JP7009815B2 - フィルムの薬液処理方法および薬液処理装置、ならびにイオン交換膜の製造方法および製造装置 - Google Patents
フィルムの薬液処理方法および薬液処理装置、ならびにイオン交換膜の製造方法および製造装置 Download PDFInfo
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Description
本発明は、主としてイオン交換膜を得るためにフィルムを薬液処理する方法、および薬液処理する装置、ならびにイオン交換膜を製造する方法および装置に関する。
電解質膜等のイオン交換膜を製造する過程において、フィルムを強酸や強アルカリなどの薬液中に浸漬する薬液処理を行うことがある。
特許文献１では、液処理部に処理液加熱機構と処理液循環機構を設け、処理液を所望の温度に過熱すると共に循環させながら薬液処理を行う装置が開示され、これを用いて、高分子電解質膜を製造する際、硫酸への浸漬によりイオン性基を酸型に変換する操作を行うことが記載されている。
特許文献２では、高分子電解質膜の製造において、イオン性基を塩型から酸型に変換してイオン伝導性を付与するために、酸性溶液を満たした複数の浸漬槽に順にフィルムを浸漬しながら搬送する一方、酸性溶液をフィルムの搬送方向と逆方向にカスケード式にオーバーフローさせながら連続供給する高分子電解質膜の薬液処理方法が記載されている。
特許文献３では、Ｆ型電解質樹脂（末端基が－ＳＯ２Ｆ）をアルカリ性溶液と酸性溶液に順次浸漬することで加水分解を行い、Ｈ型電解質樹脂（末端基が－ＳＯ３Ｈ）を得る電解質膜の製造方法が記載されている。
このようなイオン交換膜は、特に精密な用途に適用される場合、異物の付着を可能な限り防止する必要がある。空中搬送時の浮遊塵付着にはクリーン環境に設置するなどの対策や、浮遊塵の付着を防止するためフィルムの静電除去を行うなどの対策が行われている。しかし、このような対策によっても、異物付着の問題は十分に解決されていなかった。
本発明は、特にイオン交換膜の製造において、前駆体となるフィルムの薬液処理中の異物の付着を防止することを目的とする。
上記課題を解決するための本発明は、下記（１）～（１５）に記載したものである。
（１）ｐＨ＝０．３以下の酸性溶液およびｐＫｂ＝０．３以下のから選択される薬液が貯留された浸漬槽にフィルムを浸漬させ、イオン交換により不純物イオンを除去するフィルムの薬液処理方法において、
前記薬液は、薬液供給槽から前記浸漬槽に供給され、かつ前記浸漬槽から再び前記薬液供給槽へと還流されるよう構成された循環経路を循環するとともに、
該循環経路中の少なくとも１箇所において前記薬液中の異物を除去する濾過操作を行うことを特徴とするフィルムの薬液処理方法。
（２）前記循環経路中、送液ポンプにより薬液が加圧送液される経路において前記濾過操作を行う、（１）に記載のフィルムの薬液処理方法。
（３）前記濾過操作を、前記薬液に対する長期耐性を有するフィルタにより行う、（１）または（２）に記載のフィルムの薬液処理方法。
（４）前記薬液供給槽への薬液の還流を、前記浸漬槽からオーバーフローした薬液が供給槽に流入するよう構成することにより行う、（１）～（３）のいずれかに記載のフィルムの薬液処理方法。
（５）前記浸漬槽に前記フィルムを連続的に搬送しながら浸漬するとともに、前記オーバーフローが、フィルム面に平行かつフィルムの搬送方向と垂直な方向に行われる、（４）に記載のフィルムの薬液処理方法。
（６）前記フィルムが、陰イオン性基を有する陽イオン交換膜の前駆体膜であり、前記薬液が酸性溶液である、（１）～（５）のいずれかに記載のフィルムの薬液処理方法。
（７）前記フィルムが、陽イオン性基を有する陰イオン交換膜の前駆体フィルムであり、前記薬液がアルカリ性溶液である、（１）～（５）のいずれかに記載のフィルムの薬液処理方法。
（８）（１）～（６）のいずれかに記載のフィルムの薬液処理方法によりフィルムを薬液処理する工程を有するイオン交換膜の製造方法。
（９）ｐＨ＝０．３以下の強酸性溶液およびｐＫｂ＝０．３以下のから選択される薬液が貯留された浸漬槽にフィルムを浸漬させ、イオン交換により不純物イオンを除去するフィルムの薬液処理装置であって、前記薬液が薬液供給槽から前記浸漬槽に供給され、かつ前記浸漬槽から再び前記薬液供給槽へと還流されるように構成された循環経路を有するとともに、当該循環経路中の少なくとも１箇所に薬液中の異物を除去する薬液濾過機構を有するフィルムの薬液処理装置。
（１０）前記薬液濾過機構が、送液ポンプにより薬液が加圧送液される経路に設置されている、（９）に記載のフィルムの薬液処理装置。
（１１）前記薬液濾過機構が、前記薬液に対する長期耐性を有するフィルタを含む薬液濾過機構である、（９）または（１０）に記載のフィルムの薬液処理装置。
（１２）前記薬液供給槽への薬液の還流を、前記浸漬槽からオーバーフローした薬液が薬液供給槽に流入するよう構成することにより行う、（９）～（１１）のいずれかに記載のフィルムの薬液処理装置。
（１３）前記フィルタがｐＨ＝－０．６の強酸性溶液への長期薬液耐性を持つフィルタである、（１１）に記載のフィルムの薬液処理装置。
（１４）前記フィルタが水酸化物イオン濃度ｐＫｂ＝－０．６の強アルカリ溶液への長期薬液耐性を持つフィルタである、（１１）に記載のフィルムの薬液処理装置。
（１５）（９）～（１４）のいずれかに記載のフィルムの薬液処理装置を含むイオン交換膜の製造装置。
（１）ｐＨ＝０．３以下の酸性溶液およびｐＫｂ＝０．３以下のから選択される薬液が貯留された浸漬槽にフィルムを浸漬させ、イオン交換により不純物イオンを除去するフィルムの薬液処理方法において、
前記薬液は、薬液供給槽から前記浸漬槽に供給され、かつ前記浸漬槽から再び前記薬液供給槽へと還流されるよう構成された循環経路を循環するとともに、
該循環経路中の少なくとも１箇所において前記薬液中の異物を除去する濾過操作を行うことを特徴とするフィルムの薬液処理方法。
（２）前記循環経路中、送液ポンプにより薬液が加圧送液される経路において前記濾過操作を行う、（１）に記載のフィルムの薬液処理方法。
（３）前記濾過操作を、前記薬液に対する長期耐性を有するフィルタにより行う、（１）または（２）に記載のフィルムの薬液処理方法。
（４）前記薬液供給槽への薬液の還流を、前記浸漬槽からオーバーフローした薬液が供給槽に流入するよう構成することにより行う、（１）～（３）のいずれかに記載のフィルムの薬液処理方法。
（５）前記浸漬槽に前記フィルムを連続的に搬送しながら浸漬するとともに、前記オーバーフローが、フィルム面に平行かつフィルムの搬送方向と垂直な方向に行われる、（４）に記載のフィルムの薬液処理方法。
（６）前記フィルムが、陰イオン性基を有する陽イオン交換膜の前駆体膜であり、前記薬液が酸性溶液である、（１）～（５）のいずれかに記載のフィルムの薬液処理方法。
（７）前記フィルムが、陽イオン性基を有する陰イオン交換膜の前駆体フィルムであり、前記薬液がアルカリ性溶液である、（１）～（５）のいずれかに記載のフィルムの薬液処理方法。
（８）（１）～（６）のいずれかに記載のフィルムの薬液処理方法によりフィルムを薬液処理する工程を有するイオン交換膜の製造方法。
（９）ｐＨ＝０．３以下の強酸性溶液およびｐＫｂ＝０．３以下のから選択される薬液が貯留された浸漬槽にフィルムを浸漬させ、イオン交換により不純物イオンを除去するフィルムの薬液処理装置であって、前記薬液が薬液供給槽から前記浸漬槽に供給され、かつ前記浸漬槽から再び前記薬液供給槽へと還流されるように構成された循環経路を有するとともに、当該循環経路中の少なくとも１箇所に薬液中の異物を除去する薬液濾過機構を有するフィルムの薬液処理装置。
（１０）前記薬液濾過機構が、送液ポンプにより薬液が加圧送液される経路に設置されている、（９）に記載のフィルムの薬液処理装置。
（１１）前記薬液濾過機構が、前記薬液に対する長期耐性を有するフィルタを含む薬液濾過機構である、（９）または（１０）に記載のフィルムの薬液処理装置。
（１２）前記薬液供給槽への薬液の還流を、前記浸漬槽からオーバーフローした薬液が薬液供給槽に流入するよう構成することにより行う、（９）～（１１）のいずれかに記載のフィルムの薬液処理装置。
（１３）前記フィルタがｐＨ＝－０．６の強酸性溶液への長期薬液耐性を持つフィルタである、（１１）に記載のフィルムの薬液処理装置。
（１４）前記フィルタが水酸化物イオン濃度ｐＫｂ＝－０．６の強アルカリ溶液への長期薬液耐性を持つフィルタである、（１１）に記載のフィルムの薬液処理装置。
（１５）（９）～（１４）のいずれかに記載のフィルムの薬液処理装置を含むイオン交換膜の製造装置。
本発明によれば、薬液処理中におけるフィルムへの異物の付着が低減される。その結果、異物に起因するフィルムの損傷や欠陥が低減され、最終的に得られるフィルムの品位を高めることができる。
以下に、本発明のフィルムの薬液処理方法およびフィルムの薬液処理装置を、図１ないし図３に示す実施形態を適宜参照しつつ説明するが、これらの実施形態は何ら本発明を限定するものではない。
本発明のフィルムの薬液処理方法および薬液処理装置は、特に限定されるものではないが、典型的には、イオン性基を有するポリマーを含むイオン交換膜の前駆体膜に対する酸処理またはアルカリ処理に適用される。前駆体膜とは、酸処理もしくはアルカリ処理またはこれらの処理を組み合わせた処理を行うことによってイオン交換膜となるフィルムを指すものとする。また、薬液とは酸性溶液およびアルカリ性溶液を指すものとする。
例えば、陽イオン交換膜の一形態である陽イオン伝導性電解質膜の製造においては、特許文献２に示されるように、金属塩型になっている前駆体膜の酸基を酸処理によって酸型に変換することによって陽イオン伝導性の電解質膜とする。同じく陰イオン交換膜の一形態である陰イオン伝導性の電解質膜の製造においては、陽イオン性基に陰イオン（アニオン）がイオン結合して塩型になっている前駆体膜をアルカリ処理することによって陰イオンを取り除いて陰イオン伝導性の電解質膜とする。また、フッ素系陽イオン伝導性電解質膜の製造においては、特許文献３に示されるように、－ＳＯ２Ｆ基（フロオロスルフィン酸アニオン基）をアルカリ処理によって－ＳＯ３
－基（スルホン酸基）の金属塩型に変換し、その後、酸処理によってさらに酸型スルホン酸基（－ＳＯ３Ｈ）に変換する。本発明の薬液処理方法は、少なくともこれらの場合における酸処理およびアルカリ処理の両者に適用することができる。
なお、以下、イオン交換膜を製造するための薬液処理を例にさらに本発明を説明するが、本発明は何らこれに限定されるものではなく、具体的に説明された各要素の任意の組み合わせや、イオン交換膜以外のフィルムへ適用する態様も発明と捉え得る。
本発明により製造されるイオン交換膜に含まれるポリマーの基本骨格は特に制限されないが、好ましい例としては、パーフルオロアルキレンに代表されるフッ素系ポリマーや、ポリフェニレンオキシド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルスルホン、ポリエーテルホスフィンオキシド、ポリエーテルエーテルホスフィンオキシド、ポリフェニレンスルフィド、ポリアミド、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリイミダゾール、ポリオキサゾール、ポリフェニレンなどの、芳香族炭化水素骨格を有するポリマーが挙げられる。また、スチレン、エチルスチレン、ビニルピリジン、ビニルピラジン、ジビニルベンゼン、ジビニルトルエン、ジビニルキシレン、トリビニルベンゼンなどを重合して得られるポリマーあるいは共重合ポリマーも挙げられる。イオン性基を有するポリマーとは、このような基本骨格にイオン性基が結合したポリマーである。
イオン性基は、陽イオン性基と陰イオン性基に大別される。陽イオン伝導性を有する陽イオン交換膜においては陰イオン性基を有するポリマーが用いられ、陰イオン性基と陽イオンがイオン対（イオンペア）を形成することで陽イオン交換能を有する。陰イオン伝導性を有する陰イオン交換膜においては陽イオン性基を有するポリマーが用いられ、陽イオン性基と陰イオンがイオン対（イオンペア）を形成することで陰イオン交換能を有する。
陰イオン性基を有するポリマーの陰イオン性基としては、陽イオン交換能を有し、陽イオン伝導性を発揮する限り特に制限はない。陰イオン性基の好ましい例としては、スルホン酸基（－ＳＯ２（ＯＨ））、硫酸基（－ＯＳＯ２（ＯＨ））、スルホンイミド基（－ＳＯ２ＮＨＳＯ２Ｒ（Ｒは有機基を表す。））、ホスホン酸基（－ＰＯ（ＯＨ）２）、リン酸基（－ＯＰＯ（ＯＨ）２）、カルボン酸基（－ＣＯ（ＯＨ））、パーフルオロスルホン酸基（－Ｏ－（ＣＦ２）ｎＳＯ２（ＯＨ））を挙げることができる。また、陰イオン性基を有するポリマーは、これらの基を２種類以上有するものであってもよい。陰イオン性基を有するポリマーは、水素イオン伝導度が高いことから、パーフルオロスルホン酸基、スルホン酸基、スルホンイミド基、硫酸基またはホスホン酸基のいずれかを有することがより好ましく、耐加水分解性の点からパーフルオロスルホン酸基あるいはスルホン酸基を有することが最も好ましい。
陽イオン性基を有するポリマーの陽イオン性基としては、陰イオン交換能を有し、陰イオン伝導性を発揮する限り特に制限はない。陽イオン性基の好ましい例としては、３級アミノ基、４級アンモニア基、３級ホスホニウム基、４級ホストニウム基を挙げることができる。また、陽イオン性基を有するポリマーは、これらの基を２種類以上有するものであっても良い。陽イオン性基を有するポリマーは、水酸化物イオン伝導度が高いことから、４級アンモニア基、４級ホスホニウム基のいずれかを有することがより好ましい。
一般に、イオン交換膜の製造においては、前駆体膜のイオン性基の大部分は、最終的に酸処理またはアルカリ処理によってイオン交換されることで除去されるイオン（以下、「不純物イオン」という）とイオン結合した塩の状態で存在している。不純物イオンは洗浄では除去することが困難であるため、最終的に酸処理またはアルカリ処理によってイオン交換されることで除去されてイオン交換膜が得られる。
例えば、陰イオン性基を持つポリマーの重合反応やポリマーに陰イオン性基を導入する付加反応においては金属カチオンが触媒として用いられるため、反応直後においてはこの金属カチオンが前駆体膜中に不純物イオンとして残留する。このような金属カチオンとしては、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｗのカチオンが挙げられ、中でもアルカリ金属またはアルカリ土類金属のカチオンが良く使用される。さらに、価格および環境負荷の点から、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａのカチオンが好ましく使用され、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋのカチオンが最も好ましく使用される。
同様に、陽イオン性基を持つポリマーの合成反応においては、反応触媒として使用する金属カチオンの対イオンである陰イオン（アニオン）と、ポリマー中の陽イオン性基とがイオン結合を形成し、アニオンが前駆体膜中に不純物イオンとして残留する。このようなアニオンとしては、硫酸イオン、硝酸イオン、ハロゲンイオン、炭酸イオン、炭酸水素イオンが挙げられる。陽イオン性基を高分子反応でポリマーに導入する場合は、陽イオン性基と交換反応する官能基としてハロゲノアルキル基が良く用いられ、この場合塩化物イオンやフッ化物イオンなどのハロゲンイオンがポリマー中の陽イオン性基とイオン結合を形成して前駆体膜中に不純物イオンとして残留する。
特に限定されるものではないが、典型的には、前駆体膜においてはイオン交換膜のイオン交換容量の５０％以上が不純物イオンと結合した状態で存在する。
薬液処理において、前駆体膜に含まれる不純物イオンはイオン交換により除去される。典型的には、陰イオン性基を持つ前駆体膜は、酸性溶液で液処理され水素イオンにイオン交換されて陽イオン交換膜となり、陽イオン性基を持つ前駆体膜は、アルカリ溶液で液処理され水酸化物イオンにイオン交換されて陰イオン交換膜となる。あるいは、陽イオン性基を持つ前駆体膜を炭酸などの弱酸溶液で液処理して炭酸イオンあるいは炭酸水素イオンにイオン交換して陰イオン交換膜とすることも可能である。本発明において特に限定されるものではないが、薬液処理の終了後に、塩の状態で存在するイオン性基がイオン交換膜のイオン交換容量の０．１％以下になるようイオン交換を行うことが好ましい。
前駆体膜を浸漬槽中の薬液に浸漬させる方法としては、特に限定されないが、長尺形状の前駆体膜を連続的に搬送しながら浸漬する方法が好ましい。図１に示す実施形態においては、ロール状に巻かれた長尺形状のフィルム（前駆体膜）は、浸漬槽に連続的に搬送されて薬液に浸漬される。なお、前駆体膜を枚葉に切断してバッチ式で浸漬槽に浸漬する方法も用いることができるが、生産性の観点からは連続的に搬送しながら行う方法が好ましい。連続搬送される前駆体膜は単独でも良いし、強度が不足する場合や取り扱いを容易にする目的で搬送用フィルムに貼り付けた状態であっても良い。膜の耐久性をさらに高める目的で、多孔質膜や充填材で補強された前駆体膜であっても良い。
前述のような薬液処理に用いる酸性溶液としては、強酸の希釈溶液であれば特に限定されないが、塩酸、硫酸、燐酸、硝酸など無機酸の水溶液が好適であり、特に生産性や作業性の観点から硫酸が好ましい。強酸を希釈する際に使用する水は、カチオン性不純物を除去低減した精製水、蒸留水、ＲＯ水または脱イオン水を用いることが好ましい。
酸性溶液は、ｐＨ＝０．３以下の酸性溶液を用いることが好ましい。イオン交換性膜が優れた性能を発揮する目安は、イオン交換容量として０．５ミリ当量／ｇ以上、より好ましくは１．０ミリ当量／ｇ以上、さらに好ましくは２．０ミリ当量／ｇ以上であり、フィルムの比重を１として概算すると、水素イオン濃度としてはそれぞれ０．５モル／リットル以上、１．０モル／リットル以上、２．０モル／リットル以上となる。この水素イオン濃度をｐＨに換算すると、それぞれｐＨ＝０．３以下、ｐＨ＝０．０以下、ｐＨ＝－０．３以下となる。優れた性能を有するイオン交換膜を得るためには、ｐＨ＝０．０以下の酸性溶液を用いることがより好ましく、ｐＨ＝－０．３以下の酸性溶液を用いることがさらに好ましい。
また、前述のような薬液処理に用いるアルカリ性溶液としては、水酸化イオン濃度で規定されるｐＫｂ＝０．３以下のアルカリ性溶液であることが好ましい。前述のイオン交換容量を得るための水酸化物イオン濃度は、０．５モル／リットル以上、より好ましくは１．０モル／リットル以上、さらに好ましくは２．０ミリ／リットル以上となる。このイオン濃度をｐＫｂに換算すると、それぞれｐＫｂ＝０．３以下、ｐＫｂ＝０．０以下、ｐＫｂ＝－０．３以下となる。優れた性能を有するイオン交換膜を製造するためには、ｐＫｂ＝０．０以下のアルカリ性溶液を用いることがより好ましく、ｐＫｂ＝－０．３以下のアルカリ性溶液を用いることがさらに好ましい。
本実施形態において、薬液処理前のフィルム（前駆体膜）は、巻出機構により巻き出されて浸漬槽に搬送され、浸漬槽において前述の薬液に浸漬され、薬液処理される。
薬液供給槽は、浸漬槽に供給するための薬液を貯留する槽であって、薬液供給槽から浸漬槽へと連続して薬液を供給する供給経路と、浸漬槽から薬液供給槽へと連続して薬液が還流する還流経路との二つの経路で構成される循環経路によって浸漬槽と接続されている。そして、本発明の薬液処理方法においては、循環経路の少なくとも１箇所において、薬液中の異物を除去する濾過操作が行われる。言い換えれば、本発明の薬液処理装置は、当該循環経路中の少なくとも１箇所に薬液中の異物を除去する薬液濾過機構を有する。
薬液中の異物とは、フィルムへの押し付けによる損傷やフィルムへの付着により品質欠陥を生じさせる固体であって、その形状は、粒状あるいは繊維状など様々である。これら異物を除去する濾過操作（濾過機構）としては、捕捉率９０％で規定される濾過サイズを少なくとも１μｍ以上５μｍ以下とすることが好ましい。濾過サイズが１μｍ未満になると濾過操作が煩雑になるからであり、５μｍを超えるとフィルムへの致命的な損傷が生じやすくなるからである。
図１に示す実施形態においては、薬液は、供給経路に設置された送液ポンプにより薬液供給槽から浸漬槽に送液される過程で、供給経路の途中に設置された濾過機構により濾過操作を受ける。濾過機構は、供給経路に設置しても還流経路に設置してもよいが、いずれにせよ送液ポンプにより薬液が加圧送液される経路に設置することが好ましい。薬液が加圧されるため、濾過操作中に圧力損失が生じて閉塞しやすい濾過サイズの小さいフィルタを使用する際に、追加の加圧操作を省略でき簡便になるためである。
濾過操作は、薬液に対する長期耐性を有するフィルタによって行うことが好ましい。薬液処理を連続で実施した場合や、長期間に渡って連続運転する際に、フィルタが劣化すると異物捕捉に支障をきたすからである。薬液に対する長期耐性を有するフィルタは、使用する薬液の種類に応じ、ｐＨ＝０．３以下の酸性溶液あるいは水酸化物イオン濃度のｐＫｂ＝０．３以下のアルカリ性溶液への６ヶ月以上の長期耐性を有するフィルタであることが好ましい。より好ましくは、ｐＨ＝０．０以下の酸性溶液あるいはｐＫｂ＝０．０以下のアルカリ性溶液への６ヶ月以上の長期耐性を有するフィルタであり、さらに好ましくはｐＨ＝－０．３以下の酸性溶液あるいはｐＫｂ＝－０．３以下のアルカリ性溶液への６ヶ月以上の長期耐性を有するフィルタである。さらには、イオン交換容量が４ミリ当量／ｇと極めて優れた機能フィルムの薬液処理にも対応するため、ｐＨ＝－０．６の酸性溶液あるいは水酸化物イオン濃度ｐＫｂ＝－０．６のアルカリ性溶液への６ヶ月以上の長期耐性を有するフィルタであることが最も好ましい。
薬液処理を連続で実施した場合や、長期間に渡って連続運転する際に、フィルタ交換が必要になると薬液処理装置が稼動停止になる。従って、２式以上のフィルタを並列に配置されてなる濾過機構により濾過操作を行うよう構成すると、フィルタ交換中であっても連続稼動が可能になるため好ましい。
薬液の循環供給状況を把握するとともに、フィルタの閉塞を検知する目的で、フィルタと同等の長期薬液耐性を有する流量計を備えることが好ましい。より好ましくは、薬液に非接触で薬液配管内の薬液流量を測定する流量計である。フィルタと同等以上の長期薬液耐性を有する薬液配管の外側に装着すれば、薬液による流量計劣化の懸念がなく、酸性溶液およびアルカリ性溶液の何れに対しても使用できるためである。静電容量や超音波を利用した非接触流量計などが利用できる。
浸漬槽から薬液供給槽への薬液の還流は、供給経路と同様の送液ポンプを用いてもよいが、浸漬槽からオーバーフローした薬液が薬液供給槽に流入するよう構成することにより行うことが好ましい。浸漬槽への落下塵に起因して、浸漬槽の薬液表面に浮遊異物が発生しがちであり、薬液をオーバーフローすることで浮遊異物を浸漬槽から容易に取り除くことができるためである。浸漬槽から薬液がオーバーフローする方向は、前述のようにフィルムを連続搬送しながら浸漬する場合、フィルム面に平行かつフィルムの搬送方向と垂直な方向であることがより好ましい。浮遊異物が移動してフィルム面に付着し難くなるからである。
本発明の薬液処理方法において、複数の浸漬槽を用いて順次薬液処理を行う場合、各浸漬槽に薬液供給槽と循環経路を設け、それぞれ独立に薬液の循環および濾過操作を行うことが好ましい。
図２に示す複数の浸漬槽を用いた本発明の薬液処理方法の一例では、巻き出されたフィルムは、浸漬槽（１）、浸漬槽（２）、浸漬槽（３）で順次薬液処理される。そして、薬液供給槽（１）と浸漬槽（１）の間、薬液供給槽（２）と浸漬槽（２）の間、薬液供給槽（３）と浸漬槽（３）の間に、それぞれ独立に循環経路および濾過機構が設けられている。そして、新規薬液槽から薬液供給槽（３）に新規薬液が供給され、薬液供給槽（３）で余剰となった薬液は薬液供給槽（２）に送液され、薬液供給槽（２）で余剰となった薬液は薬液供給槽（１）に送液され、薬液供給槽（２）で余剰となった薬液は薬液供給槽（１）に送液され、薬液供給槽（１）で余剰となった薬液は、廃液として廃液処理部に送液される。すなわち、下流の浸漬槽に設けられた薬液供給槽から、上流の浸漬槽に設けられた薬液供給槽へと薬液を送液するカスケード式の送液機構を有する。従って、薬液の使用量を削減することができるとともに、液処理槽ごとに薬液を交換する必要がないため、製造工程の効率を高めることができる。このような送液機構は、下流の薬液供給槽から溢れた薬液が上流の薬液供給槽へと流れ込むように構成することで実現することが好ましいが、送液ポンプを用いて送液するよう構成してもよい。また、最下流の薬液供給槽から溢れた薬液が、廃液として廃液処理部へ流入するよう構成することが好ましい。
各浸漬槽における薬液の循環経路は、送液速度を個別に制御する機構を備えることが好ましい。除去すべき異物サイズに応じて適切な濾過フィルタを選択したり、濾過フィルタの使用時間に対応して送液量を調節したりすることが容易になるからである。
図３（Ａ）および（Ｂ）は、薬液が浸漬槽から薬液供給槽にオーバーフローする方向を、フィルム面に平行かつフィルムの搬送方向と垂直な方向とした実施形態の薬液処理装置の模式図である。図３（Ａ）において、フィルムの搬送方向は、紙面手前から奥へ向かう方向である。薬液供給槽１から加圧送液ポンプ２を用いて濾過機構３に薬液を送液して異物を除去し、流量計４で薬液供給量を計測して浸漬槽５に薬液が供給される。フィルムＭは搬送ローラー（液中）６と搬送ローラー（上部）７により浸漬槽５に搬送される。そして、フィルムＭの膜面と平行な方向に薬液は浸漬槽からオーバーフローして薬液供給槽に還流循環する。これにより浮遊異物もフィルムＭの膜面に平行に移動し、浸漬槽から速やかに取り除かれる。図３（Ａ）において、オーバーフローする方向８は、紙面右側であり、そのときの薬液の流れを１１で示している。浸漬槽から排除された浮遊異物は、この場合には薬液供給槽に一旦蓄積されるが、これら浮遊異物が液中に没すると、濾過機構３により次々と捕集される。
複数の浸漬槽と複数の薬液供給槽が備えられた場合でも、それぞれを膜の搬送方向に並べることで、全ての浸漬槽からフィルム面と平行方向に薬液がオーバーフローするように薬液供給槽を配置することが可能である。ここで、フィルムの搬送方向とは、イオン交換膜の製造装置を真上から見たときに、フィルムが搬送される方向である。図３（Ｂ）は、このような実施形態の薬液処理装置の浸漬槽５および薬液供給槽１を上方からみた模式図である。図３（Ｂ）におけるフィルムの搬送方向９は、紙面下方から上方に向かう方向である。フィルムＭは、４つの搬送ローラー（上部）７ならびに薬液中に没しているため図示していない搬送ローラー（液中）により３つの浸漬槽で順次薬液処理されながら搬送される。本実施形態においても、フィルムＭが薬液に没する際、および薬液から脱する際のフィルム面と、薬液がオーバーフローする方向８とが平行な関係にある。さらには、膜面は搬送ローラー（上部）７の回転軸方向１０と平行である。薬液が浸漬槽５から薬液供給槽１にオーバーフローする方向８が膜面と平行な方向であることで、浸漬槽の薬液表面の流れ１２が略同方向の流れとなり、浮遊異物を速やかに浸漬槽から薬液供給槽に排除することが可能になる。
本発明のイオン交換膜の製造装置は、本発明のフィルム薬液処理装置を含むイオン交換膜の製造装置である。典型的には、本発明のイオン交換膜の製造装置は、前述の浸漬槽に続いて、薬液処理されたイオン交換膜を洗浄するフィルム洗浄部、洗浄された前記フィルムを乾燥するフィルム乾燥部、および乾燥された前記フィルムを巻き取るフィルム巻き取り部を備える。一連の工程を連続して実施することで、連続した機能フィルムの品質が安定し、イオン交換膜を効率的に量産することができる。
Ｍ：前駆体膜
１：薬液供給槽
２：加圧送液ポンプ
３：濾過機構
４：流量計
５：浸漬槽
６：搬送ローラー（液中）
７：搬送ローラー（上部）
８：薬液のオーバーフロー方向
９：前駆体膜の搬送方向
１０：回転軸方向
１１：薬液のオーバーフロー
１２：薬液表面の流れ
１：薬液供給槽
２：加圧送液ポンプ
３：濾過機構
４：流量計
５：浸漬槽
６：搬送ローラー（液中）
７：搬送ローラー（上部）
８：薬液のオーバーフロー方向
９：前駆体膜の搬送方向
１０：回転軸方向
１１：薬液のオーバーフロー
１２：薬液表面の流れ
Claims (15)
- ｐＨ＝０．３以下の酸性溶液およびｐＫｂ＝０．３以下のアルカリ性溶液から選択される薬液が貯留された浸漬槽にフィルムを浸漬させ、イオン交換により不純物イオンを除去するフィルムの薬液処理方法において、
前記薬液は、薬液供給槽から前記浸漬槽に供給され、かつ前記浸漬槽から再び前記薬液供給槽へと還流されるよう構成された循環経路を循環するとともに、
該循環経路中の少なくとも１箇所において前記薬液中の異物を除去する濾過操作を行うことを特徴とするフィルムの薬液処理方法。 - 前記循環経路中、送液ポンプにより薬液が加圧送液される経路において前記濾過操作を行う、請求項１に記載のフィルムの薬液処理方法。
- 前記濾過操作を、前記薬液に対する長期耐性を有するフィルタにより行う、請求項１または２に記載のフィルムの薬液処理方法。
- 前記薬液供給槽への薬液の還流を、前記浸漬槽からオーバーフローした薬液が供給槽に流入するよう構成することにより行う、請求項１～３のいずれかに記載のフィルムの薬液処理方法。
- 前記浸漬槽に前記フィルムを連続的に搬送しながら浸漬するとともに、前記オーバーフローが、フィルム面に平行かつフィルムの搬送方向と垂直な方向に行われる、請求項４に記載のフィルムの薬液処理方法。
- 前記フィルムが、陰イオン性基を有する陽イオン交換膜の前駆体膜であり、前記薬液が酸性溶液である、請求項１～５のいずれかに記載のフィルムの薬液処理方法。
- 前記フィルムが、陽イオン性基を有する陰イオン交換膜の前駆体フィルムであり、前記薬液がアルカリ性溶液である、請求項１～５のいずれかに記載のフィルムの薬液処理方法。
- 請求項１～６のいずれかに記載のフィルムの薬液処理方法によりフィルムを薬液処理する工程を有するイオン交換膜の製造方法。
- ｐＨ＝０．３以下の強酸性溶液およびｐＫｂ＝０．３以下の強アルカリ性溶液から選択される薬液が貯留された浸漬槽にフィルムを浸漬させ、イオン交換により不純物イオンを除去するフィルムの薬液処理装置であって、前記薬液が薬液供給槽から前記浸漬槽に供給され、かつ前記浸漬槽から再び前記薬液供給槽へと還流されるように構成された循環経路を有するとともに、当該循環経路中の少なくとも１箇所に薬液中の異物を除去する薬液濾過機構を有するフィルムの薬液処理装置。
- 前記薬液濾過機構が、送液ポンプにより薬液が加圧送液される経路に設置されている、請求項９に記載のフィルムの薬液処理装置。
- 前記薬液濾過機構が、前記薬液に対する長期耐性を有するフィルタを含む薬液濾過機構である、請求項９または１０に記載のフィルムの薬液処理装置。
- 前記薬液供給槽への薬液の還流を、前記浸漬槽からオーバーフローした薬液が薬液供給槽に流入するよう構成することにより行う、請求項９～１１のいずれかに記載のフィルムの薬液処理装置。
- 前記フィルタがｐＨ＝－０．６の強酸性溶液への長期薬液耐性を持つフィルタである、請求項１１に記載のフィルムの薬液処理装置。
- 前記フィルタが水酸化物イオン濃度ｐＫｂ＝－０．６の強アルカリ溶液への長期薬液耐性を持つフィルタである、請求項１１に記載のフィルムの薬液処理装置。
- 請求項９～１４のいずれかに記載のフィルムの薬液処理装置を含むイオン交換膜の製造装置。
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