专利名称：燃料电池构件用树脂组合物的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种燃料电池构件用的树脂组合物。
背景技术：
以前，在燃料电池、以往的二次电池体系中所采用的材料中，为了维持冷却效率，或者防止配管的堵塞或腐蚀，作为金属材料，离子溶出最低的SUS316一直在被使用。然而，从成形加工性、赋形性的自由度较高的角度出发，希望能够树脂化，正在研究如何使用聚丙烯、聚偏氟乙烯树脂材料。
例如，在汽车用的燃料电池的情况中，针对热交换器或冷却液的循环配管的材料，相应地使用离子溶出极少的材料(例如SUS316等)，但这样一来，热交换器的形状或制造方法等受到了制约，引起热交换器的大型化或重量增大、成本上升等问题。当使用金属材料时，有时会从它们自身中金属离子会慢慢地溶出，从表面有一点损伤开始，腐蚀会逐渐加剧。另外，也有在热交换器的内部进行涂布以降低离子溶出等的处理方法，但有时也会有因涂层劣化使得离子溶出的情况(例如，参照特开2001-035519号公报、特开2003-123804号公报)。
因此，希望开发出作为代替上述材料的树脂材料。但是树脂材料在使用单体的情况中，可以例举出制品发生弯曲或变形、由于使用环境而使得耐热性、刚性不足的问题。为了弥补这些问题，正在尝试配合使用滑石粉、云母、玻璃纤维、碳酸钙等的充填材料。
可是，由于这些充填材料是将矿物进行微粉碎的无机粉末，金属溶出较容易。例如，在滑石粉的情况中，它的主要成分是二氧化硅、氧化镁，另外还含有氧化铝、氧化铁、氧化钙等，作为可溶出的阳离子，可以检测出硅离子、镁离子、铝离子、铁离子、钙离子等。另外，作为其它的杂质阳离子，可以检测出钠离子、钾离子、锌离子，作为阴离子，可以检测出氯化物离子、氢氧化物离子等。因此，配合了充填剂的复合组合物中，金属离子的溶出增大，经过长时间后物性的稳定性也劣化，因此有不能使用的问题。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种溶出离子量较少的燃料电池构件用的树脂组合物。
本发明者着眼于成形加工性优良的聚丙烯、与补强效果高价格便宜的充填材料滑石粉的组合，仔细研究的结果发现，通过采用具有特定性状的滑石粉(白色度、粒径、比表面积)和调整滑石粉的配比量，可以得到一种能抑制金属离子溶出、长期物性也稳定的材料。
根据本发明，可以提供下述的燃料电池构件用的树脂组合物。
1.含有60～85重量％的下述聚丙烯和，40～15重量％的下述滑石粉的燃料电池构件用树脂组合物，(1)均聚丙烯、嵌段聚丙烯、或均聚丙烯和嵌段聚丙烯的混合物、熔体流动率(melt flow rate)为2～40克/10分钟的聚丙烯，(2)白色度为96％以上、平均粒子直径为4～10μm的滑石粉。
2.根据1中所述的燃料电池构件用的树脂组合物，其中，所述滑石粉的比表面积为7～45m2/g。
3.根据1或2中所述的燃料电池构件用的树脂组合物，其中，当所述聚丙烯和所述滑石粉的总和为100重量份时，含有0.01～1重量份的碳黑。
4.根据1～3中任一项所述的燃料电池构件用的树脂组合物，其导电率为2μS/cm以下。
5.根据1～4中任一项所述的燃料电池构件用的树脂组合物，其中，所述燃料电池构件是燃料电池冷却回路部件、燃料电池离子交换部件或燃料电池离子交换盒(cartridge)。
根据本发明，可以提供溶出离子量较少的燃料电池构件用的树脂组合物。
图1是实施例和比较例中用以测定导电率的装置的示意图。
具体实施例方式
以下，对本发明进行说明。
作为本发明的树脂组合物中使用的聚丙烯，可以例举出均聚丙烯、嵌段聚丙烯、或均聚丙烯和嵌段聚丙烯的混合物。
作为嵌段聚丙烯的共聚用单体(comonomer)的例子，可以举出乙烯、1-丁烯，尤其优选乙烯。
此聚丙烯的熔体流动率(MFR)为2～40克/10分钟，优选为6～30克/10分钟，更优选为6～15克/10分钟。MFR是在树脂温度为230℃、负荷为21.18N(2.16kgf)的条件下，以JIS K 7210-1999为基准进行测定的。若MFR未满2克/10分钟，则成形性变差，若超过40克/10分钟，则有可能强度低劣。
为了使MFR在上述范围之内，例如通过调节聚丙烯聚合时的氢气浓度等，来调整分子量、用过氧化物分解即可。
本发明的树脂组合物中使用的滑石粉，白色度为96％及以上。白色度是以JIS P 8123为基准进行测定的。白色度优选为97％以上，更优选为98％以上。
若白色度未满96％，则溶出的离子量增多，不能作为燃料电池构件用组合物使用，另外，有可能长期物性的稳定性降低。
为了使白色度在上述范围之内，例如有选定产地、通过粉碎、洗净来除去不纯物、表面处理等方法。
滑石粉的平均粒子直径为4～10μm，优选为4.5～8μm，更优选为5～8μm。平均粒子直径可以用激光解析法进行测定。
平均粒子直径若超出10μm，则金属离子的溶出增大，若未满4μm，由于粒子直径细小，向聚丙烯的分散会恶化，制造时作为粉尘飞舞，操作性有可能变差。
为了使平均粒子直径在上述范围之内，例如有通过粉碎、高速搅拌进行微粉化、为了特定粒子直径的分取而进行分级处理等方法。
滑石粉的比表面积为7～45m2/g，优选为7～40m2/g，更优选为30～40m2/g。比表面积可以用BET法测定。
比表面积若未满7m2/g，则金属离子的溶出增大，若超过45m2/g，则向聚丙烯的分散会恶化，制造时作为粉尘飞舞，操作性有可能变差。
为了使比表面积在上述范围之内，例如有通过高速搅拌进行微粉化、为了防止再凝集而使用处理剂等方法。
本发明的树脂组合物中，聚丙烯和滑石粉的组成比是，聚丙烯∶滑石粉＝60～85重量％∶40～15重量％，优选为68～78重量％∶32～22重量％，更优选为70～80重量％∶30～25重量％。
滑石粉量若未满15重量％，则有可能在成形时发生气孔或翘曲、刚性低劣。若超出40重量％，则溶出的离子量增多，有可能不能用作燃料电池构件用的组合物。
本发明的树脂组合物，为了着上黑色，可以含有碳黑。当聚丙烯和滑石粉的总和为100重量份时，优选添加0.01～1重量份的碳黑。
本发明的树脂组合物中，在不损失其特性的范围内，可以含有其他的添加剂。根据必需，也可以添加各种添加剂，如分散剂、润滑剂(硬脂酸镁等)、增塑剂、阻燃剂、抗氧化剂(酚类抗氧化剂、磷类抗氧化剂、硫磺类抗氧化剂)、防静电剂、光稳定剂、紫外线吸收剂、结晶促进剂(造核剂)、发泡剂、交联剂、抗菌剂等的改性用添加剂，颜料、染料等的着色剂(氧化钛、印度红、重氮颜料、蒽醌颜料、酞花青)，碳酸钙、云母、粘土等的粒子状填充剂，硅灰石等的短纤维状填充剂、钛酸钾等的须晶等的添加剂。这些添加剂，可以在制造时添加，也可以在母料化(M/B)制造时添加。
本发明的树脂组合物中，可以将上述的组分直接投入挤压机进行制造，也可以将所有的组分用混和辊、班伯里混炼机、捏合机等进行混炼分散后，投入挤出机中进行制造。也可以用转鼓式混合机、亨舍尔混合机、螺带式混合机进行干混。另外，也可以预先制作上述成分的母粒(M/B)，再将其用所述方法进行混和来制造。M/B化的方法是优选的。
本发明的树脂组合物中，由于溶出的离子量较少，可以适合用作燃料电池的构件。
本发明的树脂组合物的导电率，优选为2μS/cm及以下，更优选为2～0.5μS/cm。导电率是用超纯水进行测定的。
导电率若在2μS/cm及以下，溶出的离子量较少，可以更加适合用作燃料电池构件用的组合物。
本发明的树脂组合物进行成形时，可以适用注塑成形法、挤压成形法、中空成形法、压缩成形法、注塑压缩成形法、气体注入注塑成形或发泡注塑成形等的公知成形法，没有任何限制。尤其优选注塑成形法、压缩成形法和注塑压缩成形法。
作为由本发明的树脂组合物制造的燃料电池构件的例子，包括汽车用、家庭用的燃料电池部件和其周边部件的、例如燃料电池的冷却回路部件、燃料电池离子交换部件和燃料电池离子交换盒等。
实施例实施例1将下述组分进行混和，通过注塑成形，制作成形品。
(a)聚丙烯(PP)(J-784HV，出光石油化学(股份)制，嵌段PP，MFR＝12克/10分钟)75重量％(b)滑石粉(TP-A25，富士滑石粉工业制，白色度98％，平均粒子直径4.96μm，比表面积40m2/g，45μm筛分后的剩余成分0.002％)25重量％(c)抗氧化剂(アデカスタブA0-20，旭电化工业(股份)制)0.2重量份抗氧化剂(ヨシトミDMTP，吉富精细化学(股份)制)0.2重量份(d)硬脂酸镁(エフコケMGS-1，旭电化工业(股份)制)0.2重量份(e)碳黑M/B(キヤボツト公司制的バルカン9的50重量％聚丙烯M/B)0.5重量份(c)～(e)是嵌段PP和滑石粉的总和为100重量份时的重量份。
通过下述方法测定此成形品的物性。结果示于表1。
(1)导电率的测定用图1中所示的装置，通过以下顺序进行测定。
1.实施例和比较例中各自准备7张(一套)样品1(64mm×12.7mm×3.2mm)。
2.准备500mL的PFA制(含氟树脂制)容器2。
3.将容器2用纯水使纯水溢出的方式洗净。
4.将容器2用纯水振荡洗净。
5.将容器2用超纯水振荡洗净。
6.将容器2干燥。
7.将容器2用超纯水振荡洗净。
8.将样品1用超纯水利用杯子洗净。
9.将样品1移入容器2。
10.将容器2和样品1用超纯水一起清洗。
11.将超纯水3加入至UP水平线。
12.在80℃下搅拌24小时。
13.经过10小时后，将容器2从恒温槽中取出，冷却至室温。
14.对导电率计4进行确认。
在将实施例和比较例各自的成套样品进行替换时，也要测定没有样品放入时的空白值。
(2)弯曲强度以ASTM D790为基准测定(温度23℃)。
样品片127mm×12.7mm×3.2mm(3)弯曲弹性模量以ASTM D790为基准测定(温度23℃)。
样品片127mm×12.7mm×3.2mm(4)Izod冲击强度以ASTM D256为基准测定(温度23℃)。
样品片64mm×12.7mm×3.2mm，有缺口
(5)耐热老化性测定150℃下1200小时后的拉伸保持率。拉伸强度以ASTM D638为基准进行测定。
样品片ASTM型I，哑铃厚度3.2mm
表1
实施例2除了将实施例1中的聚丙烯的75重量％变为70重量％、滑石粉的25重量％变为30重量％、碳黑M/B的0.5重量份变为0以外，与实施例1以相同的方式进行。
实施例3除了将实施例1中的滑石粉(TP-A25，富士滑石粉工业制，白色度98％，平均粒子直径4.96μm，比表面积40m2/g，45μm筛分后的剩余成分0.002％)变为滑石粉(LMK-100，富士滑石粉工业制，白色度97％，平均粒子直径5.83μm，比表面积30m2/g，45μm筛分后的剩余成分0.003％)以外，与实施例1以相同的方式进行。
比较例1除了将实施例1中的聚丙烯的75重量％变为90重量％、滑石粉的25重量％变为10重量％以外，与实施例1以相同的方式进行。
比较例2除了将实施例1中的聚丙烯的75重量％变为55重量％、滑石粉的25重量％变为45重量％以外，与实施例1以相同的方式进行。
比较例3除了将实施例1中的滑石粉(TP-A25，富士滑石粉工业制，白色度98％，平均粒子直径4.96μm，比表面积40m2/g，45μm筛分后的剩余成分0.002％)变为滑石粉(B-8，浅田制粉(股份)制，白色度91％，平均粒子直径20.6μm，比表面积6m2/g，45μm筛分后的剩余成分0.24％)以外，与实施例1以相同的方式进行。
如表1所示，实施例的树脂组合物的导电率在2.0μS/cm以下。另外，通过长期耐热试验的拉伸强度的保持率在90％以上，长时间之后物性可以维持。
产业上的利用可能性本发明的燃料电池构件用树脂组合物，可以用于燃料电池的构件中。
权利要求
1.一种燃料电池构件用的树脂组合物，所述树脂组合物中含有60～85重量％的下述聚丙烯和，40～15重量％的下述滑石粉，(1)均聚丙烯、嵌段聚丙烯、或均聚丙烯和嵌段聚丙烯的混合物、熔体流动率为2～40克/10分钟的聚丙烯，(2)白色度为96％以上、平均粒子直径为4～10μm的滑石粉。
2.根据权利要求1中所述的燃料电池构件用的树脂组合物，其中，所述滑石粉的比表面积为7～45m2/g。
3.根据权利要求1中所述的燃料电池构件用的树脂组合物，其中，当所述聚丙烯和所述滑石粉的总和为100重量份时，含有0.01～1重量份的碳黑。
4.根据权利要求1中所述的燃料电池构件用的树脂组合物，其导电率为2μS/cm以下。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的燃料电池构件用的树脂组合物，其中，所述燃料电池构件是燃料电池冷却回路部件、燃料电池离子交换部件或燃料电池离子交换盒。
全文摘要
本发明提供一种溶出离子量较少的燃料电池构件用的树脂组合物。所述燃料电池构件用的树脂组合物含有60～85重量％的下述聚丙烯和40～15重量％的滑石粉，(1)均聚丙烯、嵌段聚丙烯、或均聚丙烯和嵌段聚丙烯的混合物、熔体流动率为2～40克/10分钟的聚丙烯，(2)白色度为96％及以上、平均粒子直径为4～10μm的滑石粉。
文档编号H01M8/10GK1836003SQ20048002360
公开日2006年9月20日 申请日期2004年8月18日 优先权日2003年8月19日
发明者奈良俊英, 土屋行宏, 市川秀哲, 村松广行, 渥美丰 申请人:出光兴产株式会社, 东洋沪机制造株式会社