离子交换膜制造技术

本发明专利技术涉及离子交换膜，其具有包含具有磺酸基的含氟聚合物的层A、以及包含具有羧酸基的含氟聚合物的层B，在下述电解条件下电解后的上述层B的离子簇径相对于上述电解前的上述层B的离子簇径之比例[(上述电解后的层B的离子簇径)/(上述电解前的层B的离子簇径)]为0.83～0.95。电解条件为：在零极距电解槽中，在温度为85℃、电流密度为6kA/m

Ion exchange membrane

【技术实现步骤摘要】
离子交换膜本申请是分案申请，其原申请的国际申请号是PCT/JP2016/064526，国际申请日是2016年5月16日，中国国家申请号为201680022563.8，进入中国的日期为2017年10月18日，专利技术名称为“离子交换膜”。
本专利技术涉及离子交换膜。
技术介绍
含氟离子交换膜的耐热性和耐化学药品性等优异，作为碱金属氯化物电解用、臭氧产生电解用、燃料电池用、水电解用、盐酸电解用等的电解用隔膜被用于各种用途中。它们之中，特别是在制造氯和碱金属氢氧化物的碱金属氯化物的电解中，近年来离子交换膜法成为主流。对于碱金属氯化物的电解中使用的离子交换膜要求各种性能。例如要求下述性能：能以高电流效率和低电解电压进行电解和所制造的碱金属氢氧化物中含有的杂质(特别是碱金属氯化物等)的浓度低等电解性能；以及膜强度高、膜处理时或电解时不会发生损伤等膜强度；等等。并且，离子交换膜的电解性能与膜强度处于此消彼长的关系，要求开发出两种性能均高的离子交换膜。在专利文献1中公开了一种离子交换膜，其由具有磺酸基的含氟聚合物层和具有羧酸基的含氟聚合物层的至少二层构成。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2001-323084号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的课题但是，专利文献1中记载的离子交换膜在兼顾膜强度和电解性能方面还有进一步改善的余地。本专利技术是鉴于上述现有技术所存在的课题而进行的，其目的在于提供膜强度和电解性能这两方面均优异的离子交换膜。解决课题的手段本专利技术人为了解决上述课题进行了深入研究，结果发现，通过使离子交换膜内存在的离子簇在电解中收缩，按照离子交换膜电解后的离子簇径相对于电解前的离子簇径减小为规定的比例的方式进行控制，电解性能飞跃性地提高，从而完成了本专利技术。即，本专利技术如下所述。[1]一种离子交换膜，其具有：包含具有磺酸基的含氟聚合物的层A、以及包含具有羧酸基的含氟聚合物的层B，在下述电解条件电解后的上述层B的离子簇径相对于上述电解前的上述层B的离子簇径之比[(上述电解后的层B的离子簇径)/(上述电解前的层B的离子簇径)]为0.83～0.95。(电解条件)在零极距电解槽中，在温度为85℃、电流密度为6kA/m2的条件下进行7天电解，所述零极距电解槽中，在供给有3.5当量(N)的氯化钠水溶液的阳极室和供给有10.8当量(N)的氢氧化钠水溶液的阴极室之间配置有上述离子交换膜。[2]如[1]中所述的离子交换膜，其中，上述电解前的层B的离子簇径为2.5nm～4.0nm，上述电解后的层B的离子簇径为2.0nm～3.3nm。[3]如[1]或[2]中所述的离子交换膜，其中，在上述电解前，上述层A的厚度与上述层B的厚度的合计为55μm以上。[4]如[1]～[3]中任一项所述的离子交换膜，其中，上述电解前的层A的离子簇径为3.0nm～4.5nm。[5]如[1]～[4]中任一项所述的离子交换膜，其中，上述电解前的层A的厚度为50μm～180μm，上述电解前的层B的厚度为5μm～20μm。[6]如[1]～[5]中任一项所述的离子交换膜，其中，上述层A包含由下式(2)表示的化合物的聚合物，上述层B包含由下式(3)表示的化合物的聚合物，CF2＝CF-(OCF2CYF)a-O-(CF2)b-SO2F(2)(式(2)中，a表示0～2的整数，b表示1～4的整数，Y表示-F或-CF3。)CF2＝CF-(OCF2CYF)c-O-(CF2)d-COOR(3)(式(3)中，c表示0～2的整数，d表示1～4的整数，Y表示-F或-CF3，R表示-CH3、-C2H5或-C3H7。)[7]一种电解槽，其具备[1]～[6]中任一项所述的离子交换膜。专利技术的效果本专利技术的离子交换膜的膜强度和电解性能优异。附图说明图1是本实施方式的离子交换膜的一例的示意性截面图。图2是本实施方式的电解槽的一例的示意图。具体实施方式以下对本专利技术的具体实施方式(以下称为“本实施方式”)进行详细说明。需要说明的是，本专利技术并不限于以下的本实施方式，可以在其要点的范围内进行各种变形来实施。本实施方式的离子交换膜具有：包含具有磺酸基的含氟聚合物的层A(以下有时也简记为“层A”)、以及包含具有羧酸基的含氟聚合物的层B(以下有时也简记为“层B”)，在下述电解条件(1)电解后的上述层B的离子簇径相对于上述电解前的上述层B的离子簇径之比[(电解后的层B的离子簇径)/(电解前的层B的离子簇径)]为0.83～0.95。此处，电解条件(1)为，在零极距电解槽中，在温度为85℃、电流密度为6kA/m2的条件下进行7天电解，所述零极距电解槽中，在供给有3.5当量(N)的氯化钠水溶液的阳极室和供给有10.8当量(N)的氢氧化钠水溶液的阴极室之间配置有离子交换膜。由于像这样来构成，因而本实施方式的离子交换膜的膜强度和电解性能优异。以下也将基于上述电解条件(1)的电解简称为“电解”。需要说明的是，在本说明书中，“零极距”是指，在电解层中，离子交换膜与阴极和阳极这两方相接的状态(离子交换膜与阳极之间的距离以及离子交换膜与阴极之间的距离为零的状态)，这些部件可以为在电极(阳极或阴极)的整个表面与离子交换膜相接的状态，也可以为在电极表面的某一点与离子交换膜相接的状态。图1示出本实施方式的离子交换膜的构成的一例的示意性截面图。本实施方式的离子交换膜中，包含具有磺酸基的含氟聚合物的层A(4)与包含具有羧酸基的含氟聚合物的层B(5)进行了层积，在膜内部具有增强芯材3以及连通孔2a和2b。通常按照包含具有磺酸基的含氟聚合物的层A(4)为电解槽的阳极侧(α)、包含具有羧酸基的含氟聚合物的层B(5)为电解槽的阴极侧(β)的方式进行设置。另外，在膜表面具有涂布层6和7。在图1中，连通孔2a和增强芯材3在相对于纸面垂直的方向形成，连通孔2b在纸面的上下方向形成。即，在纸面的上下方向形成的连通孔2b沿着相对于增强芯材3大致垂直的方向形成。另外，连通孔2a和2b也可以具有面向层A的阳极侧表面的部位8。如图1所示，本实施方式的离子交换膜优选按照层A的表面与层B的表面相接的方式进行层积。以下有时将层A与层B合在一起称为膜主体。[层A]本实施方式的离子交换膜所含有的层A包含具有磺酸基的含氟聚合物A(以下有时简记为“聚合物A”)，优选由聚合物A形成。此处，“具有磺酸基的含氟聚合物”是指具有磺酸基或能够通过水解形成磺酸基的磺酸基前体的含氟聚合物。需要说明的是，在层A中，除了聚合物A以外，还可以以相对于100质量％层A小于20质量％的范围包含后述的聚合物B，聚合物A相对于100质量％层A优选包含80质量％以上。构成层A的具有磺酸基的含氟聚合物A例如可通过将下本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种离子交换膜，其具有：/n包含具有磺酸基的含氟聚合物的层A、以及/n包含具有羧酸基的含氟聚合物的层B，/n在下述电解条件下电解后的所述层B的离子簇径相对于所述电解前的所述层B的离子簇径的比例、即(所述电解后的层B的离子簇径)/(所述电解前的层B的离子簇径)为0.83～0.95，/n所述电解条件为：/n在零极距电解槽中，在温度为85℃、电流密度为6kA/m

【技术特征摘要】
20150518 JP 2015-1012921.一种离子交换膜，其具有：
包含具有磺酸基的含氟聚合物的层A、以及
包含具有羧酸基的含氟聚合物的层B，
在下述电解条件下电解后的所述层B的离子簇径相对于所述电解前的所述层B的离子簇径的比例、即(所述电解后的层B的离子簇径)/(所述电解前的层B的离子簇径)为0.83～0.95，
所述电解条件为：
在零极距电解槽中，在温度为85℃、电流密度为6kA/m2的条件下进行7天电解，所述零极距电解槽中，在供给有3.5当量(N)的氯化钠水溶液的阳极室和供给有10.8当量(N)的氢氧化钠水溶液的阴极室之间配置有所述离子交换膜，
构成层B的含氟聚合物的离子交换容量为0.89毫当量/g～0.98毫当量/g。


2.如权利要求1所述的离子交换膜，其中，
所述电解前的层B的离子簇径为2.5nm～4.0nm，
所述电解后的层B的离子簇径为2.0nm～3.3nm。


3.如权利要求1或2所述的离子交换膜，其中，在所述电解前，...

【专利技术属性】
技术研发人员：中岛笃，坂本直纪，森川卓也，
申请(专利权)人：旭化成株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP