JP5498256B2 - Polymer electrolyte laminated film - Google Patents

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Description

本発明は、樹脂支持フィルム上に高分子電解質フィルムが積層された高分子電解質積層フィルムに関する。   The present invention relates to a polymer electrolyte laminated film in which a polymer electrolyte film is laminated on a resin support film.

燃料電池は、電池内で、燃料(水素源)と酸化剤(酸素)から電気化学的反応により電気エネルギーを得るものであり、燃料の化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換するものである。燃料電池の燃料源としては、純水素をはじめ水素元素を含む石油、天然ガス(メタン等)、メタノール等が使用されている。
燃料電池自体は、機械部分がないため騒音の発生が少なく、また外部からの燃料と酸化剤を供給し続けることにより、原理的には半永久的に発電させることが可能である。
燃料電池に用いられる電解質は、液体電解質や固体電解質に分類されるが、この中で電解質として高分子電解質フィルムを用いたものが固体高分子形燃料電池と言われる。特に、固体高分子形燃料電池は、他の種類の燃料電池と比較して低温で作動することから、自動車等の代替動力源や家庭用コジェネレーションシステム、携帯用発電機としての用途が期待されている。
固体高分子形燃料電池は、電極触媒層とガス拡散層が積層されたガス拡散電極が高分子電解質フィルムの両面に接合された膜/電極接合体を少なくとも備えている。ここで言う高分子電解質フィルムとは、高分子鎖中にスルホン酸基やカルボン酸基等の強酸性基を有し、プロトンを選択的に透過する性質を有する材料である。このような高分子電解質フィルムとしては、化学的安定性の高いNafion(登録商標、米国デュポン社製)に代表されるパーフルオロ系プロトン交換樹脂フィルムが好適に用いられている。
このような高分子電解質フィルムは、柔軟性を有する厚さ20〜100μmの薄膜であるのが一般的であり、薄膜のままで取り扱うと皺や傷が入りやすいと言う欠点を有する。従って、膜/電極接合体を作製するまでの保管や取り扱い上の観点から、非特許文献1に記載されているような樹脂支持フィルム(Backing Film)上に積層されていることが望ましい。
ところで、高分子電解質フィルムは一般的に吸水性が極めて高く、高湿度下において膜が膨潤する。よって、高分子電解質フィルムと樹脂支持フィルムとの密着性が悪いと、夏場の高湿度環境において高分子電解質フィルムが樹脂支持フィルムから剥離しやすい、若しくは気泡が入りやすくなるという問題があった。このような問題が生じると、積層フィルムの保管時、又は積層フィルムを所定の寸法に切断、剥離して使用するときに、高分子電解質フィルムに皺やその他の欠点が入った不良品になり、燃料電池に使用できなくなるといった課題があった。
上記課題を解決する手法として、特許文献1及び2には、積層フィルムの少なくとも一層を厚み方向に完全にカットし、少なくとも一層は厚み方向にカットしない方法が開示されている。
A fuel cell obtains electric energy from a fuel (hydrogen source) and an oxidant (oxygen) by an electrochemical reaction in the cell, and directly converts the chemical energy of the fuel into electric energy. As fuel sources for fuel cells, pure hydrogen and other petroleum oils containing hydrogen elements, natural gas (such as methane), methanol, and the like are used.
Since the fuel cell itself has no mechanical part, the generation of noise is small, and in principle, it is possible to generate electricity semipermanently by continuously supplying fuel and oxidant from the outside.
Electrolytes used in fuel cells are classified into liquid electrolytes and solid electrolytes. Among them, those using a polymer electrolyte film as an electrolyte are called solid polymer fuel cells. In particular, polymer electrolyte fuel cells operate at lower temperatures than other types of fuel cells, and are expected to be used as alternative power sources for automobiles, household cogeneration systems, and portable generators. ing.
The polymer electrolyte fuel cell includes at least a membrane / electrode assembly in which a gas diffusion electrode in which an electrode catalyst layer and a gas diffusion layer are laminated is bonded to both surfaces of a polymer electrolyte film. The polymer electrolyte film referred to here is a material having a strongly acidic group such as a sulfonic acid group or a carboxylic acid group in a polymer chain and a property of selectively transmitting protons. As such a polymer electrolyte film, a perfluoro proton exchange resin film represented by Nafion (registered trademark, manufactured by DuPont, USA) having high chemical stability is suitably used.
Such a polymer electrolyte film is generally a flexible thin film having a thickness of 20 to 100 μm, and has a defect that wrinkles and scratches are likely to occur when handled as a thin film. Therefore, it is desirable to laminate on a resin supporting film (Backing Film) as described in Non-Patent Document 1 from the viewpoint of storage and handling until a membrane / electrode assembly is produced.
By the way, the polymer electrolyte film generally has extremely high water absorption, and the membrane swells under high humidity. Therefore, when the adhesiveness between the polymer electrolyte film and the resin support film is poor, there is a problem that the polymer electrolyte film is easily peeled off from the resin support film in the high humidity environment in summer or air bubbles are easily included. When such a problem occurs, when the laminated film is stored, or when the laminated film is cut to a predetermined size and used after being peeled off, the polymer electrolyte film becomes a defective product containing defects or other defects, There has been a problem that the fuel cell cannot be used.
As methods for solving the above problems, Patent Documents 1 and 2 disclose a method in which at least one layer of a laminated film is completely cut in the thickness direction, and at least one layer is not cut in the thickness direction.

特開2007−114270号公報JP 2007-114270 A 特開2007−299551号公報JP 2007-299551 A

Dennis E. Curtin, Robert D. Lousenberg, Timothy J. Henry, Paul C. Tangeman, Monica E. Tisack, J. Power Sources, 131 (2004), 41-48Dennis E. Curtin, Robert D. Lousenberg, Timothy J. Henry, Paul C. Tangeman, Monica E. Tisack, J. Power Sources, 131 (2004), 41-48

しかしながら、一般に、高分子電解質フィルムは樹脂支持フィルムに比べて柔軟であるため、長期間保管した後に高分子電解質フィルムを皺無く剥離するのが困難である。従って、高分子電解質を剥離して使用する際に皺やその他欠点が入った不良品になりやすく、燃料電池に使用できなくなるといった問題がある。
上記事情に鑑み、本発明は、高分子電解質フィルムを長期間保管しても皺等の欠点を増やすことなく、且つ、容易に高分子電解質フィルムを皺無く剥離して使用することのできる高分子電解質積層フィルム及びその製造方法を提供することを目的とする。
However, in general, since the polymer electrolyte film is more flexible than the resin support film, it is difficult to peel the polymer electrolyte film thoroughly after storing for a long time. Therefore, there is a problem that when the polymer electrolyte is peeled off and used, it tends to be a defective product with defects and other defects and cannot be used for a fuel cell.
In view of the above circumstances, the present invention provides a polymer that can be used by easily peeling the polymer electrolyte film without wrinkles without increasing defects such as wrinkles even when the polymer electrolyte film is stored for a long period of time. It aims at providing an electrolyte lamination film and its manufacturing method.

本発明者らは、少なくとも高分子電解質フィルムとの積層面側にコロナ放電処理又はプラズマ放電処理が施された樹脂支持フィルム上に、高分子電解質フィルムが積層された高分子電解質積層フィルムであって、高分子電解質フィルムの厚み方向全てと、樹脂支持フィルムの厚み方向の積層面側の一部に、同じ平面位置で枚葉型に、又は同じ平面位置で縦か横のどちらか一方に、切り込みを入れることにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。   The inventors of the present invention provide a polymer electrolyte laminate film in which a polymer electrolyte film is laminated on a resin support film that has been subjected to corona discharge treatment or plasma discharge treatment on at least the laminate surface side with the polymer electrolyte film. , Cut in all the thickness direction of the polymer electrolyte film and part of the laminated surface side in the thickness direction of the resin support film, in the same plane position in a single wafer shape, or in the same plane position either vertically or horizontally As a result, it was found that the above-mentioned problems can be solved, and the present invention was completed.

すなわち、本発明は以下の通りである。
[1]
樹脂支持フィルムと、高分子電解質フィルムと、を有する高分子電解質積層フィルムであって、
少なくとも前記高分子電解質フィルムとの積層面側にコロナ放電処理又はプラズマ放電処理が施された厚み5〜500μmの樹脂支持フィルム上に、厚み1〜500μmの高分子電解質フィルムが積層されており、
前記高分子電解質フィルムの厚み方向全てと、前記樹脂支持フィルムの厚み方向の積層面側の一部が、同じ平面位置で枚葉型に、又は同じ平面位置で縦か横のどちらか一方に切り込まれた、高分子電解質積層フィルム。
[2]
前記樹脂支持フィルムの厚み方向の一部の切り込みの深さが、樹脂支持フィルム全体の厚みに対して5〜95%である、上記[1]記載の高分子電解質積層フィルム。
[3]
前記高分子電解質フィルムが、スルホン酸基を有するフッ素系高分子電解質を含む、上記[1]又は[2]記載の高分子電解質積層フィルム。
[4]
樹脂支持フィルムと、高分子電解質フィルムと、を有する高分子電解質積層フィルムの製造方法であって、
(1)前記樹脂支持フィルムの前記高分子電解質フィルムとの積層面側にコロナ放電処理又はプラズマ放電処理を施す工程、
(2)前記コロナ放電処理又はプラズマ放電処理が施された樹脂支持フィルム上に前記高分子電解質フィルムを積層して積層フィルムを得る工程、
(3)前記積層フィルムに、前記高分子電解質フィルムの厚み方向全てと、前記樹脂支持フィルムの厚み方向の前記高分子電解質フィルムとの積層面側の一部に切り込みを入れる工程、
を含む、製造方法。
That is, the present invention is as follows.
[1]
A polymer electrolyte laminated film having a resin support film and a polymer electrolyte film,
A polymer electrolyte film having a thickness of 1 to 500 μm is laminated on a resin support film having a thickness of 5 to 500 μm that has been subjected to corona discharge treatment or plasma discharge treatment on at least a laminated surface side with the polymer electrolyte film,
Cut all of the polymer electrolyte film in the thickness direction and a part of the laminated surface side in the thickness direction of the resin support film into a single wafer shape at the same plane position, or vertically or horizontally at the same plane position. An embedded polymer electrolyte laminated film.
[2]
The polymer electrolyte laminate film according to the above [1], wherein the depth of the cut in the thickness direction of the resin support film is 5 to 95% with respect to the thickness of the entire resin support film.
[3]
The polymer electrolyte laminate film according to the above [1] or [2], wherein the polymer electrolyte film contains a fluorine-based polymer electrolyte having a sulfonic acid group.
[4]
A method for producing a polymer electrolyte laminate film having a resin support film and a polymer electrolyte film,
(1) A step of performing corona discharge treatment or plasma discharge treatment on the laminated surface side of the resin support film with the polymer electrolyte film,
(2) A step of laminating the polymer electrolyte film on the resin support film subjected to the corona discharge treatment or the plasma discharge treatment to obtain a laminated film,
(3) A step of cutting the laminated film into a part on the laminated surface side of all the polymer electrolyte film thickness direction and the polymer electrolyte film in the thickness direction of the resin support film;
Manufacturing method.

本発明の高分子電解質積層フィルムは、長期間保管後でも高分子電解質フィルムの皺等の欠点を増やすことなく、且つ、高分子電解質積層フィルムから高分子電解質フィルムを、皺無く、端部から手で容易に剥離することが可能である。   The polymer electrolyte laminated film of the present invention does not increase defects such as wrinkles of the polymer electrolyte film even after long-term storage, and allows the polymer electrolyte film from the polymer electrolyte laminated film to be handed from the end without any wrinkles. Can be easily peeled off.

枚葉型に切込みを入れた高分子電解質積層フィルムの概略図を示す。The schematic of the polymer electrolyte laminated film which cut | notched the sheet-fed type is shown.

以下、本発明を実施するための形態(以下、「本実施形態」という。)について詳細に説明する。なお、本発明は、以下の本実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。   Hereinafter, a mode for carrying out the present invention (hereinafter referred to as “the present embodiment”) will be described in detail. The present invention is not limited to the following embodiment, and can be implemented with various modifications within the scope of the gist.

本実施形態の高分子電解質積層フィルムは、
樹脂支持フィルムと、高分子電解質フィルムと、を有する高分子電解質積層フィルムであって、
少なくとも前記高分子電解質フィルムとの積層面側にコロナ放電処理又はプラズマ放電処理が施された厚み5〜500μmの樹脂支持フィルム上に、厚み1〜500μmの高分子電解質フィルムが積層されており、
前記高分子電解質フィルムの厚み方向全てと、前記樹脂支持フィルムの厚み方向の積層面側の一部が、同じ平面位置で枚葉型に、又は同じ平面位置で縦か横のどちらか一方に切り込まれた、高分子電解質積層フィルムである。
The polymer electrolyte laminate film of this embodiment is
A polymer electrolyte laminated film having a resin support film and a polymer electrolyte film,
A polymer electrolyte film having a thickness of 1 to 500 μm is laminated on a resin support film having a thickness of 5 to 500 μm that has been subjected to corona discharge treatment or plasma discharge treatment on at least a laminated surface side with the polymer electrolyte film,
Cut all of the polymer electrolyte film in the thickness direction and a part of the laminated surface side in the thickness direction of the resin support film into a single wafer shape at the same plane position, or vertically or horizontally at the same plane position. It is an embedded polymer electrolyte laminated film.

ここで「枚葉型」とは、図1に示すように、高分子電解質積層フィルムの平面方向の四方をカットして、高分子電解質フィルムを1枚ずつ取り扱い可能にした形状のことを言う。   Here, as shown in FIG. 1, the “single-wafer type” means a shape in which the polymer electrolyte laminated film can be handled one by one by cutting four directions in the plane direction of the polymer electrolyte laminated film.

本実施形態の高分子電解質フィルムを構成する高分子電解質としては、特に限定されないが、特に好適なものは下記に示すようなフッ素系高分子電解質である。
フッ素系高分子電解質としては特に限定されないが、Nafion(登録商標;米国デュポン社製)、Aciplex(登録商標;日本国旭化成ケミカルズ(株)社製)、Flemion(登録商標;日本国旭硝子(株)社製)等の、下記一般式(1)で表されるプロトン交換基を有するパーフルオロカーボン重合体が代表例として挙げられる。
[CF2CX12a−[CF2−CF(−O−(CF2−CF(CF23))b−Oc−(CFR1d−(CFR2e−(CF2f−X4)]g・・・(1)
(式中、X1、X2及びX3は、それぞれ独立に、ハロゲン原子又は炭素数1〜3のパーフルオロアルキル基を示し、0≦a<1、0<g≦1、a+g=1、0≦b≦8、cは0又は1であり、d、e及びfは、それぞれ独立に、0〜6の範囲の数(ただし、d+e+fは0に等しくない)を示し、R1及びR2は、それぞれ独立に、ハロゲン原子、炭素数1〜10のパーフルオロアルキル基又はフルオロクロロアルキル基を示し、X4は、−COOH、−SO3H、−PO32、−PO3HZ(Zは水素原子、金属原子(Na、K、Ca等)、又はアミン類(NH4、NH3R、NH22、NHR3、NR4(Rはアルキル基、又はアレーン基)))を示す。)
The polymer electrolyte constituting the polymer electrolyte film of the present embodiment is not particularly limited, but a particularly preferable one is a fluorine-based polymer electrolyte as shown below.
The fluorine-based polymer electrolyte is not particularly limited, but Nafion (registered trademark; manufactured by DuPont, USA), Aciplex (registered trademark; manufactured by Asahi Kasei Chemicals, Japan), Flemion (registered trademark; Asahi Glass, Japan) A typical example is a perfluorocarbon polymer having a proton exchange group represented by the following general formula (1).
[CF 2 CX 1 X 2] a - [CF 2 -CF (-O- (CF 2 -CF (CF 2 X 3)) b -Oc- (CFR 1) d - (CFR 2) e - (CF 2 F −X 4 )] g (1)
(Wherein X 1 , X 2 and X 3 each independently represents a halogen atom or a C 1 to C 3 perfluoroalkyl group, 0 ≦ a <1, 0 <g ≦ 1, a + g = 1, 0 ≦ b ≦ 8, c is 0 or 1, d, e and f each independently represent a number in the range of 0 to 6 (where d + e + f is not equal to 0), R 1 and R 2 Each independently represents a halogen atom, a C 1-10 perfluoroalkyl group or a fluorochloroalkyl group, and X 4 represents —COOH, —SO 3 H, —PO 3 H 2 , —PO 3 HZ ( Z represents a hydrogen atom, a metal atom (Na, K, Ca, etc.), or an amine (NH 4 , NH 3 R, NH 2 R 2 , NHR 3 , NR 4 (R is an alkyl group or an arene group))) Show.)

中でも、プロトン伝導度が高くなる傾向にあるため、下記一般式(2)又は(3)で表されるパーフルオロカーボン重合体がより好ましい。
[CF2CF2a−[CF2−CF(−O−(CF2−CF(CF3))b−O−(CF2f−X4)]g・・・(2)
(式中、0≦a<1、0<g≦1、a+g=1、1≦b≦3、1≦f≦8であり、X4は−COOH、−SO3H、−PO32又は−PO3Hを示す。)
[CF2CF2a−[CF2−CF(−O−(CF2f−X4)]g・・・(3)
(式中、0≦a<1、0<g≦1、a+g=1、1≦f≦8であり、X4は−COOH、−SO3H、−PO32又は−PO3Hを示す。)
Especially, since it exists in the tendency for proton conductivity to become high, the perfluorocarbon polymer represented by the following general formula (2) or (3) is more preferable.
[CF 2 CF 2] a - [CF 2 -CF (-O- (CF 2 -CF (CF 3)) b -O- (CF 2) f -X 4)] g ··· (2)
(In the formula, 0 ≦ a <1, 0 <g ≦ 1, a + g = 1, 1 ≦ b ≦ 3, 1 ≦ f ≦ 8, and X 4 is —COOH, —SO 3 H, —PO 3 H 2. or an -PO 3 H.)
[CF 2 CF 2] a - [CF 2 -CF (-O- (CF 2) f -X 4)] g ··· (3)
(In the formula, 0 ≦ a <1, 0 <g ≦ 1, a + g = 1, 1 ≦ f ≦ 8, and X 4 represents —COOH, —SO 3 H, —PO 3 H 2 or —PO 3 H. Show.)

上記パーフルオロカーボン重合体は、ヘキサフルオロプロピレン、クロロトリフルオロエチレン等のパーフルオロオレフィンや、パーフルオロアルキルビニルエーテル等のコモノマーに由来する単位をさらに含む共重合体であってもよい。   The perfluorocarbon polymer may be a copolymer further containing units derived from a perfluoroolefin such as hexafluoropropylene or chlorotrifluoroethylene, or a comonomer such as perfluoroalkyl vinyl ether.

フッ素系高分子電解質の製造方法としては、例えば、米国特許第5,281,680号明細書、日本国特開平7−252322号公報、米国特許第5,608,022号明細書に記載された方法を用いることができる。   Examples of the method for producing a fluorine-based polymer electrolyte are described in US Pat. No. 5,281,680, Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-252322, and US Pat. No. 5,608,022. The method can be used.

フッ素系高分子電解質以外の高分子電解質としては、例えば、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、フェノール−ホルムアルデヒド樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリトリフルオロスチレン樹脂、トリフルオロスチレン樹脂、ポリ(2,3−ジフェニル−1,4−フェニレンオキシド)樹脂、ポリ(アリルエーテルケトン)樹脂、ポリ(アリルエーテルスルホン)樹脂、ポリ(フェニルキノキサリン)樹脂、ポリ(ベンジルシラン)樹脂、ポリスチレン−グラフト−エチレンテトラフルオロエチレン樹脂、ポリスチレン−グラフト−ポリフッ化ビニリデン樹脂、ポリスチレン−グラフト−テトラフルオロエチレン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリベンズイミダゾール樹脂等の炭化水素部を有する高分子にスルホン酸基やカルボン酸基を導入したもの、又はこれらの樹脂や官能基等に燐酸やポリ燐酸、無機酸をドープしたものが挙げられる。   Examples of polymer electrolytes other than fluorine-based polymer electrolytes include polyethersulfone resins, polyetheretherketone resins, phenol-formaldehyde resins, polystyrene resins, polytrifluorostyrene resins, trifluorostyrene resins, poly (2,3 -Diphenyl-1,4-phenylene oxide) resin, poly (allyl ether ketone) resin, poly (allyl ether sulfone) resin, poly (phenyl quinoxaline) resin, poly (benzyl silane) resin, polystyrene-graft-ethylenetetrafluoroethylene Resin, polystyrene-graft-polyvinylidene fluoride resin, polystyrene-graft-tetrafluoroethylene resin, polyimide resin, polybenzimidazole resin, etc. Which was introduced phospho groups, or these resins or a functional group such as phosphoric acid or polyphosphoric acid, include those of inorganic acids doped.

本実施形態における高分子電解質フィルムのプロトン交換容量としては特に限定されないが、0.5〜4.0ミリ当量/gであることが好ましく、より好ましくは0.8〜4.0ミリ当量/g、さらに好ましくは0.9〜1.5ミリ当量/gである。よりプロトン交換容量の大きい高分子電解質フィルムを用いることにより、高温低加湿条件下においてより高いプロトン伝導性を示し、これを燃料電池に用いた場合に、より高い出力を得ることができる。一方、プロトン交換容量が4.0ミリ当量/gを超えると、熱水への溶解が大きくなる傾向にある。   Although it does not specifically limit as a proton exchange capacity | capacitance of the polymer electrolyte film in this embodiment, It is preferable that it is 0.5-4.0 milliequivalent / g, More preferably, it is 0.8-4.0 milliequivalent / g. More preferably, it is 0.9 to 1.5 meq / g. By using a polymer electrolyte film having a larger proton exchange capacity, higher proton conductivity is exhibited under high-temperature and low-humidification conditions, and when this is used in a fuel cell, a higher output can be obtained. On the other hand, when the proton exchange capacity exceeds 4.0 meq / g, dissolution in hot water tends to increase.

ここで、高分子電解質フィルムのプロトン交換容量は、高分子電解質フィルムを秤量後、25℃における飽和塩化ナトリウム水溶液に浸漬し、1時間攪拌させてイオン交換反応を行ない、この溶液に指示薬としてフェノールフタレイン溶液を加え、0.01Nの水酸化ナトリウム水溶液で中和滴定することにより測定される。   Here, the proton exchange capacity of the polymer electrolyte film is determined by weighing the polymer electrolyte film, immersing it in a saturated aqueous sodium chloride solution at 25 ° C., and stirring it for 1 hour to conduct an ion exchange reaction. It is measured by adding a rain solution and performing neutralization titration with a 0.01N sodium hydroxide aqueous solution.

高分子電解質フィルムとしては、上記の高分子電解質を含むフィルムの内部に、多孔質補強材、不織布状シート、有機や無機のミクロファイバー等を配合することにより補強されたものも含まれる。   Examples of the polymer electrolyte film include those reinforced by blending a porous reinforcing material, a non-woven sheet, organic or inorganic microfibers, etc. into the film containing the polymer electrolyte.

本実施形態における高分子電解質フィルムの厚みは1〜500μmであり、好ましくは2〜200μm、さらに好ましくは5〜100μm、特に好ましくは10〜50μmである。膜厚が厚くなるほど耐久性が向上する一方で、燃料電池に用いた場合に電気抵抗や初期特性が悪くなり、また、膜厚が薄くなるほど耐久性や剥離後の取り扱い性が悪くなる。上記観点から、本実施形態の高分子電解質フィルムの厚みは1〜500μmの範囲に調整される。
ここで、高分子電解質フィルムの厚みは、接触式のマイクロメーターにより測定される。
The thickness of the polymer electrolyte film in the present embodiment is 1 to 500 μm, preferably 2 to 200 μm, more preferably 5 to 100 μm, and particularly preferably 10 to 50 μm. While the durability increases as the film thickness increases, the electrical resistance and initial characteristics deteriorate when used in a fuel cell, and the durability and handleability after peeling deteriorate as the film thickness decreases. From the above viewpoint, the thickness of the polymer electrolyte film of the present embodiment is adjusted to a range of 1 to 500 μm.
Here, the thickness of the polymer electrolyte film is measured with a contact-type micrometer.

[樹脂支持フィルム]
本実施形態における高分子電解質積層フィルムを構成する樹脂支持フィルムとしては特に限定されず、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリエーテルケトン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルスルホン、ポリケトン、ポリ(エチレン/テトラフルオロエチレン)共重合体、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン等からなる一般的な樹脂支持フィルムが挙げられる。上記の中でも、ポリエチレンテレフタレート製の樹脂フィルムが、膜/電極接合体作製時等に高分子電解質フィルムを剥離しやすいため、取り扱い上の観点から好ましい。
[Resin support film]
The resin support film constituting the polymer electrolyte laminate film in the present embodiment is not particularly limited. For example, polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polystyrene, polyethylene, polypropylene, polycarbonate, polyimide, polyether ketone, polyphenylene sulfide, polyether Examples thereof include general resin support films made of sulfone, polyketone, poly (ethylene / tetrafluoroethylene) copolymer, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, and the like. Among these, a resin film made of polyethylene terephthalate is preferable from the viewpoint of handling because the polymer electrolyte film is easily peeled off when a membrane / electrode assembly is produced.

本実施形態における樹脂支持フィルムの厚みは5〜500μmであり、好ましくは10〜300μm、さらに好ましくは15〜200μm、特に好ましくは20〜100μmである。樹脂支持フィルムの厚みが5μm未満であると、樹脂支持フィルムに皺が入りやすくなり、500μmを超えると、ホットプレスやラミネーション等による、高分子電解質フィルムと樹脂支持フィルムとの接合が困難となる。   The thickness of the resin support film in this embodiment is 5 to 500 μm, preferably 10 to 300 μm, more preferably 15 to 200 μm, and particularly preferably 20 to 100 μm. If the thickness of the resin support film is less than 5 μm, wrinkles are likely to enter the resin support film, and if it exceeds 500 μm, it becomes difficult to join the polymer electrolyte film and the resin support film by hot pressing or lamination.

本実施形態における樹脂支持フィルムは、少なくとも上記高分子電解質フィルムとの積層面側にコロナ放電処理又はプラズマ放電処理が施されている。樹脂支持フィルムの積層面側にコロナ放電処理又はプラズマ放電処理を施すことにより、樹脂支持フィルムの表面が親水化されるため親水性の強い高分子電解質フィルムとの馴染みが良くなり、樹脂支持フィルムと高分子電解質フィルムとの密着性の向上した高分子電解質積層フィルムが得られる。   The resin support film in this embodiment is subjected to corona discharge treatment or plasma discharge treatment at least on the side of the laminated surface with the polymer electrolyte film. By performing corona discharge treatment or plasma discharge treatment on the laminated surface side of the resin support film, the surface of the resin support film is hydrophilized, so the familiarity with the strongly hydrophilic polymer electrolyte film is improved. A polymer electrolyte laminate film having improved adhesion to the polymer electrolyte film is obtained.

ここでいうコロナ放電処理とは、放電ハンドブック(発売元 オーム社、昭和57年改訂新版、電気学会放電ハンドブック出版委員会編)p.102〜106に記載されているように、樹脂支持フィルム表面に対し、ステンレス線やタングステン線等の対向電極を対置して、高周波及び高電圧をかけることにより大気中にコロナ放電を発生させ、それによって生成されるカルボニル基、カルボキシル基、ヒドロキシル基等の官能基と電子を直接、樹脂支持フィルムに照射する処理等を指す。   The corona discharge treatment referred to here is a discharge handbook (published by Ohm, revised in 1982, edited by the Electrotechnical Society Discharge Handbook Publishing Committee) p. As described in 102-106, a counter electrode such as a stainless steel wire or a tungsten wire is placed on the surface of the resin support film, and a corona discharge is generated in the atmosphere by applying a high frequency and a high voltage. This refers to a treatment of directly irradiating a resin support film with functional groups such as carbonyl group, carboxyl group, hydroxyl group and the like and electrons.

また、ここでいうプラズマ放電処理とは、放電ハンドブック(発売元 オーム社、昭和57年改訂新版、電気学会放電ハンドブック出版委員会編)p.281〜329に記載されているように、高電圧アークプラズマ放電により大気中にプラズマ放電を発生させ、樹脂支持フィルム表面に対しプラズマ放電電子照射を行って活性化するとともに、放電活性化酸素により生成されるカルボニル基、カルボキシル基、ヒドロキシル基等の官能性極性基を樹脂支持フィルム表面に付与する処理等を指す。   In addition, the plasma discharge treatment referred to here is a discharge handbook (published by Ohm, revised in 1982, edited by the Institute of Electrical Engineers of Japan Discharge Handbook) p. As described in 281 to 329, plasma discharge is generated in the atmosphere by high-voltage arc plasma discharge, activated by performing plasma discharge electron irradiation on the surface of the resin support film, and generated by discharge activated oxygen. The process etc. which provide functional polar groups, such as carbonyl group, carboxyl group, hydroxyl group, etc. to the resin support film surface.

上記コロナ放電処理又はプラズマ放電処理後の樹脂支持フィルムの表面のぬれ張力は、好ましくは40−70mN/m、より好ましくは44−68mN/m、さらに好ましくは48−66mN/mである。
ここで、ぬれ張力は、JIS K−6768に準拠し、ぬれ張力試験液により測定を行うことができる。
The wetting tension of the surface of the resin support film after the corona discharge treatment or plasma discharge treatment is preferably 40-70 mN / m, more preferably 44-68 mN / m, and still more preferably 48-66 mN / m.
Here, the wetting tension can be measured with a wetting tension test solution in accordance with JIS K-6768.

本実施形態における高分子電解質積層フィルムは、上記高分子電解質フィルムと上記樹脂支持フィルムとが積層されており、前記高分子電解質フィルムの厚み方向全てと、前記樹脂支持フィルムの厚み方向の積層面側の一部が、同じ平面位置で枚葉型に、又は同じ平面位置で縦か横のどちらか一方に切り込まれている。
ここで、「厚み方向の積層面側の一部」とは、厚み方向全てに切り込みを入れるのではなく、積層面から所定の深さで切り込みを入れることを示す。所定の深さとは、樹脂支持フィルムの厚みに対して5〜95%であることが好ましく、より好ましくは10〜80%、さらに好ましくは15〜60%である。
また、「同じ平面位置で」とは、積層フィルムを上面から見た場合に、高分子電解質フィルムと樹脂支持フィルムの同じ位置に切り込みを入れることを言う。
In the polymer electrolyte laminate film in the present embodiment, the polymer electrolyte film and the resin support film are laminated, and all the thickness directions of the polymer electrolyte film and the laminate surface side in the thickness direction of the resin support film. Is cut into a single wafer shape at the same plane position, or vertically or horizontally at the same plane position.
Here, “a part on the side of the laminated surface in the thickness direction” means that not only the thickness direction is cut, but a cut is made at a predetermined depth from the laminated surface. The predetermined depth is preferably 5 to 95% with respect to the thickness of the resin support film, more preferably 10 to 80%, and still more preferably 15 to 60%.
Further, “at the same plane position” means that a cut is made at the same position of the polymer electrolyte film and the resin support film when the laminated film is viewed from the top.

(高分子電解質積層フィルムの製造方法)
本実施形態の高分子電解質積層フィルムの製造方法は、
(1)前記樹脂支持フィルムの前記高分子電解質フィルムとの積層面側にコロナ放電処理又はプラズマ放電処理を施す工程、
(2)前記コロナ放電処理又はプラズマ放電処理が施された樹脂支持フィルム上に前記高分子電解質フィルムを積層して積層フィルムを得る工程、
(3)前記積層フィルムに、前記高分子電解質フィルムの厚み方向全てと、前記樹脂支持フィルムの厚み方向の前記高分子電解質フィルムとの積層面側の一部に切り込みを入れる工程、
を含む、製造方法である。
以下にフッ素系高分子電解質からなる高分子電解質フィルムを用いた例について説明する。
(Method for producing polymer electrolyte laminated film)
The method for producing the polymer electrolyte laminate film of the present embodiment is as follows:
(1) A step of performing corona discharge treatment or plasma discharge treatment on the laminated surface side of the resin support film with the polymer electrolyte film,
(2) A step of laminating the polymer electrolyte film on the resin support film subjected to the corona discharge treatment or the plasma discharge treatment to obtain a laminated film,
(3) A step of cutting the laminated film into a part on the laminated surface side of all the polymer electrolyte film thickness direction and the polymer electrolyte film in the thickness direction of the resin support film;
Is a manufacturing method.
An example using a polymer electrolyte film made of a fluorine-based polymer electrolyte will be described below.

フッ素系高分子電解質は、下記一般式(4)で表される前駆体ポリマーを下記の方法で重合した後、加水分解、及び酸処理を行って製造することができる。
[CF2CX12a−[CF2−CF(−O−(CF2−CF(CF23))b−Oc−(CFR1d−(CFR2e−(CF2f−X5)]g・・・(4)
(式中、X1、X2及びX3は、それぞれ独立に、ハロゲン原子又は炭素数1〜3のパーフルオロアルキル基を示し、0≦a<1、0<g≦1、a+g=1、bは0〜8の範囲の数であり、cは0又は1、d、e及びfは、それぞれ独立に、0〜6の範囲の数(但し、d+e+fは0に等しくない)を示し、R1及びR2は、それぞれ独立に、ハロゲン原子、炭素数1〜10のパーフルオロアルキル基又はフルオロクロロアルキル基を示し、X5は−COOR3、−COR4又はSO24(R3は炭素数1〜3のアルキル基(フッ素置換されていないもの)、R4はハロゲン原子)を示す。)
The fluorine-based polymer electrolyte can be produced by polymerizing a precursor polymer represented by the following general formula (4) by the following method, followed by hydrolysis and acid treatment.
[CF 2 CX 1 X 2] a - [CF 2 -CF (-O- (CF 2 -CF (CF 2 X 3)) b -O c - (CFR 1) d - (CFR 2) e - (CF 2) f -X 5)] g ··· (4)
(Wherein X 1 , X 2 and X 3 each independently represents a halogen atom or a C 1 to C 3 perfluoroalkyl group, 0 ≦ a <1, 0 <g ≦ 1, a + g = 1, b is a number in the range of 0-8, c is 0 or 1, d, e and f are each independently a number in the range of 0-6 (where d + e + f is not equal to 0), R 1 and R 2 each independently represent a halogen atom, a C 1-10 perfluoroalkyl group or a fluorochloroalkyl group, and X 5 represents —COOR 3 , —COR 4 or SO 2 R 4 (R 3 represents An alkyl group having 1 to 3 carbon atoms (not substituted with fluorine), and R 4 is a halogen atom.)

上記一般式(4)で表される前駆体ポリマーは、フッ化オレフィン化合物とフッ化ビニル化合物とを共重合させることにより製造することができる。
フッ化オレフィン化合物としては、例えば、CF2=CF2,CF2=CFCl,CF2=CCl2等が挙げられる。
フッ化ビニル化合物としては、例えば、CF2=CFO(CF2z−SO2F,CF2=CFOCF2CF(CF3)O(CF2z−SO2F,CF2=CF(CF2z−SO2F,CF2F(OCF2CF(CF3))z−(CF2z-1−SO2F,CF2=CFO(CF2z−CO2R,CF2=CFOCF2CF(CF3)O(CF2z−CO2R,CF2=CF(CF2z−CO2R,CF2=CF(OCF2CF(CF3))z−(CF22−CO2R(ここで、Zは1〜8の整数、Rは炭素数1〜3のアルキル基(フッ素置換されていないもの)を示す。)等が挙げられる。
The precursor polymer represented by the general formula (4) can be produced by copolymerizing a fluorinated olefin compound and a vinyl fluoride compound.
Examples of the fluorinated olefin compound include CF 2 = CF 2 , CF 2 = CFCl, CF 2 = CCl 2 and the like.
The fluorinated vinyl compound, e.g., CF 2 = CFO (CF 2 ) z -SO 2 F, CF 2 = CFOCF 2 CF (CF 3) O (CF 2) z -SO 2 F, CF 2 = CF (CF 2) z -SO 2 F, CF 2 F (OCF 2 CF (CF 3)) z - (CF 2) z-1 -SO 2 F, CF 2 = CFO (CF 2) z -CO 2 R, CF 2 = CFOCF 2 CF (CF 3) O (CF 2) z -CO 2 R, CF 2 = CF (CF 2) z -CO 2 R, CF 2 = CF (OCF 2 CF (CF 3)) z - (CF 2 ) 2— CO 2 R (wherein Z is an integer of 1 to 8, R is an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms (not substituted with fluorine)), and the like.

上記前駆体ポリマーの重合方法としては、例えば、フッ化ビニル化合物をフロン等の溶媒に溶かした後、フッ化オレフィン化合物のガスと反応させ重合する溶液重合法、フロン等の溶媒を使用せずに重合する塊状重合法、フッ化ビニル化合物を界面活性剤とともに水中に仕込んで乳化させた後、フッ化オレフィン化合物のガスと反応させ重合する乳化重合法等が挙げられる。上記のいずれの重合方法においても、反応温度は30〜90℃が好ましく、反応圧力は280〜1100kPaが好ましい。   As a polymerization method of the precursor polymer, for example, a solution polymerization method in which a vinyl fluoride compound is dissolved in a solvent such as chlorofluorocarbon and then reacted with a gas of a fluorinated olefin compound, without using a solvent such as chlorofluorocarbon. Examples thereof include a bulk polymerization method for polymerization, an emulsion polymerization method in which a vinyl fluoride compound is charged with water in a surfactant and emulsified, and then reacted with a gas of a fluorinated olefin compound to perform polymerization. In any of the above polymerization methods, the reaction temperature is preferably 30 to 90 ° C., and the reaction pressure is preferably 280 to 1100 kPa.

上記前駆体ポリマーの、JIS K−7210に準拠した、270℃、荷重2.16kgfで測定されるメルトフローインデックス(以後、「MI」と略す。)としては特に限定されないが、0.001g/10分以上1000g/10分以下が好ましく、より好ましくは0.01g/10分以上100g/10分以下、さらに好ましくは0.1g/10分以上10g/10分以下である。前駆体ポリマーのMIが0.001g/10分未満であると、加工成形が困難となる傾向にあり、1000g/10分を超えると、高分子電解質フィルムを燃料電池に使用した際に耐久性が悪化しやすくなる傾向にある。   Although it does not specifically limit as a melt flow index (henceforth "MI") measured by 270 degreeC and load 2.16kgf based on JISK-7210 of the said precursor polymer, 0.001g / 10 The amount is preferably not less than 1000 g / 10 minutes, more preferably not less than 0.01 g / 10 minutes and not more than 100 g / 10 minutes, and still more preferably not less than 0.1 g / 10 minutes and not more than 10 g / 10 minutes. When the MI of the precursor polymer is less than 0.001 g / 10 min, processing and molding tend to be difficult, and when it exceeds 1000 g / 10 min, the durability is high when the polymer electrolyte film is used in a fuel cell. It tends to get worse.

前駆体ポリマーをフィルム状に成形する方法としては、一般的な溶融押出成形法(Tダイ法、インフレーション法、カレンダー法等)が用いられる。   As a method of forming the precursor polymer into a film, a general melt extrusion method (T-die method, inflation method, calendar method, etc.) is used.

フィルム状に成形した前駆体ポリマーを、反応液体に接触させることでイオン交換基前駆体を加水分解して高分子電解質フィルムを製造する。この場合、イオン交換基前駆体の加水分解は、水酸化アルカリ水溶液中で実施することができ、さらに加水分解反応速度を増加させるために比較的高温の溶液を使用することが好ましい。そのような方法としては、例えば、特開昭61−19638号公報に記載された水酸化ナトリウムを20〜25%含んだ水溶液を用い、70〜90℃において16時間加水分解処理する方法等が挙げられる。   The precursor polymer molded into a film is brought into contact with the reaction liquid to hydrolyze the ion exchange group precursor to produce a polymer electrolyte film. In this case, the hydrolysis of the ion exchange group precursor can be performed in an aqueous alkali hydroxide solution, and it is preferable to use a relatively high temperature solution in order to further increase the hydrolysis reaction rate. Examples of such a method include a method of hydrolyzing at 70 to 90 ° C. for 16 hours using an aqueous solution containing 20 to 25% sodium hydroxide described in JP-A No. 61-19638. It is done.

また、フィルムを膨潤させ、加水分解反応速度を促進するために水酸化アルカリ水溶液とメチルアルコール、エチルアルコール、プロピルアルコールのようなアルコール系溶剤、若しくはジメチルスルホキシド等の水溶性有機溶剤との混合物により加水分解する方法を用いてもよい。そのような方法としては、例えば、特開昭57−139127号公報に記載された水酸化カリウムを11〜13%とジメチルスルホキシドを30%含んだ水溶液を用い90℃で1時間加水分解処理する方法、特開平3−6240号公報に記載された水酸化アルカリを15〜50質量%と水溶性有機化合物を0.1〜30質量%含んだ水溶液を用いて60〜130℃で20分〜24時間加水分解処理する方法等が挙げられる。   Further, in order to swell the film and accelerate the hydrolysis reaction rate, the mixture is hydrolyzed with a mixture of an alkali hydroxide aqueous solution and an alcohol solvent such as methyl alcohol, ethyl alcohol or propyl alcohol, or a water-soluble organic solvent such as dimethyl sulfoxide. A method of decomposing may be used. As such a method, for example, a method of hydrolyzing at 90 ° C. for 1 hour using an aqueous solution containing 11 to 13% potassium hydroxide and 30% dimethyl sulfoxide described in JP-A-57-139127 And an aqueous solution containing 15 to 50% by mass of an alkali hydroxide and 0.1 to 30% by mass of a water-soluble organic compound described in JP-A-3-6240 at 20 to 24 ° C. for 20 minutes to 24 hours. Examples of the method include hydrolysis.

上記加水分解処理によりイオン交換基を形成させた後、さらに塩酸等の無機酸で酸処理することで、高分子電解質フィルムを製造することができる。   After forming an ion exchange group by the hydrolysis treatment, a polymer electrolyte film can be produced by acid treatment with an inorganic acid such as hydrochloric acid.

樹脂支持フィルムは、上述したとおり、少なくとも高分子電解質フィルムとの積層面側に、コロナ放電処理又はプラズマ放電処理が施される。コロナ放電処理は、例えば、春日電機(株)社製コロナ放電表面処理装置により、出力1kW、50kHzで行なうことができる。プラズマ放電処理は、例えば、春日電機(株)社製プラズマ照射表面改質装置により、出力600W、出力電圧10kVで行うことができる。   As described above, the resin support film is subjected to corona discharge treatment or plasma discharge treatment at least on the side of the laminated surface with the polymer electrolyte film. The corona discharge treatment can be performed at an output of 1 kW and 50 kHz by, for example, a corona discharge surface treatment apparatus manufactured by Kasuga Electric Co., Ltd. The plasma discharge treatment can be performed, for example, with a plasma irradiation surface modification device manufactured by Kasuga Electric Co., Ltd., with an output of 600 W and an output voltage of 10 kV.

上述の方法により製造された高分子電解質フィルムと、コロナ放電処理又はプラズマ放電処理が施された樹脂支持フィルムとを積層した状態で、ホットプレス、ロールプレス、真空プレス等の公知のプレス技術やラミネーション技術を用いることにより接合して高分子電解質積層フィルムを得ることができる。   In a state in which the polymer electrolyte film produced by the above-described method and a resin support film that has been subjected to corona discharge treatment or plasma discharge treatment are laminated, known press techniques such as hot press, roll press, vacuum press, and lamination are used. The polymer electrolyte laminate film can be obtained by bonding using a technique.

また、上記前駆体ポリマーの小片(ペレット、粉末状)を上記と同様に加水分解し、適度な溶剤に溶解又は分散させて均一な溶液ドープとして、これを樹脂支持フィルム上に流延塗工した後、溶剤を留去し、乾燥及び/又は100〜200℃で熱処理して、高分子電解質積層フィルムとしてもよい。   In addition, the precursor polymer pieces (pellets, powder) were hydrolyzed in the same manner as described above, and dissolved or dispersed in an appropriate solvent to form a uniform solution dope, which was cast on a resin support film. Thereafter, the solvent may be distilled off, followed by drying and / or heat treatment at 100 to 200 ° C. to obtain a polymer electrolyte laminated film.

この高分子電解質積層フィルムを、平面な台上で、又は回転するバックアップロール上で、連続的に送られてくる高分子電解質積層フィルムの高分子電解質フィルム面と同期して回転する刃物の先を当てて、順次、(a)高分子電解質フィルムの厚み方向全てと、樹脂支持フィルムの厚み方向の積層面側の一部を、同じ平面位置で所定のサイズの枚葉型に切込みを入れるか、又は(b)同じ平面位置で縦か横のどちらか一方に、所定のサイズに切り込みを入れる。ここでいう縦とは連続的に送られてくる高分子電解質積層フィルムの送り方向を示し、横はフィルムの幅方向を示す。枚葉型とは、縦方向と横方向の両方に切り込みを入れた状態を指す。ロール状の巻物では、長さ方向と幅方向の両方に切り込みを入れた状態を指す。   This polyelectrolyte laminated film is placed on a flat table or on a rotating backup roll, and the tip of a blade that rotates in synchronization with the polyelectrolyte film surface of the polyelectrolyte laminated film that is continuously fed In this case, sequentially, (a) all the thickness direction of the polymer electrolyte film and a part of the laminated surface side in the thickness direction of the resin support film are cut into a sheet size of a predetermined size at the same plane position, Or (b) cutting into a predetermined size in either the vertical or horizontal direction at the same plane position. The term “vertical” as used herein indicates the feeding direction of the polymer electrolyte laminated film that is continuously fed, and the horizontal indicates the width direction of the film. The single wafer type refers to a state in which cuts are made in both the vertical direction and the horizontal direction. In a roll-shaped scroll, the state which cut | notched both the length direction and the width direction is pointed out.

上述のような切り込みを入れることにより、皺無く、容易に剥離可能な状態で積層された高分子電解質積層フィルムを得ることができる。樹脂支持フィルムの厚み方向の一部の切り込みの深さは、高分子電解質フィルムを均一にカットする観点から、樹脂支持フィルムの厚み全体に対して5%以上、取り扱い性向上の観点から、樹脂支持フィルムの厚み全体に対して95%以下であることが好ましく、より好ましくは10〜80%、さらに好ましくは15〜60%である。樹脂支持フィルムの厚み方向に、樹脂支持フィルムの厚み全体に対して5〜95%の深さの切り込みを入れることにより、高分子電解質フィルムを剥離する際に、樹脂支持フィルムを切り込み位置で軽く折り曲げることにより、高分子電解質フィルムを皺無く、容易に剥離することができる。   By making the cuts as described above, it is possible to obtain a polymer electrolyte laminated film laminated in a state where it can be easily peeled without any wrinkles. The depth of the cut in the thickness direction of the resin support film is 5% or more with respect to the entire thickness of the resin support film from the viewpoint of uniformly cutting the polymer electrolyte film. It is preferable that it is 95% or less with respect to the whole thickness of a film, More preferably, it is 10 to 80%, More preferably, it is 15 to 60%. When the polymer electrolyte film is peeled off, the resin support film is lightly bent at the notch position by making a cut with a depth of 5 to 95% with respect to the entire thickness of the resin support film in the thickness direction of the resin support film. As a result, the polymer electrolyte film can be easily peeled without being damaged.

(膜/電極接合体)
高分子電解質フィルムを固体高分子形燃料電池に用いる場合、高分子電解質フィルムがアノードとカソードの間に密着保持されてなる膜/電極接合体(membrane/electrode assembly)(以下、「MEA」とも称する。)として使用される。ここでアノードはプロトン伝導性を有するアノード触媒層からなり、カソードはプロトン伝導性を有するカソード触媒層からなる。また、アノード触媒層とカソード触媒層のそれぞれの外側表面にガス拡散層を接合したものもMEAと呼ぶ。
(Membrane / electrode assembly)
When a polymer electrolyte film is used for a polymer electrolyte fuel cell, a membrane / electrode assembly (hereinafter also referred to as “MEA”) in which the polymer electrolyte film is held tightly between an anode and a cathode. .) Used as. Here, the anode is composed of an anode catalyst layer having proton conductivity, and the cathode is composed of a cathode catalyst layer having proton conductivity. A gas diffusion layer bonded to the outer surface of each of the anode catalyst layer and the cathode catalyst layer is also referred to as MEA.

MEAの作製方法としては公知の方法を用いることができる。MEAの作製方法は、例えば、JOURNAL OF APPLIED ELECTROCHEMISTRY,22(1992)p.1−7に詳しく記載されている。   As a method for manufacturing the MEA, a known method can be used. The method for producing MEA is described in, for example, JOURNAL OF APPLIED ELECTROCHEMISTRY, 22 (1992) p. 1-7.

(固体高分子形燃料電池)
本実施形態における固体高分子形燃料電池は、上記MEAのアノードとカソードを高分子電解質フィルムの外側に位置する電子伝導性材料を介して互いに結合させることにより得ることができる。固体高分子形燃料電池の作製方法としては公知の方法を用いることができる。固体高分子形燃料電池の作成方法は、例えば、FUEL CELL HANDBOOK(VAN NOSTRAND REINHOLD、A.J.APPLEBY et.al、ISBN 0−442−31926−6)、化学One Point,燃料電池(第二版),谷口雅夫,妹尾学編,共立出版(1992)等に詳しく記載されている。固体高分子形燃料電池の運転は、一方の電極(アノード)に水素を、他方の電極(カソード)に酸素又は空気を供給することによって行われる。
(Solid polymer fuel cell)
The polymer electrolyte fuel cell in the present embodiment can be obtained by bonding the MEA anode and cathode to each other via an electron conductive material located outside the polymer electrolyte film. As a method for producing the solid polymer fuel cell, a known method can be used. The polymer electrolyte fuel cell is prepared by, for example, FUEL CELL HANDBOOK (VAN NOSTRAND REINHOLD, AJ APPLEBY et.al, ISBN 0-442-31926-6), Chemical One Point, Fuel Cell (Second Edition). ), Masao Taniguchi, Manabu Senoo, Kyoritsu Shuppan (1992). The polymer electrolyte fuel cell is operated by supplying hydrogen to one electrode (anode) and supplying oxygen or air to the other electrode (cathode).

本実施形態の高分子電解質積層フィルムは、長期間保管しても高分子電解質フィルムの皺等の欠点を増やすことなく、高分子電解質フィルムを剥離させる際には皺無く、容易に剥離できるため、MEA製造時の不良率を大幅に下げることが可能となる。   The polymer electrolyte laminate film of the present embodiment can be easily peeled without peeling when the polymer electrolyte film is peeled off without increasing defects such as wrinkles of the polymer electrolyte film even if stored for a long period of time. It is possible to greatly reduce the defect rate during MEA manufacturing.

また、本実施形態における高分子電解質積層フィルムの高分子電解質フィルムを適宜剥離して、クロルアルカリ電解、水電解、ハロゲン化水素酸電解、食塩電解、酸素濃縮器、湿度センサー、ガスセンサー等に用いることも可能である。高分子電解質フィルムを酸素濃縮器に利用する方法については、例えば、化学工学,56(3),p.178−180(1992)や、米国特許第4,879,016号の記載を参照できる。高分子電解質フィルムを湿度センサーに利用する方法については、例えば、日本イオン交換学会誌,8(3),p.154−165(1997)や、J.Fang et al.,Macromolecules,35,6070(2002)の記載を参照できる。高分子電解質フィルムをガスセンサーに利用する方法については、例えば、分析化学,50(9),p.585−594(2001)や、X.Yang,S.Johnson,J.Shi,T.Holesinger,B.Swanson:Sens.Actuators B,45,887(1997)の記載を参照できる。   Further, the polymer electrolyte film of the polymer electrolyte laminate film in the present embodiment is appropriately peeled off and used for chloralkali electrolysis, water electrolysis, hydrohalic acid electrolysis, salt electrolysis, oxygen concentrator, humidity sensor, gas sensor, etc. It is also possible. For a method of using the polymer electrolyte film in the oxygen concentrator, see, for example, Chemical Engineering, 56 (3), p. 178-180 (1992) and U.S. Pat. No. 4,879,016 can be referred to. For a method of using a polymer electrolyte film for a humidity sensor, see, for example, Journal of the Japan Ion Exchange Society, 8 (3), p. 154-165 (1997) and J.A. Fang et al. , Macromolecules, 35, 6070 (2002). For a method of using a polymer electrolyte film for a gas sensor, see, for example, Analytical Chemistry, 50 (9), p. 585-594 (2001), X. Yang, S .; Johnson, J.M. Shi, T .; Holesinger, B.M. Swanson: Sens. Reference can be made to Actuators B, 45, 887 (1997).

以下、本実施形態を実施例により具体的に説明するが、本実施形態は以下の実施例に限定されるものではない。
本実施形態における各評価法及び測定法は以下のとおりである。
[膜厚]
フィルムの厚みは、接触式のマイクロメーターにより測定した。
[プロトン交換容量]
高分子電解質フィルムのプロトン交換容量は、高分子電解質フィルムを秤量後、25℃における飽和塩化ナトリウム水溶液に浸漬し、1時間攪拌させてイオン交換反応を行ない、この溶液に指示薬としてフェノールフタレイン溶液を加え、0.01Nの水酸化ナトリウム水溶液で中和滴定することにより測定した。
Hereinafter, the present embodiment will be specifically described by way of examples. However, the present embodiment is not limited to the following examples.
Each evaluation method and measurement method in the present embodiment are as follows.
[Film thickness]
The thickness of the film was measured with a contact micrometer.
[Proton exchange capacity]
The proton exchange capacity of the polymer electrolyte film is determined by weighing the polymer electrolyte film, immersing it in a saturated aqueous sodium chloride solution at 25 ° C., stirring it for 1 hour, performing an ion exchange reaction, and adding a phenolphthalein solution as an indicator to this solution. In addition, it was measured by neutralization titration with a 0.01N aqueous sodium hydroxide solution.

[実施例1]
(高分子電解質フィルムの作製)
高分子電解質フィルムとして、[CF2CF20.812−[CF2−CF(−O−(CF22−SO3H)]0.188で表されるパーフルオロスルホン酸重合体(以下、「PFS」と称する。)からなる電解質膜を以下のとおりに作製した。
まず、PFSの前駆体ポリマーとして、テトラフルオロエチレンとCF2=CFO(CF22−SO2Fとのパーフルオロカーボン重合体(MI:3.0)を製造した。この前駆体ポリマーを溶融押出して約50μmの厚みに成形したフィルムを、15質量%の水酸化カリウムと30質量%のジメチルスルホキシドと55質量%の水を含有する反応液体に、60℃にて4時間接触させて、加水分解処理を行った。その後、フィルムを60℃水中に4時間浸漬し、次に60℃の2N塩酸水溶液に3時間浸漬した後、イオン交換水にて酸を洗い出し、高分子電解質フィルムを得た。
得られた高分子電解質フィルムのプロトン交換容量は1.22ミリ当量/g、膜厚は50μmであった。
[Example 1]
(Production of polymer electrolyte film)
As a polymer electrolyte film, a perfluorosulfonic acid polymer represented by [CF 2 CF 2 ] 0.812- [CF 2 -CF (—O— (CF 2 ) 2 —SO 3 H)] 0.188 (hereinafter referred to as “PFS”). An electrolyte membrane made of “)” was prepared as follows.
First, as a PFS precursor polymer, a perfluorocarbon polymer (MI: 3.0) of tetrafluoroethylene and CF 2 ═CFO (CF 2 ) 2 —SO 2 F was produced. A film formed by melt-extruding the precursor polymer to a thickness of about 50 μm was added to a reaction liquid containing 15% by mass of potassium hydroxide, 30% by mass of dimethyl sulfoxide and 55% by mass of water at 60 ° C. The hydrolysis treatment was performed by contact for a period of time. Thereafter, the film was immersed in 60 ° C. water for 4 hours and then immersed in a 2N hydrochloric acid aqueous solution at 60 ° C. for 3 hours, and then the acid was washed out with ion-exchanged water to obtain a polymer electrolyte film.
The obtained polymer electrolyte film had a proton exchange capacity of 1.22 meq / g and a film thickness of 50 μm.

(樹脂支持フィルムの作製)
樹脂支持フィルムとしては、以下のとおりにコロナ放電処理を行ったポリエチレンテレフタレート製フィルムを用いた。
ポリエチレンテレフタレート製フィルムとしては、厚み75μmの帝人デュポンフィルム(株)社製テイジンTMテトロンフィルムを用いた(以下、PETフィルムと称する)。
PETフィルムの高分子電解質フィルムとの積層面側に、春日電機(株)社製コロナ放電表面処理システムを用いて、出力1kW、50kHzでコロナ放電処理を行った。得られた樹脂支持フィルムの表面のぬれ張力は58mN/mであった。
(Production of resin support film)
As the resin support film, a polyethylene terephthalate film subjected to corona discharge treatment as follows was used.
As the polyethylene terephthalate film, a Teijin TM Tetron film manufactured by Teijin DuPont Films Co., Ltd. having a thickness of 75 μm was used (hereinafter referred to as PET film).
Corona discharge treatment was performed at an output of 1 kW and 50 kHz on the surface of the PET film laminated with the polymer electrolyte film using a corona discharge surface treatment system manufactured by Kasuga Electric Co., Ltd. The wetting tension of the surface of the obtained resin support film was 58 mN / m.

(高分子電解質積層フィルムの製造)
次に、10cm角の上記高分子電解質フィルムと上記コロナ放電処理が施されたPETフィルムを積層し、その両側をカプトンフィルム(300H、膜厚75μm)で挟み込んだ。これを圧縮成形機((株)神藤工業所社製、VSF−10)にセットして100℃まで昇温した後、10kgf/cm2にて10分間プレスした。プレス終了後に圧力を開放して30℃まで降温させた後、サンプルAを取り出した。
この積層フィルム(サンプルA)を恒温恒湿槽に入れ、30℃95%RHを3hr、10℃30%RHを3hr繰り返す乾湿サイクル試験を実施した。400サイクル終了後、積層フィルムを取り出したところ、高分子電解質フィルムはコロナ放電処理されたPETフィルムから剥離していなかった。
上記プレス後のサンプルAを、高分子電解質フィルムを上にした状態で、平面な台上で、セラミック刃を高分子電解質積層フィルムの上から押し込み、その際、刃先と平面台の隙間を50μm設け、高分子電解質膜の厚み方向全てと、樹脂支持フィルムの厚み方向の約1/3(積層面側から約25μm)に、平面方向に同じ位置で複数枚の枚葉型に切り込みを入れることにより、本実施形態の高分子電解質積層フィルムを得た。
また、上記プレス後のサンプルAを、高分子電解質フィルムを上にした状態で、回転するバックアップロール上で、連続的に送られてくる高分子電解質積層フィルムに、高分子電解質フィルム面と同期して回転する刃物の先を当てて、その際、刃先とバックアップロール上の隙間を50μm設け、高分子電解質膜の厚み方向全てと、樹脂支持フィルムの厚み方向の約1/3(積層面側から約25μm)に、平面方向に同じ位置で複数枚の枚葉型に順次切り込みを入れることにより、本実施形態の高分子電解質積層フィルムを得た。
得られた高分子電解質積層フィルムから、枚葉型に切られた高分子電解質フィルムを端部から手で剥離しようとしたところ、皺が発生することなく、容易に剥離できた。また、適度な密着性もあり、高分子電解質積層フィルムの取り扱い時に、自然剥離することもなかった。
さらに、保存安定性も良好であり、平面状に一定のサイズで重ねて又はロール状に巻物として、25℃50%RHの恒温恒湿室で3ヶ月保管した後も、所定のカットサイズの枚葉型高分子電解質フィルムが剥離し、フィルム同士がずれたり、皺になったりすることがなかった。また、高分子電解質フィルムが剥離して裏移りすることもなかった。
(Manufacture of polymer electrolyte laminate film)
Next, the 10 cm square polymer electrolyte film and the corona discharge treated PET film were laminated, and both sides thereof were sandwiched between Kapton films (300H, film thickness 75 μm). This was set in a compression molding machine (manufactured by Shinfuji Kogyo Co., Ltd., VSF-10), heated to 100 ° C., and pressed at 10 kgf / cm 2 for 10 minutes. After the pressing, the pressure was released and the temperature was lowered to 30 ° C., and then Sample A was taken out.
This laminated film (sample A) was placed in a constant temperature and humidity chamber, and a dry and wet cycle test was performed in which 30 ° C. and 95% RH were repeated for 3 hours and 10 ° C. and 30% RH were repeated for 3 hours. When the laminated film was taken out after 400 cycles, the polymer electrolyte film was not peeled off from the corona discharge treated PET film.
With the sample A after pressing, with the polymer electrolyte film facing up, the ceramic blade is pushed in from the top of the polymer electrolyte laminated film on a flat table, and at that time, a clearance of 50 μm is provided between the blade edge and the flat table. By cutting a plurality of single-wafer molds at the same position in the plane direction in about 1/3 of the thickness direction of the polymer electrolyte membrane and about 1/3 of the thickness direction of the resin support film (about 25 μm from the laminated surface side) The polymer electrolyte laminate film of this embodiment was obtained.
In addition, the sample A after the press is synchronized with the polymer electrolyte film surface on the polymer electrolyte laminated film continuously fed on the rotating backup roll with the polymer electrolyte film facing up. At that time, a clearance of 50 μm is provided between the blade edge and the backup roll, and the entire thickness direction of the polymer electrolyte membrane and about 1/3 of the thickness direction of the resin support film (from the laminated surface side) The polymer electrolyte laminate film of this embodiment was obtained by sequentially cutting into a plurality of single wafer molds at the same position in the plane direction at about 25 μm).
When an attempt was made to peel the polymer electrolyte film cut into a single wafer type from the end portion by hand from the obtained polymer electrolyte laminated film, it could be easily peeled off without generating wrinkles. Moreover, there was also moderate adhesiveness and it did not peel spontaneously when handling the polymer electrolyte laminated film.
Furthermore, the storage stability is also good, even after being stored for 3 months in a constant temperature and humidity chamber at 25 ° C. and 50% RH as a roll in a flat shape or as a roll, a sheet of a predetermined cut size The leaf-type polymer electrolyte film was not peeled off, and the films were not displaced or wrinkled. Further, the polymer electrolyte film was not peeled off and set off.

[比較例1]
コロナ放電処理を行っていないPETフィルムを用いたこと以外は、実施例1と同じ方法で高分子電解質積層フィルムを得た。この高分子電解質積層フィルムについて実施例1と同じように乾湿サイクル試験を実施したところ、高分子電解質フィルムはPETフィルムから剥離していた。またこの高分子電解質積層フィルムを実施例1と同じように、重ねて保管又はロール状に巻物として保管したところ、高分子電解質フィルムは部分的に剥離して裏移りしてしまった。
[Comparative Example 1]
A polymer electrolyte laminate film was obtained in the same manner as in Example 1 except that a PET film not subjected to corona discharge treatment was used. When this polymer electrolyte laminate film was subjected to a dry and wet cycle test in the same manner as in Example 1, the polymer electrolyte film was peeled off from the PET film. Moreover, when this polymer electrolyte laminated film was stacked and stored as a roll in the same manner as in Example 1, the polymer electrolyte film was partially peeled and set off.

[比較例2]
高分子電解質フィルム及び樹脂支持フィルムに切り込みを入れなかったこと以外は、実施例1と同じ方法で高分子電解質積層フィルムを得た。この高分子電解質積層フィルムを、高分子電解質フィルム及び樹脂支持フィルムの厚み方向の全てを枚葉型にカットし、実施例1と同じように、高分子電解質積層フィルムから枚葉型に切られた高分子電解質フィルムを端部から手で剥離しようとしたところ、皺が発生してしまった。
[Comparative Example 2]
A polymer electrolyte laminate film was obtained in the same manner as in Example 1 except that the polymer electrolyte film and the resin support film were not cut. This polymer electrolyte laminated film was cut into a single wafer type in the thickness direction of the polymer electrolyte film and the resin support film, and was cut into a single wafer type from the polymer electrolyte laminated film as in Example 1. When trying to peel the polymer electrolyte film from the edge by hand, wrinkles occurred.

本発明の高分子電解質積層フィルムは、長期間保管後も高分子電解質フィルムの皺等の欠点を増やすことなく、剥離させる際には皺無く、必要な時には容易に剥離できるため、MEA製造時の不良率を大幅に下げることが可能となる。   The polymer electrolyte laminate film of the present invention can be easily peeled off when necessary without increasing defects such as wrinkles of the polymer electrolyte film after long-term storage, and can be easily peeled off when necessary. It is possible to greatly reduce the defect rate.

Claims (4)

樹脂支持フィルムと、高分子電解質フィルムと、を有する高分子電解質積層フィルムであって、
少なくとも前記高分子電解質フィルムとの積層面側にコロナ放電処理又はプラズマ放電処理が施された厚み5〜500μmの樹脂支持フィルム上に、厚み1〜500μmの高分子電解質フィルムが積層されており、
前記高分子電解質フィルムの厚み方向全てと、前記樹脂支持フィルムの厚み方向の積層面側の一部が、同じ平面位置で枚葉型に、又は同じ平面位置で縦か横のどちらか一方に切り込まれた、高分子電解質積層フィルム。
A polymer electrolyte laminated film having a resin support film and a polymer electrolyte film,
A polymer electrolyte film having a thickness of 1 to 500 μm is laminated on a resin support film having a thickness of 5 to 500 μm that has been subjected to corona discharge treatment or plasma discharge treatment on at least a laminated surface side with the polymer electrolyte film,
Cut all of the polymer electrolyte film in the thickness direction and a part of the laminated surface side in the thickness direction of the resin support film into a single wafer shape at the same plane position, or vertically or horizontally at the same plane position. An embedded polymer electrolyte laminated film.
前記樹脂支持フィルムの厚み方向の一部の切り込みの深さが、樹脂支持フィルム全体の厚みに対して5〜95%である、請求項1記載の高分子電解質積層フィルム。   The polymer electrolyte laminate film according to claim 1, wherein the depth of a part of the cut in the thickness direction of the resin support film is 5 to 95% with respect to the thickness of the entire resin support film. 前記高分子電解質フィルムが、スルホン酸基を有するフッ素系高分子電解質を含む、請求項1又は2記載の高分子電解質積層フィルム。   The polymer electrolyte laminate film according to claim 1 or 2, wherein the polymer electrolyte film includes a fluorine-based polymer electrolyte having a sulfonic acid group. 樹脂支持フィルムと、高分子電解質フィルムと、を有する高分子電解質積層フィルムの製造方法であって、
(1)前記樹脂支持フィルムの前記高分子電解質フィルムとの積層面側にコロナ放電処理又はプラズマ放電処理を施す工程、
(2)前記コロナ放電処理又はプラズマ放電処理が施された樹脂支持フィルム上に前記高分子電解質フィルムを積層して積層フィルムを得る工程、
(3)前記積層フィルムに、前記高分子電解質フィルムの厚み方向全てと、前記樹脂支持フィルムの厚み方向の前記高分子電解質フィルムとの積層面側の一部に切り込みを入れる工程、
を含む、製造方法。
A method for producing a polymer electrolyte laminate film having a resin support film and a polymer electrolyte film,
(1) A step of performing corona discharge treatment or plasma discharge treatment on the laminated surface side of the resin support film with the polymer electrolyte film,
(2) A step of laminating the polymer electrolyte film on the resin support film subjected to the corona discharge treatment or the plasma discharge treatment to obtain a laminated film,
(3) A step of cutting the laminated film into a part on the laminated surface side of all the polymer electrolyte film thickness direction and the polymer electrolyte film in the thickness direction of the resin support film;
Manufacturing method.
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