JP2018097916A - Back sheet - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、補強型電解質膜に用いるバックシートに関する。 The present invention relates to a backsheet used for a reinforced electrolyte membrane.
補強膜である多孔質膜に電解質膜を溶融含浸させて補強した補強型電解質膜が知られている。こうした補強型電解質膜は、補強型電解質膜が組み込まれた燃料電池の耐久性向上に寄与する。補強型電解質膜の製造過程では、多孔質膜の両膜面に電解質膜とバックシートを積層し、この積層状態のまま、電解質膜の加熱処理と加水分解処理がなされている(例えば特許文献1)。 A reinforced electrolyte membrane is known in which a porous membrane, which is a reinforcing membrane, is reinforced by melting and impregnating an electrolyte membrane. Such a reinforced electrolyte membrane contributes to improving the durability of a fuel cell in which the reinforced electrolyte membrane is incorporated. In the manufacturing process of the reinforced electrolyte membrane, the electrolyte membrane and the backsheet are laminated on both surfaces of the porous membrane, and the electrolyte membrane is subjected to heat treatment and hydrolysis treatment in this laminated state (for example, Patent Document 1). ).
バックシートには、シート巻取等の取扱いの観点から、加熱処理の後工程である加水分解処理を受けた後にも、自然剥離を起こさない程度の電解質膜に対する密着性が得られることが望ましい。こうした密着性に対する要請から、フッ素系の樹脂製シート、例えばテフロンシート(テフロンは登録商標)がバックシートとして多用されている。 From the viewpoint of handling such as winding the sheet, it is desirable that the back sheet has adhesiveness to the electrolyte membrane that does not cause natural peeling even after being subjected to a hydrolysis treatment, which is a subsequent process of the heat treatment. In view of such a demand for adhesion, a fluorine-based resin sheet, for example, a Teflon sheet (Teflon is a registered trademark) is often used as a backsheet.
ところで、フッ素系の樹脂製シートは、電解質膜への密着性を備える一方で、フッ素の仕様を低減したいという要請もあることから、他の材質のバックシートが要請されている。ポリフェニレンサルファイド樹脂製シートは、安価な樹脂製シートであり、電解質膜の加熱処理に対する耐熱性も有することが知られているが、電解質膜への密着性をテフロンシートと同程度に確保する点に関して、改善の余地がある。こうしたことから、電解質膜への密着性を備えたポリフェニレンサルファイド樹脂製のバックシートが要請されるに到った。 By the way, since the fluorine-based resin sheet has adhesion to the electrolyte membrane, there is also a demand to reduce the specification of fluorine, so that a back sheet of another material is required. The polyphenylene sulfide resin sheet is an inexpensive resin sheet and is known to have heat resistance against heat treatment of the electrolyte membrane, but it has the same degree of adhesion to the electrolyte membrane as the Teflon sheet. There is room for improvement. For these reasons, a back sheet made of polyphenylene sulfide resin having adhesion to the electrolyte membrane has been requested.
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms.
(1)本発明の一形態によれば、バックシートが提供される。このバックシートは、電解質膜を多孔質膜で補強した補強型電解質膜の前記電解質膜に積層されるバックシートであって、前記電解質膜の側の第1層シートと、該第1層シートに重なった第2層シートとを備え、前記第1層シートと前記第2層シートは、共にポリフェニレンサルファイド樹脂を用いたシートであり、前記第1層シートの融点は、前記第2層シートの融点より低融点である。 (1) According to one aspect of the present invention, a backsheet is provided. The backsheet is a backsheet laminated on the electrolyte membrane of a reinforced electrolyte membrane in which the electrolyte membrane is reinforced with a porous membrane, the first layer sheet on the electrolyte membrane side, and the first layer sheet And the first layer sheet and the second layer sheet are both sheets using polyphenylene sulfide resin, and the melting point of the first layer sheet is the melting point of the second layer sheet. It has a lower melting point.
この形態のバックシートは、電解質膜の側の第1層シートをこれに重なる第2層シートより低融点としているので、第1層シートの融点を、補強型電解質膜の製造過程でなされる加熱処理の加熱温度とすれば、この加熱処理の際に第1層シートを溶融・軟化させることが可能となる。こうして溶融・軟化した第1層シートは、電解質膜の膜表面に倣って、電解質膜の膜表面に行き渡ることから、高い密着性で電解質膜の膜面に密着する。よって、この形態のバックシートによれば、安価なポリフェニレンサルファイド樹脂製シートを用いることでコストを抑制しつつ、加熱処理の後工程である加水分解処理を受けた後にも、所望の密着性を維持できる。 In this form of the backsheet, the first layer sheet on the electrolyte membrane side has a lower melting point than the second layer sheet that overlaps the first layer sheet, so that the melting point of the first layer sheet is heated during the manufacturing process of the reinforced electrolyte membrane. If it is set as the heating temperature of a process, it will become possible to melt and soften a 1st layer sheet | seat in the case of this heat processing. The first layer sheet thus melted and softened spreads over the membrane surface of the electrolyte membrane following the membrane surface of the electrolyte membrane, and thus adheres to the membrane surface of the electrolyte membrane with high adhesion. Therefore, according to this form of the back sheet, the desired adhesion is maintained even after the hydrolysis process, which is a subsequent process of the heat treatment, while suppressing the cost by using an inexpensive sheet made of polyphenylene sulfide resin. it can.
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、補強型電解質膜の製造装置や製造方法等の形態で実現することができる。 Note that the present invention can be realized in various modes. For example, it can be realized in the form of a manufacturing apparatus or manufacturing method of a reinforced electrolyte membrane.
図1は、本実施形態のバックシート220を含む積層膜200の形成に用いられる積層膜製造装置10の一例を示す説明図である。図示するように、積層膜200は、多孔質膜231を中央域に備え、この多孔質膜231の両膜面に、電解質膜210とバックシート220をこの順に積層して備える。電解質膜210は、後述の補強膜化装置30において多孔質膜231に含浸し、多孔質膜231で補強される。電解質膜210は、高分子膜であり、側鎖にスルホン酸基(−SO3H)を備え、プロトン伝導性を有する。多孔質膜231は、多孔質の高分子膜であり、電解質膜210の補強膜として機能する。積層膜200は、後述する加熱処理および加水分解を経た後に両膜面のバックシート220が剥離されることで、電解質膜210を多孔質膜231で補強した補強型電解質膜となる。
FIG. 1 is an explanatory view showing an example of a laminated
積層膜製造装置10は、電解質膜製造部100と、バックシート貼合部110と、補強膜・電解質膜積層部120と、を備える。電解質膜製造部100は、電解質膜210を形成する。電解質としては、ナフィオン(Nafion:登録商標)の前駆体など、側鎖末端にフッ化スルフリル基(−SO2F)を有するパーフルオロスルホン酸ポリマーの前駆体を用いることができる。本実施形態では、電解質膜製造部100は、IEC(イオン交換当量)が1.3〜1.8meg/gの電解質の前駆体を用い、厚さ2〜30μmの電解質膜210を形成する。本実施形態では、側鎖末端にフッ化スルフリル基を有する電解質の前駆体を用いたが、代わりに、側鎖末端に塩化スルフリル基(−SO2Cl)を有する電解質の前駆体、あるいは、側鎖末端にスルホン酸基(−SO3H)基を有する電解質を用いても良い。なお、電解質の前駆体のハロゲン化スルフリル基(フッ化スルフリル基、塩化スルフリル基)は、後述の加水分解処理槽350での加水分解処理により、スルホン酸基(−SO3H)基に容易に変換する。
The laminated
バックシート貼合部110は、一対の貼合ロール112と、バックシート繰出ロール114と、を備えている。バックシート繰出ロール114は、バックシート220を繰り出す。繰り出されるバックシート220は、2層シートであり、第1層シート221を電解質膜210の側とし、この第1層シート221に第2層シート222を重ねて備える。第1層シート221と第2層シート222は、共にポリフェニレンサルファイド樹脂(以下、PPSと略称する)を用いたシートであり、バックシート220は、この両層シートを予め積層した状態で、バックシート繰出ロール114に巻き取られている。PPSは、パラジクロルベンゼン(p−DCB)と硫化ソーダ(Na2S)あるいは、水硫化ソーダ(NaSH)とを極性溶媒中、高温加圧下で重縮合反応させて製造される結晶性の耐熱性ポリマーであり、通常、280℃程度の高い融点を有する。そして、重縮合反応の過程において重縮合の程度を変えたり、組成を変えることで融点を変えることができ、第1層シート221は、240〜250℃の融点を備える。第2層シート222は、280℃の融点であることから、第1層シート221は、第2層シート222より低融点であり、補強型電解質膜の製造過程でなされる後述の加熱処理を受けて溶融・軟化する。
The back
バックシート220は、通常、20〜100μmのシート厚とされ、本実施形態では、バックシート220を第1層シート221と第2層シート222とが積層した2層シートとした。第1層シート221と第2層シート222のシート厚は、種々調整可能であるが、シート形態の維持や薄様シートの積層化を図る観点から、並びに第1層シート221のなす後述の密着性確保等の観点から、本実施形態では、バックシート220のシート厚を50μmとし、第1層シート221のシート厚を10μm、第2層シート222のシート厚を40μmとした。なお、第2層シート222のシート厚が第1層シート221のシート厚より大きければ、各層シートのシート厚は適宜変更可能である。こうして得られたバックシート220は、予めバックシート繰出ロール114に巻き取られており、このバックシート繰出ロール114から一対の貼合ロール112に送り出される。この際、バックシート220は、電解質膜210の側に第1層シート221が位置するよう貼合ロール112に送り出される。バックシート貼合部110は、一対の貼合ロール112の2つのロールの間に、電解質膜210と、バックシート220とを挟んで通過させることにより、電解質膜210のシート貼付面210fにバックシート220の第1層シート221が密着した状態で、電解質膜210とバックシート220とを積層する。
The
補強膜・電解質膜積層部120は、一対の積層ロール122と、ペースト押出機124と、延伸機126と、を備える。ペースト押出機124は、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)のファインパウダーとアイソパー(アイソパーは登録商標)とを混合し、帯状に押し出すことで帯状の補強膜230を形成する。延伸機126は、帯状の補強膜230を厚さ1〜5μm、気孔率40〜60%程度に延伸し、約350℃で焼成して、多孔質膜231を形成し、多孔質膜231を積層ロール122に送り出す。例えば、延伸機126は、一対のロールを用い、その間に補強膜230を通過させながら押圧することにより、補強膜230を延伸してもよい。本実施形態では、補強膜・電解質膜積層部120は、ペースト押出機124を有し、補強膜230を製造しているが、別途作成された補強膜230を用いてもよい。
The reinforcing membrane /
本実施形態では、多孔質膜231を得るための補強膜230として、ポリテトラフルオロエチレンを用いたが、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体、共重合成分を10モル%含むポリテトラフルオロエチレン共重合体等のポリオレフィン系樹脂:、ポリシロキサン;ポリメチルメタクリレート(PMMA)などのメタクリレート系樹脂;ポリスチレン、アクリロニトリル−スチレン共重合体(AS樹脂)、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体(ABS樹脂)などのスチレン系樹脂;ポリアミド;ポリイミド(PI);ポリエーテルイミド(PEI);ポリアミドイミド;ポリエステルイミド;ポリカーボネート(PC);ポリアセタール;ポリフェニレンエーテル(PPO)などのポリアリーレンエーテル;ポリフェニレンスルフィド(PPS);ポリアリレート;ポリアリール;ポリスルホン(ポリサルホン);ポリエーテルスルホン(PES)(ポリエーテルサルホン);ポリウレタン類;ポリエチレンテレフタレート(PET)などのポリエステル系樹脂;ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)やポリエーテルケトンケトン(PEKK)などのポリエーテルケトン類;ポリアクリル酸ブチル、ポリアクリル酸エチルなどのポリアクリル酸エステル類;ポリブトオキシメチレンなどのポリビニルエステル類;ポリシロキサン類;ポリサルファイド類;ポリフォスファゼン類;ポリトリアジン類;ポリカーボラン類;ポリノルボルネン;エポキシ系樹脂;ポリビニルアルコール;ポリビニルピロリドン;ポリイソプレンやポリブタジエンなどのポリジエン類;ポリイソブチレンなどのポリアルケン類;フッ化ビニリデン系樹脂、ヘキサフルオロプロピレン系樹脂、ヘキサフルオロアセトン系樹脂などの樹脂(熱可塑性樹脂など)のいずれかを用いても良い。
In this embodiment, polytetrafluoroethylene is used as the reinforcing
一対の積層ロール122は、多孔質膜231の両膜面に、バックシート220が積層済みの電解質膜210を配置して、「バックシート220−電解質膜210−多孔質膜231−電解質膜210−バックシート220」の5層構造の積層膜200を形成する。しかも、電解質膜210とバックシート220との積層は、電解質膜210のシート貼付面210fに第1層シート221が密着した状態となる。こうして得られた積層膜200は、多孔質膜231の両膜面に電解質膜210とバックシート220とをこの順に積層された積層膜であり、各膜の膜幅は同じとされている。本実施形態では、積層膜製造装置10において、100〜500mmの膜幅の積層膜200を100〜500mの長さで連続形成し、その積層膜200を、次の工程が実行される後述の補強膜化装置30に搬送する。次工程への積層膜200の搬送は、搬送ローラーを用いたローラー搬送とできる他、積層膜200を巻取ロールに巻き取り、巻取ロール単位で行っても良い。
In the pair of
図2は、多孔質膜231への電解質膜210の溶融含浸と電解質膜210の加水分解処理とを順次実行する補強膜化装置30の一例を概略的に示す説明図である。補強膜化装置30は、積層膜加熱と電解質膜含浸を図る含浸機器群31と加水分解を図る加水分解機器群32とを備え、両機器群の間において積層膜200をローラー搬送する。なお、含浸機器群31で積層膜加熱と電解質膜含浸とがなされた積層膜200を巻取ロールに巻き取り、この巻取ロールから加水分解機器群32に積層膜200を送り出してもよい。
FIG. 2 is an explanatory diagram schematically showing an example of a reinforcing
含浸機器群31は、搬送ローラー300と、第1ヒートロール310と、第2ヒートロール320と、搬送ローラー330で構成される。搬送ローラー300は、積層膜200を第1ヒートロール310に搬送する。積層膜200は、第1ヒートロール310のロール表面に沿って第2ヒートロール320に搬送される。第1ヒートロール310と第2ヒートロール320は、240℃〜260℃に加熱されており、それぞれのロール表面に接触した積層膜200を加熱する。この加熱温度は、第1層シート221の融点と同程度の温度である。また、第1ヒートロール310と第2ヒートロール320は、搬送されてくる積層膜200をロール間に挟み込み、このロール間において、積層膜200を0.1〜0.8MPaの圧力(ニップ圧)で加圧する。上記のヒートローラの加熱を受けて積層膜200の電解質膜210は溶融して軟化し、溶融済みの電解質膜210は、多孔質膜231に含浸する。溶融・軟化した電解質膜210の多孔質膜231への含浸は、ロール間における加圧により起きると共に、搬送に際して加えられるテンションによりヒートロール表面に押し付けられつつ搬送される間にも起きる。
The
含浸機器群31に搬送された電解質膜210は、次のようにして多孔質膜231に含浸する。図3は、図2における3−3線に沿った積層膜200の概略断面図である。図4は、図2における4−4線に沿った積層膜200の概略断面図である。
The
積層膜200は、第1ヒートロール310に到る手前においては、図1に示したように、多孔質膜231の両膜面に電解質膜210とバックシート220とが単に積層した状態であって、未加熱であることから、初期膜厚Tsのままである。この積層膜200は、更なる搬送により、第1ヒートロール310のロール表面に密着し、第1ヒートロール310により加熱される。積層膜200は、ロール表面からの加熱を受けつつ搬送され、図2に示す第1ヒートロール310と第2ヒートロール320とのロール間に到達する。このロール間まで達するまでの間において、積層膜200の電解質膜210は、第1ヒートロール310のロール表面からの加熱により溶融・軟化し、多孔質膜231に含浸する。また、積層膜200は、ロール間に達した以降において、第2ヒートロール320のロール表面に密着してこの第2ヒートロール320により加熱されるので、この間においても、電解質膜210は、溶融・軟化して多孔質膜231に含浸する。第1ヒートロール310および第2ヒートロール320のロール表面からの加熱は、バックシート220についてもなされ、バックシート220の第1層シート221と第2層シート222とは加熱を受ける。第2層シート222は、その融点が280℃と高いことから、溶融はしない。これに対し、第2層シート222より低融点の第1層シート221は、ロール表面からの加熱を受けて溶融・軟化する。第1層シート221の溶融・軟化については後述する。
Prior to reaching the
積層膜200には、その表裏面において、第1ヒートロール310と第2ヒートロール320とによるニップ圧が作用すると共に、搬送に際して加えられるテンションによりヒートロール表面への押し付け力が作用する。こうした加圧下での加熱処理により、溶融・軟化した電解質膜210は、図3に示すように、膜厚中央域の多孔質膜231に、その両膜面から含浸する。そして、積層膜200は、多孔質膜231への電解質膜210の含浸、およびニップ圧や押し付け力の作用により、初期膜厚Tsより薄い含浸過程膜厚Tmとなる。
A nip pressure by the
第2ヒートロール320を通過した積層膜200は、多孔質膜231への電解質膜210の含浸の完了により、図4に示すように、含浸過程膜厚Tmより薄い最終膜厚Teとなる。この状態の積層膜200では、多孔質膜231が電解質膜210の膜厚のほぼ中央域に存在して、この多孔質膜231の全域に電解質膜210が含浸していることになる。こうして電解質膜210の含浸が完了した積層膜200は、図2に示すように、搬送ローラー330を経て加水分解機器群32の加水分解処理槽350に搬送され、積層膜200に含まれる電解質膜210が加水分解される。加水分解処理槽350は、アルカリ処理槽や洗浄層、酸化処理槽と言った複数の槽を備え、各槽を積層膜200が通過する間に、電解質膜210にアルカリ処理、酸化処理を処し、電解質膜210を加水分解する。これにより、電解質膜210は、スルホン酸基(−SO3H)基を備えたプロトン伝導性を有する電解質膜となる。そして、加水分解後の積層膜200は、搬送ローラー360を経て、膜電極接合体の製造装置、或いは燃料電池製造装置に送り出される。なお、搬送ローラー360の下流にて積層膜200を巻取ロールに巻き取り、この巻取ロールから膜電極接合体の製造装置や燃料電池製造装置に積層膜200を送り出してもよい。
As shown in FIG. 4, the
以上説明した積層膜200を構成する本実施形態のバックシート220は、電解質膜210の側の第1層シート221をこれに重なる第2層シート222より低融点とし、補強型電解質膜の製造過程でなされる加熱処理の際に第1層シート221を溶融・軟化させる。こうして溶融・軟化した第1層シート221は、図3と図4の拡大図示に示すように、電解質膜210のシート貼付面210fの表面凹凸に倣って、電解質膜210のシート貼付面210fの全域に行き渡ることから、高い密着性で電解質膜210のシート貼付面210fに密着する。よって、積層膜200を構成する本実施形態のバックシート220によれば、フッ素系の樹脂シートに代わって安価なPPSシートを使用することでコストを抑制しつつ、加熱処理の後工程である加水分解処理を受けた後にも、所望の密着性を維持できる。以下、この密着性維持について実証する。
In the
図5は実施形態品と比較例品について電解質膜とバックシートの密着性に関する評価結果を示す説明図である。この評価結果における実施形態品と比較例品は以下の通りのバックシート220を用いた。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing the evaluation results regarding the adhesion between the electrolyte membrane and the back sheet for the embodiment product and the comparative product. The embodiment product and the comparative product in this evaluation result used a
実施形態品は、既述したように、第1層シート221と第2層シート222とが積層した2層シートのバックシート220とし、バックシート220のシート厚は50μmで、第1層シート221のシート厚は10μm、第2層シート222のシート厚は40μmである。なお、第1層シート221と第2層シート222は、共にPPSを用いたシートであり、バックシート220は、この両層シートを予め積層したバックシートである。
As described above, the embodiment product is the
比較例品1〜比較例品4のそれぞれのバックシートは、PPSを用いた単層シートのバックシートであり、そのシート厚は50μmである。図5に示すように、比較例品1のバックシートは、何の表面処理がなされていない。よって、比較例品1のバックシートを、便宜上、無処理バックシートと称する。比較例品2は、電解質膜210のシート貼付面210fに密着する側のシート表面にプラズマ照射を行うプラズマ処理がなされている。よって、比較例品2のバックシートを、便宜上、プラズマ処理バックシートと称する。比較例品3は、電解質膜210のシート貼付面210fに密着する側のシート表面に火炎を吹き付ける火炎処理がなされている。よって、比較例品3のバックシートを、便宜上、火炎処理バックシートと称する。比較例品4は、電解質膜210のシート貼付面210fに密着する側のシート表面に細粒のブラストを吹き付けるブラスト処理がなされている。よって、比較例品4のバックシートを、便宜上、ブラスト処理バックシートと称する。また、上記の表面処理がなされたバックシートを総称する場合には、表面処理バックシートと称する。
Each of the back sheets of
図5に示す水接触角は、実施例品のバックシート220における第1層シート221の表面、比較例品1の無処理バックシートの表面、比較例品2のプラズマ処理バックシートの処理表面、比較例品3の火炎処理バックシートの処理表面、および比較例品4のブラスト処理バックシートの処理表面について、液適法、或いは拡散・収縮法等の既存手法にて測定した。実施形態品および各比較例品のそれぞれのバックシートの水接触角は、60〜80°であった。
The water contact angle shown in FIG. 5 is the surface of the
図5に示す含浸後密着強度と加水分解後密着強度を得るに当たっては、次のようにして、実施形態品と各比較例品のバックシートごとに積層膜200を製造した。まず、実施形態品および各比較例品のそれぞれのバックシートを図1の積層膜製造装置10に送り出し、未含浸・未加水分解の積層膜200を実施形態品と各比較例品のバックシートごとに製造する。その後、実施形態品と各比較例品のバックシートごとの未含浸・未加水分解の積層膜200を補強膜化装置30の含浸機器群31と加水分解機器群32に順次搬送し、電解質膜の溶融・含浸と加水分解処理が済んだ積層膜200を、実施形態品と各比較例品のバックシートごとに製造する。そして、含浸機器群31による電解質膜の溶融・含浸が行われただけの積層膜200を、図2の第2ヒートロール320の下流域で切断して含浸後密着強度測定シートとする。また、含浸機器群31による電解質膜の溶融・含浸と加水分解機器群32による加水分解処理とが行われたバックシート220を、図2の搬送ローラー360の下流域で切断して加水分解後密着強度測定シートとする。
In obtaining the adhesion strength after impregnation and the adhesion strength after hydrolysis shown in FIG. 5, a
図5に示す含浸後密着強度は、実施形態品と各比較例品のバックシートごとに得られた含浸後密着強度測定シートについて、180°剥離強度測定法にて測定した。実施形態品と各比較例品のバックシートごとの含浸後密着強度は、35〜60N/mであった。図5に示す加水分解後密着強度は、実施形態品と各比較例品のバックシートごとに得られた加水分解後密着測定シートについて、180°剥離強度測定法にて測定した。実施形態品と各比較例品のバックシートごとの加水分解後密着強度は、0N/mまたは1N/mであった。 The post-impregnation adhesion strength shown in FIG. 5 was measured by a 180 ° peel strength measurement method for the post-impregnation adhesion strength measurement sheet obtained for each of the back sheets of the embodiment product and each comparative product. The adhesion strength after impregnation for each back sheet of the embodiment product and each comparative product was 35 to 60 N / m. The post-hydrolysis adhesion strength shown in FIG. 5 was measured by a 180 ° peel strength measurement method for the post-hydrolysis adhesion measurement sheet obtained for each of the back sheets of the embodiment product and each comparative product. The adhesion strength after hydrolysis for each of the back sheets of the embodiment product and each comparative product was 0 N / m or 1 N / m.
図5に示す評価結果から、以下の解析ができる。水接触角が小さいとバックシートの表面粗さが増すので、電解質膜の溶融・含浸の過程において、溶融・軟化した電解質膜210がバックシートの表面の微細な凹凸に入り込み、密着強度が高まると想定される。比較例品2のプラズマ処理バックシートを含む含浸後密着強度測定シートは、電解質膜の溶融・含浸が行われた状態では、大きな密着強度で電解質膜210に密着する。この密着強度の高まりは、水接触角が小さいことに起因すると言える。実施形態品のバックシート220と比較例品1および比較例品3〜4のそれぞれの含浸後密着強度測定シートにあっては、比較例品2より水接触角が大きいとは言え、良否判定密着強度の25N/mを越える密着強度で電解質膜210に密着しているので、良判定である。
The following analysis can be performed from the evaluation result shown in FIG. When the water contact angle is small, the surface roughness of the backsheet increases, and therefore, in the process of melting and impregnating the electrolyte membrane, the melted /
その一方、加水分解後密着強度については、実施形態品のバックシート220を含む加水分解後密着強度測定シートのみが、ゼロN/mを超える1N/mの加水分解後密着強度を得ることができた。つまり、比較例品1〜4のそれぞれの含浸後密着強度測定シートにあっては、加水分解後密着強度がゼロであるので、電解質膜の溶融・含浸とその後工程の加水分解処理とを受けた後において、自然剥離を起こし得ることになる。これに対し、実施形態品のバックシート220を含む加水分解後密着強度測定シート、即ち積層膜200については、電解質膜の溶融・含浸とその後工程の加水分解処理とを受けた後におけるバックシート220の自然剥離を抑制できると言える。こうした結果は、次のように説明できる。
On the other hand, regarding the post-hydrolysis adhesion strength, only the post-hydrolysis adhesion strength measurement sheet including the
加水分解処理の過程では、アルカリ処理並びに酸処理により、電解質膜210においてその組成成分の化学反応が起き、この化学反応は、比較例品1〜4の表面処理バックシートの表面の微小凹凸に入り込んでいた電解質膜部位でも起きる。よって、化学反応の進行に伴いバックシート表面の微小凹凸への入り込みに伴う密着性が低下し、比較例品1〜4のそれぞれの加水分解後密着強度測定シートでは加水分解後密着強度が得られない。実施形態品のバックシート220を電解質膜210に密着させた加水分解後密着強度測定シートでは、第1層シート221の水接触角が大きいことから、微小凹凸への入り込みによる密着性はさほど得られず、微小凹凸への入り込みに伴う密着性の低下はあまり影響を与えない。それでいながら、実施形態品のバックシート220を電解質膜210に密着させた加水分解後密着強度測定シートで自然剥離を抑制できる密着強度を確保できたのは、第1に、既述したように、電解質膜210のシート貼付面210fに密着した第1層シート221が、低融点である故に加熱処理の際に溶融・軟化し、図3と図4の拡大図示に示すように、電解質膜210のシート貼付面210fの表面凹凸に倣って、電解質膜210のシート貼付面210fのほぼ全域に行き渡るからである。第2に、シート貼付面210fの表面凹凸に倣ったシート貼付面への行き渡りに伴って、高い密着性で電解質膜210のシート貼付面210fに密着するからである。なお、水接触角が小さいために微小凹凸への入り込みによる密着性が高まる比較例品2の加水分解後密着強度測定シートで自然剥離を抑制できる加水分解後密着強度を得られないのは、本実施形態のように、電解質膜210のシート貼付面210fの側におけるバックシートの溶融・軟化が起きないからである。詳しくは、バックシートの溶融・軟化が起きない故に、図3や図4の拡大図に示すシート貼付面210fの表面凹凸に倣ったシート貼付面210fへのバックシートの行き渡りが起きないからである。
In the course of the hydrolysis treatment, a chemical reaction of the composition component occurs in the
本実施形態のバックシート220を用いた補強型電解質膜を製造するには、バックシート繰出ロール114に巻き取るバックシートを、低融点の第1層シート221と高融点の第2層シート222とが積層した2層シートのバックシート220に変えるだけで済む。よって、本実施形態のバックシート220を有する故に自然剥離が抑制可能な積層膜200を、既存の設備構成を流用して容易に得ることができる。
In order to manufacture a reinforced electrolyte membrane using the
本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部または全部を達成するために、適宜、差し替えや組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, examples, and modifications, and can be realized with various configurations without departing from the spirit thereof. For example, the technical features in the embodiments, examples, and modifications corresponding to the technical features in each embodiment described in the summary section of the invention are to solve some or all of the above-described problems, or In order to achieve part or all of the above-described effects, replacement or combination can be performed as appropriate. Further, if the technical feature is not described as essential in the present specification, it can be deleted as appropriate.
既述した実施形態では、多孔質膜231の両膜面に電解質膜210を積層したが、多孔質膜231の一方の膜面に電解質膜210を積層し、多孔質膜231の他方の膜面と電解質膜210の膜面とにバックシート220をそれぞれ積層するようにしてもよい。この場合には、図1に示す積層膜製造装置10における一方のバックシート貼合部110から、電解質膜製造部100を省略すればよい。そして、多孔質膜231の一方の膜面には、大きな膜厚の電解質膜210を積層し、多孔質膜231の一方の膜面に積層した電解質膜210に、第1層シート221と第2層シート222とを積層したバックシート220を少なくとも積層し、その際には、電解質膜210に第1層シート221を密着させてバックシート220を積層すればよい。
In the embodiment described above, the
既述した実施形態では、積層膜200を加熱する手段として第1ヒートロール310と第2ヒートロール320を用いたが、これに限定されるものではなく、例えば、搬送過程にある積層膜200やロール表面の積層膜200に対向してヒーター等の種々の加熱手段を設けるような公正とすることも可能である。
In the above-described embodiment, the
10…積層膜製造装置
30…補強膜化装置
31…含浸機器群
32…加水分解機器群
100…電解質膜製造部
110…バックシート貼合部
112…貼合ロール
114…バックシート繰出ロール
120…補強膜・電解質膜積層部
122…積層ロール
124…ペースト押出機
126…延伸機
200…積層膜
210…電解質膜
210f…シート貼付面
220…バックシート
221…第1層シート
222…第2層シート
230…補強膜
231…多孔質膜
300…搬送ローラー
310…第1ヒートロール
320…第2ヒートロール
330…搬送ローラー
350…加水分解処理槽
360…搬送ローラー
Te…最終膜厚
Tm…含浸過程膜厚
Ts…初期膜厚
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記電解質膜の側の第1層シートと、
該第1層シートに重なった第2層シートとを備え、
前記第1層シートと前記第2層シートは、共にポリフェニレンサルファイド樹脂を用いたシートであり、
前記第1層シートの融点は、前記第2層シートの融点より低融点である、
バックシート。 A backsheet laminated on the electrolyte membrane of a reinforced electrolyte membrane in which the electrolyte membrane is reinforced with a porous membrane,
A first layer sheet on the electrolyte membrane side;
A second layer sheet overlapping the first layer sheet,
The first layer sheet and the second layer sheet are both sheets using polyphenylene sulfide resin,
The melting point of the first layer sheet is lower than the melting point of the second layer sheet,
Back sheet.
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