电解用电极的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及例如作为钠电解、水电解、伴随氧气产生或氯气产生的各种工业电解 的电解电池的阳极和/或阴极使用的、在多孔网（expanded mesh)、冲裁多孔板、金属丝网 或与它们类似的形状的具有多个孔的导电性电极基材形成有电极催化层的电解用电极的 制造方法。
【背景技术】
[0002] 前述电解电池的阳极及阴极在各种电解法中浸渍在电解液中使用，作为阳极及阴 极的使用形态，可以举出下述形态。例如有以下情况：将阳极及阴极在无隔膜电解电池中彼 此离开地使用；在隔膜或离子交换膜的两侧与所述膜离开地使用；用于夹着隔膜或离子交 换膜在其两侧空出微小空间而设置的有限电解电池 （finite electrolytic cell);夹着离 子交换膜与该离子交换膜的两侧接触地设置的零间隙电解电池。任一种情况下，对于阳极 和阴极，使用膜的相对面作为进行主反应的表面侧，使用其相反侧作为背面侧。
[0003] 使用电解用电极作为离子交换膜法电解、特别是前述有限电解电池及零间隙电解 电池用的阳极及阴极时，这些导电性电极基材，使用有多孔网、冲裁多孔板、金属丝网或与 它们类似的形状的具有多个孔的导电性电极基材。而且，通常这些具有多个孔的导电性电 极基材的一个面上积极地形成有电极催化层，将形成的面作为表面侧，使这些表面侧与离 子交换膜的两侧分别接触或空出微小空间地进行设置，分别作为阳极及阴极。
[0004] 特别是提出了多种用于在钠电解中以高电流效率、低电压生产高纯度的碱金属氢 氧化物的离子交换膜法氯化碱电解电池，尤其是阳极和阴极夹着离子交换膜地接触的形式 的压滤型零间隙电解电池。该压滤型零间隙电解电池是将背靠背配置阳极室和阴极室而构 成的复极式结构体介由阳离子交换膜排列多个而成的，在上述阴极室中，与阳离子交换膜 接触的部分设有氢气产生用阴极，在上述阳极室中，与阳离子交换膜的相反侧的面接触的 部分设有氯气产生用阳极。
[0005] 在这种电解电池中，通常而言，阳极的基材使用钛制材料，阴极的基材使用镍或镍 合金。另外，阳极及阴极均使用多孔网、冲裁多孔板、金属丝网或与它们类似的形状的、具 有多个孔的导电性电极基材（以下，将它们也简称为"具有多个孔的导电性基材"），在这些 基材的一个面形成含有包含昂贵且稀少的铂族金属和/或其氧化物（以下也成为铂族金属 类）的电极催化成分的电极催化层，将形成的面用作进行主反应的表面侧。
[0006] 关于阳极和阴极夹着离子交换膜地接触的形式的零间隙电解电池中使用的电解 用电极的制造方法，例如在专利文献1中记载了用于阳极及阴极时的具有多个孔的导电性 基材的板厚、开口率、电极催化层的厚度、电极表的凹凸的厚度、退火、形状加工、利用轧制 的平面化处理、利用喷砂的粗糙化处理、利用酸的洗涤、蚀刻处理、耐腐蚀性提高处理等前 处理。
[0007] 一直以来，对如前所述的具有多个孔的导电性基材通常实施退火、形状加工、利用 轧制的平面化处理、利用喷砂的粗糙化处理、利用酸的洗涤、蚀刻处理、耐腐蚀性提高处理 等前处理，之后，在其表面侧形成含有包含昂贵的铂族金属类的电极催化成分的电极催化 层。电极催化层的形成工序被称作活化处理工序，该工序通常通过以下3个工序进行：将含 有能够成为电极催化成分的起始原料（以下也简称为起始原料）的涂布液涂布在基材上， 然后进行干燥、焙烧。更具体而言，活化处理工序中，通常，首先制作溶解有起始原料的涂布 液，将该涂布液涂布在实施了如上所述的前处理的具有多个孔的导电性基材的表面侧，之 后，将其干燥，进一步焙烧而形成电极催化层。此时，为了形成目标电极催化层，重复涂布、 干燥、焙烧这3个工序多次，直至附着于导电性电极基材的表面侧的电极催化成分达到所 期望的量，经过这些工序，形成含有包含昂贵且稀少的铂族金属类的电极催化成分（以下 也称为催化层形成物质）的电极催化层。对基材涂布涂布液的涂布工序通常利用喷雾、刷 涂、静电涂装、其他方法来进行。另外，焙烧工序中的加热通常利用电炉等进行。
[0008] 现有技术文献
[0009] 专利文献
[0010] 专利文献1 :日本专利第4453973号公报
【发明内容】
[0011] 发明要解决的问题
[0012] 对于上述现有技术，本发明人新认识到下述课题。若根据如上所述的现有方法，则 形成有电极催化层的阳极及阴极的基材为多孔网、冲裁多孔板、金属丝网或与它们类似形 状的、具有多个孔的材料，因此，在该基材的表面侧用前述那样的方法涂布含有起始原料的 涂布液时，涂布于该基材的表面侧的涂布液经由基材的多个孔或上下左右的边缘向前述基 材的背面侧转移，相当多量的涂布液也附着于前述基材的背面侧。因此，之后若进行干燥、 焙烧工序，则电极催化成分固定在如上述列举那样的具有多个孔的导电性基材的表面侧， 同时在该基材的背面侧也固定了与固定在其表面侧的电极催化成分的量等量、根据情况为 等量以上的量的电极催化成分，在上述基材的背面侧也形成有电极催化层。
[0013] 此处，在如上述那样的电解电池中，作为阳极及阴极的电极催化成分，可以使用选 自铂、铱、钌、钯、锇及它们的氧化物中的至少一种，但任一成分均稀少，主要的用途是作为 宝石等的材料使用，为非常昂贵的材料，其价格逐年高涨。另外，该电解电池用于石油联合 企业的电解设备等大型设备的电解电池，其用量也非常大，电极催化成分的成本占整个设 备费的比例非常大，其材料费的减少即使说是产业界的誓愿也不为过。
[0014] 另一方面，在作为阳极或阴极使用的如前述列举那样的具有多个孔的导电性基材 薄的情况下，形成在该基材的背面侧的电极催化层中的电极催化成分也与表面侧的电极催 化层中的电极催化成分同样有效地起作用。但是，在阳极及阴极的任一种情况下，其表面侧 为主反应，表面侧的电极催化层与背面侧的电极催化层相比更迅速地消耗，表面侧与背面 侦W目比电极催化成分迅速地减少。因此，例如在电解开始前，形成在表面侧和背面侧的电极 催化层中的电极催化成分的量（以下也称作电极催化剂量）相同时，表面侧的电极催化剂 量变为最低必要残留量以下的时刻，背面侧的电极催化成分的大部分在电极的寿命后保持 没有使用的状态而残留，由于没有有效利用的原料成分而产生的经济损失大。从电极催化 成分的原料价格非常昂贵的方面考虑时，不得不说该事实在制造方面为致命的结果。另一 方面，需要事先进行设计，使得形成在导电性电极基材的表面和背面的电极催化层在电解 结束后，电极催化剂量的总量的约20%作为最低必要残留量残留，也不能在背面侧完全不 形成电极催化层。
[0015] 本发明人从这些方面出发，达成了以下认识：为了设计经济的电解用电极，需要如 下所述地调整形成在基材的表面和背面的电极催化层中的电极催化剂量，重要的是找出能 够用简便的方法调整附着并固定在基材表面的电极催化成分的量（附着量）的技术。具体 而言，如前述那样，导电性电极基材的表面侧的电极催化剂量与背面侧的电极催化剂量的 消耗（减量）速度之差不固定，另外，因电解条件和/或电极催化成分的种类而异，因此，认 为有效的是使电极催化成分附着于基材上而形成的电极催化层的、表面侧的电极催化剂量 和背面侧的电极催化剂量在使用后的电解结束时达到电极催化成分的最低必要残留量的 时间大致相同。而且，为了实现该想法，必要的是考虑电解开始前的表面侧的电极催化成分 的附着量，来调整背面侧的电极催化成分的附着量。即，为了使电极催化成分的附着量为经 济的且性能最佳，必要的是：
[0016] (1)进行调整，使得导电性电极基材的表面侧的电极催化成分的附着量多于导电 性电极基材的背面侧的电极催化成分的附着量；以及
[0017] (2)根据因电解用电极的使用条件、催化成分的种类而异的表面背面两侧的电极 催化成分的消耗速度，适当调整导电性电极基材的表面侧的电极催化成分的附着量和导电 性电极基材的背面侧的电极催化成分的附着量，在基材的表面侧涂布涂布液时，将经由存 在于导电性电极基材的多个孔或上下左右的边缘而附着于背面侧的电极催化剂量抑制为 所需最小限度、或者适宜的量。
[0018] 与此相对，现有方法中，完全没有这样的认识、基于该认识的研宄，现有的方法中， 作为电极催化成分，虽然使用选自铂、铱、钌、钯、锇及它们的氧化物中的非常昂贵的材料， 但是连减少基材的背面侧的电极催化成分的附着量都没有进行。即，现有技术中，关于为了 使电极催化成分在导电性基材的表面背面的附着量经济且性能最佳而必要的前述目的（1) 及（2)、以及为了达成这些目的而必要的方法、手段、对策、研宄，即使调查其他技术领域、包 括专利文献1在内，也没有公开或启示。
[0019] 因此，本发明的目的在于现有方法中没有公开或启示的、使昂贵的电极催化成分 的原材料的用量为最小限度而不损害电极性能，为此，发现了一种新技术，该技术在多孔 网、冲裁多孔板、金属丝网或与它们类似形状的、具有多个孔的导电性电极基材上形成电极 催化层时，能够以简便的方法适当地调整该基材的表面侧和背面侧的电极催化成分的附着 量。即，本发明的目的在于提供一种电解用电极的制造方法，该方法能够用简便的方法简便 地调整，