(57)【要約】      （修正有）【課題】クリープが小さく、破断耐性に優れ、さらには電解の際にイオン交換膜を破損することがなく、耐腐食性に優れた電解槽用陰極ガスケットを提供する。【解決手段】イオン交換膜法に用いられる電解槽においてイオン交換膜と電解室枠との間をシールし、略中央に形成された開口部１０を有する電解槽用陰極ガスケット１であって、前記電解槽用陰極ガスケット１の内部に配置された補強部材を含み、前記開口部１０の内周端部から、前記電解槽用ガスケット１の所定長の内部領域には前記補強部材が配置されていない、電解槽用陰極ガスケット１。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン交換膜法に用いられる電解槽においてイオン交換膜と電解室枠との間をシールし、略中央に形成された開口部を有する電解槽用陰極ガスケットであって、
前記電解槽用陰極ガスケットの内部に配置された補強部材を含み、
前記開口部の内周端部から、前記電解槽用陰極ガスケットの所定長の内部領域には前記補強部材が配置されていない、電解槽用陰極ガスケット。
【請求項２】
前記所定長は、２．５ｍｍ以上である、請求項１に記載の電解槽用陰極ガスケット。
【請求項３】
前記電解槽用陰極ガスケットの表面の少なくとも一部が、フッ素樹脂を含む被覆材により覆われている、請求項１又は２に記載の電解槽用陰極ガスケット。
【請求項４】
前記補強部材が内部に配置されている部位と、前記補強部材が内部に配置されていない部位と、の境界表面の少なくとも一部が、前記被覆材により覆われている、請求項３に記載の電解槽用陰極ガスケット。
【請求項５】
前記補強部材が内部に配置されている部位の表面の少なくとも一部が、前記被覆材により覆われている、請求項３又は４に記載の電解槽用陰極ガスケット。
【請求項６】
前記被覆材の少なくとも一部が、前記電解槽用陰極ガスケットに内在されている、請求項３〜５のいずれか一項に記載の電解槽用陰極ガスケット。
【請求項７】
前記陰極室枠と接する表面の少なくとも一部が、前記被覆材により覆われている、請求項３〜６のいずれか一項に記載の電解槽用陰極ガスケット。
【請求項８】
イオン交換膜と、
陽極室と、
陰極室と、
前記イオン交換膜と前記陽極室との間に配置された、電解槽用陽極ガスケットと、
前記イオン交換膜と前記陰極室との間に配置された、請求項１〜７のいずれか一項に記載の電解槽用陰極ガスケットと、
を含む電解槽。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解槽用陰極ガスケット及びそれを含む電解槽に関する。
【背景技術】
【０００２】
食塩水等のアルカリ金属塩化物水溶液を用いた電気分解では、イオン交換膜法が用いられている。イオン交換膜法は、イオン交換膜を備えた電解槽（以下、「イオン交換膜法電解槽」という。）を用いるものである。イオン交換膜法電解槽としては、陰極を取り付けた陰極室枠と、陽極を取り付けた陽極室枠とを、イオン交換膜とガスケットを介して密着させ、油圧等で締め付けるフィルタープレス型電解槽が一般的に用いられている。
【０００３】
イオン交換膜法は、食塩等の塩化アルカリを原料にして、高濃度のアルカリ金属水酸化物、塩素ガス、水素ガス等を生産する。そのため、電解槽から電解液やガスが漏れることは、爆発火災の発生の危険があるだけでなく環境面でも有害である。そこで、上記室枠とイオン交換膜との間にガスケットを介在させ、イオン交換膜とガスケットを締め付けることによって、電気分解により生成するアルカリ金属水酸化物、塩素ガス、水素ガス等が電解槽の外部に漏れることを防止する。従って、ガスケットには、腐食性の電解液やガスに耐性があり、長期間使用できることが求められる。このため、ゴム製シートを成形加工したガスケットが多く用いられている。
【０００４】
しかし、イオン交換膜とガスケットが長期間締め付けられると、ガスケットが徐々にクリープして厚みが薄くなる。これによってガスケットのゴム弾性が小さくなり、電解液やガスのシール性が低下する恐れがある。ガスケットのクリープがさらに進むと、ガスケットの広がりに追従してイオン交換膜も引き延ばされる。その結果、イオン交換膜が破断する恐れもある。イオン交換膜が破断した場合、イオン交換膜の膜性能（電流効率等）がまだ充分であるにもかかわらず、イオン交換膜の交換又は補修を行う必要があるため、経済的な損失が大きい。そこで、特許文献１には、イオン交換膜の破断を防止するために補強芯材（補強布）で裏打ちしたゴム製ガスケットが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５５−１６４０８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示されているような補強芯材で裏打ちしたガスケットは、電解中に補強芯材が電解表面に露出して、イオン交換膜を破損させるという問題がある。一方、補強芯材を電解表面先端まで入れないガスケットは、補強芯材の入っていない部分のクリープが大きいため、締め付け圧力をかけるとガスケットが破断し、さらにはイオン交換膜が破断する恐れがある。
【０００７】
本発明は、上記事情を鑑みなされたものであり、クリープが小さく、破断耐性に優れ、さらには電解の際にイオン交換膜を破損することがなく、耐腐食性に優れた電解槽用陰極ガスケット、及びそれを含む電解槽を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、イオン交換膜法に用いられる電解槽においてイオン交換膜と電解室枠との間をシールし、略中央に形成された開口部を有する電解槽用陰極ガスケットであって、前記電解槽用陰極ガスケットの内部に配置された補強部材を含み、前記開口部の内周端部から、前記電解槽用陰極ガスケットの所定長の内部領域には前記補強部材が配置されていない構造とすることで、クリープが小さく、破断耐性に優れ、さらには電解の際にイオン交換膜を破損することがなく、耐腐食性に優れた電解槽用陰極ガスケットとできることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【０００９】
すなわち、本発明は、以下のとおりである。
［１］
イオン交換膜法に用いられる電解槽においてイオン交換膜と電解室枠との間をシールし、略中央に形成された開口部を有する電解槽用陰極ガスケットであって、
前記電解槽用陰極ガスケットの内部に配置された補強部材を含み、
前記開口部の内周端部から、前記電解槽用陰極ガスケットの所定長の内部領域には前記補強部材が配置されていない、電解槽用陰極ガスケット。
［２］
前記所定長は、２．５ｍｍ以上である、［１］の電解槽用陰極ガスケット。
［３］
前記電解槽用陰極ガスケットの表面の少なくとも一部が、フッ素樹脂を含む被覆材により覆われている、［１］又は［２］の電解槽用陰極ガスケット。
［４］
前記補強部材が内部に配置されている部位と、前記補強部材が内部に配置されていない部位と、の境界表面の少なくとも一部が、前記被覆材により覆われている、［３］の電解槽用陰極ガスケット。
［５］
前記補強部材が内部に配置されている部位の表面の少なくとも一部が、前記被覆材により覆われている、［３］又は［４］の電解槽用陰極ガスケット。
［６］
前記被覆材の少なくとも一部が、前記電解槽用陰極ガスケットに内在されている、［３］〜［５］のいずれか一つの電解槽用陰極ガスケット。
［７］
前記陰極室枠と接する表面の少なくとも一部が、前記被覆材により覆われている、［３］〜［６］のいずれか一つの電解槽用陰極ガスケット。
［８］
イオン交換膜と、
陽極室と、
陰極室と、
前記イオン交換膜と前記陽極室との間に配置された、電解槽用陽極ガスケットと、
前記イオン交換膜と前記陰極室との間に配置された、［１］〜［７］のいずれか一つの電解槽用陰極ガスケットと、
を含む電解槽。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の電解槽用陰極ガスケットは、クリープが小さく、破断耐性に優れ、さらにはイオン交換膜を破損することがなく、耐侵食性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態に係る電解槽用陰極ガスケットの第一実施形態の斜視図である。
【図２】図１のＸ−Ｘ´線に沿う断面図である。
【図３】本実施形態に係る電解槽用陰極ガスケットを電解槽に装着した際の一部断面図である。
【図４】本実施形態に係る電解槽用陰極ガスケットの第二実施形態の一部断面図である。
【図５】本実施形態に係る電解槽用陰極ガスケットの第三実施形態の一部断面図である。
【図６】本実施形態に係る電解槽用陰極ガスケットの第四実施形態の一部断面図である。
【図７】本実施形態に係る電解槽用陰極ガスケットの第五実施形態の一部断面図である。
【図８】実施例１，２、比較例１，２のガスケットのクリープ性能を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための形態（以下、単に「本実施形態」という。）について、必要に応じて図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の本実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明を以下の内容に限定する趣旨ではない。なお、図面の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。そして、本発明は、その要旨の範囲内で適宜に変形して実施できる。
【００１３】
本実施形態に係る電解槽用陰極ガスケット（以下、単に「陰極ガスケット」という。）は、イオン交換膜法に用いられる電解槽においてイオン交換膜と電解室枠との間をシールし、略中央に形成された開口部を有する陰極ガスケットであって、前記陰極ガスケットの内部に配置された補強部材を含み、前記開口部の内周端部から、前記陰極ガスケットの所定長の内部領域には前記補強部材が配置されていない、陰極ガスケットである。
【００１４】
図１は、本実施形態に係る陰極ガスケットの第一実施形態の斜視図である。図２は、図１のＸ−Ｘ´線に沿う断面図である。図３は、本実施形態に係る陰極ガスケットを電解槽に装着した際の一部断面図である。陰極ガスケット１は、その略中央に形成された開口部１０を有し、その内部に補強部材として、ＳＵＳ芯材１６とナイロン６芯材１８とを有している。そして、陰極ガスケット１のガスケット本体１２の表面が、フッ素樹脂を含む被覆材１４により覆われている。
【００１５】
図３において、ガスケットを電解槽に装着する場合、陰極ガスケット１はイオン交換膜２と陰極室枠３との間に配置され、陽極ガスケット５はイオン交換膜２と陽極室枠４との間に配置される。このように、陰極ガスケット１と陽極ガスケット５によってイオン交換膜２を挟持することで、電解室（陰極室、陽極室）の室枠とイオン交換膜との間をシールすることができる。ここで、矢印Ａは陰極側を示し、矢印Ｂはイオン交換膜側を示し、矢印Ｃは電解槽側を示している。陰極ガスケット１の電解槽側Ｃの表面には、陰極室の電解液等が接触している。
【００１６】
陰極ガスケット１において、開口部１０の内周端部Ｓから所定長Ｌの内部領域には補強部材（ＳＵＳ芯材１６とナイロン６芯材１８）が配置されていない（図２参照）。電解を行う際、内周端部Ｓは電解液と接触しており、電解や電解液によって腐食されやすい部位である。ここで、補強部材が陰極ガスケット１の内部に配置されていない領域とは、電気分解を行う際に、電解や発生した苛性ソーダ等により陰極ガスケット１が腐蝕しても補強部材が表面に露出しない領域である。
【００１７】
所定長Ｌは、陰極ガスケット１の内周端部Ｓから２．５ｍｍ以上であることが好ましく、２．７ｍｍ以上であることがより好ましく、３ｍｍ以上であることがさらに好ましい。所定長Ｌの下限を上記数値とすることで、電解中の腐食により補強部材が電解表面に突き出してイオン交換膜が破損することを防止できる。また、所定長Ｌは、陰極ガスケット１の内周端部Ｓから６ｍｍ以下であることが好ましく、５．５ｍｍ以下であることがより好ましく、５ｍｍ以下であることがさらに好ましい。所定長Ｌの上限を上記数値とすることで、補強部材が配置されていない部位のクリープ耐性が著しく悪化することを防止できる。所定長Ｌの長さを調整する方法としては、特に限定されないが、例えば、電解槽側のガスケット先端に相当する部位の金型下部に生ゴムを置いて、熱プレスで加硫して作製することができる。
【００１８】
本実施形態の陰極ガスケットの形状は、特に限定されず、長方形等の矩形状の枠体が好ましい。矩形の寸法は電解槽の大きさ等に依存するが、通常、電解面積である１２００×２４００ｍｍ程度の大きさであり、幅（シールする幅）は３５ｍｍ程度である。
【００１９】
陰極ガスケットの厚みは、特に限定されないが、２．５ｍｍ〜４．５ｍｍの範囲が好ましく、より好ましくは３．１ｍｍ程度である。通常、電解時にはガスケットに２０ｋｇ／ｃｍ2程度の面圧がかかるが、本実施形態の陰極ガスケットの厚さを上記数値範囲とすることにより上記面圧がかかったときに２．５ｍｍ程度の厚さとなるように調整できる。
【００２０】
本実施形態のガスケット本体の材料は、特に限定されず、種々の材料で構成できるが、シール性が高い弾力性のある材料が好ましく、硬度はＪＩＳ  Ｋ６３０１Ａに準拠したＨｓ（Ｈａｒｄｎｅｓｓ  ｓｐｒｉｎｇ）が６０°〜９０°であるものが好ましい。
【００２１】
ガスケット本体の材料としては、特に限定されず、例えば、天然ゴム、イソプレンゴム、スチレン・ブタジエンゴム、ブチルゴム、ブタジエンゴム、エチレン・プロピレンゴム、エチレン・プロピレン・ジエンゴム、クロロプレンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、アクリルゴム等が挙げられる。それらの中でも、耐薬品性や硬度の点から、エチレン・プロピレン・ジエンゴム（ＥＰＤＭゴム）、エチレン・プロピレンゴム（ＥＰＭゴム）の加硫成形品が好ましい。架橋方法は、硫黄加硫、過酸化物架橋等の公知の方法を用いることができる。
【００２２】
陰極ガスケットの補強部材としては、特に限定されず、例えば、ＳＵＳ、鉄、ニッケル、ナイロン６、ポリエステル等が挙げられる。それらの中でも、引っ張り強度の観点から、ＳＵＳ、ナイロン６が好ましい。
【００２３】
陰極ガスケットは温度や湿度の影響で伸縮するため、電解槽に陰極ガスケットを装着する際は、通常、陰極ガスケットをある程度伸ばした状態でイオン交換膜に装着する。そのため、本実施形態において、伸縮度が異なる補強部材を用い、伸縮度が低い補強部材（例えば、ＳＵＳ芯材）を陰極ガスケットの内周側から外周側に向けて配置させ、伸縮度が高い補強部材（例えば、ナイロン６芯材）を陰極ガスケットの枠体の周縁に沿って配置させることが好ましい（図２参照）。このように、伸縮度が異なる補強部材を織り込んだ補強部材を陰極ガスケットに裏打ちすることで、陰極ガスケットの優れたシール性を維持しつつ、クリープをより小さくできるため好ましい。クリープによるイオン交換膜の破断を効果的に防止する観点から、補強部材を陰極ガスケットのイオン交換膜側の近傍に裏打ちすることが好ましい。
【００２４】
補強部材を陰極ガスケットに裏打ちするに先立って、ガスケット本体と補強部材の接着性をさらに向上させるために、補強部材の接着処理を実施することが好ましい。接着処理には従来公知の技術が利用できる。例えば、ロードファーイースト社製の「ケムロック」（商品名）、「シクソン」（商品名）、「メーガム」（商品名）等の接着剤を用いる処理が挙げられる。
【００２５】
また、補強部材を陰極ガスケットに裏打ちする方法としては、特に限定されず、従来公知の技術を利用できる。例えば、ガスケット本体として生ゴムを用いる場合、生ゴム、加硫剤、酸化防止剤、可塑剤及び補強剤等を混合した後、回転ロールでカレンダリングして薄ゴム板を得る。そして、２枚の薄ゴム板の間に補強部材を挟みこんで回転ロールに通した後、熱プレス器で加硫する方法が挙げられる。
【００２６】
陰極ガスケット１の表面は、フッ素樹脂を含む被覆材１４により覆われることが好ましい。電解液と接触する陰極ガスケット１の内周端部Ｓと、イオン交換膜２と接触する陰極ガスケット１の表面の少なくとも一部と、を包み込むように被覆材１４により覆うことが、より好ましい（図３参照）。被覆材１４により覆われるイオン交換膜２と接触する陰極ガスケット１の表面は、電解液と接触する内周端部Ｓから５〜１８ｍｍの範囲を含むことがより好ましい。この場合、図３の符号Ｌ´が５〜１８ｍｍの範囲である。
【００２７】
電解を行う際に陰極ガスケットが電解槽の外へ滑り出すと、陰極ガスケットと電解槽の間に隙間が生じ、ガスや電解液が電解槽の外部へ漏洩する。従来、部分的に面圧を高くし、陰極ガスケットのシール性を向上させる目的で、陰極ガスケットの陰極側（図３の矢印Ａ側）に突起形状を設けること等が行われている。しかし、電解液と接する表面は他の部分に比べて締め付け圧力が弱く、陰極ガスケットとイオン交換膜との間に高濃度の苛性ソーダ等が侵入・滞留しやすい。これにより、経時的に次亜塩素酸濃度が上昇し、腐食が進行することを本発明者らは見出した。また、イオン交換膜の損傷は、陽極側の塩素と陰極側の苛性ソーダが膜内に浸透し、膜内で塩が析出することにより起こりうる。これを防止する目的で、本実施形態では、陽極側においては、電解液の循環を良くするとともに塩素ガスの滞留が起きないようにするため、シール部と同じ位置に陽極ガスケットを貼ることが好ましく、陰極側においては、苛性ソーダの浸透を防ぐため、陰極ガスケットの内周端部Ｓを電解槽枠のシール部から電解槽の中へ約５ｍｍ入れて貼ることが好ましい（図３参照）。
【００２８】
陰極ガスケットにおいて上記腐食の起点となり得る可能性があるのは、内周端部Ｓから５〜１８ｍｍの範囲（図３の符号Ｌ´参照）である。そのため、この範囲の表面を被覆材で覆うことによって、腐食をより効果的に防止できる。この場合、被覆材は、内周端部Ｓから５〜１８ｍｍの範囲にある全表面を覆うことが好ましい（図２参照）。部分的な腐食が起こり得るイオン交換膜側（図３の矢印Ｂ参照）の陰極ガスケット表面の全てを被覆材で覆うため、腐食を一層効果的に防止できる。また、被覆材を陰極側（図３の符号Ａ参照）まで包み込むように被覆してもよく、これにより同様の効果を得ることができる。
【００２９】
フッ素樹脂を含む被覆材により陰極ガスケット表面を覆う方法としては、特に限定されず、公知の方法によって行うことができる。例えば、フッ素樹脂シートを陰極ガスケット表面に接着剤等を介して貼り付ける方法等が挙げられる。
【００３０】
被覆材として用いられるフッ素樹脂としては、例えば、四フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）、四フッ化エチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル（ＰＦＡ）、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン（ＦＥＰ）、フッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）が挙げられる。それらの中でも、耐食性の観点から、ＰＴＦＥまたはＰＦＡが好ましい。
【００３１】
被覆材の厚さは、特に限定されないが、シール性に悪影響を与えず、かつ次亜塩素酸イオンによる耐食性を得る観点から、３００μｍ以下が好ましい。
【００３２】
図４は、本実施形態に係る陰極ガスケットの第二実施形態の断面図である。本実施形態では、フッ素樹脂を含む被覆材１４ａの少なくとも一部が、陰極ガスケット１ａに内在されていることが好ましい。被覆材１４ａの少なくとも一部をガスケット本体１２ａの内部に配置することで、ガスケット本体１２ａから被覆材１４ａが剥がれることを防止でき、より確実にガスケット表面を被覆できる。このように、被覆材１４ａを、陰極ガスケット１ａのイオン交換膜側の表面から陰極側に折り返す場合には、陰極側のシール性を保つためにゴム等で裏打ちすることが好ましい。ガスケット本体１２ａでは、補強部材（ＳＵＳ芯材１６ａ及びナイロン６芯材１８ａ）が折り曲げられた状態で内在されている。かかる内在構造とすることで、ガスケット本体１２ａのイオン交換膜側の表面から被覆材１４ａが剥がれることを効果的に防止できる。その結果、イオン交換膜側の表面を被覆材により一層確実に覆うことができるため、イオン交換膜側の表面で起こりうる腐食を一層確実に防止できる。
【００３３】
特に、内周端部Ｓから前記所定長の内部領域（即ち、補強部材が配置されていない領域）において、より外周側に被覆材１４ａが内在することがより好ましい。上記内部領域の内周側に被覆材１４ａが存在しない構造とすることにより、電解時に発生した苛性ソーダ等により陰極ガスケット１ａが腐蝕しても補強部材が表面に露出することを防止できる。
【００３４】
陰極ガスケット１ａの製造方法としては、例えば、陰極側に相当するガスケットの部位の金型の下部と、電解槽側の先端に相当するガスケットの部位の金型の下部に、生ゴムを配置する。そして、電解槽側の先端に相当するガスケットの部位に、フッ素樹脂シートで包み込んだ補強部材を裏打ちした半加硫ゴムをのせ、熱プレスで加硫する方法が挙げられる。
【００３５】
図５は、本実施形態に係る陰極ガスケットの第三実施形態の断面図である。本実施形態では、陰極室枠と接する表面の少なくとも一部が、前記被覆材により覆われていることが好ましい。即ち、陰極ガスケット１ｂでは、部分的な腐食が起こり得るイオン交換膜側の表面だけでなく、陰極ガスケットの陰極側の表面も包み込むように、被覆材１４ｂにより覆われている。これにより、陰極室枠と陰極ガスケットの隙間から侵入する電解液等による腐食も防止できる。
【００３６】
さらに、陰極ガスケット１ｂのように、被覆材１４ｂが、イオン交換膜と接する表面の少なくとも一部を覆う部分と、ガスケット本体１２ｂに内在する部分と、陰極室枠と接する表面の少なくとも一部を覆う部分と、を含むことがより好ましい。これにより、イオン交換膜側の表面だけでなく、陰極室側の表面も、被覆材１４ｂによって一層確実に覆うことができる。その結果、イオン交換膜側の表面で起こりうる腐食だけでなく、陰極室枠と陰極ガスケットの隙間から侵入する電解液等による腐食も、一層確実に防止できる。
【００３７】
図６は、本実施形態に係る陰極ガスケットの第四実施形態の断面図である。陰極ガスケット１ｃでは、補強部材（ＳＵＳ芯材１６ｃ及びナイロン６芯材１８ｃ）が配置されている部位と、前記補強芯材が配置されていない部位と、の境界表面Ｙｃ，Ｙｃ´の少なくとも一部が、フッ素樹脂を含む被覆材１４ｃにより覆われていることが好ましい。
【００３８】
補強部材が配置されていない部位では、クリープが大きく、陰極ガスケットの広がりに追従してイオン交換膜も引き延ばされるため、イオン交換膜が破断することがある。また、補強部材が配置されていない部位では、陰極ガスケットも破断しやすくなる。補強部材が配置されている部位と、補強部材が配置されていない部位との境界表面を、被覆材により覆うことで、補強部材が配置されていない部位におけるクリープを小さくし、かつ陰極ガスケットの破断耐性をより向上させることができる。さらには、電解の際にイオン交換膜が破断することを防止できる。そして、腐食をより効果的に防止できる観点から、ガスケット本体１２ｃのイオン交換膜側の境界表面Ｙｃが被覆材１４ｃにより覆われていることがより好ましい。
【００３９】
陰極ガスケットの表面をフッ素樹脂シートにより覆う場合、フッ素樹脂シートとゴムの接着性を向上させる目的で、フッ素樹脂シートに表面処理を実施することが好ましい。表面処理の方法は、特に限定されず、従来公知の方法を用いることができる。表面処理の方法としては、例えば、液体アンモニア−金属ナトリウム（１質量％）溶液やナフタリン＋テトラヒドロフラン−金属ナトリウム溶液に数秒間浸たす化学的エッチング方法、放電等によってイオンを発生させ、これをフッ素樹脂シート表面に当ててエッチングするスパッタエッチング処理、プラズマ処理等が挙げられる。
【００４０】
図７は、本実施形態に係る陰極ガスケットの第五実施形態の断面図である。陰極ガスケット１ｄは、補強部材（ＳＵＳ芯材１６ｄ及びナイロン６芯材１８ｄ）がガスケット本体１２ｄの内部に配置されている部位の表面の少なくとも一部が、フッ素樹脂を含む被覆材１４ｄにより覆われている。かかる構造とすることにより、腐食をより効果的に防止できるため好ましい。
【００４１】
本実施形態の陰極ガスケットは、イオン交換膜法に用いる電解槽に用いることができる。具体的には、イオン交換膜と、陽極室と、陰極室と、前記イオン交換膜と前記陽極室との間に配置された陽極ガスケットと、前記イオン交換膜と前記陰極室との間に配置された本実施形態の陰極ガスケットと、を含む電解槽として用いることができる。
【００４２】
本実施形態の陰極ガスケットは、十分に高いシール性を発揮し、クリープが小さく、優れた破断耐性を発揮する。さらに、イオン交換膜が破損することも防止できる。そのため、長期間ガスケットを交換することなく運転することができ、経済的に優れている。
【実施例】
【００４３】
以下の実施例により本実施形態を更に詳しく説明するが、本実施形態は以下の実施例により何ら限定されるものではない。
【００４４】
〔実施例１〕
図１及び図２に示す陰極ガスケットを作製した。外寸法約２４００ｍｍ、約１２００ｍｍ高、厚み約３．１ｍｍの長方形の額縁状の構造であるＥＰＤＭ（ＪＳＲ社製、商品名「ＥＰ−２４」）からなるガスケット本体１２に、フッ素樹脂（ＰＴＦＥ製シート、日本バルカー社製、商品名「バルフロン」）を含む被覆材１４を貼り付けた構造とした。補強部材としてＳＵＳ芯材（０．３ｍｍφ、３０メッシュ）１６と、ナイロン６芯材（０．３５ｍｍφ、２０メッシュ）１８を用いた。
【００４５】
また、上記補強部材がガスケット内周端部Ｓから２．５ｍｍ以内の内部領域には存在しないように作製した。このガスケット本体１２（未加硫ゴム）の周辺端部Ｓからイオン交換膜側までの全周表面を、幅２８ｍｍ、厚み０．１ｍｍのＰＴＦＥ製シートで覆い、金型に入れて硫黄加硫を行った。得られたガスケットの厚みは３．００ｍｍであった。
【００４６】
＜引っ張り試験＞
ガスケットの破断耐性を調べるために、引っ張り試験を次の条件で行った。
測定には、島津製作所（株）のオートグラフ「ＡＧ−５０００Ｇ」を用いた。
測定サンプルを周縁に沿う方向に３５ｍｍ切断して、測定装置付属のチャックに固定した。固定した部位以外の測定サンプルの幅は、１０ｍｍになるように設置した。
さらに、１０ｍｍ／ｍｉｎの引っ張り速度で、測定サンプルを内周部と外周部の間で引っ張り、測定サンプルが破断するときの荷重を測定し、最大耐荷重とした。最大耐荷重が大きい場合、ガスケットの破断耐性が優れていると評価した。測定の結果、最大耐荷重は２５３ｋｇｆであった。測定結果を表１に示す。
【００４７】
＜クリープ量の測定＞
クリープ量は、次に示す方法で測定を行った。
まず、測定サンプルを周縁に沿う方向に１００ｍｍ切断した。続いて、１００ｍｍ×２１ｍｍの金属製ブロックで、上記測定サンプルを挟んだ。金属製ブロックで挟んだ測定サンプルを４段重ね、恒温槽に設置し、油圧シリンダーにより面圧をかけた。さらに、恒温槽の温度を９０℃に昇温し、所定面圧をかけ、１時間後にデジタルゲージにより位置変化量を測定した。この位置変化量を１枚あたりのガスケットの厚みの変化に換算し、ガスケットの厚みの変化量を測定した。ガスケットの厚みの減少が小さい場合、クリープに対する耐性が良いと評価した。面圧に対するガスケットの厚みの変化量の測定結果を図８に示す。
【００４８】
＜電解＞
通電面積２７０ｄｍ2の電解槽（旭化成ケミカルズ社製、商品名「ＮＣＺ」）の陰極側に陰極ガスケットを装着し、イオン交換膜（旭化成ケミカルズ社製、商品名「ＡＣＩＰＬＥＸ  Ｆ−６８０１」）とともに２ＭＰａの圧力で締め付けて電解槽を構成し、塩化ナトリウム水溶液の電解を行った。この電解槽を用いて、６０ｋＡ／ｍ2、電解温度８８℃、陰極苛性ソーダ濃度３２質量％、陽極食塩濃度１９５〜２１０ｇ／Ｌ、陽極電槽内圧力４０ｋＰａ、陰極電槽内圧力４４ｋＰａの条件で電解を行った。１年間電解を行った後、陰極ガスケットの腐食状態を観察した。覆っていたＰＴＦＥ製シートを取り除き、ガスケット表面を目視にて観察したが、腐食は全く起きていなかった。また、補強芯材はガスケット表面から露出しておらず、イオン交換膜は破断されていないことが確認された。
【００４９】
〔実施例２〕
陰極ガスケットにＰＴＦＥ製シートを貼らなかったこと以外は、実施例１と同様に作製、評価を行った。作製した陰極ガスケットの厚みは３．１１ｍｍであった。表１に示すように、最大耐荷重は、２１０ｋｇｆであった。また、クリープ量の測定結果を図８に示す。
さらに、実施例１と同様に、大型電解槽に陰極ガスケットを装着し、塩化ナトリウム水溶液の電解を行った。１年間電解を行った後、陰極ガスケットの腐食状態を観察した結果、陰極ガスケットの内周端部Ｓから７〜１０ｍｍの位置に腐食が確認された。補強芯材は陰極ガスケット表面から露出しておらず、イオン交換膜は破断されていないことが確認された。
【００５０】
〔比較例１〕
補強芯材を陰極ガスケットに入れなかったこと、ＰＴＦＥ製シートを貼らなかったこと以外は、実施例１と同様に作製、試験を行った。陰極ガスケットの厚みは３．５４ｍｍであった。芯材がない場合には、クリープが大きく、最大耐荷重は測定できなかった。また、クリープ量を測定した結果を図８に示す。補強芯材がないため、陰極ガスケットの破断耐性が悪く、クリープも大きいことが確認された。
【００５１】
〔比較例２〕
補強芯材を陰極ガスケットに入れなかったこと以外は、実施例１と同様に作製、試験を行った。陰極ガスケットの厚みは３．４５ｍｍであった。芯材がない場合には、クリープが大きく、最大耐荷重は測定できなかった。また、クリープ量を測定した結果を図８に示す。補強芯材がないため、フッ素樹脂シートで陰極ガスケットの表面を被覆しただけでは、陰極ガスケットの破断耐性、クリープ耐性は比較例１と比べて充分に改善されていないことが確認された。
【００５２】
〔比較例３〕
補強芯材が陰極ガスケット内周部の電解表面先端まで存在するように作製したこと、ＰＴＦＥ製シートを貼らなかったこと以外は、実施例１と同様に作製を行った。実施例１と同様の条件で電解を行ったところ、陰極ガスケットの内周端部Ｓから補強芯材のＳＵＳ芯材が露出し、イオン交換膜を突き刺して損傷させていることが確認された。
【００５３】
実施例１，２及び比較例１，２の陰極ガスケットの最大耐荷重を表１に示す。実施例１，２及び比較例１，２の陰極ガスケットのクリープ性能を図８に示す。
【００５４】
【表１】
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【００５５】
以上より、各実施例の陰極ガスケットは、クリープが小さく、かつ破断耐性に優れ、さらにはイオン交換膜を破損することがなく、耐腐食性に優れることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明の電解槽用陰極ガスケットは、塩素とアルカリ金属水酸化物を生産するためのイオン交換膜法アルカリ電解の分野をはじめとする幅広い分野で好適に利用できる。
【符号の説明】
【００５７】
１，１ａ，１ｂ，１ｃ  電解槽用陰極ガスケット（陰極ガスケット）
１０  開口部
１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ  ガスケット本体
１４，１４ａ，１４ｂ，１４ｃ  被覆材
１６，１６ａ，１６ｂ，１６ｃ  ＳＵＳ芯材
１８，１８ａ，１８ｂ，１８ｃ  ナイロン６芯材
２  イオン交換膜
３  陰極室枠
４  陽極室枠
５  電解槽用陽極ガスケット（陽極ガスケット）
Ｓ  内周端部
Ａ  陰極側
Ｂ  イオン交換膜側
Ｃ  電解槽側
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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