JPS5916988A - 隔膜食塩電解槽用陽イオン交換膜 - 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】 本発明は含フツ素重合体フィルムを陽イオン交換膜の周
囲に額縁状に接合してなる陽イオン交換膜、特にカルボ
ン酸基とスルホン酸基をイオン交換基として有する含フ
ツ素系陽イオン交換膜を、従来のアスベスト隔膜を用い
る食塩電解槽にアスベストに代え取り付ける際の陽イオ
ン交換膜に関する。

アルカリ金属ハロゲン化物水溶液を電解しハロゲンおよ
びアルカリを得る方法は、公害防止の点から水銀法に代
って隔膜としてアスベストを用いる隔膜法が主流となり
つつある。

しかし、この隔膜法は、高純度の苛性アルカリが得られ
ないこと、又低濃度の苛性アルカリしか得られないため
取得苛性アルカリは濃縮、分離等の繁雑な手段を経ねば
ならず、省エネルギー化がさけばれている現在、それに
逆行する極めて不利な方法というべきものである。

これに対し、隔膜としてイオン交換膜を用いるいわゆる
イオン交換膜法は、より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方法であって、この方法に
おける各種の技術開発が種々提案されている。このイオ
ン交換膜法は、極めて優れた方法であるが、新たな設備
投資が要求されるＯ この為、現存するアスベストを用いる隔膜電解槽のアス
ベストに代えイオン交換膜が取りつけられるなら、設備
費がわずかですみ、高濃度高純度アルカリを得ることが
可能となり、省エネルギーにも役立つ有効な方法であっ
て、その開発が望まれている。

本発明者らは、これらの要求に対し、どの様なタイプの
アスベスト隔膜電槽にも装着可能なイオン交換膜を作る
べく鉄量検討したとこ為、極めて安価に、又電解性能を
そこなわずに装着しうる陽一般には、上記含フツ素系陽
イオン交換膜を直接加工して種々の形に製作することが
予想でき、また陽イオン交換膜自体も熱融着等の手段に
より筒状袋状とすることも可能であり、かつ公知である
。

１−かしながら、陽イオン交換膜は高価であること、ま
た膜と膜同志の接着強度は低く実用に耐えないこと、又
熱融着は直線部のみ可能で複雑な形状を作くることは極
めて困難である。

本発明は、これらの問題点を一挙に解決したものである
。

即ち、本発明は、イオン交換基を有する含フツ素系陽イ
オン交換膜の周囲に、ある一定の厚みの含フツ素重合体
フィルムを接合してなる、どの様なタイプの隔膜電解槽
にも装着可能な陽イオン交換膜を提供するものである・ 本発明の特徴として、通電部のみ高価な陽イオン交換膜
を用い、他の部分は安価な含フツ素重合体フィルムを用
いることで接合部は増加するが全体として安くなること
、接着力の弱さによるはく離から電流効率が低下するこ
と、また、ガスの爆発範囲にはいること等不利な点が生
ずることがないこと、更には接着部が直線部は良いが曲
部はきわめて高い精度の工具を要求される従来法に比し
て、本発明では機械的手段はほとんど用いず、融着接着
という極めて簡便な手段により本発明の目的が達成され
ることである。

本発明において用いられるイオン交換膜としては、例え
ばカルホン酸基、スルホン酸基、ホスホン酸基等の陽イ
オン交換基を含有する重合体から成る膜の凡てが適用可
能で、この様な重合体としては耐久性耐熱性等から含フ
ツ素重合体を用いるのが好ましい。

又、イオン交換膜は、必ずしも一種類の交換基だけを有
する必要はない。膜の片面と他面のイオン交換基が異な
るもの、又二種類以上の交換基が混在するものも勿論使
用可能である。

電解性能の点、又含フツ素重合体フィルムと陽イオン交
換膜との接合強度が良好である点の両方の点から考え、
陰極側がカルボン酸基等の弱酸性交換基で、陽極側がス
ルホン酸基等の強酸性交換基を有する二層構造から成る
イオン交換膜が殊に好ましい態様のものである。

これらのイオン交換膜は、従来既知の種々の方法で製作
されるが、必要によっては、ポリテトラフルオロエチレ
ン等の含フツ素重合体及び又は、一般の合成樹脂体から
成る布２．網等の織物、不織布、多孔体等で補強された
ものでも何らさしつかえなく、２０〜５００μ、好まし
くは５０〜４００μの厚みの陽イオン交換膜を用いるの
が望ましい。

本発明で用いられるイオン交換膜は、額縁状に含フツ素
重合体フィルムを接着前に予め膨潤させたのち、固定も
しくは延伸固定し、乾燥処理したものが好ましい。

その理由は、一般に陽イオン交換膜は、保有する陽イオ
ン交換基により水中等で５〜１５％も膨潤する現象があ
る・それに比し、含フッ素重査体フィルムはほとんど膨
潤しないため、乾燥状態にて陽イオン交換膜の回りに含
フッ素重合体フィルムを接合し、電解液に浸漬すれば、
陽イオン交換膜のみ延びるため、陽イオン交換膜に多数
のシワが発生する。

このためこれらのシワは電解中においては気泡の滞留に
よる電圧の上昇、又接合部でのシワの発生は膜に歪を発
生させ膜の接着強度の低下、あるいは、極端な場合は、
はく離を引き起す等悪影響を与えるため、接合前に上記
の前処理をすることが好ましい〇 陽イオン交換膜の固定または延伸固定方法は、予めこの
膜を電解操作条件で膨潤する程度の大きさに引き伸ばし
固定しておくことから成りたち、特にその手段を限定す
るものではない。まず最初は陽イオン交換膜を膨潤させ
ることである。膜の膨潤方法は所望の大きさに膨潤させ
ることが可能であれば、どの様な方法を採用しても良い
。純水、食塩又は苛性ソーダ水溶液、又有機溶媒中（例
えばメタノール等のアルコール類）に浸漬させても良い
。又、これらと同時に加温等の手段をとり、より膨潤さ
せることも可能であり、液中に浸漬することなく霧吹き
、又は、はけぬり等の手段をとっても良い・次の固定又
は延伸固定及び乾燥方法も通常考えられる方法で良い。

すなわち、所定の大きさの金属製等の強度のある材質か
ら成る窓枠状金型を２枚製作し、その間にガスケットを
２枚挾む、そして上記方、法により膨潤させた膜をガス
ケットの間にはさみ、シャコ万力、タイロッド等で締付
固定する。この際、あまり過度の締付を行なうと陽イオ
ン交換膜はクリープを起こし、破損する恐れがあるので
締付けすぎない様、また乾燥時にずれない様な適当な締
付圧を選ぶ必要があるｅ乾燥は乾燥器内で行なっても良
いが、枠中で固定したまま大気中で１時間以上放置して
おけば十分である。また乾燥窒素などで膜の乾燥をより
完全にするほうがより望ましイ。

この様に処理した陽イオン交換膜を用いて、該膜と含フ
ツ素重合体フィルムとを接合する場合のその接合方法は
特に限定されるものではないが、一般的にインパルスヒ
ーターやホットプレス機等を用いた熱融着による接合方
法が接着強度の面から見て好ましい。本発明の重要な構
成因子であるイオン交換膜と含フツ素重合体フィルムの
接合について次にのべる。

含フツ素重合体フィルムとしては種々のものが市販され
ているが、特にその中でも４フッ化エチレン−６ノ、化
プロピレン共重合体（以下ＦＥＰフィルムと略す）と４
フフ化エチレン−パーフルオロビニールエーテル共重合
体（以下ＰＦＡフィルムと略す）から成る２種類のフィ
ルムが陽イオン交換膜との接合強度が高いこと、又、フ
ィルム自身の加工性が非常によいとの理由で極めて有効
である。

又、上記フィルムの厚さとしては、０．０５〜０．５ｆ
ｉの範囲が好ましい。その理由としては、厚さが上記範
囲以下のものは陽イオン交換膜との接合は可能であるが
、フィルムが薄くフィルム自体の強度が低い。又、接合
したところは厚みが薄くなり強度がさらに低下すること
にもなる。フィルムが薄いことはフィルム同士の加工性
が非常に難かしいことも理由の１つとして上げられる・
厚みが上記範囲をこえると上述の問題点シまｉｔとんど
解決されるが、一番の問題である含フツ素重合体フィル
ムと陽イオン交換膜の接合力１仲々困難なことで、たと
え接合してもその接着強度シま極めて小さく実用に耐え
ず、この範囲のものを使用することが必須である。

陽イオン交換膜と含フツ素重合体フィルムの接合方法は
特に限定されるものではなく、接着強度が電解中に耐え
られるものであればどの様な方法でも良い。本発明者ら
の検討によれ）ｉ、特に好ましい例は、陽イオン交換膜
としては性能の良Ｖ）ヌルホン酸基とカルボン酸基の二
層構造を持ち、該膜ノスルホン酸基側と含フッ素重合体
フイルムトの間に、補強材を持たず、かつ、スルホン酸
基のみから成るイオン交換基を有する陽イオン膜例えば
デーボン社より販売されている商品名ナフイヨンナ１１
７．す１１５．＋１２５等を介在させ、インノールスヒ
ーターを用いて額縁状に含フツ素重合体フィルムを接合
する方法である・ その接合売件としては、額縁状フィルムカーＦＥＰの場
合は、温度３００〜３８ｏＯｃ圧カ１０〜４０Ｋｇ／ｃ
１時間１０〜２０秒、又額縁状フィルムがＰＦＡの場合
は、温度３３０〜４００°Ｃ圧力１０〜４０に９／ｃ＋
＋！時間ｌＯ〜２０秒　という接着条件で行なえば、そ
の接着強度は極めて強く長時間電解を行なってもその電
解性能はほとんど低下せず、電解層の膜はしわ、折目等
の発生はほとんど見られず、またその接着強度の低下、
接合部のはく離等の現象は見られない。

本発明の態様を以下添付図面により詳述するが、本発明
はこれらに限定されるわけではない。

まず、第１図は、本発明の額縁状含フツ素重合体フィル
ム付陽イオン交換膜の例を示す。こノ図中で、（イ）が
陽イオン交換膜、（ロ）が含フツ素重合体フィルムであ
り、（ハ）が額縁状含フツ素重合体フィルム付の陽イオ
ン交換膜である。（ａ）、　（ｂｌ−（ｃ）はその製作
方法の数例を示す。まず、（ａｌは、予め額縁状に切り
ぬいた含フツ素重合体フィルム、又は、熱融着等で予め
額縁状に成型した含フツ素重合体フィルム（ロ）を陽イ
オン交換膜（イ）と接合し、本発明の陽イオン交換膜（
）→を製作する方法、（ｂ）は予め短冊状に切った含フ
ツ素重合体フィルム（ロ）を順次接合してゆき（バー１
）、本発明の額縁状含フツ素重合体フィルム付陽イオン
交換膜（バー２）を製作する方法、及び（Ｃ）の２枚の
厚みの変わった含フツ素重合体フィルム（（ロ）−１，
（ロ）−２）を用意し陽イオン交換膜に接合することも
可能である。本方法の特徴としては、厚い含フツ素重合
体フィルムを直接に陽イオン交換膜に接合することが無
理な時、又、接合してもその接着強度が極めて弱い時な
ど、予め薄い含フツ素重合体フィルムを接合し、その後
厚い衾フッ素重合体フィルムを接合すれが強固な接着強
度が得られること、厚い含フッこ≠ム 素重合体は加工性が非常に良いことが挙げられる。

第２図は、本発明の陽イオン交換膜の種々の加工方法の
例を示す。一般に、隔膜電解槽は、床面積に比らべ通電
面積を大にするため複雑な電極形状（例えばフィンガー
型、円筒型）をとっている〇例えばフィンガー型陽極と
フィンガー型陰極を組合せたグラノール型複極電槽、フ
ッカ−型、ダイヤモンド型、昭電型の様にＢＯＸ型で穴
のあいた陰極缶と底部より櫛歯状に林立した陽極の組合
せ等種々の形の電槽がある〇 本発明は、上記隔膜電解槽のどの様な型にも装着可能な
陽イオン交換膜であり、説明はグラノール電槽装着用の
陽イオン交換膜の加工方法を例にとって示すが、もちろ
んこれに限られるわけではない。

第２図（ａ）は、本発明の陽イオン交換膜をず２つ折り
する（９）。その２つ折りした膜の上下含フツ素重合体
フィルムの部分を途中まで接合する（２）。そして、接
合しなかった部分をひろげれば端にフレアーのついた袋
が出来る懸。これらを多数つなぎ合せてゆけばグラノー
ル電槽型電極に装着できる多連膜が製作可能となる閏。

第２図（ｂ）も本発明の陽イオン交換膜をまず２つ折り
する（９）０その２つ折りした膜の上下含フツ素重合体
フィルムの部分の端部を全て接合する（２）すすると、
陽イオン交換膜の袋が出来る（５）。これらに別途用意
した含フツ素重合体シートに穴をあけ（■これらの穴に
袋状膜をつつこみ、穴の円周部を接合してゆけば多連膜
が出来るＭ 第２図（ｅ）も本発明の陽イオン交換膜を用いる。

まず額縁状含フツ素重合体フィルムの部分を型とりする
（Ｉ）。点線部で折り曲げ、上下部にさらに含フツ素重
合体フィルムをもう１枚置き接合してゆくと、フィンガ
ー状の袋膜ができる（６）。これをつなぎ合せてゆくと
多連袋膜ができる。（２）

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、　（ｂ）、　（ｃ）の（ハ）が本発明の
額縁含フッ素重合体フィルム付の陽イオン交換膜の例を
示す・第１図は、本発明の陽イオン交換膜の製作方法の
例を示している０図中で、（イ）は使用される陽イオン
交換膜、（ロ）は含フツ素重合体フィルムを示しており
、図中（ハ）の太線部が接合部を示す。 第２図は、第１図で製作した額縁含フッ素重合体フィル
ム付の陽イオン交換膜の袋状、又袋状の連膜への成形方
法の数例を示す。図中、点線は折り曲げ部を示し、額縁
フィルムと陽イオン交換膜の接合部は省略し、袋状又は
袋状連膜への成形時の接合部のみを太線で示す。 特許出願人　　東洋曹達工業株式会社 第２図 （１）　　　　　　　　　（ロ）　　　　　（ｍ）（１
）　　　　　　　　　（ロ）　　　　　　　（ＩＩＤ（
ｖ）　　　　　　　　佃）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、厚みが０．０５〜０．５岡の含フツ素重合体フィル
   ムを陽イオン交換膜の周囲に額縁状に接合して成る隔膜
   食塩電解槽用陽イオン交換膜。 ２、含フツ素重合体フィルムが、４フフ化エチレン−６
   フツ化プロピレン共重合体、または４フッ化エチレン−
   パーフルオロビニルエーテル共重合体から成るフィルム
   である、特許請求範囲第１男税載の陽イオン交換膜・ ３、含フツ素重合体フィルムに接合する陽イオン交換膜
   が接合前に予め膨潤させたのち固定もしくは延伸固定し
   、次いで乾燥処理した陽イオン交換膜である特許請求範
   囲第１項または２項記載の陽イオン交換膜。 ４、接合が温度３００〜４００°Ｃ１圧力１０〜４０Ｋ
   ｆ／ｃ−ｄ・時間１０〜２０秒の接着条件で行われる特
   許請求範囲第１項〜第３項記載の陽イオン交換膜。