JP5219774B2 - 燃料電池用接着性シール部材 - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池を構成する部材間を接着シールする接着性シール部材に関する。

ガスの電気化学反応により電気を発生させる燃料電池は、発電効率が高く、排出されるガスがクリーンで環境に対する影響が極めて少ない。なかでも固体高分子型燃料電池は、比較的低温で作動させることができ、大きな出力密度を有する。このため、発電用、自動車用電源等、種々の用途が期待されている。

固体高分子型燃料電池では、電解質膜電極接合体（ＭＥＡ）をセパレータで挟持したセルが発電単位となる。ＭＥＡは、電解質となる高分子膜（電解質膜）と、該電解質膜の両側に配置された一対の電極（燃料極、酸素極）と、からなる。一対の電極は、各々、触媒層およびガス拡散層を備えている。燃料極には水素や炭化水素等の燃料ガスが、酸素極には酸素や空気等の酸化剤ガスが、それぞれ供給される。供給されたガスと電解質と電極との三相界面における電気化学反応により、発電が行われる。固体高分子型燃料電池は、上記セルを複数積層したセル積層体を、セル積層方向の両端に配置したエンドプレート等により締め付けて構成される。

セパレータには、各々の電極に供給されるガスの流路や、発電の際の発熱を緩和するための冷媒の流路が形成されている。例えば、各々の電極に供給されるガスが混合すると、発電効率が低下する等の問題が生じる。また、電解質膜は、水を含んだ状態でプロトン導電性を有する。このため、作動時には、電解質膜を湿潤状態に保つ必要がある。したがって、ガスの混合、ガスおよび冷媒の漏れを防止すると共に、セル内を湿潤状態に保持するためには、電解質膜とセパレータとの間や、隣り合うセパレータ同士の間等のシール性を確保することが重要となる。これら燃料電池の構成部材間をシールするシール部材には、シリコーンゴム、エチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ）等が使用されている（例えば、特許文献１、２参照）。一方、特許文献３には、一対の金属板間に挟持されている粘弾性樹脂に、カップリング剤を配合することにより、粘弾性樹脂と金属板との接着性が向上する旨、記載されている。
特開２００６−２４４７６５号公報 特開２００２−３７１１６１号公報 特開平５−３２９９８０号公報

燃料電池のシール部材には、より低温で、かつ短時間で架橋可能な材料を使用することが望ましい。すなわち、通常、固体高分子型燃料電池の電解質膜には、全フッ素系スルホン酸膜等の高分子膜が用いられる。よって、シール部材の材料を電解質膜の近くに配置して架橋する場合には、架橋時の加熱により、電解質膜が劣化しないよう配慮する必要がある。つまり、シール部材の架橋工程を、より低温で、かつ短時間で行うことが望ましい。

この点、シール部材として使用されているＥＰＤＭ等の架橋は、上記特許文献２、３に記載されているように、通常、１５０℃以上の高温下で行われる。具体的には、特許文献２によると、架橋温度は約１５０〜２３０℃、特許文献３によると、架橋温度は１９０℃以上、と記載されている。このような高温下で架橋を行うと、電解質膜を劣化させるおそれがある。また、特許文献２のシール部材には、接着成分が含まれていない。このため、シール部材と相手部材とを接着させるために、別途接着剤が必要である。

一方、シリコーンゴムは、比較的低温で架橋が可能であり、耐熱性、耐寒性に優れる。しかしながら、シリコーンゴムをシール部材として使用した場合、次のような問題がある。すなわち、シリコーンゴムは、機械的強度が小さく、ガスの透過性が大きい。また、上述したように、固体高分子型燃料電池の電解質膜は、全フッ素系スルホン酸膜等の高分子膜である。このため、作動時に、電解質膜からフッ酸等の酸が発生する場合がある。しかし、シリコーンゴムの耐酸性は充分ではない。加えて、シリコーンゴムとセパレータ等の相手部材とを接着するには、別途接着剤が必要となる。また、シリコーンゴムを架橋する際には、白金触媒を使用する。このため、触媒被毒を防止する等の観点から、架橋の際、作業環境の厳しい管理が必要になる。

本発明は、このような実状に鑑みてなされたものであり、低温で架橋が可能であり、シール性および接着信頼性の高い燃料電池用接着性シール部材を提供することを課題とする。

本発明の燃料電池用接着性シール部材（以下、適宜「本発明の接着性シール部材」と称す）は、以下の（Ａ）〜（Ｄ）を含むゴム組成物の架橋物からなり、燃料電池の構成部材間を接着シールすることを特徴とする。
（Ａ）エチレン−プロピレンゴム、エチレン−プロピレン−ジエンゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、水素添加アクリロニトリル−ブタジエンゴムから選ばれる一種以上のゴム成分。
（Ｂ）１時間半減期温度が１３０℃以下の有機過酸化物から選ばれる架橋剤。
（Ｃ）架橋助剤。
（Ｄ）アルミネート系カップリング剤のみ、または、アルミネート系カップリング剤と、レゾルシノール系化合物およびメラミン系化合物と、の両方からなる接着成分。

本発明の接着性シール部材では、シリコーンゴムに代えて上記（Ａ）に列挙されたゴムを使用する。これらのゴムは、気体透過性が小さいため、シール性が向上する。ここで、上記（Ａ）に列挙されたゴムの架橋は、通常、１５０℃以上の温度下で行われる。しかしながら、本発明の接着性シール部材では、架橋剤として、１時間半減期温度が１３０℃以下の有機過酸化物を用いる（上記（Ｂ））。ここで「半減期」とは、有機過酸化物の濃度が初期値の半分になるまでの時間である。よって、「半減期温度」は、有機過酸化物の分解温度を示す指標となる。上記「１時間半減期温度」は、半減期が１時間となる温度である。つまり、１時間半減期温度が低いほど、低温で分解しやすい。１時間半減期温度が１３０℃以下の有機過酸化物を用いることにより、架橋をより低温（具体的には１３０℃以下）で、かつ短時間で行うことができる。したがって、例えば、固体高分子型燃料電池の電解質膜の近傍においても、本発明の接着性シール部材を使用することができる。また、上記（Ｂ）の架橋剤によると、架橋の際、シリコーンゴムの架橋に用いる白金触媒は不要である。加えて、不純物、汚れ等により硬化不良をおこしにくい。このため、本発明の接着性シール部材は、作業環境の影響を受けにくく、取扱いが容易である。

また、本発明の接着性シール部材は、接着成分を含む（上記（Ｄ））。したがって、燃料電池の構成部材との接着において、別途接着剤を使用する必要はない。すなわち、接着成分のうちのアルミネート系カップリング剤を介して、ゴム成分（接着性シール部材）と構成部材との間に化学結合が形成される。これにより、ゴム成分と構成部材とが接着される。ここで、アルミネート系カップリング剤を構成する原子の結合エネルギーは大きい。このため、アルミネート系カップリング剤は、例えばシランカップリング剤と比較して、加水分解されにくいと考えられる。したがって、より長期間に亘り、シール性および接着性を維持することが可能となる。

また、接着成分としてレゾルシノール系化合物およびメラミン系化合物を含む場合には、メラミン系化合物がメチレン供与体となり、レゾルシノール系化合物がメチレン授与体となる。架橋時に、メチレン基の供与により、レゾルシノール系化合物と、ゴム成分および構成部材と、の間に化学結合が形成されて、ゴム成分と構成部材とが接着される。

このように、接着成分（Ｄ）の接着力は大きい。また、燃料電池の作動環境においても、接着力は低下しにくい。したがって、本発明の接着性シール部材によると、燃料電池を長期間作動させた場合でも、良好なシール性が確保される。これにより、燃料電池の作動信頼性を向上させることができる。

以下に、本発明の燃料電池用接着性シール部材の実施形態を説明する。なお、本発明の燃料電池用接着性シール部材は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が行い得る変更、改良等を施した種々の形態にて実施することができる。

＜燃料電池用接着性シール部材＞
本発明の接着性シール部材は、上記（Ａ）〜（Ｄ）を含むゴム組成物の架橋物からなる。まず、ゴム成分（Ａ）は、エチレン−プロピレンゴム（ＥＰＭ）、エチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ）、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、水素添加アクリロニトリル−ブタジエンゴム（Ｈ−ＮＢＲ）から選ばれる一種以上である。これらの一種を単独で用いてもよく、二種以上を混合して用いてもよい。

次に、架橋剤（Ｂ）は、１時間半減期温度が１３０℃以下の有機過酸化物から選ばれる。このような有機過酸化物としては、パーオキシケタール、パーオキシエステル、ジアシルパーオキサイド、パーオキシジカーボネート等が挙げられる。なかでも、１３０℃程度の温度で架橋しやすく、架橋剤を加えて混練したゴム組成物の取扱性にも優れるという理由から、１時間半減期温度が１００℃以上のパーオキシケタールおよびパーオキシエステルの少なくとも一種を採用することが望ましい。特に、１時間半減期温度が１１０℃以上のものが好適である。

パーオキシケタールとしては、例えば、ｎ−ブチル４，４−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）バレレート、２，２−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ブタン、２，２−ジ（４，４−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）シクロヘキシル）プロパン、１，１−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）シクロヘキサン、１，１−ジ（ｔ−ヘキシルパーオキシ）シクロヘキサン、１，１−ジ（ｔ−ヘキシルパーオキシ）−３，３，５−トリメチルシクロヘキサン、１，１−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）−２−メチルシクロヘキサン等が挙げられる。また、パーオキシエステルとしては、例えば、ｔ−ブチルパーオキシベンゾエート、ｔ−ブチルパーオキシアセテート、ｔ−ヘキシルパーオキシベンゾエート、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ベンゾイルパーオキシ）ヘキサン、ｔ−ブチルパーオキシ２−エチルヘキシルモノカーボネート、ｔ−ブチルパーオキシラウレート、ｔ−ブチルパーオキシイソプロピルモノカーボネート、ｔ−ブチルパーオキシ−３，５，５−トリメチルヘキサノエート、ｔ−ブチルパーオキシマレイン酸、ｔ−ヘキシルパーオキシイソプロピルモノカーボネート等が挙げられる。これらのうち、架橋剤の保管が容易であるという理由から、１，１−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）シクロヘキサン、ｔ−ブチルパーオキシアセテート、ｔ−ブチルパーオキシイソプロピルモノカーボネートが好適である。なかでも、ｔ−ブチルパーオキシイソプロピルモノカーボネートを用いると、より短時間で架橋を行うことができる。

架橋反応を充分に進行させるため、架橋剤の配合量は、上記ゴム成分（Ａ）の１００重量部に対して１重量部以上とすることが望ましい。また、調製したゴム組成物の保管安定性を考慮して、５重量部以下とすることが望ましい。

次に、架橋助剤（Ｃ）は、上記架橋剤（Ｂ）の種類に応じて適宜選択すればよい。架橋助剤としては、例えば、マレイミド化合物、トリアリルシアヌレート（ＴＡＣ）、トリアリルイソシアヌレート（ＴＡＩＣ）、トリメチロールプロパントリメタクリレート（ＴＭＰＴ）等が挙げられる。なかでも、架橋速度がより速くなるという理由から、マレイミド化合物を用いることが望ましい。この場合、架橋反応を充分に進行させるため、架橋助剤の配合量は、上記ゴム成分（Ａ）の１００重量部に対して０．１重量部以上とすることが望ましい。一方、架橋助剤の配合量が多く架橋速度が速くなり過ぎると、接着力の低下を招くため、架橋助剤の配合量は、３重量部以下とすることが望ましい。

次に、接着成分（Ｄ）は、アルミネート系カップリング剤のみ、または、アルミネート系カップリング剤と、レゾルシノール系化合物およびメラミン系化合物と、の両方からなる。すなわち、接着成分としては、アルミネート系カップリング剤だけでもよく、アルミネート系カップリング剤に、レゾルシノール系化合物およびメラミン系化合物を加えてもよい。アルミネート系カップリング剤と、レゾルシノール系化合物およびメラミン系化合物と、の両方を用いる場合には、接着力がより向上する。

アルミネート系カップリング剤は、加水分解可能なアルコキシ基と、ゴム成分と親和性がある部分と、を有するアルミニウム有機化合物の中から、接着性等を考慮して適宜選択すればよい。例えば、アルミニウムアルキルアセトアセテート・ジイソプロピレート、アルミニウムエチルアセトアセテート・ジイソプロピレート、アルミニウムトリスエチルアセトアセテート、アルミニウムイソプロピレート、アルミニウムジイソプロピレートモノセカンダリーブチレート、アルミニウムセカンダリーブチレート、アルミニウムエチレート、アルミニウムビスエチルアセトアセテート・モノアセチルアセトネート、アルミニウムトリスアセチルアセトネート、アルミニウムモノイソプロポキシモノオレキシエチルアセトアセテート等が挙げられる。これらの一種を単独で用いてもよく、二種以上を混合して用いてもよい。なかでも、アルミニウムアルキルアセトアセテート・ジイソプロピレート、アルミニウムエチルアセトアセテート・ジイソプロピレート、アルミニウムトリスエチルアセトアセテートが好適である。

所望の接着力を得るため、アルミネート系カップリング剤の配合量は、上記ゴム成分（Ａ）の１００重量部に対して、０．５重量部以上とすることが望ましい。２重量部以上とするとより好適である。また、過剰な配合はゴムの物性低下を招き、加工性も低下するおそれがある。このため、アルミネート系カップリング剤の配合量は１０重量部以下とすることが望ましい。６重量部以下とするとより好適である。

レゾルシノール系化合物としては、例えば、レゾルシン、変性レゾルシン・ホルムアルデヒド樹脂、レゾルシン・ホルムアルデヒド（ＲＦ）樹脂等が挙げられる。これらの一種を単独で用いてもよく、二種以上を混合して用いてもよい。なかでも、低揮発性、低吸湿性、ゴムとの相溶性が優れるという点で、変性レゾルシン・ホルムアルデヒド樹脂が好適である。変性レゾルシン・ホルムアルデヒド樹脂としては、例えば、次の一般式（１）〜（３）で表されるものが挙げられる。特に、一般式（１）で表されるものが好適である。

所望の接着力を得るため、レゾルシノール系化合物の配合量は、上記ゴム成分（Ａ）の１００重量部に対して、０．１重量部以上とすることが望ましい。０．５重量部以上とするとより好適である。また、過剰な配合はゴムの物性低下を招くため、レゾルシノール系化合物の配合量は１０重量部以下とすることが望ましい。５重量部以下とするとより好適である。

メラミン系化合物としては、例えば、ホルムアルデヒド・メラミン重合物のメチル化物、ヘキサメチレンテトラミン等が挙げられる。これらの一種を単独で用いてもよく、二種以上を混合して用いてもよい。これらは、架橋の際の加熱下で分解し、ホルムアルデヒドを系に供給する。なかでも、低揮発性、低吸湿性、ゴムとの相溶性が優れるという点で、ホルムアルデヒド・メラミン重合物のメチル化物が好適である。ホルムアルデヒド・メラミン重合物のメチル化物としては、例えば、以下の一般式（４）で表されるものが好適である。特に、一般式（４）中、ｎ＝１の化合物が４３〜４４重量％、ｎ＝２の化合物が２７〜３０重量％、ｎ＝３の化合物が２６〜３０重量％の混合物が好適である。

上記レゾルシノール系化合物とメラミン系化合物との配合比は、重量比で、１：０．５〜１：２の範囲が望ましい。１：０．７７〜１：１．５の範囲がより好適である。レゾルシノール系化合物に対するメラミン系化合物の配合比が０．５未満の場合、ゴムの引張り強さ、伸び等が若干低下する傾向がみられる。反対に、メラミン系化合物の配合比が２を超えると、接着力が飽和する。このため、それ以上の配合は、コストアップにつながる。

接着成分（Ｄ）として、アルミネート系カップリング剤と、レゾルシノール系化合物およびメラミン系化合物と、の両方を使用する場合、その合計配合量を、上記ゴム成分（Ａ）の１００重量部に対して１重量部以上とすることが望ましい。３重量部以上とするとより好適である。反対に、両者の合計配合量を、１０重量部以下とすることが望ましい。７重量部以下とするとより好適である。

本発明の接着性シール部材を構成するゴム組成物は、上記（Ａ）〜（Ｄ）の他、通常ゴム用の添加剤として用いられる各種添加剤を含んでいてもよい。例えば、補強剤としてカーボンブラックを含むことが望ましい。カーボンブラックのグレードは、特に限定されるものではなく、ＳＡＦ級、ＩＳＡＦ級、ＨＡＦ級、ＭＡＦ級、ＦＥＦ級、ＧＰＦ級、ＳＲＦ級、ＦＴ級、ＭＴ級等から適宜選択すればよい。所望の耐久性を得るため、カーボンブラックの配合量は、上記ゴム成分（Ａ）の１００重量部に対して３０重量部以上とすることが望ましい。なお、混練のしやすさ、成形加工性等を考慮して、カーボンブラックの配合量は１５０重量部以下とすることが望ましい。

また、他の添加剤としては、軟化剤、可塑剤、老化防止剤、粘着付与剤、加工助剤等が挙げられる。軟化剤としては、プロセスオイル、潤滑油、パラフィン、流動パラフィン、ワセリン等の石油系軟化剤、ヒマシ油、アマニ油、ナタネ油、ヤシ油等の脂肪油系軟化剤、トール油、サブ、蜜ロウ、カルナバロウ、ラノリン等のワックス類、リノール酸、パルミチン酸、ステアリン酸、ラウリン酸等が挙げられる。軟化剤の配合量は、上記ゴム成分（Ａ）の１００重量部に対して４０重量部程度までとするとよい。また、可塑剤としては、ジオクチルフタレート（ＤＯＰ）等の有機酸誘導体、リン酸トリクレジル等のリン酸誘導体が挙げられる。可塑剤の配合量は、軟化剤と同様、上記ゴム成分（Ａ）の１００重量部に対して４０重量部程度までとするとよい。また、老化防止剤としては、フェノール系、イミダゾール系、ワックス等が挙げられ、上記ゴム成分（Ａ）の１００重量部に対して０．５〜１０重量部程度配合するとよい。

ゴム組成物は、上記（Ａ）〜（Ｄ）および必要に応じて各種添加剤を混合して調製することができる。例えば、架橋剤（Ｂ）、架橋助剤（Ｃ）、接着成分（Ｄ）以外の各材料を予備混合した後、８０〜１４０℃で数分間混練する。混練物を冷却した後、架橋剤（Ｂ）、架橋助剤（Ｃ）、接着成分（Ｄ）を追加して、オープンロール等のロール類を用い、ロール温度４０〜７０℃で５〜３０分間混練して調製することができる。なお、接着成分（Ｄ）は、予備混合の段階で配合しても構わない。

調製されたゴム組成物を、接着シールする構成部材間に配置して架橋する。架橋することにより、ゴム組成物は、本発明の接着性シール部材となる。ここで、架橋温度は１３０℃以下とすることが望ましい。また、架橋時間は２０分以下とすることが望ましい。低温かつ短時間で架橋を行うことにより、例えば、固体高分子型燃料電池の電解質膜の近傍においても、本発明の接着性シール部材を使用することができる。

また、調製されたゴム組成物は、所定の形状に成形しておくことが望ましい。例えば、フィルム状に成形しておくと、フィルム状のゴム組成物を燃料電池の構成部材に貼り付けて架橋することにより、構成部材同士を簡便に接着することができる。また、従来より行われている煩雑な位置合わせが不要になり、連続加工がしやすくなる。さらに、予め構成部材にフィルム状のゴム組成物をラミネートしておけば、接着加工がより容易になる。また、燃料電池のＭＥＡやフレーム等の構成部材と、ゴム組成物の成形体と、を金型に入れて加熱することにより、一体成形することも可能である。

＜燃料電池への適用＞
本発明の接着性シール部材は、燃料電池の構成部材間を接着シールする。適用対象となる燃料電池は、本発明の接着性シール部材の骨格となるゴム成分が使用可能な温度で作動するものであればよい。例えば、固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）（ダイレクトメタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）を含む）が好適である。

接着シールする部位（構成部材間）は、燃料電池の種類、構造等により様々である。すなわち、本発明の接着性シール部材は、気密性、液密性が要求され、従来より接着性シール部材が使用されていたいずれの部位に対しても使用することができる。接着シール部位としては、例えば、ＭＥＡを挟んで対向するセパレータとセパレータとの間、ＭＥＡを支持するフレームとセパレータとの間、隣り合うセルを各々構成するセパレータとセパレータとの間等が挙げられる。また、本発明の接着性シール部材を、燃料電池において接着シールが必要な全ての部位に使用してもよいし、接着シールが必要な部位の一部に使用してもよい。構成部材の材質は、金属や炭素材料等の無機材料、樹脂等の有機材料のいずれであっても構わない。

以下に、本発明の接着性シール部材を使用した固体高分子型燃料電池の一実施形態を示す。図１に、本発明の接着性シール部材を使用した固体高分子型燃料電池の斜視図を示す。図１に示すように、固体高分子型燃料電池１は、セルＣが多数積層されて構成されている。図２に、積層されたセルＣ（三枚分のみ）の斜視図を示す。図３に、単一のセルＣの分解斜視図を示す。図４に、図２のＩＶ−ＩＶ断面図を示す。図２〜図４に示すように、セルＣは、ＭＥＡ２と、セパレータ３と、フレーム４と、を備えている。

ＭＥＡ２は、電解質膜２０と、一対の電極２１ａ、２１ｂと、からなる。電解質膜２０は、矩形薄板状を呈している。一対の電極２１ａ、２１ｂは、矩形薄板状を呈している。一対の電極２１ａ、２１ｂは、電解質膜２０を挟んで両側に配置されている。フレーム４は、金属製であり、矩形枠状を呈している。フレーム４は、電解質膜２０の周縁を保持している。

セパレータ３は、金属製であり、矩形薄板状を呈している。セパレータ３には、長手方向に延在する溝が合計六つ凹設されている。当該溝により、セパレータ３の断面は、凹凸形状を呈している（図４参照）。セパレータ３は、ＭＥＡ２の両側（フレーム４の両側でもある）に、対向して配置されている。ＭＥＡ２とセパレータ３との間には、凹凸形状を利用して、電極２１ａ、２１ｂにガスを供給するためのガス流路３０が区画されている。また、積層方向に隣接するセルＣの、背向するセパレータ３同士の間には、凹凸形状を利用して、冷媒を流すための冷媒流路３１が区画されている。

接着性シール部材５（本発明の接着性シール部材）は、電解質膜２０とフレーム４との間に配置されている。また、フレーム４とセパレータ３との間、および、積層方向に隣接するセルＣの、背向するセパレータ３同士の間には、従来のシリコーンゴム製のシール部材６が配置されている。

固体高分子型燃料電池１の作動時には、燃料ガスおよび酸化剤ガスが、各々ガス流路３０を通じて供給される。ここで、電解質膜２０とフレーム４との間は、接着性シール部材５により接着シールされている。接着性シール部材５の気体透過性は小さいため、ガスの混合や漏れは生じない。また、電解質膜２０の湿潤状態も保持される。加えて、接着性シール部材５の場合、１３０℃程度の低温、かつ短時間で架橋を行うことができる。よって、架橋時に電解質膜２０が劣化するおそれは少ない。また、接着性シール部材５の接着性は、固体高分子型燃料電池１の作動環境においても低下しにくい。このため、作動時において、接着性シール部材５による良好なシール性が確保される。したがって、固体高分子型燃料電池１を長期間に亘り安定して作動させることができる。

なお、本実施形態では、フレーム４とセパレータ３との間、および、積層方向に隣接するセルＣの、背向するセパレータ３同士の間に、従来のシリコーンゴム製のシール部材６を配置した。しかしながら、これらの部位に、本発明の接着性シール部材を適用してもよい。すなわち、電解質膜２０とフレーム４との間に加えて、フレーム４とセパレータ３との間や、積層方向に隣接するセルＣの、背向するセパレータ３同士の間に、接着性シール部材５を配置してもよい。こうすると、シール部位の気体透過性が小さくなり、シール性がより向上する。また、架橋時に、作業環境の影響を受けにくいため、硬化不良等の発生が少なくなる。また、接着性シール部材５とセパレータ３等の構成部材とを接着するために、別途接着剤を使用する必要はない。

以下、実施例により本発明をより詳細に説明する。

（１）ゴム組成物の調製
下記表１に示す原料を配合して実施例および比較例の各々のゴム組成物を調製した。表１中、各原料については以下のものを使用した。なお、比較例１のシール部材は、従来のシリコーンゴム（モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社製「ＴＳＥ３７７７」）である。
（Ａ）ゴム成分
ＥＰＤＭ：ＪＳＲ（株）製「ＪＳＲ ＥＰ２７」、ＥＰＭ：ＪＳＲ（株）製「ＥＰ１１」、ＮＢＲ：日本ゼオン（株）製「ニポール（登録商標）ＤＮ１０１」。
（Ｂ）架橋剤
パーオキシケタール：日油（株）製「パーヘキサ（登録商標）Ｃ４０」（１，１−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）シクロヘキサン、１時間半減期温度＝１１１℃）。なお、架橋剤の配合量は、希釈された状態における値ではなく、有機過酸化物を１００％とした時の値である。
（Ｃ）架橋助剤
マレイミド化合物：大内新興化学工業（株）製「バルノック（登録商標）ＰＭ」。
（Ｄ）接着成分
レゾルシノール系化合物：田岡化学工業（株）製「タッキロール（登録商標）６２０」、メラミン系化合物：住友化学工業（株）製「スミカノール（登録商標）５０７Ａ」、アルミネート系カップリング剤（イ）：川研ファインケミカル（株）製「アルミキレートＭ」（アルミニウムアルキルアセトアセテート・ジイソプロピレート）、アルミネート系カップリング剤（ロ）：同社製「ＡＬＣＨ」（アルミニウムエチルアセトアセテート・ジイソプロピレート）、アルミネート系カップリング剤（ハ）：同社製「ＡＬＣＨ−ＴＲ」（アルミニウムトリスエチルアセトアセテート）。
（Ｅ）他の添加剤
カーボンブラック（ＨＡＦ級）：キャボットジャパン（株）製「ショウブラック（登録商標）ＩＰ２００」、パラフィン系プロセスオイル：出光興産（株）製「ダイアナ（登録商標）プロセスオイルＰＷ３８０」。

まず、表１中、ゴム成分（Ａ）と、カーボンブラックと、パラフィン系プロセスオイルと、をバンバリーミキサーを用いて１２０℃で５分間混練した。混練物を冷却した後、架橋剤（Ｂ）と架橋助剤（Ｃ）と接着成分（Ｄ）とを適宜追加して、オープンロールを用いて５０℃で１０分間混練し、ゴム組成物を得た。得られたゴム組成物を、プレスにより所定の厚さの平板状に成形した。

（２）シール部材の製造、および機械的強度の評価
実施例１〜５および比較例１のゴム組成物を、１３０℃で２０分間保持することにより架橋して、シール部材とした。実施例１〜５のシール部材は、本発明の接着性シール部材に含まれる（以下同じ）。なお、比較例１のシリコーンゴムの場合、白金化合物からなる触媒を使用して、１３０℃で架橋した。

実施例１〜５および比較例１の各シール部材について、引張り強さ（切断時引張応力：Ｔ_ｓｂ）と伸び率（切断時伸び：Ｅ_ｂ）とを測定した。引張り強さおよび伸び率の測定は、ＪＩＳ Ｋ６２５１（２００４）に準拠して行った。試験片の形状および寸法は、ダンベル状５号形とした。結果を上記表１にまとめて示す。なお、表１には、比較例１のシリコーンゴムの引張り強さを基準（１００）とした時の、各シール部材の引張り強さの比を強度指数として示す。

表１に示すように、実施例１〜５のシール部材の引張り強さは、比較例１のシリコーンゴムの引張り強さと同等、若しくはそれ以上となった。また、実施例１〜５のシール部材の伸び率は、比較例１のシリコーンゴムの伸び率よりも大きくなった。この結果から、本発明の接着性シール部材は、従来のシリコーンゴムよりも柔軟で、機械的強度が大きいことがわかる。

（３）シール部材の製造、および接着性の評価
ＪＩＳ Ｋ６２５６−２（２００６）に準拠した９０°剥離試験を行い、実施例１〜５および比較例１の各シール部材の接着性を評価した。まず、幅２５ｍｍ、長さ６０ｍｍ、厚さ５ｍｍの平板状のゴム組成物を、幅２５ｍｍ、長さ６０ｍｍ、厚さ２ｍｍのステンレス板の表面に配置した。続いて、ゴム組成物側から押圧しながら１３０℃で２０分間保持して架橋、接着させることより、試験片を作製した。なお、比較例１のシリコーンゴムの場合、白金化合物からなる触媒を使用して、１３０℃で架橋した。また、ステンレス板への接着は、接着剤を塗布して行った。次に、作製した試験片を所定の試験ジグに取り付けて、９０°剥離試験を行った。また、各シール部材の接着信頼性を評価するために、各試験片について耐環境試験を行った後、上記同様にして９０°剥離試験を行った。耐環境試験は、各試験片を９０℃の温水に１００時間浸漬して行った。そして、比較例１のシリコーンゴムの初期の剥離強さを基準（１００）とした時の、各シール部材の剥離強さの比を算出した。上記表１に、９０°剥離試験における、各試験片の剥離強さの強度指数をまとめて示す。

表１に示すように、実施例１〜５のシール部材では、いずれも、比較例１のシリコーンゴムと比較して、剥離強さが非常に大きくなった。このように、実施例１〜５のシール部材では、１３０℃という低温下での架橋でも、充分に架橋反応が進行し、大きな接着力が発現された。特に、比較例１のシール部材では、初期に比べて耐環境試験後の剥離強さが小さくなっているのに対し、実施例１〜５のシール部材の剥離強さは、耐環境試験後においてもほとんど変わらなかった。この結果から、実施例１〜５のシール部材は、温水や蒸気と接触するような燃料電池の作動環境で長期間使用しても、接着力が低下しにくいことがわかる。つまり、本発明の接着性シール部材は、接着信頼性が高いことが確認された。

（４）固体高分子型燃料電池への適用
上記実施例１〜５のゴム組成物を用いて、固体高分子型燃料電池を作製した。すなわち、まず、実施例１〜５のゴム組成物を、前出図４に示したように、電解質膜２０とフレーム４との間に配置した。次いで、１３０℃で２０分間保持して架橋し、接着させた。つまり、電解質膜２０とフレーム４との間を、実施例１〜５のシール部材で接着シールした。その後、固体高分子型燃料電池を２４時間作動させ、各シール部材のシール性を確認した。その結果、いずれもガスの混合や漏れは生じず、良好な接着性が確保されていることが確認された。

本発明の接着性シール部材を使用した固体高分子型燃料電池の斜視図である。 積層されたセルの斜視図である。 単一のセルの分解斜視図である。 図２のＩＶ−ＩＶ断面図である。

符号の説明

１：固体高分子型燃料電池
２：ＭＥＡ ２０：電解質膜 ２１ａ、２１ｂ：電極
３：セパレータ ３０：ガス流路 ３１：冷媒流路
４：フレーム ５：接着性シール部材 ６：シール部材
Ｃ：セル

Claims (7)

1. 以下の（Ａ）〜（Ｄ）を含むゴム組成物の架橋物からなり、燃料電池の構成部材間を接着シールする燃料電池用接着性シール部材。
   （Ａ）エチレン−プロピレンゴム、エチレン−プロピレン−ジエンゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、水素添加アクリロニトリル−ブタジエンゴムから選ばれる一種以上のゴム成分。
   （Ｂ）１時間半減期温度が１３０℃以下の有機過酸化物から選ばれる架橋剤。
   （Ｃ）架橋助剤。
   （Ｄ）アルミネート系カップリング剤のみ、または、アルミネート系カップリング剤と、レゾルシノール系化合物およびメラミン系化合物と、の両方からなる接着成分。
2. 前記（Ｂ）の有機過酸化物は、パーオキシケタールおよびパーオキシエステルを含む請求項１に記載の燃料電池用接着性シール部材。
3. 前記（Ｂ）の架橋剤の配合量は、前記（Ａ）のゴム成分１００重量部に対して１重量部以上５重量部以下である請求項１または請求項２に記載の燃料電池用接着性シール部材。
4. 前記（Ｃ）の架橋助剤は、マレイミド化合物を含み、
   該架橋助剤の配合量は、前記（Ａ）のゴム成分１００重量部に対して０．１重量部以上３重量部以下である請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の燃料電池用接着性シール部材。
5. 前記（Ｄ）の接着成分は、アルミネート系カップリング剤と、レゾルシノール系化合物およびメラミン系化合物と、の両方からなる請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の燃料電池用接着性シール部材。
6. 前記アルミネート系カップリング剤と、前記レゾルシノール系化合物および前記メラミン系化合物と、の合計配合量は、前記（Ａ）のゴム成分１００重量部に対して１重量部以上１０重量部以下である請求項５に記載の燃料電池用接着性シール部材。
7. さらに、補強剤としてカーボンブラックを含む請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の燃料電池用接着性シール部材。

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