KR102255814B1 - Transfer sheet for layer transfer and sheet with electrode catalyst layer - Google Patents
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Abstract
본 개시는 열가소성 수지층과, 상기 열가소성 수지층에 접합된, 상기 열가소성 수지층을 끼움 지지하는 한 쌍의 불소 수지 다공질층을 구비하는 전사 시트를 제공한다. 이 전사 시트는 전사층을 담지면에 양호하게 형성할 수 있는 전사 시트, 특히, 전사층을 형성하기 위해 가열이 필요한 경우에도 당해 층을 담지면에 양호하게 형성할 수 있는 전사 시트이다. 이 전사 시트에 의해 전사되는 층은, 예를 들어 연료 전지 등의 전기 화학 소자에 사용하는 전극 촉매층이다.The present disclosure provides a transfer sheet including a thermoplastic resin layer and a pair of porous fluororesin layers that are bonded to the thermoplastic resin layer and hold the thermoplastic resin layer therebetween. This transfer sheet is a transfer sheet capable of satisfactorily forming a transfer layer on the supporting surface, particularly, a transfer sheet capable of forming the transfer layer satisfactorily on the supporting surface even when heating is required to form the transfer layer. The layer transferred by this transfer sheet is, for example, an electrode catalyst layer used for an electrochemical device such as a fuel cell.
Description
본 발명은 층을 전사하기 위한 전사 시트에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 연료 전지 등의 전기 화학 소자의 전극 촉매층의 담지 및 전사에 사용할 수 있는 전사 시트에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 전극 촉매층이 부착된 시트에 관한 것이다.The present invention relates to a transfer sheet for transferring a layer, and more particularly, to a transfer sheet that can be used for carrying and transferring an electrode catalyst layer of an electrochemical device such as a fuel cell. Further, the present invention relates to a sheet to which an electrode catalyst layer is attached.
고체 고분자형 연료 전지(PEFC: Polymer Electrolyte Fuel Cell)에서는, 그 주요한 구성 요소로서 막전극 접합체(MEA)가 사용된다. MEA는, 통상, 전해질막과 전극 촉매층을 갖고, 연료극용의 전극 촉매층 및 공기극용의 전극 촉매층의 한 쌍의 전극 촉매층이, 각각 전해질막의 각 주면에 적층되어 있다. 전극 촉매층의 표면에 또한 확산층이 형성된 MEA의 구성도 채용되어 있다.In a polymer electrolyte fuel cell (PEFC), a membrane electrode assembly (MEA) is used as its main component. MEA usually has an electrolyte membrane and an electrode catalyst layer, and a pair of electrode catalyst layers of an electrode catalyst layer for a fuel electrode and an electrode catalyst layer for a cathode are stacked on each main surface of the electrolyte membrane, respectively. A configuration of an MEA in which a diffusion layer is further formed on the surface of the electrode catalyst layer is also employed.
전해질막에 전극 촉매층을 적층하는 방법의 하나로 전사법이 있다. 전사법에서는, 전극 촉매층을 표면에 담지한 시트를 준비하고, 당해 시트를 전사 시트로 하여 전극 촉매층을 전해질막에 전사한다. 특허문헌 1에는 띠상의 전해질막과, 전극 촉매층을 담지한 띠상의 시트를 적층하고, 이 적층체를 가열한 한 쌍의 열전사 롤 사이에 통과시킨 후, 시트를 박리하고, 전극 촉매층을 전해질막에 연속적으로 열 전사하는 방법이 개시되어 있다. 특허문헌 2에는 기재 상에 형성된 전극 촉매층을 고분자 전해질막에 열 프레스에 의해 접합한 후, 기재를 박리하고, 전해질막에 전극 촉매층을 전사하는 방법이 개시되어 있다.One of the methods of laminating the electrode catalyst layer on the electrolyte membrane is a transfer method. In the transfer method, a sheet having an electrode catalyst layer supported on the surface is prepared, and the electrode catalyst layer is transferred to an electrolyte membrane using the sheet as a transfer sheet. In Patent Document 1, a band-shaped electrolyte membrane and a band-shaped sheet carrying an electrode catalyst layer were stacked, the laminate was passed between a pair of heated thermal transfer rolls, and then the sheet was peeled off, and the electrode catalyst layer was formed as an electrolyte membrane. A method of continuous thermal transfer is disclosed.
연료 전지의 소형화의 요청에 수반하여, 전극 촉매층의 박층화가 요구되고 있다. 전사법에서는, 저점도의 페이스트의 사용에 의한 얇은 전극 촉매층의 형성이 시도되어 있다. 한편, 전사되는 층(전사층)을 담지하기 위한 시트의 주면(담지면)은 그 위에 형성되는 전사층에 대하여 높은 이형성을 가질 필요가 있다. 이것을 고려하면, 전사 시트로서, 예를 들어 불소 수지 시트의 채용이 생각된다. 그러나, 페이스트의 점도가 낮은 경우, 불소 수지 시트 상에 도포 시공한 페이스트가 당해 시트로부터 튕겨져, 전사층을 전사 시트 상에 양호하게 형성할 수 없는 경우가 있다.Along with the demand for miniaturization of fuel cells, there is a demand for thinning of the electrode catalyst layer. In the transfer method, it is attempted to form a thin electrode catalyst layer by using a low-viscosity paste. On the other hand, the main surface (support surface) of the sheet for supporting the transferred layer (transfer layer) needs to have a high releasability with respect to the transfer layer formed thereon. In consideration of this, as a transfer sheet, for example, a fluororesin sheet may be employed. However, when the viscosity of the paste is low, the paste applied onto the fluororesin sheet is repelled from the sheet, and a transfer layer cannot be formed satisfactorily on the transfer sheet in some cases.
또한, 전사 시트는 당해 시트 상에 도포 시공한 페이스트의 도포층으로부터 전극 촉매층을 형성할 때 등에, 가열되는 경우가 있다.In addition, the transfer sheet may be heated when forming an electrode catalyst layer or the like from a coating layer of a paste applied on the sheet.
본 발명의 목적의 하나는, 전사층을 담지면에 양호하게 형성할 수 있는 전사 시트, 특히 전사층을 형성하기 위해 가열이 필요한 경우에도 당해 층을 담지면에 양호하게 형성할 수 있는 전사 시트의 제공이다.One of the objects of the present invention is to provide a transfer sheet capable of satisfactorily forming a transfer layer on the supported surface, especially when heating is required to form a transfer layer. It is an offer.
본 발명의 전사 시트는, 열가소성 수지층과, 상기 열가소성 수지층에 접합된, 상기 열가소성 수지층을 끼움 지지하는 한 쌍의 불소 수지 다공질층을 구비하는, 층을 전사하기 위한 전사 시트이다.The transfer sheet of the present invention is a transfer sheet for transferring a layer comprising a thermoplastic resin layer and a pair of porous fluororesin layers that are bonded to the thermoplastic resin layer and hold the thermoplastic resin layer therebetween.
본 발명의 전극 촉매층이 부착된 시트는, 열가소성 수지층과, 상기 열가소성 수지층에 접합된, 상기 열가소성 수지층을 끼움 지지하는 한 쌍의 불소 수지 다공질층을 구비하는 시트와; 전극 촉매층을 갖는다. 상기 전극 촉매층은, 상기 시트의 적어도 한쪽의 상기 불소 수지 다공질층 상에 배치되어 있다.The sheet to which the electrode catalyst layer of the present invention is attached includes a sheet including a thermoplastic resin layer and a pair of porous fluororesin layers that are bonded to the thermoplastic resin layer and hold the thermoplastic resin layer therebetween; It has an electrode catalyst layer. The electrode catalyst layer is disposed on at least one of the porous fluororesin layers of the sheet.
본 발명에 따르면, 전사층을 담지면에 양호하게 형성할 수 있는 전사 시트, 특히, 전사층을 형성하기 위해 가열이 필요한 경우에도 당해 층을 담지면에 양호하게 형성할 수 있는 전사 시트가 달성된다.According to the present invention, a transfer sheet capable of satisfactorily forming a transfer layer on the supporting surface, in particular, a transfer sheet capable of forming the transfer layer satisfactorily on the supporting surface even when heating is required to form the transfer layer is achieved. .
도 1은 본 발명의 전사 시트의 일례를 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 2는 시트의 컬 높이를 평가하는 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 3은 시트의 컬 높이를 평가하는 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 4는 본 발명의 전극 촉매층이 부착된 시트의 일례를 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 전사 시트를 사용하여 제조할 수 있는 MEA의 일례를 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 전사 시트를 사용하여 MEA를 제조하는 방법의 일례를 모식적으로 도시하는 도면이다.1 is a cross-sectional view schematically showing an example of the transfer sheet of the present invention.
It is a schematic diagram for demonstrating the method of evaluating the curl height of a sheet.
It is a schematic diagram for demonstrating the method of evaluating the curl height of a sheet.
4 is a cross-sectional view schematically showing an example of a sheet with an electrode catalyst layer of the present invention.
5 is a cross-sectional view schematically showing an example of an MEA that can be manufactured using the transfer sheet of the present invention.
6 is a diagram schematically showing an example of a method of manufacturing an MEA using the transfer sheet of the present invention.
본 개시의 제1 형태의 전사 시트는, 열가소성 수지층과, 상기 열가소성 수지층에 접합된, 상기 열가소성 수지층을 끼움 지지하는 한 쌍의 불소 수지 다공질층을 구비하는, 층을 전사하기 위한 전사 시트이다.The transfer sheet of the first aspect of the present disclosure includes a thermoplastic resin layer and a pair of porous fluororesin layers that are bonded to the thermoplastic resin layer and hold the thermoplastic resin layer therebetween. to be.
본 개시의 제2 형태에서는, 제1 형태의 전사 시트에 있어서, 상기 전사 시트에 의해 전사되는 층이 전극 촉매층이다.In the second aspect of the present disclosure, in the transfer sheet of the first aspect, the layer transferred by the transfer sheet is an electrode catalyst layer.
본 개시의 제3 형태에서는, 제1 또는 제2 형태의 전사 시트에 있어서, 120℃의 분위기에 5분간 정치시켰을 때의 단부의 컬 높이가 10㎜ 이하이다.In the third aspect of the present disclosure, in the transfer sheet of the first or second aspect, the curl height of the end portion when allowed to stand in an atmosphere of 120° C. for 5 minutes is 10 mm or less.
본 개시의 제4 형태에서는, 제1 내지 제3의 어느 형태의 전사 시트에 있어서, 상기 열가소성 수지층과, 상기 한 쌍의 불소 수지 다공질층이 융착에 의해 접합되어 있다.In the fourth aspect of the present disclosure, in the transfer sheet of any one of the first to third aspects, the thermoplastic resin layer and the pair of porous fluororesin layers are joined by fusion bonding.
본 개시의 제5 형태에서는, 제1 내지 제4의 어느 형태의 전사 시트에 있어서, 상기 열가소성 수지층을 구성하는 열가소성 수지의 융점이 280℃ 이하이다.In the fifth aspect of the present disclosure, in the transfer sheet of any one of the first to fourth aspects, the melting point of the thermoplastic resin constituting the thermoplastic resin layer is 280°C or less.
본 개시의 제6 형태에서는, 제1 내지 제5의 어느 형태의 전사 시트에 있어서, 상기 열가소성 수지층을 구성하는 열가소성 수지가, 폴리에스테르, 폴리아세탈, 폴리에틸렌, 초고분자량 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종이다.In the sixth aspect of the present disclosure, in the transfer sheet of any one of the first to fifth aspects, the thermoplastic resin constituting the thermoplastic resin layer is a group consisting of polyester, polyacetal, polyethylene, ultra-high molecular weight polyethylene, and polypropylene. It is at least one kind selected from.
본 개시의 제7 형태에서는, 제1 내지 제6의 어느 형태의 전사 시트에 있어서, 상기 불소 수지 다공질층을 구성하는 불소 수지가 폴리테트라플루오로에틸렌이다.In a seventh aspect of the present disclosure, in the transfer sheet of any one of the first to sixth aspects, the fluororesin constituting the porous fluororesin layer is polytetrafluoroethylene.
본 개시의 제8 형태에서는, 제1 내지 제7의 어느 형태의 전사 시트에 있어서, 상기 불소 수지 다공질층의 평균 구멍 직경이 0.1㎛ 내지 20㎛이다.In an eighth aspect of the present disclosure, in the transfer sheet of any one of the first to seventh aspects, the average pore diameter of the fluororesin porous layer is 0.1 µm to 20 µm.
본 개시의 제9 형태에서는, 제1 내지 제8의 어느 형태의 전사 시트에 있어서, 상기 불소 수지 다공질층의 두께가 3㎛ 내지 200㎛이다.In the ninth aspect of the present disclosure, in the transfer sheet of any of the first to eighth aspects, the thickness of the fluororesin porous layer is 3 µm to 200 µm.
본 개시의 제10 형태에서는, 제1 내지 제9의 어느 형태의 전사 시트에 있어서, 상기 전사 시트의 두께가 15㎛ 내지 400㎛이다.In a tenth aspect of the present disclosure, in the transfer sheet of any of the first to ninth aspects, the thickness of the transfer sheet is 15 µm to 400 µm.
본 개시의 제11 형태는, 열가소성 수지층과, 상기 열가소성 수지층에 접합된, 상기 열가소성 수지층을 끼움 지지하는 한 쌍의 불소 수지 다공질층을 구비하는 시트와;An eleventh aspect of the present disclosure is a sheet including a thermoplastic resin layer and a pair of porous fluororesin layers that are bonded to the thermoplastic resin layer and hold the thermoplastic resin layer therebetween;
전극 촉매층을 갖고,Having an electrode catalyst layer,
상기 전극 촉매층이, 상기 시트의 적어도 한쪽의 상기 불소 수지 다공질층 상에 배치되어 있는, 전극 촉매층이 부착된 시트를 제공한다.There is provided a sheet with an electrode catalyst layer, wherein the electrode catalyst layer is disposed on at least one of the fluororesin porous layer of the sheet.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여, 도면을 참조하면서 설명한다. 이하는 본 발명의 일례에 관한 설명이고, 본 발명은 이 일례가 나타내는 범위에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The following is a description of an example of the present invention, and the present invention is not limited to the range indicated by this example.
(전사 시트)(Transfer sheet)
도 1에 본 실시 형태의 전사 시트(10)를 도시한다. 시트(10)는 열가소성 수지층(이하, 간단히 「수지층」)(1)과, 수지층(1)을 끼움 지지하는 한 쌍의 불소 수지 다공질층(이하, 간단히 「다공질층」)(2)을 구비한다. 시트(10)는 그 위에 형성, 담지된 층을 다른 부재에 전사하기 위한 전사 시트이다. 전사되는 층(전사층)을 담지하는 시트(10)의 담지면은 적어도 한쪽의 다공질층(2)의 주면[수지층(1)과 접하고 있는 측의 주면(21)과는 반대측의 주면(22)]이다. 즉, 시트(10)의 담지면은 불소 수지에 의해 구성되어 있고, 그 위에 형성되는 전사층에 대한 높은 이형성이 확보된다. 전사층을 담지하기 위해, 당해 적어도 한쪽의 다공질층(2)의 주면(22)은 노출되어 있다. 도 1에 도시한 바와 같이 시트(10)의 표면에 양쪽의 다공질층(2)의 주면(22)이 노출되어 있는 경우, 주면(22)의 양쪽이 담지면이어도 되고, 한쪽만이 담지면이어도 된다.1 shows a
시트(10)의 담지면은 다공질이고, 예를 들어 담지면에 도포하는 재료, 보다 구체적인 일례로서, 건조 후에 전극 촉매층이 되는 페이스트의 점도 및/또는 고형분 농도가 낮은 경우에도, 단순한 불소 수지 시트, 특히 무공의 불소 수지 시트인 전사 시트에 비해 당해 재료가 튕겨지기 어렵다.The supported surface of the
이것에 더하여, 시트(10)는 다공질층(2)뿐만 아니라, 이것과 접합된 수지층(1)을 구비하고 있다. 다공질층(2) 단체에서는 시트 기재로서 연장되기 쉽고, 시트의 연장은 담지면 상에 형성한 전사층의 변형 혹은 균열 등의 손상을 초래하지만, 시트(10)에서는 수지층(1)이 보강층이 되어, 이와 같은 전사층의 변형 및 손상의 발생이 억제된다. 이 특성은 띠상의 시트(10)의 사용에 의한, 소위 롤 투 롤(Roll to Roll)에 의한 전사층의 형성 시에 특히 유리하다.In addition to this, the
또한, 시트(10)는 수지층(1)을 한 쌍의 다공질층(2)에 의해 끼움 지지한 구성을 갖는다. 이 구성에서는, 예를 들어 전사층의 형성 등을 위해 시트(10)를 가열한 경우에 있어서도, 시트(10)의 변형이 억제된다. 가열에 의한 시트(10)의 변형은, 예를 들어 수지층(1)과 다공질층(2) 사이의 선열팽창 계수의 상위에 기인하는 컬의 발생이다. 전사 시트(10)의 변형은, 예를 들어 가열로의 벽면과의 접촉 등에 의한 전사층의 변형 및/또는 손상을 초래하므로, 시트(10)에서는 이와 같은 전사층의 변형 및 손상의 발생이 억제된다.Further, the
이들의 점에서, 시트(10)에서는 전사층을 담지면에 양호하게 형성할 수 있다. 특히, 높은 이형성을 갖는 시트 기재에 튕겨지기 쉬운 재료를 전사층의 형성에 사용하는 경우, 그리고, 전사층을 형성하기 위해 시트 기재의 가열이 필요한 경우에도, 전사층을 담지면에 양호하게 형성할 수 있다. 튕겨지기 쉬운 재료를 사용할 수 있는 것은, 예를 들어 얇은 전사층 혹은 균일한 두께를 갖는 전사층의 안정된 형성에 기여한다.In these respects, in the
시트(10)에 의해 전사되는 전사층은 한정되지 않고, 예를 들어 연료 전지 등의 전기 화학 소자에 사용하는 전극 촉매층, 보다 구체적인 예로서 MEA가 구비하는 전극 촉매층이다. 통상, 가열 건조 공정을 거쳐서 전극 촉매층이 형성되는 것, 또한 소형의 전기 화학 소자용으로서 얇은 전극 촉매층이 요구되고 있는 점에서, 시트(10)는 전극 촉매층의 전사 시트(전극 촉매층용 전사 시트)로서 높은 장점을 갖는다. 또한, 전극 촉매층에는 그의 전구층도 포함된다.The transfer layer transferred by the
본 실시 형태의 시트(10)에서는 수지층(1)과 다공질층(2)이 융착되어 있다(융착에 의해 접합되어 있음). 양 층의 융착에 의한 접합은 균일한 두께의 시트(10)의 형성과, 시트(10)의 제조 비용의 삭감에 적합하다.In the
다공질층(2)과 수지층(1)의 융착은, 예를 들어 열 라미네이트, 열 프레스에 의해 실시할 수 있다. 열 라미네이트에서는 열 롤의 온도를, 예를 들어 130 내지 290℃로 유지하고, 이것을, 예를 들어 10 내지 40N/m의 선압으로 압박함으로써 다공질층(2)과 수지층(1)을 융착한다. 이때의 라인 속도는 열 롤 직경 및 가열 온도 등에 따라 상이하지만, 예를 들어 3.0 내지 20.0m/분이 바람직하다. 시트(10)의 두께는, 예를 들어 15㎛ 내지 400㎛의 범위에 있고, 바람직하게는 50㎛ 내지 300㎛의 범위에 있다.The fusion bonding of the
수지층(1)과 다공질층(2)의 접합의 형태는 한정되지 않는다. 수지층(1)과 다공질층(2)은, 예를 들어 접착제 또는 점착제에 의해 접합되어 있어도 된다.The form of bonding of the resin layer 1 and the
수지층(1)을 구성하는 열가소성 수지의 융점은, 바람직하게는 280℃ 이하이다. 수지층(1)을 구성하는 열가소성 수지는 폴리에스테르, 폴리아세탈(POM), 폴리에틸렌(PE), 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE) 및 폴리프로필렌(PP)으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종이 바람직하다. 폴리에스테르는, 예를 들어 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌테레프탈레이트 등이다. 폴리에틸렌테레프탈레이트에 대하여, 연화되는 온도가 낮은 수지가 바람직하고, 특히, 233℃보다도 낮은 온도에서 연화가 개시되는 수지가 바람직하다. 가열 시의 변질의 어려움, 내열성 및 내약품성의 관점에서 바람직한 열가소성 수지는 POM 및 PET이다. 융점 280℃ 이하의 열가소성 수지로 구성되는 수지층(1)은 다공질층(2)과의 양호한 융착이 가능하다. 다공질층(2)과 수지층(1)이 양호하게 융착되고, 양 층이 서로 박리되기 어려운 시트(10)에 의해, 그 담지면에 전사층을 더 양호하게 형성할 수 있다. 또한, 수지층(1)으로부터는, 불소 수지 다공질층(2)이 제외된다.The melting point of the thermoplastic resin constituting the resin layer 1 is preferably 280°C or less. The thermoplastic resin constituting the resin layer 1 is preferably at least one selected from the group consisting of polyester, polyacetal (POM), polyethylene (PE), ultra high molecular weight polyethylene (UHMWPE) and polypropylene (PP). Polyester is, for example, polyethylene terephthalate (PET), polybutylene terephthalate, and the like. With respect to polyethylene terephthalate, a resin having a low softening temperature is preferable, and particularly, a resin whose softening starts at a temperature lower than 233°C is preferable. POM and PET are preferred thermoplastic resins from the viewpoints of difficulty in deterioration during heating, heat resistance and chemical resistance. The resin layer 1 made of a thermoplastic resin having a melting point of 280° C. or less can be fused with the
수지층(1)의 두께는, 예를 들어 12.5㎛ 내지 200㎛의 범위에 있고, 바람직하게는 25 내지 175㎛의 범위에 있다. 수지층(1)의 두께가 과도하게 작으면 시트(10)의 핸들링성이 저하되는 경우가 있고, 과도하게 크면, 시트(10)를 롤 형상으로 한 경우에 당해 롤의 중량이 과대해지는 경우가 있다.The thickness of the resin layer 1 is, for example, in the range of 12.5 µm to 200 µm, and preferably in the range of 25 to 175 µm. When the thickness of the resin layer 1 is excessively small, the handleability of the
수지층(1)의 형태는 한정되지 않고, 예를 들어 직포, 부직포, 네트, 연신 다공막, 미립자 융착 다공막 등일 수 있지만, 바람직하게는 무공막이다. 수지층(1)이 무공막이면, 수지층(1)의 다공질층(2)에 면하는 주면(11)의 표면 조도가 작아짐으로써, 다공질층(2)을 통한 시트(10)의 담지면의 표면 조도 Rz의 값을 작게 할 수 있다. 또한, 다공질층(2)과 함께 전사층을 더 안정적으로 보유 지지할 수 있다.The shape of the resin layer 1 is not limited, and may be, for example, a woven fabric, a nonwoven fabric, a net, a stretched porous film, a microparticle fusion porous film, or the like, but is preferably a non-porous film. If the resin layer 1 is a non-porous membrane, the surface roughness of the
다공질층(2)을 구성하는 불소 수지는, 예를 들어 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 테트라플루오로에틸렌-퍼플루오로알킬비닐에테르 공중합체(PFA), 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 공중합체(FEP)이다. 바람직한 불소 수지는 PTFE이다. 다공질층(2)은 불소 수지 이외의 성분을 포함하고 있지 않아도 되고, 불소 수지 이외의 성분을 실질적으로 포함하지 않아도 된다. 본 명세서에 있어서 「실질적으로 포함하지 않는다」란, 그 함유율이 0.1중량% 미만, 바람직하게는 0.01중량% 미만인 것을 의미한다.The fluororesin constituting the
다공질층(2)의 두께는, 예를 들어 3 내지 200㎛의 범위에 있고, 바람직하게는 4 내지 150㎛의 범위에 있고, 보다 바람직하게는 5 내지 90㎛의 범위에 있고, 더욱 바람직하게는 7 내지 80㎛의 범위에 있다. 이들의 범위에 있어서, 응집 파괴 등에 의한 다공질막(2)의 부분적인 결락이 발생하기 어렵고, 시트(10)의 핸들링성이 더 양호해진다.The thickness of the
다공질층(2)의 평균 구멍 직경은, 예를 들어 0.1 내지 20㎛의 범위에 있고, 바람직하게는 0.2 내지 15㎛의 범위에 있고, 보다 바람직하게는 0.2 내지 10㎛의 범위에 있고, 더욱 바람직하게는 1.5 내지 7.0㎛의 범위에 있다. 이들의 적절한 평균 구멍 직경을 갖는 다공질층(2)에 의해, 시트 기재의 높은 이형성에 기초하는, 전사층을 형성하는 재료의 상술한 튕겨짐을 더욱 확실하게 억제할 수 있다. 다공질층(2)의 평균 구멍 직경이 과대해지면, 예를 들어 전사층인 전극 촉매층을 전사한 후에, 전극 촉매층에 포함되어 있던 카본 입자나 촉매 성분이 다공질층(2)의 구멍 내에 잔존하는 경우가 있다.The average pore diameter of the
시트(10)의 담지면의 물과의 접촉각은 100도 이상이 바람직하고, 120도 이상, 나아가 130도 이상일 수 있다. 물과의 높은 접촉각을 나타내는 담지면은 전사층과의 이형성이 우수하다. 본 명세서에 있어서, 물과의 접촉각은 JIS R3257에 규정하는 정적법에 의해 평가한 값으로 한다. 또한, JIS R3257은 기판 유리 표면의 접촉각을 평가하는 방법에 관한 규격이지만, 당해 규격에서 정해진 시험 조건에 의해, 시트(10)의 담지면의 물과의 접촉각을 평가 가능하다.The contact angle with water on the supported surface of the
시트(10)에 대하여, 당해 시트를 120℃의 분위기에 5분간 정치시켰을 때의 단부의 컬 높이는, 예를 들어 10㎜ 이하이고, 바람직하게는 7㎜ 이하, 보다 바람직하게는 5㎜ 이하이다. 단부의 컬 높이는 다음과 같이 평가할 수 있다. 최초에, 평가 대상물인 시트를 490㎜ 폭×500㎜ 길이로 잘라내어 시험편(31)을 얻는다[도 2의 (a) 및 도 3의 (a). 도 3은 도 2에 도시하는 시험편(31) 및 평면(32)을, 시험편(31)의 폭 방향의 절단면으로 절단한 단면을 나타냄. 또한, 도 2의 지면 좌우 방향이 시험편(31)의 폭 방향임]. 「폭」은, 예를 들어 시트의 TD 방향(띠상의 시트인 경우, 폭 방향)이다. 「길이」는, 예를 들어 시트의 MD 방향(띠상의 시트인 경우, 길이 방향)이다. 이어서, 시험편(31)을, 120℃로 유지한 건조기에 수용하여 5분 정치한다. 그때, 시험편(31)은 컬 높이의 평가에 영향을 미치는 변형을 120℃에서 발생하지 않는 평면(32) 상에 정치한다. 평면(32)은, 예를 들어 금속판의 표면이다. 5분 정치 후, 상기 평면(32)마다 시험편(31)을 건조기로부터 취출하여 실온까지 냉각한다. 냉각 후, 시험편(31)의 폭 방향의 양쪽의 단변(좌우의 단부)(33a, 33b)의 각각에 대하여, 120℃ 5분간의 정치에 의해 평면(32)으로부터 부상한 단부(33a, 33b)의 높이 h1 및 h2의 최댓값(최곳값)을 측정하고[도 2의 (b) 및 도 3의 (b)], 그 평균을, 상기 시트(10)의 단부의 컬 높이로 할 수 있다.With respect to the
평가 대상물인 시트의 사이즈가 상기 시험편(31)의 사이즈(490㎜ 폭×500㎜ 길이)를 만족시키지 않는 경우, 더 작은 사이즈로 잘라낸 시트를 시험편으로 하고, 상기 방법에 의해 단부의 컬 높이를 구할 수 있다. 단, 시험편의 사이즈가 작아지면, 동일한 시트라도 실제로 측정되는 컬 높이는 작아진다. 이로 인해, 측정에 사용한 시험편의 사이즈에 따른 계수를 측정값에 곱하고, 490㎜ 폭×500㎜ 길이의 시험편을 측정에 사용한 경우의 값으로 환산하고, 이 환산값을, 시트의 단부의 컬 높이로 할 수 있다. 계수는 490㎜ 폭×500㎜ 길이의 시험편을 입수 가능한 시트(10)에 대하여 시험편의 사이즈를 변경하면서 상기 방법에 의한 측정을 실시하고, 얻어진 측정값(490㎜ 폭×500㎜ 길이의 시험편에 대한 측정값 및 더 작은 사이즈의 시험편에 대한 측정값)으로부터 산출할 수 있다. 예를 들어, 300㎜ 폭×300㎜ 길이의 시험편을 사용한 경우, 측정값은 490㎜ 폭×500㎜ 길이의 시험편을 사용한 경우보다도 3% 작아진다. 이로 인해, 측정값에 계수 1.03(=1/0.97)을 곱한 환산값을, 시트의 단부의 컬 높이로 할 수 있다. 또한, 50㎜ 폭×100㎜ 길이의 시험편을 사용한 경우, 측정값은 490㎜ 폭×500㎜ 길이의 시험편을 사용한 경우보다도 10% 작아진다. 이로 인해, 측정값에 계수 1.11(=1/0.90)을 곱한 환산값을, 시트의 단부의 컬 높이로 할 수 있다.When the size of the sheet to be evaluated does not satisfy the size of the test piece 31 (490 mm width x 500 mm length), a sheet cut into a smaller size is used as the test piece, and the curl height of the end can be obtained by the above method. I can. However, as the size of the test piece decreases, the curl height actually measured even with the same sheet decreases. For this reason, the coefficient according to the size of the test piece used for measurement is multiplied by the measured value, and it is converted into a value when a test piece of 490 mm width x 500 mm length is used for measurement, and this conversion value is used as the curl height of the edge of the sheet. can do. The coefficient was measured by the above method while changing the size of the test piece on the
(전극 촉매층이 부착된 시트)(Sheet with electrode catalyst layer attached)
도 4에 본 실시 형태의 시트(15)를 도시한다. 시트(15)는 수지층(1)과, 수지층(1)을 끼움 지지하는 한 쌍의 다공질층(2)을 구비하는 적층체인 시트(10)와, 시트(10)의 한쪽의 주면[다공질층(2)의 주면(22)] 상에 배치된 전사층(3)을 구비하는 적층 시트이다. 도 4에 도시하는 형태에 있어서 전사층(3)은 전극 촉매층이고, 시트(15)는 전극 촉매층이 부착된 시트이다. 시트(15)는 다공질층(2), 수지층(1), 다공질층(2) 및 전사층(3)이 이 순서로 적층되어 구성되어 있다.4 shows the
시트(10)는 그 바람직한 예를 포함하고, 상술한 본 발명의 전사 시트(10)의 설명과 같다. 전사층(3)은 전사 시트(10)에 관한 지금까지의 설명으로부터 이해할 수 있도록, 예를 들어 그 형성 시에 있어서의 변형 및 손상의 발생이 억제된, 얇은 및/또는 균일한 두께를 갖는 층이다.The
시트(15)를 사용하여, 전극 촉매층을 전해질막에 전사하여 MEA를 형성할 수 있다. 도 5에 도시한 바와 같이, MEA(20)에 있어서, 전해질막(5) 상에 전사된 전사층(3)은 전극 촉매층(6)이 된다. 전극 촉매층인 전사층(3)의 구성은 하기의 전극 촉매층(6)의 설명과 같다.Using the
(MEA)(MEA)
시트(10) 또는 시트(15)를 이용하여 제조할 수 있는 제품의 일례는 PEFC 등의 전기 화학 소자용의 MEA이다.An example of a product that can be manufactured using the
도 5에 도시한 바와 같이, 예를 들어 MEA(20)는, 전형적으로는 고분자 전해질막인 전해질막(5)과, 전해질막(5)을 끼움 지지하는 한 쌍의 전극 촉매층(6)에 의해 구성된다. 전극 촉매층(6)은, 예를 들어 직경 1㎛ 이하의 세공을 갖는 다공질 박막이며, 주로, 촉매 물질 담지 입자와 고분자 전해질을 함유한다. 전해질막(5)을 구성하는 고분자 전해질 및 전극 촉매층(6)에 포함되는 고분자 전해질에는 불소계 고분자 전해질, 탄화수소계 고분자 전해질 등의 공지의 고분자 전해질을 사용할 수 있다.As shown in FIG. 5, for example, the
시트(10)를 사용한 MEA의 제조 방법은, 예를 들어 전극 촉매층 적층 공정과, 전해질막 적층 공정과, 가열 압착 공정과, 박리 공정을 포함한다. 전극 촉매층 적층 공정은 시트(10) 상에, 전극 촉매층으로서 전사층(3)을 형성하는 공정이다. 전해질막 적층 공정은 전사층(3)과 전해질막(5)이 접촉하도록 시트(10)와 전해질막(5)을 적층하는 공정이다. 가열 압착 공정은 전사층(3)과 전해질막(5)을 가열 압착하는 공정이다. 박리 공정은 시트(10)를 박리시키고, 전해질막(5) 상에 전사층(3)을 전극 촉매층(6)으로서 남기는 공정이다.The MEA manufacturing method using the
전극 촉매층 적층 공정의 일례를 나타낸다. 먼저 다공질층(2)이 노출되어 있는 시트(10)의 주면(담지면)(22)에, 촉매 물질 담지 입자와 고분자 전해질을 용매 중에 분산시킨 촉매 용액(전극 촉매층 페이스트)을 도포하여 도포막을 형성한다. 이어서, 30 내지 180℃ 정도의 온도에서 가열 건조하고, 시트(10)와 전극 촉매층인 전사층(3)의 적층체[전극 촉매층이 부착된 시트(15)]를 얻는다. 촉매 용액의 도포 방법에는 닥터 블레이드법, 스크린 인쇄법, 롤 코팅법, 스프레이법 등의 공지의 방법을 채용할 수 있다.An example of an electrode catalyst layer lamination process is shown. First, a coating film is formed by applying a catalyst solution (electrode catalyst layer paste) in which catalyst material-carrying particles and a polymer electrolyte are dispersed in a solvent on the main surface (supported surface) 22 of the
가열 압착 공정은 전해질막(5)과 전사층(3)이 접한 상태에 있는 전해질막(5)과 시트(15)의 적층체를 열 프레스하거나, 한 쌍의 열 롤에 통과시키거나 하여 실시할 수 있다. 이때의 가열 압착의 온도는 전해질막(5)의 종류 등에 의하지만, 80 내지 150℃ 정도가 적합하다. 전해질막(5)의 양면을 2개의 전극 촉매층이 부착된 시트(15)로 끼움 지지한 적층체를 한 쌍의 열 롤에 통과시키는 것 등에 의해, 전해질막(5)의 양면에 전사층(3)을 동시에 압착해도 된다.The heating and compression bonding process is performed by hot pressing the stack of the
박리 공정은, 예를 들어 시트(10)를 권취하는 롤을 사용하여, 전해질막(5)과 시트(10)의 압착체로부터 시트(10)를 연속적으로 박리함으로써 실시할 수 있다. 박리한 시트(10)는 재이용할 수 있다.The peeling process can be performed by continuously peeling the
가열 압착 공정 및 박리 공정을 일련의 공정으로서 실시하는 장치의 일례를 도 6에 도시한다. 조출 롤(52)로부터 조출된 전극 촉매층이 부착된 시트(15)의 층(3)을 전해질막(5)과 접촉시키고 한 쌍의 가열 롤(54) 사이를 통과시킴으로써, 양자를 밀착시킨다. 그 후, 시트(10)만을 박리하고, 회수 롤(53)로 권취함으로써, 전해질막(5)의 편면에 전극 촉매층(6)이 접합된 적층체(7)를 연속적으로 제조할 수 있다.Fig. 6 shows an example of an apparatus that performs a heat compression bonding process and a peeling process as a series of processes. The
촉매 물질 담지 입자에 사용되는 촉매 물질은, 예를 들어 백금, 팔라듐, 루테늄, 이리듐, 로듐, 오스뮴 등의 백금족 원소; 철, 납, 구리, 크롬, 코발트, 니켈, 망간, 바나듐, 몰리브덴, 갈륨, 알루미늄 등의 금속; 이들의 합금; 이들의 금속의 산화물, 복산화물이다. 촉매의 입경은, 지나치게 크면 촉매의 활성이 저하되고, 지나치게 작으면 촉매의 안정성이 저하되기 때문에, 0.5 내지 20㎚가 바람직하고, 1 내지 5㎚가 보다 바람직하다. 백금, 금, 팔라듐, 로듐, 루테늄 및 이리듐으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 금속의 입자인 촉매는 전극 반응성이 우수하고, 당해 촉매에 의해, 전극 반응이 효율적으로 안정적으로 행해진다. 이와 같은 촉매를 포함하는 전극 촉매층을 구비한 고체 고분자형 연료 전지는 높은 발전 특성을 나타낸다.The catalyst material used for the catalyst material-carrying particles includes, for example, platinum group elements such as platinum, palladium, ruthenium, iridium, rhodium, and osmium; Metals such as iron, lead, copper, chromium, cobalt, nickel, manganese, vanadium, molybdenum, gallium, and aluminum; Alloys thereof; These are oxides and double oxides of metals. When the particle diameter of the catalyst is too large, the activity of the catalyst decreases, and when it is too small, the stability of the catalyst decreases. Therefore, 0.5 to 20 nm is preferable, and 1 to 5 nm is more preferable. The catalyst, which is a particle of one or two or more metals selected from the group consisting of platinum, gold, palladium, rhodium, ruthenium, and iridium, has excellent electrode reactivity, and the electrode reaction is efficiently and stably performed by the catalyst. A polymer electrolyte fuel cell having an electrode catalyst layer including such a catalyst exhibits high power generation characteristics.
촉매 물질을 담지하는 입자로서, 카본 입자가 적합하다. 카본 입자는 미립자상이고 도전성을 갖고, 촉매에 들어가지 않는 것이면 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 카본 블랙, 그래파이트, 흑연, 활성탄, 탄소 섬유, 카본 나노 튜브, 풀러렌 등이다. 카본 입자의 입경은, 지나치게 작으면 전자 전도 패스가 형성되기 어려워지고, 지나치게 크면 전극 촉매층의 가스 확산성이 저하되거나, 촉매의 이용률이 저하되거나 하기 때문에, 10 내지 1000㎚ 정도가 바람직하고, 보다 바람직하게는 10 내지 100㎚이다.As the particles carrying the catalyst material, carbon particles are suitable. The carbon particles are not particularly limited as long as they are particulate, have conductivity, and do not enter the catalyst, but examples thereof include carbon black, graphite, graphite, activated carbon, carbon fibers, carbon nanotubes, and fullerenes. If the particle diameter of the carbon particles is too small, it becomes difficult to form an electron conduction path, and if too large, the gas diffusibility of the electrode catalyst layer decreases, or the utilization rate of the catalyst decreases. It is preferably 10 to 100 nm.
고분자 전해질에는 양이온 전도성 및 음이온 전도성의 상위에 의하지 않고, 공지의 재료를 사용할 수 있다. 양이온 전도성은, 예를 들어 프로톤 전도성이다. 프로톤 전도성을 갖는 고분자 전해질에는, 예를 들어 불소계 고분자 전해질, 탄화수소계 고분자 전해질을 사용할 수 있다. 불소계 고분자 전해질은, 예를 들어 듀퐁사제 Nafion(등록 상표)이다. 탄화수소계 고분자 전해질은, 예를 들어 술폰화폴리에테르케톤, 술폰화폴리에테르술폰, 술폰화폴리에테르에테르술폰, 술폰화폴리술피드, 술폰화폴리페닐렌 등이다. 전해질막과 전극 촉매층의 밀착성을 고려하면, 전해질막을 구성하는 전해질과, 전극 촉매층을 구성하는 전해질이 동일한 것이 바람직하다.For the polymer electrolyte, a known material can be used regardless of the difference in cation conductivity and anion conductivity. Cationic conductivity is, for example, proton conductivity. As the polymer electrolyte having proton conductivity, for example, a fluorine-based polymer electrolyte and a hydrocarbon-based polymer electrolyte can be used. The fluorine-based polymer electrolyte is, for example, Nafion (registered trademark) manufactured by DuPont. Hydrocarbon-based polymer electrolytes are, for example, sulfonated polyether ketone, sulfonated polyether sulfone, sulfonated polyether ether sulfone, sulfonated polysulfide, sulfonated polyphenylene, and the like. In consideration of the adhesion between the electrolyte membrane and the electrode catalyst layer, it is preferable that the electrolyte constituting the electrolyte membrane and the electrolyte constituting the electrode catalyst layer are the same.
촉매 용액에 사용되는 용매는 촉매 물질 담지 입자를 침식하는 일이 없고, 고분자 전해질을 유동성이 높은 상태에서 용해 또는 미세 겔로서 분산할 수 있는 것이면 특별히 한정되지 않는다. 촉매 용액에 사용되는 용매는, 예를 들어 메탄올, 에탄올, 1-프로판올, 2-프로판올, 1-부탄올, 2-부탄올, 이소부틸알코올, tert-부틸알코올, 펜탄올 등의 알코올; 아세톤, 메틸에틸케톤, 펜타논, 메틸이소부틸케톤, 헵타논, 시클로헥사논, 메틸시클로헥사논, 아세토닐아세톤, 디이소부틸케톤 등의 케톤계 용매; 테트라히드로푸란, 디옥산, 디에틸렌글리콜디메틸에테르, 아니솔, 메톡시톨루엔, 디부틸에테르 등의 에테르계 용매; 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, N-메틸피롤리돈, 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 디아세톤알코올, 1-메톡시-2-프로판올이다. 촉매 용액에 사용되는 용매에는 휘발성의 유기 용매가 포함되는 것이 바람직하고, 극성 용매가 포함되는 것이 바람직하다. 촉매 용액에 사용되는 용매는 2종 이상의 이들의 용매 혼합물이어도 된다.The solvent used in the catalyst solution is not particularly limited as long as it does not corrode the catalyst material-carrying particles, and can dissolve or disperse the polymer electrolyte as a fine gel in a state of high fluidity. Examples of the solvent used in the catalyst solution include alcohols such as methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, isobutyl alcohol, tert-butyl alcohol and pentanol; Ketone solvents such as acetone, methyl ethyl ketone, pentanone, methyl isobutyl ketone, heptanone, cyclohexanone, methyl cyclohexanone, acetonyl acetone, and diisobutyl ketone; Ether solvents such as tetrahydrofuran, dioxane, diethylene glycol dimethyl ether, anisole, methoxytoluene, and dibutyl ether; They are dimethylformamide, dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone, ethylene glycol, diethylene glycol, diacetone alcohol, and 1-methoxy-2-propanol. The solvent used in the catalyst solution preferably contains a volatile organic solvent, and preferably contains a polar solvent. The solvent used in the catalyst solution may be a mixture of two or more of these solvents.
촉매 물질 담지 입자를 양호하게 분산시키기 위해, 촉매 용액에 분산제가 포함되어 있어도 된다. 분산제는, 예를 들어 음이온성 계면 활성제, 양이온성 계면 활성제, 양성 계면 활성제, 비이온성 계면 활성제이다. 그 중에서도, 알킬벤젠술폰산, 유용성 알킬벤젠술폰산, α-올레핀술폰산, 알킬벤젠술폰산나트륨, 유용성알킬벤젠술폰산염, α-올레핀술폰산염 등의 술폰산형의 계면 활성제가 바람직하게 사용된다.In order to disperse the catalyst substance-carrying particles satisfactorily, a dispersant may be contained in the catalyst solution. Dispersants are, for example, anionic surfactants, cationic surfactants, amphoteric surfactants, and nonionic surfactants. Among them, sulfonic acid type surfactants such as alkylbenzene sulfonic acid, oil-soluble alkylbenzene sulfonic acid, α-olefin sulfonic acid, sodium alkylbenzene sulfonate, oil-soluble alkylbenzene sulfonate, and α-olefin sulfonate are preferably used.
실시예Example
이하, 실시예에 의해 본 발명을 더 상세하게 설명한다. 본 발명은 이하의 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail by examples. The present invention is not limited to the following examples.
(실시예 1)(Example 1)
PTFE 미분말(다이킨 고교 가부시키가이샤제, 폴리프론F-104) 100중량부에 대하여, 액상 윤활제(n-도데칸, 가부시키가이샤 재팬 에너지제) 20중량부를 균일하게 혼합하고, 실린더에 압축한 후에 램 압출기에서 압출하여, 길이 방향으로 연장되는 시트상 성형체를 얻었다. 이 시트상 성형체를, 액상 윤활제가 포함된 상태에서 금속제 압연 롤 사이에 통과시켜, 두께 0.2㎜가 되도록 압연했다. 그 후, 시트상 성형체를 150℃로 가열함으로써 액상 윤활제를 제거하고, 시트상 성형체를 건조시켰다. 그 후, 시트상 성형체를, 370℃에 있어서 길이 방향으로 20배의 배율로 연신했다. 이어서, 얻어진 길이 방향으로 연신된 시트상 성형체를 180℃에 있어서 폭 방향으로 5배의 배율로 연신하여, 막 두께 40㎛, 평균 구멍 직경 3.0㎛의 PTFE 다공질막을 얻었다.With respect to 100 parts by weight of PTFE fine powder (manufactured by Daikin Kogyo Co., Ltd., Polyflon F-104), 20 parts by weight of a liquid lubricant (n-Dodecane, manufactured by Japan Energy Co., Ltd.) were uniformly mixed and compressed into a cylinder. Later, it extruded with a ram extruder to obtain a sheet-like molded body extending in the longitudinal direction. This sheet-shaped molded article was passed between metal rolling rolls in a state containing a liquid lubricant, and rolled so as to have a thickness of 0.2 mm. Then, the liquid lubricant was removed by heating the sheet-shaped molded body to 150°C, and the sheet-shaped molded body was dried. Thereafter, the sheet-shaped molded article was stretched at a magnification of 20 times in the longitudinal direction at 370°C. Subsequently, the obtained sheet-shaped molded article stretched in the longitudinal direction was stretched at 180° C. at a magnification of 5 times in the width direction to obtain a PTFE porous membrane having a thickness of 40 μm and an average pore diameter of 3.0 μm.
얻어진 PTFE 다공질막을 다공질층으로서 사용하고, 수지층으로서 무공의 PET 필름(유니티카 가부시키가이샤제, EMBLET SD-75, 막 두께 75㎛)을 준비했다. 이들의 층을, PET 필름의 표리 양면을 한 쌍의 PTFE 다공질막 사이에 끼워 넣도록 하여 적층시키고, 280℃의 고온 프레스기로 20kN으로 60초간 프레스하여, PET층과, 이것을 끼움 지지하는 한 쌍의 PTFE 다공질층이 융착된 복합 시트를 얻었다.The obtained porous PTFE membrane was used as a porous layer, and a non-porous PET film (manufactured by Unitika Corporation, EMBLET SD-75, film thickness of 75 µm) was prepared as a resin layer. These layers were laminated by sandwiching the front and back sides of the PET film between a pair of porous PTFE membranes, and pressed with a high-temperature press at 280°C for 60 seconds at 20 kN, and the PET layer and a pair of sandwiching and supporting the PET film. A composite sheet to which a porous PTFE layer was fused was obtained.
(실시예 2)(Example 2)
PTFE 다공질막의 막 두께를 80㎛, 평균 구멍 직경을 2.5㎛(닛토 덴코 가부시키가이샤제, NTF1133)로 변경한 것 이외는, 실시예 1과 마찬가지로 하여, PET층과, 이것을 끼움 지지하는 한 쌍의 PTFE 다공질층이 융착된 복합 시트를 얻었다.In the same manner as in Example 1, except that the membrane thickness of the PTFE porous membrane was changed to 80 µm and the average pore diameter was changed to 2.5 µm (manufactured by Nitto Denko Corporation, NTF1133), a PET layer and a pair of supporting it A composite sheet to which a porous PTFE layer was fused was obtained.
(실시예 3)(Example 3)
PTFE 다공질막의 막 두께를 20㎛, 평균 구멍 직경을 0.4㎛(닛토 덴코 가부시키가이샤제, NTF1026D)로 변경한 것 이외는, 실시예 1과 마찬가지로 하여, PET층과, 이것을 끼움 지지하는 한 쌍의 PTFE 다공질층이 융착된 복합 시트를 얻었다.In the same manner as in Example 1, except that the membrane thickness of the PTFE porous membrane was changed to 20 μm and the average pore diameter was changed to 0.4 μm (manufactured by Nitto Denko Corporation, NTF1026D), A composite sheet to which a porous PTFE layer was fused was obtained.
(실시예 4)(Example 4)
수지층으로서 무공의 POM 필름(구라시키 보세키 가부시키가이샤제, PM-1500, 막 두께 100㎛)을 사용하여, 고온 프레스기의 온도를 200℃로 한 것 이외는, 실시예 1과 마찬가지로 하여, POM층과, 이것을 끼움 지지하는 한 쌍의 PTFE 다공질층이 융착된 복합 시트를 얻었다.In the same manner as in Example 1, except that a non-porous POM film (manufactured by Kurashiki Boseki Co., Ltd., PM-1500, film thickness of 100 µm) was used as the resin layer, and the temperature of the hot press machine was set to 200°C, A composite sheet was obtained in which a POM layer and a pair of porous PTFE layers supporting the POM layer were fused together.
(실시예 5)(Example 5)
수지층으로서 무공의 PP 필름(도레이 가부시키가이샤제, 도레이팬BO, 막 두께 100㎛)을 사용하여, 고온 프레스기의 온도를 180℃로 한 것 이외는, 실시예 1과 마찬가지로 하여, PP층과, 이것을 끼움 지지하는 한 쌍의 PTFE 다공질층이 융착된 복합 시트를 얻었다.In the same manner as in Example 1, except that a non-porous PP film (manufactured by Toray Corporation, Toray Pan BO, film thickness of 100 μm) was used as the resin layer, and the temperature of the hot press machine was set to 180°C, Then, a composite sheet was obtained in which a pair of porous PTFE layers for sandwiching this were fused together.
(실시예 6)(Example 6)
수지층으로서 무공의 UHMWPE 필름(닛토 덴코 가부시키가이샤제, No.440, 막 두께 100㎛)을 사용하여, 고온 프레스기의 온도를 150℃로 한 것 이외는, 실시예 1과 마찬가지로 하여, PP층과, 이것을 끼움 지지하는 한 쌍의 PTFE 다공질층이 융착된 복합 시트를 얻었다.PP layer in the same manner as in Example 1, except that a non-porous UHMWPE film (manufactured by Nitto Denko Corporation, No.440, film thickness of 100 μm) was used as the resin layer, and the temperature of the hot press machine was set to 150°C. And, a composite sheet was obtained in which a pair of porous PTFE layers for sandwiching them were fused together.
(실시예 7)(Example 7)
PTFE 미분말(다이킨 고교 가부시키가이샤제, 폴리프론F-104) 100중량부에 대하여, 액상 윤활제(n-도데칸, 가부시키가이샤 재팬 에너지제) 20중량부를 균일하게 혼합하고, 실린더에 압축한 후에 램 압출기에서 압출하여, 길이 방향으로 연장되는 시트상 성형체를 얻었다. 이 시트상 성형체를, 액상 윤활제가 포함된 상태에서 금속제 압연 롤 사이에 통과시켜, 두께 0.2㎜가 되도록 압연했다. 그 후, 시트상 성형체를 150℃로 가열함으로써 액상 윤활제를 제거하고, 시트상 성형체를 건조시켰다. 그 후, 시트상 성형체를, 370℃에 있어서 길이 방향으로 20배의 배율로 연신하고, 370℃에 있어서 다시 5배의 배율로 연신했다. 이어서, 얻어진 길이 방향으로 연신된 시트상 성형체를 150℃에 있어서 폭 방향의 4배의 배율로 연신하여, 막 두께 10㎛, 평균 구멍 직경 10㎛의 PTFE 다공질막을 얻었다.With respect to 100 parts by weight of PTFE fine powder (manufactured by Daikin Kogyo Co., Ltd., Polyflon F-104), 20 parts by weight of a liquid lubricant (n-Dodecane, manufactured by Japan Energy Co., Ltd.) were uniformly mixed and compressed into a cylinder. Later, it extruded with a ram extruder to obtain a sheet-like molded body extending in the longitudinal direction. This sheet-shaped molded article was passed between metal rolling rolls in a state containing a liquid lubricant, and rolled so as to have a thickness of 0.2 mm. Then, the liquid lubricant was removed by heating the sheet-shaped molded body to 150°C, and the sheet-shaped molded body was dried. Thereafter, the sheet-shaped molded body was stretched at a magnification of 20 times in the longitudinal direction at 370°C, and stretched again at 370°C at a magnification of 5 times. Subsequently, the obtained sheet-shaped molded article stretched in the longitudinal direction was stretched at 150°C at a magnification of 4 times the width direction to obtain a PTFE porous membrane having a film thickness of 10 µm and an average pore diameter of 10 µm.
얻어진 PTFE 다공질막을 다공질층으로서 사용하고, 수지층으로서 무공의 PP 필름(도레이 가부시키가이샤제, 도레이팬BO, 막 두께 100㎛)을 준비했다. 이들의 층을, PP 필름의 표리 양면을 한 쌍의 PTFE 다공질막 사이에 끼워 넣도록 하여 적층시키고, 180℃의 고온 프레스기로 4.5kN으로 30초간 프레스함으로써, PP층과, 이것을 끼움 지지하는 한 쌍의 PTFE 다공질층이 융착된 복합 시트를 얻었다.The obtained porous PTFE membrane was used as a porous layer, and a non-porous PP film (manufactured by Toray Corporation, Toray Pan BO, film thickness of 100 µm) was prepared as a resin layer. These layers are laminated by sandwiching both the front and back sides of the PP film between a pair of porous PTFE membranes, and by pressing for 30 seconds at 4.5 kN with a 180°C high-temperature press, the PP layer and a pair of sandwiching and supporting the PP layer A composite sheet in which the porous PTFE layer of was fused was obtained.
(실시예 8)(Example 8)
수지층으로서 PP제의 네트(막 두께 100㎛)를 사용하여, 고온 프레스기의 온도를 180℃로 한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여, PP제 네트와, 이것을 끼움 지지하는 한 쌍의 PTFE 다공질층이 융착된 복합 시트를 얻었다.In the same manner as in Example 1, except that a PP net (film thickness of 100 μm) was used as the resin layer and the temperature of the high-temperature press was set to 180°C, a PP net and a pair of porous PTFE for sandwiching the net were used. A composite sheet to which the layers were fused was obtained.
(실시예 9)(Example 9)
수지층으로서 PE계 부직포(에르베스, 막 두께 75㎛)를 사용하여, 고온 프레스기의 온도를 180℃로 한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여, PE계 부직포와, 이것을 끼움 지지하는 한 쌍의 PTFE 다공질층이 융착된 복합 시트를 얻었다.A PE-based nonwoven fabric (Herves, film thickness of 75 µm) was used as the resin layer, and the same was carried out as in Example 1, except that the temperature of the hot press machine was set to 180°C. A composite sheet to which a porous PTFE layer was fused was obtained.
(비교예 1)(Comparative Example 1)
불소 수지층으로서 무공의 PTFE 시트(닛토 덴코 가부시키가이샤제, No.900UL, 막 두께 100㎛)를, 수지층으로서 무공의 PET 필름(유니티카 가부시키가이샤제, EMBLET SD-75, 막 두께 75㎛)을 준비했다. 이들의 층을, PET 필름의 표리 양면을 한 쌍의 PTFE 시트 사이에 끼워 넣도록 적층시키고, 280℃의 고온 프레스기로 4.5kN으로 30초간 프레스하여, PET층과, 이것을 끼움 지지하는 한 쌍의 PTFE 무공층이 융착된 복합 시트를 얻었다.As the fluorine resin layer, a non-porous PTFE sheet (manufactured by Nitto Denko Corporation, No.900UL, film thickness of 100 µm) was used as the resin layer, and a non-porous PET film (manufactured by Unitika, EMBLET SD-75, thickness 75). Μm) was prepared. These layers are laminated so that the front and back sides of the PET film are sandwiched between a pair of PTFE sheets, and pressed at 4.5 kN for 30 seconds with a high-temperature press at 280°C, and the PET layer and a pair of PTFE sandwiching the PET film. A composite sheet to which a non-porous layer was fused was obtained.
(비교예 2)(Comparative Example 2)
수지층으로서, 무공의 UHMWPE 필름(닛토 덴코 가부시키가이샤제, No.440, 막 두께 100㎛)을 사용하여, 고온 프레스기의 온도를 150℃로 한 것 이외는, 비교예 1과 마찬가지로 하여, UHMWPE층과, 이것을 끼움 지지하는 한 쌍의 PTFE 무공층이 융착된 복합 시트를 얻었다.UHMWPE was carried out in the same manner as in Comparative Example 1 except that a non-porous UHMWPE film (manufactured by Nitto Denko Corporation, No.440, film thickness of 100 μm) was used as the resin layer, and the temperature of the hot press machine was set to 150°C. A composite sheet was obtained in which a layer and a pair of non-porous PTFE layers supporting the layer were fused together.
(비교예 3)(Comparative Example 3)
수지층으로서, 무공의 PP 필름(도레이 가부시키가이샤제, 도레이팬BO, 막 두께 100㎛)을 사용하여, 고온 프레스기의 온도를 180℃로 한 것 이외는, 비교예 1과 마찬가지로 하여, PP층과, 이것을 끼움 지지하는 한 쌍의 PTFE 무공층이 융착된 복합 시트를 얻었다.A PP layer in the same manner as in Comparative Example 1 except that a non-porous PP film (manufactured by Toray Corporation, Toray Pan BO, film thickness of 100 μm) was used as the resin layer, and the temperature of the hot press machine was set to 180°C. And, a composite sheet was obtained in which a pair of non-porous PTFE layers for sandwiching this were fused together.
(비교예 4)(Comparative Example 4)
불소 수지층으로서 PTFE 다공질막(닛토 덴코 가부시키가이샤제, NTF1133, 막 두께 80㎛, 평균 구멍 직경 2.5㎛)을 단막으로 사용했다. 비교예 4에서는 열가소성 수지층을 사용하지 않았다.As the fluorine resin layer, a porous PTFE membrane (manufactured by Nitto Denko Corporation, NTF1133, film thickness of 80 µm, average pore diameter of 2.5 µm) was used as a single film. In Comparative Example 4, the thermoplastic resin layer was not used.
(비교예 5)(Comparative Example 5)
불소 수지층으로서 무공의 PTFE막(닛토 덴코 가부시키가이샤제, No.900UL, 막 두께 100㎛)을 단막으로 사용했다. 비교예 5에서는 열가소성 수지층을 사용하지 않았다.As the fluororesin layer, a non-porous PTFE membrane (manufactured by Nitto Denko Corporation, No. 900UL, film thickness of 100 μm) was used as a single membrane. In Comparative Example 5, the thermoplastic resin layer was not used.
(비교예 6)(Comparative Example 6)
불소 수지층으로서 PTFE 다공질막(닛토 덴코 가부시키가이샤제, NTF1133, 막 두께 80㎛, 평균 구멍 직경 2.5㎛)을, 수지층으로서 무공의 PET 필름(유니티카 가부시키가이샤제, EMBLET SD-75, 막 두께 75㎛)을 준비했다. PET 필름의 편면에만 PTFE 다공질막을 적층시키고, 이것을 280℃의 고온 프레스기로 20kN으로 60초간 프레스하여, 1층의 PTFE 다공질층과 1층의 PET층이 융착된 복합 시트를 얻었다.A PTFE porous film (manufactured by Nitto Denko Corporation, NTF1133, film thickness 80 µm, average pore diameter 2.5 µm) as a fluorine resin layer was used as a resin layer, and a non-porous PET film (manufactured by Unitika Corporation, EMBLET SD-75, A film thickness of 75 µm) was prepared. A porous PTFE membrane was laminated on only one side of the PET film, and pressed with a high-temperature press at 280°C for 60 seconds at 20 kN to obtain a composite sheet in which a porous PTFE layer of one layer and a PET layer of one layer were fused together.
실시예 및 비교예에서 제작한 시트의 특성은 이하와 같이 평가했다.The properties of the sheets produced in Examples and Comparative Examples were evaluated as follows.
(막 두께)(Film thickness)
시트의 막 두께는 다이얼 두께 측정기(가부시키가이샤 오자키 세이사쿠쇼제, G-6C, 1/1000㎜, 측정자 직경 5㎜)를 사용하여 측정했다.The film thickness of the sheet was measured using a dial thickness measuring device (manufactured by Ozaki Seisakusho Co., Ltd., G-6C, 1/1000 mm, measuring
(접촉각)(Contact angle)
PTFE층(다공질층 또는 무공층)의 주면과 물의 접촉각(단위:도)은 JIS R3257(기판 유리 표면의 습윤성 시험 방법, 정적법)에 따라, 접촉각 측정 장치(Contact Angle System OCA 30, Data Physics Instruments GmbH제)를 사용하여 측정했다.The contact angle (unit: degree) between the main surface of the PTFE layer (porous layer or non-porous layer) and water is in accordance with JIS R3257 (wetability test method on the substrate glass surface, static method), and a contact angle measuring device (Contact Angle System OCA 30, Data Physics Instruments). GmbH product) was used.
(융착성)(Fusibility)
PTFE층(다공질층 또는 무공층)과 수지층의 융착성은 양 층의 융착 상태에 따라, 이하의 기준에 기초하여 판별했다. 손으로 복합 시트의 각 층을 박리하려고 했을 때에, 복합 시트의 단부로부터 PTFE층이 용이하게 박리되지 않은 상태를 「○(양호)」, 용이하게 박리되어, 융착되어 있다고는 할 수 없는 상태를 「×(불가)」라고 평가했다.The fusion properties of the PTFE layer (porous layer or non-porous layer) and the resin layer were determined based on the following criteria according to the fusion state of both layers. When trying to peel off each layer of the composite sheet by hand, the PTFE layer is not easily peeled off from the end of the composite sheet. × (impossible)".
(전극 촉매층을 형성하기 위한 페이스트의 제조)(Preparation of a paste for forming an electrode catalyst layer)
일본 특허 공개 제2008-269847호 공보의 기재를 참고로 하여, 하기의 방법에 의해, 전극 촉매층을 형성하기 위한 페이스트를 제조했다.With reference to the description of Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-269847, a paste for forming an electrode catalyst layer was prepared by the following method.
나피온 솔루션 DE1020(상품명;듀퐁사제)과 카본 블랙을, 나피온 솔루션에 포함되는 나피온의 중량을 카본 블랙의 중량으로 나눈 값이 0.8이 되도록 칭량하고, 혼합했다. 또한, 포함되는 알코올 비율이 25질량%가 되도록 순수를 혼합하여 혼합액을 얻었다. 또한, 나피온 솔루션 DE1020에는 알코올이 포함되어 있었다. 상기 혼합액을 믹서(가부시키가이샤 싱키제, 상품명 「아와토리 렌타로」)로 5분간, 원심 교반한 후, 호모지나이저(HSIANGTAI사제, HG-200)에 의해 교반하고, 전극 촉매층을 형성하기 위한 페이스트를 얻었다.Nafion solution DE1020 (trade name; manufactured by DuPont) and carbon black were weighed and mixed so that the value obtained by dividing the weight of Nafion contained in the Nafion solution by the weight of carbon black became 0.8. Further, pure water was mixed so that the alcohol ratio contained was 25% by mass to obtain a mixed solution. In addition, Nafion Solution DE1020 contained alcohol. The mixture was centrifuged for 5 minutes with a mixer (manufactured by Sinki Co., Ltd., brand name ``Awatori Rentaro''), and then stirred with a homogenizer (HG-200, manufactured by HSIANGTAI) to form an electrode catalyst layer. I got a paste for it.
(전극 촉매층의 도포 시공성)(Applicability of electrode catalyst layer)
상술한 바와 같이 하여 얻은 전극 촉매층을 형성하기 위한 페이스트를, 어플리케이터를 사용하여, 실시예 및 비교예에서 제작한 시트의 PTFE층(다공질층 또는 무공층)의 주면에 도포하고, 120℃로 유지한 건조기를 사용하여 5분간 건조시켜, 전극 촉매층이 부착된 시트를 얻었다. 이때, 시트로의 페이스트의 도포 시공성에 대하여, 시트 표면에 있어서 페이스트가 튕겨지지 않고, 또한 도포 시공에 의해 시트가 변형되지 않은 경우를 「○(양호)」, 시트 표면에 있어서 페이스트가 튕겨지지 않았지만, 도포 시공에 의해 시트가 변형된 경우를 「△(가능)」, 시트 표면에 있어서 페이스트가 튕겨진 경우를 「×(불가)」라고 평가했다.The paste for forming the electrode catalyst layer obtained as described above was applied to the main surface of the PTFE layer (porous layer or non-porous layer) of the sheets prepared in Examples and Comparative Examples using an applicator, and maintained at 120°C. It dried for 5 minutes using a dryer to obtain a sheet with an electrode catalyst layer attached thereto. At this time, with respect to the applicationability of the paste to the sheet, when the paste is not repelled on the sheet surface and the sheet is not deformed due to the application construction, ``○ (good)'', and the paste was not repelled on the sheet surface. , The case where the sheet was deformed due to application construction was evaluated as "Δ (possible)", and the case where the paste repelled on the surface of the sheet was evaluated as "x (impossible)".
(전극 촉매층의 전사 평가)(Evaluation of transfer of electrode catalyst layer)
상술한 바와 같이 하여 얻은 전극 촉매층이 부착된 시트와, 전해질막(DuPont사제, Nafion115, 막 두께 125㎛)을, 전해질막과 전극 촉매층이 접하도록 적층하고, 120℃의 열 프레스기를 사용하여 5kN으로 60초간 가열했다. 그 후, 적층체로부터 시트를 박리하고, 전해질막으로의 전극 촉매층의 전사성을 평가했다. 전사성은 전극 촉매층의 모든 면적이 전사된 경우를 「◎(우수)」, 90% 이상의 면적이 전사된 경우를 「○(양호)」, 80% 이상의 면적이 전사된 경우를 「△(가능)」, 전사 면적이 80% 미만인 경우를 「×(불가)」라고 평가했다.The sheet with the electrode catalyst layer obtained as described above and the electrolyte membrane (manufactured by DuPont, Nafion 115, film thickness of 125 μm) were stacked so that the electrolyte membrane and the electrode catalyst layer were in contact, and the thickness was 5 kN using a 120°C hot press Heated for 60 seconds. Then, the sheet was peeled from the laminate, and the transferability of the electrode catalyst layer to the electrolyte membrane was evaluated. Transferability is "◎ (excellent)" when all areas of the electrode catalyst layer have been transferred, "○ (good)" when an area of 90% or more has been transferred, and "△ (possible)" when an area of 80% or more has been transferred. , The case where the transfer area was less than 80% was evaluated as "x (impossible)".
(컬 특성의 평가)(Evaluation of curl properties)
시트의 컬 특성은 이하와 같이 평가했다. 평가 대상물인 시트를 490㎜ 폭×500㎜ 길이로 잘라내어 시험편을 얻었다. 시험편의 폭 방향은 PTFE층의 TD 방향, 길이 방향은 PTFE층의 MD 방향으로 했다. 이어서, 시험편을, 금속판 상에 적재한 상태에서, 120℃로 유지한 건조기에 수용하여 5분간 정치했다. 그 후, 금속판 상에 적재한 상태에서 시험편을 건조기로부터 취출하고, 실온까지 냉각한 후, 시험편의 폭 방향의 양쪽의 단변(좌우의 단부)의 높이(컬에 의해 발생한, 금속판으로부터의 높이)를 측정하고, 각각의 높이의 최고값의 평균을 당해 시트의 단부의 컬 높이로 했다.The curl property of the sheet was evaluated as follows. The sheet as an evaluation object was cut out to a width of 490 mm × 500 mm in length to obtain a test piece. The width direction of the test piece was the TD direction of the PTFE layer, and the length direction was the MD direction of the PTFE layer. Next, the test piece was accommodated in a dryer maintained at 120° C. in a state mounted on a metal plate, and allowed to stand for 5 minutes. After that, take the test piece out of the dryer while it is loaded on the metal plate, cool it to room temperature, and then measure the height of both short sides (left and right ends) in the width direction of the test piece (height from the metal plate generated by curls). It measured, and the average of the maximum value of each height was made into the curl height of the edge part of the said sheet.
평가 결과를, 이하의 표 1A 및 표 1B에 나타낸다.The evaluation results are shown in Tables 1A and 1B below.
[표 1A][Table 1A]
[표 1B][Table 1B]
본 발명은 그 의도 및 본질적인 특징으로부터 일탈하지 않는 한, 다른 실시 형태에 적용할 수 있다. 이 명세서에 개시되어 있는 실시 형태는 모든 점에서 설명적인 것이며 이것에 한정되지 않는다. 본 발명의 범위는 상기 설명이 아니라 첨부한 클레임에 의해 나타나 있고, 클레임과 균등한 의미 및 범위에 있는 모든 변경은 그것에 포함된다.The present invention can be applied to other embodiments as long as it does not deviate from its intention and essential characteristics. Embodiments disclosed in this specification are illustrative in all respects, and are not limited thereto. The scope of the present invention is indicated by the appended claims rather than the above description, and all changes in the meaning and scope equivalent to the claims are included therein.
본 발명의 전사 시트는, 예를 들어 연료 전지 등의 전기 화학 소자가 구비하는 전극 촉매층의 전사법에 의한 제조에 사용할 수 있다.The transfer sheet of the present invention can be used, for example, for production by a transfer method of an electrode catalyst layer provided in an electrochemical device such as a fuel cell.
Claims (14)
열가소성 수지층과, 상기 열가소성 수지층에 접합된, 상기 열가소성 수지층을 끼움 지지하는 한 쌍의 불소 수지 다공질층을 구비하고,
적어도 한쪽의 상기 불소 수지 다공질층에 있어서의 상기 열가소성 수지층측의 주면과는 반대측의 주면이 상기 담지면이고,
50㎛ 이상의 두께를 갖는, 전사 시트.It is a transfer sheet for transferring the layer supported on the supported surface to another member,
A thermoplastic resin layer and a pair of porous fluororesin layers that are bonded to the thermoplastic resin layer and hold the thermoplastic resin layer therebetween,
At least one main surface of the porous fluororesin layer on a side opposite to the main surface on the side of the thermoplastic resin layer is the supported surface,
A transfer sheet having a thickness of 50 µm or more.
전극 촉매층을 갖고,
상기 전극 촉매층이, 상기 시트의 적어도 한쪽의 상기 불소 수지 다공질층 상에 배치되어 있는, 전극 촉매층이 부착된 시트.The transfer sheet according to claim 1, and
Having an electrode catalyst layer,
A sheet with an electrode catalyst layer, wherein the electrode catalyst layer is disposed on at least one of the porous fluororesin layers of the sheet.
Applications Claiming Priority (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JPJP-P-2016-231762 | 2016-11-29 | ||
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