JPS648714B2 - - Google Patents

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JPS648714B2
JPS648714B2 JP56132746A JP13274681A JPS648714B2 JP S648714 B2 JPS648714 B2 JP S648714B2 JP 56132746 A JP56132746 A JP 56132746A JP 13274681 A JP13274681 A JP 13274681A JP S648714 B2 JPS648714 B2 JP S648714B2
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JP
Japan
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layer
exchange membrane
cation exchange
ion exchange
atm
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JP56132746A
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English (en)
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JPS5837185A (ja
Inventor
Toshikatsu Sada
Akihiko Nakahara
Kuniaki Takada
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokuyama Corp
Original Assignee
Tokuyama Corp
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Publication date
Application filed by Tokuyama Corp filed Critical Tokuyama Corp
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  • Manufacture Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
本発明は新規な陽イオン交換膜、特にアルカリ
金属塩水溶液の電解に用いるのに適した陽イオン
交換膜及び該陽イオン交換膜を用いたイオン交換
膜法アルカリ金属塩水溶液の電解方法である。 イオン交換膜法アルカリ金属塩、例えば塩化ナ
トリウム、塩化カリウム等の水溶液の電解(以下
単に電解という)の方法はすでに多く特許出願な
どで提案されている。電解に用いられる陽イオン
交換膜は、一方で陽極室の酸化雰囲気と、他方で
陰極室の強アルカリと同時に接触するため、極め
て耐薬品性の強い化学構造の陽イオン交換膜でな
ければならない。このため現在パーフロロカーボ
ン系の膜が用いられている。これらの膜の代表
は、米国デユポン社より“ナフイヨン”の商品名
で市販されているが、その他多くの会社から特許
出願により提案されている。 これらの陽イオン交換膜は一般に次の()及
び()の構造のモノマーの共重合又はこれらに
類似のモノマーの2元又は3元共重合体又はその
加水分解物或いは更にこれを化学的にモデイフイ
ケーシヨンしたものである。 CF2=CF2 () 但しnは1又は2、YはCF2・Z又はZ ZはSO2M、COM、PM2、POM2(MはOH又
はハロゲン) また()と()とは、得られる陽イオン交
換膜のイオン交換容量の希望する値によつて決定
されるが一般に()/()は3〜15程度であ
る。また得られた陽イオン交換膜中の交換容量と
して0.5乃至2.5ミリ当量/グラム・乾燥樹脂(H+
型)(以下m・lq/g・Rと記す)の範囲を有す
るものが電解に好適とされる。 従来上記の如き構造の陽イオン交換樹脂を2ミ
ル乃至4ミルの厚さのフイルムとし、この2枚の
間にポリ四フツ化エチレン繊維の布をパツキング
として挾んで貼り合せたものが一般的であつた。
このような構造の陽イオン交換膜は、電解時に通
常1.5オーム乃至2.5オーム程度の電気抵抗を持
ち、アルカリ金属塩水溶液の電解時に電圧の損失
を大きくしている。勿論陽イオン交換膜を全体的
に薄くすれば当然その分電気抵抗を低減し得るこ
とは予想されるが、実際薄い膜を用いることはピ
ンホールの発生の危険が多くなり、更には生成す
るアルカリ金属水酸化物中に混入する塩の量が増
加するため前記程度がほぼ限界と考えられてい
た。 本発明者等は、膜の強度を損うことなく、電気
抵抗特に電解時の陽イオン交換膜に起因する電圧
損失を減少させることを鋭意研究し本発明に至つ
た。 即ち本発明は、パーフロロカーボン系のイオン
交換膜であつて、厚さ方向に2つの層よりなり、
第1の層は10-6乃至10-1ml/cm2・atm・秒の透水
量であり、第2の層は5×10-6ml/cm2・atm・秒
以下の透水量である陽イオン交換膜を提案する。 各陽イオン交換樹脂層の透水量のコントロール
としては、一般に常法に従つて製造した樹脂膜は
非透水性であるため、これに透水性を賦与するに
は、適宜延伸すること、製膜時に、製膜後抽出可
能な溶媒、無機物の微細な結晶、高分子化合物等
を添加して製膜後抽出、或いは溶解すればよい。
例えばガラス繊維の短繊維を添加して製膜し、ふ
つ酸によつて抽出除去する方法、ヘキサフルオロ
プロピレン、三弗化エチレン、四弗化エチレンの
オリゴマーを添加して抽出除去する方法、微細な
架橋性或いは非架橋性の炭化水素系陽或いは陰イ
オン交換樹脂を添加して成型フイルム化して後、
陽イオン交換基を有するものなら、鉄イオン型に
して過酸化水素で分解除去するなどの手段を用い
ることが出来るがこれらは一つの例示であつて何
ら透水量のコントロールの方法を限定するもので
はない。従来公知の上記数値内に透水量を利 す
ることの出来る方法は何ら制限なく用いられる。 また本発明の陽イオン交換膜は電解に用いる場
合、特に陽極室内に存在するアルカリ金属塩濃度
を1.5期定乃至4.5規定と比較的低く保ち、且つ陰
極室内に存在するアルカリ金属水酸化物濃度を6
規定乃至14規定に保つて行う場合特に電流効率を
高く保つことができ、更にアルカリ金属水酸化物
中に混入する塩の量を低く例えば数10ppm以下に
減少させることができる。 従来性質の異なる陽イオン交換膜を貼り合せる
ことにより電流効率を有利にしようとする試みは
多くなされており、例えばイオン交換容量の異な
る2層よりなる陽イオン交換膜;イオン交換基の
種類の異なる、例えば一層がカルボン酸基、他層
がスルホン酸基という2層構造の陽イオン交換
膜、固定イオン濃度の異なる2層よりなる陽イオ
ン交換膜などの提案はあるが、これらは全てイオ
ン交換基にのみ着目して、電流効率の向上を図つ
たものである。 また陽イオン交換樹脂の実質的に非透水層と多
孔膜とを貼り合せた形態の陽イオン交換膜を用い
て、比較的高濃度のアルカリ金属水酸化物を得る
ことも提案されているが、この場合は、多孔膜が
ほとんど単にパツキングとして働いているものと
考えられる。 本発明は、上記の如き技術思想とは異なり、透
水率の異なる2種類のイオン交換樹脂の層よりな
るものであつて、その第2の層は実質的に非透水
性として、10-7ml/cm2・atm・秒以下の透水量の
イオン交換樹脂層よりなる。好ましくは該層はイ
オン交換容量0.5〜2.0m・lp/g・Rで且つ3ミ
ル以下である。更に第1の層は透水量10-6〜10-1
ml/cm2・atm・秒であり、好ましくは透水量が
10-4〜10-1ml/cm2・atm・秒でイオン交換容量が
0.8〜2.5m・lp/g・Rで且つ1.5〜4ミル程度で
ある。 更に電解を効率よく行うためには、第2層は主
としてカルボキシル基を有し、第1層はスルホン
酸基を有するものが好ましい。 本発明のイオン交換膜は勿論両層間又はいずれ
か一方の層に繊維状物質のパツキングを有するこ
とも任意にできるが、電解時の電圧を低く保つに
はパツキングを用いないものがよい。 本発明の陽イオン交換膜を用いるとき、通常の
陽イオン交換膜よりも電気抵抗が低く、電解時の
電圧を低く保つことができるうえ、電流効率も、
食塩の電解についていえば95%以上とすることも
可能であり、更に苛性ソーダ中の食塩は50%
NaOH換算で50ppm以下に保ちうる。 特に陰極室のアルカリ金属水酸化物の濃度を6
〜14規定特に8〜12規定とし、陽極室のアルカリ
金属塩濃度を2.5〜4.5規定特に3〜4規定にする
とき、電解時の電流効率は食塩電解において、97
%にも達することができる。 このような本発明の作用効果について、その理
由は必ずしも確認されていないが、該電解条件下
で陽イオン交換膜が適当な収縮状態となり一方で
塩の拡散と水酸基の逆拡散を防止し、且つ透水性
の大きい層内で適当な陽イオン濃度勾配と塩濃度
勾配とを形成するためであろうと考えている。 以下実施例を示す。尚本発明の説明において透
水量の測定方法は全て有効加圧面積が7cm2の通常
用いられる限外過装置を用いた。即ち、焼結多
孔金属板の上に透水量を測定すべきイオン交換膜
を載せシールしたのち、膜の上部に水を張り、窒
素圧によつて加圧し5Kg/cm2の加圧の下での透水
量を膜面積及び透水量測定時間によつて除して求
めたものである。 比較例 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とテトラ
フルオロエチレンを、1,1,2−トリクロル−
1,2,2−トリフルオロエタン中でパーフルオ
ロプロピオニルパーオキサイドを重合開始剤とし
て、共重合させた。重合温度を45℃としてテトラ
フルオロエチレンの圧力を5Kg/cm2と3Kg/cm2
二種に条件を変えて二種の共重合体を作つた。こ
こで得られた二種の高分子を加熱加圧成型して
100ミクロンと50ミクロンのフイルムとした。100
ミクロンに成型したフイルムをジメチルスルホキ
シド20部、水60部に水酸化カリウムを20部となる
ように溶解した加水分解浴に90℃で5時間浸漬し
て膜内のスルホニルフルオライドをスルホン酸カ
リウムに変えた。この交換容量を常法によつて測
定したところ0.91ミリ当量/グラム乾燥膜であ
り、同様に膜厚50ミクロンのフイルムを加水分解
して交換容量を測定したところ0.66ミリ当量/グ
ラム乾燥膜であつた。 さて、これら二種のイオン交換膜を有効加圧面
積が7cm2の通常用いられる限外過装置を用い
て、焼結多孔金属板上に膜を載せシールしたの
ち、膜の上部に水を張り、窒素圧によつて加圧し
5Kg/cm2の加圧をして透水量を測定した。その結
果は次表に示す。
【表】 また100ミクロンと50ミクロンの二種のフイル
ムをスルホニルフルオライドのまま加熱加圧して
貼り合わせ膜とした。この貼り合わせ膜も同様に
加水分解処理してスルホン酸カリウム型として透
水量を同様の条件で測定したところ、1.6×10-7
ml/cm2・atmであつた。 さて以上三種の膜を用いて有効通電面積1dm2
の電解槽を用いて食塩電解を実施した。陽極には
チタンのラス材にRuO2とTiO2をコーテイングし
たものを用い、陰極には軟鉄のメツシユを用い
た。陽極室に飽和食塩水を供給し、3.5規定とし
て排出した。陰極室には純水を供給して20%とな
るように濃度を維持して苛性ソーダを取得した。
電流密度は30A/dm2であつた。 電解の結果を次表に示す。
【表】 に向けて電解に使用した。
上記それぞれの膜を用いて更に次の反応をし
た。即ち、三種の膜を0.5規定食塩水に平衡にし
てスルホン酸ソーダ型に全て変換して後、減圧乾
燥して膜の片面だけ反応出来る装置に組込み、片
面だけ五塩化リンの蒸気に接触させてスルホン酸
ソーダをスルホニルクロライドに変換した。スル
ホニルクロライド基層の厚みはいづれの膜も約20
ミクロンであつた。これを110℃のブチルアルコ
ールの中に浸漬して空気を次き込んで酸化処理し
てスルホニルクロライド基をカルボン酸基に変換
し、未反応のスルホニルクロライドを10%の水−
メタノール−苛性ソーダ混合溶液に浸漬して加水
分解してスルホン酸ソーダに変換した。貼り合わ
せ膜については50ミクロンのフイルムの側を上記
処理した。 得られた三種の膜について同様に加圧下での透
水量、含塩電解を実施した。結果は次に示す。
【表】 ム
50ミクロン 1.1×10−7 96 3.7 30ppm
のフイルム
貼り合わせ 8.2×10−8 96 3.8 20ppm

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 パーフロロカーボン系のイオン交換膜であつ
    て、厚さ方向に2つの層よりなり、第1の層は、
    10-4乃至10-1ml/cm2・atm・秒の透水量であり、
    第2の層は、5×10-7ml/cm2・atm・秒以下の透
    水量である陽イオン交換膜。 2 第1の層がスルボン酸基をイオン交換基とし
    て有し、第2の層がカルボン酸基をイオン交換基
    として有する特許請求の範囲第1項記載の陽イオ
    ン交換膜。 3 第1の層が全体の40〜90%の厚みを有する特
    許請求の範囲第1項記載の陽イオン交換膜。 4 第1の層が0.8〜2.5ミリ当量/乾燥樹脂、第
    2の層が0.5〜2.0ミリ当量/乾燥樹脂の交換容量
    を各々有する特許請求の範囲第1項記載の陽イオ
    ン交換膜。 5 パーフロロカーボン系のイオン交換膜であつ
    て、厚さ方向に2つの層よりなり、第1の層は、
    10-4乃至10-1ml/cm2・atm・秒の透水量であり、
    第2の層は5×10-7ml/cm2・atm・秒以下の透水
    量である陽イオン交換膜を用い、陽極室に1.5規
    定乃至4.5規定のアルカリ金属塩水溶液を存在さ
    せ、陰極室に6規定乃至14規定のアルカリ金属水
    酸化物を存在させて電解を行うイオン交換膜法ア
    ルカリ金属塩水溶液の電解方法。
JP56132746A 1981-08-26 1981-08-26 陽イオン交換膜及びイオン交換膜法アルカリ金属塩の電解方法 Granted JPS5837185A (ja)

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JPS5837185A JPS5837185A (ja) 1983-03-04
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH062651U (ja) * 1991-10-11 1994-01-14 トップ電子株式会社 コイル用ボビン

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