(57)【要約】【課題】シーラント統合燃料電池部品及びこれを製造する方法及びシステムを提供する。【解決手段】改善された漏れに対するシールを有する燃料電池は、硬化シーラントが膜・電極アセンブリのガス拡散層を浸透するように膜・電極アセンブリの周辺部に配置される。このシーラントは、液体射出成形技術を介して膜・電極アセンブリの周辺部で硬化シーラント組成物を形成する。このシーラントを、例えば、１３０℃以下の低い温度で加熱硬化するか、又は化学放射線を介して室温で硬化することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池を形成する方法であって、
ガス拡散層を具備する膜・電極アセンブリを提供するステップ；
キャビティを有するモールド型を提供するステップ；
前記モールド型を、前記キャビティが前記膜・電極アセンブリと流体連通するように配置するステップ；
硬化性液体シーラント組成物を前記キャビティに付与するステップ；及び
前記組成物を硬化するステップ
を含む方法。
【請求項２】
前記シーラントを付与するステップが、
前記シーラントが前記ガス拡散層に浸透するように前記シーラントに圧力を加えることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記シーラントを付与するステップが、
前記膜・電極アセンブリの端が完全に前記シーラントで被覆されるように、前記シーラントを付与することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記組成物を硬化するステップが、約１３０℃以下の温度で前記シーラントを加熱硬化することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記組成物を硬化するステップが、約１００℃以下の温度で前記シーラントを加熱硬化することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記組成物を硬化するステップが、約９０℃以下の温度で前記シーラントを加熱硬化することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記組成物を硬化するステップが、約室温で前記シーラントを硬化することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記組成物を硬化するステップが、化学放射線を提供して約室温で前記シーラントを硬化することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記硬化性シーラント組成物が、
アルケニル末端炭化水素オリゴマー；
多官能性アルケニルモノマー；
少なくとも約２つの水素化ケイ素官能基を有するシリル硬化剤；及び
ヒドロシリル化触媒
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記アルケニル末端炭化水素オリゴマーが、アルケニル末端ポリイソブチレンオリゴマーを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記硬化性シーラント組成物が、アクリレート、ウレタン、ポリエーテル、ポリオレフィン、ポリエステル、これらのコポリマー及びこれらの組合せからなる群より選択される化学放射線硬化性材料を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
対向する合わせ面を有する第１および第２のモールド型部材であって、前記合わせ面の少なくとも１つがガスケットの形のキャビティおよび前記キャビティと流体連通するポートを有し、それらの少なくとも１つが化学放射線を透過させる第１および第２のモールド型部材と、
化学放射線の線源であって、そこから発生した化学放射線が、前記対向する合わせ面が実質的な当接関係に配置されたときに、前記キャビティに透過可能である線源とを備える、燃料電池を形成するためのシステム。
【請求項１３】
前記モールド型部材の１つが燃料電池部品を含み、その上に現場硬化型ガスケットを形成して一体ガスケットを提供することができる、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記燃料電池部品が膜・電極アセンブリである、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
燃料電池部品が確実に前記第１及び第２モールド型の間に配置可能であり、さらに、前記キャビティが前記燃料電池部品と流体連通している、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記燃料電池部品が、膜・電極アセンブリである、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
燃料電池を形成するためのシステムであって、
対向する合わせ面を有する第１および第２のモールド型部材を備え、前記合わせ面の少なくとも１つがガスケットの形のキャビティおよび前記キャビティと流体連通するポートを有し、前記モールド型部材の少なくとも１つが加熱可能であって、前記対向する合わせ面が実質的な当接関係に配置されたときに、熱エネルギーが前記キャビティに伝達可能であるシステム。
【請求項１８】
前記モールド型部材の１つが燃料電池部品を含み、その上に現場硬化型ガスケットを形成して一体ガスケットを提供することができる、請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記燃料電池部品が、膜・電極アセンブリである、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
燃料電池部品が確実に前記第１及び第２モールド型の間に配置可能であり、さらに、前記キャビティが前記燃料電池部品と流体連通している、請求項１７に記載のシステム。
【請求項２１】
前記燃料電池部品が、膜・電極アセンブリである、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２２】
周辺部に配置された硬化シーラント組成物を有する膜・電極アセンブリであって、前記硬化シーラント組成物が、
アルケニル末端ジアリルポリイソブチレンオリゴマー；
約１つの水素原子のみがケイ素原子に結合している、少なくとも約２つの水素化ケイ素官能基を有するシリル硬化剤；及び
ヒドロシリル化触媒、を含む膜・電極アセンブリ。
【請求項２３】
前記硬化組成物が、さらに、多官能性アルケニルモノマーを含む、請求項２２に記載の膜・電極アセンブリ。
【請求項２４】
周辺部に配置された硬化シーラント組成物を有する膜・電極アセンブリであって、前記硬化シーラント組成物が、アクリレート、ウレタン、ポリエーテル、ポリオレフィン、ポリエステル、これらのコポリマー及びこれらの組合せからなる群より選択される化学放射線硬化性材料を含む、膜・電極アセンブリ。
【請求項２５】
燃料電池を形成する方法であって、
燃料電池部品を提供するステップ；
）キャビティを有するモールド型を提供するステップ；
前記モールド型を、前記キャビティが前記電池部品と流体連通するように配置するステップ；
硬化性液体シーラント組成物を前記キャビティに付与するステップ；及び
前記組成物を硬化するステップ、
を含む方法。
【請求項２６】
前記燃料電池部品が、カソード流動場プレート、アノード流動場プレート、樹脂フレーム、ガス拡散層、アノード触媒層、カソード触媒層、膜電解質、膜・電極アセンブリフレーム、及びこれらの組合せからなる群より選択される、請求項２５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、燃料電池のような電気化学セルの部品を接合及びシールするための方法及び組成物、及びこれから形成される電気化学セルに関する。より具体的には、本発明は、燃料電池膜・電極アセンブリについて、液体シーラントを使って統合的成形されたシールを形成するための組成物、方法及び設計に関する。
【背景技術】
【０００２】
様々な公知の形式の電気化学セルがあるが、１つの共通した形式は、例えば、プロトン交換膜（「ＰＥＭ」）燃料電池のような燃料電池である。このＰＥＭ燃料電池は、２つの流動場プレート又は二極性プレートの間に提供される膜・電極アセンブリ（「ＭＥＡ」）を含んでいる。ガスケットを二極性プレートとＭＥＡの間で使って、ここでの封止を行なう。さらに、個々のＰＥＭ燃料電池は、典型的には、比較的電圧又は電力が低いので、複数のＰＥＭ燃料電池を積層し、得られる燃料電池構造の全体の電気出力を増加している。また、これらの個々のＰＥＭ燃料電池の間でもシールは必要である。さらに、また、典型的には、冷却プレートが提供されて燃料電池内の温度を制御する。このようなプレートも、また、シールされて燃料電池アセンブリ内における漏れを防ぐ。組立てた後、燃料電池スタックをクランプで締めてアセンブリを固定する。
【０００３】
米国特許第６，０５７，０５４号の記載のように、液体シリコーンゴムが膜・電極アセンブリに成形されることが提案されている。しかしながら、このようなシリコーン組成物は、所望の燃料電池稼動寿命に達するまでに劣化する。また、このようなシリコーンゴムは、燃料電池を汚染する物質を放出し、これにより、燃料電池の性能に悪影響を及ぼす。セパレータープレートに液体シリコーンゴムを成形することが、また、米国特許第５，２６４，２９９号に記載されている。稼動寿命を延長するために、米国特許第６，１６５，６３４号に記載されている、より耐久性のあるエラストマー、例えば、フルオロエラストマー及び米国特許第６，１５９，６２８号に記載されているポリオレフィン炭化水素が燃料電池部品の表面の接合用に提案されている。しかしながら、これらの組成物は、例えば、ガス拡散層のような多孔質構造に浸透しない。また、これらの熱可塑性物質及びフルオロエラストマー組成物の粘度は高すぎて、これらを基材に射出成形するときに損傷を与え、多孔質構造に浸透することができない。
【０００４】
米国特許公開第ＵＳ２００５／０２６３２４６号Ａ１は、膜・電極アセンブリに関して、約１００℃の融解点又はガラス転移温度を有する熱可塑性膜を使ってガス拡散層に浸透させる端シールを行なう方法を記載している。このような方法は、プロトン交換膜が暴露される最高温度が溶融加工温度を限定するために、問題であると考えられる。それで、シールは燃料電池の稼動温度を制限しうる。例えば、プロトン交換膜を、典型的には、最高温度１３０℃に暴露することしかできないが、一方、通常の稼動は少なくとも９０℃で行なう。従って、燃料電池の通常及び最高稼動温度は、この開示の接合方法によって制限されると考えられる。
【０００５】
米国特許第６，８８４，５３７号は、燃料電池部品を封止するため、シーリングビーズを備えたゴムガスケットの利用を記載している。このガスケットは、接着剤層を利用して燃料電池部品に固定され、ガスケットの動き又はずれを防いでいる。同様に、国際特許公開２００４／０６１３８８Ａ１及び同２００４／０７９８３９Ａ２は、燃料電池部品の封止のための複数及び一体ガスケットの使用を記載している。このガスケットは、接着剤を介して燃料電池部品に固定される。接着剤及びガスケットの配置には多大な時間を必要とするばかりでなく、ずれが生じると、漏れ及び燃料電池の性能損失を引起こすため問題である。
【０００６】
米国特許第６，８７５，５３４号は、燃料電池セパレーター・プレートの周辺を封止するための現場硬化型（ｃｕｒｅｄ−ｉｎ−ｐｌａｃｅ）組成物を記載している。この硬化された組成物は、末端アリル基を両端に有するポリイソブチレンポリマー、少なくとも２つの水素原子が各々ケイ素原子に結合した有機水素ポリシロキサン、及び白金触媒を含む。米国特許第６，４５１，４６８号は、燃料電池のセパレーター、電極又はイオン交換膜を封止するための現場形成型（ｆｏｒｍｅｄ−ｉｎ−ｐｌａｃｅ）組成物を記載している。この形成された組成物は、末端アルケニル基を両端に有する直鎖ポリイソブチレンペルフルオロポリエーテル、架橋剤又は少なくとも２つの水素原子が各々ケイ素原子に結合した硬化剤、及びヒドロシリル化触媒を含む。これらの組成物の架橋密度及び得られる特性は、アリル又はアルケニルの２官能性の直鎖ポリイソブチレンオリゴマーを用いることによって制限される。組成物の官能性は、ヒドロシリル官能基を変えることで、改変されるが、これにより得られる組成物の特性が制限される。
【０００７】
国際特許公開２００４／０４７２１２Ａ２は、燃料電池の流体移動層又はガス拡散層を封止するための発泡体ゴムガスケット、液体シリコーンシーラント又は固体フルオロ樹脂の利用を記載している。固体ガスケット、即ち、発泡体ゴム及び／又は固体フルオロ樹脂テープ又は膜を利用すると、これらの材料の配置及び後続する燃料電池部品及びガスケットの位置合わせに長時間を要し、問題である。
【０００８】
米国特許公開第２００３／００５４２２５号は、燃料電池電極に電極材料を塗布するために、例えば、ドラム又はローラーのような回転装置の利用を記載している。この公開公報は、燃料電池の電極を形成するための自動プロセスを記載しているが、この公報は形成された燃料電池の封止に関する問題について言及していない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
これまでの最新技術があるにもかかわらず、電気化学セル部品と共に使用するのに適切な、望ましくは液体射出成形によって使用できるシーラント組成物に対する要求がなお存在する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（発明の概要）
セル配置において、流動場プレートは、アノード及びカソードの各々のサイトに提供される。電流コレクタとして作用するこれらのプレートは、（ａ）電極の支持体を提供し、（ｂ）燃料及び酸化剤のため、それぞれのアノード及びカソード表面への接近流路を提供し、及び、（ｃ）いくつかの燃料電池構造体においてセルが稼動している間に生成する水を除去するための流路を提供する。複数セル配置では、部品は積層されて、複数の個々の燃料電池を有する燃料電池アセンブリを提供する。２つ以上の燃料電池は、一般的には直列で共に連結され、ときには、並列で連結して構造体の全体的な電力出力を高めることができる。直列配置では、所定のプレートの一方の面は１つのセルのアノードプレートとして、及びこのプレートの他の面は隣接セルのカソードプレートとして働く。このように直列に連結された複数の燃料電池配置は、燃料電池スタックと呼ばれ、そして通常は、タイロッド及び末端プレートによって、共に組立て状態に保持される。このスタックは、典型的には、燃料と酸化剤をアノード及びカソード流動場流路に導くためのマニホールド及び入口を具備する。
【００１１】
燃料電池の中心部品は、ガス拡散層（ＧＤＬ）とイオン伝導性ポリマー電解質の間に配置された２つの電極（アノード、カソード）を具備する膜・電極アセンブリ（ＭＥＡ）である。各々の電極層は、例えば、白金、パラジウム、ルテニウム、及び／又はニッケルのような電気化学的触媒を具備する。ＧＤＬは、電極材料へのガス輸送および電極材料からのガス輸送を容易にし、電流を伝導するために、電極の上に配置する。燃料（水素）及び酸化剤（酸素）が供給されると、２つの電気化学的半電池反応が起きる。触媒の存在下、アノードに供給された水素は酸化されてプロトンと電子を生成する。生成プロトンは、水性環境で電解質を通ってカソードへ移動する。有用な電気エネルギーは、カソードに到達する前に、外側回路を介して動く電子によって利用される。カソードでは、空気からの気体状酸素は、還元され、プロトン及び電子と結合する。セル全体の反応は、１モルの水素及び１／２モルの酸素に対して１モルの水を与える。
【００１２】
燃料電池を組立てるとき、膜・電極アセンブリは、セパレーター・プレート、典型的には、二極性又は単極プレートの間に押し込まれる。これらのプレートは、反応物ガスのための流路を内蔵し、また、熱移動のための導管を具備してもよい。従って、本発明は、水和反応物ガスをセル内に封止する方法を提供する。この方法の第１ステップは、液体シーラントを膜・電極アセンブリの端に圧縮成形することを含む。非伝導性シーラントが、ガス拡散層を浸透して燃料電池における電気短絡を防ぐことが望ましい。本発明の成形方法は、結果として容易に取り扱うことができる端部シールを備えた膜・電極アセンブリを提供することができる。いったんアセンブリが提供されると、この成形された膜・電極アセンブリをセパレーター・プレートと連結して配置し、単電池を提供することができる。燃料電池スタックは、典型的には、複数の単電池から構成される。
【００１３】
本発明の１つの態様においては、１液型加熱硬化性炭化水素シーラントを液体射出成形方法において使用することができる。このシーラントは、モールド型の形状をとることが可能となるように、その未硬化状態において吸出し可能な（ｐｕｍｐａｂｌｅ）粘度を有する。このシーラントは、アリル末端炭化水素、反応性希釈剤、有機シリルハイドライド、禁止剤及び触媒を含んでいてもよい。反応性希釈剤は、単官能性、２官能性、３官能性、又は多官能性であってもよく、硬化封止の架橋密度に影響を与えることができる。触媒及び禁止剤の適切な量を高い温度でシーラントを硬化するように選択した。典型的な硬化温度は、５０℃から２００℃の範囲である。硬化温度は、タイムリーにシーラントを完全に硬化し、膜と相溶性であるように選択されることが望ましい。例えば、典型的なペルフルオロスルフォン酸ＰＥＭは、１３０℃を超えて加熱することができない。本発明の成形方法では、膜は電極及びＧＤＬとともに射出成形機のモールド型に配置し、閉鎖固定された。１液型炭化水素シーラントを適切な温度で加熱モールド型又はダイに注入し、そして硬化してＭＥＡへの端封止を行なった。
【００１４】
この炭化水素シーラント材料は、例えば、シリコーン、エチレンプロピレンジエンモノマー（ＥＰＤＭ）ゴム及びフルオロエラストマーのような他の典型的な封止及びガスケット材料に比べて、いくつかの利点を提供する。シリコーンは、典型的には、燃料電池の非常に酸性及び温熱条件下では、長時間安定ではなく、有機汚染物質に対する必要な感応性を備えていない。ＥＰＤＭゴムは、ガス拡散層への必要な浸透性を備えていないので、いったん燃料電池に組立てられると電気短絡を防ぐことはできない。フルオロエラストマーは、一般的には、高価であり、プロトン交換膜の分解温度より高い温度で硬化する必要がある。
【００１５】
本発明の成形ＭＥＡ設計は、他のシール構造に比べて、いくつかの利点を提案している。５層ＭＥＡ上に直接的にシールを射出成形することで、端シールを備えてＭＥＡからの反応物ガスの漏れを防ぐ。硬化シールは、ＭＥＡ（ＰＥＭ、電極、ＧＤＬ）の後続の部品を共に保持するための方法を提供する。本シーラントは、射出成形工程の間にＧＤＬに浸透する。このことは、ＭＥＡへのシールの接着を改善し、短絡を生じると考えられるＧＤＬの接触を防ぐ。１ステップシール方法は、組立て時間及び燃料電池スタックのシールの数を減少する。
【００１６】
本発明の１つの態様においては、液体射出成形シーラントを使って膜・電極アセンブリのガス拡散層に浸透させること、及び重合して膜・電極アセンブリの端に沿って封止を形成することができ、それによって、膜・電極アセンブリをシーラントの付与温度より高い温度で稼動させることができる。プロトン交換膜（ＰＥＭ）燃料電池の通常の稼動温度は、約９０℃である。典型的な膜・電極アセンブリ（ＭＥＡ）の温度の上限は、約１３０℃である。従って、公知の熱可塑性シーラントを９０℃から１３０℃の温度範囲で加工することが知られている。熱可塑性シーラントは、９０℃より低い温度で融解してはならない。なぜなら、燃料電池を稼動するとき、流動するからである。さらに、この熱可塑性シーラントの加工温度は、生産速度を高めようとして１３０℃を超えることはできない。なぜなら、ＭＥＡが劣化するからである。本発明の１つの態様において、熱硬化性シーラントの使用は有利である。熱硬化性シーラントは、低い温度でモールド型及び／又はＭＥＡの部品、即ち、ＧＤＬに流れ込むことができ、９０℃から１３０℃の温度範囲で硬化して、燃料電池の稼動温度で安定であるばかりでなく、通常の稼動温度よりはるかに高い温度でも安定である架橋材料を提供することができる。有用な組成物には、官能性炭化水素及び官能性フルオロ含有ポリマーを含めることができる。
【００１７】
本発明の他の態様においては、硬化性炭化水素シーラントを液体射出成形方法で使用する。このシーラントは、官能性炭化水素、反応性希釈剤、有機シリルハイドライド、禁止剤及び触媒を含むことができる。触媒及び禁止剤の量は、シーラントを約１３０℃以下の温度で、短時間で、例えば、１５分以下の時間で硬化するように選択されることが望ましい。本発明の成形方法では、シーラントを適切な温度で膜・電極アセンブリ上にモールド型又はダイを介して直接的に射出し、硬化されて膜・電極アセンブリに端シールを提供することができる。
【００１８】
本発明の他の態様においては、ポリマー組成物を透明性又は特定の電磁放射線（例えば、紫外線）に対して透過性のモールド型又はダイに射出する。この組成物を射出し、ダイを介して所定の波長の電磁放射線に暴露し、重合してシールを形成する。
【００１９】
本発明の他の態様においては、ｂ−ステージ組成物を、膜・電極アセンブリに融解含浸させ、重合して機能性シールを提供することができる。
【００２０】
本発明の１つの態様においては、燃料電池を形成する方法は、（ａ）ガス拡散層を具備する膜・電極アセンブリを提供するステップ；（ｂ）キャビティを有するモールド型を提供するステップ；（ｃ）このキャビティが膜・電極アセンブリと流体連通するようにモールド型を配置するステップ；（ｄ）硬化性液体シーラント組成物をキャビティの中に付与するステップ；及び（ｅ）この組成物を硬化するステップ、を含んでいる。このシーラントを付与するステップは、さらに、シーラントがガス拡散層に浸透するようにシーラントに圧力を加えるステップ及び／又は膜・電極アセンブリの端が完全にシーラントで被覆されるようにシーラントを付与するステップを含むことができる。組成物を硬化するステップは、さらに、約１３０℃以下、望ましくは約１００℃以下、より望ましくは約９０℃以下の温度でシーラントを加熱硬化することを含むことができる。有用な加熱硬化性シーラント組成物は、アルケニル末端炭化水素オリゴマー；多官能性アルケニルモノマー；少なくとも約２つの水素化ケイ素官能性基を有するシリル硬化剤；及びヒドロシリル化触媒を含む。アルケニル末端炭化水素オリゴマーは、アルケニル末端ポリイソブチレンオリゴマーを含むことが望ましい。
【００２１】
組成物を硬化するステップは、また、およそ室温でシーラントを硬化することが含まれてもよい。このステップは、およそ室温でシーラントを硬化するための化学放射線を提供するステップを含むことができる。硬化性シーラント組成物は、アクリレート、ウレタン、ポリエーテル、ポリオレフィン、ポリエステル、これらのコポリマー及びこれらの組合せ、からなる群より選択される化学放射線硬化性材料を含むことが望ましい。
【００２２】
本発明の他の態様においては、燃料電池を形成するためのシステムは、対向する合わせ面を有する第１および第２のモールド型部材であって、前記合わせ面の少なくとも１つがガスケットの形のキャビティおよび前記キャビティと流体連通するポートを有し、それらの少なくとも１つが化学放射線を透過させる第１および第２のモールド型部材と、化学放射線の線源であって、そこから発生した化学放射線が、前記対向する合わせ面が実質的な当接関係に配置されたときに、前記キャビティに透過可能である線源を具備する。キャビティが燃料電池部品と流体連通するとき、燃料電池部品は第１と第２モールド型の間に固定的に配置できることが望ましい。あるいは、これらのモールド型の１つは、例えば、膜・電極アセンブリのような燃料電池部品であってもよく、この構造体の上に現場硬化型ガスケットを形成し、一体統合ガスケットを提供することができる。
【００２３】
本発明の他の態様においては、燃料電池を形成するためのシステムは、燃料電池を形成するためのシステムが、対向する合わせ面を有する第１および第２のモールド型部材を備え、合わせ面の少なくとも１つがガスケットの形のキャビティおよびキャビティと流体連通するポートを有し、対向する合わせ面が実質的な当接関係に配置されたときに、熱エネルギーがキャビティに透過可能となるように、モールド型部材の少なくとも１つが加熱可能である。キャビティが燃料電池部品と流体連通するとき、燃料電池部品は第１と第２モールド型の間に固定的に配置できることが望ましい。あるいは、これらのモールド型の１つは、例えば、膜・電極アセンブリのような燃料電池部品であってもよく、この構造体の上に現場硬化型ガスケットを形成し、統合ガスケットを提供することができる。
【００２４】
本発明の他の態様においては、周辺部分に配置された硬化シーラント組成物を有する膜・電極アセンブリが提供され、この硬化シーラント組成物は、アルケニル末端ジアリルポリイソブチレンオリゴマー；約１つの水素原子のみがケイ素原子に結合している少なくとも約２つの水素化ケイ素官能基を有するシリル硬化剤；及びヒドロシリル化触媒、を含んでいる。硬化組成物は、さらに、多官能性アルケニルモノマーを含んでいてもよい。
【００２５】
本発明の他の態様においては、周辺部分に配置された硬化シーラント組成物を有する膜・電極アセンブリが提供され、この硬化シーラント組成物は、アクリレート、ウレタン、ポリエーテル、ポリオレフィン、ポリエステル、これらのコポリマー及びこれらの組合せからなる群より選択される化学放射線硬化性材料を含む。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は、アノード流動場プレート、ガス拡散層、アノード触媒、プロトン交換膜、カソード触媒、第２ガス拡散層、及びカソード流動場プレートを有する燃料電池の断面図である。
【図２】図２は、アセンブリの周辺部に配置されたシーラントを有する燃料電池のための膜・電極アセンブリの断面図である。
【図３】図３は、アセンブリの周辺部及び周辺端部上に配置されたシーラントを有する燃料電池のための膜・電極アセンブリの断面図である。
【図４】図４は、積層燃料電池構造体を形成するために膜・電極アセンブリとこの燃料電池の流動場プレートの間に配置されたシーラントを有する燃料電池の断面図である。
【図５】図５は、本発明のガスケットを形成するための頂部モールド型及び底部モールド型を有するモールド型の斜視図である。
【図６】図６は、６−６軸に沿った図５のモールド型の断面図である。
【図７】図７は、頂部モールド型及び底部モールド型を示している図６のモールド型の分解図である。
【図８】図８は、８−８軸に沿った図７の頂部モールド型の底面図である。
【図９】図９は、９−９軸に沿った図８の頂部モールド型の左立面図である。
【図１０】図１０は、１０−１０軸に沿った図８の頂部モールド型の右立面図である。
【図１１】図１１は、１１−１１軸に沿った図８の頂部モールド型の断面図である。
【図１２】図１２は、本発明の代替モールド型の斜視図である。
【図１３Ａ】図１３Ａは、モールド型内に配置された燃料電池部品を示している１３−１３軸に沿った図１２のモールド型の断面図である。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、モールド型内に配置された燃料電池部品を示している１３−１３軸に沿った図１２のモールド型の断面図である。
【図１４】図１４は、透明な材料を有する頂部モールド型を示している図５又は図１２の頂部モールド型の斜視図である。
【図１５】図１５は、１５−１５軸に沿った図１４の透明頂部モールド型の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
（発明の詳細な説明）
本発明は、電気化学セルの部品を接合する方法及び接合するための組成物に関する。本明細書で用いる場合、電気化学セルは、限定されないが、化学反応及び化学的燃焼を含めて、化学的原料から電気を生産するデバイスである。有用な電気化学セルとしては、燃料電池、乾電池、湿電池及び他の同種のものが挙げられる。以下に非常に詳しく記載するが、燃料電池は、化学反応物質から電気を生産する。湿電池は液体の電解質を有している。乾電池は、多孔質媒体に吸収されているか又は流れないようにした電解質を有している。
【００２８】
図１は、例えば、燃料電池１０のような電気化学燃料電池の基礎素子の断面図を示す。電気化学燃料電池は、燃料及び酸化剤を電気及び反応生成物に変換する。燃料電池１０は、１つの面上で開いた冷却液流路１４及び第２の面上にアノード流路１６を有するアノード流動場プレート１２、樹脂プレート１３、ガス拡散層１８、アノード触媒２０、プロトン交換膜２２、カソード触媒２４、第２ガス拡散層２６、第２樹脂プレート１３、並びに１つの面上で開いた冷却液流路３０及び第２の面上にカソード流路３２を有するカソード流動場プレート２８から構成されていて、図１に示すように相互に関係づけられている。これらのガス拡散層１８、アノード触媒２０、プロトン交換膜２２、カソード触媒２４及び第２ガス拡散層２６の組合せは、しばしば膜・電極アセンブリ３６と呼ばれる。
【００２９】
ガス拡散層１８及び２６は、典型的には例えば、炭素繊維紙のような多孔質の電気伝導性シート材料から形成される。しかしながら、本発明は、炭素繊維紙の使用に限定されず、他の材料を適切に使用することができる。しかしながら、燃料電池は、示されている部品の配置のものに限定されない。アノード及びカソード触媒層２０及び２４は、典型的には、微粉砕状の白金である。アノード３４及びカソード３８は、電気的に連結されて（示されていない）、電極間の電子を外部負荷（示されていない）へ伝導するための経路を提供する。流動場プレート１２及び２８は、典型的には、グラファイト含浸プラスチック、圧縮及び剥離グラファイト、多孔質グラファイト、ステンレススチール又は他のグラファイト複合体から形成される。
【００３０】
このプレートを処理して、例えば、表面湿潤のような表面特性に影響を与えてもよく、又は処理しなくてもよい。しかしながら、本発明は、流動場プレート用としてこのような材料を使うことに制限されることなく、他の材料を適切に使用することができる。例えば、いくつかの燃料電池で、流動場プレートは、金属又は金属含有材料、典型的には、これらに限定されないが、ステンレススチールから製造されている。流動場プレートは、二極性プレート、即ち、図１に示されている対向プレート表面上に流路を有するプレートであってもよい。あるいは、この二極性プレートは、単極プレートを共に固定して製造することができる。
【００３１】
いくつかの燃料電池の設計は、膜・電極アセンブリ３６とセパレーター・プレート１２の間に樹脂フレーム１３を使って、膜・電極アセンブリ３６の耐久性を改善し、燃料電池アセンブリを組立てるとき、膜・電極アセンブリ３６とセパレーター・プレート１２，２８の間の正しい間隔を提供する。このような設計においては、セパレーター・プレート１２、２８と樹脂フレーム１３との間にシールを備えることは必要である。
【００３２】
本発明は、図１で示される燃料電池部品及びこれらの配置に限定されない。例えば、直接メタノール型燃料電池（「ＤＭＦＣ」）は、冷却液流路はないが、図１に示されている部品と同じものから構成されていてもよい。さらに、燃料電池１０は、内部又は外部多岐管（示されていない）を備えて設計することができる。
【００３３】
本発明は、プロトン交換膜（ＰＥＭ）燃料電池に関して記載されているが、本発明は、任意の形式の燃料電池に適用されうることを理解されなければならない。本発明の概念は、リン酸燃料電池、アルカリ燃料電池、例えば、固体酸化物燃料電池及び溶融炭酸塩燃料電池のような高温燃料電池、及び他の電気化学的デバイスを目的としていてもよい。
【００３４】
アノード３４では、アノード流路１６を通って移動している燃料（示されていない）は、ガス拡散層１８を浸透し、アノード触媒層２０で反応して水素カチオン（プロトン）を生成し、この水素はプロトン交換膜２２を通ってカソード３８へ移動する。このプロトン交換膜２２は、アノード３４からカソード３８への水素イオンの移動を容易にしている。水素イオンの伝導に加えて、プロトン交換膜２２は、酸素を含有する酸化剤の流れから水素を含有する燃料の流れを分離する。
【００３５】
カソード３８で、例えば、空気又は実質的に純粋の酸素のような酸素含有ガスは、プロトン交換膜２２を通過したカチオン又は水素イオンと反応して、反応生成物としての液体の水を生成する。水素／酸素燃料電池でのアノード及びカソード反応は、下記の式で示される。
【００３６】
アノード反応：Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−  （Ｉ）
カソード反応：１／２Ｏ２＋２Ｈ＋＋２ｅ−→Ｈ２Ｏ  （ＩＩ）
図２は、硬化又は硬化性組成物４０を、膜・電極アセンブリ３６の周辺部３３か又は周辺近傍で有する膜・電極アセンブリ３６を示している。以下に記載されるように、組成物４０は、互いに燃料電池の異なった部品の封止及び／又は接合に対して有用である。
【００３７】
しかしながら、本発明は、例えば、膜・電極アセンブリ３６のような燃料電池部品を有するもの限定されず、又は膜・電極アセンブリ３６の周辺部３３か又は周辺近傍で組成物４０を有する膜・電極アセンブリ３６に限定されない。例えば、図３に示されているように、硬化性物又は硬化性組成物４０は、膜・電極アセンブリ３６の周辺部３３か又は周辺近傍で配置され、かつ膜・電極アセンブリ３６の周辺端部３５を被覆できる。
【００３８】
図４は、燃料電池１０の基本的要素の断面図を示し、この中で、特定の隣接する要素がこれらの部品間に硬化組成物又は硬化性組成物４０を有し、燃料電池構造体１０’を提供する。図４に示されているとおり、組成物４０は、アノード流動場プレート１２をガス拡散層１８又は膜・電極アセンブリ３６へ封止及び／又は接合する。カソード場プレート２８は、また、ガス拡散層２６又は膜・電極アセンブリ３６に封止及び／又は接合される。この態様においては、燃料電池構造体１０’は、しばしば予備形成された膜・電極アセンブリ３６アノードを有し、この上には、アノード触媒２０及びカソード触媒２４が配置されている。燃料電池アセンブリの種々の部品の間に配置される組成物４０は、同じ組成であっても、異なった組成であてもよい。さらに、図４に示されるように、組成物４０は、カソード流動場プレート２８を、例えば、第２のアノード流動場プレート１２’のような第２の燃料電池の部品へ封止及び／又は接合することができる。さらに、図４に示されているとおり、組成物４０は、第２のアノード流動場プレート１２’を、例えば、第２の膜・電極アセンブリ３６’のような第２の燃料電池の部品に封止及び／又は接合することができる。このようなやり方で、燃料電池構造体１０’は、隣接して封止的に及び／又は接着的に接合された部品を有する複数の燃料電池から形成されて、複数セルの電気化学デバイスを提供する。
【００３９】
図５は、本発明の現場硬化型のガスケットを形成するのに有用なモールド型４８の斜視図である。このモールド型４８は、示されているように相互に関係して、上部モールド型５０、下部モールド型３６’、及び注入ポート５２を具備する。この実施形態で、組成物４０は、下部モールド型３６’上に配置されて、その場所か又はその上でガスケットを形成する。本発明のこの態様において、下部モールド型３６’は、例えば、膜・電極アセンブリ３６のような燃料電池部品であることが望ましい。しかしながら、本発明は、底部モールド型部品として膜・電極アセンブリ３６の使用に限定されるわけではなく、他の燃料電池部品としては、底部モールド型部品であってもよい。図８に示されているように、注入ポート５２は、モールド型キャビティ５４と流体連通している。
【００４０】
図６は、図５のモールド型４８の６−６軸に沿った断面図である。図６に示されているように、上部モールド型５０は、モールド型キャビティ５４を具備する。液状のガスケット形成組成物を、注入ポート５２を介してモールド型キャビティ５４に注入することができる。
【００４１】
図７は、図６のモールド型４８の部分的分解図である。モールド型５０は、あわせ面５６を具備し、モールド型３６’は、あわせ面５８を具備する。図６に示されているように、このモールド型５０及び３６’は、あわせ面５６及び５８が、実質的に、互いに近接して並置されるように、互いに位置合わせされることができる。図７に示されているように、ガスケット４０は、モールド型キャビティ５４が取り除かれ、そしてあわせ面５８に接合される。
【００４２】
図８に示されているように、モールド型キャビティ５４は、クローズド外周構造の形状である。モールド型キャビティ５４は、図８において丸みを帯びた長方形として示されているが、本発明は、これに限定されず、他の形状のキャビティを適切に採用することができる。さらに、図７には、モールド型キャビティ５４の断面形状は長方形又は正方形として示されているが、本発明は、これに限定されず、例えば、円形、楕円形又は封止を改善するために延長部を有する幾何学的形状等の他の断面形状を適切に採用することができる。
【００４３】
図８に示されているように、モールド型５０は、第２ポート６０を具備していてもよい。この第２ポート６０は、モールド型キャビティ５４と流体連通している。第２ポート６０を使ってガスケット形成材料で満たされているキャビティ５４の脱ガスを行なうことができる。ガスケット形成材料がポート５２を通ってキャビティ５４に導入されるため、空気は第２ポート６０を通って逃げて、モールド型キャビティ５４の脱ガスが行なわれる。第２ポート６０の大きさは、本発明では限定されない。望ましくは、第２のポート６０の寸法、すなわち、断面の範囲は、空気の脱出が可能となるように最小限に抑えるが、そこを流れるガスケット形成材料の液体の流れを制限するように十分に小さい。言い換えると、第２のポート６０は、その中を空気は流れることができるが液状ガスケット形成材料の実質的な流れは阻止されるピンホールの大きさでよい。さらに、本発明は、単一ポート５２または単一ポート６０を使用することに限定されず、ガスケット材料の導入および／または空気の放出のために複数のポートを使用することができる。
【００４４】
図９は、図８の９−９軸に沿ったモールド型の断面図を示す。図９に示されているとおり、注入ポート５２は、モールド型５０における適切なキャビティ又は穴であってもよい。注入ポート５２の１部は、ネジ山（示されていない）を具備していてもよいか、又はガスケット形成材料を供給することができるバルブ（示されていない）又は管又はホース（示されていない）を具備していてもよい。
【００４５】
図１０は、図８の１０−１０軸に沿ったモールド型の断面図を示す。図１０に示されているように、ポート６０は、適切にモールド型５０のキャビティ又は穴であってもよい。ポート６０の１部は、空気及び／又はガスケット形成材料の退出を制御するためにバルブ（示されていない）を具備していてもよい。
【００４６】
図１１は、図８の１１−１１軸に沿ったモールド型５０の断面図を示す。モールド型キャビティ５４は、このあわせ面５６でモールド型５０中に延在するものとして示されている。
【００４７】
図１２は、本発明の現場硬化型のガスケット形成に有用なモールド型４８’’の斜視図を示す。このモールド型４８’’は、上部モールド型５０、下部モールド型７０を具備する。図１３Ａ及び１３Ｂに示されているとおり、モールド型５０及び７０は、上記のように共に組合わせることができ、例えば、膜・電極アセンブリ３６のような燃料電池部品がモールド型５０及び７０の間に配置できるように構成されている。図１３Ａに示されているように、本発明のモールド型４８’’を使って燃料電池部品３６の対向面の周辺部上にガスケット４０を形成することができる。図１３Ｂに示されているように、また、本発明のモールド型４８’’を使って燃料電池部品３６の対向面及び周辺部上にガスケット４０を形成することができる。
【００４８】
図１４は、モールド型５０、７０が透明材料から製造されていてもよいか、又は、透明材料を含んでいてもよいことを示しているモールド型５０、７０の斜視図である。モールド型５０、７０は、望ましくは透明であり、即ち、例えば、ＵＶ放射線のような化学放射線に対して透過性であるか、又は実質的に、透過性であることが望ましい。透明なモールド型５０、７０の断面図は、図１５に示されている。
【００４９】
本発明のこの態様の方法は、さらに、液体の化学放射線硬化性ガスケット形成組成物を注入する前か又は注入中にキャビティから脱ガスするステップを含む。脱ガスステップは、キャビティ５４と流体連通する第２ポート６０を通って脱ガスすることが望ましい。
【００５０】
キャビティ５４を脱気すること及び上記の流体特性により、液体を取扱うための過剰な圧力を必要とせず、液体組成物は完全にキャビティ５４を満たす。液体組成物を、流体取扱い圧力約６９０ｋＰａ（１００ｐｓｉｇ）又はこれ以下でキャビティ５４に完全に満たすことが望ましい。
【００５１】
組成物を硬化した後、又は少なくとも部分的に硬化した後、モールド型５０、３６’又は５０、７０を互いに解除してガスケットを露出することができ、その後、このガスケット４０をモールド型キャビティ５４から取出すことができる。ガスケット４０を、例えば、望ましくは膜・電極アセンブリ３６のような燃料電池部品に配置及び／又は取り付けることが望ましい。
【００５２】
本発明は、上部モールド型５０、７０が溝又はモールド型キャビティを有するとして記載されているが、本発明はそれに限定されない。例えば、下部モールド型３６’、７０及び／又は、例えば、膜交換膜３６のような燃料電池部品は、上部モールド型のモールド型キャビティ５４に加えて、又はこのキャビティ５４の代わりに、シールの配置及び形成用の溝又はモールド型キャビティを具備していてもよい。
【００５３】
液体組成物は、室温又は約室温で、約５分以下で硬化されることが望ましい。液体組成物は、１分以内で又はこれ以下で、例えば、３０秒以内又はこれ以下で硬化されることがさらに望ましい。
【００５４】
本発明の他の態様においては、硬化性シーラントを液体射出成形方法で用いることができる。セパレーター・プレート及び樹脂フレームを積層し、モールド型内で位置を合わせることができる。部品を、例えば、カソード樹脂フレーム、カソードセパレーター・プレート、アノードセパレーター・プレート、及びアノード樹脂フレームの順序で底部から頂部に積層する。これらの燃料電池部品は、１つ以上の連続経路又はゲートを具備して、シーラントが各々の部品を通ってこれらの部品を接合し、この間、頂部、底部及び／又は端部に成形シールを提供することを可能にすることができる。このシーラントは、未硬化状態でポンプが使える粘度を有し、モールド型の形状をとることができる。硬化性シーラントを適切な温度で加熱モールド型又はダイに注入して燃料電池部品を接合及びシールする。
【００５５】
本発明の他の態様においては、硬化性シーラントを液体射出成形方法で使う。セパレーターの冷却液経路面が互いに面しているように、２つのセパレーター・プレートを積層し、モールド型内で位置を合わせる。これらのセパレーターは、１つ以上の連続経路を具備して、シーラントが各々の部品を接合し、この間、各々の末端及び／又は端部上に成形シールを提供することを可能にしてもよい。このシーラントは、未硬化状態でポンプが使える粘度を有し、モールド型の形状をとることができる。硬化性シーラントを適切な温度で加熱モールド型又はダイに注入してセパレーターを接合及びシールする。連続する経路がない場合、端シール二極性プレートが製造される。
【００５６】
本発明の他の態様においては、硬化性シーラントを液体射出成形方法で使う。１つ以上のゲート又は穴を具備してもよい、例えば、樹脂フレームのような燃料電池部品は、モールド型又はダイに配置される。このシーラントは、未硬化状態でポンプが使える粘度を有し、モールド型の形状をとることができる。シーラントを適切な温度で加熱モールド型又はダイに注入してシーラントを硬化する。両面及び場合により端部が統合シールされた樹脂フレームが提供される。
【００５７】
また、選択された部品を別の方法で接合できることが考えられ、次に、接合及びシールのための本発明で記載した方法へと進めることができる。具体例として、成形方法においてＭＥＡ及び接合アセンブリを積層し及び位置合わせを実施する。例えば、接合アセンブリを、樹脂フレーム及びセパレーターから構成することができる。このＭＥＡ及び接合アセンブリが、１つ以上の連続経路を具備していて、シーラントが各々の部品を接合し、この間、各々の末端及び／又は端部に成形シールを提供することを可能にしてもよい。このシーラントは、未硬化状態でポンプが使える粘度を有し、モールド型の形状をとることができる。硬化性シーラントを適切な温度で加熱モールド型又はダイに注入してセパレーターを接合及びシールする。
【００５８】
本発明の１つの態様においては、本発明で使われる硬化シーラント組成物は、アルケニル末端ポリイソブチレンオリゴマー、例えば、アルケニル末端ジアリルポリイソブチレンオリゴマー；任意に、多官能性アルケニルモノマー；シリコン原子に結合した少なくとも１つの水素原子を有するシリル硬化剤又は架橋剤；及びヒドロシリル化触媒を含んでいてよい。シリル硬化剤においては、任意のケイ素原子にただ約１つの水素原子が結合していることが望ましい。
【００５９】
本発明における発明の組成物は、改変された分子構造を有し、それによって機械的物性、架橋密度及び反応熱が強化されている。本発明の組成物は、（Ａ−Ａ＋Ａｆ＋Ｂｆ）で表現され、ここで、「Ａ−Ａ」は、アルケニル末端ジアリルポリイソブチレンオリゴマー、即ち、２官能アルケニルポリイソブチレン（「ＰＩＢ」）のアルケニル基を表し、「Ａ」は、アルケニル基を表し、「Ｂ」は、Ｓｉ−Ｈ基を表し、及び「ｆ」は、対応する官能基の数を意味する。
【００６０】
アルケニル及びハイドライド（水素化物）がともに２官能性であるときは、重合は直鎖構造をもたらす。しかしながら、このような直鎖構造における官能性水素化物基の数は反応ネットワークの全体としての官能性及び架橋密度を限定している。１つのモノマー又はオリゴマーへ３つ以上のアルケニル基を組み込むことによって、架橋密度は増加し、機械的物性は改善される。
【００６１】
有用なジアルケニル末端直鎖状ポリ（イソブチレン）オリゴマーは、カネカ社（大阪、日本）から市販のＥＰ２００Ａ、ＥＰ４００Ａ及びＥＰ６００Ａが入手可能である。これら３つのオリゴマーは、同じ官能価を有し、異なった分子量を有する。ＥＰ２００Ａ、ＥＰ４００Ａ及びＥＰ６００Ａは、それぞれ、約５，０００、１０，０００、及び２０，０００の分子量（Ｍｎ）を有する。
【００６２】
本発明の組成物は、また、少なくとも２つの反応性水素化ケイ素官能基、即ち、少なくとも２つのＳｉ−Ｈ基を有するシリコーンを含むことができる。この成分は、アルケニル末端ジアリルポリイソブチレンオリゴマーに対して硬化剤又は架橋剤として機能する。ヒドロシリル化触媒の存在下、架橋成分中のケイ素に結合している水素原子は、反応性オリゴマー中の不飽和基と付加反応を起こし、これはヒドロシリル化と呼ばれる。反応性オリゴマーは、少なくとも２つの不飽和基を含むので、シリコーン架橋成分は、ケイ素に結合している少なくとも２つの水素原子を含み、最終的な硬化生成物の架橋構造を達成する。シリコーン架橋成分中に存在するケイ素に結合している有機基は、シリコーン架橋剤における有機基が、実質的に、エチレン性又はアセチレン性不飽和ではないということ以外は、反応性シリコーン成分に対して上で記載された置換及び未置換の１価の炭化水素基からなる同じ群より選択されることができる。シリコーン架橋剤は、直鎖、分枝鎖、環式、又はネットワーク化された分子構造を有することができる。
【００６３】
シリコーン架橋成分は、望ましくは、下の式に従う様々な化合物から選択されることができる。
【００６４】
【化１】
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式中、Ｒ１、Ｒ２及びＲ３の少なくとも２つは、Ｈであり；そうでなければ、Ｒ１、Ｒ２及びＲ３は、同じであっても又は異なっていてもよく、そしてアルキル、アルケニル、アリール、アルコキシ、アルケニルオキシ、アリールオキシ、（メタ）アクリル又は（メタ）アクリルオキシを含む炭化水素基のような置換されているか、又は置換されていないＣ１−２０の炭化水素基であってもよく；従ってＳｉＨ基は、末端、ペンダント、又は両方であってもよく；Ｒ４は、また、Ｃ１−２０のアルキル、アルケニル、アリール、アルコキシ、アルケニルオキシ、アリールオキシ、（メタ）アクリル又は（メタ）アクリルオキシを含む炭化水素基のような置換されているか又は置換されていないＣ１−２０の炭化水素基であってもよく、メチルのようなアルキル基が望ましく；ｘは、１０から１，０００の整数であり；及びｙは、１から２０の整数である。Ｒ２及びＲ３は共に水素ではなく、即ち、Ｒ１はＨで、Ｒ２とＲ３の両方が水素ではなく、Ｒ２又はＲ３のいずれかがＨであることが望ましい。ＨではないＲ基はメチルが望ましい。水素化ケイ素架橋剤は、所望する架橋量を達成するための十分な量で存在しなければならず、組成物の約０．５から約４０重量％の量が望ましく、約１から約２０重量％の量がさらに望ましい。
【００６５】
有用な白金触媒としては、例えば、米国特許第３，１５９，６０１号及び同第３，１５９，６６２号に記載されている白金炭化水素錯体；米国特許第３，２２０，９７２号に記載されている白金アルコレート触媒；米国特許第３，８１４，７３０号に記載されている白金錯体；及び米国特許第３，５１６，９４６号に記載されている塩化白金オレフィン錯体、のような白金又は白金含有錯体が挙げられる。白金又は白金含有触媒に関するこれらの米国特許のすべては、参照して本明細書に明示的に組入れられる。白金又は白金含有錯体は、ジカルボニル白金シクロビニル錯体、白金シクロビニル錯体、白金ジビニル錯体、又はこれらの組合せが望ましい。これらの白金触媒は、組成物が約１３０℃以下、望ましくは約１００℃以下、さらに望ましくは約９０℃以下の温度で硬化するのに十分な量で存在する。
【００６６】
本発明の他の態様においては、液体ガスケット形成材料としては、化学放射線硬化性アクリレート、ウレタン、ポリエーテル、ポリオレフィン、ポリエステル、これらのコポリマー及びこれらの組合せを挙げることができる。硬化性材料として、少なくとも２つの（メタ）アクリロイルペンダント基を有する（メタ）アクリロイル末端材料が望ましい。この（メタ）アクリロイルペンダント基は、一般式：−ＯＣ（Ｏ）Ｃ（Ｒ１）＝ＣＨ２で表され、式中、Ｒ１は水素又はメチルが望ましい。液体ガスケット形成材料として、（メタ）アクリロイル末端ポリアクリレートがさらに望ましい。（メタ）アクリロイル末端ポリアクリレートは、望ましくは、約３，０００から約４０，０００、さらに望ましくは、約８，０００から約１５，０００の分子量を有する。さらに、（メタ）アクリロイル末端ポリアクリレートは、望ましくは、２５℃（７７°Ｆ）で約２００Ｐａｓ（２００，０００ｃＰｓ）から約８００Ｐａｓ（８００，０００ｃＰｓ）、より望ましくは、約４５０Ｐａｓ（４５０，０００ｃＰｓ）から約５００Ｐａｓ（５００，０００ｃＰｓ）の粘度を有する。このような硬化性（メタ）アクロイル末端材料の詳細は、欧州特許出願１０５９３０８Ａ１（Ｎａｋａｇａｗａら）に見られ、Ｋａｎｅｋａ社（日本）から市販品が入手可能である。
【００６７】
液体組成物は光開始剤を含むことが望ましい。多くの光開始剤を採用することができ、上記の本発明の利益及び利点を提供することができる。光開始剤は、光硬化性組成物が全体として、例えば、化学放射線のような電磁放射線に暴露されるとき、硬化方法の迅速性を高める。本発明で使用するのに適した光開始剤の非限定的な例としては、市販品として入手可能なＣｉｂａ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ社からの商標名「ＩＲＧＡＣＵＲＥ」及び「ＤＡＲＯＣＵＲ」、具体的には、「ＩＲＧＡＣＵＲＥ」１８４（１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン）、９０７（２−メチル−１−［４−（メチルチオ）フェニル］−２−モルフォリノプロパン−１−オン）、３６９（２−ベンジル−２−Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノ−１−（４−モルフォリノフェニル）−１−ブタノン）、５００（１−ヒドロキシシクロへキシルフェニルケトンとベンゾフェノンの組合せ）、６５１（２，２−ジメトキシ−２−フェニルアセトフェノン）、１７００（ビス（２，６−ジメトキシベンゾイル−２，４，４−トリメチルペンチル）ホスフィンオキシドと２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニル−プロパン−１−オンの組合せ）、及び８１９［ビス（２，４，６−トリメチルベンゾイル）フェニルホスフィンオキシド］及び「ＤＡＲＯＣＵＲ」１１７３（２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニル−１−プロパン−１−オン）及び４２６５（２，４，６−トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキシドと２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニルプロパン−１−オンの組合せ）；及び可視光線［青］光開始剤、ｄｌ−カンファーキノン及び「ＩＲＧＡＣＵＲＥ」７８４ＤＣが挙げられる。当然、これらの材料の組合せを、また、本発明で採用することができる。
【００６８】
本発明で有用な他の光開始剤としては、例えば、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、ピルビン酸プロピル、及びピルビン酸ブチルピのようなピルビン酸アルキル、例えば、フェニル、ベンジル、及び適切に置換されたこれらの誘導体などのピルビン酸アリールが挙げられる。本発明で使用するのに特に適切な光開始剤としては、紫外線光開始剤、例えば、２，２−ジメトキシ−２−フェニルアセトフェノン（例えば、「ＩＲＧＡＣＵＲＥ」６５１）、及び２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニル−１−プロパン（例えば、「ＤＡＲＯＣＵＲ」１１７３）、ビス（２，４，６−トリメチルベンゾイル）フェニルホスフィンオキシド（例えば、「ＩＲＧＡＣＵＲＥ］８１９）、及び紫外線／可視光開始剤の組合せのビス（２，６−ジメトキシベンゾイル−２，４，４−トリメチルペンチル）ホスフィンオキシドと２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニルプロパン−１−オン（例えば、「ＩＲＧＡＣＵＲＥ」１７００）、さらに、可視光開始剤のビス（η５−２，４−シクロペンタジエン−１−イル）−ビス［２，６−ジフルオロ−３−（１Ｈ−ピロール−１−イル）フェニル］チタン（例えば、「ＩＲＧＡＣＵＲＥ」７８４ＤＣ）が挙げられる。有用な化学放射線としては、紫外線、可視光線、及びこれらの組合せが挙げられる。液体ガスケット形成材料を硬化するために使われるこれらの化学放射線は、約２００ｎｍから約１，０００ｎｍの波長を有することが望ましい。有用なＵＶの非限定的な例としては、ＵＶＡ（約３２０ｎｍから約４１０ｎｍ）、ＵＶＢ（約２９０ｎｍから約３２０ｎｍ）、ＵＶＣ（約２２０ｎｍから約２９０ｎｍ）及びこれらの組合せが挙げられる。有用な可視光線の非限定的な例としては、青色光線、緑色光線、及びこれらの組合せが挙げられる。このような有用な可視光線は、約４５０ｎｍから約５５０ｎｍの波長を有する。
【００６９】
液体組成物を導入する前に、キャビティ５４に、任意に、離型剤が存在してもよい。この離型剤は、必要とされれば、硬化ガスケットを成形キャビティから簡単に外すときの助けとなる。有用なモールド型離型組成物の非限定的な例としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレンのような乾燥スプレー、及び、例えば、シリコーン又は有機オイルのようなオイル状態でのスプレー（ｓｐｒａｙ−ｏｎ−ｏｉｌ）、オイルで拭く（ｗｉｐｅ−ｏｎ−ｏｉｌ）ことが挙げられる。有用なモールド型離型組成物の非限定的な例としては、化学的及び／又は物理的に金属表面と反応性がある有機親水性基（例えば、ベタイン、ヒドロキシル、カルボキシル、アンモニウム塩基及びこれらの組合せ）で少なくとも１つの末端が置換されているＣ６−１４のペルフルオロアルキル化合物が挙げられる。例えば、ヘンケルのＦｒｅｋｏｔｏ商標名で市場で販売されているような種々のモールド型離型剤が入手できる。さらに、離型剤は、モールド型の形に形成できる熱可塑性膜であってもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１５】
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