JP2009146614A - シール組成物及び複合多孔体 - Google Patents

Abstract

【課題】導電性多孔質体の端面を封止し得るシール性及び導電性多孔質体に一体成形できる成形性を有し、かつ、得られる成形物が適度な機械的物性（硬さ、強度、伸び等）と、優れた耐薬品性（特に耐酸性）及び耐熱性を示すシール組成物（特に、導電性多孔質体を燃料電池のガス拡散層用部材にするためのシール組成物）を提供すること。
【解決手段】ムーニー粘度４０〜１００（ＭＬ（１＋４）１００℃）、エチレン含量５０〜６２重量％、ジエン含量２〜１０重量％のＥＰＤＭ、カーボンブラック及び有機過酸化物を含んでなるシール組成物。好適には、ＥＰＤＭ１００重量部当たりカーボンブラックを１０〜１２０重量部および有機過酸化物を０．５〜５重量部を含み、可塑剤、加工助剤及び滑剤等は含まない組成物。
【選択図】なし

Description

本発明は導電性多孔質体用のシール組成物及び該シール組成物を導電性多孔質体と一体成形してなる複合多孔体に関し、特に、燃料電池のガス拡散層用部材に用いる導電性多孔質体用のシール組成物及び該シール組成物を導電性多孔質体と一体成形してなる燃料電池用複合多孔体（ガス拡散層用部材）に関する。

三次元網目構造を有するシート状の多孔質体は、フィルタ、放熱部材、吸水部材、固体高分子型燃料電池のガス拡散層用部材といった様々な用途に適用され、種々の装置に備えられている。しかしながら、この種の多孔質体は一般に強度が低く、変形し易いという性質を有しているため、従来から、多孔質体を装置に組み込むことが困難である等、その取り扱いの困難性が指摘されている。このような問題を解決するための手段として、例えば特許文献１に示されるような、多孔質体の端区域に異なる物質を充填して補強する構成や、特許文献２に示されるような、多孔質体に装置取り付け用の穴等を設けるために、多孔質体の細孔中に金属やプラスチック等の固体を充填することにより、その強度を向上させる部分を設ける構成が知られている。

しかしながら、特許文献１、２に記載の構成では、多孔質体の気孔中に異種材料を充填し、三次元網目構造を有する多孔質体の気孔を潰すことにより、この部分を補強部分として、多孔質体の剛性を高めるものであるため、多孔質体の有効使用面積は必然的に減少することになる。したがって、多孔質体の前記用途における所定の機能が低下したり、あるいは多孔質体の気孔の前記減少分を補完するために、多孔質体の大型化を招来するといった新たな問題を生ずるに至った。また、特許文献１の構成では、多孔質体に異なる材料、例えば樹脂等を充填し、この部分を補強部分として多孔質体の剛性を高める構成とされているので、該補強部分に装置取り付け用の穴を穿設すると、例えばこの穴の内周面に多孔質体の切れ端が露出する等高精度な加工を実現することが困難であるという問題もあった（特許文献３）。

一方、特許文献４では、三次元網目構造を有するシート状の導電性多孔質体をインサート部品とするインサート成形により、該導電性多孔質体と、該導電性多孔質体の面方向に延びる樹脂部とが一体に形成された複合多孔体を形成して、該複合多孔体を、平面型の固体高分子型燃料電池のガス拡散層用部材に使用することが提案されている。すなわち、樹脂部によってシート状の導電性多孔質体の端面をガスシールした複合多孔体を用いて燃料電池の単セルを構成することを提案している。

かかる複合多孔体によれば、樹脂部が多孔質体の外周縁から張出すように面方向に延びているので、複合多孔体に装置取り付け用の穴を穿設する部分をこの樹脂部に限定することが可能になり、装置取り付け用の穴を容易かつ高精度に穿設することができ、しかも、多孔質体の有効使用面積の減少を最小限に抑制することができる。特に、樹脂部に補強用の無機フィラーを含有させた場合、前記樹脂部の高強度化が図られ、これにより複合多孔体の強度を高めることができ、しかも、インサート成形に際して、多孔質体の外周縁に開口した気孔からこの多孔質体の内部に向けて溶融樹脂が流入しようとした場合においても、無機フィラーがこの気孔を画成する網目に絡み付いて、多孔質体の外周縁における該気孔の開口面積が縮小されるため、溶融樹脂が多孔質体の内部に無制限に流入することを抑制でき、多孔質体の有効使用面積の減少抑制により効果的に作用する。

しかしながら、前記特許文献４における複合多孔質体は、十分な寿命を発揮できないという課題があった。これは燃料電池作動環境において電池内部がフッ酸、硫酸、ギ酸などの酸性環境となること、また作動環境が７０〜８０℃という高温になることが原因であることが判った。すなわち、特許文献４の複合多孔質体の樹脂部は、耐酸性や耐熱性は十分であるが、弾性が無いためにシール性が不十分であるということ、また特許文献４に記載のエラストマーにおいては、シール性は十分であるが、耐酸性や耐熱性に劣り、燃料電池内の酸性環境によってその構成成分が溶出するということが原因で、燃料電池の長期間の安定動作を確保することができなかった。
特開昭４８−１３９５６号公報 特開平０８−５３７２３号公報 特開２００５−３０５２０９ ＷＯ２００４／１００２９５号パンフレット

本発明は、上記のような事情に鑑みなされたものであり、その解決しようとする課題は、導電性多孔質体の端面を封止し得るシール性及び導電性多孔質体に一体成形できる成形性を有し、かつ、得られる成形物が適度な機械的物性（硬さ、強度、伸び等）と、優れた耐薬品性（特に耐酸性）及び耐熱性を示すシール組成物、特に、導電性多孔質体を燃料電池のガス拡散層用部材にするためのシール組成物を提供することである。
また、導電性多孔質体と、該導電性多孔質体の面方向に延びる樹脂部とが一体に形成された、燃料電池（特に、平面型の固体高分子型燃料電池）のガス拡散層用部材として好適に使用される、強度的に安定でかつ耐酸性及び耐熱性に優れる複合多孔体を提供することである。

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、特定のムーニー粘度、エチレン含量及びジエン含量を有するＥＰＤＭにカーボンブラックおよび有機過酸化物を配合してなる組成物は、可塑剤、加工助剤、滑剤等を配合しなくとも加工適性に優れ、その溶融物は導電性多孔質体の気孔に良好に浸透するとともに、優れた成形性を示し、しかも、得られる成形物は適度な硬さ、強度及び伸びを有するとともに、優れた耐酸性及び耐熱性を兼ね備えるものとなることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は以下の通りである。
（１）燃料電池内に組み込まれる導電性多孔質体用のシール組成物であって、ムーニー粘度４０〜１００（ＭＬ（１＋４）１００℃）、エチレン含量５０〜６２重量％、ジエン含量２〜１０重量％のＥＰＤＭ、カーボンブラック及び有機過酸化物を含み、かつ、可塑剤、加工助剤及び滑剤を含まないことを特徴とするシール組成物。
（２）ＥＰＤＭ１００重量部に対して、カーボンブラックを１０〜１２０重量部および有機過酸化物を０．５〜５重量部含む、前記（１）記載のシール組成物。
（３）導電性多孔質体が発泡金属である、前記（１）又は（２）に記載のシール組成物。
（４）前記（１）〜（３）のいずれかに記載のシール組成物を導電性多孔質体と一体成形してなる、燃料電池用複合多孔体。
（５）シール組成物がシート状の導電性多孔質体の外周縁から該シート状の導電性多孔質体の面方向に延びる枠体となるように該シート状の導電性多孔質体と一体成形されている、前記（４）記載の燃料電池用複合多孔体。
（６）ムーニー粘度４０〜１００（ＭＬ（１＋４）１００℃）、エチレン含量５０〜６２重量％、ジエン含量２〜１０重量％のＥＰＤＭ、カーボンブラック及び有機過酸化物を含んでなることを特徴とする、導電性多孔質体用シール組成物。
（７）前記（６）記載のシール組成物を導電性多孔質体と一体成形してなる、複合多孔体。

本発明のシール組成物は、加工適性に優れ、その溶融物は導電性多孔質体の気孔に良好に浸透するとともに、優れた成形性を有する。従って、導電性多孔質体の端面を封止しつつ、導電性多孔質体に一体成形することが可能であり、しかも、得られる成形物が適度な硬さ、強度及び伸びを兼ね備え、かつ優れた耐薬品性（特に耐酸性）及び耐熱性を示すことから、本発明のシール組成物を導電性多孔質体と一体成形することによって、導電性多孔質体の有効使用面積を大きく減少させることなく端面のガスシールが成され、しかも、強度的に安定で、耐薬品性（特に耐酸性）及び耐熱性に優れる複合多孔体を実現することができ、かかる複合多孔体は、例えば、燃料電池のガス拡散層用部材として好適に使用することができる。そして、かかる本発明の複合多孔体をガス拡散層用部材として燃料電池に組み込むことにより、燃料電池内の酸性環境によって溶出される成分がきわめて少なく、長期間の安定動作が可能な燃料電池を実現することができる。

以下、本発明をその好適な実施形態に即して詳細に説明する。
本発明のシール組成物（以下、単に「組成物」ともいう。）は、ムーニー粘度４０〜１００（ＭＬ（１＋４）１００℃）、エチレン含量５０〜６２重量％、ジエン含量２〜１０重量％のＥＰＤＭ、カーボンブラック及び有機過酸化物を含んでなるゴム組成物である。

本発明のシール組成物は、加工適性に優れ、その溶融物は導電性多孔質体の気孔に良好に浸透するとともに、優れた成形性及び導電性多孔質体への接着性を有する。従って、導電性多孔質体の端面を封止しつつ、導電性多孔質体に一体成形することが可能である。すなわち、導電性多孔質体の端面を覆うように、導電性多孔質体と一体に成形することで、導電性多孔質体の有効使用面積の減少を最小限にしつつ、導電性多孔質体の補強と端面の気孔の封止（ガスシール）が成された複合多孔体（本発明の複合多孔体）を容易に得ることができる。なお、本発明のシール組成物によって気孔の封止が成される導電性多孔質体の端面は、導電性多孔質体の一部の端面であっても、全部の端面であってもよく、目的の複合多孔体の用途に応じて、封止すべき導電性多孔質体の端面が選択される。

本発明の複合多孔体の用途としては、例えば、フィルタ、放熱部材、吸水部材、燃料電池（特に、固体高分子型燃料電池）のガス拡散層用部材等が挙げられるが、中でも、固体高分子型燃料電池のガス拡散層用部材として、本発明の複合多孔体を特に好適に使用することができる。

本発明において、「導電性多孔質体」とは、３次元網目構造による通気性および導電性を備える多孔質体であり、例えば、カーボンペーパー、カーボンクロスといったカーボン製多孔体、金属粉末を焼結したシート、金属不織布、積層メッシュ等が挙げられる。

本発明のシール組成物の成形物は適度な硬さ、強度及び伸びを兼ね備える。従って、導電性多孔質体の端面を覆うように、導電性多孔質体と一体に成形することで、得られる複合多孔体は、例えば、燃料電池内への組み込みが容易なガス拡散層用部材となる。特に、シート状の導電性多孔質体の外周縁から該シート状の導電性多孔質体の面方向（シート状の導電性多孔質体の主面と平行な方向）に延びる枠体となるように該導電性多孔質体と一体成形することで、燃料電池内への組み込みをより容易に行えるガス拡散層用部材を実現できる。また、本発明のシール組成物による成形物は耐酸性に優れるため、得られる複合多孔体（ガス拡散層用部材）は、燃料電池内で酸性液に曝されても、抽出物や析出物を生じにくく、燃料電池の性能の長期安定化が図られる。

また、本発明のシール組成物は、溶融流動性に優れ、導電性多孔質体の気孔に良好に浸透するので、導電性多孔質体をインサート部品して、本発明の組成物をインサート成形することによって、複合多孔体を効率良く形成することができる。図１はこのようにして得られたガス拡散層用部材に適用する複合多孔体の一例を示し、当該複合多孔体（ガス拡散層用部材）１０は、端子用タブ１２を取り付けたシート状の導電性多孔質体１１を金型内に配置して本発明の組成物を射出成形するインサート成形によって得られたものであり、シート状の導電性多孔質体１１の面方向（シート状の導電性多孔質体の主面と平行な方向）に延びるように、本発明の組成物からなるゴム枠部１３が形成されている。

なお、図１のガス拡散層用部材１０は、ガス拡散層および集電体として機能する導電性多孔質体１１から端子用タブ１２が突出し、さらにゴム枠部１３を有することから、導電性多孔質体１１の一方の面に触媒層を形成しておき、触媒層を設けた面を対向させた２枚の当該ガス拡散層用部材１０の間に電解質膜を配置してホットプレス等でこれらを接合することで、ゴム枠部１３によって端面のガスシールがなされた単セルを実現することができる。

また、２枚の単セルの各々について、図２に示すように導電性多孔質体１１が平面上に複数並び、その周りに設けられた本発明の組成物の成形物であるゴム枠部１３が各導電性多孔質体を同時に保持する構造とすれば、触媒層の形成とホットプレス等の接合工程を行うだけで、相互間を絶縁して複数の単セルを平面的に並べたいわゆる平面セルを、容易に実現することができる。なお、端子用タブ１２は、図２のように導電性多孔質体１１に対して１つずつ設けても、図１のように２つずつ設けてもよく、その数、位置、形状などは限定されない。なお、図１のように２つずつ設けることで、集電効率が低くなることを防止できるメリットがある。

本発明のシール組成物では、前述のとおり、ＥＰＤＭ（すなわち、エチレン、プロピレン、および架橋用ジエンモノマーの三元共重合体（エチレン−プロピレン−ジエンゴム））として、ＪＩＳＫ６３００−１に従って測定される１００℃におけるムーニー粘度（ＭＬ（１＋４）１００℃）が４０〜１００で、エチレン含量が５０〜６２重量％、ジエン含量が２〜１０重量％であるものが使用される。ムーニー粘度（ＭＬ（１＋４）１００℃）が４０未満であると、組成物の溶融時の流動性が大きくなりすぎ、発泡金属への浸透性が過大になり、発泡金属の露出面積が小さくなるため、好ましくなく、１００よりも大きいと、組成物が溶融時に流動しにくく、発泡金属へほとんど浸透しなくなるため、ガスシール効果およびアンカー効果が不十分となる。ＥＰＤＭのムーニー粘度（ＭＬ（１＋４）１００℃）は好ましくは４０〜７０である。

また、ＥＰＤＭのエチレン含量が５０重量％未満であると、組成物の引張強度などの機械的物性が劣り、６２重量％を超えると、組成物中の他の成分との混合加工性が劣り、低温においてシール機能が損なわれる。ＥＰＤＭのエチレン含量は好ましくは５０〜５９重量％、より好ましくは５６〜５８重量％である。

また、ＥＰＤＭのジエン含量が２重量％より低いと加硫反応が遅くなることから、成形に時間がかかり、また、架橋密度が低下するために成形体の物性が悪化する傾向となり、また、エチレン含量が１０重量％より高いと加硫反応が速すぎることから、そのような組成物は成形中にスコーチを起こし、発泡金属への浸透が困難になってしまう。ＥＰＤＭのジエン含量は好ましくは４〜６重量％である。

本発明で使用するＥＰＤＭは、自体公知の重合方法によって得ることができ、また、市販品を用いることもできる。市販品としては、例えば、三井化学（株）製三井ＥＰＴ３０４５［ムーニー粘度（ＭＬ（１＋４）１００℃）：６９、エチレン含量：５６（重量％）、ジエン含量：４．７（重量％）］、三井ＥＰＴ３０７０［ムーニー粘度（ＭＬ（１＋４）１００℃）：４０、エチレン含量：５８（重量％）、ジエン含量：４．７（重量％）］等が挙げられる。

本発明の組成物に用いられるカーボンブラックとしては、例えばＨＡＦカーボンブラック、ＭＡＦカーボンブラック、ＦＥＦカーボンブラック、ＳＲＦカーボンブラック、ＧＰＦカーボンブラックなどのファーネスブラックや、ＦＴカーボンブラック、ＭＴカーボンブラックなどのサーマルブラックが挙げられるが、これらに限定されるものではない。これらのカーボンブラックは、単独で又は２種以上組み合わせて用いられる。

カーボンブラックの配合量は、ＥＰＤＭ１００重量部に対して１０〜１２０重量部であり、好ましくは２０〜８０重量部である。カーボンブラックの配合量がＥＰＤＭ１００重量部に対して、１０重量部未満であると、組成物を成形して得られる成形物が柔らかすぎて目的の導電性多孔質体の補強効果が十分に得られないおそれがあり、１２０重量部を超えると、混合加工性や組成物の成形性が低下する傾向となる。

本発明で用いる有機過酸化物としては、ＥＰＤＭの加硫（架橋）処理に使用され得るものであれば限定されないが、例えば、ジクミルパーオキサイド、２，４−ジクロロベンゾイルパーオキサイド、ジ−ｔ−ブチルパーオキサイド、ｔ−ブチルジクミルパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキサン、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ベンゾイルパーオキシ）ヘキサン、α，α’−ビス（ｔ−ブチルパーオキシイソプロピル）ベンゼン、ｔ−ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート、パラクロルベンゾイルパーオキサイド、ｔ−ブチルパーベンゾエート等が挙げられる。これらは単独で使用しても２種類以上を併用してもよい。有機過酸化物の使用量は、ＥＰＤＭ１００重量部当たり、一般的には０．５〜５重量部であり、好ましくは１〜４重量部であり、より好ましくは２〜３重量部である。有機過酸化物の配合量がＥＰＤＭ１００重量部に対して０．５重量部未満であると、組成物の成形工程で加硫が十分に進行せず、架橋が不足してゴム弾性が得られなくなるおそれがあり、５重量部を超えると、加工中にスコーチを発生するおそれがある。

本発明の組成物には、必要に応じて、適宜、架橋助剤、受酸剤、老化防止剤等を配合してもよい。ここで架橋助剤としては、例えば、マレイミド系架橋助剤、液状ポリブタジエン、アリル系架橋助剤、メタアクリレート系架橋助剤などが挙げられ、受酸剤としては、酸化亜鉛、酸化マグネシウム等が挙げられ、老化防止剤としては、例えば、フェノール誘導体、芳香族アミン誘導体、アミン−ケトン縮合物、ベンズイミダゾール誘導体、ジチオカルバミン酸誘導体、チオウレア誘導体等が挙げられる。ただし、老化防止剤については金属イオンが析出しないように、ジチオカルバミン酸亜鉛等の金属元素を含有するものを除いて配合する必要がある。

本発明のシール組成物は、特定の、ムーニー粘度、エチレン含量及びジエン含量を有するＥＰＤＭを使用することから、可塑剤、加工助剤、滑剤等を配合しなくとも加工適性に優れ、可塑剤、加工助剤、滑剤等を配合することなく、導電性多孔質体と一体に成形することができる。よって、このような可塑剤、加工助剤、滑剤等を配合しない本発明のシール組成物を導電性多孔質体と一体成形して得られる複合多孔体を、例えば、燃料電池のガス拡散層用部材に使用すると、燃料電池内で薬液により溶出される成分が極めて少ない、ガス拡散層用部材を実現することができる。

本発明のシール組成物は、上記各成分を例えばニーダーおよびオープンロール等を用いて、室温〜１００℃の程度で混練することで、各成分が均一分散した組成物に調製することができる。そして、こうして調製された組成物は、導電性多孔質体の端面を覆うように、導電性多孔質体と一体に成形される。本発明のシール組成物は有機過酸化物を含有せしめた加硫成形可能なゴム組成物であり、その成形過程の加熱処理によってＥＰＤＭの加硫が進行し、そうして得られる成形物は導電性多孔質体に強固に接着するとともに、優れた耐熱性を有する。

本発明で使用する導電性多孔質体としては、前述のとおり、カーボンペーパー、カーボンクロスといったカーボン製多孔体、金属粉末を焼結したシート、金属不織布、積層メッシュ等が挙げられるが、導電性多孔質体の気孔径は、好ましくは１０μｍ〜２ｍｍであり、気孔率は、好ましくは４０〜９８％である。気孔径や気孔率が小さすぎると組成物が気孔中に浸透しにくく、ガスシール効果およびアンカー効果が不十分となるおそれがある。一方、気孔径や気孔率が大きすぎると、多孔質体の強度が不足して成形圧および硬化時の圧縮に多孔質体が耐えられず、変形のおそれがある。また、本発明において、導電性多孔質体の大きさ、厚み、平面形状等は、特に限定されず、複合多孔体の用途に応じて選択することができるが、例えば、燃料電池のガス拡散層用部材として使用する複合多孔体を形成する場合、導電性多孔質体は、平面形状が矩形や正方形のシート状であり、大きさは、一般的に、幅５０〜５００ｍｍ×長さ５００〜２０００ｍｍ程度であり、厚みは、ガス拡散性や導電性、および強度の観点から、５０μｍ〜２０ｍｍ程度であり、好ましくは１００μｍ〜３ｍｍ程度である。

なお、上述の導電性多孔質体の具体例のなかでも、気孔率や厚さを適宜調節でき、使用できる原料金属も多様である金属粉末を焼結したシートは、燃料電池のガス拡散層用部材として使用する複合多孔体の導電性多孔質体として好適である。また、金属粉末をバインダ、溶媒を加えて混練したものに発泡剤を混ぜて発泡性スラリーとし、発泡成形後に焼結して得られる発泡金属焼結シートは高い気孔率までも製造可能であることから、高気孔率の導電性多孔質体が必要である場合に有利である。

金属粉末を焼結したシートや発泡金属焼結シートの製造に使用される金属粉末としては、腐食防止の観点から例えばＳＵＳ３１６Ｌ等のステンレス鋼、ＮｉやＮｉ基合金、ＴｉやＴｉ基合金等の耐食材料の粉末等を好適に用いることができる。また、金属粉末は単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。

ここで、導電性多孔質体の一例として、金属粉末を焼結して製造される発泡金属焼結シートについて図３を用いて説明する。発泡金属焼結シートは、例えば、金属粉末を含むスラリーＳを薄く成形して乾燥させたグリーンシートＧを焼成することにより製造される。

スラリーは、金属粉末、有機バインダ（例えばポリビニルアルコール、メチルセルロース等）、水等の溶媒等を混合したものであり、必要に応じて発泡剤（例えばヘキサン、ヘプタン、ネオペンタン等の炭化水素系有機溶剤等）、エタノール等の消泡剤を加えることもできる。このスラリーをドクターブレード法によりグリーンシート製造装置２０にて薄く成形する。グリーンシート製造装置２０において、まず、スラリーＳが貯蔵されたホッパー２１から、ローラ２２によって搬送されるキャリアシート２３上にスラリーＳが供給される。キャリアシート２３上のスラリーＳは、移動するキャリアシート２３とドクターブレード２４との間で延ばされ、所要の厚さに成形される。

成形されたスラリーＳは、さらにキャリアシート２３によって搬送され、加熱処理を行う発泡槽２５および加熱炉２６を順次通過する。発泡槽２５では高湿度雰囲気下にて加熱処理を行うので、スラリーＳにひび割れを生じさせずに発泡剤を発泡させることができる。そして、発泡により空洞が形成されたスラリーＳが加熱炉２６にて乾燥されると、粒子間に空洞を形成している金属粉末が有機バインダによって接合された状態のグリーンシートＧが形成される。このグリーンシートＧを、キャリアシート２３から取り外した後、図示しない真空炉にて脱脂・焼成することにより、有機バインダが取り除かれ、金属粉末同士が焼結した多孔質体が得られる。この多孔質体を適当な大きさに切断して、発泡金属焼結シートとすることができる。

前述したように、本発明のシール組成物は溶融流動性に優れることから、導電性多孔質体をインサート部品として、本発明の組成物をインサート成形することによって、複合多孔体を効率良く形成することができる。図４、５は、発泡金属焼結シートを使用して燃料電池のガス拡散層用部材に使用する複合多孔体を製造する例を示している。図４に示すように、発泡金属焼結シート１１に端子用タブ１２を溶接して一体としておき、この端子用タブ１２が溶接された４枚の発泡金属焼結シート１１を、互いに面方向に間隔を空けて、図５に示すように、射出成形用金型の一対の型板４０、４１間に形成されたキャビティ４２内に配置する。

キャビティ４２内では、キャビティ４２内に突出するピン部材４６によって各端子用タブ１２を押さえるとともに、各型板４０，４１によって各発泡金属焼結シート１１を挟持させ、射出される本発明の組成物の圧力によってキャビティ４２内で発泡金属焼結シート１１および端子用タブ１２が移動しないように固定する。したがって、組成物を発泡金属焼結シート１１とほぼ同じ厚さで充填させることになるので、発泡金属焼結シート１１の両面１１ａ，１１ｂの大部分をガス拡散層用部材１０の表面に露出させることができる。

なお、型閉時のキャビティ４２の厚さを発泡金属焼結シート１１よりも若干小さくして、型閉時に型板４０、４１間で発泡金属焼結シート１１が３〜９０％圧縮されるようにすると、射出される組成物の圧力に対して発泡金属焼結シート１１をキャビティ４２に固定できるとともに、発泡金属焼結シート１１の平坦度を向上させることができる。

そして、型閉したキャビティ４２内に、ランナ４３からゲート４４を通じて射出した組成物４５を充填することにより、型板４０、４１を型開した際、各発泡金属焼結シート１１の周囲に発泡金属焼結シート１１と等しい厚さの、あるいは発泡金属焼結シート１１の厚さよりも厚みを持った、組成物１３が一体に形成される。

ここで、発泡金属焼結シート１１の両面１１ａ、１１ｂは型板４０、４１に接しているので、この面１１ａ、１１ｂ全体を組成物が被覆することはなく、組成物の枠１３から発泡金属焼結シート１１の面１１ａ、１１ｂは露出している。組成物は、図２に示す発泡金属焼結シート１１の側部１１ｃに開口する気孔中、２ｍｍ〜５ｍｍ程度の深さまで入り込む。成形の条件は、特に限定されないが、例えばこの状態で、加硫（１５０〜１８０℃で、３〜２０分程度）を行うことによって、発泡金属焼結シート１１と組成物１３とは強固に接合され、発泡金属焼結シート１１の側部１１ｃ全体が組成物１３の枠によって覆われる。

以下、本発明を実施例によって更に具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

実施例１
＜シール組成物の調製＞
ＥＰＤＭとして三井化学製ＥＰＴ３０４５［ムーニー粘度（ＭＬ（１＋４）１００℃）：６９、エチレン含量：５６（重量％）、ジエン含量：４．７（重量％）］を５００ｇ用い、該ＥＰＤＭ１００重量部あたり、ＳＲＦカーボンブラック（東海カーボン製シーストＳ）を４０重量部、有機過酸化物としてジクミルパーオキサイド（日本油脂（株）製パークミルＤ−４０）を６．８重量部配合し、オープンロールを用いて混練して均一に分散させた。

＜導電性多孔質体の製造＞
粒径０．５〜１００μｍのＳＵＳ３１６Ｌ粉末５５０ｇ、有機バインダとしてメチルセルロース６０ｇ、発泡剤としてイソヘプタン３０ｇ、および水３６０ｇを混合し、スラリーを得た。このスラリーをグリーンシート製造装置のホッパーから投入し、キャリアシート上に供給し、３００μｍの厚さに成形した。成形したスラリーをキャリアシートにて、発泡槽に送り高湿度雰囲気下にて加熱処理を行い（４０℃、１時間）、次いで加熱炉に送り乾燥させ（７０℃、１時間）、ＳＵＳ３１６Ｌの粉末が有機バインダによって接合された状態のグリーンシートを得た。このグリーンシートをキャリアシートから取り外した後、真空炉にて脱脂・焼成することにより（３００〜１３００℃、０．１〜２時間）、有機バインダが取り除かれ、ＳＵＳ３１６Ｌ粉末同士が焼結した多孔質体を得た。これを３０ｍｍ×３０ｍｍの大きさに切断して、厚み５００μｍの発泡金属焼結シート（導電性多孔質体）を得た。

金属薄板の端子用タブを、導電性多孔質体から面方向に突出するように、導電性多孔質体に対して一部分を重ねた状態で、スポット溶接により導電性多孔質体１つにつき１つずつ溶着した。

＜ガス拡散層用部材用複合多孔体の作製＞
２枚の上記の発泡金属焼結シートを、互いに面方向に３ｍｍの間隔を空けて、射出成形用金型の一対の型板の間に形成されたキャビティ内に配置した。キャビティ内で、キャビティ内に突出するピン部材によって各端子用タブを押さえ、各型板によって各発泡金属焼結シートを８０％圧縮されるようにして挟持させ、固定した。型閉したキャビティ内に、ランナからゲートを通じて上記組成物を射出し、充填することにより、各発泡金属焼結シートの周囲に発泡金属焼結シートと等しい厚さの組成物を形成させた。この状態で、加硫（１７０℃、１５分）を行うことによって、発泡金属焼結シートと組成物とが一体となった複合多孔体を得た。

＜評価試験＞
a）ロール巻き付き性
オープンロールを用いた混練作業において、試料がロールに巻き付くか否かにより、評価した。

得られた複合多孔体について、次の試験を行い、評価した。
b）発泡金属への浸透
組成物が発泡金属の内部へどれくらいまで浸透しているかを、目視により確認し、浸透した深さを計測した。

c）硬さ
ＪＩＳ Ｋ ６２５３に従い、タイプAデュロメータにて測定した。
d）引張強さ、伸び
ＪＩＳ Ｋ ６２５１に準拠した方法で測定した。
e）浸漬試験
1）複合多孔体１個をｐＨ＝２の硫酸水溶液５００ｍＬに浸漬した。温度を８０℃に保持し、１０００時間経過後に、複合多孔体を取り出し、浸漬液を撹拌して３００ｍＬの浸漬液を採取した。
2）１０００時間経過後の複合多孔体について、硬さ、引張強さ、伸びを同様に測定し、浸漬前のこれらの物性に対する変化率を求めた。
3）浸漬液に析出物があるかどうかを目視にて確認した。
4）採取した浸漬液について、ＩＣＰ発光分析により溶出した金属イオンを測定した。

実施例２
ＥＰＤＭ１００重量部当たり、受酸剤として酸化亜鉛（堺化学工業（株）製酸化亜鉛２種）５重量部および老化防止剤として２-メルカプトベンズイミダゾール（大内新興化学工業（株）製ノクラック ＭＢ）２重量部をさらに配合してシール組成物を調製した以外は、実施例１と同様に行った。

実施例３
ＥＰＤＭとして三井化学製ＥＰＴ３０７０［ムーニー粘度（ＭＬ（１＋４）１００℃）：４０、エチレン含量：５８（重量％）、ジエン含量：４．７（重量％）］を使用したこと以外は、実施例２と同様に行った。

比較例１
実施例１において、カーボンブラックを５０重量部配合したこと、およびさらに加工助剤としてステアリン酸（日本油脂（株）製のビーズ状ステアリン酸）を１重量部、可塑剤としてプロセスオイル（出光興産（株）製ダイアナプロセスオイルＰＷ−３８０）を３０重量部配合したこと以外は、実施例１と同様に行った。

比較例２
さらに加工助剤としてステアリン酸（同上）を１重量部配合したこと以外は、実施例１と同様に行った。

比較例３
さらに可塑剤としてプロセスオイル（同上）を５重量部配合したこと以外は、実施例１と同様に行った。

比較例４
ＥＰＤＭとしてＪＳＲ（株）製ＥＰ２７［ムーニー粘度１０５（ＭＬ（１＋４）１００℃）、エチレン含量５４（重量％）、ジエン含量４．５（重量％）］を使用したこと以外は、実施例１と同様に行った。

比較例５
ＥＰＤＭとして住友化学(株)製エスプレン５１４Ｆ［ムーニー粘度３５（ＭＬ（１＋４）１００℃）、エチレン含量７０（重量％）、ジエン含量５．５（重量％）］を使用したこと以外は、実施例１と同様に行った。

試験結果を表１にまとめて示した。表１に示したように、実施例１および２においては、浸漬試験後、析出物は認められず、浸漬による金属イオンの溶出量も極めて少ない。実施例１および２の組成物は、常態物性（硬さ、引張強さ、および伸び）についても、燃料電池用として問題はない。浸漬試験の温度条件は８０℃であり、これは一般的な燃料電池の作動温度に近い温度であるが、この温度における常態物性の変化率も、実施例１および２においては問題ない。これらの結果より、本発明の組成物は、燃料電池用シール組成物として好適な耐酸性、耐熱性、および常態物性を有することが示される。

本発明の組成物は、三次元網目構造を有するシート状多孔質体用のシール組成物として好適に使用することができ、中でも導電性多孔質体、とりわけ燃料電池のガス拡散層用部材に用いる導電性多孔質体用のシール組成物として好適に使用することができる。本発明のシール組成物を導電性多孔質体と一体成形してなる複合多孔体は、燃料電池用のガス拡散層用部材として特に好適に使用することができる。

導電性多孔質体と本発明の組成物とが一体になって成形された複合多孔体を示した図である。 複数の導電性多孔質体と本発明の組成物とが一体になって成形された複合多孔体を示した図である。 グリーンシート製造装置を示した図である。 端子用タブが溶接された４つの発泡金属焼結シートを示した図である。 組成物の成形方法を示す図である。

符号の説明

１０ 複合多孔体（ガス拡散層用部材）
１１ 導電性多孔質体
１１a 導電性多孔質体の面
１１b 導電性多孔質体の面
１１c 導電性多孔質体の側部
１２ 端子用タブ
１２a 端子用タブの露出された先端
１３ ゴム枠部（組成物）
２０ グリーンシート製造装置
２１ ホッパー
２２ ローラ
２３ キャリアシート
２４ ドクターブレード
２５ 発泡槽
２６ 加熱炉
Ｓ スラリー
Ｇ グリーンシート
４０ 型板
４１ 型板
４２ キャビティ
４３ ランナ
４４ ゲート
４５ 本発明の組成物
４６ ピン部材

Claims (7)

1. 燃料電池内に組み込まれる導電性多孔質体用のシール組成物であって、ムーニー粘度４０〜１００（ＭＬ（１＋４）１００℃）、エチレン含量５０〜６２重量％、ジエン含量２〜１０重量％のＥＰＤＭ、カーボンブラック及び有機過酸化物を含み、かつ、可塑剤、加工助剤及び滑剤を含まないことを特徴とするシール組成物。
2. ＥＰＤＭ１００重量部に対して、カーボンブラックを１０〜１２０重量部および有機過酸化物を０．５〜５重量部含む、請求項１記載のシール組成物。
3. 導電性多孔質体が発泡金属である、請求項１又は２に記載のシール組成物。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のシール組成物を導電性多孔質体と一体成形してなる、燃料電池用複合多孔体。
5. シール組成物がシート状の導電性多孔質体の外周縁から該シート状の導電性多孔質体の面方向に延びる枠体となるように該シート状の導電性多孔質体と一体成形されている、請求項４記載の燃料電池用複合多孔体。
6. ムーニー粘度４０〜１００（ＭＬ（１＋４）１００℃）、エチレン含量５０〜６２重量％、ジエン含量２〜１０重量％のＥＰＤＭ、カーボンブラック及び有機過酸化物を含んでなることを特徴とする、導電性多孔質体用シール組成物。
7. 請求項６記載のシール組成物を導電性多孔質体と一体成形してなる、複合多孔体。

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