JP2023017551A - Resin composition for solid polymer type fuel cell seal material and seal material using resin composition, and solid polymer type fuel cell using seal material - Google Patents
Resin composition for solid polymer type fuel cell seal material and seal material using resin composition, and solid polymer type fuel cell using seal material Download PDFInfo
- Publication number
- JP2023017551A JP2023017551A JP2021121891A JP2021121891A JP2023017551A JP 2023017551 A JP2023017551 A JP 2023017551A JP 2021121891 A JP2021121891 A JP 2021121891A JP 2021121891 A JP2021121891 A JP 2021121891A JP 2023017551 A JP2023017551 A JP 2023017551A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- resin
- resin composition
- sealing material
- fuel cell
- mass
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Sealing Material Composition (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
Description
本発明は、固体高分子型燃料電池シール材用の樹脂組成物、該樹脂組成物を用いたシール材及び該シール材を用いた固体高分子型燃料電池に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a resin composition for a polymer electrolyte fuel cell sealing material, a sealing material using the resin composition, and a polymer electrolyte fuel cell using the sealing material.
固体高分子型燃料電池(以下、「燃料電池」と称する場合もある)は、水素を含有する燃料ガスと、酸素を含有する酸化剤ガスとを、電気化学的に反応させることで、電力と熱とを同時に発生させるものである。
図1に、一般的な燃料電池の構成単位であるセル10の断面図を示す。一般的な燃料電池は、セル10を数十~数百セル積層し、その積層体を、集電板及び絶縁板を介して端板で挟み、これらを締結ボルトで両端から締め付けることによって構成される。
このように構成された燃料電池は、高温高湿状態で稼動し、固体高分子電解質膜(以下、「電解質膜」と称する場合もある)から微量にフッ酸が溶出する。従って、このような条件下で用いられるシール材16として、特許文献1~3の手段が提案されている。
A polymer electrolyte fuel cell (hereinafter sometimes referred to as a "fuel cell") electrochemically reacts a hydrogen-containing fuel gas with an oxygen-containing oxidant gas to generate electric power. It generates heat at the same time.
FIG. 1 shows a cross-sectional view of a
A fuel cell constructed in this way operates in a high-temperature and high-humidity state, and a very small amount of hydrofluoric acid elutes from the solid polymer electrolyte membrane (hereinafter sometimes referred to as "electrolyte membrane"). Therefore, the means disclosed in Patent Documents 1 to 3 have been proposed as the sealing
特許文献1は、シール材として、ウレタン系樹脂又は液状シリコンゴムを用いるものである。しかし、ウレタン樹脂は高湿環境下で加水分解を生じてしまうという問題があった。また、ポリウレタン樹脂は、ポリエステル系とポリエーテル系に大別されるが、いずれも熱に弱く、ポリエステル系は100℃弱、ポリエーテル系は70℃程度で接着力が低下してしまうものであった。液状シリコンゴムは、機械的強度が低く、酸やアルカリによって加水分解を受けやすいという問題があった。
特許文献2は、シール材として、オレフィン系樹脂や軟質エポキシ系樹脂を用いるものである。しかし、オレフィン樹脂は高温環境下で樹脂の凝集力の低下が起こるため十分な接着力が得られず、軟質エポキシ系樹脂は、高温環境下において軟化により接着力が低下してしまうという問題があった。
特許文献3は、シール材として、スチレン系ブロック重合エラストマー及びタッキファイヤーを含む組成物を用いるものである。しかし、該組成物は、高温環境下で接着力が低下してしまうものであった。
また、上記シール材は、燃料電池の製造時に電解質膜と熱プレス際に、高温加圧化に晒されることにより、設計よりも膜厚が小さくなる場合があり、シール材として十分な性能を発揮できない場合があった。
Patent document 1 uses urethane-based resin or liquid silicone rubber as a sealing material. However, the urethane resin has a problem of being hydrolyzed in a high-humidity environment. Polyurethane resins are broadly classified into polyester and polyether types, but both are weak against heat, with polyester resins losing their adhesive strength at temperatures below 100°C and polyether resins at around 70°C. rice field. Liquid silicone rubber has the problem that it has low mechanical strength and is easily hydrolyzed by acids and alkalis.
Patent document 2 uses an olefin-based resin or a soft epoxy-based resin as a sealing material. However, olefin resins do not have sufficient adhesive strength because the cohesive strength of the resin decreases in high temperature environments, and soft epoxy resins have the problem that adhesive strength decreases due to softening in high temperature environments. rice field.
Patent Document 3 uses a composition containing a styrene-based block polymerization elastomer and a tackifier as a sealing material. However, this composition has a lower adhesive strength in a high-temperature environment.
In addition, the sealing material may become thinner than designed due to exposure to high-temperature pressurization during hot pressing with the electrolyte membrane during fuel cell manufacturing, and it exhibits sufficient performance as a sealing material. Sometimes I couldn't.
本発明は、高温下で接着力の低下を抑え、また、高温高湿下での耐久性に優れ、更に高温高圧下における熱プレス等でのシール材の形状や膜厚の変化等を抑制できる形状安定性に優れた固体高分子型燃料電池シール材用の樹脂組成物及び該樹脂組成物を用いたシール材、並びに該シール材を用いた固体高分子型燃料電池を提供することを課題とする。 The present invention suppresses a decrease in adhesive strength at high temperatures, has excellent durability at high temperatures and high humidity, and can suppress changes in the shape and film thickness of the sealing material due to hot press at high temperatures and high pressures. An object of the present invention is to provide a polymer electrolyte fuel cell sealing material excellent in shape stability, a sealing material using the resin composition, and a polymer electrolyte fuel cell using the sealing material. do.
上記課題を解決するために、本発明は、本発明は、以下の[1]~[11]を提供する。
[1]酸価が15mgKOH/g未満のアクリル樹脂(A)、酸価が15mgKOH/g以上のアクリル樹脂(B)、及び架橋剤を含む、固体高分子型燃料電池シール材用の樹脂組成物。
[2]前記樹脂(A)及び前記樹脂(B)の質量比(A)/(B)が、20/80以上80/20以下である、[1]に記載の固体高分子型燃料電池シール材用の樹脂組成物。
[3]前記樹脂(A)が、スチレンを5質量%以上40質量%以下、及びメチルメタクリレートを20質量%以上60質量%以下を含む原料成分を共重合してなり、重量平均分子量が30万以上の共重合樹脂である、[1]又は[2]に記載の固体高分子型燃料電池シール材用の樹脂組成物。
[4]前記樹脂(A)の前記原料成分中に、更に、グリシジルアクリレート、グリシジルメタクリレート、アクリル酸及びメタクリル酸から選ばれる一種以上を含有する、[3]に記載の固体高分子型燃料電池シール材用の樹脂組成物。
[5]前記樹脂(A)の前記原料成分中に、更に、炭素数が2以上のアルキル基を有するアルキル(メタ)アクリレートを含有する、[3]又は[4]に記載の固体高分子型燃料電池シール材用の樹脂組成物。
[6]前記樹脂(B)が、スチレンを30質量%以上70質量%以下、及びメチルメタクリレートを5質量%以上30質量%以下を含む原料成分を共重合してなり、重量平均分子量が20万以上の共重合樹脂である、[1]~[5]のいずれかに記載の固体高分子型燃料電池シール材用の樹脂組成物。
[7]前記樹脂(A)の前記原料成分中に、更に、グリシジルアクリレート、グリシジルメタクリレート、アクリル酸及びメタクリル酸から選ばれる一種以上を含有する、[6]に記載の固体高分子型燃料電池シール材用の樹脂組成物。
[8]前記樹脂(B)の前記原料成分中に、更に、炭素数が2以上のアルキル基を有するアルキル(メタ)アクリレートを含有する、[6]又は[7]に記載の固体高分子型燃料電池シール材用の樹脂組成物。
[9]前記架橋剤が、アミン系エポキシ架橋剤である、[1]~[8]のいずれかに記載の固体高分子型燃料電池シール材用の樹脂組成物。
[10][1]~[9]のいずれかに記載の樹脂組成物から形成されてなる、固体高分子型燃料電池用のシール材。
[11][10]に記載の固体高分子型燃料電池用シール材によるシール部位を備えてなる、固体高分子型燃料電池。
In order to solve the above problems, the present invention provides the following [1] to [11].
[1] A resin composition for a polymer electrolyte fuel cell sealing material, containing an acrylic resin (A) having an acid value of less than 15 mgKOH/g, an acrylic resin (B) having an acid value of 15 mgKOH/g or more, and a cross-linking agent. .
[2] The polymer electrolyte fuel cell seal according to [1], wherein the mass ratio (A)/(B) of the resin (A) and the resin (B) is 20/80 or more and 80/20 or less. Resin composition for lumber.
[3] The resin (A) is obtained by copolymerizing raw material components containing 5% by mass to 40% by mass of styrene and 20% by mass to 60% by mass of methyl methacrylate, and has a weight average molecular weight of 300,000. The resin composition for polymer electrolyte fuel cell sealing material according to [1] or [2], which is the above copolymer resin.
[4] The polymer electrolyte fuel cell seal according to [3], wherein the raw material component of the resin (A) further contains one or more selected from glycidyl acrylate, glycidyl methacrylate, acrylic acid and methacrylic acid. Resin composition for lumber.
[5] The solid polymer type according to [3] or [4], wherein the raw material component of the resin (A) further contains an alkyl (meth)acrylate having an alkyl group with 2 or more carbon atoms. A resin composition for a fuel cell sealing material.
[6] The resin (B) is obtained by copolymerizing raw material components containing 30% by mass or more and 70% by mass or less of styrene and 5% by mass or more and 30% by mass or less of methyl methacrylate, and has a weight average molecular weight of 200,000. The resin composition for polymer electrolyte fuel cell sealing material according to any one of [1] to [5], which is the above copolymer resin.
[7] The polymer electrolyte fuel cell seal according to [6], wherein the raw material component of the resin (A) further contains one or more selected from glycidyl acrylate, glycidyl methacrylate, acrylic acid and methacrylic acid. Resin composition for lumber.
[8] The solid polymer type according to [6] or [7], wherein the raw material component of the resin (B) further contains an alkyl (meth)acrylate having an alkyl group with 2 or more carbon atoms. A resin composition for a fuel cell sealing material.
[9] The resin composition for polymer electrolyte fuel cell sealing material according to any one of [1] to [8], wherein the cross-linking agent is an amine epoxy cross-linking agent.
[10] A sealing material for polymer electrolyte fuel cells, formed from the resin composition according to any one of [1] to [9].
[11] A polymer electrolyte fuel cell comprising a sealing portion with the sealing material for a polymer electrolyte fuel cell according to [10].
本発明によれば、高温下で接着力の低下を抑え、また、高温高湿下での耐久性に優れ、更に高温高圧下における熱プレス等でのシール材の形状や膜厚の変化等を抑制できる形状安定性に優れた固体高分子型燃料電池シール材用の樹脂組成物及び該樹脂組成物を用いたシール材、並びに該シール材を用いた固体高分子型燃料電池を提供することができる。 According to the present invention, the adhesive strength is suppressed at high temperatures, and the durability is excellent at high temperatures and high humidity. It is possible to provide a polymer electrolyte fuel cell sealing material excellent in suppressible shape stability, a sealing material using the resin composition, and a polymer electrolyte fuel cell using the sealing material. can.
[固体高分子型燃料電池シール材用の樹脂組成物]
本発明の固体高分子型燃料電池シール材用の樹脂組成物は、酸価が15mgKOH/g未満のアクリル樹脂(A)(以下、「樹脂(A)」とも称する)、酸価が15mgKOH/g以上のアクリル樹脂(B)(以下、「樹脂(B)」とも称する)、及び架橋剤を含むことを特徴としている。
[Resin composition for polymer electrolyte fuel cell sealing material]
The resin composition for a polymer electrolyte fuel cell sealing material of the present invention comprises an acrylic resin (A) having an acid value of less than 15 mgKOH/g (hereinafter also referred to as "resin (A)") and an acid value of 15 mgKOH/g. It is characterized by containing the above acrylic resin (B) (hereinafter also referred to as "resin (B)") and a cross-linking agent.
一般に、樹脂における酸価とは、カルボン酸及び水酸基等の酸性置換基の樹脂中の含有量の指標であり、通常、酸価が大きいほど、酸性置換基の含有量は大きくなる。この酸性置換基は、樹脂において、架橋反応の架橋点となるため、当該酸性置換基を有する樹脂をブレンドし、エポキシやイソシアネート等の架橋剤を用いることで、架橋をすることができる。 In general, the acid value in a resin is an index of the content of acidic substituents such as carboxylic acid and hydroxyl groups in the resin, and generally, the higher the acid value, the greater the content of acidic substituents. Since this acidic substituent becomes a cross-linking point for a cross-linking reaction in a resin, cross-linking can be achieved by blending a resin having such an acidic substituent and using a cross-linking agent such as epoxy or isocyanate.
従来の燃料電池シール材用の樹脂組成物は、架橋反応をしていない樹脂組成物が用いられてきたが、これらの樹脂組成物は架橋点が存在しないため、ガラス転移温度以上で流動しやすいことから、高温高湿下で剥離などの不具合が起こり難いものの、シール材の形状が変化しやすいため、シール材としての機能を十分に発揮できない場合があった。
一方で、上記のような形状の変化を改善するために、燃料電池シール材用の樹脂組成物を架橋して用いることも実施されてきたが、その場合は、樹脂全体の架橋点が均一であることから、樹脂組成物全体が硬化することにより流動性が損なわれるため、高温高圧下でのシール材の性能が損なわれてしまっていた。
Conventional resin compositions for fuel cell sealing materials have used resin compositions that have not undergone a cross-linking reaction. Therefore, although problems such as peeling do not readily occur under high temperature and high humidity conditions, the shape of the sealing material is likely to change, so there have been cases where the function as a sealing material cannot be sufficiently exhibited.
On the other hand, in order to improve the shape change as described above, it has been practiced to use a resin composition for a fuel cell sealing material after cross-linking. For some reason, the curing of the resin composition as a whole impairs the fluidity, and thus the performance of the sealing material under high temperature and pressure conditions is impaired.
本発明の樹脂組成物は、樹脂(A)は酸価が15mgKOH/g未満であることから、架橋点の少ない樹脂である一方、樹脂(B)は酸価が15mgKOH/g以上であることから、架橋点の多い樹脂である。本発明の樹脂組成物は、これら架橋点の量が異なる2種の樹脂をブレンドすることにより、樹脂組成物の架橋が不均一になるため、高温高湿下での柔軟性を確保しつつ、形状の変化を抑制することができる。本発明における樹脂組成物は以上のような特徴を有することにより、高温下で接着力の低下を抑え、また、高温高湿下での耐久性に優れ、更に、高温高圧下における熱プレス等でのシール材の形状や膜厚の変化等を抑制できる形状安定性に優れたシール材を得ることができる。 In the resin composition of the present invention, since the resin (A) has an acid value of less than 15 mgKOH/g, it is a resin with few cross-linking points, while the resin (B) has an acid value of 15 mgKOH/g or more. , is a resin with many cross-linking points. In the resin composition of the present invention, by blending two resins having different amounts of cross-linking points, the cross-linking of the resin composition becomes non-uniform. A change in shape can be suppressed. By having the above characteristics, the resin composition of the present invention suppresses a decrease in adhesive strength at high temperatures, has excellent durability at high temperatures and high humidity, and can be subjected to heat press etc. at high temperatures and high pressures. It is possible to obtain a sealing material excellent in shape stability that can suppress changes in the shape and film thickness of the sealing material.
本発明の樹脂(A)及び樹脂(B)における酸価とは、JIS K 0070(1992)に準拠した、水酸化カリウムを用いた中和滴定法等で求められる。
なお、本発明において、樹脂(A)の酸価が測定値として得られない場合は、樹脂(A)の酸価は0mgKOH/gであり、架橋点が少ない樹脂であることを示す。
The acid value of the resin (A) and the resin (B) of the present invention is determined by a neutralization titration method using potassium hydroxide or the like according to JIS K 0070 (1992).
In the present invention, when the acid value of resin (A) cannot be obtained as a measured value, the acid value of resin (A) is 0 mgKOH/g, indicating that the resin has few cross-linking points.
樹脂(A)の酸価は、高温高湿下における樹脂組成物の柔軟性を向上しやすくする観点から、12mgKOH/g以下が好ましく、10mgKOH/g以下がより好ましく、8mgKOH/g以下が更に好ましい。また、樹脂(A)の酸価の下限値としては、0mgKOH/g以上であることが好ましい。
樹脂(B)の酸価の下限は、高温下における樹脂組成物の形状安定性を向上しやすくする観点から、15mgKOH/g以上であり、16mgKOH/g以上であることが好ましく、17mgKOH/g以上であることがより好ましい。また、樹脂(B)の酸価の上限は、樹脂組成物の架橋を抑制し、柔軟性を確保する観点から、100mgKOH/g以下が好ましく、95mgKOH/g以下がより好ましく、90mgKOH/g以下が更に好ましい。
The acid value of the resin (A) is preferably 12 mgKOH/g or less, more preferably 10 mgKOH/g or less, and even more preferably 8 mgKOH/g or less, from the viewpoint of easily improving the flexibility of the resin composition under high temperature and high humidity conditions. . Moreover, the lower limit of the acid value of the resin (A) is preferably 0 mgKOH/g or more.
The lower limit of the acid value of the resin (B) is 15 mgKOH/g or more, preferably 16 mgKOH/g or more, and 17 mgKOH/g or more, from the viewpoint of easily improving the shape stability of the resin composition at high temperatures. is more preferable. Further, the upper limit of the acid value of the resin (B) is preferably 100 mgKOH/g or less, more preferably 95 mgKOH/g or less, more preferably 90 mgKOH/g or less, from the viewpoint of suppressing cross-linking of the resin composition and ensuring flexibility. More preferred.
樹脂(A)の酸価と樹脂(B)の酸価との差([樹脂(B)の酸価]-[樹脂(A)の酸価])は、5mgKOH/g以上が好ましく、10mgKOH/g以上がより好ましく、15mgKOH/g以上が更に好ましく、20mgKOH/g以上がより更に好ましい。樹脂(A)の酸価と樹脂(B)の酸価との差が5mgKOH/g以上であることで、樹脂組成物の架橋が不均一になりやすくなるため、高温高湿下における樹脂組成物の柔軟性及び高温下における樹脂組成物の形状安定性を向上しやすくできる。
また、樹脂(A)の酸価と樹脂(B)の酸価との差([樹脂(B)の酸価]-[樹脂(A)の酸価])は、90mgKOH/g以下が好ましく、80mgKOH/g以下がより好ましく、75mgKOH/g以以下が更に好ましく、70mgKOH/g以下がより更に好ましい。樹脂(A)の酸価と樹脂(B)の酸価との差が90mgKOH/g以下であることで、樹脂組成物の架橋密度が低くなりすぎることを抑制しやすくなるため、高温高湿下における樹脂組成物の柔軟性及び高温下における樹脂組成物の形状安定性を両立することができる。
The difference between the acid value of resin (A) and the acid value of resin (B) ([acid value of resin (B)] - [acid value of resin (A)]) is preferably 5 mgKOH/g or more, and 10 mgKOH/ g or more is more preferable, 15 mgKOH/g or more is still more preferable, and 20 mgKOH/g or more is even more preferable. When the difference between the acid value of the resin (A) and the acid value of the resin (B) is 5 mgKOH/g or more, the cross-linking of the resin composition tends to be non-uniform, so the resin composition can be used under high temperature and high humidity conditions. The flexibility and shape stability of the resin composition at high temperatures can be easily improved.
Further, the difference between the acid value of resin (A) and the acid value of resin (B) ([acid value of resin (B)] - [acid value of resin (A)]) is preferably 90 mgKOH/g or less, 80 mgKOH/g or less is more preferable, 75 mgKOH/g or less is still more preferable, and 70 mgKOH/g or less is even more preferable. When the difference between the acid value of the resin (A) and the acid value of the resin (B) is 90 mgKOH/g or less, it becomes easier to prevent the crosslink density of the resin composition from becoming too low, so It is possible to achieve both the flexibility of the resin composition in and the shape stability of the resin composition at high temperatures.
樹脂(A)及び樹脂(B)の酸価は、例えば、ポリマー重合時のモノマー組成比において、カルボン酸モノマーの比率を上げることにより調節することが可能である。
カルボン酸モノマーの比率を上げることにより、樹脂(A)及び樹脂(B)の酸価は大きくなり、樹脂(A)及び樹脂(B)を架橋点が多い樹脂とすることができる。一方、カルボン酸モノマーの比率を下げることにより、樹脂(A)及び樹脂(B)の酸価は小さくなり、樹脂(A)及び樹脂(B)を架橋点の少ない樹脂とすることができる。
The acid values of resin (A) and resin (B) can be adjusted, for example, by increasing the ratio of carboxylic acid monomers in the monomer composition ratio during polymer polymerization.
By increasing the ratio of the carboxylic acid monomer, the acid values of the resin (A) and the resin (B) are increased, and the resin (A) and the resin (B) can be resins having many cross-linking points. On the other hand, by decreasing the ratio of the carboxylic acid monomer, the acid values of the resin (A) and the resin (B) are decreased, and the resin (A) and the resin (B) can be resins with few cross-linking points.
本発明の樹脂組成物において、樹脂(A)及び樹脂(B)の質量比(A)/(B)は、20/80以上80/20以下であることが好ましく、30/70以上70/30以下が好ましい。質量比(A)/(B)が上記範囲にあることにより、高温高湿下における樹脂組成物の柔軟性及び高温化における形状安定性をバランス良く向上しやすくできる。 In the resin composition of the present invention, the mass ratio (A)/(B) of resin (A) and resin (B) is preferably 20/80 or more and 80/20 or less, and 30/70 or more and 70/30. The following are preferred. When the mass ratio (A)/(B) is within the above range, the flexibility of the resin composition under high temperature and high humidity and the shape stability at high temperature can be easily improved in a well-balanced manner.
〔樹脂(A)及び樹脂(B)〕
樹脂(A)は、スチレンを5質量%以上40質量%以下、及びメチルメタクリレートを20質量%以上60質量%以下を含む原料成分を共重合してなり、重量平均分子量が30万以上の共重合樹脂であることが好ましい。
また、樹脂(B)は、スチレンを30質量%以上70質量%以下、及びメチルメタクリレートを5質量%以上30質量%以下を含む原料成分を共重合してなり、重量平均分子量が20万以上の共重合樹脂であることが好ましい。
樹脂(A)及び樹脂(B)が上記特徴を有していることにより、高温高湿下での耐久性に優れた樹脂組成物及びシール材を得ることができる。
なお、本発明において、重量平均分子量とは、ゲルパーミエーションクロマトグラム法(GPC法)により測定し、ポリスチレン換算した値である。
[Resin (A) and Resin (B)]
Resin (A) is a copolymer having a weight average molecular weight of 300,000 or more obtained by copolymerizing raw material components containing 5% by mass or more and 40% by mass or less of styrene and 20% by mass or more and 60% by mass or less of methyl methacrylate. Resin is preferred.
The resin (B) is obtained by copolymerizing raw material components containing 30% by mass or more and 70% by mass or less of styrene and 5% by mass or more and 30% by mass or less of methyl methacrylate, and has a weight average molecular weight of 200,000 or more. A copolymer resin is preferred.
Since the resin (A) and the resin (B) have the above characteristics, it is possible to obtain a resin composition and a sealing material having excellent durability under high temperature and high humidity.
In addition, in this invention, a weight average molecular weight is a value which measured by the gel permeation chromatogram method (GPC method) and converted into polystyrene.
<スチレン>
本発明の樹脂組成物における樹脂(A)及び樹脂(B)は、原料成分中にスチレン(スチレンモノマー)を含有することが好ましい。
スチレンは、構成元素がCHからなる非極性の成分であるので、本発明における樹脂(A)及び樹脂(B)に、スチレンを導入することで、極性材料(例えば、電解質膜)と非極性材料の構成品との間で、優れた接着性及び密着性を付与しやすくできる。
また、スチレンは、比較的ガラス転移温度(Tg)が高いため、本発明における共重合樹脂にスチレンを導入することで、凝集力の向上効果による耐熱接着性も得られやすい。
樹脂組成物に耐熱接着性の機能を与える一般的な手法は、樹脂にシランカップリング剤、粘着付与剤等を付与して接着性を付与することが多いが、シランカップリング剤が染み出し(ブリードアウト)、製品の信頼性を損ねることがある。しかし、共重合成分として、樹脂自体に組み込むことでブリードアウトを抑制しやすくできる。
<Styrene>
The resin (A) and the resin (B) in the resin composition of the present invention preferably contain styrene (styrene monomer) as a raw material component.
Since styrene is a nonpolar component whose constituent element is CH, by introducing styrene into the resin (A) and the resin (B) in the present invention, a polar material (for example, an electrolyte membrane) and a nonpolar material It is possible to easily provide excellent adhesiveness and adhesion between the components of.
In addition, since styrene has a relatively high glass transition temperature (Tg), by introducing styrene into the copolymer resin of the present invention, it is easy to obtain heat-resistant adhesion due to the effect of improving cohesion.
A common technique for imparting heat-resistant adhesion to a resin composition is to add a silane coupling agent, a tackifier, etc. to the resin to impart adhesiveness, but the silane coupling agent seeps out ( bleed out), which may impair the reliability of the product. However, by incorporating it into the resin itself as a copolymer component, bleeding out can be easily suppressed.
樹脂(A)の、原料成分中のスチレンの含有量は5質量%以上40質量%以下であることが好ましく、7質量%以上35質量%以下がより好ましく、9質量%以上30質量%以下が更に好ましい。
樹脂(A)の原料成分中のスチレンの含有量を5質量%以上とすることにより、本発明の樹脂組成物をシール材として用いた際の接着性及び密着性を向上しやすくできる。また、樹脂(A)の原料成分中のスチレンの含有量が40質量%以下とすることにより、本発明の樹脂組成物の硬度を、被接着物の形状に追随する硬度に調整しやすくできる。また、後述のメチルメタクリレートの割合を確保することができるため、高温環境下での接着力の低下をより抑えるとともに、耐酸性をより良好することができる。
The content of styrene in the raw material components of the resin (A) is preferably 5% by mass or more and 40% by mass or less, more preferably 7% by mass or more and 35% by mass or less, and 9% by mass or more and 30% by mass or less. More preferred.
By setting the content of styrene in the raw material components of the resin (A) to 5% by mass or more, it is possible to easily improve the adhesiveness and adhesion when the resin composition of the present invention is used as a sealing material. Further, by setting the content of styrene in the raw material components of the resin (A) to 40% by mass or less, the hardness of the resin composition of the present invention can be easily adjusted to follow the shape of the adherend. Moreover, since the proportion of methyl methacrylate, which will be described later, can be ensured, it is possible to further suppress a decrease in adhesive strength in a high-temperature environment and to improve acid resistance.
樹脂(B)の、原料成分中のスチレンの含有量は30質量%以上70質量%以下であることが好ましく、35質量%以上65質量%以下がより好ましく、40質量%以上60質量%以下が更に好ましい。
樹脂(B)の原料成分中のスチレンの含有量を30質量%以上とすることにより、本発明の樹脂組成物をシール材として用いた際の接着性及び密着性を向上しやすくでき、更に、樹脂組成物の形状安定性を向上させやすくできる。また、樹脂(B)の原料成分中のスチレンの含有量を70質量%以下とすることにより、本発明の樹脂組成物の硬度を、被接着物の形状に追随する硬度に調整しやすくできる。また、後述のメチルメタクリレートの割合を確保することができるため、高温環境下での接着力の低下をより抑えるとともに、耐酸性をより良好することができる。
The styrene content in the raw material components of the resin (B) is preferably 30% by mass or more and 70% by mass or less, more preferably 35% by mass or more and 65% by mass or less, and 40% by mass or more and 60% by mass or less. More preferred.
By setting the content of styrene in the raw material component of the resin (B) to 30% by mass or more, it is possible to easily improve the adhesiveness and adhesion when the resin composition of the present invention is used as a sealing material. The shape stability of the resin composition can be easily improved. Further, by setting the content of styrene in the raw material components of the resin (B) to 70% by mass or less, the hardness of the resin composition of the present invention can be easily adjusted to follow the shape of the adherend. Moreover, since the proportion of methyl methacrylate, which will be described later, can be ensured, it is possible to further suppress a decrease in adhesive strength in a high-temperature environment and to improve acid resistance.
<メチルメタクリレート>
本発明の樹脂組成物における樹脂(A)及び樹脂(B)は、原料成分中にメチルメタクリレート(メチルメタクリレートモノマー)を含有することが好ましい。
メチルメタクリレートを、スチレンと共に用いることにより、原料成分を共重合して得られる樹脂(A)及び樹脂(B)のガラス転移温度(Tg)を微調整することができ、また、重量平均分子量を調整することができる。そのため、樹脂(A)及び樹脂(B)を含む樹脂組成物において、極性の異なる材料間の接着性及び接合条件を制御しやすくできる。
また、樹脂(A)及び樹脂(B)がメチルメタクリレートを含むことで、樹脂組成物が水分及び酸により分解して重量が減少することを抑制しやすくできるため、高温高湿下でのシール材の凝集力及び接着力の低下を抑えることができる。
<Methyl methacrylate>
It is preferable that the resin (A) and the resin (B) in the resin composition of the present invention contain methyl methacrylate (methyl methacrylate monomer) as a raw material component.
By using methyl methacrylate together with styrene, the glass transition temperature (Tg) of the resin (A) and the resin (B) obtained by copolymerizing the raw material components can be finely adjusted, and the weight average molecular weight can be adjusted. can do. Therefore, in the resin composition containing the resin (A) and the resin (B), it is possible to easily control the adhesiveness and bonding conditions between materials having different polarities.
In addition, since the resin (A) and the resin (B) contain methyl methacrylate, it is possible to easily suppress the decrease in weight due to the decomposition of the resin composition by moisture and acid. It is possible to suppress the decrease in the cohesive strength and adhesive strength of.
樹脂(A)の原料成分中のメチルメタクリレート(メチルメタクリレートモノマー)の含有量は、20質量%以上60質量%以下であることが好ましく、20質量%以上55質量%以下であることがより好ましく、20質量%以上50質量%以下であることが更に好ましい。
樹脂(A)の原料成分中のメチルメタクリレートの含有量を20質量%以上とすることにより、本発明の樹脂組成物の軟化点を高くしてシール材として用いる際の取り扱い性を良好にし易くでき、更に形状安定性を向上しやすくできる。また、メチルメタクリレートの含有量を60質量%以下とすることにより、本発明の樹脂組成物の硬度を被着物の形状に追従しやすく調整できる。
The content of methyl methacrylate (methyl methacrylate monomer) in the raw material component of the resin (A) is preferably 20% by mass or more and 60% by mass or less, more preferably 20% by mass or more and 55% by mass or less, More preferably, it is 20% by mass or more and 50% by mass or less.
By setting the content of methyl methacrylate in the raw material components of the resin (A) to 20% by mass or more, the softening point of the resin composition of the present invention can be increased, and the handleability when used as a sealing material can be easily improved. Furthermore, it is possible to easily improve the shape stability. Further, by setting the content of methyl methacrylate to 60% by mass or less, the hardness of the resin composition of the present invention can be easily adjusted to follow the shape of the adherend.
樹脂(B)の原料成分中のメチルメタクリレート(メチルメタクリレートモノマー)の含有量は、5質量%以上30質量%以下であることが好ましく、8質量%以上25質量%以下であることがより好ましく、10質量%以上20質量%以下であることが更に好ましい。
樹脂(B)の原料成分中のメチルメタクリレートの含有量を5質量%以上とすることにより、本発明の樹脂組成物の軟化点を高くしてシール材として用いる際の取り扱い性を良好にし易くでき、更に形状安定性を向上しやすくできる。また、メチルメタクリレートの含有量を30質量%以下とすることにより、本発明の樹脂組成物の硬度を被着物の形状に追従しやすく調整できる。
The content of methyl methacrylate (methyl methacrylate monomer) in the raw material component of the resin (B) is preferably 5% by mass or more and 30% by mass or less, more preferably 8% by mass or more and 25% by mass or less, More preferably, it is 10% by mass or more and 20% by mass or less.
By setting the content of methyl methacrylate in the raw material component of the resin (B) to 5% by mass or more, the softening point of the resin composition of the present invention can be increased, and the handleability when used as a sealing material can be easily improved. Furthermore, it is possible to easily improve the shape stability. Further, by setting the content of methyl methacrylate to 30% by mass or less, the hardness of the resin composition of the present invention can be easily adjusted to follow the shape of the adherend.
<その他のモノマー>
樹脂(A)及び(B)は、原料成分中に、更に、その他のモノマーとして、グリシジルアクリレート、グリシジルメタクリレート、アクリル酸及びメタクリル酸から選ばれる一種以上を含有することが好ましい。
樹脂(A)の原料成分にその他のモノマーが含有されていることにより、高温環境下での接着力を維持したまま、樹脂の凝集力が確保しやすくなる。
<Other monomers>
Resins (A) and (B) preferably further contain one or more selected from glycidyl acrylate, glycidyl methacrylate, acrylic acid and methacrylic acid as other monomers in the raw material components.
By containing other monomers in the raw material components of the resin (A), it becomes easier to secure the cohesive force of the resin while maintaining the adhesive force in a high-temperature environment.
共重合樹脂の原料成分中のその他のモノマーとしては、上記の化合物をいずれも好適に用いることができるが、皮膚刺激性等の取り扱い性、化合物としての安定性、及び合成の容易性の観点から、グリシジルメタクリレート及びメタクリル酸がより好適である。 As other monomers in the raw material components of the copolymer resin, any of the above compounds can be suitably used, but from the viewpoint of handling properties such as skin irritation, stability as a compound, and ease of synthesis. , glycidyl methacrylate and methacrylic acid are more preferred.
樹脂(A)の原料成分中のその他のモノマーの含有量は、0.5質量%以上5質量%以下が好ましく、0.8質量%以上4質量%以下がより好ましく、1質量%以上3質量%以下が更に好ましい。樹脂(A)の原料成分中のその他のモノマーの含有量が0.5質量%以上であることにより、本発明の樹脂組成物の樹脂の凝集力をより向上しやすくできる。また、樹脂(A)の原料成分中のその他のモノマーの含有量が5質量%以下であることにより、共重合樹脂のゲル化を防止するとともに、メチルメタクリレートの割合を確保して耐熱水性及び耐酸性を良好にしやすくできる。また、樹脂(A)の酸価を低くすることができるため、樹脂(A)を架橋点の少ない樹脂とすることができ、本発明の樹脂組成物の架橋を不均一とすることができ、高温高湿下での耐久性及び高温加圧下での形状安定性を両立しやすくできる。 The content of other monomers in the raw material components of the resin (A) is preferably 0.5% by mass or more and 5% by mass or less, more preferably 0.8% by mass or more and 4% by mass or less, and 1% by mass or more and 3% by mass. % or less is more preferable. When the content of the other monomer in the raw material components of the resin (A) is 0.5% by mass or more, the cohesive force of the resin of the resin composition of the present invention can be more easily improved. In addition, since the content of other monomers in the raw material components of the resin (A) is 5% by mass or less, the copolymer resin is prevented from gelling, and the proportion of methyl methacrylate is ensured to ensure hot water resistance and acid resistance. It is easy to improve the quality. In addition, since the acid value of the resin (A) can be lowered, the resin (A) can be a resin with few cross-linking points, and the cross-linking of the resin composition of the present invention can be made uneven. It is possible to easily achieve both durability under high temperature and high humidity and shape stability under high temperature and pressure.
樹脂(B)の原料成分中のその他のモノマーの含有量は、1質量%以上15質量%以下が好ましく、2質量%以上12質量%以下がより好ましく、3質量%以上10質量%以下が更に好ましい。樹脂(B)の原料成分中のその他のモノマーの含有量が1質量%以上であることにより、本発明の樹脂組成物の樹脂の凝集力をより向上しやすくできる。また、樹脂(A)の原料成分中のその他のモノマーの含有量が15質量%以下であることにより、共重合樹脂のゲル化を防止するとともに、メチルメタクリレートの割合を確保して耐熱水性及び耐酸性を良好にしやすくできる。また、樹脂(B)の酸価を高くすることができるため、樹脂(B)を架橋点の多い樹脂とすることができ、本発明の樹脂組成物の架橋を不均一とすることができ、高温高湿下での耐久性及び高温加圧下での形状安定性を両立しやすくできる。 The content of other monomers in the raw material components of the resin (B) is preferably 1% by mass or more and 15% by mass or less, more preferably 2% by mass or more and 12% by mass or less, and further preferably 3% by mass or more and 10% by mass or less. preferable. When the content of other monomers in the raw material components of the resin (B) is 1% by mass or more, the cohesive force of the resin of the resin composition of the present invention can be more easily improved. In addition, since the content of other monomers in the raw material components of the resin (A) is 15% by mass or less, the copolymer resin is prevented from gelling, and the proportion of methyl methacrylate is ensured to ensure hot water resistance and acid resistance. It is easy to improve the quality. In addition, since the acid value of the resin (B) can be increased, the resin (B) can be a resin having many cross-linking points, and the cross-linking of the resin composition of the present invention can be made uneven. It is possible to easily achieve both durability under high temperature and high humidity and shape stability under high temperature and pressure.
<炭素数が2以上のアルキル基を有するアルキル(メタ)アクリレート>
樹脂(A)及び樹脂(B)は、原料成分中に、更に、炭素数が2以上のアルキル基を有するアルキル(メタ)アクリレートを含有することが好ましい。
樹脂(A)及び樹脂(B)は、原料成分としてスチレン及びメチルメタアクリレートを含有することにより、水分及び酸による劣化を抑制し、高温環境下での接着力を良好にできる一方で、共重合樹脂の軟化点が高くなりすぎる場合がある。ここで、原料成分として炭素数が2以上のアルキル基を有するアルキル(メタ)アクリレートを含有することにより、共重合樹脂の軟化点を下げ、燃料電池のセルのシール部位にシール材を熱融着する際の作業性を向上させることができる。
<Alkyl (meth)acrylate having an alkyl group having 2 or more carbon atoms>
It is preferable that the resin (A) and the resin (B) further contain an alkyl (meth)acrylate having an alkyl group having 2 or more carbon atoms among the raw material components.
By containing styrene and methyl methacrylate as raw material components, the resin (A) and the resin (B) can suppress deterioration due to moisture and acid, and can improve adhesive strength in a high-temperature environment. The softening point of the resin may become too high. Here, by containing an alkyl (meth)acrylate having an alkyl group with a carbon number of 2 or more as a raw material component, the softening point of the copolymer resin is lowered, and the sealing material is heat-sealed to the sealing portion of the fuel cell. workability can be improved.
炭素数が2以上のアルキル(メタ)アクリレートとしては、メチルメタクリレート以外のアルキル(メタ)アクリレートを用いることができ、n-ブチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、sec-ブチル(メタ)アクリレート、tert-ブチル(メタ)アクリレート等のブチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、ペンチル(メタ)アクリレート、イソペンチル(メタ)アクリレート、ヘキシル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、ヘプチル(メタ)アクリレート、オクチル(メタ)アクリレート、イソオクチル(メタ)アクリレート、2-エチルヘキシル(メタ)アクリレート、ノニル(メタ)アクリレート、イソノニル(メタ)アクリレート、デシル(メタ)アクリレート、ドデシル(メタ)アクリレート、トリデシル(メタ)アクリレート等が挙げられる。
炭素数が2以上のアルキル(メタ)アクリレートは、樹脂(A)及び樹脂(B)の軟化点を調整しやすいという観点から、アルキルアクリレートが好適である。さらに、共重合しやすく、工業的に汎用性もあるという観点から、エチルアクリレートが好適である。
As the alkyl (meth)acrylate having 2 or more carbon atoms, alkyl (meth)acrylates other than methyl methacrylate can be used, such as n-butyl (meth)acrylate, isobutyl (meth)acrylate, sec-butyl (meth)acrylate. , butyl (meth)acrylate such as tert-butyl (meth)acrylate, ethyl (meth)acrylate, pentyl (meth)acrylate, isopentyl (meth)acrylate, hexyl (meth)acrylate, cyclohexyl (meth)acrylate, heptyl (meth)acrylate Acrylate, octyl (meth)acrylate, isooctyl (meth)acrylate, 2-ethylhexyl (meth)acrylate, nonyl (meth)acrylate, isononyl (meth)acrylate, decyl (meth)acrylate, dodecyl (meth)acrylate, tridecyl (meth)acrylate acrylates and the like.
The alkyl (meth)acrylate having 2 or more carbon atoms is preferably an alkyl acrylate from the viewpoint that it is easy to adjust the softening points of the resin (A) and the resin (B). Further, ethyl acrylate is preferable from the viewpoint of ease of copolymerization and industrial versatility.
樹脂(A)及び樹脂(B)の原料成分中の炭素数が2以上のアルキル基を有するアルキル(メタ)アクリレートの含有量は、20質量%以上70質量%以下が好ましく、23質量%以上60質量%以下がより好ましく、25質量%以上60質量%以下が更に好ましい。
炭素数が2以上のアルキル(メタ)アクリレートを20質量%以上とすることにより、共重合樹脂の軟化点を下げ、シール材の熱融着作業を容易にすることができ、70質量%以下とすることにより、メチルメタクリレート及びその他のモノマーの割合を確保して、高温環境下での接着力、耐熱水性及び耐酸性を良好にすることができる。
The content of the alkyl (meth)acrylate having an alkyl group with 2 or more carbon atoms in the raw material components of the resin (A) and the resin (B) is preferably 20% by mass or more and 70% by mass or less, and 23% by mass or more and 60% by mass. % by mass or less is more preferable, and 25% by mass or more and 60% by mass or less is even more preferable.
By making the alkyl (meth)acrylate having 2 or more carbon atoms 20% by mass or more, the softening point of the copolymer resin can be lowered and the heat sealing work of the sealing material can be facilitated. By doing so, the ratio of methyl methacrylate and other monomers can be ensured, and adhesive strength, hot water resistance and acid resistance in a high temperature environment can be improved.
樹脂(A)及び樹脂(B)は、上述したスチレン及びメチルメタクリレートと、必要に応じて用いるその他のモノマー及び炭素数が2以上の炭素数が2以上のアルキル基を有するアルキル(メタ)アクリレートとを含有してなる原料組成物を共重合してなるものである。 The resin (A) and the resin (B) are the above-mentioned styrene and methyl methacrylate, other monomers used as necessary, and an alkyl (meth)acrylate having an alkyl group having 2 or more carbon atoms and 2 or more carbon atoms. It is obtained by copolymerizing a raw material composition containing
共重合の方法としては、懸濁重合、乳化重合、溶液重合等が挙げられる。これら共重合の方法の中では、分子量分布が狭く、残留モノマーの少ないポリマーが得られる点、高分子量ポリマーが得られる点、乳化剤が不要であるため不純物の少ない点、水中で重合でありながら耐水性及び耐熱性に優れる共重合樹脂が得やすいという点から、懸濁重合が好適である。
重合条件は、例えば懸濁重合の場合、50~80℃で、2~24時間行うことが好ましい。
共重合体の形態は、交互、ランダム、ブロック、グラフト等の何れの形態であっても良い。
Copolymerization methods include suspension polymerization, emulsion polymerization, and solution polymerization. Among these copolymerization methods, it is possible to obtain a polymer with a narrow molecular weight distribution and few residual monomers, a high molecular weight polymer can be obtained, there are few impurities because an emulsifier is not required, and water resistance is achieved while being polymerized in water. Suspension polymerization is preferred because it is easy to obtain a copolymer resin having excellent toughness and heat resistance.
As for the polymerization conditions, for example, in the case of suspension polymerization, it is preferable to carry out at 50 to 80° C. for 2 to 24 hours.
The form of the copolymer may be alternating, random, block, graft, or the like.
粒状体を製造するための水系懸濁重合においては、一種以上の懸濁安定剤を使用できる。例えば、ポリビニルアルコール、部分ケン化ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、(メタ)アクリル酸塩、ポリアクリルアミド、部分ケン化ポリアクリルアミド、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、エチルセルロース等の水溶性高分子、リン酸カルシウム類、炭酸カルシウム等の無機塩粉体等が挙げられる。 One or more suspension stabilizers may be used in the aqueous suspension polymerization for producing granules. For example, water-soluble polymers such as polyvinyl alcohol, partially saponified polyvinyl alcohol, polyvinylpyrrolidone, (meth)acrylate, polyacrylamide, partially saponified polyacrylamide, carboxymethyl cellulose, methyl cellulose, ethyl cellulose, calcium phosphates, calcium carbonate, etc. Inorganic salt powder etc. are mentioned.
重合開始剤としては、分解後の重合開始ラジカル種が油溶性であることが好ましい。 ラジカル重合開始剤としては、アゾ系ラジカル重合開始剤や過酸化物系ラジカル重合開始剤が典型的なものとして挙げられる。
アゾ系ラジカル重合開始剤としては、2,2’-アゾビスプロパン、2,2’-ジクロロ-2,2’-アゾビスプロパン、1,1’-アゾ(メチルエチル)ジアセテート、2,2’-アゾビス(2-アミジノプロパン)塩酸塩、2,2’-アゾビス(2-アミノプロパン)硝酸塩、2,2’-アゾビスイソブタン、2,2’-アゾビスイソブチルアミド、2,2’-アゾビスイソブチロニトリル、2,2’-アゾビス-2-メチルプロピオン酸メチル、2,2’-ジクロロ-2,2’-アゾビスブタン、2,2’-アゾビス-2-メチルブチロニトリル、2,2’-アゾビスイソ酪酸ジメチル、1,1’-アゾビス(1-メチルブチロニトリル-3-スルホン酸ナトリウム)、2-(4-メチルフェニルアゾ)-2-メチルマロノジニトリル4,4’-アゾビス-4-シアノ吉草酸、3,5-ジヒドロキシメチルフェニルアゾ-2-アリルマロノジニトリル、2,2’-アゾビス-2-メチルバレロニトリル、4,4’-アゾビス-4-シアノ吉草酸ジメチル、2,2’-アゾビス-2,4-ジメチルバレロニトリル、1,1’-アゾビスシクロヘキサンニトリル、2,2’-アゾビス-2-プロピルブチロニトリル、1,1’-アゾビスシクロヘキサンニトリル、2,2’-アゾビス-2-プロピルブチロニトリル、1,1’-アゾビス-1-クロロフェニルエタン、1,1’-アゾビス-1-シクロヘキサンカルボニトリル、1,1’-アゾビス-1-シクロヘプタンニトリル、1,1’-アゾビス-1-フェニルエタン、1,1’-アゾビスクメン、4-ニトロフェニルアゾベンジルシアノ酢酸エチル、フェニルアゾジフェニルメタン、フェニルアゾトリフェニルメタン、4-ニトロフェニルアゾトリフェニルメタン、1,1’-アゾビス-1,2-ジフェニルエタン、ポリ(ビスフェノールA-4,4’-アゾビス-4-シアノペンタノエート)、ポリ(テトラエチレングリコール-2,2’-アゾビスイソブチレート)等が挙げられる。
過酸化物系ラジカル重合開始剤としては、過酸化アセチル、過酸化クミル、過酸化tert-ブチル、過酸化プロピオニル、過酸化ベンゾイル、過酸化2-クロロベンゾイル、過酸化3-クロロベンゾイル、過酸化4-クロロベンゾイル、過酸化2,4-ジクロロベンゾイル、過酸化4-ブロモメチルベンゾイル、過酸化ラウロイル、過硫酸カリウム、ペルオキシ炭酸ジイソプロピル、テトラリンヒドロペルオキシド、1-フェニル-2-メチルプロピル-1-ヒドロペルオキシド、過トリフェニル酢酸-tert-ブチル、tert-ブチルヒドロペルオキシド、過ギ酸tert-ブチル、過酢酸tert-ブチル、安息香酸tert-ブチル、過フェニル酢酸tert-ブチル、過4-メトキシ酢酸tert-ブチル、過N-(3-トルイル)カルバミン酸tert-ブチル等が挙げられる。重合開始剤を例示すると、過酸化ベンゾイル、過酸化ラウロイル、キュメンヒドロペルオキシド、t-ブチルヒドロペルオキシド、ジ-t-ブチルペルオキシド、メチルエチルケトンペルオキシド等の過酸化物がある。
As for the polymerization initiator, it is preferable that the polymerization-initiating radical species after decomposition is oil-soluble. Typical radical polymerization initiators include azo radical polymerization initiators and peroxide radical polymerization initiators.
Azo radical polymerization initiators include 2,2′-azobispropane, 2,2′-dichloro-2,2′-azobispropane, 1,1′-azo(methylethyl)diacetate, 2,2 '-azobis(2-amidinopropane) hydrochloride, 2,2'-azobis(2-aminopropane) nitrate, 2,2'-azobisisobutane, 2,2'-azobisisobutyramide, 2,2'- azobisisobutyronitrile, methyl 2,2'-azobis-2-methylpropionate, 2,2'-dichloro-2,2'-azobisbutane, 2,2'-azobis-2-methylbutyronitrile, 2 , 2′-azobis dimethyl isobutyrate, 1,1′-azobis(1-methylbutyronitrile-3-sodium sulfonate), 2-(4-methylphenylazo)-2-methylmalonodinitrile 4,4′- Azobis-4-cyanovaleric acid, 3,5-dihydroxymethylphenylazo-2-allylmalonodinitrile, 2,2′-azobis-2-methylvaleronitrile, dimethyl 4,4′-azobis-4-cyanovalerate , 2,2′-azobis-2,4-dimethylvaleronitrile, 1,1′-azobiscyclohexanenitrile, 2,2′-azobis-2-propylbutyronitrile, 1,1′-azobiscyclohexanenitrile, 2,2'-azobis-2-propylbutyronitrile, 1,1'-azobis-1-chlorophenylethane, 1,1'-azobis-1-cyclohexanecarbonitrile, 1,1'-azobis-1-cycloheptane Nitrile, 1,1′-azobis-1-phenylethane, 1,1′-azobiscumene, 4-nitrophenylazobenzylcyanoethyl acetate, phenylazodiphenylmethane, phenylazotriphenylmethane, 4-nitrophenylazotriphenylmethane, 1,1'-azobis-1,2-diphenylethane, poly(bisphenol A-4,4'-azobis-4-cyanopentanoate), poly(tetraethylene glycol-2,2'-azobisisobutyrate ) and the like.
Peroxide-based radical polymerization initiators include acetyl peroxide, cumyl peroxide, tert-butyl peroxide, propionyl peroxide, benzoyl peroxide, 2-chlorobenzoyl peroxide, 3-chlorobenzoyl peroxide, and peroxide 4. - chlorobenzoyl, 2,4-dichlorobenzoyl peroxide, 4-bromomethylbenzoyl peroxide, lauroyl peroxide, potassium persulfate, diisopropyl peroxycarbonate, tetralin hydroperoxide, 1-phenyl-2-methylpropyl-1-hydroperoxide , tert-butyl pertriphenylacetate, tert-butyl hydroperoxide, tert-butyl performate, tert-butyl peracetate, tert-butyl benzoate, tert-butyl perphenylacetate, tert-butyl per-4-methoxyacetate, and tert-butyl N-(3-toluyl)carbamate. Examples of polymerization initiators include peroxides such as benzoyl peroxide, lauroyl peroxide, cumene hydroperoxide, t-butyl hydroperoxide, di-t-butyl peroxide, methyl ethyl ketone peroxide and the like.
また、連鎖移動剤として、メルカプト化合物を加えることができる。例えば、メルカプトエタノール、メルカプトプロパノール、メルカプトブタノール、メルカプトプロパンジオール、メルカプトブタンジオール、ヒドロキシベンゼンチオール及びその誘導体等の水酸基を有する連鎖移動剤;1-ブタンチオール、ブチル-3-メルカプトプロピオネート、メチル-3-メルカプトプロピオネート、2,2-(エチレンジオキシ)ジエタンチオール、エタンチオール、4-メチルベンゼンチオール、ドデシルメルカプタン、プロパンチオール、ブタンチオール、ペンタンチオール、1-オクタンチオール、シクロペンタンチオール、シクロヘキサンチオール、チオグリセロール、4,4-チオビスベンゼンチオール等が挙げられる。 A mercapto compound can also be added as a chain transfer agent. For example, chain transfer agents having a hydroxyl group such as mercaptoethanol, mercaptopropanol, mercaptobutanol, mercaptopropanediol, mercaptobutanediol, hydroxybenzenethiol and derivatives thereof; 1-butanethiol, butyl-3-mercaptopropionate, methyl- 3-mercaptopropionate, 2,2-(ethylenedioxy)diethanethiol, ethanethiol, 4-methylbenzenethiol, dodecyl mercaptan, propanethiol, butanethiol, pentanethiol, 1-octanethiol, cyclopentanethiol, cyclohexanethiol, thioglycerol, 4,4-thiobisbenzenethiol, and the like.
樹脂(A)及び樹脂(B)の重量平均分子量は20万以上であることが好ましい。重量平均分子量を20万以上とすることにより高温環境下での接着力を良好にすることができる。また、共重合樹脂の重量平均分子量は、重合時のゲル化の抑制及び品質の安定化の観点から、150万以下とすることが好ましい。
樹脂(A)の重量平均分子量は、20万以上150万以下が好ましく、25万以上140万以下が好ましく、30万以上130万以下が更に好ましい。
樹脂(B)の重量平均分子量は、20万以上150万以下が好ましく、20万以上100万以下が好ましく、20万以上80万以下が更に好ましく、20万以上60万以下がより更に好ましい。
The weight average molecular weights of resin (A) and resin (B) are preferably 200,000 or more. By setting the weight-average molecular weight to 200,000 or more, it is possible to improve the adhesive strength in a high-temperature environment. Moreover, the weight average molecular weight of the copolymer resin is preferably 1,500,000 or less from the viewpoint of suppressing gelation during polymerization and stabilizing the quality.
The weight average molecular weight of the resin (A) is preferably 200,000 or more and 1,500,000 or less, preferably 250,000 or more and 1,400,000 or less, and more preferably 300,000 or more and 1,300,000 or less.
The weight average molecular weight of the resin (B) is preferably 200,000 to 1,500,000, preferably 200,000 to 1,000,000, more preferably 200,000 to 800,000, and even more preferably 200,000 to 600,000.
本発明の樹脂組成物における樹脂(A)及び樹脂(B)の合計の含有量は、本発明の効果を十分に発揮しやすくするために、本発明の樹脂組成物の全固形分の50質量%以上含有することが好ましく、60質量%以上含有することがより好ましく、80質量%以上含有することがさらに好ましく、90質量%以上含有することがよりさらに好ましい。 The total content of the resin (A) and the resin (B) in the resin composition of the present invention is 50 mass of the total solid content of the resin composition of the present invention in order to sufficiently exhibit the effects of the present invention. % or more, more preferably 60% by mass or more, even more preferably 80% by mass or more, and even more preferably 90% by mass or more.
〔架橋剤〕
本発明の樹脂組成物は、上述の樹脂(A)及び樹脂(B)に加え、更に架橋剤を含有する。架橋剤を含有することにより、高温環境下の接着力の低下を抑えるとともに、高温環境下で樹脂組成物が劣化して重量が減少することを防ぐことができる。更に、シール材とした際、高温加圧下における熱プレス等での形状の変化を抑制することができる。そのため、本発明の樹脂組成物を用いたシール材は、燃料電池の性能を安定して維持させることができる。
[Crosslinking agent]
The resin composition of the present invention further contains a cross-linking agent in addition to the resin (A) and resin (B) described above. By containing a cross-linking agent, it is possible to suppress a decrease in adhesive strength in a high-temperature environment and prevent the resin composition from deteriorating in a high-temperature environment and reducing its weight. Furthermore, when used as a sealing material, it is possible to suppress changes in shape due to hot press or the like under high temperature and pressure. Therefore, the sealing material using the resin composition of the present invention can stably maintain the performance of the fuel cell.
本発明の樹脂組成物における架橋剤としては、エポキシ系架橋剤が好適に用いられ、その中でも、反応性が高く、架橋反応を進行させやすいことから、アミン系エポキシ架橋剤を用いることが好ましい。
アミン系エポキシ架橋剤としては、例えば1,3-ビス(N,N-ジグリシジルアミノメチル)シクロヘキサン、N,N,N’,N’,-テトラグリシジル-m-キシレンジアミン、N,N-ビス(オキシラニルメチル)-4-(オキシラニルメトキシ)アニリン、4,4’-メチレンビス[N,N-ビス(オキシラニルメチル)アニリン等が挙げられ、その中でも、1,3-ビス(N,N-ジグリシジルアミノメチル)シクロヘキサンを用いることがより好ましい。
As the cross-linking agent in the resin composition of the present invention, an epoxy-based cross-linking agent is preferably used. Among them, it is preferable to use an amine-based epoxy cross-linking agent because of its high reactivity and easy progress of the cross-linking reaction.
Examples of amine-based epoxy crosslinking agents include 1,3-bis(N,N-diglycidylaminomethyl)cyclohexane, N,N,N',N',-tetraglycidyl-m-xylenediamine, N,N-bis (oxiranylmethyl)-4-(oxiranylmethoxy)aniline, 4,4′-methylenebis[N,N-bis(oxiranylmethyl)aniline and the like, among which 1,3-bis( More preferably, N,N-diglycidylaminomethyl)cyclohexane is used.
本発明の樹脂組成物における架橋剤の含有量は、樹脂組成物中の樹脂(A)及び樹脂(B)の合計100質量部に対して、0.5質量部以上10.0質量部以下であることが好ましく、0.8質量部以上8.0質量部以下であることがより好ましく、1.0質量部以上6.0質量部以下であることが更に好ましい。
樹脂組成物における架橋剤の含有量を0.5質量部以上とすることにより、高温環境下の接着性を維持できるとともに、高温環境下で樹脂組成物が劣化して樹脂の重量が減少することを防ぎやすくできる。また、樹脂組成物における架橋剤の含有量を10.0質量部以下とすることにより、架橋剤が熱や酸の影響により溶出することを防ぎやすくできる。
The content of the cross-linking agent in the resin composition of the present invention is 0.5 parts by mass or more and 10.0 parts by mass or less with respect to a total of 100 parts by mass of the resin (A) and the resin (B) in the resin composition. more preferably 0.8 parts by mass or more and 8.0 parts by mass or less, and even more preferably 1.0 parts by mass or more and 6.0 parts by mass or less.
By setting the content of the cross-linking agent in the resin composition to 0.5 parts by mass or more, it is possible to maintain the adhesiveness in a high-temperature environment, and the resin composition deteriorates in a high-temperature environment to reduce the weight of the resin. can be easily prevented. Further, by setting the content of the cross-linking agent in the resin composition to 10.0 parts by mass or less, it is possible to easily prevent the cross-linking agent from being eluted under the influence of heat or acid.
また、架橋剤がエポキシ系架橋剤の場合、本発明の樹脂組成物における架橋剤の含有量は、エポキシ系架橋剤に含まれるエポキシ基と、樹脂(A)及び樹脂(B)に含まれる酸性置換基との当量比[エポキシ基]/[酸性置換基]が、0.50以上1.20以下であることが好ましく、0.60以上1.10以下であることがより好ましく、0.70以上1.00以下であることが更に好ましい。樹脂組成物における架橋剤の含有量を0.50以上とすることにより、高温環境下の接着性を維持できるとともに、高温環境下で樹脂組成物が劣化して樹脂の重量が減少することを防ぎやすくできる。また、樹脂組成物における架橋剤の含有量を1.20以下とすることにより、架橋剤が熱や酸の影響により溶出することを防ぎやすくできる。
なお、当量比[エポキシ基]/[酸性置換基]は、配合する樹脂組成物中の樹脂(A)及び樹脂(B)に含まれる酸性置換基のモル数と、当該酸性置換基と反応する架橋剤中のエポキシ基のモル数から算出される。
In addition, when the cross-linking agent is an epoxy-based cross-linking agent, the content of the cross-linking agent in the resin composition of the present invention is the epoxy group contained in the epoxy-based cross-linking agent and the acidity contained in the resin (A) and the resin (B). The equivalent ratio [epoxy group]/[acidic substituent] with the substituent is preferably 0.50 or more and 1.20 or less, more preferably 0.60 or more and 1.10 or less, and 0.70. It is more preferable that it is more than or equal to 1.00 or less. By setting the content of the cross-linking agent in the resin composition to 0.50 or more, it is possible to maintain the adhesiveness in a high-temperature environment and prevent the resin composition from deteriorating in a high-temperature environment and reducing the weight of the resin. It can be done easily. Further, by setting the content of the cross-linking agent in the resin composition to 1.20 or less, it is possible to easily prevent the cross-linking agent from eluting due to the influence of heat or acid.
The equivalent ratio [epoxy group]/[acidic substituent] is the number of moles of the acidic substituent contained in the resin (A) and the resin (B) in the resin composition to be blended, and the number of moles of the acidic substituent that reacts with the acidic substituent. It is calculated from the number of moles of epoxy groups in the cross-linking agent.
(その他の添加剤)
本発明の樹脂組成物は、本発明の効果を害しない範囲で、顔料、難燃剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、帯電防止剤、シランカップリング剤、粘着付与剤等の添加剤を含有してもよい。
(Other additives)
The resin composition of the present invention contains additives such as pigments, flame retardants, ultraviolet absorbers, antioxidants, antistatic agents, silane coupling agents, tackifiers, etc., within a range that does not impair the effects of the present invention. may
本発明の樹脂組成物は、上述の樹脂(A)、樹脂(B)及び架橋剤と、必要に応じて用いるその他添加剤とを溶剤に溶解し、撹拌混合してなるものである。 The resin composition of the present invention is prepared by dissolving the resin (A), the resin (B), the cross-linking agent, and optionally other additives in a solvent and stirring and mixing them.
本発明の樹脂組成物は、樹脂組成物の全固形分中に含まれるアンモニウムイオン溶出量が、質量基準で1ppm/g以下であることが好ましい。アンモニウムイオン溶出量を1ppm/g以下とすることにより、シール材から陽イオンが溶出することを防止し、燃料電池の性能に影響を与えることを防止できる。共重合樹脂中のアンモニウムイオン溶出量は、1ppm/g以下であることがより好ましく、含有しないことがさらに好ましい。
共重合樹脂中の窒素原子量は、例えば、株式会社島津製作所製のHIC-SP等のイオンクロマトグラフ装置により測定することができる。
The resin composition of the present invention preferably has an ammonium ion elution amount contained in the total solid content of the resin composition of 1 ppm/g or less on a mass basis. By setting the ammonium ion elution amount to 1 ppm/g or less, it is possible to prevent cations from eluting from the sealing material and to prevent the performance of the fuel cell from being affected. The amount of ammonium ions eluted from the copolymer resin is more preferably 1 ppm/g or less, and more preferably not contained.
The nitrogen atomic weight in the copolymer resin can be measured, for example, by an ion chromatograph such as HIC-SP manufactured by Shimadzu Corporation.
[固体高分子型燃料電池用のシール材]
本発明のシール材は、上述した本発明の樹脂組成物から形成されてなるものである。シール材の形態は、粒子状、シート状等の固形であることが好ましく、取り扱いの観点からシート状であることがより好ましい。
本発明のシール材をシート状に形成する場合、取り扱い性の観点から、上述した本発明の樹脂組成物を溶剤に溶解させたシール材層形成組成物を、基材フィルム上に塗工し、乾燥させることで、シール材層を形成することが好ましい。
また、シート状のシール材の場合、シール材層の厚みは、燃料電池のセパレータや電解質膜等により異なるため一概には言えないが、10~500μmが好ましく、20~200μmがより好ましい。なお、必要に応じてシール材層をラミネート積層してもよい。
[Seal material for polymer electrolyte fuel cell]
The sealing material of the present invention is formed from the resin composition of the present invention described above. The form of the sealing material is preferably solid such as particulate or sheet, and more preferably sheet from the viewpoint of handling.
When the sealing material of the present invention is formed into a sheet, from the viewpoint of ease of handling, the sealing material layer-forming composition obtained by dissolving the resin composition of the present invention in a solvent is coated on a base film, The sealing material layer is preferably formed by drying.
In the case of a sheet-shaped sealing material, the thickness of the sealing material layer varies depending on the separator, electrolyte membrane, etc. of the fuel cell, so it cannot be generalized. Note that the sealing material layer may be laminated as necessary.
基材フィルムは、シール材をシート状に形成でき、燃料電池のシール材として用いる際の作業性が良好であれば特に制限はされないが、取り扱い性の観点から、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、トリアセチルセルロース、ポリ(メタ)アクリレート、ポリ塩化ビニル等のプラスチックフィルムであることが好ましく、ポリエチレンナフタレートであることがより好ましい。 The base film is not particularly limited as long as the sealing material can be formed into a sheet and has good workability when used as a sealing material for a fuel cell. Plastic films such as naphthalate, polyphenylene sulfide, polycarbonate, polyethylene, polypropylene, polystyrene, triacetyl cellulose, poly(meth)acrylate, and polyvinyl chloride are preferred, and polyethylene naphthalate is more preferred.
また、シール材をシート状に形成する場合、シート状のシール材のシール材層上に、更に剥離可能な基材が貼り合わされていることが好ましい。シール材上に剥離可能な基材が貼り合わされていることにより、燃料電池のシール材として用いるまでの間に、シール材表面を傷や汚染から保護しやすくできる。
剥離可能な基材は、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、トリアセチルセルロース、ポリ(メタ)アクリレート、ポリ塩化ビニル等のプラスチックフィルムや紙等に離型処理を施したものが好適である。
剥離可能な基材の厚みは、取り扱い性の観点から、10~100μmが好ましく、25~75μmがより好ましい。剥離可能な基材は、電解質膜及びシール材層へのシリコーン成分が移行することによる悪影響を防止するために、非シリコーン系の離型剤で処理された基材であることが好ましい。非シリコーン系の離型剤としては、ポリオレフィンが挙げられる。
In addition, when the sealing material is formed in the form of a sheet, it is preferable that a peelable base material is attached on the sealing material layer of the sheet-like sealing material. By attaching the peelable base material to the sealing material, the surface of the sealing material can be easily protected from scratches and contamination before it is used as the sealing material for the fuel cell.
Releasable substrates are polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polycarbonate, polyethylene, polypropylene, polystyrene, triacetyl cellulose, poly(meth)acrylate, polyvinyl chloride, etc. Plastic films and paper, etc. is preferably applied.
The thickness of the peelable substrate is preferably 10 to 100 μm, more preferably 25 to 75 μm, from the viewpoint of handleability. The releasable base material is preferably a base material treated with a non-silicone release agent in order to prevent adverse effects due to migration of the silicone component to the electrolyte membrane and sealing material layer. Non-silicone release agents include polyolefins.
このような本発明のシール材は、燃料電池のシール部位、より具体的には、燃料電池を構成するセルのシール部位に用いることができる。使用時には、シール材を加熱、溶融し、セルのシール部位をシールする。なお、シール材層が剥離可能な基材で挟み込まれたものは、基材を剥離した後に、シール材層を加熱、溶融し、セルのシール部位をシールすればよい。 Such a sealing material of the present invention can be used for a sealing portion of a fuel cell, more specifically, a sealing portion of a cell constituting a fuel cell. When in use, the sealing material is heated and melted to seal the sealing portion of the cell. In the case where the sealing material layer is sandwiched between peelable substrates, the sealing portion of the cell may be sealed by heating and melting the sealing material layer after peeling the substrates.
従来の燃料電池用のシール材は、架橋反応をさせる場合、シール材として十分な性能を発揮するために、100℃~150℃で1時間という、高温でのバッチ式処理が必要であったため、製造工程が煩雑であり、製造効率を向上し難かった。
一方で、本発明のシール材は、上述の樹脂組成物から形成され、エポキシ系架橋剤を用いているため、45℃~60℃と、低温での架橋反応させることが可能であるため、ロール状でのエージング処理が可能となり、生産効率を向上しやすくなった。更に、45℃~60℃と比較的低温でエージング処理できることから、シール材をシート状で形成する体に用いる基材等の耐熱温度以下で処理ができるため、基材等の熱収縮等によるシール材の不具合の発生を要請することができるため、歩留まりを向上することができる。
Conventional sealing materials for fuel cells, when undergoing a cross-linking reaction, required a batch treatment at a high temperature of 100° C. to 150° C. for 1 hour in order to exhibit sufficient performance as a sealing material. The manufacturing process was complicated, and it was difficult to improve the manufacturing efficiency.
On the other hand, the sealing material of the present invention is formed from the resin composition described above and uses an epoxy-based cross-linking agent. It is now possible to perform aging treatment in the same condition, making it easier to improve production efficiency. Furthermore, since aging treatment can be performed at a relatively low temperature of 45°C to 60°C, processing can be performed at a temperature lower than the heat-resistant temperature of the base material used for the body where the sealing material is formed in a sheet form. Since it is possible to request the occurrence of defects in the material, the yield can be improved.
[固体高分子型燃料電池]
本発明の固体高分子型燃料電池は、本発明のシール材によるシール部位を備えてなるものである。
図1は、一般的な燃料電池を構成するセルの一例を示す断面図である。
セル10は、固体高分子電解質膜11と、その両面に配置された一対の電極(アノード、カソード)12、13とからなる複合体(MEA:Membrane and Electrode Assembly)、該複合体の両面に配置され、燃料ガスと酸化剤ガスとをそれぞれ供給するためのガス流路(14a、15a)が形成されたセパレータ(14、15)、及び前記複合体とセパレータ(14、15)との間を密封すべくシールするシール材16から構成されている。
一般的な燃料電池は、セル10を数十~数百セル積層し、その積層体を、集電板及び絶縁板を介して端板で挟み、これらを締結ボルトで両端から締め付けることによって構成される。
本発明のシール材は、このような一般的な燃料電池におけるシール材として好適に使用することができる。なお、図1のシール材の位置(シール部位)は例示であり、燃料電池を構成するセルの構成によりシール材の位置は適宜変更できる。
[Polymer electrolyte fuel cell]
The polymer electrolyte fuel cell of the present invention comprises a portion sealed with the sealing material of the present invention.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a cell that constitutes a general fuel cell.
The
A typical fuel cell is constructed by stacking several tens to hundreds of
The sealing material of the present invention can be suitably used as a sealing material in such general fuel cells. The position (sealed portion) of the sealing material in FIG. 1 is an example, and the position of the sealing material can be appropriately changed according to the configuration of the cells constituting the fuel cell.
以下に、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によってなんら限定されるものではない。各性状値は、次の方法により、測定、評価した。 EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples. Each property value was measured and evaluated by the following methods.
1.測定及び評価
1-1.耐熱性接着力
幅5cm、長さ10cmとした実施例及び比較例で得られたシート状シール材のシール材層上に、電解質膜(デュポン社製、Nafion NRE-212、厚さ50μm)を重ね合わせ、2MPa、100℃の条件で30秒間プレス接合した。プレス接合後、幅1cmの短冊状にカットして、耐熱性接着力評価用サンプルとした。
次いで、耐熱性接着力評価用サンプルの電解質膜側の面の全面をポリイミドテープで補強し、ポリイミドテープ及び電解質膜を角度180°、速度10mm/min、120℃雰囲気下の条件でテンシロンにより引っ張り、剥離強度を測定した。この時の剥離強度を、耐熱性接着力の指標とした。なお、この時の剥離強度が大きいほど、耐熱性接着力は大きく、良好であることを示す。評価結果を表3に示す。
1. Measurement and evaluation 1-1. Heat-resistant adhesive strength An electrolyte membrane (manufactured by DuPont, Nafion NRE-212, thickness 50 μm) is overlaid on the sealing material layer of the sheet-shaped sealing material obtained in Examples and Comparative Examples having a width of 5 cm and a length of 10 cm. They were put together and press-bonded under conditions of 2 MPa and 100° C. for 30 seconds. After press-bonding, it was cut into strips with a width of 1 cm to obtain samples for heat-resistant adhesion evaluation.
Next, the entire surface of the electrolyte membrane side of the heat-resistant adhesion evaluation sample was reinforced with a polyimide tape, and the polyimide tape and the electrolyte membrane were pulled by Tensilon under the conditions of an angle of 180°, a speed of 10 mm/min, and an atmosphere of 120°C. Peel strength was measured. The peel strength at this time was used as an index of the heat-resistant adhesive strength. It should be noted that the greater the peel strength at this time, the greater the heat-resistant adhesive strength and the better. Table 3 shows the evaluation results.
1-2.熱湿耐久性
幅5cm、長さ10cmとした実施例及び比較例で得られたシート状シール材のシール材層上に、電解質膜(デュポン社製、Nafion NRE-212、厚さ50μm)を重ね合わせ、2MPa、100℃の条件で30秒間プレス接合した。プレス接合後、幅1cmの短冊状にカットして、熱湿耐久性試験用サンプルとした。
次いで、前記熱湿耐久性試験用サンプルを、温度110℃、湿度100%RHの雰囲気下で300時間放置し、熱湿耐久性試験を実施した。
熱湿耐久性試験後のサンプルを、下記の手順により評価した。
(1)外観評価
熱湿耐久性試験後のサンプルのシール材層と電解質膜との状態を目視で確認し、剥離が生じていないか確認し、下記評価基準で評価した。評価結果を表3に示す。
A:シール材層と電解質膜との間で、剥離は生じなかった。
B:シール材層と電解質膜との間で、剥離していることが確認された。
(2)熱湿耐久性試験後の接着力評価
熱湿耐久性試験後のサンプルの電解質膜側の面の全面をポリイミドテープで補強し、ポリイミドテープ及び電解質膜を角度180°、速度10mm/min、120℃雰囲気下の条件でテンシロンにより引っ張り、剥離強度を測定した。この時の剥離強度を、熱湿耐久性試験後の接着力の指標とした。なお、この時の剥離強度が大きいほど、熱湿耐久性試験後の接着力は大きく、良好であることを示す。評価結果を表3に示す。
1-2. Heat and humidity durability An electrolyte membrane (Nafion NRE-212 manufactured by DuPont, thickness 50 μm) is placed on the sealing material layer of the sheet-shaped sealing material obtained in Examples and Comparative Examples having a width of 5 cm and a length of 10 cm. They were put together and press-bonded under conditions of 2 MPa and 100° C. for 30 seconds. After press-bonding, it was cut into strips with a width of 1 cm to obtain samples for heat and humidity durability tests.
Next, the heat and humidity durability test sample was left for 300 hours in an atmosphere with a temperature of 110° C. and a humidity of 100% RH to carry out a heat and humidity durability test.
The samples after the heat and humidity durability test were evaluated by the following procedure.
(1) Appearance Evaluation After the heat-and-humidity durability test, the state of the sealing material layer and the electrolyte membrane of the sample was visually confirmed to confirm whether or not peeling occurred, and the evaluation was made according to the following evaluation criteria. Table 3 shows the evaluation results.
A: No peeling occurred between the sealing material layer and the electrolyte membrane.
B: Separation was confirmed between the sealing material layer and the electrolyte membrane.
(2) Evaluation of adhesive strength after heat-and-humidity durability test After the heat-and-humidity durability test, the entire surface of the electrolyte membrane side of the sample was reinforced with polyimide tape, and the polyimide tape and electrolyte membrane were held at an angle of 180° and at a speed of 10 mm/min. , and the peel strength was measured by pulling with Tensilon under the conditions of 120°C atmosphere. The peel strength at this time was used as an index of the adhesive strength after the heat-and-humidity durability test. It should be noted that the greater the peel strength at this time, the greater the adhesive strength after the heat-and-moisture durability test, indicating that the film is favorable. Table 3 shows the evaluation results.
1-3.形状安定性
(1)クリープ試験
実施例及び比較例で得られたシール材を5cm角に切り出し、クリープ試験用サンプルとした。
上記クリープ試験評価用サンプルを、熱プレスにて、5MPa、100℃の条件下で24時間加圧し、膜厚を測定した。
クリープ試験前後のクリープ試験用サンプルのシール材の膜厚から、下記計算式によって、膜厚の変化率を求め、クリープ試験の指標とした。評価結果を表3に示す。なお、この時の変化率が50%未満であると、燃料電池を運転させた際でもシール材の形状が良好に保たれるため、シール材の性能を十分に発揮できる。一方、変化率が50%以上であると、燃料電池の運転中にシール材がクリープし、シール材の性能を損なう場合がある。
<クリープ試験の変化率>
(クリープ試験の変化率[%])={(クリープ試験前のシール材の膜厚[μm]-(クリープ試験後のシール材の膜厚[μm])}×100/(クリープ試験前のシール材の膜厚[μm])
(2)膜厚変化試験
実施例及び比較例で得られたシート状シール材のシール材層上に、電解質膜(デュポン社製、Nafion NRE-212、厚さ50μm)を重ね合わせ、0.05MPa、170℃の条件で1分間プレス接合し、その時のシール材の膜厚を測定した。
プレス接合前後のシール材の膜厚から、下記計算式によって、膜厚の変化率を求め、膜厚変化の指標とした。評価結果を表3に示す。なお、この時の変化率が50%未満であると、燃料電池を運転させた際でもシール材の形状が良好に保たれるため、シール材の性能を十分に発揮できる。一方、変化率が50%以上であると、燃料電池の運転中にシール材の膜厚が不足し、シール材の性能を損なう場合がある。
<膜厚変化試験の変化率>
(膜厚変化試験の変化率[%])={(膜厚変化試験前のシール材の膜厚[μm]-(膜厚変化試験後のシール材の膜厚[μm])}×100/(クリープ試験前のシール材の膜厚[μm])
1-3. Shape Stability (1) Creep Test The sealing materials obtained in Examples and Comparative Examples were cut into 5 cm squares to prepare creep test samples.
The creep test evaluation sample was pressed with a hot press under conditions of 5 MPa and 100° C. for 24 hours, and the film thickness was measured.
From the film thickness of the sealing material of the creep test sample before and after the creep test, the change rate of the film thickness was obtained by the following formula, and used as an index for the creep test. Table 3 shows the evaluation results. If the rate of change at this time is less than 50%, the shape of the sealing material is maintained well even when the fuel cell is operated, so that the performance of the sealing material can be sufficiently exhibited. On the other hand, if the rate of change is 50% or more, the sealing material may creep during operation of the fuel cell, impairing the performance of the sealing material.
<Rate of change in creep test>
(Rate of change in creep test [%]) = {(Film thickness of sealing material before creep test [μm] - (Film thickness of sealing material after creep test [μm])} x 100/(Seal before creep test Material thickness [μm])
(2) Film thickness change test An electrolyte membrane (manufactured by DuPont, Nafion NRE-212, thickness 50 μm) was superimposed on the sealing material layer of the sheet-shaped sealing material obtained in Examples and Comparative Examples, and the pressure was 0.05 MPa. , and 170° C. for 1 minute, and the film thickness of the sealing material at that time was measured.
From the film thickness of the sealing material before and after press bonding, the change rate of the film thickness was obtained by the following formula, and used as an index of film thickness change. Table 3 shows the evaluation results. If the rate of change at this time is less than 50%, the shape of the sealing material is maintained well even when the fuel cell is operated, so that the performance of the sealing material can be sufficiently exhibited. On the other hand, if the rate of change is 50% or more, the film thickness of the sealing material may be insufficient during operation of the fuel cell, impairing the performance of the sealing material.
<Change rate of film thickness change test>
(Change rate of film thickness change test [%]) = {(film thickness of sealing material before film thickness change test [μm] - (film thickness of sealing material after film thickness change test [μm])} x 100/ (Film thickness of sealing material before creep test [μm])
1-4.酸価
製造例で得られたアクリル樹脂1gを、イソプロパノール100gに溶解させた。得られた溶液に対し、フェノールフタレインを指示薬として用い、0.1N水酸化カリウム水溶液で中和滴定を行い、アクリル樹脂1gを中和するために必要な水酸化カリウム水溶液の量(mL)を測定し、次式により、アクリル樹脂の酸価を求めた。
酸価(単位:mgKOH/g)=(5.611×a×F)/S
計算式中のaは0.1N水酸化カリウム-エタノール溶液の滴定量(mL)であり、Fは0.1N水酸化カリウム-エタノール溶液のファクターであり、Sはアクリル樹脂の採取量(g)である。アクリル樹脂の酸価の測定結果を表1に示す。
1-4. Acid Value 1 g of the acrylic resin obtained in Production Example was dissolved in 100 g of isopropanol. The obtained solution was subjected to neutralization titration with 0.1N potassium hydroxide aqueous solution using phenolphthalein as an indicator, and the amount (mL) of potassium hydroxide aqueous solution required to neutralize 1 g of acrylic resin was determined. The acid value of the acrylic resin was obtained from the following formula.
Acid value (unit: mgKOH/g) = (5.611 x a x F)/S
In the formula, a is the titration amount (mL) of 0.1N potassium hydroxide-ethanol solution, F is the factor of 0.1N potassium hydroxide-ethanol solution, and S is the amount of acrylic resin collected (g). is. Table 1 shows the measurement results of the acid value of the acrylic resin.
1-5.理論Tg
製造例で得られたアクリル樹脂の理論Tgは、下記のFOX式による理論計算上のガラス転移温度(Tg)として算出した。結果を表1に示す。
(FOX式)
1/Tg=W1/Tg1+W2/Tg2+…+Wi/Tgi+…+Wn/Tgn
上記FOX式は、n種の単量体からなる重合体を構成する各モノマーのホモポリマーのガラス転移温度をTgi(K)とし、各モノマーの質量分率を、Wiとする(W1+W2+…+Wi+…Wn=1である。)。
1-5. Theoretical Tg
The theoretical Tg of the acrylic resin obtained in the production example was calculated as a theoretically calculated glass transition temperature (Tg) according to the following FOX formula. Table 1 shows the results.
(FOX style)
1 /Tg = W1 / Tg1 + W2/Tg2+...+ Wi / Tg1 +...+ Wn / Tgn
In the above FOX formula, Tg i (K) is the glass transition temperature of a homopolymer of each monomer constituting a polymer composed of n kinds of monomers, and W i is the mass fraction of each monomer (W 1 +W2 + ...+Wi+... Wn = 1).
1-6.イオン溶出
耐熱容器中に脱イオン水50gを投入し、更に、実施例及び比較例のシート状シール層から1cm×5cmの大きさにカットしたシール材層を約2g投入し、耐熱容器を95℃のオーブンで24時間加熱した。次いで、耐熱容器中の液を検液として、イオンクロマトグラフでアンモニウムイオン等のイオン溶出量を測定しシール材層中のイオン含有量を算出した。なお、この時の実施例1~4及び比較例1~3のシール材層の厚みは50μmとした。結果を表2に示す。
1-6. Ion elution Put 50 g of deionized water into a heat-resistant container, add about 2 g of a sealing material layer cut into a size of 1 cm × 5 cm from the sheet-like sealing layer of Examples and Comparative Examples, and heat the heat-resistant container at 95 ° C. oven for 24 hours. Next, using the liquid in the heat-resistant container as a test liquid, the amount of eluted ions such as ammonium ions was measured by an ion chromatograph to calculate the content of ions in the sealing material layer. At this time, the thickness of the sealing material layer in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 3 was set to 50 μm. Table 2 shows the results.
2.アクリル樹脂の作製
<製造例1>
容量1リットルのセパラブルフラスコに、0.2質量%のポリビニルアルコールを含有する水200質量部と、スチレンモノマー(ST)20質量部と、メチルメタクリレートモノマー(MMA)40質量部と、グリシジルメタクリレートモノマー(GMA)1質量部と、エチルアクリレートモノマー(EA)39質量部と、重合開始剤として過酸化ベンゾイル0.1質量部と、分子量調整用に連鎖移動剤とを含む均一混合液を投入した。
該混合液を窒素雰囲気下で攪拌しながら70℃に昇温し、4時間懸濁重合させた。次いで、デカンテーションによって懸濁液から水分を除いた。固形物を吸引ろ過しながら水で洗浄し、水分を飛ばした後に、60℃で真空乾燥を行い、製造例1のアクリル樹脂を得た。
得られたアクリル樹脂について重量平均分子量の測定方法により、重量平均分子量を測定したところ、43.7×104であった。モノマー組成と重量平均分子量を表1に示す。
2. Preparation of acrylic resin <Production example 1>
In a separable flask with a capacity of 1 liter, 200 parts by mass of water containing 0.2% by mass of polyvinyl alcohol, 20 parts by mass of styrene monomer (ST), 40 parts by mass of methyl methacrylate monomer (MMA), glycidyl methacrylate monomer A uniform mixed solution containing 1 part by mass of (GMA), 39 parts by mass of ethyl acrylate monomer (EA), 0.1 part by mass of benzoyl peroxide as a polymerization initiator, and a chain transfer agent for adjusting the molecular weight was charged.
The mixture was heated to 70° C. while being stirred under a nitrogen atmosphere, and suspension polymerization was carried out for 4 hours. Water was then removed from the suspension by decantation. The solid matter was washed with water while being suction-filtered, and after removing moisture, it was vacuum-dried at 60° C. to obtain an acrylic resin of Production Example 1.
The weight-average molecular weight of the obtained acrylic resin was measured by a weight-average molecular weight measurement method and found to be 43.7×10 4 . Table 1 shows the monomer composition and weight average molecular weight.
<製造例2~8>
アクリル樹脂のモノマーの組成及び重量平均分子量を表1の通りとした以外は、製造例1と同様にして、製造例2~8のアクリル樹脂を得た。なお、各製造例のアクリル樹脂の重量平均分子量は連鎖移動剤の量で調整した。
<Production Examples 2 to 8>
Acrylic resins of Production Examples 2 to 8 were obtained in the same manner as in Production Example 1, except that the monomer composition and weight average molecular weight of the acrylic resin were as shown in Table 1. Incidentally, the weight average molecular weight of the acrylic resin of each production example was adjusted by the amount of the chain transfer agent.
3.シール材の作製
<実施例1>
[樹脂組成物の作製]
アクリル樹脂(A)として製造例1のアクリル樹脂を70質量物と、アクリル樹脂(B)として製造例5のアクリル樹脂を30質量部とを酢酸エチルに溶解した後、更に架橋剤としてアミン系エポキシ(1,3-ビス(N,N-ジグリシジルアミノメチル)シクロヘキサン、製品名:TETRAD-C、三菱ガス化学社製)を2.24質量部(当量比0.75)加え、撹拌混合し、実施例1の樹脂組成物を得た。
3. Preparation of sealing material <Example 1>
[Preparation of resin composition]
After dissolving 70 parts by mass of the acrylic resin of Production Example 1 as the acrylic resin (A) and 30 parts by mass of the acrylic resin of Production Example 5 as the acrylic resin (B) in ethyl acetate, an amine-based epoxy is added as a cross-linking agent. 2.24 parts by mass (equivalence ratio 0.75) of (1,3-bis(N,N-diglycidylaminomethyl)cyclohexane, product name: TETRAD-C, manufactured by Mitsubishi Gas Chemical Co., Ltd.) was added, stirred and mixed, A resin composition of Example 1 was obtained.
[シート状シール材の作製]
得られた樹脂組成物を、メチルエチルケトン中で溶融攪拌し、シール材層形成組成物を調製した。厚さ100μmのPEN(ポリエチレンナフタレート)フィルムに上に、上記のシール材層形成組成物を塗布後、100℃、2分の条件で乾燥させ、厚さ10μmのシール材層を形成し、実施例1のシート状シール材を得た。
[Preparation of sheet-like sealing material]
The resulting resin composition was melted and stirred in methyl ethyl ketone to prepare a composition for forming a sealing material layer. After applying the above sealing material layer-forming composition onto a PEN (polyethylene naphthalate) film having a thickness of 100 μm, it was dried at 100° C. for 2 minutes to form a sealing material layer having a thickness of 10 μm. A sheet-like sealing material of Example 1 was obtained.
<実施例2~7、比較例1~5>
樹脂組成物の樹脂組成及び架橋剤を表2の通りとした以外は、実施例1と同様にして、実施例2~7及び比較例1~5の樹脂組成物及びシート状のシール材を得た。
<Examples 2 to 7, Comparative Examples 1 to 5>
Resin compositions and sheet-like sealing materials of Examples 2 to 7 and Comparative Examples 1 to 5 were obtained in the same manner as in Example 1, except that the resin composition and the cross-linking agent of the resin composition were as shown in Table 2. rice field.
表3の結果から、本願発明の特徴を有する実施例1~7のシール材は、耐熱接着力及び熱湿耐久性後の接着力が良好であり、更に高温雰囲気下での形状安定性も優れていたことから、特に高温高湿下のような過酷な環境下でも、優れた耐久性を有することが確認できた。
さらに、実施例1~7のシール材は、イオン溶出が少ないことも確認された。
From the results in Table 3, the sealing materials of Examples 1 to 7, which have the characteristics of the present invention, have good heat-resistant adhesive strength and adhesive strength after heat and humidity durability, and also have excellent shape stability in a high-temperature atmosphere. Therefore, it was confirmed that it has excellent durability even in harsh environments such as high temperature and high humidity.
Furthermore, it was confirmed that the sealing materials of Examples 1 to 7 had little ion elution.
10 :セル
11 :電解質膜
12,13 :電極
14,15 :セパレータ
14a,15a:ガス流路
16 :シール材
Reference Signs List 10: Cell 11:
Claims (11)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021121891A JP2023017551A (en) | 2021-07-26 | 2021-07-26 | Resin composition for solid polymer type fuel cell seal material and seal material using resin composition, and solid polymer type fuel cell using seal material |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021121891A JP2023017551A (en) | 2021-07-26 | 2021-07-26 | Resin composition for solid polymer type fuel cell seal material and seal material using resin composition, and solid polymer type fuel cell using seal material |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2023017551A true JP2023017551A (en) | 2023-02-07 |
Family
ID=85157835
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2021121891A Pending JP2023017551A (en) | 2021-07-26 | 2021-07-26 | Resin composition for solid polymer type fuel cell seal material and seal material using resin composition, and solid polymer type fuel cell using seal material |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2023017551A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7382527B1 (en) * | 2023-06-12 | 2023-11-16 | パナック株式会社 | Resin composition for sealing material, sealing material using the resin composition, polymer electrolyte fuel cell and water electrolyzer using the sealing material |
CN118234823A (en) * | 2023-06-12 | 2024-06-21 | 凡纳克株式会社 | Resin composition for sealing material, sealing material using the resin composition, and solid polymer fuel cell and water electrolysis device using the sealing material |
-
2021
- 2021-07-26 JP JP2021121891A patent/JP2023017551A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7382527B1 (en) * | 2023-06-12 | 2023-11-16 | パナック株式会社 | Resin composition for sealing material, sealing material using the resin composition, polymer electrolyte fuel cell and water electrolyzer using the sealing material |
CN118234823A (en) * | 2023-06-12 | 2024-06-21 | 凡纳克株式会社 | Resin composition for sealing material, sealing material using the resin composition, and solid polymer fuel cell and water electrolysis device using the sealing material |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101824275B1 (en) | Acrylic adhesive composition and acrylic adhesive tape | |
KR102086212B1 (en) | Adhesive sheet | |
KR102275848B1 (en) | Adhesive composition and adhesive sheet | |
KR102133858B1 (en) | Polarizing film with double-sided pressure-sensitive adhesive layer, method for manufacturing the same and image display device | |
KR102132619B1 (en) | Antistatic layer, antistatic adhesive sheet, and optical film | |
KR101591105B1 (en) | Pressure-sensitive adhesive film for touch panel and touch panel | |
KR102672485B1 (en) | Adhesive layer and adhesive sheet | |
KR20140016842A (en) | Pressure-sensitive adhesive composition, pressure-sensitive adhesive layer, pressure-sensitive adhesive sheet and optical film | |
KR20140034759A (en) | Removable adhesive tape and manufacturing method thereof | |
EP2439246B1 (en) | Photocurable adhesive composition, photocurable adhesive layer, and photocurable adhesive sheet | |
KR20140144201A (en) | Adhesive composition, adhesive layer, adhesive sheet, surface protective sheet, optical surface-protective sheet, and optical film with surface protective sheet | |
KR102497933B1 (en) | Pressure-sensitive adhesive composition, pressure-sensitive adhesive, and pressure-sensitive adhesive sheet | |
EP2669345A1 (en) | Pressure-Sensitive Adhesive Composition and Pressure-Sensitive Adhesive Sheet | |
JP7007100B2 (en) | Adhesive composition and adhesive sheet | |
JP2023017551A (en) | Resin composition for solid polymer type fuel cell seal material and seal material using resin composition, and solid polymer type fuel cell using seal material | |
US20200153001A1 (en) | Bonding in electrochemical cells, and stacking of electrochemical cells | |
KR20110114490A (en) | Acrylic pressure-sensitive composition and acrylic pressure-sensitive tape | |
KR20020011341A (en) | Pressure-sensitive adhesive sheets and method of fixing functional film | |
JP4682296B2 (en) | Adhesive sheet | |
TW201516123A (en) | Adhesive layer for chemical liquid treatment, adhesive sheet for chemical liquid treatment, surface protective sheet, and glass substrate | |
EP2508583B1 (en) | Photocurable pressure-sensitive adhesive composition, photocurable pressure-sensitive adhesive layer, and photocurable pressure-sensitive adhesive sheet | |
JP6131115B2 (en) | RESIN COMPOSITION FOR SOLID POLYMER TYPE FUEL CELL SEAL, SOLID MATERIAL FOR SOLID POLYMER FUEL CELL USING THE RESIN COMPOSITION, AND SOLID POLYMER FUEL CELL USING THE SEAL | |
JP6627215B2 (en) | Resin composition for polymer electrolyte fuel cell sealing material and sealing material for polymer electrolyte fuel cell using the resin composition | |
JP2012007011A (en) | Double-sided adhesive tape and method of joining with adherend using the same | |
JP2018100399A (en) | Pressure-sensitive adhesive composition, and pressure-sensitive adhesive for polarizing plate obtained using the same, polarizing plate with pressure-sensitive adhesive layer, and image display device |