JP2007188718A - 接着性シール部材およびこれを用いた燃料電池 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池の生産性、取扱い性に優れた接着性シール部材を提供すること。また、これを用いた燃料電池を提供すること。
【解決手段】（ａ）燃料電池に用いられる、（ｂ）オレフィン系熱可塑性樹脂を主成分として含む、（ｃ）オレフィン系熱可塑性樹脂は酸により変性されている、の各条件を満たす接着性シール部材とする。上記オレフィン系熱可塑性樹脂は、プロピレン系樹脂を主成分として含むと良い。上記酸は、不飽和カルボン酸および／またはその誘導体であると良い。また、この接着性シール部材を用いてシールされた燃料電池とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、接着性シール部材およびこれを用いた燃料電池に関するものである。

燃料電池は、水素を電気化学的に酸化するときに発生する水の生成ギブスエネルギーを電気エネルギーとして取り出す装置である。

この種の燃料電池は、一般に、単セルを複数積層してスタックとし、実用に供される。単セルは、通常、電解質の一方面に燃料ガスを供給するアノード電極、他方面に酸化剤ガスを供給するカソード電極を接合した電解質電極接合体を、ガス流路、冷媒流路などが形成された一対のセパレータにより挟持してなる。

このような構造を有する燃料電池では、燃料ガスと酸化剤ガスとの混合、各ガスまたは冷媒の漏れなどを防止する必要がある。そのため、セパレータと電解質間、セパレータ間など、気密性、液密性が要求される部位には、接着性シール部材が設けられていることが多い。

例えば、特許文献１および特許文献２には、図５に示す単セル１１０を複数積層してなる固体高分子形燃料電池が開示されている。この単セル１１０は、膜電極接合体１００の周囲に張り出している固体電解質膜１０２を、接着性シール部材１０４を介してフレーム１０６、１０６で挟持し、さらにこのフレーム１０６、１０６を、同様の接着性シール部材１０４を介してセパレータ１０８、１０８で挟持することにより一体化されている。

また、これら文献には、上記接着性シール部材として、エポキシ系などの熱硬化性樹脂を主成分とする接着性シール部材を用いる点が記載されている。また、電池製造時には、フレームなどに塗布した未硬化の接着性シール部材を、荷重を負荷した状態で硬化させる点が記載されている。

特開２００５−１２９３４３号公報 特開平７−２４９４１７号公報

しかしながら、燃料電池に用いられる従来の接着性シール部材は、次のような問題があった。

すなわち、従来知られる接着性シール部材は、未硬化の接着性シール部材に荷重を負荷し、押しつぶした状態のまま硬化させる必要がある。そのため、硬化完了までに要する時間が長く、燃料電池の生産性に劣るといった問題があった。

また、硬化の際に、不純物などの影響により硬化不良を起こすことがあり、作業環境など、その取扱いに極めて注意する必要があった。

このように、従来の接着性シール部材の代替品として、燃料電池の生産性、取扱い性に優れた接着性シール部材が望まれていた。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、従来に比較して、燃料電池の生産性、取扱い性に優れた接着性シール部材を提供することにある。また、これを用いた燃料電池を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明に係る接着性シール部材は、下記（ａ）〜（ｃ）を満たすことを要旨とする。
（ａ）燃料電池に用いられる
（ｂ）オレフィン系熱可塑性樹脂を主成分として含む
（ｃ）前記オレフィン系熱可塑性樹脂は酸により変性されている

ここで、上記オレフィン系熱可塑性樹脂は、プロピレン系樹脂を主成分として含むことが好ましい。また、上記酸は、不飽和カルボン酸および／またはその誘導体であることが好ましい。

また、本発明に係る接着性シール部材は、（ｄ）フィルム状に形成されていると良い。

また、本発明に係る接着性シール部材は、上記燃料電池が固体高分子形である場合には、さらに、下記（ｅ）および／または（ｆ）を満たしていると良い。
（ｅ）融点は、１２０〜１４５℃の範囲内にある
（ｆ）２３℃における貯蔵縦弾性率の１／１０以下の貯蔵縦弾性率に低下する温度が、９０℃以上である

一方、本発明に係る燃料電池は、上記接着性シール部材を用いてシールされていることを要旨とする。

上記接着性シール部材は、オレフィン系熱可塑性樹脂を主成分としている。そのため、従来の接着性シール部材に比較して、短時間で接着性、シール性を確保することができ、燃料電池の生産性に優れる。また、不純物、汚れなどに対する感度も小さく、取扱い性に優れる。

また、上記接着性シール部材は、オレフィン系熱可塑性樹脂が酸により変性されている。そのため、接着性、シール性に優れる。

ここで、上記オレフィン系熱可塑性樹脂が、プロピレン系樹脂を主成分として含む場合には、接着性シール部材の使用時における熱間強度などに優れる。

また、上記酸が、不飽和カルボン酸および／またはその誘導体である場合には、金属表面、樹脂表面との濡れ性に優れるので、接着性、シール性を向上させやすい。

また、上記接着性シール部材がフィルム状である場合には、セパレータやフレームなどに当該接着性シール部材を貼り付けることで、煩雑な位置合わせ工程などを省略することができる。また、フィルム化により連続加工などの構築がしやすくなる。また、フレームなどに接着性シール部材を予めラミネートしておけば、さらに加工が容易になる。そのため、これらの点からも、燃料電池の生産性を向上させることができる。

また、上記接着性シール部材を固体高分子形燃料電池に適用する場合、さらに、上記（ｅ）および／または（ｆ）を満たしているときには、電池作動時における、接着性、シール性を維持しやすい。

一方、上記燃料電池は、上記接着性シール部材を用いてシールされているので、従来に比較して生産性に優れる。

以下、本実施形態に係る接着性シール部材およびこれを用いた燃料電池について詳細に説明する（以下、本実施形態に係る接着性シール部材を「本シール部材」と、本実施形態に係る燃料電池を「本燃料電池」ということがある。）。

１．本シール部材
本シール部材は、少なくとも下記（ａ）〜（ｃ）の条件を満たすことを特徴としている。以下、各条件について順に説明する。

（ａ）燃料電池に用いられる
本シール部材は、燃料電池に用いられる。本シール部材は、（ｂ）条件の説明において後述するように、樹脂を主成分としている。そのため、本シール部材は、基本的には、構成部材として樹脂を使用できる温度で作動する何れの形式の燃料電池にも用いることができる。

本シール部材を適用可能な燃料電池としては、具体的には、通常約７０〜９０℃で作動させる固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）（ダイレクトメタノール形燃料電池（ＤＭＦＣ）含む）などを例示することができる。

また、上記燃料電池における本シール部材の適用箇所は、基本的には、燃料電池の種類、構造などにより異なる。本シール部材は、従来の接着性シール部材の代替として使用することができるものであるので、従来、燃料電池においてシール部材を用いていた何れの箇所に対しても適用することできる。

本シール部材の適用箇所としては、具体的には、例えば、電解質とセパレータとの間、電解質電極接合体を支持するフレームと電解質との間、フレームとセパレータとの間などといった単セル内側の箇所、あるいは、隣り合う単セル同士のセパレータ間などといった単セル外側の箇所などを例示することができる。

なお、本シール部材は、燃料電池におけるシール箇所全てに使用されても良いし、シールすべき箇所の一部に部分的に使用されても良い。また、本シール部材は、単独で使用されても良いし、プライマーなどと併用されても良い。

（ｂ）オレフィン系熱可塑性樹脂を主成分として含む
本シール部材は、オレフィン系熱可塑性樹脂を主成分として含んでいる。本シール部材において、「オレフィン系熱可塑性樹脂を主成分とする」とは、本シール部材に含まれる有機成分のうち、５０重量％以上がオレフィン系熱可塑性樹脂であることを意味する。

本シール部材に含まれる有機成分は、オレフィン系熱可塑性樹脂単独からなっていても良いし、本シール部材の接着性、シール性、弾性などを損なわない範囲内であれば、必要に応じて、オレフィン系熱可塑性樹脂以外の他の熱可塑性樹脂、ゴム、エラストマーなどを副成分として１種または２種以上含んでいても良い。

主成分であるオレフィン系熱可塑性樹脂としては、具体的には、例えば、ポリプロピレンなどプロピレンを主重合成分とするプロピレン系樹脂、ポリエチレン、環状オレフィン、ポリメチルペンテンなどを例示することができる。これらは１種または２種以上含まれていても良い。

この際、上記オレフィン系熱可塑性樹脂は、プロピレン系樹脂を主成分として含んでいると良い。本シール部材の加工温度と熱間強度とのバランスなどに優れるからである。なお、「プロピレン系樹脂を主成分とする」とは、本シール部材に含まれるオレフィン系熱可塑性樹脂成分のうち、５０重量％以上がプロピレン系樹脂であることを意味する。

一方、任意の副成分である他の熱可塑性樹脂、ゴム、エラストマーとしては、具体的には、例えば、ナイロン樹脂、エチレン−プロピレンゴム、ポリブタジエン、イソプレン、スチレン系熱可塑性エラストマー（ＳＥＢＳ、ＳＢＳ、ＳＥＰＳなど）などを例示することができる。これらは１種または２種以上含まれていても良い。

なお、本シール部材は、上記熱可塑性樹脂、ゴム、エラストマーなどに通常用いられる各種添加剤、例えば、酸化防止剤、粘着付与剤、軟化剤、加工助剤、ＷＡＸなどを１種または２種以上含んでいても良い。

（ｃ）オレフィン系熱可塑性樹脂は酸により変性されている
本シール部材において、オレフィン系熱可塑性樹脂は酸により変性されている。酸による変性は、主として、燃料電池の構成部材であるセパレータや樹脂フレームなどの材料である金属や樹脂などの表面との濡れ性を良くし、接着性、シール性を確保しやすくするためのものである。

なお、本シール部材が、複数のオレフィン系熱可塑性樹脂を含んでいる場合、複数のオレフィン系熱可塑性樹脂のうち、少なくとも１種以上が酸により変性されておれば良い。

また、本シール部材が、任意の副成分である他の熱可塑性樹脂、ゴム、エラストマーなどを含んでいる場合、これらについても酸により変性されていても良い。

上記酸による変性は、上記オレフィン系熱可塑性樹脂などに、酸成分がグラフトされることにより行われていても良いし、酸成分が共重合されることにより行われていても良い。あるいは、これらを組み合わせて行われていても良い。好ましくは、比較的変性が容易であるなどの観点から、グラフトによる変性が好適である。

上記酸としては、具体的には、例えば、不飽和カルボン酸および／またはその誘導体などを例示することができる。これらは１種または２種以上用いられていても良い。

不飽和カルボン酸および／またはその誘導体としては、具体的には、例えば、マレイン酸、フマル酸、アクリル酸、メタクリル酸、テトラヒドロフタル酸、イタコン酸、シトラコン酸、クロトン酸、イソクロトン酸、ナジック酸（エンド−シス−ビシクロ［２．２．１］ヘプト−５−エン−２，３−ジカルボン酸）などの不飽和カルボン酸や、無水マレイン酸、無水イタコン酸、無水シトラコン酸、塩化マレニル、マレイミド、マレイン酸モノメチル、マレイン酸ジメチル、グリシジルマレエートなどの酸無水物、ハライド、アミド、イミド、エステルなどを例示することができる。これらは１種または２種以上用いられていても良い。

本シール部材では、これらのうち、不飽和ジカルボン酸またはその誘導体（とりわけ、酸無水物）が好ましく、より好ましくは、マレイン酸または無水マレイン酸を好適に用いることができる。金属表面、樹脂表面との濡れ性に優れるので、接着性、シール性を向上させやすいからである。

また、上記酸による変性量（変性樹脂、変性ゴムに含まれる酸成分の重量％）は、基本的には、十分な接着性、シール性を確保することができる範囲内であれば、特に限定されるものではない。一般には、酸による変性量が過度に少なくなると、有効な接着性、シール性を確保し難くなる傾向などが見られる。一方、酸による変性量を過度に多くしても、接着性が飽和する傾向などが見られる。したがって、酸による変性量は、これらに留意して調節すると良い。

上記酸による変性量は、好ましい上限値として、具体的には、例えば、１．６重量％などを例示することができる。一方、これら好ましい上限値と組み合わせ可能な好ましい下限値としては、０．０１、０．３重量％などを例示することができる。なお、上記酸による変性量は、赤外線吸収スペクトル法を用いて測定することができる。

以上、説明したように、本シール部材は、少なくとも上記（ａ）〜（ｃ）の条件を満たしているが、他にも任意で下記条件のうち、少なくとも１つ以上を満たしていても良い。

（ｄ）フィルム状に形成されている
本シール部材は、フィルム状に形成されていても良い。この場合、その厚さは、特に限定されるものではなく、シール部位の隙間量などを考慮して適宜設定することができる。

（ｅ）融点は、１２０〜１４５℃の範囲内にある
本シール部材の融点範囲は、電池作動時における接着性、シール性が維持されるように、主に安全性などを考慮して設定することができる。

本シール部材の具体的な融点の選択は、基本的には、燃料電池の構成部材（例えば、電解質膜電極接合体、フレーム、セパレータなど）の耐熱性との兼ね合いなどを考慮して適宜選択すれば良い。

すなわち、本シール部材は、基本的には、ホットメルト形式により接着性、シール性を確保するものである。そのため、燃料電池の製造時には、本シール部材以外に、他の電池構成部材にも熱が加わる。

これらを考慮した場合、例えば、本シール部材をＰＥＦＣに適用するときには、上記融点範囲は１２０〜１４５℃の範囲内、好ましくは、１３０℃〜１４０℃の範囲内にあると良い。

この際、上記融点範囲を満たすように本シール部材の融点を調節する方法としては、上記条件を満たすオレフィン系熱可塑性樹脂を当初より選択する方法、上記条件を満たすように複数の樹脂、ゴムなどをブレンドする方法、上記条件を満たすように含有ポリマーのポリマー連鎖を乱す方法などを例示することができる。

なお、上記本シール部材の融点は、ＪＩＳ Ｋ ７１２１における示差走査熱量測定（ＤＳＣ：熱流束）に準拠して測定することができる。

（ｆ）２３℃における貯蔵縦弾性率の１／１０以下の貯蔵縦弾性率に低下する温度が９０℃以上である
本シール部材をＰＥＦＣに適用する場合、その２３℃における貯蔵縦弾性率の１／１０以下の貯蔵縦弾性率に低下する温度は９０℃以上であると良い。

この条件を満たしている場合には、本シール部材の弾性率が適度であるので、電池作動時における、接着性、シール性を維持しやすい。

なお、上記貯蔵縦弾性率は、本シール部材を、幅５ｍｍ、長さ２０ｍｍ、厚み５０μｍに成形し、この成形体に対して、引張方向に振動歪み（周波数：１０Ｈｚ、動歪み：±１０μｍ）を与え、動的粘弾性測定装置（例えば、株式会社ユービーエム製、「Ｒｈｅｏｇｅｌ−Ｅ４０００」などが上市されている。）により測定した値である。

この際、上記条件を満たすように本シール部材を調節する方法としては、上記条件を満たすオレフィン系熱可塑性樹脂を当初より選択する方法、上記条件を満たすように複数の樹脂、ゴムなどをブレンドする方法などを例示することができる。

上記条件の意味内容につき、図面を用いて詳細に説明する。図１は、本シール部材の温度（℃）と貯蔵縦弾性率Ｅ’（Ｐａ）との関係を模式的に示した図である。図１において、Ａは、２３℃における貯蔵縦弾性率である。Ａ／１０は、２３℃における貯蔵縦弾性率Ａの１／１０に該当する貯蔵縦弾性率である。本シール部材をＰＥＦＣに適用する場合、本シール部材は、このＡ／１０以下の貯蔵縦弾性率に低下するときの温度が９０℃以上になっていると良い。

（ｇ）メルトフローレイト（ＭＦＲ）が４ｇ／１０分以上
本シール部材は、そのＭＦＲ（２３０℃）が４ｇ／１０分以上であると良い。好ましくは、７ｇ／１０分以上、より好ましくは、１０ｇ／１０分以上であると良い。なお、上記ＭＦＲは、ＪＩＳ Ｋ７２１０に準拠して測定される値である。

本シール部材のＭＦＲが、上記条件を満たす場合には、流れ性などに優れるので、シールすべき箇所の密着性を向上させやすい。

２．本シール部材の製造方法
上記本シール部材の製造方法としては、例えば、以下のような方法を例示することができる。

すなわち、オレフィン系熱可塑性樹脂を１種または２種以上、必要に応じて、他の熱可塑性樹脂、ゴム、エラストマーを１種または２種以上選択し、不活性ガス雰囲気中で芳香族系などの溶剤の存在下／不存在下、かつ、ラジカル開始剤の存在下／不存在下にて、１２０℃〜２６０℃にて加熱溶解する。次いで、不飽和カルボン酸などの酸を分割または一括投入し、通常、１分〜５時間程度加熱混練する。基本的には、このような方法などにより、本シール部材を得ることができる。

なお、上記製造時には、必要に応じて、酸化防止剤などの添加剤を添加しても良い。

また、本シール部材をフィルム状にするには、例えば、プレス法、押し出し（Ｔ−ダイ）法、インフレーション法などにより行うことができる。

３．本燃料電池
本燃料電池は、従来知られる単セルを複数積層してなる積層体を有している。そして、本燃料電池は、電池構造中において、シールを要する箇所の全てまたは一部が本シール部材によりシールされているところに特徴がある。

本燃料電池の基本的な電池構造としては、電池の種類などにより異なるが、すでに一般に知られる構造を適宜採用することができる。

上記単セルとしては、具体的には、例えば、電解質の一方面にアノード電極、他方面にカソード電極を接合した電解質電極接合体が一対のセパレータにより挟持された構造、電解質電極接合体の周囲に張り出している電解質部分が一対のフレームにより支持され、このフレーム付き電解質電極接合体が一対のセパレータにより挟持された構造などを例示することができる。

本燃料電池が上記単セルを有する場合、本シール部材は、具体的には、例えば、電解質電極接合体の周囲に張り出している電解質とセパレータとの間、電解質電極接合体の周囲に張り出している電解質とこれを支持するフレームとの間、このフレームとセパレータとの間などに設けられる。また、隣り合う各単セルのセパレータ間などにも設けることができる。

以上、本シール部材および本燃料電池について説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。

以下、実施例により本発明をより詳細に説明する。なお、以下の実施例および比較例に係る接着性シール部材は、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）に好適に用いた場合について示したものである。また、その電池作動温度は、約９０℃である。

１．接着性シール部材の作製
（実施例１）
ミキサー容量１００ｃｃの小型密閉式混練機（東洋精機（株）製、「ラボプラストミル」）を用い、これにポリプロピレン（住友化学（株）製、「住友化学ノーブレン」）６０ｇと無水マレイン酸（関東化学（株）製）０．６ｇとを投入し、有機過酸化物（日本油脂（株）製、「パークミルＤ」）とともに、２４０℃で４０分間混練することにより、無水マレイン酸変性ポリプロピレンを調製した。次いで、上記無水マレイン酸変性ポリプロピレンをプレスし、厚み１２０μｍのフィルム状に成形した。これにより、実施例１に係る接着性シール部材を得た。

次に、上記実施例１に係る接着性シール部材における、無水マレイン酸の変性量を、赤外線吸収スペクトル法を用いて測定した。具体的には、上記作製した接着性シール部材の赤外線吸収スペクトルを透過法により測定した。次いで、得られた１８００ｃｍ^−１付近の無水マレイン酸のピーク強度と、滴定により求めた酸の量とから検量線を作成し、変性量を求めた。その結果、無水マレイン酸変性ポリプロピレンに占める無水マレイン酸の変性量は、０．８重量％であった。

次に、上記実施例１に係る接着性シール部材の融点を、ＪＩＳ Ｋ７１２１に準拠した示差走査熱量測定（ＤＳＣ、熱流束）により測定した。その結果、この接着性シール部材の融点は１３５℃であり、電池作動温度９０℃＋３０℃以上（十分な安全率の範囲内の温度）であった。

次に、上記実施例１に係る接着性シール部材の温度と貯蔵縦弾性率との関係を測定した。すなわち、実施例１に係る接着性シール部材を、幅５ｍｍ、長さ２０ｍｍ、厚み５０μｍに成形した。次いで、この成形体を、動的粘弾性測定装置（株式会社ユービーエム製、「Ｒｈｅｏｇｅｌ−Ｅ４０００」）にセットし、温度と貯蔵縦弾性率との関係を求めた。

なお、この際の測定条件は、引っ張りモード、周波数：１０Ｈｚ、初期荷重：自動モード、動歪み：±１０μｍ、温度範囲：−４０〜２００℃、昇温速度：３℃／分、測定：２℃毎とした。

その結果、２３℃における貯蔵縦弾性率は、５．８０×１０^８（Ｐａ）であった。また、２３℃における貯蔵縦弾性率の１／１０の貯蔵縦弾性率に低下する温度は、１０４℃であり、燃料電池の作動温度である９０℃以上であった。

（実施例２）
無水マレイン酸の投入量を０．３ｇとした以外は、実施例１に係る接着性シール部材と同様にして、実施例２に係る接着性シール部材を作製した。

なお、得られた実施例２に係る接着性シールにつき、無水マレイン酸による変性量、融点、温度と貯蔵縦弾性率との関係を測定したところ、無水マレイン酸の変性量が０．３重量％であった以外は、実施例１と同等の結果であった。

（実施例３）
無水マレイン酸の投入量を１．２ｇとした以外は、実施例１に係る接着性シール部材と同様にして、実施例３に係る接着性シール部材を作製した。

なお、得られた実施例３に係る接着性シール部材につき、無水マレイン酸による変性量、融点、温度と貯蔵縦弾性率との関係を測定したところ、無水マレイン酸の変性量が１．６重量％であった以外は、実施例１と同等の結果であった。

（実施例４）
ポリプロピレンに代えて、ポリエチレン（住友化学（株）製、「スミカセン」）６０ｇを用い、１８０℃で混練することにより、無水マレイン酸変性ポリエチレンを調製した以外は、実施例１に係る接着性シール部材と同様にして、実施例４に係る接着性シール部材を作製した。

なお、得られた実施例４に係る接着性シール部材につき、無水マレイン酸による変性量、融点、温度と貯蔵縦弾性率との関係を測定したところ、変性量は０．８０重量％、融点は１１０℃、２３℃における貯蔵縦弾性率は４．４０×１０^８（Ｐａ）、２３℃における貯蔵縦弾性率の１／１０の貯蔵縦弾性率に低下する温度は８５℃であった。

（比較例１）
従来のエポキシ系樹脂を主成分とする接着性シール部材（セメダイン（株）製、「ＥＰ３３１」）を、比較例１に係る接着性シール部材とした。

なお、この比較例１に係る接着性シール部材につき、温度と貯蔵縦弾性率との関係を測定したところ、２３℃における貯蔵縦弾性率は、１．５０×１０^８（Ｐａ）であった。また、２３℃における貯蔵縦弾性率の１／１０の貯蔵縦弾性率に低下する温度は、４５℃であり、燃料電池の作動温度である９０℃以下であった。

（比較例２）
無水マレイン酸を投入せず、酸変性を行わなかった以外は、実施例１に係る接着性シール部材と同様にして、比較例２に係る接着性シール部材を作製した。

なお、得られた比較例２に係る接着性シール部材につき、融点、温度と貯蔵縦弾性率との関係を測定したところ、実施例１と同等の結果であった。

２．各接着性シール部材の評価
各接着性シール部材の評価は、以下のようにして行った。

先ず、各接着性シール部材につき、１５０℃における接着時間を測定した。この際、比較例１に係る従来の接着性シール部材よりも接着時間が少なくて済むものを合格とし、同等および長くかかるものを不合格と判定した。

次に、各接着性シール部材につき、Ｔ字剥離試験を行い、接着性を評価した。すなわち、短冊状１ｃｍ幅、厚み０．１ｍｍのステンレス板を準備し、その表面を脱脂した。

次いで、図２に示すように、各接着性シール部材１０を一対のステンレス板１２、１２の間に設置し、加熱温度１５０℃、圧縮量１０〜５０μｍで加熱圧縮した。これにより、Ｔ字剥離試験に供する、実施例１〜４に対応する試料Ａ１〜Ａ４、比較例１〜２に対応する試料Ｂ１〜Ｂ２をそれぞれ作製した。

次いで、図３に示すように、各試料におけるステンレス板１２、１２の端部を、引張試験装置の掴み治具１６、１６に装着し、図中矢印方向に、ヘッドスピード１０ｍｍ／分で引っ張り、両ステンレス板１２、１２と接着性シール部材１０とを剥離した。そして、ＪＩＳ Ｋ６２５６ 付属書に準拠して各試料のＴ字剥離強度を求めた。なお、上記試験は、室温（２３℃）雰囲気下で行った。

その後、比較例１に対応する試料Ｂ１のＴ字剥離強度を基準（１００）とした場合における、各試料のＴ字剥離強度の比（Ｔ字剥離強度指数）を算出した。この際、２３℃でのＴ字剥離強度指数が７０以上ある場合を合格と判定し、７０未満の場合を不合格と判定した。

次に、各接着性シール部材につき、耐環境試験を行い、長期信頼性を評価した。すなわち、上記作製した各試料を、９０℃の温水に２０００時間浸漬し、これを取り出した後、室温（２３℃）及び９０℃雰囲気下で上記Ｔ字剥離試験を行った。

その後、比較例１に対応する試料Ｂ１のＴ字剥離強度を基準（１００）とした場合における、各試料のＴ字剥離強度の比（Ｔ字剥離強度指数）を算出した。この際、温水浸漬後における、２３℃および９０℃雰囲気でのＴ字剥離強度指数が、ともに１００以上ある場合を合格と判定し、１００未満の場合を不合格と判定した。

３．各接着性シール部材の評価結果の考察
作製した実施例および比較例に係る接着性シール部材の内容およびそれらの評価結果を表１にまとめて示す。

表１によれば、次のことが分かる。すなわち、従来のエポキシ系樹脂を主成分とする比較例１に係る接着性シール部材は、接着時間が６０分と長時間かかり、燃料電池の生産性に劣ることが分かる。

また、比較例１に係る接着性シール部材は、反応硬化形式であるので、不純物や汚れなどに十分注意する必要があり、取扱い性が悪い。さらにその形態が２液液状であることからも、取扱い性が悪いといえる。また、初期の接着性は比較的良いものの、長期にわたる接着性、シール性が十分でないことが分かる。

次に、主成分樹脂としてオレフィン系熱可塑性樹脂を用いているが、酸により変性されていない比較例２に係る接着性シール部材は、接着性、シール性を十分に確保することができていないことが分かる。

これらに対し、実施例１〜４に係る接着性シール部材は、比較例１に係る接着性シール部材に比較して、極めて短時間で接着できており、燃料電池の生産性に優れていることが分かる。また、実施例１〜４に係る接着性シール部材は、フィルム状の形態をとることができるので、この点からも、燃料電池の生産性を向上させることができるといえる。

また、実施例１〜４に係る接着性シール部材は、ホットメルト形式であるので、不純物、汚れなどに対する感度も小さく、取扱い性に優れる。また、実施例１〜４に係る接着性シール部材は、比較例１に係る接着性シール部材に比較して、長期にわたる接着性、シール性に優れていることが分かる。したがって、耐久性に優れているといえる。

とりわけ、実施例１〜３に係る接着性シール部材は、ポリプロピレンを主成分として含んでいるので、ポリエチレンを主成分として含む実施例４に係る接着性シール部材に比較して、熱雰囲気中における強度に優れていることが分かる。

４．固体高分子形燃料電池の作製およびシール性の評価
実施例１〜４に係る接着性シール部材を用い、固体高分子形燃料電池を作製した。

すなわち、図４に示すように、膜電極接合体１８（ＭＥＡ、エレクトロケム（株）製、「ＦＣ２５−ＭＥＡ」）の周囲に張り出している固体電解質膜２０を、実施例１〜３に係る接着性シール部材１０を介してフレーム２２により支持し、これをさらに、実施例１〜３に係る接着性シール部材１０を介して一対のステンレス製セパレータ２４、２４で挟持して一体化し、実施例１〜４に係る固体高分子形燃料電池２６を作製した。なお、接着性シール部材の接着は、温度１５０℃、圧力２ＭＰａで１０分間圧着することにより行った。

次いで、作製した実施例１〜４に係る固体高分子形燃料電池のアノード電極に水素を、カソード電極に酸素を供給し、２４時間シール性を確認した。

その結果、シール箇所からの各ガスの漏れなどは生じず、シール性を確保できていることが確認できた。

本シール部材の温度（℃）と貯蔵縦弾性率Ｅ’（Ｐａ）との関係を模式的に示した図である。 実施例において、Ｔ字剥離試験に供する試料を模式的に示した図である。 実施例におけるＴ字剥離試験の様子を模式的に示した図である。 実施例に係る接着性シール部材を用いた、実施例に係る固体高分子形燃料電池を模式的に示した図である。 従来の固体高分子形燃料電池の一例を模式的に示した図である。

符号の説明

１０ 接着性シール部材
１２ ステンレス板
１６ 掴み治具
１８ 膜電極接合体
２０ 固体電解質膜
２２ フレーム
２４ セパレータ
２６ 固体高分子形燃料電池

Claims (6)

1. 下記（ａ）〜（ｃ）を満たすことを特徴とする接着性シール部材。
   （ａ）燃料電池に用いられる
   （ｂ）オレフィン系熱可塑性樹脂を主成分として含む
   （ｃ）前記オレフィン系熱可塑性樹脂は酸により変性されている
2. 前記オレフィン系熱可塑性樹脂は、プロピレン系樹脂を主成分として含むことを特徴とする請求項１に記載の接着性シール部材。
3. 前記酸は、不飽和カルボン酸および／またはその誘導体であることを特徴とする請求項１または２に記載の接着性シール部材。
4. さらに、下記（ｄ）を満たすことを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の接着性シール部材。
   （ｄ）フィルム状に形成されている
5. 前記燃料電池は、固体高分子形であり、
   さらに、下記（ｅ）および／または（ｆ）を満たすことを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の接着性シール部材。
   （ｅ）融点は、１２０〜１４５℃の範囲内にある
   （ｆ）２３℃における貯蔵縦弾性率の１／１０以下の貯蔵縦弾性率に低下する温度が、９０℃以上である
6. 請求項１から５の何れかに記載の接着性シール部材を用いてシールされていることを特徴とする燃料電池。

Images