JP2004281293A - 燃料電池システム用ホース材料およびそれを用いてなる燃料電池システム用ホース - Google Patents
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Abstract
【課題】低抽出性および電気絶縁性の双方の特性に優れ、しかも機械的特性にも優れた燃料電池システム用ホース材料を提供する。
【解決手段】下記の（Ａ）および（Ｂ）を必須成分とする燃料電池システム用ホース材料である。
（Ａ）エチレン−プロピレン系共重合体。
（Ｂ）トルエン着色透過度が３０〜５０％の範囲内にあるカーボンブラック。
【選択図】なし
【解決手段】下記の（Ａ）および（Ｂ）を必須成分とする燃料電池システム用ホース材料である。
（Ａ）エチレン−プロピレン系共重合体。
（Ｂ）トルエン着色透過度が３０〜５０％の範囲内にあるカーボンブラック。
【選択図】なし
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池システム用ホース材料およびそれを用いてなる燃料電池システム用ホースに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
次世代の発電方式として、燃料電池システム（特に、固体高分子型燃料電池）を用いた発電方式が有力視されている。この燃料電池システムにおける発電部位は、硫黄または金属イオン等の外的混入物により、著しく性能が低下すると言われている。したがって、これら燃料電池システムに用いられるホースまたは配管部材には、低抽出性（ホース内を流通する水等により抽出されにくい性質）で、クリーンであることが要求される。また、燃料電池システムを特に車両に用いた場合、大量に発生する熱をいかに冷却させるかが課題の一つとなっている。そのため、冷却システムの役割は極めて重要と言われているが、これら冷却水（ＬＬＣ等）の導電性が上昇した場合、電気的な短絡を引き起こす懸念があり、内部流体（水やＬＬＣ）の絶縁性を保つこと、すなわちイオンの抽出を抑え、流体の導電性を上げないことが、燃料電池システム（特に冷却システム）に用いられるホースまたは配管部材に求められている。
【０００３】
そのため、これまではイオンの溶出が少ないＳＵＳ配管を使用したり、燃料電池システム中に脱イオン器を設置する等の複雑な冷却システムが使われることが多かった。しかしながら、ＳＵＳ配管を用いた場合、成形や組み付け性等が困難となり、レイアウトおよび作業に問題がある他、振動耐久性等の難点もある。さらに、配管部材がより低抽出（クリーン）であれば、燃料電池電気自動車（ＦＣＥＶ）等の燃料電池システムに必要な脱イオン器内にある樹脂、活性炭等の再生間隔も延ばすことが可能である。
【０００４】
一方、迷走電流や漏電による感電防止の観点から、燃料電池本体や蓄電池（２次電池）等へつながる配管材料には、電気絶縁性（高電気抵抗性）も要求される。また、燃料電池システムは、内燃機関と比較して静粛であるため、これまでエンジン等の音で目立たなかった音が気になる等、周辺部品にも音や振動を吸収する材料が求められている。よって、燃料電池システムに用いられるホースまたは配管部材としては、低抽出性や電気絶縁性（高電気抵抗性）等の機能を併せ持ち、かつ音や振動を吸収する高い振動耐久性を持つエラストマー材料（ゴム弾性を持つ材料）の開発が待望されている。
【０００５】
このような燃料電池システム用ホース材料としては、従来より、エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体（ＥＰＤＭ）に、カーボンブラックを配合した材料が用いられている（例えば、特許文献１参照）。しかし、この燃料電池システム用ホース材料を用いて燃料電池システム用ホースを形成した場合、機械的特性が低く、また電気絶縁性にも劣るという難点がある。この場合、ＥＰＤＭに配合するカーボンブラックを増量、すなわち、カーボンブラックを高充填にすることにより、補強性を高めることも考えられる。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１０−１８０９４１号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のようにカーボンブラックを高充填にして補強性を高めると、カーボンブラックの粒子どうしが接近するため、電気抵抗がより低下して導電性がより上昇し、電気絶縁性に著しく劣るという難点がある。また、ホースの伸び性が低下し、スコーチ性も悪化するという難点もある。そこで、カーボンブラックを高充填するのではなく、カーボンブラックを増量せずに、カーボンブラックと、シリカとを併用することが考えられる。しかし、この材料は、電気絶縁性には優れているものの、シリカ中のＳｉ元素の溶出等により、低抽出性が著しく劣るという難点がある。このように、低抽出性と電気絶縁性の両立を図ることができ、しかも優れた機械的特性をもつ燃料電池システム用ホース材料は、未だ得られていないのが実情であり、このような材料の開発が待望されている。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、低抽出性および電気絶縁性の双方の特性に優れ、しかも機械的特性にも優れた燃料電池システム用ホース材料およびそれを用いてなる燃料電池システム用ホースの提供をその目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明は、下記の（Ａ）および（Ｂ）を必須成分とすることを特徴とする燃料電池システム用ホース材料を第１の要旨とし、この燃料電池システム用ホース材料を用い、ホース形状に形成してなる燃料電池システム用ホースを第２の要旨とする。
（Ａ）エチレン−プロピレン系共重合体。
（Ｂ）トルエン着色透過度が３０〜５０％の範囲内にあるカーボンブラック。
【００１０】
すなわち、本発明者らは、低抽出性および電気絶縁性の双方の特性に優れ、しかも優れた機械的特性をもった燃料電池システム用ホースを得るべく、燃料電池システム用ホース材料を中心に鋭意研究を重ねた。その研究の過程で、カーボンブラックのトルエン着色透過度に着目した。カーボンブラックの着色透過度が低すぎると、高い電気抵抗性を発現するため、電気絶縁性には優れるが、カーボンブラック表面の未燃分が多いために、低抽出性に劣る。一方、カーボンブラックの着色透過度が高すぎると、低抽出性には優れるが、高い電気抵抗性を発現することができず、電気絶縁性に劣る。そこで、本発明者らは、トルエン着色透過度の最適範囲について実験研究を重ねた結果、トルエン着色透過度が３０〜５０％の範囲内にあるカーボンブラックを用い、これをエチレン−プロピレン系共重合体と併用すると、低抽出性および電気絶縁性の双方の特性に優れ、しかも優れた機械的特性をもった燃料電池システム用ホースが得られることを見いだし、本発明に到達した。
【００１１】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明の実施の形態を詳しく説明する。
【００１２】
本発明の燃料電池システム用ホース材料は、エチレン−プロピレン系共重合体（Ａ成分）と、トルエン着色透過度が３０〜５０％の範囲内にあるカーボンブラック（Ｂ成分）とを用いて得ることができる。
【００１３】
上記エチレン−プロピレン系共重合体（Ａ成分）としては、例えば、エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体（ＥＰＤＭ）、エチレン−プロピレン共重合体（ＥＰＭ）等があげられ、単独でもしくは２種以上併せて用いられる。上記エチレン−プロピレン系共重合体（Ａ成分）は、特に限定するものではないが、ヨウ素価が６〜３０の範囲、エチレン比率が４８〜７０重量％の範囲のものが好ましく、特に好ましくはヨウ素価が１０〜２４の範囲、エチレン比率が５０〜６０重量％の範囲のものである。このようなものは、高温高圧下での安定性に優れている。
【００１４】
このＥＰＤＭに含まれるジエン系モノマー（第３成分）としては、特に限定はないが、炭素数５〜２０のジエン系モノマーが好ましく、具体的には、１，４−ペンタジエン、１，４−ヘキサジエン、１，５−ヘキサジエン、２，５−ジメチル−１，５−ヘキサジエン、１，４−オクタジエン、１，４−シクロヘキサジエン、シクロオクタジエン、ジシクロペンタジエン（ＤＣＰ）、５−エチリデン−２−ノルボルネン（ＥＮＢ）、５−ブチリデン−２−ノルボルネン、２−メタリル−５−ノルボルネン、２−イソプロペニル−５−ノルボルネン等があげられる。これらジエン系モノマー（第３成分）のなかでも、ジシクロペンタジエン（ＤＣＰ）、５−エチリデン−２−ノルボルネン（ＥＮＢ）が好ましい。
【００１５】
本発明では、上記エチレン−プロピレン系共重合体（Ａ成分）とともに、トルエン着色透過度が３０〜５０％の範囲内にあるカーボンブラック（Ｂ成分）を用いることが最大の特徴である。
【００１６】
上記特定のカーボンブラック（Ｂ成分）は、そのトルエン着色透過度が３０〜５０％の範囲内になければならず、好ましくは３５〜４５％の範囲内である。すなわち、トルエン着色透過度が３０％未満であると、未燃分が多く、カーボンブラック表面の汚れがひどくなるため、低抽出性が悪くなり、逆にトルエン着色透過度が５０％を超えると、電気絶縁性が悪くなるからである。
【００１７】
このトルエン着色透過度は、カーボンブラックの製造時に、その表面に付着した油，燃え残ったカス等の未燃分を、トルエンに溶解して、光の透過度を測定することにより算出される値であり、ＪＩＳ Ｋ ６２１８に準じて測定することができ、この値が低いと上記未燃分等の付着量が多いことを示す。
【００１８】
上記特定のカーボンブラック（Ｂ成分）としては、ホースに比較的高い補強性を持たせることができるため、ＤＢＰ吸油量が５０ｍｌ／１００ｇ以上のものが好ましい。このＤＢＰ吸油量は、カーボンブラックのストラクチャーの高さを示す指標であり、このＤＢＰ吸油量の値が高いほど、高ストラクチャーで補強性が高いことを示す。
【００１９】
この特定のカーボンブラック（Ｂ成分）の配合割合は、エチレン−プロピレン系共重合体（Ａ成分）１００重量部（以下「部」と略す）に対して、２０〜１４０部の範囲内が好ましく、特に好ましくは６０〜１２０部の範囲内である。すなわち、Ｂ成分の配合割合が２０部未満であると、補強性の効果が乏しく、高硬度化が困難となり、逆に１４０部を超えると、電気抵抗が低くなり、電気絶縁性が悪くなる傾向がみられるからである。
【００２０】
本発明の燃料電池システム用ホース材料には、エチレン−プロピレン系共重合体（Ａ成分）、および特定のカーボンブラック（Ｂ成分）とともに、過酸化物架橋剤、共架橋剤、プロセスオイル、老化防止剤等を、必要に応じて配合しても差し支えない。
【００２１】
上記過酸化物架橋剤としては、例えば、１，１−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）−３，３，５−トリメチルシクロヘキサン、１，１−ビス（ｔ−ヘキシルパーオキシ）−３，３，５−トリメチルシクロヘキサン、１，１−ビス（ｔ−ヘキシルパーオキシ）シクロヘキサン、１，１−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）シクロドデカン、１，１−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）シクロヘキサン、２，２−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）オクタン、ｎ−ブチル−４，４−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）ブタン、ｎ−ブチル−４，４−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）バレレート等のパーオキシケタール類や、ジ−ｔ−ブチルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、ｔ−ブチルクミルパーオキサイド、α，α′−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ−ｍ−イソプロピル）ベンゼン、α，α′−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）ジイソプロピルベンゼン、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルペルオキシ）ヘキサン、２，５−ジメチル−２，５−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキシン−３等のジアルキルパーオキサイド類や、アセチルパーオキサイド、イソブチリルパーオキサイド、オクタノイルパーオキサイド、デカノイルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、３，５，５−トリメチルヘキサノイルパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、２，４−ジクロロベンゾイルパーオキサイド、ｍ−トリオイルパーオキサイド等のジアシルパーオキサイド類や、ｔ−ブチルパーオキシアセテート、ｔ−ブチルパーオキシイソブチレート、ｔ−ブチルパーオキシ−２−エチルヘキサノエート、ｔ−ブチルパーオキシラウリレート、ｔ−ブチルパーオキシベンゾエート、ジ−ｔ−ブチルパーオキシイソフタレート、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ベンゾイルパーオキシ）ヘキサン、ｔ−ブチルパーオキシマレイン酸、ｔ−ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート、クミルパーオキシオクテート等のパーオキシエステル類や、ｔ−ブチルハイドロパーオキサイド、クメンハイドロパーオキサイド、ジイソプロピルベンゼンハイドロパーオキサイド、２，５−ジメチルヘキサン−２，５−ジハイドロパーオキサイド、１，１，３，３，−テトラメチルブチルパーオキサイド等のハイドロパーオキサイド類等があげられる。これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。これらのなかでも、臭気の問題がない点で、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルペルオキシ）ヘキサンが好適に用いられる。
【００２２】
この過酸化物架橋剤の配合割合は、エチレン−プロピレン系共重合体（Ａ成分）１００部に対して、１．５〜２０部の範囲内が好ましい。すなわち、過酸化物架橋剤が１．５部未満であると、架橋が不充分となって、ホースの強度に劣り、逆に過酸化物架橋剤が２０部を超えると、硬くなりすぎ、ホースの柔軟性に劣る傾向がみられるからである。
【００２３】
また、共架橋剤としては、例えば、ジビニルベンゼン、トリアリルイソシアヌレート（ＴＡＩＣ）が好適に用いられ、これらとともに、トリアリルシアヌレート、ダイアセトンジアクリルアミド、ポリエチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジメタクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、ジイソプロペニルベンゼン、ｐ−キノンジオキシム、ｐ，ｐ−ジベンゾイルキノンジオキシム、フェニルマレイミド、アリルメタクリレート、Ｎ，Ｎ−ｍ−フェニレンビスマレイミド、ジアリルフタレート、テトラアリルオキシエタン、１，２−ポリブタジエン等があげられる。これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。
【００２４】
この共架橋剤の配合割合は、エチレン−プロピレン系共重合体（Ａ成分）１００部に対して、０．１〜１０部の範囲内が好ましく、特に好ましくは０．５〜７．０部の範囲内である。
【００２５】
上記プロセスオイルの配合割合は、エチレン−プロピレン系共重合体（Ａ成分）１００部に対して、５〜１００部の範囲内が好ましく、特に好ましくは２０〜８０部の範囲内である。
【００２６】
また、老化防止剤としては、例えば、カルバメート系老化防止剤、フェニレンジアミン系老化防止剤、フェノール系老化防止剤、ジフェニルアミン系老化防止剤、キノリン系老化防止剤、ワックス類等があげられる。これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。
【００２７】
この老化防止剤の配合割合は、エチレン−プロピレン系共重合体（Ａ成分）１００部に対して、０．２〜２部の範囲内が好ましく、特に好ましくは０．５〜１．０部の範囲内である。
【００２８】
本発明の燃料電池システム用ホース材料は、例えば、エチレン−プロピレン系共重合体（Ａ成分）に、特定のカーボンブラック（Ｂ成分）を配合するとともに、必要に応じて、過酸化物架橋剤、共架橋剤、プロセスオイル、老化防止剤等を配合し、これらをニーダー，バンバリーミキサー，ロール等の混練機を用いて混練することにより、調製することができる。
【００２９】
本発明の燃料電池システム用ホースは、例えば、前記のようにして調製した本発明の燃料電池システム用ホース材料を、ホース状に押し出し成形した後、全体を所定の条件で加硫することにより作製することができる。なお、この成形に際し、必要に応じて、マンドレルを用いても差し支えない。
【００３０】
このようにして得られる本発明の燃料電池システム用ホースは、厚みが、通常、１．５〜１２ｍｍの範囲内であり、内径が、通常、５〜５０ｍｍの範囲内である。
【００３１】
なお、本発明の燃料電池システム用ホースは、先に述べたような単層構造に限定されるものではなく、２層以上の多層構造であっても差し支えない。この場合、本発明の燃料電池システム用ホースの最内層は、低抽出性および電気絶縁性の観点から、本発明の燃料電池システム用ホース材料を用いて形成することが好ましい。
【００３２】
なお、本発明の燃料電池システム用ホース材料は、燃料電池車両用ホース材料に限定されるものではなく、例えば、定置式燃料電池システム用ホース、コンピューター冷却用ホース等に用いることができ、またこれらシステムを構成する部品（パッキン、セパレーター等）等にも用いることが可能である。
【００３３】
つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。
【００３４】
まず、実施例および比較例に先立ち、下記に示す材料を準備した。
【００３５】
〔ＥＰＤＭ〕
住友化学工業社製、エスプレン５０１Ａ〔ヨウ素価：１２、エチレン比率：５０重量％、ムーニー粘度（ＭＬ１＋４ １００℃）：４３〕
【００３６】
〔カーボンブラック▲１▼〕
ＳＲＦ級カーボンブラック（旭カーボン社製、旭♯５２、トルエン着色透過度：４０％、ＤＢＰ吸油量：１３０ｍｌ／１００ｇ）
【００３７】
〔カーボンブラック▲２▼〕
ＳＲＦ級カーボンブラック（旭カーボン社製の試作品、トルエン着色透過度：３０％、ＤＢＰ吸油量：１３０ｍｌ／１００ｇ）
【００３８】
〔カーボンブラック▲３▼〕
ＳＲＦ級カーボンブラック（旭カーボン社製の試作品、トルエン着色透過度：５０％、ＤＢＰ吸油量：１３０ｍｌ／１００ｇ）
【００３９】
〔カーボンブラック▲４▼〕
ＳＲＦ級カーボンブラック（昭和キャボット社製、ショウブラック ＩＰ−２００、トルエン着色透過度：２０％、ＤＢＰ吸油量：１３０ｍｌ／１００ｇ）
【００４０】
〔カーボンブラック▲５▼〕
ＳＲＦ級カーボンブラック（東海カーボン社製、ＧＧ０４２、トルエン着色透過度：６０％、ＤＢＰ吸油量：１３０ｍｌ／１００ｇ）
【００４１】
〔カーボンブラック▲６▼〕
ＳＲＦ級カーボンブラック（旭カーボン社製の試作品、トルエン着色透過度：４０％、ＤＢＰ吸油量：５０ｍｌ／１００ｇ）
【００４２】
〔プロセスオイル〕
出光興産社製、ダイアナプロセスＰＷ−３８０
【００４３】
〔過酸化物架橋剤〕
２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルペルオキシ）ヘキサン（日本油脂社製、パーヘキサ２５Ｂ）
【００４４】
〔共架橋剤〕
エチレングリコールジメタクリレート（精工化学社製、ハイクロスＥＤ）
【００４５】
〔フェニルアミン系老化防止剤〕
Ｎ−フェニル−Ｎ′−イソプロピル−ｐ−フェニレンジアミン（精工化学社製、オゾノン３Ｃ）
【００４６】
【実施例１〜４、比較例１〜３】
後記の表１および表２に示す各成分を同表に示す割合で配合し、バンバリーミキサーおよびロールを用いて混練して、燃料電池システム用ホース材料を調製した。
【００４７】
このようにして得られた実施例品および比較例品の燃料電池システム用ホース材料を用い、下記の基準に従って各特性の評価を行った。これらの結果を、後記の表１および表２に併せて示した。
【００４８】
〔引張強さ（ＴＢ）、伸び（ＥＢ）〕
各燃料電池システム用ホース材料を１６０℃で４５分間プレス加硫して、厚み２ｍｍの加硫ゴムシートを作製した。ついで、ＪＩＳ ５号ダンベルを打ち抜き、ＪＩＳ Ｋ ６２５１に準じて、引張強さ（ＴＢ）および伸び（ＥＢ）を評価した。なお、引張強さ（ＴＢ）および伸び（ＥＢ）については、値が大きい程良好といえる。
【００４９】
〔体積抵抗率〕
各燃料電池システム用ホース材料を用いて、ＪＩＳ Ｋ ６９１１に準じて、体積抵抗率を測定した。体積抵抗率については、値が高い程、電気絶縁性に優れているといえる。
【００５０】
〔抽出溶液の導電率〕
上記のようにして作成した加硫ゴムシートを、２８ｍｍ×２８ｍｍ×２ｍｍの大きさに打ち抜いた。これを、プロピレン製容器に５０ｍｌの純水（１．０μＳ／ｃｍ）とともに封入し、１００℃で１６８時間熱処理した後、得られた抽出溶液の２５℃における導電率を、導電率計（堀場製作所社製、ＣＯＮＤＵＣＴＩＶＩＴＹＭＥＴＥＲ Ｄ−２４）を用いて測定した。低抽出性の評価は、導電率が３μＳ／ｃｍ未満の場合を◎、導電率が３μＳ／ｃｍ以上、４μＳ／ｃｍ未満の場合を○、導電率が４μＳ／ｃｍ以上の場合を×とした。
【００５１】
【表１】
【００５２】
【表２】
【００５３】
上記結果より、実施例品は、いずれも、電気絶縁性、低抽出性の全ての特性に優れていた。なお、本発明者らは、実施例のＥＰＤＭに代えて、ＥＰＭを用いた場合も、他の実施例と同様の優れた特性（電気絶縁性、低抽出性等）が得られることを実験により確認している。
【００５４】
これに対して、比較例１品は、カーボンブラックのトルエン着色透過度が低く、カーボンブラック表面の未燃分が多いため、低抽出性が悪化した。比較例２品は、カーボンブラックのトルエン着色透過度が高すぎるため、電気絶縁性が悪かった。比較例３品は、カーボンブラックを高充填しているため、伸びが小さく、電気絶縁性に劣っていた。
【００５５】
【発明の効果】
以上のように、本発明の燃料電池システム用ホース材料は、トルエン着色透過度が３０〜５０％の範囲内にあるカーボンブラック（Ｂ成分）と、エチレン−プロピレン系共重合体（Ａ成分）とを必須成分とするものであるため、低抽出性および電気絶縁性の双方の特性に優れ、しかも優れた機械的特性を備えている。
【００５６】
また、特定のカーボンブラック（Ｂ成分）のＤＢＰ吸油量を特定の範囲内に設定すると、ホースの補強性が向上するようになる。
【００５７】
また、特定のカーボンブラック（Ｂ成分）の配合割合を、特定の範囲に設定すると、低抽出性および電気絶縁性がさらに向上するようになる。
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池システム用ホース材料およびそれを用いてなる燃料電池システム用ホースに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
次世代の発電方式として、燃料電池システム（特に、固体高分子型燃料電池）を用いた発電方式が有力視されている。この燃料電池システムにおける発電部位は、硫黄または金属イオン等の外的混入物により、著しく性能が低下すると言われている。したがって、これら燃料電池システムに用いられるホースまたは配管部材には、低抽出性（ホース内を流通する水等により抽出されにくい性質）で、クリーンであることが要求される。また、燃料電池システムを特に車両に用いた場合、大量に発生する熱をいかに冷却させるかが課題の一つとなっている。そのため、冷却システムの役割は極めて重要と言われているが、これら冷却水（ＬＬＣ等）の導電性が上昇した場合、電気的な短絡を引き起こす懸念があり、内部流体（水やＬＬＣ）の絶縁性を保つこと、すなわちイオンの抽出を抑え、流体の導電性を上げないことが、燃料電池システム（特に冷却システム）に用いられるホースまたは配管部材に求められている。
【０００３】
そのため、これまではイオンの溶出が少ないＳＵＳ配管を使用したり、燃料電池システム中に脱イオン器を設置する等の複雑な冷却システムが使われることが多かった。しかしながら、ＳＵＳ配管を用いた場合、成形や組み付け性等が困難となり、レイアウトおよび作業に問題がある他、振動耐久性等の難点もある。さらに、配管部材がより低抽出（クリーン）であれば、燃料電池電気自動車（ＦＣＥＶ）等の燃料電池システムに必要な脱イオン器内にある樹脂、活性炭等の再生間隔も延ばすことが可能である。
【０００４】
一方、迷走電流や漏電による感電防止の観点から、燃料電池本体や蓄電池（２次電池）等へつながる配管材料には、電気絶縁性（高電気抵抗性）も要求される。また、燃料電池システムは、内燃機関と比較して静粛であるため、これまでエンジン等の音で目立たなかった音が気になる等、周辺部品にも音や振動を吸収する材料が求められている。よって、燃料電池システムに用いられるホースまたは配管部材としては、低抽出性や電気絶縁性（高電気抵抗性）等の機能を併せ持ち、かつ音や振動を吸収する高い振動耐久性を持つエラストマー材料（ゴム弾性を持つ材料）の開発が待望されている。
【０００５】
このような燃料電池システム用ホース材料としては、従来より、エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体（ＥＰＤＭ）に、カーボンブラックを配合した材料が用いられている（例えば、特許文献１参照）。しかし、この燃料電池システム用ホース材料を用いて燃料電池システム用ホースを形成した場合、機械的特性が低く、また電気絶縁性にも劣るという難点がある。この場合、ＥＰＤＭに配合するカーボンブラックを増量、すなわち、カーボンブラックを高充填にすることにより、補強性を高めることも考えられる。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１０−１８０９４１号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のようにカーボンブラックを高充填にして補強性を高めると、カーボンブラックの粒子どうしが接近するため、電気抵抗がより低下して導電性がより上昇し、電気絶縁性に著しく劣るという難点がある。また、ホースの伸び性が低下し、スコーチ性も悪化するという難点もある。そこで、カーボンブラックを高充填するのではなく、カーボンブラックを増量せずに、カーボンブラックと、シリカとを併用することが考えられる。しかし、この材料は、電気絶縁性には優れているものの、シリカ中のＳｉ元素の溶出等により、低抽出性が著しく劣るという難点がある。このように、低抽出性と電気絶縁性の両立を図ることができ、しかも優れた機械的特性をもつ燃料電池システム用ホース材料は、未だ得られていないのが実情であり、このような材料の開発が待望されている。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、低抽出性および電気絶縁性の双方の特性に優れ、しかも機械的特性にも優れた燃料電池システム用ホース材料およびそれを用いてなる燃料電池システム用ホースの提供をその目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明は、下記の（Ａ）および（Ｂ）を必須成分とすることを特徴とする燃料電池システム用ホース材料を第１の要旨とし、この燃料電池システム用ホース材料を用い、ホース形状に形成してなる燃料電池システム用ホースを第２の要旨とする。
（Ａ）エチレン−プロピレン系共重合体。
（Ｂ）トルエン着色透過度が３０〜５０％の範囲内にあるカーボンブラック。
【００１０】
すなわち、本発明者らは、低抽出性および電気絶縁性の双方の特性に優れ、しかも優れた機械的特性をもった燃料電池システム用ホースを得るべく、燃料電池システム用ホース材料を中心に鋭意研究を重ねた。その研究の過程で、カーボンブラックのトルエン着色透過度に着目した。カーボンブラックの着色透過度が低すぎると、高い電気抵抗性を発現するため、電気絶縁性には優れるが、カーボンブラック表面の未燃分が多いために、低抽出性に劣る。一方、カーボンブラックの着色透過度が高すぎると、低抽出性には優れるが、高い電気抵抗性を発現することができず、電気絶縁性に劣る。そこで、本発明者らは、トルエン着色透過度の最適範囲について実験研究を重ねた結果、トルエン着色透過度が３０〜５０％の範囲内にあるカーボンブラックを用い、これをエチレン−プロピレン系共重合体と併用すると、低抽出性および電気絶縁性の双方の特性に優れ、しかも優れた機械的特性をもった燃料電池システム用ホースが得られることを見いだし、本発明に到達した。
【００１１】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明の実施の形態を詳しく説明する。
【００１２】
本発明の燃料電池システム用ホース材料は、エチレン−プロピレン系共重合体（Ａ成分）と、トルエン着色透過度が３０〜５０％の範囲内にあるカーボンブラック（Ｂ成分）とを用いて得ることができる。
【００１３】
上記エチレン−プロピレン系共重合体（Ａ成分）としては、例えば、エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体（ＥＰＤＭ）、エチレン−プロピレン共重合体（ＥＰＭ）等があげられ、単独でもしくは２種以上併せて用いられる。上記エチレン−プロピレン系共重合体（Ａ成分）は、特に限定するものではないが、ヨウ素価が６〜３０の範囲、エチレン比率が４８〜７０重量％の範囲のものが好ましく、特に好ましくはヨウ素価が１０〜２４の範囲、エチレン比率が５０〜６０重量％の範囲のものである。このようなものは、高温高圧下での安定性に優れている。
【００１４】
このＥＰＤＭに含まれるジエン系モノマー（第３成分）としては、特に限定はないが、炭素数５〜２０のジエン系モノマーが好ましく、具体的には、１，４−ペンタジエン、１，４−ヘキサジエン、１，５−ヘキサジエン、２，５−ジメチル−１，５−ヘキサジエン、１，４−オクタジエン、１，４−シクロヘキサジエン、シクロオクタジエン、ジシクロペンタジエン（ＤＣＰ）、５−エチリデン−２−ノルボルネン（ＥＮＢ）、５−ブチリデン−２−ノルボルネン、２−メタリル−５−ノルボルネン、２−イソプロペニル−５−ノルボルネン等があげられる。これらジエン系モノマー（第３成分）のなかでも、ジシクロペンタジエン（ＤＣＰ）、５−エチリデン−２−ノルボルネン（ＥＮＢ）が好ましい。
【００１５】
本発明では、上記エチレン−プロピレン系共重合体（Ａ成分）とともに、トルエン着色透過度が３０〜５０％の範囲内にあるカーボンブラック（Ｂ成分）を用いることが最大の特徴である。
【００１６】
上記特定のカーボンブラック（Ｂ成分）は、そのトルエン着色透過度が３０〜５０％の範囲内になければならず、好ましくは３５〜４５％の範囲内である。すなわち、トルエン着色透過度が３０％未満であると、未燃分が多く、カーボンブラック表面の汚れがひどくなるため、低抽出性が悪くなり、逆にトルエン着色透過度が５０％を超えると、電気絶縁性が悪くなるからである。
【００１７】
このトルエン着色透過度は、カーボンブラックの製造時に、その表面に付着した油，燃え残ったカス等の未燃分を、トルエンに溶解して、光の透過度を測定することにより算出される値であり、ＪＩＳ Ｋ ６２１８に準じて測定することができ、この値が低いと上記未燃分等の付着量が多いことを示す。
【００１８】
上記特定のカーボンブラック（Ｂ成分）としては、ホースに比較的高い補強性を持たせることができるため、ＤＢＰ吸油量が５０ｍｌ／１００ｇ以上のものが好ましい。このＤＢＰ吸油量は、カーボンブラックのストラクチャーの高さを示す指標であり、このＤＢＰ吸油量の値が高いほど、高ストラクチャーで補強性が高いことを示す。
【００１９】
この特定のカーボンブラック（Ｂ成分）の配合割合は、エチレン−プロピレン系共重合体（Ａ成分）１００重量部（以下「部」と略す）に対して、２０〜１４０部の範囲内が好ましく、特に好ましくは６０〜１２０部の範囲内である。すなわち、Ｂ成分の配合割合が２０部未満であると、補強性の効果が乏しく、高硬度化が困難となり、逆に１４０部を超えると、電気抵抗が低くなり、電気絶縁性が悪くなる傾向がみられるからである。
【００２０】
本発明の燃料電池システム用ホース材料には、エチレン−プロピレン系共重合体（Ａ成分）、および特定のカーボンブラック（Ｂ成分）とともに、過酸化物架橋剤、共架橋剤、プロセスオイル、老化防止剤等を、必要に応じて配合しても差し支えない。
【００２１】
上記過酸化物架橋剤としては、例えば、１，１−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）−３，３，５−トリメチルシクロヘキサン、１，１−ビス（ｔ−ヘキシルパーオキシ）−３，３，５−トリメチルシクロヘキサン、１，１−ビス（ｔ−ヘキシルパーオキシ）シクロヘキサン、１，１−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）シクロドデカン、１，１−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）シクロヘキサン、２，２−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）オクタン、ｎ−ブチル−４，４−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）ブタン、ｎ−ブチル−４，４−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）バレレート等のパーオキシケタール類や、ジ−ｔ−ブチルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、ｔ−ブチルクミルパーオキサイド、α，α′−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ−ｍ−イソプロピル）ベンゼン、α，α′−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）ジイソプロピルベンゼン、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルペルオキシ）ヘキサン、２，５−ジメチル−２，５−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキシン−３等のジアルキルパーオキサイド類や、アセチルパーオキサイド、イソブチリルパーオキサイド、オクタノイルパーオキサイド、デカノイルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、３，５，５−トリメチルヘキサノイルパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、２，４−ジクロロベンゾイルパーオキサイド、ｍ−トリオイルパーオキサイド等のジアシルパーオキサイド類や、ｔ−ブチルパーオキシアセテート、ｔ−ブチルパーオキシイソブチレート、ｔ−ブチルパーオキシ−２−エチルヘキサノエート、ｔ−ブチルパーオキシラウリレート、ｔ−ブチルパーオキシベンゾエート、ジ−ｔ−ブチルパーオキシイソフタレート、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ベンゾイルパーオキシ）ヘキサン、ｔ−ブチルパーオキシマレイン酸、ｔ−ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート、クミルパーオキシオクテート等のパーオキシエステル類や、ｔ−ブチルハイドロパーオキサイド、クメンハイドロパーオキサイド、ジイソプロピルベンゼンハイドロパーオキサイド、２，５−ジメチルヘキサン−２，５−ジハイドロパーオキサイド、１，１，３，３，−テトラメチルブチルパーオキサイド等のハイドロパーオキサイド類等があげられる。これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。これらのなかでも、臭気の問題がない点で、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルペルオキシ）ヘキサンが好適に用いられる。
【００２２】
この過酸化物架橋剤の配合割合は、エチレン−プロピレン系共重合体（Ａ成分）１００部に対して、１．５〜２０部の範囲内が好ましい。すなわち、過酸化物架橋剤が１．５部未満であると、架橋が不充分となって、ホースの強度に劣り、逆に過酸化物架橋剤が２０部を超えると、硬くなりすぎ、ホースの柔軟性に劣る傾向がみられるからである。
【００２３】
また、共架橋剤としては、例えば、ジビニルベンゼン、トリアリルイソシアヌレート（ＴＡＩＣ）が好適に用いられ、これらとともに、トリアリルシアヌレート、ダイアセトンジアクリルアミド、ポリエチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジメタクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、ジイソプロペニルベンゼン、ｐ−キノンジオキシム、ｐ，ｐ−ジベンゾイルキノンジオキシム、フェニルマレイミド、アリルメタクリレート、Ｎ，Ｎ−ｍ−フェニレンビスマレイミド、ジアリルフタレート、テトラアリルオキシエタン、１，２−ポリブタジエン等があげられる。これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。
【００２４】
この共架橋剤の配合割合は、エチレン−プロピレン系共重合体（Ａ成分）１００部に対して、０．１〜１０部の範囲内が好ましく、特に好ましくは０．５〜７．０部の範囲内である。
【００２５】
上記プロセスオイルの配合割合は、エチレン−プロピレン系共重合体（Ａ成分）１００部に対して、５〜１００部の範囲内が好ましく、特に好ましくは２０〜８０部の範囲内である。
【００２６】
また、老化防止剤としては、例えば、カルバメート系老化防止剤、フェニレンジアミン系老化防止剤、フェノール系老化防止剤、ジフェニルアミン系老化防止剤、キノリン系老化防止剤、ワックス類等があげられる。これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。
【００２７】
この老化防止剤の配合割合は、エチレン−プロピレン系共重合体（Ａ成分）１００部に対して、０．２〜２部の範囲内が好ましく、特に好ましくは０．５〜１．０部の範囲内である。
【００２８】
本発明の燃料電池システム用ホース材料は、例えば、エチレン−プロピレン系共重合体（Ａ成分）に、特定のカーボンブラック（Ｂ成分）を配合するとともに、必要に応じて、過酸化物架橋剤、共架橋剤、プロセスオイル、老化防止剤等を配合し、これらをニーダー，バンバリーミキサー，ロール等の混練機を用いて混練することにより、調製することができる。
【００２９】
本発明の燃料電池システム用ホースは、例えば、前記のようにして調製した本発明の燃料電池システム用ホース材料を、ホース状に押し出し成形した後、全体を所定の条件で加硫することにより作製することができる。なお、この成形に際し、必要に応じて、マンドレルを用いても差し支えない。
【００３０】
このようにして得られる本発明の燃料電池システム用ホースは、厚みが、通常、１．５〜１２ｍｍの範囲内であり、内径が、通常、５〜５０ｍｍの範囲内である。
【００３１】
なお、本発明の燃料電池システム用ホースは、先に述べたような単層構造に限定されるものではなく、２層以上の多層構造であっても差し支えない。この場合、本発明の燃料電池システム用ホースの最内層は、低抽出性および電気絶縁性の観点から、本発明の燃料電池システム用ホース材料を用いて形成することが好ましい。
【００３２】
なお、本発明の燃料電池システム用ホース材料は、燃料電池車両用ホース材料に限定されるものではなく、例えば、定置式燃料電池システム用ホース、コンピューター冷却用ホース等に用いることができ、またこれらシステムを構成する部品（パッキン、セパレーター等）等にも用いることが可能である。
【００３３】
つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。
【００３４】
まず、実施例および比較例に先立ち、下記に示す材料を準備した。
【００３５】
〔ＥＰＤＭ〕
住友化学工業社製、エスプレン５０１Ａ〔ヨウ素価：１２、エチレン比率：５０重量％、ムーニー粘度（ＭＬ１＋４ １００℃）：４３〕
【００３６】
〔カーボンブラック▲１▼〕
ＳＲＦ級カーボンブラック（旭カーボン社製、旭♯５２、トルエン着色透過度：４０％、ＤＢＰ吸油量：１３０ｍｌ／１００ｇ）
【００３７】
〔カーボンブラック▲２▼〕
ＳＲＦ級カーボンブラック（旭カーボン社製の試作品、トルエン着色透過度：３０％、ＤＢＰ吸油量：１３０ｍｌ／１００ｇ）
【００３８】
〔カーボンブラック▲３▼〕
ＳＲＦ級カーボンブラック（旭カーボン社製の試作品、トルエン着色透過度：５０％、ＤＢＰ吸油量：１３０ｍｌ／１００ｇ）
【００３９】
〔カーボンブラック▲４▼〕
ＳＲＦ級カーボンブラック（昭和キャボット社製、ショウブラック ＩＰ−２００、トルエン着色透過度：２０％、ＤＢＰ吸油量：１３０ｍｌ／１００ｇ）
【００４０】
〔カーボンブラック▲５▼〕
ＳＲＦ級カーボンブラック（東海カーボン社製、ＧＧ０４２、トルエン着色透過度：６０％、ＤＢＰ吸油量：１３０ｍｌ／１００ｇ）
【００４１】
〔カーボンブラック▲６▼〕
ＳＲＦ級カーボンブラック（旭カーボン社製の試作品、トルエン着色透過度：４０％、ＤＢＰ吸油量：５０ｍｌ／１００ｇ）
【００４２】
〔プロセスオイル〕
出光興産社製、ダイアナプロセスＰＷ−３８０
【００４３】
〔過酸化物架橋剤〕
２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルペルオキシ）ヘキサン（日本油脂社製、パーヘキサ２５Ｂ）
【００４４】
〔共架橋剤〕
エチレングリコールジメタクリレート（精工化学社製、ハイクロスＥＤ）
【００４５】
〔フェニルアミン系老化防止剤〕
Ｎ−フェニル−Ｎ′−イソプロピル−ｐ−フェニレンジアミン（精工化学社製、オゾノン３Ｃ）
【００４６】
【実施例１〜４、比較例１〜３】
後記の表１および表２に示す各成分を同表に示す割合で配合し、バンバリーミキサーおよびロールを用いて混練して、燃料電池システム用ホース材料を調製した。
【００４７】
このようにして得られた実施例品および比較例品の燃料電池システム用ホース材料を用い、下記の基準に従って各特性の評価を行った。これらの結果を、後記の表１および表２に併せて示した。
【００４８】
〔引張強さ（ＴＢ）、伸び（ＥＢ）〕
各燃料電池システム用ホース材料を１６０℃で４５分間プレス加硫して、厚み２ｍｍの加硫ゴムシートを作製した。ついで、ＪＩＳ ５号ダンベルを打ち抜き、ＪＩＳ Ｋ ６２５１に準じて、引張強さ（ＴＢ）および伸び（ＥＢ）を評価した。なお、引張強さ（ＴＢ）および伸び（ＥＢ）については、値が大きい程良好といえる。
【００４９】
〔体積抵抗率〕
各燃料電池システム用ホース材料を用いて、ＪＩＳ Ｋ ６９１１に準じて、体積抵抗率を測定した。体積抵抗率については、値が高い程、電気絶縁性に優れているといえる。
【００５０】
〔抽出溶液の導電率〕
上記のようにして作成した加硫ゴムシートを、２８ｍｍ×２８ｍｍ×２ｍｍの大きさに打ち抜いた。これを、プロピレン製容器に５０ｍｌの純水（１．０μＳ／ｃｍ）とともに封入し、１００℃で１６８時間熱処理した後、得られた抽出溶液の２５℃における導電率を、導電率計（堀場製作所社製、ＣＯＮＤＵＣＴＩＶＩＴＹＭＥＴＥＲ Ｄ−２４）を用いて測定した。低抽出性の評価は、導電率が３μＳ／ｃｍ未満の場合を◎、導電率が３μＳ／ｃｍ以上、４μＳ／ｃｍ未満の場合を○、導電率が４μＳ／ｃｍ以上の場合を×とした。
【００５１】
【表１】
【表２】
上記結果より、実施例品は、いずれも、電気絶縁性、低抽出性の全ての特性に優れていた。なお、本発明者らは、実施例のＥＰＤＭに代えて、ＥＰＭを用いた場合も、他の実施例と同様の優れた特性（電気絶縁性、低抽出性等）が得られることを実験により確認している。
【００５４】
これに対して、比較例１品は、カーボンブラックのトルエン着色透過度が低く、カーボンブラック表面の未燃分が多いため、低抽出性が悪化した。比較例２品は、カーボンブラックのトルエン着色透過度が高すぎるため、電気絶縁性が悪かった。比較例３品は、カーボンブラックを高充填しているため、伸びが小さく、電気絶縁性に劣っていた。
【００５５】
【発明の効果】
以上のように、本発明の燃料電池システム用ホース材料は、トルエン着色透過度が３０〜５０％の範囲内にあるカーボンブラック（Ｂ成分）と、エチレン−プロピレン系共重合体（Ａ成分）とを必須成分とするものであるため、低抽出性および電気絶縁性の双方の特性に優れ、しかも優れた機械的特性を備えている。
【００５６】
また、特定のカーボンブラック（Ｂ成分）のＤＢＰ吸油量を特定の範囲内に設定すると、ホースの補強性が向上するようになる。
【００５７】
また、特定のカーボンブラック（Ｂ成分）の配合割合を、特定の範囲に設定すると、低抽出性および電気絶縁性がさらに向上するようになる。
Claims (4)
- 下記の（Ａ）および（Ｂ）を必須成分とすることを特徴とする燃料電池システム用ホース材料。
（Ａ）エチレン−プロピレン系共重合体。
（Ｂ）トルエン着色透過度が３０〜５０％の範囲内にあるカーボンブラック。 - 上記（Ｂ）のカーボンブラックのＤＢＰ吸油量が５０ｍｌ／１００ｇ以上である請求項１記載の燃料電池システム用ホース材料。
- 上記（Ｂ）のカーボンブラックの配合割合が、（Ａ）１００重量部に対して、２０〜１４０重量部の範囲内である請求項１または２記載の燃料電池システム用ホース材料。
- 請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃料電池システム用ホース材料を用い、ホース形状に形成してなる燃料電池システム用ホース。
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