JP2007103297A - 燃料電池部材用樹脂組成物及び燃料電池部材 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】下記成分(1),(2)及び(3)を含む燃料電池部材用樹脂組成物。
(1)ポリプロピレン系樹脂: 67〜89重量%
(2)酸変性ポリプロピレン系樹脂: 1〜3重量%
(3)炭素繊維、及び灰分量が0.5重量%未満の高純度超薄片化黒鉛粉末: 10〜30重量%
【選択図】なし
Description
しかし、樹脂材は単体で用いる場合に製品に反りや変形が生じたり、使用環境によって耐熱性、剛性が不足することがある。
また、無機フィラーは比重が大きく、目標強度・剛性に近づけると得られる製品の重量が重くなる欠点がある。加えて、燃焼した際に、そのまま残り、燃焼炉を痛める可能性があり、リサイクル性に改善点がある。
本発明によれば、以下の燃料電池部材用樹脂組成物等が提供される。
1.下記成分(1),(2)及び(3)を含む燃料電池部材用樹脂組成物。
(1)ポリプロピレン系樹脂: 67〜89重量%
(2)酸変性ポリプロピレン系樹脂: 1〜3重量%
(3)炭素繊維、及び灰分量が0.5重量%未満の高純度超薄片化黒鉛粉末: 10〜30重量%
2.下記成分(i),(ii)及び(iii)を含む燃料電池部材用樹脂組成物。
(i)メルトフローレート(温度230℃、荷重2.16kg)が5〜70g/10分のポリプロピレン系樹脂: 67〜89重量%、
(ii)酸変性ポリプロピレン系樹脂: 1〜3重量%、
(iii)繊維径(D1)が5μm<D1<10μmの炭素繊維、及び灰分量が0.5重量%未満、平均粒径(D2)が5μm≦D2≦15μm、見掛け密度(ρ)が0.02g/cm3≦ρ≦0.10g/cm3の黒鉛粉末: 10〜30重量%
3.電導度が2μS/cm以下である1又は2記載の燃料電池部材用樹脂組成物。
4.前記燃料電池部材が、燃料電池冷却回路部品、燃料電池イオン交換部品、又は燃料電池イオン交換カートリッジである1〜3いずれか記載の燃料電池部材用樹脂組成物。
5.JIS K7171に準拠して測定される、曲げ強度が80MPa以上、曲げ弾性率が3800MPa以上であり、かつ、燃焼残渣測定試験において前記炭素繊維及び黒鉛粉末由来の燃焼残渣が3%以下である1〜4いずれか記載の燃料電池部材用樹脂組成物。
6.1〜5いずれか記載の樹脂組成物からなる燃料電池部材。
(1)ポリプロピレン系樹脂: 67〜89重量%
(2)酸変性ポリプロピレン系樹脂: 1〜3重量%
(3)炭素繊維及び灰分量が0.5重量%未満の高純度超薄片化黒鉛粉末: 10〜30重量%
(i)メルトフローレート(温度230℃、荷重2.16kg)が5〜70g/10分のポリプロピレン系樹脂: 67〜89重量%、
(ii)酸変性ポリプロピレン系樹脂: 1〜3重量%、
(iii)繊維径(D1)が5μm<D1<10μmの炭素繊維、及び灰分量が0.5重量%未満、平均粒径(D2)が5μm≦D2≦15μm、見掛け密度(ρ)が0.02g/cm3≦ρ≦0.10g/cm3の黒鉛粉末: 10〜30重量%
1.ポリプロピレン系樹脂
本発明の組成物において、ポリプロピレン系樹脂はマトリックス樹脂である。ポリプロピレン系樹脂はホモポリマー、ブロックコポリマー又はこれらの混合物でもよく、具体例としては、例えば、プロピレン単独重合体、エチレン−プロピレンブロック共重合体等が挙げられる。
本発明の組成物に用いるポリプロピレン系樹脂は、メルトフローレート(MFR)(温度230℃、荷重2.16kg、JIS K7210に準拠して測定)が、好ましくは5〜70g/10分であり、より好ましくは20〜70g/10分である。MFRが20g/10分未満では、成形が困難な場合があり、70g/10分を超えると、衝撃強度が低下する場合がある。
酸変性ポリプロピレン系樹脂を、本発明の組成物に添加することにより、ポリプロピレン系樹脂と炭素繊維との界面強度を向上させることができる。
酸変性ポリプロピレン系樹脂は、市販品を用いてもよく、その具体例としては、例えば、ポリボンド3200、ポリボンド3150(白石カルシウム社製、マレイン酸変性ポリプロピレン)、ユーメックス1001、ユーメックス1010、ユーメックス1003、ユーメックス1008(三洋化成工業社製、マレイン酸変性ポリプロピレン)、アドマーQE800、アドマーQE810(三井化学社製、マレイン酸変性ポリプロピレン)、トーヨータックH−1000P(東洋化成工業社製、マレイン酸変性ポリプロピレン)等が挙げられる。
炭素繊維は、本発明の組成物に、高剛性を付与し、組成物から得られる成形体のいわゆる補強強化成分であると同時に、本発明の組成物が低密度、低灰分となるために必要な成分である。
炭素繊維の繊維径は、電子顕微鏡を用いて測定することができる。
本発明の組成物において、黒鉛粉末は、本発明の組成物から得られる成形体の反り・変形及びイオン溶出を防止する機能を有する成分である。
高純度超薄片化黒鉛は、一般的な工程に加えて黒鉛と不純物を取り除く物理精錬及び薬品処理等により超薄片化及び高純度化したもので、通常灰分0.5重量%未満、平均粒径10μm以下、見掛け密度0.1g/cm3以下である。
また、本発明の組成物から得られる成形体の、燃焼残渣測定試験における、炭素繊維及び黒鉛粉末由来の燃焼残渣は、好ましくは3%以下である。
原料を混合(ドライブレンド)後、押出機で溶融混練することで製造することができる。押出機は、短軸押出機、二軸押出機等の公知のものが使用でき、炭素繊維は、他の原料とともに混合投入しても、別途サイドフィードから投入してもよい。その他、特開昭62−60625号公報、特開平10−264152号公報、国際公開第WO97/19805号公報等に記載の方法を用いることもできる。
本発明の樹脂組成物から得られる燃料電池用部材は、低比重かつ十分な強度と寸法安定性を有し、特に溶出イオン量が少ない。また、フィラーに炭素繊維、黒鉛粉末を使用しているため、燃焼残渣がほとんど無く、サーマルリサイクル性に優れる(燃焼による熱エネルギーでの回収に優れる)。
1.ポリプロピレン系樹脂
ポリプロピレン(PP):J−3000GP(出光興産社製、MFR=30g/10分)
マレイン酸変性ポリプロピレン(MAH−PP):ポリボンド3200(白石カルシウム社製)
炭素繊維:HTA−C6−SRS(東邦テナックス社製;繊維径7μm、エポキシ系サイジング剤で処理)
UP−10(日本黒鉛工業社製、人造黒鉛粉末、灰分0.19%以下、平均粒径10μm、見掛け密度0.04)
J−CPB(日本黒鉛工業社製、人造黒鉛粉末、灰分2.0%以下、平均粒径5μm、見掛け密度0.09)
タルク: JM209(浅田製粉社製、平均粒径4.5μm)
1.粒径
JIS R1629に準拠し、レーザー回折散乱法により測定した。
JIS K5101に準拠し、静置法により測定した。
実施例又は比較例で得られた組成物を、射出成形して80mm×10mm×4mmのサンプルを製造した。
このサンプルについて、JIS K7171に準拠して曲げ強度を測定した。
曲げ強度測定用サンプルについて、JIS K7171に準拠して曲げ弾性率を測定した。
溶出イオン量を電導度で示すことにより以下の手順で測定した。
(1)実施例及び比較例毎にサンプル(64mm×12.7mm×3.2mm)を用意した。
(2)500mLのPFA製(フッ素樹脂製)容器を用意した。
(3)容器を純水にてオーバーフローした。
(4)容器を純水にてシェイク洗浄した。
(5)容器を超純水にてシェイク洗浄した。
(6)容器を乾燥した。
(7)容器を超純水にてシェイク洗浄した。
(8)サンプルを超純水にてカップ洗浄した。
(9)サンプルを容器に移した。
(10)容器とサンプルを超純水にて共洗いした。
(11)超純水を、UPレベルラインまで入れた。
(12)80℃で24時間撹拌した。
(13)10時間経過後、容器を恒温槽より取出し、常温になるまで冷却した。
(14)導電率計を確認した。
実施例と比較例毎にサンプルセットを変えるたび、サンプルを入れないブランク測定もした。
実施例又は比較例で得られる組成物を溶融混練法によりペレットを製造した。
このペレットを用いて以下の手順で灰分量を測定した。
(1)坩堝の重量を測定し、この重量をW0とした。
(2)坩堝に灰分量を測定するペレットを入れ、重量を測定し、この重量をW1とした。
(3)坩堝ごとマッフル炉へ入れ、1000℃で灰化を行なった。
(4)灰化終了後、装置より坩堝を取り出し重量を測定し、この重量をW2とした。
(5)以下の式より灰分量を計算した。
灰分量〔%〕=(W2−W0)/(W1−W0)×100
灰化後の重量 灰化前の重量
以下の機器を使用した。
(1)電子天秤:研精工業株式会社製 ER180A
(2)マッフル炉:ヤマト科学株式会社製 Muffle Furnace FP 310
ポリプロピレン(PP)(J−2003GP)83重量%、マレイン酸変性ポリプロピレン(MAH−PP)(ポリボンド3200)2重量%、炭素繊維(HTA−C6−SRS)5重量%、及び黒鉛粉末(UP−10)10重量%を、混合して組成物を製造した。
得られた組成物について、密度、曲げ強度、曲げ弾性率、溶出性、灰分量を測定した。結果を表1に示す。
ポリプロピレン(J−2003GP)60重量%、タルク40重量%を、混合して組成物を製造した。
得られた組成物について、実施例1と同様に評価した。結果を表1に示す。
実施例1において、黒鉛粉末を、J−CPBに変えた他は、実施例1と同様にして組成物を製造し、評価した。結果を表1に示す。
比較例2のように、一般的な高純度でない黒鉛粉末を用いると、溶出性が著しく悪化し、燃料電池用としての目標値に達しない。
Claims (6)
- 下記成分(1),(2)及び(3)を含む燃料電池部材用樹脂組成物。
(1)ポリプロピレン系樹脂: 67〜89重量%
(2)酸変性ポリプロピレン系樹脂: 1〜3重量%
(3)炭素繊維、及び灰分量が0.5重量%未満の高純度超薄片化黒鉛粉末: 10〜30重量% - 下記成分(i),(ii)及び(iii)を含む燃料電池部材用樹脂組成物。
(i)メルトフローレート(温度230℃、荷重2.16kg)が5〜70g/10分のポリプロピレン系樹脂: 67〜89重量%、
(ii)酸変性ポリプロピレン系樹脂: 1〜3重量%、
(iii)繊維径(D1)が5μm<D1<10μmの炭素繊維、及び灰分量が0.5重量%未満、平均粒径(D2)が5μm≦D2≦15μm、見掛け密度(ρ)が0.02g/cm3≦ρ≦0.10g/cm3の黒鉛粉末: 10〜30重量% - 電導度が2μS/cm以下である請求項1又は2記載の燃料電池部材用樹脂組成物。
- 前記燃料電池部材が、燃料電池冷却回路部品、燃料電池イオン交換部品、又は燃料電池イオン交換カートリッジである請求項1〜3いずれか一項記載の燃料電池部材用樹脂組成物。
- JIS K7171に準拠して測定される、曲げ強度が80MPa以上、曲げ弾性率が3800MPa以上であり、かつ、
燃焼残渣測定試験において前記炭素繊維及び黒鉛粉末由来の燃焼残渣が3%以下である請求項1〜4いずれか一項記載の燃料電池部材用樹脂組成物。 - 請求項1〜5いずれか一項記載の樹脂組成物からなる燃料電池部材。
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