(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリマーフィルムを連続搬送しながら処理液に浸漬して液処理を行うための液処理部を有するポリマーフィルム製造装置であって、
前記液処理部は、
ポリマーフィルムを浸漬させる処理液を貯留する浸漬槽と、
前記浸漬槽に隣接した循環槽と、
新規の処理液を供給する処理液供給部を有し、
前記処理液は、まず前記処理液供給部から前記循環槽に供給され、さらに前記循環槽から前記浸漬槽に送液され、かつ前記浸漬槽から溢れて流出した処理液が前記循環槽に流入するよう構成されてなり、さらに前記処理液が酸処理溶液またはアルカリ処理溶液であり、イオン伝導性ポリマーフィルムの製造に用いられるポリマーフィルム製造装置。
【請求項２】
前記循環槽は、前記浸漬槽に対し、ポリマーフィルムの搬送方向と直交する方向に隣接して設置され、前記浸漬槽から溢れた処理液が流出するときの流れ方向が、ポリマーフィルムの搬送方向と直交する方向である、請求項１に記載のポリマーフィルム製造装置。
【請求項３】
前記液処理部は前記浸漬槽を複数有するとともに、各浸漬槽に隣接する循環槽を有する、請求項１または２に記載のポリマーフィルム製造装置。
【請求項４】
前記循環槽から前記浸漬槽への送液速度を調節するための送液速度調節機構を備える、請求項１〜３のいずれかに記載のポリマーフィルム製造装置。
【請求項５】
前記循環槽から前記浸漬槽への送液過程に濾過フィルターを備える、請求項１〜４のいずれかに記載のポリマーフィルム製造装置。
【請求項６】
前記液処理部は、液処理後のポリマーフィルムに処理液をシャワー注液するシャワー注液部を備える、請求項１〜５のいずれかに記載のポリマーフィルム製造装置。
【請求項７】
前記液処理部に続いて、液処理されたポリマーフィルムを洗浄する洗浄部を有する請求項１〜６のいずれかに記載のポリマーフィルム製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリマーフィルムを連続搬送しながら処理液に浸漬して液処理を行うための液処理部を有するポリマーフィルム製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ポリマーフィルムは、溶融ポリマーを押し出し後に冷却する溶融製膜法や基材上にポリマー溶液を流延後に乾燥する溶液製膜法などにより製膜される。製膜されたポリマーフィルムに対し、品質の向上や機能性付与の目的でフィルムを処理液に浸漬して液処理するプロセスを適用することがある。
【０００３】
金属フィルムのように液吸収のないフィルムの場合には、液中の搬送にあたり特別な工夫は必要ないが、ポリマーフィルムの場合、液の吸収によりフィルムの膨張や弾性率の変化、破断強度の低下など物性が変化することがあるため、液中搬送にあたり空気中と同じ条件では品質トラブルを生じることがある。特に、薄膜形状である場合や液吸収の影響を受けて傷つきやすくなる機能性ポリマーフィルムの場合には、取り扱いが困難になる。
【０００４】
さらには、空中搬送時の浮遊塵付着や、ポリマーフィルムの液処理やその後の洗浄において、浸漬処理液や洗浄水の液中異物、並びに処理液の表面に浮遊する異物の付着などに起因する異物混入の防止や搬送ロールとフィルム間での押し付け傷の発生を防止する必要がある。空中搬送時の浮遊塵については、クリーン環境に設置するなどの対策や、浮遊塵の付着を防止するため搬送フィルムの静電除去を行うなどの対策が行われている。また、液中異物については、浸漬処理液や洗浄水を濾過するなどの対策が可能である。
【０００５】
一方、処理液の表面に浮遊する異物は、比較的サイズの大きい落下塵などに起因するため、装置をクリーン環境に設置したとしても完全に防止することは困難である。液面上に落下して浮遊しつづける異物は搬送中のポリマーフィルムに付着する可能性が高いため、浮遊異物を液面上から速やかに除去する必要がある。
【０００６】
浮遊異物の除去には、浸漬槽や洗浄槽を絶えずオーバーフローさせる方法が有効である。特許文献１には、高分子電解質膜製造時の酸性溶液処理において、フィルムを連続搬送しつつ酸性溶液を満たした複数の浸漬槽で液処理するとともに、酸性溶液をフィルムの搬送方向と逆方向にカスケード式にオーバーフローさせながら連続供給する液処理部を有する高分子電解質膜の製造装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１３−５６９９３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に開示された酸性溶液処理方法は、新規酸性溶液の使用量を削減することを目的とするものである。このような方法では、酸性溶液の使用量を削減すればするほど浸漬槽からのオーバーフロー量が減少し、浸漬槽の液面に浮遊する浮遊異物の除去効果は限定的である。さらに、浸漬槽からオーバーフローさせた酸性溶液を隣接する浸漬槽に次々とオーバーフローする方式であるため、浮遊異物の移動を搬送中のフィルムが遮る形になり、浮遊異物がフィルムに付着しやすいという問題もあった。
【０００９】
本発明の目的は、液処理槽の浮遊異物を速やかに除去することができるポリマーフィルム製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するための本発明は、ポリマーフィルムを連続搬送しながら処理液に浸漬して液処理を行うための液処理部を有するポリマーフィルム製造装置であって、液処理部は、ポリマーフィルムを浸漬させる処理液を貯留する浸漬槽と、浸漬槽に隣接した循環槽と、新規の処理液を供給する処理液供給部を有し、処理液は、まず処理液供給部から循環槽に供給され、さらに循環槽から浸漬槽に送液され、かつ浸漬槽から溢れて流出した処理液が循環槽に流入するよう構成されてなり、さらに前記処理液が酸処理溶液またはアルカリ処理溶液であり、イオン伝導性ポリマーフィルムの製造に用いられるポリマーフィルム製造装置である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、浸漬槽から簡便かつ速やかに浮遊異物を除去し、フィルムへの異物付着を防止することで、異物に起因するフィルム損傷を回避して液処理後のフィルム品位を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の製造放置の一実施形態を示す図である。
【図２】本発明のフィルム液処理部の一実施形態を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明のポリマーフィルム製造装置（以下、単に「本発明の製造装置」ということがある。）を、図１および図２に示す実施形態を適宜参照しつつ説明するが、これらの実施形態は何ら本発明を限定するものではない。
【００１４】
本発明の製造装置は、ポリマーフィルムを連続搬送しながら処理液に浸漬して液処理を行うための液処理部を有する。なお、液処理の態様によっては、液処理中あるいは液処理前のフィルムは厳密には最終的に製造しようとするポリマーフィルムの前駆体フィルムである場合があるが、本明細書においては便宜上そのような前駆体フィルムも含めて「ポリマーフィルム」あるいは単に「フィルム」と呼ぶものとする。連続搬送中において、ポリマーフィルムは単独、すなわちポリマーフィルムのみの状態で搬送するよう構成してもよいし、強度を高める目的や、取り扱いを容易にする目的で、搬送用フィルムに貼り付けた状態で搬送するよう構成してもよい。
【００１５】
図１に示すように、本発明において、液処理部は、ポリマーフィルムを浸漬させる処理液を貯留する浸漬槽と、浸漬槽に隣接した循環槽と、新規の処理液を供給する処理液供給部を有する。そして、処理液は、まず処理液供給部から循環槽に供給され、さらに循環槽から浸漬槽に送液され、かつ浸漬槽から溢れて流出した（オーバーフローした）処理液が循環槽に流入するよう構成されている。処理液が浸漬槽から循環槽へとオーバーフローすることで、浸漬槽に貯留されている処理液の液面に処理液の流れが生じる。そのため、浮遊異物はあふれ出る処理液の流れとともに循環槽に移動し、浸漬槽から除去される。
【００１６】
循環槽は、浸漬槽に対し、ポリマーフィルムの搬送方向と直交する方向に隣接して設置することが好ましい。このように設置することで、浸漬槽から溢れた処理液が循環槽へと流出するときの流れ方向が、ポリマーフィルムの搬送方向と直交する方向となる。従って、浸漬槽中の浮遊異物はフィルム面と略平行に移動し、フィルム表面に付着しにくくなる。
【００１７】
図２（Ａ）は、本発明の製造装置の液処理部における浸漬槽と循環槽の一実施形態を模式的に示した図である。この実施形態においては、循環槽２は、図中矢印で示すポリマーフィルムＦの搬送方向と直交する方向に、浸漬槽１に隣接して設置されている。そして、図示しない処理液供給部からまず循環槽２に供給された処理液は、送液ポンプ３によりさらに浸漬槽１に送液され、ポリマーフィルムの液処理に供される。浸漬槽１の循環槽２に接する側の上端は、反対側の上端よりも低くなっている。そのため、浸漬槽中の処理液は、浸漬槽の側壁からオーバーフローして、循環槽２に再び流入する。ここで、オーバーフローする処理液は、搬送ローラー４、５により搬送されるポリマーフィルムＦの搬送方向と直交する方向に、ポリマーフィルムＦのフィルム面と略平行に流れるため、浮遊異物も流れに乗ってフィルム面に略平行に移動し、浸漬槽から速やかに除去される。
【００１８】
液処理部は、さらに、浸漬槽で液処理された後のポリマーフィルムの表面に処理液をシャワーするシャワー注液部を有することが好ましい。シャワー注液部を有することにより、万一フィルム面に浮遊異物が付着しても速やかに除去することができる。図２（Ｂ）は、このようなシャワー注液部６を有する液処理部の一実施形態を示す。この実施形態においては、シャワー注液部６は、ポリマーフィルムＦが浸漬槽１から引き上げられた直後に、ポリマーフィルムＦの両側からポリマーフィルムＦの表面に向けて処理液をシャワー注液するよう設置されている。
【００１９】
液処理部は、複数の浸漬槽を備え、ポリマーフィルムを複数回の液処理に供するものであってもよい。この場合は、当該複数の各浸漬槽に隣接する循環槽を有することが好ましい。前述の特許文献１に記載されているような製造装置では、液処理効率が向上し新規の処理液供給量が少なくなると処理液のオーバーフロー量も減少するため、浮遊異物除去能が低下する欠点がある。本発明の製造装置の液処理部は、浸漬槽から循環槽への処理液のオーバーフロー量を維持したまま処理液供給量の調整が可能であるため、処理液供給量を少なくしても浮遊異物除去能が低下しない。
【００２０】
液処理部はさらに、循環槽から浸漬槽への送液速度を調節するための送液速度調節機構を備えることが好ましい。送液速度調節機構を有することで、何らかの理由で新規の処理液供給が途絶えた際にも、浸漬槽と循環槽の間での処理液の循環を止めない限り浮遊異物除去能を維持することが可能になる。
【００２１】
また、液処理部は、循環槽から浸漬槽への送液過程に濾過フィルターを備えることが好ましい。これにより、浸漬槽から循環槽に除去された浮遊異物が、再び浸漬槽に混入することを防止することができる。濾過フィルターは、処理液に対して充分な化学的耐性を備えているものであれば、濾過フィルターそのものが異物発生源となる可能性を低減できる。なお、濾過フィルターを備えることで送液圧力損失が生じる場合には、前述の送液速度調節機構により調整することが好ましい。
【００２２】
本発明のポリマーフィルム製造装置は、液処理部に続いて、液処理されたポリマーフィルムを洗浄する洗浄部を有することが好ましい。図１に示す実施形態では、巻き出されたフィルムは浸漬槽で液処理されたフィルムは洗浄部に搬送される。洗浄部ではフィルムに付着および浸透した処理液を除去し、低減するため、多段で洗浄水に浸漬することが好ましい。洗浄水としては脱イオン水を用いることが好ましい。洗浄水を用いることで洗浄水中に含まれる不純物イオンがフィルム中に浸透し、残留することを防止することができる。また、洗浄部では脱イオン水を多段でシャワー注水する機構を備えることが好ましい。
【００２３】
また、本発明の製造装置は、液処理された後のポリマーフィルム、あるいはさらに洗浄部で洗浄されたポリマーフィルムを乾燥する乾燥部を有することが好ましい。洗浄されたフィルムを乾燥するフィルム乾燥部において、乾燥方式は特に限定されないが、一般的には温風乾燥を行うことが好ましい。乾燥効率を向上するために、少なくともロール表面が多孔質材料である吸引ロールを減圧装置に接続した機構を備えて、洗浄水をできるだけ除去することがより好ましい。
【００２４】
さらに、本発明の製造装置は、乾燥された前記フィルムを巻き取る巻き取り部を備えることが好ましい。巻き取りは、ロール形状を良好に維持するため、巻取り張力を一定に制御して巻き取る機構を備えることが好ましい。
【００２５】
本発明のポリマーフィルム製造装置は、製造工程において、処理液に浸漬して液処理を行う必要があるポリマーフィルムであれば、特に限定されずに適用することができる。中でも、膜厚が薄い場合や、液吸収の影響で柔らかくなり傷つきやすい場合が多い、イオン交換膜や高分子電解質膜などのイオン伝導性ポリマーフィルムの製造に好適である。
【００２６】
イオン伝導性ポリマーフィルムは、ポリマーの基本骨格にイオン性基が結合したポリマーから製膜されたフィルムである。このようなポリマーの基本骨格は特に制限されないが、好ましい例としては、パーフルオロアルキレンに代表されるフッ素系ポリマーや、ポリフェニレンオキシド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルスルホン、ポリエーテルホスフィンオキシド、ポリエーテルエーテルホスフィンオキシド、ポリフェニレンスルフィド、ポリアミド、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリイミダゾール、ポリオキサゾール、ポリフェニレンなどの、芳香族炭化水素骨格を有するポリマーが挙げられる。また、スチレン、エチルスチレン、ビニルピリジン、ビニルピラジン、ジビニルベンゼン、ジビニルトルエン、ジビニルキシレン、トリビニルベンゼンなどを重合して得られるポリマーあるいは共重合ポリマーも挙げられる。なお、イオン伝導性フィルムは、耐久性をさらに高める目的で、多孔質膜や充填材で補強されたものであっても良い。
【００２７】
陽イオン伝導性を有する陽イオン交換膜においては陰イオン性基を有するポリマーが用いられ、陰イオン性基と陽イオンがイオン対を形成することで陽イオン交換能を有する。陰イオン伝導性を有する陰イオン交換膜においては陽イオン性基を有するポリマーが用いられ、陽イオン性基と陰イオンがイオン対を形成することで陰イオン交換能を有する。
【００２８】
陰イオン性基としては、陽イオン交換能を有し、陽イオン伝導性を発揮する限り特に制限はない。陰イオン性基の好ましい例としては、スルホン酸基（−ＳＯ２（ＯＨ））、硫酸基（−ＯＳＯ２（ＯＨ））、スルホンイミド基（−ＳＯ２ＮＨＳＯ２Ｒ（Ｒは有機基を表す。））、ホスホン酸基（−ＰＯ（ＯＨ）２）、リン酸基（−ＯＰＯ（ＯＨ）２）、カルボン酸基（−ＣＯ（ＯＨ））、パーフルオロスルホン酸基（−Ｏ−（ＣＦ２）ｎＳＯ２（ＯＨ））を挙げることができる。また、陰イオン性基を有するポリマーは、これらの基を２種類以上有するものであってもよい。陰イオン性基を有するポリマーは、水素イオン伝導度が高いことから、スルホン酸基（パーフルオロスルホン酸基を含む）、スルホンイミド基、硫酸基またはホスホン酸基のいずれかを有することがより好ましく、耐加水分解性の点からスルホン酸基を有することが最も好ましい。
【００２９】
陽イオン性基としては、陰イオン交換能を有し、陰イオン伝導性を発揮する限り特に制限はない。陽イオン性基の好ましい例としては、３級アミノ基、４級アンモニア基、３級ホスホニウム基、４級ホストニウム基を挙げることができる。また、陽イオン性基を有するポリマーは、これらの基を２種類以上有するものであっても良い。陽イオン性基を有するポリマーは、水酸化物イオン伝導度が高いことから、４級アンモニア基、４級ホスホニウム基のいずれかを有することがより好ましい。
【００３０】
一般に、イオン伝導性フィルムの製造においては、酸処理またはアルカリ処理によってイオン性基をイオン型に変換する前の前駆体膜の段階では、イオン性基の大部分は最終的に酸処理またはアルカリ処理によって除去される対イオン（以下、「不純物イオン」という）とイオン結合した塩の状態で存在している。
【００３１】
例えば、陰イオン性基を持つポリマーの重合反応やポリマーに陰イオン性基を導入する付加反応においては金属カチオンが触媒として用いられるが、反応直後においてはこの金属カチオンが前駆体膜中に不純物イオンとして残留する。このような金属カチオンとしては、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｗのカチオンが挙げられ、中でもアルカリ金属またはアルカリ土類金属のカチオンが良く使用される。さらに、価格および環境負荷の点から、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａのカチオンが好ましく使用され、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋのカチオンが最も好ましく使用される。
【００３２】
同様に、陽イオン性基を持つポリマーの合成反応においては、反応触媒として使用する金属カチオンの対イオンである陰イオン（アニオン）と、ポリマー中の陽イオン性基とがイオン結合を形成し、アニオンが前駆体膜中に不純物イオンとして残留する。このようなアニオンとしては、硫酸イオン、硝酸イオン、ハロゲンイオン、炭酸イオン、炭酸水素イオンが挙げられる。陽イオン性基を高分子反応でポリマーに導入する場合は、陽イオン性基と交換反応する官能基としてハロゲノアルキル基が良く用いられ、この場合塩化物イオンやフッ化物イオンなどのハロゲンイオンがポリマー中の陽イオン性基とイオン結合を形成して前駆体膜中に不純物イオンとして残留する。
【００３３】
特に限定されるものではないが、典型的には、前駆体膜においてはイオン伝導性フィルムのイオン交換容量の５０％以上が不純物イオンと結合した状態で存在する。
【００３４】
本発明の製造装置は、このような前駆体膜を酸処理溶液またはアルカリ処理溶液に接触させる液処理工程を有するイオン伝導性フィルムの製造に好ましく用いることができる。このとき、液処理部においては、前駆体膜が連続搬送されながら酸処理溶液またはアルカリ処理溶液に浸漬される。液処理工程において、前駆体膜に含まれる不純物イオンはイオン交換される。典型的には、陰イオン性基を持つ前駆体膜は、酸性溶液で液処理され水素イオンにイオン交換されて陽イオン交換膜となり、陽イオン性基を持つ前駆体膜は、アルカリ溶液で液処理され水酸化物イオンにイオン交換されて陰イオン交換膜となる。あるいは、陽イオン性基を持つ前駆体膜を炭酸などの弱酸溶液で液処理して炭酸イオンあるいは炭酸水素イオンにイオン交換して陰イオン交換膜とすることも可能である。液処理工程においては、前駆体膜の複数回の液処理工程の終了後に、塩の状態で存在するイオン性基がイオン伝導膜のイオン交換容量の０．１％以下になるようイオン交換を行うことが好ましい。
【００３５】
陽イオン交換膜の酸処理溶液としては、強酸の希釈溶液であれば特に限定されないが、塩酸、硫酸、燐酸、硝酸など無機酸の水溶液が好適であり、特に生産性や作業性の観点から硫酸が好ましい。効率的に水素イオンに変換するには、酸処理溶液が１．０モル／リットル（ｐＨ＝０相当）以上の水素イオン濃度であることが好ましい。イオン性基密度１ミリ当量／ｇ以上の前駆体膜に対しては、水素イオン濃度２．０モル／リットル（ｐＨ＝−０．３相当）以上であることがより好ましい。すなわち、酸処理溶液はｐＨ＝０以下であることが好ましく、イオン性基密度１ミリ当量／ｇ以上の前駆体膜に対してはｐＨ＝−０．３以下であることがより好ましい。また、強酸を希釈する際に使用する水は、カチオン性不純物を除去低減した精製水、蒸留水、ＲＯ水または脱イオン水を用いることが好ましい。
【符号の説明】
【００３６】
Ｆ：ポリマーフィルム
１：浸漬槽
２：循環槽
３：送液ポンプ
４：搬送ローラー（液中）
５：搬送ローラー（上部）
６：シャワー注水部
【図１】
0006740629.tif 000002
【図２】
0006740629.tif 000003