JP2016090381A - 透過量測定方法及び透過量測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液体中の物質が実際にフィルム状材料を透過する量を適切に評価できる透過量測定方法及び該方法を簡易に実現可能な透過量測定装置を提供する。【解決手段】透過量測定装置は、第１の容器１ａと第２の容器１ｂとを有し、第１の容器１ａと第２の容器１ｂとは左右対称に形成されている。第１の容器１ａの開口部９ａと第２の容器１ｂの開口部９ｂとをフィルム材料を介在させた状態で互いに重ね合わせ、クリップ８で留めることによりフィルム状材料を狭持した状態で固定することができる。第１の容器１ａは、フランジ４ａを有する開口部９ａと、開口部９ａに続く液体を保持可能な浸漬部２ａと、浸漬部２ａと連通する連通部５ａと、連通部５ａを介して連通するとともに開口部９ａに接しない状態で液体を貯留可能な貯留部３ａと、を備えている。第２の容器１ｂについても同様である。【選択図】図１

Description

本発明は、透過量測定方法及び透過量測定装置に関し、特に液体中の成分がフィルム状材料を透過する際の透過量を測定できる透過量測定方法及び透過量測定装置に関する。

フィルム状材料は様々な機能により、多種多様な用途に利用されている。様々な機能の中で大きな特徴として挙げられるのが物質の透過性である。例えば、透過物質が気体である場合、透過し易いフィルムはエアフィルターとして、また透過しにくいフィルムはガスバリアフィルムとして使用するなど、その特性により使い分けられている。

フィルム状材料の物質の通し易さを示す指標として、例えば、特許文献１ではＪＩＳ−Ｐ−８１１７のガーレー法と呼ばれる透気度を用いている。これは所定容積の空気がフィルム状材料を通過する時間により評価する方法である。使用用途がエアフィルター等であれば、空気の通り易さは性能に直接反映されると推測できるが、例えば、特許文献２、特許文献３記載のように液体を透過させる用途の場合であっても、透過性の評価は同じく透気度が用いられている。

透気度は、フィルム状材料を乾燥状態で簡便に測定できる点で有利である反面、実際に透過する物質とフィルム材料との吸着などの相互作用を考慮していないため、実用上の透過性が適切に評価されていない可能性がある。例えば、特許文献３記載のような電池用セパレータの用途では、イオンの透過特性は直接性能に大きく影響する重要な特性値と考えられており、これまで、実際の透過物質を用いた透過性の評価方法が求められてきた。

特開２０１４−０９４５０１号公報 特開２０１０−１６７３８４号公報 特開２００６−１８３００８号公報

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、液体中の物質が実際にフィルム状材料を透過する量を適切に評価できる透過量測定方法及び該方法を簡易に実現可能な透過量測定装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明の透過量測定方法は、フランジ付き開口部を備えた第１の容器の前記開口部と、前記第１の容器のフランジと対象なフランジを有する開口部を備えた第２の容器の前記開口部とをフィルム状材料を介在させた状態で互いに重ね合わせ、前記フィルム状材料を狭持した状態で固定する狭持工程と、少なくとも一種類以上の成分量が異なる二種類の液体を、前記第１及び第２の容器にそれぞれ注入して、前記フィルム状材料を浸漬させる浸漬工程と、前記フィルム状材料を一定時間浸漬させた後に、前記二種類の液体を前記第１及び第２の容器から全量取り出す取出工程と、取り出した前記二種類の液体のうち少なくとも一種類の液体について、対象となる成分の前記フィルム状材料への浸漬前後での成分量を測定し、その変化量から前記成分のフィルム状材料の透過量を求める測定工程と、を含むことを特徴とする。

また、本発明の透過量測定装置は、フランジ付き開口部を備えた液体保持用の第１の容器と、前記第１の容器のフランジと対象なフランジを有する開口部を備えた液体保持用の第２の容器とを有し、前記第１の容器及び前記第２の容器は、各々の開口部同士を重ね合わせることによりフィルム状材料を狭持した状態で固定可能に形成され、前記第１及び第２の容器はともに、前記フィルム状材料の浸漬時に液体を保持する浸漬部と、前記浸漬部に連通しかつ前記フィルム状材料を浸漬させない状態で液体を保持する貯留部とを備え、前記第１及び第２の容器を傾斜させることにより前記浸漬部と前記貯留部の間を液体が移動可能に形成されていることを特徴とする。

本発明の透過量測定方法によれば、浸漬後の液体を全量取り出すことにより、フィルム状材料の近傍位置と離れた位置での透過物質の濃度の違いを均一化でき、サンプリング位置の影響を排除できる。このため、透過量を正確に分析することができる。

また、本発明の透過量測定装置によれば、前記方法を簡易に実現することができる。

本発明の一実施形態に係る透過量測定装置の斜視図であり、（ａ）は組み立て前の状態、（ｂ）は組み立て後の状態。 本発明の一実施形態に係る透過量測定装置の第１の容器を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図。 本発明の一実施形態に係る透過量測定方法を示す概略図であり、（ａ）は第１及び第２の容器の貯留部に液体を注入した状態、（ｂ）は第１及び第２の容器の浸漬部に液体を移動させた状態、（ｃ）は第１及び第２の容器の貯留部に液体を戻した状態。

本実施形態の透過量測定方法では、フィルム状材料の一方の面側に対象の透過物質を含んだ液体、他方の面側に透過物質を含まないかあるいは濃度が異なる液体を存在させ、一定時間の後に対象物質の量の変化を調べる。具体的には以下の（Ａ）〜（Ｄ）の工程により測定する。

（Ａ）フランジ付き開口部を備えた第１の容器の前記開口部と、前記第１の容器のフランジと対象なフランジを有する開口部を備えた第２の容器の前記開口部とをフィルム状材料を介在させた状態で互いに重ね合わせ、前記フィルム状材料を狭持した状態で固定する（狭持工程）。

（Ｂ）少なくとも一種類以上の成分量が異なる二種類の液体を、前記第１及び第２の容器にそれぞれ注入して、前記フィルム状材料を浸漬させる（浸漬工程）。

（Ｃ）前記フィルム状材料を一定時間浸漬させた後に、前記二種類の液体を前記第１及び第２の容器から全量取り出す（取出工程）。

（Ｄ）取り出した前記二種類の液体のうち少なくとも一種類の液体について、対象となる成分の前記フィルム状材料への浸漬前後での成分量を測定し、その変化量から前記成分のフィルム状材料の透過量を求める（測定工程）。

［Ａ．狭持工程］
狭持工程では、第１の容器の開口部と第２の容器の開口部とをフィルム状材料を介在させた状態で互いに重ね合わせ、フィルム状材料を狭持した状態で固定する。狭持工程で用いる第１及び第２の容器及び固定するための手段は、後述する実施形態に示した容器やクリップを用いることができる。

フィルム状材料の例としては、各種電池に用いられるセパレータ、イオン透過膜等の半透過膜、オイルフィルター等のフィルター類、角膜等の生体膜あるいはその代替となる人工高分子膜などが挙げられ、これらの成分透過性を評価することができる。また、液体が漏れ出さないことを評価する手法として、例えば液体保管用バッグのフィルム材等にも、本発明の方法を適用することができる。

フィルム状材料は、第１及び第２の容器の開口部全体を覆うように設けることが好ましい。

［Ｂ．浸漬工程］
浸漬工程において、容器に注入する液体は、少なくとも一種類以上の成分量が異なる二種類の液体を用いる。

［Ｃ．取出工程］
フィルム状材料を一定時間浸漬させた後に、二種類の液体を全量容器から取り出す。浸漬後の液体を全量取り出すことにより、フィルム状材料の近傍位置と離れた位置での透過物質の濃度の違いを均一化するため、サンプリング位置の影響を排除できる。そのため透過量を正確に知ることができる。

［Ｄ．測定工程］
取り出した二種類の液体のうち、少なくとも一種類の液体について、対象となる成分の前記フィルム状材料への浸漬前後での成分量を測定し、その変化から前記成分のフィルム状材料の透過量を求める。

透過した対象成分量の変化は、浸漬前及び浸漬後の液体を分析することで求められる。分析方法は、対象となる成分により適宜選択される。例えば、ガスクロマトグラフ、液体クロマトグラフ、核磁気共鳴、イオン性のものならばイオンクロマトグラフ、特定の元素を含有していればＩＣＰ（高周波誘導結合プラズマ）、高分子であればＧＰＣ（ゲル浸透クロマトグラフ）などが挙げられる。

ここで、浸漬した時間が分かれば、透過量から透過速度を算出することが可能である。このため、浸漬時間を正確に設定することが重要である。しかし、２種類の液体を逐次フィルム状材料に接触させると、接触と同時に液体の浸漬が始まるため、正確な浸漬の開始時間が設定できないばかりでなく、接触させる順序で結果が異なる虞がある。これは、浸漬後の液体を取り出す際にも懸念される問題である。

このため、浸漬工程において、少なくとも一種類以上の成分量が異なる二種類の液体を、それぞれ第１の容器及び第２の容器に同時に注ぎ入れることが好ましい。また、取出工程においても、二種類の液体を、それぞれ第１の容器及び第２の容器から同時に取り出すことが好ましい。

このように、２種類の液体を、フィルム状材料に同時に注入（接触）、同時に取り出しを行うことにより、浸漬時間をより正確に制御できる。

上記のように、フィルム状材料に同時に注入（接触）、同時に取り出しを行うためには、第１の容器及び第２の容器をともに以下のような構成とすることが好ましい。例えば、フィルム状材料の浸漬時に液体を保持する空間(以下「浸漬部」とする)と、浸漬部に連通しかつフィルム状材料を浸漬させない状態で液体を保持できる液体貯留部(以下「貯留部」とする)を設ける。このような構造を有する第１の容器及び第２の容器をともに傾斜させることにより、二種類の液体を貯留部から浸漬部に向けて、あるいは浸漬部から貯留部に向けて同時に移動させることが可能になる。

このように、容器に液体の貯留部を設けることにより、液体の同時移動操作をより簡便にかつ確実に実施することが出来る。

また、容器の開口部の面積が既知であれば、フィルム状材料の単位面積当りの成分透過量を算出できる。あるいはフィルム状材料のいずれかの面に、開口部より小さい形状の穴を開けた遮蔽板を挟み、透過面積を限定しても良い。

一方、液体をフィルム状材料に接触させる際、フィルム状材料への液体の当り具合により皺や破れを生じたり、当り方が物質の透過の影響を促進させたりする虞がある。

この問題に対しては、フィルム状材料の両面に容器開口部全体に渡って多孔質材料を配することにより、注がれた液体の勢いが多孔質材料で緩和され、フィルム状材料の皺や破れの発生を防止できる。加えて、フィルム状材料に液体がより均一に接触できるため、浸漬開始時間がより明確に設定できる。

多孔質材料は、液体への溶解や、液体との反応をせず、液体を速やかに流通可能な材料であれば特に限定されない。例えば、ガラスフィルター、グラスウール、金属等のメッシュなどが挙げられる。また、材料が相当の強度を有していれば、フィルム状材料の支持体としても機能するため、狭持工程でのフィルム状材料の皺の発生の防止など、作業性の効率化に寄与する。

多孔質材料は、フィルム状材料を両側から挟んだ上で第１の容器と第２の容器で挟んでも良いし、予め第１の容器及び第２の容器の開口部全体に固定して一体化されていても良い。前者の場合、フィルム状材料を経由しない対象成分の移動がないよう、フィルム状材料の外縁が多孔質材料の外縁を全周に渡り内部に包含し、かつ多孔質材料の外縁が第１の容器及び第２の容器の開口部の外縁を全周に渡り内部に包含するように配置することが好ましい。

［電圧印加または通電による電気化学反応］
対象となる透過成分が電気化学反応での生成物である場合、第１の容器及び／または第２の容器内に電極を導入して、第１の容器内の液体中と第２の容器内の液体中の成分量が異なる状態を生成することが出来る。

即ち、浸漬工程における浸漬前または浸漬中に、容器内に挿入した二つの電極間での電圧印加または通電による電気化学反応により、第１の容器内の液体中と第２の容器内の液体中の成分量が異なる状態が生じ得る。

また、対象となる透過成分がイオンのように帯電している場合、フィルム状材料の両面に電位勾配を付与することで、透過量を促進したり抑制したり制御することが出来る。

電気化学反応には少なくともカソードとアノードの２種類の電極が必要であるが、電極を導入する箇所はフィルム状材料を介してカソードとアノードをそれぞれ第１の容器と第２の容器に分けても良いし、フィルム状材料を挟まず一方の容器にカソード、アノードともに設置しても良い。

また、第１の容器及び第２の容器に浸漬部と貯留部とを設けた場合には、電極の設置は浸漬部でも貯留部でもよい。この場合、浸漬部ではフィルム状材料を挟んで電極を第１の容器と第２の容器に分けて設置できるが、貯留部に設置する場合は、反応を行うカソードとアノードの一対は第１の容器または第２の容器のいずれかの貯留部に一緒に設置する。さらに、カソードとアノードの組を複数用意して、第１の容器及び／または第２の容器の複数の箇所で同時あるいは逐次電気化学反応を行っても良い。

［透過量測定装置の構造］
図１及び図２に、本発明の一実施形態に係る透過量測定装置の構造を示す。
本実施形態の透過量測定装置は、第１の容器１ａと、第２の容器１ｂと、第１の容器１ａ及び第２の容器１ｂを重ね合わせた状態で固定するクリップ８と、第１の容器１ａの蓋６ａ，７ａ、第２の容器１ｂの蓋６ｂ，７ｂと、を有している。本実施形態では、第１の容器１ａと第２の容器１ｂとは左右対称に形成されているため、以下、第１の容器１ａについてのみ説明する。

第１の容器１ａは、フランジ４ａを有する開口部９ａと、開口部９ａに続く液体を保持可能な浸漬部２ａと、浸漬部２ａと連通する連通部５ａと、連通部５ａを介して連通するとともに開口部９ａに接しない状態で液体を貯留可能な貯留部３ａと、を備えている。

第１の容器１ａの浸漬部２ａ及び貯留部３ａは、第１の容器１ａを傾斜させることによって、連通部５ａを介して相互に液体を移動可能に形成されている。

また、第１の容器１ａの開口部９ａと第２の容器１ｂの開口部９ｂとをフィルム材料（図示せず）を介在させた状態で互いに重ね合わせ、クリップ８で留めることによりフィルム状材料を狭持した状態で固定することができるようになっている。

［透過量測定装置を用いた透過量測定方法］
次に、上記構成を備える透過量測定装置を用いた透過量測定方法について、図３を参照しつつ説明する。
先ず、第１の容器１ａの貯留部３ａに、例えば、電解質塩入りの電解液１１を注入し、第２の容器１ｂの貯留部３ｂに、溶媒１２のみを注入して、対応する箇所の蓋６ａ，６ｂ、７ａ，７ｂを閉める（図３（ａ）参照）。

次に、容器全体を図中右方向に傾斜させ、電解質塩入りの電解液１１を第１の容器１ａの浸漬部２ａへ移動させ、溶媒１２を第２の容器１ｂの浸漬部２ｂへ移動させる（図３（ｂ）参照）。

一定時間経過後、容器全体を図中左方向に傾斜させ、電解質塩入りの電解液１１を第１の容器１ａの貯留部３ａへ戻し、溶媒１２を第２の容器１ｂの貯留部３ｂへ戻す（図３（ｃ）参照）。

溶媒１２をサンプリングし、電解質塩の濃度を測定することにより、電解質塩のフィルム状材料の透過量を求めることができる。

本実施形態の透過量測定装置では、第１の容器１ａと第２の容器１ｂとが左右対称に形成されているため、電解質塩入りの電解液１１の量と溶媒１２の量を同量とすれば、第１及び第２の容器１ａ、１ｂを傾斜させることによって、電解質塩入りの電解液１１と溶媒１２を同時に他方の空間（即ち、貯留部３ａ、３ｂから浸漬部２ａ、２ｂ、または浸漬部２ａ、２ｂから貯留部３ａ、３ｂ）へと移動させることができる。

また、最初に貯留部３ａ、３ｂに液体を注入し、浸漬部２ａ、２ｂへ移動させてフィルム状材料に浸漬後、再度貯留部３ａ、３ｂに液体を戻すため、浸漬後の液体を貯留部３ａ、３ｂから全量取り出すことができる。このため、フィルム状材料の近傍位置と離れた位置での透過物質の濃度の違いを均一化でき、サンプリング位置の影響を排除できる。このため、透過量を正確に分析することができる。

[他の実施形態]
（１）上記の実施形態では、フランジ部４ａ、４ｂの固定手段としてクリップ８を用いたが、粘着テープや留め具等の他の固定手段を用いても良いし、重ね合わせたフランジ部４ａ、４ｂの外形を模したケースを用意し、このケースの中にフランジ部４ａ、４ｂを収容することによって固定しても良い。

（２）上記の実施形態では、第１の容器１ａの開口部９ａと第２の容器１ｂの開口部９ｂを円形状としたが、多角形状等の他の形状とすることもできる。また、開口部９ａと開口部９ｂの形状、面積は、同一となる場合だけでなく、略一致していても良い。

（３）上記の実施形態では、第１の容器１ａの浸漬部２ａ及び貯留部３ａは、連通部５ａを介して連通させた構成としたが、連通部５ａを設けずに浸漬部２ａと貯留部３ａとを直接接触させた構成とすることもできる。この場合は、浸漬部２ａと貯留部３ａの境界の開口部分に、容器を傾斜させた際に所定方向に開弁するような弁を設けることが好ましい。また、第２の容器１ｂについても同様である。

（４）以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１ａ…第１の容器
１ｂ…第２の容器
２ａ，２ｂ…浸漬部
３ａ，３ｂ…貯留部
４ａ，４ｂ…フランジ部
５ａ，５ｂ…連通部
６ａ，６ｂ…蓋
７ａ，７ｂ…蓋
８…クリップ
９ａ，９ｂ…開口部
１１…電解質塩入りの電解液
１２…溶媒

Claims (7)

1. フランジ付き開口部を備えた第１の容器の前記開口部と、前記第１の容器のフランジと対象なフランジを有する開口部を備えた第２の容器の前記開口部とをフィルム状材料を介在させた状態で互いに重ね合わせ、前記フィルム状材料を狭持した状態で固定する狭持工程と、
   少なくとも一種類以上の成分量が異なる二種類の液体を、前記第１及び第２の容器にそれぞれ注入して、前記フィルム状材料を浸漬させる浸漬工程と、
   前記フィルム状材料を一定時間浸漬させた後に、前記二種類の液体を前記第１及び第２の容器から全量取り出す取出工程と、
   取り出した前記二種類の液体のうち少なくとも一種類の液体について、対象となる成分の前記フィルム状材料への浸漬前後での成分量を測定し、その変化量から前記成分のフィルム状材料の透過量を求める測定工程と、
   を含むことを特徴とする透過量測定方法。
2. 前記浸漬工程において、少なくとも一種類以上の成分量が異なる二種類の液体を、それぞれ前記第１の容器及び前記第２の容器に同時に注入することを特徴とする請求項１記載の透過量測定方法。
3. 前記取出工程において、前記二種類の液体を、それぞれ前記第１の容器及び前記第２の容器から同時に取り出すことを特徴とする請求項１または２記載の透過量測定方法。
4. 前記第１及び第２の容器はともに、前記フィルム状材料の浸漬時に液体を保持する浸漬部と、前記浸漬部に連通しかつ前記フィルム状材料を浸漬させない状態で液体を保持する貯留部とを備え、前記第１及び第２の容器を傾斜させることにより、前記二種類の液体を前記貯留部から前記浸漬部に向けて、あるいは前記浸漬部から前記貯留部に向けて同時に移動させることを特徴とする請求項２または３記載の透過量測定方法。
5. 前記狭持工程において、前記フィルム状材料の両面に、前記開口部全体を覆うように多孔質材料を配置したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の透過量測定方法。
6. フランジ付き開口部を備えた液体保持用の第１の容器と、前記第１の容器のフランジと対象なフランジを有する開口部を備えた液体保持用の第２の容器とを有し、
   前記第１の容器及び前記第２の容器は、各々の開口部同士を重ね合わせることによりフィルム状材料を狭持した状態で固定可能に形成され、
   前記第１及び第２の容器はともに、前記フィルム状材料の浸漬時に液体を保持する浸漬部と、前記浸漬部に連通しかつ前記フィルム状材料を浸漬させない状態で液体を保持する貯留部とを備え、前記第１及び第２の容器を傾斜させることにより前記浸漬部と前記貯留部の間を液体が移動可能に形成されていることを特徴とする透過量測定装置。
7. 前記第１及び第２の容器の前記開口部に、前記開口部全体を覆うように多孔質材料を配置したことを特徴とする請求項６記載の透過量測定装置。
   

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