JP7393933B2 - Manufacturing method of polymer electrolyte membrane - Google Patents

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Description

本発明は、高分子電解質膜の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a polymer electrolyte membrane.

燃料電池は、電池内で、水素、又はメタノール等を電気化学的に酸化することにより、燃料の化学エネルギーを、直接電気エネルギーに変換して取り出すものである。したがって、燃料電池は、クリーンな電気エネルギー供給源として注目されている。特に、固体高分子電解質型燃料電池は、その他の燃料電池と比較して低温で作動することから、自動車代替動力源、家庭用コージェネレーションシステム及び携帯用発電機等として期待されている。 A fuel cell directly converts the chemical energy of fuel into electrical energy and extracts it by electrochemically oxidizing hydrogen, methanol, or the like within the cell. Therefore, fuel cells are attracting attention as a clean electrical energy supply source. In particular, solid polymer electrolyte fuel cells operate at lower temperatures than other fuel cells, and are therefore expected to be used as an alternative power source for automobiles, home cogeneration systems, portable generators, and the like.

このような固体高分子電解質型燃料電池は、電極触媒層とガス拡散層とが積層されたガス拡散電極が電解質膜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。ここでいう電解質膜は、高分子鎖中にスルホン酸基又は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。 Such a solid 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 joined to both sides of an electrolyte membrane. The electrolyte membrane referred to herein is a material that has a strong acidic group such as a sulfonic acid group or a carboxylic acid group in its polymer chain, and has the property of selectively permeating protons.

燃料電池自動車用途での高分子電解質膜は、加速や減速時のアクセルワークにより、80℃程度に加温された水分量の大きく変化する環境で用いられる。この際、高分子電解質膜は、水分の膨潤と乾燥収縮による寸法変化が非常に大きく、耐久性・信頼性の点で改善の余地がある。そこで、その寸法変化を小さくするために、電解質中に補強材を埋め込む手法が種々提案されている。 Polymer electrolyte membranes for use in fuel cell vehicles are used in environments where the water content changes significantly and is heated to about 80° C. due to accelerator work during acceleration and deceleration. At this time, the polymer electrolyte membrane undergoes very large dimensional changes due to water swelling and drying shrinkage, and there is room for improvement in terms of durability and reliability. Therefore, in order to reduce the dimensional change, various methods have been proposed for embedding reinforcing materials in the electrolyte.

近年、この燃料電池自動車の用途では、120℃近辺のより厳しい燃料電池駆動環境における化学耐久性と物理耐久性、及び発電性能が求められている。この高温環境での運転による効果として、ラジエータの容量を半減でき小型車への搭載が可能となること、燃料ガス中のCOによる触媒被毒の低減、及び熱利用の拡大が期待できる。また、燃料電池として用いる際に、電解質膜は、それ自体の膜抵抗を低くする必要がある。そのためには、電解質膜の厚さはできるだけ薄い方が望ましい。また、燃料電池自動車の普及の弊害の一因となっているコスト面からも薄膜化や生産性の向上は、とても望ましい。しかしながら、電解質の補強材に適した非PTFE系の多孔体は、発電時の抵抗低減するために、低目付、高空隙率とすると、低強度で極めて扱いにくくなり大面積で均質な複合電解質膜を得る事が難しい。さらに電解質膜の厚さを過剰に薄くすると、製膜時のピンホールや電極成形時に膜が破れてしまう物理強度低下の問題、及び電極間の短絡が発生しやすいという問題点がある。 In recent years, the use of fuel cell vehicles has required chemical durability, physical durability, and power generation performance in a harsher fuel cell driving environment of around 120°C. The effects of operating in this high-temperature environment are expected to be that the capacity of the radiator can be halved, making it possible to install it in small cars, reducing catalyst poisoning by CO in the fuel gas, and expanding heat utilization. Further, when used as a fuel cell, the electrolyte membrane itself needs to have low membrane resistance. For this purpose, it is desirable that the thickness of the electrolyte membrane be as thin as possible. Furthermore, thinner films and improved productivity are highly desirable from the cost perspective, which is one of the reasons for the negative effects of the widespread use of fuel cell vehicles. However, non-PTFE porous materials suitable for electrolyte reinforcing materials have a low basis weight and high porosity in order to reduce resistance during power generation, but they have low strength and are extremely difficult to handle. difficult to obtain. Furthermore, if the thickness of the electrolyte membrane is made excessively thin, there are problems in that physical strength decreases such as pinholes during film formation and tearing of the membrane during electrode molding, and short circuits between electrodes are likely to occur.

従来の燃料電池の駆動環境温度である80℃と異なり、120℃の厳しい環境においては、極めて大きな水の膨潤と乾燥収縮の繰り返しストレスが電解質膜に加わる。よって、そのような環境に用いられる電解質膜は、加湿膨潤乾燥と熱変形ストレスの両方の耐久性を向上する必要がある。特に、電解質膜は、加熱下で何らかの外部応力が加わると応力歪を蓄積し、そのストレスにより永久変形してしまい、薄膜化の進行と高分子の劣化が促進される。これらを抑制するには、電解質膜自身の熱変形の耐性を向上することの他、高いガラス転移温度を有する補強材を含有することが有効である。しかしながら、補強材の含有率を増やすと、プロトン伝導性を妨げ膜抵抗が大きくなる弊害を引き起こす。よって、ガラス転移温度の高い補強材に頼るのだけではなく、電解質膜自身の耐熱性も向上させ、電解質膜の耐久性と高いプロトン伝導性とを両立することが求められている。 Unlike the driving environment temperature of 80° C. for conventional fuel cells, in a harsh environment of 120° C., extremely large repeated stress of water swelling and drying contraction is applied to the electrolyte membrane. Therefore, an electrolyte membrane used in such an environment needs to have improved durability against both humidification, swelling and drying and thermal deformation stress. In particular, when an electrolyte membrane is heated and some external stress is applied, stress strain accumulates, and the stress causes permanent deformation, promoting thinning of the membrane and deterioration of the polymer. In order to suppress these problems, it is effective not only to improve the thermal deformation resistance of the electrolyte membrane itself but also to include a reinforcing material having a high glass transition temperature. However, increasing the reinforcing material content causes problems such as hindering proton conductivity and increasing membrane resistance. Therefore, it is required not only to rely on reinforcing materials with a high glass transition temperature, but also to improve the heat resistance of the electrolyte membrane itself, thereby achieving both durability and high proton conductivity of the electrolyte membrane.

例えば、特許文献1には、ナノファイバーシートによって強化された第1のプロトン伝導性ポリマーを有する電解質膜を含み、ナノファイバーシートは、ポリマー及びポリマー配合物から選択される繊維材料を含むナノファイバーから作られ、繊維材料は、高フッ化ポリマー、過フッ化ポリマー、炭化水素ポリマー、及びそれらの配合物並びに組み合わせを含み得ることが記載されている。特許文献1に開示されている実施の形態では、ナノファイバーシートが140℃でカレンダー処理されている。これにより、ナノファイバーシートの強度が向上する効果を奏する反面、部分的にナノファイバー繊維同士が重なる結着部を形成し空隙率が減る領域が生じる。このような部位がナノファイバーシート中に点在すると電解質を含む溶液と接触させて、溶媒を蒸発させて乾燥する際にナノファイバーシートの撓みシワを生じ、ナノファイバーシートへ張力を加えてもシワ解消が困難となる。またナノファイバー繊維同士が重なり決着した部位は、溶媒を気化させながら電解質をナノファイバー繊維間の空隙に充填する際に、ナノファイバーが膜厚方向へ追従変形することが出来ずにボイド不良を生じるなど、燃料電池用の電解質膜に適さない。 For example, U.S. Pat. No. 5,000,302 includes an electrolyte membrane having a first proton-conducting polymer reinforced by a nanofiber sheet, the nanofiber sheet being made of nanofibers comprising a fibrous material selected from polymers and polymer blends. It is described that the fabricated and fibrous materials can include highly fluorinated polymers, perfluorinated polymers, hydrocarbon polymers, and blends and combinations thereof. In the embodiment disclosed in Patent Document 1, the nanofiber sheet is calendered at 140°C. This has the effect of improving the strength of the nanofiber sheet, but on the other hand, a region where the nanofiber fibers partially overlap each other forms a binding portion and the porosity decreases. If such areas are scattered in a nanofiber sheet, the nanofiber sheet will bend and wrinkle when it is brought into contact with a solution containing an electrolyte to evaporate the solvent and dry, and even if tension is applied to the nanofiber sheet, the nanofiber sheet will not wrinkle. It becomes difficult to resolve. In addition, in areas where nanofibers overlap and settle, when filling the voids between nanofibers with electrolyte while vaporizing the solvent, the nanofibers cannot follow the deformation in the film thickness direction, resulting in void defects. etc., are not suitable for electrolyte membranes for fuel cells.

特許文献2には、多孔質材料の進行方向に張力をかけ高分子電解質と複合化する方法が記載されているが、多孔質材料が二軸配向多孔質ポリプロピレンフィルムで、ナノファイバーと構造が異なるためプロトン伝導性ポリマー溶液との複合化時の含浸挙動が異なり、基材の幅より多孔材料の幅を広く複合化するなど設計思想が全く別なものである。 Patent Document 2 describes a method of applying tension in the direction of movement of a porous material to compose it with a polymer electrolyte, but the porous material is a biaxially oriented porous polypropylene film and has a structure different from that of nanofibers. Therefore, the impregnation behavior when composited with a proton-conducting polymer solution is different, and the design philosophy is completely different, such as making the porous material wider than the width of the base material.

ナノファイバーと電解質膜の複合化の先行技術としては、特許文献1の他に、特許文献3~6もある。しかし、いずれの先行技術も実験室レベルの小サイズのサンプル作成に留まり、シワ欠陥が無く均一性に優れた連続する大面積の高分子電解質膜を作製するには至っていない。 In addition to Patent Document 1, there are also Patent Documents 3 to 6 as prior art techniques for combining nanofibers and electrolyte membranes. However, all of the prior art techniques are limited to the preparation of small-sized samples at the laboratory level, and have not yet reached the point of producing a continuous large-area polymer electrolyte membrane that is free from wrinkle defects and has excellent uniformity.

特許第5798186号公報Patent No. 5798186 特開2011-222499号公報Japanese Patent Application Publication No. 2011-222499 国際公開第2017/141878号International Publication No. 2017/141878 特許第5830654号公報Patent No. 5830654 特表2014-525115号公報Special Publication No. 2014-525115 特表2017-532716号公報Special table 2017-532716 publication

本発明は、燃料電池動作環境(例えば、120℃、100%相対湿度)において寸法が均一に変化する大面積の高分子電解質膜を、シワ欠陥を生じさせることなく、かつ膜を破断することなく連続的に製造することを目的とする。 The present invention provides a method for fabricating large-area polymer electrolyte membranes whose dimensions change uniformly in a fuel cell operating environment (e.g., 120°C, 100% relative humidity) without causing wrinkle defects and without rupturing the membrane. Intended for continuous production.

本発明者らは、鋭意検討を行った結果、上記目的を達成することのできる製造方法を見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は下記の通りである。 As a result of extensive studies, the present inventors have found a manufacturing method that can achieve the above object, and have completed the present invention. That is, the present invention is as follows.

[1]
高分子電解質膜を連続的に製造する方法であって、
基材シートを繰り出す工程と、
前記基材シートに第1プロトン伝導性ポリマー溶液を連続的に塗布する塗布工程と、
ナノファイバーシートを非鏡面ロールに接触させながら張力をかけて繰り出す工程と、
塗布された前記第1プロトン伝導性ポリマー溶液に、前記ナノファイバーシートの第1表面を連続的に接触させて、第1表面処理ナノファイバーシートを得る第1処理工程と、
前記第1表面処理ナノファイバーシートを乾燥させる第1乾燥工程と、
を含み、
前記ナノファイバーシートに含まれるナノファイバーの平均繊維径が100nm~600nmであり、
前記ナノファイバーシートを長尺方向に8%変形させるために必要な荷重が0.2N/10mm以上であり、
前記ナノファイバーシートを繰り出す張力が、前記ナノファイバーシートの短尺方向の長さが-3.0%~0.5%変化する張力であり、
前記ナノファイバーシートが短尺方向において第1末端及び第2末端を有し、前記第1処理工程において前記第1末端及び前記第2末端の少なくとも一方を前記第1プロトン伝導性ポリマー溶液に接触させる、前記方法。
[2]
前記ナノファイバーシートの短尺方向の長さが270mm以上である、[1]に記載の方法。
[3]
前記ナノファイバーシートの前記第1末端及び前記第2末端を前記第1プロトン伝導性ポリマー溶液に接触させる、[1]又は[2]に記載の方法。
[4]
前記ナノファイバーシートがポリエーテルスルホンを含む、[1]~[3]のいずれかに記載の方法。
[5]
前記ナノファイバーシートの目付が1.5~4.0g/m2である、[1]~[4]のいずれかに記載の方法。
[6]
前記ナノファイバーシートの空隙率が75%~88%である、[1]~[5]のいずれかに記載の方法。
[7]
前記第1乾燥工程を経た前記第1表面処理ナノファイバーシートの第2表面に、第2プロトン伝導性ポリマー溶液を連続的に接触させて、両表面処理ナノファイバーシートを得る第2処理工程と、
前記両表面処理ナノファイバーシートを乾燥させる第2乾燥工程と、
を更に含む、[1]~[6]のいずれかに記載の方法。
[1]
A method for continuously manufacturing a polymer electrolyte membrane, the method comprising:
A step of unwinding the base sheet,
a coating step of continuously coating the first proton conductive polymer solution on the base sheet;
A process of applying tension to the nanofiber sheet while bringing it into contact with a non-mirrored roll,
A first treatment step of continuously bringing the first surface of the nanofiber sheet into contact with the applied first proton-conducting polymer solution to obtain a first surface-treated nanofiber sheet;
a first drying step of drying the first surface-treated nanofiber sheet;
including;
The average fiber diameter of the nanofibers contained in the nanofiber sheet is 100 nm to 600 nm,
The load required to deform the nanofiber sheet by 8% in the longitudinal direction is 0.2 N/10 mm or more,
The tension for feeding out the nanofiber sheet is such that the length of the nanofiber sheet in the short direction changes by -3.0% to 0.5%,
The nanofiber sheet has a first end and a second end in the short direction, and in the first treatment step, at least one of the first end and the second end is brought into contact with the first proton conductive polymer solution. Said method.
[2]
The method according to [1], wherein the length of the nanofiber sheet in the short direction is 270 mm or more.
[3]
The method according to [1] or [2], wherein the first end and the second end of the nanofiber sheet are brought into contact with the first proton conductive polymer solution.
[4]
The method according to any one of [1] to [3], wherein the nanofiber sheet contains polyether sulfone.
[5]
The method according to any one of [1] to [4], wherein the nanofiber sheet has a basis weight of 1.5 to 4.0 g/m 2 .
[6]
The method according to any one of [1] to [5], wherein the nanofiber sheet has a porosity of 75% to 88%.
[7]
A second treatment step of continuously bringing a second proton-conducting polymer solution into contact with the second surface of the first surface-treated nanofiber sheet that has undergone the first drying step to obtain a double-surface-treated nanofiber sheet;
a second drying step of drying the both surface-treated nanofiber sheets;
The method according to any one of [1] to [6], further comprising:

本発明によれば、燃料電池動作環境(例えば、120℃、100%RH)において寸法が均一に変化する大面積の高分子電解質膜を、シワ欠陥を生じさせることなく、かつ膜を破断することなく連続的に製造することができる。 According to the present invention, it is possible to rupture a large-area polymer electrolyte membrane whose dimensions change uniformly in a fuel cell operating environment (e.g., 120° C., 100% RH) without causing wrinkle defects. It can be manufactured continuously.

実施例1の高分子電解質膜の断面の模式図である。1 is a schematic diagram of a cross section of a polymer electrolyte membrane of Example 1. FIG. 実施例3の高分子電解質膜の断面の模式図である。3 is a schematic diagram of a cross section of a polymer electrolyte membrane of Example 3. FIG. 比較例1の高分子電解質膜の断面の模式図である。3 is a schematic cross-sectional view of a polymer electrolyte membrane of Comparative Example 1. FIG. 実施例で用いたナノファイバーシートの引張試験の測定データである。This is measurement data from a tensile test of nanofiber sheets used in Examples. 実施例1の高分子電解質膜の断面を示すSEM写真である。2 is a SEM photograph showing a cross section of the polymer electrolyte membrane of Example 1. 本実施形態の高分子電解質膜の製造装置の一例である。This is an example of an apparatus for manufacturing a polymer electrolyte membrane according to the present embodiment. 比較例3の高分子電解質膜のシワ欠陥部の断面を示すSEM写真である。3 is an SEM photograph showing a cross section of a wrinkle defective part of a polymer electrolyte membrane of Comparative Example 3.

以下、必要に応じて図面を参照しつつ、本発明を実施するための形態(以下、単に「本実施形態」という。)について詳細に説明するが、本発明は下記本実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。 Hereinafter, a mode for carrying out the present invention (hereinafter simply referred to as "the present embodiment") will be described in detail with reference to the drawings as necessary, but the present invention is limited to the following present embodiment. It's not a thing. The present invention can be modified in various ways without departing from the gist thereof.

本実施形態の製造方法の一態様は、高分子電解質膜を連続的に製造する方法であって、
基材シートを繰り出す工程と、
前記基材シートに第1プロトン伝導性ポリマー溶液を連続的に塗布する塗布工程と、
ナノファイバーシートを非鏡面ロールに接触させながら張力をかけて繰り出す工程と、
塗布された前記第1プロトン伝導性ポリマー溶液に、前記ナノファイバーシートの第1表面を連続的に接触させて、第1表面処理ナノファイバーシートを得る第1処理工程と、
前記第1表面処理ナノファイバーシートを乾燥させる第1乾燥工程と、
を含み、
前記ナノファイバーシートに含まれるナノファイバーの平均繊維径が100nm~600nmであり、
前記ナノファイバーシートを長尺方向に8%変形させるために必要な荷重が0.2N/10mm以上であり、
前記ナノファイバーシートを繰り出す張力が、前記ナノファイバーの短尺方向の長さが-3.0%~0.5%変化する張力であり、
前記ナノファイバーシートが短尺方向において第1末端及び第2末端を有し、前記第1処理工程において前記第1末端及び前記第2末端の少なくとも一方を前記第1プロトン伝導性ポリマー溶液に接触させる方法である。
One aspect of the manufacturing method of this embodiment is a method of continuously manufacturing a polymer electrolyte membrane, comprising:
A step of unwinding the base sheet,
a coating step of continuously coating the first proton conductive polymer solution on the base sheet;
A process of applying tension to the nanofiber sheet while bringing it into contact with a non-mirrored roll,
A first treatment step of continuously bringing the first surface of the nanofiber sheet into contact with the applied first proton-conducting polymer solution to obtain a first surface-treated nanofiber sheet;
a first drying step of drying the first surface-treated nanofiber sheet;
including;
The average fiber diameter of the nanofibers contained in the nanofiber sheet is 100 nm to 600 nm,
The load required to deform the nanofiber sheet by 8% in the longitudinal direction is 0.2 N/10 mm or more,
The tension for unwinding the nanofiber sheet is such that the length of the nanofibers in the short direction changes by -3.0% to 0.5%,
A method in which the nanofiber sheet has a first end and a second end in the short direction, and in the first treatment step, at least one of the first end and the second end is brought into contact with the first proton conductive polymer solution. It is.

前記方法は、前記第1乾燥工程を経た前記第1表面処理ナノファイバーシートの第2表面に、第2プロトン伝導性ポリマー溶液を連続的に接触させて、両表面処理ナノファイバーシートを得る第2処理工程と、
前記両表面処理ナノファイバーシートを乾燥させる第2乾燥工程と、
を更に含んでいてもよい。
The method includes continuously contacting the second surface of the first surface-treated nanofiber sheet that has undergone the first drying step with a second proton-conducting polymer solution to obtain a double-surface-treated nanofiber sheet. processing step;
a second drying step of drying the both surface-treated nanofiber sheets;
may further include.

前記方法によりナノファイバーシートとプロトン伝導性ポリマーとが複合化したシート形状を得る事ができる。 By the method described above, it is possible to obtain a sheet shape in which a nanofiber sheet and a proton conductive polymer are combined.

本実施形態の製造方法において、高分子電解質膜を連続的に50m以上製造することが好ましく、300m以上製造することがより好ましく、800m以上製造することが更に好ましい。 In the manufacturing method of this embodiment, it is preferable to continuously manufacture the polymer electrolyte membrane for 50 m or more, more preferably for 300 m or more, and even more preferably for 800 m or more.

本実施形態の電解質膜は、上述のように製造された後、さらに熱処理を施されることが好ましい。この熱処理は、複数回に分けてもよく、熱処理によりプロトン伝導性ポリマーの例えばパーフルオロアルキル骨格の結晶化が進み、その結果、電解質膜の機械的強度が更に安定化され得る。この熱処理の温度は、好ましくは100℃以上230℃以下、より好ましくは120℃以上220℃以下、更に好ましくは140℃以上200℃以下である。熱処理の温度を上記範囲に調整することで、結晶化が十分に進み電解質膜の機械的強度が向上する。また、電解質膜の含水率を適切に保持しつつ、機械強度を一層高く維持する観点からも、上記温度範囲は好適である。熱処理の時間は、熱処理の温度にもよるが、より高耐久性を有する電解質膜を得る観点から、好ましくは5分間~3時間、より好ましくは10分間~2時間である。この熱処理の途中で、水や有機溶剤を混合した水浴に浸漬させ、表面の異物や膜中の不要成分を除去させる工程を途中入れることも可能である。 After the electrolyte membrane of this embodiment is manufactured as described above, it is preferable that the electrolyte membrane is further subjected to heat treatment. This heat treatment may be performed multiple times, and the heat treatment advances the crystallization of, for example, the perfluoroalkyl skeleton of the proton conductive polymer, and as a result, the mechanical strength of the electrolyte membrane can be further stabilized. The temperature of this heat treatment is preferably 100°C or more and 230°C or less, more preferably 120°C or more and 220°C or less, and even more preferably 140°C or more and 200°C or less. By adjusting the temperature of the heat treatment within the above range, crystallization progresses sufficiently and the mechanical strength of the electrolyte membrane improves. Further, the above temperature range is suitable from the viewpoint of maintaining a higher mechanical strength while appropriately maintaining the water content of the electrolyte membrane. The time for the heat treatment depends on the temperature of the heat treatment, but from the viewpoint of obtaining an electrolyte membrane with higher durability, it is preferably 5 minutes to 3 hours, more preferably 10 minutes to 2 hours. During this heat treatment, it is also possible to include a step in which the film is immersed in a water bath containing water or an organic solvent to remove foreign substances on the surface and unnecessary components in the film.

以下、図6を適宜参照して本実施形態の製造方法について説明するが、図6はその製造方法の一部を示す一例に過ぎず、これによって本実施形態の製造方法が限定されるものではない。 Hereinafter, the manufacturing method of this embodiment will be described with reference to FIG. 6 as appropriate, but FIG. 6 is only an example showing a part of the manufacturing method, and the manufacturing method of this embodiment is not limited thereby. do not have.

<塗布工程>
塗布工程では、繰り出されている基材シート13に、第1プロトン伝導性ポリマー溶液14を連続的に塗布する。塗布する領域(つまり、流れ方向(MD)に直交する方向(TD)の長さ)は、ナノファイバーシート11の短尺方向の長さ等に基づいて適宜決定すればよい。
基材シートに第1プロトン伝導性ポリマー溶液を塗布する方式としては、特に限定されないが、例えば、スロットダイ以外にもグラビアコーター、バーコーター、ロールコーター、ドクターコーター、PDNコーター、ブレードコーター、含浸コーター等の様々な方式が挙げられる。これら方式は、作製したい塗布液層の厚み、塗布液等の材料の物性、塗布条件を考慮して、適宜選択できる。
<Coating process>
In the coating step, the first proton conductive polymer solution 14 is continuously coated on the base sheet 13 that is being fed out. The area to be applied (that is, the length in the direction (TD) perpendicular to the flow direction (MD)) may be appropriately determined based on the length of the nanofiber sheet 11 in the short direction.
The method of applying the first proton conductive polymer solution to the base sheet is not particularly limited, but for example, in addition to slot die, gravure coater, bar coater, roll coater, doctor coater, PDN coater, blade coater, impregnation coater can be used. There are various methods such as These methods can be appropriately selected in consideration of the thickness of the coating liquid layer to be produced, the physical properties of materials such as the coating liquid, and coating conditions.

<ナノファイバーシート繰出工程>
塗布工程と平行して、ナノファイバーシート11を非鏡面ロール18に接触させながら張力をかけて繰り出す。ナノファイバーシート11を繰出すロールには、ナノファイバーシート11の張力を検出するユニットと制御するユニットがあり、それにより張力を制御できる。
<Nanofiber sheet feeding process>
In parallel with the coating process, the nanofiber sheet 11 is fed out while being brought into contact with the non-mirrored roll 18 while applying tension. The roll that feeds out the nanofiber sheet 11 has a unit that detects and controls the tension of the nanofiber sheet 11, so that the tension can be controlled.

ナノファイバーシートを繰り出す張力は、ナノファイバーシートの短尺方向の長さが-3.0%~0.5%変化する張力であることが好ましく、-3.0%~0.0%変化する張力であることがより好ましく、-2.5%~0.0%変化する張力であることが更に好ましい。張力を上記範囲内で調整することにより、高分子電解質膜のシワの発生を抑制し連続的に安定した均質な高分子電解質膜を製造することができる。 The tension for feeding out the nanofiber sheet is preferably such that the length of the nanofiber sheet in the short direction changes by -3.0% to 0.5%, and the tension changes by -3.0% to 0.0%. More preferably, the tension changes by -2.5% to 0.0%. By adjusting the tension within the above range, it is possible to suppress the occurrence of wrinkles in the polymer electrolyte membrane and to continuously produce a stable and homogeneous polymer electrolyte membrane.

光を照射した際に反射光が鏡のように正反射する鏡面ロールは、ナノファイバーシートの密着性が強く、滑り性が悪いため、短尺方向の長さコントロールが難しく、シワ欠陥が発生しやすい。これに対し、光を照射した際に反射光が拡散反射する非鏡面ロールは、ナノファイバーシートとの滑り性が良く、ナノファイバーシートの短尺方向の長さの変化率を容易に制御でき、シワ欠陥を抑制できる。非鏡面ロールとしては、ブラスト処理され、ロール表面が微細凹凸化された梨地ロールが好適に適用され、鏡面ロールに滑り性のよいPTFE系、シリコーン系の樹脂製テープやそれらを樹脂ラミネートしたロールも好適に使用できる。ロール表面の微細凹凸の程度は、算術平均粗さ(Ra)で0.5~10.0μmの範囲が好ましく、0.6~5.0μmの範囲がより好ましく、0.7~3.0μmの範囲が更に好ましい。 Mirror rolls, which reflect light specularly like a mirror when irradiated with light, have strong nanofiber sheet adhesion and poor slipperiness, making it difficult to control the length in the short direction and prone to wrinkle defects. . On the other hand, non-specular rolls that diffusely reflect the reflected light when irradiated with light have good sliding properties with the nanofiber sheet, can easily control the rate of change in the length of the nanofiber sheet in the short direction, and are free from wrinkles. Defects can be suppressed. As non-mirror-finished rolls, satin-finished rolls that have been blasted and have a finely textured roll surface are suitably used. Mirror-finished rolls can also be coated with highly slippery PTFE or silicone resin tapes, or rolls laminated with these resins. It can be used suitably. The degree of fine irregularities on the roll surface is preferably in the range of 0.5 to 10.0 μm in arithmetic mean roughness (Ra), more preferably in the range of 0.6 to 5.0 μm, and in the range of 0.7 to 3.0 μm. The range is more preferred.

Raが0.5μm以上であると、ナノファイバーシートとの滑り性が良く、短尺方向の長さを-3.0~0.5%変化させるようにコントロールすることが容易になる。Raが10.0μm以下であると、微細凹凸の凸部にナノファイバー繊維が引っ掛かるなどの局所的な摩擦が生じにくく、ナノファイバーシート繊維の解れなどの損傷が低減する。 When Ra is 0.5 μm or more, the nanofiber sheet has good sliding properties, and the length in the short direction can be easily controlled to change by -3.0 to 0.5%. When Ra is 10.0 μm or less, local friction such as nanofiber fibers being caught in convex portions of fine irregularities is less likely to occur, and damage such as unraveling of nanofiber sheet fibers is reduced.

ロール面の微細凹凸の算術平均粗さ(Ra)は、コンフォーカル光学系の光学顕微鏡タイプにより測定が可能である。例えば、レーザーテック株式会社製のOPTELICS S130装置が好適である。なお、下記の実施例に記載の非鏡面ロールのRaは、以下の条件により測定した。対物レンズ倍率20倍、波長選択546nmでロール表面の凹凸データを取得後、Z Image(Z画像)データをロールと平行方向およそ100μmの処理範囲となるように処理範囲(ラインROIボタン)を選択し、LM計測モードで算術平均粗さ(Ra)を求めた。実施例のRa数値は、ナノファイバーシートが接触する任意の位置の5か所を測定し、その平均値を採用した。 The arithmetic mean roughness (Ra) of the fine irregularities on the roll surface can be measured using an optical microscope type with a confocal optical system. For example, the OPTELICS S130 device manufactured by Lasertec Corporation is suitable. In addition, Ra of the non-specular roll described in the following examples was measured under the following conditions. After acquiring the unevenness data on the roll surface with an objective lens magnification of 20x and wavelength selection of 546 nm, select the processing range (line ROI button) so that the Z Image data has a processing range of approximately 100 μm in the direction parallel to the roll. , the arithmetic mean roughness (Ra) was determined in LM measurement mode. The Ra value of the example was measured at five arbitrary positions where the nanofiber sheet came into contact, and the average value thereof was adopted.

ナノファイバーシートを繰り出してから第1プロトン伝導性ポリマー溶液に接触させるまでの搬送時に、イオンナイザーなどでナノファイバーシートの静電気を除去することが好ましい。これにより、ナノファイバーシートと接触するロールの抵抗を下げ、ナノファイバーシート表面へ付着した異物を除去する事が可能となる。 It is preferable to remove static electricity from the nanofiber sheet using an ionizer or the like during transport from when the nanofiber sheet is unrolled to when it is brought into contact with the first proton conductive polymer solution. This lowers the resistance of the roll that comes into contact with the nanofiber sheet, making it possible to remove foreign matter adhering to the surface of the nanofiber sheet.

<第1処理工程>
第1処理工程では、ナノファイバーシート11が非鏡面ロール18に接触した後、ナノファイバーシート11の第1表面11Aが、基材シート13に塗布された第1プロトン伝導性ポリマー溶液14に接触して、第1表面処理ナノファイバーシートを得る。
<First treatment step>
In the first treatment step, after the nanofiber sheet 11 contacts the non-specular roll 18, the first surface 11A of the nanofiber sheet 11 contacts the first proton conductive polymer solution 14 applied to the base sheet 13. Thus, a first surface-treated nanofiber sheet is obtained.

ナノファイバーシートは、短尺方向において、第1末端及び第2末端を有し、第1末端及び第2末端の少なくとも一方が第1プロトン伝導性ポリマー溶液に接触することが好ましい。第1末端及び第2末端の少なくとも一方が第1プロトン伝導性ポリマー溶液に接触することによって、高分子電解質膜のシワの発生を抑制することができる。第1末端及び第2末端のいずれか一方のみが第1プロトン伝導性ポリマー溶液と接触していてもよいが、第1末端及び第2末端の両方が第1プロトン伝導性ポリマー溶液と接触していることがより好ましい。 It is preferable that the nanofiber sheet has a first end and a second end in the short direction, and at least one of the first end and the second end contacts the first proton conductive polymer solution. By bringing at least one of the first end and the second end into contact with the first proton conductive polymer solution, generation of wrinkles in the polymer electrolyte membrane can be suppressed. Only one of the first end and the second end may be in contact with the first proton conductive polymer solution, but both the first end and the second end may be in contact with the first proton conductive polymer solution. It is more preferable to be present.

<第1乾燥工程>
第1乾燥工程は、第1プロトン伝導性ポリマー溶液が含浸したナノファイバーシート(第1表面処理ナノファイバーシート)を乾燥して高分子電解質膜を得る工程である。第1乾燥工程においては、乾燥機16の入口から徐々に加熱し、乾燥させることが好ましい。なお、「徐々に加熱」とは、昇温速度2.5~150℃/分の範囲で加熱することをいう。上記乾燥は、例えば、50~350℃で加熱することが好ましい。乾燥方法としては、特に限定されないが、例えば、熱風炉及びヒータ炉が一般的に用いられる。巻取機17による巻取り速度(乾燥速度)は、塗布液層の厚さ、使用溶剤の揮発性によるが、通常10.0±5.0m/分程度が好ましく、5.0±2.5m/分がより好ましい。
<First drying step>
The first drying step is a step of drying the nanofiber sheet (first surface-treated nanofiber sheet) impregnated with the first proton conductive polymer solution to obtain a polymer electrolyte membrane. In the first drying step, it is preferable to gradually heat and dry the material from the entrance of the dryer 16. Note that "gradual heating" refers to heating at a temperature increase rate in the range of 2.5 to 150° C./min. The above drying is preferably carried out by heating at, for example, 50 to 350°C. The drying method is not particularly limited, but for example, a hot air oven and a heater oven are generally used. The winding speed (drying speed) by the winder 17 depends on the thickness of the coating liquid layer and the volatility of the solvent used, but is usually preferably about 10.0±5.0 m/min, and 5.0±2.5 m/min. /min is more preferable.

<第2処理工程>
第2処理工程では、第1乾燥工程を経た第1表面処理ナノファイバーシートの第2表面11Bに、第2プロトン伝導性ポリマー溶液(図示せず)を連続的に接触(オーバーコート)させて、両表面処理ナノファイバーシートを得る。
<Second treatment step>
In the second treatment step, the second surface 11B of the first surface-treated nanofiber sheet that has undergone the first drying step is continuously contacted (overcoated) with a second proton conductive polymer solution (not shown), Obtain a double-surface treated nanofiber sheet.

第1表面処理ナノファイバーシートの第1末端及び第2末端は、第2プロトン伝導性ポリマー溶液に接触することが好ましい。第1末端及び第2末端が第2プロトン伝導性ポリマー溶液に接触することによって、帯電しやすく低強度のナノファイバーシートの露出をなくす事ができ、安定した長尺巻きロールの加工が可能となる。
<第2乾燥工程>
第2乾燥工程は、両表面処理ナノファイバーシートを乾燥して高分子電解質膜を得る工程である。第2乾燥工程は、<第1乾燥工程>の項目において記載した条件で実施することができる。
Preferably, the first and second ends of the first surface-treated nanofiber sheet contact the second proton-conducting polymer solution. By bringing the first and second ends into contact with the second proton-conducting polymer solution, exposure of the nanofiber sheet, which is easily charged and has low strength, can be eliminated, making it possible to stably process long rolled rolls. .
<Second drying process>
The second drying step is a step of drying both surface-treated nanofiber sheets to obtain a polymer electrolyte membrane. The second drying step can be carried out under the conditions described in the section <First Drying Step>.

<ナノファイバーシート>
本実施形態におけるナノファイバーシートは、電解質膜を強化する補強材として機能するものである。
<Nanofiber sheet>
The nanofiber sheet in this embodiment functions as a reinforcing material that strengthens the electrolyte membrane.

本実施形態の複合化前のナノファイバーシートは空隙率(%)が75%以上88%以下であると好ましく、79%以上84%以下であるとより好ましい。また、本実施形態のナノファイバーシート(不織布)は、プロトン伝導性ポリマー(フッ素系高分子電解質)との複合化前に比べて、すなわち、フッ素系高分子電解質と複合化されプロトン伝導性ポリマー溶液の溶媒が気化する際に、膜厚が40%以上75%以下の範囲で収縮したものであると好ましい。さらに、本実施形態の電解質膜において、その厚さに対する、ナノファイバーシートの厚さの比率が25%以上60%未満であると好ましい。これらにより、電解質は埋め込み性、すなわち不織布の空隙へのフッ素系高分子電解質の充填性に更に優れ、膜抵抗がより小さく、かつ、更に高いプロトン伝導性と一層優れた面方向の寸法変化抑制とを実現できる。空隙率が75%以上となると、不織布へのフッ素系高分子電解質の埋め込み不良をより抑制できる。一方、空隙率が88%以下である、より好ましく86%以下であることにより、ナノファイバーシートの自立性が向上するため、取扱いが簡便となり、不織布による補強作用も更に十分になる傾向となる。空隙率は下記式から導き出される。
P=[1-Mn/(t×SG)]×100
ここで、Pはナノファイバーシートの空隙率(%)、Mnは不織布の目付(g/m2)、tは不織布の厚さ(μm)、SGは不織布を構成する繊維の比重(g/cm3)をそれぞれ表す。
The porosity (%) of the nanofiber sheet before composite of the present embodiment is preferably 75% or more and 88% or less, more preferably 79% or more and 84% or less. In addition, the nanofiber sheet (nonwoven fabric) of this embodiment is different from the one before being composited with a proton-conducting polymer (fluoropolymer electrolyte), that is, the nanofiber sheet (nonwoven fabric) is composited with a fluoropolymer electrolyte and the proton-conducting polymer solution It is preferable that the film thickness shrinks within a range of 40% or more and 75% or less when the solvent evaporates. Furthermore, in the electrolyte membrane of this embodiment, the ratio of the thickness of the nanofiber sheet to the thickness of the electrolyte membrane is preferably 25% or more and less than 60%. As a result, the electrolyte has excellent embedding properties, that is, the ability to fill the voids of the nonwoven fabric with the fluoropolymer electrolyte, and has lower membrane resistance, higher proton conductivity, and even better suppression of dimensional changes in the planar direction. can be realized. When the porosity is 75% or more, poor embedding of the fluoropolymer electrolyte into the nonwoven fabric can be further suppressed. On the other hand, when the porosity is 88% or less, more preferably 86% or less, the self-supporting nature of the nanofiber sheet improves, making it easier to handle, and the reinforcing effect of the nonwoven fabric tends to be more sufficient. The porosity is derived from the following formula.
P=[1-Mn/(t×SG)]×100
Here, P is the porosity (%) of the nanofiber sheet, Mn is the basis weight (g/m 2 ) of the nonwoven fabric, t is the thickness (μm) of the nonwoven fabric, and SG is the specific gravity (g/cm 3 ) respectively.

本実施形態における複合化前のナノファイバーシートの目付は、1.5g/m2以上4.0g/m2以下であると好ましく、2.0g/m2以上3.5g/m2以下であるとより好ましく、2.5g/m2以上3.1g/m2以下であると更に好ましい。目付が1.5g/m2以上であると、膜の自立性があり、複合化の際に破膜することなく、取扱いが容易でプロセスが安定化する。さらに、単位面積あたりの繊維本数も十分であるので、平面方向における電解質膜の膨潤収縮が抑制される。一方、目付が4.0g/m2以下であると、ポリマーの充填性とプロトン伝導性に優れ、電解質膜の膨潤収縮を抑制することが可能となる。 The basis weight of the nanofiber sheet before composite in this embodiment is preferably 1.5 g/m 2 or more and 4.0 g/m 2 or less, and preferably 2.0 g/m 2 or more and 3.5 g/m 2 or less. More preferably, it is 2.5 g/m 2 or more and 3.1 g/m 2 or less. When the basis weight is 1.5 g/m 2 or more, the membrane is self-supporting, does not rupture during compounding, is easy to handle, and stabilizes the process. Furthermore, since the number of fibers per unit area is sufficient, swelling and contraction of the electrolyte membrane in the planar direction is suppressed. On the other hand, when the basis weight is 4.0 g/m 2 or less, the polymer has excellent filling properties and proton conductivity, and it becomes possible to suppress swelling and shrinkage of the electrolyte membrane.

ナノファイバーシートの目付は、採取可能な任意の最も面積の広い面の面積と質量とを測定し、1m2当たりの質量に換算した値である。
不織布の厚さは下記のようにして導き出す。すなわち、膜厚計(例えば、株式会社ミツトヨ製のABSデジマチックインジケータID-F125(製品名))を用いて、同じナノファーバーシート内における任意の5点で厚さを計測し、その相加平均を不織布の厚さとする。
The basis weight of a nanofiber sheet is a value obtained by measuring the area and mass of the largest surface that can be collected, and converting it into mass per 1 m 2 .
The thickness of the nonwoven fabric is derived as follows. That is, using a film thickness meter (for example, ABS Digimatic Indicator ID-F125 (product name) manufactured by Mitutoyo Co., Ltd.), measure the thickness at five arbitrary points within the same nanofaber sheet, and calculate the arithmetic average of the thickness. Let be the thickness of the nonwoven fabric.

本実施形態における複合化前のナノファイバーシートは、長尺方向に8%変形させるために必要な荷重が0.2N/10mm以上であることが好ましい。以下、長尺方向に8%変形した際の荷重を、「8%変形荷重」ともいう。8%変形荷重が0.2N/10mm以上であることによって、ナノファイバーシートへ張力を加えた際に、破断することなく、シワのない均質な特性を有する大面積の高分子電解質を得る事ができる。8%変形荷重は、より好ましくは0.3N/10mm以上であり、更に好ましくは0.4N/10mm以上である。8%変形荷重の上限は特に限定されないが、例えば、0.6N/10mm、0.8N/10mm等を挙げることができる。8%変形荷重は実施例に記載の方法に従って決定することができる。 It is preferable that the load required to deform the nanofiber sheet before composite in the present embodiment by 8% in the longitudinal direction is 0.2 N/10 mm or more. Hereinafter, the load when deforming by 8% in the longitudinal direction is also referred to as "8% deformation load." By having an 8% deformation load of 0.2 N/10 mm or more, it is possible to obtain a large-area polymer electrolyte with uniform properties without wrinkles without breaking when tension is applied to the nanofiber sheet. can. The 8% deformation load is more preferably 0.3 N/10 mm or more, still more preferably 0.4 N/10 mm or more. Although the upper limit of the 8% deformation load is not particularly limited, examples thereof include 0.6 N/10 mm, 0.8 N/10 mm, and the like. The 8% deformation load can be determined according to the method described in the Examples.

本実施形態における複合化前のナノファイバーシートに含まれるナノファイバーの平均繊維径は100nm~600nmであることが好ましい。これにより、薄膜(例えば厚さ25μm以下)の電解質膜であっても、フッ素系高分子電解質の埋め込み性がより良好であり、電解質膜の平面方向における寸法変化をより有効かつ確実に抑制することができる。ナノファイバーシートにおける繊維の繊維径は、同等の目付量で比較すると、細径の方がナノファイバー繊維で囲まれる孔径を小さくすることが可能となる。それにより、高分子電解質膜中に隣接したナノファイバー間の最近接距離を短くすることができ、燃料電池動作環境で電解質膜の平面方向で均一な寸法変化とすることができる。繊維径が100nm未満になると、生産性が低下しコストアップや加工難易度も高まり、ナノファイバーシート繊維の均一性(繊維径のばらつき、目付、空隙率)の確保が困難になる傾向にある。一方、繊維径が600nmを超えると、プロトン伝導性ポリマーと複合化する際に、繊維同士の重なり合う部位で膜厚収縮が不十分となる傾向にあり、電解質であるプロトン伝導性ポリマーの埋め込み性が低下し、ボイド欠陥の発生が生じやすく、高分子電解質膜中に隣接したナノファイバー間の最近接距離が長くなることで、燃料電池動作環境で電解質膜の平面方向の寸法変化の均一性が難しくなる。平均繊維径は、より好ましくは200nm~500nmであり、更に好ましくは350nm~450nmである。平均繊維径は実施例に記載の方法に従って決定することができる。 In this embodiment, the average fiber diameter of the nanofibers contained in the nanofiber sheet before composite is preferably 100 nm to 600 nm. As a result, even if the electrolyte membrane is thin (for example, 25 μm or less in thickness), the embeddability of the fluoropolymer electrolyte is better, and dimensional changes in the planar direction of the electrolyte membrane can be suppressed more effectively and reliably. I can do it. When comparing the fiber diameters of the fibers in the nanofiber sheet at the same basis weight, the smaller the fiber diameter, the smaller the pore diameter surrounded by the nanofiber fibers. Thereby, the closest distance between adjacent nanofibers in the polymer electrolyte membrane can be shortened, and a uniform dimensional change in the planar direction of the electrolyte membrane can be achieved in the fuel cell operating environment. When the fiber diameter is less than 100 nm, productivity decreases, costs increase and processing difficulty increases, and it tends to be difficult to ensure uniformity of nanofiber sheet fibers (dispersion in fiber diameter, basis weight, porosity). On the other hand, if the fiber diameter exceeds 600 nm, when composited with a proton-conducting polymer, the film thickness tends to be insufficiently contracted at the overlapped portion of the fibers, and the embeddability of the proton-conducting polymer, which is an electrolyte, tends to be insufficient. Due to the long distance between adjacent nanofibers in the polymer electrolyte membrane, it is difficult to achieve uniform dimensional changes in the plane of the electrolyte membrane in the fuel cell operating environment. Become. The average fiber diameter is more preferably 200 nm to 500 nm, and still more preferably 350 nm to 450 nm. The average fiber diameter can be determined according to the method described in the Examples.

本実施形態における複合化前のナノファイバーシートは、短尺方向のシート幅と長尺方向の長さ100mmの範囲において、直径1mm以上2mm未満のピンホール欠陥が3個以下であることが好ましく、0個であるとより好ましい。本明細書において「ピンポール欠陥」とは、ナノファイバーシートの厚み方向で繊維が存在しない領域や一部の繊維が結着溶解し薄膜を張ったような場所も含む。このピンホール欠陥は、正常部に対し透過率が高く、ピンホールの外周と明暗差がある。ピンホール欠陥部を含む部位に引っ張り張力を加えると、ピンホール欠陥を起点に破膜しやすい傾向がある。ピンホール欠陥を有しないナノファイバーシートを使用することによって、ナノファイバーシートを破断することなく連続的に複合化することが可能となり、燃料電池の動作環境において膜の寸法が均一に変化する大面積の高分子電解質膜となる。ピンホール欠陥が不定形の場合の直径は、欠陥範囲の一番長い範囲を直径と定める。ピンホール欠陥が少ないナノファイバーシートは、例えば1.5g/m2の低目付であってもプロトン伝導性ポリマー溶液に接触させた際にナノファイバーシートが破断することなく、連続的に複合化することができ、燃料電池の動作環境において、均一に寸法が変化する大面積の高分子電解質膜となる。ピンホール欠陥が2mm以上の場合は、ナノファイバーシートをプロトン伝導性ポリマー溶液に接触させた際にナノファイバーシートが破断する確率が増大する。ピンホール欠陥の検出は、投光器からナノファイバーシートへ検査光を照射し、シートを透過した光を受光器で受け、電気信号に変換する。この変換された電気信号は、複数の画像処理フィルターなど専用の検出回路・判定回路で信号処理されピンホール欠陥として検出する方法が好適である。また、1mm未満のピンホール欠陥は、形状の判断までは難しいが、ナノファイバーシートの背面から照明を照らし、ナノファイバーシート越しに目視で観察することでも、明暗差によりピンホール欠陥の分布と頻度の概要把握が出来る。 The nanofiber sheet before composite in this embodiment preferably has 3 or less pinhole defects with a diameter of 1 mm or more and less than 2 mm in the width of the sheet in the short direction and the length in the long direction of 100 mm, and 0 It is more preferable that the number of In this specification, the term "pin-pole defect" includes areas where no fibers are present in the thickness direction of the nanofiber sheet, and areas where some fibers are bound and dissolved to form a thin film. This pinhole defect has higher transmittance than the normal part, and there is a difference in brightness from the outer periphery of the pinhole. When a tensile force is applied to a region containing a pinhole defect, membrane rupture tends to occur starting from the pinhole defect. By using nanofiber sheets that do not have pinhole defects, it is possible to composite the nanofiber sheets continuously without breaking them, allowing for large areas where the membrane dimensions change uniformly in the operating environment of the fuel cell. becomes a polymer electrolyte membrane. When a pinhole defect has an irregular shape, the diameter is defined as the longest range of the defect. A nanofiber sheet with few pinhole defects can be continuously composited without breaking when brought into contact with a proton-conducting polymer solution, even at a low basis weight of 1.5 g/ m2 , for example. This results in a large-area polymer electrolyte membrane whose dimensions change uniformly in the operating environment of the fuel cell. If the pinhole defect is 2 mm or more, the probability that the nanofiber sheet will break when the nanofiber sheet is brought into contact with a proton-conducting polymer solution increases. To detect pinhole defects, a light projector irradiates the nanofiber sheet with inspection light, and the light that passes through the sheet is received by a light receiver and converted into an electrical signal. This converted electrical signal is preferably processed by a dedicated detection circuit/judgment circuit such as a plurality of image processing filters and detected as a pinhole defect. Although it is difficult to determine the shape of pinhole defects smaller than 1 mm, it is possible to determine the distribution and frequency of pinhole defects by illuminating the back of the nanofiber sheet and visually observing it through the nanofiber sheet. You can get an overview of the

本実施形態における複合化前のナノファイバーシートは、長尺方向において、50m以上の長さを有することが好ましい。なお、長尺方向は、高分子電解質膜を製造する際に繰り出されたナノファイバーシートが流れる方向(MD)に相当する。長尺方向の長さが50mm以上であることによって、シワが無く、燃料電池動作環境において寸法が均一に変化する大面積の高分子電解質膜を低コストで提供することが出来る。長尺方向の長さは、より好ましくは300m以上であり、更に好ましくは800m以上である。 It is preferable that the nanofiber sheet before composite in this embodiment has a length of 50 m or more in the longitudinal direction. Note that the longitudinal direction corresponds to the direction (MD) in which the nanofiber sheet fed out when manufacturing the polymer electrolyte membrane flows. By having a length of 50 mm or more in the longitudinal direction, a large-area polymer electrolyte membrane without wrinkles and whose dimensions change uniformly in the fuel cell operating environment can be provided at low cost. The length in the longitudinal direction is more preferably 300 m or more, still more preferably 800 m or more.

本実施形態における複合化前のナノファイバーシートは、短尺方向において、270mm以上の長さを有することが好ましい。なお、短尺方向は、MDに直行する方向(TD)に相当する。短尺方向の長さが270mm以上であることによって、プロトン伝導性ポリマー溶液とナノファイバーシートを複合化する際に、ナノファイバーシートの繰り出し時の張力を一定に保つ事ができ、ナノファイバーシート面内の応力を分散でき、シワが無く寸法が均一に変化する大面積の高分子電解質膜を低コストで提供することが出来る。短尺方向の長さは、より好ましくは270mm~1000mmであり、更に好ましくは600mm~1000mmである。 It is preferable that the nanofiber sheet before composite in this embodiment has a length of 270 mm or more in the short direction. Note that the short direction corresponds to the direction (TD) perpendicular to the MD. By having a length of 270 mm or more in the short direction, it is possible to keep the tension constant when the nanofiber sheet is fed out when compounding the proton conductive polymer solution and the nanofiber sheet, and the in-plane tension of the nanofiber sheet can be maintained constant. It is possible to provide a large-area polymer electrolyte membrane at a low cost, which can disperse the stress of , and has no wrinkles and whose dimensions change uniformly. The length in the short direction is more preferably 270 mm to 1000 mm, still more preferably 600 mm to 1000 mm.

本実施形態におけるナノファイバーシートは、例えば、ポリオレフィン系樹脂(例えばポリエチレン、ポリプロピレン及びポリメチルペンテン)、スチレン系樹脂(例えばポリスチレン)、ポリエステル系樹脂(例えばポリエチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンナフタレート、ポリカーボネート、ポリアリレート及び全芳香族ポリエステル樹脂)、アクリル系樹脂(例えばポリアクリロニトリル、ポリメタクリル酸、ポリアクリル酸及びポリメタクリル酸メチル)、ポリアミド系樹脂(例えば6ナイロン、66ナイロン及び芳香族ポリアミド系樹脂)、ポリエーテル系樹脂(例えばポリエーテルエーテルケトン、ポリアセタール、ポリフェニレンエーテル、変性ポリフェニレンエーテル及び芳香族ポリエーテルケトン)、ウレタン系樹脂、塩素系樹脂(例えばポリ塩化ビニル及びポリ塩化ビニリデン)、フッ素系樹脂(例えばポリテトラフルオロエチレン及びポリビニリデンフルオライド(PVDF))、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリアミドイミド系樹脂、ポリイミド系樹脂(PI)、ポリエーテルイミド系樹脂、芳香族ポリエーテルアミド系樹脂、ポリスルホン系樹脂(例えばポリスルホン及びポリエーテルスルホン(PES))、ポリアゾール系樹脂(例えばポリベンゾイミダゾール(PBI)、ポリベンゾオキサゾール、ポリベンゾチアゾール及びポリピロール)、セルロース系樹脂、並びにポリビニルアルコール系樹脂からなる群より選ばれる1種以上を含む。 The nanofiber sheet in this embodiment includes, for example, polyolefin resins (e.g., polyethylene, polypropylene, and polymethylpentene), styrene resins (e.g., polystyrene), polyester resins (e.g., polyethylene terephthalate, polytrimethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polybutylene naphthalate, polycarbonate, polyarylate and fully aromatic polyester resins), acrylic resins (e.g. polyacrylonitrile, polymethacrylic acid, polyacrylic acid and polymethyl methacrylate), polyamide resins (e.g. nylon 6) , 66 nylon and aromatic polyamide resins), polyether resins (e.g. polyether ether ketone, polyacetal, polyphenylene ether, modified polyphenylene ether and aromatic polyether ketone), urethane resins, chlorine resins (e.g. polyvinyl chloride) and polyvinylidene chloride), fluorine resins (e.g. polytetrafluoroethylene and polyvinylidene fluoride (PVDF)), polyphenylene sulfide (PPS), polyamideimide resins, polyimide resins (PI), polyetherimide resins, aromatic Group polyetheramide resins, polysulfone resins (e.g. polysulfone and polyethersulfone (PES)), polyazole resins (e.g. polybenzimidazole (PBI), polybenzoxazole, polybenzothiazole and polypyrrole), cellulose resins, and Contains one or more selected from the group consisting of polyvinyl alcohol resins.

それらの中でも、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリベンゾイミダゾール(PBI)、ポリイミド(PI)、及びポリフェニレンサルファイド(PPS)からなる群より選ばれる1種以上を含むナノファイバーシートは、ナノファイバー化し易く、耐薬品性及び耐熱性に優れ、低目付でも高強度で好ましい。同様の観点から、特に、PES、PBI及びPIからなる群より選ばれる1種以上を含むナノファイバーシートがより好ましい。かかるナノファイバーシートは、耐薬品性及び耐熱性に更に優れ、プロトン伝導性ポリマーと複合化する際に一層安定である。 Among them, nanofiber sheets containing one or more selected from the group consisting of polyethersulfone (PES), polybenzimidazole (PBI), polyimide (PI), and polyphenylene sulfide (PPS) are easy to form into nanofibers. It has excellent chemical resistance and heat resistance, and is preferred for its high strength even at a low basis weight. From the same viewpoint, nanofiber sheets containing one or more selected from the group consisting of PES, PBI, and PI are particularly preferred. Such a nanofiber sheet has excellent chemical resistance and heat resistance, and is more stable when composited with a proton-conducting polymer.

このようなナノファイバーシートは、例えば、静電紡糸法(エレクトロスピニング法)、メルトブロー法、及びスパンボンド法などにより製造することが可能である。これらの中でも、静電紡糸法は、平均繊維径が1μm以下のナノファイバーシートを調製することができ、繊維径の均一性が高く、実質的に連続した繊維からなり、70%を超える空隙率の大きな1000mmを超える広幅なナノファイバーを連続的に生産することも可能であるため、好適に用いられる。ナノファイバーシートを製造する量産用の装置としては、例えば、エルマルコ株式会社製の「Nanospider」(商品名)のNS8S1600U(型式名、ワイヤー電極方式)、株式会社メック社のEDEN(NF-1001S)(製品名、ノズル吐出電極方式)、株式会社フューエンス社のエスプレイヤー量産機(ノズル吐出電極方式)を好適に用いることができる。静電紡糸法の適用が難しいPPSのナノファイバーは、例えば、特開2013-79486号公報を参考にして加工することが可能である。 Such a nanofiber sheet can be manufactured by, for example, an electrospinning method, a melt blow method, a spunbond method, or the like. Among these, the electrospinning method can prepare nanofiber sheets with an average fiber diameter of 1 μm or less, which has high uniformity of fiber diameter, consists of substantially continuous fibers, and has a porosity of more than 70%. It is also possible to continuously produce wide nanofibers with a large diameter of over 1000 mm, so it is suitably used. Examples of mass-production equipment for manufacturing nanofiber sheets include NS8S1600U (model name, wire electrode method) of "Nanospider" (trade name) manufactured by Elmarco Co., Ltd., and EDEN (NF-1001S) (model name, wire electrode method) manufactured by MEC Co., Ltd. Product name: Nozzle discharge electrode method), Esplayer mass production machine manufactured by Fuence Co., Ltd. (nozzle discharge electrode method) can be suitably used. PPS nanofibers to which electrospinning is difficult to apply can be processed, for example, with reference to JP-A-2013-79486.

静電紡糸法によるナノファイバーシートの繊維は、上記装置の印加電圧、電極間距離、温度、湿度、紡糸溶液の溶媒種、及び紡糸溶液濃度など複数条件の組み合わせにより、所望のナノファイバー繊維径に加工することができる。 The fibers of the nanofiber sheet produced by the electrospinning method are produced to the desired nanofiber fiber diameter by a combination of multiple conditions such as the applied voltage of the above device, the distance between the electrodes, temperature, humidity, the solvent type of the spinning solution, and the concentration of the spinning solution. Can be processed.

本実施形態のナノファイバーシートは、複合化の前に熱処理を施されることが好ましい。その熱処理方法としては、例えば、赤外線ヒータやオーブンを用いた熱風乾燥による加熱が挙げられる。この熱処理方法によると、ナノファイバーシートの高空隙率を保持したまま、部分的に適度に繊維同士が接触する点において融着させることができるので、不織布表面の毛羽立ちの更なる抑制とシート強度のいっそうの向上を可能とする。 It is preferable that the nanofiber sheet of this embodiment is subjected to heat treatment before being composited. Examples of the heat treatment method include heating by hot air drying using an infrared heater or an oven. According to this heat treatment method, while maintaining the high porosity of the nanofiber sheet, it is possible to partially fuse the fibers at points where they are in moderate contact with each other, thereby further suppressing fuzz on the surface of the nonwoven fabric and increasing the sheet strength. Enables further improvement.

<プロトン伝導性ポリマー>
本実施形態におけるプロトン伝導性ポリマーは高分子電解質である。プロトン伝導性ポリマーは特に限定されないが、例えば、イオン交換基を有するパーフルオロカーボン高分子化合物、及び、分子内に芳香環を有する炭化水素系高分子化合物にイオン交換基を導入したものが挙げられる。これらは1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。これらの中でも、化学的安定性に一層優れる観点から、イオン交換基を有するパーフルオロカーボン高分子化合物が好適である。
<Proton conductive polymer>
The proton conductive polymer in this embodiment is a polyelectrolyte. The proton-conducting polymer is not particularly limited, but includes, for example, a perfluorocarbon polymer compound having an ion exchange group, and a hydrocarbon polymer compound having an aromatic ring in the molecule into which an ion exchange group is introduced. These may be used alone or in combination of two or more. Among these, perfluorocarbon polymer compounds having ion exchange groups are preferred from the viewpoint of superior chemical stability.

プロトン伝導性ポリマーのイオン交換容量は、0.5ミリ当量/g以上3.0ミリ当量/g以下であると好ましく、0.65ミリ当量/g以上2.0ミリ当量/g以下であるとより好ましく、0.8ミリ当量/g以上1.5ミリ当量/g以下であるとさらに好ましい。イオン交換当量が3.0ミリ当量/g以下であることにより、電解質膜として利用した際に、燃料電池運転中の高温高加湿下における電解質膜の膨潤がより低減される傾向にある。このように膨潤が低減されることにより、電解質膜の強度の低下や、しわが発生して電極から剥離したりするなどの問題、さらには、ガス遮断性が低下する問題を低減できる傾向にある。また、イオン交換容量が0.5ミリ当量/g以上であることにより、得られた電解質膜を備えた燃料電池の発電能力がより向上する傾向にある。 The ion exchange capacity of the proton conductive polymer is preferably 0.5 meq/g or more and 3.0 meq/g or less, and preferably 0.65 meq/g or more and 2.0 meq/g or less. More preferably, it is 0.8 meq/g or more and 1.5 meq/g or less. When the ion exchange equivalent is 3.0 milliequivalents/g or less, when used as an electrolyte membrane, swelling of the electrolyte membrane under high temperature and high humidity during fuel cell operation tends to be further reduced. By reducing swelling in this way, problems such as a decrease in the strength of the electrolyte membrane, wrinkles and peeling from the electrode, and problems such as a decrease in gas barrier properties tend to be reduced. . Furthermore, when the ion exchange capacity is 0.5 meq/g or more, the power generation capacity of a fuel cell equipped with the obtained electrolyte membrane tends to be further improved.

イオン交換容量は、以下の方法により求めることができる。すなわち、イオン交換基の対イオンがプロトンの状態となっている電解質膜(シート面積でおよそ2cm2以上20cm2以下)を、25℃の飽和NaCl水溶液30mLに浸漬し、攪拌しながら30分間放置する。次いで、飽和NaCl水溶液中のプロトンを、フェノールフタレインを指示薬として0.01N水酸化ナトリウム水溶液を用いて中和滴定する。中和後に得られた、イオン交換基の対イオンがナトリウムイオンの状態となっている電解質膜を、純水ですすぎ、さらに真空乾燥して秤量する。中和に要した水酸化ナトリウムの物質量をM(mmol)、イオン交換基の対イオンがナトリウムイオンである電解質膜の重量をW(mg)とし、下記式(C)により当量重量EW(g/eq)を求める。
EW=(W/M)-22 (C)
さらに、得られたEWの値の逆数をとって1000倍とすることにより、イオン交換容量(ミリ当量/g)を算出する。
Ion exchange capacity can be determined by the following method. That is, an electrolyte membrane (approximately 2 cm 2 or more and 20 cm 2 or less in sheet area) in which the counter ions of the ion exchange groups are in the state of protons is immersed in 30 mL of a saturated NaCl aqueous solution at 25°C and left for 30 minutes while stirring. . Next, protons in the saturated NaCl aqueous solution are neutralized and titrated using a 0.01N aqueous sodium hydroxide solution using phenolphthalein as an indicator. The electrolyte membrane obtained after neutralization, in which the counter ions of the ion exchange groups are sodium ions, is rinsed with pure water, dried in vacuum, and weighed. The amount of sodium hydroxide required for neutralization is M (mmol), the weight of the electrolyte membrane in which the counter ion of the ion exchange group is sodium ion is W (mg), and the equivalent weight EW (g) is calculated using the following formula (C). /eq).
EW=(W/M)-22 (C)
Furthermore, the ion exchange capacity (milliequivalents/g) is calculated by taking the reciprocal of the obtained EW value and multiplying it by 1000 times.

イオン交換基としては、特に限定されないが、例えばスルホン酸基、スルホンイミド基、スルホンアミド基、カルボン酸基及びリン酸基が挙げられ、中でもスルホン酸基であることが好ましい。イオン交換基は1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。 Ion exchange groups include, but are not particularly limited to, sulfonic acid groups, sulfonimide groups, sulfonamide groups, carboxylic acid groups, and phosphoric acid groups, with sulfonic acid groups being preferred. One type of ion exchange group may be used alone or two or more types may be used in combination.

分子内に芳香環を有する炭化水素系高分子化合物としては、特に限定されないが、例えば、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンエーテル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルスルホン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリチオエーテルエーテルスルホン、ポリチオエーテルケトン、ポリチオエーテルエーテルケトン、ポリベンゾイミダゾール、ポリベンゾオキサゾール、ポリオキサジアゾール、ポリベンゾオキサジノン、ポリキシリレン、ポリフェニレン、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリン、ポリアセン、ポリシアノゲン、ポリナフチリジン、ポリフェニレンスルフィドスルホン、ポリフェニレンスルホン、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリエステルイミド、ポリアミドイミド、ポリアリレート、芳香族ポリアミド、ポリスチレン、ポリエステル、及びポリカーボネートが挙げられる。これらは1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。 Hydrocarbon polymer compounds having an aromatic ring in the molecule are not particularly limited, but include, for example, polyphenylene sulfide, polyphenylene ether, polysulfone, polyether sulfone, polyether ether sulfone, polyether ketone, polyether ether ketone, and polyether sulfone. Thioetherethersulfone, polythioetherketone, polythioetheretherketone, polybenzimidazole, polybenzoxazole, polyoxadiazole, polybenzoxazinone, polyxylylene, polyphenylene, polythiophene, polypyrrole, polyaniline, polyacene, polycyanogen, polynaphthyridine, polyphenylene sulfide Examples include sulfone, polyphenylene sulfone, polyimide, polyetherimide, polyesterimide, polyamideimide, polyarylate, aromatic polyamide, polystyrene, polyester, and polycarbonate. These may be used alone or in combination of two or more.

また、化学的安定性に一層優れるイオン交換基を有するパーフルオロカーボン高分子化合物としては、特に限定されないが、例えば、パーフルオロカーボンスルホン酸樹脂、パーフルオロカーボンカルボン酸樹脂、パーフルオロカーボンスルホンイミド樹脂、パーフルオロカーボンスルホンアミド樹脂、及びパーフルオロカーボンリン酸樹脂、並びにこれら樹脂のアミン塩及び金属塩が挙げられる。これらは1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。 In addition, perfluorocarbon polymer compounds having ion exchange groups that have even better chemical stability include, but are not particularly limited to, perfluorocarbon sulfonic acid resins, perfluorocarbon carboxylic acid resins, perfluorocarbon sulfonimide resins, perfluorocarbon sulfones, etc. Examples include amide resins, perfluorocarbon phosphate resins, and amine salts and metal salts of these resins. These may be used alone or in combination of two or more.

パーフルオロカーボン高分子化合物としては、特に限定されないが、より具体的には、下記式[1]で表される重合体が挙げられる。
-[CF2CX12a-[CF2-CF(-O-(CF2-CF(CF23))b-Oc-(CFR1d-(CFR2e-(CF2f-X4)]g- [1]
ここで、式中、X1、X2及びX3は、各々独立して、ハロゲン原子又は炭素数1以上3以下のパーフルオロアルキル基を示す。a及びgは、0≦a<1、0<g≦1、a+g=1を満たす。bは0以上8以下の整数である。cは0又は1である。d及びeは、互いに独立して、0以上6以下の整数である。fは、0以上10以下の整数である。ただし、d+e+fは0に等しくない。R1及びR2は、互いに独立して、ハロゲン原子、炭素数1以上10以下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す。X4はCOOZ、SO3Z、PO32又はPO3HZを示す。ここで、Zは水素原子、アルカリ金属原子、アルカリ土類金属原子又はアミン類(NH4、NH33、NH234、NHR345、又はNR3456)を示す。また、R3、R4、R5及びR6は、各々独立してアルキル基又はアレーン基を示す。
The perfluorocarbon polymer compound is not particularly limited, but more specifically, a polymer represented by the following formula [1] may be mentioned.
- [CF 2 CX 1 X 2 ] a - [ CF 2 -CF(-O-(CF 2 -CF ( CF 2 CF 2 ) f −X 4 )] g − [1]
Here, in the formula, X 1 , X 2 and X 3 each independently represent a halogen atom or a perfluoroalkyl group having 1 to 3 carbon atoms. a and g satisfy 0≦a<1, 0<g≦1, and a+g=1. b is an integer from 0 to 8. c is 0 or 1. d and e are integers of 0 or more and 6 or less, independently of each other. f is an integer from 0 to 10. However, d+e+f is not equal to 0. R 1 and R 2 each independently represent a halogen atom, a perfluoroalkyl group having 1 to 10 carbon atoms, or a fluorochloroalkyl group. X 4 represents COOZ, SO 3 Z, PO 3 Z 2 or PO 3 HZ. Here, Z is a hydrogen atom, an alkali metal atom, an alkaline earth metal atom, or an amine (NH 4 , NH 3 R 3 , NH 2 R 3 R 4 , NHR 3 R 4 R 5 , or NR 3 R 4 R 5 R 6 ). Further, R 3 , R 4 , R 5 and R 6 each independently represent an alkyl group or an arene group.

これらの中でも、下記式[2]又は式[3]で表されるパーフルオロカーボンスルホン酸樹脂若しくはその金属塩が好ましい。
-[CF2CF2a-[CF2-CF(-O-(CF2-CF(CF3))b-O-(CF2c-SO3X)]d- [2]
ここで、式中、a及びdは、0≦a<1、0≦d<1、a+d=1を満たす。bは1以上8以下の整数である。cは0以上10以下の整数である。Xは水素原子又はアルカリ金属原子を示す。
-[CF2CF2e-[CF2-CF(-O-(CF2f-SO3Y)]g- [3]
ここで、式中、e及びgは、0≦e<1、0≦g<1、e+g=1を満たす。fは0以上10以下の整数である。Yは水素原子又はアルカリ金属原子を示す。
Among these, perfluorocarbon sulfonic acid resins represented by the following formula [2] or formula [3] or metal salts thereof are preferred.
-[CF 2 CF 2 ] a - [CF 2 -CF(-O-(CF 2 -CF(CF 3 )) b -O-(CF 2 ) c -SO 3 X)] d - [2]
Here, in the formula, a and d satisfy 0≦a<1, 0≦d<1, and a+d=1. b is an integer from 1 to 8. c is an integer from 0 to 10. X represents a hydrogen atom or an alkali metal atom.
-[CF 2 CF 2 ] e - [CF 2 -CF(-O-(CF 2 ) f -SO 3 Y)] g - [3]
Here, in the formula, e and g satisfy 0≦e<1, 0≦g<1, and e+g=1. f is an integer from 0 to 10. Y represents a hydrogen atom or an alkali metal atom.

上記パーフルオロカーボン高分子化合物の中でも、上記式[3]で表されるパーフルオロカーボン高分子化合物は、耐熱性に更に優れ、イオン交換基導入量を一層増やすことができるので好ましい。 Among the above perfluorocarbon polymer compounds, the perfluorocarbon polymer compound represented by the above formula [3] is preferable because it has even better heat resistance and can further increase the amount of ion exchange groups introduced.

本実施形態において用いられ得るイオン交換基を有するパーフルオロカーボン高分子化合物は、特に限定されないが、例えば、下記式[4]で表される前駆体ポリマーを重合した後、アルカリ加水分解、酸処理等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]
ここで、式中、X1、X2及びX3は、各々独立して、ハロゲン原子又は炭素数1以上3以下のパーフルオロアルキル基を示す。a及びgは0≦a<1、0<g≦1、a+g=1を満たす。bは0以上8以下の整数である。cは0又は1である。d及びeは、互いに独立して、0以上6以下の整数である。fは、0以上10以下の整数である。ただし、d+e+fは0に等しくない。R1及びR2は互いに独立して、ハロゲン原子、炭素数1以上10以下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す。X5はCOOR7、COR8又はSO28を示す。ここで、R7は炭素数1~3のアルキル基を示す。R8はハロゲン元素を示す。
The perfluorocarbon polymer compound having an ion exchange group that can be used in this embodiment is not particularly limited, but for example, after polymerizing a precursor polymer represented by the following formula [4], alkaline hydrolysis, acid treatment, etc. can be manufactured by
- [CF 2 CX 1 X 2 ] a - [ CF 2 -CF(-O-(CF 2 -CF ( CF 2 CF 2 ) f −X 5 )] g − [4]
Here, in the formula, X 1 , X 2 and X 3 each independently represent a halogen atom or a perfluoroalkyl group having 1 to 3 carbon atoms. a and g satisfy 0≦a<1, 0<g≦1, and a+g=1. b is an integer from 0 to 8. c is 0 or 1. d and e are integers of 0 or more and 6 or less, independently of each other. f is an integer from 0 to 10. However, d+e+f is not equal to 0. R 1 and R 2 each independently represent a halogen atom, a perfluoroalkyl group having 1 to 10 carbon atoms, or a fluorochloroalkyl group. X 5 represents COOR 7 , COR 8 or SO 2 R 8 . Here, R 7 represents an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms. R 8 represents a halogen element.

上記前駆体ポリマーは、特に限定されないが、例えば、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。 The precursor polymer is not particularly limited, but can be produced, for example, by copolymerizing a fluorinated olefin compound and a fluorinated vinyl compound.

ここで、フッ化オレフィン化合物としては、特に限定されないが、例えば、下記式[5]で表される化合物が挙げられる。
CF2=CFZ [5]
ここで、式中、Zは、水素原子、塩素原子、フッ素原子、炭素数1~3のパーフルオロアルキル基、又は酸素を含んでいてもよい環状パーフルオロアルキル基を示す。
Here, the fluorinated olefin compound is not particularly limited, but includes, for example, a compound represented by the following formula [5].
CF 2 =CFZ [5]
Here, in the formula, Z represents a hydrogen atom, a chlorine atom, a fluorine atom, a perfluoroalkyl group having 1 to 3 carbon atoms, or a cyclic perfluoroalkyl group which may contain oxygen.

また、フッ化ビニル化合物としては、特に限定されないが、例えば、下記に示す化合物が挙げられる。
CF2=CFO(CF2z-SO2F,
CF2=CFOCF2CF(CF3)O(CF2z-SO2F,
CF2=CF(CF2z-SO2F,
CF2=CF(OCF2CF(CF3))z-(CF2z-SO2F,
CF2=CFO(CF2z-CO2R,
CF2=CFOCF2CF(CF3)O(CF2z-CO2R,
CF2=CF(CF2z-CO2R,
CF2=CF(OCF2CF(CF3))z-(CF22-CO2
ここで、式中、Zは1~8の整数であり、Rは炭素数1~3のアルキル基を示す。
Further, the vinyl fluoride compound is not particularly limited, but examples thereof include the compounds shown below.
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 = CF (OCF 2 CF (CF 3 )) z - (CF 2 ) z - 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
Here, in the formula, Z is an integer of 1 to 8, and R represents an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms.

<プロトン伝導性ポリマー溶液>
第1プロトン伝導性ポリマー溶液及び第2プロトン伝導性ポリマー溶液は、同一であってもよいし、異なっていてもよい。以下、これらを総称してプロトン伝導性ポリマー溶液と称し、これについて具体的に説明する。
<Proton conductive polymer solution>
The first proton conductive polymer solution and the second proton conductive polymer solution may be the same or different. Hereinafter, these will be collectively referred to as a proton-conducting polymer solution, and this will be specifically explained.

プロトン伝導性ポリマー溶液は、上記プロトン伝導性ポリマーと溶媒と、必要に応じてその他の添加剤とを含むものである。このプロトン伝導性ポリマー溶液は、そのまま、又はろ過若しくは濃縮等の工程を経た後、ナノファイバーシートとの複合化に用いられる。あるいは、この溶液を単独又は他の電解質溶液と混合して用いることもできる。 The proton conductive polymer solution contains the above proton conductive polymer, a solvent, and other additives as necessary. This proton conductive polymer solution is used as it is, or after passing through steps such as filtration or concentration, to be combined with a nanofiber sheet. Alternatively, this solution can be used alone or mixed with other electrolyte solutions.

次いで、プロトン伝導性ポリマー溶液の製造方法について、より詳細に説明する。このプロトン伝導性ポリマー溶液の製造方法は特に限定されず、例えば、プロトン伝導性ポリマーを溶媒に溶解又は分散させた溶液を得た後、必要に応じてその液に添加剤を分散させる。あるいは、まず、プロトン伝導性ポリマーを溶融押出し、延伸等の工程を経ることによりプロトン伝導性ポリマーと添加剤とを混合し、その混合物を溶媒に溶解又は分散させる。このようにしてプロトン伝導性ポリマー溶液が得られる。 Next, a method for producing a proton-conducting polymer solution will be explained in more detail. The method for producing this proton-conducting polymer solution is not particularly limited. For example, after obtaining a solution in which a proton-conducting polymer is dissolved or dispersed in a solvent, additives are dispersed in the solution as necessary. Alternatively, first, the proton conductive polymer and the additive are mixed by melt-extruding the proton conductive polymer, stretching or the like, and the mixture is dissolved or dispersed in a solvent. A proton-conducting polymer solution is thus obtained.

より具体的には、まず、プロトン伝導性ポリマーの前駆体ポリマーからなる成形物を塩基性反応液体中に浸漬し、加水分解する。この加水分解処理により、上記プロトン伝導性ポリマーの前駆体ポリマーはプロトン伝導性ポリマーに変換される。次に、加水分解処理された上記成形物を温水などで十分に水洗し、その後、成形物に酸処理を施す。酸処理に用いられる酸は、特に限定されないが、塩酸、硫酸及び硝酸等の鉱酸類やシュウ酸、酢酸、ギ酸及びトリフルオロ酢酸等の有機酸類が好ましい。この酸処理によって、プロトン伝導性ポリマーの前駆体ポリマーはプロトン化され、プロトン伝導性ポリマー、例えばパーフルオロカーボンスルホン酸樹脂が得られる。 More specifically, first, a molded article made of a precursor polymer of a proton conductive polymer is immersed in a basic reaction liquid and hydrolyzed. Through this hydrolysis treatment, the precursor polymer of the proton conductive polymer is converted into a proton conductive polymer. Next, the hydrolyzed molded product is sufficiently washed with warm water, and then the molded product is subjected to an acid treatment. The acid used in the acid treatment is not particularly limited, but mineral acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid, and nitric acid, and organic acids such as oxalic acid, acetic acid, formic acid, and trifluoroacetic acid are preferable. By this acid treatment, the precursor polymer of the proton-conducting polymer is protonated and a proton-conducting polymer, such as a perfluorocarbon sulfonic acid resin, is obtained.

上述のように酸処理された上記成形物(プロトン伝導性ポリマーを含む成形物)は、上記プロトン伝導性ポリマーを溶解又は懸濁させ得る溶媒(ポリマーとの親和性が良好な溶媒)に溶解又は懸濁される。このような溶媒としては、例えば、水やエタノール、メタノール、n-プロパノール、イソプロピルアルコール、ブタノール、グリセリンなどのプロトン性有機溶媒や、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N-メチルピロリドンなどの非プロトン性有機溶媒が挙げられる。これらは1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。特に、1種の溶媒を用いる場合、溶媒が水であると好ましい。また、2種以上を組み合わせて用いる場合、水とプロトン性有機溶媒との混合溶媒が好ましい。 The molded article (molded article containing the proton conductive polymer) that has been acid-treated as described above can be dissolved or suspended in a solvent that can dissolve or suspend the proton conductive polymer (a solvent that has good affinity with the polymer). suspended. Examples of such solvents include water, protic organic solvents such as ethanol, methanol, n-propanol, isopropyl alcohol, butanol, and glycerin, N,N-dimethylformamide, N,N-dimethylacetamide, and N-methyl Examples include aprotic organic solvents such as pyrrolidone. These may be used alone or in combination of two or more. In particular, when one type of solvent is used, it is preferable that the solvent is water. Moreover, when using two or more types in combination, a mixed solvent of water and a protic organic solvent is preferable.

プロトン伝導性ポリマーを溶媒に溶解又は分散(懸濁)する方法としては、特に限定されない。例えば、上記溶媒中にそのままプロトン伝導性ポリマーを溶解又は分散させてもよい。ただし、大気圧下又はオートクレーブ等で密閉加圧した条件のもとで、0~250℃の温度範囲でプロトン伝導性ポリマーを溶媒に溶解又は分散するのが好ましい。特に、溶媒として水及びプロトン性有機溶媒を用いる場合、水とプロトン性有機溶媒との混合比は、溶解方法、溶解条件、プロトン伝導性ポリマーの種類、総固形分濃度、溶解温度、攪拌速度等に応じて適宜選択できる。ただし、水に対するプロトン性有機溶媒の質量の比は、水1に対してプロトン性有機溶媒0.1~10であると好ましく、より好ましくは水1に対してプロトン性有機溶媒0.1~5である。 The method of dissolving or dispersing (suspending) the proton conductive polymer in a solvent is not particularly limited. For example, the proton conductive polymer may be directly dissolved or dispersed in the above solvent. However, it is preferable to dissolve or disperse the proton conductive polymer in a solvent at a temperature range of 0 to 250° C. under atmospheric pressure or under sealed and pressurized conditions such as in an autoclave. In particular, when using water and a protic organic solvent as a solvent, the mixing ratio of water and protic organic solvent is determined by the dissolution method, dissolution conditions, type of proton conductive polymer, total solid concentration, dissolution temperature, stirring speed, etc. It can be selected as appropriate. However, the mass ratio of the protic organic solvent to water is preferably 0.1 to 10 of the protic organic solvent to 1 of water, more preferably 0.1 to 5 of the protic organic solvent to 1 of water. It is.

なお、プロトン伝導性ポリマー溶液には、乳濁液、懸濁液、コロイド状液体及びミセル状液体のうち1種又は2種以上が含まれてもよい。ここで、乳濁液は、液体中に液体粒子がコロイド粒子又はそれよりも粗大な粒子として分散して乳状をなすものである。また、懸濁液は、液体中に固体粒子がコロイド粒子又は顕微鏡で見える程度の粒子として分散したものである。さらに、コロイド状液体は、巨大分子が分散した状態のものであり、ミセル状液体は、多数の小分子が分子間力で会合してできた親液コロイド分散系である。 Note that the proton conductive polymer solution may contain one or more of emulsions, suspensions, colloidal liquids, and micellar liquids. Here, an emulsion has a milky state in which liquid particles are dispersed in a liquid as colloidal particles or coarser particles. Further, a suspension is a liquid in which solid particles are dispersed as colloidal particles or microscopic particles. Further, a colloidal liquid is a state in which macromolecules are dispersed, and a micellar liquid is a lyophilic colloid dispersion system formed by a large number of small molecules associating with each other due to intermolecular forces.

また、電解質膜の成形方法や用途に応じて、プロトン伝導性ポリマー溶液を、濃縮したり、ろ過したりすることも可能である。濃縮の方法としては特に限定されないが、例えば、プロトン伝導性ポリマー溶液を加熱し、溶媒を蒸発させる方法や、減圧濃縮する方法が挙げられる。プロトン伝導性ポリマー溶液を塗工用溶液として用いる場合、プロトン伝導性ポリマー溶液の固形分率は、粘度の上昇を抑制して取扱い性を更に高める観点、及び、生産性を向上させる観点から、0.5質量%以上50質量%以下であると好ましい。 Furthermore, depending on the method of forming the electrolyte membrane and the intended use, the proton-conducting polymer solution can be concentrated or filtered. The concentration method is not particularly limited, but examples include a method of heating the proton conductive polymer solution to evaporate the solvent, and a method of concentration under reduced pressure. When using a proton conductive polymer solution as a coating solution, the solid content of the proton conductive polymer solution should be 0. The content is preferably .5% by mass or more and 50% by mass or less.

プロトン伝導性ポリマー溶液をろ過する方法としては、特に限定されないが、例えば、フィルターを用いて、加圧ろ過する方法が代表的に挙げられる。上記フィルターには、90%捕集粒子径がプロトン伝導性ポリマー溶液に含まれる固体粒子の平均粒子径の10倍~100倍の濾材を用いることが好ましい。この濾材の材質としては、例えば、紙及び金属が挙げられる。特に濾材が紙の場合、90%捕集粒子径が上記固体粒子の平均粒子径の10倍~50倍であることが好ましい。金属製フィルターを用いる場合、90%捕集粒子径が上記固体粒子の平均粒子径の50倍~100倍であることが好ましい。当該90%捕集粒子径を平均粒子径の10倍以上に設定することは、送液するときに必要な圧力が高くなりすぎることを抑制したり、フィルターが短期間で閉塞してしまうことを抑制したりするのに効果がある。一方、90%捕集粒子径を平均粒子径の100倍以下に設定することは、フィルムで異物の原因となるような粒子の凝集物や樹脂の未溶解物を良好に除去する観点から好ましい。 The method of filtering the proton-conducting polymer solution is not particularly limited, but a representative example is a method of filtering under pressure using a filter. It is preferable to use a filter medium in which the 90% collection particle size is 10 to 100 times the average particle size of the solid particles contained in the proton-conducting polymer solution. Examples of the material of this filter medium include paper and metal. In particular, when the filter medium is paper, it is preferable that the 90% collection particle size is 10 to 50 times the average particle size of the solid particles. When using a metal filter, it is preferable that the 90% collection particle size is 50 to 100 times the average particle size of the solid particles. Setting the 90% collection particle size to 10 times or more the average particle size prevents the pressure required when pumping liquid from becoming too high and prevents the filter from clogging in a short period of time. It is effective in suppressing. On the other hand, it is preferable to set the 90% collection particle size to 100 times or less the average particle size from the viewpoint of effectively removing particle aggregates and undissolved resin particles that may cause foreign substances in the film.

<高分子電解質膜>
本実施形態の高分子電解質膜は、ナノファイバーシートとプロトン伝導性ポリマーとが複合化したシート形状を有している。複合化シートは、ナノファイバーシートの空隙部にプロトン伝導性ポリマーが入り込むことによって形成されている。
<Polymer electrolyte membrane>
The polymer electrolyte membrane of this embodiment has a sheet shape in which a nanofiber sheet and a proton conductive polymer are combined. The composite sheet is formed by the proton-conducting polymer entering the voids of the nanofiber sheet.

本実施形態の高分子電解質膜では、ナノファイバーシートが、短尺方向において、第1末端及び第2末端を有しており、第1末端及び第2末端の少なくとも一方がプロトン伝導性ポリマーと複合化していることが好ましい。なお、ナノファイバーシートの末端がプロトン伝導性ポリマーと複合化しているとは、ナノファイバーシートの末端の空隙部にまでプロトン伝導性ポリマーが入り込んでいることを意味する。第1末端及び第2末端の少なくとも一方がプロトン伝導性ポリマーと複合化していることによって、シワ欠陥が無く、寸法が均一に変化する高分子電解質膜を得る事が可能となる。ナノファイバーシートは、適度な熱処理により高空隙率を保ち繊維間がわずかに結着している。大半の繊維は繊維同士が絡みながら接触し、それが大きな摩擦抵抗となりナノファイバーシートの自立性を実現している。このナノファイバーシートは、プロトン伝導性ポリマー溶液と接触した際に、溶液中の溶媒がナノファイバー繊維表面を濡らし繊維間の摩擦を大きく低減させるので、あたかも膨潤したかのようにシート面積が拡大する。この時、第1末端及び第2末端の両端がプロトン伝導性ポリマーと複合化しない場合は、高分子電解質中に長尺方向(MD)へシワを発生させる。シワとは、ナノファイバーシートが折れや湾曲した形態でプロトン伝導性ポリマーと複合化されて、正常部の膜厚に対し4μm以上の厚み差があり、長尺方向へ100mm以上の長さで延在する欠陥をいう。このシワ欠陥は、大きく2種に分類することができる。1つは、例えば図7のような形態でナノファイバーが大きな湾曲または折れて、長尺方向へ100mm以上の長さの「折れシワ」欠陥。2つ目は、例えば「折れシワ」欠陥ほどではないが、高分子電解質膜中で短尺方向に2mm~6mmの間隔の周期的に湾曲を生じ、電解質厚み層が不均一になるシワがある。これを「等ピッチシワ」という。シワ欠陥は、第1末端及び第2末端のいずれか一方のみをプロトン伝導性ポリマーと複合化(例えば図2参照)し、ナノファイバーシートの長尺方向へ適切な張力をかけ、ナノファイバーシートの短尺方向長さを-3%から0.5%の変化とすることで抑制できる。ナノファイバーシートの第1末端及び第2末端は、両方がプロトン伝導性ポリマーと複合化していることによりナノファイバーシート面に、安定した張力バランス保つことができ、ナノファイバーシートが露出していないので、取り扱い中にナノファイバーシートが破断してしまうこともなく、均質な大面積の高分子電解質膜を得る上でより好ましい(例えば図1参照)。 In the polymer electrolyte membrane of this embodiment, the nanofiber sheet has a first end and a second end in the short direction, and at least one of the first end and the second end is complexed with a proton conductive polymer. It is preferable that Note that the term "the ends of the nanofiber sheet are composited with the proton-conducting polymer" means that the proton-conducting polymer has penetrated into the voids at the ends of the nanofiber sheet. Since at least one of the first end and the second end is composited with a proton conductive polymer, it is possible to obtain a polymer electrolyte membrane that is free from wrinkle defects and whose dimensions change uniformly. The nanofiber sheet maintains a high porosity through appropriate heat treatment, and the fibers are slightly bonded. Most of the fibers come into contact with each other while intertwining, creating a large amount of frictional resistance that makes the nanofiber sheet self-supporting. When this nanofiber sheet comes into contact with a proton-conducting polymer solution, the solvent in the solution wets the nanofiber fiber surface and greatly reduces the friction between the fibers, expanding the sheet area as if it were swollen. . At this time, if both ends of the first end and the second end are not composited with the proton conductive polymer, wrinkles are generated in the longitudinal direction (MD) in the polymer electrolyte. Wrinkles are nanofiber sheets composited with a proton-conducting polymer in a folded or curved form, with a thickness difference of 4 μm or more from the normal film thickness, and extending over 100 mm in length in the longitudinal direction. Refers to existing defects. This wrinkle defect can be roughly classified into two types. One type of defect is a "fold wrinkle" defect in which the nanofiber is greatly curved or bent, as shown in FIG. 7, and has a length of 100 mm or more in the longitudinal direction. The second type is, for example, wrinkles, which are not as severe as the "fold wrinkle" defect, but which cause periodic curvature in the short direction at intervals of 2 mm to 6 mm in the polymer electrolyte membrane, making the electrolyte thickness layer non-uniform. This is called "equal pitch wrinkles." Wrinkle defects can be created by compositing only one of the first and second ends with a proton-conducting polymer (for example, see Figure 2) and applying appropriate tension in the longitudinal direction of the nanofiber sheet. This can be suppressed by changing the length in the short direction from -3% to 0.5%. The first and second ends of the nanofiber sheet are both composited with a proton-conducting polymer, so a stable tension balance can be maintained on the nanofiber sheet surface, and the nanofiber sheet is not exposed. This is more preferable for obtaining a homogeneous large-area polymer electrolyte membrane since the nanofiber sheet does not break during handling (see, for example, FIG. 1).

本実施形態の高分子電解質膜は、長尺方向において、50m以上の長さを有することが好ましく、300m以上の長さを有することがより好ましく、800m以上の長さを有することが更に好ましい。 The polymer electrolyte membrane of this embodiment preferably has a length of 50 m or more, more preferably 300 m or more, and even more preferably 800 m or more in the longitudinal direction.

本実施形態の高分子電解質膜に含まれるナノファイバーシートは、短尺方向において、270mm以上の長さを有することが好ましく、270mm~1000mmの長さを有することがより好ましく、600mm~1000mmの長さを有することが更に好ましい。 The nanofiber sheet included in the polymer electrolyte membrane of this embodiment preferably has a length of 270 mm or more in the short direction, more preferably a length of 270 mm to 1000 mm, and a length of 600 mm to 1000 mm. It is more preferable to have the following.

本実施形態の高分子電解質膜に含まれるナノファイバーシートの短尺方向の長さは、プロトン伝導性ポリマーと複合化する前のナノファイバーシートの短尺方向の長さを基準として、-3.0%~0.5%変化していることが好ましい。以下、複合化前の短尺方向の長さを基準とした、短尺方向の長さの変化率を「複合化変化率」ともいう。複合化変化率が-3.0%以上であることによって、プロトン伝導性ポリマー溶液とナノファイバーシートを複合化する際に、等ピッチシワ欠陥がなく、均質な大面積の高分子電解質膜を得ることが出来る。複合化変化率が0.5%以下であることによって、折れシワ欠陥が無く、均質な大面積の高分子電解質膜を得ることが出来る。複合化変化率は、より好ましくは-3.0%~0.0%であり、更に好ましくは-2.5%~0.0%である。複合化変化率は実施例に記載の方法に従って決定することができる。 The length of the nanofiber sheet included in the polymer electrolyte membrane of this embodiment in the short direction is -3.0% based on the length of the nanofiber sheet in the short direction before being composited with the proton conductive polymer. Preferably, the change is 0.5%. Hereinafter, the rate of change in the length in the short direction based on the length in the short direction before compounding is also referred to as "compounding change rate." By having a compounding change rate of -3.0% or more, it is possible to obtain a homogeneous large-area polymer electrolyte membrane without uniform pitch wrinkle defects when compounding a proton-conducting polymer solution and a nanofiber sheet. I can do it. When the composite change rate is 0.5% or less, it is possible to obtain a homogeneous large-area polymer electrolyte membrane without folding and wrinkle defects. The compounding change rate is more preferably -3.0% to 0.0%, still more preferably -2.5% to 0.0%. The rate of compound change can be determined according to the method described in the Examples.

本実施形態の高分子電解質膜に含まれるナノファイバーシートにおいて、隣接したナノファイバー間の最近接距離は、0μm~3μmであることが好ましい。本明細書において「隣接したナノファイバー間の最近接距離」とは、高分子電解質膜の膜厚方向の3000倍から5000倍の断面視SEM像で測定する。断面SEM像のコントラスト差を利用し、任意のナノファイバー繊維に対し、最近接距離に位置する他のナノファイバー繊維との距離を測定する。最近接距離が0μm以上3μm以下であることによって、シワ欠陥が無く、燃料電池動作環境(例えば、120℃、100%RH)において寸法が均一に変化し、発電性能の均質な大面積の高分子電解質膜を得る事ができる。最近接距離は、より好ましくは0μm~2μmである。 In the nanofiber sheet included in the polymer electrolyte membrane of this embodiment, the closest distance between adjacent nanofibers is preferably 0 μm to 3 μm. In this specification, "the closest distance between adjacent nanofibers" is measured using a cross-sectional SEM image of the polymer electrolyte membrane at a magnification of 3000 to 5000 times in the film thickness direction. Using contrast differences in cross-sectional SEM images, the distance between any given nanofiber and another nanofiber located closest to it is measured. By having a closest distance of 0 μm or more and 3 μm or less, a large-area polymer with no wrinkle defects, whose dimensions change uniformly in the fuel cell operating environment (e.g., 120°C, 100% RH), and whose power generation performance is homogeneous. An electrolyte membrane can be obtained. The closest distance is more preferably 0 μm to 2 μm.

本実施形態の高分子電解質膜は、120℃及び100%相対湿度(RH)の環境に2時間暴露した際に、短尺方向において均一に変化することが好ましい。具体的には、短尺方向における一方の末端から他方の末端までの間の複数の箇所について、上記環境に暴露する前後の短尺方向の長さを測定し、その長さの変化が最も大きい箇所の変化率から、最も小さい箇所の変化率を引いた差が小さいことが好ましい。一例として、長さの変化が最も大きい箇所において、短尺方向に20mmから22mmに10%変化し、長さの変化が最も小さい箇所において、短尺方向に20mmから21mmに5%変化した場合、その差は5%となる。以下、上記の変化率の差を「短尺方向変化率差」ともいう。短尺方向変化率差は、好ましくは0%~4%であり、より好ましくは0%~3%であり、更に好ましくは0%~2%である。短尺方向変化率差は実施例に記載の方法に従って決定することができる。 The polymer electrolyte membrane of this embodiment preferably changes uniformly in the short direction when exposed to an environment of 120° C. and 100% relative humidity (RH) for 2 hours. Specifically, we measured the length of multiple points in the short direction from one end to the other end before and after exposure to the above environment, and measured the length of the point where the change in length was the largest. It is preferable that the difference obtained by subtracting the change rate at the smallest point from the change rate is small. As an example, if there is a 10% change in the short direction from 20 mm to 22 mm at the point where the change in length is the largest, and a 5% change from 20 mm to 21 mm in the short direction at the point where the change in length is the smallest, then the difference is 5%. Hereinafter, the difference in the rate of change described above will also be referred to as a "difference in rate of change in the short direction." The difference in change rate in the short direction is preferably 0% to 4%, more preferably 0% to 3%, and still more preferably 0% to 2%. The difference in rate of change in the short direction can be determined according to the method described in Examples.

以下、本発明を実施例及び比較例を用いてより具体的に説明する。本発明は、以下の実施例によって何ら限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be explained in more detail using Examples and Comparative Examples. The present invention is not limited in any way by the following examples.

<複合化変化率>
複合化前のナノファイバーシートの短尺方向の長さを基準として、高分子電解質膜に含まれる(複合化後の)ナノファイバーシートの短尺方向の長さの変化率を、以下のとおり測定した。
複合化前のナノファイバーシートの短尺方向の長さAを、JIS1級規格の1000mmの鋼尺で測定した。複合化後のナノファイバーシートの短尺方向の長さBを同様に測定し、B/A×100-100にて、複合化変化率を算出した。
<Composite change rate>
The rate of change in the length of the nanofiber sheet (after composite) included in the polymer electrolyte membrane in the short direction was measured as follows, based on the length of the nanofiber sheet before composite in the short direction.
The length A of the nanofiber sheet in the short direction before being composited was measured using a 1000 mm steel gauge according to the JIS Class 1 standard. The length B in the short direction of the nanofiber sheet after composite was measured in the same manner, and the composite change rate was calculated by B/A x 100-100.

<8%変形荷重>
複合化前のナノファイバーシートを長尺方向に8%変形した際の荷重を、以下のとおり測定した。
ナノファイバーシートの短尺方向幅に対し、ほぼ等間隔となる位置で5点サンプリングした。サンプルは、長尺方向(MD)70mm、短尺方向(TD)10mmの大きさに切り出した。切り出した5枚の試料について、JIS K-7127に準拠してMD方向の引張試験を行い、得られた5点の8%伸度時の算術平均荷重値を8%変形荷重とした。測定は50Nロードセルを備える引っ張り試験機(エー・アンド・デイ社製、製品名「テンシロン万能材料試験機 RTG-1210」)を用いた。チャック間距離は50mm、クロスヘッド速度300mm/minとして、24℃、相対湿度45%の環境下で行った。
<8% deformation load>
The load when the nanofiber sheet before composite was deformed by 8% in the longitudinal direction was measured as follows.
Five points were sampled at approximately equal intervals across the width of the nanofiber sheet in the short direction. The sample was cut into a size of 70 mm in the longitudinal direction (MD) and 10 mm in the transverse direction (TD). The five cut samples were subjected to a tensile test in the MD direction in accordance with JIS K-7127, and the arithmetic mean load value at 8% elongation at the five points obtained was taken as the 8% deformation load. The measurement was carried out using a tensile tester equipped with a 50N load cell (manufactured by A&D, product name: ``Tensilon Universal Material Tester RTG-1210''). The distance between the chucks was 50 mm, the crosshead speed was 300 mm/min, and the testing was carried out in an environment of 24° C. and 45% relative humidity.

<ナノファイバーの平均繊維径>
複合化前のナノファイバーシートに含まれるナノファイバーの平均繊維径を、以下のとおり測定した。
不織布における繊維の平均繊維径として、50本の繊維の繊維径の算術平均値を用いた。ここで、「繊維径」は、繊維を撮影した5000倍の電子顕微鏡写真をもとに測定した、繊維の長さ方向に対して直交する方向における長さをいう。また、繊維径が細過ぎて測定が困難である場合には、5000倍よりも高い倍率の電子顕微鏡写真をもとに測定することができる。なお、繊維の断面形状が非円形である場合には、断面積と同じ面積の円の直径を繊維径とみなした。
<Average fiber diameter of nanofibers>
The average fiber diameter of the nanofibers contained in the nanofiber sheet before composite was measured as follows.
The arithmetic mean value of the fiber diameters of 50 fibers was used as the average fiber diameter of the fibers in the nonwoven fabric. Here, the "fiber diameter" refers to the length in the direction perpendicular to the length direction of the fiber, as measured based on an electron micrograph of the fiber taken at a magnification of 5000 times. In addition, if the fiber diameter is too small to be measured, it can be measured based on an electron micrograph at a magnification higher than 5000 times. In addition, when the cross-sectional shape of the fiber was non-circular, the diameter of a circle having the same area as the cross-sectional area was regarded as the fiber diameter.

<高分子電解質膜のシワ>
高分子電解質膜のシワの有無を、以下の基準で判定した。
高分子電解質膜の正常部の膜厚に対し4μm以上の膜厚差があり、長尺方向へ100mm以上の長さで延在する欠陥がある場合に、シワ有りとした。シワは、目視で照明越しに高分子電解質膜を透過観察することで、コントラスト差や色味の違いの部位を抽出し、厚みと長さを測定し判定した。厚みは、接触式の膜厚計(ミツトヨ製、製品名「ABSデジマチックインジケータID-F125」)を用いて測定した。長さは、JIS1級規格の1000mmの鋼尺で測定した。
厚み差が微妙なシワ判定(等ピッチシワ)は、ミクロトームで高分子電解質膜の膜厚方向の断面を切削し、測定顕微鏡(OLYMPUS製、型式「STM6」)や電子顕微鏡で拡大し測長してもよい。
<Wrinkles on polymer electrolyte membrane>
The presence or absence of wrinkles in the polymer electrolyte membrane was determined based on the following criteria.
If there is a film thickness difference of 4 μm or more with respect to the normal part of the polymer electrolyte membrane and there is a defect extending in the longitudinal direction with a length of 100 mm or more, it is considered to be wrinkled. Wrinkles were determined by visually observing the polymer electrolyte membrane through illumination, extracting areas with contrast differences and differences in color, and measuring the thickness and length. The thickness was measured using a contact type film thickness meter (manufactured by Mitutoyo, product name: "ABS Digimatic Indicator ID-F125"). The length was measured using a 1000 mm steel ruler according to the JIS Class 1 standard.
To determine wrinkles with subtle differences in thickness (uniform pitch wrinkles), cut a cross section of the polymer electrolyte membrane in the film thickness direction with a microtome, magnify it with a measuring microscope (manufactured by OLYMPUS, model "STM6"), and measure the length. Good too.

<長尺安定加工性>
50m以上の高分子電解質膜を安定的に加工できるか否かを、以下の基準で判定した。
〇:第1処理工程において50m以上ナノファイバーシートが破断せずにプロトン伝導性ポリマーと複合化できた場合。
×:第1処理工程において50m未満でナノファイバーシートが破断した場合。
<Long length stable processability>
Whether or not a polymer electrolyte membrane with a length of 50 m or more could be stably processed was determined based on the following criteria.
○: When the nanofiber sheet could be composited with the proton conductive polymer for 50 m or more without breaking in the first treatment step.
×: When the nanofiber sheet was broken at less than 50 m in the first treatment step.

<短尺方向変化率差>
高分子電解質膜の短尺方向における一方の末端から他方の末端までの間の複数の箇所における、短尺方向の長さの最大変化率と最小変化率との差を、以下のとおり測定した。
高分子電解質膜の短尺方向幅に対し、ほぼ等間隔となる位置で5点サンプリングした。サンプルは、長尺方向(MD)30mm、短尺方向(TD)40mmの大きさに切り出した。切り出した5枚の高分子電解質膜の中央部に、およそ15mm×20mm(MD:15mm、TD:20mm)の長方形の枠をラボマーカー(2017年AS ONEカタログ品番2-5674-02)で記入し、20℃、65%RHでのTDの長さを測定顕微鏡(OLYMPUS製、型式「STM6」)で計測した。次いで、その電解質膜を高度加速寿命試験装置(HAST製、型式「EHS-211」)内に投入し、120℃で100%RHの環境に2時間曝した後、含水状態を保持した状態で、すみやかにTDの長さを計測した。高度加速寿命試験装置での加速試験前後での、1枚の高分子電解質膜の2辺のTD寸法の変化率を、それぞれ算出し、その平均値をもって各位置の短尺方向TDの寸法変化率とした。5点のサンプル間で最も大きい箇所の変化率から、最も小さい箇所の変化率を引いた差を短尺方向変化率差とした。
<Difference in change rate in short direction>
The difference between the maximum rate of change and the minimum rate of change in length in the short direction at multiple locations from one end to the other end in the short direction of the polymer electrolyte membrane was measured as follows.
Five points were sampled at approximately equal intervals with respect to the width of the polymer electrolyte membrane in the short direction. The sample was cut into a size of 30 mm in the longitudinal direction (MD) and 40 mm in the transverse direction (TD). Draw a rectangular frame of approximately 15 mm x 20 mm (MD: 15 mm, TD: 20 mm) in the center of the five cut out polymer electrolyte membranes using a lab marker (2017 AS ONE catalog product number 2-5674-02). The length of the TD at 20° C. and 65% RH was measured using a measuring microscope (manufactured by OLYMPUS, model “STM6”). Next, the electrolyte membrane was placed in a highly accelerated life tester (manufactured by HAST, model "EHS-211") and exposed to an environment of 120°C and 100% RH for 2 hours, and then maintained in a hydrated state. The length of the TD was promptly measured. The rate of change in the TD dimension on two sides of one polymer electrolyte membrane before and after the accelerated test in the highly accelerated life test device is calculated, and the average value is used as the rate of change in the dimension in the short direction TD at each position. did. The difference obtained by subtracting the change rate at the smallest point from the change rate at the largest point among the five samples was defined as the difference in change rate in the short direction.

[実施例1]
<高分子電解質膜の製造>
まず、プロトン伝導性ポリマーの前駆体ポリマーである、テトラフルオロエチレン及びCF2=CFO(CF22-SO2Fから得られたパーフルオロスルホン酸樹脂の前駆体(加水分解及び酸処理後のイオン交換容量:1.4ミリ当量/g)ペレットを準備した。次に、その前駆体ペレットを、水酸化カリウム(15質量%)とメチルアルコール(50質量%)とを溶解した水溶液に、80℃で20時間接触させて、加水分解処理を行った。その後、ペレットを60℃の水中に5時間浸漬した。次いで、水中に浸漬した後のペレットを、60℃の2N塩酸水溶液に1時間浸漬させる処理を、毎回塩酸水溶液を新しいものに代えて、5回繰り返した。そして、塩酸水溶液に繰り返し浸漬させた後のペレットを、イオン交換水で水洗、乾燥した。これにより、プロトン伝導性ポリマーであるパーフルオロカーボンスルホン酸樹脂(-[CF2CF2]-[CF2-CF(-O-(CF22-SO3H)]-;PFSA)を得た。
[Example 1]
<Manufacture of polymer electrolyte membrane>
First, a precursor polymer of a perfluorosulfonic acid resin obtained from tetrafluoroethylene and CF 2 =CFO (CF 2 ) 2 -SO 2 F (after hydrolysis and acid treatment), which is a precursor polymer of a proton-conducting polymer, is used. Ion exchange capacity: 1.4 meq/g) A pellet was prepared. Next, the precursor pellets were brought into contact with an aqueous solution containing potassium hydroxide (15% by mass) and methyl alcohol (50% by mass) at 80° C. for 20 hours to perform a hydrolysis treatment. Thereafter, the pellets were immersed in water at 60°C for 5 hours. Next, the pellets that had been immersed in water were immersed in a 2N aqueous hydrochloric acid solution at 60°C for 1 hour, and the process was repeated five times, replacing the aqueous hydrochloric acid solution with a new one each time. Then, the pellets that had been repeatedly immersed in an aqueous hydrochloric acid solution were washed with ion-exchanged water and dried. As a result, a perfluorocarbon sulfonic acid resin (-[CF 2 CF 2 ]-[CF 2 -CF(-O-(CF 2 ) 2 -SO 3 H)]-; PFSA), which is a proton-conducting polymer, was obtained. .

このペレットを、エタノール水溶液(水:エタノール=50.0/50.0(質量比))と共に5Lオートクレーブ中に収容して密閉し、撹拌翼で攪拌しながら160℃まで昇温して、その温度で5時間保持した。その後、オートクレーブ内を自然冷却して、固形分濃度5質量%の均一なパーフルオロカーボンスルホン酸樹脂溶液を得た。これを80℃で減圧濃縮した後、水とエタノールとを用いて希釈し、固形分15.0質量%のエタノール:水=60:40(質量比)の溶液を調整し、溶液1とした。 The pellets were placed in a 5L autoclave with an aqueous ethanol solution (water:ethanol = 50.0/50.0 (mass ratio)), sealed, and heated to 160°C while stirring with a stirring blade. It was held for 5 hours. Thereafter, the inside of the autoclave was naturally cooled to obtain a uniform perfluorocarbon sulfonic acid resin solution with a solid content concentration of 5% by mass. After concentrating this under reduced pressure at 80° C., it was diluted with water and ethanol to prepare a solution of ethanol:water=60:40 (mass ratio) with a solid content of 15.0% by mass.

まず、ポリイミドフィルム(東レ・デュポン社製、商品名「カプトン300H」)を走行させ、表1の実施例1に記載の長尺ナノファイバーシートの端部をテープでポリイミドフィルムへ装着しライン速度1m/minで走行させ通紙した。次にライン速度を5m/minに設定し、上記溶液1を吐出圧0.17MPaでスリットダイコーターを用いてポリイミドフィルム上に塗工幅615mmで連続塗工した。表1の実施例1に記載のナノファイバーシートを、張力15Nで繰出し、鏡面ロールに日東電工社製のニトフロンNo.903ULテープを貼った非鏡面ロール算術表面粗さ(Ra)0.8μmに接触させた後、ナノファイバーシートの短尺方向における両末端が溶液1に含浸するように配置させ、60℃、100℃、120℃、140℃、140℃に設定した5ゾーンの乾燥炉中へ搬送し乾燥後巻き取った。この第1処理工程の複合化変化率は、-1.0%であった。次に、乾燥後の膜の上から溶液1を再度上記と同様にして塗工し、乾燥炉にて連続乾燥した。こうして得られた膜に対して160℃の設定で20分間アニール処理を施し、厚さ15μmの高分子電解質膜を得た。得られた高分子電解質膜に関して、電解質膜のシワの有無、短尺方向変化率差、50m以上の長尺安定加工性について評価した。結果を表1に示す。 First, a polyimide film (manufactured by DuPont-Toray, trade name "Kapton 300H") was run, and the ends of the long nanofiber sheets described in Example 1 in Table 1 were attached to the polyimide film with tape at a line speed of 1 m. /min to feed paper. Next, the line speed was set to 5 m/min, and the solution 1 was continuously coated onto the polyimide film with a coating width of 615 mm using a slit die coater at a discharge pressure of 0.17 MPa. The nanofiber sheet described in Example 1 in Table 1 was rolled out under a tension of 15 N, and a mirror-finished roll was coated with Nitoflon No. manufactured by Nitto Denko Corporation. After contacting a non-mirrored roll with arithmetic surface roughness (Ra) of 0.8 μm to which 903UL tape was attached, the nanofiber sheet was placed so that both ends in the short direction were impregnated with solution 1, and heated at 60°C, 100°C, It was transported to a five-zone drying oven set at 120°C, 140°C, and 140°C, dried, and then wound up. The composite rate of change in this first treatment step was -1.0%. Next, Solution 1 was again applied onto the dried film in the same manner as above, and it was continuously dried in a drying oven. The membrane thus obtained was annealed at 160° C. for 20 minutes to obtain a polymer electrolyte membrane with a thickness of 15 μm. The obtained polymer electrolyte membrane was evaluated for the presence or absence of wrinkles in the electrolyte membrane, the difference in rate of change in the short direction, and stable processability in long lengths of 50 m or more. The results are shown in Table 1.

[実施例2]
ナノファイバーシートの繰出し張力を13Nに変更した以外は、実施例1と同様の方法で、厚さ15μmの高分子電解質膜を作製し、評価を行った。結果を表1に示す。
[Example 2]
A polymer electrolyte membrane with a thickness of 15 μm was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1, except that the tension for feeding out the nanofiber sheet was changed to 13N. The results are shown in Table 1.

[実施例3]
ナノファイバーシートの短尺方向における一方の末端のみが溶液1に含浸するように、溶液1の塗工幅615mmの端部から5mmだけナノファイバーシートをはみ出して配置した以外は、実施例1と同様の方法で、厚さ15μmの高分子電解質膜を作製し、評価を行った。結果を表1に示す。
[Example 3]
The same procedure as in Example 1 was carried out, except that the nanofiber sheet was placed so as to protrude by 5 mm from the end of the 615 mm coating width of solution 1 so that only one end of the nanofiber sheet in the short direction was impregnated with solution 1. A polymer electrolyte membrane with a thickness of 15 μm was prepared using the method and evaluated. The results are shown in Table 1.

[実施例4]
表1の実施例4に記載のナノファイバーシートを用いて、ナノファイバーシートの繰出し張力を14Nに変更した以外は、実施例1と同様の方法で、厚さ15μmの高分子電解質膜を作製し、評価を行った。結果を表1に示す。
[Example 4]
Using the nanofiber sheet described in Example 4 in Table 1, a polymer electrolyte membrane with a thickness of 15 μm was produced in the same manner as in Example 1, except that the feeding tension of the nanofiber sheet was changed to 14N. , conducted an evaluation. The results are shown in Table 1.

[実施例5]
表1の実施例5に記載のナノファイバーシートを用いて、ナノファイバーシートの繰出し張力を18Nに変更した以外は、実施例1と同様の方法で、厚さ15μmの高分子電解質膜を作製し、評価を行った。結果を表1に示す。
[Example 5]
Using the nanofiber sheet described in Example 5 in Table 1, a polymer electrolyte membrane with a thickness of 15 μm was produced in the same manner as in Example 1, except that the feeding tension of the nanofiber sheet was changed to 18N. , conducted an evaluation. The results are shown in Table 1.

[実施例6]
表1の実施例6に記載のナノファイバーシートを用いて、ナノファイバーシートの繰出し張力を5Nに変更し、塗工幅を290mm幅とした以外は、実施例1と同様の方法で、厚さ15μmの高分子電解質膜を作製し、ナノファイバーシートが存在する部分の評価を行った。結果を表1に示す。
[Example 6]
Using the nanofiber sheet described in Example 6 in Table 1, the thickness was A 15 μm polymer electrolyte membrane was prepared, and the portion where the nanofiber sheet was present was evaluated. The results are shown in Table 1.

[比較例1]
ナノファイバーシートの短尺方向における両方の末端が溶液1に含浸しないように、溶液1の塗工幅を590mmとし、塗工部分の両端部から5mmだけナノファイバーシートをはみ出して配置した以外は、実施例1と同様の方法で、厚さ15μmの高分子電解質膜を作製し、評価を行った。結果を表1に示す。
[Comparative example 1]
In order to prevent both ends of the nanofiber sheet in the short direction from being impregnated with solution 1, the coating width of solution 1 was set to 590 mm, and the nanofiber sheet was placed so as to protrude by 5 mm from both ends of the coated part. A polymer electrolyte membrane having a thickness of 15 μm was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.

[比較例2]
ナノファイバーシートの繰出し張力を45Nに変更した以外は、実施例1と同様の方法で、厚さ15μmの高分子電解質膜を作製し、評価を行った。結果を表1に示す。
[Comparative example 2]
A polymer electrolyte membrane with a thickness of 15 μm was produced and evaluated in the same manner as in Example 1, except that the tension for feeding out the nanofiber sheet was changed to 45 N. The results are shown in Table 1.

[比較例3]
ナノファイバーシートの繰出し張力を5Nに変更した以外は、実施例1と同様の方法で、厚さ15μmの高分子電解質膜を作製し、評価を行った。結果を表1に示す。
[Comparative example 3]
A polymer electrolyte membrane with a thickness of 15 μm was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1, except that the tension for feeding out the nanofiber sheet was changed to 5N. The results are shown in Table 1.

[比較例4]
表1の比較例4に記載のナノファイバーシートを用いて、繰出し張力を7Nとし、塗工幅を415mmとした以外は、実施例1と同様の方法で、厚さ15μmの高分子電解質膜を作製し、評価を行った。結果を表1に示す。ナノファイバーが破断したため安定した長尺加工ができなかった。
[Comparative example 4]
Using the nanofiber sheet described in Comparative Example 4 in Table 1, a polymer electrolyte membrane with a thickness of 15 μm was prepared in the same manner as in Example 1, except that the feeding tension was 7 N and the coating width was 415 mm. It was manufactured and evaluated. The results are shown in Table 1. Stable long processing was not possible because the nanofibers were broken.

[比較例5]
表1の比較例5に記載のナノファイバーシートを用いた以外は、実施例1と同様の方法で、厚さ15μmの高分子電解質膜を作製し、評価を行った。結果を表1に示す。
[比較例6]
第1処理工程の非鏡面ロールに変え、算術表面粗さ(Ra)0.07μmの鏡面ロールを用いた以外は、実施例1と同様の方法で、厚さ15μmの高分子電解質膜を作製し、評価を行った。結果を表1に示す。
[Comparative example 5]
A polymer electrolyte membrane with a thickness of 15 μm was produced and evaluated in the same manner as in Example 1, except that the nanofiber sheet described in Comparative Example 5 in Table 1 was used. The results are shown in Table 1.
[Comparative example 6]
A polymer electrolyte membrane with a thickness of 15 μm was produced in the same manner as in Example 1, except that a mirror roll with an arithmetic surface roughness (Ra) of 0.07 μm was used instead of the non-mirror roll in the first treatment step. , conducted an evaluation. The results are shown in Table 1.

実施例及び比較例で使用したナノファーバーシートの引張試験結果(8%変形荷重)を図4に示す。 FIG. 4 shows the tensile test results (8% deformation load) of the nanofaber sheets used in Examples and Comparative Examples.

1、11…ナノファイバーシート
1A…第1末端
1B…第2末端
2…プロトン電導性ポリマー
3、13…基材シート
11A…第1表面
11B…第2表面
14…第1プロトン電導性ポリマー溶液
15…スリットダイ
16…乾燥機
17…巻取機
18…非鏡面ロール
1, 11... Nanofiber sheet 1A... First end 1B... Second end 2... Proton conductive polymer 3, 13... Base sheet 11A... First surface 11B... Second surface 14... First proton conductive polymer solution 15 ...Slit die 16...Dryer 17...Winder 18...Non-mirror roll

Claims (7)

高分子電解質膜を連続的に製造する方法であって、
基材シートを繰り出す工程と、
前記基材シートに第1プロトン伝導性ポリマー溶液を連続的に塗布する塗布工程と、
ナノファイバーシートを非鏡面ロールに接触させながら張力をかけて繰り出す工程と、
塗布された前記第1プロトン伝導性ポリマー溶液に、前記ナノファイバーシートの第1表面を連続的に接触させて、第1表面処理ナノファイバーシートを得る第1処理工程と、
前記第1表面処理ナノファイバーシートを乾燥させる第1乾燥工程と、
を含み、
前記ナノファイバーシートに含まれるナノファイバーの平均繊維径が100nm~600nmであり、
前記ナノファイバーシートを長尺方向に8%変形させるために必要な荷重が0.2N/10mm以上であり、
前記ナノファイバーシートを繰り出す張力が、前記ナノファイバーシートの短尺方向の長さが-3.0%~0.5%変化する張力であり、
前記ナノファイバーシートが短尺方向において第1末端及び第2末端を有し、前記第1処理工程において前記第1末端及び前記第2末端の少なくとも一方を前記第1プロトン伝導性ポリマー溶液に接触させる、前記方法。
A method for continuously manufacturing a polymer electrolyte membrane, the method comprising:
A step of unwinding the base sheet,
a coating step of continuously coating the first proton conductive polymer solution on the base sheet;
A process of applying tension to the nanofiber sheet while bringing it into contact with a non-mirrored roll,
A first treatment step of continuously bringing the first surface of the nanofiber sheet into contact with the applied first proton-conducting polymer solution to obtain a first surface-treated nanofiber sheet;
a first drying step of drying the first surface-treated nanofiber sheet;
including;
The average fiber diameter of the nanofibers contained in the nanofiber sheet is 100 nm to 600 nm,
The load required to deform the nanofiber sheet by 8% in the longitudinal direction is 0.2 N/10 mm or more,
The tension for feeding out the nanofiber sheet is such that the length of the nanofiber sheet in the short direction changes by -3.0% to 0.5%,
The nanofiber sheet has a first end and a second end in the short direction, and in the first treatment step, at least one of the first end and the second end is brought into contact with the first proton conductive polymer solution. Said method.
前記ナノファイバーシートの短尺方向の長さが270mm以上である、請求項1に記載の方法。 The method according to claim 1, wherein the length of the nanofiber sheet in the short direction is 270 mm or more. 前記ナノファイバーシートの前記第1末端及び前記第2末端を前記第1プロトン伝導性ポリマー溶液に接触させる、請求項1又は2に記載の方法。 3. The method of claim 1 or 2, wherein the first end and the second end of the nanofiber sheet are contacted with the first proton-conducting polymer solution. 前記ナノファイバーシートがポリエーテルスルホンを含む、請求項1~3のいずれか一項に記載の方法。 A method according to any one of claims 1 to 3, wherein the nanofiber sheet comprises polyethersulfone. 前記ナノファイバーシートの目付が1.5~4.0g/m2である、請求項1~4のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the nanofiber sheet has a basis weight of 1.5 to 4.0 g/m 2 . 前記ナノファイバーシートの空隙率が75%~88%である、請求項1~5のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 5, wherein the nanofiber sheet has a porosity of 75% to 88%. 前記第1乾燥工程を経た前記第1表面処理ナノファイバーシートの第2表面に、第2プロトン伝導性ポリマー溶液を連続的に接触させて、両表面処理ナノファイバーシートを得る第2処理工程と、
前記両表面処理ナノファイバーシートを乾燥させる第2乾燥工程と、
を更に含む、請求項1~6のいずれか一項に記載の方法。
A second treatment step of continuously bringing a second proton conductive polymer solution into contact with the second surface of the first surface-treated nanofiber sheet that has undergone the first drying step to obtain a double-surface-treated nanofiber sheet;
a second drying step of drying the both surface-treated nanofiber sheets;
The method according to any one of claims 1 to 6, further comprising:
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