JP2008078091A - 補強型電解質膜の製造方法およびその製造方法で製造される補強型電解質膜 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】多孔質補強膜1に電解質樹脂(またはその前駆体)を含浸させてなる補強型電解質膜を製造するに際し、延伸した多孔質補強膜1に電解質樹脂膜3,3を積層した積層体4を作り、それを加熱することにより、電解質樹脂3が多孔質補強膜1に含浸した膜状体10を得る。該膜状体10をテンター式延伸機等で再度延伸して、所望に薄膜化しかつ過去強度化した延伸膜状体20とする。電解質樹前駆体を用いる場合には、延伸膜状体20に加水分解処理を施して、イオン伝導性を付与し、補強型電解質膜とする。
【選択図】図1
Description
[実施例1]
(1)厚さ約50μmのPTFE延伸多孔膜(多孔質補強膜)の両面に、厚さ約50μmの電解質樹脂前駆体(高分子鎖末端が−SO2F、デュポン社製高分子NE111F)を張り合わせて、230℃、5kgf/cm2、15分間、の熱圧プレスを行い、厚さ約110μmの補強型電解質膜前駆体(含浸工程後の膜状体)を得た。
(2)さらに、その補強型電解質膜前駆体を、テンター式延伸機にて、同時2軸で、2倍延伸を230℃で行い、厚さ約30μmの延伸補強型電解質膜前駆体を得た。
(3)延伸加工で得られた延伸補強型電解質膜前駆体を、水酸化ナトリウム、アルコール、水の混合溶液にて、加水分解を行い、高分子鎖末端を−SO3Naに変換した。イオン交換された純水により洗浄後、1規定の硫酸溶液に浸漬して高分子鎖末端を−SO3Hに変換し乾燥することで、イオン伝導性を持つ補強型電解質膜を得た。
(4)得られた補強型電解質膜のイオン伝導度(S/cm)を下記の測定方法により測定した。また、JIS−K−7127に準じて膜引っ張り強度(MPa)を測定した。その結果を表1に示す。
(1)厚さ約25μmのPTFE延伸多孔膜(多孔質補強膜)2枚と、厚さ約33μmの電解質樹脂前駆体(高分子鎖末端が−SO2F、デュポン社製高分子NE111F)を3枚を交互に張り合わせて、230℃、5kgf/cm2、15分間、の熱圧プレスを行い、厚さ約110μmの補強型電解質膜前駆体(含浸工程後の膜状体)を得た。
(2)さらに、その補強型電解質膜前駆体を、テンター式延伸機にて、同時2軸で、2倍延伸を230℃で行い、厚さ約30μmの延伸補強型電解質膜前駆体を得た。
(3)延伸加工で得られた延伸補強型電解質膜前駆体を、水酸化ナトリウム、アルコール、水の混合溶液にて、加水分解を行い、高分子鎖末端を−SO3Naに変換した。イオン交換された純水により洗浄後、1規定の硫酸溶液に浸漬して高分子鎖末端を−SO3Hに変換し乾燥することで、イオン伝導性を持つ補強型電解質膜を得た。
(4)得られた補強型電解質膜のイオン伝導度(S/cm)を下記の測定方法により測定した。また、JIS−K−7127に準じて膜引っ張り強度(MPa)を測定した。その結果を表1に示す。
(1)厚さ約50μmのPTFE延伸多孔膜(多孔質補強膜)を、図3に示した形態の溶融押し出しダイの内部を通過させ、溶融した電解質樹脂前駆体(高分子鎖末端が−SO2F、デュポン社製高分子NE111F)と同時にリップクリアランス約100μmのダイ出口から押し出すことにより、厚さ約110μmの補強型電解質膜前駆体(含浸工程後の膜状体)を得た。
(2)さらに、その補強型電解質膜前駆体を、MD方向はロール式延伸にて、TD方向はテンター式延伸にて、逐次2軸で、2倍延伸を230℃で行い、厚さ約30μmの延伸補強型電解質膜前駆体を得た。
(3)延伸加工で得られた延伸補強型電解質膜前駆体を、水酸化ナトリウム、アルコール、水の混合溶液にて、加水分解を行い、高分子鎖末端を−SO3Naに変換した。イオン交換された純水により洗浄後、1規定の硫酸溶液に浸漬して高分子鎖末端を−SO3Hに変換し乾燥することで、イオン伝導性を持つ補強型電解質膜を得た。
(4)得られた補強型電解質膜のイオン伝導度(S/cm)を下記の測定方法により測定した。また、JIS−K−7127に準じて膜引っ張り強度(MPa)を測定した。その結果を表1に示す。
補強型電解質膜前駆体を、テンター式延伸機にて、同時2軸で、2倍延伸を380℃で行い、厚さ約30μmの延伸補強型電解質膜前駆体を得た以外は、実施例1と同様にしてイオン伝導性を持つ補強型電解質膜を得た。そして、得られた補強型電解質膜のイオン伝導度(S/cm)を下記の測定方法により測定した。また、JIS−K−7127に準じて膜引っ張り強度(MPa)を測定した。その結果を表1に示す。
飽和含水させた試料(得られた補強型電解質膜)を、1cm(W)×1.5cm(T)の短冊状に切り出し、試料の厚みtを測定する。試料を試料面内方向の伝導度を測定する2端子式の伝導度測定セルに装着する。このセルを常温(25℃)にて、試料にイオン交換水を付着させた状態で、交流インピーダンス法(周波数0.01Hz〜1MHz、印加電圧10mV)により抵抗値Rを測定する。得られた抵抗値Rを以下の式にてイオン伝導度σを導出する。
σ=L/(R×t×W)
σ:イオン伝導度(S/cm)
L:膜長(cm)
R:抵抗(Ω)
t:膜厚(cm)
W:膜幅(cm)
表1に示されるように、本発明の製造方法により得られた補強型電解質膜は、高いイオン伝導度を示すとともに、約30μmと所望に薄膜化し、かつ高い膜引っ張り強度も得られている。実施例4では、イオン伝導と膜引っ張り強度が幾分低くなっているが、これは、延伸時の温度が380℃と高く、電解質樹脂前駆体が熱分解して劣化したことに加え、PTFE多孔質補強膜の繊維が溶融温度以上の延伸で破断したためと推測される。
Claims (6)
- 多孔質補強膜に電解質樹脂を含浸させてなる補強型電解質膜を製造する方法であって、
加熱溶融した電解質樹脂を多孔質補強膜へ含浸する含浸工程と、前記含浸工程で得られた膜状体を加熱状態を維持しながら延伸する延伸工程とを少なくとも含むことを特徴とする補強型電解質膜の製造方法。 - 1枚または1枚以上の多孔質補強膜に1枚または1枚以上の電解質樹脂膜を積層する積層工程をさらに有し、前記積層工程で得られた積層体を加熱することによって前記含浸工程を行うことを特徴とする請求項1に記載の補強型電解質膜の製造方法。
- 前記延伸工程を、電解質樹脂の融点以上であり多孔質補強膜の融点以下の温度環境において行うことを特徴とする請求項1または2に記載の補強型電解質膜の製造方法。
- 多孔質補強膜としてPTFE多孔質膜を用いることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか記載の補強型電解質膜の製造方法。
- 電解質樹脂が電解質樹脂前駆体であり、前記延伸工程後の膜状体を加水分解して前記電解質膜前駆体にイオン伝導性を付与する加水分解工程をさらに含むことを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の補強型電解質膜の製造方法。
- 請求項1ないし5のいずれかの製造方法により製造された補強型電解質膜。
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