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JPS5833249B2 - Fluorine-containing cation exchange resin membrane - Google Patents

Fluorine-containing cation exchange resin membrane

Info

Publication number
JPS5833249B2
JPS5833249B2 JP50112567A JP11256775A JPS5833249B2 JP S5833249 B2 JPS5833249 B2 JP S5833249B2 JP 50112567 A JP50112567 A JP 50112567A JP 11256775 A JP11256775 A JP 11256775A JP S5833249 B2 JPS5833249 B2 JP S5833249B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
group
cation exchange
fluorine
acid group
exchange resin
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
JP50112567A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS5236589A (en
Inventor
達郎 浅輪
吉男 小田
友紀 郡島
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.)
AGC Inc
Original Assignee
Asahi Glass Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Asahi Glass Co Ltd filed Critical Asahi Glass Co Ltd
Priority to JP50112567A priority Critical patent/JPS5833249B2/en
Publication of JPS5236589A publication Critical patent/JPS5236589A/en
Publication of JPS5833249B2 publication Critical patent/JPS5833249B2/en
Expired legal-status Critical Current

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、新規な含フツ素陽イオン交換樹脂膜、更に詳
しくは、電解質特に塩化アルカリ水溶液の隔膜電解にお
ける隔膜として、優れた性能を有する改良された含フツ
素陽イオン交換樹脂膜に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a novel fluorine-containing cation exchange resin membrane, more specifically, an improved fluorine-containing cation exchange resin membrane having excellent performance as a diaphragm in diaphragm electrolysis of an electrolyte, particularly an aqueous alkali chloride solution. This invention relates to ion exchange resin membranes.

スルホン酸基又は該基に転換しうる官能基を有する上記
重合性含フツ素化合物に包含される、例えば CF2−CFOCF2CF(CF3)OCF20F2S
O2Fなるパーフルオロビニルエーテルとフッ素化オレ
フィン化合物、例えば四弗化エチレンとからなる共重合
体は、既に知られており(特公昭4820788号公報
)、また、かへる含フツ素共重合体を加水分解して、そ
の有する一8O2Fを一8o3Hに転換した含フツ素共
重合体から構成された陽イオン交換樹脂膜を塩化アルカ
リの隔膜電解における隔膜として使用することも提案さ
れている。
For example, CF2-CFOCF2CF(CF3)OCF20F2S included in the above polymerizable fluorine-containing compounds having a sulfonic acid group or a functional group convertible to the sulfonic acid group
A copolymer consisting of perfluorovinyl ether called O2F and a fluorinated olefin compound, such as tetrafluoroethylene, is already known (Japanese Patent Publication No. 4820788). It has also been proposed to use a cation exchange resin membrane composed of a fluorine-containing copolymer which has been decomposed to convert its -8O2F to -8O3H as a diaphragm in diaphragm electrolysis of alkali chloride.

(特開昭48−78097号公報)しがしながら、かS
る含フツ素共重合体からなる陽イオン交換樹脂膜を塩化
アルカリの電解隔膜として使用する場合には、優れた耐
酸化性、耐塩素性、耐アルカリ性を有するものS、製造
する水酸化アルカリの濃度を太き(した場合、例えば水
酸化ナトリウムの場合、該濃度を約20重量%以上にせ
しめた場合には、電流効率として85%以上を達成する
ことができなくなる。
(Unexamined Japanese Patent Publication No. 48-78097) However, KaS
When using a cation exchange resin membrane made of a fluorine-containing copolymer as an electrolytic diaphragm for alkali chloride, it is necessary to use a membrane S with excellent oxidation resistance, chlorine resistance, and alkali resistance, and a If the concentration is increased, for example, in the case of sodium hydroxide, if the concentration is increased to about 20% by weight or more, it becomes impossible to achieve a current efficiency of 85% or more.

本発明者は、このようなスルホン酸基又は族基に転換し
うる官能基を有する含フツ素重合体から構成される陽イ
オン交換樹脂膜を改良すべく、種*七種研究、検討を重
ねた結果、次の構成を有する新規な含フツ素陽イオン交
換樹脂膜に到達したものである。
The present inventor has repeatedly conducted research and examination on seven species in order to improve cation exchange resin membranes composed of fluorine-containing polymers having functional groups that can be converted into sulfonic acid groups or group groups. As a result, a novel fluorine-containing cation exchange resin membrane having the following structure was achieved.

即ち、本発明は、下記一般式(1)を有する重合性含フ
ツ素化合物とフッ素化オレフィンとの共重合体からなる
スルホン酸基又は族基に転換しうる官能基を有するパー
フルオロカーボン重合体から形成された、イオン交換容
量0.6〜2ミリ当量/1乾燥樹脂をもつ第一の膜状物
と、下記一般式(2)を有する重合性フッ素化合物とフ
ッ素化オレフィンとの共重合体からなるカルボン酸基、
ホスホン酸基及び水酸基から選ばれる弱酸性の陽イオン
交換基又は族基に転換しうる官能基を有するパーフルオ
ロカーボン重合体から形成された、イオン交換容量0.
6〜2ミリ当量/1乾燥樹脂をもつ厚さ10μ以上の第
二の膜状物とを積層して一体化し、必要により上記膜状
物中のスルホン酸基に転換しうる官能基又は弱酸性の陽
イオン交換基に転換しうる官能基をそれぞれスルホン塩
基又は弱酸性の陽イオン交換基に転換せしめてなること
を特徴とする含フツ素陽イオン交換樹脂膜に係るもので
ある。
That is, the present invention provides a perfluorocarbon polymer having a functional group convertible to a sulfonic acid group or a group group consisting of a copolymer of a polymerizable fluorine-containing compound having the following general formula (1) and a fluorinated olefin. From the formed first film-like material having an ion exchange capacity of 0.6 to 2 milliequivalents/1 dry resin and a copolymer of a polymerizable fluorine compound and a fluorinated olefin having the following general formula (2) carboxylic acid group,
An ion exchange capacity of 0.000 is formed from a perfluorocarbon polymer having a weakly acidic cation exchange group selected from phosphonic acid groups and hydroxyl groups or a functional group convertible to a group group.
6 to 2 milliequivalents/1 dry resin and a second film-like material with a thickness of 10μ or more is laminated and integrated, and if necessary, a functional group or weakly acidic that can be converted into a sulfonic acid group in the above-mentioned film-like material. The present invention relates to a fluorine-containing cation exchange resin membrane characterized in that the functional groups convertible to cation exchange groups are respectively converted to sulfonic bases or weakly acidic cation exchange groups.

(Xは、−F又は−CF3 であり、Y、Y’は、−F
又は炭素数1〜10のパーフルオロアルキル基であり、
lは6〜3、mはO〜1、nはO〜12であり、Aは−
F、−OH1−0M、−OR,※※及び−NR1R2か
ら選ばれる基であり、R1は炭素数1〜10のアルキル
基、R2、R3はF又はR1であり、Mはアルカリ金属
又は第四級アンモニウム基である) (X、 Y、 YI、■、m及びnは、上記一般式(1
)の場合と同じであり、Bは、カルボン酸基、ホスホン
酸基及び水酸基から選ばれる弱酸性の陽イオン交換基又
は族基に転換しうる官能基である)例えば本発明の含フ
ツ素陽イオン交換樹脂膜を、塩化アルカリの隔膜電解の
隔膜として使用した場合には、高い電流効率とともに、
低い電気抵抗を有し、従来のスルホン酸基又は族基に転
換しうる官能基を有する含フツ素重合体のみからなる陽
イオン交換樹脂膜と比べて、耐アルカリ性、耐塩素性、
耐酸化性は、同じように優れていながら、本発明の含フ
ツ素陽イオン交換樹脂膜は、例えば製造する水酸化ナト
リウムの濃度が20%以上の濃度の場合にも、電流効率
は90%以上を保持できるという極めて優れた性能を有
するものである。
(X is -F or -CF3, Y, Y' are -F
or a perfluoroalkyl group having 1 to 10 carbon atoms,
l is 6-3, m is O-1, n is O-12, A is -
A group selected from F, -OH1-0M, -OR,※※ and -NR1R2, R1 is an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, R2 and R3 are F or R1, and M is an alkali metal or a quaternary group. class ammonium group) (X, Y, YI, ■, m and n are represented by the above general formula (1
), B is a weakly acidic cation exchange group selected from a carboxylic acid group, a phosphonic acid group, and a hydroxyl group, or a functional group that can be converted into a group group). When an ion exchange resin membrane is used as a diaphragm for alkali chloride diaphragm electrolysis, it has high current efficiency and
Compared to conventional cation exchange resin membranes made only of fluorine-containing polymers that have low electrical resistance and have functional groups that can be converted into sulfonic acid groups or group groups, they have better alkali resistance, chlorine resistance,
Although the oxidation resistance is similarly excellent, the fluorine-containing cation exchange resin membrane of the present invention has a current efficiency of 90% or more even when the concentration of sodium hydroxide produced is 20% or more. It has extremely excellent performance in that it can maintain the following properties.

本発明の含フツ素陽イオン交換樹脂膜を構成する上記ス
ルホン酸基又は族基に転換しうる官能基を有する第一の
含フツ素重合体は、好ましくは次の一般式(1)を有す
る第一の重合性含フツ素化合物とフッ素化オレフィンと
の共重合体から構成される装 こ〜で、Xは、フッ素、又は−CF3 であり、Y、
Y”はフッ素又は炭素数1〜10のパーフルオロアルキ
ル基であり、■は、0〜3であり、m=0〜1であり、
nは、O〜12であり、Aは、フッ素、−OH1−0M
、−0R1及び−NR2R3からなる群から選ばれる基
であり、R1は、炭素数1〜10のアルキル基、R2、
R3は、水素又はR1であり、Mは、アルカリ金属又は
第四級アンモニウム基である。
The first fluorinated polymer having a functional group convertible to a sulfonic acid group or a group group constituting the fluorinated cation exchange resin membrane of the present invention preferably has the following general formula (1). In the coating composed of a copolymer of a first polymerizable fluorine-containing compound and a fluorinated olefin, X is fluorine or -CF3, Y,
Y'' is fluorine or a perfluoroalkyl group having 1 to 10 carbon atoms, ■ is 0 to 3, m = 0 to 1,
n is O-12, A is fluorine, -OH1-0M
, -0R1 and -NR2R3, R1 is an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, R2,
R3 is hydrogen or R1, and M is an alkali metal or a quaternary ammonium group.

かよる化合物の好ましい代表※※例としては、 CF2=CFOCF2CF(CF3)OCF2CF2S
O2F1CF2−CFOCF2CF2SO2F、CF2
−CFSO2Fなどが挙げられる。
A preferred representative example of such a compound is CF2=CFOCF2CF(CF3)OCF2CF2S
O2F1CF2-CFOCF2CF2SO2F, CF2
-CFSO2F and the like.

また、スルホン酸基よりも弱酸性の陽イオン交換基又は
族基に転換しうる官能基を有する第二の含フツ素重合体
は、好ましくは、次の一般式(2)を有する第二の重合
性含フツ素化合物とフッ素化オレフィンとの共重合体か
ら形成される。
Further, the second fluorinated polymer having a functional group that can be converted into a cation exchange group or a group group that is weaker than a sulfonic acid group is preferably a second fluorinated polymer having the following general formula (2). It is formed from a copolymer of a polymerizable fluorine-containing compound and a fluorinated olefin.

こNで、X、 Y、 Y” 、1、m及びnは、上記と
同じであるが、Bは、カルボン酸基(−COOH)、ホ
スホン酸基(PO3H2)又は水酸基(−0H)が挙げ
られ、またこれらの陽イオン交換基に転換しうる官能基
としては、これらの酸エステル基、酸アミド基、酸アル
カリ金属塩若しくは第四級アンモニウム塩基が挙げられ
る。
In this N, X, Y, Y'', 1, m, and n are the same as above, but B is a carboxylic acid group (-COOH), a phosphonic acid group (PO3H2), or a hydroxyl group (-0H). Examples of functional groups that can be converted into these cation exchange groups include acid ester groups, acid amide groups, acid alkali metal salts, and quaternary ammonium bases.

かよる化合物の好ましい代表例としては、 CF2=CFOCF2CF(CF3)OCF2CF2C
OOCH3、CF 2 = CFO(CF 2 ) s
C00CHs、CF2 = CF C(CF3 )
2 0H1などが挙げられる。
Preferred representative examples of such compounds include CF2=CFOCF2CF(CF3)OCF2CF2C
OOCH3,CF2=CFO(CF2)s
C00CHs, CF2 = CF C(CF3)
20H1 and the like.

上記第−及び第二の重合性含フツ素化合物と共重合され
る、フッ素化オレフィンとしては好ましく次の一般式(
3)を有するものが使用される。
The fluorinated olefin to be copolymerized with the above-mentioned first and second polymerizable fluorinated compounds preferably has the following general formula (
3) is used.

ここで、z、z’は、フッ素又は−CF3 であり、そ
の好ましい代表例は、四フッ化エチレン、六フッ化プロ
ピレンなどが挙げられ、なかでも四フッ化エチレンが好
適である。
Here, z and z' are fluorine or -CF3, and representative examples thereof include tetrafluoroethylene and hexafluoropropylene, with tetrafluoroethylene being particularly preferred.

本発明の含フツ素陽イオン交換樹脂膜を構成する第−及
び第二の各含フツ素重合体における上記第一の重合性含
フツ素化合物及び第二の重合性含フツ素化合物の含有量
は、イオン交換樹脂膜の性能と関係するので重要であり
、いずれも重合体中好ましくは、1〜50モル%、特に
好ましくは2〜40モル%が採用される。
Content of the first polymerizable fluorine-containing compound and the second polymerizable fluorine-containing compound in each of the first and second fluorine-containing polymers constituting the fluorine-containing cation exchange resin membrane of the present invention are important because they are related to the performance of the ion exchange resin membrane, and preferably 1 to 50 mol%, particularly preferably 2 to 40 mol%, of each of them is employed in the polymer.

これらの重合性含フツ素化合物の余りに少ない含有量で
はイオン交換能が小さく、また電気抵抗が大きく、一方
余りに多い含有量では、機械的強度を損ない、また含水
率の増大によるイオン交換性能(電流効率)の低下をき
たすので好ましくない。
If the content of these polymerizable fluorine-containing compounds is too low, the ion exchange ability will be low and the electrical resistance will be high. On the other hand, if the content is too high, the mechanical strength will be impaired and the ion exchange performance (current This is not preferable because it causes a decrease in efficiency.

上記第一の含フツ素重合体及び第二の含フツ素重合体を
製造するための、フッ素化オレフィンと第一の重合性含
フッ素化合物若しくは第二の重合性含フツ素化合物との
共重合は、不活性有機溶媒又は水性媒体を使用し又は使
用せずに、パーオキシ化合物、アゾ化合物、紫外線、電
離性放射線の如き重合開始源の作用の下に既知の手段に
よって実施できる。
Copolymerization of a fluorinated olefin and a first polymerizable fluorine-containing compound or a second polymerizable fluorine-containing compound to produce the first fluorine-containing polymer and the second fluorine-containing polymer. can be carried out by known means under the action of polymerization initiators such as peroxy compounds, azo compounds, ultraviolet light, ionizing radiation, with or without the use of inert organic solvents or aqueous media.

例えば特公昭48−2223号公報、特公昭48−20
788号公報、特公昭48−41942号公報、米国特
許第3282875号明細書などに記載される方法など
によって共重合できる。
For example, Japanese Patent Publication No. 48-2223, Japanese Patent Publication No. 48-20
Copolymerization can be carried out by methods such as those described in Japanese Patent Publication No. 788, Japanese Patent Publication No. 48-41942, and US Pat. No. 3,282,875.

重合方式としても塊状重合、溶液重合、懸濁重合などの
各種の重合方式が採用できる。
Various polymerization methods such as bulk polymerization, solution polymerization, and suspension polymerization can be employed as the polymerization method.

力へる第−及び第二の各含フツ素重合体の製造にあたっ
ては、上記第−又は第二の重合性含フツ素化合物及びフ
ッ素化オレフィンのそれぞれ一種以上を使用することが
できる。
In producing the first and second fluorinated polymers, one or more of the above-mentioned first or second polymerizable fluorinated compounds and fluorinated olefins can be used.

また、これらの化合物の他に、他の成分例えば一般式 A−CF2−N=Oで表わされるフルオロニトロソ化合
物、一般式A−CF2COCF2−A1で表わされるフ
ルオロケトン、一般式 %式% で表わされるフルオロビニルエーテル(こ匁で、A1A
1は、水素、フッ素又は炭素数1〜7のパ−フルオロア
ルキル基であり、a=0〜3、b=O〜7である)など
の一種又は二種以上を共重合せしめることが可能である
In addition to these compounds, other components such as a fluoronitroso compound represented by the general formula A-CF2-N=O, a fluoroketone represented by the general formula A-CF2COCF2-A1, and a fluoroketone represented by the general formula % Fluorovinyl ether (Kommede, A1A
1 is hydrogen, fluorine, or a perfluoroalkyl group having 1 to 7 carbon atoms, and it is possible to copolymerize one or more of the following: a=0 to 3, b=O to 7. be.

かくして製造される含フツ素重合体は、製膜上の必要性
からその分子量は好ましくは約5000〜50万、特に
好ましくは1万〜50万がよい。
The molecular weight of the fluorine-containing polymer thus produced is preferably about 5,000 to 500,000, particularly preferably about 10,000 to 500,000, in view of the necessity for film formation.

上記の如くして製造された第一の含フツ素重合体と、第
二の含フツ素重合体とをもって、本発明の陽イオン交換
樹脂膜を構成する場合、上記両者の含フツ素重合体は別
々に製膜し、而る後に該両者の共重合体の膜状物を積層
することにより一体化する手段が採用される。
When the cation exchange resin membrane of the present invention is composed of the first fluorinated polymer produced as described above and the second fluorinated polymer, both of the above fluorinated polymers A method is adopted in which the two are formed into films separately, and then the films of the two copolymers are laminated to integrate them.

上記含フツ素重合体を製膜する方法は、既知の例えばプ
レス成型、ロール成型、押出し成型、溶液流延法、ディ
スパージョン成型又は粉末成型などが採用できる。
Known methods such as press molding, roll molding, extrusion molding, solution casting, dispersion molding, or powder molding can be used as a method for forming the above-mentioned fluorine-containing polymer into a film.

かよる製膜の場合、それから得られる陽イオン交換樹脂
膜の陽イオン選択性を高めるために、膜は非多孔性の緻
密なものでなげればならない。
In the case of such membrane formation, the membrane must be non-porous and dense in order to increase the cation selectivity of the cation exchange resin membrane obtained therefrom.

このため膜は、その透水量が好ましくは水柱圧im(6
0℃、pH10の4NNaC1中)で100+711/
時間/m2以下、更には1OrrLl/時間/m2以下
になるようにせしめられる。
For this reason, the membrane preferably has a water permeability of water column pressure im (6
100 + 711/
time/m2 or less, and further, 1OrrLl/hour/m2 or less.

また、膜厚は、好ましくは20〜500μ、特には50
〜300μにせしめるのが好ましい。
Further, the film thickness is preferably 20 to 500μ, particularly 50μ
It is preferable to make it ~300μ.

かSる場合、上記両者の含フツ素重合体をそれぞれ製膜
して、その後に積層する場合、積層後の膜厚が、好まし
くは、上記の範囲になるようにせしめられる。
In the case where both of the above-mentioned fluorine-containing polymers are respectively formed into films and then laminated, the thickness of the film after lamination is preferably made to fall within the above range.

また、上記含フツ素重合体を製膜する場合、必要に応じ
て製膜時に、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのオレ
フィン重合体、好ましくはポリテトラフルオロエチレン
、エチレンとテトラフルオロエチレンとの共重合体など
の他の含フツ素重合体をブレンドして成型することもで
き、更にはこれらの重合体からなる布、ネットなどの織
物、不織布又は多孔質フィルムからなる支持体に支持せ
しめることができる。
In addition, when forming a film of the above-mentioned fluorine-containing polymer, an olefin polymer such as polyethylene or polypropylene, preferably polytetrafluoroethylene or a copolymer of ethylene and tetrafluoroethylene, etc. It can also be molded by blending other fluorine-containing polymers, and furthermore, it can be supported on a support made of cloth, net, or other woven fabric, nonwoven fabric, or porous film made of these polymers.

また、本発明の陽イオン交換樹脂膜における二種類の含
フツ素重合体の膜状物の厚みは必ずしも同一でなくとも
よく、それぞれの共重合体に基づく性能により適宜に変
えられうる。
Furthermore, the thicknesses of the two types of fluorine-containing polymer membranes in the cation exchange resin membrane of the present invention do not necessarily have to be the same, and can be changed as appropriate depending on the performance of each copolymer.

しかしながら、本発明者の研究によると、上記第二の含
フツ素重合体膜状物は、イオン交換膜において少なくと
も10μ以上、更に好ましくは20μ以上占めるのが適
当であることが判明した。
However, according to research conducted by the present inventors, it has been found that it is appropriate for the second fluorine-containing polymer membrane to occupy at least 10 μm or more, more preferably 20 μm or more, in the ion exchange membrane.

両者の含フツ素重合体の膜状物の積層は、適宜の手段で
行なうるが、いずれにせよかSる積層により、両者の膜
状物を一体化することが必要である。
Lamination of both membranes of fluorine-containing polymers can be carried out by any suitable means, but in any case it is necessary to integrate both membranes by lamination.

かくして、例えば、好ましくは100〜350℃にて、
0.5〜100kg/−の圧力にてプレスすることによ
り、かよる積層は行なわれる。
Thus, for example, preferably at 100-350°C,
Such lamination is carried out by pressing at a pressure of 0.5 to 100 kg/-.

上記イオン交換樹脂膜への製造工程に相前後し、好まし
くは製膜後に、共重合体が、スルホン酸基又は上記弱酸
性のイオン交換基そのものではなく、これらの基に転換
しうる官能基を有する場合には、それに応じた適宜の処
理により、これらの官能基がスルホン酸基又は上記弱酸
性のイオン交換基に転換される。
Before and after the manufacturing process for the above-mentioned ion exchange resin membrane, preferably after film formation, the copolymer contains not the sulfonic acid group or the above-mentioned weakly acidic ion exchange group itself, but a functional group that can be converted into these groups. If so, these functional groups are converted into sulfonic acid groups or the above-mentioned weakly acidic ion exchange groups by appropriate treatment.

例えば、官能基が、酸エステル、酸ニトリル、酸アミド
、酸ハライドである場合には、酸又はアルカリのアルコ
ール溶液による、加水分解又は中和により、また、官能
基が二種結合である場合には、SO2F、COF2又は
H3PO3などを付加させることによりイオン交換基た
る酸基に転換される。
For example, when the functional group is an acid ester, acid nitrile, acid amide, or acid halide, by hydrolysis or neutralization with an acid or alkali alcohol solution, or when the functional group is a divalent bond. is converted into an acid group, which is an ion exchange group, by adding SO2F, COF2 or H3PO3.

このようにして製造される本発明の含フツ素陽イオン交
換樹脂膜は、上記第−及び第二の含フツ素重合体の種類
、組成を制御することにより、それぞれの含フツ素重合
体のイオン交換容量が好ましくは、0.6〜2ミリ当量
/1乾燥樹脂特に好ましくは0.8〜1.5ミリ当量/
1乾燥樹脂になるようにするのが好ましい。
The fluorine-containing cation exchange resin membrane of the present invention produced in this way can be produced by controlling the type and composition of the first and second fluorine-containing polymers. The ion exchange capacity is preferably 0.6 to 2 meq/1 dry resin, particularly preferably 0.8 to 1.5 meq/1
It is preferable to reduce the amount of resin to 1 dry resin.

本発明の含フツ素陽イオン交換樹脂膜は上記のように種
々の優れた性能を有するために各種の目的、分野、用途
などに広範囲に採用され得る。
The fluorine-containing cation exchange resin membrane of the present invention has various excellent performances as described above, and therefore can be widely adopted for various purposes, fields, and uses.

例えば拡散透析、電解還元、燃料電池の隔膜などとして
、特に耐蝕性が要求される分野で好適に使用される。
For example, it is suitably used in fields where corrosion resistance is particularly required, such as in diffusion dialysis, electrolytic reduction, and as diaphragms in fuel cells.

なかでも塩化アルカリの隔膜電解用の隔膜として使用す
る場合には、従来のイオン交換樹脂膜では得られないよ
うな高電流効率及び低電気抵抗等の有利性を示すもので
ある。
In particular, when used as a diaphragm for alkali chloride diaphragm electrolysis, it exhibits advantages such as high current efficiency and low electrical resistance that cannot be obtained with conventional ion exchange resin membranes.

かよる塩化アルカリの電解に、本発明の含フツ素陽イオ
ン交換樹脂膜を使用する場合には、既知のいずれの隔膜
電解の方式にも採用できる。
When the fluorine-containing cation exchange resin membrane of the present invention is used for such alkali chloride electrolysis, any known diaphragm electrolysis method can be used.

しかし、本発明では単一の陽イオン交換樹脂膜にて陽極
と陰極とを区画して陽極室と陰極室とを構成し、陽極室
に塩化アルカリ水溶液を供給して電解し、陰極室から水
酸化アルカリを得る所謂二室型槽に適用した場合には最
も有利性が発揮できる。
However, in the present invention, an anode and a cathode are separated by a single cation exchange resin membrane to form an anode chamber and a cathode chamber, an aqueous alkali chloride solution is supplied to the anode chamber for electrolysis, and water is supplied from the cathode chamber. It is most advantageous when applied to a so-called two-chamber type tank for obtaining alkali oxide.

この場合、上記本発明の積層型の陽イオン交換樹脂膜を
使用するときには、族環の上記スルホン酸基を交換基と
する共重合体からなる面を槽の陽極側に向け、スルホン
酸基よりも弱酸性の陽イオン交換基を有する面を槽の陰
極側に向けて配置する場合に有利な結果が得られること
が判明した。
In this case, when using the laminated cation exchange resin membrane of the present invention, the surface made of the copolymer having the sulfonic acid group of the group ring as an exchange group should face the anode side of the tank, and the sulfonic acid group should be It has also been found that advantageous results can be obtained when the surface having a weakly acidic cation exchange group is placed toward the cathode side of the tank.

かくして、上記二室型の電解槽の場合でも、2規定以上
の濃度の塩化ナトリウム水溶液を原料にして、5〜50
A/amの電流密度で電解することにおいて、本発明の
陽イオン交換樹脂膜を使用した場合には、従来のイオン
交換樹脂膜では得られなかったような高い性能を示すも
のである。
Thus, even in the case of the above-mentioned two-chamber type electrolytic cell, using a sodium chloride aqueous solution with a concentration of 2N or higher as a raw material,
In electrolysis at a current density of A/am, when the cation exchange resin membrane of the present invention is used, it exhibits high performance that cannot be obtained with conventional ion exchange resin membranes.

以下に、本発明の実施例を示し、更に具体的に本発明を
説明するが、かよる実施例によって本発明は何ら限定さ
れるものではないことはもちろんである。
EXAMPLES Below, the present invention will be described in more detail by showing examples of the present invention, but it goes without saying that the present invention is not limited to these examples in any way.

実施例 1 四フッ化エチレン布(70メツシユ)で補強した四フッ
化エチレンと CF2−CFOCF2CF−OCF2−CF2sO2F
の共重合体(交換容量:0.83ミIJ当量/1ポリマ
ー)フィルム(厚さ250μ)と、四フッ化エチレンと
CF2−CFO(CF2)3−COOCH3の共重合体
(交換容量:1.10−:IJ当量/lポリマー)のフ
ィルム(厚さ100μ)を重ね合せ、0.8kg/cr
Aの加圧下に5分間240℃に加熱して積層した。
Example 1 Tetrafluoroethylene and CF2-CFOCF2CF-OCF2-CF2sO2F reinforced with tetrafluoroethylene cloth (70 mesh)
A copolymer (exchange capacity: 0.83 mm IJ equivalent/1 polymer) film (thickness 250 μ) and a copolymer of tetrafluoroethylene and CF2-CFO(CF2)3-COOCH3 (exchange capacity: 1. 10-: IJ equivalent/l polymer) films (thickness 100μ) are stacked together, 0.8kg/cr
They were laminated by heating at 240° C. for 5 minutes under pressure in A.

該積層物を、NaOH15(1、ジメチルスルホキシド
200m1及び水650m1から混合液中、70℃、2
4時間浸漬して、加水分解することにより陽イオン交換
膜とした。
The laminate was heated at 70° C. in a mixture of 15 ml of NaOH, 200 ml of dimethyl sulfoxide and 650 ml of water.
A cation exchange membrane was obtained by immersion for 4 hours and hydrolysis.

このようにして得られた陽イオン交換膜を用いて、陽極
にはロジウム被覆チタン、陰極にはステンレスを用い、
上記膜のスルホン酸基を交換基とする面を陽極側に向け
て配置し、両極の極間距離を2.2crLとして下記条
件で食塩の電解を行なった。
Using the cation exchange membrane thus obtained, rhodium-coated titanium was used for the anode and stainless steel was used for the cathode.
The surface of the membrane having the sulfonic acid group as an exchange group was placed facing the anode side, the distance between the two electrodes was 2.2 crL, and salt was electrolyzed under the following conditions.

尚、隔膜の有効面積は25crrLである。Note that the effective area of the diaphragm is 25 crrL.

陽極室には4NNaC1水溶液を、陰極室には8NNa
OHを仕込み、陽極室には4N NaC1水溶液を、陰
極室には水を夫々供給しつつ、電流密度20 A /
d m”、液温92℃、にて電解を行なった。
4N NaCl aqueous solution in the anode chamber and 8N Na in the cathode chamber.
OH was charged, a 4N NaCl aqueous solution was supplied to the anode chamber, and water was supplied to the cathode chamber at a current density of 20 A /
Electrolysis was performed at a liquid temperature of 92°C.

陽極室からNaC1溶液を溢流するNaOH水溶液を捕
集し、生成苛性ソーダ量から生成苛性ソーダの電流効率
を求めた。
The NaOH aqueous solution overflowing the NaCl solution from the anode chamber was collected, and the current efficiency of the generated caustic soda was determined from the amount of generated caustic soda.

その結果、13.2Nの苛性ソーダが電流効率92%で
得られ、摺電圧は4.44ボルトであった。
As a result, 13.2N of caustic soda was obtained with a current efficiency of 92%, and the sliding voltage was 4.44 volts.

実施例 2 四フッ化エチレンと CF2=CFOCF2CFOCF2CF2so2Fの共
重合体(交換容量0.91 meq /f?ポリマー)
フィルム(厚さ30μ)と四フッ化エチレンと CF2−CFO(CF2)3COOCH3の共重合体(
交換容量1.44ミリ当量/rポリマー)のフィルム(
厚さ250μ)を実施例1と同様にして重ね合せ積層し
た。
Example 2 Copolymer of tetrafluoroethylene and CF2=CFOCF2CFOCF2CF2so2F (exchange capacity 0.91 meq/f?polymer)
A film (30μ thick) and a copolymer of tetrafluoroethylene and CF2-CFO(CF2)3COOCH3 (
A film with an exchange capacity of 1.44 meq/r polymer) (
250 μm in thickness) were stacked and laminated in the same manner as in Example 1.

加水分解後、族環のスルホン酸基を交換基とする面を陽
極側に向けて実施例1と同様に食塩の電解を行なった。
After hydrolysis, the salt was electrolyzed in the same manner as in Example 1, with the side of the group ring having the sulfonic acid group as the exchange group facing the anode side.

その結果12−3N苛性ソーダが電流効率94%で得ら
れ、摺電圧は、4.30Vであった。
As a result, 12-3N caustic soda was obtained with a current efficiency of 94%, and the sliding voltage was 4.30V.

実施例 3 四フッ化エチレンと CF 2 =CFOCF2 CFO(CF 2 ) 2
802 F とをトリクロロトリフルオロエタンを溶媒
とし、アゾピスイソフチロニトリルを開始剤として70
’Cで共重合させイオン交換容量1.08 meq
/ y′のポリマーを得た。
Example 3 Tetrafluoroethylene and CF 2 =CFOCF2 CFO(CF 2 ) 2
802 F and 70 F using trichlorotrifluoroethane as a solvent and azopisisophthyronitrile as an initiator.
Copolymerized with 'C, ion exchange capacity 1.08 meq
/y' polymer was obtained.

該ポリマーを230 ’Cで圧縮成型し厚さ200μの
フィルムとした。
The polymer was compression molded at 230'C into a 200μ thick film.

一方、四フッ化エチレンとCF2=CFO(CF2)2
COHとを同 様に40℃でジイソプロピルパーオキシジカーボネート
を開始剤としてバルク重合させ、イオン交換容量1.2
4 meq / ’ffのポリマーを得て、230℃で
圧縮成型し30μのフィルムとした。
On the other hand, tetrafluoroethylene and CF2=CFO(CF2)2
COH was similarly bulk polymerized at 40°C using diisopropyl peroxydicarbonate as an initiator, and the ion exchange capacity was 1.2.
A 4 meq/'ff polymer was obtained and compression molded at 230°C to form a 30μ film.

次いで、これらの2種類のフィルムを200℃で積層し
た後25%苛性ソーダ中で90℃、16時間加水分解し
陽イオン交換膜とした。
Next, these two types of films were laminated at 200°C and then hydrolyzed in 25% caustic soda at 90°C for 16 hours to obtain a cation exchange membrane.

か(して得られた陽イオン交換膜を用い、陽極に酸化ル
テニウム被覆チタン、陰極にステンレスを用い上記膜の
スルホン酸基を特徴とする特許陽極側に向けて配置した
、膜有効面積10cr/L、極間5mmとする電解槽を
用い実施例1と同様の方法により食塩の電解を行なった
Using a cation exchange membrane obtained by Electrolysis of common salt was carried out in the same manner as in Example 1 using an electrolytic cell with an electrode spacing of 5 mm.

その結果10.3Nの苛性ソーダが電流効率90%で得
られた。
As a result, 10.3N of caustic soda was obtained with a current efficiency of 90%.

比較例 四フッ化エチレンと CF2=CFOCF2−CF−〇CF2−CF2SO2
Fの共重合体(AR=0.83ミリ当量/?)フィルム
(厚み100μ)を用いて実施例2と同様の方法で食塩
の電解を行なった結果、13.4Nの苛性ソーダが電流
効率78.5%で得られるに過ぎなかった。
Comparative example Tetrafluoroethylene and CF2=CFOCF2-CF-〇CF2-CF2SO2
Salt was electrolyzed in the same manner as in Example 2 using a F copolymer (AR = 0.83 meq/?) film (thickness 100μ), and as a result, 13.4N of caustic soda had a current efficiency of 78. It was obtained in only 5%.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 下記一般式(1)を有する重合性含チツ素化合物と
フッ素化オレフィンとの共重合体からなるスルホン酸基
又は該基に転換しうる官能基を有するパーフルオロカー
ボン重合体から形成された、イオン交換容量0.6〜2
ミリ当量/1乾燥樹脂をもつ第一の膜状物と、下記一般
式(2)を有する重合性フッ素化合物とフッ素化オレフ
ィンとの共重合体からなるカルボン酸基、ホスホン酸基
及び水酸基から選ばれる弱酸性の陽イオン交換基又は該
基に転換しうる官能基を有するパーフルオロカーボン重
合体から形成された、イオン交換容量0.6〜2ミリ当
量/1乾燥樹脂をもつ厚さ10μ以上の第二の膜状物と
を積層して一体化し、必要により上記;膜状物中のスル
ホン酸基に転換しうる官能基又は弱酸性の陽イオン交換
基に転換しうる官能基をそれぞれスルホン酸基又は弱酸
性の陽イオン交換基に転換せしめてなることを特徴とす
る含フツ素陽イオン交換樹脂膜 (Xは、−F又は−CF3であり、Y、 Y’は、F又
は炭素数1〜10のパーフルオロアルキル基であり、l
は6〜3、mは0〜1、nは0〜12であり、Aは−F
、−OH1−0M、−0R1※※及び−NR1R2から
選ばれる基であり、R1は炭素数1〜10のアルキル基
、R2、R3はF又はR1であり、Mはアルカリ金属又
は第四級アンモニウム基である) (X、Y、Y’、■、m及びnは、上記一般式(1)の
場合と同じであり、Bは、カルボン酸基、ホスホン酸基
及び水酸基から選ばれる弱酸性の陽イオン交換基又は該
基に転換しうる官能基である)。
[Scope of Claims] 1. A perfluorocarbon polymer having a sulfonic acid group or a functional group convertible to the sulfonic acid group, which is a copolymer of a polymerizable nitrogen-containing compound having the following general formula (1) and a fluorinated olefin. formed from ion exchange capacity 0.6-2
A first film-like material having milliequivalent/1 dry resin, and a carboxylic acid group, a phosphonic acid group, and a hydroxyl group consisting of a copolymer of a polymerizable fluorine compound and a fluorinated olefin having the following general formula (2). A polymer having a thickness of 10 μm or more and having an ion exchange capacity of 0.6 to 2 milliequivalents/1 dry resin is formed from a perfluorocarbon polymer having a weakly acidic cation exchange group or a functional group convertible to the group. The two membrane-like materials are laminated and integrated, and if necessary, the above-mentioned; or a fluorine-containing cation exchange resin membrane characterized by being converted to a weakly acidic cation exchange group (X is -F or -CF3, Y and Y' are F or a carbon number of 1 to 1) 10 perfluoroalkyl groups, l
is 6 to 3, m is 0 to 1, n is 0 to 12, and A is -F
, -OH1-0M, -0R1※※ and -NR1R2, R1 is an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, R2 and R3 are F or R1, and M is an alkali metal or quaternary ammonium. (X, Y, Y', ■, m and n are the same as in the above general formula (1), and B is a weakly acidic group selected from a carboxylic acid group, a phosphonic acid group, and a hydroxyl group) (a cation exchange group or a functional group that can be converted into a cation exchange group).
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