專(zhuān)利名稱(chēng)：用于燃料電池組件的環(huán)氧樹(shù)脂腈絕緣和密封劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的背景本發(fā)明的領(lǐng)域本發(fā)明涉及燃料電池，和更具體地說(shuō)涉及電絕緣和密封燃料電池板的方法和材料。
討論燃料電池是將燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能和熱量的設(shè)備。對(duì)于它的最簡(jiǎn)單形式，燃料電池包括被電解質(zhì)分開(kāi)的兩個(gè)電極-陽(yáng)極和陰極。在操作過(guò)程中，氣體分配系統(tǒng)為該陽(yáng)極和該陰極分別供應(yīng)燃料和氧化劑。典型地，燃料電池使用空氣中的氧作為氧化劑和氫氣(包括由重整烴所生產(chǎn)的H2)作為燃料。其它有前途的燃料包括新配方汽油，甲醇，乙醇，和壓縮天然氣等等。該燃料在陽(yáng)極發(fā)生氧化，產(chǎn)生質(zhì)子和電子。該質(zhì)子通過(guò)該電解質(zhì)擴(kuò)散到該陰極，在此處它們與氧和電子結(jié)合而產(chǎn)生水和熱量。因?yàn)樵撾娊赓|(zhì)作為電子流動(dòng)的壁壘，電子經(jīng)由外電路從陽(yáng)極傳遞到陰極，該電路含有消耗由燃料電池產(chǎn)生的功率的馬達(dá)或其它電力負(fù)載。
現(xiàn)在，有至少五種不同的燃料電池技術(shù)，各自基于不同的電解質(zhì)。一種類(lèi)型的燃料電池，它們已知為聚合物電解質(zhì)薄膜(PEM)燃料電池，似乎非常適合于移動(dòng)的電力生產(chǎn)(交通車(chē)輛應(yīng)用)，因?yàn)樗南鄬?duì)低的操作溫度(大約60℃到大約100℃)和它的快速啟動(dòng)。PEM燃料電池使用由固體有機(jī)聚合物組成的電解質(zhì)，它典型地是聚全氟磺酸。其它燃料電池技術(shù)包括由用液體電解質(zhì)飽和的固體氧化鋯和釔(固體氧化物燃料電池)或固體基質(zhì)(solid matrix)組成的電解質(zhì)。液體電解質(zhì)包括水性氫氧化鉀(堿燃料電池)，磷酸(磷酸燃料電池)，以及，鋰、鈉和/或鉀碳酸鹽(熔融的碳酸鹽燃料電池)的混合物。雖然磷酸燃料電池(PAFC)在比PEM燃料電池更高的溫度下操作(大約175℃到大約200℃)，但是PAFCs也發(fā)現(xiàn)可用于車(chē)輛應(yīng)用，因?yàn)樗鼈兊妮^高效率和它們使用不純氫氣作為燃料的能力。
典型的PEM燃料電池的芯是三層薄膜電解質(zhì)組件(MEA)。該MEA由聚合物電解質(zhì)的片組成，它具有大約50μm(微米)到大約175微米厚度并且?jiàn)A在較薄多孔電極(陽(yáng)極和陰極)之間。電極的每一個(gè)通常由粘結(jié)到鉑顆粒上的多孔碳材組成，它會(huì)在陽(yáng)極上催化氫分子解離成質(zhì)子和電子和在陰極上將氧還原成水。兩電極是多孔的，因此允許氣體(燃料和氧化劑)接觸該催化劑。另外，鉑和碳都良好地導(dǎo)電，這樣電子可以自由地在電極中流動(dòng)。
各燃料電池通常包括被放置在陽(yáng)極的外表面上的背襯層和MEA的陰極層。該背襯層允許電子自由地進(jìn)出該電極層，因此常常由導(dǎo)電性碳紙或碳纖維布(通常具有約100微米到300微米的厚度)組成。因?yàn)樵摫骋r層是多孔的，它們就允許燃料氣體或氧化劑分別均勻地?cái)U(kuò)散到陽(yáng)極和陰極層中。該背襯層也通過(guò)調(diào)節(jié)隨燃料和氧化劑進(jìn)入MEA中的水蒸汽的量和通過(guò)為在燃料電池之外的陰極上產(chǎn)生的液態(tài)水提供通道來(lái)協(xié)助水管理。
完整的燃料電池包括壓靠在背襯層的外表面上的一雙平板。除了提供機(jī)械支持之外，該板還確定了在燃料電池內(nèi)流體流動(dòng)路徑，并收集由化學(xué)反應(yīng)劑的氧化和還原所產(chǎn)生的電流。該板是不透氣的和具有在面對(duì)背襯層的一個(gè)或兩個(gè)表面上所形成的通道或凹槽。這些通道會(huì)分布進(jìn)入和離開(kāi)該燃料電池的流體(氣體和液體)，包括燃料，氧化劑，水，和任何冷卻劑或熱傳遞液體。如下面所討論的，各板也可具有貫穿該板的一個(gè)或多個(gè)孔，它將燃料，氧化劑，水，冷卻劑和任何其它流體分布貫穿一系列的燃料電池。各板是由包括石墨，鋁或其它金屬，和復(fù)合材料如嵌入熱固性或熱塑性聚合物基質(zhì)中的石墨顆粒在內(nèi)的導(dǎo)電材料組成。
對(duì)于大多數(shù)的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，各個(gè)燃料電池可以串聯(lián)或“堆疊”形成燃料電池組件。單個(gè)燃料電池典型地產(chǎn)生大約1伏特或更低的電勢(shì)。因?yàn)榇蠖鄶?shù)應(yīng)用需要較高的電壓-例如，常規(guī)的電動(dòng)機(jī)正常在大約200V到大約300V的電壓范圍工作-各燃料電池被串聯(lián)堆疊以獲得所需的電壓。為了減少燃料電池組件的體積和質(zhì)量，單個(gè)板分開(kāi)在堆疊體中的相鄰燃料電池。此類(lèi)板，已知為雙極板，具有在兩主要表面上形成的流體流動(dòng)通道-板的一側(cè)可以攜帶燃料，而另一側(cè)可攜帶氧化劑。
因?yàn)樵诰唧w的燃料電池內(nèi)和在相鄰燃料電池之間流動(dòng)的流體必須保持分開(kāi)，普通的燃料電池組件使用被設(shè)置在相鄰燃料電池板之間的回彈性O(shè)形環(huán)或平面插件，以便密封流動(dòng)通道和孔。另外，普通燃料池組件也在相鄰板之間提供了電絕緣片以防止各個(gè)燃料電池發(fā)生短路。雖然這樣的密封和絕緣體通常是令人滿(mǎn)意的，但是它們存在某些缺點(diǎn)。例如，自持型O形環(huán)和平面插件必須小心地與通道和孔校直排列以確保密封和絕緣，而這是費(fèi)時(shí)的。因?yàn)樗鼈兊姆菢?biāo)準(zhǔn)尺寸和形狀，用于燃料電池組件中的平面插件典型地通過(guò)注塑、壓塑或傳遞模塑來(lái)制造，這需要高成本的、專(zhuān)用單機(jī)(one-of-a-kind)加工。此外，用于制造O形環(huán)和平面插件的許多彈性材料不具有所必需的耐化學(xué)性和低模量以便充分地密封在較高溫度下工作或使用烴型熱傳導(dǎo)流體和冷卻劑的燃料電池。
本發(fā)明有助于克服或至少減輕上面描述的那些問(wèn)題中的一個(gè)或多個(gè)。
本發(fā)明的概述本發(fā)明提供了密封和絕緣由兩個(gè)或多個(gè)燃料電池板組成的燃料電池組件的方法。該方法包括提供燃料電池板，它具有第一和第二表面和在燃料電池板的至少第一表面上施涂了涂料前體。因?yàn)橥苛锨绑w能夠響應(yīng)能量輻射而聚合(固化)，該方法還包括用輻射(紅外)加熱或?qū)α骷訜醽?lái)加熱在燃料電池板上的涂料前體以便引發(fā)聚合。有用的涂料前體包括環(huán)氧腈樹(shù)脂。
本發(fā)明也提供了絕緣燃料電池板，它由具有第一和第二表面的板和施涂于板的第一和第二表面中至少一個(gè)表面上的涂料前體組成。該涂料前體是環(huán)氧樹(shù)脂，它包括環(huán)氧樹(shù)脂和丙烯腈丁二烯共聚物。該環(huán)氧腈樹(shù)脂任選包括熱塑性薄膜形成劑，多胺交聯(lián)劑，和溶劑。
本發(fā)明提供了比普通方法更優(yōu)越的某些優(yōu)點(diǎn)和將燃料電池板和燃料電池組件絕緣和密封的設(shè)計(jì)。例如，與O形環(huán)和模制插件不同，所公開(kāi)的涂料前體能夠被快速和精確地施涂于燃料電池板上(例如，通過(guò)絲網(wǎng)印刷)，導(dǎo)致顯著的成本節(jié)省。此外，與許多常規(guī)的彈性材料相反，固化的固體涂料同時(shí)兼顧了良好的耐化學(xué)性和優(yōu)良的機(jī)械性能。
附圖的簡(jiǎn)述

圖1是燃料電池組件的分解的橫剖面視圖的草圖(不按比例)。
圖2是具有涂層的燃料電池板中一個(gè)的平面視圖，該涂層用于密封和絕緣圖1的燃料電池組件。
優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)說(shuō)明雖然與PEM燃料電池組件相關(guān)地進(jìn)行了描述，但是所公開(kāi)的涂料前體可用于密封和絕緣其它類(lèi)型的燃料電池，其中包括但不限于堿燃料電池和磷酸燃料電池。
圖1顯示了代表性的燃料電池組件100的分解的橫剖面視圖(不按比例)。該燃料電池組件100包括六個(gè)燃料電池102的堆疊體，隨后燃料電池102的數(shù)目可以取決于所需電壓來(lái)變化。燃料電池102中的每一個(gè)包括夾在一雙的雙極板106之間或在單個(gè)雙極板106和端板108之間的多層活性部分104。各個(gè)活性部分104包括設(shè)置在一雙的背襯層112之間的薄膜電解質(zhì)組件(MEA)110。MEA 110包括夾在陽(yáng)極116和陰極118之間的聚合物電解質(zhì)薄膜(PEM)114。
圖2顯示了雙極板106中一個(gè)的平面視圖，和對(duì)于圖1，說(shuō)明了在燃料電池組件100內(nèi)流體流動(dòng)路徑。示于圖1中的板106、108中每一個(gè)具有在板106、108的第一122和第二124主要表面之間延伸的孔120。當(dāng)該板106、108堆疊以獲得燃料電池組件100時(shí)，相鄰板106、108的孔120會(huì)校直排列，形成了延伸穿過(guò)該燃料電池組件100的空穴(未示出)。這些空穴中的一些將流體(燃料，氧化劑)傳遞到各個(gè)燃料電池102，或?qū)⒘黧w(冷卻劑，熱傳導(dǎo)流體)傳遞到在各個(gè)燃料電池102之間的冷卻面積126。其它空穴用作流體(反應(yīng)產(chǎn)物，冷卻劑，熱傳導(dǎo)流體)的收集區(qū)域。在操作過(guò)程中，燃料，氧化劑，冷卻劑，和反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)由位于端板108上的流體連接通路128進(jìn)入和離開(kāi)空穴。正如所指出的那樣，該板106、108也具有在第一122和第二124表面中的一個(gè)或兩個(gè)表面上形成的凹槽或通道130，和均勻地將反應(yīng)劑或熱傳導(dǎo)流體分布在燃料電池102的每一個(gè)的活性部分104和冷卻面積126上。
從圖1和圖2中可以看出，板106、108包括彈性涂層132，它施涂于板106、108的主要表面122、124中的一個(gè)或兩個(gè)上。正如所指出的那樣，該涂層132防止在燃料電池組件100的工作過(guò)程中根本不同的液體流的混合，和防止在相鄰板106、108之間的導(dǎo)電。另外，該涂層132對(duì)于在各種類(lèi)型的燃料電池中使用的熱傳導(dǎo)流體和電解質(zhì)有化學(xué)耐受性，基本上不妨礙燃料電池化學(xué)過(guò)程，在工作溫度下是熱穩(wěn)定的，和顯示出對(duì)板106、108的良好粘合性。涂層132的厚度和機(jī)械性能取決于板106、108的尺寸和性能以及燃料電池102中每一個(gè)的活性部分104。然而，典型地，該涂層132具有大約50微米-250微米厚度，具有大于約500psi的拉伸強(qiáng)度，大于約100％的伸長(zhǎng)率，和在約45和約85之間的肖氏A硬度。
該涂層132，它以流體狀態(tài)施涂于板106、108上和然后現(xiàn)場(chǎng)固化，包括一種或反應(yīng)活性涂料前體的共混物，它隨后聚合和/或交聯(lián)。在這里，“反應(yīng)活性”是指涂料132的各種組分彼此反應(yīng)或自反應(yīng)以固化(凝固)；該材料也稱(chēng)作熱固性樹(shù)脂。取決于所使用的反應(yīng)活性組分的類(lèi)型，該涂料132能夠使用許多機(jī)理來(lái)交聯(lián)和/或聚合，其中包括氧化固化，濕固化，熱固化，高能輻射固化(例如，紫外線(xiàn)固化，電子束固化)，縮合和加成聚合，等等。
有用的反應(yīng)活性前體包括，但不限于丙烯酸酯樹(shù)脂如丙烯酸酯化脲烷，乙烯基丙烯酸酯類(lèi)，丙烯酸酯化環(huán)氧樹(shù)脂，丙烯酸酯化聚酯，丙烯酸酯化丙烯酸系樹(shù)脂，丙烯酸酯化聚醚，丙烯酸酯化烯烴，丙烯酸酯化油，和丙烯酸酯化(聚)硅氧烷。其它有用的反應(yīng)活性前體包括環(huán)氧樹(shù)脂如雙酚環(huán)氧樹(shù)脂，和有機(jī)基聚硅氧烷樹(shù)脂，它包括烷基烷氧基硅烷樹(shù)脂。這些反應(yīng)活性前體能夠使用上面描述的機(jī)理來(lái)固化，典型地在短于45分鐘中。輻射的快速作用形式，它需要低于約30秒和在一些情況下低于約5秒的施加時(shí)間，是特別有用的。輻射的有用形式包括紫外線(xiàn)(UV)輻射，紅外線(xiàn)輻射，微波輻射，和電子束輻射。取決于具體的固化機(jī)理，該涂料132前體能夠包括催化劑，引發(fā)劑，或固化劑以幫助引發(fā)和/或加速固化。在這一公開(kāi)物中需要指出的是，“樹(shù)脂”或“樹(shù)脂體系”是指含有單體，低聚物，聚合物，或它們的結(jié)合物的多分散體系。
將涂料前體曝露于高能輻射的方法代表了聚合該涂料前體中的反應(yīng)活性組分、為燃料電池涂層132提供與熱固化的反應(yīng)活性前體相比而言的附加優(yōu)點(diǎn)的一種特別有用的方法。例如，輻射固化的涂料前體能夠在比熱固化的反應(yīng)活性涂料前體低得多的溫度(例如環(huán)境溫度)下交聯(lián)。當(dāng)使用在與熱固化的涂層有關(guān)的溫度下翹曲的石墨復(fù)合燃料電池板時(shí)，這是一個(gè)優(yōu)勢(shì)。輻射固化能夠利用至少兩個(gè)機(jī)理來(lái)進(jìn)行。在第一個(gè)機(jī)理中，輻射實(shí)現(xiàn)了高度反應(yīng)活性物質(zhì)(自由基)的快速和受控制的產(chǎn)生，該物質(zhì)可引發(fā)不飽和材料的聚合。在第二個(gè)機(jī)理中，輻射(UV/電子束)可以活化某些陽(yáng)離子型光引發(fā)劑，它發(fā)生分解而產(chǎn)生會(huì)促進(jìn)交聯(lián)反應(yīng)的酸催化劑。對(duì)于本公開(kāi)物的目的，“熱固化”或“熱固化”是指涂料前體利用受到對(duì)流和/或傳導(dǎo)支配的加熱過(guò)程來(lái)交聯(lián)。
丙烯酸酯樹(shù)脂使用高能輻射(紫外線(xiàn)，電子束等)來(lái)固化的反應(yīng)活性前體的例子包括，但不限于該丙烯酸酯樹(shù)脂。這些反應(yīng)活性前體包括丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯，并且能夠是各種分子量(例如，100-2000重均分子量)的單體或低聚物(即典型地含有2-100個(gè)單體單元和常常2-20個(gè)單體單元的適度低分子量聚合物)。有用的反應(yīng)活性涂料前體包括，但不限于丙烯酸酯化脲烷，丙烯酸酯化環(huán)氧樹(shù)脂，丙烯酸酯化烯烴，和它們的混合物。該丙烯酸酯樹(shù)脂典型地占涂料前體的約30wt％到約80wt％，和優(yōu)選占涂料前體的約45wt％到約60wt％。
丙烯酸酯化脲烷是羥基終端的NCO擴(kuò)鏈的聚酯或聚醚的二丙烯酸酯類(lèi)。它們能夠是脂肪族或芳族，雖然丙烯酸酯化脂肪族脲烷在燃料電池應(yīng)用中更加有用，因?yàn)樗鼈儾灰资艿綗醾鲗?dǎo)流體和電解質(zhì)的侵蝕和因?yàn)樗鼈兯坪跆峁└玫臋C(jī)械性能(拉伸，伸長(zhǎng)，硬度)。該丙烯酸酯化脲烷提供了固化涂層的“骨架”，和因此通常以高濃度存在，然而過(guò)高濃度可以導(dǎo)致獲得無(wú)法接受的軟膜，后者顯示不夠的耐熱和耐化學(xué)性。該丙烯酸酯化脲烷典型地占涂料前體的約25wt％到約65wt％，和優(yōu)選占涂料前體的約40wt％到約47wt％。有用的丙烯酸酯化脲烷的例子包括以商品名PHOTOMER(例如，PHOTOMER 6010)從HenkelCorp.商購(gòu)和以商品名EBECRYL(例如，EBECRYL220，284，4827，4830，6602，8400和8402)，RXO(例如，RXO 1336)，和RSX(例如，RSX 3604，89359，92576)從UCB Radcure Inc.商購(gòu)的那些。其它有用的丙烯酸酯脲烷能夠以商品名SARTOMER(例如，SARTOMER 9635，9645，9655，963-B80，和966-A80)從Sartomer Co.商購(gòu)，和以商品名UVITHANE(例如，UVITHANE 782)從Morton International商購(gòu)。
丙烯酸酯化環(huán)氧樹(shù)脂是環(huán)氧樹(shù)脂的二丙烯酸酯類(lèi)，如雙酚A環(huán)氧樹(shù)脂的二丙烯酸酯類(lèi)，并包括具有側(cè)掛腈結(jié)構(gòu)部分的環(huán)氧樹(shù)脂。丙烯酸酯化環(huán)氧樹(shù)脂一般改進(jìn)燃料電池涂層132的熱穩(wěn)定性和耐化學(xué)性，和提高它的拉伸強(qiáng)度。然而，包括過(guò)量的丙烯酸酯化環(huán)氧樹(shù)脂會(huì)降低涂層對(duì)板106、108的粘合性和也不利地影響它的密封能力。該丙烯酸酯化環(huán)氧樹(shù)脂典型地占涂料前體的約5wt％到約20wt％，和優(yōu)選占涂料前體的約8wt％到約13wt％。有用的丙烯酸酯化環(huán)氧樹(shù)脂的例子包括以EBECRYL和RXO商品名(例如，EBECRYL600，629，860和3708，RXO 2034)從UCB Radcure Inc.商購(gòu)和以PHOTOMER商品名(例如，PHOTOMER 3016，3038和3071)從Henkel Corp.商購(gòu)的那些。
丙烯酸酯化丙烯酸系樹(shù)脂是具有能夠形成自由基供后續(xù)反應(yīng)用的反應(yīng)活性側(cè)掛或末端丙烯酸基團(tuán)的丙烯酸低聚物或聚合物，并包括具有側(cè)掛腈結(jié)構(gòu)部分的丙烯酸樹(shù)脂。與該丙烯酸酯化環(huán)氧樹(shù)脂相似，該丙烯酸酯化丙烯酸樹(shù)脂(尤其具有側(cè)掛的腈基的那些)一般會(huì)改進(jìn)燃料電池涂層132的熱穩(wěn)定性和提高它的拉伸強(qiáng)度。該丙烯酸酯化丙烯酸樹(shù)脂典型地占涂料前體的約0wt％到約25wt％，和優(yōu)選占涂料前體的約0wt％到約13wt％。有用的丙烯酸酯化丙烯酸樹(shù)脂的例子是以EBECRYL商品名(例如，EBECRYL 745，754，767，1701和1755)從UCB Radcure商購(gòu)，以商品牌號(hào)NTX4887(氟-改性丙烯酸低聚物)從Sartomer Co.商購(gòu)，以及以商品名HYCAR(例如，HYCAR 130X43)從B.F.Goodrich商購(gòu)的那些。
類(lèi)似地，丙烯酸酯化烯烴是具有能夠形成自由基以供交聯(lián)或擴(kuò)鏈用的反應(yīng)活性側(cè)掛或末端丙烯酸基團(tuán)的不飽和低聚物或聚合物材料。與該丙烯酸酯化環(huán)氧樹(shù)脂和丙烯酸樹(shù)脂相似，該丙烯酸酯化烯烴通常改進(jìn)燃料電池涂層132的熱穩(wěn)定性和提高它的拉伸強(qiáng)度。該丙烯酸酯化烯烴典型地占涂料前體的約0wt％到約20wt％，和優(yōu)選占涂料前體的約0wt％到約13wt％。有用的丙烯酸酯化烯烴的例子包括聚丁二烯丙烯酸低聚物，它能夠從Sartomer Co.以商品名SARTOMER CN302和從Ricon Resins以商品名FX9005商購(gòu)。
該反應(yīng)活性前體通常包括活性稀釋劑以控制粘度，提高交聯(lián)密度，和促進(jìn)粘合性。該活性稀釋劑包括至少一種單-或多官能的單體。在這里，“單官能”指化合物含有碳-碳雙鍵，和多官能指化合物含有一個(gè)以上碳-碳雙鍵或能夠交聯(lián)的另一個(gè)化學(xué)反應(yīng)活性基團(tuán)。反應(yīng)活性稀釋劑通常是丙烯酸酸單體，雖然非丙烯酸酯如n-乙烯基吡咯烷酮，苧烯，和苧烯氧化物也能夠使用，只要該單體是烯屬不飽和的。該單官能的單體降低涂料前體的粘度，不顯著地降低涂層的性能。以適當(dāng)?shù)谋壤褂?，單官能的單體能夠在一些情況下同樣改進(jìn)本體機(jī)械性能(粘合性，拉伸強(qiáng)度，伸長(zhǎng)率)。單官能的單體典型地占涂料前體的約20wt％到約40wt％，和優(yōu)選占涂料前體的約25wt％到約35wt％。有用的單官能的單體的例子包括，但不限于丙烯酸乙酯，甲基丙烯酸甲酯，丙烯酸異辛基酯，氧化乙基化苯酚丙烯酸酯，丙烯酸2-乙基己基酯，丙烯酸2-苯氧基乙基酯，丙烯酸2-(乙氧基乙氧基)乙基酯，乙二醇甲基丙烯酸酯，四羥基糠基丙烯酸酯，己內(nèi)酯丙烯酸酯，和甲氧基三丙二醇單丙烯酸酯。特別有用的單官能單體包括丙烯酸異冰片基酯單體和丙烯酸辛基癸基酯單體，它們分別以商品名IBOA和ODA從UCB Radcure商購(gòu)。
與單官能的單體相似，多官能的單體降低涂料前體的粘度，而且加速該固化速率，和提高交聯(lián)密度，它改進(jìn)了耐化學(xué)性和提高拉伸強(qiáng)度而同時(shí)降低伸長(zhǎng)率。因?yàn)槎喙倌艿膯误w會(huì)提高交聯(lián)密度，它們能夠以比單官能單體更低的濃度使用，典型地占涂料前體的約1wt％到約5wt％，和優(yōu)選占涂料前體的約2wt％到約4wt％。有用的多官能單體的例子包括，但不限于三甘醇二丙烯酸酯，甲氧基乙氧基化三羥甲基丙烷二丙烯酸酯，季戊四醇三丙烯酸酯，甘油三丙烯酸酯，甘油三甲基丙烯酸酯，三羥甲基丙烷丙氧基化物三丙烯酸酯，三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯，三羥甲基丙烷三丙烯酸酯，1，6-已二醇二丙烯酸酯，1，4-丁二醇二丙烯酸酯，丁二醇二丙烯酸酯，三丙二醇二丙烯酸酯，二甲基丙烯酸乙二醇酯，二丙烯酸乙二醇酯，四甘醇二丙烯酸酯，聚乙二醇二丙烯酸酯，季戊四醇四丙烯酸酯，季戊四醇四甲基丙烯酸酯，和1，6-己烷二醇二丙烯酸酯。其它單和多官能的單體包括乙酸乙烯酯，n-乙烯基甲酰胺，苧烯氧化物，和n-乙烯基吡咯烷酮。特別有用的多官能單體的例子包括丙氧基化甘油三丙烯酸酯單體和三羥甲基丙烷乙氧基三丙烯酸酯單體，它們分別以商品名OTA-480和TMPEOTA從UCBRadcure商購(gòu)。
該粘合促進(jìn)劑包括至少一種輻射可固化材料，如單或多官能的單體或低聚物。一種特別有用的粘合促進(jìn)劑是以商品名EBECRYL168從UCB Radcure商購(gòu)的甲基丙烯酸酯化多元醇粘合促進(jìn)劑。典型地，該粘合促進(jìn)劑占涂料前體的大約1wt％到大約15wt％，和優(yōu)選占涂料前體的大約7wt％到大約11wt％。所公開(kāi)的反應(yīng)活性單官能的和多官能化丙烯酸酯單體中的大部分能夠以EBECRYL商品名從UCBRadcure商購(gòu)，以PHOTOMER商品名從Henkel Corp.商購(gòu)，和以SARTOMER商品名從Sartomer Co.商購(gòu)。
通常，該反應(yīng)活性前體包括至少一種單官能的單體，至少一種多官能的單體，和至少一種多官能的低聚物。典型地，該反應(yīng)活性前體包括具有不大于約1000(通常在大約100-1000之間)的分子量的單官能的和多官能的丙烯酸酯化單體，和具有至少約500，但一般在約500-7000之間的重均分子量的多官能低聚的丙烯酸酯化脲烷。如上所指出，提高單官能單體的分?jǐn)?shù)會(huì)傾向于降低涂料前體共混物的粘度和改進(jìn)在板106、108的表面122、124上的潤(rùn)濕作用。此外，提高多官能的單體和低聚物(例如，二丙烯酸酯和三丙烯酸酯)的分?jǐn)?shù)會(huì)傾向于提高交聯(lián)度，導(dǎo)致更強(qiáng)烈的粘合性，更高的強(qiáng)度，改進(jìn)的耐化學(xué)性，但較低的伸長(zhǎng)率。
該涂料前體正常包括一種或多種光引發(fā)劑，當(dāng)它用紫外線(xiàn)輻射來(lái)交聯(lián)或聚合時(shí)。光聚合引發(fā)劑(光引發(fā)劑)的例子包括，但不限于有機(jī)過(guò)氧化物，偶氮化合物，醌類(lèi)，二苯甲酮，亞硝基化合物，丙烯酰鹵，腙類(lèi)，巰基化合物，吡喃鎓化合物，三丙烯?；溥?，雙咪唑，氯烷基三嗪，苯偶姻醚類(lèi)，苯偶酰酮縮醇，噻噸酮，和乙酰苯衍生物，和它們的混合物。特定的例子包括苯偶酰，o-苯甲酸甲基酯，苯偶姻，苯偶姻乙醚，苯偶姻異丙醚，苯偶姻異丁基醚，二苯甲酮-叔胺，乙酰苯如2，2-二乙氧基乙酰苯，芐基甲基酮縮醇，1-羥基環(huán)己基苯基酮，2-羥基-2-甲基-1-苯基丙烷-1-酮，1-(4-異丙基苯基)-2-羥基-2-甲基丙烷-1-酮，2-芐基-2-N，N-二甲基氨基-1-(4-嗎啉子基苯基)-1-丁酮，2，4，6-三甲基苯甲?；?二苯基膦氧化物，2-甲基-1-4(甲硫基)，苯基-2-嗎啉子基-1-丙酮，雙(2，6-二甲氧基苯甲?；?(2，4，4-三甲基戊基)膦氧化物，等等。光引發(fā)劑的量應(yīng)該足以產(chǎn)生所希望的固化速率和獲得所必需的涂層性能并典型地占涂料前體的約0.1wt％到約10wt％，和優(yōu)選占約1wt％到約8wt％。光引發(fā)劑的特別有用的共混物包括占涂料前體的大約1wt％到大約4wt％的二苯甲酮和大約1.5wt％到大約5wt％的1-苯基-2-羥基-2-甲基-1-丙酮。二苯甲酮可從Sartomer Co.商購(gòu)，和丙酮從Ciba-GeigyCorp.以商品名DAROCUR 1173商購(gòu)。
該涂料前體可以含有添加劑如填料，消泡劑，消光劑，潤(rùn)濕劑，滑動(dòng)助劑，穩(wěn)定劑，增塑劑，脫氣劑，等等。該添加劑能夠是反應(yīng)活性或非反應(yīng)活性的，但典型地是非反應(yīng)活性的。有用的非反應(yīng)活性的脫氣劑的例子包括聚二甲基硅氧烷，如從Dow Corning商購(gòu)的各種DC系列的硅油，和SAG 47，它從OSI Specialties商購(gòu)。典型地，這樣的添加劑(包括脫氣劑)以為了達(dá)到必要的涂層特性所需要的量使用，和每一種一般占涂料前體的至多約5wt％。
另外，該涂料前體也可含有除反應(yīng)活性稀釋劑單體以外的各種溶劑，有助于溶解或溶脹高分子量活性樹(shù)脂(例如，丙烯酸酯化低聚物)。這樣的溶劑是指非反應(yīng)活性的稀釋劑或非反應(yīng)活性的單體，因?yàn)樗鼈儧](méi)有顯著地聚合或與活性樹(shù)脂組分交聯(lián)。有用的溶劑包括酮溶劑，四氫呋喃，二甲苯等，雖然優(yōu)選該涂料前體不包含溶劑。該涂料也可含有著色劑(即，顏料和染料)。合適的著色劑的例子包括TiO2，酞菁藍(lán)，酞菁綠，炭黑，堿性碳酸鉛白，氧化鋅，硫化鋅，氧化銻，氧化鋯，磺基鉻酸鉛，釩酸鉍，鉬酸鉍，氧化鐵磁鐵礦，F(xiàn)e3O4，和鐵(III)氧化物，F(xiàn)e2O3，等等。顏料能夠占涂料前體的0wt％到大約5wt％。
正如所指出的那樣，該丙烯酸酯樹(shù)脂典型地通過(guò)使用輻射如紫外光來(lái)固化。在涂料前體的施涂之后，將燃料電池板放置于傳送帶上，它運(yùn)輸這些板在一組或多組紫外線(xiàn)燈下通過(guò)，導(dǎo)致了涂料前體對(duì)紫外線(xiàn)輻射的連續(xù)的在線(xiàn)曝露。各組的紫外線(xiàn)燈具有相同或不同的標(biāo)稱(chēng)輻射波長(zhǎng)。曝光時(shí)間通過(guò)傳送帶速度來(lái)控制，它典型地在10至40英尺/分鐘范圍內(nèi)并對(duì)于每一組的燈獲得在大約0.5到大約5秒范圍內(nèi)的曝露時(shí)間。該UV燈典型地具有大約300到大約600瓦/每線(xiàn)性英寸的功率額定值。有用的UV燈包括使用D型，V型，H型，或H+型燈泡的那些燈，它們從Fusion UV Curing Systems商購(gòu)并分別具有375nm，425nm，250nm，和220nm的標(biāo)稱(chēng)波長(zhǎng)。其它有用的UV燈包括具有與Fusion型H燈泡類(lèi)似的水銀光譜的電弧型UV燈。
一種有用的固化方法使用兩組的電弧型UV燈或具有H型燈泡的UV燈。另一個(gè)有用的固化方法使用第一組的具有D型燈泡的UV燈(較長(zhǎng)波長(zhǎng)UV光)，和第二組的H或H+型燈泡的UV燈(較短波長(zhǎng)UV光)。雖然不受任何特殊的理論束縛，但是可以相信對(duì)于具有D型燈泡的UV燈的初始曝露會(huì)固化涂層的內(nèi)部并使涂層粘合于燃料電池板的表面上。對(duì)具有H或H+型燈泡的UV燈的后續(xù)曝露會(huì)固化涂層的外部。盡管兩步驟的固化方法可得到令人滿(mǎn)意的涂層，但是在惰性氮?dú)夥障碌墓袒梢栽鰪?qiáng)涂層性能。20立方英尺/每分鐘的流過(guò)固化設(shè)備的氮?dú)饬魉僖呀?jīng)發(fā)現(xiàn)在一些情況下可改進(jìn)表面固化。
有機(jī)基聚硅氧烷除了所公開(kāi)的丙烯酸酯之外，有用的反應(yīng)活性涂料前體包括有機(jī)基聚硅氧烷，其中包括低級(jí)烷基或低級(jí)鏈烯基硅氧烷的聚合物，苯基硅氧烷，低級(jí)烷基或低級(jí)鏈烯基取代的苯基硅氧烷，和它們的混合物，它們的制備是本領(lǐng)域中已知的。例如，該有機(jī)基聚硅氧烷可以包括大約15mol％到大約40mol％的烷基硅氧烷單元，大約25mol％到大約55mol％苯基硅氧烷單元，和大約30mol％到大約50mol％烷基苯基硅氧烷單元。各種硅氧烷結(jié)構(gòu)單元的硅原子被氧和硅原子的交替晶格中的氧原子連接在一起。盡管該單元的主要部分的氧原子連接于兩個(gè)硅原子上，但是一部分的氧原子是用于進(jìn)一步聚合反應(yīng)的活性中心并作為殘留羥基，烷氧基或類(lèi)似基團(tuán)存在。
該聚硅氧烷可以含有線(xiàn)性，支化，或環(huán)狀的單元，通過(guò)縮合或加聚來(lái)固化，和優(yōu)選是交聯(lián)的。為此目的，本領(lǐng)域中已知的交聯(lián)劑也可存在。此類(lèi)試劑通常是不飽和的和可以含有諸如乙烯基之類(lèi)的不飽和基團(tuán)。它們的使用導(dǎo)致形成三維網(wǎng)絡(luò)。
一種類(lèi)型的有用的有機(jī)基聚硅氧烷具有下面通式 其中R1和R2是單價(jià)的取代基，它們可以相同或不同和選自氫，甲基，乙基，丙基，異丙基，丁基，異丁基，乙烯基，烯丙基，苯基，甲基苯基，乙基苯基，丙基苯基，異丙基苯基，丁基苯基，異丁基苯基，甲苯基，和二甲苯基，前提條件是R2取代基的不超過(guò)一半是氫，和前提條件是n是足夠低的數(shù)以確保該反應(yīng)活性涂料前體處于液態(tài)。只是當(dāng)R1或R2是氫之外，該取代基由碳-硅鍵連接于硅原子。在一個(gè)有用的有機(jī)基聚硅氧烷中，每個(gè)硅氧烷單元有1∶1的n-烷基與苯基比率。
正如所表明的，有機(jī)基聚硅氧烷前體優(yōu)選以足夠低的聚合狀態(tài)呈現(xiàn)液體形式被施涂于燃料電池板上，然后聚合到最終的固體狀態(tài)。這通常通過(guò)加熱板來(lái)實(shí)現(xiàn)，雖然聚合還可以通過(guò)電離輻射來(lái)進(jìn)行。該優(yōu)選的流體涂料前體在25℃下具有大約100厘泊到大約100,000厘泊的粘度。應(yīng)該認(rèn)識(shí)到的是，為了在聚合過(guò)程中獲得交聯(lián)，該聚合鏈可具有側(cè)掛的硅鍵接的烯烴甲硅烷氧基單元，利用后者來(lái)進(jìn)行交聯(lián)。
當(dāng)該有機(jī)硅氧烷處于固體狀態(tài)時(shí)，n可以是從10到高達(dá)2500或更多，還包括聚硅氧烷的最終聚合狀態(tài)，當(dāng)它以三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)交聯(lián)時(shí)。交聯(lián)的聚硅氧烷的重均分子量可以從例如大約250,000大約700,000來(lái)變化。
苯基的存在對(duì)于所公開(kāi)的聚硅氧烷樹(shù)脂的可撓曲性和耐熱性都是重要的。通常，該聚硅氧烷樹(shù)脂應(yīng)該含有至少大約10mol％的苯基。在優(yōu)選實(shí)施方案中，側(cè)掛R2取代基包括大約50mol％的烷基和大約50mol％的苯基。R2的優(yōu)選的烷基取代基是甲基。
制備聚硅氧烷的方法是本領(lǐng)域中已知的。通常，烷基氯，如甲基氯，在催化下與硅金屬反應(yīng)而形成有機(jī)氯硅烷的家族。有機(jī)氯硅烷的水解能夠?qū)е芦@得該聚硅氧烷。該聚合完成了聚合鏈的大部分交聯(lián)，如通式I中所示，隨后能夠發(fā)生一些擴(kuò)鏈。通常，催化劑如過(guò)氧化物，鉑和鋅與聚硅氧烷結(jié)合并在加熱之后產(chǎn)生自由基，后者通過(guò)除氫來(lái)活化該烷基(R2)，以使得殘留的亞烷基確定了供交聯(lián)用的活性部位。例如，兩種不同聚合物鏈的兩個(gè)甲基也可被活化以形成亞乙基交聯(lián)。當(dāng)該R1取代基是不飽和的時(shí)，如在乙烯基中，這里由于此類(lèi)基團(tuán)的不飽和鍵也使得發(fā)生交聯(lián)?；虿伙柡偷慕宦?lián)劑能夠存在，如苯乙烯。
它是在遠(yuǎn)離聚合物鏈端的交聯(lián)活性的這一位置，它導(dǎo)致更多的交聯(lián)，與當(dāng)聚合物鏈僅僅在聚合物鏈端上交聯(lián)時(shí)的情況相比。在鏈之間增加的交聯(lián)量進(jìn)而被認(rèn)為導(dǎo)致更具韌性、更加耐熱的聚硅氧烷樹(shù)脂。
該過(guò)氧化物催化劑以相當(dāng)樹(shù)脂的大約0.05wt％到大約2wt％的量使用并包括過(guò)苯甲酸叔丁酯，它在室溫下在聚硅氧烷組合物中是穩(wěn)定的但在大約300°F下快速分解。能夠使用的其它過(guò)氧化物催化劑包括過(guò)氧化苯甲酰，過(guò)氧化鄰苯二甲酰，過(guò)氧化氯苯甲酰，乙酰過(guò)氧化苯甲酰，氫過(guò)氧化環(huán)己基，過(guò)氧化乙酰，等等。然而，交聯(lián)能夠通過(guò)非過(guò)氧化物催化方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，如通過(guò)鉑金屬或鋅金屬，它們以基于聚硅氧烷的至多約0.5wt％的量使用?？梢灶?lèi)似地使用羧酸類(lèi)的金屬鹽，如辛酸鈷。
該涂層應(yīng)該是柔性以使它適用于各種機(jī)械應(yīng)用和提高它的使用壽命。所述的聚硅氧烷樹(shù)脂的單獨(dú)使用對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用是足夠的。事實(shí)上，聚硅氧烷涂層的柔性能夠通過(guò)改變上述通式的烷基與苯基R2取代基的摩爾比，如大約1到大約10，來(lái)變化。在任何情況下，應(yīng)該理解的是，需要聚合或固化的有機(jī)基聚硅氧烷能夠，作為液體，是均聚物，共聚物，或三元共聚物，并且能夠是單種化合物或兩種或多種不同的有機(jī)基聚硅氧烷的混合物。
該反應(yīng)活性涂料前體任選包括有機(jī)鈦酸酯。通常，有用的有機(jī)鈦酸酯包括鈦酸的酯，其中該酯部分是飽和或不飽和的，環(huán)狀或無(wú)環(huán)的，或芳族的。然而，所需類(lèi)型的有機(jī)鈦酸酯具有下面通式Ti(OR3)4II其中R3是單價(jià)取代基，它們可以相同或不同并選自具有1-10個(gè)碳原子的烷基和環(huán)烷基，具有2至約4個(gè)碳原子的鏈烯基，具有2至約8個(gè)碳原子的脂族?；?，具有至多約6個(gè)碳原子的酰胺基，芐基，和氫，前提條件是不是所有R3的都是氫。通常，該有機(jī)基聚硅氧烷包括大約0％到大約4％(按重量計(jì))的有機(jī)鈦酸酯。
通常，有機(jī)鈦酸酯是正鈦酸的四酯，該術(shù)語(yǔ)“四酯”意欲包括四酰胺，四酸酐，等等。正鈦酸的四酯對(duì)應(yīng)于通式2，只是R3不是氫。特定的例子包括四乙基鈦酸酯，四丁基鈦酸酯，四異丙基鈦酸酯，雙(乙酰丙酮基)二異丙基鈦酸酯，雙(乙酰丙酮基)二甲基鈦酸酯，雙(乙酰丙酮基)-二乙基鈦酸酯，四甲基鈦酸酯，四(2-乙基己基)鈦酸酯，四乙?；佀狨ィ谋交佀狨?，四(2-甲氧基乙氧基)鈦酸酯，二異丙基二乙酰氧基鈦酸酯，四乙基酰胺基鈦酸酯，四戊基酰胺基鈦酸酯，辛二醇鈦酸酯，和它們的混合物。優(yōu)選的有機(jī)鈦酸酯是四丁基鈦酸酯和四乙酰基丙酮基鈦酸酯。
鈦酸酯的酯類(lèi)相當(dāng)容易地在水存在下水解，因此必須小心地注意保持它們?cè)谙鄬?duì)干燥的條件下。這些鈦酸酯的制備是本領(lǐng)域中已知的和因此沒(méi)有詳細(xì)地描述。例如，通過(guò)乙醇鈉和氯化鈦的反應(yīng)，或通過(guò)四氯化鈦與無(wú)水乙醇的反應(yīng)，氨作為中和劑，可獲得四乙基鈦酸酯。其它烷基酯類(lèi)也可以這種方式制造。四苯基鈦酸酯能夠從苯酚和四氯化鈦的反應(yīng)，或從水楊酸和四氯化鈦的反應(yīng)制備。辛二醇鈦酸酯可以通過(guò)辛二醇與四甲基鈦酸酯按照大約4比1的摩爾比進(jìn)行反應(yīng)來(lái)制備。
在制備本發(fā)明的涂料時(shí)，該液體有機(jī)基聚硅氧烷和有機(jī)鈦酸酯在基本上無(wú)水的條件下?lián)交煲孕纬煞磻?yīng)混合物。有機(jī)鈦酸酯可以在溶劑溶液中使用，其中該溶劑可以是任何合適的非反應(yīng)活性的有機(jī)溶劑。低級(jí)烷基醇類(lèi)是優(yōu)選的，如異丙基醇。相當(dāng)大的載量是可能的，例如75％有機(jī)鈦酸酯和25％溶劑(按重量計(jì))。
該反應(yīng)混合物因此包括極少量的溶劑和幾乎全部的聚硅氧烷和鈦酸酯。這也傾向于確?；旧蠠o(wú)水的條件。反應(yīng)混合物的施涂會(huì)在一個(gè)步驟中得到較厚重的涂層，這歸因于施涂的幾乎無(wú)溶劑的性質(zhì)。結(jié)果，在固化的涂層中截留很少的溶劑或根本沒(méi)有溶劑。
該反應(yīng)混合物被施涂于燃料電池板上和然后進(jìn)行反應(yīng)。其后，該燃料電池板和該反應(yīng)活性涂料前體首先較緩慢地加熱以驅(qū)除所存在的任何少量的溶劑和其它揮發(fā)分，然后在較高下加熱一段時(shí)間以完成該有機(jī)基聚硅氧烷樹(shù)脂的聚合。通常，該熱固化可以在大約120℃到大約200℃下進(jìn)行大約5分鐘到大約1小時(shí)。在有機(jī)基聚硅氧烷的施涂和聚合成固體狀態(tài)后，所形成的涂層典型地具有大約50微米到大約250微米的厚度。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有機(jī)鈦酸酯的存在遲滯了可聚合的有機(jī)基聚硅氧烷的聚合速率，這增加了有用的貯存時(shí)間。甚至更重要的，有機(jī)鈦酸酯有助于有機(jī)基聚硅氧烷粘合于板上，這樣所獲得的涂層具有改進(jìn)的耐脫粘性能。可以相信該有機(jī)鈦酸酯用作偶合劑。
該涂料前體可以含有添加劑如填料，消泡劑，消光劑，潤(rùn)濕劑，滑動(dòng)助劑，穩(wěn)定劑，增塑劑，脫氣劑，固化抑制劑等等。該添加劑能夠是反應(yīng)活性或非反應(yīng)活性的。有用的脫氣劑的例子包括聚二甲基硅氧烷，如從Dow Corning商購(gòu)的各種DC系列的硅油。有用的固化抑制劑的例子，它增加反應(yīng)活性涂料前體的貯存時(shí)間，是3-甲基-1-戊炔-3-醇。另外，有用的滑動(dòng)助劑是POLYFLO 523XF，它是聚乙烯和聚四氟乙烯粉末的混合物并可從Micro Powders商購(gòu)。典型地，此類(lèi)添加劑(包括脫氣劑，固化抑制劑，和滑動(dòng)助劑)以為了獲得必需的涂層特性所需要的量使用，并且各自一般占涂料前體總重量的至多約5wt％。
該涂料也可含有著色劑(即，顏料和染料)。合適的著色劑的例子包括TiO2，酞菁藍(lán)，酞菁綠，炭黑，堿性碳酸鉛白，氧化鋅，硫化鋅，氧化銻，氧化鋯，磺基鉻酸鉛，釩酸鉍，鉬酸鉍，氧化鐵磁鐵礦，F(xiàn)e3O4，和鐵(III)氧化物，F(xiàn)e2O3，等等。
環(huán)氧腈樹(shù)脂除了所開(kāi)丙烯酸酯和有機(jī)基聚硅氧烷之外，涂料前體的有用組分包括環(huán)氧樹(shù)脂，丙烯腈-丁二烯共聚物，任選的成膜熱塑性聚合物，如聚氯乙烯(PVC)樹(shù)脂，和多胺交聯(lián)劑。以總固體為基礎(chǔ)，該反應(yīng)活性涂料前體通常包括大約25wt％到大約50wt％環(huán)氧樹(shù)脂，大約35wt％到大約65wt％丙烯腈丁二烯共聚物，大約0wt％到大約20wt.％熱塑性聚合物，和大約1wt％到大約5wt％多胺交聯(lián)劑。反應(yīng)活性涂料前體也含有一種或多種溶劑以便在施涂于燃料電池板上之前分散該涂料前體的固體組分，并且也可含有任選的填料，消泡劑，消光劑，潤(rùn)濕劑，滑動(dòng)助劑，穩(wěn)定劑，增塑劑，脫氣劑，顏料，等等。涂料前體典型地通過(guò)暴露于升高的溫度達(dá)足夠的時(shí)間以使反應(yīng)活性組分交聯(lián)并揮發(fā)溶劑來(lái)固化。
涂料前體的環(huán)氧樹(shù)脂組分被包括在內(nèi)以便，部分地，賦予耐化學(xué)性和熱穩(wěn)定性，提升拉伸強(qiáng)度和硬度，和改進(jìn)對(duì)該燃料電池板的粘合性。環(huán)氧樹(shù)脂體現(xiàn)特征于三節(jié)環(huán)的存在，該三節(jié)環(huán)已知為環(huán)氧基，環(huán)氧化物，環(huán)氧乙烷，或ethyoxyline基團(tuán)。所公開(kāi)的涂料前體能夠使用許多在粘合劑、復(fù)合材料和層壓材料的制造中所用的環(huán)氧樹(shù)脂。有用的環(huán)氧樹(shù)脂的例子包括雙酚A、雙酚F、脂肪族二醇類(lèi)、線(xiàn)型酚醛清漆或其它多元醇的二縮水甘油醚；多官能的甲酚-酚醛清漆樹(shù)脂；環(huán)氧樹(shù)脂苯酚型酚醛清漆樹(shù)脂；多核酚-縮水甘油醚衍生的樹(shù)脂；環(huán)脂烴類(lèi)環(huán)氧樹(shù)脂；和芳族和雜環(huán)族縮水甘油基氨基樹(shù)脂。后一種樹(shù)脂包括四縮水甘油基亞甲基二苯胺衍生的樹(shù)脂，三縮水甘油基對(duì)氨基苯酚衍生的樹(shù)脂，和三嗪型樹(shù)脂如三縮水甘油基異氰脲酸酯。環(huán)氧樹(shù)脂中的一種或多種能夠被溴化和/或膦酸化。環(huán)氧樹(shù)脂可以從許多供應(yīng)商處獲得，其中包括以EPON、EPONOL和EPIKOTE商品名從Shell Chemical Co.商購(gòu)；以DER、DEN、DEH、TACTIX和QUATREX商品名從DowChemical Co.商購(gòu)；以ARALDITE商品名從Ciba-Geigy Corp.商購(gòu)；以EPOTUF和KELPOXY商品名從Dainippon Ink and Chemicals商購(gòu)；和以UNOX商品名從Union Carbide Co.商購(gòu)。
涂料前體的丙烯腈丁二烯共聚物組分賦予彈性，軟度，和耐化學(xué)性。丙烯腈丁二烯橡膠能夠是反應(yīng)活性的或非反應(yīng)活性的。如果是反應(yīng)活性，則它能夠含有可與環(huán)氧樹(shù)脂的環(huán)氧乙烷基反應(yīng)的胺基。另外地，該丙烯腈丁二烯共聚物能夠含有羧基，它為胺交聯(lián)劑提供固化位置。含有羧基的丙烯腈丁二烯共聚物能夠通過(guò)本領(lǐng)域中已知的方法來(lái)制備，例如通過(guò)將丁二烯、丙烯酸和丙烯腈共聚合或通過(guò)將丁二烯、甲基丙烯酸和丙烯腈共聚合。
該反應(yīng)活性涂料前體還包括多胺固化劑和任選的催化劑以加速交聯(lián)。該固化劑通常包括至少兩個(gè)伯屬或兩個(gè)仲屬氨基，它能夠與丙烯腈丁二烯共聚物的羧酸基團(tuán)(如果存在的話(huà))和環(huán)氧樹(shù)脂的環(huán)氧乙烷基團(tuán)反應(yīng)。丙烯腈丁二烯共聚物的羧基，以及環(huán)氧樹(shù)脂的殘留羥基(在摻混物中存在的任何酚醛清漆樹(shù)脂的酚羥基)，可以彼此反應(yīng)而形成復(fù)雜聚合物網(wǎng)絡(luò)。脂肪族，脂環(huán)族，或芳族多胺能用作固化劑。有用的脂族胺包括多亞烷基多胺如二亞乙基三胺，三亞乙基四胺，四亞乙基五胺和五亞乙基六胺。其它有用的脂族胺包括乙二胺，四甲基二胺，己二胺等等。合適的芳族多胺包括具有直接連接于芳族環(huán)上的胺基的那些，和包括亞烷基雙苯胺如亞甲基雙苯胺，和亞苯基醚雙苯胺。
涂料前體任選包括非反應(yīng)活性的熱塑性聚合物，它用作成膜劑。有用的熱塑性聚合物的例子包括，但不限于聚醚，聚酯，聚酰胺，聚苯乙烯，乙烯共聚物，和乙烯基鹵聚合物，如聚氯乙烯(PVC)。其它有用的熱塑性聚合物包括聚α-烯烴，接枝了苯乙烯和丙烯腈的混合物的乙烯-丙烯-非共軛二烯烴(EPDM)三元共聚物(丙烯腈EPDM苯乙烯或AES)，和苯乙烯丙烯腈(SAN)共聚物。SAN聚合物包括丙烯腈和甲基丙烯酸酯的共聚物以及丙烯腈，苯乙烯，和甲基丙烯酸甲酯的三元共聚物。其它SAN聚合物包括丙烯酸丁酯，丙烯酸乙酯，丙烯酸2-乙基己基酯，丙烯酸羥乙基酯，甲基丙烯酸甲酯，乙酸乙烯酯，乙烯基醚，和偏二氯乙烯的丙烯腈共聚物。其它有用的熱塑性聚合物包括丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)聚合物，它由分散在苯乙烯和丙烯腈的熱塑性基質(zhì)中的彈性體相(典型地，SAN和聚丁二烯或丁二烯共聚物的接枝聚合物)組成。SAN樹(shù)脂能夠以商品名TYRIL從Dow Chemical Co.商購(gòu)；ABS樹(shù)脂以商品名CYOLAC從General Electric商購(gòu)；和AES樹(shù)脂以商品名ROVEL從Dow Chemical Co.商購(gòu)。
如上所述，該環(huán)氧腈基涂料前體可以含有各種的添加劑，其中包括脫氣劑和滑動(dòng)助劑。該添加劑能夠是反應(yīng)活性或非反應(yīng)活性的。有用的脫氣劑的例子包括聚二甲基硅氧烷，如從Dow Corning商購(gòu)的各種DC系列的硅油，和SAG 47，它從OSI Specialties商購(gòu)。有用的滑動(dòng)助劑是POLYFLO 523XF，它是聚乙烯和聚四氟乙烯粉末的混合物并可從Micro Powders商購(gòu)。典型地，此類(lèi)添加劑(包括脫氣劑，和滑動(dòng)助劑)以為了獲得必需的涂層特性所需要的量使用，并且各自一般占涂料前體總重量的至多約5wt％。
另外，涂料前體也可含有一種或多種相容的溶劑以協(xié)助分散該前體組分。有用的溶劑包括醇類(lèi)，醚類(lèi)，酮類(lèi)，四氫呋喃，二甲苯，等等。特別有用的溶劑包括2(2-丁氧基乙氧基)乙醇和二甘醇正丁醚，它以商品名BUTYL CARBITOL從Dow Chemical Co.商購(gòu)。該涂料也可含有著色劑(即，顏料和染料)。合適的著色劑的例子包括TiO2，酞菁藍(lán)，酞菁綠，炭黑，堿性碳酸鉛白，氧化鋅，硫化鋅，氧化銻，氧化鋯，磺基鉻酸鉛，釩酸鉍，鉬酸鉍，氧化鐵磁鐵礦，F(xiàn)e3O4，和鐵(III)氧化物，F(xiàn)e2O3，等等。
涂料前體的施涂所公開(kāi)的反應(yīng)活性涂料前體中的每一種能夠使用本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員在閱讀本公開(kāi)物之后所了解的涂敷技術(shù)來(lái)施涂，其中包括輥涂，浸涂，刷涂，噴涂，用模板印刷，絲網(wǎng)印刷，等等。然而，這些涂敷技術(shù)當(dāng)中，絲網(wǎng)印刷是優(yōu)選的，因?yàn)樗牡统杀荆俣?，和精確性。涂料前體可以施涂于燃料電池板的一面或兩面上并作為全覆蓋的涂層或呈現(xiàn)所選擇的連續(xù)或不連續(xù)的圖案，這取決于燃料電池組件的絕緣和密封要求。正如所指出的那樣，燃料電池板的涂層厚度典型地是大約50微米到大約250微米。
實(shí)施例下列實(shí)施例被理解為舉例說(shuō)明性質(zhì)和非限制性的，并代表了本發(fā)明的特定實(shí)施方案。
實(shí)施例A-P丙烯酸酯樹(shù)脂涂料表1列出了用于絕緣和密封燃料電池板的涂料前體組合物(配制料A-P)。組合物中的每一種包括丙烯酸酯化脂肪族或芳族脲烷低聚物，異冰片基丙烯酸酯單官能的單體，一對(duì)的光引發(fā)劑(1-苯基-2-羥基-2-甲基-1-丙酮和二苯甲酮)，和聚二甲基硅氧烷脫氣劑。另外，全部的配制料包括多官能的單體-丙氧基化甘油三丙烯酸酯(配制料A-I，K-O)或三羥甲基丙烷乙氧基三丙烯酸酯單體(配制料J，P)。一些配制料還包括丙烯酸酯化烯烴低聚物(配制料B-E，G，I，L-O)，丙烯酸酯化環(huán)氧樹(shù)脂低聚物(配制料B，C，E，F(xiàn)，H-O)，丙烯酸酯化環(huán)氧樹(shù)脂單體(配制料O)，甲基丙烯酸酯化多元醇粘合促進(jìn)劑(配制料A-D，F(xiàn)-H，J-O)，或辛基癸基單官能的單體(配制料O)。
在表1中列出的配制料是通過(guò)將脲烷低聚物和聚二甲基硅氧烷脫氣劑引入到容器中來(lái)制備?；旌衔镌诩訜嵯聰嚢枰越档突旌衔锏恼扯取Ｈ缓髮⒓谆┧狨ザ嘣颊澈洗龠M(jìn)劑(如果存在)加入到混合物中。一旦該粘合促進(jìn)劑完全地分散，添加非尿烷的低聚物，和單官能的單體(異冰片基丙烯酸酯和辛基癸基丙烯酸酯單體)(按順序)。在單獨(dú)的容器中，在加熱下將二苯甲酮溶于1-苯基-2-羥基-2-甲基-1-丙酮中和在多官能的單體中。所獲得的光引發(fā)劑和多官能的單體的摻混物然后與其它涂料前體組分摻混。
通過(guò)絲網(wǎng)印刷(110目聚酯篩，標(biāo)稱(chēng)0.001-英寸和0.005英寸pad高度)或通過(guò)流延(固定的清除刮涂刀)在各種基材上制備試樣。取決于試驗(yàn)，該標(biāo)稱(chēng)涂層厚度是0.001英寸(粘合性，芯軸撓曲性，冷卻劑起泡)或0.005-0.006英寸(拉伸強(qiáng)度，伸長(zhǎng)率，肖氏A硬度)。然而，該配制料H和P的粘合試驗(yàn)樣品的涂層厚度是0.005-0.006英寸。實(shí)施例配制料中每一種通過(guò)以15-25英尺/分鐘的線(xiàn)速度連續(xù)曝光于分別具有Fusion型D燈泡(375nm)和H+型燈泡(220nm)的375瓦/英寸UV燈。試樣用于測(cè)量各種性能，其中包括拉伸強(qiáng)度，伸長(zhǎng)率，肖氏A硬度，粘合性(劃痕，起泡)，和耐熱性(芯軸撓曲)。
表1列出了浸泡在燃料電池冷卻劑(配制料H，P)，汽車(chē)?yán)鋮s劑(A-P)，或汽車(chē)用油(配制料J，K)中的試樣的劃痕粘合性結(jié)果。將配制料H的試樣在環(huán)境溫度下浸泡在三種不同的熱傳導(dǎo)流體中達(dá)70小時(shí)。所使用的熱傳導(dǎo)流體是以商品名THERMINOL D12從Solutia Inc.商購(gòu)的異鏈烷烴流體，以商品名DYNALENE FC-1從Dynalene HeatTransfer Fluids商購(gòu)的有專(zhuān)利權(quán)的流體，和以商品名PF-5080從3M商購(gòu)的氟化烴流體。將配制料A-P的試樣浸泡在100℃的GM LONG LIFECOOLANT和水的50∶50v/v混合物中達(dá)72小時(shí)；將試樣J和K浸泡在150℃的ASTM IRM 903油中達(dá)72小時(shí)。在浸泡之后，使用RPM 516劃痕硬度試驗(yàn)方法來(lái)測(cè)量粘合性。根據(jù)試驗(yàn)方法，將涂敷基材固定在可平移的臺(tái)上和“針”下降到涂敷基材的表面上。在該試驗(yàn)中，將500克的死荷重施加于針的一端，以使針的另一端穿透該涂層。該針執(zhí)行圓周運(yùn)動(dòng)，而樣品以大約2.5微米/周期的速率平移，在涂層上產(chǎn)生一系列10-微米直徑、重疊圓形劃痕。涂層的外觀是以1(差粘合性)到10(最佳粘合性)的尺度來(lái)評(píng)判。表1中條目的每一個(gè)表示三個(gè)試驗(yàn)/每種流體的平均值；標(biāo)識(shí)”干燥(dry)”指在劃痕試驗(yàn)之前沒(méi)有浸泡在冷卻劑或油中的試樣。
表1也列出了對(duì)于涂料配制料中每一種的拉伸強(qiáng)度，伸長(zhǎng)率，和肖氏A硬度。為了測(cè)量拉伸強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率，從樣品上裁切下1英寸×4英寸樣品，該樣品是通過(guò)使用固定的清除刮涂刀將涂料流延在聚酯薄膜上來(lái)制備的。在膜上的多個(gè)點(diǎn)上測(cè)量樣品厚度(在樣品中心附近的六個(gè)位置的最小值)，和將樣品在環(huán)境溫度下在英斯特朗試驗(yàn)儀上以0.2英寸/分鐘的十字頭速度進(jìn)行拉伸。對(duì)于各配制料，表1報(bào)導(dǎo)了以5個(gè)樣品為基礎(chǔ)的平均拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率。為了測(cè)量肖氏A硬度，從流延在聚酯膜上所形成的樣品上裁切0.5英寸×1.5英寸試樣。來(lái)自單個(gè)配制料的試樣加以堆疊而獲得0.125英寸的總體樣品厚度。通過(guò)使用在工作臺(tái)上安放的肖氏A硬度試驗(yàn)機(jī)來(lái)測(cè)量“堆疊”試樣的硬度。對(duì)于各配制料獲得五個(gè)硬度測(cè)量值。
表1也列出了耐熱性數(shù)據(jù)(表示“溫度芯軸”)和粘度數(shù)據(jù)。通過(guò)使用ASTM D573的改進(jìn)型來(lái)測(cè)量耐熱性。各試樣(在0.008英寸厚的不銹鋼試件上的絲網(wǎng)印刷的涂層)在185℃下耐老化試驗(yàn)22小時(shí)，沿6-英寸直徑芯軸彎曲，和然后目視檢查涂層中的裂紋或檢查在試件和涂層之間粘結(jié)損失。涂層的外觀是以1(許多裂紋，粘結(jié)的損失)到10(幾乎沒(méi)有裂紋，很少或沒(méi)有粘結(jié)損失)的尺度評(píng)判打分的；表1中的數(shù)據(jù)表示了三個(gè)試樣的平均值。該粘度條目是以涂料前體的流動(dòng)特性的主觀評(píng)價(jià)為基礎(chǔ)的。1的打分表明涂料前體難于絲網(wǎng)印刷，和10的打分表明些涂料前體容易絲網(wǎng)印刷。
實(shí)施例Q有機(jī)基聚硅氧烷涂料表2列出了用于絕緣和密封燃料電池板的有機(jī)基聚硅氧烷涂料前體組合物。該配制料包括有機(jī)基聚硅氧烷基礎(chǔ)聚合物和以商品名96-083從Dow Corning商購(gòu)的硅酮?dú)浠?silicone hydride)固化劑。該有機(jī)基聚硅氧烷樹(shù)脂是具有大約15,900的重均分子量和含有乙烯基端嵌段(它占基礎(chǔ)聚合物的2wt％以下)的長(zhǎng)鏈二甲聚硅氧烷。該配制料也包括鉑催化劑以加速固化，和固化抑制劑(3-甲基-1-戊炔-3-醇)以延長(zhǎng)貯存期限。該鉑催化劑是以商品名Sly-Off 4000從Dow Corning商購(gòu)，和固化抑制劑是以商品名SURFYNOL61從Air Products andChemicals，Inc.商購(gòu)。該配制料含有以商品名Stan-Tone D5004從Harwick Chemical Corp.商購(gòu)的綠色顏料，和還含有以商品名R960從DuPont商購(gòu)的白色顏料(TiO2)。
表2列出了所公開(kāi)的有機(jī)基聚硅氧烷的平均拉伸強(qiáng)度，斷裂伸長(zhǎng)率，和肖氏A硬度。通過(guò)在室溫下在標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室用混合機(jī)中混合表2中的各個(gè)組分，然后使用固定的清除刮涂刀在基材上流延該涂料前體，可以制備0.005-0.006英寸的標(biāo)稱(chēng)厚度的試樣。涂料前體在大約200℃的烘箱中固化大約5分鐘，然后根據(jù)在丙烯酸酯樹(shù)脂實(shí)施例中描述的方法來(lái)測(cè)試。
實(shí)施例R環(huán)氧腈涂料表3列出了用于絕緣和密封燃料電池板的環(huán)氧腈涂料前體組合物。該配制料包括雙部分的樹(shù)脂體系，它包括分散在溶劑中的環(huán)氧樹(shù)脂，PVC樹(shù)脂，丙烯腈丁二烯共聚物，和多胺交聯(lián)劑。該環(huán)氧樹(shù)脂和PVC樹(shù)脂，以及丙烯腈丁二烯共聚物和多胺交聯(lián)劑，是分別以商品名Denflex FX 3551A和Denflex FX 3551B從Dennis Chemical Co.商購(gòu)的。該配制料包括一雙的聚二甲基硅氧烷脫氣劑，即DC 200和SAG 47，和滑動(dòng)助劑，POLYFLO 523XF，它是聚乙烯和聚四氟乙烯粉末的共混物。DC 200，SAG 47，和POLYFLO 523XF分別從Dow Corning，OSISpecialties，和Micro Powders商購(gòu)。為了協(xié)助分散涂料前體組分，該配制料包括附加的溶劑，二甘醇正丁醚，它以商品名BUTYLCARBITOL從Dow Chemical Co.商購(gòu)。
表3列出了所公開(kāi)的環(huán)氧腈樹(shù)脂的平均拉伸強(qiáng)度，斷裂伸長(zhǎng)率，肖氏A硬度，和粘合性。通過(guò)在室溫下在標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)室用混合機(jī)中混合該表3的各個(gè)組分和將前體絲網(wǎng)印刷在鋼板(用于拉伸強(qiáng)度，伸長(zhǎng)率和肖氏A硬度測(cè)定)或石墨復(fù)合燃料電池板(用于粘合試驗(yàn))上，來(lái)制備試樣。施涂于鋼板上的樣品在強(qiáng)制空氣(對(duì)流)烘箱中在大約180℃下固化大約10分鐘；施涂于石墨復(fù)合燃料電池板上的樣品也在強(qiáng)迫空氣烘箱中固化，但是在大約140℃下固化至少30分鐘。根據(jù)在實(shí)施例A-P中描述的方法測(cè)試全部的試樣。
表1.丙烯酸酯樹(shù)脂涂料前體(wt％)AB C D E F丙烯酸酯化脂肪族尿烷低聚物RXO 1336 37.2 25.7 19.7 36.7 32.0 34.2丙烯酸酯化芳族尿烷低聚物RSX 89359 --- --- --- --- ------EBECRYL 4827 --- --- --- --- ------丙烯酸酯化烯烴低聚物CN 302--- 12.9 19.7 12.2 21.3 ---FX 9005 --- --- --- --- ------丙烯酸酯化丙烯酸低聚物NTX 4887(氟改性) --- --- --- --- ------丙烯酸酯化環(huán)氧樹(shù)脂低聚物EBECRYL 3708 --- 12.9 19.7 --- 10.7 22.8丙烯酸酯化環(huán)氧樹(shù)脂單體+低聚物RXO 2034 --- --- --- --- ------甲基丙烯酸酯化多元醇EBECRYL 168 --- 5.1 7.9 9.8 ---4.6異冰片基丙烯酸酯單體IBOA 49.6 34.3 26.2 32.6 28.4 30.4三羥甲基丙烷乙氧基三丙烯酸酯單體TMPEOTA ------ --- --- ------辛基癸基丙烯酸酯單體ODA ------ --- --- ------丙氧基化甘油三丙烯酸酯OTA 480 5.03.4 2.6 3.3 2.8 3.01-苯基-2-羥基-2-甲基-1-丙酮DUROCUR 1173 4.73.3 2.5 3.1 2.7 2.9二苯甲酮 2.41.6 1.3 1.5 1.4 1.4聚二甲基硅氧烷SAG 47 1.20.9 0.7 0.8 0.7 0.8拉伸(PSI)1050 1100 1100 1030 750 1070伸長(zhǎng)率(％) 169102 106 148 129 157肖氏A硬度85 848378 75 81粘合性劃痕-干燥(Dry) 5 7 108.3 2.3 9.0粘合性劃痕-冷卻劑1 2 2 143粘合性劃痕-油------ --- --- --- ---冷卻劑起泡 1 5 5 38.5 4.0溫度芯軸 10 6 4.3 10 10 10粘度 10 5 1 6461試驗(yàn)的冷卻劑THERMINOL D12，DYNALENE FC-1，PF-5080(按所示順序)；用GM LONG LIFE COOLANT的50∶50v/v混合物試驗(yàn)的全部其它配制料。2含有0.03wt％Fe3O4和0.32wt％Fe2O3。
表1-續(xù)G H1I J KL丙烯酸酯化脂肪族尿烷低聚物RXO 1336 40.9 43.6 38.5 28.5 38.0 34.4丙烯酸酯化芳族尿烷低聚物RSX 89359------ --- 14.3 --- ---EBECRYL 4827 ------ --- 4.8 4.2 ---丙烯酸酯化烯烴低聚物CN302 20.5---9.6---------FX 9005--- ------------17.2丙烯酸酯化丙烯酸低聚物NTX 4887(氟改性) --- ---------------丙烯酸酯化環(huán)氧樹(shù)脂低聚物EBECRYL 3708 ---10.919.3 9.58.48.6丙烯酸酯化環(huán)氧樹(shù)脂單體+低聚物RXO 2034 ------ ------------甲基丙烯酸酯化多元醇EBECRYL 1684.18.7 ---5.04.53.5異冰片基丙烯酸酯單體IBOA 27.3 29.1 25.7 26.6 35.5 30.1三羥甲基丙烷乙氧基三丙烯酸酯單體TMPEOTA--- --- ---4.75 ------辛基癸基丙烯酸酯單體ODA--- --- ------------丙氧基化甘油三丙烯酸酯OTA480 2.7 2.91 2.6---3.55 2.301-苯基-2-羥基-2-甲基-1-丙酮DUROCUR 1173 2.6 2.76 2.43.83.40 2.18二苯甲酮 1.3 1.38 1.21.90 1.70 1.09聚二甲基硅氧烷SAG 47 0.7 0.73 0.60.95 0.84 0.58拉伸(PSI) 510 1030 8951150 6701365伸長(zhǎng)率(％) 145 170 14385 13574.8肖氏A硬度 7275 73 8487粘合性劃痕-干燥(Dry) 7.3 8.0 1.09 7.57.5粘合性劃痕-冷卻劑 2 3，1，3 3 1 1 5.5粘合性劃痕-油 --- --- ---8 6 ---溫度芯軸10 10 10---------冷卻劑起泡 6.5 4.05 ---------粘度7 8 2 1 5 ---表1-續(xù)M N O P2丙烯酸酯化脂肪族尿烷低聚物RXO 1336 29.0 29.5 30.8 ---丙烯酸酯化芳族尿烷低聚物RSX 89359 --- ------61.5EBECRYL 4827 --- ---------丙烯酸酯化烯烴低聚物CN 302 16.1 ---17.1 ---FX 9005--- 7.1------丙烯酸酯化丙烯酸低聚物NTX 4887(氟改性) --- 21.9 ------丙烯酸酯化環(huán)氧樹(shù)脂低聚物EBECRYL 3708 8.1 7.48.6---丙烯酸酯化環(huán)氧樹(shù)脂單體+低聚物RXO 2034 --- ---4.2---甲基丙烯酸酯化多元醇EBECRYL 1683.3 3.03.4---異冰片基丙烯酸酯單體IBOA 28.2 25.8 27.0 29.3三羥甲基丙烷乙氧基三丙烯酸酯單體TMPEOTA--- ------1.91辛基癸基丙烯酸酯單體 --- ---------ODA--- ---3.00 ---丙氧基化甘油三丙烯酸酯OTA4802.15 2.30 2.28---1-苯基-2-羥基-2-甲基-1-丙酮DUROCUR 1173 2.04 1.87 2.174.56二苯甲酮 1.02 0.94 1.081.14聚二甲基硅氧烷SAG 470.54 0.50 0.571.23拉伸(PSI) 1112 1028 640 2100伸長(zhǎng)率(％)122 80.0 125 105肖氏A硬度 84 85 75 84粘合性劃痕-干燥(Dry) 7.5 7.5 8.0 1粘合性劃痕-冷卻劑 3.0 2.0 2.0 1粘合性劃痕-油 --- --- --- 6溫度芯軸 --- --- --- 8冷卻劑起泡--- --- --- 2粘度 --- --- ---10表2.有機(jī)基聚硅氧烷樹(shù)脂(wt.％)Q聚二甲基硅氧烷DC 96-083樹(shù)脂 86.9綠色顏料STAN-TONE D50042.26二氧化鈦R960 0.483-甲基-1-戊炔-3-醇 0.01鉑催化劑SLY-OFF 4000 0.01聚乙烯-PTFEPOLYFLO 523XF 1.49硅酮?dú)浠顳C96-083固化劑 8.68拉伸(PSI) 535伸長(zhǎng)率(％) 170肖氏A硬度 59表3.環(huán)氧腈樹(shù)脂(wt.％)R聚乙烯-PTFEPOLYFLO523XF 2.0DENFLEX FX3551A 40.7環(huán)氧樹(shù)脂1聚氯乙烯樹(shù)脂1DENFLEX FX3551B 51.5丙烯腈丁二烯共聚物1多胺硬化劑1聚二甲基硅氧烷DC 2001.9SAG 470.5二甘醇正丁基醚BUTYL CARBITOL3.4拉伸(PSI) 1200伸長(zhǎng)率(％)80肖氏A硬度 80粘合性劃痕-干燥(Dry) 7粘合性劃痕-冷卻劑25，5，41分散在溶劑中。2試驗(yàn)的冷卻劑THERMINOL D12，DYNALENE FC-1，PF-5080(按所示順序)。
需要理解的是上述說(shuō)明是為了舉例而已但是沒(méi)有限制。在閱讀上面的敘述之后本領(lǐng)域中那些技術(shù)人員可以清楚地了解許多實(shí)施方案。所以，本發(fā)明的范圍應(yīng)該不參考上面的敘述，而是參考所附權(quán)利要求，連同權(quán)利要求的等同物的全部范圍一起，來(lái)確定。全部文章和參考文獻(xiàn)的公開(kāi)內(nèi)容，包括專(zhuān)利申請(qǐng)和出版物以所有目的被引入這里供參考。
權(quán)利要求
1.密封和絕緣燃料電池板的方法，該方法包括提供具有第一和第二表面的燃料電池板；將涂料前體施涂于燃料電池板的至少第一表面上，涂料前體適合于響應(yīng)輻射或加熱而聚合；和將在燃料電池板上的涂料前體暴露于輻射或熱量，以便引發(fā)聚合。
2.權(quán)利要求1的方法，其中涂料前體通過(guò)絲網(wǎng)印刷法施涂。
3.權(quán)利要求1的方法，其中涂料前體暴露于紫外線(xiàn)輻射。
4.權(quán)利要求3的方法，其中涂料前體連續(xù)地暴露于具有至少兩種不同波長(zhǎng)的紫外線(xiàn)輻射。
5.權(quán)利要求1的方法，其中涂料前體暴露于紅外輻射。
6.權(quán)利要求1的方法，其中涂料前體適合于響應(yīng)紫外線(xiàn)輻射而聚合。
7.權(quán)利要求1的方法，其中涂料前體適合于響應(yīng)電子束輻射而聚合。
8.權(quán)利要求1的方法，其中涂料前體響應(yīng)紅外輻射而聚合。
9.權(quán)利要求1的方法，其中涂料前體暴露于該輻射為大約低于約45分鐘。
10.權(quán)利要求1的方法，其中涂料前體暴露于該輻射為大約低于約一分鐘。
11.權(quán)利要求1的方法，其中涂料前體暴露于該輻射為大約低于約30秒。
12.權(quán)利要求1的方法，其中涂料前體暴露于該輻射為大約低于約15秒。
13.權(quán)利要求1的方法，其中涂料前體暴露于該輻射為大約低于約5秒。
14.權(quán)利要求1的方法，其中涂料前體是紫外線(xiàn)可固化的涂料前體。
15.權(quán)利要求1的方法，其中涂料前體是電子束可固化的涂料前體。
16.權(quán)利要求1的方法，其中涂料前體是紅外可固化的涂料前體。
17.密封和絕緣燃料電池板的方法，該方法包括提供具有第一和第二表面的燃料電池板；將涂料前體施涂于燃料電池板的至少第一表面上，涂料前體適合于響應(yīng)紫外線(xiàn)輻射而聚合；和將燃料電池板上的涂料前體曝光于紫外線(xiàn)輻射以引發(fā)聚合反應(yīng)，而涂料前體包括丙烯酸酯化低聚物和光引發(fā)劑。
18.權(quán)利要求17的方法，其中涂料前體進(jìn)一步包括單官能的單體以減少粘度。
19.權(quán)利要求17的方法，其中涂料前體進(jìn)一步包括多官能的單體以提高交聯(lián)密度。
20.權(quán)利要求17的方法，其中涂料前體進(jìn)一步包括粘合促進(jìn)劑。
21.權(quán)利要求17的方法，其中涂料前體進(jìn)一步包括粘合促進(jìn)劑。
22.絕緣燃料電池板，包括具有第一和第二表面的板；和施涂于燃料電池板的第一和第二表面中至少一個(gè)表面上的涂料前體，涂料前體適合于響應(yīng)輻射或加熱而聚合。
23.權(quán)利要求22的絕緣的燃料電池板，其中涂料前體具有低于大約250微米厚度。
24.權(quán)利要求22的絕緣的燃料電池板，其中涂料前體具有低于大約150微米厚度。
25.權(quán)利要求22的絕緣的燃料電池板，其中涂料前體適合于響應(yīng)紫外線(xiàn)輻射而聚合。
26.權(quán)利要求22的絕緣的燃料電池板，其中涂料前體適合于響應(yīng)電子束輻射而聚合。
27.權(quán)利要求22的絕緣的燃料電池板，其中涂料前體適合于響應(yīng)紅外輻射而聚合。
28.權(quán)利要求22的絕緣的燃料電池板，其中涂料前體在暴露于輻射大約低于約45分鐘之后充分地聚合。
29.權(quán)利要求22的絕緣的燃料電池板，其中涂料前體在暴露于輻射大約低于約1分鐘之后充分地聚合。
30.權(quán)利要求22的絕緣的燃料電池板，其中涂料前體在暴露于輻射大約低于約30秒之后充分地聚合。
31.權(quán)利要求22的絕緣的燃料電池板，其中涂料前體在暴露于輻射大約低于約15秒之后充分地聚合。
32.權(quán)利要求22的絕緣的燃料電池板，其中涂料前體在暴露于輻射大約低于約5秒之后充分地聚合。
33.絕緣燃料電池板，包括具有第一和第二表面的板；和施涂于板的第一和第二表面中至少一個(gè)表面上的涂料前體，其中涂料前體是丙烯酸酯樹(shù)脂，環(huán)氧腈樹(shù)脂，或有機(jī)基聚硅氧烷，它們單獨(dú)或相結(jié)合使用。
34.權(quán)利要求33的絕緣的燃料電池板，其中涂料前體包括丙烯酸酯化脲烷低聚物和光引發(fā)劑。
35.權(quán)利要求34的絕緣的燃料電池板，其中涂料前體進(jìn)一步包括單官能的單體以減少粘度。
36.權(quán)利要求34的絕緣的燃料電池板，其中涂料前體進(jìn)一步包括多官能的單體以提高交聯(lián)密度。
37.權(quán)利要求34的絕緣的燃料電池板，其中涂料前體進(jìn)一步包括粘合促進(jìn)劑。
38.權(quán)利要求34的絕緣的燃料電池板，其中涂料前體進(jìn)一步包括脫氣劑。
39.絕緣燃料電池板，包括具有第一和第二表面的板；和施涂于板的第一和第二表面中至少一個(gè)表面上的涂料前體，該涂料前體包括丙烯酸酯化脂肪族脲烷低聚物；丙烯酸酯化環(huán)氧樹(shù)脂低聚物；單官能的單體，用于降低涂料前體的粘度；多官能的單體，用于提高交聯(lián)密度；粘合促進(jìn)劑；和光引發(fā)劑。
40.權(quán)利要求39的絕緣的燃料電池板，其中該單官能的單體是異冰片基丙烯酸酯單體。
41.權(quán)利要求39的絕緣的燃料電池板，其中該粘合促進(jìn)劑是甲基丙烯酸酯化多元醇。
42.權(quán)利要求39的絕緣的燃料電池板，其中該多官能的單體是丙氧基化甘油三丙烯酸酯單體。
43.權(quán)利要求39的絕緣的燃料電池板，其中該光引發(fā)劑是1-苯基-2-羥基-2-甲基-1-丙酮和二苯甲酮的混合物。
44.權(quán)利要求39的絕緣的燃料電池板，其中涂料前體進(jìn)一步包括脫氣劑。
45.權(quán)利要求44的絕緣的燃料電池板，其中該脫氣劑是聚二甲基硅氧烷。
46.紫外線(xiàn)輻射可固化的涂料前體，包括丙烯酸酯化脂肪族脲烷低聚物；丙烯酸酯化環(huán)氧樹(shù)脂低聚物；單官能的單體，用于降低涂料前體的粘度；多官能的單體，用于提高交聯(lián)密度；粘合促進(jìn)劑；和光引發(fā)劑。
47.權(quán)利要求46的紫外線(xiàn)輻射可固化的涂料前體，其中該單官能的單體是異冰片基丙烯酸酯單體。
48.權(quán)利要求46的紫外線(xiàn)輻射可固化的涂料前體，其中該粘合促進(jìn)劑是甲基丙烯酸酯化多元醇。
49.權(quán)利要求46的紫外線(xiàn)輻射可固化的涂料前體，其中該多官能的單體是丙氧基化甘油三丙烯酸酯單體。
50.權(quán)利要求46的紫外線(xiàn)輻射可固化的涂料前體，其中該光引發(fā)劑是1-苯基-2-羥基-2-甲基-1-丙酮和二苯甲酮的混合物。
51.權(quán)利要求46的紫外線(xiàn)輻射可固化的涂料前體，其中涂料前體進(jìn)一步包括脫氣劑。
52.權(quán)利要求51的紫外線(xiàn)輻射可固化的涂料前體，其中該脫氣劑是聚二甲基硅氧烷。
53.紫外線(xiàn)輻射可固化的涂料前體，包括大約25wt％到大約65wt％的丙烯酸酯化脂肪族脲烷低聚物；大約5wt％到大約20wt％的丙烯酸酯化環(huán)氧樹(shù)脂低聚物；大約20wt％到大約40wt％的用于降低涂料前體的粘度的單官能單體；大約1wt％到大約5wt％的用于提高交聯(lián)密度的多官能單體；大約1wt％到大約15wt％的粘合促進(jìn)劑；和大約0.1wt％到大約10wt％的光引發(fā)劑。
54.權(quán)利要求53的紫外線(xiàn)輻射可固化的涂料前體，其中該單官能單體是異冰片基丙烯酸酯單體。
55.權(quán)利要求53的紫外線(xiàn)輻射可固化的涂料前體，其中該粘合促進(jìn)劑是甲基丙烯酸酯化多元醇。
56.權(quán)利要求53的紫外線(xiàn)輻射可固化的涂料前體，其中該多官能單體是丙氧基化甘油三丙烯酸酯單體。
57.權(quán)利要求53的紫外線(xiàn)輻射可固化的涂料前體，其中該光引發(fā)劑是1-苯基-2-羥基-2-甲基-1-丙酮和二苯甲酮的混合物。
58.權(quán)利要求53的紫外線(xiàn)輻射可固化的涂料前體，其中涂料前體進(jìn)一步包括脫氣劑。
59.權(quán)利要求58的紫外線(xiàn)輻射可固化的涂料前體，其中該脫氣劑是聚二甲基硅氧烷。
全文摘要
公開(kāi)了密封和絕緣燃料電池板的方法和材料。所公開(kāi)的方法包括將涂料前體施涂于燃料電池板的至少一個(gè)表面上，和通過(guò)暴露于輻射來(lái)固化涂料前體。所公開(kāi)的涂料前體包括含有丙烯酸酯化低聚物和光引發(fā)劑的那些，它會(huì)響應(yīng)紫外線(xiàn)或電子束輻射而聚合。其它公開(kāi)的涂料前體是能夠響應(yīng)對(duì)紅外輻射或加熱的暴露而聚合的那些，并且包括環(huán)氧腈樹(shù)脂和有機(jī)基聚硅氧烷樹(shù)脂。所公開(kāi)的方法和涂料前體提供了與普通方法相比的某些優(yōu)點(diǎn)和提供了將燃料電池板絕緣和密封的設(shè)計(jì)，因?yàn)樗_(kāi)的涂料前體能夠通過(guò)例如絲網(wǎng)印刷法快速和精確地施涂于燃料電池板上。
文檔編號(hào)H01M8/02GK1466787SQ01816167
公開(kāi)日2004年1月7日 申請(qǐng)日期2001年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月23日
發(fā)明者K·G·施艾, F·W·伯匹拉斯, B·R·波爾德特, D·F·伯森, K G 施艾, 伯匹拉斯, 伯森, 波爾德特 申請(qǐng)人:達(dá)納公司