(57)【要約】【課題】一つの分析方法で、汚染物質の種類を親水系、中性、撥水系で識別すること。【解決手段】燃料電池セパレータの汚染物質識別方法は、測定物質に試薬を加えた後に、測光し、測光した光の波長の変化に基づいて、燃料電池セパレータの表面に付着した汚染物質が撥水系汚染物質、親水系汚染物質または中性系汚染物質のいずれであるかを識別する燃料電池セパレータの汚染物質識別方法であって、前記試薬が、アニリノナフタレン誘導体、チオフェン誘導体、ジフェニルオキサゾール誘導体、ニトロベンゾオキサジアゾール誘導体、ピレン誘導体、多環芳香族誘導体のいずれかを含む蛍光試薬、ニトロアニリン類、アゾ色素、ベタイン類スピロピラン系色素、メロシアニン類、ジフェニルポリエン類のいずれかを含む比色試薬、または、ジオキセタン誘導体、フタルヒドラジド誘導体のいずれかを含む化学発光試薬、のいずれかを含む。【選択図】図１
2020009608.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定物質に試薬を加えた後に、測光し、
測光した光の波長の変化に基づいて、燃料電池セパレータの表面に付着した汚染物質が撥水系汚染物質、親水系汚染物質または中性系汚染物質のいずれであるかを識別する燃料電池セパレータの汚染物質識別方法であって、
前記試薬が、
アニリノナフタレン誘導体、チオフェン誘導体、ジフェニルオキサゾール誘導体、ニトロベンゾオキサジアゾール誘導体、ピレン誘導体、多環芳香族誘導体のいずれかを含む蛍光試薬、
ニトロアニリン類、アゾ色素、ベタイン類スピロピラン系色素、メロシアニン類、ジフェニルポリエン類のいずれかを含む比色試薬、または、
ジオキセタン誘導体、フタルヒドラジド誘導体のいずれかを含む化学発光試薬、のいずれかを含む燃料電池セパレータの汚染物質識別方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池セパレータの汚染物質識別方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池のセル化行程では、熱可塑性樹脂による接着が行われている。接着剤には、熱可塑性樹脂が用いられており、加熱プレスで接着剤を溶融させ、冷却プレスで接着剤を固化させることにより、接着力を発現させている。接着強度は、セパレータの表面上の汚染物質に敏感であり、汚染物質は、接着強度低下の大きな要因である。汚染物質は、親水系、中性、撥水系に大別できる。
【０００３】
撥水系の汚染物質を検出する方法としては、測定対象の接触角度を測定する方法がある。接触角度を測定する方法は、汚染物質による接触角の変化が少ないものでは汚染物質を検出することが困難である。例えば、親水系汚染物質および中性系汚染物質は、接触角の変化が少ないので、これらの汚染物質を接触角度を測定する方法で検出することは困難である。
【０００４】
また、特許文献１には、蛍光強度比と検量線から検出対象物の表面に付着した油の有無を検出する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１７−６２１８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の方法は、汚染物質である油の有無を検出することはできるが、汚染物質である油の種類を識別することができなかった。
【０００７】
したがって、油の種類を識別するためには、油の種類別に異なる分析方法を用いる必要があり、一つの分析方法で汚染物質の種類を親水系、中性、撥水系で識別する方法がないという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一実施形態の燃料電池セパレータの汚染物質識別方法は、測定物質に試薬を加えた後に、測光し、測光した光の波長の変化に基づいて、燃料電池セパレータの表面に付着した汚染物質が撥水系汚染物質、親水系汚染物質または中性系汚染物質のいずれであるかを識別する燃料電池セパレータの汚染物質識別方法であって、
前記試薬が、
アニリノナフタレン誘導体、チオフェン誘導体、ジフェニルオキサゾール誘導体、ニトロベンゾオキサジアゾール誘導体、ピレン誘導体、多環芳香族誘導体のいずれかを含む蛍光試薬、
ニトロアニリン類、アゾ色素、ベタイン類スピロピラン系色素、メロシアニン類、ジフェニルポリエン類のいずれかを含む比色試薬、または、
ジオキセタン誘導体、フタルヒドラジド誘導体のいずれかを含む化学発光試薬、のいずれかを含むようにした。
【０００９】
一実施形態の燃料電池セパレータの汚染物質識別方法によれば、燃料電池セパレータの表面に付着した汚染物質と蛍光試薬との相互作用による蛍光波長のシフトにより汚染物質の種類を識別することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の燃料電池セパレータの汚染物質識別方法は、一つの分析方法で、汚染物質の種類を親水系、中性、撥水系で識別することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例１の測定結果を示すスペクトル図である。
【図２】燃料電池のセル化における各工程を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（実施の形態１）
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
測定対象である燃料電池セパレータは、燃料電池を構成するパーツである。この燃料電池のセル内部では、発電中に水（液体）が生成される。一般的に極性の汚れは水を引き寄せるため、初期の接着強度不良の原因となる。また非極性の汚れは、水は引き寄せないが、接着阻害物質であるため、耐久時の接着力低下の原因となる。
【００１３】
これらの接着不良の原因を特定するためには、汚染物質の種類の識別が必要になる。すなわち、汚染物質の種類が撥水系汚染物質、親水系汚染物質、中性系汚染物質のいずれであるか識別することが必要になる。
【００１４】
実施の形態１では、燃料電池セパレータの汚染物質の種類が撥水系汚染物質、親水系汚染物質、中性系汚染物質のいずれであるか識別する方法について説明する。
実施の形態１の燃料電池セパレータの汚染物質識別方法では、測定物質に試薬を加えた後に、測光し、測光した光の波長の変化に基づいて、燃料電池セパレータの表面に付着した汚染物質が撥水系汚染物質、親水系汚染物質または中性系汚染物質のいずれであるかを識別する。
【００１５】
この試薬は、色素（発光・色調変化する部位）と、電子吸引部位（NO2基など）または電子供与部位（NH2基など）を有する試薬である。この試薬の電子吸引部位または電子供与部位が汚染物質と相互作用することにより、試薬の局所環境が変化し、物質本来の波長と異なる波長の光を発する。
【００１６】
すなわち、この試薬は、汚染物質の種類（撥水系汚染物質、親水系汚染物質または中性系汚染物質）の違いにより、相互作用の度合いが異なる。実施の形態１では、この相互作用に起因する発光波長の変化を測定することにより、汚染物質の種類を識別する。
【００１７】
具体的には、この試薬は、アニリノナフタレン誘導体、チオフェン誘導体、ジフェニルオキサゾール誘導体、ニトロベンゾオキサジアゾール誘導体、ピレン誘導体、多環芳香族誘導体のいずれかを含む蛍光試薬、ニトロアニリン類、アゾ色素、ベタイン類スピロピラン系色素、メロシアニン類、ジフェニルポリエン類のいずれかを含む比色試薬、または、ジオキセタン誘導体、フタルヒドラジド誘導体のいずれかを含む化学発光試薬、のいずれかを含む。
【００１８】
アニリノナフタレン誘導体を含む蛍光物質の具体例としては、下記の化学式（１）で示される2,6-ANS（2-ANILINONAPHTHALENE-6-SULFONIC ACID）、下記の化学式（２）で示されるPRODAN(2-(Dimethylamino)-6-propionylnaphthalene)、下記の化学式（３）で示されるDansyl EDA(5-dimethylaminonaphthalene-l-[N-(2-aminoethyl)]sulfonamide)が挙げられる。
【化１】
2020009608.tif 000003
【化２】
2020009608.tif 000004
【化３】
2020009608.tif 000005
【００１９】
チオフェン誘導体を含む蛍光物質の具体例としては、下記の化学式（４）で示されるPolaric（登録商標）-500c6Fが挙げられる。
【化４】
2020009608.tif 000006
【００２０】
ジフェニルオキサゾール誘導体を含む蛍光物質の具体例としては、下記の化学式（５）で示されるDapoxyl SEDA(Daproxyl sulfonyl ethylenediamine)が挙げられる。
【化５】
2020009608.tif 000007
【００２１】
ニトロベンゾオキサジアゾール誘導体を含む蛍光物質の具体例としては、下記の化学式（６）で示される6-(7-Nitrobenzofurazan-4-ylamino)-hexanoic acidが挙げられる。
【化６】
2020009608.tif 000008
【００２２】
ピレン誘導体等の多環芳香族誘導体を含む蛍光物質の具体例としては、下記の化学式（７）で示される1,3-Bis(pyrene-1-ylcarbonyl)benzeneが挙げられる。
【化７】
2020009608.tif 000009
【００２３】
また、ニトロアニリン類を含む比色試薬の具体例としては、下記の化学式（８）で示されるN,N-Diethyl-4-nitroanilineが挙げられる。
【化８】
2020009608.tif 000010
【００２４】
アゾ色素を含む比色試薬の具体例としては、下記の化学式（９）で示されるN-methyl-4-pyridone 1,4-benzoquinone azineが挙げられる。
【化９】
2020009608.tif 000011
【００２５】
ベタイン類を含む比色試薬の具体例としては、下記の化学式（１０）で示される2,6-Diphenyl-4-(2,4,6-triphenyl-1-pyridinio)phenolateが挙げられる。
【化１０】
2020009608.tif 000012
【００２６】
スピロピラン系色素を含む比色試薬の具体例としては、下記の化学式（１１）で示される1',3',3'-trimethylindolino-6-nitrobenzospiropyranが挙げられる。
【化１１】
2020009608.tif 000013
【００２７】
メロシアニン類を含む比色試薬の具体例としては、下記の化学式（１２）で示される1,3-Diethyl-5-[5-(2,3,6,7-tetrahydro-1H,5H-benzo[ij]-quinolizin-9-yl)-1,3-neopentylene-2,4-pentadienylidene]-2-thiobarbituric Acidが挙げられる。
【化１２】
2020009608.tif 000014
【００２８】
ジフェニルポリエン類を含む比色試薬の具体例としては、下記の化学式（１３）で示される4-Dimethylamino-2'-methyl-4'-nitrostilbeneが挙げられる。
【化１３】
2020009608.tif 000015
【００２９】
また、ジオキセタン誘導体を含む化学発光試薬の具体例としては、下記の化学式（１４）で示される{disodium 3-(2'-spiroadamantane)-4-methoxy-4-(3''-phosphoryloxy)phenyl-1,2-dioxentane}が挙げられる。
【化１４】
2020009608.tif 000016
【００３０】
フタルヒドラジド誘導体を含む化学発光試薬の具体例としては、下記の化学式（１５）で示される6-(5-(4-(dihexylamino)phenyl)thiophene-2-yl)2,3-dihydrophthalazine-1,4-dioneが挙げられる。
【化１５】
2020009608.tif 000017
【００３１】
汚染物質の例としては、下記の化学式（１６）で示されるPDMS(Polydimethylpolysiloxane)、下記の化学式（１７）で示されるSDBS(Sodium-2-dodecylbenzenesulfonate)、下記の化学式（１８）で示されるTritonX-100（登録商標）(Polyoxyethylene(10) octylphenyl ether)、下記の化学式（１９）で示されるDDAO(n-dodecyl-N,N-dimethylamine-N-oxide)、下記の化学式（２０）で示されるtween20(Polyoxyethylene Sorbitan Monolaurate)が例示できる。
【化１６】
2020009608.tif 000018
【化１７】
2020009608.tif 000019
【化１８】
2020009608.tif 000020
【化１９】
2020009608.tif 000021
【化２０】
2020009608.tif 000022
【００３２】
撥水系汚染物質としては、PDMSがある。また、親水系汚染物質としては、SDBS、TritonX-100、DDAOがある。そして、中性系汚染物質としては、tween20がある。
【００３３】
（実施例１）
次に、汚染物質を識別した実施例について説明する。
まず、Ａｌ基材上に０．１％汚染物質溶液を５０μｌ滴下、その後、溶液を乾燥させた。
モデル汚染物質は、以下の５種類を用いた。
（１）tween20
（２）Sodium-2-dodecylbenzenesulfonate（SDBS）
（３）n-dodecyl-N,N-dimethylamine-N-Oxide（DDAO）
（４）TritonX-100
（５）Polydimethylsiloxane（PDMS）
【００３４】
次に、２μＭ蛍光プローブ（POLARIC（登録商標）-500c6F（五稜化薬製））溶液を５０μｌ滴下し、その後、溶液を乾燥させた。
そして、ラマン分光装置（励起波長５３２ｎｍ）を用いて、測定対象物の蛍光波長を測定した。具体的には、複数回蛍光波長を測定を行い、スペクトルの平均を算出した。
【００３５】
図１は、実施例１の測定結果を示すスペクトル図である。図１において、横軸は波長を示し、縦軸は蛍光強度を示す。図１において、汚染物質がない状態では、５８０ｎｍ（１５５４ｃｍ−１）にピークを有するスペクトルが得られた。
そして、測定対象に撥水系汚染物質としてPDMSを加えた例では、５８５ｎｍ（１７０１ｃｍ−１）にピークを有するスペクトルが得られた。
【００３６】
また、測定対象に親水系汚染物質としてSDBSを加えた例では、５９４ｎｍ（１９６１ｃｍ−１）にピークを有するスペクトルが得られた。測定対象に親水系汚染物質としてTritonX-100を加えた例では、６２６ｎｍ（２８２１ｃｍ−１）にピークを有するスペクトルが得られた。測定対象に親水系汚染物質としてDDAOを加えた例では、６３３ｎｍ（３００４ｃｍ−１）にピークを有するスペクトルが得られた。
【００３７】
更に、測定対象に中性系汚染物質としてtween20を加えた例では、６５０ｎｍ（３４２２ｃｍ−１）にピークを有するスペクトルが得られた。
【００３８】
このように、汚染物質がない状態の蛍光波長を基準として、波長の変化量（シフト量）の大きさは、撥水系汚染物質では小さく、中性系汚染物質では大きい。また、親水系汚染物質の波長の変化量の大きさは、撥水系汚染物質と中性系汚染物質の間である。
【００３９】
汚染物質の種類により蛍光波長の変化が異なることから、極性敏感蛍光プローブにより、金属上の汚染物を識別することができた。
【００４０】
モデル汚染物質の官能基（水酸基、メチレン鎖、ベンゼン環）の種類や量が異なることから、蛍光プローブ近傍の局所環境が変化し、蛍光物質本来の波長と異なる波長の蛍光を発したものと考えられる。また、刻線数の多い回折格子を用いたラマン分光装置を用いることで、わずかな蛍光波長の変化を高い波長分解能で識別できたものと考えられる。
【００４１】
このように実施の形態１の燃料電池セパレータの汚染物質識別方法によれば、燃料電池セパレータの表面に付着した汚染物質と試薬との相互作用による蛍光波長のシフトにより汚染物質の種類を識別することができる。
【００４２】
なお、蛍光試薬の代わりに比色試薬または化学発光試薬を用いる場合には、蛍光の代わりに吸光もしくは発光を測定する。
【００４３】
（実施の形態２）
図２は、燃料電池のセル化における各工程を示すフロー図である。
まず、ステップＳ２１において、セパレータがプレス成形される。そしてステップＳ２２に進む。
次に、ステップＳ２２において、成形されたセパレータが洗浄される。そしてステップＳ２３に進む。
【００４４】
ステップＳ２３において実施の形態１の測定を行うことにより汚染物質の種類が識別される。そして、汚染物質が撥水系汚染物質である場合、ステップＳ２４に進む。また、汚染物質が親水系汚染物質である場合、ステップＳ２５に進む。また、汚染物質が検出されない場合、ステップＳ２６に進む。
【００４５】
ステップＳ２４において、撥水系汚染物質は加工油残渣に起因すると判断される。そして汚染が確認されたセパレータは取り除かれる。また、ステップＳ２１のプレス成形における汚染要因を除去する必要があると判断される。
【００４６】
ステップＳ２５において、親水系汚染物質は洗浄残渣に起因すると判断される。そして汚染が確認されたセパレータは取り除かれる。また、ステップＳ２２の洗浄における汚染要因を除去する必要があると判断される。
【００４７】
ステップＳ２６において、セパレータにガスケットが貼り付けられる。そしてステップＳ２７に進む。
ステップＳ２７において、セパレータが梱包され、輸送される。そしてステップＳ２８に進む。
【００４８】
ステップＳ２８において、実施の形態１の測定を行うことにより汚染物質の種類が識別される。そして、汚染物質が中性系汚染物質である場合、ステップＳ２９に進む。また、汚染物質が撥水系汚染物質である場合、ステップＳ３０に進む。また、汚染物質が検出されない場合、ステップＳ３１に進む。
【００４９】
ステップＳ２９において、中性系汚染物質は加工油残渣に起因すると判断される。そして汚染が確認されたセパレータは取り除かれる。また、ステップＳ２１のプレス成形における汚染要因を除去する必要があると判断される。
【００５０】
ステップＳ３０において、撥水系汚染物質はガスケット（ＧＳＫ）成分の転写に起因すると判断される。そして汚染が確認されたセパレータは取り除かれる。また、ステップＳ２２のガスケット成分の転写による汚染要因を除去する必要があると判断される。
【００５１】
ステップＳ３１において、輸送されたセパレータを含めた燃料電池のパーツをセル化する。具体的には、熱可塑性樹脂による接着が行われる。
以上の工程により燃料電池のセル化が行われる。
【００５２】
従来では、加工油残渣による撥水系汚染物質および洗浄残渣による親水系汚染物質の分析と、輸送による中性系汚染物質およびガスケット成分の転写による撥水系汚染物質の分析は、別々に行わざるを得なかった。
【００５３】
一方、実施の形態２の燃料電池セパレータの汚染物質識別方法は、ステップＳ２６の実行前にセパレータに実施の形態１の測定を行うことにより、これらの汚染物質を全て識別する検査を実現できる。
【００５４】
このように、実施の形態２の燃料電池セパレータの汚染物質識別方法によれば、燃料電池のセル化行程において、接着に影響するセパレータの汚れを種類別で識別できるので、汚れの原因となる具体的な工程が特定でき、接着不良を低減することができる。
【００５５】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、実施の形態２では、ステップＳ２３及びステップＳ２８において、汚染物質の種類を特定しているが、ステップＳ２３を実行せずにステップＳ２８でまとめて汚染物質の種類を特定しても良い。また、ステップＳ２６におけるセパレータにガスケットが貼り付け工程は、セパレータの用途に応じて省略されてもよい。
【図１】
2020009608.tif 000023
【図２】
2020009608.tif 000024