离子交换膜、离子交换膜的制造方法和电解槽技术

本发明专利技术提供离子交换膜、离子交换膜的制造方法和电解槽，该离子交换膜在供至电分解时能够降低电解电压，此外电解液中的杂质对电解性能的影响小，可稳定地发挥出电解性能。本发明专利技术的离子交换膜具有：包含具有离子交换基团的含氟系聚合物的膜主体、以及配置在上述膜主体的至少一个面上的被覆层，其中，上述被覆层包含无机物颗粒和粘结剂，上述被覆层中，相对于上述无机物颗粒和粘结剂的总质量，上述粘结剂的质量比为0.3以上0.9以下，上述被覆层在上述膜主体上的被覆率为50％以上。

【技术实现步骤摘要】
离子交换膜、离子交换膜的制造方法和电解槽
本专利技术涉及离子交换膜、离子交换膜的制造方法和电解槽。
技术介绍
含氟离子交换膜的耐热性、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广泛用于各种用途，并且正被扩展到新用途中。这些之中，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。此外，为了削减功耗单位，在利用离子交换膜法进行的碱金属氯化物电解中，将离子交换膜与阳极以及阴极密合而成的自然循环型零极距电解槽成为主流。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。其中，特别是从生产率的方面出发要求对于流通的电流的生产效率高；从经济性的方面出发要求电解电压低。需要说明的是，在碱金属氯化物电解中，在实施工业级的电解的情况下，若能够稍微降低该电解电压、能够稍微提高电流效率的话，则由此能够实现大幅的节能化。通常已知在碱金属氯化物电解中，通过电解反应产生的气体附着于离子交换膜表面，由此使电解电压上升。作为其对策，例如在专利文献1中提出了，通过在膜的表面设置包含亲水性粘结剂和无机物颗粒的层(表面层)，可抑制气体在离子交换膜表面的附着，降低电解电压。另外，若在碱金属氯化物水溶液中存在金属等杂质，这些杂质蓄积在阳离子交换膜的内部的话，则会引起电解电压的增加、电流效率的降低、碱中的杂质浓度的增大。特别是I与Ca、Mg等阳离子杂质不同，其是即使事先对电解液进行处理也难以削减的杂质，因此正在寻求不容易受到I的影响的阳离子交换膜。作为其对策，例如专利文献2中提出了下述提案：通过使涂布至离子交换膜的涂层为特定的无机微粒，电解液中的杂质对电解性能的影响小，可得到稳定的电解性能。现有技术文献专利文献专利文献1：国际公开第2015/098769号专利文献2：日本特开2014-58707号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的课题为了使膜表面亲水化、得到充分的防止气体附着的效果，要求提高粘结剂相对于表面层中包含的无机物颗粒和粘结剂的合计的质量比、并且在膜表面形成均匀的表面层。但是，专利文献1所记载的方法中，在提高粘结剂的质量比的情况下，不能形成均匀的表面层，防止气体附着的效果会降低。另外，专利文献1和2所述的离子交换膜对杂质的耐性仍不充分，离子交换膜对抗杂质的电解性能的稳定性也依然不充分。本专利技术是鉴于上述课题而完成的，其目的在于提供离子交换膜、离子交换膜的制造方法和电解槽，该离子交换膜能够通过防止供至电分解时的气体附着而降低电解电压，此外还能够抑制电解液中的杂质对电解性能的影响。用于解决课题的手段本专利技术人为了解决上述课题反复进行了深入研究，结果发现，通过使被覆层在膜主体上的被覆率为一定值以上而体现出抑制气体附着的效果，进而能够抑制电解液中的杂质对电解性能的影响。基于该结果进一步反复继续了深入研究，结果发现，即使在增大形成被覆层时的涂布液中的粘结剂比的情况下，通过降低该涂布液的粘度，也可得到上述的被覆率，从而完成了本专利技术。即，本专利技术包括下述方式。[1]一种离子交换膜，其具有：膜主体，其包含具有离子交换基团的含氟系聚合物；以及被覆层，其配置在上述膜主体的至少一个面上，其中，上述被覆层包含无机物颗粒和粘结剂，上述被覆层中，相对于上述无机物颗粒和粘结剂的总质量，上述粘结剂的质量比为0.3以上0.9以下，上述被覆层在上述膜主体上的被覆率为50％以上。[2]如[1]中所述的离子交换膜，其中，上述无机物颗粒为包含选自由元素周期表IV族元素的氧化物、元素周期表第IV族元素的氮化物和元素周期表第IV族元素的碳化物组成的组中的至少一种无机物的颗粒。[3]如[1]或[2]中所述的离子交换膜，其中，上述无机物颗粒为氧化锆的颗粒。[4]如[1]～[3]中任一项所述的离子交换膜，其中，上述粘结剂包含含氟系聚合物。[5]如[1]～[4]中任一项所述的离子交换膜，其中，上述粘结剂包含具有来自羧基或磺基的离子交换基团的含氟系聚合物。[6]一种离子交换膜的制造方法，其是[1]～[5]中任一项所述的离子交换膜的制造方法，其中，该制造方法包括下述工序：将包含无机物颗粒、粘结剂和溶剂的涂布液利用喷雾方式进行喷雾并进行干燥，由此在膜主体的表面形成被覆层，上述涂布液的粘度为13mPa·s以下。[7]一种电解槽，其具备[1]～[5]中任一项所述的离子交换膜。专利技术的效果根据本专利技术，能够提供一种离子交换膜、离子交换膜的制造方法和电解槽，该离子交换膜能够降低供至电分解时的电解电压，此外电解液中的杂质对电解性能的影响小，可稳定地发挥出电解性能。附图说明图1是示出离子交换膜的一个实施方式的截面示意图。图2是示出电解槽的一个实施方式的截面示意图。符号的说明1…离子交换膜、2…羧酸层、3…磺酸层、4…增强材料、10…膜主体、11a,11b…被覆层、100…电解槽、200…阳极、300…阴极具体实施方式以下对本专利技术的具体实施方式(以下简称为“本实施方式”)进行详细说明。以下的本实施方式是用于说明本专利技术的例示，并非旨在将本专利技术限定于下述内容。本专利技术可以在其要点的范围内适宜地变形来实施。需要说明的是，在附图的说明中，对于相同或相应的要素赋以相同符号，省略重复的说明。另外，只要不特别声明，则附图中的上下左右等位置关系基于附图所示的位置关系，附图的尺寸比例并不限于图示的比例。不过，该附图只不过示出了本实施方式的一例，本实施方式的解释并不限定于这些。本实施方式的离子交换膜具有：包含具有离子交换基团的含氟系聚合物的膜主体、以及配置在上述膜主体的至少一个面上的被覆层，其中，上述被覆层包含无机物颗粒和粘结剂，上述被覆层中，相对于上述无机物颗粒和粘结剂的总质量，上述粘结剂的质量比为0.3以上0.9以下；上述被覆层在上述膜主体上的被覆率为50％以上。由于如此构成，因此本实施方式的离子交换膜在供至电分解时能够降低电解电压，此外电解液中的杂质对电解性能的影响小，能够稳定地发挥出电解性能。因此，本实施方式的离子交换膜和包含其的电解槽能够优选地用于碱金属氯化物电分解(特别是食盐电分解)。图1是示出离子交换膜的一个实施方式的截面示意图。本实施方式的离子交换膜1具有：包含具有离子交换基团的含氟系聚合物的膜主体10；以及在膜主体10的两面形成的被覆层11a和11b。如图1所例示，在离子交换膜1中，膜主体10可以具备：具有来自磺基的离子交换基团(由-SO3-表示的基团、下文中也称为“磺酸基”)的磺酸层3、以及具有来自羧基的离子交换基团(由-CO2-表示的基团、下文中也称为“羧酸基”)的羧酸层2，进一步可以通过增强材料4增强强度和尺寸稳定性。离子交换膜1具备磺酸层3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膜主体，其包含具有离子交换基团的含氟系聚合物；以及/n被覆层，其配置在所述膜主体的至少一个面上，/n其中，/n所述被覆层包含无机物颗粒和粘结剂，/n所述被覆层中，相对于所述无机物颗粒和粘结剂的总质量，所述粘结剂的质量比为0.3以上0.9以下，/n所述被覆层在所述膜主体上的被覆率为50％以上。/n

【技术特征摘要】
20190617 JP 2019-112058;20200612 JP 2020-1025421.一种离子交换膜，其具有：
膜主体，其包含具有离子交换基团的含氟系聚合物；以及
被覆层，其配置在所述膜主体的至少一个面上，
其中，
所述被覆层包含无机物颗粒和粘结剂，
所述被覆层中，相对于所述无机物颗粒和粘结剂的总质量，所述粘结剂的质量比为0.3以上0.9以下，
所述被覆层在所述膜主体上的被覆率为50％以上。


2.如权利要求1所述的离子交换膜，其中，所述无机物颗粒为包含选自由元素周期表IV族元素的氧化物、元素周期表第IV族元素的氮化物和元素周期表第IV族元素的碳化物组成的组中的至少...

【专利技术属性】
技术研发人员：小泷雄太，贝原慎一，冈本浩司，五十岚雄太，
申请(专利权)人：旭化成株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP