[发明专利]阳离子交换膜和使用了该阳离子交换膜的电解槽

说明书

技术领域

本发明涉及阳离子交换膜和使用了该阳离子交换膜的电解槽。

背景技术

使用了含氟类聚合物的阳离子交换膜的耐热性和耐化学药品性等优异，因此，被用作用于通过碱金属氯化物等的电分解(下文中，有时也记为电解)而制造氯和碱的电解用阳离子交换膜。除此之外，还被用作臭氧产生用隔膜、燃料电池、水电解和盐酸电解等各种电解用隔膜等。

其中，特别是在电解盐水等而制造苛性钠、氯和氢的碱金属氯化物的电解中，要求阳离子交换膜具有各种特性。

例如，要求具有以下性能：能够以高电流效率和低电解电压进行电解；制造的碱金属氢氧化物中所含有的杂质(特别是碱金属氯化物等)的浓度低；或者，膜强度高(在膜的操作时或电解时不损伤等)；等等。为了满足这样的要求，多层结构的含氟离子交换膜正成为目前的主流，所述多层结构的含氟离子交换膜包括由阴离子排斥性高、电阻高但显示出高电流效率的具有羧酸基的含氟树脂构成的层、和由电阻低的具有磺酸基的含氟树脂构成的层。

并且，鉴于上述关于膜强度的要求，一直以来提出了各种方案。

例如，在下述专利文献1和专利文献2中，提出了使膜的构成多层化并限定各层的含水率以实现电解电压的降低和膜强度的改善的技术。

即，专利文献1中记载了一种由具有离子交换基的含氟聚合物构成且层积有第一层、第二层和第三层的离子交换膜的技术方案，所述第一层面对阴极，具有羧酸基，所述第二层电阻率小于该第一层且具有膜整体的厚度的50%以上，所述第三层溶胀度比第二层大5%以上且电阻率比第二层小30Ω·cm以上。专利文献1中，记载了可得到电化学性质、在阴极室生成的碱金属氢氧化物水溶液中的纯度优异、进而机械强度和尺寸稳定性优异的离子交换膜。

另外，专利文献2中记载了层积有氟碳聚合物的第一层、第二层和氟碳聚合物的第三层的离子交换膜，所述第一层面对阴极，具有羧酸基；所述第二层离子交换容量为0.9～1.4毫当量/g干燥树脂，具有磺酸基；所述第三层面对阳极，溶胀度比上述第二层大5%以上且具有离子交换基。专利文献2中，记载了在使用强韧的聚合物的同时发挥低电解电压的内容。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开昭63-113029号公报

专利文献2：日本特开昭63-8425号公报

发明内容

发明要解决的课题

但是，专利文献1和2所记载的离子交换膜中，膜强度尚不充分，特别是防止电解中各层间的剥离的强度即耐剥离性不充分。

若电解中在各层间产生剥离，则溶液会停留在层间。由此，会因膜的电阻增加而发生电解电压的上升。

另外，若与膜的阳极侧接触的层因停留在层间的溶液而被压迫到阳极侧，则膜与阳极部过于紧密地接触，由此盐水无法被充分地供给到膜，会引起离子交换基(特别是羧酸基)的H+化。具有经H+化的羧酸基的层的电阻高，因而会发热和损伤，产生电流效率降低的问题以及膜的强度降低的问题。

进而由于溶液停留在剥离部，由此还会诱发电极变形这样的电解装置损伤的弊端。

本发明是鉴于上述情况而进行的，其目的在于提供一种能够防止电解中各层间的剥离、耐剥离性高、能够稳定地进行电解的阳离子交换膜。

用于解决课题的方案

为了解决上述课题，本发明人进行了深入的研究，结果发现通过对构成阳离子交换膜的各层间的含水率的关系、和弹性模量的关系进行限定，耐剥离性得到飞跃性的提高，由此完成了本发明。

即，本发明如下所述。

〔1〕

一种阳离子交换膜，其具有：

第一层，其由具有羧酸基的含氟类聚合物构成；

第二层，其由含氟类聚合物构成，具有羧酸基和磺酸基；和

第三层，其由具有磺酸基的含氟类聚合物构成，

在将上述第一层的含水率设为W_I、

将上述第二层的含水率设为W_II、

将上述第三层的含水率设为W_III时，

W_I＜W_II、W_II＜W_III，W_II-W_I≦9.5(%)、W_III-W_II≦18(%)，

在将上述第一层的弹性模量设为E_I、

将上述第二层的弹性模量设为E_II、