JP2008300183A - ダイレクトメタノール型燃料電池用部材 - Google Patents

Abstract

【課題】耐メタノール性に優れると共に、部材を燃料電池に組み付ける時の接触緩和のための弾性機能も備えたダイレクトメタノール型燃料電池用部材を提供する。
【解決手段】スチレン−イソブチレンブロック共重合体を含む熱可塑性樹脂組成物からなり、耐メタノール性に優れると共に、部材を燃料電池に組み付ける時の接触緩和のための弾性機能も備えることを特徴とし、シール部材、容器、液体輸送用チューブ等、特に、メタノールガス又はメタノール液体と接触するシール部材、容器、液体輸送用チューブ（特に、単層チューブ）等に好適に用いられる。
【選択図】なし

Description

本発明は、ダイレクトメタノール型燃料電池用部材に関するものである。

燃料として、メタノールを直接供給するダイレクトメタノール燃料電池（ＤＭＦＣ）は、電解質として固体高分子電解質膜を用いることができるため、低温で動作でき、また、燃料が液体で輸送、貯蔵が容易であり、小型、可搬用に適している。このため、将来の自動車用動力源、モバイル電子機器用電源として有力視されている。ＤＭＦＣの構造は、例えば、特許文献１、特許文献２等に開示されている。

特許文献１には、固体高分子電解質型燃料電池を携帯用電子機器の電源として使用するための方法が開示されている。これは、携帯電子機器の内部に小型のＤＭＦＣを組み込み、内部にメタノールを充填した取替え式のカートリッジから燃料を供給するものである。カートリッジを形成する材料としては、特許文献１にポリプロピレン、ポリエチレンが記載されている。

また、特許文献２には、カートリッジを形成する材料として、アクリル樹脂が記載されている。そして、特許文献３には、カートリッジ型とは異なるが、燃料電池用タンクにポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、塩化ビニル、ポリアクリル系樹脂を用いることが記載されている。
さらに、特許文献４には、ポリフェニレンエーテル及びポリオレフィンからなる樹脂組成物或いはポリフェニレンエーテル及びポリスチレンからなる樹脂組成物を用いたダイレクトメタノール燃料電池用燃料容器又はカートリッジが記載されている。

特開２００３−９２１２８ 特開２００３−１７１０２ 特開２００２−３４３３７８ 特開２００５−２２２８４５

上記の特許文献１〜４に記載されている材料をダイレクトメタノール型燃料電池用部材として用いた場合、耐メタノール性が未だ十分ではなく、部材を燃料電池に組み付ける時の接触緩和のための弾性機能も不十分であった。
かかる状況の下、本発明の課題は、耐メタノール性に優れると共に、部材を燃料電池に組み付ける時の接触緩和のための弾性機能も備えたダイレクトメタノール型燃料電池用部材を提供することにある。

本発明者らは、上記課題を達成するために鋭意研究を重ねた結果、上記燃料電池用部材に特定の熱可塑性樹脂組成物を適用することにより、その目的を達成し得ることを見出した。本発明は、かかる知見に基づいて完成したものである。
すなわち、本発明は、スチレン−イソブチレンブロック共重合体を含む熱可塑性樹脂組成物からなることを特徴とするダイレクトメタノール型燃料電池用部材である。

本発明により、耐メタノール性に優れると共に、部材を燃料電池に組み付ける時の接触緩和のための弾性機能も備えたダイレクトメタノール型燃料電池用部材を提供することができた。

本発明は、スチレン−イソブチレンブロック共重合体を含む熱可塑性樹脂組成物からなることを特徴とするダイレクトメタノール型燃料電池用部材である。このスチレン−イソブチレンブロック共重合体としては、Ａ−Ｂ型ブロック共重合体であるスチレン−イソブチレンジブロック共重合体（ＳＩＢ）や、Ａ−Ｂ−Ａ型ブロック共重合体であるスチレン−イソブチレン−スチレントリブロック共重合体（ＳＩＢＳ）やイソブチレン−スチレン−イソブチレントリブロック共重合体（ＩＢＳＩＢ）等が挙げられる。これらの内、Ａ−Ｂ−Ａ型ブロック共重合体であることが好ましく、Ａブロックがポリスチレンであり、Ｂブロックがポリイソブチレンであることが特に好ましい。Ａ−Ｂ−Ａ型ブロック共重合体はＡブロックと、Ｂブロックとを適当に選ぶことにより耐メタノール性と部材を燃料電池に組み付ける時の接触緩和のための弾性機能とを同時に付与することができる。耐メタノール性を高めるためにはＡブロックをポリスチレンとすることが好ましく、弾性機能を付与するためにはＢブロックをポリイソブチレンとすることが好ましい。また、Ａブロックの分子鎖長と、Ｂブロックの分子鎖長との比率を調節することにより上記の両機能を調整することができる。
また、本発明のダイレクトメタノール型燃料電池用部材を構成する熱可塑性樹脂組成物の硬さが８０以下であることが上述の弾性機能を高めるために好ましい。

本発明においては、耐メタノール性と部材を燃料電池に組み付ける時の接触緩和のための弾性機能とを損なわない範囲で、上記熱可塑性樹脂組成物に種々の重合体、オイル、その他の添加剤を配合しても良い。特に、硬さが８０以下とするために、必要に応じ、他の重合体やオイルを上記熱可塑性樹脂組成物に配合することが好ましい。

本発明においてスチレン−イソブチレンブロック共重合体以外に上記熱可塑性樹脂組成物に配合される重合体としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリイソブチレン等のポリオレフィン樹脂、又はポリブテン、エチレンとα−オレフィンとのコオリゴマー等のポリオレフィン系オイルが挙げられる。
また、弾性機能をより高くする必要が有る場合は、エラストマー類を配合しても良い。かかるエラストマー類の例としては、天然ゴム（ＮＲ）、ポリブタジエンゴム（ＢＲ）、ポリイソプレンゴム（ＩＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、エチレン−プロピンレン共重合体ゴム（ＥＰＲ）、エチレン−プロピンレン−ジエン三元共重合体ゴム（ＥＰＤＭ）、スチレン−ブタジエン共重合体ゴム（ＳＢＲ）、ブタジエン−アクリロニトリル共重合体ゴム（ＮＢＲ）、水添及び非水添のスチレン−共役ジエン系ブロック共重合体ゴム、アクリルゴム（ＡＣＭ）、シリコーンゴム等及びこれらの変性物等を挙げることができる。

上述のポリオレフィン系オイル以外のオイルとしては、各種石油系オイルを用いることができる。石油系オイルの例としては、パラフィン系オイル、ナフテン系オイル、アロマテイック系オイルが挙げられ、非汚染性であるパラフィン系オイルが好ましい。オイルとしては、石油系オイルと比較してポリオレフィン系オイルの方がブリードしにくいので好ましい。

本発明に係る熱可塑性樹脂組成物には、所望により上記した物質以外の他の物質も含むことができる。特定の目的のために含有せしめることが好ましいかかる他の物質の例としては、難燃剤、安定剤、可塑剤、滑剤、顔料、強化繊維、充填剤等が挙げられる。

本発明に係る熱可塑性樹脂組成物を製造するための方法に特に制限はなく、通常の方法が使用できる。一般には、溶融混練法が望ましい。装置としては、押出機、バンバリーミキサー、ローラー、ニーダー等を例として挙げることができる。成分の混合順は特に制限されない。
本発明に係る熱可塑性樹脂組成物は、押出成形、圧延成形、射出成形、ブロー成形等の方法でダイレクトメタノール型燃料電池用の各種部材に成形される。

次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。
なお、メタノール浸漬前後の硬さ、引張破壊強さ及び引張破壊伸び、並びに外観及び油状溶出物の評価は下記の方法に従って測定した。
（１）硬さ
ＪＩＳ Ｋ ７２１５−１９８６ プラスチックのデュロメータＡ硬さ試験方法に準拠して測定し、以下の基準で評価した。
○： メタノール浸漬前後の変化率が±１０％以内である。
×： メタノール浸漬前後の変化率が±１０％を超えている。
（２）引張破壊強さ及び引張破壊伸び
ＪＩＳ Ｋ ７１１３−１９９５ プラスチックの引張試験方法に準拠して測定した。但し、試験片の形状はＪＩＳ２号とし、試験速度は、速度Ｇ（１００ｍｍ／ｍｉｎ±１０％）で行った。測定結果を以下の基準で評価した。
○： メタノール浸漬前後の変化率が±１０％以内である。
×： メタノール浸漬前後の変化率が±１０％を超えている。
（３）外観
メタノール浸漬前後の外観を目視で比較し、変化がないものを○、変化があるものを×と評価した。
（４）油状溶出物
メタノール浸漬後、目視で、油状溶出物が認められなかったものを○、油状溶出物が認められたものを×と評価した。

実施例１〜２及び比較例１〜３
表１に示す配合処方により実施例１〜２及び比較例１〜３に係る５種類の樹脂組成物をニーダーにより混練して調製した。これら５種類の樹脂組成物を圧延成形により
厚さ２ｍｍのシート状に成形した後、ＪＩＳ２号形試験片を作成し、部材試料とした。これら５種類の部材試料をメタノール中、２５℃で１ケ月間浸漬し、浸漬前後の物性変化（硬さ、引張破壊強さ及び引張破壊伸び、並びに外観）及び浸漬後の油状溶出物の有無を評価した。）なお、比較例３の熱硬化性樹脂組成物からなる部材試料は、エネルギー線の光源にはメタルハライドランプを使用し、大気下で照度約７００ｍＷ／ｃｍ²（波長３６５ｎｍ）、積算光量約３，０００ｍＪ／ｃｍ²の条件で照射を行い、ＵＶ硬化後にメタノール浸漬実験を行った。評価結果を表１に示す。

＊１：スチレン−イソブチレン−スチレントリブロック共重合体（ＳＩＢＳ）、株式会社カネカ製、商品名「ＳＩＢＳＴＡＲ０７３Ｔ」
＊２：ポリスチレン−ポリ（エチレン-エチレン/プロピレン）ブロック−ポリスチレントリブロック共重合体（ＳＥＥＰＳ）、株式会社クラレ製、商品名「ＳＥＰＴＯＮ４０７７」
＊３：ポリプロピレン、日本ポリプロ株式会社製、商品名「ノバテックＢＣ０５Ｂ」
＊４：ポリプロピレン、株式会社プライムポリマー製、商品名「Ｈ−７００」
＊５：アクリルモノマーとＵＶ硬化開始剤との混合物、共栄社化学株式会社製、商品名「ライトタックＰＵＡ−Ｈ２０ＭＵ」
＊６：ポリブテン（ポリオレフィン系オイル）、新日本石油化学株式会社製、商品名「ＨＶ−３００」
＊７：パラフィン系オイル、出光興産株式会社製、商品名「ＰＷ３８０」
＊８：エチレンとα−オレフィンとのコオリゴマー（ポリオレフィン系オイル）、三井化学株式会社製、商品名「ルーカント１８０」
＊９：チタンブラック、日本ピグメント株式会社製、商品名「ＣＭＢ−Ｂ１」

表１から明らかなように、本発明の実施例１〜２のダイレクトメタノール型燃料電池用部材は、比較例１〜３の部材と比較して耐メタノール性が優れていた。
次に、本発明の実施例１〜２のメタノール浸漬実験前及び後の部材試料をダイレクトメタノール型燃料電池容器のシール部材として用いたところ、いずれも部材を燃料電池に組み付ける時の接触緩和のための弾性機能も備えており、ダイレクトメタノール型燃料電池容器の耐久性向上に寄与することがわかった。
また、本発明の実施例１〜２の部材は、優れた耐メタノール性及び衝撃を緩和する弾性機能を兼ね備えており、ダイレクトメタノール型燃料電池容器としても好適に用いられ得ることが知見された。

本発明のダイレクトメタノール型燃料電池用部材は、ダイレクトメタノール型燃料電池のシール部材、容器、液体輸送用チューブ等、特に、メタノールガス又はメタノール液体と接触するシール部材、容器、液体輸送用チューブ（特に、単層チューブ）等に好適に用いられる。

Claims (4)

1. スチレン−イソブチレンブロック共重合体を含む熱可塑性樹脂組成物からなることを特徴とするダイレクトメタノール型燃料電池用部材。
2. 前記スチレン−イソブチレンブロック共重合体がＡ−Ｂ−Ａ型ブロック共重合体である請求項１に記載のダイレクトメタノール型燃料電池用部材。
3. 前記Ａ−Ｂ−Ａ型ブロック共重合体のＡブロックがポリスチレンであり、Ｂブロックがポリイソブチレンである請求項２に記載のダイレクトメタノール型燃料電池用部材。
4. 前記熱可塑性樹脂組成物の硬さ（ＪＩＳ Ｋ７２１５−１９８６ プラスチックのデュロメータＡ硬さ試験方法に準拠する）が、８０以下である請求項１〜３のいずれかに記載のダイレクトメタノール型燃料電池用部材。