[发明专利]加湿膜用聚苯砜中空纤维膜的制造方法

说明书

所获得的中空纤维膜的透水性高，在用作加湿膜的情况下在供给湿度与加湿量之间呈现线性关系，因而可有效地用作燃料电池用的加湿膜等。此聚苯砜中空纤维膜的制造方法不仅能够提供抑制了随着加湿膜的运转而发生的亲水性高分子的偏析和/或交联、且抑制了随着运转而发生的加湿性能降低的加湿膜，而且能够制造透水性高、在用作经交联的加湿膜时在水蒸气的供给湿度与加湿量之间呈现线性关系的加湿膜用聚苯砜中空纤维膜。

技术领域

本发明涉及加湿膜用聚苯砜中空纤维膜(polyphenyl sulfone hollow fibermembrane)的制造方法。更详细而言，涉及有效地用于燃料电池等中的加湿膜用聚苯砜中空纤维膜的制造方法。

背景技术

在固态高分子型燃料电池中，将氢等燃料气体以及氧等氧化剂气体加湿而供给的装置是必需的。作为用于将这样的气体进行加湿的装置，使用利用了水蒸气透过膜的装置，特别是经常使用中空纤维膜方式。该方式不仅无需维修，而且具有驱动不需要电源等许多优点。其成为如下的系统：例如，通过从膜的外侧流动包含水蒸气的气体，使得该气体中的水蒸气选择性地朝向中空纤维膜的内侧通过，从而将通过中空纤维膜的中空部分的气体进行加湿。

燃料电池的电解质膜在水分含量少的状态下运转时，有可能发生发电效率的降低和/或催化剂的劣化，因而为了该水分管理而使用加湿器。因此，在燃料电池用的加湿器方面，利用加湿器仅将从燃料电池排放出的水分回收，从而将水分再次返回向燃料电池，因而作为加湿器，优选加湿量与所供给的水分量成比例地增加的加湿器。

但是，以往的加湿膜存在如下问题，即，供给水分的气氛的湿度(水分量)与加湿量的关系从线性关系向下侧大大偏离，在运转条件发生了变化时，水分管理变难。另外出现如下现象：对加湿膜供给100℃以上的干燥空气时，则因膜中含有的亲水性高分子的偏析和/或交联反应的进行，导致加湿性能降低。

若随着这样的使用而发生性能降低时，则考虑到性能降低程度，需要使用初期性能高的加湿器，但是该加湿器有可能在初期运转时在堆叠体(stack)内产生结露(堵塞(plugging))。

在专利文献1中，提出了通过使用交联剂将膜中的亲水性高分子进行交联而得到的水蒸气透过膜。然而，在使用这样的交联剂的情况下，在抑制在供给100℃以上的干燥空气时的加湿性能降低方面存在问题，也存在由交联剂导致污染的担忧。

本申请人提出了一种水蒸气透过膜，其通过在由聚醚酰亚胺构成的多孔质支承体上将亲水性高分子以薄膜的形态涂布之后进行交联从而得到(专利文献2)。但是，聚醚酰亚胺在耐水解性方面存在问题，例如，有时会因在温度80℃、相对湿度100％这样的气氛中使用加湿膜而导致水解。

本申请人进一步提出了一种由多孔质聚苯砜中空纤维膜形成的水蒸气透过膜，所述多孔质聚苯砜中空纤维膜是通过以水为芯液、将包含聚苯砜树脂以及亲水性聚乙烯吡咯烷酮的水溶性有机溶剂溶液的纺纱原液进行干湿式纺纱而获得的(专利文献3～4)。其中，在专利文献4中，通过相对于聚苯砜树脂100重量份而使用5～30重量份的亲水性聚乙烯吡咯烷酮，从而起到如下的效果：例如，即使设置于约80～140℃这样的高温度条件下且相对湿度(RH)为0～30％这样的低湿度条件下的气氛中进行使用，也能够抑制水蒸气透过性、拉伸断裂强度、拉伸断裂伸长率等这样的膜性能的降低。

在这些专利文献中，没有着眼于供给湿度与加湿量的关系，在其说明书中没有发现任何记载。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2002-100384号公报

专利文献2：日本特开2002-257388号公报

专利文献3：日本特开2004-290751号公报

专利文献4：日本特开2006-255502号公报

发明内容