(57)【要約】【課題】しわを発生させることなく膜状体を安定に搬送できる搬送ロール、および、安定なイオン交換膜の搬送方法の提供。【解決手段】ロール本体１に可撓性の突起２が多数取り付けられてなる搬送ロールであって、上記突起２が、搬送ロールを回転させたときに、帯状の搬送物と接触した状態で回転方向の逆向きに倒れながらロール本体の中心部から外側に向かって変形し、搬送物に対して軸方向に向かって実質的に左右対称な張力を与えることを特徴とする搬送ロール。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロール本体に可撓性の突起が多数取り付けられてなる搬送ロールであって、上記突起が、搬送ロールを回転させたときに、帯状の搬送物と接触した状態で回転方向の逆向きに倒れながらロール本体の中心部から外側に向かって変形し、搬送物に対して軸方向に向かって実質的に左右対称な張力を与えることを特徴とする搬送ロール。
【請求項２】
上記突起のロール本体への取り付け面の長軸が、ロールの中央部から端部に向かうにつれて、軸に対して回転方向に向かって正の角度を有するように各々の突起が取り付けられてなる請求項１記載の搬送ロール。
【請求項３】
上記突起が、ヤング率が０．１〜１０ＭＰａのゴムからなる請求項１または２記載の搬送ロール。
【請求項４】
上記突起の形状が、断面がＬ字型の板状であり、該Ｌ字により形成される内角が搬送ロールの回転方向の逆側に向けて取り付けられてなる請求項１、２または３記載の搬送ロール。
【請求項５】
イオン交換膜を、搬送ロールを用いて搬送して処理液と接触させるイオン交換膜の搬送方法であって、搬送ロールが、ロール本体と、その表面に取り付けられた可撓性の突起からなり、搬送ロールを回転させることにより、該突起が、イオン交換膜と接触した状態で回転方向の逆向きに倒れながらロール本体の中心部から外側に向かって変形し、イオン交換膜に対して軸方向に向かって実質的に左右対称な張力を与えることを特徴とするイオン交換膜の搬送方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、帯状の搬送物、特にはイオン交換膜を搬送する搬送ロールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、スルホン酸基を有するパーフルオロカーボン重合体からなるイオン交換膜は以下の手順で作製できることが知られている。
（１）スルホン酸基の前駆体基を有するパーフルオロカーボン重合体を押出し成形により混練し、ペレット化する。
（２）得られたペレットを用いて押出し成形し、製膜する。
（３）得られた膜を加水分解した後、酸型化処理し、洗浄、乾燥させ、スルホン酸基の前駆体基をスルホン酸基に変換させ、陽イオン交換膜とする。
【０００３】
例えば、重合体が、スルホン酸基の前駆体基が−ＳＯ２Ｆ基であるパーフルオロカーボン重合体からなる場合は、（３）の工程では、膜を、ジメチルスルホキシドと水酸化カリウムとを含む水溶液中を通して加水分解し、次いで、塩酸水溶液中を通して酸型化処理して−ＳＯ２Ｆ基を−ＳＯ３Ｈ基に変換した後、洗浄、乾燥させる。
【０００４】
ここで、加水分解および酸型化処理において、膜はロールによって搬送されるが、膜は水溶液中では膨潤するため、搬送中にしわやたるみが発生するという問題がある。この問題を回避するためには、ロールの回転方向、すなわち膜の搬送方向（以下、ＭＤ方向）、および膜の搬送方向に対して垂直な方向（以下、ＴＤ方向）に適当な張力をかけることが必要である。従来は、搬送する複数のロールの張力を細かく制御することにより、しわやたるみを抑制しながら膜の搬送を行っていた。
【０００５】
しかし、上記張力の制御は非常に煩雑で難しく、膜の搬送が不安定となる傾向があった。また、近年、固体高分子型燃料電池用の電解質膜として、スルホン酸基を有するパーフルオロカーボン重合体からなる膜が使用されているが、この膜は、従来、食塩電解等に用いられているイオン交換膜よりも薄膜化する必要があり、そのような薄膜にあっては、上記しわの発生の問題が顕著であり、ロールの張力の制御だけでは充分にしわの発生を抑制することが困難であった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、膨潤性のあるイオン交換膜を湿潤状態で搬送する場合のように、搬送物が寸法変化しやすいものであっても、搬送物にしわを発生させることなく安定に搬送できる搬送ロール、および、イオン交換膜を、湿潤状態にあってもしわを発生させることなく安定に搬送できるイオン交換膜の搬送方法の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ロール本体に可撓性の突起が多数取り付けられてなる搬送ロールであって、上記突起が、搬送ロールを回転させたときに、帯状の搬送物と接触した状態で回転方向の逆向きに倒れながらロール本体の中心部から外側に向かって変形し、搬送物に対して軸方向に向かって実質的に左右対称な張力を与えることを特徴とする搬送ロールを提供する。
【０００８】
本発明においては、搬送ロールの上流側の搬送物の搬送速度よりもやや大きい周速度で搬送ロールを回転させる。搬送ロールを構成する突起は、搬送物に接触すると搬送物を保持した状態で、手前に倒れながらＴＤ方向に変形する。その結果、この突起の変形分に対応する長さ分だけ搬送物もＴＤ方向へ伸ばされることになり、搬送物にしわが発生するのを抑制できる。
【０００９】
そして、本発明においては、突起のロール本体への取り付け面の長軸が、ロール中央部から端部に向かうにつれて、軸に対して回転方向に向かって正の角度を有するように各々の突起を取り付けることによって、搬送物のＭＤ方向およびＴＤ方向に適度な張力を発生させることができる。
【００１０】
また、本発明は、イオン交換膜を、搬送ロールを用いて搬送して処理液と接触させるイオン交換膜の搬送方法であって、搬送ロールが、ロール本体と、その表面に取り付けられた可撓性の突起からなり、搬送ロールを回転させることにより、該突起が、イオン交換膜と接触した状態で回転方向の逆向きに倒れながらロール本体の中心部から外側に向かって変形し、イオン交換膜に対して軸方向に向かって実質的に左右対称な張力を与えることを特徴とするイオン交換膜の搬送方法を提供する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。
【００１２】
図１は、本発明の搬送ロールの具体例である。図１において、１はロール本体であり、２は可撓性の突起である。なお、図１において、可撓性の突起については、代表する一つの突起にのみ番号を付している。図２は図１の搬送ロールの側面図である。突起２の形状は直方体であり、ロール本体への取り付け面の長軸が、ロールの中央部から端部に向かうにつれて、軸に対して回転方向に向かって正の角度を有するように各々の突起が取り付けられている。ここで、突起２と、回転方向に隣接する別の突起２との間隔は等間隔である。ここで、突起２は、搬送ロールを回転させた場合、搬送物を保持した状態で手前に適度に倒れること、およびＴＤ方向に適度に変形することが好ましい。
【００１３】
突起としては、ヤング率が０．１〜１０ＭＰａであるゴムからなるものが好ましい。突起が上記ヤング率を有するゴムからなる場合は、ＭＤ方向およびＴＤ方向に適度な張力を与えることができ、膨潤状態のイオン交換膜等の寸法変形しやすい搬送物のしわを伸ばしながら、安定に搬送できる。突起のヤング率は特には０．５〜３ＭＰａであるのが好ましい。
【００１４】
本発明において用いる上記ゴムとしては、ブチルゴム、エチレン−プロピレンゴム、クロロプレンゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、エピクロロヒドリンゴム、シリコンゴムまたはフッ素ゴム等が使用できる。なかでも、所望のヤング率を有する点においてはクロロプレンゴムの発泡ゴムが好ましい。
【００１５】
突起は、搬送物を保持した状態で回転方向の逆向きに倒れることが必要であるが、突起の形状が図３の（ａ）および（ｂ）に示す形状である場合は、この向きに倒れやすいことから好ましい。突起が図３の（ａ）に示す断面がＬ字型の板状であるものは、該Ｌ字により形成される内角が搬送ロールの回転方向の逆側に向けて取り付けられる。なお、図３の（ａ）の突起において、ロール本体への取り付け面はＬ字型の底部は除いて考えるものとする。また、突起が図３の（ｂ）に示すような、たわんだ形状を有するものは、凹面が回転方向の逆側を向くように取り付けられる。
【００１６】
なかでも、突起が図３の（ａ）に示す形状である場合は、突起を構成するゴムが、ヤング率の低い発泡性のゴムからなるものであっても、突起が図１に示す角度βを保ったまま倒れるので特に好ましい。ここで、角度βとは、突起のロール本体への取り付け面の長軸が、ロールの軸に対して回転方向に向かって形成する正の角度である。図３の（ａ）の形状を有する突起においては、ロール本体に取り付けられた面の長軸ｂが突起の高さｈよりも大きいことが好ましい。さらに、突起の厚さｔは０．０５ｈ＜ｔ＜０．４ｈの範囲内であることが好ましい。
【００１７】
また、他の突起の好ましい形状としては、図４の（ａ）および（ｂ）のように、ロールの回転方向の逆側、すなわち突起が倒れる側のロール本体への取り付け部付近に切り欠き部を設けたものが挙げられる。このとき、切り欠き部の突起の厚さδｔは、０．１ｔ＜δｔ＜ｔ（ｔ：突起の厚さ）の範囲であるのが好ましい。なお、図４の（ｂ）に示したようにこの切り欠き部は１つの突起に複数個有していてもよい。
【００１８】
また、他の突起の好ましい形状としては、図５の（ａ）および（ｂ）のように、異なるゴムの板状体を張り合わせてＬ字を形成したものが挙げられる。例えば図５の（ａ）において、Ｌ字型の板状体として厚さｔが小さいもの、またはヤング率が小さいゴムを用いる場合に、好ましくはヤング率の大きい別のゴムからなる板状体を突起部に張り合わせると、突起がねじれずに変形しやすくなるので好ましい。また、図５の（ｂ）において、ロール本体に取り付けられる部位と、突起となる部位にはヤング率の大きいゴムを用い、折れ曲がる部位にはヤング率の小さなゴムを用いた場合も、突起がねじれずに変形しやすくなるので好ましい。
【００１９】
突起の厚さは特に限定されないが、突起をねじれない状態で変形させるために１〜２０ｍｍとするのが好ましい。
【００２０】
図１に示される角度β、すなわち、突起のロール本体への取り付け面の長軸が、ロール中央部から端部に向かうにつれて、軸に対して回転方向に向かって形成する正の角度は１〜４５°が好ましく、特には５〜３０°が好ましい。複数の突起は、ロールの中心側に配置される突起の角度βよりも、ロールの外側に配置される突起の角度βがより大きくなるように配置する。
【００２１】
また、図２に示される角度γ、すなわち、ロール表面と突起の倒れる側の面が形成する角度は、３０〜９０°、特には４５〜８０°が好ましい。突起が図３の（ａ）、図４の（ａ）、図５の（ａ）および（ｂ）のようにＬ字型の板状体からなる場合は、Ｌ字により形成される内角がγに相当し、該内角は３０〜９０°、特には４５〜８０°であるのが好ましい。
【００２２】
また、ロール本体の円周上に形成される突起の条数は４〜２４本が好ましい。ここで、条数とは１ピッチの間にあるらせんの数をいう。例えば、図２において示される搬送ロールの突起の条数は４本である。１条あたりの突起の個数は特に限定されないが、２〜４８の範囲の偶数個とするのが好ましい。
【００２３】
また、本発明の搬送ロールにおいては、可撓性の突起に保持された搬送物が、可撓性の突起が倒れるのとともにロール本体の表面に近づきすぎること、すなわち、搬送物が可撓性の突起の間に落ち込むのを防ぐ目的から、適宜、別の突起をロール本体の表面に取り付けてもよい。例えば、図１における３はこの目的から設けられた突起である。図１のような構成の搬送ロールにおいては、ロール本体の中心部において、搬送物の落ち込みが発生しやすいので、該中心部付近にこの突起を設けるのが好ましい。
【００２４】
図６は、本発明の搬送ロールの別の具体例である。図１に示した態様とは異なり、１条を構成する突起は一体になっており、両端がロールの回転方向に向かって開いたＶ字型である。このときの、突起のロール本体に取り付けられた面の長軸が、軸に対して回転方向に向かって形成する正の角度αは、突起をロールの外側に向かって変形させる観点から１〜３０°とするのが好ましく、特には１〜１０°とするのが好ましい。
【００２５】
なお、この一体型の突起において、高さ、ロール表面と突起の倒れる側の面が形成する角度は一定にしなくてもよい。また、突起が倒れる側のロール本体への取り付け部付近に切り欠き部を設けることができること、異なるゴムの板状体を張り合わせてＬ字を形成したものが使用できることは、図１に示した搬送ロールの場合と同様である。
【００２６】
本発明は、イオン交換膜を湿式で処理する工程において好ましく適用できる（なお、本明細書中において、イオン交換膜とは、イオン交換基の前駆体基を有する重合体からなる膜も含む。）。イオン交換膜としては特に限定されず、パーフルオロカーボン重合体、炭化水素系重合体または部分フッ素化された炭化水素系重合体からなる、陽イオン交換膜または陰イオン交換膜（各々、イオン交換基の前駆体基を有する重合体からなる膜も含む。）に適用できる。
【００２７】
例えば、従来の技術の項で述べた、スルホン酸基を有するパーフルオロカーボン重合体からなるイオン交換膜の製造における（３）の工程の、酸型化処理の工程において適用できる。
【００２８】
イオン交換膜の水溶液中における膨潤に起因するしわの発生は、その膜厚が薄いほど顕著になる傾向がある。したがって、本発明の方法は、膜厚の薄いイオン交換膜の搬送に適用するのが効果的であり、具体的には膜厚が５〜５００μｍ、特には５〜５０μｍのイオン交換膜に適用できる。また、イオン交換膜の水溶液中における膨潤は、そのイオン交換容量が高いほど顕著になる傾向がある。本発明の方法は、例えば、イオン交換容量が０．３〜２．０ミリ当量／ｇ・乾燥樹脂、特には０．９〜１．１ミリ当量／ｇ・乾燥樹脂のイオン交換膜に適用できる。
【００２９】
本発明の搬送ロールおよび搬送方法は、食塩電解等の電解用、電気透析用、拡散透析用、レドックスフロー電池用等、様々な用途のイオン交換膜の製造および処理において適用できるが、特には、薄膜である固体高分子型燃料電池用電解質膜の製造および処理に好ましく適用できる。また、本発明の搬送ロールは、上記イオン交換膜以外にも、湿潤状態で寸法変化する帯状の搬送物を搬送するのに好適である。
【００３０】
【実施例】
以下に、発明の実施例（例１）および比較例（例２）を説明する。
【００３１】
［例１］
テトラフルオロエチレンに基づく重合単位とＣＦ２＝ＣＦＯＣＦ２ＣＦ（ＣＦ３）Ｏ（ＣＦ２）２ＳＯ２Ｆに基づく重合単位とからなる共重合体粉末（イオン交換容量１．１ミリ当量／ｇ乾燥樹脂）を２軸押出し成形してペレットを得、このペレットを１軸押出し機により製膜し、厚さ２７μｍの膜を得た。
【００３２】
次いで、この膜を、５質量％のジメチルスルホキシドと３０質量％の水酸化カリウムを含有する水溶液（液温：８０℃）に２分間通して加水分解を行った後、水洗した。
【００３３】
次に、１０質量％の硫酸水溶液（液温：２５℃）に２分間通して酸型化を行い、水洗した後、巻き取った。この酸型化の工程を図７に示す。図７において、４は処理するイオン交換膜、５は硫酸水溶液の浴、６は水槽、７は処理槽入口ロール、８ａおよび８ｂは本発明の搬送ロール、９は処理槽内反転バーである。図７に示したように本発明の搬送ロールは、酸型化の後の搬送、および水洗後の搬送に用いた。
【００３４】
搬送ロール８ａおよび８ｂとしては、ロール本体（直径７５ｍｍ×長さ１０００ｍｍ）に、長さ１５ｍｍ×高さ１０ｍｍ×厚さ５ｍｍであるクロロプレン発泡ゴム製の突起が、角度γ：８０°、角度β：５〜１５°で３０個／条（隣接する別の突起との間隔：１ｍｍ）×８条貼り付けられたものを用いた。また、この突起のヤング率は０．７ＭＰａであった。処理槽入口ロール７（直径７５ｍｍ×長さ１０００ｍｍ）の回転数は１．７ｒｐｍ、搬送ロール８ａの回転数は１．３ｒｐｍとした。
【００３５】
このようにして、膜の酸型化を連続して２０ｍ行ったが、搬送ロールにおいてしわが発生することはなかった。
【００３６】
［例２（比較例）］
搬送ロール８ａおよび８ｂとして、各々直径７５ｍｍ×長さ１０００ｍｍのストレートロールを用いた以外は例１と同様にして、膜の酸型化処理を行った。搬送ロールから離れる部位で膜のＭＤ方向に数本のしわが連続的に発生した。
【００３７】
【発明の効果】
本発明の方法によれば、イオン交換膜を、しわやたるみを発生させることなく安定に搬送でき、歩留まりを向上できる。また、本発明の搬送ロールによれば、湿潤状態で寸法変化する膜状体を、しわやたるみを発生させることなく安定に搬送することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の搬送ロール
【図２】本発明の搬送ロールの側面図
【図３】本発明の搬送ロールを構成する可撓性の突起
【図４】本発明の搬送ロールを構成する可撓性の突起
【図５】本発明の搬送ロールを構成する可撓性の突起
【図６】本発明の別の搬送ロール
【図７】実施例におけるイオン交換膜の酸型化処理工程の図
【符号の説明】
１：ロール本体
２：可撓性の突起
３：搬送物の落ち込みを防止する突起
４：イオン交換膜
５：硫酸水溶液の浴
６：水槽
７：処理槽入口ロール
８ａ：本発明の搬送ロール
８ｂ：本発明の搬送ロール
９：処理槽内反転バー
【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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