[发明专利]离子交换膜、离子交换膜的制造方法和电解槽

说明书

本发明提供离子交换膜、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。

技术领域

本发明涉及离子交换膜、离子交换膜的制造方法和电解槽。

背景技术

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

发明内容

发明所要解决的课题

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。

本发明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

本发明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，从而完成了本发明。