(57)【要約】  この方法では、内側部分及び周辺部分を有するアセンブリの構成要素を準備し、内側部分を囲むように粘着テープの別個のストリップを構成要素の周辺部分に接着する。第１のストリップの短い辺は、第２のストリップに隣接して配置されている。粘着テープは、バッキング上に配置された接着剤を含み、接着剤は、非晶質フルオロポリマーを含む。この方法は、接着剤が第１のストリップと第２のストリップとの間の任意の間隙を流れてシールして架橋するように、熱又は圧力のうちの少なくとも一つを別個のストリップに適用することを更に含む。この方法は、例えば、アセンブリが電気化学セルアセンブリであり、かつ構成要素が電解質膜又は集電体のうちの少なくとも一つを含む場合、有用であり得る。
2019521483.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側部分及び周辺部分を有するアセンブリの構成要素を準備し、
前記内側部分を囲むように粘着テープの別個のストリップを前記構成要素の前記周辺部分に接着し、ここで、第１のストリップの短い辺は、第２のストリップに隣接して配置されており、前記粘着テープは、バッキング上に配置された接着剤を含み、前記接着剤は、非晶質フルオロポリマーを含み、
前記接着剤が前記第１のストリップと前記第２のストリップとの間の任意の間隙をシールして架橋するように、熱又は圧力のうちの少なくとも一つを、前記粘着テープの前記別個のストリップに適用すること、
を含むアセンブリの製造方法。
【請求項２】
前記粘着テープは、前記バッキングの一つの表面上に配置された前記接着剤を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記粘着テープは、前記バッキングの対向する二つの表面上に配置された前記接着剤を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記内側部分を囲むように前記構成要素の前記周辺部分に接着された前記粘着テープの前記別個のストリップが少なくとも三つ存在し、前記少なくとも三つの別個のストリップのそれぞれ一つは、前記少なくとも三つの別個のストリップの他の二つに隣接し、熱又は圧力のうちの少なくとも一つを前記粘着テープの前記別個のストリップに適用する工程は、前記粘着テープの前記別個のストリップの間の全ての間隙をシールする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記非晶質フルオロポリマーは、ブロモ又はヨード硬化部位を含み、前記接着剤は、ペルオキシドを更に含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記アセンブリは、膜電極接合体であり、前記構成要素は、電解質膜又は集電体のうちの少なくとも一つを含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法によって製造された電気化学セル。
【請求項８】
膜電極接合体の構成要素であって、
内側部分及び周辺部分を有する電解質膜又は集電体のうちの少なくとも一つと、
前記内側部分を囲むように前記構成要素の前記周辺部分に接着された第１の表面を有するテープバッキングの別個のストリップと、
を備え、
前記テープバッキングの第１のストリップの短い辺が、前記テープバッキングの第２のストリップに隣接して配置されており、
前記テープバッキングの前記別個のストリップの前記第１の表面上に配置された接着剤が、前記テープバッキングの前記第１のストリップと前記第２のストリップとの間の間隙をシールし、前記別個のストリップを前記構成要素の前記周辺部分に接着し、前記接着剤は、架橋非晶質フルオロポリマーを含む、膜電極接合体の構成要素。
【請求項９】
前記内側部分を囲むように前記構成要素の前記周辺部分に接着された前記テープバッキングの前記別個のストリップが少なくとも三つ存在し、前記少なくとも三つの別個のストリップのそれぞれ一つは、前記少なくとも三つの別個のストリップの他の二つに隣接しており、前記テープバッキングの前記別個のストリップの前記第１の表面上に配置された前記接着剤は、前記テープバッキングの前記別個のストリップの間の全ての間隙をシールする、請求項８に記載の膜電極接合体構成要素。
【請求項１０】
前記接着剤は、可塑剤を更に含む、請求項８又は９に記載の膜電極接合体構成要素。
【請求項１１】
前記可塑剤は、イオン性液体を含む、請求項１０に記載の膜電極接合体構成要素。
【請求項１２】
前記構成要素は、電解質膜であり、前記テープバッキングの前記別個のストリップは、前記電解質膜の第１の周囲面上に第１のサブガスケットを集合的に形成する、請求項８〜１１のいずれか一項に記載の膜電極接合体構成要素。
【請求項１３】
前記構成要素は、触媒コーティングされた電解質膜である、請求項８〜１２のいずれか一項に記載の膜電極接合体構成要素。
【請求項１４】
前記構成要素の前記内側部分は、少なくとも５００ｃｍ２の表面積を有する、請求項８〜１３のいずれか一項に記載の膜電極接合体構成要素。
【請求項１５】
請求項８〜１４のいずれか一項に記載の膜電極接合体構成要素を備える電気化学セル。
【請求項１６】
膜電極接合体の構成要素であって、
内側部分及び周辺部分を有する電解質膜又は集電体のうちの少なくとも一つと、
前記内側部分を囲むように前記構成要素の前記周辺部分上に配置された別個の接着剤ストリップと、を備え、第１の接着剤ストリップの短い辺が、第２の接着剤ストリップに隣接して配置されており、
前記別個の接着剤ストリップのそれぞれは、非晶質フルオロポリマーを含む接着剤を含む、膜電極接合体の構成要素。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１６年６月１５日に出願された米国特許仮出願第６２／３５０，５９６号に基づく優先権を主張するものであり、その開示全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
ガスケットは、様々な物品内の異なる二つの構成要素の間のシールを提供するために有用である。例えば、従来のプロトン交換膜（ＰＥＭ）燃料電池は、二つのフローフィールドプレート、アノードフローフィールドプレート及びカソードフローフィールドプレートを必要とする。実際のプロトン交換膜を含む膜電極接合体（ＭＥＡ）は、二つのフローフィールドプレートの間に設けられる。加えて、ガス拡散媒体又は層（gas diffusion media/layer）（ＧＤＭ／ＧＤＬ）は、それぞれのフローフィールドプレートとプロトン交換膜との間に挟まれる。ガス拡散媒体は、適切な気体、燃料又は酸化剤のいずれかのプロトン交換膜の表面への拡散を可能にすると同時に、関連付けられたフローフィールドプレートとＰＥＭとの間の電気の伝導を提供する。ＧＤＬはまた、流体輸送層（ＦＴＬ）又は拡散体／集電体（ＤＣＣ）と呼ばれることもある。このタイプの基本セル構造自体は、それぞれのシールをフローフィールドプレートのうちの一つとＰＥＭとの間に設けた、二つのシールを必要とする。燃料電池スタックアセンブリ内のガスケットは、使用中のＭＥＡからの加圧ガス漏れを防止するため、及び製造中のＭＥＡの過圧縮のリスクを低減するためにも有用であり得る。
【０００３】
フルオロエラストマーは、燃料電池内のフローフィールドプレートの間のガスケットとして有用であることが報告されている。例えば、米国特許第７，５６９，２９９号（Ｔｈｏｍｐｓｏｎ）、同第７，３０９，０６８号（Ｓｅｇａｗａ）、同第６，７２０，１０３号（Ｎａｇａｉ）、米国特許出願公開第２０１４／００７７４６２号、及び２０１３年３月１３日に発行された日本特許第５１６２９９０号を参照されたい。フルオロエラストマーガスケットは、典型的には、未硬化非晶質フルオロポリマーを成型（例えば、射出成型）することにより調製されている。
【発明の概要】
【０００４】
アセンブリ（例えば、ハードディスクドライブアセンブリ、半導体デバイス、並びにバッテリ及び燃料電池アセンブリを含む電極アセンブリ）に使用するためのガスケットの製造は、一般的に、二つの方法のうちの一つで行なわれる。第１の技術では、個々のガスケットは、好適な金型内でそれを成型することにより形成することができる。この方法では、設計者は、好都合には、それぞれのガスケットの、均一な厚さを有する必要がない断面を選択する自由を有する。しかし、ガスケットを成型することは、比較的複雑かつ高価であることがあり、それぞれの燃料電池構成に対して、フローフィールドプレート内の関連付けられた溝の形状に正確に対応する金型の設計及び製造が必要とされることになる。
【０００５】
第２の技術では、それぞれのガスケットは、材料の中実シートから切断される。これは、成型より安価かつ複雑でない技術であり、単に、平面図内でガスケットの形状を定義して、その構成の切断工具を製造する必要があるだけである。次に、ガスケットは、適切な材料及び厚さのシートから切断することができる。一般的に、均一な厚さを有するガスケットを形成するために、この方法を使用することが実用的である。不都合なことに、打抜きガスケットは、材料の多量の浪費となる。例えば、図１に示すガスケットでは、少なくともガスケットによって囲まれた材料は、無駄になる。一部の場合では、材料のシートの約８０％〜９０％は、打抜き後に廃棄される。
【０００６】
ここで、我々は、打抜きガスケットと同じ形状を有するガスケットを、図２及び図３に示すような材料（例えば、粘着テープ）の別個の部分を使用して製造することができ、これにより著しい無駄及びコストの低減をもたらすことになることを開示する。しかし、粘着テープの別個のストリップから形成されたガスケットに関する潜在的問題は、テープの別個のストリップの間の間隙からガス漏れが生じることがあることである。ここで我々は、粘着テープが非晶質フルオロポリマーを含む場合、熱又は圧力のうちの少なくとも一つを粘着テープに適用することにより、接着剤が粘着テープの別個のストリップの間の間隙に流入してシールすることを可能にすることができることを見出した。したがって、我々は、ガス漏れの問題をもたらすことなく、テープの別個のストリップから有用なガスケットを製造することができることを見出した。
【０００７】
一態様では、本開示は、アセンブリの製造方法を提供する。この方法では、内側部分及び周辺部分を有するアセンブリの構成要素を準備し、内側部分を囲むように粘着テープの別個のストリップを構成要素の周辺部分に接着する。第１のストリップの短い辺は、第２のストリップに隣接して配置されている。粘着テープは、バッキング上に配置された接着剤を含み、接着剤は、非晶質フルオロポリマーを含む。この方法は、接着剤が第１のストリップと第２のストリップとの間の全ての間隙をシールして架橋するように、熱又は圧力のうちの少なくとも一つを、別個のストリップに適用することを更に含む。この方法は、例えば、アセンブリが燃料電池アセンブリであり、かつ構成要素が電解質膜又はガス拡散層のうちの少なくとも一つを含む場合、有用であり得る。この方法はまた、例えば、ハードディスクドライブアセンブリ、半導体デバイス、及び電解槽及びバッテリアセンブリを含む他の電極アセンブリに対して有用であり得る。
【０００８】
別の態様では、本開示は、テープバッキングの別個のストリップの第１の表面を内側部分を囲むように構成要素の周辺部分に接着した、内側部分及び周辺部分を有するアセンブリ（例えば、膜電極接合体）の構成要素を提供する。構成要素は、電解質膜又は集電体のうちの少なくとも一つを含むことができる。テープバッキングの第１のストリップの短い辺は、テープバッキングの第２のストリップに隣接して配置される。テープバッキングの別個のストリップの第１の表面上に配置された接着剤は、テープバッキングの第１のストリップと第２のストリップとの間の間隙をシールし、別個のストリップを構成要素の周辺部分に接着する。接着剤は、架橋非晶質フルオロポリマーを含む。構成要素は、例えば、燃料電池アセンブリ又はサブアセンブリにおいて有用であり得る。構成要素はまた、例えば、ハードディスクドライブアセンブリ、半導体デバイス、並びに電解槽及びバッテリアセンブリを含む他の電極アセンブリに対して有用であり得る。
【０００９】
別の態様では、本開示は、別個の接着剤ストリップを内側部分を囲むように構成要素の周辺部分上に配置した、内側部分及び周辺部分を有するアセンブリ（例えば、膜電極接合体）の構成要素を提供する。構成要素は、電解質膜又は集電体のうちの少なくとも一つを含むことができる。第１の接着剤ストリップの短い辺は、第２の接着剤ストリップに隣接して配置される。別個の接着剤ストリップのそれぞれは、非晶質フルオロポリマーを含む接着剤を含む。概して、この態様では、本開示は、別個の接着剤ストリップを、接着剤が架橋される前に、その上に配置した膜電極接合体の構成要素を提供する。構成要素は、燃料電池アセンブリ又はサブアセンブリを製造するために有用であり得る。構成要素はまた、例えば、ハードディスクドライブアセンブリ、半導体デバイス、並びに電解槽及びバッテリアセンブリを含む他の電極アセンブリに対して有用であり得る。
【００１０】
別の態様では、本開示は、上述した方法によって製造された、及び／又は上述した構成要素を含む電気化学セルを提供する。
【００１１】
本願において、
「ａ」、「ａｎ」及び「ｔｈｅ」などの用語は、単数の実体のみを指すことを意図するものではなく、具体例を例示するために用いることができる一般的な種類を含む。用語「ａ」、「ａｎ」及び「ｔｈｅ」は、用語「少なくとも一つの」と互換的に使用される。
【００１２】
リストに続く、「のうちの少なくとも一つを含む」という語句は、リスト中の項目のうちのいずれか一つ、及びリスト中の二つ以上の項目の任意の組み合わせを含むことを指す。リストに続く、「のうちの少なくとも一つ」という語句は、リスト中の項目のうちのいずれか一つ、又はリスト中の二つ以上の項目の任意の組み合わせを指す。
【００１３】
用語「硬化」及び「硬化性」とは、通常架橋分子又は基を介して、ポリマー鎖が共有化学結合で互いに結合して網状ポリマーを形成する。したがって、本開示では、用語「硬化」及び「架橋」は、互換的に用いることができる。硬化又は架橋ポリマーは、一般に、不溶性であることを特徴とするが、適当な溶媒の存在下では膨潤性であることもある。
【００１４】
全ての数値範囲は、別途明言されない限り、これらの範囲の端点、及び端点と端点との間の非整数値を含む（例えば、１〜５は、１、１．５、２、２．７５、３、３．８０、４、５などを含む）。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】例えば、膜電極接合体において有用な打抜きガスケットの平面図である。
【図２】本開示によるアセンブリ及び方法において有用な接着剤ストリップの構成の一実施形態の平面図である。
【図３】本開示によるアセンブリ及び方法において有用な接着剤ストリップの構成の別の実施形態の平面図である。
【図４Ａ】接着剤が硬化される前の接着剤ストリップの一実施形態を示す、図２の線４Ａ−４Ａで取られた断面である。
【図４Ｂ】接着剤が硬化された後の図４Ａの接着剤ストリップを示す、図２の線４Ａ−４Ａで取られた断面である。
【図５】本開示のいくつかの実施形態による接着剤ストリップを含む燃料電池の分解組立斜視図である。
【００１６】
本発明は様々な修正及び代替形態が可能であるが、その詳細を、例として図面で示すとともに詳細に説明する。しかし、本開示を説明する特定の実施形態に限定するものではないことを理解されたい。むしろ逆に、添付の特許請求の範囲によって定義される範囲内に含まれるあらゆる変形例、均等物、及び代替例を網羅することが意図される。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図２及び図３は、本開示による構成要素及び方法において有用な接着剤ストリップの構成の実施形態を示す。図２及び図３では、ガスケットの形状を定義するために、四つのストリップ１１、２１が使用されている。ストリップ１１、２１は、開口部１７、２７を集合的に囲む。上述したように、ガスケットが図１に示すように材料のシートから打抜かれる場合、開口部を形成するために切断された材料は、典型的には、廃棄物として廃棄される。
【００１８】
図２に示す実施形態では、ストリップ１１は、矩形の形状であり、それぞれが、同じサイズ又はおおよそ同じサイズを有する。それぞれのストリップ１１は、対向する二つの短い辺１３及び対向する二つの長い境界を有する。ストリップが矩形であるため、長い境界は、長い辺１９と呼ばれる。ストリップ１１の短い辺１３はそれぞれ、ストリップの長い辺１９に対して９０度の角度で切断される。また、隣接する二つのストリップ１１の短い辺１３は、互いに対して９０度の角度である。
【００１９】
図３に示す実施形態では、ストリップ２１ａ及び２１ｂは、矩形の形状であるが、ストリップ２１ａは、ストリップ２１ｂより長い。それぞれのストリップ２１ａ、２１ｂは、対向する二つの短い辺２３及び対向する二つの長い辺２９を有する。ストリップ２１ａ、２１ｂの短い辺２３はそれぞれ、ストリップの長い辺に対して９０度の角度で切断される。
【００２０】
本明細書の図及び説明から、別個のストリップは、それぞれが内側部分を囲む同心の二つのガスケットではないことを理解されたい。別個のストリップ１１、２１ａ、２１ｂは、開口部１７、２７を個別に囲まないが、代わりに、開口部１７、２７を集合的に囲んで、それぞれが、形状の周囲の一部分のみを形成する、又はアセンブリの構成要素の周囲の一部分のみをカバーする。別個のストリップは、単一のガスケットを集合的に形成すると理解することができる。別個のストリップのそれぞれ自体は、開口部を有さず、アセンブリの構成要素の内側部分を囲むことができない。別個のストリップのそれぞれのストリップ１１、２１ａ、２１ｂは、典型的には、組成が同一である（例えば、以下の実施形態の一部で説明するように、同じバッキング及びバッキング上に配置された同じ接着剤を有することができる）。
【００２１】
ガスケットを形成するために、ストリップ１１及び２１ａ、２１ｂを可能な限り互いの近くに配置することが望ましい。ガスケットの厚さの変化を引き起こすような端部の重ね合わせを行わずに、それらをガス漏れを防止するのに十分に接近して配置することが不可能なことがある。ストリップが接触している場合でも、ストリップ間の切れ目が、典型的には、ガス漏れを可能にするのに十分大きくなるであろう。したがって、典型的には、隣接する二つ二つの接着剤ストリップの間に間隙が存在し、これら隣接する二つの接着剤ストリップは、接触している場合も又は接触していない場合もある。間隙は、隙間と呼ぶのに十分に小さくすることができる。図２の一実施形態の線４Ａ−４Ａを通って切り取られた図４Ａの断面図は、この間隙１６を示す。間隙１６は、それが容易に見えるように、図４Ａで縮尺から外れて示されている。
【００２２】
本開示による構成要素及び方法において有用な接着剤ストリップの一実施形態を、図４Ａに示す。接着剤ストリップは、対向する第１及び第２の主面を有するテープバッキング１２を含む。第１及び第２の主面は、最大表面積を有するテープバッキングの表面であると理解すべきである。接着剤１４は、テープバッキングの第１の主面上に配置される。再び図２を参照すると、間隙１６は、一つの接着剤ストリップ１１の短い辺１３と隣接する接着剤ストリップの長い辺１９との間に示されている。
【００２３】
本開示による構成要素及び方法における別個のストリップの間の間隙のサイズは、接着剤ストリップのサイズ及びガスケットを形成するための接着剤ストリップを配置するために使用される装置に依存し得る。いくつかの実施形態では、テープバッキングの接着剤ストリップ（単数又は複数）の間の間隙は、最大１ミリメートル、最大５００マイクロメートル、最大２５０マイクロメートル、最大１００マイクロメートル、最大５０マイクロメートル、最大２５マイクロメートル、最大１０マイクロメートル、又は最大１マイクロメートルとすることができる。いくつかの実施形態では、接着剤ストリップは、接触するように配置されるが、それらの間に依然として間隙又は隙間を有する。
【００２４】
図４Ｂは、接着剤１４がテープバッキング１２の別個のストリップの間の空間１６に流入してシールするように、熱又は圧力のうちの少なくとも一つを粘着テープに適用した後の図４Ａに示す断面を示す。以下に更に詳細に説明するように、接着剤が間隙に流入してシールし、架橋した後で、シールされた間隙１８は、ガス漏れを防止することができる。
【００２５】
図２及び図３に示す接着剤ストリップ１１、２１ａ、２１ｂは、正方形を形成するように構成されているが、接着剤ストリップは、任意の形状に配置することができる。例えば、接着剤ストリップは、図５に示すように矩形、若しくは三角形、五角形、六角形、八角形、又は他の多辺形状を形成するように配置することができる。これらの形状のそれぞれは、多角形（例えば、矩形、台形、及び平行四辺形などの四辺形）を有するストリップで作製することができる。ガスケットの二つの辺を形成する別個のストリップもまた、有用であり得る。例えば、鋭角又は鈍角を定義するＬ字形状のストリップ又は他のストリップは、有用であり得る。接着剤ストリップは、円又は楕円などの非直線境界を有する形状を形成するように配置することができる。これらの場合では、ストリップは、アーチ形（例えば、半円形アーチ形、部分アーチ形、尖頭アーチ形、楕円アーチ形、又は放物線アーチ形）などの非直線形状を有することができる。これらの実施形態では、ストリップの長い境界は、非直線（例えば、円弧）である。接着剤ストリップが半円形アーチ形の形状である実施形態に関して、短い端部に対して短い端部を配置したそのようなストリップのうちの二つのみが、本明細書で説明するアセンブリの構成要素の内側部分を囲むために必要であることが想像される。角度又は円弧を含むストリップは、材料のシートから打抜くことができるが、別個のストリップが閉じられた内側を有さないため、図１に示すものなどの打抜きガスケットより少ない廃棄物を依然として形成し得る。
【００２６】
いくつかの実施形態（例えば、アーチ形の形状のＬ字形状のストリップ（単数又は複数）に関する）では、内側部分を囲むように構成要素の周辺部分に接着された粘着テープの別個の二つのストリップが存在し得る。いくつかの実施形態では、内側部分を囲むように構成要素の周辺部分に接着された粘着テープの別個のストリップの少なくとも三つが存在する。いくつかの実施形態では、内側部分を囲むように構成要素の周辺部分に接着された粘着テープの別個のストリップの少なくとも四つが存在する。これらの実施形態では、図２及び図３に示すように、少なくとも三つ又は四つの別個のストリップのうちのそれぞれ一つは、少なくとも三つ又は四つの別個のストリップの他の二つに隣接する。
【００２７】
本開示の方法及び構成要素は、例えば、構成要素の内側部分が相対的に大きい場合に有用であり得る。構成要素の内側部分のサイズが増大すると、ガスケットを打抜くときに形成される廃棄物の量もまた、増大する。本開示の方法及びアセンブリ構成要素は、例えば、構成要素の内側部分が少なくとも５００ｃｍ２、少なくとも７５０ｃｍ２、又は少なくとも１０００ｃｍ２の表面積を有するとき、有用であり得る。構成要素の内側部分は、構成要素（例えば、電解質膜又は集電体）の有効部分と考えることができる。
【００２８】
いくつかの実施形態では、本開示の、又は本開示の方法によって製造されるアセンブリは、燃料電池内の膜電極接合体である。典型的な燃料電池システムは、一つ以上の燃料電池が電力を発生させる電力区分を含む。燃料電池とは、水素又は他の燃料及び酸素を水又は水及び二酸化炭素に変換して、そのプロセス内で電気及び熱を作り出す、エネルギ変換装置である。各燃料電池ユニットは、プロトン交換部材（ＰＥＭ）をガス拡散層と共に有していてもよく、ガス拡散層は拡散体及び集電体として機能し、プロトン交換部材のいずれかの側に存在する。ガス拡散層とＰＥＭとの間には、アノード及びカソード触媒層がそれぞれ配置される。このユニットは、膜電極接合体（ＭＥＡ）と呼ばれる。膜電極接合体のガス拡散層の外側には、セパレータプレート（本明細書において、フローフィールドプレート又はバイポーラープレートとも呼ばれる）が、それぞれ配置される。このタイプの燃料電池は、ＰＥＭ燃料電池と呼ばれることが多い。
【００２９】
単一のＭＥＡ中の反応は、典型的には１ボルト未満を発生させる。したがって、大部分の用途において有用な作動電圧を得るために、複数のＭＥＡを積み重ねて直列に電気接続して、所望の電圧を達成してもよい。電流が、燃料電池スタックから集電されて、負荷の駆動に用いられる。燃料電池は、自動車からラップトップコンピュータまで、多種多様な用途に対して電力を供給するために使用することができる。
【００３０】
燃料電池電力システムの効率は、ＭＥＡの表面での反応ガスの流れ、並びに燃料電池スタックの個々の燃料電池内の様々な接触及びシール境界面の完全性に依存する。そのような接触及びシール境界面は、スタックの燃料電池内の及び燃料電池間の燃料、冷却剤、及び廃液の輸送に関連するものを含む。燃料電池スタック内の燃料電池構成要素及びアセンブリの適切なシールは、燃料電池システムの効率的な動作を促進する。
【００３１】
サブガスケットは、例えば、燃料電池の活性領域をシールし、電解質膜に寸法安定性を提供するために、燃料電池の電解質膜の上に配置することができる。圧力下で、スタックにある燃料電池構成要素の縁部は、燃料電池の破損を引き起こし得る膜への局所応力集中の原因となり得る。サブガスケットは、この破損メカニズムの発生を減少させるために、膜に支持を提供する。
【００３２】
図５は、本開示の、又は本開示の方法によって製造されるアセンブリの一実施形態の分解組立図を示す。図５に示すように、燃料電池１５０の膜電極接合体（ＭＥＡ）１５５は、五つの構成要素層を含む。電解質膜層１５２は、１対のＧＤＬ１５４の間に挟まれている。アノード触媒層１５６は、第１のＧＤＬ１５４と膜１５２との間に位置しており、カソード触媒層１５８は、膜１５２と第２のＧＤＬ１５４との間に位置している。別個の接着剤ストリップの第１の組から形成されたサブガスケット１１０は、ＧＤＬ１５４とアノード触媒層１５６との間に位置しており、別個の接着剤ストリップの第２の組から形成されたサブガスケット１２０は、第２のＧＤＬ１５４とカソード触媒層１５８との間に位置している。
【００３３】
図５に示す実施形態では、別個のストリップ１１１、１２１は、台形の形状である。それぞれのストリップ１１１、１２１は、対向する二つの短い辺１１３、１２３及び対向する二つの長い辺１１９、１２９を有する。ストリップ１１１、１２１の短い辺１１３、１２３はそれぞれ、ストリップの長い辺１１９、１２９に対して４５度の角度で切断されている。また、隣接する二つのストリップ１１１、１２１の短い辺１１３、１２３は、互いに対して４５度の角度である。図示した実施形態では、ストリップは、台形の形状であるが、上述しかつ図２及び図３に示す接着剤ストリップの形状及び構成のいずれかが、有用であり得る。
【００３４】
いくつかの実施形態では、膜層１５２は、一つの表面上のコーティングとしてアノード触媒層１５６、及び他の表面上のコーティングとしてカソード触媒層１５８を含むように作製される。この構造は、多くの場合、触媒コーティング膜又はＣＣＭと呼ばれる。ＧＤＬ１５４は、触媒コーティングを含むように又は除外するように作製することができる。一つの構成では、アノード触媒コーティングは、第１のＧＤＬ１５４上に部分的に、かつ膜１５２の一つの表面上に部分的に配置することができる。及び／又はカソード触媒コーティングは、第２のＧＤＬ１５４上に部分的に、かつ膜１５２の他の表面上に部分的に配置することができる。
【００３５】
電解質膜は、ＭＥＡのより高価な構成要素のうちの一つであり、燃料電池アセンブリを形成するために使用される電解質膜の量を減少させ、それによって、燃料電池スタックのコストを減少させることがしばしば望まれる。ＭＥＡにおいて使用される電解質膜の量を減少させるための技術は、「膜スリフティング」と称されることがある。膜スリフティングのための一つの技術は、電解質膜のｘ及び／又はｙ寸法を減少させることである。図示した実施形態では、電解質膜１５２は、ｘ方向及びｙ方向に「スリフトされ」、これは、電解質膜がサブガスケット１１０、１２０の下に部分的にしか延びないことを意味する。
【００３６】
図５では、サブガスケット１１０及び１２０は、同じサイズである。他の実施形態では、サブガスケット１１０は、サブガスケット１２０と同じサイズとすることも、又は異なるサイズとすることもできる。図５に示すようにサブガスケット１１０及び１２０が同じサイズである場合、別個のストリップ１１１のそれぞれの外側縁部は、別個のストリップ１２１のそれぞれの対応する外側縁部と整列する。しかし、サブガスケット１１０及び１２０が同じサイズでない場合、別個のストリップ１１１の一つ以上の外側縁部は、別個のストリップ１２１の第２の組の対応する外側縁部と整列しない。
【００３７】
別個のストリップ１１１によって画定された開口部１１７は、別個のストリップ１２１の第２の組によって画定された開口部１２７と同じサイズとすることも、又は異なるサイズとすることもできる。図５に示す実施形態では、開口部１１７及び１２７は、同じサイズであり、別個のストリップ１１１の内側縁部は、別個のストリップ１２１の第２の組の対応する内側縁部と整列する。開口部１１７及び１２７が異なるサイズである他の実施形態では、別個のストリップ１１１の一つ以上の内側縁部は、別個のストリップ１２１の第２の組の対応する内側縁部と整列しない。
【００３８】
図５に示す実施形態では、ＭＥＡ１５５は、第１の周囲ガスケット１６５と第２の周囲ガスケット１６７との間に挟まれているように図示されている。フローフィールドプレート１６９は、第１及び第２の周囲ガスケット１６５、１６７に隣接している。フローフィールドプレート又はセパレータ１６９のそれぞれは、水素及び酸素の供給燃料が通過することができる流体流れチャネル１６８及びポートの領域を含む。
【００３９】
図５に示す構成では、フローフィールドプレート１６９は、単一のＭＥＡ１５５がそれらの間に挟まれる単極フローフィールドプレートとして構成される。このフローフィールドプレートは、モノポーラフローフィールドプレートとも呼ばれる。単極フローフィールドプレートは、フローフィールド側及び冷却側を含むセパレータを含むことができる。フローフィールド側は、水素及び酸素の供給燃料が通過することができるガス流れチャネル１６８及びポートの領域を内蔵する。冷却側は、一体冷却チャネルなどの冷却構成を内蔵する。あるいは、冷却側は、例えば、冷却剤が通過する冷却ブロック若しくはブラダ、又はヒートシンク要素などの別個の冷却要素に接触するように構成することができる。
【００４０】
周囲ガスケット１６５、１６７は、燃料電池内のシールを提供し、これにより様々な流体（気体／液体）輸送を分離し、反応領域が互いに汚染すること及び燃料電池１５０を不適切に流出することから隔離し、フローフィールドプレート１６９の間の電気的絶縁及び／又はハードストップ圧縮制御を更に提供することができる。用語「ハードストップ」は、一般的に、動作圧力及び動作温度下で厚さが著しく変化しない、ほぼ又は実質的に非圧縮性の材料を指す。より具体的には、用語「ハードストップ」は、一定の厚さ又はひずみでＭＥＡの圧縮を保持する、膜電極接合体（ＭＥＡ）内の実質的に非圧縮性の部材又は層を指す。
【００４１】
周囲ガスケット１６５、１６７は、一つ以上のガスケット、サブガスケット及び／又はＯリングを用いて、ＭＥＡ１５５の縁部のシール、並びにＭＥＡ１５５とフローフィールドプレート１６９との間のシール及びその周囲のシールを行うことができる。一つの構成では、周囲ガスケット１６５、１６７は、燃料電池１５０内の必要なシールを提供するために、用いられる様々な選択された材料の一つ、二つ、又はより多くの層から形成されたガスケットシステムを含む。そのような材料としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリテトラフルオロエチレンで含侵したガラス繊維、様々な架橋性樹脂材料、エラストマー材料、ＵＶ硬化性ポリマー材料、表面テクスチャ材料、多層複合材料、シーラント、及びシリコン材料が挙げられる。他の構成は、現場で形成されるシールシステムを用いる。いくつかの実施形態では、本明細書で説明するような接着剤の別個のストリップは、周囲ガスケット１６５、１６７、並びにサブガスケット１１０、１２０に関して有用であり得る。
【００４２】
本開示による構成要素及び方法において有用な接着剤は、非晶質フルオロポリマーを含む。非晶質フルオロポリマーは、融点を呈さない。これらは、一般的に、室温より低いガラス転移温度を有し、室温において結晶性をほとんど又は全く呈さない。ポリマー加工用添加剤として有用な非晶質フルオロポリマーには、フッ素化オレフィンのホモポリマー及び／又はコポリマーが挙げられる。いくつかの実施形態では、ホモポリマー又はコポリマーは、少なくとも１：２のフッ素原子対炭素原子比を有することができ、いくつかの実施形態では少なくとも１：１、及び／又は少なくとも１：１．５のフッ素原子対水素原子比を有することができる。
【００４３】
本開示を実施するために有用な非晶質フルオロポリマーは、式ＲａＣＦ＝ＣＲａ２で表される、少なくとも部分的フッ素化、又は過フッ素化エチレン性不飽和モノマーに由来するインターポリマー化単位を含むことができ、式中、各Ｒａは、独立して、フルオロ、クロロ、ブロモ、水素、フルオロアルキル基（例えば、１〜８、１〜４、又は１〜３個の炭素原子を有するペルフルオロアルキル）、フルオロアルコキシ基（例えば、１〜８、１〜４、又は１〜３個の炭素原子を有するペルフルオロアルコキシであって、任意選択で一つ以上の酸素原子が介在する）、１〜８個の炭素原子のアルキル若しくはアルコキシ、１〜８個の炭素原子のアリール、又は１〜１０個の炭素原子の環状飽和アルキルである。式ＲａＣＦ＝ＣＲａ２で表される有用なフッ素化モノマーの例としては、フッ化ビニリデン（ＶＤＦ）、テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）、ヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）、クロロトリフルオロエチレン、２−クロロペンタフルオロプロペン、ジクロロジフルオロエチレン、１，１−ジクロロフルオロエチレン、１−ヒドロペンタフルオロプロピレン、２−ヒドロペンタフルオロプロピレン、ペルフルオロアルキルペルフルオロビニルエーテル、及びこれらの混合物が挙げられる。
【００４４】
いくつかの実施形態では、本開示を実施するために有用な非晶質フルオロポリマーは、独立して式ＣＦ２＝ＣＦＯＲｆで表される一つ以上のモノマーからの単位を含み、式中、Ｒｆは、１〜８個、１〜４個、又は１〜３個の炭素原子を有し、１個以上の−Ｏ−基が任意選択で介在するペルフルオロアルキルである。非晶質フルオロポリマーを製造するために好適なペルフルオロアルコキシアルキルビニルエーテルには、式ＣＦ２＝ＣＦ（ＯＣｎＦ２ｎ）ｚＯＲｆ２によって表されるものが挙げられ、式中、各ｎは独立して１〜６であり、ｚは１又は２であり、Ｒｆ２は１〜８個の炭素原子を有し、かつ一つ以上の−Ｏ−基が任意選択で介在する、直鎖又は分枝鎖ペルフルオロアルキル基である。いくつかの実施形態では、ｎは、１〜４、又は１〜３、又は２〜３、又は２〜４である。いくつかの実施形態では、ｎは１又は３である。いくつかの実施形態では、ｎは３である。ＣｎＦ２ｎは、直鎖であっても分枝鎖であってもよい。いくつかの実施形態では、ＣｎＦ２ｎは、（ＣＦ２）ｎと表記することもできるが、これは直鎖ペルフルオロアルキレン基を指す。いくつかの実施形態では、ＣｎＦ２ｎは、−ＣＦ２−ＣＦ２−ＣＦ２−である。いくつかの実施形態では、ＣｎＦ２ｎは、分枝鎖であり、例えば−ＣＦ２−ＣＦ（ＣＦ３）−である。いくつかの実施形態では、（ＯＣｎＦ２ｎ）ｚは、−Ｏ−（ＣＦ２）１−４−［Ｏ（ＣＦ２）１−４］０−１で表される。いくつかの実施形態では、Ｒｆ２は、１〜８個（又は１〜６個）の炭素原子を有し、最大四つ、三つ又は二つの−Ｏ−基が任意に介在する、直鎖又は分枝鎖ペルフルオロアルキル基である。いくつかの実施形態では、Ｒｆ２は、１〜４個の炭素原子を有し、一つの−Ｏ−基が任意に介在するペルフルオロアルキル基である。式ＣＦ２＝ＣＦＯＲｆ及びＣＦ２＝ＣＦ（ＯＣｎＦ２ｎ）ｚＯＲｆ２によって表される好適なモノマーには、ペルフルオロメチルビニルエーテル、ペルフルオロエチルビニルエーテル、ペルフルオロプロピルビニルエーテル、ＣＦ２＝ＣＦＯＣＦ２ＯＣＦ３、ＣＦ２＝ＣＦＯＣＦ２ＯＣＦ２ＣＦ３、ＣＦ２＝ＣＦＯＣＦ２ＣＦ２ＯＣＦ３、ＣＦ２＝ＣＦＯＣＦ２ＣＦ２ＣＦ２ＯＣＦ３、ＣＦ２＝ＣＦＯＣＦ２ＣＦ２ＣＦ２ＣＦ２ＯＣＦ３、ＣＦ２＝ＣＦＯＣＦ２ＣＦ２ＯＣＦ２ＣＦ３、ＣＦ２＝ＣＦＯＣＦ２ＣＦ２ＣＦ２ＯＣＦ２ＣＦ３、ＣＦ２＝ＣＦＯＣＦ２ＣＦ２ＣＦ２ＣＦ２ＯＣＦ２ＣＦ３、ＣＦ２＝ＣＦＯＣＦ２ＣＦ２ＯＣＦ２ＯＣＦ３、ＣＦ２＝ＣＦＯＣＦ２ＣＦ２ＯＣＦ２ＣＦ２ＯＣＦ３、ＣＦ２＝ＣＦＯＣＦ２ＣＦ２ＯＣＦ２ＣＦ２ＣＦ２ＯＣＦ３、ＣＦ２＝ＣＦＯＣＦ２ＣＦ２ＯＣＦ２ＣＦ２ＣＦ２ＣＦ２ＯＣＦ３、ＣＦ２＝ＣＦＯＣＦ２ＣＦ２ＯＣＦ２ＣＦ２ＣＦ２ＣＦ２ＣＦ２ＯＣＦ３、ＣＦ２＝ＣＦＯＣＦ２ＣＦ２（ＯＣＦ２）３ＯＣＦ３、ＣＦ２＝ＣＦＯＣＦ２ＣＦ２（ＯＣＦ２）４ＯＣＦ３、ＣＦ２＝ＣＦＯＣＦ２ＣＦ２ＯＣＦ２ＯＣＦ２ＯＣＦ３、ＣＦ２＝ＣＦＯＣＦ２ＣＦ２ＯＣＦ２ＣＦ２ＣＦ３、ＣＦ２＝ＣＦＯＣＦ２ＣＦ２ＯＣＦ２ＣＦ２ＯＣＦ２ＣＦ２ＣＦ３、ＣＦ２＝ＣＦＯＣＦ２ＣＦ（ＣＦ３）−Ｏ−Ｃ３Ｆ７（ＰＰＶＥ−２）、ＣＦ２＝ＣＦ（ＯＣＦ２ＣＦ（ＣＦ３））２−Ｏ−Ｃ３Ｆ７（ＰＰＶＥ−３）、及びＣＦ２＝ＣＦ（ＯＣＦ２ＣＦ（ＣＦ３））３−Ｏ−Ｃ３Ｆ７（ＰＰＶＥ−４）が挙げられる。これらのペルフルオロアルコキシアルキルビニルエーテルの多くは、米国特許第６，２５５，５３６号（Ｗｏｒｍら）及び同第６，２９４，６２７号（Ｗｏｒｍら）に記載されている方法に従って調製することができる。
【００４５】
また、ペルフルオロアルキルアルケンエーテル及びペルフルオロアルコキシアルキルアルケンエーテルも、本開示による組成物、方法及び使用のための非晶質ポリマーの製造に有用であり得る。加えて、非晶質フルオロポリマーは、米国特許第５，８９１，９６５号（Ｗｏｒｍら）及び同第６，２５５，５３５号（Ｓｃｈｕｌｚら）に記載されているものを含めた、フルオロ（アルケンエーテル）モノマーのインターポリマー化単位を含んでもよい。このようなモノマーとしては、例えば、ＣＦ２＝ＣＦ（ＣＦ２）ｍ−Ｏ−Ｒｆによって表されるものが挙げられ、式中、ｍは１〜４の整数であり、Ｒｆは、酸素原子を含むことによって更なるエーテル結合を形成することができる直鎖又は分枝鎖ペルフルオロアルキレン基であり、Ｒｆは１〜２０、いくつかの実施形態では１〜１０個の炭素原子を骨格鎖中に含有し、Ｒｆはまた更なる末端不飽和部位を含有してもよい。いくつかの実施形態では、ｍは１である。好適なフルオロ（アルケンエーテル）モノマーの例としては、ＣＦ２＝ＣＦＣＦ２−Ｏ−ＣＦ３、ＣＦ２＝ＣＦＣＦ２−Ｏ−ＣＦ２−Ｏ−ＣＦ３、ＣＦ２＝ＣＦＣＦ２−Ｏ−ＣＦ２ＣＦ２−Ｏ−ＣＦ３、ＣＦ２＝ＣＦＣＦ２−Ｏ−ＣＦ２ＣＦ２−Ｏ−ＣＦ２−Ｏ−ＣＦ２ＣＦ３、ＣＦ２＝ＣＦＣＦ２−Ｏ−ＣＦ２ＣＦ２−Ｏ−ＣＦ２ＣＦ２ＣＦ２−Ｏ−ＣＦ３、ＣＦ２＝ＣＦＣＦ２−Ｏ−ＣＦ２ＣＦ２−Ｏ−ＣＦ２ＣＦ２−Ｏ−ＣＦ２−Ｏ−ＣＦ３、ＣＦ２＝ＣＦＣＦ２ＣＦ２−Ｏ−ＣＦ２ＣＦ２ＣＦ３などのペルフルオロアルコキシアルキルアリルエーテルが挙げられる。
【００４６】
好適なペルフルオロアルコキシアルキルアリルエーテルとしては、式ＣＦ２＝ＣＦＣＦ２（ＯＣｎＦ２ｎ）ｚＯＲｆ２［式中、ｎ、ｚ、及びＲｆ２は、ペルフルオロアルコキシアルキルビニルエーテルの実施形態のいずれかにおいて上に定義される通りである。］によって表されるようなものが挙げられる。好適なペルフルオロアルコキシアルキルアリルエーテルの例としては、ＣＦ２＝ＣＦＣＦ２ＯＣＦ２ＣＦ２ＯＣＦ３、ＣＦ２＝ＣＦＣＦ２ＯＣＦ２ＣＦ２ＣＦ２ＯＣＦ３、ＣＦ２＝ＣＦＣＦ２ＯＣＦ２ＯＣＦ３、ＣＦ２＝ＣＦＣＦ２ＯＣＦ２ＯＣＦ２ＣＦ３、ＣＦ２＝ＣＦＣＦ２ＯＣＦ２ＣＦ２ＣＦ２ＣＦ２ＯＣＦ３、ＣＦ２＝ＣＦＣＦ２ＯＣＦ２ＣＦ２ＯＣＦ２ＣＦ３、ＣＦ２＝ＣＦＣＦ２ＯＣＦ２ＣＦ２ＣＦ２ＯＣＦ２ＣＦ３、ＣＦ２＝ＣＦＣＦ２ＯＣＦ２ＣＦ２ＣＦ２ＣＦ２ＯＣＦ２ＣＦ３、ＣＦ２＝ＣＦＣＦ２ＯＣＦ２ＣＦ２ＯＣＦ２ＯＣＦ３、ＣＦ２＝ＣＦＣＦ２ＯＣＦ２ＣＦ２ＯＣＦ２ＣＦ２ＯＣＦ３、ＣＦ２＝ＣＦＣＦ２ＯＣＦ２ＣＦ２ＯＣＦ２ＣＦ２ＣＦ２ＯＣＦ３、ＣＦ２＝ＣＦＣＦ２ＯＣＦ２ＣＦ２ＯＣＦ２ＣＦ２ＣＦ２ＣＦ２ＯＣＦ３、ＣＦ２＝ＣＦＣＦ２ＯＣＦ２ＣＦ２ＯＣＦ２ＣＦ２ＣＦ２ＣＦ２ＣＦ２ＯＣＦ３、ＣＦ２＝ＣＦＣＦ２ＯＣＦ２ＣＦ２（ＯＣＦ２）３ＯＣＦ３、ＣＦ２＝ＣＦＣＦ２ＯＣＦ２ＣＦ２（ＯＣＦ２）４ＯＣＦ３、ＣＦ２＝ＣＦＣＦ２ＯＣＦ２ＣＦ２ＯＣＦ２ＯＣＦ２ＯＣＦ３、ＣＦ２＝ＣＦＣＦ２ＯＣＦ２ＣＦ２ＯＣＦ２ＣＦ２ＣＦ３、ＣＦ２＝ＣＦＣＦ２ＯＣＦ２ＣＦ２ＯＣＦ２ＣＦ２ＯＣＦ２ＣＦ２ＣＦ３、ＣＦ２＝ＣＦＣＦ２ＯＣＦ２ＣＦ（ＣＦ３）−Ｏ−Ｃ３Ｆ７、及びＣＦ２＝ＣＦＣＦ２（ＯＣＦ２ＣＦ（ＣＦ３））２−Ｏ−Ｃ３Ｆ７が挙げられる。これらのペルフルオロアルコキシアルキルアリルエーテルの多くは、例えば、米国特許第４，３４９，６５０号（Ｋｒｅｓｐａｎ）に記載されている方法に従って調製することができる。
【００４７】
本開示を実施するために有用な非晶質フルオロポリマーもまた、少なくとも一つのモノマーＲａＣＦ＝ＣＲａ２と、式Ｒｂ２Ｃ＝ＣＲｂ２で表される少なくとも一つの非フッ素化の共重合可能なコモノマーとの共重合に由来するインターポリマー化単位を含み、式中、各Ｒｂは、独立して、水素、クロロ、１〜８個、１〜４個、若しくは１〜３個の炭素原子を有するアルキル、１〜１０、１〜８、若しくは１〜４個の炭素原子を有する環状飽和アルキル基、又は１〜８個の炭素原子を有するアリール基である。式Ｒｂ２Ｃ＝ＣＲｂ２で表される有用なモノマーの例としては、エチレン及びプロピレンが挙げられる。ペルフルオロ−１，３−ジオキソールもまた、非晶質フルオロポリマーを調製するために有用であり得る。ペルフルオロ−１，３−ジオキソールモノマー及びそれらのコポリマーは、米国特許第４，５５８，１４１号（Ｓｑｕｉｒｅｓ）に記載されている。
【００４８】
フッ素化オレフィンの有用な非晶質コポリマーの例は、例えば、フッ化ビニリデン及びフッ素化されていても、又はフッ素化されていなくてもよい（例えば、式ＲａＣＦ＝ＣＲａ２若しくはＲｂ２Ｃ＝ＣＲｂ２で表される）一つ以上の追加のオレフィンに由来するものである。いくつかの実施形態では、有用なフルオロポリマーには、フッ化ビニリデンと、各二重結合炭素原子上に少なくとも一つのフッ素原子を含有する式ＲａＣＦ＝ＣＲａ２で表される少なくとも一つの末端不飽和フルオロモノオレフィンとのコポリマーが挙げられる。フッ化ビニリデンと共に有用であり得るコモノマーの例としては、ヘキサフルオロプロピレン、クロロトリフルオロエチレン、１−ヒドロペンタフルオロプロピレン、及び２−ヒドロペンタフルオロプロピレンが挙げられる。本開示の実施に有用な非晶質フルオロポリマーの他の例としては、フッ化ビニリデン、テトラフルオロエチレン、及びヘキサフルオロプロピレン又は１−又は２−ヒドロペンタフルオロプロピレンのコポリマー、並びにテトラフルオロエチレン、プロピレン、及び任意選択のフッ化ビニリデンのコポリマーが挙げられる。いくつかの実施形態では、非晶質フルオロポリマーは、ヘキサフルオロプロピレンとフッ化ビニリデンとのコポリマーである。いくつかの実施形態では、非晶質フルオロポリマーは、ペルフルオロプロピレン、フッ化ビニリデン及びテトラフルオロエチレンのコポリマーである。
【００４９】
ＶＤＦ及びＨＦＰのインターポリマー化単位を含む非晶質フルオロポリマーは、典型的には、３０〜９０重量％のＶＤＦ単位及び７０〜１０重量％のＨＦＰ単位を有する。ＴＦＥ及びプロピレンのインターポリマー化単位を含む非晶質フルオロポリマーは、典型的には、約５０〜８０重量％のＴＦＥ単位及び５０〜２０重量％のプロピレン単位を有する。ＴＦＥ、ＶＤＦ、及びプロピレンのインターポリマー化単位を含む非晶質フルオロポリマーは、典型的には、約４５〜８０重量％のＴＦＥ単位、５〜４０重量％のＶＤＦ単位、及び１０〜２５重量％のプロピレン単位を有する。当業者は、特定のインターポリマー化単位を非晶質フルオロポリマーを形成するのに適切な量で選択することができる。いくつかの実施形態では、非フッ素化オレフィンモノマーに由来する重合単位は、フルオロポリマーの最大２５モル％で存在し、いくつかの実施形態では、最大１０モル％、又は最大３モル％で非晶質フルオロポリマー中に存在する。いくつかの実施形態では、ペルフルオロアルキルビニルエーテル又はペルフルオロアルコキシアルキルビニルエーテルモノマーのうちの少なくとも一つに由来する重合単位は、フルオロポリマーの最大５０モル％で存在し、いくつかの実施形態では、最大３０モル％、又は最大１０モル％で非晶質フルオロポリマー中に存在する。いくつかの実施形態では、本開示を実施するために有用な非晶質フルオロポリマーは、ＴＦＥ／プロピレンコポリマー、ＴＦＥ／プロピレン／ＶＤＦコポリマー、ＶＤＦ／ＨＦＰコポリマー、ＴＦＥ／ＶＤＦ／ＨＦＰコポリマー、ＴＦＥ／ペルフルオロメチルビニルエーテル（ＰＭＶＥ）コポリマー、ＴＦＥ／ＣＦ２＝ＣＦＯＣ３Ｆ７コポリマー、ＴＦＥ／ＣＦ２＝ＣＦＯＣＦ３／ＣＦ２＝ＣＦＯＣ３Ｆ７コポリマー、ＴＦＥ／ＣＦ２＝Ｃ（ＯＣ２Ｆ５）２コポリマー、ＴＦＥ／エチルビニルエーテル（ＥＶＥ）コポリマー、ＴＦＥ／ブチルビニルエーテル（ＢＶＥ）コポリマー、ＴＦＥ／ＥＶＥ／ＢＶＥコポリマー、ＶＤＦ／ＣＦ２＝ＣＦＯＣ３Ｆ７コポリマー、エチレン／ＨＦＰコポリマー、ＴＦＥ／ＨＦＰコポリマー、ＣＴＦＥ／ＶＤＦコポリマー、ＴＦＥ／ＶＤＦコポリマー、ＴＦＥ／ＶＤＦ／ＰＭＶＥ／エチレンコポリマー、又はＴＦＥ／ＶＤＦ／ＣＦ２＝ＣＦＯ（ＣＦ２）３ＯＣＦ３コポリマーである。
【００５０】
本開示による構成要素及び方法に関して有用な非晶質フルオロポリマーは、架橋することができる。すなわち、非晶質フルオロポリマーは、典型的には、硬化部位を有する。非晶質フルオロポリマーは、クロロ、ブロモ、若しくはヨード硬化部位、又はそれらの組み合わせを含むことができる。いくつかの実施形態では、非晶質フルオロポリマーは、ブロモ又はヨード硬化部位を含む。これらの実施形態の一部では、非晶質フルオロポリマーは、ヨード硬化部位を含む。硬化部位は、フルオロポリマー鎖の末端で化学的に結合したヨード、ブロモ、又はクロロ基とすることができる。非晶質フルオロポリマー中のヨウ素、臭素又は塩素元素の重量パーセントは、約０．２重量％〜約２重量％、及びいくつかの実施形態では約０．３重量％〜約１重量％の範囲であってよい。硬化部位末端基を非晶質フルオロポリマーに組み込むために、ヨウ素連鎖移動剤、臭素連鎖移動剤、塩素連鎖移動剤、又はそれらの任意の組み合わせを、重合プロセスで使用することができる。例えば、好適なヨウ素連鎖移動剤としては、３〜１２個の炭素原子及び１個又は２個のヨード基を有するペルフルオロアルキル又はクロロペルフルオロアルキル基が挙げられる。ヨード−ペルフルオロ化合物の例としては、１，３−ジヨードペルフルオロプロパン、１，４−ジヨードペルフルオロブタン、１，６−ジヨードペルフルオロヘキサン、１，８−ジヨードフルオロオクタン、１，１０−ジヨードペルフルオロデカン、１，１２−ジヨードペルフルオロドデカン、２−ヨード−１，２−ジクロロ−１，１，２−トリフルオロエタン、４−ヨード−１，２，４−トリクロロペルフルオロブタン及びこれらの混合物が挙げられる。好適なヨウ素連鎖移動剤としては、３〜１２個の炭素原子及び１個若しくは２個のブロモ基を有するペルフルオロアルキル又はクロロペルフルオロアルキル基が挙げられる。
【００５１】
クロロ、ブロモ、及びヨード硬化部位もまた、重合反応において少なくとも一つの硬化部位モノマーを含めることにより、非晶質フルオロポリマーに組み込むことができる。硬化部位モノマーの例としては、式ＣＸ２＝ＣＸ（Ｚ）のものが挙げられ、各Ｘは独立してＨ又はＦであり、ＺはＩ、Ｂｒ、又はＲｆ−Ｚ（式中、ＺはＩ又はＢｒであり、Ｒｆは、Ｏ原子を任意選択で含有する全フッ素化又は部分全フッ素化アルキレン基である。）である。加えて、非フッ素化ブロモ又はヨード置換オレフィン、例えば、ヨウ化ビニル及びヨウ化アリルを使用することができる。いくつかの実施形態では、硬化部位モノマーは、ＣＨ２＝ＣＨＩ、ＣＦ２＝ＣＨＩ、ＣＦ２＝ＣＦＩ、ＣＨ２＝ＣＨＣＨ２Ｉ、ＣＦ２＝ＣＦＣＦ２Ｉ、ＣＨ２＝ＣＨＣＦ２ＣＦ２Ｉ、ＣＦ２＝ＣＦＣＨ２ＣＨ２Ｉ、ＣＦ２＝ＣＦＣＦ２ＣＦ２Ｉ、ＣＨ２＝ＣＨ（ＣＦ２）６ＣＨ２ＣＨ２Ｉ、ＣＦ２＝ＣＦＯＣＦ２ＣＦ２Ｉ、ＣＦ２＝ＣＦＯＣＦ２ＣＦ２ＣＦ２Ｉ、ＣＦ２＝ＣＦＯＣＦ２ＣＦ２ＣＨ２Ｉ、ＣＦ２＝ＣＦＣＦ２ＯＣＨ２ＣＨ２Ｉ、ＣＦ２＝ＣＦＯ（ＣＦ２）３ＯＣＦ２ＣＦ２Ｉ、ＣＨ２＝ＣＨＢｒ、ＣＦ２＝ＣＨＢｒ、ＣＦ２＝ＣＦＢｒ、ＣＨ２＝ＣＨＣＨ２Ｂｒ、ＣＦ２＝ＣＦＣＦ２Ｂｒ、ＣＨ２＝ＣＨＣＦ２ＣＦ２Ｂｒ、ＣＦ２＝ＣＦＯＣＦ２ＣＦ２Ｂｒ、ＣＦ２＝ＣＦＣｌ、ＣＦ２＝ＣＦＣＦ２Ｃｌ、又はそれらの混合物である。
【００５２】
いくつかの実施形態では、非晶質フルオロポリマーがペルハロゲン化され、いくつかの実施形態ではペルフルオロ化された場合、典型的には、そのインターポリマー化単位の少なくとも５０モル・パーセント（ｍｏｌ％）は、任意選択的にＨＦＰを含むＴＦＥ及び／又はＣＴＦＥに由来する。非晶質フルオロポリマーのインターポリマー化単位の残部（１０〜５０モル％）は、１種以上のペルフルオロアルキルビニルエーテル及び／又はペルフルオロアルコキシアルキルビニルエーテル、並びに好適な硬化部位モノマーから構成される。フルオロポリマーがペルフルオロ化されていない場合、それは、典型的には、ＴＦＥ、ＣＴＦＥ、及び／又はＨＦＰ由来のそれぞれのインターポリマー化単位の約５モル％〜約９５モル％、ＶＤＦ、エチレン、及び／又はプロピレン由来のそれぞれのインターポリマー化単位の約５モル％〜約９０モル％、ビニルエーテル由来のそのインターポリマー化単位の約４０モル％以下、並びに、約０．１モル％〜約５モル％、いくつかの実施形態では約０．３モル％〜約２モル％の好適な硬化部位モノマー、を含有する。
【００５３】
本開示の非晶質フルオロポリマーは、典型的には、重合、凝固、洗浄、及び乾燥を含むことができる、一連の工程によって調製される。いくつかの実施形態では、水性乳化重合は、定常状態下にて連続的に実施することができる。この実施形態では、例えば、モノマー（例えば、上記のもののいずれかを含む）の水性エマルジョン、水、乳化剤、緩衝剤及び触媒を、最適な圧力及び温度条件下にて撹拌反応器に連続的に供給し、一方では、生成したエマルジョン又は懸濁液を連続的に取り出す。いくつかの実施形態では、前述の成分を攪拌反応器に供給し、規定された時間にわたり設定温度でそれらを反応させることによるか、又は成分を反応器に充填し、所望量のポリマーが形成されるまでモノマーを反応器に供給し一定の圧力を維持することにより、バッチ又は半バッチ重合が実施される。重合後に、反応器廃液ラテックスから、減圧での蒸発によって未反応モノマーを除去する。非晶質フルオロポリマーは、凝固によってラテックスから回収することができる。
【００５４】
一般に、重合は過硫酸アンモニウムなどのフリーラジカル反応開始剤系の存在下で実施される。重合反応は連鎖移動剤及び錯化剤などの他の構成成分を更に含んでよい。重合は、一般に、１０℃〜１００℃の範囲内、又は３０℃〜８０℃の範囲内の温度で実行される。重合圧力は、通常、０．３ＭＰａ〜３０ＭＰａの範囲内であり、いくつかの実施形態では、２ＭＰａ〜２０ＭＰａの範囲内である。
【００５５】
乳化重合を実施するとき、ペルフッ素化又は部分フッ素化乳化剤が有用であり得る。一般的に、これらのフッ素化乳化剤は、ポリマーに対して約０．０２重量％〜約３重量％の範囲で存在する。フッ素化乳化剤を用いて生成されたポリマー粒子は、典型的には、動的光散乱技法（dynamic light scattering techniques）によって測定した場合、約１０ナノメートル（ｎｍ）〜約３００ｎｍの範囲の平均直径を有し、いくつかの実施形態では約５０ｎｍ〜約２００ｎｍの範囲の平均直径を有する。
【００５６】
好適な乳化剤の例としては、式［Ｒｆ−Ｏ−Ｌ−ＣＯＯ−］ｉＸｉ＋（式中、Ｌは、直鎖の部分若しくは完全フッ素化アルキレン基又は脂肪族炭化水素基を表し、Ｒｆは、直鎖の部分若しくは完全フッ素化脂肪族基、又は一つ以上の酸素原子が介在している直鎖の部分若しくは完全フッ素化脂肪族基を表し、Ｘｉ＋は、価数ｉを有するカチオンを表し、ｉは、１、２又は３である。）を有するペルフッ素化及び部分フッ素化乳化剤が挙げられる。（例えば、米国特許出願第２００７／００１５８６４号（Ｈｉｎｔｚｅｒら）を参照されたい。）また、好適な乳化剤の更なる例としては、式ＣＦ３−（ＯＣＦ２）ｍ−Ｏ−ＣＦ２−Ｘ［式中、ｍは１〜６の値を有し、Ｘはカルボン酸基又はその塩を表す。］及び式ＣＦ３−Ｏ−（ＣＦ２）３−（ＯＣＦ（ＣＦ３）−ＣＦ２）ｚ−Ｏ−Ｌ−Ｙ［式中、ｚは０、１、２又は３の値を有し、Ｌは−ＣＦ（ＣＦ３）−、−ＣＦ２−及び−ＣＦ２ＣＦ２−から選択される二価結合基を表し、Ｙはカルボン酸基又はその塩を表す。］を有する全フッ素化ポリエーテル乳化剤が挙げられる。（例えば、米国特許公開第２００７／００１５８６５号（Ｈｉｎｔｚｅｒら）を参照されたい。）他の好適な乳化剤としては、式Ｒｆ−Ｏ（ＣＦ２ＣＦ２Ｏ）ｍＣＦ２ＣＯＯＡ（式中、Ｒｆは、ＣｎＦ（２ｎ＋１）であり、ｎが１〜４であり、Ａは、水素原子、アルカリ金属又はＮＨ４であり、ｍは１〜３の整数である。）を有する全フッ素化ポリエーテル乳化剤が挙げられる。（例えば、米国特許出願公開第２００６／０１９９８９８号（Ｆｕｎａｋｉ；Ｈｉｒｏｓｈｉら）を参照されたい。）また、好適な乳化剤としては、式Ｆ（ＣＦ２）ｎＯ（ＣＦ２ＣＦ２Ｏ）ｍＣＦ２ＣＯＯＡ［式中、Ａは水素原子、アルカリ金属、又はＮＨ４であり、ｎは３〜１０の整数であり、ｍは０又は１〜３の整数である。］を有する全フッ素化乳化剤が挙げられる。（例えば米国特許出願公開第２００７／０１１７９１５号（Ｆｕｎａｋｉ；Ｈｉｒｏｓｈｉら）を参照されたい。）更なる好適な乳化剤としては、米国特許第６，４２９，２５８号（Ｍｏｒｇａｎら）に記載されているようなフッ素化ポリエーテル乳化剤、及びペルフルオロアルコキシのペルフルオロアルキル構成部分が４〜１２個の炭素原子又は７〜１２個の炭素原子を有する、全フッ素化又は部分フッ素化アルコキシ酸及びその塩が挙げられる。（例えば、米国特許第４，６２１，１１６号（Ｍｏｒｇａｎ）を参照されたい。）また、好適な乳化剤としては、式［Ｒｆ−（Ｏ）ｔ−ＣＨＦ−（ＣＦ２）ｎ−ＣＯＯ−］ｉＸｉ＋［式中、Ｒｆは１個以上の酸素原子が任意選択で介在する部分フッ素化又は完全フッ素化脂肪族基を表し、ｔは０又は１であり、ｎは０又は１であり、Ｘｉ＋は価数ｉを有するカチオンを表し、ｉは１、２又は３である。］を有する部分フッ素化ポリエーテル乳化剤が挙げられる。（例えば、米国特許出願公開２００７／０１４２５４１号（Ｈｉｎｔｚｅｒら）を参照されたい。）更なる好適な乳化剤としては、米国特許出願公開第２００６／０２２３９２４号（Ｔｓｕｄａ；Ｎｏｂｕｈｉｋｏら）、同第２００７／００６０６９９号（Ｔｓｕｄａ；Ｎｏｂｕｈｉｋｏら）、同第２００７／０１４２５１３号（Ｔｓｕｄａ；Ｎｏｂｕｈｉｋｏら）及び同第２００６／０２８１９４６号（Ｍｏｒｉｔａ；Ｓｈｉｇｅｒｕら）に記載されているような全フッ素化又は部分フッ素化エーテル含有乳化剤が挙げられる。６〜２０個の炭素原子を有するフルオロアルキルカルボン酸、例えばペルフルオロアルキルカルボン酸及びその塩、例えばアンモニウムペルフルオロオクタノエート（ＡＰＦＯ）及びアンモニウムペルフルオロノナノエートなど（例えば、米国特許第２，５５９，７５２号（Ｂｅｒｒｙ））も有用であり得る。
【００５７】
必要に応じて、米国特許第５，４４２，０９７号（Ｏｂｅｒｍｅｉｅｒら）、同第６，６１３，９４１号（Ｆｅｌｉｘら）、同第６，７９４，５５０号（Ｈｉｎｔｚｅｒら）、同第６，７０６，１９３号（Ｂｕｒｋａｒｄら）及び同第７，０１８，５４１号（Ｈｉｎｔｚｅｒら）に記載の通り、フルオロポリマーラテックスから乳化剤を除去又は再利用してもよい。
【００５８】
いくつかの実施形態では、重合プロセスは乳化剤無しで（例えば、フッ素化乳化剤無しで）実施してよい。乳化剤無しで製造されたポリマー粒子は通常、動的光散乱法技術によって測定したとき、約４０ｎｍ〜約５００ｎｍの範囲、典型的には約１００ｎｍ〜約４００ｎｍの範囲の平均直径を有するが、懸濁重合では通常、数ミリメートル以下の粒径を生じる。
【００５９】
いくつかの実施形態では、水溶性反応開始剤は、重合プロセスを開始するために有用であり得る。過硫酸アンモニウムなどのペルオキシ硫酸の塩は通常、単独で又は場合により亜硫酸水素塩若しくはスルフィン酸塩（米国特許第５，２８５，００２号及び同第５，３７８，７８２号（Ｇｒｏｏｔａｅｒｔ）に開示されている）又はヒドロキシメタンスルフィン酸のナトリウム塩（商品名「ＲＯＮＧＡＬＩＴ」（ＢＡＳＦ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｎｅｗ  Ｊｅｒｓｅｙ，ＵＳＡ））にて販売されている）などの還元剤の存在下のいずれかで適用される。これらの反応開始剤及び乳化剤の大部分はそれらが最も効率的となる最適なｐＨ範囲を有する。この理由から、時に緩衝剤が有用である。緩衝剤としては、ホスフェート、アセテート若しくはカーボネート緩衝剤、又は任意のその他の酸若しくは塩基、例えばアンモニア若しくはアルカリ金属水酸化物が挙げられる。開始剤及び緩衝剤の濃度範囲は、水性重合媒体を基準として、０．０１重量％〜５重量％で変動し得る。
【００６０】
硬化部位を有する連鎖移動剤及び／又は硬化部位モノマーは、バッチ充填又は連続供給によって反応容器内へ供給することができる。連鎖移動剤及び／又は硬化部位モノマーの供給量はモノマー供給量と比較して相対的に少ないため、連鎖移動剤及び／又は硬化部位モノマーの少量を反応容器内へ連続供給することは、調整するのが難しい。１種以上のモノマー中のヨウ素連鎖移動剤のブレンドによって、連続供給を得ることができる。そのようなブレンドのために有用なモノマーの例としては、ヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）及びペルフルオロメチルビニルエーテル（ＰＭＶＥ）が挙げられる。
【００６１】
得られた非晶質フルオロポリマーラテックスを凝固させるには、フルオロポリマーラテックスの凝固のために一般に使用される任意の凝固剤を使用することができ、例えば、水溶性塩（例えば、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、塩化アルミニウム、若しくは硝酸アルミニウム）、酸（例えば、硝酸、塩酸、若しくは硫酸）、又は水溶性有機液体（例えば、アルコール若しくはアセトン）であってもよい。添加される凝固剤の量は、非晶質フルオロポリマーラテックス１００質量部当たり０．００１〜２０質量部の範囲、例えば０．０１〜１０質量部の範囲であってもよい。代替的又は追加的に、非晶質フルオロポリマーラテックスは、凝固のために凍結されてもよい。
【００６２】
凝固した非晶質フルオロポリマーは、濾過によって回収し、水で洗浄してよい。洗浄水は、例えば、イオン交換水、純水又は超純水であってよい。洗浄水の量は、非晶質フルオロポリマーに対して１〜５倍の質量であってもよく、これにより、１回の洗浄で、非晶質フルオロポリマーに結合している乳化剤の量を十分に低減することができる。
【００６３】
例えば、開始剤の濃度と活性、反応性モノマーの各々の濃度、温度、連鎖移動剤の濃度、及び溶媒を、当該分野で公知の手法を用いて調整することで、非晶質フルオロポリマーの分子量を制御することができる。いくつかの実施形態では、本開示の実施に有用な非晶質フルオロポリマーは、１０，０００グラム／モル〜２００，０００グラム／モルの範囲内の重量平均分子量を有する。いくつかの実施形態では、重量平均分子量は、少なくとも１５，０００、２０，０００、２５，０００、３０，０００、４０，０００、又は５０，０００グラム／モルから最大１００，０００、１５０，０００、１６０，０００、１７０，０００、１８０，０００、又は最大１９０，０００グラム／モルである。本明細書で開示する非晶質フルオロポリマーは、典型的には、分子量分布及び組成分布を有する。重量平均分子量は、例えば、ゲル透過クロマトグラフィー（即ち、サイズ排除クロマトグラフィー）によって、当業者に公知の技術を使用して測定できる。
【００６４】
非晶質フルオロポリマーの粘度は、典型的には、分子量の減少と共に減少する。非晶質フルオロポリマーは、多くの場合、その分子量ではなくそのムーニー粘度によって記載される。本開示を実施するために有用な非晶質フルオロポリマーは、ＡＳＴＭ  Ｄ１６４６−０６  ＴＹＰＥ  Ａに従って１００℃で０．１〜１５０（ＭＬ  １＋１０）の範囲のムーニー粘度を有することができる。いくつかの実施形態では、本開示を実施するために有用な非晶質フルオロポリマーは、ＡＳＴＭ  Ｄ１６４６−０６  ＴＹＰＥ  Ａに従って１００℃で０．１〜１００、０．１〜５０、０．１〜２０、０．１〜１０、又は０．１〜５（ＭＬ  １＋１０）の範囲のムーニー粘度を有する。
【００６５】
いくつかの実施形態では、本開示によるアセンブリ及び方法において有用な非晶質フルオロポリマーは、２５℃かつ６．３ラジアン／秒で少なくとも３００ｋＰａ、及び２５℃かつ０．１ラジアン／秒で最大２００ｋＰａの貯蔵弾性率（Ｇ’）を有する。いくつかの実施形態では、非晶質フルオロポリマーは、２５℃かつ６．３ラジアン／秒で少なくとも４００ｋＰａ、及び２５℃かつ０．１ラジアン／秒で最大１００ｋＰａの貯蔵弾性率（Ｇ’）を有する。これらの実施形態では、非晶質フルオロポリマーは、それ自体が粘着性でなくてもよく、これは、非晶質フルオロポリマーを加工するために有用であり得る。ダルキスト基準によれば、６．３ラジアン／秒（１Ｈｚ）で約３００ｋＰａ未満の貯蔵弾性率（Ｇ’）を有する材料が感圧性接着剤特性を有し、一方、この値を超えるＧ’を有する材料が感圧性接着剤特性を有さないことを示す。そのような非晶質フルオロポリマーに関する更なる詳細は、米国特許出願公開第２０１０／０２８６３２９（Ｆｕｋｕｓｈｉら）において見ることができる。他の実施形態では、本開示を実施するために有用な非晶質フルオロポリマーは、６．３ラジアン／秒（１Ｈｚ）で約３００ｋＰａ未満の貯蔵弾性率（Ｇ’）を有する。これらの実施形態では、非晶質フルオロポリマーは、それ自体が粘着性とすることができ、これは、本明細書で開示するアセンブリ及び方法において粘着テープの接着に有益であり得る。
【００６６】
フルオロエラストマーを提供するように上述した非晶質フルオロポリマーを架橋するために、いくつかの実施形態では、本開示によるアセンブリ及び方法のために有用な接着剤は、ペルオキシドを含む。本開示を実施するために有用なペルオキシドは、典型的には、アシルペルオキシドである。アシルペルオキシドは、アルキルペルオキシドより低温で分解する傾向があり、より低い温度での硬化を可能にする。これらの実施形態の一部では、ペルオキシドは、ジ（４−ｔ−ブチルシクロヘキシル）ペルオキシジカーボネート、ジ（２−フェノキシエチル）ペルオキシジカーボネート、ジ（２，４−ジクロロベンゾイル）ペルオキシド、ジラウリルペルオキシド、デカノイルペルオキシド、１，１，３，３−テトラメチルエチルブチルペルオキシ−２−エチルヘキサン酸、２，５−ジメチル−２，５−ジ（２−エチルヘキサノイルペルオキシ）ヘキサン、ジコハク酸ペルオキシド、ｔ−ヘキシルペルオキシ−２−エチルヘキサン酸、ジ（４−メチルベンゾイル）ペルオキシド、ｔ−ブチルペルオキシ−２−エチルヘキサン酸、ベンゾイルペルオキシド、ｔ−ブチルペルオキシ２−エチルヘキシルカーボネート、又はｔ−ブチルペルオキシイソプロピルカーボネートである。いくつかの実施形態では、ペルオキシドは、ジアシルペルオキシドである。これらの実施形態の一部では、ペルオキシドは、ベンゾイルペルオキシド又は置換ベンゾイルペルオキシド（例えば、ジ（４−メチルベンゾイル）ペルオキシド又はジ（２，４−ジクロロベンゾイル）ペルオキシド）である。ペルオキシドは、典型的には、接着剤を硬化させるために有効な量で接着剤中に存在する。いくつかの実施形態では、ペルオキシドは、接着剤の重量に対して０．５重量％〜１０重量％の範囲で接着剤中に存在する。いくつかの実施形態では、ペルオキシドは、接着剤の重量に対して１重量％〜５重量％の範囲で接着剤中に存在する。
【００６７】
上述したものなどの硬化性非晶質ポリマー組成物において、多くの場合、架橋剤を含むことが望ましい。架橋剤は、例えば、最終の硬化した接着剤において向上した機械的強度を提供するために有用であり得る。したがって、いくつかの実施形態では、本開示によるアセンブリ及び方法に関して有用な接着剤は、架橋剤を更に含む。当業者は、所望の物理的性質に基づいて従来の架橋剤を選択することができる。有用な架橋剤の例としては、トリ（メチル）アリルイソシアヌレート（ＴＭＡＩＣ）、トリアリルイソシアヌレート（ＴＡＩＣ）、トリ（メチル）アリルシアヌレート、ポリ−トリアリルイソシアヌレート（ポリ−ＴＡＩＣ）、キシレン−ビス（ジアリルイソシアヌレート）（ＸＢＤ）、Ｎ，Ｎ’−ｍ−フェニレンビスマレイミド、フタル酸ジアリル、トリス（ジアリルアミン）−ｓ−トリアジン、亜リン酸トリアリル、１，２−ポリブタジエン、エチレングリコールジアクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、及び、ＣＨ２＝ＣＨ−Ｒｆ１−ＣＨ＝ＣＨ２［式中、Ｒｆ１は、１〜８個の炭素原子を有するペルフルオロアルキレンである］が挙げられる。架橋剤は、典型的には、硬化性組成物の重量に対して１重量％〜１０重量％の量で存在する。いくつかの実施形態では、架橋剤は、硬化性組成物の重量に対して２重量％〜５重量％の範囲で存在する。
【００６８】
上述したハロゲン含有硬化部位モノマーに加えて、又はその代わりに、本明細書で開示するアセンブリ及び方法において有用な非晶質フルオロポリマーは、窒素含有硬化部位を含むことができる。これらは、窒素含有モノマー及び／又は窒素含有連鎖移動剤を用いて非晶質フルオロポリマーに組み込むことができる。窒素含有硬化部位を含むフルオロポリマーを調製するのに有用な窒素含有基を含むモノマーの例としては、フリーラジカル重合可能なニトリル、イミダート、アミジン、アミド、イミド、及びアミンオキシドが挙げられる。これらの窒素含有硬化部位のいずれかの混合物は、本開示によるフルオロポリマー組成物において有用であり得る。有用な窒素含有硬化部位モノマーとしては、ニトリル含有フッ素化オレフィン及びニトリル含有フッ素化ビニルエーテル、例えば、ＣＦ２＝ＣＦＯ（ＣＦ２）ＬＣＮ、ＣＦ２＝ＣＦＯ（ＣＦ２）ｕＯＣＦ（ＣＦ３）ＣＮ、ＣＦ２＝ＣＦＯ［ＣＦ２ＣＦ（ＣＦ３）Ｏ］ｑ（ＣＦ２Ｏ）ｙＣＦ（ＣＦ３）ＣＮ、又はＣＦ２＝ＣＦ［ＯＣＦ２ＣＦ（ＣＦ３）］ｒＯ（ＣＦ２）ｔＣＮ［式中、Ｌは、２〜１２の範囲であり、ｕは、２〜６の範囲であり、ｑは、０〜４の範囲であり、ｙは、０〜６の範囲であり、ｒは、１〜２の範囲であり、ｔは、１〜４の範囲である］が挙げられる。そのようなモノマーの例としては、ＣＦ２＝ＣＦＯ（ＣＦ２）３ＯＣＦ（ＣＦ３）ＣＮ、ペルフルオロ（８−シアノ−５−メチル−３，６−ジオキサ−１−オクテン）、及びＣＦ２＝ＣＦＯ（ＣＦ２）５ＣＮが挙げられる。窒素含有硬化部位はまた、選択した連鎖移動剤（例えば、Ｉ（ＣＦ２）ｄＣＮ、ｄは１〜１０又は１〜６である）を用いることにより、又はＮＣ（ＣＦ２）ｄＳＯ２Ｇ［式中、Ｇは、１又は２の価数を有する水素原子又はカチオンを表す］などの全フッ素化スルフィナートの存在中でフリーラジカル重合を実施することにより、非晶質フルオロポリマーに組み込むことができる。例えば、ヒ素、アンチモン、及びスズの有機金属化合物、並びに／又は米国特許第７，９８９，５５２号（Ｇｒｏｏｔａｅｒｔら）に記載のものなどの有機オニウム化合物の存在中で加熱される場合、ニトリルは、三量体化して、トリアジン環を形成し、非晶質フルオロポリマーを架橋することができる。
【００６９】
フルオロポリマー、特にＶＤＦ含有非晶質フルオロポリマーはまた、ポリヒドロキシ硬化系を使用して硬化してもよい。かかる場合、フルオロポリマーが硬化部位構成成分を含む必要はない。ポリヒドロキシ硬化系は一般に、１種以上のポリヒドロキシ化合物及び１種以上の有機オニウム促進剤を含む。有用な有機オニウム化合物は通常、有機部分又は無機部分に結合した少なくとも１個のへテロ原子、即ち、非炭素原子、例えばＮ、Ｐ、Ｓ、Ｏを含む。四級有機オニウム化合物の一つの有用な部類は相対的に正の及び相対的に負のイオンを広く含み、ここで、リン、ヒ素、アンチモン又は窒素が一般に、正イオンの中心原子を構成する。負のイオンは、有機又は無機アニオン（例えば、ハロゲン化物、サルフェート、アセテート、ホスフェート、ホスホネート、水酸化物、アルコキシド、フェノキシド、ビスフェノキシド、など）であってよい。有用な有機オニウム促進剤の例としては、米国特許第４，２３３，４２１号（Ｗｏｒｍ）、同第４，９１２，１７１号（Ｇｒｏｏｔａｅｒｔら）、同第５，０８６，１２３号（Ｇｕｅｎｔｈｎｅｒら）、同第５，２６２，４９０号（Ｋｏｌｂら）、及び同第５，９２９，１６９号（Ｃｏｇｇｉｏら）に記載されるものが挙げられる。いくつかの実施形態では、有用な有機オニウム化合物としては、一つ以上のペンダントフッ素化アルキル基を有するものが挙げられる。ポリヒドロキシ化合物は、その遊離又は非塩形態で、又は選択した有機オニウム促進剤のアニオン部分として使用してよい。硬化フルオロエラストマーを形成するために有用なポリヒドロキシ化合物の例としては、米国特許第３，８７６，６５４号（Ｐａｔｔｉｓｏｎ）及び同第４，２３３，４２１号（Ｗｏｒｍ）に開示されたものが挙げられる。いくつかの実施形態では、ポリヒドロキシ化合物は、４，４’−ヘキサフルオロイソプロピルデニルビスフェノール（ビスフェノールＡＦ）、４，４’−ジハイドロキシジフェニルスルホン（ビスフェノールＳ）、及び４，４’−イソプロピルデニルビスフェノール（ビスフェノールＡ）などの、芳香族ポリフェノールである。
【００７０】
フルオロポリマー、特にＶＤＦ含有非晶質フルオロポリマーはまた、ポリアミン硬化系を使用して硬化してもよい。有用なポリアミンの例としては、Ｎ，Ｎ−ジシンナミリデン−１，６−ヘキサンジアミン、トリメチレンジアミン、シンナミリデントリメチレンジアミン、シンナミリデンエチレンジアミン、及びシンナミリデンヘキサメチレンジアミンが挙げられる。有用なポリアミンは、カルバメートとして保護することができる。有用なカルバメートの例は、ヘキサメチレンジアミンカルバメート、ビス（４−アミノシクロヘキシル）メタンカルバメート、１，３−ジアミノプロパンモノカルバメート、エチレンジアミンカルバメート及びトリメチレンジアミンカルバメートである。通常は、約０．１〜５ｐｈｒのジアミンが使用される。
【００７１】
いくつかの実施形態では、本開示によるアセンブリ及び方法に関して有用な接着剤は、可塑剤を含む。可塑剤は、例えば、接着剤の粘着性を増大するために有用であり得る。可塑剤は、例えば、架橋することができない非晶質フルオロポリマーとすることができる。上述したモノマー（硬化部位モノマー以外の）及び方法のいずれかは、そのような非晶質フルオロポリマーを製造するために有用であり得る。有用な可塑剤はまた、例えば、米国特許第５，２６８，４０５号（Ｏｊａｋａａｒら）に記載されているものなどのペルフルオロポリエーテルを含むことができる。
【００７２】
いくつかの実施形態では、可塑剤は、イオン性液体である。イオン性液体は、約１００℃以下で液体状態である。イオン性液体は、典型的には、無視できる蒸気圧及び高い熱安定性を有する。イオン性液体は、カチオン及びアニオンからなり、典型的には、約１００℃以下（すなわち、約１００℃以下で液体である）、約９５℃以下、又は約８０℃以下の融点を有する。特定のイオン性液体は、周囲温度でも溶融状態とすることができる融点を有し、ゆえに、それらは、周囲温度溶融塩と呼ばれることがある。イオン性液体のカチオン及び／又はアニオンは、比較的立体的に嵩高く、典型的に、これらイオンの一方又は両方が有機イオンである。イオン性液体は、公知の方法によって、例えば、アニオン交換又はメタセシスプロセス等のプロセスによって、あるいは酸−塩基又は中和プロセスを介して合成することができる。
【００７３】
イオン性液体のカチオンは、例えば、様々な非局在化複素環式芳香族化合物カチオンを含む、アンモニウムイオン、ホスホニウムイオン、又はスルホニウムイオンとすることができる。好適なアンモニウムイオンの例としては、アルキルアンモニウム、イミダゾリウム、ピリジニウム、ピロリジニウム、ピロリニウム、ピラジニウム、ピリミジニウム、トリアゾニウム、トリアジニウム、キノリニウム、イソキノリニウム、インドリニウム、キノキサリニウム、ピペリジニウム、オキサゾリニウム、チアゾリニウム、モルホリニウム、ピペラジニウム、及びこれらの組み合わせが挙げられる。好適なホスホニウムイオンの例としては、テトラアルキルホスホニウム、アリールホスホニウム、アルキルアリールホスホニウム、及びそれらの組み合わせが挙げられる。好適なスルホニウムイオンの例としては、アルキルスルホニウム、アリールスルホニウム、チオフェニウム、テトラヒドロチオフェニウム、及びそれらの組み合わせが挙げられる。窒素原子、リン原子、又は硫黄原子に直接結合しているアルキル基は、少なくとも１、２、又は４個、かつ典型的には８、１０、１２、１５、又は２０個以下の炭素数を有する直鎖状、分枝状、又は環状のアルキル基であってよい。アルキル基は、任意で、鎖中又は鎖の末端（例えば、末端−ＯＨ基）にＯ及びＮ及びＳ等のヘテロ原子を含有してよい。窒素原子、リン原子、又は硫黄原子に直接結合しているアリール基は、少なくとも５、６、又は８個の炭素原子、かつ典型的には１２、１５、又は２０個以下の炭素数を有する単環式又は縮合環式のアリール基であってよい。これらのカチオンのいずれかは、アルキル基、アリケニル基、アルキニル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、アリールアルキル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、ヒドロキシル基、カルボニル基、カルボキシル基、エステル基、アシル基、アミノ基、ジアルキルアミノ基、アミド基、イミノ基、イミド基、ニトロ基、ニトリル基、スルフィド基、スルホキシド基、スルホン基、又はハロゲン原子によって更に置換してもよく、酸素原子、窒素原子、硫黄原子、及びケイ素原子等のヘテロ原子が、カチオンを構成する構造の主鎖又は環に含有されていてもよい。
【００７４】
好適なカチオンの例としては、Ｎ−エチル−Ｎ’−メチルイミダゾリウム、Ｎ−メチル−Ｎ−プロピルピペリジニウム、Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリメチル−Ｎ−プロピルアンモニウム、Ｎ−メチル−Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリプロピルアンモニウム、Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリメチル−Ｎ−ブチルアンモニウム、Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリメチル−Ｎ−メトキシエチルアンモニウム、Ｎ−メチル−Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリス（メトキシエチル）アンモニウム、Ｎ，Ｎ−ジメチル−Ｎ−ブチル−Ｎ−メトキシエチルアンモニウム、Ｎ，Ｎ−ジメチル−Ｎ，Ｎ−ジブチルアンモニウム、Ｎ−メチル−Ｎ，Ｎ−ジブチル−Ｎ−メトキシエチルアンモニウム、Ｎ−メチル−Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリブチルアンモニウム、Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリメチル−Ｎ−ヘキシルアンモニウム、Ｎ，Ｎ−ジエチル−Ｎ−メチル−Ｎ−（２−メトキシエチル）アンモニウム、１−プロピル−テトラヒドロチオフェニウム、１−ブチル−テトラヒドロチオフェニウム、１−ペンチル−テトラヒドロチオフェニウム、１−ヘキシル−テトラヒドロチオフェニウム、グリシジルトリメチルアンモニウム、Ｎ−エチルアクリロイル−Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリメチルアンモニウム、Ｎ−エチル−Ｎ−メチルモルホニウム、Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリオクチルアンモニウム、Ｎ−メチル−Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリオクチルアンモニウム、Ｎ，Ｎ−ジメチル−Ｎ−オクチル−Ｎ−（２−ヒドロキシエチル）アンモニウム、及びこれらの組み合わせが挙げられる。
【００７５】
いくつかの実施形態では、カチオンは、官能基又は反応性部分（例えば、不飽和結合）を含まない。これら実施形態の一部では、イオン性液体の耐熱性は、最大化される。いくつかの実施形態では、カチオン中のアルキル及び／又はアリール基は、フッ素原子で置換され、非晶質フルオロポリマーとの有利な相溶性をもたらすことができる。
【００７６】
イオン性液体のアニオンは、例えば、サルフェート（Ｒ−ＯＳＯ３−）、スルホネート（Ｒ−ＳＯ３−）、カルボキシレート（Ｒ−ＣＯ２−）、ホスフェート（（ＲＯ）２Ｐ（＝Ｏ）Ｏ−）、テトラフルオロボレート（ＢＦ４−）及びテトラアルキルボレートなどの式ＢＲ４−によって表されるボレート、ヘキサフルオロホスフェート（ＰＦ６−）及びヘキサアルキルホスフェートなどの式ＰＲ６−によって表されるホスフェート、イミド（Ｒ２Ｎ−）、メチド（Ｒ３Ｃ−）、硝酸イオン（ＮＯ３−）、又は亜硝酸イオン（ＮＯ２−）とすることができる。式中、各Ｒは、独立して、水素原子、ハロゲン原子（フッ素、塩素、臭素、ヨウ素）、又は置換若しくは非置換のアルキル、アルケニル、アルキニル、シクロアルキル、アリール、アラルキル、アリールアルキル、アシル、若しくはスルホニル基であってよい。酸素原子、窒素原子、及び硫黄原子等のヘテロ原子が、基Ｒの主鎖又は環に含有されていてもよく、基Ｒの炭素原子における水素原子の一部又は全てをフッ素原子で置換してもよい。複数のＲ基がアニオン中に存在する場合、これらのＲ基は、同じ又は異なることができる。
【００７７】
一般にフルオロポリマーとの相溶性が良好であるので、典型的には、アニオン中の基Ｒの炭素原子における水素原子の一部又は全てをフッ素原子で置換することが有利である（例えば、ペルフルオロアルキル基）。ペルフルオロアルキル基を含有するアニオンの例としては、ビス（ペルフルオロアルキルスルホニル）イミド（（ＲｆＳＯ２）２Ｎ−）、ペルフルオロアルキルスルホネート（ＲｆＳＯ３−）、及びトリス（ペルフルオロアルキルスルホニル）メチド（（ＲｆＳＯ２）３Ｃ−）（式中、Ｒｆは、ペルフルオロアルキル基を表す）が挙げられる。ペルフルオロアルキル基は、少なくとも１、２、３、又は４個の炭素原子、かつ典型的には８、１０、１２、１５、又は２０個以下の炭素原子を含むことができる。好適なビス（ペルフルオロアルキルスルホニル）イミドの例としては、ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド、ビス（ペンタフルオロエタンスルホニル）イミド、ビス（ヘプタフルオロプロパンスルホニル）イミド、及びビス（ノナフルオロブタンスルホニル）イミドが挙げられる。好適なペルフルオロアルキルスルホネートの例としては、トリフルオロメタンスルホネート、ペンタフルオロエタンスルホネート、ヘプタフルオロプロパンスルホネート、及びノナフルオロブタンスルホネートが挙げられる。好適なトリス（ペルフルオロアルキルスルホニル）メチドの例としては、トリス（トリフルオロメタンスルホニル）メチド、トリス（ペンタフルオロエタンスルホニル）メチド、トリス（ヘプタフルオロプロパンスルホニル）メチド、トリス（ノナフルオロブタンスルホニル）メチド、及びこれらの組み合わせが挙げられる。
【００７８】
本開示によるアセンブリ及び方法において有用な接着剤中の可塑剤として好適なイオン性液体の具体例としては、Ｎ−メチル−Ｎ−プロピルピペリジニウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド、Ｎ−メチル−Ｎ−プロピルピペリジニウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド、Ｎ−エチル−Ｎ’−メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド、Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリメチル−Ｎ−ヘキシルアンモニウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド、及びＮ−メチル−Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリブチルアンモニウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドが挙げられる。
【００７９】
接着剤がイオン性液体可塑剤を含むいくつかの実施形態では、非晶質フルオロポリマー（δａ）とイオン性液体（δｂ）との間の溶解度パラメータの差の絶対値は、８．２（ＭＰａ）１／２［４（ｃａｌ／ｃｃ）１／２］以下であり、換言すれば、｜δａ−δｂ｜≦８．２（ＭＰａ）１／２である。いくつかの実施形態では、フルオロポリマー（δａ）とイオン性液体（δｂ）との間の溶解度パラメータの差の絶対値は、６．１（ＭＰａ）１／２［３（ｃａｌ／ｃｃ）１／２］以下、又は４．１（ＭＰａ）１／２［２（ｃａｌ／ｃｃ）１／２］以下である。イオン性液体の溶解度パラメータは、コンピュータシミュレーションを用いて算出することができる。例えば、Ｂｅｌａ  Ｄｅｒｅｃｓｋｅｉ及びＡｇｎｅｓ  Ｄｅｒｅｃｓｋｅｉ−Ｋｏｖａｃｓの「Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  ｍｏｄｅｌｌｉｎｇ  ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ  ｔｏ  ｐｒｅｄｉｃｔ  ｄｅｎｓｉｔｙ  ａｎｄ  ｓｏｌｕｂｉｌｉｔｙ  ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ  ｏｆ  ｉｏｎｉｃ  ｌｉｑｕｉｄｓ」（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，Ｖｏｌ．３４（２００８）、１１６７〜１１７５ページ）を参照されたい。ＶＤＦ及びＨＦＰを７８／２２のモル比で含むフルオロエラストマーの溶解度パラメータδは、Ｍｙｅｒｓ及びＡｂｕ−Ｉｓａの「Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｓｃｉｅｎｃｅ」（Ｖｏｌ．３２、３５１５〜３５３９ページ（１９８６））において、８．７（ｃａｌ／ｃｃ）１／２（１７．８（ＭＰａ）１／２）であることが報告されている。この用途の目的のために、非晶質フルオロポリマーの溶解度パラメータは、１７．８（ＭＰａ）１／２であると考えられ、イオン性液体は、９．６（ＭＰａ）１／２〜２６（ＭＰａ）１／２、いくつかの実施形態では１１．７（ＭＰａ）１／２〜２３．９（ＭＰａ）１／２、及びいくつかの実施形態では１３．７（ＭＰａ）１／２〜２１．９（ＭＰａ）１／２の範囲の溶解度パラメータを有する。
【００８０】
カーボンブラック、染料、顔料、安定剤、潤滑剤、充填剤などの添加剤、及び一般にフルオロポリマーコンパウンド化にて利用される加工助剤は、本明細書で開示する構成要素及び方法において有用な接着剤中へ組み込むことができるが、意図した使用条件で適切な安定性を有することが条件である。カーボンブラック充填剤は、組成物の弾性率、引張り強度、伸長、硬度、磨耗耐性、伝導度、及び加工性などを調整するための手段として、フルオロポリマー中に用いることができる。好適な例としては、ＭＴブラック（メディアム・サーマル・ブラック）、及び大粒径ファーネスブラックが挙げられる。使用する場合、フルオロポリマー１００部当たり（ｐｈｒ）１〜１００部の大粒径ブラックの充填剤で一般に十分である。
【００８１】
フルオロポリマー充填剤もまた、接着剤中に存在してよい。一般に、１〜１００ｐｈｒのフルオロポリマー充填剤が使用される。フルオロポリマー充填剤は、微粉化することができ、かつ接着剤の製造及び硬化で使用される最高高温で、固体として容易に分散させることができる。固体である場合、充填剤材料（部分的に結晶化している場合）が硬化性組成物（類）の加工温度（単一又は複数）より高い結晶融解温度を有することを意味する。フルオロポリマー充填剤を組み込むための一つの方法は、ラテックスをブレンドすることである。この手順は、様々な種類のフルオロポリマー充填剤を使用し、米国特許第６，７２０，３６０号（Ｇｒｏｏｔａｅｒｔら）に記載されている。
【００８２】
弾性率、引張り強度、伸長、硬度、磨耗耐性、伝導度、及び加工性を調整するために有用であり得る他の充填剤の例としては、粘土、シリカ（ＳｉＯ２）、アルミナ、赤色酸化鉄、タルク、ケイソウ土、硫化バリウム、珪灰石（ＣａＳｉＯ３）、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）、フッ化カルシウム、酸化チタン、及び酸化鉄が挙げられる。
【００８３】
あるいは、いくつかの実施形態では、本明細書で開示する構成要素及び方法において有用な接着剤は、充填剤を含まない、又は、接着剤の重量に対して５重量％、２重量％、若しくは１重量％未満の充填剤を含む。例えば、本開示による硬化性組成物は、無機充填剤を含まなくてもよい。本明細書で開示する硬化性組成物中に充填剤を回避する一つの利点は、接着剤を透過する可視光が得られることであり、これは、いくつかの用途に対して有用であり得る。
【００８４】
また、従来の補助剤を本明細書で開示する接着剤中に組み込んで、接着剤の特性を向上させてもよい。例えば、接着剤の硬化及び熱安定性を促進するために酸受容体を用いてよい。好適な酸受容体としては、酸化マグネシウム、酸化鉛、酸化カルシウム、水酸化カルシウム、二塩基性亜リン酸鉛、酸化亜鉛、炭酸バリウム、水酸化ストロンチウム、炭酸カルシウム、ハイドロタルサイト、アルカリステアレート、シュウ酸マグネシウム、又はこれらの組み合わせを挙げることができる。酸受容体は、非晶質フルオロポリマー１００重量部当たり約１〜約２０部の範囲の量で使用することができる。しかし、燃料電池シーラント又はガスケットのようないくつかの用途では、金属イオンが燃料電池のプロトン交換膜性能を劣化させることになるため、低い金属含有量を必要とする。したがって、いくつかの実施形態では、接着剤は、そのような補助剤を含まない、又は、接着剤の重量に対してそのような補助剤の０．５重量％未満を含む。
【００８５】
上述したように、非晶質フルオロポリマーの粘度は、一般的に、非晶質フルオロポリマーの分子量が増大するにつれて増大する。したがって、相対的に低い分子量を有する非晶質フルオロポリマーは、テープバッキング上にコーティングしてテープを製造するために、より低い粘度を有する接着剤を製造するために有用であり得る。いくつかの実施形態では、非晶質フルオロポリマー、任意選択の可塑剤、触媒、任意選択の架橋剤、及び上述した他の構成成分を含有する溶液又は液体分散体を調製することもまた有用である。次に、溶液は、テープバッキング上にコーティングして、粘着テープを製造し、これを乾燥して溶媒を除去することができる。本開示を実施するために有用な溶媒の例としては、ケトン、エステル、炭酸塩、並びに、ｔｅｒｔ−ブチルアセテート、４−メチル−２−ペンタノン、ｎ−ブチルアセテート、酢酸エチル、２−ブタノン、ギ酸エチル、酢酸メチル、シクロヘキサン、炭酸ジメチル、アセトン、及びギ酸メチルなどのギ酸塩が挙げられる。いくつかの実施形態では、溶媒は、ペルオキシド硬化に対して特に有害なアルコールではない。
【００８６】
コンパウンド化は、例えば、ロールミル（例えば、２ロールミル）、内部ミキサ（例えば、Ｂａｎｂｕｒｙミキサ）、又は他のゴム混合装置上で行うことができる。典型的には、構成成分及び添加剤を接着剤組成物全体にわたって一様に分布させるためには完全な混合が望ましく、それにより効果的に硬化させることができる。コンパウンド化は、一つ又はいくつかの工程において実行することができる。例えば、架橋剤などの特定の構成成分は、使用の直前に非晶質フルオロポリマー、溶媒、及び触媒の混合物に調合することができる。また、溶媒は、第２の工程において非晶質フルオロポリマー、ペルオキシド、及び任意選択的に架橋剤の混合物に調合することができる。典型的には、混合中の組成物の温度は、硬化を開始するのに十分な程高く上昇しないことが望まれる。例えば、組成物の温度は、約５０℃以下に保持してもよい。
【００８７】
紙又はポリマーフィルムなどの様々な基材が、粘着テープバッキングとして有用であり得る。いくつかの実施形態では、テープバッキングは、ポリアミド、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリエステル、フッ素プラスチック、ポリフェニレンサルファイド、ポリスルフォン、ポリアリレート、ポリエーテルイミド、ポリイミド、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルケトン、又はポリスチレンのうちの少なくとも一つを含む。テープバッキングとして有用なフッ素プラスチックとしては、ポリテトラフルオロエチレン、ポリクロロトリフロオロエチレン、フッ化ポリビニル、フッ化ポリビニリデン、テトラフルオロエチレン−フルオロアルキルビニルエーテルコポリマー、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレンコポリマー、エチレン−テトラフルオロエチレンコポリマー、エチレン−クロロトリフルオロエチレンコポリマー、テトラフルオロエチレン−ペルフルオロジオキソールコポリマー、フッ化ポリビニリデン−ヘキサフルオロプロピレンコポリマーが挙げられる。いくつかの実施形態では、テープバッキングは、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を含む。接着剤に対するバッキングの結合力を増大するために、接着剤と接触するバッキング表面は、表面処理にかけることができる。いくつかの実施形態では、表面処理は、バッキングを少なくとも部分的にフッ素化することができる。使用することができる表面処理の例としては、フッ素含有ガスを用いたプラズマ処理、及び従来のフッ素含有プライマーのコーティングが挙げられる。フッ素含有ガスを用いたプラズマ処理は、例えば、フッ素含有ガスとしてオクタフルオロプロパン（Ｃ３Ｆ８）を使用することにより、必要に応じて、テトラメチルシラン（ＴＭＳ）及び酸素を組み合わせて使用し、これらのガスを、１０〜１０００ミリトルのチャンバ圧力、５０〜２０００Ｗの出力、及び０．１〜１０分の処理時間の条件下でＰｌａｓｍａ−Ｔｈｅｒｍ製のＷＡＦ’Ｒ／ＢＡＴＣＨ  ７０００  Ｓｅｒｉｅｓ内に５０〜５００ＳＣＣＭの流量で流して、実行することができる。
【００８８】
いくつかの実施形態では、テープバッキング上に配置された接着剤は、感圧性接着剤（ＰＳＡ）であり、本開示を実施するために有用な粘着テープは、感圧性粘着テープである。ＰＳＡは、以下の（１）強力かつ恒久的な粘着性、（２）指圧以下での接着性、（３）被着体を保持する十分な能力、及び（４）被着体からきれいに除去できる十分な凝集力、を含めた特性を保有することが、当業者には公知である。ＰＳＡとして良好に機能することが分かっている材料は、必要な粘弾性特性を呈して、粘着力、剥離接着力、及びせん断保持力の望ましいバランスをもたらすように設計及び配合されたポリマーである。
【００８９】
本開示による構成要素及び方法において使用するのに好適な市販のテープの例としては、３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ）から商品名「ＣＩＰＧ  １９５１」で入手可能な、ＰＴＦＥバッキング及びフルオロエラストマー接着剤を有する粘着テープが挙げられる。
【００９０】
本開示によるアセンブリ及び方法において有用な粘着テープのいくつかの実施形態では、非晶質フルオロポリマーは、部分的に硬化することができる。すなわち、接着剤がテープバッキング上にコーティングされる前又は後に、接着剤組成物を加熱して、非晶質フルオロポリマーを部分的に架橋させることができる。部分的に硬化した非晶質フルオロポリマーを製造するための温度は、例えば、ペルオキシドの分解温度に基づいて選択することができる。例えば、ペルオキシドの１０時間半減期温度を上回る（いくつかの実施形態では、少なくとも１０℃、２０℃、又は３０℃上回る）温度を選択することができる。硬化時間は、非晶質フルオロポリマーの完全硬化が起こらないように選択することができる。非晶質フルオロポリマーの部分硬化は、例えば、その粘弾性特性を改質して、テープの取り扱い若しくは安定性を向上するために、又は粘着性を増大するために有用であり得る。
【００９１】
本開示による方法は、内側部分及び周辺部分を有するアセンブリの構成要素を準備することと、内側部分を囲むように粘着テープの別個のストリップを構成要素の周辺部分に接着することと、接着剤が粘着テープの別個のストリップの間の全ての間隙（上述した）をシールして架橋するように、熱又は圧力のうちの少なくとも一つを粘着テープに適用することと、を含む。粘着テープは、その実施形態のいずれかにおいて上述したようなものとすることができる。接着剤を架橋することにより、接着剤の圧縮設定抵抗及び他の物理特性を向上する。
【００９２】
本開示による方法が接着剤の別個のストリップの間の間隙をシールすることができる証拠を以下の実施例において提供する。実施例１に示すように、試験装置内のアルミニウムプレートと図１に示すものなどのエラストマー打抜きシールと、ポリイミドフィルムの切片との間に空洞が形成された。アルミニウムプレートに設けられた孔は、空洞内に圧力を提供するために空気供給源に接続された。図２に示す構成の粘着テープの四つの別個のストリップは、本開示の方法によるポリイミドフィルムに適用された。接着剤を架橋するために、熱及び圧力が粘着テープに適用された。次に、別個のストリップを有するポリイミドフィルムが、試験装置内のエラストマーシール上に配置され、第２のアルミニウムプレートが、ポリイミドフィルムの上にクランプされた。２７５ｋＰａの空気圧が空洞に適用されたとき、５００秒後に圧力の損失は観察されなかった。対照的に、粘着テープの別個のストリップがポリイミドフィルムに適用されたが、熱及び圧力により硬化されなかった場合、４００秒後に、圧力は１３８ｋＰａに低下した。したがって、本開示の方法は、粘着テープの別個のストリップの間の間隙をシールして、アセンブリ内のガス漏れを防止することができる。
【００９３】
接着剤が流れて架橋するように熱又は圧力のうちの少なくとも一つを粘着テープに適用することは、約１００℃〜２２０℃、いくつかの実施形態では約１１０℃〜１８０℃の範囲の温度で、約１分〜約１５時間の期間、通常約１〜１５分の間、加熱することを含むことができる。硬化中の温度は、場合により、この範囲の下限から所望の最高温度まで次第に上昇する。約１００キロパスカル（ｋＰａ）〜２００００ｋＰａ、いくつかの実施形態では約１５０ｋＰａ〜７０００ｋＰａ、又は約１５０ｋＰａ〜１０００ｋＰａの圧力が、接着剤を流動させるために有用である。
【００９４】
本開示による方法において有用な粘着テープは、片面テープとすることができる。又は、実施形態のいずれかにおいて上述したような接着剤もまた、テープバッキングの両方の主面上に設けて、両面テープを形成することができる。
【００９５】
両面テープ又は片面テープのいずれかは、図５に示すものなどの膜電極接合体において有用であり得る。片面テープは、テープバッキングを電解質膜又はガス拡散層のうちの一つに接着するために有用であり得る。しかし、両面テープは、電解質膜１５２及びガス拡散層１５４の両方に接着することができるサブガスケット１１０を提供することができる。本開示による膜電極接合体の製造において、粘着テープは、電解質膜、ガス拡散層、又はその両方に適用することができる。電解質膜又はガス拡散層のいずれかは、触媒コーティングすることができる。両面粘着テープは、触媒コーティングされた電解質膜とすることができる電解質膜と、ガス拡散層との間に適用して、熱又は圧力のうちの少なくとも一つにより硬化することができる。これらの実施形態のいずれかでは、膜電極接合体内の接着剤の別個のストリップの間の全ての間隙は、架橋非晶質フルオロポリマーでシールすることができる。
【００９６】
本開示による方法のいくつかの実施形態では、本方法は、粘着テープの別個のストリップを構成要素の周辺部分に接着する前に、粘着テープの接着剤から剥離ライナーを除去することを更に含む。剥離ライナーは、紙ライナー又は、例えば、テープバッキングに関して上述したポリマーのいずれかから製造されたポリマーフィルムとすることができる。剥離ライナーは、紙バッキング又はポリマーフィルム上の剥離コーティング（例えば、シリコーン、フルオロケミカル、又はカルバメートコーティング）とすることができる剥離面を含む。剥離ライナーは、構成要素の表面に適用される前に接着剤表面を保護するために有用である。粘着テープが両面テープである実施形態では、粘着テープは、二つの剥離ライナーを有することができる。
【００９７】
いくつかの実施形態では、接着剤ストリップは、接着剤転写テープからのストリップである。これらの実施形態では、本方法は、熱及び圧力のうちの少なくとも一つを粘着テープに適用する前に、剥離ライナー又はバッキングのうちの少なくとも一つを除去する工程を含むことができる。転写テープから剥離ライナー又はバッキングのうちの少なくとも一つを除去した後で、結果として得られるアセンブリは、もはやテープバッキングを含まなくてよい。これらの実施形態では、熱又は圧力のうちの少なくとも一つを別個のストリップに適用することにより、接着剤ストリップの間の間隙を有さない架橋接着剤の単一の連続層を得ることができる。
【００９８】
本開示による方法及び構成要素における別個の接着剤ストリップは、例えば、図５に示すような膜電極接合体内の個別の構成要素に適用することができる。別個の接着剤ストリップはまた、複数の個別の電解質膜を有する燃料電池ロール製品のサブアセンブリに適用することができる。別個の接着剤ストリップの組は、ロール内の個別の電解質膜に取り付けることができる。別個の接着剤ストリップの組のそれぞれは、個別の電解質膜の中央領域を露出することができる配置で、個別の電解質膜の周辺部分に取り付けることができる。別個の接着剤ストリップの第２の組は、例えば、別個の接着剤ストリップの第１の組の反対側の面上のロール内の個別の電解質膜に取り付けることができる。別個のストリップの第２の組のそれぞれは、個別の電解質膜の中央領域の第２の表面が露出されるように、反対側の個別の電解質膜の周辺部分上に配置される。次に、取り付けられた接着剤ストリップを有する個別の電解質膜は、ロールから切断することができる。
【００９９】
構成要素が電解質膜である本開示による方法及び構成要素のいくつかの実施形態では、別個の接着剤ストリップは、電解質膜の第１の周囲面上の第１のサブガスケットを集合的に形成する。いくつかの実施形態では、膜電極接合体は、内側部分を囲むように電解質膜の反対側の第２の周囲面に接着された第１の表面を有する、別個の接着剤ストリップの第２の組を更に含む。第５の接着剤ストリップの短い辺は、例えば、第６の接着剤ストリップに隣接して配置される。架橋される場合、テープバッキングの別個のストリップの第２の組の第１の表面上に配置された架橋非晶質フルオロポリマーを含む接着剤は、別個の接着剤ストリップの第２の組の間の全ての間隙をシールし、別個の接着剤ストリップの第２の組を電解質膜の反対側の第２の周囲面に接着する。他の実施形態では、有用なアセンブリは、単一のサブガスケットを集合的に形成する別個の接着剤ストリップの一つの組のみを有することができる。
【０１００】
燃料電池、フロー電池、又は他の電気化学セルにおける使用に好適な任意の電解質膜を、本開示の実施に使用することができる。テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）のコポリマー、及び式ＨＳＯ３−ＣＦ２−ＣＦ２−Ｏ−ＣＦ（ＣＦ３）−ＣＦ２−Ｏ−ＣＦ＝ＣＦ２によるコモノマーは、公知であり、ＤｕＰｏｎｔ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，Ｄｅｌａｗａｒｅ）により商品名ＮＡＦＩＯＮ（登録商標）で販売されている。ＮＡＦＩＯＮ（登録商標）コポリマーは、燃料電池での使用のためのポリマー電解質膜の作製において一般的に使用される。テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）のコポリマー、並びに式ＦＳＯ２−ＣＦ２−ＣＦ２−Ｏ−ＣＦ＝ＣＦ２及び／又はＦＳＯ２−ＣＦ２ＣＦ２ＣＦ２ＣＦ２−Ｏ−ＣＦ＝ＣＦ２によるコモノマーもまた、公知であり、スルホン酸形成、すなわち、ＦＳＯ２−末端基をＨＳＯ３−に加水分解して燃料電池で使用するためのポリマー電解質膜を製造するために使用される。
【０１０１】
燃料電池に関して、有用なＰＥＭの厚さは、約２００マイクロメートル〜約１マイクロメートルの範囲にわたることができる。いくつかの実施形態では、本明細書で説明する膜電極接合体は、触媒層を含む。触媒層は、塩化白金酸の還元等の湿式化学法によって、より大きな炭素粒子の上にコーティングされたＰｔ又はＰｔ合金を含んでもよい。この形態の触媒は、アイオノマー結合剤及び／又は溶媒と共に分散されて、膜、剥離ライナー、又は集電体のいずれかに塗布されるインク、ペースト、又は分散系を形成する。
【０１０２】
幾つかの実施形態においては、触媒層は、粒子を担持するナノ構造化支持体要素、又は触媒材料のナノ構造化薄膜（ＮＳＴＦ）を含んでもよい。ナノ構造化触媒層は、一般的に担持体としての炭素粒子を含まず、したがって、触媒粒子の高密度分散を形成する、電解質膜の非常に薄い表面層に組み込まれてもよい。ナノ構造化薄膜（ＮＳＴＦ）触媒層を使用することで、触媒利用率を、分散法によって形成された触媒層と比べて非常に高くすることができ、典型的には、炭素担持体が存在しないことにより、高電圧及び高温での浸食に対する更なる耐性をもたらすことができる。いくつかの実施において、ＣＣＭの触媒表面積は、ミクロ構造機構を有する電解質膜を使用することによって、更に拡張されてもよい。ＮＳＴＦ触媒層は、触媒材料の針状ナノ構造化担持体上への真空蒸着によって形成されてもよい、細長いナノスケールの粒子を含む。好適なナノ構造担持体は、Ｃ．Ｉ．ＰＩＧＭＥＮＴ  ＲＥＤ  １４９（ペリレン赤）などの有機顔料のウィスカーを含んでもよい。結晶性ウィスカーは、実質的に均一であるが、同一ではない断面、及び高い長さ対幅比率を有することができる。ナノ構造化担持体ウィスカーは、触媒作用に適しており、ウィスカーに、複数の触媒部位として働くことができる、微細なナノスケールの表面構造を付与する、コーティング材料でコーティングされる。ある特定の実施例では、ナノ構造支持体ウィスカーは、継続的な螺旋転位の成長を介して拡張され得る。ナノ構造支持体要素の長さを拡張することにより、触媒作用のための表面積を増加させることが可能となる。
【０１０３】
ナノ構造支持体ウィスカーは、ナノ構造薄膜触媒層を形成するために、触媒材料でコーティングされる。一つの実施によると、触媒材料は、白金族金属等の金属を含む。一実施形態においては、触媒コーティングされたナノ構造化支持体要素は、触媒コーティングされた膜を形成するために、電解質膜の表面に転写されてもよい。別の実施形態において、触媒被覆ナノ構造支持体要素は、ＧＤＬ表面上に形成されてもよい。
【０１０４】
任意の好適な集電体（様々な用途では流体輸送層、又はＦＴＬ、又はＧＤＬとも記述される）を、本開示の実施に使用することができる。集電体は、以下の機能のうちの一つ以上を有することができる。１）電極との電気的接触を最大化し、それによって、電極内の電流の長い横断経路に起因する抵抗率を最小化すること、２）それ自体が電極として機能すること（例えば、一部のフロー電池に対して）、３）バッキングプレートとの接触により抵抗を低下させること、４）熱をＭＥＡからバッキングプレートに伝達すること、５）最小限の圧力低下での反応剤（燃料及び酸化剤、又は還元剤及び酸化剤）の流れ、及びＭＥＡの表面上の反応剤の均一分布を可能にすること、及び６）水などの反応生成物の容易な除去を可能にすること。これらの機能を作用させるために、集電体は、典型的には、導電性かつ多孔性である。望ましくは、集電体用の材料は、電気化学セルの反応条件下で電気化学的に安定であるように選択される。
【０１０５】
いくつかの実施形態では、本開示による膜電極接合体内の構成要素及び方法として有用な集電体は、反応ガスを通過させる一方、電極から電流を回収することができる、任意の材料であってよく、典型的に、織られた、又は不織の炭素繊維紙又は布である。燃料電池では、集電体（ＧＤＬ）は、ガス状反応物質及び水蒸気の触媒及び膜への多孔質アクセスを提供し、また、外部負荷に電力を供給するために、触媒層で生成される電流を回収する。
【０１０６】
本明細書で説明する構成要素及び方法における集電体は、微多孔性層（microporous layer）（ＭＰＬ）及び電極バッキング層（electrode backing layer）（ＥＢＬ）を含んでもよく、ＭＰＬは触媒層とＥＢＬとの間に配置される。ＥＢＬは、炭素繊維構造体（例えば、織布及び不織布炭素繊維構造体）など、任意の好適な導電性多孔性基材であってよい。市販の炭素繊維構造の実施例には、Ｂａｌｌａｒｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ，Ｌｏｗｅｌｌ，ＭＡの商品名「ＡｖＣａｒｂ  Ｐ５０」炭素繊維紙、ＥｌｅｃｔｒｏＣｈｅｍ，Ｉｎｃ．，Ｗｏｂｕｒｎ，ＭＡから入手され得る「Ｔｏｒａｙ」炭素紙が含まれる。ＥＢＬは、疎水性を増すように又は付与するように処理されてもよい。例えば、ＥＢＬは、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）及びフッ素化エチレンプロピレン（ＦＥＰ）など、高度にフッ素化されたポリマーで処理されてもよい。
【０１０７】
ＥＢＬ類の炭素繊維構造体は、一般に粗く多孔質の表面を有しており、触媒層と低結合性接着を示す。接合接着力を増加させるために、微多孔性層がＥＢＬの表面にコーティングされてもよい。これはＥＢＬの粗くかつ多孔性の表面を滑らかにし、いくつかの種類の触媒層との接合接着力が高められる。
【０１０８】
本開示による方法及び本開示による構成要素は、燃料電池以外の電気化学デバイス、例えば、電気を用いて化学変化又は化学エネルギを生成する電解セルにおいて有用であり得る。電解セルは、電解槽とも呼ばれる。電解セルの一例は、クロルアルカリ膜電池であり、ここでは、塩化ナトリウム水溶液が、アノードとカソードとの間の電流によって電解される。電解質は、厳しい条件にさらされる膜によって、アノード液部分とカソード液部分とに分離される。クロルアルカリ膜電池においては、腐食性の水酸化ナトリウムがカソード液部分に集まり、水素ガスがカソード部分で生じ、塩素ガスがアノードの塩化ナトリウムリッチなアノード液部分から生じる。本明細書で開示する方法及びアセンブリのいくつかの実施形態では、別個の接着剤ストリップをクロルアルカリ膜に適用することができる。
【０１０９】
本開示による方法はまた、フロー電池（例えば、バナジウムレドックスフロー電池又は亜鉛臭素フロー電池）に対して有用であり得る。フロー電池は、典型的には、別個のタンクから二つの電極の間の膜を通ってポンプ搬送される電解質液を使用する。電解質溶液は、典型的には、酸性であり、２Ｍ〜５Ｍの硫酸で形成されている。
【０１１０】
本開示による方法はまた、他の電気化学的セル（例えば、リチウムイオンバッテリ）における電極用にも有用であり得る。電極を作製するために、粉末化した活性成分を、ポリマーバインダーと共に溶媒中に分散させ、金属箔基材又は集電体上にコーティングしてもよい。結果として得られた複合体電極は、金属基材に接着されたポリマーバインダー中に粉末化した活性成分を含有する。負極の作製にとって有用な活性材料としては、典型元素の合金及び黒鉛などの導電性粉末が挙げられる。負極の作製にとって有用な活性材料の例としては、酸化物（酸化スズ）、炭素化合物（例えば、人工黒鉛、天然黒鉛、土黒鉛（soil black lead）、膨張黒鉛、及び鱗状黒鉛）、炭化ケイ素化合物、酸化ケイ素化合物、硫化チタン、及び炭化ホウ素化合物が挙げられる。正極の作製にとって有用な活性材料としては、リチウム化合物、例えばＬｉ４／３Ｔｉ５／３Ｏ４、ＬｉＶ３Ｏ８、ＬｉＶ２Ｏ５、ＬｉＣｏ０．２Ｎｉ０．８Ｏ２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＦｅＰＯ４、ＬｉＭｎＰＯ４、ＬｉＣｏＰＯ４、ＬｉＭｎ２Ｏ４、及びＬｉＣｏＯ２などが挙げられる。また、電極は、導電性希釈剤及び接着促進剤を含むこともできる。
【０１１１】
本明細書で開示する別個の接着剤ストリップは、例えば、コーティング中の空隙を充填し、様々な基材に接着し、シールして、例えば、化学的浸透、腐食、及び摩耗から保護するために有用であり得る。燃料電池アセンブリ及びサブアセンブリに加えて、本開示による方法は、ハードディスクドライブアセンブリ、半導体デバイス、電解槽、バッテリ電極アセンブリ用に、及び、様々な用途でフルオロエラストマーガスケットを例えば金属に結合するために有用であり得る。
【０１１２】
本開示の一部の実施形態
第１の実施形態では、本開示は、アセンブリの製造方法を提供し、この方法は、
内側部分及び周辺部分を有するアセンブリの構成要素を準備することと、
内側部分を囲むように粘着テープの別個のストリップを構成要素の周辺部分に接着することであって、第１のストリップの短い辺は、第２のストリップに隣接して配置され、粘着テープは、バッキング上に配置された接着剤を含み、接着剤は、非晶質フルオロポリマーを含む、ことと、
接着剤が第１のストリップと第２のストリップとの間の全ての間隙をシールして架橋するように熱又は圧力のうちの少なくとも一つを粘着テープの別個のストリップに適用することと、
を含む。別個のストリップのいずれも、内側部分を個別に囲まなくてよい。
【０１１３】
第２の実施形態では、本開示は、接着剤が、転写テープであり、方法が、熱及び圧力を別個のストリップに適用する前にバッキングを除去することを更に含む、第１の実施形態の方法を提供する。
【０１１４】
第３の実施形態では、本開示は、内側部分を囲むように構成要素の周辺部分に接着された粘着テープの別個のストリップの少なくとも三つ（又は四つ）が存在し、少なくとも三つ（又は四つ）の別個のストリップのそれぞれ一つは、少なくとも三つ（又は四つ）の別個のストリップの他の二つに隣接し、熱又は圧力のうちの少なくとも一つを粘着テープの別個のストリップに適用することが、粘着テープの別個のストリップの間の全ての間隙をシールする、第１又は第２の実施形態の方法を提供する。
【０１１５】
第４の実施形態では、本開示は、非晶質フルオロポリマーが、ブロモ又はヨード硬化部位を含む、第１〜第３の実施形態のいずれか一つに記載の方法を提供する。
【０１１６】
第５の実施形態では、本開示は、接着剤が、架橋剤を更に含む、第１〜第４の実施形態のいずれか一つに記載の方法を提供する。
【０１１７】
第６の実施形態では、本開示は、架橋剤が、トリ（メチル）アリルイソシアヌレート、トリアリルイソシアヌレート、トリ（メチル）アリルシアヌレート、ポリ−トリアリルイソシアヌレート、キシレン−ビス（ジアリルイソシアヌレート）、Ｎ，Ｎ’−ｍ−フェニレンビスマレイミド、フタル酸ジアリル、トリス（ジアリルアミン）−ｓ−トリアジン、亜リン酸トリアリル、１，２−ポリブタジエン、エチレングリコールジアクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、又は、ＣＨ２＝ＣＨ−Ｒｆ１−ＣＨ＝ＣＨ２［式中、Ｒｆ１は、１〜８個の炭素原子を有するペルフルオロアルキレンである］のうちの少なくとも一つを含む、第５の実施形態の方法を提供する。
【０１１８】
第７の実施形態では、本開示は、接着剤が、ペルオキシドを更に含む、第１〜第６の実施形態のいずれか一つに記載の方法を提供する。
【０１１９】
第８の実施形態では、本開示は、ペルオキシドが、アシルペルオキシド又はジアシルペルオキシドである、第７の実施形態の方法を提供する。
【０１２０】
第９の実施形態では、本開示は、アセンブリが、膜電極接合体であり、構成要素が、電解質膜又は集電体のうちの少なくとも一つを含む、第１〜第８の実施形態のいずれか一つに記載の方法を提供する。
【０１２１】
第１０の実施形態では、本開示は、膜電極接合体の構成要素を提供し、構成要素が、
内側部分及び周辺部分を有する電解質膜又は集電体のうちの少なくとも一つと、
内側部分を囲むように第１の表面が構成要素の周辺部分に接着されたテープバッキングの別個のストリップと、
を備え、
テープバッキングの第１のストリップの短い辺が、テープバッキングの第２のストリップに隣接して配置され、テープバッキングの別個のストリップの第１の表面上に配置された接着剤が、テープバッキングの第１のストリップと第２のストリップとの間の間隙をシールして、別個のストリップを構成要素の周辺部分に接着し、接着剤が、架橋非晶質フルオロポリマーを含む。別個のストリップのいずれも、内側部分を個別に囲まなくてよい。
【０１２２】
第１１の実施形態では、本開示は、内側部分を囲むように構成要素の周辺部分に接着されたテープバッキングの別個のストリップの少なくとも三つ（又は四つ）が存在し、少なくとも三つ（又は四つ）の別個のストリップのそれぞれ一つは、少なくとも三つ（又は四つ）の別個のストリップの他の二つに隣接し、テープバッキングの別個のストリップの第１の表面上に配置された接着剤が、テープバッキングの別個のストリップの間の間隙をシールする、第１０の実施形態の膜電極接合体構成要素を提供する。
【０１２３】
第１２の実施形態では、本開示は、架橋非晶質フルオロポリマーが、ペルオキシド架橋非晶質フルオロポリマーである、第１０又は第１１の実施形態の膜電極接合体構成要素を提供する。
【０１２４】
第１３の実施形態では、本開示は、粘着テープが、片面粘着テープである、第１又は第３〜第１２の実施形態のいずれか一つに記載の方法又は膜電極接合体構成要素を提供する。
【０１２５】
第１４の実施形態では、本開示は、粘着テープが、バッキングの対向する二つの表面上に配置された接着剤を有する、第１又は第３〜第１２の実施形態のいずれか一つに記載の方法又は膜電極接合体構成要素を提供する。
【０１２６】
第１５の実施形態では、本開示は、テープバッキングが、ポリアミド、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリエステル、フッ素プラスチック、ポリフェニレンサルファイド、ポリスルフォン、ポリアリレート、ポリエーテルイミド、ポリイミド、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルケトン、又はポリスチレンのうちの少なくとも一つを含む、第１又は第３〜第１４の実施形態のいずれか一つに記載の方法又は膜電極接合体構成要素を提供する。
【０１２７】
第１６の実施形態では、本開示は、接着剤が、可塑剤を更に含む、第１〜第１５の実施形態のいずれか一つに記載の方法又は膜電極接合体構成要素を提供する。
【０１２８】
第１７の実施形態では、本開示は、可塑剤が、アニオン及びカチオンを有するイオン性液体を含む、第１６の実施形態の方法又は膜電極接合体構成要素を提供する。
【０１２９】
第１８の実施形態では、本開示は、イオン性液体のカチオンが、Ｎ−エチル−Ｎ’−メチルイミダゾリウムＮ−メチル−Ｎ−プロピルピペリジニウム、Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリメチル−Ｎ−プロピルアンモニウム、Ｎ−メチル−Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリプロピルアンモニウム、Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリメチル−Ｎ−ブチルアンモニウム、Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリメチル−Ｎ−メトキシエチルアンモニウム、Ｎ−メチル−Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリス（メトキシエチル）アンモニウム、Ｎ−メチル−Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリブチルアンモニウム、Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリメチル−Ｎ−ヘキシルアンモニウム、Ｎ，Ｎ−ジエチル−Ｎ−メチル−Ｎ−（２−メトキシエチル）アンモニウム、１−プロピル−テトラヒドロチオフェニウム、１−ブチル−テトラヒドロチオフェニウム、グリシジルトリメチルアンモニウム、Ｎ−エチル−Ｎ−メチルモルホニウム、Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリオクチルアンモニウム、Ｎ−メチル−Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリオクチルアンモニウム、Ｎ−メチル−Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリブチルアンモニウム、Ｎ，Ｎ−ジメチル−Ｎ−オクチル−Ｎ−（２−ヒドロキシエチル）アンモニウム、及びこれらの組み合わせから選択される、第１７の実施形態の方法又は膜電極接合体構成要素を提供する。
【０１３０】
第１９の実施形態では、本開示は、イオン性液体のアニオンが、ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド、ビス（ペンタフルオロエタンスルホニル）イミド、ビス（ヘプタフルオロプロパンスルホニル）イミド、ビス（ノナフルオロブタンスルホニル）イミド、トリフルオロメタンスルホネート、ペンタフルオロエタンスルホネート、ヘプタフルオロプロパンスルホネート、ノナフルオロブタンスルホネート、トリス（トリフルオロメタンスルホニル）メチド、トリス（ペンタフルオロエタンスルホニル）メチド、トリス（ヘプタフルオロプロパンスルホニル）メチド、トリス（ノナフルオロブタンスルホニル）メチド、及びこれらの組み合わせから選択される、第１７又は第１８の実施形態の方法又は膜電極接合体構成要素を提供する。
【０１３１】
第２０の実施形態では、本開示は、構成要素の内側部分が、少なくとも５００ｃｍ２の表面積を有する、第１〜第１９の実施形態のいずれか一つに記載の方法又は膜電極接合体構成要素を提供する。
【０１３２】
第２１の実施形態では、本開示は、構成要素が、電解質膜であり、テープバッキングの別個のストリップが、電解質膜の第１の周囲面上に第１のサブガスケットを集合的に形成する、第１〜第２０の実施形態のいずれか一つに記載の方法又は膜電極接合体構成要素を提供する。
【０１３３】
第２２の実施形態では、本開示は、電解質膜が、内側部分を囲むように第１の表面を電解質膜の反対側の第２の周囲面に接着したテープバッキングの別個のストリップの第２の組を更に含み、テープバッキングの第５のストリップの短い辺が、テープバッキングの第６のストリップに隣接して配置され、テープバッキングの別個のストリップの第２の組の第１の表面上に配置された架橋非晶質フルオロポリマーを含む接着剤が、テープバッキングの第５のストリップと第６のストリップとの間の間隙をシールして、別個のストリップの第２の組を電解質膜の反対側の第２の周囲面に接着する、第２１の実施形態の方法又は膜電極接合体構成要素を提供する。
【０１３４】
第２３の実施形態では、本開示は、構成要素が、電解質膜である、第１〜第２０の実施形態のいずれか一つに記載の方法又は膜電極接合体構成要素を提供する。
【０１３５】
第２４の実施形態では、本開示は、構成要素が、触媒コーティングされた膜である、第１〜第２３の実施形態のいずれか一つに記載の方法又は膜電極接合体構成要素を提供する。
【０１３６】
第２５の実施形態では、本開示は、構成要素が、集電体である、第１〜第２０の実施形態のいずれか一つに記載の方法又は膜電極接合体構成要素を提供する。
【０１３７】
第２６の実施形態では、本開示は、構成要素が、触媒コーティングされた集電体である、第１〜第２０の実施形態のいずれか一つに記載の方法又は膜電極接合体構成要素を提供する。
【０１３８】
第２７の実施形態では、本開示は、第１〜第２６の実施形態のいずれか一つに記載の、又はそれに記載の方法により製造された膜電極接合体構成要素を備える、電気化学セルを提供する。
【０１３９】
第２８の実施形態では、本開示は、第１〜第２６の実施形態のいずれか一つに記載の、又はそれに記載の方法により製造された膜電極接合体構成要素を備える、燃料電池を提供する。
【０１４０】
第２９の実施形態では、本開示は、第１〜第２６の実施形態のいずれか一つに記載の、又はそれに記載の方法により製造された膜電極接合体構成要素を備える、フロー電池を提供する。
【０１４１】
第３０の実施形態では、本開示は、構成要素が、
内側部分及び周辺部分を有する電解質膜又は集電体のうちの少なくとも一つと、
内側部分を囲むように構成要素の周辺部分上に配置された別個の接着剤ストリップと、
を備え、
第１の接着剤ストリップの短い辺が、第２の接着剤ストリップに隣接して配置され、
別個の接着剤ストリップのそれぞれが、非晶質フルオロポリマーを含む接着剤を含む、
膜電極接合体の構成要素を提供する。別個のストリップのいずれも、内側部分を個別に囲まなくてよい。
【０１４２】
第３１の実施形態では、本開示は、内側部分を囲むように構成要素の周辺部分上に配置された別個の接着剤ストリップの少なくとも三つ又は四つが存在し、少なくとも三つ又は四つの別個の接着剤ストリップのそれぞれ一つが、少なくとも三つ又は四つの別個の接着剤ストリップの他の二つに隣接する、第３０の実施形態の構成要素を提供する。
【０１４３】
第３２の実施形態では、本開示は、構成要素の内側部分が、少なくとも５００ｃｍ２の表面積を有する、第３０又は第３１の実施形態の構成要素を提供する。
【０１４４】
第３３の実施形態では、本開示は、別個の接着剤ストリップがそれぞれ、テープバッキング上に配置された接着剤を含む、第３０〜第３２の実施形態のいずれか一つに記載の構成要素を提供する。
【０１４５】
第３４の実施形態では、本開示は、別個の接着剤ストリップがそれぞれ、片面粘着テープを含む、第３３の実施形態の構成要素を提供する。
【０１４６】
第３５の実施形態では、本開示は、別個の接着剤ストリップがそれぞれ、バッキングの対向する二つの表面上に配置された接着剤を含む、第３３の実施形態の構成要素を提供する。
【０１４７】
第３６の実施形態では、本開示は、テープバッキングが、ポリアミド、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリエステル、フッ素プラスチック、ポリフェニレンサルファイド、ポリスルフォン、ポリアリレート、ポリエーテルイミド、ポリイミド、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルケトン、又はポリスチレンのうちの少なくとも一つを含む、第３４又は第３５の実施形態の構成要素を提供する。
【０１４８】
第３７の実施形態では、本開示は、非晶質フルオロポリマーが、ブロモ又はヨード硬化部位を含む、第３０〜第３６の実施形態のいずれか一つに記載の構成要素を提供する。
【０１４９】
第３８の実施形態では、本開示は、接着剤が、架橋剤を更に含む、第３０〜第３７の実施形態のいずれか一つに記載の構成要素を提供する。
【０１５０】
第３９の実施形態では、本開示は、架橋剤が、トリ（メチル）アリルイソシアヌレート、トリアリルイソシアヌレート、トリ（メチル）アリルシアヌレート、ポリ−トリアリルイソシアヌレート、キシレン−ビス（ジアリルイソシアヌレート）、Ｎ，Ｎ’−ｍ−フェニレンビスマレイミド、フタル酸ジアリル、トリス（ジアリルアミン）−ｓ−トリアジン、亜リン酸トリアリル、１，２−ポリブタジエン、エチレングリコールジアクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、又は、ＣＨ２＝ＣＨ−Ｒｆ１−ＣＨ＝ＣＨ２［式中、Ｒｆ１は、１〜８個の炭素原子を有するペルフルオロアルキレンである］のうちの少なくとも一つを含む、第３８の実施形態の構成要素を提供する。
【０１５１】
第４０の実施形態では、本開示は、接着剤が、ペルオキシドを更に含む、第３０〜第３９の実施形態のいずれか一つに記載の構成要素を提供する。
【０１５２】
第４１の実施形態では、本開示は、ペルオキシドが、アシルペルオキシド又はジアシルペルオキシドである、第４０の実施形態の構成要素を提供する。
【０１５３】
第４２の実施形態では、本開示は、接着剤が、可塑剤を更に含む、第３０〜第４１の実施形態のいずれか一つに記載の構成要素を提供する。
【０１５４】
第４３の実施形態では、本開示は、可塑剤が、アニオン及びカチオンを有するイオン性液体を含む、第４２の実施形態の構成要素を提供する。
【０１５５】
第４４の実施形態では、本開示は、イオン性液体のカチオンが、Ｎ−エチル−Ｎ’−メチルイミダゾリウムＮ−メチル−Ｎ−プロピルピペリジニウム、Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリメチル−Ｎ−プロピルアンモニウム、Ｎ−メチル−Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリプロピルアンモニウム、Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリメチル−Ｎ−ブチルアンモニウム、Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリメチル−Ｎ−メトキシエチルアンモニウム、Ｎ−メチル−Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリス（メトキシエチル）アンモニウム、Ｎ−メチル−Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリブチルアンモニウム、Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリメチル−Ｎ−ヘキシルアンモニウム、Ｎ，Ｎ−ジエチル−Ｎ−メチル−Ｎ−（２−メトキシエチル）アンモニウム、１−プロピル−テトラヒドロチオフェニウム、１−ブチル−テトラヒドロチオフェニウム、グリシジルトリメチルアンモニウム、Ｎ−エチル−Ｎ−メチルモルホニウム、Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリオクチルアンモニウム、Ｎ−メチル−Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリオクチルアンモニウム、Ｎ−メチル−Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリブチルアンモニウム、Ｎ，Ｎ−ジメチル−Ｎ−オクチル−Ｎ−（２−ヒドロキシエチル）アンモニウム、及びこれらの組み合わせから選択される、第４３の実施形態の構成要素を提供する。
【０１５６】
第４５の実施形態では、本開示は、イオン性液体のアニオンが、ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド、ビス（ペンタフルオロエタンスルホニル）イミド、ビス（ヘプタフルオロプロパンスルホニル）イミド、ビス（ノナフルオロブタンスルホニル）イミド、トリフルオロメタンスルホネート、ペンタフルオロエタンスルホネート、ヘプタフルオロプロパンスルホネート、ノナフルオロブタンスルホネート、トリス（トリフルオロメタンスルホニル）メチド、トリス（ペンタフルオロエタンスルホニル）メチド、トリス（ヘプタフルオロプロパンスルホニル）メチド、トリス（ノナフルオロブタンスルホニル）メチド、及びこれらの組み合わせから選択される、第４３又は第４４の実施形態の構成要素を提供する。
【０１５７】
第４６の実施形態では、本開示は、構成要素が、電解質膜である、第３０〜第４５の実施形態のいずれか一つに記載の構成要素を提供する。
【０１５８】
第４７の実施形態では、本開示は、構成要素が、触媒コーティングされた膜である、第３０〜第４５の実施形態のいずれか一つに記載の構成要素を提供する。
【０１５９】
第４８の実施形態では、本開示は、構成要素が、集電体である、第３０〜第４５の実施形態のいずれか一つに記載の構成要素を提供する。
【０１６０】
第４９の実施形態では、本開示は、構成要素が、触媒コーティングされた集電体である、第３０〜第４５の実施形態のいずれか一つに記載の構成要素を提供する。
【０１６１】
第５０の実施形態では、本開示は、第３０〜第４９の実施形態のいずれか一つに記載の構成要素を備える電気化学セルを提供する。
【０１６２】
第５１の実施形態では、本開示は、第３０〜第４９の実施形態のいずれか一つに記載の構成要素を備える燃料電池を提供する。
【０１６３】
第５２の実施形態では、本開示は、第３０〜第４９の実施形態のいずれか一つに記載の構成要素を備えるフロー電池を提供する。
【０１６４】
限定的なものではないが、以下の具体的な実施例は、本開示を例証するのに役立つであろう。
【実施例】
【０１６５】
この節では以下の略語が使用される：ｍｉｎ＝分、ｍ＝メートル、ｃｍ＝センチメートル、ｍｍ＝ミリメートル、ｉｎ＝インチ、ｋＰａ＝キロパスカル、ｋｇ＝キログラム、ｐｓｉ＝１平方インチ当たりポンド、Ｎ＝ニュートン。
【０１６６】
材料
【０１６７】
【表１】
2019521483.tif 000003
【０１６８】
ガスケットの特性評価
圧力試験
ガスケットのシール性能を圧縮空気を用いて測定した。試験装置は、厚さ１．２７ｃｍ（０．５インチ）及び１００ｍｍの縁部を有する正方形の二つのアルミニウムプレートを含んでいた。一つの正方形プレートの中心は、ねじ切りされた孔により貫通して、圧縮空気供給源へのプレートの接続を可能にした。打抜きエラストマーシールが穴あけされたプレートの中央に置かれ、実施例又は対照例のガスケットは、１０１．６ｍｍ（４インチ）の縁部を有するＫＡＰＴＯＮ（登録商標）フィルムの正方形片及び他の正方形プレートに積層した。積層されたフィルムは、テープをＫＡＰＴＯＮ（登録商標）フィルム及びエラストマーの両方に接触して、エラストマーとアルミニウムプレートとの間に配置した。両方のプレートの四つの角の付近の孔を貫通して締結された４本のボルトを使用して、トルクレンチを使用してボルトを締め、６．８Ｎ・ｍ（６０インチ・ポンド）のトルクを加えることにより、圧力をシール、ガスケット、及びフィルムに適用した。気体圧力レギュレータを使用して２８０ｋＰａの空気圧を適用した後で、圧縮空気供給源とレギュレータとの間の弁を閉じて、レギュレータの装置側の圧力を経時的に記録した。
【０１６９】
剥離強度
Ｉｎｓｔｒｏｎ  Ｃｏｒｐ．（Ｎｏｒｗｏｏｄ，ＭＡ）から入手可能なＩＮＳＴＲＯＮ（登録商標）Ｍｏｄｅｌ  １１２５  Ｔｅｓｔｅｒを使用して、剥離強度を測定し、以下の逸脱を有してＡＳＴＭ  Ｄ１８７６−０１に従って、ＫＡＰＴＯＮ（登録商標）基材上の試料を測定し、以下の逸脱を付してＡＳＴＭ  Ｄ３３３０／Ｄ３３３０Ｍ，Ｍｅｔｈｏｄ  Ａに従って、ステンレス鋼基材上の試料を測定した。
・クロスヘッド速度は、３００ｍｍ／ｍｉｎに設定した。
・試料は、２５．４ｍｍの幅を有した。
・試料（１５．２ｃｍ）の接着長さの中間６０％の剥離強度を測定した（接着長さの最初の２０％及び最後の２０％の剥離からの値は、省略した）。
・試料から剥離ライナーを除去した後、試料を基材に適用し、試料を、２ｋｇのハンドローラを使用して４回手動でロールがけした。
・ロールがけした後で、試験片は、１３０℃及び２７５ｋＰａ（４０ｐｓｉ）で３分間、熱及び圧力をかけて硬化させ、試験前に室温まで冷却させたか、又は直ちに試験したか、のいずれかであった。
・報告した値は、三つの試料に対する判定の平均である。
【０１７０】
実施例１（ＥＸ−１）
ガスケットは、２５．４ｍｍ幅の接着剤ストリップから７６．２ｍｍ（３インチ）の長さに切断して作製した。ストリップは、図２に示す配置にそれぞれのストリップの接着剤側をフィルムに向けて、ＫＡＰＴＯＮ（登録商標）フィルムの切片上に配置した。ガスケットは、熱プレス（Ｗａｂａｓｈ  ＭＰＩ（Ｗａｂａｓｈ，ＩＮ）から入手した）を使用して１３０℃及び２７５ｋＰａ（４０ｐｓｉ）の熱及び圧力を３分間加えて硬化させた。室温に冷却した後で、ガスケットは、圧力試験をした。圧力試験の結果を、以下の表２にまとめる。
【０１７１】
例示的実施例１（ＩＥ−１）
ガスケットは、ガスケットがＣＩＰＧ  １９５１と同じ方法で作製された接着剤ストリップから打抜かれたが２５．４ｍｍ幅のストリップに切断された以外は、ＥＸ−１におけるように作製して試験した。打抜きガスケットは、１０１．６ｍｍ（４インチ）の辺を有する正方形の周囲を有し、その周囲内に中心がおかれた５０．８ｍｍ（２インチ）の辺を有する正方形の材料を中心から除去した。圧力試験の結果を、表２にまとめる。
【０１７２】
例示的実施例２（ＩＥ−２）
ガスケットは、ガスケットが熱及び圧力で硬化されなかった以外は、ＥＸ−１について説明したように作製した。圧力試験の結果を、表２にまとめる。
【０１７３】
例示的実施例３（ＩＥ−３）
ガスケットは、ガスケットが熱及び圧力で硬化されなかった以外は、ＩＥ−１について説明したように作製した。圧力試験の結果を、表２にまとめる。
【０１７４】
【表２】
2019521483.tif 000004
【０１７５】
実施例２（ＥＸ−２）
ＫＡＰＴＯＮ（登録商標）基材に接着して試験前に硬化したＣＩＰＧ  １９５１のストリップに対して、剥離強度を測定した。剥離強度を下記の表３に報告する。
【０１７６】
実施例３（ＥＸ−３）
ステンレス鋼基材に接着して試験前に硬化したＣＩＰＧ  １９５１のストリップに対して、剥離強度を測定した。剥離強度を表３に報告する。
【０１７７】
例示的実施例４（ＩＥ−４）
ＣＩＰＧ  １９５１のストリップが試験前に硬化されなかった以外は、ＥＸ−２について説明したように剥離強度を測定した。剥離強度を表３に報告する。
【０１７８】
例示的実施例５（ＩＥ−５）
ＣＩＰＧ  １９５１のストリップが試験前に硬化されなかった以外は、ＥＸ−３について説明したように剥離強度を測定した。剥離強度を表３に報告する。
【０１７９】
【表３】
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【０１８０】
本開示の範囲及び趣旨から逸脱することなく、当業者によって、本開示の様々な修正及び変更を実施することができ、また、本発明は、本明細書に記載される例示的な実施形態に、過度に限定されるものではないことを理解されたい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【国際調査報告】
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