JP4811793B2 - 長期間親水性が維持されるシリカコーティング多孔質金属およびその製造方法 - Google Patents
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Description
(イ)多孔質金属の骨格表面にシランカップリング剤を塗布したのち、このシランカップリング剤塗布層を280〜500℃で焼成すると、多孔質金属の骨格表面にC:2.5〜15質量%を含有し、残部がシリカからなる成分組成を有するシリカコーティング層が被覆されている多孔質金属が得られ、このCを含有したシリカコーティング層が骨格表面に形成されたシリカコーティング多孔質金属は、従来の骨格表面にシリカ層が形成されたシリカコーティング多孔質金属に比べて、親水性を一層長期間維持することができる、
(ロ)前記多孔質金属は、ステンレス鋼、ニッケル基合金、Cu、Ni、Ti、Agの内のいずれかであることが好ましい、
(ハ)前記(イ)または(ロ)記載のシリカコーティング多孔質金属は親水性を一層長期間維持できることから、これを燃料電池のガス拡散層として使用すると、燃料電池の高性能を一層長期間維持することができる、などの研究結果が得られたのである。
(1)多孔質金属の骨格表面がC:2.5〜15質量%を含有し、残部がシリカからなる成分組成を有するシリカコーティング層により被覆されている長期間親水性が維持されるシリカコーティング多孔質金属、
(2)前記多孔質金属は、ステンレス鋼、ニッケル基合金、Cu、Ni、Ti、Agの内のいずれかからなる発泡金属である前記(1)記載の長期間親水性が維持されるシリカコーティング多孔質金属、
(3)前記(1)または(2)記載の長期間親水性が維持されるシリカコーティング多孔質金属からなる燃料電池のガス拡散層、に特徴を有するものである。
(4)多孔質金属の骨格表面に、Cを含むシランカップリング剤を塗布したのち、酸化性雰囲気中、温度:280〜500℃で焼成し、前記骨格表面がC:2.5〜15質量%を含有し、残部がシリカからなる成分組成を有するシリカコーティング層により被覆される長期間親水性が維持されるシリカコーティング多孔質金属の製造方法、
(5)前記多孔質金属は、ステンレス鋼、ニッケル基合金、Cu、Ni、Ti、Agの内のいずれかからなる発泡金属である前記(4)記載の長期間親水性が維持されるシリカコーティング多孔質金属の製造方法、に特徴を有するものである。
また、この発明の長期間親水性が維持されるシリカコーティング多孔質金属におけるシリカコーティング層は、Cを含むシランカップリング剤を酸化性雰囲気中(例えば、大気中)、温度:280〜500℃で焼成することにより作製することができる。前記焼成温度を前述のごとく限定した理由は、シランカップリング剤の焼成温度が280℃未満ではシランカップリング剤の分解が十分でないために、十分な親水性が得られないので好ましくなく、一方、500℃を越えるとコーティング層に含まれるC量が低くなるので長期間親水性を維持することができなくなるので好ましくないからである。
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%を含む水溶液、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、これらを原料粉末:20質量%、水溶性樹脂結合剤:10質量%、可塑剤:1質量%、気泡剤: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フィルム上に塗布し、恒温高湿度槽に供給し、そこで温度:35℃、湿度:90%、25分間保持することにより発泡させ、引き続いて温度: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フィルムから剥し、アルミナ板上に載せ、Ar雰囲気中、温度:550℃、180分間保持の条件で脱脂し、引き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り気孔率:90%を有し、厚さ:1.0mmを有し表面に開口し内部の空孔に連続している連続空孔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試験片を作製し、この試験片をシランカップリング剤(3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン)を表1に示される倍率のエタノールで希釈した溶液に浸漬し、大気乾燥機にて50℃、10分間保持の条件で乾燥した。その後、これを大気中、温度:350℃、10分間保持の焼成を行い、骨格表面に厚さ:50nmを有するシリカコーティング層を形成した本発明シリカコーティング多孔質チタン1〜6および比較シリカコーティング多孔質チタン1〜4を作製した。この本発明シリカコーティング多孔質チタン1〜6および比較シリカコーティング多孔質チタン1〜4の骨格表面に形成されたシリカコーティング層の成分組成を測定し、その結果を表1に示した。
実施例1で作製した多孔質発泡チタン試験片の骨格表面にプラズマCVDにより厚さ:50nmを有するシリカコーティング層を形成した従来シリカコーティング多孔質チタンを作製し、この従来シリカコーティング多孔質チタンの骨格表面に形成されたシリカコーティング層の成分組成を測定し、その結果を表1に示した。
また、燃料電池環境通電後の親水性確認試験として、前記本発明シリカコーティング多孔質チタン1〜6、比較シリカコーティング多孔質チタン1〜4および従来シリカコーティング多孔質チタンを温度:50℃、pH=2に保持された硫酸溶液中に浸漬し、電位:800mV(対水素基準)を印加しながら24時間保持した後に試料を取り出し、蒸留水で十分に洗浄して大気中で乾燥し、この試料を用い、スポイトにて蒸留水0.005mlを滴下し、蒸留水が吸い込まれるか液滴のまま残るかによって親水性があるかないかを判断し、このスポイトにて蒸留水0.005mlを滴下する操作を毎日繰り返し行ない、親水性がなくなるまで続け、親水性が保持される日数を表1に示した。
原料粉末として平均粒径:10μmのSUS316ステンレス鋼粉末を用いる以外は実施例1と同様にして気孔率:90%を有し、厚さ:1.0mmを有し表面に開口し内部の空孔に連続している連続空孔を有する多孔質発泡SUS316ステンレス鋼板を作製した。得られた多孔質発泡SUS316ステンレス鋼板を縦:30mm、横:30mmの寸法になるように切断して多孔質発泡SUS316ステンレス鋼試験片を作製し、この試験片をシランカップリング剤(3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン)を表2に示される倍率のエタノールで希釈した溶液に浸漬し、大気乾燥機にて50℃、10分間保持の条件で乾燥した。その後、これを大気中、温度:350℃、10分間保持の焼成を行い、骨格表面に厚さ:50nmを有するシリカコーティング層を形成した本発明シリカコーティング多孔質SUS316ステンレス鋼1〜6および比較シリカコーティング多孔質SUS316ステンレス鋼1〜4を作製した。この本発明シリカコーティング多孔質SUS316ステンレス鋼1〜6および比較シリカコーティング多孔質SUS316ステンレス鋼1〜4の骨格表面に形成されたシリカコーティング層の成分組成を測定し、その結果を表2に示した。
実施例2で作製した多孔質発泡SUS316ステンレス鋼試験片の骨格表面にプラズマCVDにより厚さ:50nmを有するシリカからなるコーティング層を形成した従来シリカコーティング多孔質SUS316ステンレス鋼を作製し、この従来シリカコーティング多孔質SUS316ステンレス鋼の骨格表面に形成されたコーティング層の成分組成を測定し、その結果を表2に示した。
また、燃料電池環境通電後の親水性確認試験として、前記本発明シリカコーティング多孔質SUS316ステンレス鋼1〜6、比較シリカコーティング多孔質SUS316ステンレス鋼1〜4および従来シリカコーティング多孔質SUS316ステンレス鋼を温度:50℃、pH=2に保持された硫酸溶液中に浸漬し、電位:800mV(対水素基準)を引火しながら24時間保持した後に試料を取り出し、蒸留水で十分に洗浄して大気中で乾燥し、この試料を用い、スポイトにて蒸留水0.005mlを滴下し、蒸留水が吸い込まれるか液滴のまま残るかによって親水性があるかないかを判断し、このスポイトにて蒸留水0.005mlを滴下する操作を毎日繰り返し行ない、親水性がなくなるまで続け、親水性が保持される日数を表2に示した。
原料粉末として平均粒径:10μmのニッケル粉末を用いる以外は実施例1と同様にして気孔率:90%を有し、厚さ:1.0mmを有し表面に開口し内部の空孔に連続している連続空孔を有する多孔質発泡ニッケル板を作製した。得られた多孔質発泡ニッケル板を縦:30mm、横:30mmの寸法になるように切断して多孔質発泡ニッケル試験片を作製し、この試験片をシランカップリング剤(3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン)を表3に示される倍率のエタノールで希釈した溶液に浸漬し、大気乾燥機にて80℃、20分間保持の条件で乾燥した。その後、これを大気中、温度:350℃、10分間保持の焼成を行い、骨格表面に厚さ:50nmを有するコーティング層を形成した本発明シリカコーティング多孔質ニッケル1〜6および比較シリカコーティング多孔質ニッケル1〜4を作製した。この本発明シリカコーティング多孔質ニッケル1〜6および比較シリカコーティング多孔質ニッケル1〜4の骨格表面に形成されたコーティング層に成分組成を測定し、その結果を表3に示した。
実施例2で作製した多孔質発泡ニッケル試験片の骨格表面にプラズマCVDにより厚さ:50nmを有するシリカからなるコーティング層を形成した従来シリカコーティング多孔質ニッケルを作製し、この従来シリカコーティング多孔質ニッケルの骨格表面に形成されたコーティング層の成分組成を測定し、その結果を表3に示した。
また、燃料電池環境通電後の親水性確認試験として、前記本発明シリカコーティング多孔質ニッケル1〜6、比較シリカコーティング多孔質ニッケル1〜4および従来シリカコーティング多孔質ニッケルを温度:50℃、pH=2に保持された硫酸溶液中に浸漬し、電位:800mV(対水素基準)を引火しながら24時間保持した後に試料を取り出し、蒸留水で十分に洗浄して大気中で乾燥し、この試料を用い、スポイトにて蒸留水0.005mlを滴下し、蒸留水が吸い込まれるか液滴のまま残るかによって親水性があるかないかを判断し、このスポイトにて蒸留水0.005mlを滴下する操作を毎日繰り返し行ない、親水性がなくなるまで続け、親水性が保持される日数を表3に示した。
原料粉末として平均粒径:10μmの銅粉末、水溶性樹脂結合剤としてメチルセルロース:10%を含む水溶液、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、これらを原料粉末:20質量%、水溶性樹脂結合剤:10質量%、可塑剤:1質量%、気泡剤: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フィルム上に塗布し、恒温高湿度槽に供給し、そこで温度:35℃、湿度:90%、25分間保持することにより発泡させ、引き続いて温度: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フィルムから剥し、アルミナ板上に載せ、Ar雰囲気中、温度:550℃、180分間保持の条件で脱脂し、引き続いて真空焼結炉で、雰囲気:5×10−3Pa、温度:850℃、1時間保持の条件で焼結することにより気孔率:90%を有し、厚さ:1.0mmを有し表面に開口し内部の空孔に連続している連続空孔を有する多孔質発泡銅板を作製した。得られた多孔質発泡銅板を縦:30mm、横:30mmの寸法になるように切断して多孔質発泡銅試験片を作製し、この試験片をシランカップリング剤(3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン)を表4に示される倍率のエタノールで希釈した溶液に浸漬し、大気乾燥機にて80℃、10分間保持の条件で乾燥した。その後、これを大気中、温度:350℃、10分間保持の焼成を行い、骨格表面に厚さ:50nmを有するコーティング層を形成した本発明シリカコーティング多孔質銅1〜6および比較シリカコーティング多孔質銅1〜4を作製した。この本発明シリカコーティング多孔質銅1〜6および比較シリカコーティング多孔質銅1〜4の骨格表面に形成されたコーティング層に成分組成を測定し、その結果を表4に示した。
実施例4で作製した多孔質発泡銅試験片の骨格表面にプラズマCVDにより厚さ:50nmを有するシリカからなるコーティング層を形成した従来シリカコーティング多孔質銅を作製し、この従来シリカコーティング多孔質銅の骨格表面に形成されたコーティング層の成分組成を測定し、その結果を表4に示した。
また、燃料電池環境通電後の親水性確認試験として、前記本発明シリカコーティング多孔質銅1〜6、比較シリカコーティング多孔質銅1〜4および従来シリカコーティング多孔質銅を温度:50℃、pH=2に保持された硫酸溶液中に浸漬し、電位:800mV(対水素基準)を引火しながら100時間保持した後に試料を取り出し、蒸留水で十分に洗浄して大気中で乾燥し、この試料を用い、スポイトにて蒸留水0.005mlを滴下し、蒸留水が吸い込まれるか液滴のまま残るかによって親水性があるかないかを判断し、このスポイトにて蒸留水0.005mlを滴下する操作を毎日繰り返し行ない、親水性がなくなるまで続け、親水性が保持される日数を表4に示した。
原料粉末として平均粒径:10μmの銀粉末を用い、焼結温度を850℃とする以外は実施例4と同様にして気孔率:90%を有し、厚さ:1.0mmを有し表面に開口し内部の空孔に連続している連続空孔を有する多孔質発泡銀板を作製した。得られた多孔質発泡銀板を縦:30mm、横:30mmの寸法になるように切断して多孔質発泡銀試験片を作製し、この試験片をシランカップリング剤(3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン)を表5に示される倍率のエタノールで希釈した溶液に浸漬し、大気乾燥機にて50℃、10分間保持の条件で乾燥した。その後、これを大気中、温度:350℃、10分間保持の焼成を行い、骨格表面に厚さ:50nmを有するコーティング層を形成した本発明シリカコーティング多孔質銀1〜6および比較シリカコーティング多孔質銀1〜4を作製した。この本発明シリカコーティング多孔質銀1〜6および比較シリカコーティング多孔質銀1〜4の骨格表面に形成されたコーティング層に成分組成を測定し、その結果を表4に示した。
実施例5で作製した多孔質発泡銀試験片の骨格表面にプラズマCVDにより厚さ:50nmを有するシリカからなるコーティング層を形成した従来シリカコーティング多孔質銀を作製し、この従来シリカコーティング多孔質銀の骨格表面に形成されたコーティング層の成分組成を測定し、その結果を表5に示した。
また、燃料電池環境通電後の親水性確認試験として、前記本発明シリカコーティング多孔質銀1〜6、比較シリカコーティング多孔質銀1〜4および従来シリカコーティング多孔質銀を温度:50℃、pH=2に保持された硫酸溶液中に浸漬し、電位:800mV(対水素基準)を引火しながら100時間保持した後に試料を取り出し、蒸留水で十分に洗浄して大気中で乾燥し、この試料を用い、スポイトにて蒸留水0.005mlを滴下し、蒸留水が吸い込まれるか液滴のまま残るかによって親水性があるかないかを判断し、このスポイトにて蒸留水0.005mlを滴下する操作を毎日繰り返し行ない、親水性がなくなるまで続け、親水性が保持される日数を表5に示した。
原料粉末として平均粒径:10μmのNW6022ニッケル基合金粉末を用いる以外は実施例1と同様にして気孔率:90%を有し、厚さ:1.0mmを有し表面に開口し内部の空孔に連続している連続空孔を有する多孔質発泡SUS316ステンレス鋼板を作製した。得られた多孔質発泡NW6022ニッケル基合金板を縦:30mm、横:30mmの寸法になるように切断して多孔質発泡NW6022ニッケル基合金試験片を作製し、この試験片をシランカップリング剤(3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン)を表2に示される倍率のエタノールで希釈した溶液に浸漬し、大気乾燥機にて50℃、10分間保持の条件で乾燥した。その後、これを大気中、温度:350℃、10分間保持の焼成を行い、骨格表面に厚さ:50nmを有するシリカコーティング層を形成した本発明シリカコーティング多孔質NW6022ニッケル基合金1〜6および比較シリカコーティング多孔質NW6022ニッケル基合金1〜4を作製した。この本発明シリカコーティング多孔質NW6022ニッケル基合金1〜6および比較シリカコーティング多孔質NW6022ニッケル基合金1〜4の骨格表面に形成されたシリカコーティング層の成分組成を測定し、その結果を表6に示した。
実施例6で作製した多孔質発泡NW6022ニッケル基合金試験片の骨格表面にプラズマCVDにより厚さ:50nmを有するシリカからなるコーティング層を形成した従来シリカコーティング多孔質NW6022ニッケル基合金を作製し、この従来シリカコーティング多孔質NW6022ニッケル基合金の骨格表面に形成されたコーティング層の成分組成を測定し、その結果を表6に示した。
また、燃料電池環境通電後の親水性確認試験として、前記本発明シリカコーティング多孔質NW6022ニッケル基合金1〜6、比較シリカコーティング多孔質NW6022ニッケル基合金1〜4および従来シリカコーティング多孔質NW6022ニッケル基合金を温度:50℃、pH=2に保持された硫酸溶液中に浸漬し、電位:800mV(対水素基準)を引火しながら24時間保持した後に試料を取り出し、蒸留水で十分に洗浄して大気中で乾燥し、この試料を用い、スポイトにて蒸留水0.005mlを滴下し、蒸留水が吸い込まれるか液滴のまま残るかによって親水性があるかないかを判断し、このスポイトにて蒸留水0.005mlを滴下する操作を毎日繰り返し行ない、親水性がなくなるまで続け、親水性が保持される日数を表6に示した。
Claims (5)
- 多孔質金属の骨格表面がC:2.5〜15質量%を含有し、残部がシリカからなる成分組成を有するシリカコーティング層により被覆されていることを特徴とする長期間親水性が維持されるシリカコーティング多孔質金属。
- 前記多孔質金属は、ステンレス鋼、ニッケル基合金、Cu、Ni、Ti、Agの内のいずれかからなる発泡金属であることを特徴とする請求項1記載の長期間親水性が維持されるシリカコーティング多孔質金属。
- 請求項1または2記載の長期間親水性が維持されるシリカコーティング多孔質金属からなる燃料電池のガス拡散層。
- 多孔質金属の骨格表面に、Cを含むシランカップリング剤を塗布したのち、酸化性雰囲気中、温度:280〜500℃で焼成し、前記骨格表面がC:2.5〜15質量%を含有し、残部がシリカからなる成分組成を有するシリカコーティング層により被覆されることを特徴とする長期間親水性が維持されるシリカコーティング多孔質金属の製造方法。
- 前記多孔質金属は、ステンレス鋼、ニッケル基合金、Cu、Ni、Ti、Agの内のいずれかからなる発泡金属であることを特徴とする請求項4記載の長期間親水性が維持されるシリカコーティング多孔質金属の製造方法。
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