[发明专利]不含石棉纤维的阴极

说明书

本发明是关于一种特别用于电解池阴极部件，特别是碱金属卤化物溶液电解池阴极部件的微孔导电材料。本发明还涉及含所述材料的阴极。

本发明也涉及所述材料的制造方法。

本发明还涉及所述阴极部件与隔膜或膜片的组合件。

最后本发明还涉及了这种组合件在碱金属卤化物水溶液电解池中的应用。

通常被电解的碱金属卤化物水溶液是用来制造氯气和烧碱的氯化钠溶液。

众所周知，制造电解池阴极部件用的材料应该满足许多质量要求：它们应该在可接受的动力学水平上具有和使用这种阴极部件的电解池的在可接受能量水平上运行相适应的小电阻率，它们还应该有较薄的厚度(约0.1—10毫米)，而且它们应该有大的表面，这可能超过许多平方米。

此外，这种材料应该可以经过在具有大量大孔径空隙的硬结构上进行沉积而制得。

这种材料一般是在真空下过滤纤维和粘合剂的悬浮液而制得。

这种材料的性能取决于某些参数，特别是悬浮液中纤维材料、表面活性剂、成孔剂和各种添加剂的性质和含量。

因此，为了将这些性能汇于一体，使用具体如欧洲专利申请EP0 319 517中所述的，由导体纤维和非导体纤维混合物构成的纤维材料是公知的。在此专利申请中，特别推荐石棉纤维和碳纤维的混合物，碳纤维给阴极部件提供了导电性，石棉纤维在过滤时能使粘合剂固定下来。

无论是对所述材料，还是对其制法都提出过各种完善的方法。

在以本申请人的名义提交的欧洲专利申请EP0 214 066中提出了含有单分散长度分布碳纤维的材料，这种材料的品质与性能都得到很大改善，这可通过更有利的性能/厚度比来表现出来。

在以本人申请人的名义提交的欧洲专利申请EP0 296 076中提出了在基体中含有均匀分布的催化剂的电活性材料，所述电催化剂选自Raney金属和Raney合金，从中已除去了大部分容易除去的金属。

所提出的阴极部件的组合件能保证电流的良好分布，适用于那种还包括一个将阳极室与阴极室分开的膜片或隔膜的电解池。在上述欧洲专利申请中可以找到补充的技术细节。

然而，所叙述的和公知的阴极部件的质量从技术状态看并不完全令人满意，因为还需要使用石棉纤维。实际上，除了与使用这种对人类健康有害的产品相联系的风险之外，石棉本身所固有的化学稳定性不足意味着各种缺点，比如说由这种阴极部件组成的电解器寿命很短，很难通过比如提高电流强度和/或提高碱金属氢氧化物的浓度来改善电解器的操作条件。

在以本申请人的名义所提交的专利申请EP0 222 671中，在一个实例中叙述了一种由只含有导电碳纤维的悬浮液制造无石棉阴极半成品的方法。但是，用于此制造过程中的悬浮液组成在工业上无法保证同时具有既精细又规则的一片孔隙，也无法保证对阴极的较大粘着力。

现在已经发现，制造出专门用于加工碱金属卤化物溶液电解池阴极部件的不含石棉的材料是可能的，这些材料就没有上述那些缺点。

因此，本发明的目的是一种含有无石棉纤维层的微孔导电材料，其特征在于，所述纤维层含有碳纤维或石墨纤维、聚四氟乙烯纤维、惰性无机纤维、至少一种粘合纤维的含氟聚合物，如有需要还含有至少一种增稠剂。

本发明还覆盖了由所述材料制造的阴极部件。

本发明最后一个目的是微孔导电材料的制备方法，其特征在于它包括如下各步骤：

a)制造大致含有如下各成分的水悬浮液：

·100份(干重量)由20—80份(干重量)的碳纤维或石墨纤维

  和80—20份(干重量)的聚四氟乙烯组成的纤维混合物；

·10—100份(干重量)惰性无机纤维；

·10—60份(干重量)纤维的含氟聚合物粘合剂；

·30—200份，优选是30—100份(干重量)基于二氧化硅的衍生物；

·0—30份(干重量)的至少一种增稠剂；

b)通过所述悬浮液通过一多孔载体进行程序化真空过滤，沉

  积出纤维层；

c)除去液体介质，将得到的纤维层干燥；

d)烧结该纤维层；

e)除去基于二氧化硅的衍生物。

用此方法制备的微孔导电材料就构成了本发明所优选的微孔导电材料。

按照本发明，“微孔导电材料”表示其电阻率一般为0.5—15欧姆·厘米的多孔材料。出于耗能的原因，优选其电阻率为0.5—10欧姆·厘米，更优选为0.5—2欧姆·厘米。