部分は電解槽に装着後、相互に接
合する必要があるだめ、予め装着前に接合しておくこと
もできるし、大きなシートをフランジとし、これに複数
の開孔を設けておくこともできる。

じかしながら、ダイヤモンド槽に装着する場合には、大
きなフランジを用いるか、予め７ランジを接合しておく
ことができるのは両端フランジの一方のみであって、他
方のフランジは電解槽に装着後、フランジ同志の接合を
行なうことが必要である。

フランジ同志を液密に接合する場合、フランジの重なり
合う面全面を溶着する必少はなく、線状に溶着すれば充
分である。線状に溶着する手段としては、ヒーターを内
蔵した圧着板を用いるのがよい。帯状ニクロム線を圧着
板上に配置し、この圧着板にフィルムを圧着しながら加
熱することにより、液密に接合できる。

以下、本発明の好ましい態様を実施例により説明する。

実施例１ ダイヤモンドジャムロック社製アスベスト隔膜法電解槽
ＤＳ−４５型にアスベスト隔膜に代え、ポリテトラフル
オロエチレン、！：　ＯＦ’！＝ＣＦＯ（ＣＦ２）、　
ｃｏｏｃＨａの共重合体からなるイオン交換容忙１．４
５ｍｅｑ／Ｉ乾燥樹脂を有する厚さ２８０μの陽イオン
交換膜を下記方法により取り付けた。

先ず前記膜を、夫々の籠型陽極が夫々に入る様、巾６ｃ
ｍ、長恥８９画、高さ８１ｍの大きさを有する両端が開
放された筒状体を突き合わせ、ヒートシール法により製
作した。

次に、上記筒状体の内外面に内側には厚さ３５０μのフ
ローグラス（ポリテトラフルオロエチレンを含浸させた
ガラス繊維の織物）を、外側には厚さ２５０μのフロー
グラスを密着させて、フレア加工用のダイにセットした
。フレア加工用ダイは、中子として約６×８９Ｃ１ｎの
断面をもつ中子と、その外側のダイを有するもので、上
部には、下面が約６×９０ｃｒｎ１上面が約４ｘ８７ｃ
ｒｎ、高さが２．５　ｃｍのテーパーを有した押しダイ
を配し、この押しダイは加熱装着を内雇、するものであ
る。

上述の押しダイを２００℃に加熱し、筒状陽イオン交換
膜の開孔端に挿入し、陽イオン交換膜を゛加圧、拡張し
てフレアを設けた。フレアの巾は１２胡であった。他の
開放端も同様にしてフレアを形成した。

次に、前記陽イオン交換膜フィルム（９５０Ｘ１１０ｃ
ｒｎ、厚さ２８０μ）の中央部に約６×８９副の開孔を
設け、これを筒状陽イオン交換膜のフレアの部分に重ね
トラック状にヒートシールした。

ヒートシールの方法は、１２．０Ｘ９７、Ｏｃｍのベー
クライト板に、深さ４．５ｍｍ、巾３．５１１Ｉｎの約
８×９１ｃｒｎのトラック状溝を備えた圧着板を用意し
、防滴にはニクロム線のシーズヒーターを埋設した。こ
の溝の上にフレアと上記フィルムの７ランジを重ね合せ
たものを配置し、溝部分を約２３０℃に加熱して線状の
ヒートシールを行なった。

かくして得られた７ランジ付き陽イオン交換膜・筒状体
を、ダイヤモンド槽（ＤＳ−４５槽）の陰枠函開孔部に
セントし、７ランジ同志を熱融着し、陽極をセットした
後、？ＲＰ製の塩水保持用蓋をかぶせて電１解槽を組み
立てた。

この電槽の陰極室に２５重量％の苛性ソーダ水溶液を陽
極室にＮａＣ！１３００１１／ｌの水浴液を導入して夫
々液温を９０℃に昇温し、次いで陽極室には９０℃に保
持した３ｏｏｐ／ｌの食塩水に１０重ｓ−のＨＯＩを０
６ｔ／時の割合で添加し、この食塩水を８５０ｔ／時で
導入し、１６時間かけて胴を加水分解した。膜の加水分
解終了と共に塩水中へのＨＣ１添加を止め、陰極室に水
を８５ｔ／時の時点で導入しつつ、６０ＫＡを通電して
偶−°解を行なった処、定常状態に達した時点で陰極室
ＮａＯＨ濃度３濃度３嗟 ３、５５ＶＣ！１２純度９　７．　２　％、陰極液中の
ＮａＯＨ濃度は５０重折重　ＮａｏＨ’＃度換算で１　
７　ｐｐｍであった。

実施例？ フィンガーの長さが２００ＷＩＩ１１１高さが６００炉
で、フィンガーの付は根部分の巾が２７ｍのサイズのフ
ィンガーからなる試験用グラノール槽に以下のようにし
て、実施例１と同じ材質の陽イオン交換膜を装着した。

実施例１の陽イオン交換膜シートを、両端部の開孔端が
２７Ｘ６００ｗｎとなるように付き合せヒートシール法
により筒状体にした。なお、筒状体の高さは、フレア幅
分の巾を確保し、及び一端を袋状にヒートシールするた
めに、フィンガーの長さより長（２４０ｗｎとした。

次に、実施例１と同様にしてｌ端に巾１２ｗ１＋のフレ
アを設け、他端は開孔端部を重ね合せヒートシールし、
フレア付き袋状体とした。次にこれに実施例］と四杵に
して、７ランジをフレア部分に溶着して取付け、さらに
、試験用グラノール槽の陰極フィンガーの配置に合せて
、然るべき間隔でＰ数の袋状体を７ランジ同志で接着し
た。かくして、複数の袋状膜を備えた阿イオン交換膜成
形体が得られた。

次に、これを試験用グラノール槽の陰極にかぶせて、該
成形体の外周部を電解槽のフランジ部分に固着して、陽
極フィンガーを入れる式に陰極フィンガーの間に挿入し
試験用グラノール槽を組み立てだ。

これを、実施Ｊｖ＞ＩＪ　ｌと同じ条件で運転した結果
は以下の通りでめった。

陰極室ＮａＯＨ濃度　　　　　３５重量裂摺電圧　　　
　３．５１Ｖ Ｃ１２濃度　　　　　　９７．５チ ＮａＯＨ水溶液中のＮａｃ１濃度　　１　８　ｐｐｍ４
３

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）湯イオン交換膜を介してフィンガー状電極が入れ
   子式に配置されてなる電解槽において少なくとも一端に
   折り曲げられたフレアを有する開放端があり、該フレア
   にはフランジが接合されてなる陽イオン交換膜袋状体で
   フィンガー状陽極又はフィンガー状陰極のいずれかを覆
   い、該７ランジ同志を接合することを特徴とするイオン
   交換膜の装着方法。