JP2016169450A - Electric conductive fiber sheet, gas diffusion electrode, membrane-electrode conjugate, solid polymer fuel cell and manufacturing method of electric conductive fiber sheet - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electric conductive fiber sheet with low electric resistance and a manufacturing method thereof, and a gas diffusion electrode, a membrane-electrode conjugate or a solid polymer fuel cell using the electric conductive fiber sheet.SOLUTION: An electric conductive fiber sheet contains electric conductive fiber containing first conductive particles, and in addition, second conductive particles outside of the electric conductive fiber. The electric conductive fiber sheet can be manufactured by feeding the second conductive particles before or after accumulation of the electric conductive fiber spun from spinning solution containing the first conductive particles. A gas diffusion electrode, a membrane-electrode conjugate or a solid polymer fuel cell use the electric conductive fiber sheet.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

この発明は、導電性繊維シ−ト、ガス拡散電極、膜−電極接合体、固体高分子形燃料電池、及び導電性繊維シートの製造方法に関する。   The present invention relates to a conductive fiber sheet, a gas diffusion electrode, a membrane-electrode assembly, a polymer electrolyte fuel cell, and a method for producing a conductive fiber sheet.

従来から導電性繊維シートはその導電性と多孔性を利用して、燃料電池用のガス拡散電極用基材として、また、電気二重層キャパシタの電極として、或いは、リチウムイオン二次電池の電極としての使用が検討されている。   Conventionally, the conductive fiber sheet is used as a base material for a gas diffusion electrode for a fuel cell, as an electrode for an electric double layer capacitor, or as an electrode for a lithium ion secondary battery by utilizing its conductivity and porosity. The use of is being considered.

例えば、固体高分子形燃料電池におけるガス拡散電極としては、導電性に加えて、低加湿条件下では固体高分子膜を湿潤に保つための保湿性と、高加湿条件下では水が溜まり、フラッディングが起こるのを防ぐための排水性が要求される。そのため、従来、カーボンペーパー等の導電性多孔質基材に、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素系樹脂を含浸、又はカーボン粉末とフッ素系樹脂とを混合したペーストを塗布することによって、フッ素系樹脂が存在、又はカーボン粉末及びフッ素系樹脂が存在する領域を、触媒層へのガス供給作用、保湿作用、及び生成水の排水作用を奏する水分管理層として使用し、これらが存在しない領域を供給されたガスを拡散させるガス拡散層として使用していた。しかしながら、このようなガス拡散電極は導電性多孔質基材としてカーボンペーパー等を使用しており、このカーボンペーパーを構成するカーボン繊維は剛性が高いため、触媒層を突き抜けてしまい、固体高分子膜を損傷する場合があった。   For example, as a gas diffusion electrode in a polymer electrolyte fuel cell, in addition to conductivity, moisture retention to keep the polymer membrane moist under low humidification conditions, and water accumulates under high humidification conditions. Drainage is required to prevent this from happening. Therefore, conventionally, a fluororesin can be obtained by impregnating a conductive porous substrate such as carbon paper with a fluorine resin such as polytetrafluoroethylene or by applying a paste in which carbon powder and a fluorine resin are mixed. The area where the carbon powder and fluororesin exist, or the area where the carbon powder and fluororesin exist are used as a moisture management layer that provides the gas supply action to the catalyst layer, the moisturizing action, and the drainage action of the generated water. It was used as a gas diffusion layer for diffusing gas. However, such a gas diffusion electrode uses carbon paper or the like as a conductive porous base material, and the carbon fiber constituting the carbon paper has high rigidity, so it penetrates the catalyst layer, and the solid polymer membrane Could be damaged.

本願出願人も、「ガラス繊維にアクリル樹脂及び/又は酢酸ビニル樹脂を含むバインダを付着せしめたガラス不織布からなるガス拡散電極用基材に、カーボンブラックと、ポリテトラフルオロエチレン樹脂又はポリフッ化ビニリデン樹脂とを含む導電性ペーストを被着焼成したガス拡散電極」(特許文献1)を提案したが、従来のカーボンペーパーを使用したガス拡散電極と同様に、ガラス繊維は剛性が高いため、触媒層を突き抜けてしまい、固体高分子膜を損傷する場合があった。   The applicant of the present application also stated that “carbon black and a polytetrafluoroethylene resin or a polyvinylidene fluoride resin are applied to a base for a gas diffusion electrode comprising a glass nonwoven fabric in which a binder containing an acrylic resin and / or a vinyl acetate resin is adhered to glass fibers. (Patent Document 1), which is similar to the conventional gas diffusion electrode using carbon paper, the glass fiber has high rigidity. In some cases, the polymer film penetrates and damages the solid polymer film.

そのため、本願出願人は、「有機樹脂の少なくとも内部に導電性粒子を含有する導電性繊維を含有する不織布を備えているガス拡散電極用基材」(特許文献2)を提案した。このガス拡散電極用基材は有機樹脂を含む導電性繊維を含んでいるため柔軟で、導電性繊維が固体高分子膜を損傷し、短絡するということはなかった。しかしながら、このガス拡散電極用基材は電気抵抗が高く、充分な発電性能を発揮しにくいものであった。   Therefore, the applicant of the present application has proposed “a base material for a gas diffusion electrode comprising a non-woven fabric containing conductive fibers containing conductive particles at least inside an organic resin” (Patent Document 2). This base material for a gas diffusion electrode is flexible because it contains conductive fibers containing an organic resin, and the conductive fibers did not damage the solid polymer film and cause a short circuit. However, this base material for gas diffusion electrodes has a high electric resistance and is difficult to exhibit sufficient power generation performance.

このように電気抵抗が高いと、ガス拡散電極用基材に限らず、電気二重層キャパシタの電極、リチウムイオン二次電池の電極をはじめとして、導電性を必要とする用途においては、充分な性能を発揮しにくいものであった。   In this way, if the electrical resistance is high, not only the base material for the gas diffusion electrode but also the performance of the electrical double layer capacitor electrode, lithium ion secondary battery electrode, and other applications that require electrical conductivity. It was difficult to demonstrate.

特開2008−204945号公報JP 2008-204945 A WO2014/010715号パンフレットWO2014 / 010715 pamphlet

本発明はこのような状況下でなされたものであり、電気抵抗の低い導電性繊維シ−ト及びその製造方法、並びにこの導電性繊維シートを用いたガス拡散電極、膜−電極接合体又は固体高分子形燃料電池を提供することを目的とする。   The present invention has been made under such circumstances, and a conductive fiber sheet having a low electrical resistance, a method for producing the same, and a gas diffusion electrode, a membrane-electrode assembly or a solid using the conductive fiber sheet. An object is to provide a polymer fuel cell.

本発明の請求項1にかかる発明は、「第1導電性粒子を含有する導電性繊維に加えて、導電性繊維の外部に第2導電性粒子を含有することを特徴とする、導電性繊維シート。」である。   The invention according to claim 1 of the present invention is such that “in addition to the conductive fiber containing the first conductive particles, the conductive fiber contains the second conductive particles outside the conductive fiber. Sheet. "

本発明の請求項2にかかる発明は、「導電性繊維と第2導電性粒子とが混在する領域を有することを特徴とする、請求項1記載の導電性繊維シート。」である。   The invention according to claim 2 of the present invention is “the conductive fiber sheet according to claim 1, wherein the conductive fiber sheet has a region where the conductive fibers and the second conductive particles are mixed”.

本発明の請求項3にかかる発明は、「第2導電性粒子が樹脂を介して、導電性繊維に接着していることを特徴とする、請求項1又は請求項2記載の導電性繊維シート。」である。   The invention according to claim 3 of the present invention is as follows: "The conductive fiber sheet according to claim 1 or 2, wherein the second conductive particles are bonded to the conductive fibers through a resin." . "

本発明の請求項4にかかる発明は、「導電性繊維間に第2導電性粒子を含む皮膜を形成していないことを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載の導電性繊維シート。」である。   The invention according to claim 4 of the present invention is as follows. "The conductive film according to any one of claims 1 to 3, wherein a film containing the second conductive particles is not formed between the conductive fibers." Fiber sheet. "

本発明の請求項5にかかる発明は、「導電性繊維を含まない領域を有しないことを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一項に記載の導電性繊維シート。」である。   The invention concerning Claim 5 of this invention is "the conductive fiber sheet as described in any one of Claims 1-4 characterized by not having the area | region which does not contain a conductive fiber."

本発明の請求項6にかかる発明は、「導電性繊維が連続繊維であることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一項に記載の導電性繊維シート。」である。   The invention according to claim 6 of the present invention is "the conductive fiber sheet according to any one of claims 1 to 5, wherein the conductive fiber is a continuous fiber."

本発明の請求項7にかかる発明は、「請求項1〜6のいずれか一項に記載の導電性繊維シートを、ガス拡散電極用基材として用いることを特徴とする、導電性繊維シート。」である。   The invention according to claim 7 of the present invention is “a conductive fiber sheet, wherein the conductive fiber sheet according to any one of claims 1 to 6 is used as a base material for a gas diffusion electrode”. Is.

本発明の請求項8にかかる発明は、「請求項1〜6のいずれか一項に記載の導電性繊維シートに、触媒が担持されていることを特徴とする、ガス拡散電極。」である。   The invention according to claim 8 of the present invention is “a gas diffusion electrode characterized in that a catalyst is supported on the conductive fiber sheet according to any one of claims 1 to 6”. .

本発明の請求項9にかかる発明は、「請求項8に記載のガス拡散電極を備えていることを特徴とする、膜−電極接合体。」である。   The invention according to claim 9 of the present invention is “a membrane-electrode assembly comprising the gas diffusion electrode according to claim 8”.

本発明の請求項10にかかる発明は、「請求項8に記載のガス拡散電極を備えていることを特徴とする、固体高分子形燃料電池。」である。   The invention according to claim 10 of the present invention is “a polymer electrolyte fuel cell comprising the gas diffusion electrode according to claim 8”.

本発明の請求項11にかかる発明は、「第1導電性粒子を含有する紡糸液から紡糸した導電性繊維を集積する前又は集積した後に、第2導電性粒子を供給することを特徴とする、請求項1記載の導電性繊維シートの製造方法。」である。   The invention according to claim 11 of the present invention is characterized in that the second conductive particles are supplied before or after collecting the conductive fibers spun from the spinning solution containing the first conductive particles. The manufacturing method of the conductive fiber sheet of Claim 1. ".

本発明の請求項12にかかる発明は、「第2導電性粒子を含む分散液を噴霧して、第2導電性粒子を供給することを特徴とする、請求項11に記載の導電性繊維シートの製造方法。」である。   The invention according to claim 12 of the present invention is the conductive fiber sheet according to claim 11, wherein the second conductive particles are supplied by spraying a dispersion liquid containing the second conductive particles. Manufacturing method. "

本発明の請求項13にかかる発明は、「分散液を、電荷を有する液滴に断片化して噴霧することを特徴とする、請求項12に記載の導電性繊維シートの製造方法。」である。   The invention according to claim 13 of the present invention is "the method for producing a conductive fiber sheet according to claim 12, wherein the dispersion liquid is fragmented and sprayed into droplets having a charge". .

本発明の請求項14にかかる発明は、「第1導電性粒子を含有する紡糸液を、静電紡糸法により導電性繊維を紡糸することを特徴とする、請求項11〜13のいずれか一項に記載の導電性繊維シートの製造方法。」である。   The invention according to claim 14 of the present invention is as described in any one of claims 11 to 13, wherein the spinning fiber containing the first conductive particles is spun into conductive fibers by an electrostatic spinning method. The manufacturing method of the conductive fiber sheet as described in an item | term.

本発明の請求項15にかかる発明は、「第1導電性粒子を含有する紡糸液からの導電性繊維の紡糸と、第2導電性粒子の供給を、同時に行なうことを特徴とする、請求項11〜14のいずれか一項に記載の導電性繊維シートの製造方法。」である。   The invention according to claim 15 of the present invention is characterized in that "spinning of conductive fibers from a spinning solution containing first conductive particles and supply of second conductive particles are performed simultaneously." It is a manufacturing method of the conductive fiber sheet as described in any one of 11-14. "

本発明の請求項1にかかる発明は、導電性繊維に加えて、導電性繊維の外部に第2導電性粒子を含有しているため、導電性に優れる繊維シート、つまり電気抵抗の低い導電性繊維シ−トである。   In the invention according to claim 1 of the present invention, in addition to the conductive fibers, the second conductive particles are included outside the conductive fibers. Therefore, the fiber sheet having excellent conductivity, that is, the conductivity having low electrical resistance. It is a fiber sheet.

本発明の請求項2にかかる発明は、導電性繊維と第2導電性粒子とが混在する領域を有するため、電気抵抗の低い導電性繊維シートである。特に、第2導電性粒子のみからなる領域が存在しない場合には、第2導電性粒子が脱落しにくいため好適である。   Since the invention concerning Claim 2 of this invention has the area | region where a conductive fiber and 2nd electroconductive particle are mixed, it is a conductive fiber sheet with low electrical resistance. In particular, when there is no region composed only of the second conductive particles, it is preferable because the second conductive particles do not easily fall off.

本発明の請求項3にかかる発明は、第2導電性粒子が樹脂を介して接着しているため、導電性繊維が柔軟で、結果として、導電性繊維シートが柔軟である。そのため、導電性繊維シートが隣接する材料を損傷する危険性が低い。例えば、導電性繊維シートをガス拡散電極用基材として使用したとしても、固体高分子膜を損傷しにくい。   In the invention according to claim 3 of the present invention, since the second conductive particles are bonded via the resin, the conductive fibers are flexible, and as a result, the conductive fiber sheet is flexible. Therefore, there is a low risk that the conductive fiber sheet damages the adjacent material. For example, even if a conductive fiber sheet is used as a base material for a gas diffusion electrode, the solid polymer film is hardly damaged.

本発明の請求項4にかかる発明は、導電性繊維間に第2導電性粒子を含む皮膜を形成していないため、導電性繊維シートの有する空隙を有効に利用することができる。つまり、第2導電性粒子を含む皮膜が形成されていると、その皮膜近傍における導電性繊維シートの空隙を有効に利用できない傾向があるが、そのような皮膜を形成していないため、導電性繊維シートの空隙を有効に利用することができる。   In the invention according to claim 4 of the present invention, since the film containing the second conductive particles is not formed between the conductive fibers, the voids of the conductive fiber sheet can be effectively used. That is, when a film containing the second conductive particles is formed, there is a tendency that the voids of the conductive fiber sheet in the vicinity of the film cannot be effectively used. The space | gap of a fiber sheet can be utilized effectively.

本発明の請求項5にかかる発明は、導電性繊維を含まない領域を有しない、つまり、導電性繊維と第2導電性粒子との混在領域のみからなるか、混在領域に加えて、導電性繊維のみからなる領域を有し、第2導電性粒子のみからなる領域が存在しないため、第2導電性粒子が脱落しにくい、という効果を奏する。   The invention according to claim 5 of the present invention does not have a region that does not include conductive fibers, that is, consists of only a mixed region of conductive fibers and second conductive particles, or in addition to the mixed region, conductive Since there is a region consisting only of fibers and no region consisting only of the second conductive particles, there is an effect that the second conductive particles are unlikely to fall off.

本発明の請求項6にかかる発明は、導電性繊維が連続繊維であるため、導電性繊維の長さ方向における導電性に優れている。つまり、導電性繊維シートの面方向における導電性に特に優れている。   The invention according to claim 6 of the present invention is excellent in conductivity in the length direction of the conductive fiber because the conductive fiber is a continuous fiber. That is, the conductivity in the surface direction of the conductive fiber sheet is particularly excellent.

本発明の請求項7にかかる発明は、前記導電性繊維シートをガス拡散電極用基材として用いるため、電気抵抗が低く、充分な発電性能を発揮できる固体高分子形燃料電池を製造できる。   In the invention according to claim 7 of the present invention, since the conductive fiber sheet is used as a base material for a gas diffusion electrode, it is possible to produce a solid polymer fuel cell having low electric resistance and exhibiting sufficient power generation performance.

本発明の請求項8にかかる発明は、前記導電性繊維シートに触媒が担持されているため、電気抵抗が低く、充分な発電性能を発揮できる固体高分子形燃料電池を製造できるガス拡散電極である。   The invention according to claim 8 of the present invention is a gas diffusion electrode capable of producing a polymer electrolyte fuel cell having a low electric resistance and sufficient power generation performance since a catalyst is supported on the conductive fiber sheet. is there.

本発明の請求項9にかかる発明は、前記ガス拡散電極を備えているため、電気抵抗が低く、充分な発電性能を発揮できる固体高分子形燃料電池を製造できる。   Since the invention according to claim 9 of the present invention is provided with the gas diffusion electrode, it is possible to manufacture a polymer electrolyte fuel cell having low electric resistance and capable of exhibiting sufficient power generation performance.

本発明の請求項10にかかる発明は、前記ガス拡散電極を備えているため、電気抵抗が低く、充分な発電性能を発揮できる固体高分子形燃料電池である。   The invention according to claim 10 of the present invention is a solid polymer fuel cell having the gas diffusion electrode and having low electric resistance and exhibiting sufficient power generation performance.

本発明の請求項11にかかる発明は、紡糸した導電性繊維を集積する前又は集積した後に、第2導電性粒子を供給しているため、導電性繊維の外部に第2導電性粒子を含有する導電性繊維シートを製造することができる。   According to the eleventh aspect of the present invention, since the second conductive particles are supplied before or after the spun conductive fibers are accumulated, the second conductive particles are contained outside the conductive fibers. A conductive fiber sheet can be manufactured.

本発明の請求項12にかかる発明は、第2導電性粒子を含む分散液を噴霧して第2導電性粒子を供給しているため、導電性繊維間に第2導電性粒子を含む皮膜のない導電性繊維シートを製造しやすい。   In the invention according to claim 12 of the present invention, since the second conductive particles are supplied by spraying the dispersion liquid containing the second conductive particles, the coating containing the second conductive particles between the conductive fibers. Easy to produce no conductive fiber sheet.

本発明の請求項13にかかる発明は、分散液を、電荷を有する液滴に断片化して噴霧しており、液滴同士が電気的に反発して断片化するため、導電性繊維間に第2導電性粒子を含む皮膜のない導電性繊維シートを製造しやすい。また、液滴が電荷を有するため、導電性繊維とは反対電荷とすることにより、液滴を確実に導電性繊維に接着できる。   In the invention according to claim 13 of the present invention, the dispersion liquid is fragmented and sprayed into charged droplets, and the droplets are electrically repelled and fragmented. 2 It is easy to produce a conductive fiber sheet without a film containing conductive particles. In addition, since the droplet has a charge, the droplet can be reliably bonded to the conductive fiber by setting the charge opposite to that of the conductive fiber.

本発明の請求項14にかかる発明は、静電紡糸法により導電性繊維を紡糸しているため、細く、繊維径の揃った、しかも連続した導電性繊維を紡糸できる。したがって、導電性に優れ、しかも表面積が広く、導電性繊維表面を有効に利用できる導電性繊維シートを製造できる。   In the invention according to claim 14 of the present invention, since conductive fibers are spun by the electrostatic spinning method, it is possible to spin thin, uniform conductive fibers and continuous fibers. Therefore, it is possible to produce a conductive fiber sheet that is excellent in conductivity, has a large surface area, and can effectively use the conductive fiber surface.

本発明の請求項15にかかる発明は、導電性繊維の紡糸と第2導電性粒子の供給とを同時に行なうため、導電性繊維と第2導電性粒子とが混在する領域を有する導電性繊維シートを製造することができる。なお、導電性繊維の紡糸と第2導電性粒子の供給とを同時にのみ行ない、第2導電性粒子の供給のみを行なわなければ、第2導電性粒子のみからなる領域が形成されないため、第2導電性粒子が脱落しにくい導電性繊維シートを製造することができる。   According to the fifteenth aspect of the present invention, the conductive fiber sheet has a region in which the conductive fibers and the second conductive particles are mixed in order to simultaneously spin the conductive fibers and supply the second conductive particles. Can be manufactured. In addition, since the area | region which consists only of 2nd electroconductive particle will not be formed unless spinning of electroconductive fiber and supply of 2nd electroconductive particle are performed simultaneously and only 2nd electroconductive particle is not supplied, 2nd A conductive fiber sheet in which conductive particles are less likely to fall off can be manufactured.

実施例1における導電性繊維シート表面における電子顕微鏡写真Electron micrograph on the conductive fiber sheet surface in Example 1 実施例2における導電性繊維シート表面における電子顕微鏡写真Electron micrograph on the conductive fiber sheet surface in Example 2 実施例3における導電性繊維シート表面における電子顕微鏡写真Electron micrograph on the conductive fiber sheet surface in Example 3 実施例5における導電性繊維シート表面における電子顕微鏡写真Electron micrograph on conductive fiber sheet surface in Example 5 比較例1における導電性繊維シート表面における電子顕微鏡写真Electron micrograph on the surface of the conductive fiber sheet in Comparative Example 1

本発明の導電性繊維シートは第1導電性粒子を含有する導電性繊維に加えて、導電性繊維の外部に第2導電性粒子を含有しているため、導電性に優れる導電性繊維シートである。つまり、電気抵抗の低い導電性繊維シ−トである。本発明においては、導電性繊維を構成している導電性粒子を「第1導電性粒子」と表現し、導電性繊維の外部に含有する導電性粒子を「第2導電性粒子」と表現して、導電性粒子を区別している。   Since the conductive fiber sheet of the present invention contains the second conductive particles outside the conductive fibers in addition to the conductive fibers containing the first conductive particles, the conductive fiber sheet is excellent in conductivity. is there. That is, it is a conductive fiber sheet with low electrical resistance. In the present invention, the conductive particles constituting the conductive fibers are expressed as “first conductive particles”, and the conductive particles contained outside the conductive fibers are expressed as “second conductive particles”. Thus, the conductive particles are distinguished.

本発明の導電性繊維を構成する第1導電性粒子は特に限定するものではないが、例えば、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバーなどのカーボン系粒子、金属粒子、金属酸化物粒子などを挙げることができる。これらの中でもカーボン系粒子は耐薬品性、導電性及び分散性の点から好適であり、特に、カーボンブラックが好ましい。   The first conductive particles constituting the conductive fiber of the present invention are not particularly limited, and examples thereof include carbon-based particles such as carbon black, carbon nanotubes, and carbon nanofibers, metal particles, and metal oxide particles. be able to. Among these, carbon-based particles are preferable from the viewpoint of chemical resistance, conductivity and dispersibility, and carbon black is particularly preferable.

本発明の第1導電性粒子の形状は特に限定するものではないが、例えば、球状(略球状や真球状)、繊維状、針状(例えば、テトラポット状など)、平板状、多面体形状、羽毛状、不定形形状であることができる。なお、第1導電性粒子は中空であっても、中実であっても良い。   Although the shape of the first conductive particles of the present invention is not particularly limited, for example, spherical (substantially spherical or true spherical), fibrous, needle-like (for example, tetrapot-like), flat plate shape, polyhedral shape, It can be a feather or an irregular shape. The first conductive particles may be hollow or solid.

この第1導電性粒子の粒径は特に限定するものではないが、平均一次粒径が5nm〜200nmであるのが好ましく、10nm〜100nmであるのがより好ましい。なお、導電性繊維は素材及び/又は平均一次粒径の点で異なる2種類以上の第1導電性粒子を含有していても良い。なお、本発明において「平均一次粒径」とは、基本的に、動的光散乱法による粒度分布計から求めた粒子の数平均粒子径を表すが、例えば、カーボンブラックなどのアグリゲートもしくはストラクチャーと呼ばれる状態を形成した粒子などの、上述の動的光散乱法による測定が難しい場合には、粒子の電子顕微鏡写真を撮影し、電子顕微鏡写真に写っている50個の粒子の直径の算術平均値を平均一次粒径とする。この場合、粒子の形状が写真上、非円形である場合には、写真上における、粒子の面積と同じ面積を有する円の直径を、粒子の直径とみなす。   The particle size of the first conductive particles is not particularly limited, but the average primary particle size is preferably 5 nm to 200 nm, and more preferably 10 nm to 100 nm. In addition, the conductive fiber may contain two or more types of first conductive particles that differ in terms of the material and / or average primary particle size. In the present invention, the “average primary particle size” basically represents the number average particle size of particles obtained from a particle size distribution meter by a dynamic light scattering method. For example, an aggregate or structure such as carbon black is used. When it is difficult to measure by the above-mentioned dynamic light scattering method, such as particles that have formed a state called, take an electron micrograph of the particle, the arithmetic average of the diameter of 50 particles in the electron micrograph The value is the average primary particle size. In this case, when the particle shape is non-circular on the photograph, the diameter of a circle having the same area as the particle area on the photograph is regarded as the particle diameter.

本発明の導電性繊維は上述のような第1導電性粒子を含有するものであるが、第1導電性粒子同士は樹脂を介して接着しているのが好ましい。このように樹脂を介して接着していることによって、導電性繊維は柔軟性に優れ、また、第1導電性粒子が脱落しにくいためである。   The conductive fiber of the present invention contains the first conductive particles as described above, but the first conductive particles are preferably bonded to each other through a resin. This is because the conductive fibers are excellent in flexibility by being bonded through the resin as described above, and the first conductive particles are not easily dropped off.

このような導電性繊維を構成できる樹脂としては、第1導電性粒子同士を接着できるものであれば良く、疎水性有機樹脂であっても、親水性有機樹脂であっても、或いはこれら樹脂の混合樹脂又は複合樹脂であっても良く、特に限定するものではない。なお、本発明の導電性繊維シートをガス拡散電極用基材として用いる場合、疎水性有機樹脂であると、フッ素系樹脂等の疎水性樹脂を含浸しなくても優れた水の透過性を示し、優れた排水性とガス拡散性を示すため好適である。また、親水性有機樹脂であると、水分を保持することができるため、低湿度下においても固体高分子膜を湿潤に保つことができ、充分な発電性能を発揮できる固体高分子形燃料電池を製造できるため好適である。特に、疎水性有機樹脂のみを含んでいると、優れた排水性とガス拡散性を示すため好適である。   The resin that can form such conductive fibers may be any resin that can adhere the first conductive particles to each other, and may be a hydrophobic organic resin, a hydrophilic organic resin, or a resin of these resins. It may be a mixed resin or a composite resin, and is not particularly limited. When the conductive fiber sheet of the present invention is used as a base material for a gas diffusion electrode, the hydrophobic organic resin exhibits excellent water permeability without being impregnated with a hydrophobic resin such as a fluorine resin. It is suitable because of its excellent drainage and gas diffusibility. In addition, since a hydrophilic organic resin can retain moisture, a solid polymer fuel cell that can keep the solid polymer membrane moist even under low humidity and can exhibit sufficient power generation performance. This is preferable because it can be manufactured. In particular, the inclusion of only a hydrophobic organic resin is preferable because it exhibits excellent drainage and gas diffusibility.

この「疎水性有機樹脂」とは、水との接触角が90°以上の有機樹脂であり、例えば、フッ素系樹脂[例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリフッ化ビニル(PVF)、ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂(PFA)、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体(FEP)、エチレン・四フッ化エチレン共重合体(ETFE)、エチレン・クロロトリフルオロエチレン共重合体(ECTFE)、フッ化ビニリデン・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(THV)、及び前記樹脂を構成する各種モノマーの共重合体]、ポリオレフィン系樹脂[例えば、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリメチルペンテン、及び前記樹脂を構成する各種モノマーの共重合体]、ポリエステル系樹脂[例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリトリメチレンテレフタレート(PTT)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリブチレンナフタレート(PBN)]などを挙げることができる。また、これらの疎水性有機樹脂は単独で用いることもできるし、2種類以上混合又は複合して使用することもできる。これらの中でも特に、フッ素系樹脂は耐熱性、耐薬品性、疎水性に優れているため好適である。   The “hydrophobic organic resin” is an organic resin having a contact angle with water of 90 ° or more. For example, a fluororesin [for example, polytetrafluoroethylene (PTFE), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), Polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinyl fluoride (PVF), perfluoroalkoxy fluororesin (PFA), tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer (FEP), ethylene / tetrafluoroethylene copolymer (ETFE) , Ethylene / chlorotrifluoroethylene copolymer (ECTFE), vinylidene fluoride / tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer (THV), and copolymers of various monomers constituting the resin], polyolefin resins [ For example, polyethylene (PE), polypropylene (PP), Copolymer of various monomers constituting the resin], polyester resin [for example, polyethylene terephthalate (PET), polytrimethylene terephthalate (PTT), polybutylene terephthalate (PBT), polyethylene naphthalate (PEN) ), Polybutylene naphthalate (PBN)] and the like. In addition, these hydrophobic organic resins can be used alone or in combination of two or more. Among these, fluororesins are particularly preferable because they are excellent in heat resistance, chemical resistance, and hydrophobicity.

他方、「親水性有機樹脂」とは、水との接触角が90°未満の有機樹脂であり、例えば、セルロース[例えば、レーヨン]、ポリアミド系樹脂[例えば、ナイロン6、ナイロン66]、アクリル系樹脂[例えば、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸]、親水性基(アミド基、カルボキシル基、水酸基、アミノ基、スルホン酸基等)を有する樹脂[例えば、親水性ポリウレタン、ポリビニルピロリドン]、ポリアクリロニトリル、酸化アクリル、ポリビニルアルコール系樹脂、ポリエチレングルコール系樹脂などを挙げることができる。また、これらの親水性有機樹脂は単独で用いることもできるし、2種類以上混合又は複合して使用することもできる。これらの中でもポリアクリロニトリルは耐熱性に優れているため好適である。なお、ポリアクリロニトリルは固体高分子膜の膨潤によっても厚さが潰れにくく、導電性繊維シートの空隙を維持できるため、本発明の導電性繊維シートをガス拡散電極用基材として用いる場合には好適である。   On the other hand, the “hydrophilic organic resin” is an organic resin having a contact angle with water of less than 90 °. For example, cellulose [for example, rayon], polyamide-based resin [for example, nylon 6, nylon 66], acrylic Resin [for example, polyacrylic acid, polymethacrylic acid], resin having a hydrophilic group (amide group, carboxyl group, hydroxyl group, amino group, sulfonic acid group, etc.) [for example, hydrophilic polyurethane, polyvinylpyrrolidone], polyacrylonitrile, Examples thereof include acrylic oxide, polyvinyl alcohol resin, and polyethylene glycol resin. Moreover, these hydrophilic organic resins can also be used independently and can also be used in mixture of 2 or more types or in combination. Among these, polyacrylonitrile is preferable because of its excellent heat resistance. Polyacrylonitrile is less likely to collapse due to swelling of the solid polymer film, and can maintain the voids of the conductive fiber sheet. Therefore, it is suitable when the conductive fiber sheet of the present invention is used as a base material for a gas diffusion electrode. It is.

なお、本発明の導電性繊維シートを剛性の必要な用途に使用する場合には、前記疎水性有機樹脂及び/又は親水性有機樹脂が熱硬化性樹脂であっても良い。また、熱硬化性樹脂に加えて硬化促進剤を含んでいても良い。例えば、本発明の導電性繊維シートをガス拡散電極用基材として使用する場合、導電性繊維シートがある程度の剛性を有することによって、固体高分子膜の膨潤及び収縮を抑制して、固体高分子膜の亀裂を防止でき、また、固体高分子膜の膨潤によってもガス拡散電極が潰れにくいため、空隙を維持でき、ガス拡散性を維持できる、という効果を奏する。   In addition, when using the electroconductive fiber sheet of this invention for the use which requires rigidity, the thermosetting resin may be sufficient as the said hydrophobic organic resin and / or hydrophilic organic resin. Further, in addition to the thermosetting resin, a curing accelerator may be included. For example, when the conductive fiber sheet of the present invention is used as a base material for a gas diffusion electrode, the conductive fiber sheet has a certain degree of rigidity, thereby suppressing the swelling and shrinkage of the solid polymer film, thereby Since the film can be prevented from cracking and the gas diffusion electrode is not easily crushed by swelling of the solid polymer film, the voids can be maintained and the gas diffusibility can be maintained.

この「熱硬化性樹脂」は特に限定するものではないが、例えば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、熱硬化ポリイミド樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂などを挙げることができる。これらの中でも、フェノール樹脂およびエポキシ樹脂は耐熱性、耐酸性に優れ、熱処理によって導電性繊維の剛性を高めることができるため好適である。なお、導電性繊維が熱硬化性樹脂を含んでいる場合、1種類の熱硬化性樹脂から構成されていても良いし、2種類以上の熱硬化性樹脂が混合又は複合されていても良いし、1種類以上の熱硬化性樹脂と1種類以上の熱可塑性疎水性有機樹脂又は熱可塑性親水性有機樹脂とが混合又は複合されていても良い。   The “thermosetting resin” is not particularly limited, and examples thereof include a phenol resin, an epoxy resin, a thermosetting polyimide resin, a melamine resin, an unsaturated polyester resin, and a diallyl phthalate resin. Among these, a phenol resin and an epoxy resin are preferable because they are excellent in heat resistance and acid resistance and can increase the rigidity of the conductive fiber by heat treatment. When the conductive fiber contains a thermosetting resin, it may be composed of one kind of thermosetting resin, or two or more kinds of thermosetting resins may be mixed or combined. One or more types of thermosetting resins and one or more types of thermoplastic hydrophobic organic resins or thermoplastic hydrophilic organic resins may be mixed or combined.

このように、本発明の導電性繊維は第1導電性粒子に加えて樹脂を含有している場合、第1導電性粒子と樹脂との質量比は特に限定するものではないが、導電性及び柔軟性に優れているように、10〜90:90〜10であるのが好ましく、20〜80:80〜20であるのがより好ましく、30〜70:70〜30であるのが更に好ましく、40〜70:60〜30であるのが更に好ましい。第1導電性粒子が10mass%よりも少ないと、導電性が不十分になる傾向があり、他方、第1導電性粒子が90mass%よりも多いと、充分な柔軟性が得られない傾向があるためである。   As described above, when the conductive fiber of the present invention contains a resin in addition to the first conductive particles, the mass ratio of the first conductive particles to the resin is not particularly limited. In order to be excellent in flexibility, it is preferably 10 to 90:90 to 10, more preferably 20 to 80:80 to 20, still more preferably 30 to 70:70 to 30, More preferably, it is 40-70: 60-30. If the first conductive particles are less than 10 mass%, the conductivity tends to be insufficient, whereas if the first conductive particles is more than 90 mass%, sufficient flexibility tends not to be obtained. Because.

本発明の導電性繊維が第1導電性粒子に加えて樹脂を含有している場合、第1導電性粒子と樹脂との位置関係は、樹脂が第1導電性粒子を接着している限り、特に限定するものではない。しかしながら、導電性繊維の外側表面にのみ第1導電性粒子が存在する状態にあると、導電性繊維内部における樹脂成分が抵抗成分となり、導電性に劣る傾向があるため、導電性繊維の内部にも第1導電性粒子が存在しているのが好ましい。また、導電性繊維間の導電性に優れているように、第1導電性粒子は導電性繊維の外側表面に露出しているのが好ましい。このように、第1導電性粒子が導電性繊維の内部及び外側表面に存在し、外側表面において第1導電性粒子が露出した導電性繊維は、例えば、樹脂と第1導電性粒子とを含む紡糸液を紡糸することによって製造できる。   When the conductive fiber of the present invention contains a resin in addition to the first conductive particles, the positional relationship between the first conductive particles and the resin is as long as the resin adheres the first conductive particles. There is no particular limitation. However, if the first conductive particles are present only on the outer surface of the conductive fiber, the resin component inside the conductive fiber becomes a resistance component and tends to be inferior in conductivity. The first conductive particles are preferably present. Moreover, it is preferable that the 1st electroconductive particle is exposed to the outer surface of an electroconductive fiber so that the electroconductivity between electroconductive fibers is excellent. As described above, the conductive fibers in which the first conductive particles are present on the inner and outer surfaces of the conductive fibers and the first conductive particles are exposed on the outer surfaces include, for example, a resin and the first conductive particles. It can be produced by spinning a spinning solution.

本発明の導電性繊維の平均繊維径は特に限定するものではないが、10nm〜10μmであるのが好ましい。平均繊維径が10μmよりも大きいと、導電性繊維間の接触点が少なく、導電性が不足しやすい傾向があり、他方、10nmよりも小さいと、導電性繊維シートの取り扱い性に劣る傾向があるためである。なお、導電性繊維の平均繊維径は第1導電性粒子が脱落しにくいように、第1導電性粒子の平均一次粒径の5倍以上であるのが好ましい。   The average fiber diameter of the conductive fiber of the present invention is not particularly limited, but is preferably 10 nm to 10 μm. When the average fiber diameter is larger than 10 μm, the number of contact points between the conductive fibers is small and the conductivity tends to be insufficient. On the other hand, when the average fiber diameter is smaller than 10 nm, the handling property of the conductive fiber sheet tends to be inferior. Because. In addition, it is preferable that the average fiber diameter of a conductive fiber is 5 times or more of the average primary particle diameter of a 1st electroconductive particle so that a 1st electroconductive particle cannot drop out easily.

本発明における「平均繊維径」とは、導電性繊維40点における繊維径の算術平均値を意味し、また、「繊維径」とは、顕微鏡写真をもとに計測した導電性繊維の長さ方向に対して直交する方向の長さをいう。なお、導電性繊維の外側表面の全体に第1導電性粒子が露出している場合には、第1導電性粒子を含めた太さを繊維径とし、導電性繊維が樹脂も含んでおり、導電性繊維の外側表面の一部においてのみ第1導電性粒子が露出している場合には、第1導電性粒子が露出していない部分における直径を繊維径とする。   The “average fiber diameter” in the present invention means an arithmetic average value of fiber diameters at 40 conductive fibers, and the “fiber diameter” means the length of the conductive fiber measured based on a micrograph. The length in the direction orthogonal to the direction. In addition, when the first conductive particles are exposed on the entire outer surface of the conductive fiber, the thickness including the first conductive particles is the fiber diameter, and the conductive fiber includes a resin, When the first conductive particles are exposed only on a part of the outer surface of the conductive fiber, the diameter of the portion where the first conductive particles are not exposed is defined as the fiber diameter.

本発明の導電性繊維は導電性に優れているように、連続繊維であるのが好ましい。なお、本発明の導電性繊維シートをガス拡散電極用基材として用いる場合には、導電性繊維の繊維端部が実質的になく、固体高分子膜を損傷しないという効果も奏する。このような連続した導電性繊維は、例えば、静電紡糸法又はスパンボンド法により製造することができる。なお、「連続繊維」とは、導電性繊維シートの5,000倍の電子顕微鏡写真を撮影した場合に、導電性繊維の端部を確認できないことを意味する。   The conductive fiber of the present invention is preferably a continuous fiber so as to be excellent in conductivity. In addition, when using the electroconductive fiber sheet of this invention as a base material for gas diffusion electrodes, there exists an effect that there is substantially no fiber edge part of electroconductive fiber and a solid polymer film is not damaged. Such continuous conductive fibers can be produced, for example, by an electrostatic spinning method or a spunbond method. Note that “continuous fiber” means that the end of the conductive fiber cannot be confirmed when a 5,000-fold electron micrograph of the conductive fiber sheet is taken.

本発明の導電性繊維シートは、前述のような導電性繊維に加えて、導電性繊維の外部に第2導電性粒子を含有しているため、導電性に優れる繊維シートである。つまり、第2導電性粒子が導電性繊維の外部に存在していることによって、第2導電性粒子と第1導電性粒子及び/又は別の第2導電性粒子との接触機会が増え、導電パスが多く形成されているため、電気抵抗の低い導電性繊維シ−トである。なお、この「外部に」とは、第2導電性粒子が導電性繊維を構成しておらず、導電性繊維とは別の材料として存在していることを意味する。   The conductive fiber sheet of the present invention is a fiber sheet excellent in conductivity because it contains the second conductive particles outside the conductive fiber in addition to the conductive fiber as described above. In other words, the presence of the second conductive particles outside the conductive fiber increases the chances of contact between the second conductive particles and the first conductive particles and / or other second conductive particles. Since many paths are formed, the conductive fiber sheet has a low electrical resistance. Note that “externally” means that the second conductive particles do not constitute conductive fibers and exist as a material different from the conductive fibers.

この第2導電性粒子としては、導電性繊維を構成する第1導電性粒子と同様の導電性粒子であることができる。つまり、第2導電性粒子は、例えば、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバーなどのカーボン系粒子、金属粒子、金属酸化物粒子などであることができる。これらの中でもカーボン系粒子は耐薬品性、導電性及び分散性の点から好適であり、特に、カーボンブラックが好ましい。形状は、例えば、球状(略球状や真球状)、繊維状、針状(例えば、テトラポット状など)、平板状、多面体形状、羽毛状、不定形形状であることができ、中空であっても、中実であっても良い。なお、第2導電性粒子の平均一次粒径は5nm〜200nmであるのが好ましく、10nm〜100nmであるのがより好ましい。なお、素材及び/又は平均一次粒径の点で異なる2種類以上の第2導電性粒子を含有していても良い。また、第2導電性粒子は第1導電性粒子と同じであっても良いし、素材及び/又は平均一次粒径の点で異なっていても良い。   As this 2nd electroconductive particle, the electroconductive particle similar to the 1st electroconductive particle which comprises electroconductive fiber can be used. That is, the second conductive particles can be, for example, carbon-based particles such as carbon black, carbon nanotubes, and carbon nanofibers, metal particles, metal oxide particles, and the like. Among these, carbon-based particles are preferable from the viewpoint of chemical resistance, conductivity and dispersibility, and carbon black is particularly preferable. The shape can be, for example, spherical (substantially spherical or true spherical), fibrous, needle-like (for example, tetrapot-like), flat plate shape, polyhedral shape, feather shape, irregular shape, and hollow. Can also be solid. The average primary particle size of the second conductive particles is preferably 5 nm to 200 nm, and more preferably 10 nm to 100 nm. In addition, you may contain 2 or more types of 2nd electroconductive particle which differs in the point of a raw material and / or an average primary particle size. The second conductive particles may be the same as the first conductive particles, or may be different in terms of the material and / or the average primary particle size.

なお、導電性繊維と第2導電性粒子との質量比率は特に限定するものではないが、1〜99:99〜1であるのが好ましく、10〜90:90〜10であるのがより好ましく、30〜85:70〜15であるのが更に好ましく、50〜80:50〜20であるのが更に好ましい。第2導電性粒子の質量比率が99mass%を上回ると、第2導電性粒子のみの領域が形成され、第2導電性粒子が脱落しやすくなるなど、導電性繊維シートの取り扱い性が悪くなる傾向があり、第2導電性粒子の質量比率が1mass%を下回ると、電気抵抗が高くなり、導電性の向上が不十分になる傾向にあるためである。   The mass ratio of the conductive fibers and the second conductive particles is not particularly limited, but is preferably 1 to 99:99 to 1, more preferably 10 to 90:90 to 10. 30 to 85:70 to 15 is more preferable, and 50 to 80:50 to 20 is more preferable. When the mass ratio of the second conductive particles exceeds 99 mass%, the area of only the second conductive particles is formed, and the second conductive particles tend to fall off, and the handleability of the conductive fiber sheet tends to deteriorate. This is because if the mass ratio of the second conductive particles is less than 1 mass%, the electrical resistance increases and the conductivity tends to be insufficient.

この第2導電性粒子はどのように存在していても良いが、導電性繊維と第2導電性粒子とが混在する領域を有するように存在しているのが好ましい。このように導電性繊維と第2導電性粒子とが混在していると、導電性繊維間の導電性を高めることができ、電気抵抗の低い導電性繊維シートであることができるためである。また、第2導電性粒子が導電性繊維間に存在することによって、導電性繊維シートの空隙を確保し、導電性繊維シートの空隙を有効に利用できるという効果も奏する。特に、導電性繊維と第2導電性粒子とが混在する領域のみからなり、第2導電性粒子のみからなる領域が存在しない場合には、第2導電性粒子が脱落しにくいため好適である。   The second conductive particles may be present in any way, but preferably exist so as to have a region where the conductive fibers and the second conductive particles are mixed. This is because when the conductive fibers and the second conductive particles are mixed, the conductivity between the conductive fibers can be increased, and the conductive fiber sheet can have a low electric resistance. In addition, since the second conductive particles are present between the conductive fibers, the voids of the conductive fiber sheet are secured, and the voids of the conductive fiber sheet can be effectively used. In particular, when the conductive fiber and the second conductive particles are mixed only and there is no region including only the second conductive particles, it is preferable because the second conductive particles are difficult to drop off.

或いは、導電性繊維を含まない領域を有しないように、第2導電性粒子が存在しているのが好ましい。つまり、導電性繊維と第2導電性粒子との混在領域のみからなるか、混在領域に加えて、導電性繊維のみからなる領域を有すると、第2導電性粒子のみからなる領域が存在していないため、第2導電性粒子が脱落しにくいためである。   Or it is preferable that the 2nd electroconductive particle exists so that it may not have the area | region which does not contain electroconductive fiber. In other words, if there is only a mixed region of conductive fibers and second conductive particles, or if there is a region consisting only of conductive fibers in addition to the mixed region, there is a region consisting only of the second conductive particles. This is because the second conductive particles are less likely to fall off.

なお、この混在する領域はどのように存在していても良いが、一般的に導電性繊維は導電性繊維シートの面方向に配向しており、導電性繊維シートの厚さ方向における導電性が不足しやすいため、混在する領域は導電性繊維シートの厚さ方向において存在し、厚さ方向における導電性に優れているのが好ましい。しかしながら、面方向において存在していても良い。なお、面方向、厚さ方向のいずれの方向においても、導電性繊維と第2導電性粒子とが混在する領域のみからなると、面方向、厚さ方向のいずれの方向における導電性にも優れているため、特に好適である。   The mixed region may exist in any way, but generally the conductive fibers are oriented in the surface direction of the conductive fiber sheet, and the conductivity in the thickness direction of the conductive fiber sheet is low. Since it tends to be insufficient, the mixed region exists in the thickness direction of the conductive fiber sheet, and it is preferable that the conductivity in the thickness direction is excellent. However, it may exist in the surface direction. In both the surface direction and the thickness direction, if the conductive fiber and the second conductive particles are mixed only, the conductivity in either the surface direction or the thickness direction is excellent. Therefore, it is particularly suitable.

しかしながら、面方向及び/又は厚さ方向における、1%以上が混在する領域であれば、第2導電性粒子が存在していることによって、導電性に優れている。このように、一部のみが混在する領域である場合、どこの領域が混在する領域であっても良い。例えば、厚さ方向における一部のみが混在する領域である場合、導電性繊維シートの片表面を含む領域が混在する領域であっても良いし、両表面の間に混在する領域が存在していても良い。   However, if the region contains 1% or more in the plane direction and / or the thickness direction, the second conductive particles are present, so that the conductivity is excellent. Thus, when it is an area where only a part is mixed, any area may be mixed. For example, in a case where only a part in the thickness direction is mixed, a region including one surface of the conductive fiber sheet may be mixed, or there is a mixed region between both surfaces. May be.

このように、混在する領域が導電性繊維シートの一部にのみ存在している場合、その残余領域は導電性繊維のみからなる領域、第2導電性粒子のみからなる領域、導電性繊維と第2導電性粒子以外の繊維又は粒子からなる領域、或いは、第2導電性粒子と導電性繊維以外の繊維又は粒子からなる領域、であることができる。   Thus, when the mixed region exists only in a part of the conductive fiber sheet, the remaining region is a region made of only the conductive fiber, a region made of only the second conductive particles, the conductive fiber and the first one. It can be a region composed of fibers or particles other than the two conductive particles, or a region composed of fibers or particles other than the second conductive particles and the conductive fibers.

なお、導電性繊維シートが部分的に混在する領域を有する場合、その数は1ヶ所である必要はなく、2ヶ所以上であっても良い。2ヶ所以上の混在する領域を有する場合、導電性繊維と第2導電性粒子との混在質量比率、混在状態等は同じであっても、異なっていても良い。   In addition, when it has the area | region where a conductive fiber sheet is mixed partially, the number does not need to be one place and may be two or more places. In the case of having two or more mixed regions, the mixed mass ratio and mixed state of the conductive fibers and the second conductive particles may be the same or different.

また、混在する領域が導電性繊維シートの面方向における一部にのみ存在している場合、混在する領域は千鳥状、格子の交点状に、規則正しく存在していても良いし、ランダムに存在していても良い。しかしながら、規則正しく混在する領域が存在している方が、導電性の均一性に優れているため好適である。   In addition, when the mixed region exists only in a part in the surface direction of the conductive fiber sheet, the mixed region may be regularly present in a staggered pattern, a lattice intersection, or randomly. May be. However, it is preferable that there is a region where regularly mixed regions exist because of excellent conductivity uniformity.

更に、導電性繊維間に第2導電性粒子を含む皮膜が形成されていないのが好ましい。導電性繊維間に第2導電性粒子を含む皮膜が形成されていなければ、導電性繊維シートの有する空隙を有効に利用することができるためである。つまり、導電性繊維間に第2導電性粒子を含む皮膜が形成されていると、その皮膜の近傍における導電性繊維シートの空隙を有効に利用できない傾向があるが、第2導電性粒子を含む皮膜が形成されていなければ、導電性繊維シートの有する空隙を有効に利用することができるためである。このように、「第2導電性粒子を含む皮膜を形成していない」状態としては、例えば、第2導電性粒子が個々の一次粒子の状態、一次粒子が凝集した二次粒子の状態で、点的、線的又は面的に、隣接する導電性繊維間を埋めることなく、導電性繊維と接着又は付着した状態にある。なお、第2導電性粒子は導電性繊維表面に接着又は付着した状態にあっても良いし、導電性繊維内部にめり込んで接着又は付着した状態にあっても良い。   Furthermore, it is preferable that a film containing the second conductive particles is not formed between the conductive fibers. This is because if the coating film containing the second conductive particles is not formed between the conductive fibers, the voids of the conductive fiber sheet can be used effectively. That is, when a film containing the second conductive particles is formed between the conductive fibers, there is a tendency that the voids of the conductive fiber sheet in the vicinity of the film cannot be effectively used, but the second conductive particles are included. This is because if the film is not formed, the voids of the conductive fiber sheet can be used effectively. Thus, as the state of “not forming a film containing second conductive particles”, for example, the second conductive particles are in the state of individual primary particles, the state of secondary particles in which the primary particles are aggregated, It is in a state of being bonded or adhered to the conductive fibers without filling between adjacent conductive fibers in terms of dots, lines or surfaces. In addition, the 2nd electroconductive particle may be in the state which adhere | attached or adhered to the surface of electroconductive fiber, and may be in the state which was sunk into the inside of electroconductive fiber, and was adhered or adhered.

なお、第2導電性粒子は脱落しにくく、また、導電性繊維が柔軟で、結果として、導電性繊維シートが柔軟であるように、樹脂を介して接着しているのが好ましい。このように導電性繊維シートが柔軟であることによって、導電性繊維シートの使用用途に制限が生じにくいという効果を奏する。例えば、導電性繊維シートをガス拡散電極用基材として使用したとしても、固体高分子膜を損傷しにくいという効果を奏する。   In addition, it is preferable that the second conductive particles are bonded via a resin so that the second conductive particles do not easily fall off and the conductive fibers are flexible, and as a result, the conductive fiber sheet is flexible. Thus, when a conductive fiber sheet is flexible, there exists an effect that it is hard to produce a restriction | limiting in the use use of a conductive fiber sheet. For example, even when a conductive fiber sheet is used as a base material for a gas diffusion electrode, there is an effect that the solid polymer film is hardly damaged.

この第2導電性粒子を導電性繊維に接着する樹脂としては、第1導電性粒子同士の接着に関与する樹脂(以下、「第1有機樹脂」と表記することがある)であっても良いし、第1導電性粒子同士の接着に関与する樹脂とは別の樹脂(以下、「第2有機樹脂」と表記することがある)であっても良いが、第1導電性粒子同士の接着に関与する樹脂であると、導電性を低下させにくいため好適である。なお、第2導電性粒子が樹脂を介して導電性繊維に接着している場合であっても、第2導電性粒子は導電性繊維間に皮膜を形成することなく、接着しているのが好ましい。   The resin for adhering the second conductive particles to the conductive fibers may be a resin involved in adhesion between the first conductive particles (hereinafter, sometimes referred to as “first organic resin”). However, it may be a resin different from the resin involved in the adhesion between the first conductive particles (hereinafter sometimes referred to as “second organic resin”), but the adhesion between the first conductive particles. It is preferable that the resin is involved in the above because it is difficult to lower the conductivity. Even when the second conductive particles are bonded to the conductive fibers through the resin, the second conductive particles are bonded without forming a film between the conductive fibers. preferable.

なお、第2導電性粒子が第2有機樹脂で接着している場合、第2有機樹脂は第1有機樹脂と同様の疎水性有機樹脂、親水性有機樹脂、熱硬化性の疎水性有機樹脂、及び/又は熱硬化性の親水性有機樹脂であることができる。   When the second conductive particles are bonded with the second organic resin, the second organic resin is the same hydrophobic organic resin as the first organic resin, a hydrophilic organic resin, a thermosetting hydrophobic organic resin, And / or a thermosetting hydrophilic organic resin.

本発明の導電性繊維シートは導電性繊維に加えて、第2導電性粒子を含有するものであるが、導電性繊維シートにおける導電性繊維と第2導電性粒子の総量は、導電性に優れているように、導電性繊維シート全体の10mass%以上であるのが好ましく、50mass%以上であるのがより好ましく、70mass%以上であるのが更に好ましく、90mass%以上であるのが更に好ましく、導電性繊維と第2導電性粒子のみから構成されているのが最も好ましい。   The conductive fiber sheet of the present invention contains the second conductive particles in addition to the conductive fibers, but the total amount of the conductive fibers and the second conductive particles in the conductive fiber sheet is excellent in conductivity. As described above, it is preferably 10% by mass or more of the entire conductive fiber sheet, more preferably 50% by mass or more, further preferably 70% by mass or more, and further preferably 90% by mass or more. Most preferably, it is composed only of conductive fibers and second conductive particles.

なお、本発明の導電性繊維シートを構成する導電性繊維と第2導電性粒子以外の材料として、第1有機樹脂を1種類又は2種類以上含む有機樹脂繊維を含んでいることができる。また、導電性粒子以外にも、例えば、無機粒子(例えば、二酸化マンガン、酸化鉄、酸化銅、酸化ニッケル、酸化コバルト、酸化亜鉛、チタン含有酸化物、ゼオライト、触媒担持セラミックス、シリカなど)、イオン交換樹脂粉体、植物の種子などの非導電性材料を含んでいることができる。   In addition, as a material other than the conductive fiber and the second conductive particle constituting the conductive fiber sheet of the present invention, an organic resin fiber containing one kind or two or more kinds of the first organic resin can be included. In addition to the conductive particles, for example, inorganic particles (for example, manganese dioxide, iron oxide, copper oxide, nickel oxide, cobalt oxide, zinc oxide, titanium-containing oxide, zeolite, catalyst-supporting ceramics, silica, etc.), ions Non-conductive materials such as exchange resin powders and plant seeds can be included.

本発明の導電性繊維シートを構成する導電性繊維同士はどのようにして結合していても良い。例えば、絡合、溶媒による第1有機樹脂の可塑化による結合、又は熱による第1有機樹脂の融着による結合、或いはこれらの併用によって結合していても良い。   The conductive fibers constituting the conductive fiber sheet of the present invention may be bonded together in any way. For example, they may be bonded by entanglement, bonding by plasticizing the first organic resin with a solvent, bonding by fusing the first organic resin by heat, or a combination thereof.

本発明の導電性繊維シートは導電性繊維シートの空隙を有効に利用できるように、空隙率にして20%以上の多孔性を有するのが好ましく、30%以上の多孔性を有するのがより好ましく、50%以上の多孔性を有するのが更に好ましい。なお、空隙率の上限は特に限定するものではないが、形態安定性の点から99%以下であるのが好ましい。この空隙率P(単位:%)は次の式から得られる値をいう。
P=100−(Fr1+Fr2+・・+Frn)
ここで、Frnは導電性繊維シートを構成する成分nの充填率(単位:%)を示し、次の式から得られる値をいう。
Frn=[M×Prn/(T×SGn)]×100
ここで、Mは導電性繊維シートの目付(単位:g/cm)、Tは導電性繊維シートの厚さ(cm)、Prnは導電性繊維シートにおける成分n(例えば、第1導電性粒子、第1有機樹脂、第2導電性粒子など)の存在質量比率、SGnは成分nの比重(単位:g/cm)をそれぞれ意味する。
The conductive fiber sheet of the present invention preferably has a porosity of 20% or more, more preferably a porosity of 30% or more so that the voids of the conductive fiber sheet can be used effectively. More preferably, it has a porosity of 50% or more. The upper limit of the porosity is not particularly limited, but is preferably 99% or less from the viewpoint of form stability. The porosity P (unit:%) is a value obtained from the following formula.
P = 100- (Fr1 + Fr2 + .. + Frn)
Here, Frn shows the filling rate (unit:%) of the component n which comprises an electroconductive fiber sheet, and says the value obtained from the following formula | equation.
Frn = [M × Prn / (T × SGn)] × 100
Here, M is the basis weight of the conductive fiber sheet (unit: g / cm 2 ), T is the thickness (cm) of the conductive fiber sheet, and Prn is the component n in the conductive fiber sheet (for example, the first conductive particles). , First organic resin, second conductive particles, and the like), SGn means specific gravity (unit: g / cm 3 ) of component n.

本発明の導電性繊維シートの目付は特に限定するものではないが、ある程度の導電性繊維量があり、導電性に優れるように、また、取り扱い性及び生産性の点から、0.1〜200g/mであるのが好ましく、0.3〜100g/mであるのがより好ましく、0.5〜50g/mであるのが更に好ましい。また、厚さも特に限定するものではないが、1〜1000μmであるのが好ましく、5〜500μmであるのがより好ましく、10〜400μmであるのが更に好ましく、10〜300μmであるのが更に好ましい。 The basis weight of the conductive fiber sheet of the present invention is not particularly limited, but it has a certain amount of conductive fiber, is excellent in conductivity, and is 0.1 to 200 g from the viewpoint of handleability and productivity. / m is preferably from 2, more preferably from 0.3~100G / m 2, and even more preferably 0.5 to 50 g / m 2. Also, the thickness is not particularly limited, but is preferably 1 to 1000 μm, more preferably 5 to 500 μm, still more preferably 10 to 400 μm, and further preferably 10 to 300 μm. .

本発明における「目付」は、10cm角の導電性繊維シートの質量を測定し、1mの大きさの質量に換算した値をいい、「厚さ」はシックネスゲージ((株)ミツトヨ製:コードNo.547−401:測定力3.5N以下)を用いて測定した値をいう。 “Weight” in the present invention refers to a value obtained by measuring the mass of a 10 cm square conductive fiber sheet and converting it to a mass of 1 m 2. “Thickness” is a thickness gauge (manufactured by Mitutoyo Corporation: cord) No. 547-401: Measurement force 3.5N or less).

本発明の導電性繊維シートは電気抵抗の低いものであるため、導電性を必要とする用途に好適に使用することができる。例えば、燃料電池用のガス拡散電極用基材として、また、電気二重層キャパシタの電極として、或いは、リチウムイオン二次電池の電極として好適に使用できる。   Since the conductive fiber sheet of the present invention has a low electrical resistance, it can be suitably used for applications that require electrical conductivity. For example, it can be suitably used as a gas diffusion electrode substrate for a fuel cell, as an electrode for an electric double layer capacitor, or as an electrode for a lithium ion secondary battery.

特に本発明の導電性繊維シートをガス拡散電極用基材として使用すると、電気抵抗が低く、充分な発電性能を発揮できる固体高分子形燃料電池を製造することができる。なお、導電性繊維シートは多孔性であるため、ガス拡散電極用基材(導電性繊維シート)の空隙に何も充填されていない場合には、ガス拡散電極用基材(導電性繊維シート)の厚さ方向及び面方向への排水性に優れているとともに、供給したガスの拡散性に優れている。   In particular, when the conductive fiber sheet of the present invention is used as a base material for a gas diffusion electrode, it is possible to produce a polymer electrolyte fuel cell having a low electric resistance and exhibiting sufficient power generation performance. In addition, since the conductive fiber sheet is porous, the gas diffusion electrode base material (conductive fiber sheet) is not filled in the space of the gas diffusion electrode base material (conductive fiber sheet). In addition to being excellent in drainage in the thickness direction and surface direction, it is excellent in diffusibility of the supplied gas.

なお、ガス拡散電極用基材(導電性繊維シート)の空隙に、フッ素系樹脂及び/又はカーボンを含んでいても良い。前者のフッ素系樹脂を含有していることによって、液水が押し出されやすいため、排水性に優れている。また、後者のカーボンを含有していることによって、更に導電性を高めることができる。   In addition, the fluorine resin and / or carbon may be included in the gaps of the gas diffusion electrode substrate (conductive fiber sheet). Since the former fluorine-based resin is contained, liquid water is easily pushed out, so that drainage is excellent. Moreover, electroconductivity can further be improved by containing the latter carbon.

このフッ素系樹脂としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリフッ化ビニル(PVF)、ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂(PFA)、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体(FEP)、エチレン・四フッ化エチレン共重合体(ETFE)、エチレン・クロロトリフルオロエチレン共重合体(ECTFE)、フッ化ビニリデン・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、及び前記樹脂を構成する各種モノマーの共重合体、などを挙げることができる。   Examples of the fluororesin include polytetrafluoroethylene (PTFE), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinyl fluoride (PVF), perfluoroalkoxy fluororesin (PFA), tetrafluoroethylene. Ethylene / hexafluoropropylene copolymer (FEP), ethylene / tetrafluoroethylene copolymer (ETFE), ethylene / chlorotrifluoroethylene copolymer (ECTFE), vinylidene fluoride / tetrafluoroethylene / hexafluoro Examples thereof include a propylene copolymer and a copolymer of various monomers constituting the resin.

また、カーボンとしては、例えば、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバーなどを挙げることができる。   Examples of carbon include carbon black, carbon nanotube, and carbon nanofiber.

本発明のガス拡散電極は、前記導電性繊維シートに触媒が担持されているため、電気抵抗が低く、充分な発電性能を発揮できる固体高分子形燃料電池を製造できるものである。また、本発明のガス拡散電極は、導電性繊維及び/又は第2導電性粒子の表面に触媒が担持され、触媒同士の接触による電子伝導だけではなく、導電性繊維及び/又は第2導電性粒子による電子伝導パスも形成されているため、電子伝導パスから孤立した触媒が少ない。そのため、効率的に触媒を利用でき、触媒量を少なくできるという効果も奏する。   The gas diffusion electrode of the present invention can produce a polymer electrolyte fuel cell having a low electrical resistance and sufficient power generation performance because a catalyst is supported on the conductive fiber sheet. In the gas diffusion electrode of the present invention, the catalyst is supported on the surface of the conductive fiber and / or the second conductive particles, and not only the electron conduction by the contact between the catalysts but also the conductive fiber and / or the second conductive property. Since the electron conduction path is also formed by particles, there are few catalysts isolated from the electron conduction path. As a result, the catalyst can be used efficiently and the amount of catalyst can be reduced.

本発明のガス拡散電極は上述のような導電性繊維シートをガス拡散電極用基材としていること以外は、従来のガス拡散電極と全く同様の構造を有する。例えば、触媒としては、白金、白金合金、パラジウム、パラジウム合金、チタン、マンガン、マグネシウム、ランタン、バナジウム、ジルコニウム、イリジウム、ロジウム、ルテニウム、金、ニッケル−ランタン合金、チタン−鉄合金などであることができ、これらから選ばれる1種類以上の触媒を担持していることができる。   The gas diffusion electrode of the present invention has the same structure as a conventional gas diffusion electrode except that the conductive fiber sheet as described above is used as a base for a gas diffusion electrode. For example, the catalyst may be platinum, platinum alloy, palladium, palladium alloy, titanium, manganese, magnesium, lanthanum, vanadium, zirconium, iridium, rhodium, ruthenium, gold, nickel-lanthanum alloy, titanium-iron alloy, or the like. It is possible to carry one or more kinds of catalysts selected from these.

なお、触媒以外にも、電子伝導体及びプロトン伝導体を含んでいるのが好ましく、電子伝導体として、カーボンブラック等の第1導電性粒子と同様の導電性粒子が好適であり、触媒はこの電子伝導体(導電性粒子)に担持されていても良い。また、プロトン伝導体としては、イオン交換樹脂が好適である。   In addition to the catalyst, it is preferable to include an electron conductor and a proton conductor. As the electron conductor, conductive particles similar to the first conductive particles such as carbon black are suitable. It may be carried on an electron conductor (conductive particles). Moreover, an ion exchange resin is suitable as the proton conductor.

このようなガス拡散電極は、例えば、次の方法で作製できる。まず、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、エチレングリコールジメチルエーテルなどからなる単一あるいは混合溶媒中に、触媒(例えば、白金などの触媒を担持したカーボン粉末)を加えて混合し、これにイオン交換樹脂溶液を加え、超音波分散等で均一に混合して触媒分散懸濁液とする。そして、前述のような導電性繊維シートに、前記触媒分散懸濁液をコーティング、或いは散布し、これを乾燥して、ガス拡散電極を製造することができる。   Such a gas diffusion electrode can be manufactured by the following method, for example. First, a catalyst (for example, carbon powder carrying a catalyst such as platinum) is added and mixed in a single or mixed solvent composed of ethyl alcohol, propyl alcohol, butyl alcohol, ethylene glycol dimethyl ether, etc., and this is mixed with an ion exchange resin. The solution is added and mixed uniformly by ultrasonic dispersion or the like to obtain a catalyst dispersion suspension. Then, the catalyst dispersion suspension can be coated or dispersed on the conductive fiber sheet as described above, and dried to produce a gas diffusion electrode.

本発明の膜−電極接合体は前述のようなガス拡散電極を備えているため、電気抵抗が低く、充分な発電性能を発揮できる固体高分子形燃料電池を製造できるものである。   Since the membrane-electrode assembly of the present invention includes the gas diffusion electrode as described above, a polymer electrolyte fuel cell having a low electric resistance and exhibiting sufficient power generation performance can be produced.

本発明の膜−電極接合体は前述のようなガス拡散電極を備えていること以外は、従来の膜−電極接合体と全く同様であることができる。例えば、固体高分子膜としては、パーフルオロカーボンスルホン酸系樹脂膜、スルホン化芳香族炭化水素系樹脂膜、アルキルスルホン化芳香族炭化水素系樹脂膜などを用いることができる。   The membrane-electrode assembly of the present invention can be exactly the same as the conventional membrane-electrode assembly except that it includes the gas diffusion electrode as described above. For example, as the solid polymer film, a perfluorocarbon sulfonic acid resin film, a sulfonated aromatic hydrocarbon resin film, an alkylsulfonated aromatic hydrocarbon resin film, or the like can be used.

このような膜−電極接合体は、例えば、一対のガス拡散電極のそれぞれの触媒担持面の間に固体高分子膜を挟み、熱プレスすることによって接合して製造できる。また、前述のような触媒分散懸濁液を支持体に塗布して触媒層を形成した後、この触媒層を固体高分子膜に転写し、その後、触媒層に前述のような導電性繊維シートが当接するように積層し、熱プレスする方法によっても製造できる。   Such a membrane-electrode assembly can be manufactured, for example, by sandwiching a solid polymer membrane between the catalyst support surfaces of a pair of gas diffusion electrodes and hot pressing. Further, after applying the catalyst dispersion suspension as described above to a support to form a catalyst layer, this catalyst layer is transferred to a solid polymer film, and then the conductive fiber sheet as described above is applied to the catalyst layer. Can be manufactured also by a method of laminating so as to abut and hot pressing.

本発明の固体高分子形燃料電池は、前記ガス拡散電極を備えているため、電気抵抗が低く、充分な発電性能を発揮できる固体高分子形燃料電池である。   Since the polymer electrolyte fuel cell of the present invention includes the gas diffusion electrode, the polymer electrolyte fuel cell has a low electric resistance and can exhibit sufficient power generation performance.

本発明の燃料電池は前述のようなガス拡散電極を備えていること以外は、従来の燃料電池と全く同様であることができる。例えば、前述のような膜−電極接合体を1対のバイポーラプレートで挟んだセル単位を複数積層した構造からなり、例えば、セル単位を複数積層し、固定して製造できる。   The fuel cell of the present invention can be exactly the same as a conventional fuel cell except that it includes the gas diffusion electrode as described above. For example, it has a structure in which a plurality of cell units sandwiching a membrane-electrode assembly as described above between a pair of bipolar plates are stacked. For example, a plurality of cell units can be stacked and fixed.

なお、バイポーラプレートとしては、導電性が高く、ガスを透過せず、ガス拡散電極にガスを供給できる流路を有するものであれば良く、特に限定するものではないが、例えば、カーボン成形材料、カーボン−樹脂複合材料、金属材料などを用いることができる。   The bipolar plate is not particularly limited as long as the bipolar plate has high conductivity, does not transmit gas, and has a flow path capable of supplying gas to the gas diffusion electrode. A carbon-resin composite material, a metal material, or the like can be used.

本発明の導電性繊維シートは、例えば、第1導電性粒子を含有する紡糸液から紡糸した導電性繊維を集積する前又は集積した後に、第2導電性粒子を供給することによって製造することができる。   The conductive fiber sheet of the present invention can be produced, for example, by supplying the second conductive particles before or after collecting the conductive fibers spun from the spinning solution containing the first conductive particles. it can.

より具体的には、まず、第1導電性粒子を含有する紡糸液を調製する。前述の通り、第1導電性粒子としては、カーボンブラックであるのが好ましい。なお、前述の通り、導電性繊維を構成する第1導電性粒子同士は第1有機樹脂を介して接着しているのが好ましいため、紡糸液中に、前述のような第1有機樹脂を含んでいるのが好ましい。また、第1導電性粒子同士が第1有機樹脂を介して接着している場合、第1導電性粒子量は紡糸液全体の固形分の10〜90mass%であるのが好ましく、20〜80mass%であるのがより好ましく、30〜70mass%であるのが更に好ましく、40〜70mass%であるのが更に好ましい。   More specifically, first, a spinning solution containing the first conductive particles is prepared. As described above, the first conductive particles are preferably carbon black. As described above, since the first conductive particles constituting the conductive fiber are preferably bonded to each other via the first organic resin, the spinning solution contains the first organic resin as described above. It is preferable. When the first conductive particles are bonded to each other through the first organic resin, the amount of the first conductive particles is preferably 10 to 90 mass% of the solid content of the entire spinning solution, and is preferably 20 to 80 mass%. It is more preferable that it is 30-70 mass%, and it is still more preferable that it is 40-70 mass%.

なお、紡糸液が第1有機樹脂を含む場合、紡糸液は溶媒に第1有機樹脂を溶解させるとともに、第1導電性粒子を分散させたものであっても良いし、溶媒に第1有機樹脂及び第1導電性粒子を分散させたものであっても良いし、或いは、第1有機樹脂を溶融させるとともに、第1有機樹脂の融液中に第1導電性粒子を分散させたものであっても良い。なお、溶媒に第1有機樹脂を溶解させる場合、溶媒は第1有機樹脂を溶解させることのできるものであれば良く、特に限定するものではない。   When the spinning solution contains the first organic resin, the spinning solution may be one in which the first organic resin is dissolved in the solvent and the first conductive particles are dispersed, or the first organic resin is contained in the solvent. The first conductive particles may be dispersed, or the first organic resin may be melted and the first conductive particles may be dispersed in the melt of the first organic resin. May be. When the first organic resin is dissolved in the solvent, the solvent is not particularly limited as long as it can dissolve the first organic resin.

溶媒に第1有機樹脂を溶解させる場合、紡糸液における固形分濃度は特に限定するものではないが、1〜50mass%であるのが好ましく、5〜30mass%であるのがより好ましい。1mass%を下回ると、紡糸性が極端に低下し、50mass%を上回ると、紡糸が不安定になる傾向があるためである。   When the first organic resin is dissolved in the solvent, the solid content concentration in the spinning solution is not particularly limited, but is preferably 1 to 50 mass%, and more preferably 5 to 30 mass%. This is because if it is less than 1 mass%, the spinnability is extremely lowered, and if it exceeds 50 mass%, the spinning tends to become unstable.

一方で、第2導電性粒子を用意する。前述の通り、第2導電性粒子としては、カーボンブラックであるのが好ましい。なお、第2導電性粒子を含む分散液を噴霧して第2導電性粒子を供給すると、導電性繊維間に第2導電性粒子を含む皮膜のない導電性繊維シートを製造しやすいため、第2導電性粒子の分散液を調製するのが好ましい。   On the other hand, 2nd electroconductive particle is prepared. As described above, the second conductive particles are preferably carbon black. In addition, since the dispersion liquid containing the second conductive particles is sprayed to supply the second conductive particles, it is easy to produce a conductive fiber sheet without a film containing the second conductive particles between the conductive fibers. It is preferable to prepare a dispersion of two conductive particles.

なお、後述のように、分散液を、電荷を有する液滴に断片化して噴霧するのが好ましいが、第2導電性粒子のみを分散させた分散液は、電荷を有する液滴に断片化しにくい傾向があるため、第2導電性粒子に加えて、第2有機樹脂を含む分散液を調製し、電荷を有する液滴に断片化しやすくするのが好ましい。このような第2有機樹脂を含む分散液を調製する場合、分散液を、電荷を有する液滴に断片化できる限り、第2導電性粒子量は特に限定するものではないが、第2導電性粒子の導電性を損なわないように、第2導電性粒子量が第2導電性粒子と第2有機樹脂の固形分総量の30〜99mass%となるように調製するのが好ましく、60〜99mass%となるように調製するのがより好ましく、90〜99mass%となるように調製するのが更に好ましい。このように、第2有機樹脂を含む分散液において、抵抗成分である第2有機樹脂量が少なくて済み(場合によっては、第2有機樹脂を含まなくても良い)、第2導電性粒子と第1導電性粒子及び/又は別の第2導電性粒子との導電性が阻害されにくいため、導電性に優れる繊維シート、つまり電気抵抗の低い導電性繊維シ−トを製造しやすい。   As will be described later, it is preferable that the dispersion liquid is fragmented and sprayed into charged droplets. However, a dispersion liquid in which only the second conductive particles are dispersed is difficult to fragment into charged droplets. Since there is a tendency, it is preferable to prepare a dispersion liquid containing the second organic resin in addition to the second conductive particles so that the liquid droplets are easily fragmented. When preparing such a dispersion containing the second organic resin, the amount of the second conductive particles is not particularly limited as long as the dispersion can be fragmented into charged droplets. In order not to impair the conductivity of the particles, the amount of the second conductive particles is preferably adjusted to be 30 to 99 mass% of the total solid content of the second conductive particles and the second organic resin, and preferably 60 to 99 mass%. It is more preferable to prepare so that it may become, and it is still more preferable to prepare so that it may become 90-99 mass%. Thus, in the dispersion containing the second organic resin, the amount of the second organic resin that is a resistance component is small (in some cases, the second organic resin may not be included), and the second conductive particles and Since the conductivity with the first conductive particles and / or the other second conductive particles is hardly hindered, it is easy to produce a fiber sheet excellent in conductivity, that is, a conductive fiber sheet with low electrical resistance.

このように第2有機樹脂を含む分散液を調製する場合、分散液における溶媒は第2有機樹脂を溶解させることができるもの、又は第2有機樹脂を分散させることのできるものであれば良く、特に限定するものではない。なお、分散液が第2有機樹脂を含む場合、分散液は第2導電性粒子を第2有機樹脂の融液中に分散させたものであっても良い。   Thus, when preparing the dispersion liquid containing the second organic resin, the solvent in the dispersion liquid may be any solvent that can dissolve the second organic resin or that can disperse the second organic resin. There is no particular limitation. In addition, when a dispersion liquid contains 2nd organic resin, the dispersion liquid may disperse | distribute 2nd electroconductive particle in the melt of 2nd organic resin.

次いで、前記紡糸液を紡糸して導電性繊維を形成し、コンベア等の捕集体に集積する前の導電性繊維に対して、又は導電性繊維を捕集体で集積した後に、第2導電性粒子を供給し、好ましくは第2導電性粒子を含む分散液を噴霧して、導電性繊維に加えて、導電性繊維の外部に第2導電性粒子を含有する導電性繊維集積シートを形成する。この導電性繊維集積シートに強度があれば、そのまま導電性繊維集積シートを導電性繊維シートとすることができるし、強度を付与又は向上させるために、第1有機樹脂及び/又は第2有機樹脂を溶媒によって可塑化、第1有機樹脂及び/又は第2有機樹脂による融着、接着剤による接着等により導電性繊維同士を結合して、導電性繊維シートとすることができる。   Next, the spinning solution is spun to form conductive fibers, and the second conductive particles are collected with respect to the conductive fibers before being collected on a collector such as a conveyor, or after collecting the conductive fibers with the collector. The dispersion containing the second conductive particles is preferably sprayed to form a conductive fiber integrated sheet containing the second conductive particles outside the conductive fibers in addition to the conductive fibers. If the conductive fiber integrated sheet has strength, the conductive fiber integrated sheet can be used as the conductive fiber sheet as it is, and the first organic resin and / or the second organic resin can be used to impart or improve the strength. Can be made into a conductive fiber sheet by bonding the conductive fibers together by plasticizing with a solvent, fusing with the first organic resin and / or the second organic resin, adhesion with an adhesive, or the like.

なお、導電性繊維の紡糸方法は特に限定するものではないが、例えば、静電紡糸法、特開2009−287138号公報に開示されているような、液吐出部から吐出された紡糸液に対してガスを平行に吐出し、紡糸液に1本の直線状に剪断力を作用させて繊維化する方法、スパンボンド法、メルトブロー法などを挙げることができる。これら紡糸方法の中でも、静電紡糸法又はスパンボンド法によれば、連続繊維を紡糸できるため好適である。また、静電紡糸法、特開2009−287138号公報に開示の方法、又はメルトブロー法によれば、平均繊維径が3μm以下の細い導電性繊維を紡糸でき、表面積の広い導電性繊維シートを製造できる。特に、静電紡糸法によれば、細く、繊維径の揃った、しかも連続した導電性繊維を紡糸でき、導電性に優れ、しかも表面積が広く、導電性繊維表面を有効に利用できる導電性繊維シートを製造できるため好適である。   The spinning method of the conductive fiber is not particularly limited. For example, for the spinning solution discharged from the liquid discharging unit as disclosed in, for example, the electrostatic spinning method, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-287138. Examples thereof include a method in which gas is discharged in parallel and a fiber is formed by applying a shearing force to the spinning solution in a straight line, a spunbond method, a melt blow method, and the like. Among these spinning methods, the electrostatic spinning method or the spunbond method is preferable because continuous fibers can be spun. In addition, according to the electrostatic spinning method, the method disclosed in JP2009-287138A, or the melt blow method, a thin conductive fiber having an average fiber diameter of 3 μm or less can be spun and a conductive fiber sheet having a large surface area can be produced. it can. In particular, according to the electrospinning method, a conductive fiber that is thin, has a uniform fiber diameter, can be spun, has excellent conductivity, has a large surface area, and can effectively use the surface of the conductive fiber. This is preferable because a sheet can be produced.

なお、紡糸液が、溶媒に第1有機樹脂を溶解又は分散させるとともに、第1導電性粒子を分散させたものである場合、溶媒として、紡糸時に揮散しにくいものを使用して導電性繊維集積シートを形成した後に、溶媒置換により紡糸液の溶媒を除去すると、導電性繊維同士が可塑化結合した状態になりやすく、結果として導電性が高く、電気抵抗が低い導電性繊維シートを製造しやすい。   In addition, when the spinning solution is a solution in which the first organic resin is dissolved or dispersed in the solvent and the first conductive particles are dispersed, the conductive fiber accumulation is performed using a solvent that does not easily volatilize during spinning. When the solvent of the spinning solution is removed by solvent substitution after the sheet is formed, the conductive fibers tend to be in a plasticized state, and as a result, it is easy to produce a conductive fiber sheet having high conductivity and low electrical resistance. .

また、第2導電性粒子の導電性繊維への供給方法は特に限定するものではないが、例えば、第2導電性粒子を圧縮気体の作用によって噴出する方法、第2導電性粒子を含む分散液を圧縮気体の作用によって噴霧する方法、第2導電性粒子を含む分散液を静電気の作用によって、電荷を有する液滴に断片化して噴霧する方法などの方法を挙げることができる。これらの供給方法の中でも、第2導電性粒子を含む分散液を噴霧して第2導電性粒子を供給する方法であると、導電性繊維間に第2導電性粒子を含む皮膜のない導電性繊維シートを製造しやすいため好適である。特に、第2導電性粒子を含む分散液を静電気の作用によって、電荷を有する液滴に断片化して噴霧する方法は、導電性繊維間に第2導電性粒子を含む皮膜を形成しにくく、第2導電性粒子が一次粒子状態又は二次粒子状態で、導電性繊維に点的に接着又は付着させやすいため好適である。つまり、液滴同士が電気的に反発して断片化するため、導電性繊維間に第2導電性粒子を含む皮膜を形成しにくい。また、液滴が電荷を有するため、導電性繊維とは反対電荷とすることにより、液滴を確実に導電性繊維に接着できる。この点からも、導電性繊維を静電紡糸法により紡糸するのが好ましい。   Further, the method for supplying the second conductive particles to the conductive fibers is not particularly limited. For example, a method of ejecting the second conductive particles by the action of a compressed gas, a dispersion liquid containing the second conductive particles And a method in which the dispersion liquid containing the second conductive particles is fragmented and sprayed into charged droplets by the action of static electricity. Among these supply methods, when the second conductive particles are supplied by spraying the dispersion liquid containing the second conductive particles, the conductivity without the film containing the second conductive particles between the conductive fibers is provided. The fiber sheet is preferable because it is easy to manufacture. In particular, the method of fragmenting and spraying the dispersion liquid containing the second conductive particles into charged droplets by the action of static electricity makes it difficult to form a film containing the second conductive particles between the conductive fibers. It is preferable because the two conductive particles are in a primary particle state or a secondary particle state and easily adhere or adhere to the conductive fibers in a point manner. That is, since the droplets are repelled electrically and fragmented, it is difficult to form a film including the second conductive particles between the conductive fibers. In addition, since the droplet has a charge, the droplet can be reliably bonded to the conductive fiber by setting the charge opposite to that of the conductive fiber. Also from this point, it is preferable to spin the conductive fiber by an electrostatic spinning method.

この製造方法において、導電性繊維の紡糸と第2導電性粒子の供給を同時に行なうと、導電性繊維と第2導電性粒子とが混在する領域を有する導電性繊維シートを製造することができる。なお、導電性繊維の紡糸と第2導電性粒子の供給とを同時にのみ行ない、第2導電性粒子の供給のみを行なわなければ、第2導電性粒子のみからなる領域が形成されないため、第2導電性粒子が脱落しにくい導電性繊維シートを製造することができる。   In this manufacturing method, when the spinning of the conductive fibers and the supply of the second conductive particles are performed simultaneously, a conductive fiber sheet having a region where the conductive fibers and the second conductive particles are mixed can be manufactured. In addition, since the area | region which consists only of 2nd electroconductive particle will not be formed unless spinning of electroconductive fiber and supply of 2nd electroconductive particle are performed simultaneously and only 2nd electroconductive particle is not supplied, 2nd A conductive fiber sheet in which conductive particles are less likely to fall off can be manufactured.

また、導電性繊維の紡糸と第2導電性粒子の供給を同時に行なう前に、第2導電性粒子のみを供給し、第2導電性粒子のみからなる領域を形成することができるし、導電性繊維の紡糸と第2導電性粒子の供給を同時に行なった後に、第2導電性粒子のみを供給し、第2導電性粒子のみからなる領域を形成することができる。   In addition, before conducting the spinning of the conductive fiber and supplying the second conductive particles at the same time, it is possible to supply only the second conductive particles and form a region composed of only the second conductive particles. After spinning the fiber and supplying the second conductive particles at the same time, it is possible to supply only the second conductive particles to form a region composed only of the second conductive particles.

しかしながら、導電性繊維の紡糸と第2導電性粒子の供給を同時に行なう前に、導電性繊維のみを紡糸し、導電性繊維のみからなる領域を形成することができるし、導電性繊維の紡糸と第2導電性粒子の供給を同時に行なった後に、導電性繊維のみを紡糸し、導電性繊維のみからなる領域を形成すると、導電性繊維を含まない領域を有しない、つまり、第2導電性粒子のみからなる領域を有しない導電性繊維シートを製造できるため、第2導電性粒子が脱落しにくい導電性繊維シートを製造できる。   However, before conducting the spinning of the conductive fibers and supplying the second conductive particles at the same time, it is possible to spin only the conductive fibers to form a region made of only the conductive fibers, and to spin the conductive fibers. After supplying the second conductive particles at the same time, when only the conductive fibers are spun to form a region made of only the conductive fibers, there is no region containing no conductive fibers, that is, the second conductive particles. Since the electroconductive fiber sheet which does not have the area | region which consists only of can be manufactured, the electroconductive fiber sheet which a 2nd electroconductive particle cannot fall easily can be manufactured.

なお、導電性繊維に対する第2導電性粒子の供給は導電性繊維を集積する前、又は集積した後に行なうことによって、導電性繊維と第2導電性粒子とが混在する領域を有する導電性繊維シートを製造することができるが、その供給位置は特に限定するものではない。しかしながら、第2導電性粒子を含む分散液を噴霧する場合には、静電気的に導電性繊維と接着又は付着しやすいように、導電性繊維の集積位置に対して、分散液を噴霧するのが好ましい。   The conductive fiber sheet having a region where the conductive fibers and the second conductive particles are mixed by supplying the second conductive particles to the conductive fibers before or after collecting the conductive fibers. Can be manufactured, but the supply position is not particularly limited. However, when spraying the dispersion liquid containing the second conductive particles, the dispersion liquid may be sprayed on the collection position of the conductive fibers so that the conductive fibers are easily adhered or adhered to the electrostatic fibers. preferable.

また、第2導電性粒子を含む分散液が第2有機樹脂を含んでいる場合、第2有機樹脂は導電性の点では抵抗成分として作用するため、導電性繊維集積シートを形成した後に、熱処理を実施することによって、第2有機樹脂を熱分解して、導電性を高めるのが好ましい。なお、導電性繊維が第1有機樹脂を含んでいる場合には、第1有機樹脂による第1導電性粒子同士の接着を損なうことがないように、第2有機樹脂のみを熱分解するのが好ましい。このような熱処理条件は第2有機樹脂(第1有機樹脂を含む場合には第1有機樹脂も)によって異なるため、適宜、実験により確認してその条件を設定する。   In addition, when the dispersion liquid containing the second conductive particles contains the second organic resin, the second organic resin acts as a resistance component in terms of conductivity, so that the heat treatment is performed after forming the conductive fiber integrated sheet. It is preferable to thermally decompose the second organic resin to increase the conductivity. When the conductive fibers contain the first organic resin, only the second organic resin is thermally decomposed so as not to impair the adhesion between the first conductive particles by the first organic resin. preferable. Since such heat treatment conditions differ depending on the second organic resin (and the first organic resin when the first organic resin is included), the conditions are appropriately set by confirming by experiments.

更に、第1有機樹脂及び/又は第2有機樹脂がポリアクリルニトリル(PAN)及び/又はポリアクリルニトリル(PAN)共重合体である場合、導電性繊維集積シートを形成した後に、空気中で温度200〜300℃で加熱することによって、ポリアクリルニトリル(PAN)及び/又はポリアクリルニトリル(PAN)共重合体を酸化アクリルとして、導電性繊維シートの導電性を更に高めることができる。   Furthermore, when the first organic resin and / or the second organic resin is a polyacrylonitrile (PAN) and / or a polyacrylonitrile (PAN) copolymer, the temperature is increased in air after forming the conductive fiber integrated sheet. By heating at 200 to 300 ° C., the conductivity of the conductive fiber sheet can be further increased by using polyacrylonitrile (PAN) and / or polyacrylonitrile (PAN) copolymer as an acrylic oxide.

以上は、本発明の導電性繊維シートの基本的な製造方法であるが、導電性繊維同士の密着性を高め、導電性を更に向上させることができるように、導電性繊維を集積した後で、第2導電性粒子を供給する前の段階、導電性繊維を集積した後で、第2導電性粒子を供給した後の段階、場合によっては、第2有機樹脂を熱分解した後の段階で、加圧することもできる。なお、この加圧力は導電性繊維及び導電性繊維集積シートの空隙を破壊しない加圧力であれば良く、特に限定するものではない。   The above is the basic manufacturing method of the conductive fiber sheet of the present invention, but after collecting the conductive fibers so that the adhesion between the conductive fibers can be improved and the conductivity can be further improved. , Before supplying the second conductive particles, after collecting the conductive fibers, after supplying the second conductive particles, and in some cases after thermally decomposing the second organic resin It is also possible to apply pressure. In addition, this pressurization force should just be a pressurization force which does not destroy the space | gap of a conductive fiber and a conductive fiber integration sheet, and is not specifically limited.

以下に、本発明の実施例を記載するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to the following examples.

(紡糸溶液の調製)
フッ化ビニリデン・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物(=第1有機樹脂)をN,N−ジメチルホルムアミド(DMF)に加え、ロッキングミルを用いて溶解させ、濃度10mass%の溶液を得た。
(Preparation of spinning solution)
Vinylidene fluoride / tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer (= first organic resin) was added to N, N-dimethylformamide (DMF) and dissolved using a rocking mill to obtain a solution having a concentration of 10 mass%. .

次いで、第1導電性粒子として、アセチレンブラック(デンカブラック粒状品、電気化学工業(株)製、平均一次粒子径:35nm)を前記溶液に混合し、撹拌した後、DMFを加えて希釈してアセチレンブラックを分散させ、アセチレンブラックとフッ化ビニリデン・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物との固形分質量比が40:60の紡糸溶液(固形分濃度:11%mass%)を調製した。   Next, as the first conductive particles, acetylene black (Denka Black granular product, manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd., average primary particle size: 35 nm) is mixed in the solution, stirred, and then diluted with DMF. Acetylene black was dispersed to prepare a spinning solution (solid content concentration: 11% mass%) having a solid content mass ratio of acetylene black and vinylidene fluoride / tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer of 40:60.

(噴霧用分散液の調製)
ケッチェンブラック(=第2導電性粒子、一次粒径40nm)の水ディスパージョン[ライオン(株)製、ライオンペーストW−311N、固形分:16.5mass%]と、ポリエチレングリコール(=第2有機樹脂、和光純薬工業(株)製、分子量:50万)及び純水を混合し、ケッチェンブラック濃度が12mass%、ポリエチレングリコール濃度が0.7mass%の噴霧用分散液を調製した。
(Preparation of spray dispersion)
Water dispersion of Ketjen Black (= second conductive particles, primary particle size 40 nm) [manufactured by Lion Corporation, Lion Paste W-311N, solid content: 16.5 mass%] and polyethylene glycol (= second organic Resin, Wako Pure Chemical Industries, Ltd., molecular weight: 500,000) and pure water were mixed to prepare a spray dispersion having a ketjen black concentration of 12 mass% and a polyethylene glycol concentration of 0.7 mass%.

(実施例1)
前記紡糸溶液を、下記に示す条件で静電紡糸法により、内部を含む全体にアセチレンブラックを含む導電性連続繊維(アセチレンブラック同士がフッ化ビニリデン・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物を介して接着、外側表面にもアセチレンブラックが露出)を紡糸し、対向電極であるステンレスドラム上に直接集積すると同時に、下記に示す条件で静電気の作用により、前記噴霧用分散液を、電荷を有する液滴に断片化して、ステンレスドラム上部から導電性連続繊維の集積位置に向かって噴霧し、面方向、厚さ方向のいずれの方向においても、導電性連続繊維同士が絡合しているとともに、導電性連続繊維の外部に、フッ化ビニリデン・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物又はポリエチレングリコールを介してケッチェンブラックのみが接着した混在領域のみからなる導電性繊維シートを製造した。導電性繊維シートにおける、導電性連続繊維とケッチェンブラックの質量比は70:30であった。この導電性繊維シート表面は図1に電子顕微鏡写真を示すように、ケッチェンブラックは導電性繊維表面に点的に接触した状態で、皮膜を形成することなく接着した状態にあった。なお、導電性繊維シートの物性は表1に示す通りであった。
Example 1
The spinning solution is subjected to electrostatic spinning under the conditions shown below, and conductive continuous fibers containing acetylene black in its entirety including the inside (the acetylene blacks are passed through a vinylidene fluoride / tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer). And the acetylene black is also exposed on the outer surface), and is directly accumulated on the stainless drum as the counter electrode, and at the same time, the dispersion for spraying is charged with the liquid by the action of static electricity under the following conditions. It is fragmented into droplets and sprayed from the upper part of the stainless drum toward the conductive continuous fiber accumulation position. In both the surface direction and the thickness direction, the conductive continuous fibers are intertwined with each other and conductive. Vinylidene fluoride / tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer or polyethylene Only Ketjen black via alkylene glycol to prepare a conductive fiber sheet comprising only mixing region adhered. In the conductive fiber sheet, the mass ratio of the continuous conductive fiber to the ketjen black was 70:30. As shown in the electron micrograph in FIG. 1, the surface of the conductive fiber sheet was in a state where the ketjen black was in contact with the surface of the conductive fiber in a point-contact manner without forming a film. The physical properties of the conductive fiber sheet are as shown in Table 1.

<静電紡糸条件>
電極:金属製ノズル(内径0.41mm)とステンレスドラム
吐出量:2.8g/時間
ノズル先端とステンレスドラムとの距離:10cm
印加電圧:12kV
温度/湿度:25℃/35%RH
<Electrostatic spinning conditions>
Electrode: Metal nozzle (inner diameter 0.41 mm) and stainless steel drum discharge rate: 2.8 g / hour Distance between nozzle tip and stainless steel drum: 10 cm
Applied voltage: 12 kV
Temperature / humidity: 25 ° C / 35% RH

<静電噴霧条件>
電極:金属性ノズル(内径:0.41mm)とステンレスドラム
吐出量:1.2g/時間
ノズル先端とステンレスドラムとの距離:10cm
印加電圧:15kV
温度/湿度:25℃/35%RH
<Electrostatic spray conditions>
Electrode: Metal nozzle (inner diameter: 0.41 mm) and stainless steel drum discharge rate: 1.2 g / hour Distance between nozzle tip and stainless steel drum: 10 cm
Applied voltage: 15 kV
Temperature / humidity: 25 ° C / 35% RH

(実施例2)
静電噴霧条件における吐出量を1.2g/時間から2.4/時間に変更したこと以外は実施例1と同様にして、面方向、厚さ方向のいずれの方向においても、導電性連続繊維同士が絡合しているとともに、導電性連続繊維の外部に、フッ化ビニリデン・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物又はポリエチレングリコールを介してケッチェンブラックのみが接着した混在領域のみからなる導電性繊維シートを製造した。導電性繊維シートにおける、導電性連続繊維とケッチェンブラックの質量比は55:45であった。この導電性繊維シート表面は図2に電子顕微鏡写真を示すように、ケッチェンブラックは導電性繊維表面に点的に接触した状態で、皮膜を形成することなく接着した状態にあった。なお、導電性繊維シートの物性は表1に示す通りであった。
(Example 2)
Conductive continuous fibers in both the surface direction and the thickness direction were the same as in Example 1 except that the discharge amount under the electrostatic spraying condition was changed from 1.2 g / hour to 2.4 / hour. Conductives consisting only of a mixed region in which only ketjen black adheres to the outside of the conductive continuous fiber via vinylidene fluoride / tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer or polyethylene glycol. Fiber sheet was manufactured. In the conductive fiber sheet, the mass ratio of the conductive continuous fiber to the ketjen black was 55:45. As shown in the electron micrograph of FIG. 2, the surface of the conductive fiber sheet was in a state where the ketjen black was in contact with the surface of the conductive fiber in a point-contact manner without forming a film. The physical properties of the conductive fiber sheet are as shown in Table 1.

(実施例3)
前記紡糸溶液を、実施例1と同じ条件で、静電紡糸法により、内部を含む全体にアセチレンブラックを含む導電性連続繊維(アセチレンブラック同士がフッ化ビニリデン・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物を介して接着、外側表面にもアセチレンブラックが露出)を紡糸し、対向電極であるステンレスドラム上に直接集積し、連続繊維集積シートとした。
(Example 3)
Conductive continuous fiber containing acetylene black in its entirety, including the inside (the acetylene blacks are copolymerized with vinylidene fluoride, tetrafluoroethylene, hexafluoropropylene, by electrospinning the spinning solution under the same conditions as in Example 1. The acetylene black was exposed on the outer surface and the acetylene black was exposed on the outer surface, and was directly accumulated on a stainless drum as a counter electrode to obtain a continuous fiber accumulation sheet.

その後、導電性連続繊維の紡糸を止め、実施例1と同じ条件で、静電気の作用により、前記噴霧用分散液を、電荷を有する液滴に断片化して、ステンレスドラム上部から導電性連続繊維集積シートに向かって噴霧し、厚さ方向において、実質的に、導電性連続繊維同士が絡合した導電性連続繊維のみからなる領域と、この導電性連続繊維のみからなる領域の片表面に、ポリエチレングリコールを介して接着したケッチェンブラックのみからなる領域を有する導電性繊維シートを製造した。導電性繊維シートにおける、導電性連続繊維とケッチェンブラックの質量比は70:30であった。この導電性繊維シートのケッチェンブラックのみからなる領域側表面は、図3に電子顕微鏡写真(左側が導電性連続繊維のみからなる領域側表面の写真で、右側がケッチェンブラックのみからなる領域側表面の写真)を示すように、ケッチェンブラックが凝集した状態にあった。なお、導電性繊維シートの物性は表1に示す通りであった。なお、ケッチェンブラックのみからなる領域側表面のケッチェンブラックは脱落しやすい状態にあった。   Thereafter, the spinning of the conductive continuous fibers was stopped, and the dispersion for spraying was fragmented into charged droplets by the action of static electricity under the same conditions as in Example 1, and the conductive continuous fibers accumulated from the upper part of the stainless drum. Sprayed toward the sheet, and in the thickness direction, polyethylene is formed on one surface of a region consisting essentially of conductive continuous fibers in which conductive continuous fibers are entangled with each other, and a region consisting only of these conductive continuous fibers. A conductive fiber sheet having a region consisting only of ketjen black adhered via glycol was produced. In the conductive fiber sheet, the mass ratio of the continuous conductive fiber to the ketjen black was 70:30. The region side surface of the conductive fiber sheet made only of ketjen black is shown in FIG. 3 as an electron micrograph (the left side is a photo of the region side surface made of only conductive continuous fibers, and the right side is the region side made only of ketjen black. As shown in the surface photograph, the ketjen black was in an aggregated state. The physical properties of the conductive fiber sheet are as shown in Table 1. It should be noted that the ketjen black on the surface of the region side made of only ketjen black was in a state of being easily dropped off.

(実施例4)
前記紡糸溶液を、実施例1と同じ条件で静電紡糸法により、内部を含む全体にアセチレンブラックを含む導電性連続繊維(アセチレンブラック同士がフッ化ビニリデン・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物を介して接着、外側表面にもアセチレンブラックが露出)を紡糸し、対向電極であるステンレスドラム上に直接集積すると同時に、下記に示す条件で静電気の作用により、前記噴霧用分散液を、電荷を有する液滴に断片化して、ステンレスドラム上部から導電性連続繊維の集積位置に向かって噴霧し、導電性連続繊維とケッチェンブラックとが混在する導電性繊維集積シートを形成した。
Example 4
The spinning solution was subjected to electrostatic spinning under the same conditions as in Example 1, and the conductive continuous fiber containing acetylene black in its entirety including the inside (the acetylene blacks were vinylidene fluoride / tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer) And the acetylene black is also exposed on the outer surface), and is directly accumulated on the stainless steel drum as the counter electrode. At the same time, the spray dispersion is charged by the action of static electricity under the conditions shown below. The liquid droplets were fragmented and sprayed from the upper part of the stainless drum toward the conductive continuous fiber accumulation position to form a conductive fiber integrated sheet in which conductive continuous fibers and ketjen black were mixed.

その後、導電性連続繊維の紡糸を止め、噴霧用分散液の噴霧のみを継続し、厚さ方向において、実質的に、導電性連続繊維同士が絡合しているとともに、導電性連続繊維の外部に、フッ化ビニリデン・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物又はポリエチレングリコールを介してケッチェンブラックのみが接着した混在領域と、この混在領域の片表面に、ポリエチレングリコールを介して接着したケッチェンブラックのみからなる領域を有する導電性繊維シートを製造した。混在領域における、導電性連続繊維とケッチェンブラックの質量比は70:30であり、混在領域とケッチェンブラックのみからなる領域との質量比は70:30であった。この導電性繊維シートのケッチェンブラックのみからなる領域の表面は図3と同様のケッチェンブラックが凝集した状態にあった。この導電性繊維シートの物性は表1に示す通りであった。なお、ケッチェンブラックのみからなる領域側表面のケッチェンブラックは脱落しやすい状態にあった。   Thereafter, the spinning of the conductive continuous fibers is stopped, and only spraying of the spray dispersion liquid is continued. In the thickness direction, the conductive continuous fibers are substantially entangled with each other, and the conductive continuous fibers are externally connected. In addition, a mixed region where only ketjen black is bonded via vinylidene fluoride / tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer or polyethylene glycol, and a ketjen bonded to one surface of this mixed region via polyethylene glycol A conductive fiber sheet having a region consisting only of black was produced. In the mixed region, the mass ratio of the conductive continuous fiber and the ketjen black was 70:30, and the mass ratio of the mixed region and the region consisting only of the ketjen black was 70:30. The surface of the region made of only the ketjen black of this conductive fiber sheet was in a state in which the ketjen black similar to FIG. 3 was aggregated. The physical properties of this conductive fiber sheet were as shown in Table 1. It should be noted that the ketjen black on the surface of the region side made of only ketjen black was in a state of being easily dropped off.

(実施例5)
前記紡糸溶液を、実施例1と同じ条件で静電紡糸法により、内部を含む全体にアセチレンブラックを含む導電性連続繊維(アセチレンブラック同士がフッ化ビニリデン・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物を介して接着、外側表面にもアセチレンブラックが露出)を紡糸し、対向電極であるステンレスドラム上に直接集積すると同時に、下記に示す条件で圧縮空気の作用により、前記噴霧用分散液を液滴に断片化して、ステンレスドラム上部から導電性連続繊維の集積位置に向かって噴霧し、面方向、厚さ方向のいずれの方向においても、導電性連続繊維同士が絡合しているとともに、導電性連続繊維の外部に、フッ化ビニリデン・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物又はポリエチレングリコールを介してケッチェンブラックのみが接着した混在領域のみからなる導電性繊維シートを製造した。導電性繊維シートにおける、導電性連続繊維とケッチェンブラックの質量比は84:16であった。この導電性繊維シート表面は図4に電子顕微鏡写真を示すように、ケッチェンブラックは導電性繊維間に皮膜を部分的に形成した状態で接着した状態にあった。なお、導電性繊維シートの物性は表1に示す通りであった。
(Example 5)
The spinning solution was subjected to electrostatic spinning under the same conditions as in Example 1, and the conductive continuous fiber containing acetylene black in its entirety including the inside (the acetylene blacks were vinylidene fluoride / tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer) And the acetylene black is also exposed on the outer surface, and is directly accumulated on the stainless steel drum as the counter electrode. At the same time, the dispersion liquid for spraying is dropped by the action of compressed air under the conditions shown below. And is sprayed from the upper part of the stainless drum toward the collection position of the conductive continuous fibers, and the conductive continuous fibers are intertwined with each other in both the surface direction and the thickness direction. A vinylidene fluoride / tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer or polyethylene group is placed outside the continuous fiber. Only Ketjen black via call to prepare a conductive fiber sheet comprising only mixing region adhered. The mass ratio of the conductive continuous fiber to the ketjen black in the conductive fiber sheet was 84:16. As shown in the electron micrograph in FIG. 4, the surface of the conductive fiber sheet was in a state where the ketjen black was adhered in a state where a film was partially formed between the conductive fibers. The physical properties of the conductive fiber sheet are as shown in Table 1.

(圧縮空気による噴霧条件)
ノズル:金属製ノズル(内径:0.2mm)
吐出量:1.4g/時間
圧縮空気圧:147kPa
(Condition for spraying with compressed air)
Nozzle: Metal nozzle (inner diameter: 0.2 mm)
Discharge amount: 1.4 g / hour Compressed air pressure: 147 kPa

(比較例1)
噴霧用分散液を噴霧しなかったこと以外は実施例1と同様にして、面方向、厚さ方向のいずれの方向においても、導電性連続繊維同士が絡合した領域のみからなる導電性繊維シートを製造した。この導電性繊維シート表面は図5の電子顕微鏡写真に示すような状態にあった。なお、導電性繊維シートの物性は表1に示す通りであった。
(Comparative Example 1)
The conductive fiber sheet which consists only of the area | region where electroconductive continuous fiber intertwined also in any direction of a surface direction and thickness direction like Example 1 except not having sprayed the dispersion liquid for spraying. Manufactured. The surface of this conductive fiber sheet was in a state as shown in the electron micrograph of FIG. The physical properties of the conductive fiber sheet are as shown in Table 1.

(電気抵抗の測定)
5cm角に切断した導電性繊維シート(25cm)を両面側からカーボンプレートで挟み、カーボンプレートの積層方向に、2MPaで加圧下、1Aの電流(I)を印加した状態で、電圧(V)を計測した。続いて、抵抗(R=V/I)を算出し、更に、導電性繊維シートの面積(25cm)を乗じることによって、電気抵抗を算出した。
(Measurement of electrical resistance)
A conductive fiber sheet (25 cm 2 ) cut into 5 cm square is sandwiched between carbon plates from both sides, and a voltage (V) is applied while applying a current (I) of 1 A under a pressure of 2 MPa in the laminating direction of the carbon plates. Was measured. Subsequently, the resistance (R = V / I) was calculated, and the electric resistance was calculated by multiplying the area (25 cm 2 ) of the conductive fiber sheet.

Figure 2016169450
Figure 2016169450

表1及び図1〜5から、次のことが分かった。
(1)実施例1と比較例1との比較から、第2導電性粒子を含んでいることによって、より導電性に優れ、電気抵抗が低くなること。
(2)実施例1と実施例2との比較から、第2導電性粒子が多くなると、より導電性に優れ、電気抵抗が低くなること。
(3)実施例1と実施例3との比較から、導電性繊維と第2導電性粒子とが混在する領域を有する方が、より導電性に優れ、電気抵抗が低くなること。
(4)実施例1と実施例5との比較から、分散液を、電荷を有する液滴に断片化して噴霧した方が、第2導電性粒子が導電性繊維表面に点的に接触した状態又は第2導電性粒子を含む皮膜を形成していない状態にできるため、空隙を有効に利用できる導電性繊維シートを製造できること。
(5)実施例4から、第2導電性粒子のみの領域と導電性繊維と第2導電性粒子とが混在する領域とを有する導電性繊維シートも、導電性繊維と第2導電性粒子とが混在する領域のみからなる導電性繊維シート(実施例1)と同様に、導電性に優れていること。
From Table 1 and FIGS.
(1) From the comparison between Example 1 and Comparative Example 1, by including the second conductive particles, the conductivity is more excellent and the electrical resistance is lowered.
(2) From the comparison between Example 1 and Example 2, when the second conductive particles are increased, the conductivity is more excellent and the electrical resistance is decreased.
(3) From the comparison between Example 1 and Example 3, the one having the region where the conductive fibers and the second conductive particles are mixed is more excellent in electrical conductivity and lower in electrical resistance.
(4) From the comparison between Example 1 and Example 5, the state in which the second conductive particles are in point contact with the surface of the conductive fibers when the dispersion liquid is fragmented and sprayed into charged droplets. Or since it can be in the state which has not formed the membrane | film | coat containing 2nd electroconductive particle, the electroconductive fiber sheet which can utilize a space | gap effectively can be manufactured.
(5) From Example 4, the conductive fiber sheet having a region containing only the second conductive particles and a region where the conductive fibers and the second conductive particles are mixed is also obtained from the conductive fibers and the second conductive particles. Like the conductive fiber sheet (Example 1) which consists only of the area | region where is mixed, it must be excellent in electroconductivity.

本発明の導電性繊維シートは電気抵抗の低いものであるため、導電性を必要とする用途に好適に使用することができる。例えば、燃料電池用のガス拡散電極用基材として、また、電気二重層キャパシタの電極として、或いは、リチウムイオン二次電池の電極として好適に使用できる。   Since the conductive fiber sheet of the present invention has a low electrical resistance, it can be suitably used for applications that require electrical conductivity. For example, it can be suitably used as a gas diffusion electrode substrate for a fuel cell, as an electrode for an electric double layer capacitor, or as an electrode for a lithium ion secondary battery.

Claims (15)

第1導電性粒子を含有する導電性繊維に加えて、導電性繊維の外部に第2導電性粒子を含有することを特徴とする、導電性繊維シート。 In addition to the conductive fiber containing 1st electroconductive particle, the 2nd electroconductive particle is contained outside the electroconductive fiber, The electroconductive fiber sheet characterized by the above-mentioned. 導電性繊維と第2導電性粒子とが混在する領域を有することを特徴とする、請求項1記載の導電性繊維シート。 The conductive fiber sheet according to claim 1, wherein the conductive fiber sheet has a region in which conductive fibers and second conductive particles are mixed. 第2導電性粒子が樹脂を介して、導電性繊維に接着していることを特徴とする、請求項1又は請求項2記載の導電性繊維シート。 The conductive fiber sheet according to claim 1 or 2, wherein the second conductive particles are bonded to the conductive fibers via a resin. 導電性繊維間に第2導電性粒子を含む皮膜を形成していないことを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載の導電性繊維シート。 The conductive fiber sheet according to any one of claims 1 to 3, wherein a film containing the second conductive particles is not formed between the conductive fibers. 導電性繊維を含まない領域を有しないことを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一項に記載の導電性繊維シート。 The conductive fiber sheet according to any one of claims 1 to 4, wherein the conductive fiber sheet does not have a region not including conductive fibers. 導電性繊維が連続繊維であることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一項に記載の導電性繊維シート。 The conductive fiber sheet according to any one of claims 1 to 5, wherein the conductive fiber is a continuous fiber. 請求項1〜6のいずれか一項に記載の導電性繊維シートを、ガス拡散電極用基材として用いることを特徴とする、導電性繊維シート。 A conductive fiber sheet using the conductive fiber sheet according to any one of claims 1 to 6 as a base material for a gas diffusion electrode. 請求項1〜6のいずれか一項に記載の導電性繊維シートに、触媒が担持されていることを特徴とする、ガス拡散電極。 A gas diffusion electrode, wherein a catalyst is supported on the conductive fiber sheet according to any one of claims 1 to 6. 請求項8に記載のガス拡散電極を備えていることを特徴とする、膜−電極接合体。 A membrane-electrode assembly comprising the gas diffusion electrode according to claim 8. 請求項8に記載のガス拡散電極を備えていることを特徴とする、固体高分子形燃料電池。 A solid polymer fuel cell comprising the gas diffusion electrode according to claim 8. 第1導電性粒子を含有する紡糸液から紡糸した導電性繊維を集積する前又は集積した後に、第2導電性粒子を供給することを特徴とする、請求項1記載の導電性繊維シートの製造方法。 The conductive fiber sheet according to claim 1, wherein the second conductive particles are supplied before or after the conductive fibers spun from the spinning solution containing the first conductive particles are accumulated. Method. 第2導電性粒子を含む分散液を噴霧して、第2導電性粒子を供給することを特徴とする、請求項11に記載の導電性繊維シートの製造方法。 The method for producing a conductive fiber sheet according to claim 11, wherein the second conductive particles are supplied by spraying a dispersion liquid containing the second conductive particles. 分散液を、電荷を有する液滴に断片化して噴霧することを特徴とする、請求項12に記載の導電性繊維シートの製造方法。 The method for producing a conductive fiber sheet according to claim 12, wherein the dispersion liquid is fragmented and sprayed into charged droplets. 第1導電性粒子を含有する紡糸液を、静電紡糸法により導電性繊維を紡糸することを特徴とする、請求項11〜13のいずれか一項に記載の導電性繊維シートの製造方法。 The method for producing a conductive fiber sheet according to any one of claims 11 to 13, wherein a conductive fiber is spun from the spinning liquid containing the first conductive particles by an electrostatic spinning method. 第1導電性粒子を含有する紡糸液からの導電性繊維の紡糸と、第2導電性粒子の供給を、同時に行なうことを特徴とする、請求項11〜14のいずれか一項に記載の導電性繊維シートの製造方法。 The electroconductivity according to any one of claims 11 to 14, wherein the spinning of the conductive fibers from the spinning solution containing the first conductive particles and the supply of the second conductive particles are performed simultaneously. For producing a conductive fiber sheet.
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