KR20060052174A - 연료전지 내의 유체 및 가스용 라인 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이송되는 매질과 접촉하는 최내부 층(I)이 폴리아미드 성형 조성물과 추가의 폴리아미드 성형 조성물 층(II)(a), 작용화 폴리올레핀을 포함하는 성형 조성물 층(III)(b), 작용화되지 않은 폴리올레핀 성형 조성물 층(IV)(c) 및 EVOH 성형 조성물 층(V)(d)으로부터 선택된 하나 이상의 추가 층을 포함하고, 저가로 제작할 수 있으며, 이송되는 매질에 대해 우수한 배리어 작용을 나타내는 연료전지의 라인 시스템용 부재에 관한 것이다.
연료전지, 라인 시스템, 폴리아미드 성형 조성물, 작용화 폴리올레핀, 작용화되지 않은 폴리올레핀.
Description
본 발명은 유체 및 가스와 접촉하는, 연료 전지의 라인 시스템용 부재에 관한 것이다.
입법자들은 여전히 배출, 특히 NOX 배출에 더욱 주목하고 있기 때문에, 환경 관련 법규가 엄격해질수록 자동차 제작자들은 새로운 엔진을 설계하려고 고심한다. 연료전지는 대체 가능한 엔진 설계의 대표적인 것이다.
다양한 양태의 연료전지가 당해 분야에 오랫동안 알려져왔다. 이들 모두의 경우, 연료는 양극으로 주입되고, 공기 또는 산소는 음극으로 주입된다. 이들 반응물은 전극에서 촉매적으로 반응한다. 수소, 메탄올, 글리콜, 메탄, 부탄, 고가의 탄화수소 등이 연료로 사용될 수 있지만, 수소만이 실온 정도에서 작동하는 연료전지가 자동차를 작동하기 위해 사용될 수 있을 정도의 충분히 높은 전류 밀도를 달성할 수 있다. 다른 연료들은 단지 중온 또는 고온 연료전지에서만 충분히 반응할 수 있고, 이점이 현재의 연료전지의 구성 장치에 대한 우선적이고 가장 중요한 가능성이다. 메탄올 또는 탄화수소를 사용하여 작동되는 연료전지의 구성 장치로부터 동력을 추출하는 전기적 운전 시스템을 갖는 자동차에서, 당해 연료는 일반적으로 변형 장치에서의 승온 증기에 의해 수소 및 이산화탄소로 전환되어, 당해 반응 가스는 부산물인 일산화탄소로 전환되고, 수소/CO2 혼합물은 양극으로 주입된다. 현재, 수-포화 산성 이온-교환 막이 극성, 촉매-함유 전극 사이에 위치한 양성자 교환 막 연료전지가 본 발명의 목적에 유리하다. 그러나, 변형 장치가 불필요한 메탄올의 직접 산화 처리도 역시 자동차에 관한 응용에서 수행되고 있다.
연료 공급용 라인은 지금까지 일반적으로 스테인레스 강으로 제작되었다. 그러나, 당해 라인은 고가이다.
일본 공개특허공보 제2002-213659호에는 폴리올레핀 내부 층, EVOH 중간 층 및 폴리아미드 외부 층을 포함하는 수소용 라인이 기재되어 있다. 당해 층들 사이의 일반적으로 불충분한 접착의 문제가 부분적으로 인식되고, 좀 더 상세하게 특정되지 않은 접착제의 사용이 기술되어 있다.
상기의 관점에서, 본 발명의 목적은 탄화수소, 알코올 및 수소에 대한 개선된 배리어 작용을 갖고, 추가로 각각의 층들이 서로 단단히 접착하는 연료전지의 라인 시스템용 부재를 제공하는 것이다.
또한, 전해질 또는 양극 재료와 반응할 수 있는 어떠한 성분도 본질적으로 라인 시스템의 재료로부터 침출되지 않아, 당해 촉매의 오염 또는 목적하지 않은 분극 현상이 예방된다는 사실이 명백히 확인된다.
본 발명의 목적은 이송되는 매질과 접촉하는 최내부 층(I)이 폴리아미드 성형 조성물과 추가의 폴리아미드 성형 조성물 층(II)(a), 작용화 폴리올레핀을 포함하는 성형 조성물 층(III)(b), 작용화되지 않은 폴리올레핀 성형 조성물 층(IV)(c) 및 EVOH 성형 조성물 층(V)(d)으로부터 선택된 하나 이상의 추가 층을 포함하는 연료전지의 라인 시스템용 부재에 의해 달성된다.
당해 구성 장치는, 예를 들어 최내부 층이 폴리아미드 성형 조성물을 포함하는 다층 파이프일 수 있는 파이프 또는 튜브 성형물이다. 당해 파이프 또는 튜브 성형물은 원한다면 연속적으로 열형성될 수 있는 매끄러운 파이프로서 제작되거나, 파형 파이프로서 제작될 수 있다. 유체가 저장된 부재, 예를 들어 저장용 콘테이너도 언급할 수 있다. 추가의 부재는, 예를 들어 연결 부재(예를 들어, 급속 연결기), 어댑터, 필터, 펌프 부재 또는 밸브 부재이다.
본 발명의 부재는, 예를 들어 외부로부터 내부로 다음 층 구조를 가질 수 있다:
II/I
II/결합제/I
III/II/결합제/I
IV/III/II/결합제/I
IV/결합제/I
II/V/II/결합제/I
II/III/V/III/II/결합제/I
III/I
II/III/I
IV/III/I
IV/III/V/III/I
II/V/결합제/I
적합한 폴리아미드는 당해 분야의 당업자에게 공지되어 있고, 다양한 유형으로 시판되고 있다. 예를 들어, PA46, PA66, PA68, PA610, PA612, PA88, PA810, PA1010, PA1012, PA1212, PA6, PA7, PA8, PA9, PA10, PA11, PA12, 이를 기재로 하는 코폴리아미드, 분지형 폴리아민-폴리아미드 공중합체 및 이들의 혼합물을 사용하는 것이 가능하다. 적합한 호모폴리아미드와 코폴리아미드 및 적합한 폴리아민-폴리아미드 공중합체에 관하여, 본원에서 참조로 인용된 유럽 공개특허공보 제1 216 826호 및 제1 216 823호의 명세서를 참조할 수 있다.
폴리아미드 성형 조성물은 충격-개질 고무 및/또는 통상의 보조제 및 첨가제로부터 선택된 첨가제를 최대 약 50중량% 함유할 수 있다.
폴리아미드 성형 조성물용 충격-개질 고무는 당해 분야에 이미 공지되어 있다. 이들은 주쇄 내로 공중합되거나 주쇄 위로 그래프트되는 불포화 작용성 화합물로부터 유도된 작용성 그룹을 포함한다. 가장 광범위하게 사용되는 충격-개질 고무는 말레산 무수물이 자유-라디칼 메카니즘에 의해 그래프트된 EPM 또는 EPDM 고무이다. 당해 고무는 또한 유럽 공개특허공보 제0 683 210호에 기술된 바와 같은 작용화되지 않은 폴리올레핀(예를 들어, 이소택틱 폴리프로필렌)과 함께 사용될 수 있다.
또한, 성형 조성물은 특정 성질을 수득하기 위해 필요한 소량의 보조제 또는 첨가제를 추가로 포함할 수 있다. 예로는 안료 또는 충전제(예를 들어, 카본 블랙, 이산화티탄, 황화아연), 실리케이트(예를 들어, 삽입되거나 박리된 층 실리케이트 또는 카보네이트), 공정 보조제(예를 들어, 밀랍, 아연 스테아레이트 또는 칼슘 스테아레이트), 난연제(예를 들어, 수산화 마그네슘, 수산화 알루미늄 또는 시아누르산 멜라민), 유리 섬유, 항산화제, UV 안정화제 및 또한 생성물에 대전방지성 또는 도전성을 부여하는 첨가제(예를 들어, 탄소 섬유, 흑연 원섬유, 스테인레스 강 섬유 또는 도전성 카본 블랙)가 있다. 후자가 층(I)의 성형 조성물에 바람직하다.
하나의 가능한 양태에서, 성형 조성물은 가소화제 1 내지 25중량%, 특히 바람직하게는 2 내지 20중량%, 매우 특히 바람직하게는 3 내지 15중량%를 포함한다.
가소화제 및 폴리아미드 내에서의 이들의 용도는 공지되어 있다. 폴리아미드용으로 적합한 가소화제에 대한 일반적인 개요는 문헌[참조: Gachter/Muller, Kunststoffadditive, C. Hanser Verlag, 2nd Edition, p. 296]에서 발견할 수 있다.
가소화제로서 적합한 통상의 화합물은, 예를 들어 알코올 성분 내의 탄소수 2 내지 20의 p-하이드록시벤조산의 에스테르 또는 아민 성분 내의 탄소수 2 내지 12의 아릴설폰산의 아미드, 바람직하게는 벤젠설폰산의 아미드이다.
바람직한 양태에서는, 층(I)의 성형 조성물이 아니라 층(II)의 성형 조성물이 가소화제를 포함한다.
가능한 가소화제는, 그 중에서도 특히, 에틸 p-하이드록시벤조에이트, 옥틸 p-하이드록시벤조에이트, i-헥사데실 p-하이드록시벤조에이트, N-n-옥틸톨루엔설폰아미드, N-n-부틸벤젠설폰아미드 및 N-2-에틸헥실벤젠설폰아미드이다.
층(III) 또는 층(IV)의 폴리올레핀은, 예를 들어 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌이다. 시판되고 있는 임의의 유형을 사용하는 것이 이론적으로 가능하다. 가능한 폴리올레핀의 예는 고밀도, 중밀도 또는 저밀도의 선형 폴리올레핀, LPDE, 이소택틱 또는 아택틱 호모폴리프로필렌, 프로펜과 에텐 및/또는 1-부텐의 임의의 공중합체, 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체 등이다. 당해 폴리올레핀은 EPM 고무, EPDM 고무 또는 SEBS 같은 충격-개질 성분을 추가로 포함할 수 있다. 또한, 통상의 보조제 및 첨가제가 포함될 수 있다. 폴리올레핀은 임의의 공지된 방법, 예를 들어 지글러-나타(Ziegler-Natta) 공정, 필립스(Phillips) 공정, 메탈로센에 의한 방법 또는 자유-라디칼 메카니즘에 의해 제조될 수 있다.
층(IV)의 성형 조성물은 종래기술에 따라 가교결합되어, 기계적 특성, 예를 들어 저온 충격 조도, 열 변형 내성 또는 크리프(creep) 수행능 또는 투과성을 개선 시킬 수 있다. 가교결합은, 예를 들어 실란 그룹을 함유하는 폴리올레핀 성형 조성물의 방사선 가교결합 또는 습식 가교결합에 의해 수행된다.
층(III)의 폴리올레핀 내에 존재할 수 있는 작용성 그룹은, 예를 들어 무수 물 그룹, N-아실락탐 그룹, 카복실산 그룹, 에폭사이드 그룹, 옥사졸린 그룹, 트리알콕시실란 그룹 또는 하이드록실 그룹이다. 당해 작용성 그룹은 적합한 단량체와 당해 올레핀과의 공중합 또는 그래프팅 반응에 의해 도입될 수 있다. 당해 그래프팅 반응에서, 사전에 생성된 폴리올레핀은 공지된 방식으로 불포화, 작용성 단량체 및 유리하게는 승온의 자유-라디칼 공여체와 반응한다.
EVOH는 오랜 기간 동안 공지된 물질이다. 이는 에틸렌과 비닐 알코올의 공중합체이고, 가끔은 EVAL로도 명명된다. 당해 공중합체 내의 에틸렌의 함량은 일반적으로 25 내지 60몰%, 특히 28 내지 45몰%이다. 이는 다양한 유형으로 시판되고 있다. 예를 들어, 회사 광고책자[참조: "Introduction to Kurary EVALTM Resins", Version 1.2/9810, from Kuraray EVAL Europe]를 참조할 수 있다.
EVOH는 일반적으로 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체의 가수분해에 의해 제조된다. 가공적성을 개선하기 위해, 본 발명에 따라, 가수분해가 수행되어 부분적으로 가수분해된 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체를 60% 이상, 바람직하게는 80% 이상, 특히 바람직하게는 90% 이상 사용하는 것도 가능하다. 개선된 가공성은 또한 폴리비닐 아세테이트, 에틸렌-폴리비닐 아세테이트 공중합체 또는 폴리아미드의 혼입에 의해 달성될 수 있다. 또한, EVOH 성형 조성물은 종래기술로부터 공지된 모든 첨가제, 예를 들어 시트상 실리케이트를 포함할 수 있다. 성형 조성물 내의 EVOH의 함량비는 50중량% 이상, 바람직하게는 60중량% 이상, 특히 바람직하게는 75중량% 이상, 매우 특히 바람직하게는 90중량% 이상이어야 한다.
층(I)을 층(II)에 결합시키기에 적합한 결합제는, 예를 들어 본원에서 참조로 인용된 유럽 공개특허공보 제1 216 825호의 명세서에 공지되어 있다.
층(I)을 층(IV)에 결합시키기에 적합한 결합제는, 경우에 따라 폴리아민-폴리아미드 공중합체가 첨가된, 예를 들어 폴리아미드와 폴리올레핀 또는 작용화 폴리올레핀의 혼합물이다[참조: 유럽 공개특허공보 제1 216 823호].
층(I)을 층(V)에 결합시키기에 적합한 결합제는, 예를 들어 본원에서 참조로 인용된 유럽 공개특허공보 제1 216 826호의 명세서에 공지되어 있다.
이들 모든 결합제는, 예를 들어 나머지 층들로 공압출시킴으로써 형성된 분리 층으로서 존재한다.
본 발명의 라인 시스템 또는 이들 각각의 부재는 저가로 제작할 수 있다. 나아가, 또한 이는 자동차에 사용하기에 특히 유리하도록 저중량을 갖는다.
본 발명은 또한 본 발명에 따르는 구성 장치, 예를 들어 자동차 엔진용 부재를 포함하는 연료전지 시스템을 제공한다.
Claims (6)
- 이송되는 매질과 접촉하는 최내부 층(I)이 폴리아미드 성형 조성물과 추가의 폴리아미드 성형 조성물 층(II)(a), 작용화 폴리올레핀을 포함하는 성형 조성물 층(III)(b), 작용화되지 않은 폴리올레핀 성형 조성물 층(IV)(c) 및 EVOH 성형 조성물 층(V)(d)으로부터 선택된 하나 이상의 추가 층을 포함하는 연료전지의 라인 시스템용 부재.
- 제1항에 있어서, 다층 파이프, 저장 콘테이터, 연결 부재, 어댑터, 필터, 펌프 부재 또는 밸브 부재인 연료전지의 라인 시스템용 부재.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 폴리아미드 성형 조성물이 PA46, PA66, PA68, PA610, PA612, PA88, PA810, PA1010, PA1012, PA1212, PA6, PA7, PA8, PA9, PA10, PA11, PA12, 이를 기재로 하는 코폴리아미드, 분지형 폴리아민-폴리아미드 공중합체 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 폴리아미드를 기재로 하는 연료전지의 라인 시스템용 부재.
- 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 층(I)의 폴리아미드 성형 조성물이 대전방지성을 나타내도록 제조되는 연료전지의 라인 시스템용 부재.
- 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 따르는 부재를 포함하는 연료전지 시스템.
- 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 따르는 부재를 포함하는, 자동차 엔진용 연료전지 시스템.
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