JP6142118B2 - 多孔質膜、電解質膜、二次電池および燃料電池 - Google Patents
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Description
〔1〕共連続構造を有する膜状の多孔質構造体と、前記多孔質構造体の少なくとも一方の主面に、該主面を被覆してなる変性層とを備える多孔質膜の製造方法であって、
前記多孔質構造体が、エポキシ樹脂の硬化物からなり、
前記変性層が、前記多孔質構造体の空隙の平均孔径よりも小さな平均孔径を有する多孔質層であり、
前記変性層が、前記多孔質構造体を構成する化合物と異なる化合物であって、水酸基を少なくとも有する変性用化合物が、前記エポキシ樹脂の硬化物と化学結合を形成することにより構成されたものであり、
基材上に、前記変性用化合物からなる変性用化合物層を形成する工程と、
前記基材上に形成された前記変性用化合物層の上に、エポキシ樹脂からなる層を形成することで、前記基材、前記変性用化合物層および前記エポキシ樹脂からなる層がこの順に形成されてなる積層体を得る工程と、
前記積層体に対し、前記エポキシ樹脂の硬化による多孔質構造体の形成と、前記エポキシ樹脂と前記変性用化合物との反応とを同時に行う工程と、
前記多孔質構造体の一方の面上に、前記変性用化合物層を構成する前記変性用化合物のうち一部を残存させた状態にて、前記変性用化合物層を前記基材とともに除去する工程と、を備える多孔質膜の製造方法、
〔2〕前記変性層の厚みが、1000nm以下であることを特徴とする前記〔1〕に記載の多孔質膜の製造方法、
〔3〕共連続構造を有する膜状の多孔質構造体と、前記多孔質構造体の両主面に、該主面を被覆してなる変性層とを備える多孔質膜の製造方法であって、
前記多孔質構造体が、エポキシ樹脂の硬化物からなり、
前記変性層が、前記多孔質構造体の空隙の平均孔径よりも小さな平均孔径を有する多孔質層であり、
前記変性層が、前記多孔質構造体を構成する化合物と異なる化合物であって、水酸基を少なくとも有する変性用化合物が、前記エポキシ樹脂の硬化物と化学結合を形成することにより構成されたものであり、
第1の基材上に、前記変性用化合物からなる第1変性用化合物層を形成する工程と、
第2の基材上に、前記変性用化合物からなる第2変性用化合物層を形成する工程と、
前記第1の基材上に形成された前記第1変性用化合物層の上に、エポキシ樹脂からなる層を形成する工程と、
前記エポキシ樹脂からなる層の上に、前記第2の基材上に形成された前記第2変性用化合物層を重ねることで、前記第1の基材、前記第1変性用化合物層、前記エポキシ樹脂からなる層、前記第2変性用化合物層および前記第2の基材がこの順に形成されてなる積層体を得る工程と、
前記積層体に対し、前記エポキシ樹脂の硬化による多孔質構造体の形成と、前記エポキシ樹脂と前記変性用化合物との反応とを同時に行う工程と、
前記多孔質構造体の一方の面上に、前記第1変性用化合物層を構成する前記変性用化合物のうち一部を残存させた状態にて、前記第1変性用化合物層を前記第1基材とともに除去する工程と、
前記多孔質構造体の他方の面上に、前記第2変性用化合物層を構成する前記変性用化合物のうち一部を残存させた状態にて、前記第2変性用化合物層を前記第2基材とともに除去する工程と、を備える多孔質膜の製造方法、
〔4〕前記多孔質膜構造体の空隙中にイオン液体を含有させる工程をさらに備えることを特徴とする前記〔1〕〜〔3〕のいずれかに記載の多孔質膜の製造方法、
〔5〕前記多孔質膜構造体が、骨格内に1nm〜1μmの孔径のメソポアを備えていることを特徴とする前記〔1〕〜〔4〕のいずれかに記載の多孔質膜の製造方法、
〔6〕前記多孔質膜構造体が、前記多孔質膜構造体を構成することとなるモノマーと、該モノマーに対して相溶性を示し、かつ、該モノマーを重合して得られる重合体に対して非相溶性を示す化合物と、を用いた重合誘起相分離によって形成されたものである前記〔1〕〜〔5〕のいずれかに記載の多孔質膜の製造方法、
〔7〕前記〔1〕〜〔6〕のいずれかに記載の方法により得られる多孔質膜に、電解質を含浸させる工程を備える電解質膜の製造方法、
〔8〕前記〔7〕に記載の方法により得られる電解質膜を用いる二次電池の製造方法、
〔9〕前記〔7〕に記載の方法により得られる電解質膜を用いる燃料電池の製造方法、
〔10〕前記〔7〕に記載の方法により得られる電解質膜を用いる電気二重層キャパシタの製造方法、
〔11〕前記〔7〕に記載の方法により得られる電解質膜を用いる色素増感型太陽電池の製造方法、
が提供される。
図1は、本発明に係る多孔質膜の一例の断面を示す模式図である。本発明の多孔質膜は、図1に示すように、共連続構造を有する膜状の多孔質構造体10と、多孔質構造体10の両主面を被覆してなる変性層20とを備える。
本発明の多孔膜は、たとえば、次の方法により製造することができる。すなわち、図2(A)に示すように、まず、基材30上に、変性層20を形成することとなる変性層用組成物層20aを形成することで、変性層用組成物層20aを備える基材30を準備する。次いで、図2(B)に示すように、この変性層用組成物層20aを備える基材30の変性層用組成物層20a側に、多孔質構造体10を構成することとなる多孔質構造体用組成物層10aを形成する。
エポキシ樹脂組成物としては、エポキシ樹脂、硬化剤、およびポロゲンを含有するものを用いることができる。
また、芳香環由来の炭素原子を含まない非芳香族エポキシ樹脂として、脂肪族グリシジルエーテル型エポキシ樹脂、脂肪族グリシジルエステル型エポキシ樹脂、脂環族グリシジルエーテル型エポキシ樹脂、脂環族グリシジルエステル型エポキシ樹脂、1,3−ビス(N,N’−ジグリシジルアミノメチル)シクロヘキサンなどが挙げられる。
これらのなかでも、分子内にグリシジル基が二つ以上有するエポキシ樹脂が好ましく、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、2,2,2,−トリ−(2,3−エポキシプロピル)−イソシアネート、N,N,N’,N’−テトラグリシジル−m−キシリレンジアミン、1,3−ビス(N,N’−ジグリシジルアミノメチル)シクロヘキサンがより好ましい。
また、芳香環由来の炭素原子を含まない非芳香族硬化剤として、エチレンジアミンやジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、イミノビスプロピルアミン、ビス(ヘキサメチレン)トリアミン、1,3,6−トリスアミノメチルヘキサン、ポリメチレンジアミン、トリメチルヘキサメチレンジアミン、ポリエーテルジアミンなどの脂肪族アミン類、アジピン酸ジヒドラジドやセバチン酸ジヒドラジド、ドデカン二酸ジヒドラジドなどの脂肪族ヒドラジド類、イソホロンジアミンやメンタンジアミン、N−アミノエチルピペラジン、3,9−ビス(3−アミノプロピル)2,4,8,10−テトラオキサスピロ(5,5)ウンデカンアダクト、ビス(4−アミノシクロへキシル)メタンやこれらの変性品などの脂環族ポリアミン類、1,6−ヘキサメチレンビス(N,N−ジメチルセミカルバジド)などの脂肪族ポリアミンヒドラジド類、ポリアミン類とダイマー酸からなる脂肪族ポリアミドアミン類やポリアミノアミド類など、ビューレトリートリ−(ヘキサメチレン−N,N−ジメチルセミカルバジド)を主成分とするオリゴマープロピレングリコールモノメチルエーテル溶液、ビューレトリートリ−(ヘキサメチレン−N,N−ジメチルセミカルバジド)を主成分とするオリゴマーN,N−ジメチルホルムアミド溶液、スピログリコールや2−(5−エチル−5−ヒドロキシメチル−1,3−ジオキサン−2−イル)−2−メチルプロパン−1−オールなどのグリコール類、その他アミンアダクト系硬化剤などが挙げられる。
これらのなかでも、25℃における粘度が400mPa・s以上のポリアミノアミド系硬化剤を用いることが好ましい。
これらのなかでも、Si原子に1〜4つのアルコキシ基が結合したシリカアルコキシド、グリシジル基を導入したシリカアルコキシドからなるゾルが好ましく、グリシジル基を導入したシリカアルコキシドからなるゾルが特に好ましい。
また、置換基として、メチル基、2つのエチル基、およびアルコキシエチル基を有する下記一般式(2)で示される4級塩も好適に用いることができる。
ポリビニルアルコール溶液の調製
平均重合度nが3500、鹸化度が86〜90%であるポリビニルアルコール(PVA)の水溶液(和光純薬工業株式会社製)を2重量%水溶液に調製し、使用した。
エポキシ当量が95〜110(平均102)である下記式(21)で表されるエポキシ化合物(商品名「テトラドC」、日産化学工業株式会社)4重量部、アミン価が520〜550である下記式(22)で表されるビス(4−アミノシクロヘキシル)メタン(東京化成工業株式会社製)0.575重量部、および、平均重合度nが200である下記式(23)で表されるポリエチレングリコール200(和光純薬工業株式会社製)1重量を混合することで、エポキシ樹脂組成物を得た。
上記にて調製したポリビニルアルコール2重量%水溶液を、75mm×75mmのガラス板2枚に、スピンコーターを用いて2,000rpm、20秒の条件で塗布した後、105℃で1時間のアニール処理を施すことによって、ポリビニルアルコール層(変性層用組成物層20a)を形成したガラス板を2枚得た。
ポリビニルアルコール層を形成するためのポリビニルアルコール水溶液として、3重量%水溶液を用い、かつ、ポリビニルアルコール層を形成したガラス板の、ポリビニルアルコール層形成面に、流延するエポキシ樹脂組成物の量を480mgとした以外は、実施例1と同様にして、図1に示すような構成を有する多孔膜を得た。
ポリビニルアルコール層を形成するためのポリビニルアルコール水溶液として、3重量%水溶液を用い、かつ、ポリビニルアルコール層を形成したガラス板の、ポリビニルアルコール層形成面に、流延するエポキシ樹脂組成物の量を720mgとした以外は、実施例1と同様にして、図1に示すような構成を有する多孔膜を得た。
ポリビニルアルコール層を形成するためのポリビニルアルコール水溶液として、1重量%水溶液を用い、ガラス板として25mm×25mmのサイズのものを用い、かつ、ポリビニルアルコール層を形成したガラス板の、ポリビニルアルコール層形成面に、流延するエポキシ樹脂組成物の量を32mgとした以外は、実施例1と同様にして、図1に示すような構成を有する多孔膜を得た。
イオン液体を含有するエポキシ樹脂組成物の調製
芳香族エポキシ樹脂(商品名「TEPIC−S」、日産化学工業株式会社製)2.4重量部を、イオン液体としての(N,N−ジエチル−N−メチル−N−(2−メトキシエチル)アンモニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(関東化学株式会社製)6.0重量部、4,4’−メチレンビス(シクロヘキシルアミン)(東京化成工業株式会社製)0.54重量部、およびグリシジルトリメチルアンモニウムクロライド(商品名「SY−GTA−80」、阪本薬品工業株式会社製)0.3重量部を混合することで、イオン液体を含有するエポキシ樹脂組成物を得た。
上記にて調製したポリビニルアルコール2重量%水溶液を、75mm×75mmのガラス板2枚に、スピンコーターを用いて2,000rpm、20秒の条件で塗布した後、105℃で1時間のアニール処理を施すことによって、ポリビニルアルコール層(変性層用組成物層20a)を形成したガラス板を2枚得た。
10a…多孔質構造体用組成物層
20…変性層
20a…変性層用組成物層
30…基材
Claims (11)
- 共連続構造を有する膜状の多孔質構造体と、前記多孔質構造体の少なくとも一方の主面に、該主面を被覆してなる変性層とを備える多孔質膜の製造方法であって、
前記多孔質構造体が、エポキシ樹脂の硬化物からなり、
前記変性層が、前記多孔質構造体の空隙の平均孔径よりも小さな平均孔径を有する多孔質層であり、
前記変性層が、前記多孔質構造体を構成する化合物と異なる化合物であって、水酸基を少なくとも有する変性用化合物が、前記エポキシ樹脂の硬化物と化学結合を形成することにより構成されたものであり、
基材上に、前記変性用化合物からなる変性用化合物層を形成する工程と、
前記基材上に形成された前記変性用化合物層の上に、エポキシ樹脂からなる層を形成することで、前記基材、前記変性用化合物層および前記エポキシ樹脂からなる層がこの順に形成されてなる積層体を得る工程と、
前記積層体に対し、前記エポキシ樹脂の硬化による多孔質構造体の形成と、前記エポキシ樹脂と前記変性用化合物との反応とを同時に行う工程と、
前記多孔質構造体の一方の面上に、前記変性用化合物層を構成する前記変性用化合物のうち一部を残存させた状態にて、前記変性用化合物層を前記基材とともに除去する工程と、を備える多孔質膜の製造方法。 - 前記変性層の厚みが、1000nm以下であることを特徴とする請求項1に記載の多孔質膜の製造方法。
- 共連続構造を有する膜状の多孔質構造体と、前記多孔質構造体の両主面に、該主面を被覆してなる変性層とを備える多孔質膜の製造方法であって、
前記多孔質構造体が、エポキシ樹脂の硬化物からなり、
前記変性層が、前記多孔質構造体の空隙の平均孔径よりも小さな平均孔径を有する多孔質層であり、
前記変性層が、前記多孔質構造体を構成する化合物と異なる化合物であって、水酸基を少なくとも有する変性用化合物が、前記エポキシ樹脂の硬化物と化学結合を形成することにより構成されたものであり、
第1の基材上に、前記変性用化合物からなる第1変性用化合物層を形成する工程と、
第2の基材上に、前記変性用化合物からなる第2変性用化合物層を形成する工程と、
前記第1の基材上に形成された前記第1変性用化合物層の上に、エポキシ樹脂からなる層を形成する工程と、
前記エポキシ樹脂からなる層の上に、前記第2の基材上に形成された前記第2変性用化合物層を重ねることで、前記第1の基材、前記第1変性用化合物層、前記エポキシ樹脂からなる層、前記第2変性用化合物層および前記第2の基材がこの順に形成されてなる積層体を得る工程と、
前記積層体に対し、前記エポキシ樹脂の硬化による多孔質構造体の形成と、前記エポキシ樹脂と前記変性用化合物との反応とを同時に行う工程と、
前記多孔質構造体の一方の面上に、前記第1変性用化合物層を構成する前記変性用化合物のうち一部を残存させた状態にて、前記第1変性用化合物層を前記第1基材とともに除去する工程と、
前記多孔質構造体の他方の面上に、前記第2変性用化合物層を構成する前記変性用化合物のうち一部を残存させた状態にて、前記第2変性用化合物層を前記第2基材とともに除去する工程と、を備える多孔質膜の製造方法。 - 前記多孔質膜構造体の空隙中にイオン液体を含有させる工程をさらに備えることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の多孔質膜の製造方法。
- 前記多孔質膜構造体が、骨格内に1nm〜1μmの孔径のメソポアを備えていることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の多孔質膜の製造方法。
- 前記多孔質膜構造体が、前記多孔質膜構造体を構成することとなるモノマーと、該モノマーに対して相溶性を示し、かつ、該モノマーを重合して得られる重合体に対して非相溶性を示す化合物と、を用いた重合誘起相分離によって形成されたものである請求項1〜5のいずれかに記載の多孔質膜の製造方法。
- 請求項1〜6のいずれかに記載の方法により得られる多孔質膜に、電解質を含浸させる工程を備える電解質膜の製造方法。
- 請求項7に記載の方法により得られる電解質膜を用いる二次電池の製造方法。
- 請求項7に記載の方法により得られる電解質膜を用いる燃料電池の製造方法。
- 請求項7に記載の方法により得られる電解質膜を用いる電気二重層キャパシタの製造方法。
- 請求項7に記載の方法により得られる電解質膜を用いる色素増感型太陽電池の製造方法。
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