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JP7516783B2 - Composite polymer electrolyte membrane roll - Google Patents
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Description

本発明は、高分子電解質膜と多孔質基材とを複合化した高分子電解質膜のロール状物に関する。 The present invention relates to a roll of a polymer electrolyte membrane that is a composite of a polymer electrolyte membrane and a porous substrate.

固体高分子電解質型燃料電池等に使用される固体高分子電解質膜は、耐久性を高めるために多孔質基材と複合化することが知られている。
上記複合化高分子電解質膜の製造方法として、例えば、基材フィルムに高分子電解質溶液を塗布し、その上に多孔質基材を重ね合わせて高分子電解質溶液を含浸させた後に多孔質基材の他方の面に高分子電解質溶液を塗布して製造することが提案されている(特許文献1~4)。
It is known that solid polymer electrolyte membranes used in solid polymer electrolyte fuel cells and the like are combined with a porous substrate to enhance durability.
As a method for producing the above-mentioned composite polymer electrolyte membrane, for example, a method has been proposed in which a polymer electrolyte solution is applied to a substrate film, a porous substrate is placed on top of the substrate and impregnated with the polymer electrolyte solution, and then the polymer electrolyte solution is applied to the other surface of the porous substrate (Patent Documents 1 to 4).

そして、これらの製造工程は、ロール・ツー・ロール方式で実施されることが記載されている。つまり、長尺ロール状の基材フィルムを巻き出して、高分子電解質溶液を塗布し、その上に多孔質基材を重ね合わせ、乾燥あるいは未乾燥の状態で多孔質基材の多方の面に高分子電解質溶液を塗布し、乾燥して、ロール状に巻き取る方式である。 The document also describes that these manufacturing steps are carried out using a roll-to-roll method. In other words, a long roll of substrate film is unwound, a polymer electrolyte solution is applied to it, a porous substrate is placed on top of it, and the polymer electrolyte solution is applied to the other surfaces of the porous substrate in a dry or wet state, which is then dried and wound into a roll.

特開2004-356075号公報JP 2004-356075 A 特開2006-202532号公報JP 2006-202532 A 特開2015-76201号公報JP 2015-76201 A 特開2019-186183号公報JP 2019-186183 A

上記製造工程において、多孔質基材の両面にそれぞれ積層される第1の電解質層と第2の電解質層は、多孔質基材に電解質を浸透・含浸させるために、通常、多孔質基材を覆うように積層されている(例えば、図6)。このような製造方法で得られた複合化高分子電解質膜のロール状物は、基材上に複数の層(第1の電解質層、多孔質基材および第2の電解質層)が積層されていることから、幅方向端部が部分的に盛り上がる傾向にある(例えば、図7)。ロール状物の端部が部分的に盛り上がると、皺が発生したり、後加工が安定的に行われなかったりなど、品質悪化を招くことがある。 In the above manufacturing process, the first electrolyte layer and the second electrolyte layer, which are laminated on both sides of the porous substrate, are usually laminated so as to cover the porous substrate in order to allow the electrolyte to penetrate and impregnate the porous substrate (e.g., FIG. 6). The rolled product of the composite polymer electrolyte membrane obtained by this manufacturing method has multiple layers (the first electrolyte layer, the porous substrate, and the second electrolyte layer) laminated on the substrate, so that the ends in the width direction tend to be partially raised (e.g., FIG. 7). If the ends of the rolled product are partially raised, wrinkles may occur, post-processing may not be performed stably, and quality may be deteriorated.

そこで、本発明の目的は、幅方向端部の盛り上がりが抑制された、複合化高分子電解質膜のロール状物を提供することにある。 The object of the present invention is to provide a roll of a composite polymer electrolyte membrane in which swelling at the widthwise ends is suppressed.

本発明の上記目的は、以下の発明によって達成される。
[1]長尺帯状の基材フィルム上に、高分子電解質を含む第1の層、多孔質基材を含む第2の層、高分子電解質を含む第3の層をこの順に有する複合化高分子電解質膜のロール状物であって、該第3の層の幅方向長さ(W3)が該第2の層の幅方向長さ(W2)より小さいことを特徴とする、複合化高分子電解質膜のロール状物。
[2]長尺帯状の基材フィルム上に、高分子電解質を含む第1の層、多孔質基材を含む第2の層、高分子電解質を含む第3の層をこの順に有する複合化高分子電解質膜のロール状物であって、該第3の層の幅方向厚みプロファイルにおいて、両方の端部領域の平均厚み(Te)が中央部領域の平均厚み(Tc)より小さいことを特徴とする、複合化高分子電解質膜のロール状物。
The above object of the present invention can be achieved by the following invention.
[1] A roll of a composite polymer electrolyte membrane having, on a long strip-shaped substrate film, a first layer containing a polymer electrolyte, a second layer containing a porous substrate, and a third layer containing a polymer electrolyte, in that order, wherein the width direction length (W3) of the third layer is smaller than the width direction length (W2) of the second layer.
[2] A roll of a composite polymer electrolyte membrane having, on a long strip-shaped substrate film, a first layer containing a polymer electrolyte, a second layer containing a porous substrate, and a third layer containing a polymer electrolyte, in that order, wherein, in a width direction thickness profile of the third layer, the average thickness (Te) of both end regions is smaller than the average thickness (Tc) of a central region.

本発明によれば、幅方向端部の盛り上がりが抑制された、複合化高分子電解質膜のロール状物を提供することにある。 The present invention provides a roll of a composite polymer electrolyte membrane in which swelling at the widthwise ends is suppressed.

本発明の第1の発明の一実施態様の複合化高分子電解質膜のロール状物の一単位の幅方向における断面模式図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view in the width direction of one unit of a roll of a composite polymer electrolyte membrane according to one embodiment of the first invention of the present invention. 本発明の第1の発明の他の態様の複合化高分子電解質膜のロール状物の一単位の幅方向における断面模式図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view in the width direction of one unit of a roll of a composite polymer electrolyte membrane according to another embodiment of the first invention. 本発明の第1の発明の他の態様の複合化高分子電解質膜のロール状物の一単位の幅方向における断面模式図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view in the width direction of one unit of a roll of a composite polymer electrolyte membrane according to another embodiment of the first invention. 本発明の第2の発明の一実施態様の複合化高分子電解質膜のロール状物の一単位の幅方向における断面模式図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view in the width direction of one unit of a roll of a composite polymer electrolyte membrane according to one embodiment of the second invention of the present invention. 本発明の第2の発明の他の態様の複合化高分子電解質膜のロール状物の一単位の幅方向における断面模式図である。FIG. 11 is a schematic cross-sectional view in the width direction of one unit of a roll of a composite polymer electrolyte membrane according to another embodiment of the second invention. 従来の複合化高分子電解質膜の幅方向における断面模式図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view in the width direction of a conventional composite polymer electrolyte membrane. 従来の複合化高分子電解質膜のロール状物の正面模式図である。FIG. 1 is a front schematic view of a roll of a conventional polymer electrolyte membrane composite. 本発明のロール状物をロール・ツー・ロール方式で連続的に製造する工程の一実施態様の概略模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram of one embodiment of a process for continuously producing a roll-shaped product of the present invention by a roll-to-roll method. 本発明のロール状物をロール・ツー・ロール方式で連続的に製造する工程の他の態様の概略模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing another embodiment of a process for continuously producing the roll-shaped material of the present invention by a roll-to-roll method.

本発明の複合化高分子電解質膜のロール状物は、長尺帯状の基材フィルム上に、高分子電解質を含む第1の層、多孔質基材を含む第2の層、高分子電解質を含む第3の層をこの順に有する構成(基本構成)を含む。以下、複合化高分子電解質膜のロール状物を単に「ロール状物」ということがあり、また、長尺帯状の基材フィルムを「基材フィルム」、高分子電解質を含む第1の層を「第1の層」、多孔質基材を含む第2の層を「第2の層」、高分子電解質を含む第3の層を「第3の層」ということがある。 The composite polymer electrolyte membrane roll of the present invention has a configuration (basic configuration) in which a first layer containing a polymer electrolyte, a second layer containing a porous substrate, and a third layer containing a polymer electrolyte are arranged in that order on a long strip-shaped substrate film. Hereinafter, the composite polymer electrolyte membrane roll may be simply referred to as a "roll", and the long strip-shaped substrate film may be referred to as the "substrate film", the first layer containing a polymer electrolyte as the "first layer", the second layer containing a porous substrate as the "second layer", and the third layer containing a polymer electrolyte as the "third layer".

本発明の第1の発明は、上記基本構成において、第3の層の幅方向長さ(W3)が第2の層の幅方向長さ(W2)より小さいことを特徴とする。また、本発明の第2の発明は、上記基本構成において、前記第3の層の幅方向の厚みプロファイルにおいて、両方の端部領域の平均厚み(Te)が中央部領域の平均厚み(Tc)より小さいことを特徴とする。 The first invention of the present invention is characterized in that, in the above basic configuration, the widthwise length (W3) of the third layer is smaller than the widthwise length (W2) of the second layer. Also, the second invention of the present invention is characterized in that, in the above basic configuration, in the widthwise thickness profile of the third layer, the average thickness (Te) of both end regions is smaller than the average thickness (Tc) of the central region.

[第1の発明]
図1は、本発明の第1の発明の一実施態様の複合化高分子電解質膜のロール状物の一単位の幅方向における断面模式図である。ここで、一単位とは、基材フィルム/第1の層/第2の層/第3の層がそれぞれ単一層で構成されたものであり、ロール状物は上記一単位が巻き回されたものである。
[First Invention]
1 is a schematic cross-sectional view in the width direction of one unit of a roll of a composite polymer electrolyte membrane according to one embodiment of the first aspect of the present invention, in which the base film, the first layer, the second layer, and the third layer are each constituted by a single layer, and the roll is formed by winding up the above-mentioned one unit.

ロール状物の一単位1は、基材フィルム10上に、第1の層11、第2の層12および第3の層13を有する。第3の層13の幅方向長さW3は、第2の層12の幅方向長さW2より小さくなっている。
第3の層13の幅方向長さW3は、例えば、塗布幅を調整することによって制御することができる。ロール状物の端部盛り上がりを抑制するという観点から、W3は、第2の層の幅方向の両端部にそれぞれ未塗布領域Aが存在するように調整することが好ましい。第3の層の幅方向両端部の未塗布領域Aは、それぞれ1~30mmが好ましく、2~20mmがより好ましく、3~15mmが特に好ましい。
Each unit 1 of the roll has a first layer 11, a second layer 12 and a third layer 13 on a base film 10. The width direction length W3 of the third layer 13 is smaller than the width direction length W2 of the second layer 12.
The widthwise length W3 of the third layer 13 can be controlled, for example, by adjusting the coating width. From the viewpoint of suppressing swelling at the ends of the roll-shaped material, it is preferable to adjust W3 so that an uncoated area A exists at each of both ends in the widthwise direction of the second layer. The uncoated areas A at both ends in the widthwise direction of the third layer are preferably 1 to 30 mm, more preferably 2 to 20 mm, and particularly preferably 3 to 15 mm.

つまり、第3の層13の幅方向長さW3と第2の層12の幅方向長さW2の関係は、2mm≦W2-W3≦60mmが好ましく、4mm≦W2-W3≦40mmがより好ましく、6mm≦W2-W3≦30mmが特に好ましい。 In other words, the relationship between the widthwise length W3 of the third layer 13 and the widthwise length W2 of the second layer 12 is preferably 2 mm ≦ W2 - W3 ≦ 60 mm, more preferably 4 mm ≦ W2 - W3 ≦ 40 mm, and particularly preferably 6 mm ≦ W2 - W3 ≦ 30 mm.

基材、第1の層および第2の層の関係については、特に限定されないが、図1に示すような関係が好ましい。すなわち、第1の層の幅方向長さW1は、基材フィルムの幅方向長さW0より小さく、第2の層の幅方向長さW2は第1の層の幅方向長さW1より小さいことが好ましい。W1とW0の関係およびW2とW1の関係は、上記したW3とW2の関係と同様とすることができる。このような関係を採用することによって、ロール状物の端部盛り上がりをさらに抑制することができる。 The relationship between the substrate, the first layer, and the second layer is not particularly limited, but the relationship shown in FIG. 1 is preferable. That is, it is preferable that the widthwise length W1 of the first layer is smaller than the widthwise length W0 of the substrate film, and the widthwise length W2 of the second layer is smaller than the widthwise length W1 of the first layer. The relationship between W1 and W0 and the relationship between W2 and W1 can be the same as the relationship between W3 and W2 described above. By adopting such a relationship, it is possible to further suppress the swelling of the ends of the roll-shaped material.

図2および図3は、第1の発明の他の態様の断面模式図である。図2は、第1の層11と第2の層12の幅方向長さが概略同一で、基材フィルム10の幅方向長さより小さい場合の態様である。第3の層と第2の層の関係は、図1の態様と同じである。
図3は、基材フィルム、第1の層および第2の層の幅方向長さが概略同一の場合の態様である。第3の層と第2の層の関係は、図1の態様と同じである。
2 and 3 are schematic cross-sectional views of other embodiments of the first invention. Fig. 2 shows an embodiment in which the widthwise lengths of the first layer 11 and the second layer 12 are approximately the same and are shorter than the widthwise length of the base film 10. The relationship between the third layer and the second layer is the same as in the embodiment of Fig. 1.
3 shows an embodiment in which the width direction lengths of the base film, the first layer and the second layer are approximately the same. The relationship between the third layer and the second layer is the same as in the embodiment in FIG.

[第2の発明]
図4は、本発明の第2の発明の一実施態様の複合化高分子電解質膜のロール状物の一単位の幅方向における断面模式図である。ロール状物の一単位2は、基材フィルム20上に、第1の層21、第2の層22および第3の層23を有する。
[Second Invention]
4 is a schematic cross-sectional view in the width direction of one unit of a roll of a polymer electrolyte membrane composite according to an embodiment of the second aspect of the present invention. One unit 2 of the roll has a base film 20, a first layer 21, a second layer 22 and a third layer 23 on the base film 20.

第3の層23は、その幅方向の厚みプロファイルにおいて、両方の端部領域Eの平均厚み(Te)が中央部領域Cの平均厚み(Tc)より小さくなっている。ここで、端部領域Eの長さは、それぞれ20mmである。中央部領域Cの長さは、第3の層23の幅方向長さW3から両方の端部領域Eの長さを差し引いたものであり、C=W3-E×2となる。
端部領域Eの平均厚み(Te)は、最端部から内側に5mm間隔で3点測定して平均したものである。中央部領域Cの平均厚み(Tc)は、等間隔に3点測定して平均したものである。上記厚みは、断面の走査型電子顕微鏡(SEM)による観察で測定することができる。
In the thickness profile in the width direction of the third layer 23, the average thickness (Te) of both end regions E is smaller than the average thickness (Tc) of the central region C. Here, the length of each of the end regions E is 20 mm. The length of the central region C is obtained by subtracting the lengths of both end regions E from the width direction length W3 of the third layer 23, that is, C=W3-E×2.
The average thickness (Te) of the end region E is the average of measurements taken at three points spaced 5 mm apart from the end to the inside. The average thickness (Tc) of the central region C is the average of measurements taken at three points spaced equally apart. The thicknesses can be measured by observing the cross section with a scanning electron microscope (SEM).

ロール状物の両端部の盛り上がりを抑制するという観点から、端部領域Eの平均厚み(Te)は、中央部領域Cの平均厚み(Tc)の90%以下が好ましく、70%以下がより好ましく、50%以下が特に好ましい。実現可能な下限は、10%程度である。
端部領域Eの平均厚み(Te)を中央部領域Cの平均厚み(Tc)より小さくする方法としては、(イ)第3の層を塗布後乾燥する前に端部領域の塗布液の一部を吸引あるいはナイフで除去する方法、(ロ)スリットダイコーターの端部領域の塗布液吐出スリットの幅を相対的に小さくする方法、(ハ)スリットダイコーターの端部領域の塗布液供給量を相対的に小さくする方法、(ニ)スリットダイコーターを用いてキス方式(バックアップローラーを配置しない方式)で塗布する方法が挙げられるが、本発明では(ニ)の方法が好ましく用いられる。
From the viewpoint of suppressing swelling at both ends of the roll-shaped material, the average thickness (Te) of the end region E is preferably 90% or less, more preferably 70% or less, and particularly preferably 50% or less of the average thickness (Tc) of the central region C. The feasible lower limit is about 10%.
Methods for making the average thickness (Te) of the end region E smaller than the average thickness (Tc) of the central region C include (a) a method of suctioning or removing a portion of the coating liquid in the end region with a knife before applying and drying the third layer, (b) a method of relatively reducing the width of the coating liquid ejection slit in the end region of the slit die coater, (c) a method of relatively reducing the amount of coating liquid supplied to the end region of the slit die coater, and (d) a method of coating using a kiss method (a method in which a backup roller is not provided) using a slit die coater, and in the present invention, method (d) is preferably used.

図4は、第3の層23の幅方向長さW3と第2の層22の幅方向長さW2が概略同一である態様を示したものであるが、図5に示すように、W3をW2より小さくしてもよい。つまり、図5は、第1の発明と第2の発明を併合した発明の態様であり、ロール状物の両端部盛り上がりをさらに抑制することができる。 Figure 4 shows an embodiment in which the widthwise length W3 of the third layer 23 and the widthwise length W2 of the second layer 22 are roughly the same, but as shown in Figure 5, W3 may be smaller than W2. In other words, Figure 5 shows an embodiment of the invention that combines the first and second inventions, and can further suppress swelling at both ends of the roll-shaped material.

第2の発明および第1の発明と第2の発明を併合した発明において、基材フィルム20、第1の層21および第2の層22の関係については、特に限定されないが、図4および図5に示すような関係、すなわち、第1の発明である図1の態様で説明した関係であることが好ましい。 In the second invention and the invention combining the first and second inventions, the relationship between the base film 20, the first layer 21, and the second layer 22 is not particularly limited, but is preferably as shown in Figures 4 and 5, i.e., the relationship described in the embodiment of Figure 1, which is the first invention.

また、第2の発明および第1の発明と第2の発明を併合した発明において、基材フィルム20、第1の層21および第2の層22の関係は、前述の図2および図3と同様な関係であってもよい。 In addition, in the second invention and the invention combining the first and second inventions, the relationship between the base film 20, the first layer 21, and the second layer 22 may be the same as that shown in Figures 2 and 3 above.

[基本構成]
本発明のロール状物の基本構成は、長尺帯状の基材フィルム上に、高分子電解質を含む第1の層、多孔質基材を含む第2の層、高分子電解質を含む第3の層をこの順に有する。以下、各構成要素について詳細に説明する。
[Basic configuration]
The basic structure of the roll-shaped product of the present invention is a long strip-shaped substrate film having, in this order, a first layer containing a polymer electrolyte, a second layer containing a porous substrate, and a third layer containing a polymer electrolyte. Each of the components will be described in detail below.

[基材フィルム]
基材フィルムとしては、高分子電解質溶液に対する耐薬品性、乾燥温度に対する耐熱性を有しているものが好ましく、このような基材フィルムの材質としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンテレフタレートなどのポリエステル、ポリカーボネート、ポリエーテルイミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリイミド、ポリスチレン等が挙げられる。これらのなかでも、耐薬品性、耐熱性の観点から、ポリエステルが好ましく、ポリエチレンテレフタレートが特に好ましい。
基材フィルムは、必要に応じ離型処理、鏡面処理、エンボス処理、或いは艶消し処理等が施されていてもよい。
基材フィルムの厚みは、30~300μmが好ましく、50~200μmがより好ましく、70~150μmが特に好ましい。
[Base film]
The substrate film is preferably one having chemical resistance to the polymer electrolyte solution and heat resistance to drying temperatures, and examples of the material for such a substrate film include polyolefins such as polyethylene and polypropylene, polyesters such as polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate and polybutylene terephthalate, polycarbonate, polyetherimide, polyphenylene sulfide, polyimide, polystyrene, etc. Among these, polyesters are preferred from the viewpoints of chemical resistance and heat resistance, and polyethylene terephthalate is particularly preferred.
The base film may be subjected to a release treatment, a mirror finish, an embossing treatment, a matte finish or the like, as required.
The thickness of the substrate film is preferably from 30 to 300 μm, more preferably from 50 to 200 μm, and particularly preferably from 70 to 150 μm.

[高分子電解質を含む第1の層]
第1の層に含まれる高分子電解質としては、特に限定されず、燃料電池を構成する固体高分子電解質膜に使用される公知の高分子電解質を用いることができる。係る高分子電解質としては、例えば、イオン性基を有するパーフルオロ系ポリマー、イオン性基を有する炭化水素系ポリマーが挙げられる。
[First layer containing polyelectrolyte]
The polymer electrolyte contained in the first layer is not particularly limited, and may be a known polymer electrolyte used in a solid polymer electrolyte membrane constituting a fuel cell. Examples of such a polymer electrolyte include a perfluoro-based polymer having an ionic group and a hydrocarbon-based polymer having an ionic group.

イオン性基を有するパーフルオロ系ポリマーとは、ポリマー中のアルキル基および/またはアルキレン基の水素の大部分または全部がフッ素原子に置換されたものを意味する。イオン性基を有するパーフルオロ系ポリマーの代表例としては、ナフィオン(登録商標)(デュポン社製)、フレミオン(登録商標)(旭硝子社製)およびアシプレックス(登録商標)(旭化成社製)などの市販品を挙げることができる。 A perfluoropolymer having ionic groups means a polymer in which most or all of the hydrogen atoms in the alkyl and/or alkylene groups in the polymer have been replaced with fluorine atoms. Representative examples of perfluoropolymers having ionic groups include commercially available products such as Nafion (registered trademark) (manufactured by DuPont), Flemion (registered trademark) (manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.), and Aciplex (registered trademark) (manufactured by Asahi Kasei Corporation).

イオン性基を有する炭化水素系ポリマーとしては、ポリマー主鎖に芳香環を有する芳香族炭化水素系ポリマーであることがより好ましい。芳香族炭化水素系ポリマーの具体例としては、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンオキシド、ポリアリーレンエーテル系ポリマー、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンスルフィドスルホン、ポリパラフェニレン、ポリアリーレン系ポリマー、ポリアリーレンケトン、ポリエーテルケトン、ポリアリーレンホスフィンホキシド、ポリエーテルホスフィンホキシド、ポリベンゾオキサゾール、ポリベンゾチアゾール、ポリベンゾイミダゾール、ポリアミド、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリイミドスルホンから選択される構造を芳香環とともに主鎖に有するポリマーが挙げられる。なお、ここでいうポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルケトン等は、その分子鎖にスルホン結合、エーテル結合、ケトン結合を有している構造の総称であり、ポリエーテルケトンケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトンケトン、ポリエーテルケトンエーテルケトンケトン、ポリエーテルケトンスルホンなどを含む。炭化水素骨格は、これらの構造のうち複数の構造を有していてもよい。これらのなかでも、芳香族炭化水素系ポリマーとして特にポリエーテルケトン骨格を有するポリマー、すなわちポリエーテルケトン系ポリマーが最も好ましい。 As the hydrocarbon polymer having an ionic group, an aromatic hydrocarbon polymer having an aromatic ring in the polymer main chain is more preferable. Specific examples of aromatic hydrocarbon polymers include polysulfone, polyethersulfone, polyphenylene oxide, polyarylene ether polymer, polyphenylene sulfide, polyphenylene sulfide sulfone, polyparaphenylene, polyarylene polymer, polyarylene ketone, polyether ketone, polyarylene phosphine oxide, polyether phosphine oxide, polybenzoxazole, polybenzothiazole, polybenzimidazole, polyamide, polyimide, polyetherimide, and polyimide sulfone, and a polymer having a structure selected from the group consisting of aromatic rings and polyimide sulfone in the main chain. In addition, polysulfone, polyethersulfone, polyetherketone, etc., as used herein, are general terms for structures having sulfone bonds, ether bonds, and ketone bonds in their molecular chains, and include polyetherketoneketone, polyetheretherketone, polyetheretherketoneketone, polyetherketoneetherketoneketone, polyetherketonesulfone, etc. The hydrocarbon skeleton may have a plurality of these structures. Among these, polymers having a polyetherketone skeleton, i.e., polyetherketone-based polymers, are most preferred as aromatic hydrocarbon-based polymers.

ここでイオン性基は、スルホン酸基(-SO(OH))、硫酸基(-OSO(OH))、スルホンイミド基(-SONHSOR(Rは有機基を表す。))、ホスホン酸基(-PO(OH))、リン酸基(-OPO(OH))、カルボン酸基(-CO(OH))およびこれらの金属塩からなる群より選択される一種以上を好ましく採用することができる。中でも、高プロトン伝導度の点から少なくともスルホン酸基、スルホンイミド基、硫酸基、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少なくともスルホン酸基を有することが最も好ましい。 The ionic group used herein can preferably be one or more selected from the group consisting of a sulfonic acid group (-SO 2 (OH)), a sulfate group (-OSO 2 (OH)), a sulfonimide group (-SO 2 NHSO 2 R (R represents an organic group)), a phosphonic acid group (-PO(OH) 2 ), a phosphate group (-OPO(OH) 2 ), a carboxylate group (-CO(OH)), and metal salts thereof. Of these, it is more preferable to have at least a sulfonic acid group, a sulfonimide group, a sulfate group, or a phosphonic acid group from the viewpoint of high proton conductivity, and it is most preferable to have at least a sulfonic acid group from the viewpoint of hydrolysis resistance.

第1の層および第2の層の塗布・製膜時は、塗布装置の材質による不純物の混入や、加熱によるイオン性基の分解を軽減するために、これらのイオン性基は金属塩として導入しておくことが好ましく、この場合、製膜後に酸性溶液と接触させることで、金属塩をプロトンに置換してイオン性基に変換することができる。金属塩を形成する金属は、イオン性基と塩を形成しうるものであればよい。価格および環境負荷の点からはLi、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、Ba、Ti、V、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Mo、Wなどが好ましく、これらの中でもLi、Na、K、Ca、Sr、Baがより好ましく、Li、Na、Kがさらに好ましい。電解質膜へのイオン性基の導入は、重合後のポリマーにイオン性基の金属塩または誘導体を導入する方法で行ってもよく、あるいはモノマーにイオン性基の金属塩を導入後、該モノマーを重合する方法で行っても構わない。 During the coating and film formation of the first layer and the second layer, in order to reduce the inclusion of impurities due to the material of the coating device and the decomposition of the ionic groups due to heating, it is preferable to introduce these ionic groups as metal salts. In this case, by contacting with an acidic solution after film formation, the metal salt can be replaced with a proton and converted into an ionic group. The metal that forms the metal salt may be any metal that can form a salt with the ionic group. From the standpoint of cost and environmental load, Li, Na, K, Rb, Cs, Mg, Ca, Sr, Ba, Ti, V, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Zr, Mo, W, etc. are preferable, and among these, Li, Na, K, Ca, Sr, Ba are more preferable, and Li, Na, and K are even more preferable. The introduction of the ionic group into the electrolyte membrane may be performed by a method of introducing a metal salt or derivative of the ionic group into the polymer after polymerization, or may be performed by a method of introducing a metal salt of the ionic group into a monomer and then polymerizing the monomer.

第1の層は、さらに、機械的強度の向上およびイオン性基の熱安定性向上、耐水性向上、耐溶剤性向上、耐ラジカル性向上、塗液の塗布性の向上、保存安定性向上などの目的のために、架橋剤や通常の高分子化合物に使用される結晶化核剤、可塑剤、安定剤、離型剤、酸化防止剤、ラジカル補足剤、無機微粒子などの添加剤を含有することができる。
第1の層の乾燥厚みは、0.5~20μmが好ましく、1~15μmがより好ましく、2~10μmが特に好ましい。
The first layer may further contain additives such as a crosslinking agent or a crystallization nucleating agent used in a typical polymer compound, a plasticizer, a stabilizer, a release agent, an antioxidant, a radical scavenger, and inorganic fine particles, for the purposes of improving the mechanical strength, the thermal stability of the ionic group, the water resistance, the solvent resistance, the radical resistance, the coatability of the coating liquid, and the storage stability.
The dry thickness of the first layer is preferably from 0.5 to 20 μm, more preferably from 1 to 15 μm, and particularly preferably from 2 to 10 μm.

[多孔質基材を含む第2の層]
第2の層に含まれる多孔質基材の形態としては、織布、不織布、多孔質フィルム等が挙げられる。これらのなかでも、不織布および多孔質フィルムが好ましく、特に多孔質フィルムが好ましい。
多孔質基材の材質としては、プロトン伝導を遮断や妨害しないものであれば特に限定されないが、耐熱性や物理的強度の観点から、脂肪族系高分子、芳香族系高分子、含フッ素高分子が好ましく使用される。
脂肪族系高分子としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニルアルコール、エチレン-ビニルアルコール共重合体等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
[Second layer comprising a porous substrate]
The form of the porous substrate contained in the second layer may be a woven fabric, a nonwoven fabric, a porous film, etc. Among these, a nonwoven fabric and a porous film are preferred, and a porous film is particularly preferred.
The material for the porous substrate is not particularly limited as long as it does not block or impede proton conduction. From the viewpoints of heat resistance and physical strength, however, aliphatic polymers, aromatic polymers, and fluorine-containing polymers are preferably used.
Examples of aliphatic polymers include, but are not limited to, polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polyvinyl alcohol, and ethylene-vinyl alcohol copolymers.

芳香族系高分子としては、例えば、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルスルホン、ポリスルフィドスルホン、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンオキシド、芳香族ポリアミド、ポリアミドイミド等が挙げられる。
含フッ素高分子としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリヘキサフルオロプロピレン、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)、ポリビニリデンジフルオリド(PVDF)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、パーフルオロアルコキシフッ素樹脂(PFA)、エチレンクロロトリフルオロエチレン共重合体(ECTFE)などが挙げられる。
Examples of aromatic polymers include polyphenylene sulfide, polyether sulfone, polysulfide sulfone, polyethylene terephthalate, polycarbonate, polyimide, polyetherimide, polyether ketone, polyether ether ketone, polyphenylene oxide, aromatic polyamide, and polyamideimide.
Examples of fluorine-containing polymers include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyhexafluoropropylene, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), ethylene-tetrafluoroethylene copolymer (ETFE), polyvinylidene difluoride (PVDF), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), perfluoroalkoxy fluorine resin (PFA), and ethylene chlorotrifluoroethylene copolymer (ECTFE).

上記の多孔質基材の材質のなかでも、含フッ素高分子が好ましく、さらに耐水性の観点から、PTFE、ポリヘキサプロピレン、FEP、PFAが好ましく、分子配向により高い機械強度を有することからPTFEがより好ましい。 Among the above-mentioned materials for the porous substrate, fluorine-containing polymers are preferred, and from the viewpoint of water resistance, PTFE, polyhexapropylene, FEP, and PFA are more preferred, with PTFE being more preferred since it has high mechanical strength due to its molecular orientation.

本発明における多孔質基材としては、PTFEの多孔質フィルムが特に好ましい。PTFEの多孔質フィルムは、延伸することによって得られる。また、PTFEの延伸多孔質フィルムは、市販品、例えば、テトラテックス(ドナルドソン社の登録商標)、ゴアテックス(ジャパンゴアテックスの登録商標)を用いることができる。 As the porous substrate in the present invention, a porous film of PTFE is particularly preferred. The porous film of PTFE can be obtained by stretching. In addition, commercially available stretched porous films of PTFE, such as Tetratex (registered trademark of Donaldson Co.) and Gore-Tex (registered trademark of Japan Gore-Tex), can be used.

多孔質基材の空隙率は、特に限定されないが、得られる複合化高分子電解質膜のプロトン伝導性と機械強度の両立の観点から、50~98%が好ましく、60~95%がより好ましく、70~93%が特に好ましい。なお、多孔質基材の空隙率(Y1:体積%)は下記の数式によって求めた値と定義する。 The porosity of the porous substrate is not particularly limited, but from the viewpoint of achieving both proton conductivity and mechanical strength of the resulting composite polymer electrolyte membrane, it is preferably 50 to 98%, more preferably 60 to 95%, and particularly preferably 70 to 93%. The porosity of the porous substrate (Y1: volume %) is defined as the value calculated by the following formula.

Y1=(1-Db/Da)×100
Da:含フッ素高分子多孔質基材を構成する高分子の比重
Db:含フッ素高分子多孔質基材全体の比重。
Y1=(1-Db/Da)×100
Da: specific gravity of the polymer constituting the fluorine-containing polymer porous substrate. Db: specific gravity of the entire fluorine-containing polymer porous substrate.

多孔質基材の平均孔径は、0.01~5μmが好ましく、0.02~3μmがより好ましく、0.05~1μmが特に好ましい。多孔質基材の平均孔径は、バブルポイント法(JIS K3832)で測定できる。 The average pore size of the porous substrate is preferably 0.01 to 5 μm, more preferably 0.02 to 3 μm, and particularly preferably 0.05 to 1 μm. The average pore size of the porous substrate can be measured by the bubble point method (JIS K3832).

多孔質基材の厚みは、1~100μmが好ましく、2~50μmがより好ましく、3~20μmが特に好ましい。
多孔質基材は、その空孔に高分子電解質が充填されていることが好ましい。ここで、高分子電解質は、第1の層および/または第2の層に含まれる高分子電解質であることが好ましい。
多孔質基材に高分子電解質を充填させる方法は、特に限定されないが、基材フィルム上に塗布された第1の層が乾燥する前に多孔質基材を積層して含浸させる方法が好ましい。詳細は後述する。
The thickness of the porous substrate is preferably from 1 to 100 μm, more preferably from 2 to 50 μm, and particularly preferably from 3 to 20 μm.
The pores of the porous substrate are preferably filled with a polymer electrolyte. The polymer electrolyte is preferably the polymer electrolyte contained in the first layer and/or the second layer.
The method for filling the porous substrate with the polymer electrolyte is not particularly limited, but a method in which the porous substrate is laminated and impregnated before the first layer applied onto the substrate film is dried is preferred. Details will be described later.

多孔質基材の厚みは、1~100μmが好ましく、2~50μmがより好ましく、3~20μmが特に好ましい。多孔質基材を含む第2の層の厚みは、1~100μmが好ましく、2~50μmがより好ましく、3~20μmが特に好ましい。
第2の層は、さらに、機械的強度の向上およびイオン性基の熱安定性向上、耐水性向上、耐溶剤性向上、耐ラジカル性向上、塗液の塗布性の向上、保存安定性向上などの目的のために、架橋剤や通常の高分子化合物に使用される結晶化核剤、可塑剤、安定剤、離型剤、酸化防止剤、ラジカル補足剤、無機微粒子などの添加剤を含有することができる。
The thickness of the porous substrate is preferably 1 to 100 μm, more preferably 2 to 50 μm, and particularly preferably 3 to 20 μm. The thickness of the second layer including the porous substrate is preferably 1 to 100 μm, more preferably 2 to 50 μm, and particularly preferably 3 to 20 μm.
The second layer may further contain additives such as a crosslinking agent or a crystallization nucleating agent used in a typical polymer compound, a plasticizer, a stabilizer, a release agent, an antioxidant, a radical scavenger, and inorganic fine particles, for the purposes of improving the mechanical strength, the thermal stability of the ionic group, the water resistance, the solvent resistance, the radical resistance, the coatability of the coating liquid, and the storage stability.

[高分子電解質を含む第3の層]
第3の層に含まれる高分子電解質は、第1の層に含まれる高分子電解質として例示したポリマーと同様のものを用いることができる。第3の層の高分子電解質と第1の層の高分子電解質とは、同種であってもよいし、異種であってもよいが、同種であることが好ましい。
[Polyelectrolyte-containing third layer]
The polymer electrolyte contained in the third layer may be the same as the polymer exemplified as the polymer electrolyte contained in the first layer. The polymer electrolyte in the third layer and the polymer electrolyte in the first layer may be the same or different, but are preferably the same.

第3の層は、さらに、機械的強度の向上およびイオン性基の熱安定性向上、耐水性向上、耐溶剤性向上、耐ラジカル性向上、塗液の塗布性の向上、保存安定性向上などの目的のために、架橋剤や通常の高分子化合物に使用される結晶化核剤、可塑剤、安定剤、離型剤、酸化防止剤、ラジカル補足剤、無機微粒子などの添加剤を含有することができる。
第1の層の乾燥厚みは、0.5~20μmが好ましく、1~15μmがより好ましく、2~10μmが特に好ましい。
The third layer may further contain additives such as a crosslinking agent or a crystallization nucleating agent typically used in a polymer compound, a plasticizer, a stabilizer, a release agent, an antioxidant, a radical scavenger, and inorganic fine particles, for the purposes of improving the mechanical strength, the thermal stability of the ionic group, the water resistance, the solvent resistance, the radical resistance, the coatability of the coating liquid, and the storage stability.
The dry thickness of the first layer is preferably from 0.5 to 20 μm, more preferably from 1 to 15 μm, and particularly preferably from 2 to 10 μm.

[ロール状物]
本発明のロール状物は、前述の基本構成が巻き回されたものである。ロール状物を構成する長尺帯状の基材フィルムの幅方向長さは、100~3000mmが適当であるが、生産性および品質安定性の観点から、200~2500mmが好ましく、500~2000mmがより好ましく、700~1500mmが特に好ましい。
[Roll-shaped product]
The roll-shaped product of the present invention is a product obtained by winding up the above-mentioned basic structure. The width direction length of the long strip-shaped base film constituting the roll-shaped product is suitably 100 to 3000 mm, but from the viewpoints of productivity and quality stability, it is preferably 200 to 2500 mm, more preferably 500 to 2000 mm, and particularly preferably 700 to 1500 mm.

基材フィルムの帯状長さは、50~3000mが適当であるが、生産性および品質安定性の観点から、100~2500mが好ましく、200~2000mmがより好ましく、300~1500mmが特に好ましい。 The strip length of the base film is preferably 50 to 3,000 m, but from the viewpoints of productivity and quality stability, it is preferably 100 to 2,500 m, more preferably 200 to 2,000 mm, and particularly preferably 300 to 1,500 mm.

基材フィルムの幅方向長さおよび帯状長さが、ロール状物の幅方向長さおよび巻き長さを決定する。
基材フィルム上に積層される第1の層、第2の層、および第3の層の幅方向長さは、基材フィルムの幅方向長さを基準にして、前述した本発明の第1の発明および第2の発明に基づいて適宜設定される。
The width direction length and band length of the base film determine the width direction length and winding length of the roll-shaped product.
The widthwise lengths of the first layer, the second layer, and the third layer laminated on the base film are appropriately set based on the widthwise length of the base film and on the first and second aspects of the present invention described above.

本発明の複合化高分子電解質膜のロール状物は、必要に応じて、プロトン置換や不純物除去のための酸処理や水洗処理、複合化高分子電解質膜に前述した各種添加剤を導入するための処理(塗布)、あるいは触媒層の積層を実施することができる。これらの処理や積層は、ロール・ツー・ロール方式で行うことが好ましい。本発明のロール状物は、端部盛り上がりが抑制されているために、上記のような後加工が安定的に実施できる。 The rolled product of the composite polymer electrolyte membrane of the present invention can be subjected to acid treatment or water washing treatment for proton replacement or impurity removal, treatment (coating) for introducing the various additives described above into the composite polymer electrolyte membrane, or lamination of a catalyst layer, as necessary. These treatments and laminations are preferably performed by the roll-to-roll method. The rolled product of the present invention can be stably subjected to the above-mentioned post-processing because the swelling of the ends is suppressed.

本発明のロール状物は、適当なサイズに切断されて、各種用途、例えば、固体高分子燃料電池、電気化学式水素ポンプ、水電解式水素発生装置などに電解質膜として適用することができる。 The roll-shaped product of the present invention can be cut to an appropriate size and used as an electrolyte membrane in various applications, such as solid polymer fuel cells, electrochemical hydrogen pumps, and water electrolysis hydrogen generation devices.

[ロール状物の製造方法]
本発明のロール状物の製造方法の一例を説明するが、本発明はこれに限定されない。図8は、本発明のロール状物をロール・ツー・ロール方式で連続的に製造する工程の概略模式図である。
[Method of manufacturing roll-shaped product]
An example of the method for producing the rolled product of the present invention will be described below, but the present invention is not limited thereto. Fig. 8 is a schematic diagram showing a process for continuously producing the rolled product of the present invention by a roll-to-roll method.

ロールで供給された長尺帯状の基材フィルム100は、巻出機120に支持されながら巻き出され、第1の塗布装置121にて第1の層の塗布液101が塗布される。
第1の塗布装置としては、スリットダイコーター、グラビアコーター、バーコーター、ロールコーター、ドクターコーター、ナイフコート、ダイレクトロールコート、スプレーコーター、ディップコーター、カーテンコート、エクストルージョンコーター、スピンコーターなどを用いることができる。これらのなかでも、スリットダイコーターが好ましく、さらに基材フィルム100をバックアップローラー122で支持しながらスリットダイコーターで塗布することが好ましい。
A long strip-shaped base film 100 supplied from a roll is unwound while being supported by an unwinder 120, and a coating liquid 101 for a first layer is applied to the base film 100 by a first coater 121.
As the first coating device, a slit die coater, a gravure coater, a bar coater, a roll coater, a doctor coater, a knife coater, a direct roll coater, a spray coater, a dip coater, a curtain coater, an extrusion coater, a spin coater, etc. Among these, a slit die coater is preferred, and it is further preferred to coat the base film 100 with the slit die coater while supporting it with a backup roller 122.

多孔質基材102はロールで供給され、巻出機123で支持されながら巻き出され、基材フィルム100の第1の層の塗布液101が塗布された面に貼り合わされ、多孔質基材102に第1の層の塗布液の一部が含浸され、多孔質基材102の空孔内に充填されて第2の層が形成される。含浸されないで残った塗布液で第1の層が形成される。従って、第1の層の塗布時のウェット塗布量(ウェット厚み)は、多孔質基材に含浸される量と第1の層の最終設計膜厚とから適宜設定される。 The porous substrate 102 is supplied on a roll, and is unwound while being supported by the unwinder 123. The porous substrate 102 is laminated to the surface of the substrate film 100 on which the coating liquid 101 of the first layer has been applied. The porous substrate 102 is impregnated with a portion of the coating liquid of the first layer, filling the pores of the porous substrate 102 to form a second layer. The remaining coating liquid that has not been impregnated forms the first layer. Therefore, the wet coating amount (wet thickness) when applying the first layer is appropriately set based on the amount impregnated into the porous substrate and the final design film thickness of the first layer.

基材フィルム100に第1の層の塗布液101が塗布されてから多孔質基材102が貼り合わされるまでの時間は、塗布液101のウェット状態が維持されていれば特に限定されないが、生産性向上や設備縮小の観点から、5分以内が好ましく、3分以内がより好ましく、2分以内が特に好ましい。下限は5秒程度である。 The time from when the coating liquid 101 of the first layer is applied to the substrate film 100 until the porous substrate 102 is bonded is not particularly limited as long as the coating liquid 101 is maintained in a wet state, but from the viewpoint of improving productivity and reducing equipment size, it is preferably within 5 minutes, more preferably within 3 minutes, and particularly preferably within 2 minutes. The lower limit is about 5 seconds.

次に、多孔質基材102の第1の層とは反対面に、第3の層の塗布液103が第2の塗布装置124にて塗布される。第2の塗布装置は、第1の塗布装置と同様のものを用いることができるが、スリットダイコーターが好ましく、基材フィルム100をバックアップローラー125で支持しながらスリットダイコーターで塗布することが好ましい。 Next, the coating liquid 103 for the third layer is applied to the surface of the porous substrate 102 opposite the first layer by a second coating device 124. The second coating device may be the same as the first coating device, but a slit die coater is preferred, and it is preferable to coat the substrate film 100 with the slit die coater while supporting it with a backup roller 125.

上記した第1の層が塗布された面に多孔質基材101が貼り合わされてから第3の層の塗布液103が塗布されるまでの時間、すなわち含浸時間は、多孔質基材101の空孔に高分子電解質を十分に充填するという観点から、10秒以上が好ましく、15秒以上がより好ましく、20秒以上が特に好ましい。また、生産性向上や設備縮小の観点から、上記含浸時間は、4分以内が好ましく、3分以内がより好ましく、2分以内が特に好ましい。 The time from when the porous substrate 101 is bonded to the surface coated with the first layer to when the coating liquid 103 for the third layer is applied, i.e., the impregnation time, is preferably 10 seconds or more, more preferably 15 seconds or more, and particularly preferably 20 seconds or more, from the viewpoint of sufficiently filling the pores of the porous substrate 101 with the polymer electrolyte. Furthermore, from the viewpoint of improving productivity and reducing equipment size, the impregnation time is preferably 4 minutes or less, more preferably 3 minutes or less, and particularly preferably 2 minutes or less.

また、第3の層を塗布するまでに、すでに塗布された第1の層の塗布液(多孔質基材に含浸された塗布液を含む)を乾燥してもよいが、未乾燥の状態で第3の層の塗布液を塗布することが好ましいい。これによって、発電効率が向上する。 The coating liquid for the first layer (including the coating liquid impregnated in the porous substrate) may be dried before the third layer is applied, but it is preferable to apply the coating liquid for the third layer in a wet state. This improves power generation efficiency.

第3の層の塗布液の一部は多孔質基材102に含浸されてもよいし、含浸されなくてもよい。含浸される場合は、含浸されないで残った塗布液で第3の層が形成される。第3の層の塗布液の一部が多孔質基材に含浸されるかどうかは、第1の層に多孔質基材が貼り合わされてから第3の塗布層が塗布されるまでの時間(第1の層の塗布液の含浸時間)に影響される。また、第1の層の塗布液と第3の層の塗布液の濃度や浸透性の関係で、多孔質基材の表面近傍で第3の層の塗布液が置換浸透することがある。
第3の層が塗布された後、乾燥炉126にて乾燥され、巻取機127でロール状に巻き取られて、本発明のロール状物110が得られる。乾燥炉126の温度は、50~150℃が好ましく、60~130℃がより好ましく、70~110℃が特に好ましい。
図9は、本発明のロール状物を製造する工程の他の実施態様の概略模式図である。第2の塗布装置124を、スリットダイコーターを用いたキス方式に変更した以外は、図8の工程と概略同一である。キス方式とは、塗布装置の基材フィルムを挟んだ対向位置にバックアップロールを配置しない方式である。
スリットダイコーターを用いたキス方式にて第3の層を塗布することによって、本発明の第2の発明、すなわち、「第3の層の幅方向厚みプロファイルにおいて、両方の端部領域の平均厚み(Te)が中央部領域の平均厚み(Tc)より小さい」を実現することができる。このメカニズムは明確ではないが、両方の端部領域と中央部領域のギャップ量の違いによるためと推測される。
A part of the coating liquid of the third layer may or may not be impregnated into the porous substrate 102. When the coating liquid is impregnated, the third layer is formed with the remaining coating liquid that is not impregnated. Whether or not a part of the coating liquid of the third layer is impregnated into the porous substrate is influenced by the time from when the porous substrate is bonded to the first layer to when the third coating layer is applied (the impregnation time of the coating liquid of the first layer). In addition, due to the relationship between the concentration and permeability of the coating liquid of the first layer and the coating liquid of the third layer, the coating liquid of the third layer may be replaced and permeated near the surface of the porous substrate.
After the third layer is applied, it is dried in a drying oven 126 and wound into a roll by a winder 127 to obtain the roll-shaped product 110 of the present invention. The temperature of the drying oven 126 is preferably 50 to 150°C, more preferably 60 to 130°C, and particularly preferably 70 to 110°C.
Fig. 9 is a schematic diagram of another embodiment of the process for producing a roll-shaped material of the present invention. The process is generally the same as that of Fig. 8, except that the second coating device 124 is changed to a kiss type using a slit die coater. The kiss type is a method in which a backup roll is not arranged at a position opposite to the coating device with the substrate film sandwiched therebetween.
By applying the third layer by the kiss method using a slit die coater, the second aspect of the present invention can be realized, that is, "in the width direction thickness profile of the third layer, the average thickness (Te) of both end regions is smaller than the average thickness (Tc) of the central region. The mechanism behind this is unclear, but it is presumed to be due to the difference in the gap between both end regions and the central region.

以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれにより何ら限定されるものではない。 The present invention will be described in detail below with reference to examples, but the present invention is not limited thereto.

[評価方法]
(1)ロール状物の端部盛り上がり量の測定
端部盛り上がり部の最大直径を外周長さから求めた。同様にして、中央部の平均直径を等間隔で3か所測定して求めた。端部盛り上がり部の最大直径から中央部の平均直径を差し引いたものを端部盛り上がり量とした。
(2)第3の層の端部領域の平均厚み(Te)と中央部領域の平均厚み(Tc)の測定
基材フィルム上に第1の層、第2の層および第3の層が積層された複合化高分子電解質膜について、第3の層の両方の端部領域E(再端部から20mmまでの領域)においてそれぞれ最端部から5mm間隔で3点測定し平均したものを端部領域の平均厚み(Te)とし、同様に、中央部領域Cを等間隔で3点測定し平均したものを中央部領域の平均厚み(Tc)とした。厚みは、断面の走査型電子顕微鏡(SEM)観察によって求めた。
[Evaluation method]
(1) Measurement of the amount of swelling at the end of the rolled product The maximum diameter of the swelling at the end was determined from the outer periphery. Similarly, the average diameter of the central part was determined by measuring three equally spaced points. The amount of swelling at the end was determined by subtracting the average diameter at the central part from the maximum diameter of the swelling at the end.
(2) Measurement of the average thickness (Te) of the end region and the average thickness (Tc) of the central region of the third layer For a composite polymer electrolyte membrane in which a first layer, a second layer, and a third layer are laminated on a substrate film, measurements were taken at three points 5 mm apart from the outermost end in both end regions E of the third layer (regions up to 20 mm from the outermost end), and the average was taken as the average thickness of the end regions (Te). Similarly, measurements were taken at three points equally spaced apart in the central region C, and the average was taken as the average thickness of the central region (Tc). The thicknesses were determined by observing the cross section with a scanning electron microscope (SEM).

[基材フィルム]
基材フィルムとして、厚み125μm、幅方向長さ1000mm、長尺長さ500mのポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム(東レ(株)製の“ルミラー(登録商標)T60)を用いた。
[Base film]
As the substrate film, a polyethylene terephthalate (PET) film ("Lumirror (registered trademark) T60, manufactured by Toray Industries, Inc.) having a thickness of 125 μm, a width direction length of 1000 mm, and a longitudinal length of 500 m was used.

[高分子電解質]
高分子電解質として、イオン性基を有する芳香族炭化水素系ポリマー(ブロックコポリマーb1)を以下の要領で合成した。
[Polymer electrolyte]
As a polymer electrolyte, an aromatic hydrocarbon-based polymer having an ionic group (block copolymer b1) was synthesized in the following manner.

<下記一般式(G1)で表される2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)-1,3-ジオキソラン(K-DHBP)の合成)> <Synthesis of 2,2-bis(4-hydroxyphenyl)-1,3-dioxolane (K-DHBP) represented by the following general formula (G1)>

Figure 0007516783000001
Figure 0007516783000001

攪拌器、温度計及び留出管を備えた500mLフラスコに、4,4′-ジヒドロキシベンゾフェノン(DHBP)49.5g、エチレングリコール134g、オルトギ酸トリメチル96.9g及びp-トルエンスルホン酸一水和物0.50gを仕込み溶解する。その後78~82℃で2時間保温攪拌した。更に、内温を120℃まで徐々に昇温、ギ酸メチル、メタノール、オルトギ酸トリメチルの留出が完全に止まるまで加熱した。この反応液を室温まで冷却後、反応液を酢酸エチルで希釈し、有機層を5%炭酸カリウム水溶液100mLで洗浄し分液後、溶媒を留去した。残留物にジクロロメタン80mLを加え結晶を析出させ、濾過し、乾燥して2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)-1,3-ジオキソラン52.0gを得た。この結晶をGC分析したところ99.8%の2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)-1,3-ジオキソランと0.2%の4,4′-ジヒドロキシベンゾフェノンであった。 49.5 g of 4,4'-dihydroxybenzophenone (DHBP), 134 g of ethylene glycol, 96.9 g of trimethyl orthoformate, and 0.50 g of p-toluenesulfonic acid monohydrate were charged and dissolved in a 500 mL flask equipped with a stirrer, thermometer, and distillation tube. The mixture was then stirred and kept at 78-82°C for 2 hours. The internal temperature was then gradually raised to 120°C, and the mixture was heated until the distillation of methyl formate, methanol, and trimethyl orthoformate completely stopped. After cooling the reaction solution to room temperature, the reaction solution was diluted with ethyl acetate, the organic layer was washed with 100 mL of a 5% aqueous potassium carbonate solution, and the solvent was distilled off. 80 mL of dichloromethane was added to the residue to precipitate crystals, which were then filtered and dried to obtain 52.0 g of 2,2-bis(4-hydroxyphenyl)-1,3-dioxolane. GC analysis of the crystals revealed that they were 99.8% 2,2-bis(4-hydroxyphenyl)-1,3-dioxolane and 0.2% 4,4'-dihydroxybenzophenone.

<下記一般式(G2)で表されるジソジウム-3,3’-ジスルホネート-4,4’-ジフルオロベンゾフェノンの合成> <Synthesis of disodium-3,3'-disulfonate-4,4'-difluorobenzophenone represented by the following general formula (G2)>

Figure 0007516783000002
Figure 0007516783000002

4,4’-ジフルオロベンゾフェノン109.1g(アルドリッチ試薬)を発煙硫酸(50%SO3)150mL(和光純薬試薬)中、100℃で10時間反応させた。その後、多量の水中に少しずつ投入し、NaOHで中和した後、食塩200gを加え合成物を沈殿させた。得られた沈殿を濾別し、エタノール水溶液で再結晶し、上記一般式(G2)で示されるジソジウム-3,3’-ジスルホネート-4,4’-ジフルオロベンゾフェノンを得た。純度は99.3%であった。構造は1H-NMRで確認した。不純物はキャピラリー電気泳動(有機物)およびイオンクロマトグラフィー(無機物)で定量分析を行った。 109.1 g of 4,4'-difluorobenzophenone (Aldrich reagent) was reacted in 150 mL of fuming sulfuric acid (50% SO3) (Wako Pure Chemical Industries, Ltd. reagent) at 100°C for 10 hours. After that, it was gradually poured into a large amount of water, neutralized with NaOH, and then 200 g of salt was added to precipitate the compound. The resulting precipitate was filtered and recrystallized with an aqueous ethanol solution to obtain disodium-3,3'-disulfonate-4,4'-difluorobenzophenone represented by the above general formula (G2). The purity was 99.3%. The structure was confirmed by 1H-NMR. Impurities were quantitatively analyzed by capillary electrophoresis (organic substances) and ion chromatography (inorganic substances).

<下記一般式(G3)で表されるイオン性基を含有しないオリゴマーa1の合成> <Synthesis of oligomer a1 that does not contain an ionic group and is represented by the following general formula (G3)>

Figure 0007516783000003
Figure 0007516783000003

(式(G3)中、mは正の整数を表す。)
かき混ぜ機、窒素導入管、Dean-Starkトラップを備えた1000mL三口フラスコに、炭酸カリウム16.59g(アルドリッチ試薬、120mmol)、K-DHBP 25.8g(100mmol)および4,4’-ジフルオロベンゾフェノン20.3g(アルドリッチ試薬、93mmol)を入れ、窒素置換後、N-メチルピロリドン(NMP)300mL、トルエン100mL中にて160℃で脱水後、昇温してトルエン除去、180℃で1時間重合を行った。多量のメタノールで再沈殿することで精製を行い、イオン性基を含有しないオリゴマーa1(末端OM基、なおOM基のMはNaまたはKを表し、これ以降の表記もこれに倣う。)を得た。数平均分子量は10000であった。
(In formula (G3), m represents a positive integer.)
In a 1000 mL three-neck flask equipped with a stirrer, a nitrogen inlet tube, and a Dean-Stark trap, 16.59 g of potassium carbonate (Aldrich reagent, 120 mmol), 25.8 g of K-DHBP (100 mmol), and 20.3 g of 4,4'-difluorobenzophenone (Aldrich reagent, 93 mmol) were placed, and after nitrogen replacement, the mixture was dehydrated at 160 ° C. in 300 mL of N-methylpyrrolidone (NMP) and 100 mL of toluene, heated to remove toluene, and polymerized at 180 ° C. for 1 hour. Purification was performed by reprecipitation with a large amount of methanol, and oligomer a1 (terminal OM group, M in the OM group represents Na or K, and the following notation follows this.) not containing ionic groups was obtained. The number average molecular weight was 10,000.

かき混ぜ機、窒素導入管、Dean-Starkトラップを備えた500mL三口フラスコに、炭酸カリウム1.1g(アルドリッチ試薬、8mmol)、イオン性基を含有しない前記オリゴマーa1(末端OM基)を20.0g(2mmol)を入れ、窒素置換後、N-メチルピロリドン(NMP)100mL、シクロヘキサン30mL中にて100℃で脱水後、昇温してシクロヘキサン除去し、デカフルオロビフェニル4.0g(アルドリッチ試薬、12mmol)を入れ、105℃で1時間反応を行った。多量のメタノールで再沈殿することで精製を行い、前記式(G3)で示されるイオン性基を含有しないオリゴマーa1’(末端フルオロ基)を得た。数平均分子量は11000であり、イオン性基を含有しないオリゴマーa1の数平均分子量は、リンカー部位(分子量630)を差し引いた値10400と求められた。 1.1 g of potassium carbonate (Aldrich reagent, 8 mmol) and 20.0 g (2 mmol) of the oligomer a1 (terminal OM group) not containing an ionic group were placed in a 500 mL three-neck flask equipped with a stirrer, a nitrogen inlet tube, and a Dean-Stark trap. After nitrogen replacement, the mixture was dehydrated at 100°C in 100 mL of N-methylpyrrolidone (NMP) and 30 mL of cyclohexane, heated to remove cyclohexane, and 4.0 g of decafluorobiphenyl (Aldrich reagent, 12 mmol) was placed and reacted at 105°C for 1 hour. The mixture was purified by reprecipitation with a large amount of methanol to obtain oligomer a1' (terminal fluoro group) not containing an ionic group represented by the formula (G3). The number average molecular weight was 11,000, and the number average molecular weight of oligomer a1 not containing an ionic group was calculated to be 10,400, minus the linker site (molecular weight 630).

<下記一般式(G4)で表されるイオン性基を含有するオリゴマーa2の合成> <Synthesis of oligomer a2 containing an ionic group represented by the following general formula (G4)>

Figure 0007516783000004
Figure 0007516783000004

(式(G4)において、Mは、NaまたはKを表す。)
かき混ぜ機、窒素導入管、Dean-Starkトラップを備えた1000mL三口フラスコに、炭酸カリウム27.6g(アルドリッチ試薬、200mmol)、K-DHBP 12.9g(50mmol)および4,4’-ビフェノール9.3g(アルドリッチ試薬、50mmol)、ジソジウム-3,3’-ジスルホネート-4,4’-ジフルオロベンゾフェノン39.3g(93mmol)、および18-クラウン-6エーテル17.9g(和光純薬、82mmol)を入れ、窒素置換後、N-メチルピロリドン(NMP)300mL、トルエン100mL中にて170℃で脱水後、昇温してトルエン除去、180℃で1時間重合を行った。多量のイソプロピルアルコールで再沈殿することで精製を行い、前記式(G4)で示されるイオン性基を含有するオリゴマーa2(末端OM基)を得た。数平均分子量は16000であった。
(In formula (G4), M represents Na or K.)
A 1000 mL three-neck flask equipped with a stirrer, nitrogen inlet tube, and Dean-Stark trap was charged with 27.6 g of potassium carbonate (Aldrich reagent, 200 mmol), 12.9 g of K-DHBP (50 mmol) and 9.3 g of 4,4'-biphenol (Aldrich reagent, 50 mmol), 39.3 g of disodium-3,3'-disulfonate-4,4'-difluorobenzophenone (93 mmol), and 17.9 g of 18-crown-6 ether (Wako Pure Chemical Industries, 82 mmol), and after nitrogen substitution, 300 mL of N-methylpyrrolidone (NMP), 100 mL of toluene was dehydrated at 170 ° C., heated to remove toluene, and polymerized at 180 ° C. for 1 hour. Purification was performed by reprecipitation with a large amount of isopropyl alcohol, and an oligomer a2 (terminal OM group) containing an ionic group represented by the formula (G4) was obtained. The number average molecular weight was 16,000.

<ブロックコポリマーb1の合成>
イオン性基を含有するセグメントとしてオリゴマーa2、イオン性基を含有しないセグメントとしてオリゴマーa1、リンカー部位としてオクタフルオロビフェニレンを含有するポリケタールケトン(PKK)系ブロックコポリマーb1を以下の要領で合成した。
<Synthesis of block copolymer b1>
An oligomer a2 as a segment containing an ionic group, an oligomer a1 as a segment not containing an ionic group, and a polyketal ketone (PKK)-based block copolymer b1 containing octafluorobiphenylene as a linker moiety were synthesized as follows.

かき混ぜ機、窒素導入管、Dean-Starkトラップを備えた500mL三口フラスコに、炭酸カリウム0.56g(アルドリッチ試薬、4mmol)、イオン性基を含有するオリゴマーa2(末端OM基)16g(1mmol)を入れ、窒素置換後、N-メチルピロリドン(NMP)100mL、シクロヘキサン30mL中にて100℃で脱水後、昇温してシクロヘキサン除去し、イオン性基を含有しないオリゴマーa1’(末端フルオロ基)11g(1mmol)を入れ、105℃で24時間反応を行った。多量のイソプロピルアルコールで再沈殿することで精製を行い、ブロックコポリマーb1を得た。重量平均分子量は28万であった。 0.56 g of potassium carbonate (Aldrich reagent, 4 mmol) and 16 g (1 mmol) of oligomer a2 (terminal OM group) containing ionic groups were placed in a 500 mL three-neck flask equipped with a stirrer, nitrogen inlet tube, and Dean-Stark trap. After nitrogen replacement, the mixture was dehydrated at 100°C in 100 mL of N-methylpyrrolidone (NMP) and 30 mL of cyclohexane, and the temperature was raised to remove the cyclohexane. 11 g (1 mmol) of oligomer a1' (terminal fluoro group) not containing ionic groups was added and reacted at 105°C for 24 hours. The mixture was purified by reprecipitation with a large amount of isopropyl alcohol to obtain block copolymer b1. The weight-average molecular weight was 280,000.

[第1の層の塗布液の調製]
上記で得たブロックコポリマーb1の22部をN-メチル-2-ピロリドン(NMP)80部に添加し、撹拌機で3分間撹拌し、ポリマー濃度22質量%の透明な塗布液を調整した。
[Preparation of Coating Solution for First Layer]
22 parts of the block copolymer b1 obtained above was added to 80 parts of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) and stirred with a stirrer for 3 minutes to prepare a transparent coating liquid with a polymer concentration of 22% by mass.

[多孔質基材]
第2の層を構成する多孔質基材として、厚み6μm、長尺長さ500mの延伸多孔質PTFEフィルム(ドナルドソン社製“テトラテックス”(登録商標)AX-18、空隙率:85%)を用意した。
[Porous substrate]
As the porous substrate constituting the second layer, an expanded porous PTFE film ("Tetratex" (registered trademark) AX-18 manufactured by Donaldson Co., Ltd., porosity: 85%) having a thickness of 6 μm and a length of 500 m was prepared.

[第3の層の塗布液]
第1の層の塗布液と同様にして調製した。
[Coating solution for third layer]
The coating solution for the first layer was prepared in the same manner as for the first layer.

[実施例1]
実施例1は、本発明の第1の発明の一実施態様の実施例である。本発明の複合化高分子電解質膜のロール状物を図8の製造工程に従って製造した。具体的には、基材フィルム上に第1の層の塗布液をウェット厚み40μmで塗布し、60秒後に多孔質基材を積層し、30秒間含浸させた後、第2の層をウェット厚み40μmで塗布し、30秒後に乾燥炉にて100℃で約10分間熱風乾燥して巻き取った。このロール状物の巻き長さは500mであった。各構成要素の幅方向長さは、以下の通りである。
・基材フィルムの幅方向長さW0:1,000mm
・第1の層の幅方向長さW1:980mm
・第2の層(多孔質基材)の幅方向長さW2:960mm
・第3の層の幅方向長さW3:940mm
上記で製造したロール状物の端部盛り上がり量は、0.2mmであった。また、このロール状物は、目視観察による巻き姿が良好であり、皺の発生もなかった。
[Example 1]
Example 1 is an example of one embodiment of the first invention of the present invention. A roll of the composite polymer electrolyte membrane of the present invention was produced according to the production process of FIG. 8. Specifically, the coating solution of the first layer was applied to a substrate film with a wet thickness of 40 μm, and after 60 seconds, a porous substrate was laminated and impregnated for 30 seconds, and then the second layer was applied to a wet thickness of 40 μm, and after 30 seconds, the substrate was dried with hot air at 100° C. for about 10 minutes in a drying oven and wound up. The winding length of this roll was 500 m. The width direction lengths of each component are as follows:
・ Width direction length of base film W0: 1,000 mm
Width direction length W1 of the first layer: 980 mm
Width direction length W2 of the second layer (porous substrate): 960 mm
Width direction length W3 of the third layer: 940 mm
The amount of swelling at the ends of the rolled product produced above was 0.2 mm. Furthermore, the rolled product had a good wound appearance when visually observed, and no wrinkles were observed.

[実施例2]
実施例2は、本発明の第1の発明の他の実施態様の実施例である。実施例1において、各構成要素の幅方向長さを以下のように変更する以外は、実施例1と同様にして製造した。
・基材フィルムの幅方向長さW0:1,000mm
・第1の層の幅方向長さW1:980mm
・第2の層(多孔質基材)の幅方向長さW2:980mm
・第3の層の幅方向長さW3:960mm
上記で製造したロール状物の端部盛り上がり量は、0.4mmであった。また、このロール状物は、目視観察による巻き姿が良好であり、皺の発生もなかった。
[Example 2]
Example 2 is an example of another embodiment of the first aspect of the present invention. It was manufactured in the same manner as Example 1, except that the width direction length of each component in Example 1 was changed as follows.
・ Width direction length of base film W0: 1,000 mm
Width direction length W1 of the first layer: 980 mm
Width direction length W2 of the second layer (porous substrate): 980 mm
Width direction length W3 of the third layer: 960 mm
The amount of swelling at the ends of the rolled product produced above was 0.4 mm. Furthermore, the rolled product had a good wound appearance when visually observed, and no wrinkles were observed.

[実施例3]
実施例3は、本発明の第2の発明の一実施態様の実施例である。本発明の複合化高分子電解質膜のロール状物を図9の製造工程に従って製造した。具体的には、基材フィルム上に第1の層の塗布液をウェット厚み40μmで塗布し、60秒後に多孔質基材を積層し、30秒間含浸させた後、第2の層をウェット厚み40μmで塗布し、30秒後に乾燥炉にて100℃で約10分間熱風乾燥して巻き取った。このロール状物の巻き長さは500mであった。各構成要素の幅方向長さ、および第3の層の端部領域の平均厚み(Te)と中央部領域の平均厚み(Tc)は以下の通りである。
・基材フィルムの幅方向長さW0:1,000mm
・第1の層の幅方向長さW1:980mm
・第2の層(多孔質基材)の幅方向長さW2:960mm
・第3の層の幅方向長さW3:960mm
・第3の層の端部領域の平均厚み(Te):2μm
・第3の層の中央部領域の平均厚み(Tc):5μm
・(Te)/(Tc)×100=40%
上記で製造したロール状物の端部盛り上がり量は、0.4mmであった。また、このロール状物は、目視観察による巻き姿が良好であり、皺の発生もなかった。
[Example 3]
Example 3 is an example of one embodiment of the second invention of the present invention. A roll of the composite polymer electrolyte membrane of the present invention was produced according to the production process of FIG. 9. Specifically, the coating solution of the first layer was applied to a substrate film with a wet thickness of 40 μm, and after 60 seconds, a porous substrate was laminated and impregnated for 30 seconds, and then the second layer was applied to a wet thickness of 40 μm, and after 30 seconds, the substrate was dried with hot air at 100° C. for about 10 minutes in a drying oven and wound up. The winding length of this roll was 500 m. The width direction length of each component, and the average thickness (Te) of the end region and the average thickness (Tc) of the central region of the third layer are as follows.
・ Width direction length of base film W0: 1,000 mm
Width direction length W1 of the first layer: 980 mm
Width direction length W2 of the second layer (porous substrate): 960 mm
Width direction length W3 of the third layer: 960 mm
Average thickness of the end region of the third layer (Te): 2 μm
Average thickness (Tc) of the central region of the third layer: 5 μm
・(Te)/(Tc)×100=40%
The amount of swelling at the ends of the rolled product produced above was 0.4 mm. Furthermore, the rolled product had a good wound appearance when visually observed, and no wrinkles were observed.

[実施例4]
実施例4は、本発明の第2の発明の他の実施態様の実施例である。実施例3において、各構成要素の幅方向長さを以下のように変更する以外は、実施例3と同様にして製造した。
・基材フィルムの幅方向長さW0:1,000mm
・第1の層の幅方向長さW1:980mm
・第2の層(多孔質基材)の幅方向長さW2:980mm
・第3の層の幅方向長さW3:980mm
・第3の層の端部領域の平均厚み(Te):2μm
・第3の層の中央部領域の平均厚み(Tc):5μm
・(Te)/(Tc)×100=40%
上記で製造したロール状物の端部盛り上がり量は、0.8mmであった。また、このロール状物は、目視観察による巻き姿が良好であり、皺の発生もなかった。
[Example 4]
Example 4 is an example of another embodiment of the second aspect of the present invention. It was produced in the same manner as Example 3, except that the width direction length of each component in Example 3 was changed as follows.
・ Width direction length of base film W0: 1,000 mm
Width direction length W1 of the first layer: 980 mm
Width direction length W2 of the second layer (porous substrate): 980 mm
Width direction length W3 of the third layer: 980 mm
Average thickness of the end region of the third layer (Te): 2 μm
Average thickness (Tc) of the central region of the third layer: 5 μm
・(Te)/(Tc)×100=40%
The amount of swelling at the ends of the rolled product produced above was 0.8 mm. Furthermore, the rolled product had a good wound appearance when visually observed, and no wrinkles were observed.

[実施例5]
実施例5は、本発明の第1の発明と第2の発明を組み合わせた実施例である。本発明の複合化高分子電解質膜のロール状物を図9の製造工程に従って製造した。具体的には、基材フィルム上に第1の層の塗布液をウェット厚み40μmで塗布し、60秒後に多孔質基材を積層し、30秒間含浸させた後、第2の層をウェット厚み40μmで塗布し、30秒後に乾燥炉にて100℃で約10分間熱風乾燥して巻き取った。このロール状物の巻き長さは500mであった。各構成要素の幅方向長さ、および第3の層の端部領域の平均厚み(Te)と中央部領域の平均厚み(Tc)は以下の通りである。
・基材フィルムの幅方向長さW0:1,000mm
・第1の層の幅方向長さW1:980mm
・第2の層(多孔質基材)の幅方向長さW2:960mm
・第3の層の幅方向長さW3:940mm
・第3の層の端部領域の平均厚み(Te):2μm
・第3の層の中央部領域の平均厚み(Tc):5μm
・(Te)/(Tc)×100=40%
上記で製造したロール状物の端部盛り上がり量は、0.1mmであった。また、このロール状物は、目視観察による巻き姿が極めて良好であり、皺の発生もなかった。
[Example 5]
Example 5 is an example in which the first and second inventions of the present invention are combined. A roll of the composite polymer electrolyte membrane of the present invention was produced according to the production process of FIG. 9. Specifically, the coating solution of the first layer was applied to a substrate film with a wet thickness of 40 μm, and after 60 seconds, a porous substrate was laminated and impregnated for 30 seconds, and then the second layer was applied to a wet thickness of 40 μm, and after 30 seconds, the substrate was dried with hot air at 100° C. for about 10 minutes in a drying oven and wound up. The winding length of this roll was 500 m. The width direction length of each component, and the average thickness (Te) of the end region and the average thickness (Tc) of the central region of the third layer are as follows.
・ Width direction length of base film W0: 1,000 mm
Width direction length W1 of the first layer: 980 mm
Width direction length W2 of the second layer (porous substrate): 960 mm
Width direction length W3 of the third layer: 940 mm
Average thickness of the end region of the third layer (Te): 2 μm
Average thickness (Tc) of the central region of the third layer: 5 μm
・(Te)/(Tc)×100=40%
The amount of swelling at the ends of the rolled product produced above was 0.1 mm. Furthermore, the rolled product had an extremely good wound appearance when visually observed, and no wrinkles were observed.

[比較例1]
実施例1において、各構成要素の幅方向長さを以下のように変更する以外は、実施例1と同様にして製造した。
・基材フィルムの幅方向長さW0:1,000mm
・第1の層の幅方向長さW1:980mm
・第2の層(多孔質基材)の幅方向長さW2:980mm
・第3の層の幅方向長さW3:980mm
上記で製造したロール状物の端部盛り上がり量は、2.5mmであった。また、このロール状物は、目視観察による巻き姿が悪く、皺の発生も認められた。
[Comparative Example 1]
The manufacturing process was the same as in Example 1, except that the width direction lengths of the respective components in Example 1 were changed as follows.
・ Width direction length of base film W0: 1,000 mm
Width direction length W1 of the first layer: 980 mm
Width direction length W2 of the second layer (porous substrate): 980 mm
Width direction length W3 of the third layer: 980 mm
The amount of swelling at the ends of the rolled product produced as above was 2.5 mm. Furthermore, the rolled product had a poor wound appearance when visually observed, and the occurrence of wrinkles was also observed.

2 ロール状物の一単位
10、20 基材フィルム
11、21 高分子電解質を含む第1の層
12、22 多孔質基材を含む第2の層
13、23 高分子電解質を含む第2の層
30 長尺帯状の基材フィルム
31 第1の電解質層
32 多孔質基材
33 第2の電解質層
100 基材フィルム
101 高分子電解質を含む第1の層の塗布液
102 多孔質基材
103 高分子電解質を含む第3の層の塗布液
110 複合化高分子電解質膜のロール状物
120 ロール状基材フィルムの巻出機
121 第1の塗布装置
122 第1の塗布装置のバックアップローラー
123 ロール状多孔質基材の巻出機
124 第2の塗布装置
125 第2の塗布装置のバックアップローラー
126 乾燥炉
127 複合化高分子電解質膜のロール状物の巻取機
W0 基材の幅方向長さ
W1 高分子電解質を含む第1の層の幅方向長さ
W2 基多孔質基材を含む第2の層の幅方向長さ
W3 基高分子電解質を含む第2の層の幅方向長さ
A 高分子電解質を含む第2の層の両端部の未塗布部
C 高分子電解質を含む第2の層の中央部領域
E 高分子電解質を含む第2の層の端部領域
2: One unit of roll-shaped material 10, 20: Substrate film 11, 21: First layer containing polymer electrolyte
12, 22 Second layer comprising a porous substrate
13, 23 Second layer containing polyelectrolyte
30 Long strip-shaped substrate film 31 First electrolyte layer 32 Porous substrate 33 Second electrolyte layer 100 Substrate film 101 Coating liquid for first layer containing polymer electrolyte 102 Porous substrate 103 Coating liquid for third layer containing polymer electrolyte 110 Roll of composite polymer electrolyte membrane 120 Unwinder for roll of substrate film 121 First coating device 122 Backup roller for first coating device 123 Unwinder for roll of porous substrate 124 Second coating device 125 Backup roller for second coating device 126 Drying furnace 127 Winder for roll of composite polymer electrolyte membrane W0 Width direction length W1 of substrate Width direction length W2 of first layer containing polymer electrolyte Width direction length W3 of second layer containing base porous substrate Width direction length A of second layer containing base polymer electrolyte Uncoated portions C at both ends of second layer containing polymer electrolyte Central region E of second layer containing polymer electrolyte End regions of the second layer containing polyelectrolyte

Claims (6)

長尺帯状の基材フィルム上に、高分子電解質を含む第1の層、多孔質基材を含む第2の層、高分子電解質を含む第3の層をこの順に有する複合化高分子電解質膜のロール状物であって、前記第1の層、前記第2の層および前記第3の層は、いずれも、幅方向両端部にそれぞれ未塗布領域を有し、該第3の層の幅方向長さ(W3)が該第2の層の幅方向長さ(W2)より小さく、前記第1の層の幅方向長さ(W1)は、前記基材フィルムの幅方向長さ(W0)より小さく、かつ前記第2の層の幅方向長さ(W2)は前記第1の層の幅方向長さ(W1)より小さいことを特徴とする、複合化高分子電解質膜のロール状物。 A roll of a composite polymer electrolyte membrane comprising a long strip-shaped substrate film and a first layer containing a polymer electrolyte, a second layer containing a porous substrate, and a third layer containing a polymer electrolyte, in that order, the first layer, the second layer, and the third layer each have an uncoated region at both ends in the width direction, the width direction length (W3) of the third layer is smaller than the width direction length (W2) of the second layer, the width direction length (W1) of the first layer is smaller than the width direction length (W0) of the substrate film, and the width direction length (W2) of the second layer is smaller than the width direction length (W1) of the first layer. 長尺帯状の基材フィルム上に、高分子電解質を含む第1の層、多孔質基材を含む第2の層、高分子電解質を含む第3の層をこの順に有する複合化高分子電解質膜のロール状物であって、前記第3の層の幅方向長さを(W3)とし、前記第3の層の中央領域を(C)とし、前記第3の層の幅方向における両方の端部領域をそれぞれ(E)とすると、前記両方の端部領域(E)の長さがそれぞれ20mmであり、前記中央領域(C)の長さが前記(W3)から前記両方の端部領域(E)の長さをそれぞれ差し引いたもの(C=W3-E×2)であり、該第3の層の幅方向厚みプロファイルにおいて、前記両方の端部領域(E)の平均厚み(Te)がそれぞれ前記中央部領域(C)の平均厚み(Tc)より小さいことを特徴とする、複合化高分子電解質膜のロール状物。 A roll of a composite polymer electrolyte membrane comprising a long strip-like substrate film and a first layer containing a polymer electrolyte, a second layer containing a porous substrate, and a third layer containing a polymer electrolyte, in that order, the third layer having a width direction length (W3), a central region of the third layer having a width direction length (C), and both end regions in the width direction of the third layer having width direction length (E), the lengths of both end regions (E) are each 20 mm, the length of the central region (C) is (W3) minus the lengths of both end regions (E) (C=W3-E×2), and in a width direction thickness profile of the third layer, the average thickness (Te) of both end regions (E) is smaller than the average thickness (Tc) of the central region (C) . 前記第3の層の幅方向長さを(W3)とし、前記第3の層の中央領域を(C)とし、前記第3の層の幅方向における両方の端部領域をそれぞれ(E)とすると、前記両方の端部領域(E)の長さがそれぞれ20mmであり、前記中央領域(C)の長さが前記(W3)から前記両方の端部領域(E)の長さをそれぞれ差し引いたもの(C=W3-E×2)であり、前記第3の層の幅方向厚みプロファイルにおいて、前記両方の端部領域(E)の平均厚み(Te)がそれぞれ前記中央部領域(C)の平均厚み(Tc)より小さいことを特徴とする、請求項1に記載の複合化高分子電解質膜のロール状物。 2. The roll-shaped composite polymer electrolyte membrane according to claim 1, wherein the width direction length of the third layer is (W3), the central region of the third layer is (C), and both end regions in the width direction of the third layer are (E), the lengths of both end regions (E) are 20 mm, the length of the central region (C) is (W3) minus the lengths of both end regions (E), respectively (C=W3-E×2), and in a width direction thickness profile of the third layer, an average thickness (Te) of both end regions (E) is smaller than an average thickness (Tc) of the central region (C) . 前記第1の層の幅方向長さ(W1)は、前記基材フィルムの幅方向長さ(W0)より小さく、かつ前記第2の層の幅方向長さ(W2)は前記第1の層の幅方向長さ(W1)より小さいことを特徴とする、請求項2に記載の複合化高分子電解質膜のロール状物。 The roll-shaped composite polymer electrolyte membrane according to claim 2, characterized in that the width direction length (W1) of the first layer is smaller than the width direction length (W0) of the base film, and the width direction length (W2) of the second layer is smaller than the width direction length (W1) of the first layer. 前記第1の層および前記第3の層に含まれる高分子電解質が、イオン性基を有する芳香族炭化水素系ポリマーである、請求項1~4のいずれかに記載の複合化高分子電解質膜のロール状物。 A roll of a composite polymer electrolyte membrane according to any one of claims 1 to 4, wherein the polymer electrolyte contained in the first layer and the third layer is an aromatic hydrocarbon-based polymer having an ionic group. 前記多孔質基材がポリテトラフルオロエチレン(PTFE)の多孔質フィルムである、請求項1~5のいずれかに記載の複合化高分子電解質膜のロール状物。 A roll of composite polymer electrolyte membrane according to any one of claims 1 to 5, wherein the porous substrate is a porous film of polytetrafluoroethylene (PTFE).
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