一种氧透过膜，其包括防水性粒子的聚集体，并且所述粒子的平均粒径为０．０１～５０μｍ，并且所述氧透过膜与水的接触角不小于１２０°并具有超防水性，因此它具有优异的抑制水蒸气透过的能力。作为粒子，氟碳树脂，如聚四氟乙烯、聚氟乙烯和聚偏二氟乙烯是适合的。所述氧透过膜的比表面积优选不小于０．１ｍ↑［２］／ｇ且不大于５００ｍ↑［２］／ｇ。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术主要涉及一种氧透过膜，具体涉及一种选择性地允许氧透过、同时抑制水蒸气透过的膜。氧透过膜例如可以用于吸入大气中的氧的空气电池和燃料电池的进气(氧)机构。换句话说，本专利技术涉及一种从大气中除去水蒸气的空气净化膜。
技术介绍
为了防止水分随着氧一起进入，已对许多利用空气中的氧的元件和装置如空气电池和燃料电池进行了许多专利技术设计。在空气电池的情况下，例如大气中的水蒸气进入电池，引起电解液的浓度变化或体积变化，从而使放电特性下降。因此，已经提出在空气电池的进气口处提供一种包括硅氧烷基化合物的氧选择性透过膜和一种氧透过性溶液层，从而防止大气中的水蒸气进入电池(专利文献1)。此外，也已经提出一种空气电池，其中均匀膜等设置有用于使空气通过的多个不超过300μm的透过孔，并使用其作为用于防止水蒸气透过的选择性透过膜(专利文献2)。此外，尽管不是在电池领域，在多雪地带所使用的无线天线的情况下，附着于天线表面的雪或冰可能降低电场强度，从而使无线电通信的质量下降。为防止这一点，可以使用通过粘合剂将PTFE(聚四氟乙烯)粒子作为抗雪材料涂布到天线表面的技术(非专利文献1)。专利文献1：日本特开专利公报No.Sho 59-75582专利文献2：日本特开专利公报No.Hei 6-44954-->非专利文献1：Super water-repellency and super water-repellenttechnology，Technical Information Institute Co.Ltd.发行，第155-163页。
技术实现思路
本专利技术所要解决的问题根据专利文献1的提议，可以预期氧被选择性地导入电池内。然而，由于使用包括氧选择性透过膜和氧透过性溶液层的两层结构，因此气体透过缓慢。因此，尽管在低速放电期间可以实现效果，但在高速放电期间难以确保必要量的氧，从而放电特性显著下降。此外，不能预期专利文献2的提议实现抑制水蒸气透过的非常大的效果，因为透过孔是线性通孔，因此孔的内表面的防水性不足。解决问题的手段因此，本专利技术的专利技术者对气体透过膜的结构和水蒸气透过现象之间的关系进行认真研究，发现如下结果。即，本专利技术的专利技术者发现一种现象，当通过由预定粒子构成气体透过膜，从而使气体透过膜处于超防水性状态(其中气体透过膜与水的接触角不小于120℃的状态)时，空气透过气体透过膜，但水蒸气透过受到抑制。通常，当空气在膜中的孔自由扩散并通过膜中的孔时，空气中的分子碰撞膜表面和膜中的孔的内壁。相似地，空气中的水蒸气(水分子)扩散，同时碰撞膜表面和膜中的孔的内壁。然而，当膜处于超防水性状态时，在碰撞膜表面和膜中的孔的内壁过程中，水蒸气从被碰撞的表面受到大的排斥力，从而不能扩散进(通过)孔。另一方面，空气中除了水蒸气之外的分子如氧和氮在碰撞膜表面和膜中的孔的内壁时没有受到大的排斥力，因此可以扩散进入(通过)孔。因此，当空气通过与水的接触角不小于120℃的膜时，选择性地除-->去空气中的水蒸气，从而可以得到干燥空气。此外，自由扩散分子的平均自由行程为约100nm(＝0.1μm)。因此，当膜中的孔径不超过约100nm时，当空气中的水蒸气通过膜时大部分会碰撞膜中的孔的内壁。因此，抑制水蒸气透过的效果增加。即，当实现Knudsen扩散时，抑制水蒸气透过的效果增加。鉴于上述内容，本专利技术提出一种包括防水性粒子的聚集体的氧透过膜。然而，与非专利文献1提出的涂布到天线表面而没有形成任何空隙的粘合剂和PTFE粒子的复合材料不同，本专利技术的氧透过膜允许氧透过。具体而言，通过设置防水性粒子的平均粒径为0.01～50μm，在粒子间形成适于氧通过的空隙。由于本专利技术的氧透过膜全部或基本上全部由防水性粒子构成，因此膜表面和膜中的孔的内壁具有许多凹凸。这种凹凸改进了膜的防水性，从而得到了其中与水的接触角不小于120°的超防水性状态。因此，当大气通过本专利技术的氧透过膜时抑制了水蒸气透过。通过各种方法结合平均粒径为0.01～50μm并具有防水性的粒子来制作本专利技术的氧透过膜。例如，已经通过加热等融合和一体化的粒子聚集体可以用作氧透过膜。通过改变构成膜的粒子种类、粒径和结合粒子的方法等可以控制膜的物理性能。作为防水性粒子，优选使用氟碳树脂。作为氟碳树脂，优选选自聚四氟乙烯、聚氟乙烯和聚偏二氟乙烯的至少一种。优选本专利技术的氧透过膜的比表面积不小于0.1m2/g且不大于500m2/g。此外，尽管氧透过膜的厚度没有特别限制，但是厚度例如可以不小于0.1μm且不大于1000μm。本专利技术还涉及一种包括上述氧透过膜和支撑氧透过膜的多孔基材的氧透过片，还涉及一种具有包括上述氧透过膜和一对将氧透过膜夹在其间的多孔基材的三层结构的氧透过片。在本专利技术中，优选氧透-->过片的Gurley数不小于0.5秒且不大于50000秒。作为多孔基材的材料，优选选自聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、维尼纶、聚苯硫醚(PPS)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)和尼龙的至少一种。优选多孔基材具有网、无纺布或微多孔膜形态。还可以使用金属作为多孔基材的材料。即，还可以使用穿孔的金属箔和金属网。优选防水性粒子的聚集体具有直径不超过0.5μm的孔。例如，直径在0.01μm～0.5μm范围内的累积孔体积S1与直径在0.01μm～10μm范围内的累积孔体积S2之比：S1/S2优选不小于0.01且不大于0.8，更优选不小于0.02且不大于0.75。此外，在具有直径不超过0.5μm的孔的本专利技术的氧透过膜中，孔隙率优选20％～90％。本专利技术还涉及一种空气电池，其包括正极、负极、电解液和用于向正极供应空气的进气机构，其中该进气机构包括上述氧透过膜或氧透过片。本专利技术还涉及一种燃料电池，其包括阴极、阳极、电解液和用于向阴极供应空气的进气机构，其中该进气机构包括上述氧透过膜或氧透过片。应该注意，一般可得的聚四氟乙烯(PTFE)多孔膜在其表面上经常存在少量凹凸，并且膜与水的接触角不超过110°，因此它们几乎不能实现阻断水蒸气的效果。专利技术效果通过使用包括防水性粒子的聚集体并且粒子的平均粒径为0.01～50μm的氧透过膜，可以抑制空气中的水蒸气透过，从而得到更干燥的空气。对于空气电池或燃料电池的进气口使用这种氧透过膜可以抑制水蒸气进入电池内，同时将相对大量的氧导入电池内。因此，-->对于空气电池，即使在打开状态下保存之后，也可以实现良好的高速放电特性。此外，对于燃料电池，可以抑制阴极处的水堵塞，从而扩大容许的操作范围。此外，在对于除了电池之外的元件和装置使用本专利技术的氧透过膜的情况下，也可以防止空气中的水蒸气进入元件和装置。因此，可以为元件和装置提供防止水蒸气引起的不利影响的功能。例如，在用于将除了水蒸气之外的室内空气与室外空气交换的装置中，通过本专利技术的氧透过膜使室内空气与室外空气交换，可以保持室内湿度。本专利技术还可以用于食品相关领域。例如，当用本专利技术的氧透过片包装食品时，可以抑制空气中的水分进入保存着的食品，从而提高保存性。附图说明图1是具有氧透过片的硬币型空气电池的前视图，部分地以截面显示。图2A是具有氧透过片的AA型空气-锌电池的前视图，部分地以截面显示。图2B是图2A的部分放大图。图3是孔径分布图，表明氧透过膜的孔径与log微分孔体积之间的关系。图4是本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种氧透过膜，其包括防水性粒子的聚集体，其中所述粒子的平均粒径为０．０１～５０μｍ。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2004-10-21 307150/2004;JP 2005-4-7 110458/20051.一种氧透过膜，其包括防水性粒子的聚集体，其中所述粒子的平均粒径为0.01～50μm。2.如权利要求1所述的氧透过膜，其中所述氧透过膜与水的接触角不小于120°。3.如权利要求1所述的氧透过膜，其中所述粒子的聚集体通过融合一体化。4.如权利要求1所述的氧透过膜，其中所述粒子包括氟碳树脂。5.如权利要求4所述的氧透过膜，其中所述氟碳树脂是选自聚四氟乙烯、聚氟乙烯和聚偏二氟乙烯的至少一种。6.如权利要求1所述的氧透过膜，其中所述氧透过膜的比表面积不小于0.1m2/g且不大于500m2/g。7.如权利要求1所述的氧透过膜，其中所述氧透过膜的厚度不小于0.1μm且不大于1000μm。8.一种氧透过片，其包括权利要求1所述的氧透过膜和至少一个支撑所述膜的多孔基材。9.如权利要求8所述的氧透过片，其中所述氧透过膜夹在一对所述多孔基材之间，从而具有三层结构。-->10.如权利要求8所述的氧透过片，其中所述基材的材料是选自聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、维尼纶、聚苯硫醚、聚对苯二甲酸丁二醇酯和尼龙的至少一种...
【专利技术属性】
技术研发人员：岛村治成，高村侯志，小柴信晴，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]
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