[发明专利]阳离子交换膜及其制造方法、以及使用其的电解槽

说明书

技术领域

本发明涉及主要用于碱金属氯化物的电解的含氟阳离子交换膜及其制造方法、以及使用其的电解槽。

背景技术

以往，已知有将含氟阳离子交换膜作为隔膜来电解碱金属氯化物水溶液而制造碱金属氢氧化物和氯的采用离子交换膜法的碱金属氯化物电解方法。另外，作为这种碱金属氯化物的电解中使用的含氟阳离子交换膜，以往优选使用阳极侧具有由具有磺酸基的含氟聚合物构成的层、阴极侧具有由具有羧酸基的含氟聚合物构成的层的至少两层的阳离子交换膜。

这种碱金属氯化物电解用电解槽中所使用的离子交换膜，在长期使用期间，存在膜周边的紧固部附近、特别是电解槽上部发生强度劣化的问题。紧固部附近的强度劣化是由机械性因素导致的，但电解槽上部的强度劣化的原因是：在容易滞留氯气的电解槽上部的离子交换膜内，碱金属氢氧化物从阴极侧扩散、它与从阳极侧扩散出的氯气发生反应析出碱金属氯化物，从而引起膜强度下降。

以改善上述离子交换膜的强度劣化为目的，提出了用离子交换容量低的碱金属不透性的膜覆盖离子交换膜的上部的方法(参照专利文献1)、在离子交换膜的周边部涂布润滑脂等来进行疏水化处理的方法(参照专利文献2)、仅将离子交换膜的周边部整体的膜厚加厚的方法(参照专利文献3)。

但是，这些方法中，需要对离子交换膜进行繁琐的成形加工、处理操作，另外，在整体的膜厚具有分布的情况下，存在因制造时的卷曲而发生皱折、弯折等问题。

其中，作为通过调整阳离子交换膜本身的构成要素来防止强度劣化的方法，如果将上述阳离子交换膜的两层中的由具有羧酸基的含氟聚合物构成的层加厚，则可以防止阳离子交换膜周边部、特别是电解槽上部的强度劣化，但此时阳离子交换膜整体的膜阻上升，因而不优选。另外，如果以减小膜阻为目的、减小由具有羧酸基的含氟聚合物构成的层的厚度，则除了膜周边部特别是上部的强度劣化以外，还存在碱金属氯化物从阳离子交换膜的周边部扩散到阴极侧、由此使作为制品的碱金属氢氧化物的品质下降的问题。

因此，对于碱金属氯化物电解用阳离子交换膜而言，需要用于所述电解时确保良好的生产效率，并且可以改善周边部、特别是上边部的膜强度的劣化，还可以用简便且经济的方法来制造的阳离子交换膜。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开昭62-133095号公报

专利文献2：日本特开昭63-33589号公报

专利文献3：日本特开平6-330369号公报

发明内容

本发明的目的在于提供在电解槽中使用时抑制在长期使用中电解槽上部的膜强度劣化、可以生产效率良好地实施电解、还可以用简便且经济的方法进行制造的阳离子交换膜及其制造方法，以及抑制在长期使用中阳离子交换膜在电解槽上部的强度劣化、可以生产效率良好地实施电解的电解槽。

本发明的阳离子交换膜，其特征在于，是一定厚度的用于电解槽的阳离子交换膜，具有层叠结构并且具有矩形形状，所述层叠结构包括：含有具有磺酸基的含氟聚合物的第1层和与所述第1层邻接的含有具有羧酸基的含氟聚合物的第2层，

所述阳离子交换膜具有沿一边或者分别沿一边和与其相对的边这两边的安装区域和该安装区域以外的主要区域，或者在所述安装区域与所述主要区域之间还具有边界区域，

所述安装区域的(所述第2层的厚度)/(所述第1层和所述第2层的合计厚度)这一比值大于所述主要区域的所述比值，以及

在具有所述边界区域的情况下，所述边界区域是所述比值从所述安装区域向所述主要区域变化的区域。

本发明还提供阳离子交换膜的制造方法，其中，

将具有磺酸基的前体基团的含氟聚合物和具有羧酸基的前体基团的含氟聚合物共挤出成形，制造具有分别由所述各含氟聚合物构成的两层并且在挤出宽度方向具有一定厚度的层叠膜，并且该层叠膜的具有羧酸基的前体基团的含氟聚合物的层中，在挤出宽度方向上，一侧或两侧的端部的厚度大于所述端部以外的区域的厚度，

接着将得到的层叠膜的各含氟聚合物所具有的所述前体基团分别转变成磺酸基和羧酸基，制造具有含有具有磺酸基的含氟聚合物的层和含有具有羧酸基的含氟聚合物的层的层叠膜。

另外，本发明提供一种电解槽，是在具有阳极的阳极室框与具有阴极的阴极室框之间通过如下方法安装有所述的阳离子交换膜的电解槽，即：将所述阳离子交换膜的周边部在所述阳极室框与所述阴极室框之间紧固，使得所述第2层面向阴极侧且垂直地配置膜面的方法；并且，

将所述阳离子交换膜的具有安装区域的一边作为电解槽的上边来安装。