JP6985159B2 - Method for manufacturing an inorganic-organic composite film - Google Patents
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Description
本発明は、無機有機複合膜の製造方法に関する。より詳しくは、生産性に優れる無機有機複合膜の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing an inorganic organic composite film. More specifically, the present invention relates to a method for producing an inorganic-organic composite film having excellent productivity.
無機有機複合膜は、金属酸化物等の無機成分と樹脂等の有機成分とからなる膜であり、例えば、アルカリ水電解用隔膜、電池セパレータ等の各種用途への適用が種々検討され、各用途で要求される特性に優れた無機有機複合膜の開発がこれまでになされている。 The inorganic-organic composite film is a film composed of an inorganic component such as a metal oxide and an organic component such as a resin. For example, various applications have been studied for various uses such as alkaline water electrolysis diaphragms and battery separators, and each use. So far, an inorganic-organic composite film having excellent properties required for the above has been developed.
これらの用途のうち、例えば、アルカリ水電解用隔膜は、水素の工業的な製造方法の一つである水の電気分解に使用される膜であり、電解槽において陽極室と陰極室を隔てるために使用される。 Among these uses, for example, an alkaline water electrolysis diaphragm is a membrane used for electrolysis of water, which is one of the industrial methods for producing hydrogen, and is used to separate an anode chamber and a cathode chamber in an electrolytic cell. Used for.
水の電気分解は、電子(又はイオン)の移動により行われる。そのため、電気分解を効率良く行うために、アルカリ水電解用隔膜には、高いイオン透過性が必要とされる。また、陽極室で発生した酸素と、陰極室で発生した水素とを遮断し得るガスバリア性が必要とされる。更に、水の電気分解は、30%程度の高濃度のアルカリ水を使用して、80〜90℃で行われるので、耐高温性や耐アルカリ性も必要とされる。 The electrolysis of water is carried out by the movement of electrons (or ions). Therefore, in order to efficiently perform electrolysis, the diaphragm for alkaline water electrolysis is required to have high ion permeability. Further, a gas barrier property capable of blocking oxygen generated in the anode chamber and hydrogen generated in the cathode chamber is required. Further, since the electrolysis of water is carried out at 80 to 90 ° C. using alkaline water having a high concentration of about 30%, high temperature resistance and alkali resistance are also required.
このようなアルカリ水電解用隔膜用途の無機有機複合膜としては、これまでに種々知られている。
例えば、特許文献1には、ポリエーテルスルホン及びポリスルホンのうち少なくとも1つ以上の高分子化合物を含有する高分子多孔質層と、上記高分子多孔質層と結合された有機繊維布層とからなるアルカリ水電解用隔膜が記載され、隔膜のイオン電導性の更なる向上のために、上記多孔質層が酸化チタン、酸化ジルコニウム及びこれらの混合物をさらに含むことが記載されている。
また例えば、特許文献2には、アルカリ水電解用隔膜に適用される、特定範囲の平均孔径と最大孔径と空隙率を有するポリフェニレン共重合体を含む微多孔膜が記載され、上記微多孔膜が親水性無機粒子を含むことが記載されている。
Various inorganic and organic composite membranes for such alkaline water electrolysis diaphragms have been known so far.
For example, Patent Document 1 comprises a polymer porous layer containing at least one polymer compound among polyethersulfone and polysulfone, and an organic fiber cloth layer bonded to the polymer porous layer. Alkaline water electropolymerization macromolecules have been described and described that the porous layer further comprises titanium oxide, zirconium oxide and mixtures thereof for further improvement of the ion conductivity of the macromolecules.
Further, for example, Patent Document 2 describes a microporous membrane containing a polyphenylene copolymer having an average pore diameter, a maximum pore diameter, and a void ratio in a specific range, which is applied to a diaphragm for alkaline water electrolysis. It is described as containing hydrophilic inorganic particles.
上述のような無機有機複合膜は、例えば、金属酸化物や金属水酸化物の無機粒子(無機成分)と樹脂成分とを溶媒中で混合して調製した樹脂組成物を用いて製造される。近年、無機有機複合膜に対して要求される性能が高くなり、樹脂成分として、スーパーエンプラ等の芳香族炭化水素系樹脂が使用されるようになっている。しかしながら、そのような芳香族炭化水素系樹脂は、溶媒への溶解性が低く、溶解するのに長く時間を要するため、無機有機複合膜の生産性が低いという問題があった。 The inorganic-organic composite film as described above is produced by using, for example, a resin composition prepared by mixing inorganic particles (inorganic components) of a metal oxide or metal hydroxide and a resin component in a solvent. In recent years, the performance required for inorganic-organic composite films has increased, and aromatic hydrocarbon-based resins such as super engineering plastics have come to be used as resin components. However, such an aromatic hydrocarbon-based resin has a problem that the productivity of the inorganic-organic composite film is low because the solubility in a solvent is low and it takes a long time to dissolve.
本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、短時間で無機有機複合膜を効率良く生産することができる、無機有機複合膜の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above situation, and an object of the present invention is to provide a method for producing an inorganic-organic composite film, which can efficiently produce an inorganic-organic composite film in a short time.
本発明者は、無機有機複合膜の製造方法について種々検討したところ、有機成分である芳香族炭化水素系樹脂として、算術平均表面粗さ(Ra)が20μm以上の樹脂片を使用することにより、樹脂成分を溶媒に短時間で溶解させることができ、これにより、短時間で無機粒子の分散性に優れた無機有機複合膜を効率良く製造できることを見いだし、本発明を完成させた。 The present inventor has studied various methods for producing an inorganic-organic composite film, and found that a resin piece having an arithmetic average surface roughness (Ra) of 20 μm or more was used as an aromatic hydrocarbon-based resin as an organic component. We have found that the resin component can be dissolved in a solvent in a short time, and thereby an inorganic organic composite film having excellent dispersibility of inorganic particles can be efficiently produced in a short time, and the present invention has been completed.
すなわち本発明は、金属酸化物粒子及び/又は金属水酸化物粒子、並びに、芳香族炭化水素系樹脂を含む無機有機複合膜を製造する方法であって、上記製造方法は、金属酸化物粒子及び/又は金属水酸化物粒子と、芳香族炭化水素系樹脂の樹脂片と、溶媒を混合して樹脂組成物を得る工程と、該樹脂組成物を用いて膜を形成する工程を含み、上記樹脂片の算術平均表面粗さ(Ra)が20μm以上であることを特徴とする無機有機複合膜の製造方法である。 That is, the present invention is a method for producing an inorganic organic composite film containing metal oxide particles and / or metal hydroxide particles and an aromatic hydrocarbon-based resin. / Or a step of mixing a metal hydroxide particle, a resin piece of an aromatic hydrocarbon resin, and a solvent to obtain a resin composition, and a step of forming a film using the resin composition, the above-mentioned resin. It is a method for producing an inorganic organic composite film, characterized in that the arithmetic average surface roughness (Ra) of a piece is 20 μm or more.
本発明の無機有機複合膜の製造方法によれば、無機有機複合膜を短時間で効率良く製造することができる。また、本発明の製造方法により得られる無機有機複合膜は、金属酸化物粒子及び/又は金属水酸化物粒子の分散性に優れ、膜の性能が十分に発揮できるものである。本発明の無機有機複合膜の製造方法は、特にアルカリ水電解用隔膜、電池用セパレータ等の各種無機有機複合膜の製造方法として好適に適用することができる。 According to the method for producing an inorganic-organic composite film of the present invention, the inorganic-organic composite film can be efficiently produced in a short time. Further, the inorganic-organic composite film obtained by the production method of the present invention has excellent dispersibility of metal oxide particles and / or metal hydroxide particles, and can sufficiently exhibit the performance of the film. The method for producing an inorganic-organic composite film of the present invention can be particularly suitably applied as a method for producing various inorganic-organic composite films such as a diaphragm for alkaline water electrolysis and a separator for a battery.
以下に本発明を詳述する。なお、以下において記載する本発明の個々の好ましい形態を2つ以上組み合わせたものもまた、本発明の好ましい形態である。また、本明細書において、「金属酸化物粒子及び/又は金属水酸化物粒子」を「金属(水)酸化物粒子」とも記載する。 The present invention will be described in detail below. It should be noted that a combination of two or more of the individual preferred embodiments of the present invention described below is also a preferred embodiment of the present invention. Further, in the present specification, "metal oxide particles and / or metal hydroxide particles" are also referred to as "metal (water) oxide particles".
<無機有機複合膜の製造方法>
本発明は、金属酸化物粒子及び/又は金属水酸化物粒子、並びに、芳香族炭化水素系樹脂を含む無機有機複合膜を製造する方法であって、上記製造方法は、金属酸化物粒子及び/又は金属水酸化物粒子と、芳香族炭化水素系樹脂の樹脂片と、溶媒を混合して樹脂組成物を得る工程(以下、「混合工程」とも記載する。)と、上記樹脂組成物を用いて膜を形成する工程(以下、「成膜工程」とも記載する。)を含み、上記樹脂片の算術平均表面粗さ(Ra)が20μm以上であることを特徴とする。
<Manufacturing method of inorganic organic composite film>
The present invention is a method for producing an inorganic organic composite film containing metal oxide particles and / or metal hydroxide particles and an aromatic hydrocarbon-based resin, wherein the production method is for metal oxide particles and / or. Alternatively, a step of mixing a metal hydroxide particle, a resin piece of an aromatic hydrocarbon resin, and a solvent to obtain a resin composition (hereinafter, also referred to as a “mixing step”), and the above resin composition are used. It includes a step of forming a film (hereinafter, also referred to as a “deposition step”), and is characterized in that the arithmetic average surface roughness (Ra) of the resin piece is 20 μm or more.
本発明の無機有機複合膜の製造方法においては、樹脂組成物を調製するための混合工程において、算術平均表面粗さ(Ra)が20μm以上である芳香族炭化水素系樹脂の樹脂片を使用する。これにより、芳香族炭化水素系樹脂は容易に溶媒に溶解して、短時間で樹脂組成物を調製することができ、無機有機複合膜の生産性を向上させることができる。 In the method for producing an inorganic-organic composite film of the present invention, a resin piece of an aromatic hydrocarbon-based resin having an arithmetic average surface roughness (Ra) of 20 μm or more is used in the mixing step for preparing a resin composition. .. Thereby, the aromatic hydrocarbon-based resin can be easily dissolved in the solvent to prepare the resin composition in a short time, and the productivity of the inorganic-organic composite film can be improved.
芳香族炭化水素系樹脂として、特定範囲の算術平均表面粗さ(Ra)を有する樹脂片を使用することにより、無機有機複合膜の生産性を向上させることができるのは、通常の樹脂形態であるペレットの場合と比較して、溶媒に短時間で樹脂成分を溶解することができるため、金属(水)酸化物粒子と芳香族炭化水素樹脂とを混合分散した樹脂組成物を容易に調製することができるためであると推測される。 By using a resin piece having an arithmetic average surface roughness (Ra) in a specific range as the aromatic hydrocarbon-based resin, the productivity of the inorganic-organic composite film can be improved in the normal resin form. Since the resin component can be dissolved in the solvent in a short time as compared with the case of a certain pellet, a resin composition in which the metal (water) oxide particles and the aromatic hydrocarbon resin are mixed and dispersed can be easily prepared. It is presumed that this is because it can be done.
上記混合工程において、芳香族炭化水素系樹脂をより一層短時間で溶媒に溶解させることができる点で、芳香族炭化水素系樹脂の樹脂片の算術平均表面粗さ(Ra)は、30μm以上であることが好ましく、40μm以上であることがより好ましい。上記樹脂片の算術平均表面粗さ(Ra)の上限値は、上記樹脂片が溶媒に容易に溶解することができるのであれば特に限定されないが、計量、投入時の樹脂片同士の絡み合い抑制の点で、200μm以下が好ましく、100μm以下がより好ましい。
なお、本明細書において、算術平均表面粗さ(Ra)は、JIS B0601−2001に準拠した方法にて測定することができ、樹脂片に対し500μm四方を10視野観察したときの平均値であり、例えば、20倍視野のレーザー顕微鏡(キーエンス社製VK−9700)を用いて測定することができる。
In the above mixing step, the arithmetic average surface roughness (Ra) of the resin piece of the aromatic hydrocarbon resin is 30 μm or more in that the aromatic hydrocarbon resin can be dissolved in the solvent in a shorter time. It is preferably present, and more preferably 40 μm or more. The upper limit of the arithmetic average surface roughness (Ra) of the resin pieces is not particularly limited as long as the resin pieces can be easily dissolved in a solvent, but the entanglement of the resin pieces during weighing and charging is suppressed. In terms of points, 200 μm or less is preferable, and 100 μm or less is more preferable.
In the present specification, the arithmetic average surface roughness (Ra) can be measured by a method based on JIS B0601-2001, and is an average value when observing 10 fields of 500 μm square with respect to the resin piece. For example, it can be measured using a laser microscope having a 20x field (VK-9700 manufactured by KEYENCE CORPORATION).
本発明の製造方法における各工程について、説明する。
(1)混合工程
本発明の無機有機複合膜の製造方法は、まず、金属(水)酸化物粒子と、芳香族炭化水素系樹脂の樹脂片と、溶媒を混合して、無機有機複合膜を形成するための樹脂組成物を得る工程を有する。混合工程において使用する各成分について、説明する。
Each step in the manufacturing method of the present invention will be described.
(1) Mixing Step In the method for producing an inorganic-organic composite film of the present invention, first, a metal (water) oxide particle, a resin piece of an aromatic hydrocarbon-based resin, and a solvent are mixed to form an inorganic-organic composite film. It has a step of obtaining a resin composition for forming. Each component used in the mixing step will be described.
(金属(水)酸化物粒子)
本発明において使用する金属(水)酸化物粒子としては、無機有機複合膜の目的や用途に応じて適宜選択することができるが、具体的には、例えば、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化鉄、酸化亜鉛、酸化錫、酸化ビスマス等の金属酸化物;又は、水酸化マグネシウム、水酸化ジルコニウム、水酸化チタン等の金属水酸化物が挙げられる。なかでも、安価でアルカリ水電解用隔膜に好適に使用できる点で、金属水酸化物が好ましく、水酸化マグネシウム、水酸化ジルコニウムがより好ましく、水酸化マグネシウムが更に好ましい。上記金属(水)酸化物粒子は、1種単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
(Metal (water) oxide particles)
The metal (water) oxide particles used in the present invention can be appropriately selected depending on the purpose and application of the inorganic-organic composite film, and specifically, for example, zirconium oxide, titanium oxide, aluminum oxide, and the like. Metal oxides such as iron oxide, zinc oxide, tin oxide and bismuth oxide; or metal hydroxides such as magnesium hydroxide, zirconium hydroxide and titanium hydroxide can be mentioned. Among them, metal hydroxide is preferable, magnesium hydroxide and zirconium hydroxide are more preferable, and magnesium hydroxide is further preferable, because it is inexpensive and can be suitably used for an alkaline water electrolysis diaphragm. The metal (water) oxide particles may be used alone or in combination of two or more.
上記金属(水)酸化物粒子は、特に限定されず、天然物であっても、合成物であってもよい。また、表面が未処理のものであってもよく、シランカップリング剤、ステアリン酸、オレイン酸、リン酸エステル等により表面処理したものであってもよい。 The metal (water) oxide particles are not particularly limited and may be natural products or synthetic products. Further, the surface may be untreated, or may be surface-treated with a silane coupling agent, stearic acid, oleic acid, phosphoric acid ester or the like.
上記金属(水)酸化物粒子の形状は、粒子であれば特に限定されず、不定形、球状、顆粒状、薄片状、六角板状等のいずれの形状であってもよい。なかでも、上記樹脂組成物中の分散性がより一層良好となる点で、不定形、球状、又は薄片状であることが好ましい。 The shape of the metal (water) oxide particles is not particularly limited as long as it is a particle, and may be any shape such as amorphous, spherical, granular, flaky, and hexagonal plate. In particular, it is preferably amorphous, spherical, or flaky in that the dispersibility in the resin composition is further improved.
本発明においては、上記金属(水)酸化物粒子として、一般的な市販品を使用することもできる。本発明において使用することができる市販品としては、例えば、協和化学工業社製の200−06H、宇部マテリアル社製UP650−1、タテホ化学工業社製MAGSTAR♯20、神島化学工業社製♯200等の水酸化マグネシウム;第一稀元素工業社製の水酸化ジルコニウム等が挙げられる。 In the present invention, general commercial products can also be used as the metal (water) oxide particles. Examples of commercially available products that can be used in the present invention include 200-06H manufactured by Kyowa Chemical Industry Co., Ltd., UP650-1 manufactured by Ube Material Industries, Ltd., MAGSTAR # 20 manufactured by Tateho Chemical Industries Co., Ltd., # 200 manufactured by Kamishima Chemical Industry Co., Ltd., and the like. Magnesium hydroxide; Zirconium hydride manufactured by Daiichi Rare Element Industry Co., Ltd. and the like can be mentioned.
上記金属(水)酸化物粒子の平均粒子径は、無機有機複合膜の用途に応じて適宜設計すればよいが、通常0.05〜2.0μm、好ましくは0.1〜1.5μm、より好ましくは0.2〜1.0μmである。
無機有機複合膜の用途がアルカリ水電解用隔膜である場合は、イオン透過性、ガスバリア性に優れる点で、上記金属(水)酸化物粒子の平均粒子径は、好ましくは0.1〜1.5μmであり、より好ましくは0.2〜1.0μmである。
なお、上記平均粒子径は、レーザー回折法による粒度分布測定から求められる体積平均粒子径(D50)である。具体的には、上記平均粒子径は、上記金属(水)酸化物粒子をエタノール中に分散させ超音波処理したものを、レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置(堀場製作所社製「型番LA−920」)を用いて、装置指定の透過率に調整して測定することにより求めることができる。
The average particle size of the metal (water) oxide particles may be appropriately designed according to the use of the inorganic-organic composite film, but is usually 0.05 to 2.0 μm, preferably 0.1 to 1.5 μm, and more. It is preferably 0.2 to 1.0 μm.
When the use of the inorganic-organic composite film is an alkaline water electrolysis diaphragm, the average particle size of the metal (water) oxide particles is preferably 0.1 to 1.1 in terms of excellent ion permeability and gas barrier properties. It is 5 μm, more preferably 0.2 to 1.0 μm.
The average particle size is the volume average particle size (D50) obtained from the particle size distribution measurement by the laser diffraction method. Specifically, the average particle size is obtained by dispersing the metal (water) oxide particles in ethanol and subjecting them to ultrasonic treatment, and then using a laser diffraction / scattering type particle size distribution measuring device (HORIBA, Ltd. “Model No. LA-”. It can be obtained by adjusting and measuring the transmittance specified by the apparatus using 920 ”).
上記金属(水)酸化物粒子の含有量は、上記樹脂組成物中、好ましくは15〜50質量%であり、より好ましくは16〜47質量%であり、更に好ましくは18〜44質量%である。 The content of the metal (water) oxide particles is preferably 15 to 50% by mass, more preferably 16 to 47% by mass, and further preferably 18 to 44% by mass in the resin composition. ..
(芳香族炭化水素系樹脂)
本発明において、上記混合工程では、算術平均表面粗さ(Ra)が20μm以上である、芳香族炭化水素系樹脂の樹脂片を使用する。これにより、樹脂成分を溶媒に容易に溶解させて、樹脂組成物の調製を短時間で行うことができ、無機有機複合膜の生産性を向上させることができる。
(Aromatic hydrocarbon resin)
In the present invention, in the above mixing step, a resin piece of an aromatic hydrocarbon-based resin having an arithmetic average surface roughness (Ra) of 20 μm or more is used. As a result, the resin component can be easily dissolved in the solvent to prepare the resin composition in a short time, and the productivity of the inorganic organic composite film can be improved.
上記樹脂片の形状としては、上述の算術平均表面粗さ(Ra)の範囲を満たすものであれば特に限定されないが、例えば、不定形、薄片状、球状、柱状、円筒状等が挙げられる。なかでも、不定形、又は薄片状が好ましい。 The shape of the resin piece is not particularly limited as long as it satisfies the range of the above-mentioned arithmetic mean surface roughness (Ra), and examples thereof include an amorphous shape, a flaky shape, a spherical shape, a columnar shape, and a cylindrical shape. Of these, amorphous or flaky is preferable.
上記樹脂片のかさ密度は、0.1〜0.7g/cm3であることが好ましい。上記樹脂片のかさ密度が上記範囲であると、芳香族炭化水素系樹脂をより一層短時間で溶媒に溶解させることができ、無機有機複合膜の生産性をより一層向上させることができる。上記樹脂片のかさ密度は、0.2〜0.6g/cm3であることがより好ましく、0.25〜0.5g/cm3であることが更に好ましい。
なお、本明細書において、かさ密度は、かさ密度測定器(アズワン社製KAM−01)を使用して求めることができる。
The bulk density of the resin piece is preferably 0.1 to 0.7 g / cm 3. When the bulk density of the resin piece is in the above range, the aromatic hydrocarbon-based resin can be dissolved in the solvent in a shorter time, and the productivity of the inorganic-organic composite film can be further improved. The bulk density of the resin piece is more preferably 0.2 to 0.6 g / cm 3, further preferably 0.25~0.5g / cm 3.
In the present specification, the bulk density can be determined using the bulk density measuring instrument (manufactured by AS ONE Co. K AM-01).
上記樹脂片のアスペクト比は、5以上であることが好ましく、6以上であることがより好ましく、7以上であることが更に好ましい。上記樹脂片のアスペクト比の上限は、特に限定されないが、計量、投入時の樹脂片同士の絡み合い抑制の点から30以下が好ましく、20以下がより好ましく、15以下が更に好ましい。
本明細書において、アスペクト比とは、樹脂片を静置した場合、xy方向における最長辺の長さとz方向における厚みとの比(xy方向における最長辺の長さ/z方向における厚み)を表す。上記アスペクト比は、10〜20個程度の樹脂片の上記最長辺の長さと厚みを測定して、(xy方向における最長辺の長さ/z方向における厚み)の比を求め、その平均値を算出することにより求める。
The aspect ratio of the resin piece is preferably 5 or more, more preferably 6 or more, and further preferably 7 or more. The upper limit of the aspect ratio of the resin pieces is not particularly limited, but is preferably 30 or less, more preferably 20 or less, still more preferably 15 or less, from the viewpoint of suppressing entanglement between the resin pieces at the time of weighing and charging.
In the present specification, the aspect ratio represents the ratio of the length of the longest side in the xy direction to the thickness in the z direction (the length of the longest side in the xy direction / the thickness in the z direction) when the resin piece is allowed to stand still. .. For the aspect ratio, the length and thickness of the longest side of about 10 to 20 resin pieces are measured, the ratio of (the length of the longest side in the xy direction / the thickness in the z direction) is obtained, and the average value is calculated. Obtained by calculation.
上記樹脂片のxy方向における最長辺の長さは、0.2〜5mmであることが好ましい。上記樹脂片のxy方向における最長辺の長さが上記の範囲であると、芳香族炭化水素系樹脂をより一層短時間で溶媒に溶解させることができ、無機有機複合膜の生産性をより一層向上させることができる。上記樹脂片のxy方向における最長辺の長さは、0.2〜4mmであることが好ましく、0.2〜3mmであることが更に好ましい。
なお、上記xy方向における最長辺の長さは、光学顕微鏡(東海産業社製マイクロスコープ「型番PEAK2034−20」、倍率20倍)にて、スコープ内の目盛を読み取り計測することができる。
上記樹脂片のz方向における厚みは、0.05〜2mmであることが好ましく、0.1〜1.5mmであることがより好ましく、0.2〜1.0mmであることが更に好ましい。
上記樹脂片のz方向における厚みは、マイクロメータで計測することができる。
The length of the longest side of the resin piece in the xy direction is preferably 0.2 to 5 mm. When the length of the longest side of the resin piece in the xy direction is within the above range, the aromatic hydrocarbon-based resin can be dissolved in the solvent in a shorter time, and the productivity of the inorganic-organic composite film can be further improved. Can be improved. The length of the longest side of the resin piece in the xy direction is preferably 0.2 to 4 mm, more preferably 0.2 to 3 mm.
The length of the longest side in the xy direction can be measured by reading the scale in the scope with an optical microscope (microscope "model number PEAK2034-20" manufactured by Tokai Sangyo Co., Ltd., magnification 20 times).
The thickness of the resin piece in the z direction is preferably 0.05 to 2 mm, more preferably 0.1 to 1.5 mm, and even more preferably 0.2 to 1.0 mm.
The thickness of the resin piece in the z direction can be measured with a micrometer.
上記芳香族炭化水素系樹脂としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリブチレンナフタレート、ポリスチレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンサルファイド、ポリフェニルスルホン、ポリアリレート、ポリエーテルイミド、ポリイミド、ポリアミドイミド等が挙げられる。
なかでも、上記無機有機複合膜をアルカリ水電解用隔膜として使用する場合、優れた耐アルカリ性を付与することができる点で、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、及びポリフェニルスルホンからなる群より選択される少なくとも1種が好ましく、無機有機複合膜の製造がより一層容易になる点で、ポリスルホンがより好ましい。
上記芳香族炭化水素系樹脂は、1種単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
Examples of the aromatic hydrocarbon resin include polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polybutylene naphthalate, polystyrene, polysulfone, polyethersulfone, polyphenylene sulfide, polyphenylsulfone, polyallylate, polyetherimide, polyimide, and polyamideimide. And so on.
Among them, at least selected from the group consisting of polysulfone, polyethersulfone, and polyphenylsulfone in that when the above-mentioned inorganic organic composite film is used as a diaphragm for alkaline water electrolysis, excellent alkali resistance can be imparted. One is preferred, and polysulfone is more preferred in that it further facilitates the production of the inorganic-organic composite film.
The above aromatic hydrocarbon resin may be used alone or in combination of two or more.
上記芳香族炭化水素系樹脂の含有量は、上記樹脂組成物中、好ましくは3〜22質量%であり、より好ましくは4〜19質量%であり、更に好ましくは5〜17質量%である。 The content of the aromatic hydrocarbon-based resin is preferably 3 to 22% by mass, more preferably 4 to 19% by mass, and further preferably 5 to 17% by mass in the resin composition.
上記樹脂組成物における金属(水)酸化物粒子と芳香族炭化水素系樹脂の質量比は、目的の性能を有する無機有機複合膜が得られるのであれば特に限定されないが、上記金属(水)酸化物粒子100質量部に対して、上記芳香族炭化水素系樹脂20〜40質量部であることが好ましく、22〜38質量部であることがより好ましく、25〜35質量部であることが更に好ましい。 The mass ratio of the metal (water) oxide particles to the aromatic hydrocarbon-based resin in the above resin composition is not particularly limited as long as an inorganic-organic composite film having the desired performance can be obtained, but the above-mentioned metal (water) oxidation The amount is preferably 20 to 40 parts by mass, more preferably 22 to 38 parts by mass, and further preferably 25 to 35 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the particles. ..
(溶媒)
本発明において使用する溶媒としては、上記芳香族炭化水素系樹脂を溶解することができる溶媒であれば特に限定されず、例えば、N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N-ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド等が挙げられる。これらの溶媒は、1種単独で使用してもよいし、2種以上を混合して使用してもよい。なかでも、上記金属(水)酸化物の分散性がより一層良好となる点で、N−メチル−2−ピロリドンを含むことが好ましい。
(solvent)
The solvent used in the present invention is not particularly limited as long as it is a solvent capable of dissolving the above aromatic hydrocarbon resin, and for example, N-methyl-2-pyrrolidone, N, N-dimethylacetamide, N, Examples thereof include N-dimethylformamide and dimethyl sulfoxide. These solvents may be used alone or in combination of two or more. Among them, it is preferable to contain N-methyl-2-pyrrolidone in that the dispersibility of the metal (water) oxide is further improved.
上記溶媒の含有量は、上記樹脂組成物中、好ましくは50〜90質量%であり、より好ましくは60〜85質量%であり、更に好ましくは70〜80質量%である。 The content of the solvent is preferably 50 to 90% by mass, more preferably 60 to 85% by mass, and further preferably 70 to 80% by mass in the resin composition.
(他の成分)
上記樹脂組成物は、上述した金属(水)酸化物粒子、芳香族炭化水素系樹脂、及び溶媒以外に、他の成分を含んでいてもよい。上記他の成分としては、例えば、ポリビニルピロリドン等の分散剤等が挙げられる。これらは一般に公知のものを適宜選択して使用することができる。また、上記樹脂組成物は、本発明の効果に影響しない範囲で、上述した溶媒以外の他の溶媒を含んでいてもよい。
(Other ingredients)
The resin composition may contain other components in addition to the above-mentioned metal (water) oxide particles, aromatic hydrocarbon-based resin, and solvent. Examples of the other components include dispersants such as polyvinylpyrrolidone. These are generally known ones and can be appropriately selected and used. Further, the resin composition may contain a solvent other than the above-mentioned solvent as long as it does not affect the effect of the present invention.
(樹脂組成物の調製)
上記樹脂組成物は、上述した金属(水)酸化物粒子、芳香族炭化水素系樹脂の樹脂片、及び必要に応じて他の成分を、上記溶媒とともに混合することにより調製されるが、上述した金属(水)酸化物粒子、芳香族炭化水素系樹脂(樹脂片)、及び溶媒を混合分散することにより調製されることが好ましい。混合分散の方法は特に限定されず、ミキサー、ボールミル、ジェットミル、ディスパー、サンドミル、ロールミル、ポットミル、ペイントシェーカー等を用いる方法等、公知の混合分散の手段を適用することができる。
(Preparation of resin composition)
The above-mentioned resin composition is prepared by mixing the above-mentioned metal (water) oxide particles, a resin piece of an aromatic hydrocarbon-based resin, and if necessary, other components together with the above-mentioned solvent. It is preferably prepared by mixing and dispersing a metal (water) oxide particle, an aromatic hydrocarbon resin (resin piece), and a solvent. The method of mixing and dispersing is not particularly limited, and known mixing and dispersing means such as a method using a mixer, a ball mill, a jet mill, a dispenser, a sand mill, a roll mill, a pot mill, a paint shaker and the like can be applied.
また、上記樹脂組成物を調製する場合、先に、上記金属(水)酸化物粒子を溶媒中に分散させた溶液(スラリー)(以下、「溶液(a)」とも記載する。)を調製し、この溶液(a)に上記芳香族炭化水素系樹脂の樹脂片を混合することにより、上記樹脂組成物を得てもよい。また、上記溶液(a)と、上記芳香族炭化水素系樹脂の樹脂片を溶媒中に溶解させた溶液(以下、「溶液(b)」とも記載する。)をそれぞれ調製し、これらの溶液を混合することにより、上記樹脂組成物を得てもよい。なかでも、より短時間で芳香族炭化水素系樹脂を溶媒に溶解することができる点で、溶液(a)と溶液(b)をそれぞれ調製して、これらを混合することにより上記樹脂組成物を得るのが好ましい。 When preparing the resin composition, first, a solution (slurry) in which the metal (water) oxide particles are dispersed in a solvent (hereinafter, also referred to as “solution (a)”) is prepared. , The resin composition may be obtained by mixing the resin piece of the aromatic hydrocarbon resin with this solution (a). Further, a solution (a) and a solution in which a resin piece of the aromatic hydrocarbon resin is dissolved in a solvent (hereinafter, also referred to as “solution (b)”) are prepared, and these solutions are prepared. The above resin composition may be obtained by mixing. In particular, the solution (a) and the solution (b) are prepared and mixed to obtain the above resin composition because the aromatic hydrocarbon resin can be dissolved in the solvent in a shorter time. It is preferable to obtain it.
溶液(a)中の金属(水)酸化物粒子の濃度は、好ましくは20〜70質量%であり、より好ましくは30〜60質量%であり、更に好ましくは40〜50質量%である。
溶液(b)中の芳香族炭化水素系樹脂の濃度は、好ましくは20〜40質量%であり、より好ましくは22〜38質量%であり、更に好ましくは25〜35質量%である。
溶液(a)と溶液(b)に使用する溶媒は、上述した溶媒を含むものであれば同じ溶媒であっても、異なる溶媒であってもよいが、上記金属(水)酸化物粒子と上記芳香族炭化水素系樹脂をより均一に分散・混合できる点で、同じ溶媒であることが好ましい。
The concentration of the metal (water) oxide particles in the solution (a) is preferably 20 to 70% by mass, more preferably 30 to 60% by mass, and further preferably 40 to 50% by mass.
The concentration of the aromatic hydrocarbon resin in the solution (b) is preferably 20 to 40% by mass, more preferably 22 to 38% by mass, and further preferably 25 to 35% by mass.
The solvent used for the solution (a) and the solution (b) may be the same solvent or a different solvent as long as it contains the above-mentioned solvent, but the above-mentioned metal (water) oxide particles and the above-mentioned The same solvent is preferable in that the aromatic hydrocarbon-based resin can be more uniformly dispersed and mixed.
溶液(a)及び溶液(b)は、上述した樹脂組成物における上記金属(水)酸化物粒子と上記芳香族炭化水素系樹脂の含有量が所望の範囲になるように、添加量を適宜調整して混合するとよい。 The addition amounts of the solution (a) and the solution (b) are appropriately adjusted so that the contents of the metal (water) oxide particles and the aromatic hydrocarbon-based resin in the above-mentioned resin composition are within a desired range. And mix.
(2)成膜工程
本発明の製造方法においては、次に、上記混合工程(1)で得られた樹脂組成物を用いて膜を形成する。
上記樹脂組成物を用いて膜を形成する方法としては、特に限定されず公知の方法を用いればよく、例えば、上記樹脂組成物を基材上に塗布して塗膜を形成し、溶媒を除去して無機有機複合膜を形成する方法が挙げられる。なかでも、アルカリ水電解用隔膜に適用できる多孔質の無機有機複合膜を製造することができる点で、下記の工程(2−1)及び(2−2)を含むことが好ましい。
(2−1)上記樹脂組成物の塗膜を形成する工程
(2−2)上記塗膜を水と接触させることにより上記塗膜を凝固させる工程
(2) Film formation step In the production method of the present invention, a film is then formed using the resin composition obtained in the above mixing step (1).
The method for forming a film using the resin composition is not particularly limited, and a known method may be used. For example, the resin composition is applied onto a substrate to form a coating film, and the solvent is removed. Then, a method of forming an inorganic-organic composite film can be mentioned. Among them, it is preferable to include the following steps (2-1) and (2-2) in that a porous inorganic-organic composite film applicable to an alkaline water electrolysis diaphragm can be produced.
(2-1) Step of forming a coating film of the resin composition (2-2) Step of solidifying the coating film by bringing the coating film into contact with water.
このように、上記成膜工程の膜を形成する工程が、上記樹脂組成物の塗膜を形成する工程、及び、上記塗膜を水と接触させることにより上記塗膜を凝固させる工程を含む場合もまた、本発明の無機有機複合膜の製造方法における好ましい実施態様の一つである。 As described above, when the step of forming the film in the film forming step includes a step of forming a coating film of the resin composition and a step of solidifying the coating film by contacting the coating film with water. Is also one of the preferred embodiments in the method for producing an inorganic-organic composite film of the present invention.
(2−1)樹脂組成物の塗膜を形成する工程
上記混合工程で得られた樹脂組成物の塗膜を形成する方法としては、例えば、上記樹脂組成物を基材上に塗布する方法や、上記樹脂組成物中に基材を浸漬させる方法等が挙げられる。なかでも、塗膜を容易に形成できる点で、上記樹脂組成物を基材上に塗布する方法が好ましい。
(2-1) Step of Forming a Coating Film of a Resin Composition As a method of forming a coating film of the resin composition obtained in the above mixing step, for example, a method of applying the above resin composition on a substrate or a method of applying the above resin composition onto a substrate is used. , A method of immersing the base material in the above resin composition and the like can be mentioned. Among them, the method of applying the above resin composition on the substrate is preferable because the coating film can be easily formed.
上記樹脂組成物を基材上に塗布する方法としては、特に限定されず、ダイコーティング、スピンコーティング、グラビアコーティング、カーテンコーティング、スプレー、アプリケーター、コーター等を用いる方法等の公知の塗布手段を適用することができる。 The method of applying the resin composition onto the substrate is not particularly limited, and known coating means such as a method using die coating, spin coating, gravure coating, curtain coating, spray, applicator, coater, etc. are applied. be able to.
上記基材としては、上記樹脂組成物の塗膜を形成することができるものであれば、特に限定されず、例えば、ポリテトラエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアセタール、ポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネート等の樹脂からなるフィルム又はシート、ガラス板等が挙げられる。 The base material is not particularly limited as long as it can form a coating film of the resin composition, and for example, polytetraethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polypropylene, polyethylene, polyvinyl chloride, and polyvinyl acetal. , A film or sheet made of a resin such as polymethyl methacrylate and polycarbonate, a glass plate and the like.
得られる無機有機複合膜の強度を向上させるために、無機有機複合膜と支持体とが一体化した無機有機複合体を製造する場合、上記基材上に上記樹脂組成物を塗布し、塗布した塗液上に支持体を置いて塗液を支持体に含浸させることにより、支持体と樹脂組成物が複合した塗膜を形成してもよい。
上記無機有機複合膜をアルカリ水電解用隔膜として製造する場合、このような、支持体を上記樹脂組成物と複合する工程を含むことが好ましい。
上記支持体としては、多孔質であるシート状の部材を使用することが好ましい。
In the case of producing an inorganic-organic composite in which an inorganic-organic composite film and a support are integrated in order to improve the strength of the obtained inorganic-organic composite film, the resin composition is applied onto the base material and then applied. By placing the support on the coating liquid and impregnating the support with the coating liquid, a coating film in which the support and the resin composition are composite may be formed.
When the inorganic-organic composite film is produced as a diaphragm for alkaline water electrolysis, it is preferable to include such a step of combining the support with the resin composition.
As the support, it is preferable to use a porous sheet-shaped member.
上記支持体の材料としては、目的・用途に応じて適宜選択することができるが、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニルスルホン、ポリフェニレンサルファイド、ポリケトン、ポリイミド、ポリエーテルイミド、フッ素系樹脂等の樹脂が挙げられる。これらは、1種単独で用いたものであってもよいし、2種以上を組み合わせて併用したものであってもよい。 The material of the support can be appropriately selected depending on the purpose and application, and for example, polyethylene, polypropylene, polysulfone, polyethersulfone, polyphenylsulfone, polyphenylene sulfide, polyketone, polyimide, polyetherimide, and fluorine. Examples thereof include resins such as polysulfone. These may be used alone or in combination of two or more.
上記支持体の形態としては、例えば、不織布、織布、メッシュ、多孔質膜、又は不織布と織布の混合布等が挙げられるが、好ましくは、不織布、織布、又はメッシュが挙げられる。 Examples of the form of the support include non-woven fabrics, woven fabrics, meshes, porous membranes, mixed fabrics of non-woven fabrics and woven fabrics, and the like, preferably non-woven fabrics, woven fabrics, or meshes.
上記支持体の厚みは、目的・用途に応じて適宜設計することができるが、例えば、アルカリ水電解用隔膜として製造する場合、好ましくは30〜300μm、より好ましくは50〜250μm、更に好ましくは100〜200μmである。 The thickness of the support can be appropriately designed according to the purpose and application. For example, when it is produced as a diaphragm for alkaline water electrolysis, it is preferably 30 to 300 μm, more preferably 50 to 250 μm, and further preferably 100. It is ~ 200 μm.
上記樹脂組成物の塗布量としては、特に限定されず、上記無機有機複合膜が目的とする性能を発揮できる厚みを有するよう適宜設定すればよい。例えば、上記無機有機複合膜として、アルカリ水電解用隔膜を製造する場合、上記樹脂組成物の塗布量は、通常0.1〜1.0kg/m2、好ましくは0.2〜0.8kg/m2である。 The coating amount of the resin composition is not particularly limited, and may be appropriately set so that the inorganic-organic composite film has a thickness capable of exhibiting the desired performance. For example, in the case of producing a diaphragm for alkaline water electrolysis as the inorganic-organic composite film, the coating amount of the resin composition is usually 0.1 to 1.0 kg / m 2 , preferably 0.2 to 0.8 kg / m 2. It is m 2.
(2−2)上記塗膜を水と接触させることにより上記塗膜を凝固させる工程
工程(2−1)で形成された塗膜に水を接触させることにより、上記塗膜中に水が拡散し、水に溶解しない芳香族炭化水素系樹脂が凝固する。一方、水に溶解し得る塗膜中の溶媒は、塗膜から溶出する。このような相分離が生じることにより、芳香族炭化水素系樹脂が凝固し、膜中に金属(水)酸化物が分散した、孔を有する膜が形成される。
上記塗膜と水を接触させる方法としては、例えば、上記塗膜を水中に浸漬させる方法等が挙げられる。
(2-2) Step of solidifying the coating film by bringing the coating film into contact with water By bringing water into contact with the coating film formed in the step (2-1), water diffuses into the coating film. However, the aromatic hydrocarbon-based resin that does not dissolve in water solidifies. On the other hand, the solvent in the coating film that can be dissolved in water elutes from the coating film. When such phase separation occurs, the aromatic hydrocarbon-based resin solidifies, and a film having pores in which a metal (water) oxide is dispersed is formed.
Examples of the method of bringing the coating film into contact with water include a method of immersing the coating film in water.
上記水としては、蒸留水、イオン交換水が好ましく、イオン交換水がより好ましい。また、水中に上記樹脂組成物中の溶媒が50%以下存在してもよい。 As the water, distilled water and ion-exchanged water are preferable, and ion-exchanged water is more preferable. Further, the solvent in the resin composition may be present in water in an amount of 50% or less.
上記水の使用量は、塗膜の質量100質量%、すなわち、塗膜の形成に用いられる樹脂組成物の固形分100質量%に対して、50〜10000質量%であることが好ましく、より好ましくは、100〜5000質量%であり、更に好ましくは、200〜1000質量%である。 The amount of water used is preferably 50 to 10000% by mass, more preferably 50% by mass, based on 100% by mass of the coating film, that is, 100% by mass of the solid content of the resin composition used for forming the coating film. Is 100 to 5000% by mass, more preferably 200 to 1000% by mass.
上記工程(2−2)で塗膜を凝固させた後、更に、上記凝固した塗膜を乾燥させる工程(2−3)を有することが好ましい。
上記工程で凝固した塗膜を乾燥させて、水分を除去することにより、金属(水)酸化物が分散した無機有機複合膜を得ることができる。
乾燥温度としては、60〜80℃が好ましい。
乾燥時間としては、2〜120分が好ましく、5〜60分がより好ましく、10〜30分が更に好ましい。
上記凝固した塗膜は、上記基材を除去した後に、乾燥させることが好ましい。
After solidifying the coating film in the above step (2-2), it is preferable to have a step (2-3) of further drying the solidified coating film.
By drying the coating film solidified in the above step to remove water, an inorganic organic composite film in which a metal (water) oxide is dispersed can be obtained.
The drying temperature is preferably 60 to 80 ° C.
The drying time is preferably 2 to 120 minutes, more preferably 5 to 60 minutes, still more preferably 10 to 30 minutes.
The solidified coating film is preferably dried after removing the base material.
以上の工程により、上記金属(水)酸化物が均一に分散し、性能を十分に発揮することができる無機有機複合膜を得ることができる。
本発明の製造方法により得られる無機有機複合膜について、以下に説明する。
Through the above steps, the metal (water) oxide can be uniformly dispersed, and an inorganic-organic composite film capable of fully exhibiting its performance can be obtained.
The inorganic-organic composite film obtained by the production method of the present invention will be described below.
(無機有機複合膜)
本発明の製造方法により得られる無機有機複合膜は、上記金属(水)酸化物、及び、上記芳香族炭化水素系樹脂を含む。
上記金属(水)酸化物と芳香族炭化水素系樹脂の含有量は、無機有機複合膜の目的・用途に応じて適宜設計することができるが、例えば、上記金属(水)酸化物の含有量は、無機有機複合膜100質量%に対して、通常30〜90質量%、好ましくは32〜85質量%、より好ましくは35〜80質量%である。上記芳香族炭化水素系樹脂の含有量は、通常5〜40質量%、好ましくは7〜35質量%、より好ましくは10〜30質量%である。
(Inorganic organic composite membrane)
The inorganic-organic composite film obtained by the production method of the present invention contains the above-mentioned metal (water) oxide and the above-mentioned aromatic hydrocarbon-based resin.
The content of the metal (water) oxide and the aromatic hydrocarbon resin can be appropriately designed according to the purpose and application of the inorganic organic composite film, and for example, the content of the metal (water) oxide. Is usually 30 to 90% by mass, preferably 32 to 85% by mass, and more preferably 35 to 80% by mass with respect to 100% by mass of the inorganic-organic composite film. The content of the aromatic hydrocarbon resin is usually 5 to 40% by mass, preferably 7 to 35% by mass, and more preferably 10 to 30% by mass.
上記無機有機複合膜は、微多孔膜であることが好ましい。
上記無機有機複合膜は、気孔率が20〜80%であることが好ましく、25〜75%であることがより好ましく、30〜70%であることが更に好ましい。気孔率が上述の範囲であると、例えば、上記無機有機複合膜をアルカリ水電解用隔膜として使用した場合、イオン透過率に優れたものとすることができる。
上記気孔率は、無機有機複合膜を24時間室温で溶液に浸漬させ、吸液前後の隔膜の質量によって求めることができる。具体的には、下記の式によって求める。
気孔率(体積%)=(浸漬後の膜の質量−浸漬前の膜の質量)/溶液の密度/膜の体積×100
上記溶液としては、例えば、水酸化カリウム又は水酸化ナトリウム等の電解質を水に溶解させたアルカリ性水溶液等の電解液が挙げられる。
The inorganic-organic composite membrane is preferably a microporous membrane.
The inorganic-organic composite film preferably has a porosity of 20 to 80%, more preferably 25 to 75%, and even more preferably 30 to 70%. When the porosity is within the above range, for example, when the inorganic-organic composite membrane is used as a diaphragm for alkaline water electrolysis, the ion transmittance can be excellent.
The porosity can be determined by immersing the inorganic-organic composite film in a solution at room temperature for 24 hours and measuring the mass of the diaphragm before and after absorbing the liquid. Specifically, it is calculated by the following formula.
Porosity (% by volume) = (mass of membrane after immersion-mass of membrane before immersion) / density of solution / volume of membrane x 100
Examples of the solution include an electrolytic solution such as an alkaline aqueous solution in which an electrolyte such as potassium hydroxide or sodium hydroxide is dissolved in water.
上記無機有機複合膜の厚みは、無機有機複合膜の用途に応じて適宜設計することができるが、通常10〜3000μm、好ましくは50〜1000μmである。例えば、上記無機有機複合膜をアルカリ水電解用隔膜に適用する場合、上記無機有機複合膜の厚みは、ガスバリア性やイオン透過性、強度の観点から50〜1000μmであることが好ましく、100〜500μmであることがより好ましく、200〜400μmであることが更に好ましい。また、上記無機有機複合膜を水系電池用隔膜に適用する場合は、上記無機有機複合膜の厚みは、10〜1000μmであることが好ましく、20〜500μmであることがより好ましい。 The thickness of the inorganic-organic composite film can be appropriately designed according to the use of the inorganic-organic composite film, but is usually 10 to 3000 μm, preferably 50 to 1000 μm. For example, when the inorganic-organic composite membrane is applied to a diaphragm for alkaline water electrolysis, the thickness of the inorganic-organic composite membrane is preferably 50 to 1000 μm, preferably 100 to 500 μm, from the viewpoint of gas barrier property, ion permeability, and strength. It is more preferably 200 to 400 μm, and even more preferably 200 to 400 μm. When the inorganic-organic composite film is applied to a diaphragm for an aqueous battery, the thickness of the inorganic-organic composite film is preferably 10 to 1000 μm, more preferably 20 to 500 μm.
以上のように、本発明の無機有機複合膜の製造方法は、無機有機複合膜を短時間で効率良く製造することができる。本発明の製造方法は、アルカリ水電解用隔膜、リチウムイオン電池セパレータ、アルカリ形燃料電池用セパレータ等の各種用途に用いられる無機有機複合膜の製造方法として好適に適用することができる。なかでも、本発明の製造方法は、アルカリ水電解用隔膜を製造する方法として好適である。 As described above, the method for producing an inorganic-organic composite film of the present invention can efficiently produce an inorganic-organic composite film in a short time. The production method of the present invention can be suitably applied as a method for producing an inorganic organic composite film used for various purposes such as a diaphragm for alkaline water electrolysis, a lithium ion battery separator, and a separator for an alkaline fuel cell. Above all, the production method of the present invention is suitable as a method for producing a diaphragm for alkaline water electrolysis.
(アルカリ水電解用隔膜)
本発明の製造方法により得られる無機有機複合膜の好適な一例として、アルカリ水電解用隔膜について説明する。
上記アルカリ水電解用隔膜は、上記無機有機複合膜のみからなるものであってもよいし、支持体の一方又は両面に上記無機有機複合膜が形成されたものであってもよいし、支持体と上記無機有機複合膜が一体化した無機有機複合体であってもよい。なかでも、アルカリ水電解用隔膜の強度と靭性をより一層向上させることができる点で、上記無機有機複合体であることが好ましい。
(Septum for alkaline water electrolysis)
As a preferable example of the inorganic-organic composite membrane obtained by the production method of the present invention, a diaphragm for alkaline water electrolysis will be described.
The alkaline water electrolysis diaphragm may be composed of only the inorganic-organic composite film, or may have the inorganic-organic composite film formed on one or both sides of the support, or the support. It may be an inorganic-organic composite in which the above-mentioned inorganic-organic composite film is integrated with the above-mentioned inorganic-organic composite film. Above all, the above-mentioned inorganic-organic composite is preferable in that the strength and toughness of the diaphragm for alkaline water electrolysis can be further improved.
上記支持体としては、上述したものが挙げられるが、なかでも、ポリプロピレン、ポリエチレン、及びポリフェニレンサルファイドからなる群より選択される少なくとも1種の樹脂を含む、不織布、織布、又はメッシュであることが好ましい。 Examples of the support include those described above, and among them, a non-woven fabric, a woven fabric, or a mesh containing at least one resin selected from the group consisting of polypropylene, polyethylene, and polyphenylene sulfide. preferable.
上記アルカリ水電解用隔膜は、気孔率が20〜80体積%であることが好ましく、25〜75体積%であることがより好ましい。気孔率が上述の範囲であると、イオン透過性及びガスバリア性に優れた膜とすることができる。上記気孔率は、上述した方法で求めることができる。 The alkaline water electrolysis diaphragm preferably has a porosity of 20 to 80% by volume, and more preferably 25 to 75% by volume. When the porosity is within the above range, a film having excellent ion permeability and gas barrier properties can be obtained. The porosity can be determined by the method described above.
上記アルカリ水電解用隔膜の厚みは、ガスバリア性やイオン透過性、強度の観点から、50〜1000μmであることが好ましく、100〜500μmであることがより好ましく、200〜400μmであることが更に好ましい。 The thickness of the diaphragm for alkaline water electrolysis is preferably 50 to 1000 μm, more preferably 100 to 500 μm, and even more preferably 200 to 400 μm from the viewpoint of gas barrier property, ion permeability, and strength. ..
上記アルカリ水電解用隔膜は、アルカリ水電解装置の部材として用いられる。上記アルカリ水電解装置としては、例えば、陽極、陰極、及び、陽極と陰極の間に配置された上記アルカリ水電解用隔膜を含むものが挙げられる。より具体的には、上記アルカリ水電解装置は、上記アルカリ水電解用隔膜によって隔てられた、陽極が存在する陽極室と、陰極が存在する陰極室とを有する。
陽極、及び陰極としては、ニッケル又はニッケル合金等を含む導電性基体を含む、公知の電極が挙げられる。
The diaphragm for alkaline water electrolysis is used as a member of the alkaline water electrolyzer. Examples of the alkaline water electrolyzer include an anode, a cathode, and a diaphragm for alkaline water electrolysis arranged between the anode and the cathode. More specifically, the alkaline water electrolyzer has an anode chamber in which an anode is present and a cathode chamber in which a cathode is present, which are separated by the alkaline water electrolysis diaphragm.
Examples of the anode and the cathode include known electrodes including a conductive substrate containing nickel or a nickel alloy or the like.
上記アルカリ水電解用隔膜を備えたアルカリ水電解装置を用いて行う水の電気分解の方法は、特に限定されず、公知の方法で行うことができる。例えば、上述した本発明のアルカリ水電解用隔膜を備えたアルカリ水電解装置に、電解液を充填し、電解液中で電流を印加することにより行うことができる。 The method of electrolyzing water using the alkaline water electrolyzer provided with the alkaline water electrolyzing diaphragm is not particularly limited, and a known method can be used. For example, it can be performed by filling the alkaline water electrolyzer equipped with the alkaline water electrolyzing diaphragm of the present invention described above with an electrolytic solution and applying an electric current in the electrolytic solution.
上記電解液としては、水酸化カリウム又は水酸化ナトリウム等の電解質を溶解したアルカリ性水溶液が用いられる。上記電解液における電解質の濃度は、特に限定されないが、電解効率がより一層向上し得る点で、20〜40質量%であることが好ましい。
また、電気分解を行う場合の温度としては、電解液のイオン電導性がより向上し、電解効率がより一層向上し得る点で、50〜120℃が好ましく、80〜90℃がより好ましい。電流の印加は、公知の条件・方法で行うことができる。
As the electrolytic solution, an alkaline aqueous solution in which an electrolyte such as potassium hydroxide or sodium hydroxide is dissolved is used. The concentration of the electrolyte in the electrolytic solution is not particularly limited, but is preferably 20 to 40% by mass in that the electrolytic efficiency can be further improved.
The temperature at the time of electrolysis is preferably 50 to 120 ° C., more preferably 80 to 90 ° C., in that the ion conductivity of the electrolytic solution can be further improved and the electrolytic efficiency can be further improved. The current can be applied under known conditions and methods.
以下に実施例を掲げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。なお、特に断りのない限り、「部」は「質量部」を、「%」は「質量%」を意味するものとする。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples. Unless otherwise specified, "part" means "part by mass" and "%" means "% by mass".
<実施例1>
無機有機複合膜の作製
(1.水酸化マグネシウム分散液の調製)
水酸化マグネシウム(協和化学工業社製、品番200−06H、平均粒子径0.54μm)とN−メチル−2−ピロリドン(和光純薬工業社製)を質量比1:1となるよう混合し、ジルコニアメディアボールを入れたポットミルにて、室温で6時間分散処理を行うことにより水酸化マグネシウム分散液を調製した。
<Example 1>
Preparation of Inorganic Organic Composite Membrane (1. Preparation of Magnesium Hydroxide Dispersium)
Magnesium hydroxide (manufactured by Kyowa Chemical Industry Co., Ltd., product number 200-06H, average particle size 0.54 μm) and N-methyl-2-pyrrolidone (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) are mixed so as to have a mass ratio of 1: 1. A magnesium hydroxide dispersion was prepared by performing a dispersion treatment at room temperature for 6 hours in a pot mill containing zirconia media balls.
(2.ポリスルホン樹脂溶解液の調製)
粉末状のポリスルホン樹脂(YOUJU New Material社製、品番PARYLS PSU、算術平均表面粗さRa:48μm、かさ密度:0.33g/cm3、アスペクト比:5.8)を30質量%の濃度で90℃にてN−メチル−2−ピロリドン(和光純薬工業社製)に熱溶解させることによりポリスルホン樹脂溶解液を調製した。上記樹脂濃度の2kgの溶解液を作製する場合、3LセパラブルフラスコにまずN−メチル−2−ピロリドンを投入し、90℃に調温してから、樹脂粉末を連続的に投入し、翼径/槽径が0.7のパドル翼にて200rpmで撹拌して溶解させた。樹脂の溶解に要した時間は30分であった。
(2. Preparation of polysulfone resin solution)
90 powdered polysulfone resin (manufactured by YOUJU New Material, product number PARYLS PSU, arithmetic average surface roughness Ra: 48 μm, bulk density: 0.33 g / cm 3 , aspect ratio: 5.8) at a concentration of 30% by mass. A polysulfone resin solution was prepared by thermally dissolving it in N-methyl-2-pyrrolidone (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) at ° C. When preparing a 2 kg solution having the above resin concentration, N-methyl-2-pyrrolidone is first put into a 3 L separable flask, the temperature is adjusted to 90 ° C., and then the resin powder is continuously put into the blade diameter. / It was dissolved by stirring at 200 rpm with a paddle blade having a tank diameter of 0.7. The time required to dissolve the resin was 30 minutes.
(3.塗液の調製)
上記で得られた水酸化マグネシウム分散液とポリスルホン樹脂溶解液とを、水酸化マグネシウム100質量部に対してポリスルホン樹脂(PSU)が33質量部になるように計量し、自転公転ミキサー(シンキー社製、品番あわとり練太郎ARE−500)にて室温で1000rpmで約10分間混合した。得られた混合液を、SUSの200メッシュで濾過することで塗液を得た。
(3. Preparation of coating liquid)
The magnesium hydroxide dispersion and the polysulfone resin solution obtained above are weighed so that the polysulfone resin (PSU) is 33 parts by mass with respect to 100 parts by mass of magnesium hydroxide. , Part number Awatori Rentaro ARE-500) at room temperature at 1000 rpm for about 10 minutes. The obtained mixed liquid was filtered through a 200 mesh of SUS to obtain a coating liquid.
(4.塗膜の形成)
ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムに、アプリケーターにて塗液を、乾燥後の隔膜の厚みが全体で300μmになるように塗布し、その上にポリプロピレン不織布(日本バイリーン社製、品番OA16728F、厚み120μm)を接触させることで、不織布に塗液を完全に含浸させた。その後、塗液を含浸させた不織布を、室温にて10分間水浴させ、塗液を凝固させて膜を形成し、水中でPETフィルムから不織布ごと膜を剥離した。水浴後、得られた膜を、乾燥機にて80℃で、30分間乾燥し、不織布と水酸化マグネシウム及びポリスルホン樹脂を含む膜との複合体からなる無機有機複合膜(1)を得た。
(4. Formation of coating film)
A coating liquid is applied to a polyethylene terephthalate (PET) film with an applicator so that the thickness of the diaphragm after drying is 300 μm in total, and a polypropylene non-woven fabric (manufactured by Japan Vilene Co., Ltd., product number OA16728F, thickness 120 μm) is applied thereto. By contacting the non-woven fabric, the coating liquid was completely impregnated. Then, the nonwoven fabric impregnated with the coating liquid was bathed in water at room temperature for 10 minutes to solidify the coating liquid to form a film, and the film was peeled off from the PET film together with the nonwoven fabric in water. After bathing in water, the obtained membrane was dried at 80 ° C. for 30 minutes in a dryer to obtain an inorganic organic composite membrane (1) composed of a composite of a non-woven fabric and a membrane containing magnesium hydroxide and polysulfone resin.
<実施例2>
実施例1の(2.ポリスルホン樹脂溶解液の調製)において、粉末状のポリスルホン樹脂の代わりに、粉末のポリエーテルスルホン樹脂(YOUJU New Material社製、品番PARYLS PES、算術平均表面粗さRa:31μm、かさ密度:0.43g/cm3、アスペクト比:5.1)を使用した以外は実施例1と同様の方法により、無機有機複合膜(2)の作製を行った。上記樹脂濃度の2kgの溶解液を作製する際、溶解に要した時間は60分であった。
<Example 2>
In Example 1 (2. Preparation of polysulfone resin solution), instead of powdered polysulfone resin, powdered polyethersulfone resin (manufactured by YOUJU New Material, product number PARYLS PES, arithmetic average surface roughness Ra: 31 μm). The inorganic-organic composite film (2) was produced by the same method as in Example 1 except that the bulk density: 0.43 g / cm 3 and the aspect ratio: 5.1) were used. When preparing a 2 kg solution having the above resin concentration, the time required for dissolution was 60 minutes.
<実施例3>
実施例1の(2.ポリスルホン樹脂溶解液の調製)において、粉末状のポリスルホン樹脂の代わりに、粉末のポリフェニルスルホン樹脂(YOUJU New Material社製、品番PARYLS PPS、算術平均表面粗さRa:57μm、かさ密度:0.28g/cm3、アスペクト比:7.3)を使用した以外は実施例1と同様の方法により、無機有機複合膜(3)の作製を行った。上記樹脂濃度の2kgの溶解液を作製する際、溶解に要した時間は80分であった。
<Example 3>
In Example 1 (2. Preparation of polysulfone resin solution), instead of powdered polysulfone resin, powdered polyphenylsulfone resin (manufactured by YOUJU New Material, product number PARYLS PPS, arithmetic average surface roughness Ra: 57 μm). The inorganic-organic composite film (3) was produced by the same method as in Example 1 except that the bulk density: 0.28 g / cm 3 and the aspect ratio: 7.3) were used. When preparing a 2 kg solution having the above resin concentration, the time required for dissolution was 80 minutes.
<実施例4>
実施例1の(2.ポリスルホン樹脂溶解液の調製)において、粉末状のポリスルホン樹脂の代わりに、粉末のポリスルホン樹脂とポリフェニルスルホン樹脂の混合品(YOUJU New Material社製、品番PARYLS mPPSU、算術平均表面粗さRa:50μm、かさ密度:0.29g/cm3、アスペクト比:6.6)を使用した以外は実施例1と同様の方法により、無機有機複合膜(4)の作製を行った。上記樹脂濃度の2kgの溶解液を作製する際、溶解に要した時間は60分であった。
実施例1〜4においてそれぞれ製造した無機有機複合膜(1)〜(4)は、アルカリ水電解用隔膜として使用することを目的として製造した。
<Example 4>
In Example 1 (2. Preparation of polysulfone resin solution), a mixture of powdered polysulfone resin and polyphenylsulfone resin (manufactured by YOUJU New Material, product number PARYLS mPPSU, arithmetic average) instead of the powdered polysulfone resin. The inorganic-organic composite film (4) was produced by the same method as in Example 1 except that surface roughness Ra: 50 μm, bulk density: 0.29 g / cm 3, and aspect ratio: 6.6) were used. .. When preparing a 2 kg solution having the above resin concentration, the time required for dissolution was 60 minutes.
The inorganic-organic composite films (1) to (4) produced in Examples 1 to 4 were produced for the purpose of being used as a diaphragm for alkaline water electrolysis.
<比較例1>
実施例1の(2.ポリスルホン樹脂溶解液の調製)において、粉末状のポリスルホン樹脂の代わりに、ペレットのポリスルホン樹脂(BASF社製、品番ウルトラゾーンS3010、算術平均表面粗さRa:13μm、かさ密度:0.82g/cm3、アスペクト比:1.5)を使用した以外は実施例1と同様の方法により、無機有機複合膜(c1)の作製を行った。上記樹脂濃度の2kgの溶離液を作製する際、溶解に要した時間は360分であった。
<Comparative Example 1>
In Example 1 (2. Preparation of polysulfone resin solution), instead of powdered polysulfone resin, pelleted polysulfone resin (manufactured by BASF, product number Ultrazone S3010, arithmetic average surface roughness Ra: 13 μm, bulk density). The inorganic-organic composite film (c1) was prepared by the same method as in Example 1 except that: 0.82 g / cm 3, aspect ratio: 1.5) was used. When preparing an eluent having a resin concentration of 2 kg, the time required for dissolution was 360 minutes.
<比較例2>
実施例1の(2.ポリスルホン樹脂溶解液の調製)において、粉末状のポリスルホン樹脂の代わりに、ペレットのポリエーテルスルホン樹脂(BASF社製、品番ウルトラゾーンE3010、算術平均表面粗さRa:13μm、かさ密度:0.85g/cm3、アスペクト比:1.4)を使用した以外は実施例1と同様の方法により、無機有機複合膜(c2)の作製を行った。上記樹脂濃度の2kgの溶解液を作製する際、溶解に要した時間は480分であった。
<Comparative Example 2>
In Example 1 (2. Preparation of polysulfone resin solution), instead of the powdered polysulfone resin, pellets of polyethersulfone resin (manufactured by BASF, product number Ultrazone E3010, arithmetic average surface roughness Ra: 13 μm, The inorganic-organic composite film (c2) was produced by the same method as in Example 1 except that the bulk density: 0.85 g / cm 3 and the aspect ratio: 1.4) were used. When preparing a 2 kg solution having the above resin concentration, the time required for dissolution was 480 minutes.
<比較例3>
実施例1の(2.ポリスルホン樹脂溶解液の調製)において、粉末状のポリスルホン樹脂の代わりに、ペレットのポリフェニルスルホン樹脂(BASF社製、品番ウルトラゾーンP3010、算術平均表面粗さRa:17μm、かさ密度:0.84g/cm3、アスペクト比:1.6)を使用した以外は実施例1と同様の方法により、無機有機複合膜(c3)の作製を行った。上記樹脂濃度の2kgの溶解液を作製する際、溶解に要した時間は600分であった。
<Comparative Example 3>
In Example 1 (2. Preparation of polysulfone resin solution), instead of powdered polysulfone resin, pelleted polyphenylsulfone resin (manufactured by BASF, product number Ultrazone P3010, arithmetic average surface roughness Ra: 17 μm, The inorganic-organic composite film (c3) was produced by the same method as in Example 1 except that bulk density: 0.84 g / cm 3, aspect ratio: 1.6) was used. When preparing a 2 kg solution having the above resin concentration, the time required for dissolution was 600 minutes.
Claims (5)
該製造方法は、金属酸化物粒子及び/又は金属水酸化物粒子と、芳香族炭化水素系樹脂の樹脂片と、溶媒を混合して樹脂組成物を得る工程と、該樹脂組成物を用いて膜を形成する工程を含み、
該樹脂片の算術平均表面粗さ(Ra)が20μm以上であり、
該樹脂片のかさ密度は、0.1〜0.7g/cm 3 であり、
該樹脂片のアスペクト比は、5以上であり、
該算術平均表面粗さ(Ra)は、JIS B0601−2001に準拠した方法で測定され、該樹脂片に対し500μm四方を10視野観察したときの平均値であり、
該かさ密度は、かさ密度測定器(アズワン社製KAM−01)を使用して測定した値であり、
該アスペクト比は、10〜20個の樹脂片のxy方向における最長辺の長さとz方向における厚みを測定して、(xy方向における最長辺の長さ/z方向における厚み)の比を求め、その平均値を算出した値であり、
該xy方向における最長辺の長さは、光学顕微鏡にてスコープ内のメモリを読み取り計測し、該z方向における厚みは、マイクロメータで計測し、
該xy方向における最長辺の長さは0.2〜5mmであり、
該z方向における厚みは0.05〜2mmである
ことを特徴とする無機有機複合膜の製造方法。 A method for producing an inorganic-organic composite film containing metal oxide particles and / or metal hydroxide particles and an aromatic hydrocarbon-based resin.
The production method includes a step of mixing metal oxide particles and / or metal hydroxide particles, a resin piece of an aromatic hydrocarbon-based resin, and a solvent to obtain a resin composition, and using the resin composition. Including the step of forming a film
Arithmetic average surface roughness of the resin piece (Ra) is Ri der than 20 [mu] m,
The bulk density of the resin piece is 0.1 to 0.7 g / cm 3 .
The aspect ratio of the resin piece is 5 or more, and the aspect ratio is 5.
The arithmetic average surface roughness (Ra) is measured by a method according to JIS B0601-2001, and is an average value when observing 10 fields of 500 μm square with respect to the resin piece.
The bulk density is a value measured using a bulk density measuring device (KAM-01 manufactured by AS ONE Corporation).
For the aspect ratio, the length of the longest side in the xy direction and the thickness in the z direction of 10 to 20 resin pieces are measured, and the ratio of (the length of the longest side in the xy direction / the thickness in the z direction) is obtained. It is the value calculated from the average value.
The length of the longest side in the xy direction is measured by reading the memory in the scope with an optical microscope, and the thickness in the z direction is measured with a micrometer.
The length of the longest side in the xy direction is 0.2 to 5 mm, and the length is 0.2 to 5 mm.
A method for producing an inorganic-organic composite film, characterized in that the thickness in the z-direction is 0.05 to 2 mm.
前記樹脂組成物の塗膜を形成する工程、及び、
該塗膜を水と接触させることにより該塗膜を凝固させる工程を含む
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の無機有機複合膜の製造方法。 The step of forming the film is
A step of forming a coating film of the resin composition, and
The method for producing an inorganic-organic composite film according to any one of claims 1 to 4 , further comprising a step of solidifying the coating film by bringing the coating film into contact with water.
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