JPWO2008136236A1 - Clad filter material and method for producing the clad filter material - Google Patents

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Abstract

従来の多孔質体が用いられてきた分野に適用可能であり、気体や液体の透過速度を制御でき、小型化を図ることができるクラッドフィルター材とそのクラッドフィルター材の製造方法を提供することを目的とする。この目的を達成するために、一面側から他面側に向けて気体又は液体を透過させることのできる板状のフィルター材であって、フェルト状繊維層の片面又は両面に多孔金属層を張り合わせた複合多層材であるクラッドフィルター材を採用する。また、フェルト状繊維層と多孔金属層とを積層させて熱圧着させるクラッドフィルター材の製造方法を採用する。To provide a clad filter material that can be applied to fields where conventional porous bodies have been used, can control the permeation rate of gas and liquid, and can be miniaturized, and a method for producing the clad filter material. Objective. In order to achieve this object, it is a plate-like filter material that can transmit gas or liquid from one surface side to the other surface side, and a porous metal layer is bonded to one or both sides of a felt-like fiber layer. Adopt clad filter material which is a composite multilayer material. Moreover, the manufacturing method of the clad filter material which laminates a felt-like fiber layer and a porous metal layer and carries out thermocompression bonding is employ | adopted.

Description

本件発明は、多孔金属層とフェルト状繊維層とを張り合わせたクラッドフィルター材とその製造方法に関する。   The present invention relates to a clad filter material in which a porous metal layer and a felt-like fiber layer are bonded together and a method for producing the same.

多孔質体は、多孔であるが故の細孔性と大きな表面積と表面特性、透過性等が特徴であり、分離膜、吸着剤、触媒、電池部材等、多様な分野で利用されている。多孔質体の例としては、多孔質カーボン、発泡金属、めっきされた不織布、電鋳材料、エキスパンドメタル、ポリビニルホルマール等の高分子多孔質体等が挙げられる。例えば、特許文献1には、排煙脱硝触媒に適した触媒用基材として、網状物と無機繊維とを複合多孔質化させた触媒用基材が開示されている。この他、電池部材としても、多孔質体が注目されており、ダイレクトメタノール形燃料電池の透過膜として用いられている。   The porous body is characterized by its porosity, large surface area, surface characteristics, permeability, etc. because it is porous, and is used in various fields such as separation membranes, adsorbents, catalysts, and battery members. Examples of the porous body include polymer porous bodies such as porous carbon, foam metal, plated nonwoven fabric, electroformed material, expanded metal, and polyvinyl formal. For example, Patent Document 1 discloses a catalyst base material in which a net and an inorganic fiber are made composite porous as a catalyst base material suitable for a flue gas denitration catalyst. In addition, a porous body has attracted attention as a battery member, and is used as a permeable membrane for a direct methanol fuel cell.

ここで、ダイレクトメタノール形燃料電池では、液体燃料であるメタノールから分解した水素イオンを電解質膜に透過させる。ところが、メタノールが分解しないままで電解質膜を透過して、空気極に達し、酸素と反応するクロスオーバー現象により、出力電圧低下や燃料損失が発生する場合があり、これらの解決方法が課題となっている。例えば、特許文献2には、固体高分子形燃料電池、直接液体形燃料電池、直接メタノール形燃料電池の構成材料となる膜−電極接合体に関し、メタノール遮断性を有するプロトン伝導性高分子膜を用いて、メタノールのクロスオーバーを低減させるとともに、十分な接合強度を有する膜−電極接合体が開示されている。   Here, in the direct methanol fuel cell, hydrogen ions decomposed from methanol, which is a liquid fuel, are permeated through the electrolyte membrane. However, there are cases where output voltage drops and fuel loss may occur due to the crossover phenomenon in which methanol passes through the electrolyte membrane without being decomposed, reaches the air electrode, and reacts with oxygen. ing. For example, Patent Document 2 discloses a proton-conductive polymer membrane having methanol blocking properties, which relates to a membrane-electrode assembly as a constituent material of a solid polymer fuel cell, a direct liquid fuel cell, and a direct methanol fuel cell. And a membrane-electrode assembly having a sufficient bonding strength while reducing methanol crossover.

特開2007−90319号公報JP 2007-90319 A 特開2006−278193号公報JP 2006-278193 A

上記従来技術において、物質の透過速度を所望の状態に制御する技術が望まれていた。そこで、本発明は、従来の多孔質体が用いられてきた分野に適用可能であり、気体や液体の透過速度を制御でき、小型化の可能なクラッドフィルター材とそのクラッドフィルター材の製造方法を提供することを目的とする。   In the above prior art, a technique for controlling the permeation rate of a substance to a desired state has been desired. Therefore, the present invention is applicable to a field where a conventional porous body has been used, and it is possible to control a gas and liquid permeation rate, and to make a clad filter material that can be miniaturized and a method for producing the clad filter material. The purpose is to provide.

本発明者等は、鋭意研究を行った結果、以下のクラッドフィルター材と、このクラッドフィルター材の製造方法を採用することで上記目的を達成するに到った。   As a result of intensive studies, the present inventors have achieved the above object by adopting the following clad filter material and a method for producing the clad filter material.

クラッドフィルター材:本発明に係るクラッドフィルター材は、一面側から他面側に向けて気体又は液体を透過させることのできる板状のフィルター材であって、当該フィルター材は、フェルト状繊維層の片面又は両面に多孔金属層を張り合わせた複合多層材であることを特徴とする。 Clad filter material: The clad filter material according to the present invention is a plate-shaped filter material that can transmit gas or liquid from one surface side to the other surface side, and the filter material is made of a felt-like fiber layer. It is a composite multilayer material in which a porous metal layer is bonded to one side or both sides.

本発明に係るクラッドフィルター材は、前記多孔金属層は、孔開き金属箔を用いたものが好ましい。   In the clad filter material according to the present invention, the porous metal layer preferably uses a perforated metal foil.

本発明に係るクラッドフィルター材は、前記多孔金属層は、多孔質のスポンジ状金属シート材を用いたものが好ましい。   In the clad filter material according to the present invention, the porous metal layer preferably uses a porous sponge-like metal sheet material.

本発明に係るクラッドフィルター材は、前記多孔金属層は、銅、銅合金、チタン、チタン合金、タンタル、タンタル合金、ニオブ、ニオブ合金、ニッケル、ニッケル合金、バナジウム、白金、パラジウム、耐熱アルミニウム、ステンレス鋼のいずれかの材質からなるものが好ましい。   In the clad filter material according to the present invention, the porous metal layer is made of copper, copper alloy, titanium, titanium alloy, tantalum, tantalum alloy, niobium, niobium alloy, nickel, nickel alloy, vanadium, platinum, palladium, heat-resistant aluminum, stainless steel. Those made of any material of steel are preferred.

本発明に係るクラッドフィルター材は、前記多孔金属層は、その厚さが1μm〜500μmであるものが好ましい。   In the clad filter material according to the present invention, the porous metal layer preferably has a thickness of 1 μm to 500 μm.

本発明に係るクラッドフィルター材は、前記フェルト状繊維層は、金属繊維からなる金属製不織布を用いたものが好ましい。   In the clad filter material according to the present invention, the felt-like fiber layer is preferably a metal nonwoven fabric made of metal fibers.

本発明に係るクラッドフィルター材は、前記フェルト状繊維層は、樹脂繊維からなる樹脂製不織布を用いたものが好ましい。   In the clad filter material according to the present invention, the felt-like fiber layer is preferably a resin nonwoven fabric made of resin fibers.

本発明に係るクラッドフィルター材は、前記樹脂繊維が自己融着性不織布であるものが好ましい。   In the clad filter material according to the present invention, the resin fiber is preferably a self-bonding nonwoven fabric.

本発明に係るクラッドフィルター材は、前記フェルト状繊維層は、その繊維表面を白金系触媒成分、パラジウム系触媒成分、金系触媒成分、鉄系触媒成分のいずれかを担持した触媒担持繊維を用い、これらの1種又は2種以上を組み合わせて得られる触媒担持不織布を用いたものが好ましい。   In the clad filter material according to the present invention, the felt-like fiber layer uses a catalyst-carrying fiber carrying a platinum-based catalyst component, a palladium-based catalyst component, a gold-based catalyst component, or an iron-based catalyst component on the fiber surface. Those using a catalyst-supporting nonwoven fabric obtained by combining one or more of these are preferred.

本発明に係るクラッドフィルター材は、前記フェルト状繊維層は、前記樹脂繊維、前記触媒担持繊維、前記金属繊維の2種以上を組み合わせた複合繊維製不織布を用いたものが好ましい。   In the clad filter material according to the present invention, the felt-like fiber layer preferably uses a nonwoven fabric made of a composite fiber in which two or more of the resin fiber, the catalyst-carrying fiber, and the metal fiber are combined.

クラッドフィルター材の製造方法: 本発明に係るクラッドフィルター材の製造方法は、上記クラッドフィルター材の製造方法であって、以下の工程A及び工程Bを経てクラッドフィルター材とすることを特徴とする。
工程A: フェルト状繊維層の片面又は両面に、多孔金属層を構成する孔開き金属箔又は多孔質のスポンジ状金属シート材を当接させ、積層状態とする。
工程B: 当該積層状態を維持したまま、プレス圧をかけ、フェルト状繊維層表面の軟化温度以上の温度で加熱を行い、その後降温することで、フェルト状繊維層と多孔金属層とが張り合わせられたクラッドフィルター材を得る。
Manufacturing method of clad filter material: The manufacturing method of the clad filter material according to the present invention is a manufacturing method of the above clad filter material, characterized in that the clad filter material is obtained through the following steps A and B.
Step A: A perforated metal foil or a porous sponge-like metal sheet constituting the porous metal layer is brought into contact with one or both sides of the felt-like fiber layer to form a laminated state.
Step B: While maintaining the lamination state, press pressure is applied, heating is performed at a temperature equal to or higher than the softening temperature of the felt-like fiber layer surface, and then the temperature is lowered to bond the felt-like fiber layer and the porous metal layer. A clad filter material is obtained.

本発明に係るクラッドフィルター材の製造方法は、上記クラッドフィルター材の製造方法であって、以下の工程a〜工程cを経てクラッドフィルター材とすることを特徴とする。
工程a: フェルト状繊維層を構成するための樹脂繊維、触媒担持繊維、金属繊維のいずれか1種又は2種以上を用いて、フェルト状繊維層を構成するための原料繊維の選択又はブレンドを行い、原料繊維の調整を行う。
工程b: 製造しようとするクラッドフィルター材の層構成(多孔金属層/フェルト状繊維層、又は、多孔金属層/フェルト状繊維層/多孔金属層)に合わせて、フェルト状繊維層を構成する原料繊維と、多孔金属層を構成する孔開き金属箔又はスポンジ状金属シート材とを当接させ、積層状態とする。
工程c: 前記工程bで得られた積層状態を維持したまま、プレス圧をかけ、フェルト状繊維層表面の軟化温度以上の温度で加熱を行い、その後降温することで、フェルト状繊維層と多孔金属層とが張り合わせられたクラッドフィルター材を得る。
The manufacturing method of the clad filter material which concerns on this invention is a manufacturing method of the said clad filter material, Comprising: It becomes a clad filter material through the following process a-process c, It is characterized by the above-mentioned.
Step a: Using one or more of resin fibers, catalyst-supporting fibers, and metal fibers for constituting the felt-like fiber layer, selection or blending of raw material fibers for constituting the felt-like fiber layer And adjust the raw fiber.
Step b: Raw material constituting the felt-like fiber layer in accordance with the layer structure (porous metal layer / felt-like fiber layer or porous metal layer / felt-like fiber layer / porous metal layer) of the clad filter material to be manufactured The fibers are brought into contact with a perforated metal foil or a sponge-like metal sheet material constituting the porous metal layer to form a laminated state.
Step c: While maintaining the laminated state obtained in the step b, press pressure is applied, heating is performed at a temperature equal to or higher than the softening temperature of the felt-like fiber layer surface, and then the temperature is lowered, so that the felt-like fiber layer and the porous layer are porous. A clad filter material in which a metal layer is bonded is obtained.

本発明に係るクラッドフィルター材は、フェルト状繊維層と多孔金属層とを積層した構成により、透過速度が異なる層を、気体又は液体が順次透過することとなるので、単層からなる透過材と比べて、透過速度を任意の状態に制御することが容易になる。すなわち、多孔金属層は多孔形状の設計が容易であり、フェルト状繊維層は繊維の充填密度を任意に調整することができるので、気体や液体の透過速度を高精度に制御することができる。また、フェルト状繊維層は比表面積が大きいため、気体又は液体との接触面積を確保できる。したがって、本発明に係るクラッドフィルター材は、透過速度が制御でき、その表面形状が安定し、耐熱性にも優れたクラッドフィルター材として提供できる。また、本発明のクラッドフィルター材の製造方法によれば、フェルト状繊維層と多孔金属層との積層状態を維持したままで、加熱によりフェルト状繊維層の表面を軟化させた状態で、プレス圧によりフェルト状繊維層と多孔金属層とを張り合わせるので、フェルト状繊維層と多孔金属層とが接触していない多孔金属層の孔部分においては、フェルト状繊維層の繊維間の空隙が熱により溶融することなく、気体又は液体の透過性を保ちながら、簡易な方法で製造することができるのである。   The clad filter material according to the present invention has a structure in which a felt-like fiber layer and a porous metal layer are laminated, so that gas or liquid sequentially passes through layers having different transmission speeds. In comparison, the transmission speed can be easily controlled to an arbitrary state. That is, the porous metal layer can be easily designed in a porous shape, and the felt-like fiber layer can arbitrarily adjust the fiber packing density, so that the permeation rate of gas or liquid can be controlled with high accuracy. Moreover, since the felt-like fiber layer has a large specific surface area, a contact area with a gas or a liquid can be secured. Therefore, the clad filter material according to the present invention can be provided as a clad filter material whose transmission rate can be controlled, whose surface shape is stable, and excellent in heat resistance. Further, according to the method for producing a clad filter material of the present invention, while maintaining the laminated state of the felt-like fiber layer and the porous metal layer, the press pressure is maintained while the surface of the felt-like fiber layer is softened by heating. Since the felt-like fiber layer and the porous metal layer are bonded together by the heat treatment, the gap between the fibers of the felt-like fiber layer is caused by heat in the hole portion of the porous metal layer where the felt-like fiber layer and the porous metal layer are not in contact with each other. It can be manufactured by a simple method while maintaining the permeability of gas or liquid without melting.

以下、本発明に係るクラッドフィルター材と、クラッドフィルター材の製造方法の最良の実施の形態に関して説明する。   Hereinafter, the best embodiment of the clad filter material according to the present invention and the method for producing the clad filter material will be described.

クラッドフィルター材: 本発明に係るクラッドフィルター材は、一面側から他面側に向けて気体又は液体を透過させることのできる板状のフィルター材であって、当該フィルター材は、フェルト状繊維層の片面又は両面に多孔金属層を張り合わせた複合多層材である。 Clad filter material: The clad filter material according to the present invention is a plate-like filter material that allows gas or liquid to pass from one surface side to the other surface side, and the filter material is a felt-like fiber layer. It is a composite multilayer material in which a porous metal layer is bonded to one side or both sides.

多孔金属層は、孔開き金属箔を用いることが好ましい。孔開き金属箔は、任意の形状及び開口率で厚さ方向に貫通する開口を有する金属箔を指す。開口の形状は、円形、楕円形、スリット等、用途に応じて形成することができる。孔開き金属箔は、開口の位置、形状、数及び開口率等、パターン形成精度に優れるので、精度良く設計でき、透過させる気体又は液体や、所望の透過速度等の条件に対する適応性に優れている。孔開き金属箔の開口パターンは、例えば、図2(a)〜(e)に示すように、開口のピッチを等間隔としても(図図2(a),(b))、開口を偏在させる((c),(d))ことも可能であり、また、各々の孔の開口面積を均一としたり((a),(c))、孔の開口面積や形状が不均一((b),(d),(e))とすることも可能である。更に、多孔金属層の厚さを薄くするのに適している。したがって、薄い上に、透過速度を精度良く制御することができる。   It is preferable to use a perforated metal foil for the porous metal layer. The perforated metal foil refers to a metal foil having an opening penetrating in the thickness direction in an arbitrary shape and opening ratio. The shape of the opening can be formed according to the application, such as a circle, an ellipse, or a slit. The perforated metal foil is excellent in pattern formation accuracy such as the position, shape, number, and aperture ratio of the opening, so it can be designed with high accuracy and excellent adaptability to conditions such as a permeating gas or liquid and a desired permeation speed. Yes. For example, as shown in FIGS. 2A to 2E, the opening pattern of the perforated metal foil causes the openings to be unevenly distributed even when the pitch of the openings is equal (FIGS. 2A and 2B). ((C), (d)) is also possible, the opening area of each hole is made uniform ((a), (c)), or the opening area and shape of the hole are non-uniform ((b) , (D), (e)). Furthermore, it is suitable for reducing the thickness of the porous metal layer. Therefore, the transmission speed can be accurately controlled while being thin.

孔開き金属箔の開口形状は用途に応じて選択可能であるが、開口形状を維持可能な大きさとしては、開口径(開口部の最大幅)は0.1μm〜100μmが好ましい。   The opening shape of the perforated metal foil can be selected in accordance with the application, but the opening diameter (maximum width of the opening) is preferably 0.1 μm to 100 μm as the size capable of maintaining the opening shape.

また、孔開き金属箔の開口率は、用途に応じて適宜設定可能である。しかし、孔開き金属箔の形状を維持可能な強度を考慮すると最大開口率は60%程度と考えられる。なお、開口率の下限については、特に限定はなく、所望の物質を透過可能であれば良い。   Moreover, the aperture ratio of the perforated metal foil can be appropriately set according to the application. However, considering the strength that can maintain the shape of the perforated metal foil, the maximum aperture ratio is considered to be about 60%. The lower limit of the aperture ratio is not particularly limited as long as the desired substance can be transmitted.

孔開き金属箔は、パンチング、レーザー穿設、印刷法、乾式薄膜形成法、エッチング、液体レジスト法等の方法を用いて製造することができる。加工性及び作業効率の点を考慮すると、開口の数が少ない場合は、レーザー穿設により製造することが好ましい。開口幅が15μm〜100μm程度の開口を形成する場合にはエッチング法が好適である。なお、微細貫通孔の開口形状をテーパー状に形成する場合には、金属箔の片面側からエッチングすると、テーパー状の開口形状が容易に形成できる。また、10μm前後の貫通孔を形成した後に、めっき処理によりその開口径を1μm〜8μm程度に小さくすることもできる。そして、開口幅が50μm以下の微細な開口形状を加工する場合は、以下に示すレジスト法により製造すると、形状設計の自由度を高め、形状や大きさ等の幅広い設計条件に対応可能であり、且つ、微細孔を美麗に形成することができ、幅広い材料で経済的に製造可能である。   The perforated metal foil can be manufactured using a method such as punching, laser drilling, printing, dry thin film formation, etching, liquid resist method and the like. Considering the workability and work efficiency, when the number of openings is small, it is preferable to manufacture by laser drilling. An etching method is suitable when an opening having an opening width of about 15 μm to 100 μm is formed. In addition, when forming the opening shape of a fine through-hole in a taper shape, if it etches from the single side | surface side of metal foil, a taper-shaped opening shape can be formed easily. Moreover, after forming the through-hole of about 10 micrometers, the opening diameter can also be made small to about 1 micrometer-8 micrometers by the plating process. And, when processing a fine opening shape with an opening width of 50 μm or less, if manufactured by the resist method shown below, the degree of freedom in shape design can be increased, and a wide range of design conditions such as shape and size can be handled, In addition, fine pores can be formed beautifully and can be economically manufactured with a wide range of materials.

レジスト法を用いた孔開き金属箔の製造方法は、まず、スクリーン印刷法、グラビア印刷法、凸版印刷法、凹版印刷法等の印刷法やフォトレジストを用いて、厚みを有し、作製すべき孔開き金属箔の孔部分の形状に対応し、型枠となるエッチングレジスト層を支持金属表面に形成する。このエッチングレジスト層が支持金属表面に形成された状態で、電解めっき法により型枠となるエッチングレジスト層以外の部分に金属めっき層を電析させる。続いて、エッチングレジスト層を除去し、支持金属を剥離することにより、孔開き金属箔が得られる。このようにして得られた孔開き金属箔は、本発明に係る多孔金属層として、透過速度を調整可能な厚さが、後述するスポンジ状金属シート材の厚さよりも薄いものとすることができる。   A method for producing a perforated metal foil using a resist method should first have a thickness using a printing method such as a screen printing method, a gravure printing method, a relief printing method, an intaglio printing method, or a photoresist. Corresponding to the shape of the hole portion of the perforated metal foil, an etching resist layer serving as a mold is formed on the surface of the supporting metal. In a state where the etching resist layer is formed on the surface of the supporting metal, the metal plating layer is electrodeposited on a portion other than the etching resist layer serving as a mold by electrolytic plating. Subsequently, the perforated metal foil is obtained by removing the etching resist layer and peeling the supporting metal. The perforated metal foil thus obtained can have a thickness capable of adjusting the permeation rate as a porous metal layer according to the present invention, which is thinner than the thickness of a sponge-like metal sheet material described later. .

上記孔開き金属箔の他に、多孔金属層は、多孔質のスポンジ状金属シート材を用いることも好ましい。スポンジ状金属シート材は、いわゆる発泡金属を指し、多孔質形状であり、表面積が大きいので、多孔金属層内に気体又は液体を分散させられ、気体又は液体と多孔金属層との接触面積が広くなる。また、一つの孔が厚さ方向に貫通して開口している孔開き金属箔の場合と異なり、多孔金属層の透過経路が長くなる。このため、スポンジ状金属シート材を透過する気体又は液体の透過圧力を低減することができる。したがって、スポンジ状金属シート材を多孔金属層としてフェルト状繊維層に張り付けると、クラッドフィルター材からの気体又は液体の流入若しくは流出に際して、スポンジ状金属シート材が緩衝材となり、高圧で流入する気体又は液体を減圧して透過させることが可能で、物質流通量の制御が可能になる。   In addition to the perforated metal foil, it is also preferable to use a porous sponge-like metal sheet material for the porous metal layer. Sponge-like metal sheet material refers to so-called foam metal, and has a porous shape and a large surface area, so that gas or liquid can be dispersed in the porous metal layer, and the contact area between the gas or liquid and the porous metal layer is wide. Become. Further, unlike the case of the perforated metal foil in which one hole penetrates in the thickness direction, the permeation path of the porous metal layer becomes long. For this reason, the permeation | transmission pressure of the gas or liquid which permeate | transmits a sponge-like metal sheet material can be reduced. Therefore, when the sponge-like metal sheet material is pasted on the felt-like fiber layer as a porous metal layer, the sponge-like metal sheet material becomes a buffer material when the gas or liquid flows in or out from the cladding filter material, and the gas flowing in at high pressure Alternatively, the liquid can be permeated under reduced pressure, and the amount of material flow can be controlled.

上記多孔金属層は、銅、銅合金、チタン、チタン合金、タンタル、タンタル合金、ニオブ、ニオブ合金、ニッケル、ニッケル合金、バナジウム、白金、パラジウム、耐熱アルミニウム、ステンレス鋼のいずれかの材質からなるものが好ましく、クラッドフィルター材の用途に応じて選択することができる。例えば、本発明に係るクラッドフィルター材自体を反応触媒として使用する場合には、触媒反応に応じて、バナジウム、白金、パラジウムを用いることが好ましい。   The porous metal layer is made of any material of copper, copper alloy, titanium, titanium alloy, tantalum, tantalum alloy, niobium, niobium alloy, nickel, nickel alloy, vanadium, platinum, palladium, heat-resistant aluminum, and stainless steel. Is preferable, and can be selected according to the application of the clad filter material. For example, when the clad filter material itself according to the present invention is used as a reaction catalyst, it is preferable to use vanadium, platinum, or palladium according to the catalytic reaction.

なお、多孔金属層とフェルト状繊維層との組み合わせによっては両層の接着面に空隙が多くなり、十分な密着性が得られない場合がある。この場合、多孔金属層の表面を粗化処理することにより、密着強度を高めることができる。多孔金属層の粗化処理は、少なくとも、フェルト状繊維層との接着面側に施せば良い。   Depending on the combination of the porous metal layer and the felt-like fiber layer, there are cases where there are many voids on the bonding surfaces of both layers, and sufficient adhesion cannot be obtained. In this case, the adhesion strength can be increased by roughening the surface of the porous metal layer. What is necessary is just to perform the roughening process of a porous metal layer to the adhesion surface side with a felt-like fiber layer at least.

多孔金属層の粗化処理は、表面をエッチング粗化したり、めっき処理等を行う方法を採用することができる。しかし、多孔金属層は、薄く、微細な多孔金属であることから、めっき処理を採用すると、接着面側の表面の粗化処理を均質に施すことが容易であるので好ましい。   For the roughening treatment of the porous metal layer, a method of roughening the surface by etching or performing plating treatment can be employed. However, since the porous metal layer is a thin and fine porous metal, it is preferable to employ a plating process because it is easy to uniformly perform the roughening process on the surface on the bonding surface side.

めっきによる粗化処理は、最も一般的には多孔金属層の表面に微細金属粒を析出付着させ、その後当該微細金属粒の脱落を防ぐために被せめっきを行う方法が採用される。すなわち、多孔金属層の表面への微細金属粒の付着形成には、多孔金属層自体をカソード分極して、ヤケめっきの条件を採用して行う。このヤケめっき条件は、特に限定されるものではなく、生産ラインの特質を考慮して定められるものである。例えば、硫酸銅系溶液を用いて銅めっきして微細銅粒を形成するのであれば、濃度が銅5g/L〜20g/L、硫酸50g/L〜200g/L、その他必要に応じた添加剤(α−ナフトキノリン、デキストリン、ニカワ、チオ尿素等)、液温15℃〜40℃、電流密度10A/dm〜50A/dmの条件とする等である。The roughening treatment by plating most commonly employs a method of depositing fine metal particles on the surface of the porous metal layer and then performing covering plating in order to prevent the fine metal particles from falling off. That is, the formation of fine metal particles attached to the surface of the porous metal layer is performed by cathodic polarization of the porous metal layer itself and adopting the condition of burnt plating. The burn plating conditions are not particularly limited, and are determined in consideration of the characteristics of the production line. For example, if fine copper particles are formed by copper plating using a copper sulfate-based solution, the concentration is 5 g / L to 20 g / L copper, 50 g / L to 200 g / L sulfuric acid, and other additives as necessary. (Α-naphthoquinoline, dextrin, glue, thiourea, etc.), liquid temperature 15 ° C. to 40 ° C., current density 10 A / dm 2 to 50 A / dm 2 , and the like.

そして、微細金属粒の脱落を防止するための被せめっきとしては、析出付着させた微細金属粒の脱落を防止するために、平滑めっき条件で微細金属粒を被覆するように均一析出させるのである。したがって、微細金属粒を析出させる場合に比べ高濃度の電解液が用いられる。この平滑めっき条件は、特に限定されるものではなく、生産ラインの特質を考慮して定められるものである。例えば、硫酸銅系溶液を用いる銅めっきであれば、濃度が銅50g/L〜80g/L、硫酸50g/L〜150g/L、液温40℃〜50℃、電流密度10A/dm〜50A/dmの条件とする等である。Then, as the covering plating for preventing the fine metal particles from falling off, the fine metal particles are uniformly deposited so as to cover the fine metal particles under smooth plating conditions in order to prevent the fine metal particles deposited and adhered from falling off. Therefore, a high concentration electrolyte is used compared to the case where fine metal particles are deposited. The smooth plating conditions are not particularly limited and are determined in consideration of the characteristics of the production line. For example, in the case of copper plating using a copper sulfate-based solution, the concentrations are copper 50 g / L to 80 g / L, sulfuric acid 50 g / L to 150 g / L, liquid temperature 40 ° C. to 50 ° C., current density 10 A / dm 2 to 50 A. / Dm 2 and so on.

また、本発明に係るクラッドフィルター材は、気体又は液体を透過させることに伴い、多孔金属層が浸食される場合がある。そのため、多孔金属層は、多孔金属層の構成材料と、透過物との関係を考慮しながら、表面処理を行い耐食性を向上させることが好ましい。そこで、孔開き金属層の最外層には、長期保存性を確保する意味から、イミダゾール系剤やトリアゾール系剤を用いた有機防錆処理、亜鉛、真鍮等の亜鉛合金、ニッケル系合金、クロムめっき、クロメート等の組成を用いた無機防錆処理を施すことも可能である。例えば、本発明に係るクラッドフィルター材を、ダイレクトメタノール形燃料電池の燃料透過膜に用いた場合には、多孔金属層の表面に、すず−ニッケル合金めっき皮膜を形成させると、ギ酸、ホルムアルデヒド等に対する耐食性を向上させることができる。   In the clad filter material according to the present invention, the porous metal layer may be eroded along with the permeation of gas or liquid. Therefore, the porous metal layer is preferably subjected to surface treatment to improve the corrosion resistance in consideration of the relationship between the constituent material of the porous metal layer and the permeate. Therefore, the outermost layer of the perforated metal layer has an organic rust prevention treatment using imidazole and triazole agents, zinc alloys such as zinc and brass, nickel alloys, chrome plating for the purpose of ensuring long-term storage. It is also possible to perform an inorganic rust prevention treatment using a composition such as chromate. For example, when the clad filter material according to the present invention is used for a fuel permeable membrane of a direct methanol fuel cell, a tin-nickel alloy plating film is formed on the surface of the porous metal layer. Corrosion resistance can be improved.

なお、孔開き金属層は、フェルト状繊維層との接着面に粗化処理、防錆処理を任意に施したものを用いることができる。すなわち、粗化処理を単独で施した場合、粗化処理を行うことなく防錆処理のみを施した場合、粗化処理及び防錆処理の双方を施した場合の概念を含むものである。   In addition, the perforated metal layer can use the thing which gave the roughening process and the antirust process arbitrarily to the adhesion surface with a felt-like fiber layer. That is, the concept includes a case where the roughening treatment is performed alone, the case where only the rust prevention treatment is performed without performing the roughening treatment, and the case where both the roughening treatment and the rust prevention treatment are performed.

また、多孔金属層は、その厚さが1μm〜500μmであることが好ましい。多孔金属層の厚さは、クラッドフィルター材の用途、気体又は液体の透過速度等により上記範囲で任意に設定できる。多孔金属層の厚さは、孔開き金属箔の場合には1μm未満であると強度が不足し、スポンジ状金属シート材の場合には、透過性にムラが生じ易く、また流入する気体又は液体の圧力損失が大きすぎて、あらゆる用途での透過速度調整が困難になる。一方、500μmを上回る厚さの多孔金属層は、この厚さを超えるようにしてまでもクラッドフィルター材としての強度を向上させる必要もなく、小型軽量化の点でも実用に適さない。なお、多孔金属層のより好ましい厚さは、孔開き金属箔を用いる場合は3μm〜30μmであり、スポンジ状金属シート材を用いる場合は、50μm以上である。   Moreover, it is preferable that the thickness of a porous metal layer is 1 micrometer-500 micrometers. The thickness of the porous metal layer can be arbitrarily set within the above range depending on the use of the cladding filter material, the permeation rate of gas or liquid, and the like. When the thickness of the porous metal layer is less than 1 μm in the case of a perforated metal foil, the strength is insufficient, and in the case of a sponge-like metal sheet material, the permeability is likely to be uneven and the inflowing gas or liquid Therefore, it is difficult to adjust the permeation speed in every application. On the other hand, a porous metal layer having a thickness exceeding 500 μm does not need to improve the strength as a clad filter material even if it exceeds this thickness, and is not suitable for practical use in terms of reduction in size and weight. The more preferable thickness of the porous metal layer is 3 μm to 30 μm when a perforated metal foil is used, and is 50 μm or more when a sponge-like metal sheet material is used.

なお、厚さが50μm以上のスポンジ状金属シート材からなる多孔金属層を用いたクラッドフィルター材は、メタノールのクロスオーバーを防ぐことができるだけでなく、ダイレクトメタノール形燃料電池のメタノール透過膜に用いた場合に、メタノールの分解で生じる二酸化炭素の脱ガス性能が良好になる。   In addition, the clad filter material using the porous metal layer made of a spongy metal sheet material having a thickness of 50 μm or more can not only prevent methanol crossover, but is also used for a methanol permeable membrane of a direct methanol fuel cell. In this case, the degassing performance of carbon dioxide generated by the decomposition of methanol is improved.

次に、フェルト状繊維層に使用可能な繊維又は不織布について説明する。本発明で用いるフェルト状繊維層は、複数の繊維を構成材料として、これらを不規則に混ぜ合わせた状態で堆積する不織布が好ましい。このような不織布の繊維層を備えると、気体又は液体の流通経路を確保できるだけでなく、気体又は液体との広い接触面積を確保して液体を保持することができ、且つ、毛管力によって隅々まで液体を浸透させることができる。   Next, fibers or nonwoven fabrics that can be used for the felt-like fiber layer will be described. The felt-like fiber layer used in the present invention is preferably a non-woven fabric which is deposited in a state where a plurality of fibers are used as constituent materials and these are irregularly mixed. When such a nonwoven fabric fiber layer is provided, not only can a gas or liquid flow path be secured, but also a liquid can be retained with a wide contact area with the gas or liquid, and every corner by capillary force. Liquid can penetrate.

フェルト状繊維層には、金属繊維をプレス加工して得られる金属製不織布を用いることができる。例えば、メタルウール等が挙げられる。金属製不織布を用いると、耐熱性と耐久性とに優れたフェルト状繊維層とすることができ、金属製不織布をフェルト状繊維層としたクラッドフィルター材は、乗用車等の排煙脱硝触媒部材、排ガス脱臭触媒部材、燃焼触媒部材として好適である。   For the felt-like fiber layer, a metal nonwoven fabric obtained by pressing metal fibers can be used. For example, metal wool etc. are mentioned. When a metal nonwoven fabric is used, a felt-like fiber layer excellent in heat resistance and durability can be obtained, and a clad filter material using a metal nonwoven fabric as a felt-like fiber layer is a flue gas denitration catalyst member for passenger cars, It is suitable as an exhaust gas deodorization catalyst member and a combustion catalyst member.

また、前記フェルト状繊維層は、樹脂繊維からなる樹脂製不織布を用いることができる。樹脂製不織布を形成する樹脂繊維としては、レーヨン繊維、セルロース繊維、架橋ポリビニルアルコール繊維、液晶ポリマー、ポリエステル等が挙げられる。特に、ポリエステル、液晶ポリマーを用いた自己融着性不織布はバインダーを用いなくても、繊維同士の十分な接着強度を得ることができるので好適である。すなわち、自己融着性不織布は、融点が高く、必然的に表面の軟化温度も高くなるので、高温下での熱圧着に適しており、バインダーを用いなくても多孔金属層と十分な接着強度を得ることができ、且つ、繊維層を維持できるので好適である。従来、樹脂繊維層と金属層とを張り合わせる場合に、バインダーとしては、エポキシやアクリル系の樹脂を一般的に使用しているが、クラッドフィルター材のバインダーにこのような自己融着性樹脂を用いると、メタノールを透過させる場合には、メタノールにバインダー成分が溶出する点が課題となる。しかし、自己融着性不織布を採用することにより、上述のようなバインダーが不要となり、バインダー成分がメタノールへ溶出することがない。   Moreover, the said felt-like fiber layer can use the resin-made nonwoven fabrics which consist of a resin fiber. Examples of the resin fiber forming the resin nonwoven fabric include rayon fiber, cellulose fiber, cross-linked polyvinyl alcohol fiber, liquid crystal polymer, and polyester. In particular, a self-bonding nonwoven fabric using a polyester or a liquid crystal polymer is preferable because sufficient adhesive strength between fibers can be obtained without using a binder. In other words, the self-bonding nonwoven fabric has a high melting point and inevitably increases the softening temperature of the surface, so it is suitable for thermocompression bonding at high temperatures and has sufficient adhesive strength with the porous metal layer without using a binder. Is preferable, and the fiber layer can be maintained. Conventionally, epoxy and acrylic resins are generally used as the binder when the resin fiber layer and the metal layer are bonded together, but such a self-fusing resin is used as the binder for the clad filter material. When methanol is used, the problem is that the binder component is eluted in methanol. However, by employing a self-bonding nonwoven fabric, the above-described binder is not required, and the binder component does not elute into methanol.

更に、フェルト状繊維層は、その繊維表面を白金系触媒成分、パラジウム系触媒成分、金系触媒成分、鉄系触媒成分のいずれかを担持した触媒担持繊維であり、これらの1種又は2種以上を組み合わせて用いた触媒担持不織布を用いることができる。本発明に係るクラッドフィルター材は、気体又は液体の透過速度の制御が可能であるので、触媒担持不織布からなるフェルト状繊維層を用いると、フェルト状繊維層に気体又は液体を滞留させている間に触媒担持繊維の触媒作用を効果的に発揮させることができる。触媒担持不織布からなるフェルト状樹脂層を用いたクラッドフィルター材は、例えば、燃料の改質効果が得られる透過膜、乗用車等の排煙脱硝触媒部材、排ガス脱臭触媒部材、燃焼触媒部材として小型化、高機能化を図ることができる。   Further, the felt-like fiber layer is a catalyst-carrying fiber carrying one of a platinum-based catalyst component, a palladium-based catalyst component, a gold-based catalyst component, and an iron-based catalyst component on the fiber surface. A catalyst-supporting nonwoven fabric used in combination of the above can be used. Since the cladding filter material according to the present invention can control the permeation rate of gas or liquid, when a felt-like fiber layer made of a catalyst-supporting nonwoven fabric is used, the gas or liquid is retained in the felt-like fiber layer. Thus, the catalytic action of the catalyst-supporting fiber can be effectively exhibited. Cladding filter material using a felt-like resin layer made of a catalyst-supporting non-woven fabric is miniaturized as, for example, a permeable membrane that can produce a fuel reforming effect, a flue gas denitration catalyst member such as a passenger car, an exhaust gas deodorization catalyst member, or a combustion catalyst member , High functionality can be achieved.

そして、フェルト状繊維層は、樹脂繊維、触媒担持繊維、金属繊維の2種以上を組み合わせた複合繊維製不織布を用いることができる。例えば、フェルト状繊維層に金属繊維を含む場合に、樹脂繊維を組み合わせて、フェルト状繊維層の目付量を調整したり、耐食性、触媒量の調整等を考慮した配合とすることができる。   And the felt-like fiber layer can use the nonwoven fabric made from a composite fiber which combined 2 or more types of resin fiber, catalyst carrying | support fiber, and metal fiber. For example, when metal fibers are included in the felt-like fiber layer, resin fibers can be combined to adjust the basis weight of the felt-like fiber layer, or to take into account the corrosion resistance, adjustment of the catalyst amount, and the like.

クラッドフィルター材は、その用途に応じて、フェルト状繊維層の一面側のみに、孔開き金属箔又はスポンジ状金属シート材を張り合わせた構成、フェルト状繊維層の両面に孔開き金属箔又はスポンジ状金属シート材を張り合わせた構成、フェルト状繊維層の一面に孔開き金属箔、他面にスポンジ状金属シート材を張り合わせた構成のいずれを用いても良い。   The clad filter material has a configuration in which a perforated metal foil or a sponge-like metal sheet material is bonded to only one side of the felt-like fiber layer, depending on the application, and a perforated metal foil or sponge-like on both sides of the felt-like fiber layer. Any of a configuration in which a metal sheet material is laminated, a configuration in which a perforated metal foil is laminated on one surface of a felt-like fiber layer, and a sponge-like metal sheet material is laminated on the other surface may be used.

また、多孔金属層を両面に張り合わせる場合に、各面の開口率(空孔率)や厚さ等は個別に設定可能である。なお、フェルト状繊維層の両面に孔開き金属箔を張り合わせる場合には、各面に張り合わせる孔開き金属箔の孔の位置、大きさ、形状はそれぞれ任意に設定可能である。フェルト状繊維層の両面に設ける各孔開き金属箔の孔の位置や大きさを変えることにより、透過速度を細かく調整することができる。また、二酸化炭素等のガスを抜けやすくする場合や、逆に、滞留させたりするような場合等、必要に応じて任意のパターンを形成することができる。   Moreover, when bonding a porous metal layer on both surfaces, the aperture ratio (porosity), thickness, etc. of each surface can be set individually. When the perforated metal foil is bonded to both sides of the felt-like fiber layer, the position, size and shape of the perforated metal foil bonded to each surface can be arbitrarily set. By changing the position and size of the holes of each perforated metal foil provided on both sides of the felt-like fiber layer, the transmission speed can be finely adjusted. In addition, an arbitrary pattern can be formed as necessary, for example, when gas such as carbon dioxide is easily removed or when the gas is retained.

また、フェルト状繊維層及び/又は多孔金属層に、親水化処理、極性基の導入、物理的粗化処理等の表面改質処理を施しても良い。このような表面改質処理により、例えば、触媒担持性、保水性や、フェルト状繊維層と多孔金属層との密着性を向上させることができる。表面改質処理の例としては、グラフト化処理、スルホン化処理、プラズマ処理、UV処理、化学薬品処理、表面の機械研磨等が挙げられる。この他、多孔金属層には、目的に応じて、例えば、クロメート処理等の表面処理を施しても良い。   In addition, the felt-like fiber layer and / or the porous metal layer may be subjected to a surface modification treatment such as a hydrophilic treatment, introduction of a polar group, or a physical roughening treatment. By such surface modification treatment, for example, catalyst supportability, water retention, and adhesion between the felt-like fiber layer and the porous metal layer can be improved. Examples of the surface modification treatment include grafting treatment, sulfonation treatment, plasma treatment, UV treatment, chemical treatment, surface mechanical polishing, and the like. In addition, the porous metal layer may be subjected to a surface treatment such as a chromate treatment according to the purpose.

また、フェルト状繊維層との接触面における孔開き金属箔の表面に粗化処理を施して、親水性を付与することができる。孔開き金属箔の表面に親水性を付与することにより、フェルト状繊維層との接触面付近まで液体が行き渡りやすくなる。例えば、クラッドフィルター材を、ダイレクトメール型燃料電池の燃料供給量の調整フィルターとして用いる場合には、燃料がクラッドフィルター材内部に隅々まで行き渡り、燃料保持の均一化を図ることができ、燃料電池の出力特性の向上が期待できる。   Moreover, a roughening process can be given to the surface of the perforated metal foil in a contact surface with a felt-like fiber layer, and hydrophilicity can be provided. By imparting hydrophilicity to the surface of the perforated metal foil, the liquid easily spreads to the vicinity of the contact surface with the felt-like fiber layer. For example, when a clad filter material is used as an adjustment filter for the fuel supply amount of a direct mail type fuel cell, the fuel can reach every corner of the clad filter material to achieve uniform fuel retention. The output characteristics can be improved.

そして、本発明に係るクラッドフィルター材の厚さは、25μm〜600μmであることが好ましい。クラッドフィルター材の強度を考慮すると、厚さの下限は25μmである。そして、本発明に係るクラッドフィルター材は、薄くて軽量でありながら、透過速度を制御可能であることが特徴であるので、600μmを上回るクラッドフィルター材は、小型化の課題が解決し難い。なお、フィルター材として炭素質多孔体を用いた場合、強度の問題で薄くすることが難しいが、本発明に係るクラッドフィルター材は、十分な強度を備えながら薄化できる点が特徴の一つである。   And it is preferable that the thickness of the clad filter material which concerns on this invention is 25 micrometers-600 micrometers. Considering the strength of the clad filter material, the lower limit of the thickness is 25 μm. The clad filter material according to the present invention is characterized by being capable of controlling the transmission speed while being thin and light, and therefore, the clad filter material exceeding 600 μm is difficult to solve the problem of downsizing. When a carbonaceous porous material is used as a filter material, it is difficult to reduce the thickness due to strength problems, but the clad filter material according to the present invention is characterized in that it can be thinned with sufficient strength. is there.

クラッドフィルター材の製造方法:本発明に係るクラッドフィルター材の第一製造形態並びに第二製造形態を順に示す。 Manufacturing method of clad filter material: A first manufacturing mode and a second manufacturing mode of the clad filter material according to the present invention are shown in order.

[クラッドフィルター材の第一製造形態]
本発明に係るクラッドフィルター材の第一製造形態は、以下の工程A及び工程Bを経て上記クラッドフィルター材とする。図1は、フェルト状繊維層2の両面に多孔金属層3を張り付ける工程を示す模式図であり、この図を参照しながら説明する。
[First production form of clad filter material]
The 1st manufacturing form of the clad filter material which concerns on this invention makes it the said clad filter material through the following processes A and B. FIG. 1 is a schematic view showing a process of attaching the porous metal layer 3 to both sides of the felt-like fiber layer 2 and will be described with reference to this figure.

工程A: 予め成形されているフェルト状繊維層の片面又は両面に、多孔金属層を構成する孔開き金属箔又は多孔質のスポンジ状金属シート材を当接させ積層状態とする。例えば、プレスプレート5の上に、離形フィルム6、多孔金属層3、フェルト状繊維層2、多孔金属層3の順に積層する(図1(1)〜(3)参照)。 Step A: A perforated metal foil or a porous sponge-like metal sheet constituting the porous metal layer is brought into contact with one surface or both surfaces of the previously formed felt-like fiber layer to form a laminated state. For example, the release film 6, the porous metal layer 3, the felt-like fiber layer 2, and the porous metal layer 3 are laminated on the press plate 5 in this order (see FIGS. 1 (1) to (3)).

前記離形フィルム6は、プレス加圧により、プレスプレート5と多孔金属箔3とが接合するのを防ぎ、剥離後の仕上がりを良くするために用いる。なお、プレス時に、プレスプレート5と離形フィルム6との間に、プレス加工補助材として、銅箔(不図示)を挟むと、熱伝導性に優れる効果を奏するので、プレス処理の仕上がりが良好となり好ましい。   The release film 6 is used to prevent the press plate 5 and the porous metal foil 3 from being bonded to each other by press pressing and to improve the finish after peeling. In addition, when a copper foil (not shown) is sandwiched between the press plate 5 and the release film 6 as a pressing process aid during pressing, the effect of excellent thermal conductivity is exhibited, so that the press processing finish is good. It is preferable.

工程B: この積層状態を維持したまま、プレス圧をかけ、フェルト状繊維層表面の軟化温度以上の温度で加熱を行い、その後降温することで、フェルト状繊維層と多孔金属層とが張り合わせられたクラッドフィルター材を得る。フェルト状繊維層表面の軟化温度とは、フェルト状繊維層の構成成分の軟化が始まり、少なくとも物理的な力を加えなくてもフェルト状繊維層の表面の変形が始まる温度を言う。 Step B: While maintaining this laminated state, press pressure is applied, heating is performed at a temperature equal to or higher than the softening temperature of the felt-like fiber layer surface, and then the temperature is lowered to bond the felt-like fiber layer and the porous metal layer together. A clad filter material is obtained. The softening temperature of the felt-like fiber layer surface refers to a temperature at which the components of the felt-like fiber layer begin to soften and deformation of the surface of the felt-like fiber layer starts at least without applying physical force.

例えば、図1(3)に示すように、構成材の積層体の最上面に、更に、離形フィルム6、プレスプレート(鏡板、ステンレス板等)5を順に載せ、この状態で、図1(4)に示すように、プレス機4に載置して、プレス圧をかける。このとき、フェルト状繊維層と多孔金属層とを接合しやすくするために、加熱によりフェルト状繊維層の表面が軟化した状態で、プレス圧をかけて多孔金属層との密着性を高める。例えば、両面に多孔金属層3を備えている場合は、上下両面のプレスプレート5,5を所望の温度に加熱した状態でプレス圧をかける。これにより、フェルト状繊維層と多孔金属層とを熱圧着させる。そして、その後降温することで、図1(5)に示す様に、フェルト状繊維層2と多孔金属層3とが張り合わせられたクラッドフィルター材1を得る。   For example, as shown in FIG. 1 (3), a release film 6 and a press plate (end plate, stainless steel plate, etc.) 5 are further placed in this order on the top surface of the laminate of the constituent materials. As shown to 4), it mounts on the press machine 4 and applies a press pressure. At this time, in order to facilitate the joining of the felt-like fiber layer and the porous metal layer, a press pressure is applied in a state where the surface of the felt-like fiber layer is softened by heating to enhance the adhesion with the porous metal layer. For example, when the porous metal layer 3 is provided on both sides, the press pressure is applied in a state where the upper and lower press plates 5 and 5 are heated to a desired temperature. Thereby, a felt-like fiber layer and a porous metal layer are thermocompression bonded. Then, by lowering the temperature thereafter, as shown in FIG. 1 (5), the clad filter material 1 in which the felt-like fiber layer 2 and the porous metal layer 3 are bonded together is obtained.

工程Bにおけるプレス圧は、積層材料の種類によって異なるが、多孔金属層とフェルト樹脂層との接触面の部分が熱圧着され、且つ、フェルト樹脂の繊維質が保たれた状態にするために、1kg/cm〜60kg/cmの範囲で圧力をかける。より好ましくは10kg/cm前後の圧力をかけるのが好ましい。Although the press pressure in the process B varies depending on the type of the laminated material, in order to obtain a state in which the contact surface portion between the porous metal layer and the felt resin layer is thermocompression bonded and the fiber of the felt resin is maintained. applying a pressure in the range of 1kg / cm 2 ~60kg / cm 2 . More preferably, a pressure of about 10 kg / cm 2 is applied.

上述の通り、プレス加圧時の加熱温度は、フェルト状繊維層の表面の軟化温度以上とする必要があるが、フェルト状繊維層の軟化温度は、フェルト状繊維層の構成成分、繊維の径や、不織布の密度等の諸条件によって異なる。したがって、加熱温度は、採用する材料、圧力、湿度、雰囲気(大気、真空)時間等に応じて、フェルト状繊維層表面の軟化点より5℃〜15℃高温、好ましくは5℃〜10℃高温の範囲で、適宜設定することが好ましい。加熱温度を上記範囲とすることにより、フェルト状繊維層の加熱された側の表面のみが溶融するので、繊維層が維持された状態で、多孔金属層に融着する。また、開口部へのフェルト状繊維層の染み出しを防ぐことができる。   As described above, the heating temperature at the time of pressurization needs to be equal to or higher than the softening temperature of the surface of the felt-like fiber layer, but the softening temperature of the felt-like fiber layer is a constituent component of the felt-like fiber layer, the fiber diameter. It depends on various conditions such as the density of the nonwoven fabric. Accordingly, the heating temperature is 5 to 15 ° C higher than the softening point of the felt-like fiber layer surface, preferably 5 to 10 ° C higher, depending on the material, pressure, humidity, atmosphere (air, vacuum) time, etc. It is preferable to set appropriately within the range. By setting the heating temperature in the above range, only the heated surface of the felt-like fiber layer is melted, so that the fiber layer is maintained and fused to the porous metal layer. Moreover, the felt-like fiber layer can be prevented from oozing out into the opening.

このとき、金属の熱伝導性を利用して多孔金属層側から加熱すると、多孔金属層とフェルト状繊維層との当接部分では両層が接合するのに対し、多孔金属層の開口部分は、金属がフェルト状繊維層に接していないためにフェルト状繊維層が溶けないので、当該開口部分におけるフェルト状繊維層の透過性は確保される。なお、フェルト状繊維層と多孔金属層との接触面付近のみを熱圧着すべく、加熱時間は10秒〜5分程度とすることが望ましい。   At this time, when heating from the porous metal layer side using the thermal conductivity of the metal, both layers are joined at the contact portion between the porous metal layer and the felt-like fiber layer, whereas the opening portion of the porous metal layer is The felt-like fiber layer does not melt because the metal is not in contact with the felt-like fiber layer, so that the permeability of the felt-like fiber layer at the opening is ensured. The heating time is preferably about 10 seconds to 5 minutes so that only the vicinity of the contact surface between the felt fiber layer and the porous metal layer is thermocompression bonded.

ここで、上記方法と異なり、金属層とフェルト状繊維層とを接合させた後、レーザー等により金属層に開口を設ける方法を用いると、金属層の開口部分におけるフェルト状繊維層が加熱により溶融し、開口部分におけるフェルト状繊維層の溶融状態にバラツキが生じ易く、透過性能の精度が劣るものとなる。   Here, unlike the above method, when the metal layer and the felt-like fiber layer are joined together and then a method of providing an opening in the metal layer with a laser or the like is used, the felt-like fiber layer in the opening portion of the metal layer is melted by heating. However, the melted state of the felt-like fiber layer at the opening tends to vary, and the accuracy of the permeation performance is poor.

[クラッドフィルター材の第二製造形態]
本発明に係るクラッドフィルター材の第二製造形態は、以下の工程a〜工程cを経てクラッドフィルター材とする。
[Second production form of clad filter material]
The 2nd manufacturing form of the clad filter material which concerns on this invention is made into a clad filter material through the following process a-process c.

工程a: フェルト状繊維層を構成するための樹脂繊維、触媒担持樹脂繊維、金属繊維のいずれか1種又は2種以上を用いて、フェルト状繊維層を構成するための原料繊維の選択又はブレンドを行い、原料繊維の調整を行う。クラッドフィルター材の用途に応じて原料繊維を選択する。このように原料繊維から調整すると、使用条件に最適なフェルト状繊維層を形成することができる。また、第一製造形態の様に、予め繊維層を形成する場合と比べ、プレス成形が一度で済むので、工程が簡略化できるだけでなく、フェルト状繊維層に対する加熱の影響を低減することができる。 Step a: Selection or blending of raw fibers for constituting a felt-like fiber layer using any one or more of resin fibers, catalyst-supporting resin fibers, and metal fibers for constituting a felt-like fiber layer The raw fiber is adjusted. The raw fiber is selected according to the use of the clad filter material. Thus, if it adjusts from a raw material fiber, the felt-like fiber layer optimal for use conditions can be formed. In addition, as in the first production mode, compared to the case where the fiber layer is formed in advance, press forming is only required once, so that not only the process can be simplified but also the influence of heating on the felt-like fiber layer can be reduced. .

工程b: 製造しようとするクラッドフィルター材の層構成(多孔金属層/フェルト状繊維層、又は、多孔金属層/フェルト状繊維層/多孔金属層)に合わせて、フェルト状繊維層を構成する原料繊維と、多孔金属層を構成する孔開き金属箔又はスポンジ状金属シート材とを当接させて、積層状態とする。このとき、型枠を用意して、この型枠内でクラッドフィルター材の構成材料を積層させると、プレス時の形状安定性が向上するので好ましい。 Step b: Raw material constituting the felt-like fiber layer in accordance with the layer structure (porous metal layer / felt-like fiber layer or porous metal layer / felt-like fiber layer / porous metal layer) of the clad filter material to be manufactured The fibers are brought into contact with a perforated metal foil or a sponge-like metal sheet material constituting the porous metal layer to form a laminated state. At this time, it is preferable to prepare a mold and laminate the constituent materials of the clad filter material in the mold because the shape stability during pressing is improved.

工程c: 工程bで得られた積層状態を維持したまま、プレス圧をかけ、フェルト状繊維層表面の軟化温度以上の温度で加熱を行い、その後降温することで、フェルト状繊維層と多孔金属層とが張り合わせられたクラッドフィルター材を得る。 Step c: While maintaining the laminated state obtained in step b, press pressure is applied, heating is performed at a temperature equal to or higher than the softening temperature of the felt-like fiber layer surface, and then the temperature is lowered, so that the felt-like fiber layer and the porous metal are heated. A clad filter material in which the layers are laminated is obtained.

なお、フェルト状繊維層の繊維質を維持するために、フェルト状繊維層を構成する材料は、多孔金属層を構成する材料より融点の低いものを選択することが好ましい。フェルト状繊維層の材料として、多孔金属層より高い融点の金属繊維を用いる場合は、金属繊維をプレス加工して得られる金属製不織布を用意して、上記第一の形態に示した製造方法により形成すると、多孔金属層とフェルト状繊維層との接触面付近だけが軟化して接合するので、繊維層を維持できる。   In order to maintain the fiber of the felt-like fiber layer, the material constituting the felt-like fiber layer is preferably selected to have a lower melting point than the material constituting the porous metal layer. When using a metal fiber having a melting point higher than that of the porous metal layer as a material for the felt-like fiber layer, prepare a metal nonwoven fabric obtained by pressing the metal fiber and use the manufacturing method shown in the first embodiment. When formed, only the vicinity of the contact surface between the porous metal layer and the felt-like fiber layer is softened and joined, so that the fiber layer can be maintained.

以下、実施例を示して本発明を具体的に説明する。なお、本発明は以下の実施例に制限されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples. In addition, this invention is not restrict | limited to a following example.

実施例1は、自己融着性不織布からなるフェルト状繊維層の両面に、多孔金属層として孔開きニッケル箔を張り付けたクラッドフィルター材を示す。   Example 1 shows a clad filter material in which a perforated nickel foil is attached as a porous metal layer on both sides of a felt-like fiber layer made of a self-bonding nonwoven fabric.

自己融着性不織布は、株式会社クラレ製 ベクルスMBBK(商品名)(厚さ116μm、目付量40g/m、密度0.341g/m)を用いた。多孔金属層としての孔開きニッケル箔は、厚さ9μmであり、直径95μmの円形の貫通孔を複数有し、当該貫通孔の中心間の距離が等間隔となるように形成され、開口率が24%であるものを用いた。なお、孔開きニッケル箔は、簡易な方法であるスクリーン印刷法を用いて基板上に略半球状に突起したレジスト型枠を形成した後、電解めっきし、レジスト型枠を除去して作製した孔開きニッケル箔を用いた。As the self-bonding non-woven fabric, Kuraray Co., Ltd., Vecles MBBK (trade name) (thickness 116 μm, basis weight 40 g / m 2 , density 0.341 g / m 2 ) was used. The perforated nickel foil as the porous metal layer has a thickness of 9 μm, has a plurality of circular through holes with a diameter of 95 μm, and is formed so that the distances between the centers of the through holes are equal. What was 24% was used. In addition, the perforated nickel foil is a hole formed by forming a resist mold projecting in a substantially hemispherical shape on a substrate using a simple method of screen printing, and then performing electroplating to remove the resist mold. An open nickel foil was used.

図1(1)〜(3)に示すように、プレスプレート5(ステンレス板)の上に、プレス加工補助材としての銅箔、離形フィルム6としてのポリイミドフィルムを順に載置した。そして、離形フィルム6の上に孔開きニッケル箔3/自己融着性不織布2/孔開きニッケル箔3の順に積層し、更に、最上層の孔開きニッケル箔3の上面に、再度、離形フィルム6とプレスプレート5とを積層した(工程A)。   As shown in FIGS. 1 (1) to (3), a copper foil as a press working auxiliary material and a polyimide film as a release film 6 were placed in this order on a press plate 5 (stainless steel plate). Then, the perforated nickel foil 3 / the self-bonding nonwoven fabric 2 / the perforated nickel foil 3 are laminated on the release film 6 in this order, and the release is again performed on the upper surface of the uppermost perforated nickel foil 3. The film 6 and the press plate 5 were laminated (step A).

プレスプレート5に挟まれた状態の上記材料を、その積層状態を維持したままでプレス機4に載置した。プレス圧8.5kg/cmをかけ、自己融着性不織布の表面の軟化温度を試験により測定した結果に基づいて、自己融着性不織布の軟化温度より高い250℃で5分間加熱を行った。なお、プレス機は、温度プログラム制御式の加熱冷却成形機 PY−30EA型(株式会社小平製作所製)を使用した。その後、降温することで、フェルト状繊維層2と孔開きニッケル箔3,3(多孔金属層)とが張り合わせられたクラッドフィルター材1を得た(工程B)。The material sandwiched between the press plates 5 was placed on the press 4 while maintaining the laminated state. Based on the result of measuring the softening temperature of the surface of the self-bonding nonwoven fabric by applying a press pressure of 8.5 kg / cm 2 , heating was performed for 5 minutes at 250 ° C. higher than the softening temperature of the self-bonding nonwoven fabric. . The press machine used was a temperature program controlled heating / cooling molding machine PY-30EA (manufactured by Kodaira Seisakusyo Co., Ltd.). Then, the clad filter material 1 by which the felt-like fiber layer 2 and the perforated nickel foils 3 and 3 (porous metal layer) were bonded together was obtained by lowering the temperature (Step B).

実施例1で得られたクラッドフィルター材を、孔開きニッケル箔形成面側から撮影したSEM観察像を図3に示す。図3を見ると、孔開きニッケル箔の開口部から、繊維質を維持し、空隙を有する液晶ポリマー不織布が露出しているのが分かる。   The SEM observation image which image | photographed the clad filter material obtained in Example 1 from the perforated nickel foil formation surface side is shown in FIG. From FIG. 3, it can be seen that the liquid crystal polymer nonwoven fabric that maintains the fiber and has voids is exposed from the opening of the perforated nickel foil.

実施例1のクラッドフィルター材の透過性を検証するため、ダイレクトメタノール形燃料電池の燃料として用いられるメタノール水溶液を、実施例1のクラッドフィルター材に透過させて液透過速度を測定した。詳細には、ガラスタイプの減圧濾過用フィルターホルダー(ADVANTEC社製 KG25)に、クラッドフィルター材を、孔開きニッケル箔(多孔金属層)が上下面となるように挟んで固定した。固定したクラッドフィルター材の上面側に配置された容量22mlのファンネルに濃度12.3mol/Lのメタノール水溶液(液温25℃)20mlを入れて、減圧せずに透過させ、透過時のファンネルの目盛りで15mlから5mlにメタノール水溶液が減るまでの時間、すなわち、メタノール水溶液10mlが透過するのに要する時間を計測した。また、多孔金属層として用いた上記孔開きニッケル箔単体並びにフェルト状繊維層として用いた上記自己融着性不織布についても、上記と同じ条件で個別にメタノール水溶液の透過速度を測定した。   In order to verify the permeability of the clad filter material of Example 1, an aqueous methanol solution used as the fuel of the direct methanol fuel cell was allowed to permeate the clad filter material of Example 1 and the liquid permeation rate was measured. Specifically, the clad filter material was sandwiched and fixed to a glass-type vacuum filter holder (KG25 manufactured by ADVANTEC) so that the perforated nickel foil (porous metal layer) was on the upper and lower surfaces. Place 20 ml of methanol solution (liquid temperature 25 ° C.) with a concentration of 12.3 mol / L into a funnel with a capacity of 22 ml arranged on the upper surface side of the fixed clad filter material, and pass through without depressurization. The time required for the methanol aqueous solution to decrease from 15 ml to 5 ml, that is, the time required for 10 ml of the methanol aqueous solution to permeate was measured. Moreover, the permeation | transmission rate of methanol aqueous solution was measured separately on the same conditions as the above about the said perforated nickel foil single-piece | unit used as a porous metal layer, and the said self-bonding nonwoven fabric used as a felt-like fiber layer.

その結果、実施例1のクラッドフィルター材は、ファンネルのメタノール水溶液が15mlから5mlに減るのに139秒を要した。一方、孔開きニッケル箔の透過時間は25秒、自己融着性不織布の透過時間は30秒となった。この結果から、実施例1のクラッドフィルター材のメタノール水溶液透過時間は、当該クラッドフィルター材の使用材料としての自己融着性不織布と、孔開きニッケル箔2枚分の透過速度の単純合算値である80秒よりも大幅に長い時間を要した。   As a result, the clad filter material of Example 1 required 139 seconds for the funnel aqueous methanol solution to decrease from 15 ml to 5 ml. On the other hand, the permeation time of the perforated nickel foil was 25 seconds, and the permeation time of the self-bonding nonwoven fabric was 30 seconds. From this result, the methanol aqueous solution permeation time of the clad filter material of Example 1 is a simple sum of the permeation speeds of the self-bonding nonwoven fabric as the material used for the clad filter material and two perforated nickel foils. It took much longer than 80 seconds.

更に、孔開きニッケル箔の耐食性について試験した。すなわち、メタノール50vol%と水49vol%とギ酸1vol%とからなる試験液100mlを200mlのコニカルビーカー中に入れ、この中に3.5cm角の孔開きニッケル箔を入れ、27℃(室温)で1週間放置した。1週間放置後の試験液中への溶解量について、ICP法により測定し、定量分析した。その結果、ニッケルの溶解量は、230ppm以下だった。   Furthermore, the corrosion resistance of the perforated nickel foil was tested. That is, 100 ml of a test solution consisting of 50 vol% methanol, 49 vol% water and 1 vol% formic acid was placed in a 200 ml conical beaker, and a 3.5 cm square perforated nickel foil was placed therein, and the test solution was 1 at 27 ° C. (room temperature). Left for a week. The amount dissolved in the test solution after standing for 1 week was measured by ICP method and quantitatively analyzed. As a result, the dissolution amount of nickel was 230 ppm or less.

実施例2は、実施例1の孔開きニッケル箔よりも、開口がより少ない孔開きニッケル箔を、フェルト状繊維層の両面に張り付けたクラッドフィルター材の例を示す。   Example 2 shows an example of a clad filter material in which a perforated nickel foil having fewer openings than the perforated nickel foil of Example 1 is attached to both sides of a felt-like fiber layer.

フェルト状繊維層は、実施例1と同じ自己融着性不織布を同じ条件で用いた。そして、多孔金属層としての孔開きニッケル箔は、厚さ9μmであり、直径50μmの円形の貫通孔を複数有し、当該貫通孔の中心間の距離が等間隔となるように形成され、開口率が5%であるものを用いた。   For the felt-like fiber layer, the same self-bonding nonwoven fabric as in Example 1 was used under the same conditions. The perforated nickel foil as the porous metal layer has a thickness of 9 μm, has a plurality of circular through holes with a diameter of 50 μm, and is formed so that the distances between the centers of the through holes are equal. The one with a rate of 5% was used.

孔開きニッケル箔は、より微細加工に優れ、微細形状の孔開き金属箔の製造に適したドライフィルムを用いたフォトレジスト法により製造したものを用いた。すなわち、表面処理を施した基板上にドライフィルム(厚さ25μm)を張り付け、このドライフィルム上面に作製すべき孔開き金属箔の表面形状に対応したフォトマスクを配置した後、紫外線を照射して前記ドライフィルムを露光現像してフォトレジストを部分的に硬化させ、不要部分を除去して突起状の型枠を製造し、電解めっき後、前記型枠を除去する方法により製造した。   As the perforated nickel foil, one produced by a photoresist method using a dry film excellent in fine processing and suitable for the production of a fine perforated metal foil was used. That is, a dry film (thickness 25 μm) is pasted on the surface-treated substrate, a photomask corresponding to the surface shape of the perforated metal foil to be prepared is placed on the top surface of the dry film, and then irradiated with ultraviolet rays. The dry film was exposed and developed to partially cure the photoresist, and unnecessary portions were removed to produce a protruding mold, and after electrolytic plating, the mold was removed.

実施例1と同様に、プレスプレート(ステンレス板)の上に、プレス加工補助材としての銅箔、離形フィルムとしてのポリイミドフィルムを順に載置した。そして、離形フィルムの上に孔開きニッケル箔/自己融着性不織布/孔開きニッケル箔の順に積層し、更に、最上層の孔開きニッケル箔の上面に、再度、離形フィルム、銅箔、プレスプレートの順に積層した(工程A)。   In the same manner as in Example 1, a copper foil as a press working auxiliary material and a polyimide film as a release film were sequentially placed on a press plate (stainless steel plate). And it laminates in order of perforated nickel foil / self-bonding non-woven fabric / perforated nickel foil on the release film, and on the upper surface of the uppermost perforated nickel foil, again, the release film, copper foil, The press plates were stacked in the order (step A).

プレスプレートに挟まれた状態の上記材料を、その積層状態を維持したままでプレス機に載置し、プレス圧8.5kg/cmをかけ、250℃で5分間加熱を行った。その後、降温することで、フェルト状繊維層と孔開きニッケル箔(多孔金属層)とが張り合わせられたクラッドフィルター材を得た(工程B)。The material sandwiched between the press plates was placed on a press while maintaining the laminated state, applied with a press pressure of 8.5 kg / cm 2 , and heated at 250 ° C. for 5 minutes. Then, the clad filter material with which the felt-like fiber layer and the perforated nickel foil (porous metal layer) were bonded together was obtained by lowering the temperature (Step B).

実施例2で得られたクラッドフィルター材を、孔開きニッケル箔形成面側から撮影したSEM観察像を図4に示す。図4を見ると、実施例1と同様に、孔開きニッケル箔の開口部から、繊維質を維持し、空隙を有する自己融着性不織布が露出しているのが分かる。   The SEM observation image which image | photographed the clad filter material obtained in Example 2 from the perforated nickel foil formation surface side is shown in FIG. When FIG. 4 is seen, like Example 1, it turns out that the self-bonding nonwoven fabric which maintains a fiber and has a space | gap is exposed from the opening part of perforated nickel foil.

実施例2のクラッドフィルター材を、実施例1と同じ方法で、濃度12.3mol/Lのメタノール水溶液(液温25℃)を透過させて、液透過速度を測定した。その結果、実施例2のクラッドフィルター材は、ファンネルのメタノール水溶液が15mlから5mlに減るのに650秒を要した。また、実施例1と同様に、孔開きニッケル箔のみの液透過速度を計測したところ、27秒を要した。この結果から、実施例2のクラッドフィルター材のメタノール水溶液の透過時間は、当該クラッドフィルター材の使用材料としての自己融着性不織布と、孔開きニッケル箔2枚分の透過速度の単純合算値である84秒よりも大幅に長い時間を要した。   The clad filter material of Example 2 was permeated with a methanol aqueous solution (liquid temperature 25 ° C.) having a concentration of 12.3 mol / L in the same manner as in Example 1, and the liquid permeation rate was measured. As a result, the clad filter material of Example 2 required 650 seconds for the funnel aqueous methanol solution to decrease from 15 ml to 5 ml. Moreover, when the liquid permeation rate of only the perforated nickel foil was measured as in Example 1, it took 27 seconds. From this result, the permeation time of the aqueous methanol solution of the clad filter material of Example 2 is a simple sum of the permeation speeds of the self-bonding nonwoven fabric as the material used for the clad filter material and two perforated nickel foils. It took much longer than 84 seconds.

更に、孔開きニッケル箔の耐食性について試験した。実施例1と同じ条件で3.5cm角の孔開きニッケル箔を試験液中に入れ、27℃(室温)で1週間放置した。1週間放置後の試験液中への溶解量について、ICP法により測定し、定量分析した。その結果、ニッケルの溶解量は156ppmだった。   Furthermore, the corrosion resistance of the perforated nickel foil was tested. Under the same conditions as in Example 1, a 3.5 cm square perforated nickel foil was placed in the test solution and allowed to stand at 27 ° C. (room temperature) for 1 week. The amount dissolved in the test solution after standing for 1 week was measured by ICP method and quantitatively analyzed. As a result, the dissolution amount of nickel was 156 ppm.

実施例2のクラッドフィルター材は、実施例1の場合と比べて、液透過速度が大幅に遅くなり、透過速度の長時間化を図ることができた。この結果、多孔金属層の開口条件を調整することによって、透過速度を調整可能であることが示された。   Compared with the case of Example 1, the clad filter material of Example 2 was significantly slowed in the liquid permeation rate, and the permeation rate could be prolonged. As a result, it was shown that the permeation speed can be adjusted by adjusting the opening condition of the porous metal layer.

実施例3は、実施例1と同じ自己融着性樹脂からなるフェルト状繊維層の両面に、多孔金属層として孔開き銅箔を張り付けたクラッドフィルター材を示す。   Example 3 shows a clad filter material in which a perforated copper foil is attached as a porous metal layer on both sides of a felt-like fiber layer made of the same self-adhesive resin as in Example 1.

最初に、孔開き銅箔について説明する。孔開き銅箔は、直径が平均15μmの円形の孔を複数設け、開口率1%のものを、ドライフィルムを用いたフォトレジスト法により製造したものを用いた。まず、孔開き銅箔の作製方法について説明する。   First, the perforated copper foil will be described. As the perforated copper foil, one having a plurality of circular holes having an average diameter of 15 μm and an aperture ratio of 1% manufactured by a photoresist method using a dry film was used. First, a method for producing a perforated copper foil will be described.

キャリア銅箔(厚さ35μm)に、ドライフィルム(厚さ15μm)を張り付け、次いで、このドライフィルム上面に、作製すべき孔開き金属箔の表面形状に対応したフォトマスクを配置した後、紫外線を照射して前記ドライフィルムを露光現像してフォトレジストを部分的に硬化させ、不要部分を除去して直径15μmの円柱状の突起からなるレジスト型枠を形成した。   A dry film (thickness 15 μm) is pasted on the carrier copper foil (thickness 35 μm), and then a photomask corresponding to the surface shape of the perforated metal foil to be produced is placed on the upper surface of the dry film, and then ultraviolet rays are applied. The dry film was exposed and developed by irradiation to partially cure the photoresist, and unnecessary portions were removed to form a resist mold consisting of cylindrical protrusions having a diameter of 15 μm.

レジスト型枠が形成されたキャリア銅箔上に剥離層を形成した。剥離層は、キャリア銅箔と孔開き銅箔との間に形成することにより、最終的に孔開き銅箔からキャリア銅箔を除去する際に、容易に剥離するために形成する。剥離層は、3.5g/Lのカルボキシベンゾトリアゾールを、硫酸を用いてpH5.0に調整し、浴温40℃とし、この溶液中に15秒浸漬させて形成した。   A release layer was formed on the carrier copper foil on which the resist mold was formed. The release layer is formed between the carrier copper foil and the perforated copper foil so as to be easily peeled when the carrier copper foil is finally removed from the perforated copper foil. The release layer was formed by adjusting 3.5 g / L of carboxybenzotriazole to pH 5.0 using sulfuric acid, setting the bath temperature to 40 ° C., and immersing in this solution for 15 seconds.

続いて、レジスト型枠上に、電解銅めっきにより厚さ10μmの銅めっき層を形成した。電解銅めっきの浴組成及び電解条件を以下に示す。   Subsequently, a 10 μm thick copper plating layer was formed on the resist mold by electrolytic copper plating. The bath composition and electrolytic conditions for electrolytic copper plating are shown below.

浴組成: 硫酸銅5水和物 250g/L
硫酸銅 192g/L
電解条件: 液温 40℃
電流密度 20A/dm
アノード電極は不溶性電極(DSE)を使用し、直流電源を使用した。
Bath composition: Copper sulfate pentahydrate 250g / L
Copper sulfate 192g / L
Electrolysis conditions: Liquid temperature 40 ° C
Current density 20A / dm 2
The anode electrode was an insoluble electrode (DSE) and a direct current power source was used.

次に、アミン系レジスト剥離剤(メルテックス社製 メルストリップ DF3820)を使用して、レジスト型枠を剥離除去した。この結果、銅箔に直径15μmの円形の孔が複数形成された。   Next, the resist mold was peeled and removed using an amine-based resist remover (Melstrip DF3820 manufactured by Meltex). As a result, a plurality of circular holes having a diameter of 15 μm were formed in the copper foil.

レジスト剥離後の孔あき銅箔を酸洗処理し、その後、粗化処理を行った。粗化処理は、第1粗化処理層と、第2粗化処理層とからなる二段粗化処理とした。第1粗化処理層は、被せめっき処理した。以下に、第1粗化処理層の被せめっきの浴組成及び電解条件を示す。   The perforated copper foil after stripping the resist was pickled and then roughened. The roughening treatment was a two-stage roughening treatment comprising a first roughening treatment layer and a second roughening treatment layer. The first roughening treatment layer was overplated. Below, the bath composition and electrolysis conditions of the covering metal plating of a 1st roughening process layer are shown.

浴組成: 銅 13.7g/L
硫酸 150g/L
電解条件: 液温 25℃
電流密度 30A/dm
静止浴、5秒間
Bath composition: Copper 13.7 g / L
Sulfuric acid 150g / L
Electrolysis conditions: Liquid temperature 25 ° C
Current density 30A / dm 2
Static bath, 5 seconds

第1粗化処理層を形成後、更に、第2粗化処理層を形成した。第2粗化処理層の浴組成及び電解条件を以下に示す。   After forming the first roughening treatment layer, a second roughening treatment layer was further formed. The bath composition and electrolysis conditions of the second roughening treatment layer are shown below.

浴組成: 銅 65g/L
硫酸 90g/L
電解条件: 液温 48℃
電流密度 20A/dm
角槽で空気攪拌、10秒間
Bath composition: Copper 65g / L
Sulfuric acid 90g / L
Electrolysis conditions: Liquid temperature 48 ° C
Current density 20A / dm 2
Air stirring in a square tank, 10 seconds

上記第1粗化処理層と第2粗化処理層のめっき処理を順に繰り返して2回行い、粗化処理後、この孔開き銅箔の粗化処理面側の表面粗さ(Rzjis)は5.8μmとした。なお、表面粗さ(Rzjis)はJIS B 0601に準拠してTD方向に測定している。   The plating treatment of the first roughening treatment layer and the second roughening treatment layer is repeated twice in order, and after the roughening treatment, the surface roughness (Rzjis) on the roughening treatment surface side of the perforated copper foil is 5 .8 μm. The surface roughness (Rzjis) is measured in the TD direction in accordance with JIS B 0601.

粗化処理後の孔開き銅箔の粗化処理面側を撮影したSEM観察像を図5に示す。図5を見ると、孔開き銅箔の表面に凹凸が形成されて粗く処理されていることが瞭然である。   The SEM observation image which image | photographed the roughening surface side of the perforated copper foil after a roughening process is shown in FIG. When FIG. 5 is seen, it is clear that the unevenness | corrugation is formed in the surface of perforated copper foil, and is processed roughly.

次に、キャリア銅箔表面に、予め形成しておいた剥離層部分で、孔開き金属箔からキャリア銅箔を物理的に剥離した。   Next, the carrier copper foil was physically peeled from the perforated metal foil at the part of the peeling layer previously formed on the surface of the carrier copper foil.

キャリア銅箔剥離後の孔開き銅箔の両面に、すず−ニッケル合金めっき処理を行い、片面あたり2μm厚さですず−ニッケル合金めっきを被覆した。すず−ニッケル合金めっきの浴組成及び電解条件を以下に示す。   Tin-nickel alloy plating treatment was performed on both sides of the perforated copper foil after the carrier copper foil was peeled off, and the tin-nickel alloy plating was coated with a thickness of 2 μm per side. The bath composition and electrolysis conditions for tin-nickel alloy plating are shown below.

浴組成: 塩化すず 28g/L
塩化ニッケル 30g/L
ピロリン酸カリウム 200g/L
グリシン 20g/L
電解条件: 液温 50℃
pH 8
陰極電流密度 1A/dm
Bath composition: Tin chloride 28g / L
Nickel chloride 30g / L
Potassium pyrophosphate 200g / L
Glycine 20g / L
Electrolysis conditions: Liquid temperature 50 ° C
pH 8
Cathode current density 1A / dm 2

なお、内部応力の発生状況に応じて、アンモニア水を適量添加した。すず−ニッケル合金めっき被膜は、電析重量比でSn/(Sn+Ni)=0.73であった。また、すず−ニッケル合金めっき被覆後の孔開き銅箔の両面の表面粗さ(Rzjis)は7.3μmとした。   An appropriate amount of aqueous ammonia was added according to the state of internal stress generation. The tin-nickel alloy plating film had an electrodeposition weight ratio of Sn / (Sn + Ni) = 0.73. Moreover, the surface roughness (Rzjis) of both surfaces of the perforated copper foil after tin-nickel alloy plating coating was 7.3 μm.

また、各工程間では、適宜酸洗及び水洗を行い、形成する各層間の定着性の向上を図った。具体的には、希硫酸又は希硫酸と過酸化水素との混合液等の酸溶液で酸洗し、その後、純水やイオン交換水等の水で水洗し、乾燥させる方法を採用した。   Moreover, between each process, it pickled and washed with water suitably, and aimed at the improvement of the fixing property between each formed layer. Specifically, a method of pickling with an acid solution such as dilute sulfuric acid or a mixed solution of dilute sulfuric acid and hydrogen peroxide, followed by washing with water such as pure water or ion-exchanged water and drying was adopted.

実施例1と同様に、プレスプレート(ステンレス板)の上に、プレス加工補助材としての銅箔、離形フィルムとしてのポリイミドフィルムを順に載置した。そして、離形フィルムの上に孔開き銅箔/自己融着性不織布/孔開き銅箔の順に積層し、更に、最上層の孔開き銅箔の上面に、再度、離形フィルム、銅箔、プレスプレートの順に積層した(工程A)。   In the same manner as in Example 1, a copper foil as a press working auxiliary material and a polyimide film as a release film were sequentially placed on a press plate (stainless steel plate). And it laminates in order of perforated copper foil / self-bonding nonwoven fabric / perforated copper foil on the release film, and on the upper surface of the uppermost perforated copper foil, again, the release film, copper foil, The press plates were stacked in the order (step A).

プレスプレートに挟まれた状態の上記材料を、その積層状態を維持したままでプレス機に載置し、プレス圧8.5kg/cmをかけ、250℃で5分間加熱を行った。その後、降温することで、フェルト状繊維層と孔開き銅箔(多孔金属層)とが張り合わせられたクラッドフィルター材を得た(工程B)。このとき、液晶ポリマー不織布の樹脂成分の染み出しは殆ど見られなかった。実施例3で得られたクラッドフィルター材を多孔金属層側から撮影したSEM観察像を図6に示す。The material sandwiched between the press plates was placed on a press while maintaining the laminated state, applied with a press pressure of 8.5 kg / cm 2 , and heated at 250 ° C. for 5 minutes. Thereafter, the clad filter material in which the felt-like fiber layer and the perforated copper foil (porous metal layer) were bonded together was obtained by lowering the temperature (step B). At this time, almost no exudation of the resin component of the liquid crystal polymer nonwoven fabric was observed. The SEM observation image which image | photographed the clad filter material obtained in Example 3 from the porous metal layer side is shown in FIG.

実施例3のクラッドフィルター材を、実施例1と同じ方法で、濃度12.3mol/Lのメタノール水溶液(液温25℃)を透過させて、液透過速度を測定した。その結果、実施例3のクラッドフィルター材は、ファンネルのメタノール水溶液が15mlから5mlに減るのに2000秒を要した。また、実施例1と同様に、孔開き銅箔のみの液透過速度を計測したところ、35秒を要した。この結果から、実施例3のクラッドフィルター材のメタノール水溶液の透過時間は、当該クラッドフィルター材の使用材料としての自己融着性不織布と、孔開き銅箔2枚分の透過速度の単純合算値である105秒よりも大幅に長い時間を要した。   The clad filter material of Example 3 was permeated with a methanol aqueous solution (liquid temperature 25 ° C.) having a concentration of 12.3 mol / L in the same manner as in Example 1, and the liquid permeation rate was measured. As a result, the clad filter material of Example 3 required 2000 seconds for the funnel aqueous methanol solution to decrease from 15 ml to 5 ml. Moreover, when the liquid permeation speed of only the perforated copper foil was measured as in Example 1, it took 35 seconds. From this result, the permeation time of the aqueous methanol solution of the clad filter material of Example 3 is a simple sum of the permeation speeds of the self-bonding nonwoven fabric as the material used for the clad filter material and two perforated copper foils. It took much longer than 105 seconds.

また、実施例3のクラッドフィルター材において、孔開き銅箔と自己融着性不織布とは、ハンドリング上、問題のない密着性を示した。   Moreover, in the clad filter material of Example 3, the perforated copper foil and the self-bonding nonwoven fabric exhibited adhesion without problems in handling.

更に、孔開き銅箔の耐食性について試験した。実施例1と同じ条件で、3.5cm角の孔開き銅箔を試験液中に入れ、27℃(室温)で1週間放置した。1週間放置後の試験液中への溶解量について、ICP法により測定し、定量分析した。その結果、溶解量は、すず、ニッケルともに0.5ppm以下だった。   Furthermore, the corrosion resistance of the perforated copper foil was tested. Under the same conditions as in Example 1, a 3.5 cm square perforated copper foil was placed in the test solution and left at 27 ° C. (room temperature) for 1 week. The amount dissolved in the test solution after standing for 1 week was measured by ICP method and quantitatively analyzed. As a result, the amount of dissolution was 0.5 ppm or less for both tin and nickel.

実施例3のクラッドフィルター材は、実施例1、実施例2の場合と比べて、液透過速度が大幅に遅くすることができた。この結果、多孔金属層の開口条件を調整することによって、透過速度を調整可能であることが示された。   The clad filter material of Example 3 was able to significantly slow the liquid permeation rate as compared with Examples 1 and 2. As a result, it was shown that the permeation speed can be adjusted by adjusting the opening condition of the porous metal layer.

以上より、実施例1〜実施例3に示したクラッドフィルター材は、高濃度のメタノール水溶液の透過速度を抑制できることが示された。このようなクラッドフィルター材をダイレクトメタノール形燃料電池の透過膜として用いると、メタノールのクロスオーバーを抑制可能な速度に物質透過速度を調整することができる。また、触媒を担持したクラッドフィルター材として、燃料貯蔵部内の燃料排出部に配置すると、効率良くメタノールの分解を進められ、クロスオーバーを抑制できる。   From the above, it was shown that the cladding filter materials shown in Examples 1 to 3 can suppress the permeation rate of a high concentration aqueous methanol solution. When such a clad filter material is used as a permeable membrane of a direct methanol fuel cell, the material permeation rate can be adjusted to a rate at which methanol crossover can be suppressed. In addition, when the clad filter material supporting the catalyst is disposed in the fuel discharge section in the fuel storage section, the decomposition of methanol can be efficiently promoted and crossover can be suppressed.

本発明に係るクラッドフィルター材及びクラッドフィルター材の製造方法は、従来技術では難しかった透過速度の制御が可能となり、その結果、クラッドフィルター材内の物質(液体、気体)の滞留時間を制御可能であり、且つ、小型化を実現できる。したがって、例えば、ダイレクトメタノール形燃料電池等のメタノールを使用する燃料電池の構成部材、二次電池やキャパシターの集電体、化学反応を促進する触媒の担持体、微粉分級用スクリーン装置、固液分離処理用のスクリーン装置、各種容器や設備の通気口、防塵フィルター、液体抗菌フィルター、液体に金属イオンを付与し飲料水等の液体を改質するための液体改質用フィルター、サイレンサー、熱交換機、電磁波シールド、磁性用材料、導電用材料、その他広範囲な分野に使用可能なものである。   The clad filter material and the method for producing the clad filter material according to the present invention can control the permeation speed, which has been difficult in the prior art, and as a result, can control the residence time of substances (liquid, gas) in the clad filter material. Yes, and downsizing can be realized. Therefore, for example, components of fuel cells using methanol, such as direct methanol fuel cells, current collectors of secondary batteries and capacitors, catalyst carriers that promote chemical reactions, screen devices for fine powder classification, solid-liquid separation Screen equipment for processing, vents of various containers and equipment, dustproof filters, liquid antibacterial filters, liquid reforming filters for imparting metal ions to liquids and reforming liquids such as drinking water, silencers, heat exchangers, It can be used for electromagnetic shielding, magnetic materials, conductive materials, and a wide range of other fields.

本発明に係るクラッドフィルター材の製造工程例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the example of a manufacturing process of the clad filter material which concerns on this invention. 本発明に係るクラッドフィルター材において用いられる孔開き金属箔の開口形状の例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the example of the opening shape of the perforated metal foil used in the clad filter material which concerns on this invention. 実施例1のクラッドフィルター材を多孔金属層側から撮影したSEM観察像である。It is a SEM observation image which image | photographed the clad filter material of Example 1 from the porous metal layer side. 実施例2のクラッドフィルター材を多孔金属層側から撮影したSEM観察像である。It is a SEM observation image which image | photographed the clad filter material of Example 2 from the porous metal layer side. 実施例3のクラッドフィルター材に用いた孔開き金属箔における粗化処理面の状態を撮影したSEM観察像である。4 is an SEM observation image obtained by photographing the state of the roughened surface in the perforated metal foil used for the clad filter material of Example 3. 実施例3のクラッドフィルター材を多孔金属層側から撮影したSEM観察像である。It is a SEM observation image which image | photographed the clad filter material of Example 3 from the porous metal layer side.

符号の説明Explanation of symbols

1 ・・・クラッドフィルター材
2 ・・・フェルト状繊維層
3 ・・・多孔金属層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Cladding filter material 2 ... Felt-like fiber layer 3 ... Porous metal layer

Claims (12)

一面側から他面側に向けて気体又は液体を透過させることのできる板状のフィルター材であって、
当該フィルター材は、フェルト状繊維層の片面又は両面に多孔金属層を張り合わせた複合多層材であることを特徴としたクラッドフィルター材。
A plate-like filter material capable of transmitting gas or liquid from one side to the other side,
The filter material is a composite multilayer material in which a porous metal layer is bonded to one or both sides of a felt-like fiber layer.
前記多孔金属層は、孔開き金属箔を用いた請求項1に記載のクラッドフィルター材。 The clad filter material according to claim 1, wherein the porous metal layer uses a perforated metal foil. 前記多孔金属層は、多孔質のスポンジ状金属シート材を用いた請求項1に記載のクラッドフィルター材。 The clad filter material according to claim 1, wherein the porous metal layer is a porous sponge-like metal sheet material. 前記多孔金属層は、銅、銅合金、チタン、チタン合金、タンタル、タンタル合金、ニオブ、ニオブ合金、ニッケル、ニッケル合金、バナジウム、白金、パラジウム、耐熱アルミニウム、ステンレス鋼のいずれかの材質からなる請求項1〜請求項3のいずれかに記載のクラッドフィルター材。 The porous metal layer is made of any material of copper, copper alloy, titanium, titanium alloy, tantalum, tantalum alloy, niobium, niobium alloy, nickel, nickel alloy, vanadium, platinum, palladium, heat-resistant aluminum, and stainless steel. The clad filter material in any one of Claims 1-3. 前記多孔金属層は、その厚さが1μm〜500μmである請求項1〜請求項4のいずれかに記載のクラッドフィルター材。 The clad filter material according to claim 1, wherein the porous metal layer has a thickness of 1 μm to 500 μm. 前記フェルト状繊維層は、金属繊維からなる金属製不織布を用いた請求項1〜請求項5のいずれかに記載のクラッドフィルター材。 The said felt-like fiber layer is a clad filter material in any one of Claims 1-5 which used the metal nonwoven fabric which consists of metal fibers. 前記フェルト状繊維層は、樹脂繊維からなる樹脂製不織布を用いた請求項1〜請求項5のいずれかに記載のクラッドフィルター材。 The clad filter material according to any one of claims 1 to 5, wherein the felt-like fiber layer is a resin nonwoven fabric made of resin fibers. 前記樹脂繊維が自己融着性不織布である請求項7に記載のクラッドフィルター材。 The clad filter material according to claim 7, wherein the resin fiber is a self-bonding nonwoven fabric. 前記フェルト状繊維層は、その繊維表面を白金系触媒成分、パラジウム系触媒成分、金系触媒成分、鉄系触媒成分のいずれかを担持した触媒担持繊維を用い、これらの1種又は2種以上を組み合わせて得られる触媒担持不織布を用いた請求項6〜請求項8のいずれかに記載のクラッドフィルター材。 The felt-like fiber layer uses a catalyst-supporting fiber supporting any one of a platinum-based catalyst component, a palladium-based catalyst component, a gold-based catalyst component, and an iron-based catalyst component on the fiber surface, and one or more of these are used. The clad filter material according to any one of claims 6 to 8, wherein a catalyst-supporting nonwoven fabric obtained by combining the two is used. 前記フェルト状繊維層は、前記樹脂繊維、前記触媒担持繊維、前記金属繊維の2種以上を組み合わせた複合繊維製不織布を用いた請求項1〜請求項5のいずれかに記載のクラッドフィルター材。 The clad filter material according to any one of claims 1 to 5, wherein the felt-like fiber layer is a composite fiber nonwoven fabric in which two or more of the resin fibers, the catalyst-supporting fibers, and the metal fibers are combined. 請求項1〜請求項10のいずれかに記載のクラッドフィルター材の製造方法であって、以下の工程A及び工程Bを経てクラッドフィルター材とすることを特徴とするクラッドフィルター材の製造方法。
工程A: フェルト状繊維層の片面又は両面に、多孔金属層を構成する孔開き金属箔又は多孔質のスポンジ状金属シート材を当接させ、積層状態とする。
工程B: 当該積層状態を維持したまま、プレス圧をかけ、フェルト状繊維層表面の軟化温度以上の温度で加熱を行い、その後降温することで、フェルト状繊維層と多孔金属層とが張り合わせられたクラッドフィルター材を得る。
It is a manufacturing method of the clad filter material in any one of Claims 1-10, Comprising: It is set as a clad filter material through the following process A and process B, The manufacturing method of the clad filter material characterized by the above-mentioned.
Step A: A perforated metal foil or a porous sponge-like metal sheet constituting the porous metal layer is brought into contact with one or both sides of the felt-like fiber layer to form a laminated state.
Step B: While maintaining the lamination state, press pressure is applied, heating is performed at a temperature equal to or higher than the softening temperature of the felt-like fiber layer surface, and then the temperature is lowered to bond the felt-like fiber layer and the porous metal layer. A clad filter material is obtained.
請求項1〜請求項10のいずれかに記載のクラッドフィルター材の製造方法であって、以下の工程a〜工程cを経てクラッドフィルター材とすることを特徴とするクラッドフィルター材の製造方法。
工程a: フェルト状繊維層を構成するための樹脂繊維、触媒担持繊維、金属繊維のいずれか1種又は2種以上を用いて、フェルト状繊維層を構成するための原料繊維の選択又はブレンドを行い、原料繊維の調整を行う。
工程b: 製造しようとするクラッドフィルター材の層構成(多孔金属層/フェルト状繊維層、又は、多孔金属層/フェルト状繊維層/多孔金属層)に合わせて、フェルト状繊維層を構成する原料繊維と、多孔金属層を構成する孔開き金属箔又はスポンジ状金属シート材とを当接させ、積層状態とする。
工程c: 前記工程bで得られた積層状態を維持したまま、プレス圧をかけ、フェルト状繊維層表面の軟化温度以上の温度で加熱を行い、その後降温することで、フェルト状繊維層と多孔金属層とが張り合わせられたクラッドフィルター材を得る。
It is a manufacturing method of the clad filter material in any one of Claims 1-10, Comprising: It becomes a clad filter material through the following process a-process c, The manufacturing method of the clad filter material characterized by the above-mentioned.
Step a: Using one or more of resin fibers, catalyst-supporting fibers, and metal fibers for constituting the felt-like fiber layer, selection or blending of raw material fibers for constituting the felt-like fiber layer And adjust the raw fiber.
Step b: Raw material constituting the felt-like fiber layer in accordance with the layer structure (porous metal layer / felt-like fiber layer or porous metal layer / felt-like fiber layer / porous metal layer) of the clad filter material to be manufactured The fibers are brought into contact with a perforated metal foil or a sponge-like metal sheet material constituting the porous metal layer to form a laminated state.
Step c: While maintaining the laminated state obtained in the step b, press pressure is applied, heating is performed at a temperature equal to or higher than the softening temperature of the felt-like fiber layer surface, and then the temperature is lowered, so that the felt-like fiber layer and the porous layer are porous. A clad filter material in which a metal layer is bonded is obtained.
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