JP2017145272A - Apparatus for producing polymer film - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an apparatus for producing a polymer film which can promptly remove a floating foreign substance in a liquid treatment tank.SOLUTION: The apparatus for producing a polymer film includes a liquid treatment unit for performing liquid treatment by immersing a polymer film in a treatment liquid while continuously transporting the polymer film, and is configured such that the liquid treatment unit includes an immersion tank in which the treatment liquid in which the polymer film is immersed is stored, a circulation tank adjacent to the immersion tank, and a treatment liquid supply unit which supplies a new treatment liquid, the treatment liquid is first supplied from the treatment liquid supply unit to the circulation tank and further supplied from the circulation tank to the immersion tank, and the treatment liquid overflowing and flowing out from the immersion tank flows into the circulation tank.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、ポリマーフィルムを連続搬送しながら処理液に浸漬して液処理を行うための液処理部を有するポリマーフィルム製造装置に関する。   The present invention relates to a polymer film manufacturing apparatus having a liquid processing section for performing liquid processing by immersing a polymer film in a processing liquid while continuously conveying the polymer film.

ポリマーフィルムは、溶融ポリマーを押し出し後に冷却する溶融製膜法や基材上にポリマー溶液を流延後に乾燥する溶液製膜法などにより製膜される。製膜されたポリマーフィルムに対し、品質の向上や機能性付与の目的でフィルムを処理液に浸漬して液処理するプロセスを適用することがある。   The polymer film is formed by a melt film forming method in which a molten polymer is extruded and then cooled, or a solution film forming method in which a polymer solution is cast on a substrate and then dried. A process of immersing the film in a treatment liquid and applying a liquid treatment to the polymer film thus formed may be applied for the purpose of improving quality or imparting functionality.

金属フィルムのように液吸収のないフィルムの場合には、液中の搬送にあたり特別な工夫は必要ないが、ポリマーフィルムの場合、液の吸収によりフィルムの膨張や弾性率の変化、破断強度の低下など物性が変化することがあるため、液中搬送にあたり空気中と同じ条件では品質トラブルを生じることがある。特に、薄膜形状である場合や液吸収の影響を受けて傷つきやすくなる機能性ポリマーフィルムの場合には、取り扱いが困難になる。   In the case of a film that does not absorb liquid, such as a metal film, no special device is required for transportation in the liquid, but in the case of a polymer film, expansion of the film, change in elastic modulus, and decrease in breaking strength due to liquid absorption. Since physical properties may change, quality troubles may occur under the same conditions as in air for transporting in liquid. In particular, in the case of a thin film shape or a functional polymer film that is easily damaged by the influence of liquid absorption, handling becomes difficult.

さらには、空中搬送時の浮遊塵付着や、ポリマーフィルムの液処理やその後の洗浄において、浸漬処理液や洗浄水の液中異物、並びに処理液の表面に浮遊する異物の付着などに起因する異物混入の防止や搬送ロールとフィルム間での押し付け傷の発生を防止する必要がある。空中搬送時の浮遊塵については、クリーン環境に設置するなどの対策や、浮遊塵の付着を防止するため搬送フィルムの静電除去を行うなどの対策が行われている。また、液中異物については、浸漬処理液や洗浄水を濾過するなどの対策が可能である。   Furthermore, foreign particles caused by adhesion of floating dust during transportation in the air, foreign matter in the immersion treatment liquid or cleaning water, and foreign matter floating on the surface of the treatment liquid in the liquid treatment of the polymer film and subsequent cleaning It is necessary to prevent mixing and generation of pressing scratches between the transport roll and the film. For airborne dust during air transport, measures such as installing in a clean environment and measures such as electrostatic removal of the transport film are taken to prevent the adhering of airborne dust. For foreign matter in the liquid, it is possible to take measures such as filtering the immersion treatment liquid or cleaning water.

一方、処理液の表面に浮遊する異物は、比較的サイズの大きい落下塵などに起因するため、装置をクリーン環境に設置したとしても完全に防止することは困難である。液面上に落下して浮遊しつづける異物は搬送中のポリマーフィルムに付着する可能性が高いため、浮遊異物を液面上から速やかに除去する必要がある。   On the other hand, foreign matters floating on the surface of the processing liquid are caused by falling dust or the like having a relatively large size, and thus it is difficult to completely prevent the apparatus even if the apparatus is installed in a clean environment. Since foreign substances that fall on the liquid surface and continue to float are likely to adhere to the polymer film being conveyed, it is necessary to quickly remove the floating foreign substances from the liquid surface.

浮遊異物の除去には、浸漬槽や洗浄槽を絶えずオーバーフローさせる方法が有効である。特許文献1には、高分子電解質膜製造時の酸性溶液処理において、フィルムを連続搬送しつつ酸性溶液を満たした複数の浸漬槽で液処理するとともに、酸性溶液をフィルムの搬送方向と逆方向にカスケード式にオーバーフローさせながら連続供給する液処理部を有する高分子電解質膜の製造装置が開示されている。   A method of constantly overflowing the immersion tank and the cleaning tank is effective for removing floating foreign substances. In patent document 1, in the acidic solution processing at the time of polymer electrolyte membrane production, the liquid treatment is performed in a plurality of immersion tanks filled with the acidic solution while continuously transporting the film, and the acidic solution is moved in the direction opposite to the film transport direction. An apparatus for manufacturing a polymer electrolyte membrane having a liquid processing section that continuously supplies a cascade-type overflow is disclosed.

特開2013−56993JP2013-56993A

特許文献1に開示された酸性溶液処理方法は、新規酸性溶液の使用量を削減することを目的とするものである。このような方法では、酸性溶液の使用量を削減すればするほど浸漬槽からのオーバーフロー量が減少し、浸漬槽の液面に浮遊する浮遊異物の除去効果は限定的である。さらに、浸漬槽からオーバーフローさせた酸性溶液を隣接する浸漬槽に次々とオーバーフローする方式であるため、浮遊異物の移動を搬送中のフィルムが遮る形になり、浮遊異物がフィルムに付着しやすいという問題もあった。   The acidic solution processing method disclosed in Patent Document 1 is intended to reduce the amount of novel acidic solution used. In such a method, the amount of overflow from the immersion tank decreases as the amount of the acidic solution used is reduced, and the effect of removing floating foreign matters floating on the liquid surface of the immersion tank is limited. Furthermore, since the acidic solution overflowed from the immersion tank overflows to the adjacent immersion tank one after another, the problem is that the floating foreign matter tends to adhere to the film because the film being transported blocks the movement of the floating foreign matter. There was also.

本発明の目的は、液処理槽の浮遊異物を速やかに除去することができるポリマーフィルム製造装置を提供することにある。   The objective of this invention is providing the polymer film manufacturing apparatus which can remove rapidly the floating foreign material of a liquid processing tank.

上記課題を解決するための本発明は、ポリマーフィルムを連続搬送しながら処理液に浸漬して液処理を行うための液処理部を有するポリマーフィルム製造装置であって、液処理部は、ポリマーフィルムを浸漬させる処理液を貯留する浸漬槽と、浸漬槽に隣接した循環槽と、新規の処理液を供給する処理液供給部を有し、処理液は、まず処理液供給部から循環槽に供給され、さらに循環槽から浸漬槽に送液され、かつ浸漬槽から溢れて流出した処理液が循環槽に流入するよう構成されてなるポリマーフィルム製造装置である。   The present invention for solving the above problems is a polymer film production apparatus having a liquid treatment unit for performing liquid treatment by immersing a polymer film in a treatment liquid while continuously conveying the polymer film, wherein the liquid treatment unit is a polymer film. An immersion tank for storing a treatment liquid for immersing the liquid, a circulation tank adjacent to the immersion tank, and a treatment liquid supply part for supplying a new treatment liquid. The treatment liquid is first supplied from the treatment liquid supply part to the circulation tank. In addition, the polymer film manufacturing apparatus is configured such that the processing liquid that is fed from the circulation tank to the immersion tank and overflows and flows out of the immersion tank flows into the circulation tank.

本発明によれば、浸漬槽から簡便かつ速やかに浮遊異物を除去し、フィルムへの異物付着を防止することで、異物に起因するフィルム損傷を回避して液処理後のフィルム品位を向上することができる。   According to the present invention, floating foreign matters are easily and quickly removed from the immersion tank, and foreign matter adhesion to the film is prevented, thereby avoiding film damage caused by foreign matters and improving film quality after liquid treatment. Can do.

本発明の製造放置の一実施形態を示す図である。It is a figure which shows one Embodiment of the manufacture neglect of this invention. 本発明のフィルム液処理部の一実施形態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows one Embodiment of the film liquid process part of this invention.

以下に、本発明のポリマーフィルム製造装置(以下、単に「本発明の製造装置」ということがある。)を、図1および図2に示す実施形態を適宜参照しつつ説明するが、これらの実施形態は何ら本発明を限定するものではない。   Hereinafter, the polymer film production apparatus of the present invention (hereinafter sometimes simply referred to as “the production apparatus of the present invention”) will be described with reference to the embodiments shown in FIGS. 1 and 2 as appropriate. The form does not limit the present invention.

本発明の製造装置は、ポリマーフィルムを連続搬送しながら処理液に浸漬して液処理を行うための液処理部を有する。なお、液処理の態様によっては、液処理中あるいは液処理前のフィルムは厳密には最終的に製造しようとするポリマーフィルムの前駆体フィルムである場合があるが、本明細書においては便宜上そのような前駆体フィルムも含めて「ポリマーフィルム」あるいは単に「フィルム」と呼ぶものとする。連続搬送中において、ポリマーフィルムは単独、すなわちポリマーフィルムのみの状態で搬送するよう構成してもよいし、強度を高める目的や、取り扱いを容易にする目的で、搬送用フィルムに貼り付けた状態で搬送するよう構成してもよい。   The production apparatus of the present invention has a liquid treatment unit for performing liquid treatment by immersing the polymer film in a treatment liquid while continuously conveying the polymer film. Depending on the mode of the liquid treatment, the film during or before the liquid treatment may be strictly a precursor film of a polymer film to be finally produced. These precursor films are also referred to as “polymer film” or simply “film”. During continuous transport, the polymer film may be configured to be transported alone, that is, only in the state of the polymer film, or in a state of being attached to the transport film for the purpose of increasing the strength or for easy handling. You may comprise so that it may convey.

図1に示すように、本発明において、液処理部は、ポリマーフィルムを浸漬させる処理液を貯留する浸漬槽と、浸漬槽に隣接した循環槽と、新規の処理液を供給する処理液供給部を有する。そして、処理液は、まず処理液供給部から循環槽に供給され、さらに循環槽から浸漬槽に送液され、かつ浸漬槽から溢れて流出した(オーバーフローした)処理液が循環槽に流入するよう構成されている。処理液が浸漬槽から循環槽へとオーバーフローすることで、浸漬槽に貯留されている処理液の液面に処理液の流れが生じる。そのため、浮遊異物はあふれ出る処理液の流れとともに循環槽に移動し、浸漬槽から除去される。   As shown in FIG. 1, in the present invention, the liquid processing section includes an immersion tank for storing a processing liquid for immersing the polymer film, a circulation tank adjacent to the immersion tank, and a processing liquid supply section for supplying a new processing liquid. Have Then, the treatment liquid is first supplied from the treatment liquid supply unit to the circulation tank, and further fed from the circulation tank to the immersion tank, and the treatment liquid overflowing from the immersion tank (overflowing) flows into the circulation tank. It is configured. When the treatment liquid overflows from the immersion tank to the circulation tank, a flow of the treatment liquid is generated on the liquid surface of the treatment liquid stored in the immersion tank. Therefore, floating foreign substances move to the circulation tank along with the overflow of the processing liquid overflowing, and are removed from the immersion tank.

循環槽は、浸漬槽に対し、ポリマーフィルムの搬送方向と直交する方向に隣接して設置することが好ましい。このように設置することで、浸漬槽から溢れた処理液が循環槽へと流出するときの流れ方向が、ポリマーフィルムの搬送方向と直交する方向となる。従って、浸漬槽中の浮遊異物はフィルム面と略平行に移動し、フィルム表面に付着しにくくなる。   The circulation tank is preferably installed adjacent to the immersion tank in a direction orthogonal to the transport direction of the polymer film. By installing in this way, the flow direction when the processing liquid overflowing from the immersion tank flows out into the circulation tank becomes a direction orthogonal to the transport direction of the polymer film. Therefore, the floating foreign material in the immersion tank moves substantially parallel to the film surface and is difficult to adhere to the film surface.

図2(A)は、本発明の製造装置の液処理部における浸漬槽と循環槽の一実施形態を模式的に示した図である。この実施形態においては、循環槽2は、図中矢印で示すポリマーフィルムFの搬送方向と直交する方向に、浸漬槽1に隣接して設置されている。そして、図示しない処理液供給部からまず循環槽2に供給された処理液は、送液ポンプ3によりさらに浸漬槽1に送液され、ポリマーフィルムの液処理に供される。浸漬槽1の循環槽2に接する側の上端は、反対側の上端よりも低くなっている。そのため、浸漬槽中の処理液は、浸漬槽の側壁からオーバーフローして、循環槽2に再び流入する。ここで、オーバーフローする処理液は、搬送ローラー4、5により搬送されるポリマーフィルムFの搬送方向と直交する方向に、ポリマーフィルムFのフィルム面と略平行に流れるため、浮遊異物も流れに乗ってフィルム面に略平行に移動し、浸漬槽から速やかに除去される。   FIG. 2 (A) is a diagram schematically showing an embodiment of an immersion tank and a circulation tank in the liquid processing section of the production apparatus of the present invention. In this embodiment, the circulation tank 2 is installed adjacent to the immersion tank 1 in a direction orthogonal to the conveying direction of the polymer film F indicated by an arrow in the drawing. And the process liquid first supplied to the circulation tank 2 from the process liquid supply part which is not shown in figure is further sent to the immersion tank 1 with the liquid feeding pump 3, and is used for the liquid process of a polymer film. The upper end of the immersion tank 1 on the side in contact with the circulation tank 2 is lower than the upper end on the opposite side. Therefore, the treatment liquid in the immersion tank overflows from the side wall of the immersion tank and flows into the circulation tank 2 again. Here, since the overflowing processing liquid flows in a direction orthogonal to the transport direction of the polymer film F transported by the transport rollers 4 and 5 and substantially parallel to the film surface of the polymer film F, the floating foreign matter also rides on the flow. It moves substantially parallel to the film surface and is quickly removed from the immersion bath.

液処理部は、さらに、浸漬槽で液処理された後のポリマーフィルムの表面に処理液をシャワーするシャワー注液部を有することが好ましい。シャワー注液部を有することにより、万一フィルム面に浮遊異物が付着しても速やかに除去することができる。図2(B)は、このようなシャワー注液部6を有する液処理部の一実施形態を示す。この実施形態においては、シャワー注液部6は、ポリマーフィルムFが浸漬槽1から引き上げられた直後に、ポリマーフィルムFの両側からポリマーフィルムFの表面に向けて処理液をシャワー注液するよう設置されている。   It is preferable that the liquid treatment part further has a shower liquid injection part for showering the treatment liquid on the surface of the polymer film after the liquid treatment in the immersion tank. By having a shower liquid injection part, even if a floating foreign material adheres to the film surface, it can be quickly removed. FIG. 2B shows an embodiment of a liquid processing unit having such a shower liquid injection unit 6. In this embodiment, the shower liquid injecting section 6 is installed so that the processing liquid is showered from both sides of the polymer film F toward the surface of the polymer film F immediately after the polymer film F is pulled up from the immersion tank 1. Has been.

液処理部は、複数の浸漬槽を備え、ポリマーフィルムを複数回の液処理に供するものであってもよい。この場合は、当該複数の各浸漬槽に隣接する循環槽を有することが好ましい。前述の特許文献1に記載されているような製造装置では、液処理効率が向上し新規の処理液供給量が少なくなると処理液のオーバーフロー量も減少するため、浮遊異物除去能が低下する欠点がある。本発明の製造装置の液処理部は、浸漬槽から循環槽への処理液のオーバーフロー量を維持したまま処理液供給量の調整が可能であるため、処理液供給量を少なくしても浮遊異物除去能が低下しない。   The liquid processing unit may include a plurality of dipping tanks and use the polymer film for a plurality of times of liquid processing. In this case, it is preferable to have a circulation tank adjacent to each of the plurality of immersion tanks. In the manufacturing apparatus as described in the above-mentioned Patent Document 1, since the liquid processing efficiency is improved and the amount of new processing liquid supply decreases, the overflow amount of the processing liquid also decreases. is there. The liquid processing unit of the manufacturing apparatus of the present invention can adjust the processing liquid supply amount while maintaining the overflow amount of the processing liquid from the immersion tank to the circulation tank. The removal ability does not decrease.

液処理部はさらに、循環槽から浸漬槽への送液速度を調節するための送液速度調節機構を備えることが好ましい。送液速度調節機構を有することで、何らかの理由で新規の処理液供給が途絶えた際にも、浸漬槽と循環槽の間での処理液の循環を止めない限り浮遊異物除去能を維持することが可能になる。   It is preferable that the liquid processing unit further includes a liquid supply speed adjusting mechanism for adjusting a liquid supply speed from the circulation tank to the immersion tank. Maintaining the ability to remove suspended solids by stopping the circulation of the treatment liquid between the immersion tank and the circulation tank even if the supply of a new treatment liquid is interrupted for some reason by having a liquid feed rate adjustment mechanism Is possible.

また、液処理部は、循環槽から浸漬槽への送液過程に濾過フィルターを備えることが好ましい。これにより、浸漬槽から循環槽に除去された浮遊異物が、再び浸漬槽に混入することを防止することができる。濾過フィルターは、処理液に対して充分な化学的耐性を備えているものであれば、濾過フィルターそのものが異物発生源となる可能性を低減できる。なお、濾過フィルターを備えることで送液圧力損失が生じる場合には、前述の送液速度調節機構により調整することが好ましい。   Moreover, it is preferable that a liquid processing part is equipped with a filtration filter in the liquid feeding process from a circulation tank to an immersion tank. Thereby, it can prevent that the floating foreign material removed to the circulation tank from the immersion tank mixes in the immersion tank again. If the filtration filter has sufficient chemical resistance to the treatment liquid, the possibility that the filtration filter itself becomes a foreign matter generation source can be reduced. In addition, when liquid feeding pressure loss arises by providing a filter, it is preferable to adjust with the above-mentioned liquid feeding speed adjustment mechanism.

本発明のポリマーフィルム製造装置は、液処理部に続いて、液処理されたポリマーフィルムを洗浄する洗浄部を有することが好ましい。図1に示す実施形態では、巻き出されたフィルムは浸漬槽で液処理されたフィルムは洗浄部に搬送される。洗浄部ではフィルムに付着および浸透した処理液を除去し、低減するため、多段で洗浄水に浸漬することが好ましい。洗浄水としては脱イオン水を用いることが好ましい。洗浄水を用いることで洗浄水中に含まれる不純物イオンがフィルム中に浸透し、残留することを防止することができる。また、洗浄部では脱イオン水を多段でシャワー注水する機構を備えることが好ましい。   The polymer film production apparatus of the present invention preferably has a cleaning section for cleaning the liquid-treated polymer film following the liquid processing section. In the embodiment shown in FIG. 1, the unrolled film is liquid-treated in the immersion tank, and the film is conveyed to the cleaning unit. In order to remove and reduce the treatment liquid adhering to and permeating the film in the washing section, it is preferable to immerse in washing water in multiple stages. It is preferable to use deionized water as the washing water. By using the washing water, impurity ions contained in the washing water can be prevented from penetrating into the film and remaining. Moreover, it is preferable to provide a mechanism for pouring deionized water in multiple stages in the washing section.

また、本発明の製造装置は、液処理された後のポリマーフィルム、あるいはさらに洗浄部で洗浄されたポリマーフィルムを乾燥する乾燥部を有することが好ましい。洗浄されたフィルムを乾燥するフィルム乾燥部において、乾燥方式は特に限定されないが、一般的には温風乾燥を行うことが好ましい。乾燥効率を向上するために、少なくともロール表面が多孔質材料である吸引ロールを減圧装置に接続した機構を備えて、洗浄水をできるだけ除去することがより好ましい。   Moreover, it is preferable that the manufacturing apparatus of this invention has a drying part which dries the polymer film after liquid processing, or the polymer film further wash | cleaned by the washing | cleaning part. In the film drying section for drying the washed film, the drying method is not particularly limited, but it is generally preferable to perform hot air drying. In order to improve the drying efficiency, it is more preferable to provide a mechanism in which at least a suction roll whose surface is a porous material is connected to a decompression device, and to remove as much washing water as possible.

さらに、本発明の製造装置は、乾燥された前記フィルムを巻き取る巻き取り部を備えることが好ましい。巻き取りは、ロール形状を良好に維持するため、巻取り張力を一定に制御して巻き取る機構を備えることが好ましい。   Furthermore, it is preferable that the manufacturing apparatus of this invention is provided with the winding-up part which winds up the said dried film. In order to maintain the roll shape satisfactorily, the winding is preferably provided with a winding mechanism that controls the winding tension to be constant.

本発明のポリマーフィルム製造装置は、製造工程において、処理液に浸漬して液処理を行う必要があるポリマーフィルムであれば、特に限定されずに適用することができる。中でも、膜厚が薄い場合や、液吸収の影響で柔らかくなり傷つきやすい場合が多い、イオン交換膜や高分子電解質膜などのイオン伝導性ポリマーフィルムの製造に好適である。   The polymer film production apparatus of the present invention can be applied without particular limitation as long as it is a polymer film that needs to be subjected to liquid treatment by being immersed in a treatment liquid in the production process. Especially, it is suitable for manufacture of ion conductive polymer films, such as an ion exchange membrane and a polymer electrolyte membrane, when the film thickness is thin or often softened and easily damaged by liquid absorption.

イオン伝導性ポリマーフィルムは、ポリマーの基本骨格にイオン性基が結合したポリマーから製膜されたフィルムである。このようなポリマーの基本骨格は特に制限されないが、好ましい例としては、パーフルオロアルキレンに代表されるフッ素系ポリマーや、ポリフェニレンオキシド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルスルホン、ポリエーテルホスフィンオキシド、ポリエーテルエーテルホスフィンオキシド、ポリフェニレンスルフィド、ポリアミド、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリイミダゾール、ポリオキサゾール、ポリフェニレンなどの、芳香族炭化水素骨格を有するポリマーが挙げられる。また、スチレン、エチルスチレン、ビニルピリジン、ビニルピラジン、ジビニルベンゼン、ジビニルトルエン、ジビニルキシレン、トリビニルベンゼンなどを重合して得られるポリマーあるいは共重合ポリマーも挙げられる。なお、イオン伝導性フィルムは、耐久性をさらに高める目的で、多孔質膜や充填材で補強されたものであっても良い。   The ion conductive polymer film is a film formed from a polymer in which an ionic group is bonded to the basic skeleton of the polymer. The basic skeleton of such a polymer is not particularly limited, but preferred examples include fluorine-based polymers such as perfluoroalkylene, polyphenylene oxide, polyether ketone, polyether ether ketone, polyether sulfone, and polyether ether sulfone. , Polyether phosphine oxide, polyether ether phosphine oxide, polyphenylene sulfide, polyamide, polyimide, polyether imide, polyimidazole, polyoxazole, and polyphenylene. Moreover, the polymer or copolymer obtained by superposing | polymerizing styrene, ethyl styrene, vinyl pyridine, vinyl pyrazine, divinyl benzene, divinyl toluene, divinyl xylene, trivinyl benzene etc. is also mentioned. The ion conductive film may be reinforced with a porous film or a filler for the purpose of further enhancing the durability.

陽イオン伝導性を有する陽イオン交換膜においては陰イオン性基を有するポリマーが用いられ、陰イオン性基と陽イオンがイオン対を形成することで陽イオン交換能を有する。陰イオン伝導性を有する陰イオン交換膜においては陽イオン性基を有するポリマーが用いられ、陽イオン性基と陰イオンがイオン対を形成することで陰イオン交換能を有する。   In the cation exchange membrane having cation conductivity, a polymer having an anionic group is used, and the anionic group and the cation form an ion pair to have a cation exchange ability. In the anion exchange membrane having anion conductivity, a polymer having a cationic group is used, and the cationic group and the anion form an ion pair to have anion exchange ability.

陰イオン性基としては、陽イオン交換能を有し、陽イオン伝導性を発揮する限り特に制限はない。陰イオン性基の好ましい例としては、スルホン酸基(−SO(OH))、硫酸基(−OSO(OH))、スルホンイミド基(−SONHSOR(Rは有機基を表す。))、ホスホン酸基(−PO(OH))、リン酸基(−OPO(OH))、カルボン酸基(−CO(OH))、パーフルオロスルホン酸基(−O−(CFSO(OH))を挙げることができる。また、陰イオン性基を有するポリマーは、これらの基を2種類以上有するものであってもよい。陰イオン性基を有するポリマーは、水素イオン伝導度が高いことから、スルホン酸基(パーフルオロスルホン酸基を含む)、スルホンイミド基、硫酸基またはホスホン酸基のいずれかを有することがより好ましく、耐加水分解性の点からスルホン酸基を有することが最も好ましい。 The anionic group is not particularly limited as long as it has cation exchange ability and exhibits cation conductivity. Preferred examples of the anionic group include a sulfonic acid group (—SO 2 (OH)), a sulfuric acid group (—OSO 2 (OH)), and a sulfonimide group (—SO 2 NHSO 2 R (R represents an organic group). )), Phosphonic acid groups (—PO (OH) 2 ), phosphoric acid groups (—OPO (OH) 2 ), carboxylic acid groups (—CO (OH)), perfluorosulfonic acid groups (—O— (CF 2) n SO 2 (OH) ) can be exemplified. Further, the polymer having an anionic group may have two or more of these groups. Since the polymer having an anionic group has high hydrogen ion conductivity, it is more preferable to have any of a sulfonic acid group (including a perfluorosulfonic acid group), a sulfonimide group, a sulfuric acid group, or a phosphonic acid group. From the viewpoint of hydrolysis resistance, it is most preferable to have a sulfonic acid group.

陽イオン性基としては、陰イオン交換能を有し、陰イオン伝導性を発揮する限り特に制限はない。陽イオン性基の好ましい例としては、3級アミノ基、4級アンモニア基、3級ホスホニウム基、4級ホストニウム基を挙げることができる。また、陽イオン性基を有するポリマーは、これらの基を2種類以上有するものであっても良い。陽イオン性基を有するポリマーは、水酸化物イオン伝導度が高いことから、4級アンモニア基、4級ホスホニウム基のいずれかを有することがより好ましい。   The cationic group is not particularly limited as long as it has anion exchange ability and exhibits anion conductivity. Preferable examples of the cationic group include a tertiary amino group, a quaternary ammonia group, a tertiary phosphonium group, and a quaternary hostnium group. The polymer having a cationic group may have two or more of these groups. The polymer having a cationic group preferably has either a quaternary ammonia group or a quaternary phosphonium group because of its high hydroxide ion conductivity.

一般に、イオン伝導性フィルムの製造においては、酸処理またはアルカリ処理によってイオン性基をイオン型に変換する前の前駆体膜の段階では、イオン性基の大部分は最終的に酸処理またはアルカリ処理によって除去される対イオン(以下、「不純物イオン」という)とイオン結合した塩の状態で存在している。   In general, in the production of an ion conductive film, most of the ionic groups are finally treated with an acid treatment or an alkali treatment at the stage of a precursor film before the ionic group is converted into an ionic form by acid treatment or alkali treatment. It exists in the form of a salt ion-bonded with a counter ion (hereinafter referred to as “impurity ion”) removed by.

例えば、陰イオン性基を持つポリマーの重合反応やポリマーに陰イオン性基を導入する付加反応においては金属カチオンが触媒として用いられるが、反応直後においてはこの金属カチオンが前駆体膜中に不純物イオンとして残留する。このような金属カチオンとしては、Li、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、Ba、Ti、V、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Mo、Wのカチオンが挙げられ、中でもアルカリ金属またはアルカリ土類金属のカチオンが良く使用される。さらに、価格および環境負荷の点から、Li、Na、K、Ca、Sr、Baのカチオンが好ましく使用され、Li、Na、Kのカチオンが最も好ましく使用される。   For example, in a polymerization reaction of a polymer having an anionic group or an addition reaction in which an anionic group is introduced into a polymer, a metal cation is used as a catalyst. Remains as. Examples of such metal cations include Li, Na, K, Rb, Cs, Mg, Ca, Sr, Ba, Ti, V, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Zr, Mo, and W cations. Among them, alkali metal or alkaline earth metal cations are often used. Furthermore, from the viewpoint of cost and environmental load, cations of Li, Na, K, Ca, Sr, and Ba are preferably used, and cations of Li, Na, and K are most preferably used.

同様に、陽イオン性基を持つポリマーの合成反応においては、反応触媒として使用する金属カチオンの対イオンである陰イオン(アニオン)と、ポリマー中の陽イオン性基とがイオン結合を形成し、アニオンが前駆体膜中に不純物イオンとして残留する。このようなアニオンとしては、硫酸イオン、硝酸イオン、ハロゲンイオン、炭酸イオン、炭酸水素イオンが挙げられる。陽イオン性基を高分子反応でポリマーに導入する場合は、陽イオン性基と交換反応する官能基としてハロゲノアルキル基が良く用いられ、この場合塩化物イオンやフッ化物イオンなどのハロゲンイオンがポリマー中の陽イオン性基とイオン結合を形成して前駆体膜中に不純物イオンとして残留する。   Similarly, in the synthesis reaction of a polymer having a cationic group, an anion (anion) which is a counter ion of a metal cation used as a reaction catalyst and a cationic group in the polymer form an ionic bond, Anions remain as impurity ions in the precursor film. Examples of such anions include sulfate ions, nitrate ions, halogen ions, carbonate ions, and bicarbonate ions. When a cationic group is introduced into a polymer by a polymer reaction, a halogenoalkyl group is often used as a functional group that exchanges with the cationic group. In this case, halogen ions such as chloride ions and fluoride ions are used in the polymer. An ionic bond is formed with the cationic group therein and remains as impurity ions in the precursor film.

特に限定されるものではないが、典型的には、前駆体膜においてはイオン伝導性フィルムのイオン交換容量の50%以上が不純物イオンと結合した状態で存在する。   Although not particularly limited, typically, in the precursor film, 50% or more of the ion exchange capacity of the ion conductive film is present in a state of being bonded to impurity ions.

本発明の製造装置は、このような前駆体膜を酸処理溶液またはアルカリ処理溶液に接触させる液処理工程を有するイオン伝導性フィルムの製造に好ましく用いることができる。このとき、液処理部においては、前駆体膜が連続搬送されながら酸処理溶液またはアルカリ処理溶液に浸漬される。液処理工程において、前駆体膜に含まれる不純物イオンはイオン交換される。典型的には、陰イオン性基を持つ前駆体膜は、酸性溶液で液処理され水素イオンにイオン交換されて陽イオン交換膜となり、陽イオン性基を持つ前駆体膜は、アルカリ溶液で液処理され水酸化物イオンにイオン交換されて陰イオン交換膜となる。あるいは、陽イオン性基を持つ前駆体膜を炭酸などの弱酸溶液で液処理して炭酸イオンあるいは炭酸水素イオンにイオン交換して陰イオン交換膜とすることも可能である。液処理工程においては、前駆体膜の複数回の液処理工程の終了後に、塩の状態で存在するイオン性基がイオン伝導膜のイオン交換容量の0.1%以下になるようイオン交換を行うことが好ましい。   The production apparatus of the present invention can be preferably used for production of an ion conductive film having a liquid treatment step for bringing such a precursor film into contact with an acid treatment solution or an alkali treatment solution. At this time, in the liquid treatment unit, the precursor film is immersed in the acid treatment solution or the alkali treatment solution while being continuously conveyed. In the liquid processing step, the impurity ions contained in the precursor film are ion exchanged. Typically, a precursor film having an anionic group is liquid-treated with an acidic solution and ion-exchanged with hydrogen ions to form a cation exchange film, and a precursor film having a cationic group is liquid in an alkaline solution. It is processed and ion exchanged with hydroxide ions to form an anion exchange membrane. Alternatively, a precursor film having a cationic group can be liquid-treated with a weak acid solution such as carbonic acid, and ion-exchanged to carbonate ions or hydrogen carbonate ions to form an anion exchange membrane. In the liquid treatment step, ion exchange is performed so that the ionic group present in the salt state is 0.1% or less of the ion exchange capacity of the ion conductive membrane after completion of the plurality of liquid treatment steps of the precursor membrane. It is preferable.

陽イオン交換膜の酸処理溶液としては、強酸の希釈溶液であれば特に限定されないが、塩酸、硫酸、燐酸、硝酸など無機酸の水溶液が好適であり、特に生産性や作業性の観点から硫酸が好ましい。効率的に水素イオンに変換するには、酸処理溶液が1.0モル/リットル(pH=0相当)以上の水素イオン濃度であることが好ましい。イオン性基密度1ミリ当量/g以上の前駆体膜に対しては、水素イオン濃度2.0モル/リットル(pH=−0.3相当)以上であることがより好ましい。すなわち、酸処理溶液はpH=0以下であることが好ましく、イオン性基密度1ミリ当量/g以上の前駆体膜に対してはpH=−0.3以下であることがより好ましい。また、強酸を希釈する際に使用する水は、カチオン性不純物を除去低減した精製水、蒸留水、RO水または脱イオン水を用いることが好ましい。   The acid treatment solution for the cation exchange membrane is not particularly limited as long as it is a dilute solution of strong acid, but an aqueous solution of an inorganic acid such as hydrochloric acid, sulfuric acid, phosphoric acid, nitric acid is preferable, and sulfuric acid is particularly preferable from the viewpoint of productivity and workability. Is preferred. In order to efficiently convert to hydrogen ions, the acid treatment solution preferably has a hydrogen ion concentration of 1.0 mol / liter (corresponding to pH = 0) or more. For a precursor film having an ionic group density of 1 milliequivalent / g or more, a hydrogen ion concentration of 2.0 mol / liter (corresponding to pH = −0.3) or more is more preferable. That is, the acid treatment solution preferably has a pH = 0 or less, and more preferably has a pH = −0.3 or less for a precursor film having an ionic group density of 1 milliequivalent / g or more. Moreover, it is preferable to use purified water, distilled water, RO water or deionized water from which cationic impurities are removed and reduced as the water used when diluting the strong acid.

F:ポリマーフィルム
1:浸漬槽
2:循環槽
3:送液ポンプ
4:搬送ローラー(液中)
5:搬送ローラー(上部)
6:シャワー注水部
F: Polymer film 1: Immersion tank 2: Circulation tank 3: Liquid feed pump 4: Conveyance roller (in liquid)
5: Transport roller (upper part)
6: Shower injection section

Claims (8)

ポリマーフィルムを連続搬送しながら処理液に浸漬して液処理を行うための液処理部を有するポリマーフィルム製造装置であって、
前記液処理部は、
ポリマーフィルムを浸漬させる処理液を貯留する浸漬槽と、
前記浸漬槽に隣接した循環槽と、
新規の処理液を供給する処理液供給部を有し、
前記処理液は、まず前記処理液供給部から前記循環槽に供給され、さらに前記循環槽から前記浸漬槽に送液され、かつ前記浸漬槽から溢れて流出した処理液が前記循環槽に流入するよう構成されてなるポリマーフィルム製造装置。
A polymer film production apparatus having a liquid treatment unit for performing liquid treatment by immersing in a treatment liquid while continuously conveying a polymer film,
The liquid processing unit is
An immersion tank for storing a treatment liquid for immersing the polymer film;
A circulation tank adjacent to the immersion tank;
It has a processing liquid supply part that supplies new processing liquid,
The treatment liquid is first supplied from the treatment liquid supply unit to the circulation tank, and further fed from the circulation tank to the immersion tank, and the treatment liquid overflowing and flowing out of the immersion tank flows into the circulation tank. The polymer film manufacturing apparatus comprised as follows.
前記循環槽は、前記浸漬槽に対し、ポリマーフィルムの搬送方向と直交する方向に隣接して設置され、前記浸漬槽から溢れた処理液が流出するときの流れ方向が、ポリマーフィルムの搬送方向と直交する方向である、請求項1に記載のポリマーフィルム製造装置。 The circulation tank is installed adjacent to the immersion tank in a direction orthogonal to the transport direction of the polymer film, and the flow direction when the treatment liquid overflowing from the immersion tank flows out is the transport direction of the polymer film. The polymer film manufacturing apparatus of Claim 1 which is a direction orthogonal to. 前記液処理部は前記浸漬槽を複数有するとともに、各浸漬槽に隣接する循環槽を有する、請求項1または2に記載のポリマーフィルム製造装置。 The said liquid processing part is a polymer film manufacturing apparatus of Claim 1 or 2 which has a circulation tank adjacent to each immersion tank while having multiple said immersion tanks. 前記循環槽から前記浸漬槽への送液速度を調節するための送液速度調節機構を備える、請求項1〜3のいずれかに記載のポリマーフィルム製造装置。 The polymer film manufacturing apparatus in any one of Claims 1-3 provided with the liquid feeding speed adjustment mechanism for adjusting the liquid feeding speed from the said circulation tank to the said immersion tank. 前記循環槽から前記浸漬槽への送液過程に濾過フィルターを備える、請求項1〜4のいずれかに記載のポリマーフィルム製造装置。 The polymer film manufacturing apparatus in any one of Claims 1-4 provided with a filtration filter in the liquid feeding process from the said circulation tank to the said immersion tank. 前記液処理部は、液処理後のポリマーフィルムに処理液をシャワー注液するシャワー注液部を備える、請求項1〜5のいずれかに記載のポリマーフィルム製造装置。 The said liquid processing part is a polymer film manufacturing apparatus in any one of Claims 1-5 provided with the shower pouring part which shower-injects a process liquid to the polymer film after liquid processing. 前記液処理部に続いて、液処理されたポリマーフィルムを洗浄する洗浄部を有する請求項1〜6のいずれかに記載のポリマーフィルム製造装置。 The polymer film manufacturing apparatus according to any one of claims 1 to 6, further comprising a cleaning unit that cleans the liquid-treated polymer film following the liquid processing unit. 前記処理液が酸処理溶液またはアルカリ処理溶液であり、イオン伝導性ポリマーフィルムの製造に用いられる、請求項1〜7のいずれかに記載のポリマーフィルム製造装置。
The polymer film production apparatus according to any one of claims 1 to 7, wherein the treatment liquid is an acid treatment solution or an alkali treatment solution, and is used for producing an ion conductive polymer film.
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