JP2008106355A - 親水性多孔質金属部材とその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】多孔質体の少なくとも外表面に貴金属粒子が分散して固着しており、該貴金属粒子の隙間に酸化物層が形成されている多孔質金属部材であって、持続性のある親水性を有することを特徴とする親水性多孔質金属部材であって、例えば、親水性の持続日数が非親水処理の多孔質金属部材に対して15倍以上であり、燃料電池環境下において親水性を維持する親水性多孔質金属部材とその製造方法。
【選択図】図1
Description
〔1〕多孔質体の少なくとも外表面に分散固着した貴金属粒子の間に酸化物層が形成されている多孔質金属部材であって、持続性のある親水性を有することを特徴とする親水性多孔質金属部材。
〔2〕親水性の持続日数が親水処理しない多孔質金属部材に対して15倍以上である上記[1]に記載する親水性多孔質金属部材。
〔3〕燃料電池環境下において親水性を維持する上記[1]または上記[2]の何れかに記載する親水性多孔質金属部材。
〔4〕燃料電池用材料として用いられる上記[1]〜上記[3]の何れかに記載する親水性多孔質金属部材。
〔5〕親水基を有するチオール化合物溶液によって表面処理されている上記[1]〜上記[4]の何れかに記載する親水性多孔質金属部材。
〔6〕親水基を有するチオール化合物として、メトキシシリル基、カルボン酸基、またはスルホン酸基を含有するチオール化合物によって多孔質体外表面が表面処理されている上記[1]〜上記[5]の何れかに記載する親水性多孔質金属部材。
〔7〕貴金属粒子の間に形成されている酸化物層が、多孔質金属部材表面の酸化による酸化物層、シリカ層、またはアルミナ層の何れか、或いはシリカ層とアルミナ層の複合酸化物層である上記[1]〜上記[6]の何れかに記載する親水性多孔質金属部材。
〔8〕多孔質金属部材の材質がチタンである上記[1]〜上記[7]の何れかに記載する親水性多孔質金属部材。
〔9〕貴金属が金または白金である上記[1]〜上記[8]の何れかに記載する親水性多孔質金属部材。
〔10〕多孔質金属部材が、金属粉末と結合剤、発泡剤、気泡剤を含むスラリーを用いて形成した発泡体を焼結処理して得たものである上記[1]〜上記[9]の何れかに記載する親水性多孔質金属部材。
〔11〕多孔質体の少なくとも外表面に分散固着した貴金属粒子の間に酸化物層が形成されている多孔質金属を、親水基含有チオール化合物溶液によって表面処理することを特徴とする親水性多孔質金属部材の製造方法。
〔12〕親水基を有するチオール化合物として、メトキシシリル基、カルボン酸基、またはスルホン酸基を含有するチオール化合物を用いる上記[11]に記載する親水性多孔質金属部材の製造方法。
〔13〕多孔質金属部材表面に貴金属コロイドを付着させ、これを大気中で室温に保持し、または大気中で加熱して上記貴金属粒子の間に多孔質金属部材表面の酸化による酸化物層を形成し、これを親水基含有チオール化合物溶液によって表面処理する上記[11]〜上記[12]の何れかに記載する親水性多孔質金属部材の製造方法。
〔14〕酸化被膜を有する多孔質金属部材表面に貴金属コロイドを付着させ、これを真空下または不活性雰囲気下で300℃以上に加熱して酸化被膜の酸素を多孔質金属部材表面に拡散させて金属層とし、さらに真空下または不活性雰囲気下、300℃以上の加熱を継続することによって上記金属層に貴金属粒子を接合させ、この状態で大気中で室温に保持し、または大気中で加熱して上記貴金属粒子の間に多孔質金属部材表面の酸化による酸化物層を形成し、これを親水基含有チオール化合物溶液によって表面処理する上記[11]〜上記[12]の何れかに記載する親水性多孔質金属部材の製造方法。
〔15〕多孔質金属部材表面に貴金属粒子を分散接合したものを、シリカ形成溶液またはアルミナ形成溶液、もしくはシリカ形成溶液とアルミナ形成溶液の混合溶液に浸漬して乾燥させ、その後、大気中で150℃以上に加熱して上記貴金属粒子の間にシリカ層、またはアルミナ層の何れか、あるいは多孔質金属部材表面の酸化による酸化物層とシリカ層とアルミナ層の何れか2種以上の複合酸化物層を形成し、これを親水基含有チオール化合物溶液によって表面処理する上記[11]〜上記[12]の何れかに記載する親水性多孔質金属部材の製造方法。
本発明の親水性多孔質部材は、多孔質体の少なくとも外表面に分散固着した貴金属粒子の間に酸化物層が形成されている多孔質金属部材であって、持続性のある親水性を有することを特徴とするものである。
〔イ〕酸化被膜を有しない多孔質金属部材については、該多孔質金属部材の表面に貴金属コロイドを付着させ、これを大気中で室温に保持し、または大気中で加熱して上記貴金属粒子の間に多孔質金属部材表面の酸化による酸化物層を形成する。
〔ロ〕酸化被膜を有する多孔質金属部材については、該多孔質金属部材の表面に貴金属コロイドを付着させ、これを真空下または不活性雰囲気下で300℃以上に加熱して酸化被膜の酸素を多孔質金属部材表面に拡散させて金属層とし、さらに真空下または不活性雰囲気下、300℃以上の加熱を継続することによって上記金属層に貴金属粒子を接合させ、この状態で、大気中で室温に保持し、または大気中で加熱して上記貴金属粒子の間に多孔質金属部材表面の酸化による酸化物層を形成する。
〔ハ〕多孔質金属部材の少なくとも外表面に貴金属粒子を分散して付着させた後に、これをシリカ形成溶液とアルミナ形成溶液の混合溶液に浸漬して乾燥し、その後、大気中で150℃以上に加熱して上記貴金属粒子の隙間にシリカおよびアルミナからなる複合酸化物層を形成する。
なお、このときの処理温度が600℃を上回ると、親水性の保持能力が低下するので、加熱温度は600℃以下が好ましい。
原料粉末として平均粒径:10μmのチタン粉末、水溶性樹脂結合剤としてメチルセルロース10%水溶液、可塑剤としてエチレングリコール、気泡剤としてアルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム、発泡剤としてネオペンタンを用いた。原料粉末:20質量%、水溶性樹脂結合剤:10質量%、可塑剤:1質量%、気泡剤:1質量%、発泡剤:0.6質量%、残部:水となるように配合し、15分間混練し、発泡スラリーを作製した。得られた発泡スラリーをブレードギャップ:0.5mmでドクターブレード法によりPETフィルム上に成形し、これを恒温恒湿度槽に入れ、温度:35℃、湿度:90%、25分間保持の条件で発泡させた後、温度80℃、20分間保持の条件で温風乾燥を行い、スポンジ状グリーン成形体を作製した。この成形体をPETフィルムから剥がし、アルミナ板状に載せ、Ar雰囲気中、温度:550℃、180分保持の条件で脱脂し、続いて真空焼結炉において、雰囲気:5×10-3Pa、温度1200℃、1時間保持の条件で焼結することによって、気孔率90%、厚さ:1.0mmの多孔質発泡チタン板を作製した。この多孔質発泡チタン板を、縦:30mm、横:30mmの寸法になるように切断して多孔質発泡チタン素材を作製した。
原料粉末として平均粒径:10μmのSUS316粉末、水溶性樹脂結合剤としてメチルセルロース10%水溶液、可塑剤としてエチレングリコール、気泡剤としてアルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム、発泡剤としてネオペンタンを用いた。原料粉末:20質量%、水溶性樹脂結合剤:10質量%、可塑剤:1質量%、気泡剤:1質量%、発泡剤:0.6質量%、残部:水となるように配合し、15分間混練し、発泡スラリーを作製した。得られた発泡スラリーをブレードギャップ:0.5mmでドクターブレード法によりPETフィルム上に成形し、恒温恒湿度槽に供給し、そこで温度:35℃、湿度:90%、25分間保持の条件で発泡させた後、温度80℃、20分間保持の条件で温風乾燥を行い、スポンジ状グリーン成形体を作製した。この成形体をPETフィルムから剥がし、アルミナ板状に載せAr雰囲気中、温度:550℃、180分保持の条件で脱脂し、続いて真空焼結炉において、雰囲気:5×10-3Pa、温度1200℃、1時間保持の条件で焼結することによって、気孔率90%を有し、厚さ:1.0mmを有する多孔質発泡ステンレス板を作製した。得られた多孔質発泡チタンを縦:30mm、横:30mmの寸法になるように切断して多孔質発泡チタン素材を作製した。
原料粉末として平均粒径:10μmのチタン粉末、水溶性樹脂結合剤としてメチルセルロース10%水溶液、可塑剤としてエチレングリコール、気泡剤としてアルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム、発泡剤としてネオペンタンを用意した。原料粉末:20質量%、水溶性樹脂結合剤:10質量%、可塑剤:1質量%、気泡剤:1質量%、発泡剤:0.6質量%、残部:水となるように配合し、15分間混練し、発泡スラリーを作製した。得られた発泡スラリーをブレードギャップ:0.5mmでドクターブレード法によってPETフィルム上に成形し、恒温恒湿度槽に供給し、そこで温度:35℃、湿度:90%、25分間保持の条件で発泡させた後、温度80℃、20分間保持の条件で温風乾燥を行い、スポンジ状グリーン成形体を作製した。この成形体をPETフィルムから剥がし、アルミナ板状に載せAr雰囲気中、温度:550℃、180分保持の条件で脱脂し、続いて真空焼結炉において、雰囲気:5×10-3Pa、温度1200℃、1時間保持の条件で焼結することによって気孔率90%を有し、厚さ:1.0mmを有する多孔質発泡チタン板を作製した。得られた多孔質発泡チタンを縦:30mm、横:30mmの寸法になるように切断して多孔質発泡チタン素材を作製した。この多孔質発泡チタン素材を金イオンプレーティングにより厚さ0.1μmの金でコーティングし、親水処理をしない試料とした。
原料粉末として平均粒径:10μmのチタン粉末、水溶性樹脂結合剤としてメチルセルロース10%水溶液、可塑剤としてエチレングリコール、気泡剤としてアルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム、発泡剤としてネオペンタンを用いた。原料粉末:20質量%、水溶性樹脂結合剤:10質量%、可塑剤:1質量%、気泡剤:1質量%、発泡剤:0.6質量%、残部:水となるように配合し、15分間混練し、発泡スラリーを作製した。得られた発泡スラリーをブレードギャップ:0.5mmでドクターブレード法によりPETフィルム上に成形し、恒温恒湿度槽に供給し、そこで温度:35℃、湿度:90%、25分間保持の条件で発泡させた後、温度80℃、20分間保持の条件で温風乾燥を行い、スポンジ状グリーン成形体を作製した。この成形体をPETフィルムから剥がし、アルミナ板状に載せAr雰囲気中、温度:550℃、180分保持の条件で脱脂し、続いて真空焼結炉で雰囲気:5×10-3Pa、温度1200℃、1時間保持の条件で焼結することによって気孔率90%を有し、厚さ:1.0mmを有する多孔質発泡チタン板を作製した。得られた多孔質発泡チタンを縦:30mm、横:30mmの寸法になるように切断して多孔質発泡チタン素材を作製した。
実施例1で得た金粒子を付着させた多孔質発泡チタン素材について、親水基を有しないチオール化合物(ドデカンチオール)を用い、上記試料をこの化合物溶液(濃度2mmol/l)に10分間浸漬し、大気中で80℃、10分間の乾燥を行い試料とした(比較例3)。
実施例1で得た金粒子を付着させた多孔質発泡チタン素材について、親水基を有するチオール以外の化合物(ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム)を用い、上記試料をこの化合物溶液(濃度2mmol/l)に10分間浸漬し、大気中で80℃、10分間の乾燥を行い試料とした(比較例4)。
スポイトにて蒸留水0.005mlを試料表面に滴下して親水性を判断した。判断方法は液滴が試料表面に吸い込まれるものは親水性を有し、液滴のまま残るものは親水性がないものとし、親水性がなくなるまでの日数を調べた。この結果を表1に示す。
試料を温度:50℃、pH=2に保持された硫酸水溶液中に浸漬し、電位:800mV(対水素基準)を印加しながら100時間保持したの後に試料を取出し、蒸留水で十分に洗浄して大気中で乾燥した。この試料を用い、スポイトにて蒸留水0.005mlを試料表面に滴下して親水性を判断した。判断方法は液滴が試料表面に吸い込まれるものは親水性を有し、液滴のまま残るものは親水性がないものとし、燃料電池環境通電試験後、親水性がなくなるまでの日数を調べた。この結果を表1に示す。
Claims (15)
- 多孔質体の少なくとも外表面に分散固着した貴金属粒子の間に酸化物層が形成されている多孔質金属部材であって、持続性のある親水性を有することを特徴とする親水性多孔質金属部材。
- 親水性の持続日数が親水処理しない多孔質金属部材に対して15倍以上である請求項1に記載する親水性多孔質金属部材。
- 燃料電池環境下において親水性を維持する請求項1または請求項2の何れかに記載する親水性多孔質金属部材。
- 燃料電池用材料として用いられる請求項1〜請求項3の何れかに記載する親水性多孔質金属部材。
- 親水基を有するチオール化合物溶液によって表面処理されている請求項1〜請求項4の何れかに記載する親水性多孔質金属部材。
- 親水基を有するチオール化合物として、メトキシシリル基、カルボン酸基、またはスルホン酸基を含有するチオール化合物によって多孔質体外表面が表面処理されている請求項1〜請求項5の何れかに記載する親水性多孔質金属部材。
- 貴金属粒子の間に形成されている酸化物層が、多孔質金属部材表面の酸化による酸化物層、シリカ層、またはアルミナ層の何れか、或いはシリカ層とアルミナ層の複合酸化物層である請求項1〜請求項6の何れかに記載する親水性多孔質金属部材。
- 多孔質金属部材の材質がチタンである請求項1〜請求項7の何れかに記載する親水性多孔質金属部材。
- 貴金属が金または白金である請求項1〜請求項9の何れかに記載する親水性多孔質金属部材。
- 多孔質金属部材が、金属粉末と結合剤、発泡剤、気泡剤を含むスラリーを用いて形成した発泡体を焼結処理して得たものである請求項1〜請求項9の何れかに記載する親水性多孔質金属部材。
- 多孔質体の少なくとも外表面に分散固着した貴金属粒子の間に酸化物層が形成されている多孔質金属を、親水基含有チオール化合物溶液によって表面処理することを特徴とする親水性多孔質金属部材の製造方法。
- 親水基を有するチオール化合物として、メトキシシリル基、カルボン酸基、またはスルホン酸基を含有するチオール化合物を用いる請求項11に記載する親水性多孔質金属部材の製造方法。
- 多孔質金属部材表面に貴金属コロイドを付着させ、これを大気中で室温に保持し、または大気中で加熱して上記貴金属粒子の間に多孔質金属部材表面の酸化による酸化物層を形成し、これを親水基含有チオール化合物溶液によって表面処理する請求項11〜請求項12の何れかに記載する親水性多孔質金属部材の製造方法。
- 酸化被膜を有する多孔質金属部材表面に貴金属コロイドを付着させ、これを真空下または不活性雰囲気下で300℃以上に加熱して酸化被膜の酸素を多孔質金属部材表面に拡散させて金属層とし、さらに真空下または不活性雰囲気下、300℃以上の加熱を継続することによって上記金属層に貴金属粒子を接合させ、この状態で大気中で室温に保持し、または大気中で加熱して上記貴金属粒子の間に多孔質金属部材表面の酸化による酸化物層を形成し、これを親水基含有チオール化合物溶液によって表面処理する請求項11〜請求項12の何れかに記載する親水性多孔質金属部材の製造方法。
- 多孔質金属部材表面に貴金属粒子を分散接合したものを、シリカ形成溶液またはアルミナ形成溶液、もしくはシリカ形成溶液とアルミナ形成溶液の混合溶液に浸漬して乾燥させ、その後、大気中で150℃以上に加熱して上記貴金属粒子の間にシリカ層、またはアルミナ層の何れか、あるいは多孔質金属部材表面の酸化による酸化物層とシリカ層とアルミナ層の何れか2種以上の複合酸化物層を形成し、これを親水基含有チオール化合物溶液によって表面処理する請求項11〜請求項12の何れかに記載する親水性多孔質金属部材の製造方法。
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