JP2008204723A

JP2008204723A - 燃料電池製造プロセス用キャリアフィルム

Info

Publication number: JP2008204723A
Application number: JP2007038340A
Authority: JP
Inventors: Hiromasa Yugawa; 裕正湯川; Tamao Okuya; 珠生奥屋
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 2007-02-19
Filing date: 2007-02-19
Publication date: 2008-09-04
Anticipated expiration: 2027-02-19
Also published as: JP5029057B2

Abstract

【課題】燃料電池用部材の製造時にシワが発生しにくく、優れた生産性で燃料電池用部材を製造できる燃料電池製造プロセス用キャリアフィルムの提供。
【解決手段】ＡＳＴＭＤ８８２に準ずる縦方向の引張り弾性率が６．９〜１７ＧＰａである支持フィルムの片面または両面に、離型性フィルムが積層されていることを特徴とする燃料電池製造プロセス用キャリアフィルム。前記離型性フィルムはフッ素樹脂からなることが好ましい。また、該燃料電池製造プロセス用キャリアフィルムは、厚さが１０〜３００μｍであることが好ましい。
【選択図】なし

Description

本発明は、燃料電池製造プロセス用キャリアフィルムに関する。

燃料電池は発電効率が高く、環境への付加も小さい。特に固体高分子形燃料電池は、出力密度が高く、作動温度が低いため、小型化や低コスト化が他の燃料電池より容易なことから、自動車などの移動体や、分散発電システム、家庭用コジェネレーションシステムとして広く普及することが期待されている。

一般に、固体高分子形燃料電池は、固体高分子電解質膜の両面に、それぞれ、金属触媒と固体高分子電解質樹脂（イオン交換樹脂）とを含む触媒層が設けられ、その外側にカーボンペーパーやカーボンクロスを用いて形成されたガス拡散層が設けられた膜・電極接合体を備える。また、ガス拡散層の外側には、表面にガス流路が形成された導電性のセパレーターが設けられる。セパレーターは、燃料ガスや酸化剤ガスを通過させる機能と集電体の機能とを有するガス拡散層から、固体高分子形燃料電池の外部に電流を伝え、電気エネルギーを取り出す役割を担う。

前記燃料電池の製造プロセスにおいては、触媒層、固体高分子電解質膜等の、層状または膜状の燃料電池用部材の形成、搬送等のために、キャリアフィルムを用いることが行われている。たとえば、金属触媒を担持したカーボンとイオン交換樹脂とを主要固形成分とした溶液をキャリアフィルム上に塗工し、乾燥することによって触媒層を形成したり、イオン交換樹脂を主要固形成分とした溶液をキャリアフィルム上に塗工し、乾燥することによって固体高分子電解質膜を形成することが行われている。
この用途に用いられるキャリアフィルムとしては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム、離型剤コートＰＥＴフィルム、フッ素樹脂フィルムが一般的である。
しかし、これらのフィルムのうち、ＰＥＴフィルムは離型性が悪い。また、離型剤コートＰＥＴフィルムは、燃料電池用部材を形成する際に離型剤が移行し、燃料電池用部材の性能低下を引き起こす。また、フッ素樹脂フィルムは、離型性は良いが、その反面、フィルムがやわらかく、取り扱い性が悪い。
このような問題に対し、フッ素樹脂フィルムと、フッ素樹脂より剛性のより高いフィルムとを積層した積層フィルムをキャリアフィルムとして用いることが提案されている（特許文献１参照。）。

一方、特許文献２には、ポリエステル樹脂の延伸フィルムの両面にテトラフルオロエチレン−エチレン系共重合体のフィルムが積層された、特定のヘイズを有する積層フィルムが開示されている。該キャリアフィルムは、透明性に優れ、かつ耐溶剤性および離型性に優れる。
また、特許文献３には、ポリエチレンナフタレートの両面にテトラフルオロエチレン−エチレン系共重合体のフィルムが積層された積層フィルムが開示されている。
特開２００３−２８５３９６号公報特開２００４−２３０６７４号公報特開２００４−２３０６７３号公報

燃料電池普及のためには、燃料電池用部材の生産性を向上させ、コストを下げることが求められている。燃料電池用部材の生産性向上の手段としては、１）ロールツーロールでの製膜、２）製膜幅の拡大、３）より高い温度での乾燥と熱処理等が実施される。
しかし、上記のような従来の積層フィルムであっても、燃料電池用部材の製造時、特にロールツーロールでの製膜を行う場合や、乾燥温度が高い場合に、キャリアフィルムにシワが発生しやすい問題があり、燃料電池用部材の生産性を充分に向上させることは困難である。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、燃料電池用部材の製造時にシワが発生しにくく、燃料電池用部材の生産性に優れる燃料電池製造プロセス用キャリアフィルムを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。
［１］ＡＳＴＭＤ８８２に準ずる縦方向の引張り弾性率が６．９〜１７ＧＰａである支持フィルムの片面または両面に、離型性フィルムが積層されていることを特徴とする燃料電池製造プロセス用キャリアフィルム。
［２］前記支持フィルムの厚さが３．５〜２００μｍである［１］に記載の燃料電池製造プロセス用キャリアフィルム。
［３］前記離型性フィルムがフッ素樹脂からなる［１］または［２］に記載の燃料電池製造プロセス用キャリアフィルム。
［４］前記離型性フィルムの厚さが１〜５０μｍである［１］〜［３］のいずれか一項に記載の燃料電池製造プロセス用キャリアフィルム。
［５］厚さが１０〜３００μｍである［１］〜［４］のいずれか一項に記載の燃料電池製造プロセス用キャリアフィルム。
［６］前記支持フィルムの１７０℃での縦方向の引張り弾性率が１〜１７ＧＰａである［１］〜［５］のいずれか一項に記載の燃料電池製造プロセス用キャリアフィルム。

本発明の燃料電池製造プロセス用キャリアフィルムは、燃料電池用部材の製造時にシワが発生しにくい。また、本発明の燃料電池製造プロセス用キャリアフィルムは、燃料電池用部材の生産性に優れる。

以下に、本発明の詳細を説明する。
本発明の燃料電池製造プロセス用キャリアフィルム（以下、本発明のキャリアフィルムということがある。）は、特定の支持フィルムの片面または両面に離型性フィルムが積層されたものである。かかる構成を有することにより、燃料電池製造プロセスにおいて充分な取り扱い性と、離型性の機能とを両立できる。また、生産上問題となるシワの発生を防止でき、生産性を向上できる。

［支持フィルム］
本発明のキャリアフィルムに用いられる支持フィルムは、ＡＳＴＭＤ８８２に準ずる縦方向（以下、ＭＤという。）の引張り弾性率（２３℃５０％ＲＨの環境下で測定。以下、ＭＤ引張り弾性率［ＡＳＴＭＤ８８２］という。）が６．９〜１７ＧＰａである。ＭＤ引張り弾性率［ＡＳＴＭＤ８８２］が６．９ＧＰａ未満の場合、燃料電池製造プロセス用途に用いられるキャリアフィルムとしての引張り弾性率が充分ではなく、燃料電池用部材の形成時の乾燥温度が１７０℃以上であると、フィルム搬送により加わる張力によって、シワや歪が発生し易く、得られる燃料電池用部材の平坦性を低下させてしまう。また１７ＧＰａを超える場合は、キャリアフィルムが硬く脆くなるため扱いづらい。
ＭＤ引張り弾性率［ＡＳＴＭＤ８８２］という。）は、８〜１７ＧＰａが好ましく、８〜１６ＧＰａがより好ましい。
本発明における支持フィルムは、１７０℃におけるＭＤの引張り弾性率（以下、ＭＤ引張り弾性率［１７０℃］という。）が１〜１７ＧＰａであることが好ましく、２〜１５ＧＰａがより好ましい。１ＧＰａに満たない場合、燃料電池用部材を高温で形成する時にシワが発生し易い。この理由としては、支持フィルムと離型性フィルムとの熱膨張（熱収縮）性が異なるため、乾燥時に加わる温度により、フィルムに歪が発生し易いためであると推定される。また、ＭＤ引張り弾性率［１７０℃］が高いほど、燃料電池用部材の形成時において、高い温度条件に耐えうることから好ましい。そのため、ＭＤ引張り弾性率［１７０℃］の上限は、特に限定されず、適宜決定すればよいが、１７ＧＰａ超であると製造が容易でない。
１７０℃におけるＭＤの引張り弾性率は、前記ＡＳＴＭＤ８８２に規定される測定温度（２３℃）を１７０℃に変更する以外は、前記ＡＳＴＭＤ８８２に準ずるＭＤの引張り弾性率と同様に測定される。

支持フィルムとしては、ポリイミドフィルム、アラミドフィルム、ポリエステルフィルム、ポリカーボネートフィルム、トリアセチルセルロースフィルム、セロハン、ポリアミドフィルム、芳香族ポリアミドフィルム、ポリエーテルイミドフィルム、ポリフェニレンスルフィドフィルム、ポリスルホンフィルム、ポリエーテルスルホンフィルム、ポリプロピレンフィルム等の中から、上記所定の物性（ＭＤ引張り弾性率［ＡＳＴＭＤ８８２］が６．９〜１７ＧＰａ）を有するものを任意に選択して使用することができる。また、上記物性を得るために、これらのフィルムの２種以上を組み合わせて使用してもよい。
上記所定の物性を有するフィルムの市販品としては、例えば、ユーピレックス−Ｓ（ポリイミドフィルム、宇部興産社製）、アラミカ（アラミドフィルム、帝人アドバンストフィルム社製）等が挙げられる。
支持フィルムは、離型性フィルムとの密着性を向上するための表面処理として、コロナ放電処理やプラズマ処理が施されていてもよい。
支持フィルムは、扱いやすさとコストとを考慮すると、厚さが３．５〜１００μｍであることが好ましく、５〜５０μｍであることがより好ましい。３．５μｍ以上であると扱いやすく、１００μｍ以下であると、フィルムの剛性が高くなりすぎず、扱いやすい。また、コストも抑えられる。

［離型性フィルム］
離型性フィルムとしては、離型性を有するフィルムであればよく、従来公知のものを利用できる。特に、フッ素樹脂フィルムが、他の比較した場合明らかに離型性がよいため好ましい。
フッ素樹脂フィルムの材質としては、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体）、ＥＰＥ（テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）、ＥＴＦＥ（テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体）、ＰＣＴＦＥ（ポリクロロトリフルオロエチレン）、ＥＣＴＦＥ（クロロトリフルオロエチレン−エチレン共重合体）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）、ＰＶＦ（ポリビニルフルオライド）、ＴＨＶ（テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン−フッ化ビニリデン共重合体）、ＶＤＦ−ＨＦＰ（フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体）、ＴＦＥ−Ｐ（フッ化ビニリデン−プロピレン共重合体）から選ばれる少なくとも１種類以上のフッ素樹脂が好ましい。成形性および離型性の点から、特にＦＥＰおよび／またはＥＴＦＥが好ましい。
フッ素樹脂フィルムとしては、市販のものを利用できる。たとえば、ＥＴＦＥフィルムの市販品としては、アフレックス（旭硝子社製）、トヨフロンＥ（東レフィルム加工社製）、ネオフロンＥＴＦＥ（ダイキン工業社製）等が挙げられる。ＦＥＰフィルムの市販品としては、トヨフロンＥ（東レフィルム加工社製）、ネオフロンＦＥＰ（ダイキン工業社製）等が挙げられる。
離型性フィルムは、支持フィルムとの密着性を向上するための表面処理として、コロナ放電処理やプラズマ処理が施されていてもよい。
離型フィルムの厚さは、扱いやすさとコストとのバランスを考慮すると、１〜５０μｍが好ましく、３〜３０μｍがより好ましい。

本発明のキャリアフィルムは、厚さ（積層フィルムの総厚さ）が５〜２００μｍであることが好ましく、１０〜１５０μｍであることがより好ましく、２０〜１００μｍであることがさらに好ましい。５μｍ以上であると、キャリアフィルムの剛性が充分なものとなり、扱いやすい。また、燃料電池用部材の形成時の乾燥収縮によるカールを抑制できる。２００μｍ以下であると、巻取りロールとした際の大きさ、重量等が取り扱いやすい範囲内となり、巻取り装置への負担、重量による巻取り長さの制約、移送運搬負荷増、保管場所での占有スペース増などの影響が少ない。

本発明のキャリアフィルムは、支持フィルムの片面または両面に離型性フィルムを積層することにより製造できる。
支持フィルムと離型性フィルムとの積層方法は、特に限定されない。一般な方法としては、ドライラミネート法、熱ラミネート法及び押出しラミネート法等が挙げられる。

本発明のキャリアフィルムは、燃料電池製造プロセスにおいて、触媒層、固体高分子電解質膜等の、層状または膜状の燃料電池用部材の形成、該燃料電池用部材の搬送等に利用できる。

以下、本発明を具体的に実施例に基づき説明するが、本発明は実施例に制約されるものではない。
［実施例１］
支持フィルムとしてポリイミドフィルム（商品名：ユーピレックス−１２．５ＳＮ、厚さ：１２．５μｍ、宇部興産社製）、離型性フィルムとしてＥＴＦＥフィルム（商品名：アフレックス１２Ｎ６００Ｓ、厚さ：１２μｍ、片面コロナ放電処理、旭硝子社製）を、それぞれ５００ｍｍ幅にて用いた。
支持フィルムの両側に、それぞれ、離型性フィルムを、コロナ放電処理面が内側になるように重ね、その状態で、それぞれ表面温度が１８０℃の金属ロールとゴムロールとの間を通して加熱、線圧２０ｋＮ／ｍにて加圧することにより積層して、厚さ３６．５μｍのキャリアフィルムを得た。

［実施例２］
支持フィルムとしてアラミドフィルム（商品名：アラミカ、厚さ：１２μｍ、帝人アドバンストフィルム社製）を用いた以外は実施例１と同様にして、厚さ３６μｍのキャリアフィルムを得た。

［比較例１］
支持フィルムとしてＰＥＴフィルム（商品名：テトロンＮＳ、厚さ：１２μｍ、テイジンデュポン社製）を用いた以外は実施例１と同様にして、厚さ３６μｍのキャリアフィルムを得た。

［比較例２］
５００ｍｍ幅のＥＴＦＥフィルム（商品名：アフレックス５０Ｎ５００ＮＴ、厚さ：５０μｍ、旭硝子社製）をキャリアフィルムとした。

［比較例３］
支持フィルムとしてポリエチレンナフタレートフィルム（商品名：テオネックスＱ５１、厚さ：１２μｍ、テイジンデュポン社製）を用いた以外は実施例１と同様にして、厚さ３６μｍのキャリアフィルムを得た。

得られたキャリアフィルムについて、下記評価１を行った。
［評価１］
＜触媒層形成用塗工液の作製＞
ＣＦ_２＝ＣＦ_２とＣＦ_２＝ＣＦ−ＯＣＦ_２ＣＦ（ＣＦ_３）−ＯＣＦ_２ＣＦ_２ＳＯ_２Ｆとを共重合させ、加水分解により−ＳＯ_２Ｆを−ＳＯ_３Ｈに変換した共重合体（イオン交換容量：１．１ミリ当量／グラム乾燥樹脂）と、白金をカーボン上に５０質量％担持させた担持触媒とを、質量比２：５の割合で、エタノールと水との混合分散媒（質量比で１：１）に分散させ、固形分濃度８質量％の触媒層形成用塗工液を得た。

＜塗工乾燥による触媒層の形成＞
連続塗工乾燥装置を用い、５００ｍｍ幅のキャリアフィルム上に、触媒層形成用塗工液を、４８０ｍｍの塗工幅にダイコート法にて乾燥後の膜厚が１０μｍになるように塗工し、１８０℃の熱風乾燥炉で滞留時間１分にて乾燥を行い、触媒層を形成した。該触媒層がその表面に形成されたキャリアフィルムを、外径７６ｍｍの紙管に長さ５０ｍ巻き取った。

＜評価項目＞
１）乾燥時のシワ発生状態：乾燥後、巻き取る前の、触媒層がその表面に形成された上記キャリアフィルムを目視により観察し、シワがほとんどないものを○（良）、シワが若干（許容レベル）あるものを△（可）、シワが許容でないレベルであるものを×（不良）とした。
２）巻取りロールの状態：巻き取ったキャリアフィルムの巻取りロール姿を目視により観察し、シワおよび凹凸がほぼないものを○（良）、シワおよび凹凸が若干（許容レベル）あるものを△（可）、シワおよび凹凸が許容できないレベルであるものを×（不良）とした。
３）切り出し時の状態：巻取りロールから長さ１ｍに切り出し、平坦な台に広げたキャリアフィルムを目視により観察し、シワおよび歪（波打ち）状態がほとんどないものを○（良）、若干（許容レベル）あるものを△（可）、許容できないレベルであるものを×（不良）とした。
これらの結果を、表１に示す。

表１の結果に示すように、実施例１及び２のキャリアフィルムは、シワや波うちの発生がほとんどなく、ほぼ平坦で良好な触媒層を形成できた。
一方、比較例１〜３は、シワや波打ちなどのひずみが発生し、使用に耐えうるものではなかった。特に比較例２は、シワや波打ちが大きく発生していた。そのため、巻取りロール姿が悪く、長さ３０ｍ巻取った時点でこれ以上の巻き取りは困難と判断し、巻き取りを中止した。

Claims

ＡＳＴＭＤ８８２に準ずる縦方向の引張り弾性率が６．９〜１７ＧＰａである支持フィルムの片面または両面に、離型性フィルムが積層されていることを特徴とする燃料電池製造プロセス用キャリアフィルム。
前記支持フィルムの厚さが３．５〜１００μｍである請求項１に記載の燃料電池製造プロセス用キャリアフィルム。
前記離型性フィルムがフッ素樹脂からなる請求項１または２に記載の燃料電池製造プロセス用キャリアフィルム。
前記離型性フィルムの厚さが１〜５０μｍである請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃料電池製造プロセス用キャリアフィルム。
厚さが５〜２００μｍである請求項１〜４のいずれか一項に記載の燃料電池製造プロセス用キャリアフィルム。
前記支持フィルムの１７０℃での縦方向の引張り弾性率が１〜１７ＧＰａである請求項１〜５のいずれか一項に記載の燃料電池製造プロセス用キャリアフィルム。