(57)【要約】【課題】含浸膜と搬送シートとの剥がれを抑制する。【解決手段】電解質膜構造体の製造方法は、同一の高分子材料によって構成された搬送シートと剥離シートとを準備する工程と、剥離シートの一面にプラズマ処理を行うことによって表面処理層を形成する工程と、多孔質膜の両面に電解質樹脂前駆体膜を配置した積層膜を搬送シートと剥離シートの表面処理層との間に挟み込んだ膜・シート積層体を形成する工程と、膜・シート積層体を熱プレスして、電解質樹脂前駆体膜を多孔質膜に含浸させることによって含浸膜・シート積層体を形成する工程と、剥離シートを含浸膜から剥離した後に、含浸膜を加水分解することによって電解質膜構造体を形成する工程と、を備える。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜と、前記電解質膜を搬送する搬送シートとを有する電解質膜構造体の製造方法であって、
同一の高分子材料によって構成された前記搬送シートと剥離シートとを準備する工程と、
前記剥離シートの一面にプラズマ処理を行うことによって表面処理層を形成する工程と、
多孔質膜の両面に電解質樹脂前駆体膜を配置した積層膜を前記搬送シートと前記剥離シートの前記表面処理層との間に挟み込んだ膜・シート積層体を形成する工程と、
前記膜・シート積層体を熱プレスして、前記電解質樹脂前駆体膜を前記多孔質膜に含浸させることによって含浸膜・シート積層体を形成する工程と、
前記剥離シートを前記含浸膜から剥離した後に、前記含浸膜を加水分解することによって前記電解質膜構造体を形成する工程と、
を備える電解質膜構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解質膜構造体の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、電解質膜構造体が開示されている。この電解質膜構造体は、キャリアフィルム（搬送シート）と、キャリアフィルムの表面に貼り付けられた電解質膜とを備える。キャリアフィルムが電解質膜と接着する面には、フッ素樹脂コートを施してフッ素樹脂層を形成している。このフッ素樹脂層は、キャリアフィルムと電解質膜との間の密着性を高めるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−９６１０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、電解質膜構造体は、両面に電解質樹脂前駆体膜を配置した多孔質膜を剥離シートと搬送用シートの間に挟んで熱プレスすることによって含浸膜・シート積層体を形成した後に、剥離シートを含浸膜から剥離して、含浸膜を加水分解して電解質膜を形成することによって製造される。従来技術では、搬送シートが含浸膜（電解質膜）と接着する面にフッ素樹脂層を形成することによって、剥離シートを含浸膜から剥離する際に含浸膜が搬送シートから剥がれてしまうことを抑制する。しかし、熱プレスする際に、表面にフッ素樹脂層が形成された搬送シートの熱膨張量が剥離シートの熱膨張量と異なるため、含浸膜に皺や折れが生じてしまうという問題がある。本発明は、搬送シートにフッ素樹脂層を形成せず、同一の材料によって構成された搬送シートと剥離シートを使用しつつ、含浸膜が搬送シートから剥がれてしまうことを抑制する技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
【０００６】
（１）本発明の一形態によれば、電解質膜と、前記電解質膜を搬送する搬送シートとを有する電解質膜構造体の製造方法が提供される。この電解質膜構造体の製造方法は、電解質膜と、前記電解質膜を搬送する搬送シートとを有する電解質膜構造体の製造方法であって、同一の高分子材料によって構成された前記搬送シートと剥離シートとを準備する工程と、前記剥離シートの一面にプラズマ処理を行うことによって表面処理層を形成する工程と、多孔質膜の両面に電解質樹脂前駆体膜を配置した積層膜を前記搬送シートと前記剥離シートの前記表面処理層との間に挟み込んだ膜・シート積層体を形成する工程と、前記膜・シート積層体を熱プレスして、前記電解質樹脂前駆体膜を前記多孔質膜に含浸させることによって含浸膜・シート積層体を形成する工程と、前記剥離シートを前記含浸膜から剥離した後に、前記含浸膜を加水分解することによって前記電解質膜構造体を形成する工程と、を備える。
この形態の電解質膜構造体の製造方法によれば、剥離シートが含浸膜と接する面に表面処理層が形成されていることによって、剥離シートと含浸膜との接合力が搬送シートと含浸膜との接合力よりも小さいので、剥離シートを含浸膜から剥離する際に含浸膜が搬送シートから剥がれてしまうことを抑制できる。また、搬送シートと剥離シートが同一の高分子材料によって構成されているので、熱プレスする際の熱膨張量はほぼ同様である。この結果、熱プレスする際に含浸膜に皺や折れが生じることを抑制できる。
【０００７】
本発明は、上記以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、電解質膜の製造方法等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態における剥離シートにプラズマ処理を施す様子を示す図。
【図２】膜・シート積層体を形成する様子を示す図。
【図３】膜・シート積層体を熱プレスする様子を示す図。
【図４】含浸膜・シート積層体を示す図。
【図５】剥離シートを剥離する様子を示す図。
【図６】含浸膜を加水分解する様子を示す図。
【図７】搬送シートと含浸膜との密着度の実験結果を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は、本発明の一実施形態における搬送シート１１と剥離シート１２を示す図である。搬送シート１１と剥離シート１２及び後述する多孔質膜と電解質樹脂前駆体膜は、長尺物としてロールに巻き付けて製造工程を行ってもよい。
【００１０】
搬送シート１１と剥離シート１２は、同一の高分子材料によって構成されている。この高分子材料としては、例えば、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルファイト）の単体又は２つ以上組み合わせたものによって構成された樹脂が使用可能である。
【００１１】
剥離シート１２の一面（図１の例では表面Ｅ）には、プラズマ装置５００によって、プラズマ処理が行われる。プラズマ処理としては、例えば、コロナ放電によるコロナ処理を利用可能である。このプラズマ処理によって、剥離シート１２の表面Ｅに表面処理層ＰＳが形成される。表面処理層ＰＳは、剥離シート１２の裏面Ｆや搬送シート１１よりも親水性が高い。なお、プラズマ処理は、剥離シート１２の表面層（例えば表面Ｅから深さ０．１μｍ以下の層）で行われるので、剥離シート１２自身の特性、例えば熱膨張特性に影響を及ぼさない。
【００１２】
図２は、積層膜４０の両側に搬送シート１１と剥離シート１２を配置する様子を示す図である。積層膜４０は、多孔質膜３０の両面に２枚の電解質樹脂前駆体膜２０を配置することによって形成される。多孔質膜３０は、電解質膜の補強材として使用されている。多孔質膜３０の材料としては、例えば、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）延伸多孔質体が使用可能である。電解質樹脂前駆体膜２０は、高分子鎖の末端基が−ＳＯ２Ｆであり、プロトン伝導性を付与する前のフッ素系のイオン交換樹脂膜である。電解質樹脂前駆体膜２０の材料としては、例えば、デュポン社製ナフィオン（商標名）が使用可能である。積層膜４０は、搬送シート１１と剥離シート１２の表面処理層ＰＳとの間に挟み込まれる。これにより、膜・シート積層体１０が形成される。
【００１３】
図３は、膜・シート積層体１０を熱プレスする様子を示す図である。加熱ロール６１０，６２０で膜・シート積層体１０を熱プレスすることによって、電解質樹脂前駆体膜２０を多孔質膜３０に含浸させる。これにより、電解質樹脂前駆体膜２０が溶解して多孔質膜３０の内部に含浸し、含浸膜が形成される。
【００１４】
図４は、図３の工程で得た含浸膜・シート積層体１０ａを示す図である。含浸膜４０ａは、多孔質膜３０に電解質樹脂前駆体膜２０を含浸した膜である。搬送シート１１と剥離シート１２は熱プレスによって含浸膜４０ａと接合されている。なお、搬送シート１１と剥離シート１２が同一の高分子材料によって構成されているので、熱プレスする際の熱膨張量はほぼ同様である。こうすれば、熱プレスする際に含浸膜４０ａに皺や折れが生じることを抑制できる。
【００１５】
図５は、含浸膜４０ａから剥離シート１２を剥離する様子を示す図である。剥離シート１２は、含浸膜４０ａと接する面に表面処理層ＰＳが形成されているので、剥離シート１２と含浸膜４０ａとの接合力は、搬送シート１１と含浸膜４０ａとの接合力よりも小さい。この結果、剥離シート１２を含浸膜４０ａから剥離する際に含浸膜４０ａが搬送シート１１から剥がれてしまうことを抑制できる。なお、剥離シート１２と含浸膜４０ａとの接合力が搬送シート１１と含浸膜４０ａとの接合力よりも小さい理由は、プラズマ処理（図１）によって表面処理層ＰＳの親水性が高められたからだと考えられる。剥離シート１２を剥離された含浸膜４０ａと搬送シート１１は、含浸膜構造体５０を構成する。
【００１６】
図６は、含浸膜４０ａを加水分解する様子を示す図である。含浸膜構造体５０は、予めロール１１０に巻き付けられており、搬送ロール１２０〜１６０によって搬送されて加水分解を行われた後、ロール１７０に再度巻き付けられる。含浸膜構造体５０は、アルカリ処理槽２００内のアルカリ溶液に浸漬された後、酸処理槽３００内の酸溶液に浸漬される。このような加水分解処理により、含浸膜４０ａに含まれる電解質樹脂前駆体の高分子鎖の末端基 −ＳＯ２Ｆが−ＳＯ３Ｈへと変性し、プロトン伝導性を有する電解質膜４０ｂを形成する。なお、アルカリ溶液浸漬の後及び酸溶液浸漬の後に水洗の処理を加わってもよい。これにより、電解質膜４０ｂと搬送シート１１とを有する電解質膜構造体６０の製造が完了する。
【００１７】
図７は、搬送シートと含浸膜の密着度と、プラズマ処理との関係、及び、含浸膜の皺や折れの有無についての実験結果を示す図である。実験は、シートの材質と、表面プラズマ処理の有無とを変えた１２個のサンプルについて行った。表面プラズマ処理の欄では、含浸膜と接する表面にプラズマ処理を行ったものを○で示し、行わなかったものを×で示した。搬送シートと含浸膜の密着度の欄では、含浸膜に剥がれがあったものを×で示し、剥がれがなかったものを○で示した。含浸膜の皺や折れの欄では、皺や折れがなかったものを○で示した。表面プラズマ処理を行う前の各シートとしては、電解質樹脂前駆体膜との接合力が４０Ｎ／ｍである３種類のシート（ＰＦＡシート、ＰＴＦＥシート、ＰＰＳシート）を準備した。また、そのうちの一部のシートの一面にコロナ放電によるプラズマ処理を行った。次に、剥離シートと電解質樹脂前駆体膜と多孔質膜と搬送シートを図２のように積層し、温度が１８０℃で線圧が５ｋＮ（ロール長２００ｍｍ）の条件で熱プレスした。その後、剥離シートを含浸膜から剥離し、含浸膜と搬送シートとの剥がれを目視で確認した。
【００１８】
図７に示したように、シートの材質に関わらず、剥離シートの表面にプラズマ処理を行い、かつ、搬送シートの表面にプラズマ処理を行わないサンプル２，６，１０は、搬送シートと含浸膜の密着度が高く、含浸膜に剥がれが見られなかった。なお、全てのサンプル１〜１２は、皺や折れが見られなかった。
【００１９】
以上説明したように、本発明の一実施形態では、剥離シート１２が含浸膜４０ａと接する面に表面処理層ＰＳが形成されていることによって、剥離シート１２と含浸膜４０ａとの接合力が搬送シート１１と含浸膜４０ａとの接合力よりも小さいので、剥離シート１２を含浸膜４０ａから剥離する際に含浸膜４０ａが搬送シート１１から剥がれてしまうことを抑制できる。また、搬送シート１１と剥離シート１２が同一の高分子材料によって構成されているので、熱プレスする際の熱膨張量はほぼ同様である。この結果、熱プレスする際に含浸膜４０ａに皺や折れが生じることを抑制できる。
【００２０】
本発明は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
【符号の説明】
【００２１】
１０…膜・シート積層体
１０ａ…含浸膜・シート積層体
１１…搬送シート
１２…剥離シート
２０…電解質樹脂前駆体膜
３０…多孔質膜
４０…積層膜
４０ａ…含浸膜
４０ｂ…電解質膜
５０…含浸膜構造体
６０…電解質膜構造体
１１０，１７０…ロール
１２０〜１６０…搬送ロール
２００…アルカリ処理槽
３００…酸処理槽
５００…プラズマ装置
６１０，６２０…加熱ロール
ＰＳ…表面処理層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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