KR20030024906A

KR20030024906A - 연료전지 조립체용 에폭시 니트릴 절연체 및 밀봉부

Info

Publication number: KR20030024906A
Application number: KR10-2003-7002599A
Authority: KR
Inventors: 샤카누지.; 포피라스프랭크더블유.; 볼트브렌트알.; 페르손데니스에프.
Original assignee: 데이나코포레이션
Priority date: 2000-08-23
Filing date: 2001-08-21
Publication date: 2003-03-26
Also published as: US6730363B1; US20050026025A1; US6824874B1

Abstract

연료전지판을 밀봉 및 절연하기 위한 조성물 및 방법이 제공된다. 이러한 방법은 코팅 전구체를 연료전지판의 적어도 한쪽에 코팅 전구체를 인가하는 단계와, 상기 코팅 전구체를 방사선에 누출시켜 경화하는 단계를 포함한다. 상기 코팅 전구체는 아크릴화된 올리고머와 광개시제가 구비된 것을 포함하는데, 이들은 자외선 또는 전자 비임 조사에 응답하여 중합화가 가능하다. 다른 코팅 전구체는 적외선 조사 또는 열원으로의 노출에 응답하여 중합화될 수 있는 것을 포함하며, 에폭시 니트릴 수지 및 유기폴리실록산 수지를 포함한다. 상기 방법과 코팅 전구체는 연료전지판을 절연 및 밀봉하는 종래 방법 및 설계에 비해, 코팅 전구체가 예를 들어 스크린 프린팅에 의해 연료전지판에 신속하고 정확하게 인가될 수 있다는 장점을 발휘한다.

Description

연료전지 조립체용 에폭시 니트릴 절연체 및 밀봉부{EPOXY NITRILE INSULATOR AND SEAL FOR FUEL CELL ASSEMBLIES}

연료전지는 연료의 화학적 에너지를 직접 전기적 에너지 및 열로 변환하는 장치이다. 가장 간단한 형태로서의 연료전지는 2개의 전극, 즉 전해액에 의해 분리되는 아노드와 캐소드를 포함한다. 작동중, 가스분배 시스템은 아노드 및 캐소드에 연료 및 산화제를 각각 제공한다. 전형적으로, 연료전지는 공기중의 산소를 산화제로서 사용하며, 수소가스(개질된 탄화수소에 의해 생성된 H₂를 포함)를 연료로 사용한다. 다른 실행가능한 연료는 재정제된 가솔린과, 메탄올, 에탄올 및 압축천연가스 등을 포함한다. 상기 연료는 아노드에서 산화처리되어, 양성자와 전자를 생성한다. 상기 양성자는 전해액을 통해 캐소드로 확산되며, 상기 캐소드에서 산소 및 전자와 조합되어 물과 열을 생성한다. 상기 전해액은 전자 흐름에 대한 장벽으로 작용하기 때문에, 전자는 모터 또는 연료전지에 의해 생성된 동력을 소모하는 기타 다른 전기부하가 내장된 외부회로를 통해, 아노드로부터 캐소드로 이동한다.

현재는 적어도 5가지의 독특한 연료전지 기법이 존재하는데, 이들 각각의 기법에서는 상이한 전해액을 각각 사용하고 있다. 폴리머 전해액 멤브레인(polymer electrolyte membrane: PEM) 연료전지로 공지되어 있는 연료전지는 작동온도가 상대적으로 낮고(약 60℃ 내지 약 100℃) 시동이 빠르기 때문에, 모바일용 동력발생부(운송용)에 적합한 것으로 보인다. 상기 PEM 연료전지는 전형적으로 폴리-퍼플루오로설포닉산인 고형의 유기물 폴리머로 구성된 전해액을 사용한다. 다른 연료전지 기법은 고형의 지르코늄 산화물 및 이트륨(고형 산화물 연료전지) 또는 액상의 전해액으로 포화된 고형 매트릭스로 구성된 전해액을 포함한다. 액상의 전해액은 수성 포타슘 수산화물(알칼리 연료전지), 인산(인산 연료전지), 및 리튬과 나트륨의 혼합물, 및/또는 포타슘 탄산염(용융 탄산염 연료전지)을 포함한다. 인산 연료전지(PAFC)가 PEM 연료전지 보다 높은 온도에서(약 175℃ 내지 약 200℃) 작동된다 하더라도, PAFC는 효율성이 높고 연료로서 순수 수소를 사용할 수 있기 때문에 차량용으로 사용된다.

전형적인 PEM 연료전지의 코어는 3층 멤브레인 전해액 조립체(membrane electrolyte assembly: MEA) 이다. 상기 MEA는 매우 얇은 다공성 전극(아노드 및 캐소드) 사이에 협지되는 약 50㎛ 내지 약 175㎛ 두께의 폴리머 전해액 시트로 구성된다. 각각의 전극은 일반적으로 백금 입자에 접합된 다공성 탄소로 구성되어 있으며; 상기 백금 입자는 아노드에서 양성자 및 전자로 수소분자의 해리를 촉진시키며, 캐소드에서 산소를 물로 환원시키는 것을 촉진시킨다. 상기 두 전극이 다공성이므로, 가스(연료 및 산화제)는 촉매와 접촉할 수 있다. 또한, 백금 및 탄소는 전자를 양호하게 도전하므로, 전자는 전극을 통해 자유로이 이동할 수 있다.

각각의 연료전지는 일반적으로 MEA의 캐소드층과 아노드의 외측면에 위치된 배판을 포함한다. 상기 배판에 의해 전자는 전극층의 내외부로 자유로이 이동할 수 있으며, 이에 따라 통상적으로 약 100μ내지 300μ의 두께를 갖는 도전성 탄소종이 또는 탄소섬유로 제조되기도 한다. 상기 배판은 다공성이기 때문에, 연료가스 또는 산화제는 아노드 및 캐소드층의 내부로 각각 균일하게 확산될 수 있다. 또한, 상기 배판은 연료 및 산화제로 MEA로 인입되는 수증기의 양을 제어하므로써, 또한 캐소드에서 생산되는 액상의 물을 연료전지 외부로 경유시키므로써, 물을 관리하는데 도움을 준다.

완성된 연료전지는 배판의 외측면에 가압되는 한쌍의 판을 포함한다. 기계적 지지를 제공하는 것 이외에도, 상기 판은 연료전지내에 유체 흐름통로를 형성하며, 화학 반응물의 산화 및 환원에 의해 생성된 전류를 수집하기도 한다. 상기 판은 가스에 대해서는 불침투성이며, 후방층과 대면하고 있는 한쪽면 또는 양쪽면에 형성되는 채널 또는 홈을 포함한다. 상기 채널은 유입된 유체(가스 및 액체)를 분배하고; 연료, 산화제, 물, 및 기타 냉각제 또는 열전달액 등을 포함하여, 연료전지를 남긴다. 하기에 서술되는 바와 같이 각각의 판은 판을 통해 연장되는 하나이상의 개구를 포함하며; 이러한 개구는 일련의 연료전지를 통하여 연료, 산화제, 물, 냉각제 및 기타 다른 유체를 분배한다. 각각의 판은 그라파이트, 알루미늄 또는 기타 다른 금속을 포함하는 전자 전도성 물질 및 열경화성 또는 열가소성 폴리머 매트릭스에 매립된 그라파이프 입자 등의 복합물로 형성된다.

대부분의 용도에 있어서, 각각의 연료전지는 직렬로 연결되거나 "적층"되어, 연료전지 조립체를 형성한다. 단일의 연료전지는 전형적으로 약 1볼트 이하의 전위를 생성한다. 대부분의 용도에서는 예를 들어 통상의 전기 모터가 작동되는 약 200V 내지 300V 정도의 높은 전압을 필요로 하기 때문에, 각각의 연료전지는 필요로 하는 전압을 달성하기 위하여 직렬로 적층된다. 연료전지의 질량과 체적을 감소시키기 위하여, 단일의 판은 적층시 인접한 연료전지와 분리된다. 일반적으로 양극판(bipolar plate)으로 알려져 있는 이러한 판은 양쪽 주면상에 형성된 유체 흐름채널을 포함하는데, 판의 한쪽은 연료를 이송하며, 다른쪽은 산화제를 이송한다.

인접한 연료전지 사이에서 각각의 연료전지 내부를 흐르는 유체는 분리되어 있기 때문에, 종래의 연료전지 조립체는 흐름 채널 및 개구를 밀봉하기 위하여 인접한 연료전지판 사이에 위치되는 평탄한 삽입체나, 탄성의 O링을 이용한다. 또한, 종래의 연료전지 조립체는 각각의 연료전지가 단락되는 것을 방지하기 위하여, 인접한 판 사이에 전기절연 시트를 제공한다. 이러한 밀봉부 및 절연체는 일반적으로 만족스럽지만, 단점을 내포하고 있다. 예를 들어, 독립된 O링 및 평탄한 삽입체는 적절한 밀봉 및 절연을 보장하기 위하여 채널 및 개구와 정밀하게 정렬되어야만 하는데, 이러한 작업에는 시간이 많이 소모된다. 크기와 형상이 표준형이 아니기 때문에, 연료전지 조립체에 사용되는 평탄한 삽입체는 전형적으로 사출성형, 압축성형, 또는 이송성형에 의해 제조되는데, 이러한 과정은 비용이 많이 소요되며공구작업을 필요로 한다. 또한, O링 및 평탄한 삽입체의 제조에 사용되는 대부분의 탄성재료는 탄화수소계 열전달액 및 냉각제를 사용하거나 고온에서 작동되는 연료전지를 적절히 밀봉하는데 필수적인 화학적 저항 및 낮은 모듈을 갖고 있지 않다.

본 발명은 상술한 바와 같은 단점들을 극복할 수 있거나 적어도 완화시키는데 도움을 준다.

본 발명은 연료전지에 관한 것으로서, 특히 연료전지판을 전기적으로 절연 및 밀봉하는 방법 및 방법에 관한 것이다.

도1은 연료전지 조립체의 확대단면도.

도2는 도1의 연료전지 조립체를 절연 및 밀봉하는 코팅이 구비된 연료전지판의 평면도.

본 발명은 2개 이상의 연료전지판으로 구성된 연료전지 조립체를 밀봉 및 절연하는 방법을 제공한다. 이러한 방법은 제1면 및 제2면이 구비된 연료전지판을 제공하는 단계와, 연료전지판의 적어도 제1면에 코팅 전구체(precursor)를 인가하는 단계를 포함한다. 코팅 전구체는 에너지로의 노출에 응답하여 중합화될 수 있기 때문에, 상기 방법은 중합화가 시작되도록 방사선(자외선) 가열 또는 대류성 가열에 의해 연료전지판상의 코팅 전구체를 가열하는 단계도 포함한다. 유용한 코팅 전구체로는 에폭시 니트릴 수지를 들 수 있다.

본 발명은 제1면 및 제2면이 구비된 판과, 상기 판의 제1면 및 제2면중 적어도 한쪽에 인가되는 코팅 전구체로 구성된 절연된 연료전지판을 제공한다. 상기 코팅 전구체는 에폭시 수지 및 아크릴로니트릴 부타디엔 코폴리머를 포함하는 에폭시 니트릴 수지 이다. 상기 에폭시는 선택적으로 열가소성 필름형성제(film-former), 폴리아민 교차결합제, 및 솔벤트를 포함할 수도 있다.

본 발명은 연료전지판 및 연료전지 조립체를 밀봉 및 절연하는 방법과 설계에 대해 장점을 제공한다. 예를 들어, O링 및 성형 삽입체와는 달리, 본 발명에 개시되는 코팅 전구체는 연료전지판에 신속하고 정밀하게 인가될 수 있어(예를 들어 스크린 프린팅에 의해), 실질적으로 비용이 절감될 수 있다. 또한, 종래의 많은 탄성물질과는 달리, 경화된 고형 코팅은 양호한 화학 저항성 및 탁월한 기계적 특성을 제공한다.

본 발명은 PEM 연료전지 조립체에 관해 서술되지만, 개시될 코팅 전구체는 알칼리 연료전지와 인산 연료전지 등을 포함하는 다른 형태의 연료전지에도 사용될 수 있으며, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.

도1에는 대표적인 연료전지 조립체(100)의 확대단면도가 도시되어 있다. 연료전지 조립체(100)는 6개의 연료전지(102)의 적층부를 포함하며, 상기 연료전지의 갯수는 필요로 하는 전압에 따라 변화될 수 있다. 각각의 연료전지(102)는 한쌍의 양극판(106) 사이 또는 단일의 양극판(106)과 단부판(108) 사이에 협지된 다층의 활성부(104)를 포함한다. 각각의 활성부(104)는 한쌍의 배판(112) 사이에 배치되는 멤브레인 전해액 조립체(MEA)(110)를 포함한다. 상기 MEA(110)는 아노드(116)와 캐소드(118) 사이에 배치된 폴리머 전해액 멤브레인(PEM)(114)을 포함한다.

도2는 양극판(106)의 평면도로서, 도1과 함께 연료전지 조립체(100)내에서의 유체 흐름통로를 도시하고 있다. 도1에 도시된 각각의 판(106, 108)은 판(106, 108)의 제1주면(122)과 제2주면(124) 사이로 연장되는 개구(120)를 포함한다. 판(106, 108)을 적층하여 연료전지 조립체(100)를 생산할 때, 인접한 판(106, 108)의 개구(120)는 정렬되어, 연료전지 조립체(100)를 통해 연장되는 공동(도시않음)을 형성한다. 공동의 일부는 유체(연료, 산화제)를 각각의 연료전지(102)로 분배하거나, 또는 유체(냉각제, 열전달액)를 각각의 연료전지(102) 사이의 냉각영역(126)으로 분배한다. 또 다른 공동은 유체(반응물, 냉각제, 열전달액)의 수집영역으로도 작용한다. 작동시, 연료, 산화제, 냉각제, 및 반응물은 단부판(108)에 위치된 유체연결부(128)를 통해 공동으로 유입 및 유출된다. 상술한 바와 같이, 판(106, 108)은 제1면(122) 및 제2면(124)의 한쪽 또는 양쪽에 형성된 홈이나 채널(130)을 포함하며, 각각의 연료전지(102)의 냉각영역(126)과 활성부(104)를 통하여 냉각제나 열전달액을 균일하게 분배한다.

도1 및 도2에 도시된 바와 같이, 판(106, 108)은 판(106, 108)의 주면(122, 124)중 한쪽 또는 양쪽에 인가되는 탄성 코팅(132)을 포함한다. 상술한 바와 같이, 상기 코팅(132)은 연료전지 조립체(100)의 다른 종류의 유체스트림이 혼합되는 것을 방지하며, 인접한 판(106, 108) 사이의 도전을 방지한다. 또한, 상기 코팅(132)은 다양한 형태의 연료전지에 사용되는 열전달액 및 전해액에 대해 화학적으로 저항하며, 연료전지 화학성과 간섭하지 않으며, 작동온도에 있어서 열적으로 안정하며, 판(106, 108)에 대해 양호한 고착성을 나타낸다. 코팅(132)의 두께와 기계적 특성은 연료전지(102)의 활성부와 판(106, 108)의 칫수와 특성에 의존한다. 그러나, 전형적으로, 상기 코팅(132)은 약 50μ내지 250μ의 두께를 가지며, 약 500psi의 인장력과, 약 100% 이상의 연신율과, 약 45 내지 85의 쇼어A경도를 갖는다.

유체상태에서 판(106, 108)에 인가된 후 그자리에 응고되는 코팅(132)은 연속적으로 중합화 및/또는 교차결합되는 반응성 코팅 전구체나 하나의 블렌드를 포함한다. 상기 "반응성"이라는 용어는 코팅(132)의 성분들이 서로 반응하거나 또는 자체적으로 반응하여 경화되는(응고되는) 것을 의미한다. 사용된 반응성 성분들의 형태에 따라, 상기 코팅(132)은 산화성 경화, 습윤 경화(moisture curing), 열경화, 고에너지 방사경화(예를 들어, 자외선 경화, 전자비임 경화), 응축 및 부가 중합화 등이 포함되는, 꽤 많은 수의 메카니즘을 사용하여 교차결합 및/또는 중합화된다.

유용한 반응성 전구체로는 아크릴화된 우레탄 등의 아크릴레이트 수지, 비닐 아크릴레이트, 아크릴화된 에폭시, 아크릴화된 폴리에스테르, 아크릴화된 아크릴릭, 아크릴화된 폴리에테르, 아크릴화된 올레핀, 아크릴화된 오일, 아크릴화된 실리콘 등을 포함하지만; 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 다른 유용한 반응성 전구체는 비스페놀 에폭시 수지 등의 에폭시 수지와, 알킬알콕시실란 수지를 포함하는 유기폴리실록산을 포함한다. 이와 같은 반응성 전구체는 상술한 바와 같은 메카니즘을 이용하여 전형적으로 45분 미만의 시간으로 경화될 수 있다. 신속하게 동작되는 즉, 약 30초 미만, 양호하기로는 약 5초 미만의 어플리케이션을 필요로하는 조사 형태가 특히 유용하다. 유용한 조사 형태는 자외선(UV) 조사, 적외선 조사, 마이크로파 조사, 및 전자비임 조사 등을 포함한다. 특정의 경화 메카니즘에 따라, 코팅(132) 전구체는 초기 경화 및/또는 가속 경화를 돕기 위하여 촉매, 개시제(initiator), 또는 경화제를 포함할 수 있다. 본 발명에 있어서, "수지" 또는 "수지 시스템"은 모노머, 올리고머, 폴리머 또는 이들의 조합체를 함유하는 다분산 시스템을 의미한다.

코팅 전구체를 고에너지 방사선에 노출시키면, 코팅 전구체에서 반응성 성분을 중합화하는데 매우 유용한 방법이 제공되므로, 열경화되는 반응성 코팅 전구체에서 연료전지 코팅(132)에 부가적인 장점을 제공한다. 예를 들어, 조사경화된 코팅 전구체는 열경화되는 반응성 코팅 전구체 보다 매우 낮은 온도(예를 들어 대기온도)에서 교차결합될 수 있다. 이것은 그라파이프 복합물을 사용할 때, 열경화 코팅과 연관된 온도에서 굴곡가능한 연료전지판을 제공할 수 있다는 장점을 제공한다. 조사 경화는 적어도 2개의 메카니즘을 통해 진행될 수 있다. 제1메카니즘에서의 조사는 불포화 물질의 중합화를 시작하는 고반응성 종[자유 라디칼(free radical)]을 양호한 제어하에 신속하게 생성할 수 있다. 제2메카니즘에서의 조사(UV/전자비임)는 교차결합 반응을 촉진시키는 산 촉매(acid catalyst)를 생성하도록 분해되는 양이온성 광개시제를 활성화시킨다. 이를 설명하기 위하여, "열적 경화(thermally-cured)" 또는 "열경화(heat-cured)" 라는 용어는 대류 및/또는 도전에 의해 지배되는 열처리를 사용하여 교차결합된 코팅 전구체를 의미한다.

아크릴레이트 수지

고에너지 조사(자외선, 전자비임 등등)를 사용하여 경화될 수 있는 반응성 전구체로는 아크릴레이트 수지가 있으며, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 이러한 반응성 전구체는 아크릴레이트 및 메타크릴레이트를 포함하며, 분자량이 변할 수 있는(예를 들어, 100-2000중량 평균 분자량) 모노머 또는 올리고머(즉, 전형적으로 2-100 모노머 유니트와 일반적으로 2-20 모노머 유니트를 함유한, 분자량이 적절히 작은 폴리머)가 될 수도 있다. 유용한 반응성 코팅 전구체로는 아크릴화된 우레탄, 아크릴화된 에폭시, 아크릴화된 올레핀, 및 이들의 혼합물을 포함하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 상기 아크릴레이트 수지는 전형적으로 약 30중량% 내지 약 80중량%의 코팅 전구체, 양호하기로는 약 45중량% 내지 60중량%의 코팅 전구체를 포함한다.

아크릴레이트 우레탄은 히드록시로 종료되고 NCO 연장된 폴리에스테르 또는 폴리에테르의 디아클레이트 에스테르 이다. 일반적으로 아크릴화된 지방족 우레탄은 열전달액에 공격받기 쉽고 기계적 특성(인장, 연신율, 경도)이 양호하기 때문에, 연료전지용으로 훨씬 유용하게 사용되지만, 이러한 우레탄은 지방족일 수도 있고 방향족일 수도 있다. 상기 아크릴화된 우레탄은 경화된 코팅의 척추(backbone)를 제공하며, 이에 따라 열저항성 및 화학 저항성이 불충분한 허용될 수 없는 부드러운 코팅을 유발함에도 불구하고 통상적으로 고농도로 제공된다. 상기 아크릴화된 우레탄은 전형적으로 약 25중량% 내지 65중량%, 양호하기로는 40중량% 내지 47중량%의 코팅 전구체를 포함한다. 유용한 아크릴화된 우레탄의 실시예로는 헨켈코포레이션에 의해 상용화된 PHOTOMER(예를 들어, PHOTOMER6010)(상표명)와; 유시비 라드큐어 인코포레이티드에 의해 상용화된 EBECRYL(예를 들어, EBECRYL220, 284, 4827, 4830, 6602, 8400, 8402)와, RXO(예를 들어, RXO1336)(상표명)와, RSX(예를 들어 RSX3604, 89359, 92576)(상표명) 등이 있다. 또 다른 유용한 아크릴화된 우레탄으로는 사르토머 컴파니에 의해 상용화된 SARTOMER(예를 들어, SARTOMER9635, 9645, 9655, 963-B80, 966-A80)(상표명)와, 모턴 인터내셔널에 의해 상용화된 UVITHANE(예를 들어, UVITHANE782)(상표명) 등이 있다.

아크릴화된 에폭시는 비스페놀 에이 에폭시 수지 등과 같은 에폭시 수지의 디아크릴레이트 에스테르이며, 펜던트 니트릴 잔기가 구비된 에폭시 수지를 포함한다. 아크릴화된 에폭시 수지는 일반적으로 연료전지 코팅(132)의 화학 저항성 및 열 안정성을 개선시키며, 인장강도를 증가시킨다. 그러나, 과도한 양의 아크릴화된 에폭시는 판(106, 108)에 대한 코팅의 고착을 악화시켜 밀봉성능에 악영향을 미친다. 상기 아크릴화된 에폭시는 전형적으로 약 5중량% 내지 약 20중량%의 코팅 전구체, 양호하기로는 약 8중량% 내지 13중량%의 코팅 전구체를 포함한다. 유용한 아크릴화된 에폭시의 실시예로는 유시비 라드큐어 인코포레이티드에 의해 상용화된 EBECRYL 및 RXO(예를 들어, EBECRYL600, 629, 860, 3708, RXO2034)(상표명)와, RSX(예를 들어 RSX3604, 89359, 92576)(상표명)와, 헨켈 코포레이션에 의해 상용화된 PHOTOMER(예를 들어, PHOTOMER3016, 3038, 3071)(상표명) 등이 있다.

아크릴화된 아크릴릭은 일련의 반응을 위한 자유 라디칼을 형성할 수 있는 터미널 아크릴산 그룹 또는 반응성 펜던트를 구비한 아크릴릭 올리고머 또는 폴리머로서, 펜던트 니트릴 잔기가 구비된 아크릴릭 수지를 포함한다. 아크릴화된 에폭시처럼, 아크릴화된 아크릴릭(특히 펜던트 니트릴 그룹을 포함한)은 일반적으로 연료전지 코팅(132)의 열안정성을 개선시키며, 인장강도를 증가시킨다. 아크릴화된 아크릴릭은 전형적으로 약 0중량% 내지 약 25중량%의 코팅 전구체, 양호하기로는 약 0중량% 내지 13중량%의 코팅 전구체를 포함한다. 유용한 아크릴화된 아크릴릭의 실시예로는 유시비 라드큐어 인코포레이티드에 의해 상용화된 EBECRYL(예를 들어, EBECRYL745, 754, 767, 1701, 1755,)와, 사르토머 컴파니에 의해 상용화된 NTX4887(플루오로-변형된 아크릴릭 올리고머)와, 비.에프.구드리히에 의해 상용화된 HYCAR(예를 들어 HYCAR 130X43) 등이 있다.

이와 마찬가지로, 아크릴화된 올레핀은 교차결합 또는 사슬연장을 위한 자유 라디칼을 형성할 수 있는 터미널 아크릴산 그룹 또는 반응성 펜던트를 구비한 불포화 올리고머 또는 폴리머 물질이다. 아크릴화된 에폭시 및 아크릴릭 처럼, 아크릴화된 올레핀은 일반적으로 연료전지 코팅(132)의 열안정성을 개선시키며, 인장강도를 증가시킨다. 아크릴화된 올레핀은 전형적으로 약 0중량% 내지 약 20중량%의 코팅 전구체, 양호하기로는 약 0중량% 내지 약 13중량%의 코팅 전구체를 포함할 수 있다. 유용한 아크릴화된 올레핀의 실시예로는 사르토머 컴파니에 의해 상용화된 SARTOMER CN302(상표명)와 리콘 레이진즈에 의해 상용화된 FX9005(상표명) 폴리부타디엔 아크릴릭 올리고머를 들 수 있다.

반응성 전구체는, 통상적으로 반응성 점도를 제어하고 교차결합 밀도를 증가시키며 고착을 촉진시키는 반응성 희석제를 포함한다. 상기 반응성 희석제는 적어도 하나의 단기능 또는 다기능 모노머를 포함한다. 상기 "단기능"이라 함은 하나의 탄소-탄소 이중접합을 포함하는 화합물을 의미하며, 상기 "다기능"이라 함은 하나의 탄소-탄소 이중접합 또는 교차결합가능한, 또 다른 화학적 반응성 그룹을 포함한 화합물을 의미한다. 반응성 희석제는 통상적으로 아크릴레이트 모노머이지만, 모노머가 에틸렌-불포화되었다면 n-비닐 피롤리돈, 리모넨, 리모넨 산화물 등과 같은 비-아크릴레이트도 사용될 수 있다. 단기능 모노머는 코팅 성능을 악화시키지 않고 코팅 전구체의 점도를 감소시킬 수 있다. 적절한 비율로 사용될 경우, 단기능 모노머는 일부 경우에서는 대부분의 기계적 특성(고착, 인장 강도, 연신율)을 개선할 수 있다. 단기능 모노머는 전형적으로 약 20중량% 내지 약 40중량%의 코팅 전구체, 양호하기로는 약 25중량% 내지 약 35중량%의 코팅 전구체를 포함할 수 있다. 유용한 단기능 모노머로는 에틸 아크릴레이트, 메틸 메타크릴레이트, 이소옥틸 아크릴레이트, 옥스에틸화된 페놀 아크릴레이트, 2-에틸헥실 아크릴레이트, 2-페녹시에틸 아크릴레이트, 2-(에톡시에톡시)에틸 아크릴레이트, 에틸렌 글리콜 메타크릴레이트, 테트라히드록시 푸르푸릴 아크릴레이트, 카프로락톤 아크릴레이트, 및 메톡시 트리프로필렌 글리콜 모노아크릴레이트 등을 포함하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 특히 유용한 단기능 모노머로는 이소보닐 아크릴레이트 모노머 및 옥틸데실 아크릴레이트 모노머로서, 이들은 유시비 라드큐어 인코포레이티드에 의해 IBOA 및 ODA 라는 상표명으로 각각 상용화되었다.

단기능 모노머와 마찬가지로, 다기능 모노머는 코팅 전구체의 점도를 감소시키지만, 경화율을 가속시키며 교차결합 밀도를 증가시켜, 화학 저항성을 개선하고인장강도를 증가시키며 연신율을 감소시킨다. 이들은 낮은 농도에서는 단기능 모노머 보다 더 유용하게 사용되며, 전형적으로는 약 1중량% 내지 5중량%, 양호하기로는 2중량% 내지 4중량%의 코팅 전구체를 포함한다. 유용한 다기능 모노머의 실시예로는 트리에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 메톡시에톡시화된 트리메틸프로판 디아크릴레이트, 펜타에리스리톨 트리아크릴레이트, 글리세롤 트리아크릴레이트, 글리세롤 트리메타크릴레이트, 트리메틸올프로판 프록시레이트 트리아크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리메타크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트, 1,6-헥산디올 디아크릴레이트, 1,4-부탄디올 디아크릴레이트, 테트라메틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 트리프로필렌 글리콜 디아크릴레이트, 에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트, 에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 테트라에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 폴리에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 펜타에리스리톨 테트라 아크릴레이트, 펜타에리스리톨 테트라메타크릴레이트, 및 1,6-헥산 디아크릴레이트 등을 포함하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 또 다른 단기능 및 다기능 모노머는 비닐 아세테이트, n-비닐 포름아미드, 리모넨 산화물, n-비닐 피롤리디논 등을 포함한다. 특히 유용한 다기능 모노머는 프로폭시화된 글리세롤 트리아크릴레이트 모노머 및 트리메틸올프로판 에톡시 트리아크릴레이트 모노머로서, 이들은 유시비 라드큐어 인코포레이티드에 의해 OTA-480 및 TMPEOTA 이라는 상표명으로 각각 상용화되었다.

고착 촉진제는 단기능 모노머나 다기능 모노머 또는 올리고머 등처럼 적어도 하나의 조사 경화가능한 물질을 포함한다. 특히 유용한 고착 촉진제는 유시비 라드큐어 인코포레이티드에 의해 EBECRYL168(상표명)로 상용화된 메타크릴화된 폴리올 고착 촉진제이다. 전형적으로 상기 고착 촉진제는 약 1중량% 내지 15중량%, 양호하기로는 7중량% 내지 11중량%의 코팅 전구체를 포함한다. 본 발명에 개시된 대부분의 단기능 및 다기능 아크릴레이트 모노머는 유시비 라드큐어 인코포레이티드에 의해 EBECRYL(상표명)로, 헨켈 코포레이션에 의해 PHOTOMER(상표명)로, 사르토머 컴파니에 의해 SARTOMER(상표명)로 상용화되었다.

일반적으로, 반응성 전구체는 적어도 하나의 단기능 모노머와, 적어도 하나의 다기능 모노머와, 적어도 하나의 다기능 올리고머를 포함한다. 전형적으로, 상기 반응성 전구체는 분자량이 1000 미만(통상적으로 약 100 내지 1000 사이)인 단기능 및 다기능 아크릴화된 모노머와, 평균적인 분자량이 적어도 500 이지만 500-7000 사이의 분자량을 갖는 다기능 올리고머 아크릴화된 우레탄을 포함한다. 상술한 바와 같이, 단기능 모노머의 비율을 증가시키면 코팅 전구체 블렌드의 점도가 낮아지고 판(106, 108)의 표면(122, 124)의 함침을 개선시키려는 경향을 갖는다. 또한, 다기능 모노머 및 올리고머(예를 들어, 디아크릴레이트 및 트리아크릴레이트)를 증가시키면, 교차결합이 증가되어 고착이 강력해지고 인장강도가 높아지며 화학 저항성은 개선되지만, 연신율은 낮아진다.

코팅 전구체는 일반적으로 자외선 조사에 의해 교차결합되거나 중합화되었을 때 통상적으로 하나이상의 광개시제를 포함한다. 광중합화 개시제(광개시제)의 실시예로는 아조 화합물, 퀴논, 벤조페논, 니트로소 화합물, 아크릴 할로겐화물, 히드로존, 메르캅토 화합물, 피릴리움 화합물, 트리아크릴이미다졸, 비시미다졸, 클로로알키트리아진, 벤조인 에테르, 벤질 케탈, 티옥산톤, 및 아세톤 유도체, 및 이들의 혼합물 등이 있으며, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 특정한 실시예로는 벤질, 메틸 0-벤조산염, 벤조인, 벤조인 에틸 에테르, 벤조인 이소프로필 에테르, 벤조인 이소부틸 에테르, 벤조페논-3기 아민, 2,2-디에톡시아세토페논과 같은 아세토페논, 벤질 메틸 케탈, 1-히드록시클로헥실페닐 케톤, 2-히드록시-2-메틸-1-페닐프로판-1-one, 1-(4-이소프로필페닐)-2-히드록시-2-메틸프로판-1-one,

2-벤질-2-N,N-디메틸아미노-1-(4-모르포리노페닐)-1-부탄, 2,4,6-트리메틸벤조일-디페닐포스핀 산화물, 2-메틸-1-4(메틸티오), 페닐-2-모르포리노-1-프로파논, bis(2,6-디메톡시벤조일))2,4,4-트리메틸펜틸)포스핀 산화물 등이 포함된다. 광개시제의 양은 필요로 하는 경화비율 및 필수불가결한 코팅 특성을 생성할 수 있도록 충분해야 하며; 전형적으로는 약 0.1중량% 내지 약 10중량%의 코팅 전구체, 양호하기로는 약 1중량% 내지 약 8중량%의 코팅 전구체를 포함한다. 특히 유용한 광개시제의 블렌드는 약 1중량% 내지 약 4중량%의 벤조페놀 및 약 1.5중량% 내지 약 5중량%의 1-페닐-2-히드록시-2-메틸-1-프로파논의 코팅전구체를 포함한다. 벤조페논은 사르토머 컴파니에 의해 상용화되었으며, 프로파논은 시바가이기 코포레이션에 의해 DAROCUR 1173 이라는 상표명으로 상용화되었다.

코팅 전구체는 필러, 거품제거제, 평탄제, 습윤제, 미끄럼 보조제, 가소제, 공기방출제 등과 같은 첨가제를 포함할 수 있다. 상기 첨가제는 활성일 수도 있고, 비활성일 수도 있지만, 일반적으로는 비활성이다. 유용한 비활성 공기방출제의 실시예로는 다우 코닝에 의해 상용화된 다양한 DC시리즈물과, 오에스아이 스페셜티즈에 의해 상용화된 SAG47 등과 같은 폴리디메틸 실록산을 포함한다. 전형적으로, 이러한 첨가제(공기방출제를 포함한다)는 필수불가결한 코팅 특성을 달성하는데 필요한 양만큼 사용되며, 이들 각각의 첨가제는 일반적으로 코팅 전구체의 전체 중량의 약 5중량% 이상을 포함한다.

또한, 코팅 전구체는 고분자량의 반응성 수지(예를 들어, 아크릴화된 올리고머)를 용해하거나 팽창시키는데 도움을 주기 위하여, 반응성 희석제 모노머와는 다른 다양한 솔벤트를 포함한다. 이러한 솔벤트는 반응성 수지 성분과 상당히 중합화하거나 교차결합되지 않기 때문에 비반응성 희석제 또는 비반응성 모노머로 언급된다. 유용한 솔벤트로는 케톤 솔벤트, 테트라히드로퓨란, 크실렌 등이 포함되지만, 코팅 전구체는 솔벤트를 함유하지 않는 것이 바람직하다. 코팅은 착색제(예를 들어, 안료 및 염료)를 포함할 수도 있다. 적절한 착색제의 실시예로는 TiO₂, 프탈로시아민 블루, 프탈로시아민 그린, 카본 블랙, 베이직 카보네이트 화이트 납, 아연 산화물, 아연 황화물, 안티몬 산화물, 지르코늄 산화물, 납 설포크로메이트(sulfochromate), 비스무트 바나듐산염, 비스무트 몰리브덴산염, 철 산화물 자철광, Fe₃O₄, 및 철(Ⅲ) 산화물, Fe₂O₃등을 포함한다. 안료는 0중량% 내지 5중량%의 코팅 전구체를 포함할 수 있다.

상술한 바와 같이, 아크릴레이트 수지는 전형적으로 자외선 광 등의 방사선에 의해 경화된다. 코팅 전구체의 어플리케이션에 이어, 연료전지판은 이러한 판을 하나이상의 자외선 램프 아래로 이송하여 코팅 전구체를 자외선 조사에 연속적으로 노출시키는 컨베이어상에 위치된다. 자외선 램프세트는 동일하거나 상이한공칭 방사 파장(nominal radiant wavelength)을 갖는다. 노출되는 길이는 전형적으로는 분당 10 내지 40피트의 컨베이어 속도에 의해 제어되며, 노출시간은 각각의 램프세트에 대해 약 0.5초 내지 5초가 된다. 자외선 램프는 전형적으로 직선 2.54cm당(1 inch) 약 300 내지 약 600와트의 출력비를 갖는다. 유용한 자외선 램프는 퓨전 유브이 큐어링 시스템에 의해 상용화되었으며 파장이 각각 375nm, 425nm, 250nm, 220nm인 D형, V형, H형, 또는 H⁺형 벌브를 채용한 제품을 포함한다. 또 다른 유용한 자외선 램프는 H형 벌브와 유사한 수은 스펙트럼을 갖는 아치형 자외선 램프를 포함한다.

유용한 경화처리중 한가지 방법에서는 2세트의 아치형 자외선 램프 또는 H형 벌브의 자외선 램프를 사용한다. 또 다른 경화처리에서는 D형 벌브(파장이 긴 자외선광)를 갖는 제1세트의 자외선 램프와, H형 또는 H⁺형 벌브(파장이 짧은 자외선광)를 구비한 제2세트의 자외선 램프를 사용한다. 어떤 특정한 이론에 한정되는 것은 아니지만, D형 벌브가 구비된 자외선 램프에서의 초기 노출은 코팅층의 내부를 경화시키고, 코팅은 연료전지판의 표면에 고착시키는 것으로 여겨진다. 이어서, H형 또는 H⁺형 벌브가 구비된 자외선 램프에 대한 노출은 코팅층의 외부를 경화시킨다. 2단계의 경화처리에 의해 만족스러운 코팅이 이루어지지만, 불활성 질소 공기하에서의 코팅은 코팅 특성을 강화시킨다. 어떤 경우에서는 경화 설비를 통해 질소가 분당 20입방피트로 흘러서 표면 경화를 개선시킨다.

유기폴리실록산

상술한 아크릴레이트와 함께, 유용한 반응성 코팅 전구체는 저알킬 또는 저알케닐 실록산 등을 포함하는 유기폴리실록산과, 페닐 실록산, 저알킬 또는 저알케닐로 대체된 페닐 실록산과, 이들의 혼합물을 포함하며; 이러한 물질을 준비하는 단계는 본 기술분야에 공지되어 있다. 예를 들어, 유기폴리실록산은 약 15몰% 내지 40몰%의 알킬 실록산 유니트와, 약 25% 내지 55%의 페닐 실록산 유니트와, 약 30몰% 내지 50몰%의 알킬 페닐 실록산 유니트를 포함할 수도 있다. 다양한 실록산 구조유니트의 실리콘 원자는 산소와 실리콘 원자가 교차되는 격자구조로 산소원자에 의해 연결된다. 유니트의 산소원자의 대부분은 2개의 실리콘 원자와 연결되는 반면; 일부 산소원자는 부가의 중합화를 위해 활동성인 중심에 위치되어, 잔류 히드록시, 알콕시, 또는 이와 유사한 라디칼로서 존재한다.

폴리실록산은 응축이나 부가의 중합화에 의해 경화되는 선형의 가지형이나 주기성의 유니트를 포함하며, 이들은 교차결합된다. 이를 위하여, 본 기술분야에 공지된 교차결합제가 제공된다. 이러한 결합제는 통상적으로 불포화성이며, 비닐 그룹과 같은 불포화 그룹을 함유한다. 이를 사용하므로써, 3차원 네트워크가 형성된다.

유용한 유기폴리실록산의 실시예는 다음과 같은 화학식을 갖는다.

상기 R₁및 R₂는 1가 치환분으로서, 동일하거나 상이할 수 있으며; 수소가 R₂치환분의 절반 이하이고, 반응성 코팅 전구체가 액상이 되도록 n이 충분히 낮을 경우에는, 수소, 메틸, 에틸 프로필, 이소프로필, 부틸, 이소부틸, 비닐, 알릴, 페닐, 메틸 페닐, 에틸 페닐, 프로필 페닐, 이소프로필 페닐, 부틸 페닐, 이소부틸 페닐, 톨릴, 및 질릴 중에서 선택될 수 있다. R₁및 R₂가 수소인 경우를 제외하고는, 치환분은 탄소-실리콘 연결부에 의해 실리콘 원자에 연결된다. 유용한 유기폴리실록산에서는 n알킬 대 페닐의 비율이 실록산 유니트당 1:1 이 된다.

유기폴리실록산 전구체는 액체 상태로 존재한 후 최종 고형상태로 중합화되도록 충분히 낮은 중합화상태로 연료전지판에 인가된다. 중합화는 이온화 방사선에 의해 실행됨에도 불구하고, 이것은 통상적으로 판을 가열하므로써 실행된다. 양호한 유체 코팅 전구체는 25℃에서 약 100센티포이즈 내지 약 100,000센티포이즈의 점도를 갖는다. 중합화과정중 교차결합을 얻기 위하여, 폴리머 체인은 교차결합이 이루어지는 올레핀계 실록시 유니트에 접합된 펜던트 실리콘을 포함하는 것을 인식해야 한다.

유기실록산이 고형 상태인 경우, 3차원 네트워크 구조로 교차결합되었을 때 폴리실록산의 최종 중합화상태를 포함하여, n은 10 내지 최대 2500 이상 변화할 수 있다. 교차결합된 폴리실록산의 중량 평균 분자량은 예를 들어 약 250,000 내지 700,000 으로 변할 수 있다.

페닐 라디칼이 존재하므로써 상술한 폴리실록산 수지의 가요성 및 열 저항성에 중요한 작용을 한다. 일반적으로, 폴리실록산 수지는 적어도 약 10몰%의 페닐 라디칼을 포함한다. 양호한 실시예에서, 펜던트 R₂치환분은 약 50몰%의 알킬 및 약 50몰%의 페닐을 포함한다. R₂에 대한 양호한 알킬 치환분은 메틸 이다.

폴리실록산을 준비하는 과정은 본 기술분야에 공지되어 있다. 일반적으로, 메틸 염화물과 같은 알킬 염화물은 촉매와 함께 실리콘 금속과 반응하여 유기클로로실란의 패밀리를 형성한다. 유기클로로실란의 가수분해는 폴리실록산을 유도한다. 중합화는 화학식(I)으로 도시된 바와 같이 일부 체인이 연장되기는 하지만, 상당히 큰 폴리머 체인의 교차결합을 채택하고 있다. 일반적으로, 과산화물, 백금, 아연과 같은 촉매는 폴리실록산과 연합하며, 노출에 의해 수소 제거에 의해 알킬(R₂) 그룹을 활성화시키는 자유 라디칼을 열발생시키므로, 잔류 알킬렌 라디칼은 교차결합을 위한 활성 지역을 형성한다. 예를 들어, 2개의 상이한 폴리머 체인의 2개의 메틸 그룹은 에틸렌 교차결합을 형성하도록 활성화된다. 비닐에서처럼 R₁치환분이 불포화되었을 때, 교차결합은 이러한 그룹의 불포화로 인하여 양호하게 발생된다. 또는, 스티렌과 같은 불포화 교차결합제가 제공될 수도 있다.

이러한 위치에서의 교차결합 활동은 폴리머 체인이 그 단부에서만 교차결합되는 경우 보다 훨씬 상당한 교차결합을 유발하는 폴리머 체인의 단부로부터 이루어진다.

과산화물 촉매는 약 0.05 내지 약 2중량%의 수지량으로 사용되며, t-부틸 페르벤조산염을 포함하는데, 이것은 실온에서 폴리실록산에서는 안정하지만 약 300℉에서는 급속히 분해된다. 사용가능한 다른 과산화물 촉매는 벤조일 과산화물, 프탈린 과산화물, 클로로벤조일 과산화물, 사이클로헥실 히드로과산화물, 디아세틸 과산화물 등을 포함한다. 그러나, 교차결합은 폴리실록산의 중량을 기본으로 하여 최대 약 0.5%의 양으로 사용되는 백금 금속 또는 아연 금속 등과 같은 다른 과산화물 촉매에 의해 달성될 수 있다. 코발트 옥토에이트(octoate)와 같은 카르복실산의 금속염(metal salt)도 사용될 수 있다.

코팅은 내구성을 증가시키고 다양한 기계적 용도에 최대한 적응할 수 있도록 굴곡될 수 있다. 상술한 폴리실록산 수지만이 대부분의 용도로 사용될 수 있다. 실제로, 폴리실록산 코팅의 가요성은 상기 화학식의 알킬 대 R₂치환분의 몰비율을 약 1 내지 10으로 변화시키면 바뀔 수 있다. 어떠한 경우라도, 중합화되거나 경화되는 유기폴리실록산은 액체로서 코폴리머, 호모폴리머(homopolymer), 또는 터폴리머(terpolymer)이며, 단일의 화합물 또는 2개이상의 상이한 유기폴리실록산의 혼합물일 수도 있다.

반응성 코팅 전구체는 선택적으로 유기티탄산염을 포함할 수도 있다. 일반적으로, 유용한 유기티탄산염은 소금 잔기가 포화되거나 불포화된, 주기적이거나 비주기적인, 또는 지방족인 티탄산 소금을 포함한다. 그러나, 필요로 하는 유기티탄산염은 다음과 같은 화학식을 갖는다.

Ti(OR₃)₄------- Ⅱ

상기 화학식에서 R₃는 1가 치환분으로서, 동일하거나 상이할 수 있으며; R₃가모두 수소가 아닌 경우라면, 1개 내지 10개 탄소원자와 2개 내지 4개 탄소 원자의 알킬 및 사이클로알킬과, 2개 내지 8개 탄소원자의 지방족 아실과, 최대 6개 탄소원자의 아미도와, 벤질, 및 수소로부터 선택된다. 통상적으로, 유기폴리실록산은 약 0중량% 내지 4중량%의 유기티탄산염을 포함한다.

일반적으로, 상기 유기티탄산염은 오르토티탄산(orthotitanic acid)의 테트라에스테르로서, 상기 "테트라에스테르"라는 용어는 테트라-아미드, 테트라-무수물 등을 포함한다. 오르토티탄산의 테트라에스테르는 R₃가 수소가 아닌 것을 제외하고는, 화학식 Ⅱ에 대응한다. 특정한 실시예로서는 테트라에틸 티탄산염, 테트라부틸 티탄산염, 테트라이소프로필 티탄산염, bis(아세틸아세토닐)디이소프로필 티탄산염, bis(아세틸아세토닐)디메틸 티탄산염, bis(아세틸아세토닐)-디에틸 티탄산염, 테트라메틸 티탄산염, 테트라(2-에틸헥실)티탄산염, 테트라아세틸아세토닐 티탄산염, 테트라페닐 티탄산염, 테트라(2-메톡시에톡시)티탄산염, 디이소프로필디아세톡시 티탄산염, 테트라에틸아미도 티탄산염, 테트라펜틸아미도 티탄산염, 옥틸렌 글리콜 티탄산염, 및 이들의 혼합물을 포함한다. 양호한 유기티탄산염은 테트라부틸 티탄산염 및 테트라아세틸아세토닐 티탄산염이다.

티탄산염 산(titanate acid)의 에스테르는 물이 있을 때 매우 용이하게 가수분해되므로, 이들을 매우 건조한 상태로 유지하기 위해서는 상당한 주의가 요망된다. 이와 같은 티탄산염을 준비하는 과정은 본 기술분야에 널리 공지되어 있으므로, 이에 대해서는 상세히 설명하지 않는다. 예를 들어, 테트라에틸 티탄산염은암모니아를 중화제로 사용하여, 4염화물과 무수 에틸 알콜의 반응을 통해 또는 나트름 에틸레이트와 티타늄 염화물의 반응을 통해 얻을 수 있다. 다른 알킬 에스테르도 이러한 방식으로 제조된다. 테트라페닐 티탄산염은 페놀과 티타늄 4염화물의 반응에 의해 또는 살리실산 및 티타늄 4염화물의 반응에 의해 제공될 수 있다. 옥틸렌 글리콜 티탄산염은 옥틸렌 글리콜을 테트라메틸 티탄산염과 약 4 내지 1의 몰비율로 반응시키므로써 제공된다.

본 발명의 코팅을 준비함에 있어서, 액체 유기폴리실록산 및 유기티탄산염은 실질적으로 무수 상태에서 혼합되어, 반응 혼합물을 형성한다. 유기티탄산염은 솔벤트가 비활성 유기 솔벤트에 적합한 솔벤트 용액으로 사용된다. 이소프로필알콜과 같은 낮은 알킬 알콜이 바람직하다. 예를 들어, 75중량% 유기티탄산염 및 25중량% 솔벤트처럼 상당히 큰 로딩(loading)도 가능하다.

따라서, 반응 혼합물은 매우 작은 솔벤트를 포함하며, 실질적으로는 모두 폴리실록산 및 티탄산염이다. 이것은 실질적으로 무수 상태를 보장하려는 경향을 띈다. 반응 혼합물의 어플리케이션은 실질적으로 어플리케이션의 무솔벤트 특성으로 인해 한 단계에서 매우 두꺼운 코트를 유발한다. 그 결과, 경화된 코팅에는 솔벤트가 없거나 거의 없게 된다.

상기 반응 혼합물이 연료전지판에 인가된 후, 반응이 실행된다. 그후, 연료전지판과 반응성 코팅 전구체는 소량의 솔벤트와 존재할 수도 있는 기타 다른 휘발성 물질을 추출하기 위하여 먼저 매우 서서히 가열된 후, 유기폴리실록산 수지의 중합화가 완성될 수 있는 시간으로 고온가열된다. 일반적으로 가열경화는 약 120℃ 내지 200℃에서 약 5분 내지 1시간 실행된다. 유기폴리실록산이 고형상태로 중합화 및 어플리케이션이 실행된 후에, 형성된 코팅층은 전형적으로 약 50μ내지 250μ의 두께를 갖는다.

유기티탄산염의 존재는 중합화가능한 유기폴리실록산의 중합화비율을 지연시켜 포트라이프(potlife)를 증가시키는 것을 인식해야 한다. 더욱 중요한 것은 유기티탄산염이 유기폴리실록산의 판에 대한 고착을 도와주기 때문에, 최종적인 코팅은 분리에 대한 저항성이 개선된다. 상기 유기티탄산염은 결합제로도 사용된다.

코팅 전구체는 필러, 거품제거제, 평탄제, 습윤제, 미끄럼 보조제, 안정제, 가소제, 공기방출제, 경화방지제 등과 같은 첨가제를 포함할 수 있다. 상기 첨가제는 활성일 수도 있고, 비활성일 수도 있다. 유용한 공기방출제의 실시예로는 다우 코닝에 의해 상용화된 다양한 DC시리즈물과 같은 실록산을 포함한다. 반응성 코팅 전구체의 포트라이프를 증가시키는 유용한 경화방지제는 3-메틸-1-펜틴-3-ol 이다. 또한, 유용한 미끄럼 보조제는 마이크로 파우더즈에 의해 상용화된, 폴리에틸렌 및 폴리세트라플루오로에틸렌 파우더의 혼합물인 POLYFLO 523XF 이다. 전형적으로, 이러한 첨가제(공기방출제, 경화방지제, 미끄럼 보조제를 포함한다)는 필수불가결한 코팅 특성을 달성하는데 필요한 양만큼 사용되며, 이들 각각의 첨가제는 일반적으로 코팅 전구체의 전체 중량의 약 5중량% 이상을 포함한다.

코팅은 착색제(예를 들어, 안료 및 염료)를 포함할 수도 있다. 적절한 착색제의 실시예로는 TiO₂, 프탈로시아민 블루, 프탈로시아민 그린, 카본 블랙, 베이직카보네이트 화이트 납, 아연 산화물, 아연 황화물, 안티몬 산화물, 지르코늄 산화물, 납 설포크로메이트, 비스무트 바나듐산염, 비스무트 몰리브덴산염, 철 산화물 자철광, Fe₃O₄, 및 철(Ⅲ) 산화물, Fe₂O₃등을 포함한다.

에폭시 니트릴 수지

서술한 아크릴레이트 및 유기폴리실록산과 함께, 코팅 전구체의 유용한 성분은 에폭시 수지와, 아크릴로니트릴 부타디엔 코폴리머와, 폴리염화비닐(PVC)과 같은 선택적 박막 형성 열가소성 폴리머와, 폴리아미드 교차결합제 등을 포함한다. 전체 고형물을 기초로 하였을 때, 반응성 코팅 전구체는 일반적으로 약 25중량% 내지 약 50중량%의 에폭시 수지와, 약 35중량% 내지 65중량%의 아크릴로니트릴 부타디엔 코폴리머와, 약 0중량% 내지 약 20중량%의 열가소성 폴리머와, 약 1중량% 내지 약 5중량%의 폴리아민 교차결합제를 포함한다. 반응성 코팅 전구체는 연료전지판상에 어플리케이션하기 전에 코팅전구체의 고형 성분을 확산시키기 위한 하나이상의 솔벤트를 포함하며; 선택적 필러, 거품제거제, 평탄제, 습윤제, 미끄럼 보조제, 안정제, 가소제, 공기방출제, 안료 등과 같은 첨가제를 포함할 수 있다. 코팅 전구체는 전형적으로 상승 온도에서 반응성 성분의 교차결합을 실행할 수 있고 상기 솔벤트를 휘발시킬 수 있는 시간으로 노출되므로써 경화된다.

화학적 저항성 및 열 안정성을 부여하고 인장강도 및 경도를 구축하며 연료전지판에 대한 고착을 개선하기 위하여, 코팅 전구체의 에폭시 수지 성분이 부분적으로 제공된다. 에폭시 수지는 3개의 부재 링 즉, 에폭시, 에폭시드, 옥시란 또는에톡시라인 그룹이 제공되는 것을 특징으로 한다. 서술된 코팅 전구체는 고착제와 합성물 및 라미네이트에 에폭시 수지가 몇개가 사용되더라도 이를 채택할 수 있다. 유용한 에폭시 수지는 비스페놀 A, 비스페놀 F, 지방족 글리콜, 노보락 또는 기타 다른 폴리올의 디글리시딜 에테르와; 다기능 크레졸-노보락 수지; 에폭시 페놀 노보락 수지; 다핵 페놀-글리시딜 에테르-유도 수지; 사이클로지방족 에폭시 수지; 및 방향족 및 헤테로사이클릭 글리시딜 아민 수지를 포함한다. 이러한 수지는 테트라글리시딜메틸렌디아닐린-유도 수지, 트리글리시딜 p-아미노페놀-유도 수지, 및 트리글리시딜 이소시아누레이트와 같은 트리아진계 수지를 포함한다. 하나이상의 에폭시 수지는 브롬화 및/또는 인산화된다. 에폭시 수지는 쉘 케미칼 컴파니에 의해 EPON, EPONOL, EPIKOTE(상표명)으로, 다우 케미칼 컴파니에 의해 DER, DEN, DEH, TACTIX, QUATREX(상표명)으로, 시바-가이기 코포레이션에 의해 ARALDIET(상표명)으로, 다이니폰 잉크 앤드 케미칼즈에 의해 EPOTUF 및 KELPOXY(상표명)으로, 유니온 카바이드 컴파니에 의해 UNOX(상표명)으로 상용화되어 있다.

코팅 전구체의 아크릴로니트릴 부타디엔 코폴리머 성분은 탄성과, 연성과, 화학 저항성을 제공한다. 아크릴로니트릴 부타디엔 고무는 활성이나 비활성일 수도 있다. 만일 활성이라면, 에폭시 수지의 옥시란 그룹과 반응할 수 있는 아민 그룹을 포함할 수 있다. 선택적으로, 아크릴로니트릴 부타디엔 코폴리머는 카르복실 그룹을 포함할 수 있으며, 이것은 아민 교차결합제를 위한 경화 장소를 제공한다. 카르복실 그룹을 포함하고 있는 아크릴로니트릴 부타디엔 코폴리머는 본 기술분야에 공지된 방법에 의해 즉, 예를 들어 부타디엔, 아크릴릭 산 및 아크릴로니트릴을공중합화하거나 부타디엔, 메타크릴릭 산 및 아크릴로니트릴을 공중합화하므로써 준비될 수 있다.

반응성 코팅 전구체는 교차결합을 가속시키기 위하여 폴리아민 경화제 및 선택적 촉매를 포함한다. 경화제는 일반적으로 적어도 2개의 주 아민 그룹 또는 2개의 부 아민 그룹을 포함하며, 이것은 아크릴로니트릴 부타디엔 코폴리머 카르복실 산 그룹(존재할 경우)과 에폭시 수지의 옥시란(oxirane) 그룹과 반응할 수 있다. 에폭시 수지의 잔류 히드록실 그룹(및 블렌드내에 존재하는 노보락 수지의 페놀릭 히드록실 그룹)과 마찬가지로, 아크릴로니트릴 부타디엔 코폴리머의 카르복실 그룹은 서로 반응하여 또 다른 합성의 폴리머 네트웍과 반응할 수 있다. 지방족, 알리사이클릭, 또는 방향족 폴리아민이 경화제로 사용될 수 있다. 유용한 지방족 아민은 디에틸렌 트리아민과 같은 폴리알킬렌 폴리아민과, 트리에틸렌 테트라아민, 테트라에틸렌 펜타민 및 펜타에틸렌 헥사민을 포함한다. 또 다른 유용한 지방족 아민으로는 에틸렌 디아민, 테트라메틸 디아민, 헥사메틸렌 디아민 등이 포함된다. 적절한 지방족 폴리아민은 방향족 링에 직접 부착되는 아민 그룹 등을 포함하며, 메틸렌 디아닐린과 같은 알킬렌과 페닐렌 에테르 디아닐린을 포함한다.

상기 코팅 전구체는 선택적으로 필름 형성제로 작용하는 비활성 열가소성 폴리머를 포함한다. 유용한 열가소성 폴리머는 폴리에테르, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리스티렌, 에틸렌 코폴리머, 폴리염화비닐(PVC)과 같은 비닐 할로겐화물 폴리머를 포함하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 또 다른 유용한 열가소성 폴리머는 폴리-α-올레핀, 스티렌 및 아크릴로니트릴과 접합된 에틸렌-프로필렌-비접합 디엔(EPDM) 터폴리머(이크릴로니트릴 EPDM 스티렌 또는 AES), 및 스티렌-아크릴로니트릴(SAN) 코폴리머를 포함한다. 상기 SAN 폴리머는 아크릴로니트릴의 터폴리머와 메타크릴레이트 및 아크릴로니트릴의 코폴리머와, 스티렌과, 메틸 메타크릴레이트를 포함한다. 또 다른 SAN 폴리머는 부틸 아크릴레이트의 아크릴로니트릴 코폴리머와, 에틸 아크릴레이트, 2-에틸헥실 아크릴레이트, 히드록시에틸 아크릴레이트, 메틸 메타크릴레이트, 비닐 아세테이트, 비닐 에테르, 및 비닐리덴 염화물을 포함한다. 또 다른 유용한 열가소성 폴리머는 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS) 폴리머를 포함하며, 이러한 폴리머는 스티렌과 아크릴로니트릴의 열가소성 매트릭스에 확산된 엘라스토머 상(전형적으로 SAN 및 폴리부타디엔의 접합 폴리머 또는 부타디엔 코폴리머)으로 구성되어 있다. SAN 수지는 다우 케미칼 컴파니에 의해 TYRIL(상표명)으로, 제너럴 일렉트릭에 의해 CYOLAC(상표명)으로, 다우 케미칼 컴파니에 의해 ROVEL(상표명)으로 각각 상용화되었다.

상술한 바와 같이, 에폭시 니트릴 코팅 전구체는 공기방출제 및 미끄럼 보조제와 같은 다양한 첨가제를 포함한다. 상기 첨가제는 활성일 수도 있고, 비활성일 수도 있다. 유용한 공기방출제의 실시예로는 다우 코닝에 의해 상용화된 다양한 DC시리즈물과, 오에스아이 스페셜티즈에 의해 상용화된 SAG47 등의, 폴리디메틸 실록산을 포함한다. 유용한 미끄럼 보조제로는 마이크로 파우더즈에 의해 상용화된, 폴리에틸렌과 폴리테트라플루오로에틸렌 파우더의 혼합물인 POLYFLO 523XF 이다. 전형적으로, 이러한 첨가제(공기방출제 및 미끄럼 보조제를 포함한다)는 필수불가결한 코팅 특성을 달성하는데 필요한 양만큼 사용되며, 이들 각각의 첨가제는 일반적으로 코팅 전구체의 전체 중량의 약 5중량% 이상을 포함한다.

또한, 코팅 전구체는 전구체 성분을 확산시키는데 도움을 주는 하나이상의 적절한 솔벤트를 포함할 수도 있다. 유용한 솔벤트는 알콜, 에테르, 케톤, 테트라히드로퓨란, 크릴센 등을 포함한다. 특히 유용한 솔벤트로는 다우 케미칼 컴파니에 의해 BYTYL CARBITOL(상표명)으로 상용화된 2(2-부톡시에톡시)에탄올 및 디에틸렌 글리콜 n-부틸 에테르를 포함한다. 상기 코팅은 착색재(예를 들어, 안료와 염료)를 포함한다. 적절한 착색제의 실시예로는 TiO₂, 프탈로시아민 블루, 프탈로시아민 그린, 카본 블랙, 베이직 카보네이트 화이트 납, 아연 산화물, 아연 황화물, 안티몬 산화물, 지르코늄 산화물, 납 설포크로메이트, 비스무트 바나듐산염, 비스무트 몰리브덴산염, 철 산화물 자철광, Fe₃O₄, 및 철(Ⅲ) 산화물, Fe₂O₃등을 포함한다.

코팅 전구체의 어플리케이션

상술한 바와 같은 각각의 코팅 전구체는 롤러 코팅, 침지, 브러싱, 분무, 스텐실링, 스크린 프린팅 등을 포함하는 본 기술분야의 숙련자에게 공지된 코팅 기법에 의해 인가된다. 그러나, 이러한 코팅기법중에서, 비용이 저렴하고 속도 및 정밀도 면을 감안하였을 때, 스크린 프린팅이 선호된다. 코팅 전구체는 연료전지 조립체에서 요구하는 밀봉 및 절연에 따라, 커버올 코팅으로 또는 선택적으로 연속한 패턴 또는 비연속한 패턴으로, 연료전지판의 한쪽 또는 양쪽에 인가된다. 상술한 바와 같이, 연료전지판의 코팅 두께는 전형적으로 약 50μ내지 약 250μ이다.

실시예

하기의 실시예는 본 발명의 예시적인 실시예에 관한 것으로서, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.

실시예 A-P: 아크릴레이트 수지 코팅

표1에는 연료전지판을 절연 및 밀봉하기 위한 코팅 전구체 조성물[제제(formulation): A-P]이 도시되어 있다. 각각의 조성물은 아크릴화된 지방족 또는 방향족 우레탄 올리고머와, 이소보닐 아크릴레이트 단기능 모노머, 한쌍의 광개시제(1-페닐-2-히드록시-2-메틸-1-프로파논 및 벤조페논)와, 폴리디메틸실록산 공기방출제를 포함한다. 또한 모든 제제는 다기능 모노머인 프록실화된 글리세롤 트리아크릴레이트(제제 A-1, K-0), 또는 트리메틸올프로판 에톡시 트리아크릴레이트 모노머(제제 J, P)를 포함한다. 일부 제제는 아크릴화된 올레핀 올리고머(제제 B-E, G, I, L-0), 아크릴화된 에폭시 올리고머(제제 B, C, E, F, H-0), 아크릴화된 에폭시 모노머(제제 O), 메타크릴화된 폴리올 고착 촉진제(제제 A-D, F-H J-0), 또는 옥틸데실 단기능 모노머(제제 O)를 포함한다.

표1에 도시된 제제는 우레탄 올리고머 및 폴리디메틸실록산 공기방출제를 용기에 도입하므로써 준비된다. 혼합물은 혼합물의 점도를 낮추기 위하여 가열교반된다. 그후 만일 메타크릴화된 폴리올 고착 촉진제가 있다면 혼합물에 가해진다. 고착 촉진제가 완전히 분산된 후에, 비우레탄 올리고머와 단기능 모노머(이소보닐 아크릴레이트 및 옥티데실 아크릴레이트 모노머)가 첨가된다. 분리된 용기에서, 벤조페논은 가열에 의해 1-페닐-2-히드록시-2-메틸-1-프로파논 및 다기능 모노머에용해된다. 그후, 다기능 모노머 및 광개시제의 최종 블렌드는 다른 코팅 전구체 성분과 혼합된다.

실험 샘플은 스크린 프린팅(110 메시 폴리에스테르 스크린, 0.001인치 및 0.005의 공칭 패드 높이) 또는 캐스팅(고정 간극 드로우 다운 나이프)에 의해 여러 기판에 놓여진다. 실험에 따라, 공칭의 캐스팅 두께는 0.001인치(고착, 맨드렐 플렉스, 냉각제 기포) 또는 0.005 내지 0.006인치(인장강도, 연신율, 쇼어A경도) 이었다. 그러나 제제 H 및 P로 도시된 실험 샘플의 코팅 두께는 0.005 내지 0.006 인치 이었다. 제제로 도시된 각각의 실시예는 분당 15 내지 25 피트의 라인속도로, D형 벌브(375nm) 및 H⁺형 벌브(220nm)를 구비한 375와트/인치 자외선 램프에 연속적으로 노출되므로써 경화되었다. 실험 샘플은 인장강도, 연신율, 쇼어A경도, 고착(긁힘, 기포), 및 온도 저항(맨드렐 플렉스) 등을 포함하여 다양한 특성을 측정하기 위해 사용되었다.

표1은 연료전지 냉각제(제제 H, P), 차량용 냉각제(A-P), 차량용 오일(제제 J, K)에 침지된 실험 샘플에 대한 긁힘 고착결과를 도시하고 있다. 제제 H로 도시된 실험 샘플은 대기온도에서 약 70시간 동안 3개의 다른 열전달액에 침지된다. 사용된 열전달액들은 솔루티아 인코포레이티드에 의해 THERMINOL D12라는 상표명으로 상용화된 이소파타피닉 유체와, 다이날렌 히트 트랜스퍼 플루이즈에 의해 DYNALENE FC-1이라는 상표명으로 상용화된 특허시약(proprietary fluid)과, 쓰리엠에 의해 PF-5080이라는 상표명으로 상용화된 플루오르화 탄소수소 유체이다. 제제A-P로 도시된 실험 샘플은 100℃에서 GM LONG LIFE COOLANT와 물의 50:50 v/v의 혼합물에 72시간 침지되며, 제제 J 및 K로 도시된 실험 샘플은 150℃에서 ASTM IRM 903 오일에 72시간 침지된다. 후속의 침지과정에서는 RPM 516 긁힘 검사방법을 사용하여 고착이 측정된다. 검사방법에 따르면, 코팅된 기판은 이동가능한 스테이지상에 고정되며, 코팅된 기판의 표면상으로 "바늘"이 하강된다. 검사중, 바늘의 한쪽 단부에는 500그램의 사중량부하(dead weight load)가 인가되므로, 바늘의 다른쪽 단부는 코팅을 관통하게 된다. 상기 바늘은 원형 운동을 실행하며, 시료는 약 2.5mm/cycle의 속도로 이동되어, 코팅상에 직경이 10mm인 오버래핑된 원형의 긁힘 자국을 생성하게 된다. 코팅의 외관은 숫자 1(불량한 고착) 내지 10(최상의 고착)으로 구분된다. 표1에 도시된 각각의 내용은 단위 유체당 3개의 실험 샘플의 장점을 나타내고 있으며, "건조(dry)"로 표시된 부분은 긁힘 검사를 실행하기 전에 냉각제나 오일에 침지되지 않은 상태를 의미한다.

표1은 제제로 도시된 각각의 코팅에 대한 인장강도, 연신율, 및 쇼어A경도를 도시하고 있다. 인장강도 및 연신율을 측정하기 위하여, 고정 간극 드로우 다운 나이프를 사용하여 폴리에스테르 필름상에 캐스팅되는, 다이커팅된 시료에서 1" ×4"의 시료가 채취된다. 필름상의 여러 위치(시료의 중앙 근처에서 최소한 6곳)에서 샘플의 두께가 측정되며, 샘플은 대기온도에서 분당 0.2인치의 크로스헤드(cross head)의 속도로 인스트론 테스터상으로 당겨진다. 각각의 제제에 있어서, 표1은 5개의 샘플에서 파단시의 인장강도와 연신율을 도시하고 있다. 쇼어A경도를 측정하기 위하여, 폴리에스테르 필름상에 캐스팅된 샘플로부터 0.5"×1.5"의 시료가 채취된다. 단일 제제로 도시된 시료는 전체 0.125인치의 샘플 두께를 얻기 위하여 적층된다. "적층된" 실험 샘플의 경도는 장착된 쇼어A경도 테스터를 사용하여 측정된다. 각각의 제제에 대해, 5회의 경도측정을 할 수 있다.

표1은 온도저항 데이터("온도 맨드렐"로 도시)와 점도 데이터를 도시하고 있다. 온도 저항은 변형된 ASTM D573을 사용하여 측정된다. 각각의 검사 시료(두께가 0.008인치인 스텐레스 스틸 쿠폰상에 스크린 프링팅된)는 185℃에서 약 22시간 히트 에이지되어, 6인치 직경의 맨드렐 주위로 굴곡된 후, 코팅에서의 크랙 유무 또는 쿠폰과 코팅간 접합손실 여부에 대한 육안검사가 실행된다. 코팅의 외관은 스케일1(크랙 많음, 접합 손실됨) 내지 스케일10(크랙 거의 없음, 접합 손실 거의 없음)으로 분류된다. 표1에 도시된 데이터는 3개의 샘플 시료에 대한 평균값을 도시한다. 점도에 관한 기재내용은 코팅 전구체의 유동특성의 주관적인 판단에 기초하고 있다. 등급 1은 코팅 전구체를 스크린 프린팅하기 어려운 상태이고, 등급 10은 코팅 전구체를 스크린 프린팅하기 쉬운 상태를 의미한다

실시예Q: 유기폴리실록산 코팅

표2는 연료전지판을 밀봉 및 절연하기 위한 유기폴리실록산을 도시하고 있다. 표에 도시되어 있는 제제는 유기폴리실록산계 폴리머와, 다우 코닝에 의해 96-083(상표명)으로 상용화된 실리콘 수소화물 경화제를 포함한다. 유기폴리실록산 수지는 평균 분자량이 약 15,900인 긴 체인형 디메틸폴리실록산이며, 2중량% 이하의 베이스 폴리머를 구비한 비닐 단부-블록을 포함한다. 또한, 표에 도시된 제제는 경화를 가속시키는 백금 촉매와, 보관수명을 연장시키는 경화 방지제(3-메틸-1-펜틴-3-ol)를 포함한다. 상기 백금 촉매는 다우 코닝에 의해 Sly-Off 4000(상표명)으로 상용화되어 있으며, 경화 방지제는 에어 프로덕츠 앤드 케미칼즈 인코포레이티드에 의해 SURFYNOL 61(상표명)으로 상용화되어 있다. 또한 표에 도시되어 있는 제제에는 하위크 케이칼 코포레이션에 의해 Stan-Tone D5004(상표명)으로 상용화된 그린 안료(green pigment)가 포함되어 있으며, 듀퐁에 의해 R960(상표명)으로 상용화된 화이트 안료(TiO₂)도 포함되어 있다.

표2에는 서술한 유기폴리실록산에 대한 인장강도, 파단시 연신율, 쇼어A경도가 도시되어 있다. 표준 실험실 혼합기에서 실온으로 표2의 성분을 혼합한 후, 고정 간극 드로우 다운 나이프를 사용하여 코팅 전구체를 기질상에 캐스팅하므로써 0.005-0.006인치의 공칭 두께를 갖는 실험 표본이 제공된다. 상기 코팅 전구체는 오븐에서 약 200℃의 온도로 약 5분간 경화된 후, 아크릴레이트 수지 실시예에 서술된 방법에 따라 실험된다.

실시예 R: 에폭시 니트릴 코팅

표3은 연료전지판을 절연 및 밀봉하기 위한 에폭시 니트릴 코팅 전구체 조성물이 도시되어 있다. 제제는 에폭시 수지, PVC 수지, 아크릴로니트릴 부타디엔 코폴리머, 및 솔벤트에 확산된 폴리아민 교차결합제를 포함하는 2부분 수지 시스템을 포함한다. 에폭시 및 PVC 수지와, 아크릴로니트릴 부타디엔 코폴리머 및 폴리아민 교차결합제는 데니스 케미탈 컴파니에 의해 Denflex FX 3551A 및 Denflex FX 3551B(상표명)으로 각각 상용화되어 있다. 또한 제제는 한쌍의 폴리디메틸실록산공기방출제와, DC 200 및 SAG 47과, 폴리에틸렌과 폴리테트라플루오로에틸렌 분말의 블렌드는 미끄럼 보조제(POLYFLE 523XF)를 포함한다. DC 200과, SAG 47과, POLYFLO 523XF는 다우 코닝과, 오에스아이 스페셜티즈 및 마이크로 파우더즈에 의해 각각 상용화되었다. 코팅 전구체 성분의 확산을 돕기 위하여, 제제는 부가의 솔벤트와, 다우 케미칼 컴파니에 의해 BUTYL CARBITOL(상표명)으로 상용화된 디에틸렌 글리콜 n-부틸 에테르를 포함한다.

표3은 서술한 에폭시 니트릴 수지에 대한 평균 인장강도와, 파단시의 연신률과 쇼어A경도를 도시하고 있다. 표준 실험실 혼합기에서 실온으로 표3의 성분을 혼합한 후, 전구체를 스틸판 또는 그라파이트 복합물 연료전지판(고착 실험용)에 스크린 프린팅하므로써(인장강도와 연신률 및 쇼어A경도를 결정하기 위하여), 실험 표본이 제공된다. 스틸판에 가해진 샘플은 가압된 공기 오븐(대류)에서 약 10분간 180℃로 경화되며, 그라파이프 복합물 연료전지판에 가해진 샘플도 가압된 공기오븐에서 경화되지만, 약 140℃에서 적어도 30분간 경화된다. 모든 실험 샘플은 실시예 A-P에 개시된 방법에 따라 실험된다.

본 발명은 양호한 실시예를 참조로 서술되었기에 이에 한정되지 않으며, 본 기술분야의 숙련자라면 첨부된 청구범위로부터의 일탈없이 본 발명에 다양한 변형과 수정이 가해질 수 있음을 인식해야 한다.

Claims

연료전지판을 밀봉 및 절연하는 방법에 있어서,

제1면 및 제2면을 구비한 연료전지판을 제공하는 단계와,

방사선이나 열에 응답하여 중합화되는 코팅전구체를 연료전지판의 적어도 제1면에 인가하는 단계와,

중합화가 개시되도록 연료전지판상의 코팅 전구체를 방사선이나 열에 노출시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지판 밀봉 및 절연 방법.
제1항에 있어서, 상기 코팅 전구체는 스크린 프린팅에 의해 인가되는 것을 특징으로 하는 연료전지판 밀봉 및 절연 방법.
제1항에 있어서, 상기 코팅 전구체는 자외선 조사에 노출되는 것을 특징으로 하는 연료전지판 밀봉 및 절연 방법.
제3항에 있어서, 상기 코팅 전구체는 적어도 2개의 상이한 파장을 갖는 자외선 조사에 노출되는 것을 특징으로 하는 연료전지판 밀봉 및 절연 방법.
제1항에 있어서, 상기 코팅 전구체는 적외선 조사에 노출되는 것을 특징으로 하는 연료전지판 밀봉 및 절연 방법.
제1항에 있어서, 상기 코팅 전구체는 자외선 조사에 응답하여 증합화되는 것을 특징으로 하는 연료전지판 밀봉 및 절연 방법.
제1항에 있어서, 상기 코팅 전구체는 전자비임 복사에 의해 중합화되는 것을 특징으로 하는 연료전지판 밀봉 및 절연 방법.
제1항에 있어서, 상기 코팅 전구체는 적외선 조사에 응답하여 중합화되는 것을 특징으로 하는 연료전지판 밀봉 및 절연 방법.
제1항에 있어서, 상기 코팅 전구체는 방사선에 약 45분 이하로 노출되는 것을 특징으로 하는 연료전지판 밀봉 및 절연 방법.
제1항에 있어서, 상기 코팅 전구체는 방사선에 약 1분 이하로 노출되는 것을 특징으로 하는 연료전지판 밀봉 및 절연 방법.
제1항에 있어서, 상기 코팅 전구체는 방사선에 약 30초 이하로 노출되는 것을 특징으로 하는 연료전지판 밀봉 및 절연 방법.
제1항에 있어서, 상기 코팅 전구체는 방사선에 약 15초 이하로 노출되는 것을 특징으로 하는 연료전지판 밀봉 및 절연 방법.
제1항에 있어서, 상기 코팅 전구체는 방사선에 약 5초 이하로 노출되는 것을 특징으로 하는 연료전지판 밀봉 및 절연 방법.
제1항에 있어서, 상기 코팅 전구체는 자외선에 의해 경화가능한 코팅 전구체인 것을 특징으로 하는 연료전지판 밀봉 및 절연 방법.
제1항에 있어서, 상기 코팅 전구체는 전자비임에 의해 경화가능한 코팅 전구체인 것을 특징으로 하는 연료전지판 밀봉 및 절연 방법.
제1항에 있어서, 상기 코팅 전구체는 적외선에 의해 경화가능한 코팅 전구체인 것을 특징으로 하는 연료전지판 밀봉 및 절연 방법.
연료전지판을 밀봉 및 절연하는 방법에 있어서,

제1면 및 제2면을 구비한 연료전지판을 제공하는 단계와,

자외선 조사에 응답하여 중합화되는 코팅전구체를 연료전지판의 적어도 제1면에 인가하는 단계와,

중합화가 개시되도록 연료전지판상의 코팅 전구체를 자외선 조사에 노출시키는 단계를 포함하며,

상기 코팅 전구체는 아크릴화된 올리고머 및 광개시제를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지판 밀봉 및 절연 방법.
제17항에 있어서, 상기 코팅 전구체는 점도를 감소시키기 위하여 단기능 모노머를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지판 밀봉 및 절연 방법.
제17항에 있어서, 상기 코팅 전구체는 교차결합 밀도를 증가시키기 위하여 다기능 모노머를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지판 밀봉 및 절연 방법.
제17항에 있어서, 상기 코팅 전구체는 고착 촉진제를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지판 밀봉 및 절연 방법.
제17항에 있어서, 상기 코팅 전구체는 공기방출제를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지판 밀봉 및 절연 방법.
제1면 및 제2면을 갖는 판과,

상기 판의 제1면 및 제2면중 적어도 한쪽에 인가되는 코팅 전구체를 포함하며,

상기 코팅 전구체는 방사선이나 열에 응답하여 중합화되는 것을 특징으로 하는 절연된 연료전지판.
제22항에 있어서, 상기 코팅 전구체는 250μ이하의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 연료전지판.
제22항에 있어서, 상기 코팅 전구체는 약 150μ이하의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 연료전지판.
제22항에 있어서, 상기 코팅 전구체는 자외선 조사에 응답하여 중합화되는 것을 특징으로 하는 연료전지판.
제22항에 있어서, 상기 코팅 전구체는 전자비임 조사에 응답하여 중합화되는 것을 특징으로 하는 연료전지판.
제22항에 있어서, 상기 코팅 전구체는 적외선 조사에 응답하여 중합화되는 것을 특징으로 하는 연료전지판.
제22항에 있어서, 상기 코팅 전구체는 방사선에 약 45분 이하로 노출된 후 실질적으로 중합화되는 것을 특징으로 하는 연료전지판.
제22항에 있어서, 상기 코팅 전구체는 방사선에 약 1분 이하로 노출된 후 실질적으로 중합화되는 것을 특징으로 하는 연료전지판.
제22항에 있어서, 상기 코팅 전구체는 방사선에 약 30초 이하로 노출된 후 실질적으로 중합화되는 것을 특징으로 하는 연료전지판.
제22항에 있어서, 상기 코팅 전구체는 방사선에 약 15초 이하로 노출된 후 실질적으로 중합화되는 것을 특징으로 하는 연료전지판.
제22항에 있어서, 상기 코팅 전구체는 방사선에 약 5초 이하로 노출된 후 실질적으로 중합화되는 것을 특징으로 하는 연료전지판.
제1면 및 제2면을 갖는 판과,

상기 판의 제1면 및 제2면중 적어도 한쪽에 인가되는 코팅 전구체를 포함하며,

상기 코팅 전구체는 아크릴레이트 수지, 에폭시 니트릴 수지, 또는 유기폴리실록산, 또는 이들의 조합체인 것을 특징으로 하는 절연된 연료전지판.
제33항에 있어서, 상기 코팅 전구체는 아크릴화된 우레탄 올리고머 및 광개시제를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지판.
제34항에 있어서, 상기 코팅 전구체는 점도를 감소시키기 위하여 단기능 모노머를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지판.
제34항에 있어서, 상기 코팅 전구체는 교차결합 밀도를 증가시키기 위하여 다기능 모노머를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지판.
제34항에 있어서, 상기 코팅 전구체는 고착 촉진제를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지판.
제34항에 있어서, 상기 코팅 전구체는 공기방출제를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지판.
제1면 및 제2면을 갖는 판과,

상기 판의 제1면 및 제2면중 적어도 한쪽에 인가되는 코팅 전구체를 포함하며,

상기 코팅 전구체는 아크릴화된 지방족 우레탄 올리고머와, 아크릴화된 에폭시 올리고머와, 코팅 전구체의 점도를 감소시키기 위한 단기능 모노머와, 교차결합 밀도를 증가시키기 위한 다기능 모노머와, 고착 촉진제와, 광개시제를 포함하는 것을 특징으로 하는 절연된 연료전지판.
제39항에 있어서, 상기 단기능 모노머는 이소보닐 아크릴레이트 모노머인 것을 특징으로 하는 연료전지판.
제39항에 있어서, 상기 고착 촉진제는 메타크릴화된 폴리올인 것을 특징으로 하는 연료전지판.
제39항에 있어서, 상기 다기능 모노머는 프로폭실화된 글리세롤 트리아크릴레이트 모노머인 것을 특징으로 하는 연료전지판.
제39항에 있어서, 상기 광개시제는 1-페닐-2-히드록시-2-메틸-1-프로판과 벤조페논의 블렌드인 것을 특징으로 하는 연료전지판.
제39항에 있어서, 상기 코팅 전구체는 공기방출제를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지판.
제44항에 있어서, 상기 공기방출제는 폴리디메틸 실록산인 것을 특징으로 하는 연료전지판.
자외선 조사에 의해 경화가능한 코팅 전구체에 있어서,

아크릴화된 지방족 우레탄 올리고머와,

아크릴화된 에폭시 올리고머와,

코팅 전구체의 점도를 감소시키기 위한 단기능 모노머와,

교차결합 밀도를 증가시키기 위한 다기능 모노머와,

고착 촉진제와,

광개시제를 포함하는 것을 특징으로 하는 코팅 전구체.
제46항에 있어서, 상기 단기능 모노머는 이소보닐 아크릴레이트 모노머인 것을 특징으로 하는 코팅 전구체.
제46항에 있어서, 상기 고착 촉진제는 메타크릴화된 폴리올인 것을 특징으로 하는 코팅 전구체.
제46항에 있어서, 상기 다기능 모노머는 프로폭실화된 글리세롤 트리아크릴레이트 모노머인 것을 특징으로 하는 코팅 전구체.
제46항에 있어서, 상기 광개시제는 1-페닐-2-히드록시-2-메틸-1-프로판과 벤조페논의 블렌드인 것을 특징으로 하는 코팅 전구체.
제46항에 있어서, 상기 코팅 전구체는 공기방출제를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 코팅 전구체.
제51항에 있어서, 상기 공기방출제는 폴리디메틸 실록산인 것을 특징으로 하는 코팅 전구체.
자외선 조사에 의해 경화가능한 코팅 전구체에 있어서,

약 25중량% 내지 약 65중량%의 아크릴화된 지방족 우레탄 올리고머와,

약 5중량% 내지 약 20중량%의 아크릴화된 에폭시 올리고머와,

코팅 전구체의 점도를 감소시키기 위한 약 20중량% 내지 약 40중량%의 단기능 모노머와,

교차결합 밀도를 증가시키기 위한 약 1중량% 내지 약 5중량%의 다기능 모노머와,

약 1중량% 내지 약 15중량%의 고착 촉진제와,

약 0.1중량% 내지 약 10중량%의 광개시제를 포함하는 것을 특징으로 하는 코팅 전구체.
제53항에 있어서, 상기 단기능 모노머는 이소보닐 아크릴레이트 모노머인 것을 특징으로 하는 코팅 전구체.
제53항에 있어서, 상기 고착 촉진제는 메타크릴화된 폴리올인 것을 특징으로 하는 코팅 전구체.
제53항에 있어서, 상기 다기능 모노머는 프로폭실화된 글리세롤 트리아크릴레이트 모노머인 것을 특징으로 하는 코팅 전구체.
제53항에 있어서, 상기 광개시제는 1-페닐-2-히드록시-2-메틸-1-프로파논과 벤조페논의 블렌드인 것을 특징으로 하는 코팅 전구체.
제53항에 있어서, 상기 코팅 전구체는 공기방출제를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 코팅 전구체.
제58항에 있어서, 상기 공기방출제는 폴리디메틸 실록산인 것을 특징으로 하는 코팅 전구체.