JP2009152049A - ガスケット付き燃料電池用セパレータ - Google Patents

Abstract

【課題】耐熱性、低溶出性、低ガス透過性等の基本特性に優れることは勿論のこと、エポキシ樹脂を含むセパレータとの接着性にも優れ、燃料電池スタックの作製を容易にできるガスケット付き燃料電池用セパレータを提供する。
【解決手段】燃料電池用セパレータのシール面に、炭素と炭素の二重結合を含むゴムポリマーとアルキルフェノール樹脂とを含むゴム組成物からなるガスケットを一体に形成したことを特徴とするガスケット付き燃料電池用セパレータ。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池用セパレータに係り、そのシール面にガスケットを一体に形成したガスケット付き燃料電池用セパレータに関する。

例えば固体高分子型燃料電池では、図２に断面図にて示すように、１枚の電解質膜１の両側に燃料極２と，空気極３を配置した単位セルを、溝状の反応ガス流路２０を有する２枚のセパレータ６，７で挟持している。尚、燃料極２及び空気極３は、電解質膜１に接する白金等の触媒層２ａ、３ａの上に、ガス拡散層として機能するカーボン製の多孔質支持層２ｂ、３ｂを積層して構成されている。また、セパレータ６．７の枠部２１には、内部にガスを供給・排出するためのガス通路１３が設けられており、ガスの漏れをシールするためにシート状のガスケット１０、１１が配置されている。

ガスケット１０、１１は、別体で、セパレータ６、７の枠体の表面（即ち、シール面）に添設されるのが一般的である。ガスケット１０、１１を単体とする場合は、材料選定の自由度が高い反面、燃料電池スタックを組み立てる際にガスケット１０．１１を組み込む工程が必要となる。しかし、ガスケット１０、１１は薄肉の軟質なゴム材料であるため、所定の位置に組み込む作業は困難であり、組み付け時に変形や位置ずれが生じるといった問題がある。

そこで、ガスケット１０、１１をセパレータ６、７のシール面に一体に形成することも考えられており、セパレータ６、７のシール面にガスケット１０、１１を射出成形することが検討されている（特許文献１参照）。射出成形では、材料選定の自由度が高い反面、成形サイクルが長くコストアップを招いたり、成形時にセパレータ６、７が破損する等の不具合がある。また、使用されている材料は過酸化物架橋により硬化されるものが多いが、過酸化物架橋品はエポキシ樹脂を含むセパレータ６，７に対して接着性が不十分である。さらに過酸化物架橋品はラジカル反応により架橋が進行するため、耐熱性や耐酸化性を向上させるために老化防止剤を配合した際に、多くの老化防止剤では発生したラジカルを老化防止剤が失活させてしまうため架橋阻害が起こり、使用できる老化防止剤が制限され必要な特性が発現できなくなる可能性がある。

射出成形以外に、スクリーン印刷によりガスケット６、７をシール面に形成する方法も考えられている。スクリーン印刷は成形サイクルが短いために低コストであり、かつ、成形時に高い圧力がかからないためにセパレータ６、７が破損し難いというメリットがある。しかし、スクリーン印刷後のゴムの硬化工程は空気中で行われるために、空気中で架橋可能な硬化システムを採用する必要があり、極限られた材料しか適用できない。例えば、過酸化物架橋は空気中で硬化しないため適用できない。空気中で硬化可能なものはいくつかあるが、例えばジエン系ゴムの硫黄架橋品では硫黄化合物の溶出、フッ素ゴムのポリオール架橋品ではマグネシウムや亜鉛イオンの溶出、塩素系ゴムのマグネシア架橋品ではマグネシウムイオンの溶出の問題がある。これら問題のないシリコーンゴムが検討されているが（特許文献２参照）、シリコーンゴムはポリマー加水分解によるゴム硬化物劣化やガス透過によるシール性低下等の不具合がある。また、固形ゴムを溶剤に溶かして、スクリーン印刷した後に電子線架橋を行うことも検討されている（特許文献３参照）。しかし、電子線架橋では設備が大掛かりになるためにコストアップを招くことに加え、架橋と同時にポリマー主鎖骨格の分解も起こるために、得られる硬化物は耐熱性に劣るものとなる。

一方で、固体高分子型燃料電池は作動温度７０〜８０℃で運転されているが、更に効率を上げるためにより高温での運転を追求しており、使用されるガスケット１０、１１にもより高い耐熱性、耐熱水性が要求されている。また、燃料電池内は酸化還元反応が起こっているため、ガスケット１０、１１は高い耐酸化特性も必要とされる。更に、燃料電池の電解質膜１は鉄イオン等の溶出成分によって劣化が促進され、燃料電池の性能が低下することが知られており、ガスケット１０、１１には極力溶出成分が少ないことも求められている。

特開２００２−０５０３６９号公報 特許第３７５８０３７号公報 特開２００３−３０３６０１号公報

そこで本発明は、耐熱性、低溶出性、低ガス透過性等の基本特性に優れることは勿論のこと、エポキシ樹脂を含むセパレータとの接着性にも優れ、燃料電池スタックの作製を容易にできるガスケット付き燃料電池用セパレータを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は下記のガスケット付き燃料電池用セパレータを提供する。
（１）燃料電池用セパレータのシール面に、炭素と炭素の二重結合を含むゴムポリマーとアルキルフェノール樹脂とを含むゴム組成物からなるガスケットを一体に形成したことを特徴とするガスケット付き燃料電池用セパレータ。
（２）前記燃料電池用セパレータのシール面に、前記ゴム組成物を塗布し、硬化させてなることを特徴とする上記（１）記載のガスケット付き燃料電池用セパレータ。
（３）前記ゴム組成物をスクリーン印刷により塗布し、硬化させてなることを特徴とする上記（２）記載のガスケット付き燃料電池用セパレータ。
（４）前記燃料電池用セパレータのシール面に、前記ゴム組成物を一体に成形してなることを特徴とする上記（１）記載のガスケット付き燃料電池用セパレータ。
（５）前記ゴム組成物が、アルキルフェノール樹脂をゴムポリマー１００重量部に対して１〜４０重量部含むことを特徴とする上記（１）〜（４）の何れか１項に記載のガスケット付き燃料電池用セパレータ。
（６）前記ゴムポリマーがエチレンプロピレンジエン共重合ゴムであることを特徴とする上記（１）〜（５）の何れか１項に記載のガスケット付き燃料電池用セパレータ。
（７）前記ゴムポリマー１００重量部に対し、フェノール系老化防止剤を０．１〜５重量部含むことを特徴とする上記（１）〜（６）の何れか１項に記載のガスケット付き燃料電池用セパレータ。
（８）前記ゴムポリマー１００重量部に対し、可塑剤を１〜１００重量部含むことを特徴とする上記（１）〜（７）の何れか１項に記載のガスケット付き燃料電池用セパレータ。
（９）前記アルキルフェノール樹脂が非ハロゲン化アルキルフェノール樹脂であることを特徴とする上記（１）〜（８）の何れか１項に記載のガスケット付き燃料電池用セパレータ。
（１０）前記燃料電池用セパレータがエポキシ樹脂を含有することを特徴とする上記（１）〜（９）の何れか１項に記載のガスケット付き燃料電池用セパレータ。

本発明によるガスケット付き燃料電池用セパレータは、セパレータのシール面にガスケトが一体に形成されているため、燃料電池スタックの作製を容易できる。また、ガスケットが特定組成のゴム組成物からなるため、耐熱性、低溶出性、低ガス透過性等の基本特性に優れ、エポキシ樹脂を含むセパレータとの接着性にも優れる。

以下、本発明に関して詳細に説明する。

本発明のガスケット付き燃料電池用セパレータは、その形状は従来の燃料電池用セパレータと同様であるが、シール面にガスケットが一体に形成されている。図１はその一例を示す断面図であるが、両面にガス流通路２０が形成されており、枠体２０のシール面にガスケット１０、１１が一体に形成されている。ガツケット１０、１１は、炭素と炭素の二重結合を含むゴムポリマーと、アルキルフェノール樹脂とを含むゴム組成物からなる。

本発明で使用する炭素と炭素の二重結合を含むゴムポリマーにおいて、二重結合の位置は主鎖骨格内でも側鎖や官能基でもよい。また、ゴムポリマーとしては硬化物が常温でゴム弾性を示すものであればよく、架橋ゴムや、熱可塑性エラストマーとして知られているものも使用することが可能である。このようなゴム材料としては、例えばＮＲ（天然ゴム）、ＩＲ（イソプレンゴム）、ＢＲ（ブタジエンゴム）、ＳＢＲ（スチレンブタジテンゴム）、ＮＢＲ（二トリルゴム）、ＣＲ（クロロプレンゴム）、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエン共重合ゴム）、ＩＩＲ（ブチルゴム）、ＳＢＳ（スチレンブタジエンブロック共重合体）、ＳＩＳ（スチレンイソプレンブロック共重合体）やこれらを変性したものを挙げることが出来るがこれらに限定されない。また、これらゴムポリマーを併用することも出来る。本発明では特にＥＰＤＭが好適に使用される。ＥＰＤＭは主鎖骨格内に二重結合を有さないために耐熱性が高く、耐寒性にも優れるために起動前に低温環境下に曝されている状態でもシール性を保持し、また、溶液重合でポリマーが製造されるために残留乳化剤や凝固剤による溶出の懸念が少ない。

本発明で使用するアルキルフェノール樹脂としては、樹脂加硫剤として知られている公知の材料を使用することが出来る。具体的には、炭素数１〜１８のアルキル基を有するフェノール類とホルムアルデヒド類との縮合によって得られる樹脂、或いは更にこれらをハロゲン化して得られるハロゲン化アルキルフェノール樹脂が挙げられる。ここで、ハロゲン化アルキルフェノール樹脂は例えばメチロール化アルキルフェノール樹脂を臭化水素等の臭素化剤（例えば臭化水素等）で臭素化して得られる。ハロゲン化アルキルフェノール樹脂はゴムの二重結合との反応性が高いため少量で高い架橋密度になり、また、短時間で硬化が完了するというメリットがある。しかしながら、ハロゲン化しているアルキルフェノール樹脂を使用した場合は、ハロゲン化水素の溶出が懸念されるため、本発明では非ハロゲン化アルキルフェノール樹脂を使用することが好ましい。

ここで、アルキルフェノール樹脂の原料となるアルキル基を有するフェノール類としては、具体的には例えば、ｐ−クレゾール、ｉ−プロピルフェノール、ｐ−ｔ−ブチルフェノール、アミルフェノール、ｐ−ｔ−オクチルフェノール、ノニルフェノール、ドデシルフェノール、アリルフェノール、シクロヘキシルフェノール、４，６−ジオクチルレゾルシン等を挙げることができる。これらのうちでも、特にｐ−ｔ−ブチルフェノール、アミルフェノール、ｐ−ｔ−オクチルフェノールが好適に用いられる。このようなアルキルフェノール樹脂は、タッキロール２５０−Ｉ、−ＩＩＩ（何れも田岡化学工業株式会社製）、タッキロール２０１（田岡化学工業株式会社製）、スミカノール−ＡＰ、−Ｖ２００（何れも住友化学工業株式会社製）、レジトップＰＳ−２６０８、−４６０９（何れも群栄化学株式会社製）等として市販されているものが使用される。

これらアルキルフェノール樹脂はゴムの加硫剤としての使用実績は多くはないが、例えばラジカルによるβ開裂が起こりやすいために過酸化物架橋が適用しづらいブチルゴム等で使用されている。硬化反応が遅いため触媒として塩化スズ、ＣＲ（クロロプレンゴム）、ＣＳＭ（クロロスルフォン化ポリエチレン）等を添加する場合が多いが、燃料電池用ガスケットとする場合には溶出が増大するため好ましくない。これら触媒を使用せずに硬化速度を速めるためには硬化温度を高くするか、あるいは、アルキルフェノール樹脂の使用量を増やせばよい。

アルキルフェノール樹脂を使用することで、ゴムの架橋で一般的に使用されている硫黄加硫のような硫黄化合物の溶出が発生せず、また、過酸化物架橋のように空気中で硬化しないこともないため加工方法の自由度が高くなる。さらに多くの老化防止剤と適用できるメリットもある。

アルキルフェノール樹脂の使用量が多すぎる場合はゴムの架橋密度が高くなり過ぎて、ゴムが硬くなってシール性が低下したり、切断時伸びが低下するためゴムが破損する懸念がある。一方でアルキルフェノール樹脂の使用量が少なすぎる場合はゴムの架橋密度が低くなり、使用中にゴムが塑性変形して反発力が不足しシール性が低下する。よって、アルキルフェノール樹脂の使用量は最適な量が存在する。本発明で使用するアルキルフェノール樹脂量としてはゴムポリマー１００重量部に対して１〜４０重量部であり、好ましくは２から３０重量部、さらに好ましくは５〜２５重量部、よりさらに好ましくは１０〜２０重量部である。アルキルフェノール樹脂量をこの範囲とすることで、耐熱性と柔軟性に優れたガスケットを得ることが出来る。

ゴムポリマーには、カーボンブラックに代表される補強剤、タルク、クレー、グラファイト、ケイ酸カルシウム等の充填剤、ステアリン酸、パルミチン酸、パラフィンワックス等の加工助剤、酸化亜鉛、酸化マグネシウム等の受酸剤、老化防止剤、可塑剤等のゴム製品に一般に使用されている各種配合剤が、必要に応じて適宜添加される。但し、液絡の原因となる余計な金属イオンを溶出しないために、金属化合物を配合しないことが好ましい。特に燃料電池用とする場合に好ましい。金属イオンは固体高分子膜上の白金系触媒を失活させ単セルの起電力を低下させるため、金属化合物未配合とすることでセルの性能を低下させず、寿命を延ばすことができる。

老化防止剤は、ゴムの耐熱性や耐酸化性を高めるため効果がある。特に燃料電池内では酸化還元反応が起こっているために、ゴムの劣化防止を目的として効果の高い老化防止剤は好適である。本発明によるアルキルフェノール樹脂で架橋されたゴムは老化防止剤による硬化阻害が起こりにくいため、適用できる老化防止剤は限定されない。一方で、ゴムの架橋方法として一般的な過酸化物架橋においては、架橋のために発生させたラジカルを老化防止剤が捕捉して失活させてしまうために硬化阻害が起こり、また、老化防止剤自体も失活するため老化防止剤の添加はあまり有効ではない。

本発明で使用する老化防止剤としては、例えば６−エトキシ−１，２−ジヒドロ−２，２，４−トリメチルキノリン等のアミン-ケトン系老化防止剤；フェニル−１−ナフ１０チルアミン、アルキル化ジフェニルアミン、ｐ−（ｐ−トルエンスルホニルアミド）ジフェニルアミン、Ｎ，Ｎ′−ジ−２−ナフチル−ｐ−フェニレンジアミン、α−メチルベンジルフェノール、Ｎ，Ｎ′−ジフェニル−ｐ−フェニレンジアミン、２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４−メチルフェノール、４，４′−ビス（α，α−ジメチルベンジル）ジフェニルアミン、４，４′−チオビス（３−メチル−６−ｔｅｒｔ−ブチルフェノール）等の芳香族アミン系老化防止剤；２，２，４−トリメチル−１，２−ジヒドロキノリン重合体、２，５−ジ−ｔｅｒｔ−ブチルハイドロキノン、２,６-ジ-ｔｅｒｔ-ブチル-４-メチルフェノール、２,６-ジ-ｔｅｒｔ-ブチル-４-エチルフェノール、２,２'-メチレンビス（４−エチル−６−ｔｅｒｔ-ブチルフェノール）、２,２'−メチレンビス（４−メチル−６−ｔｅｒｔ-ブチルフェノール）等のフェノール系老化防止剤；２−メルカプトベンツイミダゾール、２−メルカプトメチルベンツイミダゾール、２−メルカプトベンツイミダゾールの亜鉛塩等のベンツイミダゾール系老化防止剤；ジブチルジチオカルバミン酸ニッケル等のジチオカルバミン酸塩系老化防止剤；トリス（ノニルフェニル）ホスファイト等のリン系老化防止剤が挙げられる。このうちフェノール系老化防止剤は高い酸化防止能力があり、かつ、アミン等の電解質劣化の原因となる物質を溶出しないため本発明では好適に使用される。なお、前述した理由により過酸化物架橋においてはフェノール系老化防止剤は一般的には使用されない。老化防止剤の使用量が少なすぎる場合は十分な効果が発現しないが、多すぎる場合は強度低下等の別の不具合が発生する。そのため、本発明では好適に使用される老化防止剤量が存在する。本発明で使用する老化防止剤の量は、ゴムポリマー１００重量部に対して好ましくは０．１〜５重量部、より好ましくは０．５〜３重量部、更に好ましくは１〜２重量部である。

可塑剤は、後述するガスケット付き燃料電池用セパレータの製造方法において、ゴム組成物を含む塗液をスクリーン印刷し、硬化させる場合に好ましい添加剤である。可塑剤により、塗液を適度な粘度範囲とすることができる。また、不揮発分濃度が高い塗液では厚く塗ることが可能となるため、塗布回数を減らせるというメリットがあるが、不揮発分濃度が高すぎる場合は塗液の粘度が高くなりすぎるため、スクリーン印刷ではメッシュが目詰まりを起こす。そこで、可塑剤を使用することで塗液を低粘度に保ったまま不揮発分濃度を高めることが可能になる。よって可塑剤の添加は、本発明では特にスクリーン印刷でガスケット１０．１１を形成する場合に有効であり好ましい。可塑剤の種類はゴムポリマーの極性に近いものを選定すればよく、例えばＥＰＤＭにはパラフィンオイル、ＮＢＲにはＤＯＰ（ジオクチルフタレート）等が好適に使用される。可塑剤の選定はゴム組成物を扱う当業者にとっては容易である。また、可塑剤を使用することでゴムが柔軟となり、シール特性が向上するというメリットがある。ただし、過剰な可塑剤はゴム硬化物からの滲出（ブリードとも呼ばれる）の問題が発生することがあり好ましくない。よって、可塑剤の添加量は好ましい範囲が存在する。本発明では可塑剤の添加量はゴム１００重量部に対して好ましくは１〜１００重量部、より好ましくは５〜８０重量部、更に好ましくは１０〜５０重量部である。

ゴム組成物の調製は、上記の各成分をインタミックス、ニーダ、バンバリーミキサ等の公知の混練機またはオーブンロール等の公知の混練装置を用いて混練することによって行われる。

本発明のガスケット付き燃料電池用セパレータを製造するには、上記のゴム組成物を燃料電池用セパレータのシール面に塗布し、硬化させればよい。ゴム組成物を塗布するには、液状のゴムポリマーを使用して前述した方法で混練したものを用いることができる。また、前述した混練装置によって得られたゴム組成物をトルエン等の溶剤に溶解してもよい。更に、一部の原材料のみを予めゴムポリマーに混練したマスターバッチを溶剤に溶解し、残りの原材料をそれに添加してもよい。あるいは混練によってゴム組成物を作製せずに全ての原料を溶剤に投入してもよい。溶剤への溶解方法は限定されず、プラネタリーミキサー、高圧ホモジナイザー、パドルミキサー、プロペラミキサー等の公知の装置を使用することが出来る。溶剤は、塗布しやすい粘度となるように任意量を添加するが、通常、塗液中のゴム組成物が２０〜７０質量％となるように溶剤を添加する。また、塗液にはレベリング剤、消泡剤等の通常の印刷プロセスで使用されるインク添加剤を必要に応じて添加してもよい。

塗布方法にも制限がなく、スクリーン印刷やパッド印刷等の液状の材料を使用する印刷プロセスを採用することが出来る。上記のゴム組成物は空気中でも硬化反応が進行するため、印刷して乾燥後に適当な加熱装置を用いて加熱すればゴム硬化物が得られ、これら印刷プロセスの適用が容易である。乾燥条件は使用する溶剤や膜厚によって異なり、適宜設定すればよい。例えばトルエンを用いた塗液を５０μｍの厚さで塗布した場合は、１００℃、３０分程度で十分な乾燥状態となる。乾燥後の硬化条件としては好ましくは１００〜２５０℃、特に好ましくは１５０〜２００℃で１〜６０分間加熱して硬化させる。また、必要に応じて１００〜２５０℃で１〜２４時間程度加熱する二次架橋も行われる。本発明では塗布方法として特にスクリーン印刷の適用が好ましい。スクリーン印刷は成形サイクルが短く、生産性に優れる方法である。スクリーン印刷は版枠に架設しているスクリーン版上の塗液を、スキージを用いて、被印刷物に印刷する方法であり、公知の方法である。

塗布方法以外にも、燃料電池用セパレータのシール面上に、上記のゴム組成物を一体に成形してもよい。成形方法には制限がなく、射出成形、圧縮成形、加硫プレス等が可能である。何れも、金型に燃料電池用セパレータを収容しておき、そのシール面上に上記のゴム組成物を供給または充填し、好ましくは１００〜２５０℃、特に好ましくは１５０〜２００℃で１〜６０分間加熱して成形、架橋する。また、必要に応じて１００〜２５０℃で１〜２４時間程度加熱する二次架橋も行われる。

上記のゴム組成物はエポキシ樹脂との接着性に優れるため、本発明のガスケット付き燃料電池用セパレータでは、ガスケット１０、１１がシール面に強固に一体化する。これは、アルキルフェノール樹脂がゴムの架橋剤として作用するだけではなく、フェノールの活性水素によりエポキシ基とも反応し、一方で、エポキシ樹脂はフェノール樹脂から誘導されて合成されるためフェノール樹脂とエポキシ樹脂とは構造が類似しており、両者の界面剥離が起こり難く、高い接着性が発現することに由来すると考えられる。

以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、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）
表１に示すように、ＥＰＤＭ１００重量部に対しアルキルフェノール樹脂６重量部、並びに他の成分をオーブンロールで混練してゴム組成物を調製した。

（実施例２）
アルキルフェノール樹脂量を１２重量部とした他は実施例1と同様にしてゴム組成物を調製した。

（実施例３）
アルキルフェノール樹脂量を２５重量部とした他は実施例1と同様にしてゴム組成物を調製した。

（実施例４）
フェノール系老化防止剤を添加した他は実施例２と同様にしてゴム組成物を調製した。

（比較例１）
アルキルフェノール樹脂の代わりに硫黄加硫系配合薬品を使用した他は実施例１と同様にしてゴム組成物を調製した。

（比較例２）
アルキルフェノール樹脂の代わりに過酸化物架橋系薬品を使用した他は実施例１と同様にしてゴム組成物を調製した。

（比較例３）
フェノール系老化防止剤を添加した他は比較例２と同様にしてゴム組成物を調製した。

上記実施例及び比較例のゴム組成物を熱プレスにより、表１に示す条件にて成形して一次架橋を行い、さらにギアーオーブンを用いて表１に示す条件にて二次架橋を行い成形体を得た。そして、得られた成形体を用いて下記の評価を行った。結果を表１に示す。

（１）圧縮永久ひずみの測定
ＪＩＳ Ｋ−６２６２に規定する試験方法に準じ、モールド成形した大型試験片を用いて圧縮率２５％で圧縮し、１５０℃で１６８時間の条件で圧縮永久ひずみ試験を実施した。値の小さいものほどゴムが塑性変形し難く、ガスケットとしての耐久性の良好な材料と判断される

（２）引張特性の評価
ＪＩＳ Ｋ−６２５１に規定する試験方法に準じ、モールド成形した２ｍｍ厚さのシートを３号ダンベル形状に打ち抜いて試験体として引張試験を行った。

（３）溶出特性の測定
２５０ｃｃのイオン交換水に５０ｍｍ×５０ｍｍ×２ｍｍのモールド成形したシートを１０枚（合計約５０ｇ）を浸漬し、９０℃で５００時間保持後に引き上げ、浸漬液の導電率をイオン導電率計で測定した。イオン導電率の値が小さいほど溶出が少ない材料であると判断される。

（４）印刷法によるガスケット付き燃料電池用セパレータの作製
黒鉛粉末（日本黒鉛工業（株）製ＣＰＢ、平均粒径１９μｍ、天然黒鉛）８０質量%、エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン（株）製ＪＥＲ１５７Ｓ７０、多官能エポキシ樹脂）１２質量%、硬化剤(群栄化学工業（株）製レヂトップＰＳＭ４３２４、フェノールノボラック)６質量％、触媒（和光純薬（株）製特級試薬トリフェニルホスフィン）２質量%を８０℃の加圧ニーダで５分間混合してエポキシ組成物を得た。このエポキシ組成物を熱プレスを用いて、１００ｍｍ×１００ｍｍ×２ｍｍｔの形状に１７０℃で１０分間成形し、更に２００℃で１時間オーブンに投入して硬化させた。次いで、得られた硬化物の表面の離型剤を除去するために表面を＃１０００サンドペーパーで研磨し、試験体（燃料電池用セパレータの代用品）とした。

また、ゴム組成物３０質量％に対しトルエンを７０質量％配合して、プロペラミキサーで２４時間攪拌して塗液を調製した。この塗液を、乳剤厚さ５０μｍ、パターン形状５０ｍｍ×５ｍｍ、ＳＵＳメッシュのスクリーン印刷版を用いて上記で作製した試験体の表面にスクリーン印刷を行い、ギアーオーブンで１００℃、３０分乾燥した後、更にギアーオーブン中で表１に示す条件にて硬化させて試験体を得た。そして、試験体をイオン交換水中で１時間煮沸し、印刷部の剥離の有無を評価した。表１には、剥離したものに「×」、剥離が確認されなかったものに「○」を記した。

（５）モールド成形によるガスケット付き燃料電池用セパレータの作製
上記の（４）印刷法によるガスケット付き燃料電池用セパレータの作製に用いたエポキシ組成物からなる試験体をキャビティサイズ１００ｍｍ×１００ｍｍ×２．５ｍｍｔの金型に収容し、その上にゴム組成物を投入し、表１に示す条件で成形（一次架橋）及び二次架橋を行い、試験体を得た。そして、試験体をイオン交換水中で１時間煮沸し、印刷部の剥離の有無を評価した。表１には、剥離したものに「×」、剥離が確認されなかったものに「○」を記した。

試験の結果、各アルキルフェノール樹脂を用いた各実施例と過酸化物架橋を用いた比較例２、３は浸漬液の導電率が低く、溶出が少ないことからガスケット材料として好ましいといえる。また、圧縮永久ひずみも小さい。これに対して、硫黄架橋を用いた比較例１は浸漬液の導電率が大きく、溶出が多く問題がある。これは、硫黄化合物の分解性生物由来の硫酸イオン等の影響と思われる。また、圧縮永久ひずみが大きく、ガスケットとしての耐久性にも問題がある。更に、比較例３では、圧縮永久ひずみが悪化しているが、これは老化防止剤により硬化反応に寄与するラジカルが失活したためと思われる。

また、実施例１〜３の比較から、アルキルフェノール樹脂の添加量が多いほど圧縮永久ひずみが小さくなっており、耐久性が良好となる。ただし、切断時伸びが小さくなっており、硬いガスケットとなる。所望の硬さと耐久性のバランスからアルキルフェノール樹脂は適度な添加量に調整すればよい。

更に、実施例４から、老化防止剤を用いることで圧縮永久ひずみを改善することが出来ることがわかる。

また、実施例からスクリーン印刷またはモールド成形により、ガスケットとセパレータとの接着性に優れるガスケット付き燃料電池用セパレータが得られることが分かる。これに対し過酸化物架橋を用いた比較例２、３では、スクリーン印刷では硬化物を得ることは出来なかった。これは空気中の酸素による硬化阻害が原因と思われる。また、モールド成形は可能であったが、硬化物の接着性は実施例よりも劣っていた。

上記のように、ＥＰＤＭとアルキルフェノール樹脂とを含むゴム組成物は、ガスケットとしての特性に優れており、エポキシ樹脂との接着性も高いことから、高性能のガスケット付き燃料電池用セパレータが得られることが分かる。

本発明のガスケット付き燃料電池用セパレータの一例を示す断面図である。 燃料電池スタックの一例を示す断面図である。

符号の説明

１ 電解質膜
２ 燃料極
３ 空気極
６、７ セパレータ
１０、１１ ガスケット

Claims (10)

1. 燃料電池用セパレータのシール面に、炭素と炭素の二重結合を含むゴムポリマーとアルキルフェノール樹脂とを含むゴム組成物からなるガスケットを一体に形成したことを特徴とするガスケット付き燃料電池用セパレータ。
2. 前記燃料電池用セパレータのシール面に、前記ゴム組成物を塗布し、硬化させてなることを特徴とする請求項１記載のガスケット付き燃料電池用セパレータ。
3. 前記ゴム組成物をスクリーン印刷により塗布し、硬化させてなることを特徴とする請求項２記載のガスケット付き燃料電池用セパレータ。
4. 前記燃料電池用セパレータのシール面に、前記ゴム組成物を一体に成形してなることを特徴とする請求項１記載のガスケット付き燃料電池用セパレータ。
5. 前記ゴム組成物が、アルキルフェノール樹脂をゴムポリマー１００重量部に対して１〜４０重量部含むことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のガスケット付き燃料電池用セパレータ。
6. 前記ゴムポリマーがエチレンプロピレンジエン共重合ゴムであることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載のガスケット付き燃料電池用セパレータ。
7. 前記ゴムポリマー１００重量部に対し、フェノール系老化防止剤を０．１〜５重量部含むことを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載のガスケット付き燃料電池用セパレータ。
8. 前記ゴムポリマー１００重量部に対し、可塑剤を１〜１００重量部含むことを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載のガスケット付き燃料電池用セパレータ。
9. 前記アルキルフェノール樹脂が非ハロゲン化アルキルフェノール樹脂であることを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載のガスケット付き燃料電池用セパレータ。
10. 前記燃料電池用セパレータがエポキシ樹脂を含有することを特徴とする請求項１〜９の何れか１項に記載のガスケット付き燃料電池用セパレータ。

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