JP2002317058A - 膜 体 - Google Patents
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- Reinforced Plastic Materials (AREA)
- Primary Cells (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 機械的強度が向上された膜体を提供すること
にある。また、電気抵抗が低減された膜体を提供するこ
とにある。 【解決手段】 この電解質膜１は、島成分と海成分とを
含む海島構造を有する膜体である。島成分はＥＴＦＥウ
ェブ３からなる。海成分は、下式で表される構造を有す
る樹脂（ナフィオン）５からなる。 【化１】 (ｍ、ｎは１以上の整数）
にある。また、電気抵抗が低減された膜体を提供するこ
とにある。 【解決手段】 この電解質膜１は、島成分と海成分とを
含む海島構造を有する膜体である。島成分はＥＴＦＥウ
ェブ３からなる。海成分は、下式で表される構造を有す
る樹脂（ナフィオン）５からなる。 【化１】 (ｍ、ｎは１以上の整数）
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、フッ素樹脂繊維を
利用した膜体に関する。
利用した膜体に関する。
【０００２】
【従来の技術】イオン伝導性を有する膜体として、ナフ
ィオン（デュポン社により開発されたフッ素系樹脂の商
品名）等を用いたものが知られている。この種の膜体
は、イオン交換基としてスルホン酸基を備えるととも
に、フッ素系樹脂特有の性質により化学的安定性に優れ
た性質を有している。このため、ナフィオン等の膜体
は、食塩電解工業等の分野におけるイオン交換膜として
既に実用化されている。
ィオン（デュポン社により開発されたフッ素系樹脂の商
品名）等を用いたものが知られている。この種の膜体
は、イオン交換基としてスルホン酸基を備えるととも
に、フッ素系樹脂特有の性質により化学的安定性に優れ
た性質を有している。このため、ナフィオン等の膜体
は、食塩電解工業等の分野におけるイオン交換膜として
既に実用化されている。
【０００３】このような膜体が、例えば燃料電池の固体
電解質膜として用いられた場合、膜体の両側に配置され
る水素極、酸素極間において、水素極側で水素から生じ
たプロトンが膜体を通過して酸素極側に移動することと
なる。このような燃料電池において、その性能を向上さ
せるためには、より多くのプロトンが膜体を流れるよう
にすればよいが、このためには膜体の電気抵抗を小さく
する必要がある。
電解質膜として用いられた場合、膜体の両側に配置され
る水素極、酸素極間において、水素極側で水素から生じ
たプロトンが膜体を通過して酸素極側に移動することと
なる。このような燃料電池において、その性能を向上さ
せるためには、より多くのプロトンが膜体を流れるよう
にすればよいが、このためには膜体の電気抵抗を小さく
する必要がある。
【０００４】そこで、膜体中のスルホン酸基を増やすこ
とにより膜体のイオン交換能を向上させ、これにより、
膜体の電気抵抗を下げることが考えられるが、この場
合、膜体が液状化してしまうため、スルホン酸基の導入
量に限界が生じる。また、スルホン酸基の導入量が増え
ると、膜体の強度が低下するため、使用中に膜の破れ等
が生じる場合がある。
とにより膜体のイオン交換能を向上させ、これにより、
膜体の電気抵抗を下げることが考えられるが、この場
合、膜体が液状化してしまうため、スルホン酸基の導入
量に限界が生じる。また、スルホン酸基の導入量が増え
ると、膜体の強度が低下するため、使用中に膜の破れ等
が生じる場合がある。
【０００５】一方で、この種の膜体は、前述の電解工業
の分野等で用いる場合においても、強度的に優れ、電解
特性に優れたものが望ましい。
の分野等で用いる場合においても、強度的に優れ、電解
特性に優れたものが望ましい。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、機械
的強度が向上された膜体を提供することにある。また、
本発明の目的は、電気抵抗が低減された膜体を提供する
ことにある。
的強度が向上された膜体を提供することにある。また、
本発明の目的は、電気抵抗が低減された膜体を提供する
ことにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の膜体
は、島成分と海成分とを含む海島構造を有する膜体であ
る。島成分はフッ素樹脂繊維からなる。海成分は、下式
で表される構造を有する樹脂からなる。
は、島成分と海成分とを含む海島構造を有する膜体であ
る。島成分はフッ素樹脂繊維からなる。海成分は、下式
で表される構造を有する樹脂からなる。
【０００８】
【化２】 （ｍ、ｎは１以上の整数）この膜体は、島成分であるフ
ッ素樹脂繊維に海成分のナフィオンが含浸等されること
により構成されており、この結果、フッ素樹脂繊維が骨
材として機能し、従来のナフィオン単体からなる膜体に
比べ強度的に優れたものとなっている。
ッ素樹脂繊維に海成分のナフィオンが含浸等されること
により構成されており、この結果、フッ素樹脂繊維が骨
材として機能し、従来のナフィオン単体からなる膜体に
比べ強度的に優れたものとなっている。
【０００９】このような膜体によれば、電気抵抗を下げ
るためにスルホン酸基の量を増やす場合、骨材であるフ
ッ素樹脂繊維により膜強度が向上しているため、従来の
ような膜体の液状化や強度の低下を抑えることができ
る。このため、この膜体では、より多くのスルホン酸基
を導入することができ、電気抵抗が小さいものを得るこ
とが可能となる。
るためにスルホン酸基の量を増やす場合、骨材であるフ
ッ素樹脂繊維により膜強度が向上しているため、従来の
ような膜体の液状化や強度の低下を抑えることができ
る。このため、この膜体では、より多くのスルホン酸基
を導入することができ、電気抵抗が小さいものを得るこ
とが可能となる。
【００１０】そして、このように機械的強度が改善され
イオン伝導性が向上された膜体は、燃料電池の固体電解
質膜や、食塩電解工業等の分野で用いられるイオン交換
膜としての使用に適したものとなる。
イオン伝導性が向上された膜体は、燃料電池の固体電解
質膜や、食塩電解工業等の分野で用いられるイオン交換
膜としての使用に適したものとなる。
【００１１】また、この島成分として用いられるフッ素
樹脂繊維は、フッ素樹脂多孔膜等の他の形態のフッ素樹
脂に比べ大きい空隙率を有しているため、海成分のナフ
ィオンを含浸等させやすく、この結果、膜体の作製が容
易になる。
樹脂繊維は、フッ素樹脂多孔膜等の他の形態のフッ素樹
脂に比べ大きい空隙率を有しているため、海成分のナフ
ィオンを含浸等させやすく、この結果、膜体の作製が容
易になる。
【００１２】なお、島成分としてのフッ素樹脂繊維は、
海成分中に分散して存在するものに限られず、膜強度の
向上の観点からは、膜体の面方向に連続した形態でナフ
ィオン中に存在するのが好ましい。
海成分中に分散して存在するものに限られず、膜強度の
向上の観点からは、膜体の面方向に連続した形態でナフ
ィオン中に存在するのが好ましい。
【００１３】請求項２に記載の膜体は、請求項１の膜体
において、フッ素樹脂繊維はエチレン−テトラフルオロ
エチレン共重合体（以下、ＥＴＦＥ）からなる繊維であ
る。ＥＴＦＥは、フッ素系樹脂の中でも機械的特性及び
成形加工性に優れているため、本発明の膜体の島成分と
しての使用に適している。そこで、この膜体では、ＥＴ
ＦＥからなる繊維を島成分として用いて、機械的強度に
優れた膜体を得ることとしている。
において、フッ素樹脂繊維はエチレン−テトラフルオロ
エチレン共重合体（以下、ＥＴＦＥ）からなる繊維であ
る。ＥＴＦＥは、フッ素系樹脂の中でも機械的特性及び
成形加工性に優れているため、本発明の膜体の島成分と
しての使用に適している。そこで、この膜体では、ＥＴ
ＦＥからなる繊維を島成分として用いて、機械的強度に
優れた膜体を得ることとしている。
【００１４】請求項３に記載の膜体は、請求項１の膜体
において、フッ素樹脂繊維はポリテトラフルオロエチレ
ン（以下、ＰＴＦＥ）からなる繊維である。ＰＴＦＥ
も、上記ＥＴＦＥと同様の性質を有しているため、本発
明の膜体の島成分としての使用に適している。そこで、
この膜体では、ＰＴＦＥからなる繊維を島成分として用
いて、機械的強度に優れた膜体を得ることとしている。
において、フッ素樹脂繊維はポリテトラフルオロエチレ
ン（以下、ＰＴＦＥ）からなる繊維である。ＰＴＦＥ
も、上記ＥＴＦＥと同様の性質を有しているため、本発
明の膜体の島成分としての使用に適している。そこで、
この膜体では、ＰＴＦＥからなる繊維を島成分として用
いて、機械的強度に優れた膜体を得ることとしている。
【００１５】請求項４に記載の膜体は、請求項１から３
のいずれかの膜体において、フッ素樹脂繊維は分枝構造
を有している。フッ素樹脂繊維を構成する各単繊維とし
て分枝を有するものは、交絡性に富むため、膜体として
の機械的強度をさらに向上させることができる。そこ
で、この膜体では、分枝構造を有するフッ素樹脂繊維を
島成分として用い、これにより、機械的強度に優れた膜
体を得ることとしている。
のいずれかの膜体において、フッ素樹脂繊維は分枝構造
を有している。フッ素樹脂繊維を構成する各単繊維とし
て分枝を有するものは、交絡性に富むため、膜体として
の機械的強度をさらに向上させることができる。そこ
で、この膜体では、分枝構造を有するフッ素樹脂繊維を
島成分として用い、これにより、機械的強度に優れた膜
体を得ることとしている。
【００１６】請求項５に記載の膜体は、請求項１から４
のいずれかの膜体において、スルホン酸基を導入する表
面処理が施されている。従来のナフィオン等の膜体で
は、電気抵抗を下げる目的でスルホン酸基を増やそうと
すると、膜体が液状化し、強度が下がるという問題が生
じていたが、前述のように、フッ素樹脂繊維を島成分と
してナフィオンを含浸等させることにより機械的強度の
向上した膜体が得られることが本発明者らの研究により
見出された。
のいずれかの膜体において、スルホン酸基を導入する表
面処理が施されている。従来のナフィオン等の膜体で
は、電気抵抗を下げる目的でスルホン酸基を増やそうと
すると、膜体が液状化し、強度が下がるという問題が生
じていたが、前述のように、フッ素樹脂繊維を島成分と
してナフィオンを含浸等させることにより機械的強度の
向上した膜体が得られることが本発明者らの研究により
見出された。
【００１７】したがって、本発明の膜体では、膜体の強
度を損なうことなくスルホン酸基を導入することがで
き、このような表面処理を行うことにより、膜体のイオ
ン伝導性が向上され、電解質膜やイオン交換膜としての
使用に適したものが得られるようになる。
度を損なうことなくスルホン酸基を導入することがで
き、このような表面処理を行うことにより、膜体のイオ
ン伝導性が向上され、電解質膜やイオン交換膜としての
使用に適したものが得られるようになる。
【００１８】また、表面処理を施した場合、フッ素樹脂
繊維とナフィオンとの間の界面の密着度が上がり、含浸
等が容易になる。請求項６に記載の膜体は、請求項１か
ら５のいずれかの膜体において、海成分が表面に支配的
にある。
繊維とナフィオンとの間の界面の密着度が上がり、含浸
等が容易になる。請求項６に記載の膜体は、請求項１か
ら５のいずれかの膜体において、海成分が表面に支配的
にある。
【００１９】本発明の膜体を例えば燃料電池の固体電解
質膜として使用する場合、イオン交換能を有するナフィ
オンは、膜体の表面に多く存在するのが好ましい。そこ
で、この膜体では、特に、ナフィオンが表面に支配的に
あるものを対象としている。
質膜として使用する場合、イオン交換能を有するナフィ
オンは、膜体の表面に多く存在するのが好ましい。そこ
で、この膜体では、特に、ナフィオンが表面に支配的に
あるものを対象としている。
【００２０】なお、膜体の電気特性を向上させる点で
は、膜体の表面全体がナフィオンで構成されたものが好
ましい。請求項７に記載の膜体は、請求項１から６のい
ずれかの膜体において、燃料電池の電解質膜として用い
られる。
は、膜体の表面全体がナフィオンで構成されたものが好
ましい。請求項７に記載の膜体は、請求項１から６のい
ずれかの膜体において、燃料電池の電解質膜として用い
られる。
【００２１】本発明の膜体は、前述のように、機械的強
度が改善され、電気抵抗を下げることが可能となってい
る。このため、燃料電池等の固体電解質膜としての使用
に適したものとなっている。
度が改善され、電気抵抗を下げることが可能となってい
る。このため、燃料電池等の固体電解質膜としての使用
に適したものとなっている。
【００２２】ここでは、特に、本発明の膜体をこのよう
な電解質膜として使用する場合を対象としている。請求
項８に記載の膜体は、請求項１から６のいずれかの膜体
において、リチウム２次電池の電解質保持媒体として用
いられる。
な電解質膜として使用する場合を対象としている。請求
項８に記載の膜体は、請求項１から６のいずれかの膜体
において、リチウム２次電池の電解質保持媒体として用
いられる。
【００２３】本発明の膜体は、機械的強度が向上された
結果その電気特性を改善し得る特性を利用して、例え
ば、リチウム２次電池の電解質保持媒体としても用いる
ことが可能である。
結果その電気特性を改善し得る特性を利用して、例え
ば、リチウム２次電池の電解質保持媒体としても用いる
ことが可能である。
【００２４】請求項９に記載の膜体は、請求項１から６
のいずれかの膜体において、リチウム１次電池の電解質
保持媒体として用いられる。本発明の膜体は、機械的強
度が向上された結果その電気特性を改善し得る特性を利
用して、さらに、リチウム２次電池の電解質保持媒体と
しても用いることが可能である。
のいずれかの膜体において、リチウム１次電池の電解質
保持媒体として用いられる。本発明の膜体は、機械的強
度が向上された結果その電気特性を改善し得る特性を利
用して、さらに、リチウム２次電池の電解質保持媒体と
しても用いることが可能である。
【００２５】請求項１０に記載の膜体は、請求項１から
５のいずれかの膜体において、島成分が表面に支配的に
ある。本発明の膜体は、ナフィオンのイオン交換能によ
り、電解用のイオン交換膜の表面部分等としての使用も
可能であるが、島成分であるフッ素樹脂繊維は、繊維状
の形態であるため表面積が大きく、また、適当な表面処
理が施されることによりさらに表面積が大きくなる性質
を有するため、膜体のイオン交換特性の向上に寄与し得
る。そこで、この膜体では、特に、膜体表面にフッ素樹
脂繊維が支配的に存在するものを対象としている。
５のいずれかの膜体において、島成分が表面に支配的に
ある。本発明の膜体は、ナフィオンのイオン交換能によ
り、電解用のイオン交換膜の表面部分等としての使用も
可能であるが、島成分であるフッ素樹脂繊維は、繊維状
の形態であるため表面積が大きく、また、適当な表面処
理が施されることによりさらに表面積が大きくなる性質
を有するため、膜体のイオン交換特性の向上に寄与し得
る。そこで、この膜体では、特に、膜体表面にフッ素樹
脂繊維が支配的に存在するものを対象としている。
【００２６】請求項１１に記載の膜体は、請求項１から
５及び１０のいずれかの膜体において、電気分解用のイ
オン交換膜表面として用いられる。本発明の膜体は、前
述のように、ナフィオンのイオン交換能を利用して、例
えば食塩電解用の隔膜としても使用することができる。
ここでは、特に、本発明の膜体を、このような電解工業
の分野で用いられるイオン交換膜表面として使用される
場合を対象としている。
５及び１０のいずれかの膜体において、電気分解用のイ
オン交換膜表面として用いられる。本発明の膜体は、前
述のように、ナフィオンのイオン交換能を利用して、例
えば食塩電解用の隔膜としても使用することができる。
ここでは、特に、本発明の膜体を、このような電解工業
の分野で用いられるイオン交換膜表面として使用される
場合を対象としている。
【００２７】
【発明の実施の形態】［固体電解質膜］図１に、本発明
の第１実施形態が採用された電解質膜１を示す。
の第１実施形態が採用された電解質膜１を示す。
【００２８】この電解質膜１は、燃料電池中で固体電解
質膜として用いられるものであり、図示するように、島
成分のＥＴＦＥウェブ３と、海成分のナフィオン５とか
らなる海島構造を有している。
質膜として用いられるものであり、図示するように、島
成分のＥＴＦＥウェブ３と、海成分のナフィオン５とか
らなる海島構造を有している。
【００２９】ＥＴＦＥウェブ３は、ＥＴＦＥからなる単
繊維（ステープルファイバー）が多数集合して構成され
たものである。ＥＴＦＥウェブ３は、以下のような公知
の方法により作製される。 （１）含フッ素共重合体フィルムをスリットした後延伸
する方法 （２）含フッ素共重合体の溶融物から溶融紡糸する方法 （３）含フッ素共重合体の一軸延伸フィルムをスプリッ
トした後切断する方法（ＷＯ９４／２３０９８号パンフ
レット） （４）含フッ素共重合体の一軸延伸フィルムをスプリッ
トした後切断する方法（ＷＯ９６／００８０７号パンフ
レット） 本発明に用いる繊維としては、前記（３）または（４）
の方法で得られる枝（分枝）を有する繊維が、例えば不
織布等を作製する際に交絡が有利になる点で好ましい。
繊維（ステープルファイバー）が多数集合して構成され
たものである。ＥＴＦＥウェブ３は、以下のような公知
の方法により作製される。 （１）含フッ素共重合体フィルムをスリットした後延伸
する方法 （２）含フッ素共重合体の溶融物から溶融紡糸する方法 （３）含フッ素共重合体の一軸延伸フィルムをスプリッ
トした後切断する方法（ＷＯ９４／２３０９８号パンフ
レット） （４）含フッ素共重合体の一軸延伸フィルムをスプリッ
トした後切断する方法（ＷＯ９６／００８０７号パンフ
レット） 本発明に用いる繊維としては、前記（３）または（４）
の方法で得られる枝（分枝）を有する繊維が、例えば不
織布等を作製する際に交絡が有利になる点で好ましい。
【００３０】次に、このＥＴＦＥウェブ３のスルホン化
処理につて説明する。まず、ＥＴＦＥウェブ３に放射線
を照射し、繊維表面にラジカルを発生させる。使用する
放射線及び照射線量は繊維表面にラジカルを発生させ得
るものであれば特に制限はない。例えば、γ線、紫外線
等を１〜１００ｋＧｙ程度照射すれば、表面全体をスル
ホン化するだけのラジカルが発生する。
処理につて説明する。まず、ＥＴＦＥウェブ３に放射線
を照射し、繊維表面にラジカルを発生させる。使用する
放射線及び照射線量は繊維表面にラジカルを発生させ得
るものであれば特に制限はない。例えば、γ線、紫外線
等を１〜１００ｋＧｙ程度照射すれば、表面全体をスル
ホン化するだけのラジカルが発生する。
【００３１】次いで、この状態でスルホン化剤をウェブ
に作用させる。スルホン化剤としては公知の薬剤が使用
できる。例えば、発煙硫酸、濃硫酸、クロロスルホン
酸、フルオロスルホン酸、３酸化イオウ等が使用でき
る。
に作用させる。スルホン化剤としては公知の薬剤が使用
できる。例えば、発煙硫酸、濃硫酸、クロロスルホン
酸、フルオロスルホン酸、３酸化イオウ等が使用でき
る。
【００３２】スルホン化の程度は、ラジカルの発生量
（照射線量）やスルホン化剤の種類と量（濃度）により
調整できる。スルホン化処理後は、繊維を充分洗浄し乾
燥することにより、本発明の表面全体が親水化したＥＴ
ＦＥ繊維が得られる。
（照射線量）やスルホン化剤の種類と量（濃度）により
調整できる。スルホン化処理後は、繊維を充分洗浄し乾
燥することにより、本発明の表面全体が親水化したＥＴ
ＦＥ繊維が得られる。
【００３３】このようなスルホン化処理は、効率面から
は、ＥＴＦＥをウェブの状態とした後にスルホン化処理
することが望ましい。なお、前記（３）の方法が用いら
れる場合は、繊維化と同時にウェブが形成される。
は、ＥＴＦＥをウェブの状態とした後にスルホン化処理
することが望ましい。なお、前記（３）の方法が用いら
れる場合は、繊維化と同時にウェブが形成される。
【００３４】ＥＴＦＥ繊維は、表面をスルホン化する前
にスチレン系単量体をラジカルグラフト共重合し、分枝
レベルで繊維のスルホン化部位を増やしてもよい。スチ
レン系単量体としては、例えば、スチレン、α−メチル
スチレン、ビニルトルエン、ビニルフルオロトルエン、
ビニルフェノール、ビニルピリジン、これらの誘導体等
が使用できるが、反応性、取扱性、価格等の点からスチ
レンが好ましい。
にスチレン系単量体をラジカルグラフト共重合し、分枝
レベルで繊維のスルホン化部位を増やしてもよい。スチ
レン系単量体としては、例えば、スチレン、α−メチル
スチレン、ビニルトルエン、ビニルフルオロトルエン、
ビニルフェノール、ビニルピリジン、これらの誘導体等
が使用できるが、反応性、取扱性、価格等の点からスチ
レンが好ましい。
【００３５】なお、島成分としては、ＥＴＦＥウェブ３
の他に、ＰＴＦＥウェブ等の他のフッ素系樹脂からなる
繊維が用いられてもよい。この場合のウェブの作成方法
や表面スルホン化処理の方法は、上述のＥＴＦＥの説明
と同様にして行われる。
の他に、ＰＴＦＥウェブ等の他のフッ素系樹脂からなる
繊維が用いられてもよい。この場合のウェブの作成方法
や表面スルホン化処理の方法は、上述のＥＴＦＥの説明
と同様にして行われる。
【００３６】海成分は、上述したナフィオン５からな
る。ナフィオン５は、デュポン社製のイオン交換膜であ
り、下式で表される構造を有している。
る。ナフィオン５は、デュポン社製のイオン交換膜であ
り、下式で表される構造を有している。
【００３７】
【化３】 （ｍ、ｎは１以上の整数） ナフィオン５は、本実施形態では、電解質膜１の表面に
占める面積は、ＥＴＦＥウェブ３よりも大きくなってい
るが、燃料電池等の固体電解質膜として用いられること
を考慮すると、表面全体がナフィオン５で構成されるこ
とが好ましい。
占める面積は、ＥＴＦＥウェブ３よりも大きくなってい
るが、燃料電池等の固体電解質膜として用いられること
を考慮すると、表面全体がナフィオン５で構成されるこ
とが好ましい。
【００３８】このように構成された電解質膜１は、ＥＴ
ＦＥ繊維３を骨材としてナフィオンが含浸等されること
により構成されているため、従来のナフィオンを利用し
た電解質膜に比べ機械的強度が増している。これによ
り、上述のようなスルホン酸基を増やすための表面処理
を行うことができ、従来の電解質膜に比べ電気抵抗を小
さくすることが可能となる。また、電池の使用中に膜が
破れたりするのが抑えられる。
ＦＥ繊維３を骨材としてナフィオンが含浸等されること
により構成されているため、従来のナフィオンを利用し
た電解質膜に比べ機械的強度が増している。これによ
り、上述のようなスルホン酸基を増やすための表面処理
を行うことができ、従来の電解質膜に比べ電気抵抗を小
さくすることが可能となる。また、電池の使用中に膜が
破れたりするのが抑えられる。
【００３９】［電解用隔膜］ここでは、上記第１実施形
態との相違に注目して説明する。図２に、本発明の第２
実施形態が採用された電気分解用隔膜１１を示す。
態との相違に注目して説明する。図２に、本発明の第２
実施形態が採用された電気分解用隔膜１１を示す。
【００４０】この隔膜１１は、電気分解用のイオン交換
膜として用いられるが、第１実施形態の電解質膜１と同
様に、島成分のＥＴＦＥ繊維３と、海成分のナフィオン
５とから構成される海島構造を有している。
膜として用いられるが、第１実施形態の電解質膜１と同
様に、島成分のＥＴＦＥ繊維３と、海成分のナフィオン
５とから構成される海島構造を有している。
【００４１】また、この隔膜１は、図示されるように、
ＥＴＦＥウェブ３の表面に占める面積は、ナフィオン５
よりも大きくなっている。このような構成では、ＥＴＦ
Ｅウェブ３の細かい繊維状の形状により隔膜１の表面積
が大きくなっており、イオン交換膜として有利有効に機
能することができる。
ＥＴＦＥウェブ３の表面に占める面積は、ナフィオン５
よりも大きくなっている。このような構成では、ＥＴＦ
Ｅウェブ３の細かい繊維状の形状により隔膜１の表面積
が大きくなっており、イオン交換膜として有利有効に機
能することができる。
【００４２】
【実施例】以下、実施例を示すが、本願発明はこれらに
限定されるのもではない。 ＜実施例１＞まず、前記（３）の方法によりＥＴＦＥウ
ェブを作製した。得られたウェブは、平均繊維径１０μ
ｍ、平均繊維長１５ｍｍ、目付１１０ｇ／ｍ2であり、
単繊維の多くが分枝を有していた。なお、平均繊維長
は、ＪＩＳ規格による測定方法（ＪＩＳＬ１０１５ ス
テープルダイヤグラム法）により測定した。
限定されるのもではない。 ＜実施例１＞まず、前記（３）の方法によりＥＴＦＥウ
ェブを作製した。得られたウェブは、平均繊維径１０μ
ｍ、平均繊維長１５ｍｍ、目付１１０ｇ／ｍ2であり、
単繊維の多くが分枝を有していた。なお、平均繊維長
は、ＪＩＳ規格による測定方法（ＪＩＳＬ１０１５ ス
テープルダイヤグラム法）により測定した。
【００４３】このウェブを、１０ｃｍ四方に裁断し、コ
バルトγ線を５０ｋＧｙ照射してサンプルを得た。精秤
したこのウェブのサンプルを、ガラス製の試験管に入
れ、スチレン２５ｍｌを加え、試験管内を窒素で充分置
換した後、６０℃の恒温槽に１９時間浸漬し、スチレン
のグラフト共重合反応を行った。反応終了後、トルエン
巾で３回洗浄し乾燥して、スチレングラフトＥＴＦＥウ
ェブを作製した。
バルトγ線を５０ｋＧｙ照射してサンプルを得た。精秤
したこのウェブのサンプルを、ガラス製の試験管に入
れ、スチレン２５ｍｌを加え、試験管内を窒素で充分置
換した後、６０℃の恒温槽に１９時間浸漬し、スチレン
のグラフト共重合反応を行った。反応終了後、トルエン
巾で３回洗浄し乾燥して、スチレングラフトＥＴＦＥウ
ェブを作製した。
【００４４】このスチレングラフトＥＴＦＥウェブのス
チレングラフト率を重量増加として求めたところ、２
１．２重量％であった。このサンプルについて、表面ス
ルホン化処理を施した。スチレングラフトＥＴＦＥウェ
ブを、クロロスルホン酸／１，１，２，２−テトラクロ
ロエタン混合液（３０／７０、重量比）中に室温で３０
分間浸漬して表面スルホン化反応を行った。反応終了
後、１，１，２，２−テトラクロロエタンで洗浄し、さ
らにイオン交換水で充分洗浄した。次いで、２Ｎの水酸
化カリウム水溶液中に１００℃にて３０分間浸漬し、さ
らに１Ｎの硫酸水溶液に１００℃にて３０分間浸漬した
後、イオン交換水で充分洗浄し乾燥して、表面スルホン
化スチレングラフトＥＴＦＥウェブを製造した。
チレングラフト率を重量増加として求めたところ、２
１．２重量％であった。このサンプルについて、表面ス
ルホン化処理を施した。スチレングラフトＥＴＦＥウェ
ブを、クロロスルホン酸／１，１，２，２−テトラクロ
ロエタン混合液（３０／７０、重量比）中に室温で３０
分間浸漬して表面スルホン化反応を行った。反応終了
後、１，１，２，２−テトラクロロエタンで洗浄し、さ
らにイオン交換水で充分洗浄した。次いで、２Ｎの水酸
化カリウム水溶液中に１００℃にて３０分間浸漬し、さ
らに１Ｎの硫酸水溶液に１００℃にて３０分間浸漬した
後、イオン交換水で充分洗浄し乾燥して、表面スルホン
化スチレングラフトＥＴＦＥウェブを製造した。
【００４５】グラフトスルホン化したウェブの状態は、
目付にしてほぼ１５８ｇ／ｍ2であった。このウェブの
嵩を厚みで示したものを表１に示す。厚みは、マイクロ
メータの測定範囲を２ｃｍ四方で荷重を掛けて測定し
た。
目付にしてほぼ１５８ｇ／ｍ2であった。このウェブの
嵩を厚みで示したものを表１に示す。厚みは、マイクロ
メータの測定範囲を２ｃｍ四方で荷重を掛けて測定し
た。
【００４６】
【表１】 また、このウェブの厚み方向の電気伝導性をデジタル抵
抗計（岩崎通信機社製「ＶＯＡＣ ９２」）で測定した
ところ６ＭΩであった。測定は、１ｃｍ2当たり１００
ｇの荷重が作用する直径３ｃｍのプレート間で行った。
抗計（岩崎通信機社製「ＶＯＡＣ ９２」）で測定した
ところ６ＭΩであった。測定は、１ｃｍ2当たり１００
ｇの荷重が作用する直径３ｃｍのプレート間で行った。
【００４７】次に、この１０ｃｍ四方のウェブを直径２
０ｃｍ2当たりの平底皿（シャーレ）に置き、ここにナ
フィオン溶液ＳＥ−５０１２（ナフィオン濃度５％）を
深さで約５ｍｍまで注ぎ、赤外ランプ下でほとんど液媒
体が気化した状態を肉眼で確認した後、さらに５０℃の
減圧乾燥を２４時間行った。
０ｃｍ2当たりの平底皿（シャーレ）に置き、ここにナ
フィオン溶液ＳＥ−５０１２（ナフィオン濃度５％）を
深さで約５ｍｍまで注ぎ、赤外ランプ下でほとんど液媒
体が気化した状態を肉眼で確認した後、さらに５０℃の
減圧乾燥を２４時間行った。
【００４８】この乾燥体を、温度２００℃、圧力５０ｋ
ｇ／ｃｍ2、保持時間１０分間でプレス加熱を行い、ナ
フィオンを連続層とする海成分と表面処理ＥＴＦＥウェ
ブを島成分とする厚み３５μｍのシート構造体を得た。 ＜実施例２＞実施例１のナフィオン溶液ＳＥ−５０１２
（ナフィオン５％）を深さで約１５ｍｍまで注いだこと
以外は、実施例１と同様に成形したシート構造体を得
た。この構造体のシャーレの上側に相当する面は、島成
分のウェブが露出した状態であった。
ｇ／ｃｍ2、保持時間１０分間でプレス加熱を行い、ナ
フィオンを連続層とする海成分と表面処理ＥＴＦＥウェ
ブを島成分とする厚み３５μｍのシート構造体を得た。 ＜実施例２＞実施例１のナフィオン溶液ＳＥ−５０１２
（ナフィオン５％）を深さで約１５ｍｍまで注いだこと
以外は、実施例１と同様に成形したシート構造体を得
た。この構造体のシャーレの上側に相当する面は、島成
分のウェブが露出した状態であった。
【００４９】このシート構造体は、イオン交換膜表面と
しての使用に適している。
しての使用に適している。
【００５０】
【発明の効果】本発明の膜体は、島成分としてフッ素樹
脂繊維を用いているため、機械的強度が向上している。
そして、このような膜体は、スルホン酸基を増加させて
もその機械的強度を保持し得るため、このような処理を
施して電気抵抗を低減させることが可能となる。これに
より、本発明の膜体は、燃料電池の電解質膜、電解工業
におけるイオン交換膜等としての使用に適したものとな
る。
脂繊維を用いているため、機械的強度が向上している。
そして、このような膜体は、スルホン酸基を増加させて
もその機械的強度を保持し得るため、このような処理を
施して電気抵抗を低減させることが可能となる。これに
より、本発明の膜体は、燃料電池の電解質膜、電解工業
におけるイオン交換膜等としての使用に適したものとな
る。
【図１】本発明の第１実施形態が採用された電解質膜の
断面図。
断面図。
【図２】本発明の第２実施形態が採用されたイオン交換
膜の断面図。
膜の断面図。
１ 電解質膜 ３，１３ ＥＴＦＥウェブ ５，１５ ナフィオン １１ イオン交換膜表面
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｍ 8/02 Ｈ０１Ｍ 8/02 Ｐ 8/10 8/10 10/40 10/40 Ｂ // Ｃ０８Ｌ 27:12 Ｃ０８Ｌ 27:12 (72)発明者 茶圓 伸一 大阪府摂津市西一津屋１番１号 ダイキン 工業株式会社淀川製作所内 (72)発明者 小西 智久 大阪府摂津市西一津屋１番１号 ダイキン 工業株式会社淀川製作所内 Ｆターム(参考） 4F071 AA15X AA26 AA27X AA75 FA05 FB01 FC06 4F072 AA04 AA08 AB04 AB22 AD07 AL11 5H024 AA12 BB04 EE09 FF23 5H026 AA06 CX02 CX05 EE19 HH00 5H029 AJ06 AJ11 DJ04 DJ15 EJ14 HJ02
Claims (11)
- 【請求項１】フッ素樹脂繊維からなる島成分と、 下式で表される構造を有する樹脂からなる海成分と、を
含む海島構造を有する膜体。 【化１】 （ｍ、ｎは１以上の整数） - 【請求項２】前記フッ素樹脂繊維はエチレン−テトラフ
ルオロエチレン共重合体からなる繊維である、請求項１
に記載の膜体。 - 【請求項３】前記フッ素樹脂繊維はポリテトラフルオロ
エチレンからなる繊維である、請求項１に記載の膜体。 - 【請求項４】前記フッ素樹脂繊維は分枝構造を有してい
る、請求項１から３のいずれかに記載の膜体。 - 【請求項５】スルホン酸基を導入する表面処理が施され
ている、請求項１から４のいずれかに記載の膜体。 - 【請求項６】前記海成分が表面に支配的にある、請求項
１から５のいずれかに記載の膜体。 - 【請求項７】燃料電池の電解質膜として用いられる、請
求項１から６のいずれかに記載の膜体。 - 【請求項８】リチウム２次電池の電解質保持媒体として
用いられる、請求項１から６のいずれかに記載の膜体。 - 【請求項９】リチウム１次電池の電解質保持媒体として
用いられる、請求項１から６のいずれかに記載の膜体。 - 【請求項１０】前記島成分が表面に支配的にある、請求
項１から５のいずれかに記載の膜体。 - 【請求項１１】電気分解用のイオン交換膜として用いら
れる、請求項１から５及び１０のいずれかに記載の膜
体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001124013A JP2002317058A (ja) | 2001-04-23 | 2001-04-23 | 膜 体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001124013A JP2002317058A (ja) | 2001-04-23 | 2001-04-23 | 膜 体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002317058A true JP2002317058A (ja) | 2002-10-31 |
Family
ID=18973474
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001124013A Pending JP2002317058A (ja) | 2001-04-23 | 2001-04-23 | 膜 体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002317058A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004011535A1 (ja) * | 2002-07-26 | 2004-02-05 | Asahi Glass Company, Limited | 高分子膜、その製造方法及び固体高分子型燃料電池用膜電極接合体 |
| JP2006128095A (ja) * | 2004-09-30 | 2006-05-18 | Asahi Kasei Chemicals Corp | 補強された高分子電解質膜 |
| KR100600150B1 (ko) | 2004-11-30 | 2006-07-12 | 현대자동차주식회사 | 나노 크기의 덴드리머가 함침된 복합 전해질막 및 이의 제조방법 |
| JP2009230986A (ja) * | 2008-03-21 | 2009-10-08 | Asahi Glass Co Ltd | 固体高分子形燃料電池用電解質膜、その製造方法及び固体高分子形燃料電池用膜電極接合体 |
| US7704642B2 (en) | 2002-03-27 | 2010-04-27 | Hitachi, Ltd. | Cationic conductor, its intermediate, and lithium secondary battery using the conductor |
| US7875392B2 (en) * | 2003-06-27 | 2011-01-25 | Asahi Kasei Chemicals Corporation | Polymer electrolyte membrane having high durability and method for producing the same |
| WO2015083546A1 (ja) * | 2013-12-03 | 2015-06-11 | 日本バルカー工業株式会社 | 電気化学素子用複合膜 |
-
2001
- 2001-04-23 JP JP2001124013A patent/JP2002317058A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7704642B2 (en) | 2002-03-27 | 2010-04-27 | Hitachi, Ltd. | Cationic conductor, its intermediate, and lithium secondary battery using the conductor |
| WO2004011535A1 (ja) * | 2002-07-26 | 2004-02-05 | Asahi Glass Company, Limited | 高分子膜、その製造方法及び固体高分子型燃料電池用膜電極接合体 |
| US7311989B2 (en) | 2002-07-26 | 2007-12-25 | Asahi Glass Company, Limited | Polymer membrane, process for its production and membrane-electrode assembly for solid polymer electrolyte fuel cells |
| US7875392B2 (en) * | 2003-06-27 | 2011-01-25 | Asahi Kasei Chemicals Corporation | Polymer electrolyte membrane having high durability and method for producing the same |
| JP2006128095A (ja) * | 2004-09-30 | 2006-05-18 | Asahi Kasei Chemicals Corp | 補強された高分子電解質膜 |
| KR100600150B1 (ko) | 2004-11-30 | 2006-07-12 | 현대자동차주식회사 | 나노 크기의 덴드리머가 함침된 복합 전해질막 및 이의 제조방법 |
| JP2009230986A (ja) * | 2008-03-21 | 2009-10-08 | Asahi Glass Co Ltd | 固体高分子形燃料電池用電解質膜、その製造方法及び固体高分子形燃料電池用膜電極接合体 |
| WO2015083546A1 (ja) * | 2013-12-03 | 2015-06-11 | 日本バルカー工業株式会社 | 電気化学素子用複合膜 |
| JPWO2015083546A1 (ja) * | 2013-12-03 | 2017-03-16 | 日本バルカー工業株式会社 | 電気化学素子用複合膜 |
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