JP6190608B2 - 燃料電池シール体 - Google Patents
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Description
(A)液状ゴムとともに、エチレン−プロピレンゴム、エチレン−プロピレン−ジエンゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴムおよび水素添加アクリロニトリル−ブタジエンゴムからなる群から選ばれた少なくとも一つのソリッドゴムを含有するゴム成分。
(B)有機過酸化物からなる架橋剤。
(C)レゾルシノール系化合物、メラミン系化合物、アルミネート系カップリング剤およびシランカップリング剤からなる群から選ばれた少なくとも一つの接着成分。
なお、本明細書において、液状のゴム組成物(液状ゴム組成物)とは、常温で液状のゴム組成物を意味する。
本発明のゴム組成物は、燃料電池シール体の接着層に使用する液状のゴム組成物であって、下記の(A)〜(C)を含有する。
(A)少なくとも液状ゴムを含有するゴム成分。
(B)有機過酸化物からなる架橋剤。
(C)レゾルシノール系化合物、メラミン系化合物、アルミネート系カップリング剤およびシランカップリング剤からなる群から選ばれた少なくとも一つの接着成分。
上記特定のゴム(A)は、上記液状ゴム組成物の主成分であって、通常、液状ゴム組成物全体の過半を占める。
本発明において、液状ゴムとは、常温で液状であって、粘度が1000Pa・s以下のゴムをいう。
なお、本明細書において「ソリッドゴム」とは、上記「液状ゴム」に対する意味であり、通常、常温で固体であって、混練可能なゴムを意味する。
なお、本明細書において、ムーニー粘度は、JIS K6300−1(2001)に準じて測定された値を意味する。
上記特定の架橋剤(B)は、有機過酸化物からなるものである。上記有機過酸化物としては、例えば、パーオキシケタール、パーオキシエステル、ジアシルパーオキサイド、パーオキシジカーボネート、ジアルキルパーオキサイド、ハイドロパーオキサイド等があげられる。これらは単独でもしくは2種以上併せて用いられる。このような有機過酸化物のなかでも、例えば、1時間半減期温度が160℃以下の有機過酸化物からなるものが好ましく用いられる。そして、電解質膜と接着させるためには、1時間半減期温度が130℃以下の有機過酸化物を用いることがより好ましい。さらには、これらのなかでも、130℃程度の温度で架橋しやすく、架橋剤を加えて混練したゴム組成物の取扱性にも優れるという理由から、1時間半減期温度が100℃以上のパーオキシケタールおよびパーオキシエステルの少なくとも一方が好ましく、特に好ましくは、1時間半減期温度が110℃以上のものが好適である。また、パーオキシエステルを用いると、より短時間で架橋を行うことができる。
上記特定の接着成分(C)としては、レゾルシノール系化合物、メラミン系化合物、アルミネート系カップリング剤およびシランカップリング剤からなる群から選ばれた少なくとも一つが用いられる。
上記架橋助剤としては、例えば、マレイミド化合物、トリアリルシアヌレート(TAC)、トリアリルイソシアヌレート(TAIC)、トリメチロールプロパントリメタクリレート(TMPT)等があげられる。これらは単独でもしくは2種以上併せて用いられる。これらのなかでも、架橋密度や強度の向上効果が大きいという理由から、マレイミド化合物を用いることが好ましい。
上記軟化剤としては、例えば、プロセスオイル、潤滑油、パラフィン、流動パラフィン、ワセリン等の石油系軟化剤、ヒマシ油、アマニ油、ナタネ油、ヤシ油等の脂肪油系軟化剤、トール油、サブ、蜜ロウ、カルナバロウ、ラノリン等のワックス類、リノール酸、パルミチン酸、ステアリン酸、ラウリン酸等があげられる。
なお、流動点の測定は、JIS K2269(1987)に準じて行えばよい。
上記補強剤としては、例えば、カーボンブラック、シリカ等があげられる。上記カーボンブラックのグレードは、特に限定されるものではなく、SAF級、ISAF級、HAF級、MAF級、FEF級、GPF級、SRF級、FT級、MT級等から適宜選択すればよい。
上記シール用のゴム部材(以下、「シール用ゴム部材」と記載する場合もある。)は、有機過酸化物(架橋剤)により架橋するゴムが好ましく、具体的には、上記で例示したソリッドゴム(EPM、EPDM、NBR、H−NBR)等があげられる。なかでも、極低温下におけるシール性の向上の観点から、エチレン含有量が60重量%以下、特に好ましくは53重量%以下のEPMもしくはEPDMが好ましい。
本発明の燃料電池シール体としては、燃料電池用構成部材と、それをシールするゴム部材とが、接着層を介して接着されてなるもの、また上記燃料電池用構成部材をシールするゴム部材同士が、接着層を介して接着されてなるものがあげられる。
〔液状EPDM(A1)〕
三井化学社製、三井PX 068(ブルックフィールド回転粘度=10Pa・s/常温、エチレン量=50%、ジエン量=11%)
〔EPDM(A2)〕
住友化学社製、エスプレン505(ムーニー粘度=75[ML(1+4)100℃]、エチレン量=50%、ジエン量=10%)
〔EPDM(A3)〕
JSR社製、JSR EP27(ムーニー粘度=105[ML(1+4)100℃]、エチレン量=54%、ジエン量=4.5%)
〔パーオキシケタール(B1)〕
1,1−ジ(t−ブチルパーオキシ)シクロヘキサン(日油社製、パーヘキサC−40、純度40%、1時間半減期温度=111.1℃)
[ジアルキルパーオキサイド(B2)]
日油社製、パーヘキシン25B−40、純度40%、1時間半減期温度=149.9℃)
〔レゾルシノール系化合物(C1)〕
田岡化学工業社製、タッキロール620
〔メラミン系化合物(C2)〕
住友化学社製、スミカノール507AP
〔シランカップリング剤(C3)〕
3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業社製、KBM403)
〔マレイミド化合物(D1)〕
大内新興化学工業社製、バルノックPM
〔パラフィン系プロセスオイル(E1)〕
出光興産社製、ダイアナプロセスオイルPW380(流動点=−15℃)
〔カーボンブラック(GPF級)(F1)〕
キャボットジャパン社製、ショウブラックIP200
〔シリカ(F2)〕
デグサ社製、カープレックス1120
テトラヒドロフラン(THF)
(接着層用の液状ゴム組成物の調製)
下記の表1に示す各成分を同表に示す割合で配合し、液状ゴム組成物を調製した。すなわち、まず、表1中、ゴム成分(A)、軟化剤(E)および補強剤(F)を、バンバリーミキサーを用いて120℃で5分間混練した。混練物を冷却した後、架橋剤(B)、接着成分(C)および架橋助剤(D)を追加して、オープンロールを用いて50℃で10分間混練し、液状ゴム組成物(B型粘度計による粘度:3000Pa・s/常温)を調製した。
EPDM(住友化学社製、エスプレン505)100部、パラフィン系プロセスオイル(出光興産社製、ダイアナプロセスオイルPW380)10部、GPF級カーボンブラック(キャボットジャパン社製、ショウブラックIP200)35部、シリカ(デグサ社製、カープレックス1120)10部を、バンバリーミキサーを用いて120℃で5分間混練した。混練物を冷却した後、パーオキシケタール〔1,1−ジ(t−ブチルパーオキシ)シクロヘキサン(日油社製、パーヘキサC−40)5部を追加して、オープンロールを用いて50℃で10分間混練し、ゴム組成物を調製した。そして、このゴム組成物を150℃で10分間架橋した後、ゴム片を切り出し、シール用の加硫ゴム(厚み5mm、大きさ25mm×60mm)を作製した。
JIS K6256−2(2006)に準拠した90°剥離試験を行い接着性を評価した。すなわち、上記で作製した加硫ゴム(厚み5mm、大きさ25mm×60mm)の片面に、上記で調製した液状ゴム組成物を、武蔵エンジニアリング社製のJETMERTER2を用いて、ディスペンサー塗布(条件:射出速度60mm/sec、射出圧力0.05〜0.06MPa)し、これを150℃×30分保持して架橋、接着させることにより試験片(接着層の厚み0.1mm)を作製した。つぎに、上記試験片を所定の試験ジグに取り付けて、90°剥離試験を行い、接着性の評価を行った。評価基準は、ゴム破壊したものを○、界面剥離したものを×とした。
JIS K6256−2(2006)に準拠した90°剥離試験を行い、接着性を評価した。すなわち、チタン板(厚み5mm、大きさ25mm×60mm)の表面に、上記で調製した液状ゴム組成物を、武蔵エンジニアリング社製のJETMERTER2を用いて、ディスペンサー塗布(条件:射出速度60mm/sec、射出圧力0.05〜0.06MPa)した。つぎに、その表面に、上記で作製した加硫ゴム(厚み5mm、大きさ25mm×60mm)を配置した。そして、加硫ゴム側から押圧しながら150℃で30分間保持して架橋、接着させることにより試験片(接着層の厚み0.1mm)を作製した。つぎに、上記試験片を所定の試験ジグに取り付けて、90°剥離試験を行い、接着性の評価を行った。評価基準は、ゴム破壊したものを○、界面剥離したものを×とした。
上記金属接着性の評価において、チタン板に代えて、フッ素系樹脂(デュポン社製、ナフィオン)からなる電解質膜(厚み0.001mm、大きさ10mm×50mm)を使用する以外は、上記と同様にして、接着性の評価を行った。評価基準は、ゴム破壊したものを○、界面剥離したものを×とした。
接着層用の液状ゴム組成物として、上記表1に示す各ゴム組成物を使用する以外は、実施例1に準じて、加硫ゴム接着性、金属接着性および電解質膜接着性の評価を行った。その結果を、上記表1に併せて示した。なお、実施例7のゴム組成物を用いた試験片の作製条件(加硫条件)は、190℃×30分間とした。
接着層用のゴム組成物として、液状ゴム組成物に代えて、上記表1に示す溶剤系ゴム組成物(B型粘度計による粘度:2800Pa・s/常温)を使用する以外は、実施例1に準じて、加硫ゴム接着性、金属接着性および電解質膜接着性の評価を行った。その結果を、上記表1に併せて示した。
シール用の加硫ゴムに代えて未加硫ゴムを使用する以外は、実施例1に準じて、金属接着性および電解質膜接着性の評価を行った。なお、実施例8のゴム組成物を用いた試験片の作製条件(加硫条件)は、190℃×30分間とした。
シール用の実施例1の加硫ゴムの作製に用いたものと同様のゴム組成物を調製した。そして、このゴム組成物から、未加硫ゴム片を切り出し、シール用の未加硫ゴム(厚み5mm、大きさ25mm×60mm)を作製した。
JIS K6256−2(2006)に準拠した90°剥離試験を行い、接着性を評価した。すなわち、チタン板(厚み5mm、大きさ25mm×60mm)の表面に、上記で調製した液状ゴム組成物を、武蔵エンジニアリング社製のJETMERTER2を用いて、ディスペンサー塗布(条件:射出速度60mm/sec、射出圧力0.05〜0.06MPa)した。つぎに、その表面に、上記で作製した未加硫ゴム(厚み5mm、大きさ25mm×60mm)を配置した。続いて、未加硫ゴム側から押圧しながら150℃で30分間保持して架橋、接着させることより、試験片(接着層の厚み0.1mm)を作製した。つぎに、上記試験片を所定の試験ジグに取り付けて、90°剥離試験を行い、接着性の評価を行った。評価基準は、ゴム破壊したものを○、界面剥離したものを×とした。
上記金属接着性の評価において、チタン板に代えて、フッ素系樹脂(デュポン社製、ナフィオン)からなる電解質膜(厚み0.001mm、大きさ10mm×50mm)を使用する以外は、上記と同様にして、接着性の評価を行った。評価基準は、ゴム破壊したものを○、界面剥離したものを×とした。
2 MEA
3 ガス拡散層
4a,4b ゴム部材
5 セパレータ
6 接着層
Claims (9)
- 接着層を介して金属セパレータが接着されてなるシール用のゴム部材と、接着層を介して膜電極接合体が接着されてなるシール用のゴム部材とを備え、上記膜電極接合体に接着されたゴム部材同士が接着層を介して接着されてなる燃料電池シール体であって、上記接着層の全てが、厚み0.01〜0.5mmであり、下記の(A)〜(C)を含有する液状の非溶剤系ゴム組成物が架橋されてなる層であることを特徴とする燃料電池シール体。
(A)液状ゴムとともに、エチレン−プロピレンゴム、エチレン−プロピレン−ジエンゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴムおよび水素添加アクリロニトリル−ブタジエンゴムからなる群から選ばれた少なくとも一つのソリッドゴムを含有するゴム成分。
(B)有機過酸化物からなる架橋剤。
(C)レゾルシノール系化合物、メラミン系化合物、アルミネート系カップリング剤およびシランカップリング剤からなる群から選ばれた少なくとも一つの接着成分。 - 上記液状の非溶剤系ゴム組成物の粘度が、500〜10000Pa・sである請求項1記載の燃料電池シール体。
- 液状ゴムの含有量が、(A)全体の40重量%以上である請求項1または2記載の燃料電池シール体。
- 液状ゴムが、液状エチレン−プロピレンゴム、液状エチレン−プロピレン−ジエンゴム、液状アクリロニトリル−ブタジエンゴムおよび液状水素添加アクリロニトリル−ブタジエンゴムからなる群から選ばれた少なくとも一つである請求項1〜3のいずれか一項に記載の燃料電池シール体。
- 液状ゴムが、エチレン含有量が60重量%以下の液状エチレン−プロピレンゴムおよび液状エチレン−プロピレン−ジエンゴムの少なくとも一方である請求項1〜3のいずれか一項に記載の燃料電池シール体。
- 上記有機過酸化物が、1時間半減期温度が160℃以下の有機過酸化物である請求項1〜5のいずれか一項に記載の燃料電池シール体。
- 上記液状の非溶剤系ゴム組成物が、さらに下記の(D)を含有する請求項1〜6のいずれか一項に記載の燃料電池シール体。
(D)架橋助剤。 - シール用のゴム部材が、加硫ゴムである請求項1〜7のいずれか一項に記載の燃料電池シール体。
- シール用のゴム部材が、エチレン含有量が60重量%以下のエチレン−プロピレンゴムおよびエチレン−プロピレン−ジエンゴムの少なくとも一方を含有する請求項1〜8のいずれか一項に記載の燃料電池シール体。
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