JP2002363304A - Composite sheet of polytetrafluoroethylene resin, and ion-exchange membrane - Google Patents

Composite sheet of polytetrafluoroethylene resin, and ion-exchange membrane

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JP2002363304A
JP2002363304A JP2001177876A JP2001177876A JP2002363304A JP 2002363304 A JP2002363304 A JP 2002363304A JP 2001177876 A JP2001177876 A JP 2001177876A JP 2001177876 A JP2001177876 A JP 2001177876A JP 2002363304 A JP2002363304 A JP 2002363304A
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JP
Japan
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ion
ptfe
exchange membrane
sheet
graft
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JP2001177876A
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Japanese (ja)
Inventor
Mitsuo Iimura
満男 飯村
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Nitto Denko Corp
Original Assignee
Nitto Denko Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a composite sheet of which the cross-linking by an ionizing radiation can be easily and surely carried out even when it is thin and which has sufficient mechanical strengths and is almost free from bad influences due to swelling, etc., and an ion-exchange membrane using the same. SOLUTION: This composite sheet has a composite structure formed by impregnating a woven or nonwoven fabric comprising heat-resistant fibers with a polytetrafluoroethylene resin. The resin is cross-linked by an ionizing radiation.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、電離性放射線によ
り架橋されたポリテトラフルオロエチレン樹脂(以下、
PTFEという)の複合シート、及び当該架橋物にグラ
フト重合でイオン交換性の官能基を導入したイオン交換
膜に関するものである。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a polytetrafluoroethylene resin (hereinafter, referred to as "cross-linked") crosslinked by ionizing radiation.
PTFE) and an ion-exchange membrane obtained by introducing an ion-exchange functional group into the crosslinked product by graft polymerization.

【0002】[0002]

【従来の技術】PTFEは耐薬品性、耐熱性等に優れて
おり、産業用、民生用樹脂として広く利用されている
が、γ線、電子線などの放射線に対する感受性が極めて
大きく、放射線により機械的特性が低下するという欠点
がある。このような耐放射線性を改善すべく、特開平6
−116423号公報には、PTFEフィルムに、PT
FEの結晶融点以上の温度で酸素不在下において、1×
103 Gy以上の電離性放射線を照射して、当該PTF
Eフィルムを改質する方法が開示されている。
2. Description of the Related Art PTFE is excellent in chemical resistance, heat resistance, etc. and is widely used as a resin for industrial and consumer use. However, there is a disadvantage that the mechanical characteristics are deteriorated. To improve such radiation resistance, Japanese Patent Application Laid-Open
JP-A-116423 discloses that a PTFE film has a
In the absence of oxygen at a temperature equal to or higher than the crystal melting point of FE, 1 ×
Irradiating ionizing radiation of 10 3 Gy or more to the PTF
A method for modifying an E film is disclosed.

【0003】一方、PTFEのグラフト共重合に関して
は、既に特開平2000−159914号公報に開示さ
れているように、PTFEの融点以上の温度で酸素不在
下において0.1KGy以上の電離性放射線を照射して
架橋させた後に、電離性放射線にて各種化合物をグラフ
ト共重合する方法が知られている。また、この公報で
は、グラフト共重合の際に、イオン交換性の官能基を有
する化合物を用いることで、イオン交換性のフッ素樹脂
フィルムを得ている。
On the other hand, regarding the graft copolymerization of PTFE, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-159914, an ionizing radiation of 0.1 KGy or more is irradiated in the absence of oxygen at a temperature of the melting point of PTFE or more. And then cross-linking, then graft copolymerizing various compounds with ionizing radiation. In this publication, an ion-exchangeable fluororesin film is obtained by using a compound having an ion-exchangeable functional group at the time of graft copolymerization.

【0004】一般的にPTFEは、その高い分子量で存
在するポリマー故に、結晶融点以上においても大きい溶
融粘度を示すポリマーとして知られている。このため、
融点以上の温度でも成形体の形状を維持することが可能
であり、先の公知例の如くシート状で、しかも融点以上
の温度で電離性放射線を照射することができる。
[0004] Generally, PTFE is known as a polymer having a high melt viscosity even at a temperature higher than the crystal melting point because of its high molecular weight. For this reason,
It is possible to maintain the shape of the molded body even at a temperature equal to or higher than the melting point, and it is possible to irradiate ionizing radiation at a temperature equal to or higher than the melting point in a sheet shape as in the above-mentioned known example.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
方法では、厚さの薄いPTFEシートを架橋させる場
合、融点以上の温度で電離性放射線を照射する際に、形
状を維持することが困難となり、シートに歪や亀裂、ピ
ンホールなどが発生することが判明した。つまり、一般
的にPTFEシートを融点以上に加熱した時に形状を維
持できるのは、1mm以上の厚さのシートの場合であ
り、それ未満では形状の維持が困難となる。このため、
薄いフィルムを改質するには、形状を維持できるような
特殊な設備を必要とするようになる。
However, in the above method, when a thin PTFE sheet is crosslinked, it is difficult to maintain the shape when irradiating with ionizing radiation at a temperature higher than the melting point. It was found that distortion, cracks, pinholes, etc. occurred in the sheet. That is, generally, the shape can be maintained when the PTFE sheet is heated to a temperature equal to or higher than the melting point, in the case of a sheet having a thickness of 1 mm or more. For this reason,
Modification of thin films requires special equipment that can maintain the shape.

【0006】また、厚みの薄い改質PTFEシートをイ
オン交換膜や電池膜として使用する場合、電解液や水に
よって膨潤し、体積が拡大するという問題がある。特
に、PTFEシートのグラフト率を上げて、イオン導電
性を向上させようとすると、重合の割合が多くなるため
柔軟性が増して、機械的な強度が低下する。従ってグラ
フト重合度を高くしつつ強度を低下させない方法が求め
られる。
Further, when a thin modified PTFE sheet is used as an ion exchange membrane or a battery membrane, there is a problem that the swelling is caused by an electrolyte or water and the volume is increased. In particular, when an attempt is made to improve the ionic conductivity by increasing the graft ratio of the PTFE sheet, the ratio of polymerization increases, so that the flexibility increases and the mechanical strength decreases. Accordingly, there is a need for a method that does not decrease the strength while increasing the degree of graft polymerization.

【0007】また、燃料電池膜のイオン導電性能は、厚
さと逆比例し、厚さが薄いほどイオン導電性能が改善さ
れる。このことは必然的に取り扱いの困難な薄い導電膜
を必要とする訳であるが、薄いと電池セルを製作する上
で欠陥、不具合が起こりやすく実用上問題となる。更
に、強度の低い燃料電池膜を複数枚重ねて電池セルを構
成すると、膜が膨潤、収縮を繰り返してクリープが起こ
りガス拡散電極との接地面で抵抗が大きくなるなどの影
響が生じる。
[0007] The ionic conductivity of the fuel cell membrane is inversely proportional to the thickness. The smaller the thickness, the more the ionic conductivity is improved. This necessitates the necessity of a thin conductive film that is difficult to handle, but if it is thin, defects and defects are likely to occur in the production of battery cells, which is a practical problem. Further, when a battery cell is formed by stacking a plurality of low-strength fuel cell membranes, the membrane repeatedly swells and shrinks, causing creep to occur, resulting in an increase in resistance at the ground plane with the gas diffusion electrode.

【0008】そこで、本発明の目的は、厚みが薄い場合
でも、電離性放射線による架橋工程が簡易かつ確実に行
え、しかも機械的強度が十分で、膨潤等による弊害も生
じにくい複合シート及びそれを用いたイオン交換膜を提
供することにある。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a composite sheet and a composite sheet which have a sufficient mechanical strength and are not easily affected by swelling and the like, even when the thickness is small. An object of the present invention is to provide an ion exchange membrane used.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成すべく鋭意研究したところ、耐熱性繊維の織布又
は不織布にポリテトラフルオロエチレン樹脂が含浸され
複合シートに対して電離性放射線による架橋を行うこと
で、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成
するに至った。
Means for Solving the Problems The present inventors have made intensive studies to achieve the above object, and found that a woven or nonwoven fabric of heat-resistant fiber was impregnated with a polytetrafluoroethylene resin, and the composite sheet was ionized. It has been found that the above object can be achieved by performing crosslinking by radiation, and the present invention has been completed.

【0010】即ち、本発明の複合シートは、耐熱性繊維
の織布又は不織布にポリテトラフルオロエチレン樹脂が
含浸された複合構造を有し、そのポリテトラフルオロエ
チレン樹脂が電離性放射線により架橋されていることを
特徴とする。
That is, the composite sheet of the present invention has a composite structure in which a woven or nonwoven fabric of heat-resistant fiber is impregnated with a polytetrafluoroethylene resin, and the polytetrafluoroethylene resin is crosslinked by ionizing radiation. It is characterized by being.

【0011】一方、本発明のイオン交換膜は、耐熱性繊
維の織布又は不織布にポリテトラフルオロエチレン樹脂
が含浸された複合構造を有し、そのポリテトラフルオロ
エチレン樹脂が電離性放射線により架橋されていると共
に、その架橋物がイオン交換性の官能基を繰り返し単位
に有するグラフト重合鎖を有していることを特徴とす
る。
On the other hand, the ion exchange membrane of the present invention has a composite structure in which a woven or nonwoven fabric of heat-resistant fiber is impregnated with a polytetrafluoroethylene resin, and the polytetrafluoroethylene resin is crosslinked by ionizing radiation. In addition, the crosslinked product has a graft polymer chain having an ion-exchangeable functional group in a repeating unit.

【0012】また、グラフト重合前の架橋物に対する前
記グラフト重合鎖の重量百分率を示すグラフト率が10
%以上であることが好ましい。
Further, the graft ratio, which indicates the weight percentage of the graft polymer chain to the crosslinked product before the graft polymerization, is 10%.
% Is preferable.

【0013】[作用効果]本発明の複合シートによる
と、耐熱性繊維の織布又は不織布による補強効果によっ
て、厚みが薄い場合でも、電離性放射線による架橋工程
が簡易かつ確実に行えるようになる。しかも架橋後の複
合シートは、機械的強度が十分で、膨潤等による弊害も
生じにくいものとなる。
[Effects] According to the composite sheet of the present invention, the cross-linking step by ionizing radiation can be easily and reliably performed even when the thickness is small due to the reinforcing effect of the woven or nonwoven fabric of the heat-resistant fiber. In addition, the crosslinked composite sheet has a sufficient mechanical strength and does not easily cause adverse effects such as swelling.

【0014】一方、本発明のイオン交換膜によると、耐
熱性繊維の織布又は不織布による補強効果によって、厚
みが薄い場合でも、電離性放射線による架橋工程が簡易
かつ確実に行えるようになる。しかも、グラフト重合を
好適に行うことができ、得られるイオン交換膜は、機械
的強度が十分で、膨潤等による弊害も生じにくいものと
なる。
On the other hand, according to the ion exchange membrane of the present invention, even when the thickness is small, the cross-linking step by ionizing radiation can be easily and reliably performed due to the reinforcing effect of the woven or nonwoven fabric of the heat-resistant fiber. In addition, the graft polymerization can be suitably performed, and the obtained ion exchange membrane has sufficient mechanical strength, and does not easily cause adverse effects due to swelling and the like.

【0015】前記グラフト率が10%以上である場合、
補強材のない従来のイオン交換膜では、機械的強度が不
十分となり易く、電解液や水による膨潤等の弊害も生じ
易いところ、上記のごとき作用効果を有する本発明が特
に有効となる。
When the graft ratio is 10% or more,
In a conventional ion exchange membrane without a reinforcing material, the mechanical strength tends to be insufficient, and harmful effects such as swelling due to an electrolytic solution or water tend to occur. Therefore, the present invention having the above-described effects is particularly effective.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】本発明の複合シートは、耐熱性繊
維の織布又は不織布にポリテトラフルオロエチレン樹脂
が含浸された複合構造を有する。耐熱性繊維としては、
PTFEの融点以上の温度で電離性放射線架橋する時に
繊維が熱劣化や放射線で劣化し難いことが必要である。
好ましくは330℃以上から360℃以下の範囲の加熱
で著しい分子量の低下や、炭化劣化などを起こさない合
成繊維又は無機繊維が挙げられる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The composite sheet of the present invention has a composite structure in which a woven or nonwoven fabric of heat-resistant fiber is impregnated with a polytetrafluoroethylene resin. As heat resistant fiber,
When cross-linking with ionizing radiation at a temperature equal to or higher than the melting point of PTFE, it is necessary that the fibers are not easily deteriorated by thermal deterioration or radiation.
Preferably, synthetic fibers or inorganic fibers that do not cause a significant decrease in molecular weight or carbonization deterioration by heating in the range of 330 ° C. or more to 360 ° C. or less.

【0017】無機繊維としては、電池反応の絶縁基材と
して機能させる等のため電気絶縁性の繊維が望ましく、
具体的には、ガラス繊維、アルミナ繊維、シリカ繊維、
ボロン繊維などが挙げられる。また、合成繊維として
は、電気絶縁性に優れ、耐熱性に優れた繊維として、パ
ラ系アラミド繊維、ポリイミド繊維、ポリフェニレンサ
ルファイド繊維、などが挙げられる。
As the inorganic fiber, an electrically insulating fiber is desirable so as to function as an insulating base material for a battery reaction.
Specifically, glass fiber, alumina fiber, silica fiber,
Boron fibers and the like. In addition, as synthetic fibers, fibers having excellent electrical insulation properties and excellent heat resistance include para-aramid fibers, polyimide fibers, polyphenylene sulfide fibers, and the like.

【0018】本発明では、上記の耐熱性繊維の織布又は
不織布が用いられるが、織布の織り形態や不織布の製造
形態は何れでもよい。但し、不織布の場合、低融点のバ
インダー樹脂や接着剤を含まないものが好ましく、機械
的絡合、メルトブロー、熱融着などにより製造されたも
のが好ましい。
In the present invention, a woven or non-woven fabric of the above-mentioned heat-resistant fiber is used, but the woven form of the woven cloth or the production form of the non-woven fabric may be any. However, in the case of a non-woven fabric, a non-woven fabric containing no low melting point binder resin or adhesive is preferable, and a non-woven fabric manufactured by mechanical entanglement, melt blowing, heat fusion, or the like is preferable.

【0019】本発明は、複合シート又はイオン交換膜の
厚みが、1mm未満、特に0.4mm以下のものを得る
場合に有効であるため、当該厚みのものを得るための織
布又は不織布としては、耐熱性繊維の繊維径が小さいも
のが好ましい。具体的には、耐熱性繊維の平均繊維径が
3〜100μmが好ましい。
The present invention is effective when the thickness of the composite sheet or the ion exchange membrane is less than 1 mm, especially 0.4 mm or less. Preferably, the heat-resistant fiber has a small fiber diameter. Specifically, the average fiber diameter of the heat-resistant fiber is preferably 3 to 100 μm.

【0020】PTFEを織布等に含浸させた複合構造
は、一般的にはPTFE粒子が水中に分散した形態の混
合分散体を用いて、それを織布等に含浸又は塗布した
後、水分等の乾燥と粒子の焼結などを行うことで得るこ
とができる。その際、工業的には含浸を容易にするため
界面活性剤の添加を行い表面張力の調整を行う。PTF
E粒子の焼結等は、常法によりPTFEの融点以上で加
熱を行えばよく、これによって、耐熱性繊維の周囲にP
TFE層を形成して、強固な組織を生成することができ
る。
A composite structure in which PTFE is impregnated in a woven fabric or the like generally uses a mixed dispersion in which PTFE particles are dispersed in water, impregnates or coats the woven fabric or the like with water, And sintering the particles. At that time, in order to facilitate the impregnation, a surfactant is added industrially to adjust the surface tension. PTF
For the sintering of the E particles, heating may be performed at a temperature equal to or higher than the melting point of PTFE by a conventional method.
By forming a TFE layer, a strong structure can be generated.

【0021】本発明の複合シートは、織布の場合と不織
布の場合に分けられる。織布の場合は、縦糸の密度及び
横糸の密度がそれぞれ30本/25mm〜5本/25m
mの範囲のものが適している。糸密度が大きすぎると織
布の開口面積が小さくなり、イオン導電膜として機能し
ない。また糸密度が小さいと織布の強度が低下して、複
合シートの補強効果が低下する。
The composite sheet of the present invention is classified into a woven fabric and a nonwoven fabric. In the case of a woven fabric, the density of the warp yarn and the density of the weft yarn are 30 yarns / 25 mm to 5 yarns / 25 m, respectively.
A range of m is suitable. If the yarn density is too high, the opening area of the woven fabric will be small, and will not function as an ion conductive film. On the other hand, if the yarn density is low, the strength of the woven fabric is reduced, and the reinforcing effect of the composite sheet is reduced.

【0022】一方、不織布の場合は、目付け量が5〜5
0g/m2 が好ましい。目付け量が小さいと補強効果が
低下し、大きすぎると不織布の開口面積が小さくなり、
イオン導電膜として機能しない。
On the other hand, in the case of a nonwoven fabric, the basis weight is 5 to 5
0 g / m 2 is preferred. If the basis weight is small, the reinforcing effect decreases, and if it is too large, the opening area of the nonwoven fabric decreases,
Does not function as an ion conductive film.

【0023】電離性放射線による架橋は、電離性放射線
の照射により、PTFEの融点以上の温度で行い、酸素
不在下で行うことが好ましい。その際、先の耐熱性繊維
が存在することにより、融点以上の加熱においてもその
形状を維持し熱による歪や寸法変化を抑制することがで
きる。
Crosslinking with ionizing radiation is carried out at a temperature higher than the melting point of PTFE by irradiation with ionizing radiation, and preferably in the absence of oxygen. At this time, due to the presence of the above-mentioned heat-resistant fiber, the shape can be maintained even during heating at a temperature equal to or higher than the melting point, and distortion and dimensional change due to heat can be suppressed.

【0024】具体的な照射温度は、PTFEの結晶融点
(327℃)以上であり、327℃から360℃程度と
することが好ましい。照射温度が高すぎるとPTFEの
分解が進み強度低下するため照射温度の上限は360℃
とし、好ましくは335〜354℃である。
The specific irradiation temperature is equal to or higher than the crystal melting point of PTFE (327 ° C.), and is preferably from 327 ° C. to 360 ° C. If the irradiation temperature is too high, the decomposition of PTFE proceeds and the strength decreases, so the upper limit of the irradiation temperature is 360 ° C.
And it is preferably 335-354 ° C.

【0025】電離性放射線の線質は、透過力を有する線
質が有用であり放射線の中でもγ線またはX線もしくは
電子線が適している。放射線として電子線を用いる場合
は、透過力に優れPTFEの全体を十分改質できる5×
106 電子ボルト以上が好ましく、7×106 電子ボル
ト以上がより好ましい。
As the radiation quality of the ionizing radiation, radiation having a transmitting power is useful, and among radiations, γ-ray, X-ray or electron beam is suitable. When an electron beam is used as the radiation, it has excellent penetrating power and can sufficiently modify the entire PTFE.
It is preferably at least 10 6 electron volts, more preferably at least 7 × 10 6 electron volts.

【0026】通常、架橋の際の吸収線量は1×103
y〜1×107 Gy程度とするのが好ましい。PTFE
の改質を有効に出現させるためには、吸収線量は1×1
4Gy以上とするのが更に好ましい。吸収線量が多す
ぎるとPTFEの分解が進むために吸収線量は1×10
6 Gy以下とするのが更に好ましい。
Usually, the absorbed dose during crosslinking is 1 × 10 3 G
It is preferable to set y to about 1 × 10 7 Gy. PTFE
In order to make the reforming of the effective appear, the absorbed dose is 1 × 1
0 4 and even more preferably to Gy or more. If the absorbed dose is too large, the decomposition of PTFE proceeds, so the absorbed dose is 1 × 10
More preferably, it is 6 Gy or less.

【0027】このようにして、耐熱性繊維の織布又は不
織布にPTFEが含浸された複合構造を有し、そのPT
FEが電離性放射線により架橋されている本発明の複合
シートを得ることができる。本発明の複合シートは、耐
放射線性、耐熱性、電気絶縁性、離型性、寸法安定性、
摺動性等、多くの優れた特性を持つため、後述するイオ
ン交換膜などの基材の他、例えば、製袋及び包装ライン
のヒートシール用、離型性を必要とするガイド部、シュ
ーター、ホッパー等への被覆用、あるいは耐熱絶縁保護
用などに使用することができる。
In this way, the woven or non-woven fabric of the heat-resistant fiber has a composite structure in which PTFE is impregnated.
The composite sheet of the present invention in which FE is crosslinked by ionizing radiation can be obtained. The composite sheet of the present invention has radiation resistance, heat resistance, electrical insulation, release properties, dimensional stability,
Because it has many excellent properties, such as slidability, other than a base material such as an ion exchange membrane described below, for example, for heat sealing of bag making and packaging lines, a guide portion, a shooter, which requires mold release properties, It can be used for covering a hopper or the like, or for heat insulation and protection.

【0028】一方、本発明のイオン交換膜は、上記のよ
うなPTFEの架橋物が、イオン交換性の官能基を繰り
返し単位に有するグラフト重合鎖を有するものである。
このようなグラフト重合鎖の形成は、イオン交換性の官
能基を有するビニル化合物をグラフト重合したり、当該
官能基を有しないビニル化合物をグラフト重合した後
に、反応によりイオン交換性の官能基をグラフト重合鎖
に導入する方法などにより行うことができる。
On the other hand, in the ion exchange membrane of the present invention, the crosslinked product of PTFE as described above has a graft polymer chain having an ion exchange functional group in a repeating unit.
Formation of such a graft polymerization chain is achieved by graft-polymerizing a vinyl compound having an ion-exchange functional group or graft-polymerizing a vinyl compound having no such functional group, and then grafting an ion-exchange functional group by a reaction. It can be carried out by a method of introducing it into the polymer chain.

【0029】グラフト重合は、架橋されたPTFE複合
シートに吸収線量1×103 Gy以上となるように電離
性放射線を予め照射(重合中の照射も可能)した後、ビ
ニル化合物を接触させて行うことができる。このような
電離性放射線の照射により、架橋したPTFE中にグラ
フトの起点となるラジカルを生成することができる。吸
収線量は好ましくは1×104 Gy〜1×106 Gyで
ある。ラジカル生成のための電離性放射線の照射温度
は、ラジカルの消滅が起き難い温度が望ましく、室温な
いしはそれ以下が好ましい。尚、グラフト重合のための
電離性放射線の照射は、必ずしも酸素不在化で行う必要
は無い。
The graft polymerization is performed by irradiating the crosslinked PTFE composite sheet with ionizing radiation in advance so that the absorbed dose becomes 1 × 10 3 Gy or more (irradiation during polymerization is also possible), and then bringing the vinyl compound into contact. be able to. By irradiation with such ionizing radiation, a radical serving as a starting point of a graft can be generated in the crosslinked PTFE. The absorbed dose is preferably 1 × 10 4 Gy to 1 × 10 6 Gy. The irradiation temperature of ionizing radiation for generating radicals is preferably a temperature at which radicals hardly disappear, and is preferably room temperature or lower. Irradiation with ionizing radiation for graft polymerization is not necessarily performed in the absence of oxygen.

【0030】また、ビニル化合物との接触は、ビニル化
合物を含有する溶液や液状ビニル化合物への浸漬や、当
該溶液等の塗布などにより行うことができる。このとき
用いる有機溶剤としては、ビニル化合物を均一に溶解す
るが、PTFEは溶解しない有機溶剤が好ましく、例え
ば、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類、酢酸
エチル、酢酸ブチル等のエステル類、メチルアルコー
ル、エチルアルコール、プロピルアルコール、ブチルア
ルコール等のアルコール類、テトラヒドロフラン、ジオ
キサン等のエーテル類、N,N−ジメチルホルムアミ
ド、N,N−ジメチルアセトアミド、ベンゼン、トルエ
ン等の芳香族炭化水素、n−ヘプタン、シクロヘキサン
等の脂肪族ないし脂環族炭化水素、あるいは混合溶媒が
用いられる。これらのなかでも架橋物を膨潤させるもの
が好ましい。
The contact with the vinyl compound can be carried out by dipping in a solution containing the vinyl compound or a liquid vinyl compound, or by applying the solution or the like. As the organic solvent used at this time, an organic solvent that uniformly dissolves the vinyl compound but does not dissolve PTFE is preferable. For example, ketones such as acetone and methyl ethyl ketone, esters such as ethyl acetate and butyl acetate, methyl alcohol, and ethyl Alcohols such as alcohol, propyl alcohol and butyl alcohol, ethers such as tetrahydrofuran and dioxane, aromatic hydrocarbons such as N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, benzene, toluene, n-heptane, cyclohexane, etc. Aliphatic or alicyclic hydrocarbons, or a mixed solvent. Among these, those that swell the crosslinked product are preferred.

【0031】グラフト重合鎖のイオン交換性の官能基と
しては、イオン交換性を示すフェノール性水酸基、アン
モニウム基、カルボキシル基、スルホン酸基などが挙げ
られる。また、アシルオキシ基、エステル基、酸イミド
基はそのグラフト基を加水分解することにより容易にイ
オン交換性の持つ官能基に変換できる。
Examples of the ion-exchangeable functional group of the graft polymerization chain include a phenolic hydroxyl group, an ammonium group, a carboxyl group, and a sulfonic acid group exhibiting ion-exchange properties. Further, an acyloxy group, an ester group, and an acid imide group can be easily converted to a functional group having ion exchangeability by hydrolyzing the graft group.

【0032】イオン交換性の官能基を有するビニル化合
物の具体例としては、アクリル酸エステル、メタアクリ
ル酸エステル、マレイン酸エステル、フマル酸エステ
ル、ヒドロキシオキシスチレン、アシルオキシスチレ
ン、ビニルエステル、ビニルスルホン酸エステル、スチ
レンカルボン酸、アルキルスルホン酸スチレン、ビニル
スルホン酸などがある。
Specific examples of the vinyl compound having an ion-exchangeable functional group include acrylate, methacrylate, maleate, fumarate, hydroxyoxystyrene, acyloxystyrene, vinyl ester, vinyl sulfonate. Styrene carboxylic acid, styrene alkyl sulfonate, vinyl sulfonic acid and the like.

【0033】また、官能基を有しないモノマーでグラフ
ト重合を行った後に、化学反応を利用してスルホン化等
を行う場合、官能基を有しないモノマーとしては、スチ
レン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン、ヒドロキ
シスチレンなどを用いることができる。また得られたグ
ラフト重合鎖にスルホン基を導入するには、硫酸、発煙
硫酸、三酸化硫黄、クロロ硫酸、アミド硫酸などのスル
ホン化剤を適宜反応させることにより達成される。
In the case where sulfonation or the like is carried out by using a chemical reaction after graft polymerization with a monomer having no functional group, the monomer having no functional group includes styrene, α-methylstyrene, vinyl toluene And hydroxystyrene. In addition, the introduction of a sulfone group into the obtained graft polymer chain can be achieved by appropriately reacting a sulfonating agent such as sulfuric acid, fuming sulfuric acid, sulfur trioxide, chlorosulfuric acid, and amidosulfuric acid.

【0034】さらにグラフト重合する際に、得られるイ
オン交換樹脂の耐久性や寸法安定性を向上させる目的
で、必要に応じて架橋性モノマーを0.01〜10重量
%混合することができる。このようなモノマーとしては
ジビニルベンゼン、トリメチロールプロパントリアクリ
レートなどのビニル基を複数有するモノマーを挙げるこ
とができる。
Further, at the time of graft polymerization, a crosslinking monomer may be mixed as needed at 0.01 to 10% by weight for the purpose of improving the durability and dimensional stability of the obtained ion exchange resin. Examples of such a monomer include monomers having a plurality of vinyl groups, such as divinylbenzene and trimethylolpropane triacrylate.

【0035】本発明では、グラフト重合前の架橋物に対
する前記グラフト重合鎖の重量百分率を示すグラフト率
が10%以上であるのが好ましく、30〜80%がより
好ましい。
In the present invention, the graft ratio indicating the weight percentage of the graft polymer chain to the crosslinked product before the graft polymerization is preferably 10% or more, more preferably 30 to 80%.

【0036】本発明のイオン交換膜では、機械的な強度
を低下させずに、PTFEのグラフト率を向上させられ
るため、樹脂の膨潤が生じ易いような条件下でも好適に
使用することができる。
In the ion exchange membrane of the present invention, since the graft ratio of PTFE can be improved without lowering the mechanical strength, it can be suitably used even under conditions where resin swelling is likely to occur.

【0037】特に、グラフト重合前の複合シートが、P
TFE粒子を焼結させた微細構造を有し、その細孔内を
含む部分にグラフト重合鎖が形成されている場合、イオ
ン導電性を有する部分がイオン交換膜の表裏で連続した
構造となるため、イオン導電性が良好なイオン交換膜と
して、特に燃料電池のイオン導電膜(高分子電解質)、
その他の電池膜などに有用である。このような微細構造
を得る観点より、焼結を行うPTFE粒子の平均粒径
は、0.2〜0.4μmが好ましい。
In particular, the composite sheet before the graft polymerization is made of P
TFE particles have a sintered microstructure, and when the graft polymer chains are formed in the portions including the inside of the pores, the ion-conductive portion has a continuous structure on the front and back of the ion exchange membrane. As ion exchange membranes having good ion conductivity, particularly ion conductive films (polymer electrolytes) for fuel cells,
It is useful for other battery films and the like. From the viewpoint of obtaining such a fine structure, the average particle size of the PTFE particles to be sintered is preferably 0.2 to 0.4 μm.

【0038】[0038]

【実施例】以下、本発明の構成と効果を具体的に示す実
施例等について説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments and the like specifically showing the configuration and effects of the present invention will be described below.

【0039】<実施例1>ガラス繊維の織布(厚さ0.
05mm、平均繊維径5μm)にPTFEのディスパー
ジョン(PTFE樹脂固形分:60%の水分散液、平均
粒子径0.3μm)を含浸し、次にこの液の水分を蒸発
乾燥した後、PTFEの融点以上(360℃)で3分間
焼成を行い、ガラス繊維織布の中にPTFEが含浸した
複合シートを得た。このシートの厚さは0.07mmで
あり、電子顕微鏡観察によると、ガラス繊維織布の間に
PTFE樹脂が充填された微細構造を有していた。
<Example 1> Glass fiber woven fabric (thickness: 0.
PTFE dispersion (PTFE resin solid content: 60% aqueous dispersion, average particle diameter 0.3 μm) was impregnated into the PTFE, and the water in the liquid was evaporated to dryness. Baking was performed for 3 minutes at a temperature equal to or higher than the melting point (360 ° C.) to obtain a composite sheet in which PTFE was impregnated in a glass fiber woven fabric. The thickness of this sheet was 0.07 mm, and according to observation with an electron microscope, it had a fine structure in which a PTFE resin was filled between glass fiber woven fabrics.

【0040】このシートを一旦40Paに減圧して酸素
濃度を低減し、その後窒素ガスを導入して窒素ガスで飽
和して標準大気圧1.0×105 Paとした。このシー
トに毎時2×103 Gyのコバルト60γ線を50時間
照射した(照射線量1×10 5 Gy)。照射の温度は3
40±5℃とした。得られたシートは架橋されてしかも
ガラス繊維で補強されたPTFEシートであった。この
シートの強度は架橋前のシート強度と比較しても、同等
の強度を示し架橋が十分行われていることを示した。
The pressure of this sheet is temporarily reduced to 40 Pa, and oxygen
Concentration, then introduce nitrogen gas and saturate with nitrogen gas.
Add standard atmospheric pressure 1.0 × 10Five Pa. This sea
2 × 10 per hourThree Gy's cobalt 60γ ray for 50 hours
Irradiated (irradiation dose 1 × 10 Five Gy). Irradiation temperature is 3
40 ± 5 ° C. The resulting sheet is crosslinked and
It was a PTFE sheet reinforced with glass fibers. this
The strength of the sheet is the same as the strength of the sheet before crosslinking
And showed that crosslinking was sufficiently performed.

【0041】次にこの架橋されたシートにγ線をアルゴ
ンガス中で照射した。照射の温度は室温で行い、照射線
量は3×104 Gyとした。その後、このシートをスチ
レンモノマー中で10時間反応させてグラフト重合させ
た。重合度は重量増加率を評価して41%であった。次
いで、フラスコ中に濃度が2.0mol/lの三酸化硫
黄のテトラクロルエタン溶液100mlおよび得られた
シートl0gを入れ、50℃にて4時間反応させスルホ
ン化を行った。中和滴定により定量を行い、スチレンモ
ノマー単位当たり0.95個のスルホン基が導入された
ことを確認した。
Next, the crosslinked sheet was irradiated with gamma rays in argon gas. The irradiation was performed at room temperature, and the irradiation dose was 3 × 10 4 Gy. Thereafter, the sheet was reacted in a styrene monomer for 10 hours to effect graft polymerization. The degree of polymerization was 41% when the rate of weight increase was evaluated. Then, 100 ml of a solution of sulfur trioxide in tetrachloroethane having a concentration of 2.0 mol / l and 10 g of the obtained sheet were placed in a flask, and the mixture was reacted at 50 ° C. for 4 hours to perform sulfonation. Quantification was performed by neutralization titration, and it was confirmed that 0.95 sulfone groups were introduced per styrene monomer unit.

【0042】<実施例2>パラ系アラミド繊維(厚さ
0.1mm、平均繊維径10μm)に実施例1と同様に
PTFEのディスパージョンを含浸して、その後焼成を
行い厚さ0.12mmのシートを得た。このシートに毎
時2×104 Gyのコバルト60γ線を40時間照射し
た(照射線量8×104 Gy)。このシートは架橋され
てしかもパラ系アラミド繊維で補強されたPTFEシー
トであった。次にこの架橋されたシートにγ線をアルゴ
ンガス中で照射した。照射の温度は室温で行い照射線量
は3×104 Gyとした。その後このシートをスチレン
モノマー中で10時間反応させてグラフト重合させた。
重合度は重量増加率を評価して35%であった。
Example 2 Para-aramid fibers (thickness: 0.1 mm, average fiber diameter: 10 μm) were impregnated with a PTFE dispersion in the same manner as in Example 1, and then fired to obtain a 0.12 mm thick fiber. I got a sheet. This sheet was irradiated with 2 × 10 4 Gy / hour of cobalt 60γ rays for 40 hours (irradiation dose: 8 × 10 4 Gy). This sheet was a crosslinked PTFE sheet reinforced with para-aramid fibers. Next, the crosslinked sheet was irradiated with gamma rays in argon gas. The irradiation temperature was room temperature, and the irradiation dose was 3 × 10 4 Gy. Thereafter, the sheet was reacted in a styrene monomer for 10 hours to effect graft polymerization.
The degree of polymerization was 35% when the rate of weight increase was evaluated.

【0043】更に実施例1と同様にしてスルホン化を行
いイオン交換膜とした。中和滴定により定量を行い、ス
チレンモノマー単位当たり0.8個のスルホン基が導入
されたことを確認した。
Further, sulfonation was carried out in the same manner as in Example 1 to obtain an ion exchange membrane. Quantification was performed by neutralization titration, and it was confirmed that 0.8 sulfone groups were introduced per styrene monomer unit.

【0044】<比較例>懸濁重合により得られたPTF
E粉末(粒子径:560μm)を金型に投入して、プレ
スにより圧縮成形し、次に380℃で12時間焼成し
て、外径200mmΦ×高さ300mmの円筒状ブロッ
クを作成した。この円筒状ブロックを切削旋盤にて切削
し、厚さ0.07mmのシートとした。このフィルムを
外径125Φの金属製パイプに150m長さ分を巻きつ
け、このシートに毎時2×103 Gyのコバルト60γ
線を50時間照射した(照射線量1×105 Gy)。照
射の温度は340±5℃とした。
<Comparative Example> PTF obtained by suspension polymerization
E powder (particle size: 560 μm) was charged into a mold, compression-molded by pressing, and then fired at 380 ° C. for 12 hours to form a cylindrical block having an outer diameter of 200 mmΦ and a height of 300 mm. This cylindrical block was cut by a cutting lathe to form a sheet having a thickness of 0.07 mm. This film is wrapped around a metal pipe having an outer diameter of 125φ for a length of 150 m, and the sheet is coated with 2 × 10 3 Gy / hour of cobalt 60γ.
The lines were irradiated for 50 hours (irradiation dose 1 × 10 5 Gy). The irradiation temperature was 340 ± 5 ° C.

【0045】このフィルムを実施例1と同様にして、グ
ラフト重合し、さらにイオン交換膜とした。その結果、
グラフト重合度は、38%であった。しかしこのイオン
交換膜は強度が低く、伸び易いなどの欠点があった。ま
たシートは皺が多く発生して実用に供することに難点が
あった。
This film was subjected to graft polymerization in the same manner as in Example 1 to form an ion exchange membrane. as a result,
The graft polymerization degree was 38%. However, this ion exchange membrane has disadvantages such as low strength and easy elongation. Further, the sheet has many wrinkles, and there is a problem in that the sheet is practically used.

───────────────────────────────────────────────────── 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) D06M 101:00 D06M 101:00 Fターム(参考) 4F071 AA27 AA78 AD00 AE17 AF14 AG05 AG06 AH19 BA06 BB01 BB02 BB13 BC01 4F072 AA04 AA08 AB09 AB28 AB29 AD07 AG02 AH03 AH31 AJ04 AJ11 AJ15 AJ16 AK05 AL01 4L031 AB32 AB34 CB08 DA00 DA17 4L033 AB05 AB07 AC05 AC15 CA17 CA70 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) D06M 101: 00 D06M 101: 00 F term (Reference) 4F071 AA27 AA78 AD00 AE17 AF14 AG05 AG06 AH19 BA06 BB01 BB02 BB13 BC01 4F072 AA04 AA08 AB09 AB28 AB29 AD07 AG02 AH03 AH31 AJ04 AJ11 AJ15 AJ16 AK05 AL01 4L031 AB32 AB34 CB08 DA00 DA17 4L033 AB05 AB07 AC05 AC15 CA17 CA70

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 耐熱性繊維の織布又は不織布にポリテト
ラフルオロエチレン樹脂が含浸された複合構造を有し、
そのポリテトラフルオロエチレン樹脂が電離性放射線に
より架橋されている複合シート。
1. A composite structure in which a woven or nonwoven fabric of a heat-resistant fiber is impregnated with a polytetrafluoroethylene resin,
A composite sheet in which the polytetrafluoroethylene resin is crosslinked by ionizing radiation.
【請求項2】 耐熱性繊維の織布又は不織布にポリテト
ラフルオロエチレン樹脂が含浸された複合構造を有し、
そのポリテトラフルオロエチレン樹脂が電離性放射線に
より架橋されていると共に、その架橋物がイオン交換性
の官能基を繰り返し単位に有するグラフト重合鎖を有し
ているイオン交換膜。
2. A composite structure in which a woven or nonwoven fabric of a heat-resistant fiber is impregnated with a polytetrafluoroethylene resin,
An ion-exchange membrane in which the polytetrafluoroethylene resin is cross-linked by ionizing radiation and the cross-linked product has a graft-polymerized chain having an ion-exchangeable functional group in a repeating unit.
【請求項3】 グラフト重合前の架橋物に対する前記グ
ラフト重合鎖の重量百分率を示すグラフト率が10%以
上である請求項2記載のイオン交換膜。
3. The ion-exchange membrane according to claim 2, wherein the graft ratio indicating the weight percentage of the graft polymer chain to the crosslinked product before the graft polymerization is 10% or more.
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