專利名稱：：紫外光可固化的燃料電池密封劑和由其形成的燃料電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及粘結(jié)和密封電化學(xué)電池，例如燃料電池中各部件的密封劑組合物，以及由其形成的電化學(xué)電池。更特別地，本發(fā)明涉及密封燃料電池部件的紫外光可固化的組合物。
背景技術(shù)：
：存在各類電化學(xué)電池，但最常見的一種可能是燃料電池，例如質(zhì)子交換膜("PEM")燃料電池。PEM燃料電池含有在兩個流場板或雙極板極之間提供的膜電極組件("MEA")。在雙極板極和MEA之間使用墊圏，以在其間提供密封。另外，由于單獨的PEM燃料電池典型地提供相對低的電壓或功率，因此疊加多個PEM燃料電池，以增加所得燃料電池組件總的電輸出。在單獨的PEM燃料電池之間也要求密封。此外，典型地還提供冷卻板，以控制燃料電池內(nèi)的溫度。同樣密封這種板，以防止在燃料電池組件內(nèi)泄漏。在組裝之后，緊固該燃料電池層疊體，以固定該組件。如美國專利No.6057054中所述，提出了液體硅橡膠以供在膜電極組件上模塑。然而，這種硅酮組合物在實現(xiàn)燃料電池的所需操作壽命之前，有時會降解。這種硅橡膠剝離材料還污染燃料電池，從而負(fù)面影響燃料電池的性能。在美國專利No.5264299中還公開了在隔板(separatorplate)上模塑液體硅橡膠。為了增加其操作壽命，提出了更加耐用的彈性體，例如美國專利No.6165634中公開的氟彈性體和美國專利No.6159628中公開的聚烯烴烴類，以粘結(jié)燃料電池各部件的表面。然而，這些組合物沒有充分地浸漬多孔結(jié)構(gòu)，例如氣體擴散層。在沒有損壞基材或浸漬多孔結(jié)構(gòu)的情況下，這些熱塑性和氟彈性體組合物的粘度對于注塑來說也太高。美國專利申請公布No.US2005/0263246A1公開了在膜電極組件上制備邊緣密封件的方法，該方法用熔點或玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為約ioor的熱塑性膜，浸漬氣體擴散層。這一方法存在問題，因為質(zhì)子交換膜可能暴露于其下的最大溫度將限制熔體的加工溫度。然后密封將限制燃料電池的操作溫度上限。例如，質(zhì)子交換膜典型地可僅僅暴露于130TC的最大溫度下，而它通常在至少901C的溫度下操作。因此，燃料電池的正常和最大操作溫度受到這一公開內(nèi)容的粘結(jié)方法的限制。美國專利No.6884537公開了具有密封墊片(bead)的橡膠墊圏用于密封燃料電池部件的用途。通過使用粘合層，將該墊圏固定到燃料電池部件上，以防止墊圏移動或滑動。類似地，國際專利公布Nos.WO2004/061338A1和W02004/079839A2公開了多片和單片墊圏密封燃料電池部件的用途。通過使用粘合劑，將如此所述的墊圏固定到燃料電池部件上。粘合劑和墊圏的定位不僅耗時，而且有問題，因為未對準(zhǔn)而可能引起燃料電池泄漏和性能損失。美國專利No.6875534公開了密封燃料電池隔板的周邊的原地固化的組合物。原地固化的組合物包括在每一端基處具有烯丙基端基的聚異丁烯聚合物，有機基聚硅氧烷，具有至少兩個氫原子且各自連接到硅原子上的有機基氫聚硅氧烷和鉑催化劑。美國專利No.6451468公開了原地形成的組合物密封燃料電池中的隔板、電極或離子交換膜。原地形成的組合物包括在每一端基處具有鏈烯基端基的直鏈聚異丁烯全氟聚醚，具有至少兩個氫原子且各自鍵合到硅原子上的交聯(lián)劑或硬化劑，和氫化硅烷化催化劑。因使用烯丙基或鏈烯基官能度為2的直鏈聚異丁烯低聚物，導(dǎo)致這些組合物的交聯(lián)密度和所得性能受到局限。通過改變氫化曱硅烷基官能度，來改性這些組合物內(nèi)的官能度，而所得組合物的性能會受到限制。國際專利>^布No.W02004/047212A2公開泡沫橡膠墊圏、液體硅酮密封劑或固體氟塑料用于密封燃料電池的流體傳輸層或氣體擴散層的用途。使用固體墊圏，即泡沫橡膠和/或固體氟塑料膠帶或膜使得定位這些材料和隨后校準(zhǔn)燃料電池部件與墊圏既耗時，又存在問題。美國專利申請公布No.2003/0054225公開了旋轉(zhuǎn)設(shè)備，例如轉(zhuǎn)鼓或輥用于施加電極材料到燃料電池電極上的用途。盡管這一公布文件公開了形成燃料電池電極的自動化方法，但該公布文件沒有解決所形成的燃料電池的密封這一關(guān)心的問題。盡管存在這些現(xiàn)有技術(shù)，但仍需要適合于與電化學(xué)電池部件一起使用的密封劑組合物，所需地紫外光可固化的密封劑。
發(fā)明內(nèi)容在本發(fā)明的一個方面中，提供一種燃料電池。該燃料電池包括具有固化的密封劑的燃料電池部件，其中固化的密封劑包括遙爪官能的聚異丁烯、有機基氫硅烷交聯(lián)劑、鉑催化劑和光引發(fā)劑。遙爪官能的聚異丁烯可包括鏈烯基封端的二烯丙基聚異丁烯低聚物。該燃料電池部件可以是陰極流場板、陽極流場板、樹脂框架、氣體擴散層、陽極催化劑層、陰極催化劑層、膜電解質(zhì)、膜電極組件框架，及其結(jié)合物。在本發(fā)明的另一方面中，形成燃料電池的方法包括提供含基材的燃料電池部件；提供具有模腔的模具；定位模具，以便模腔與基材流體連通；施加可固化的液體密封劑組合物到模腔內(nèi)，其中該可固化的密封劑組合物包括遙爪官能的聚異丁烯、有機基氫硅烷交聯(lián)劑、賴催化劑和光引發(fā)劑；和用光化輻射線固化該組合物。該遙爪官能的聚異丁烯可以包括鏈烯基封端的二烯丙基聚異丁烯低聚物。燃料電池組件可以是陰極流場板、陽極流場板、樹脂框架、氣體擴散層、陽極催化劑層、陰極催化劑層、膜電解質(zhì)、膜電極組件框架，及其結(jié)合物。在本發(fā)明的另一方面中，形成燃料電池的方法包括提供含基材的燃料電池部件；提供具有模腔的模具；定位模具，以便模腔與基材流體連通；施加可固化的液體密封劑組合物到模腔內(nèi)，其中該可固化的密封劑組合物包括光化輻射可固化的材料，所述材料選自丙烯酸酯、氨基甲酸酯、聚醚、聚烯烴、聚酯，其共聚物及其結(jié)合物；和用光化輻射線固化該組合物?？晒袒慕M合物可包括遙爪官能的聚異丁烯，例如鏈烯基封端的二烯丙基聚異丁烯低聚物。燃料電池部件可以是陰極流場板、陽極流場板、樹脂框架、氣體擴散層、陽極催化劑層、陰極催化劑層、膜電解質(zhì)、膜電極組件框架，及其結(jié)合物。在本發(fā)明的另一方面中，形成燃料電池的方法包括提供含基材的第一燃料電池部件和含基材的第二燃料電池部件；提供兩部份式光化輻射可固化的液體密封劑，其中第一部分的密封劑包括遙爪官能的聚異丁烯和有機基氫硅烷，和第二部分包括光引發(fā)劑；施加第一部分密封劑到第一燃料電池部件的基材上；施加第二部分密封劑到第二燃料電池部件的基材上；并列(juxtapositingly)校準(zhǔn)第一和第二燃料電池部件的基材；和用光化輻射線固化該密封劑。第一或第二燃料電池部件可以相同或不同，它可以是陰極流場板、陽極流場板、樹脂框架、氣體擴散層、陽極催化劑層、陰極催化劑層、膜電解質(zhì)、膜電極組件框架及其結(jié)合物。校準(zhǔn)基材的步驟可進一步包括提供具有模腔的模具；和定位該模具，以便模腔與基材流體連通。所需地，模具是透過光化輻射線的，例如紫外光輻射線。圖l是具有陽極流場板、氣體擴散層、陽極催化劑、質(zhì)子交換膜、陰極催化劑、第二氣體擴散層和陰極流場板的燃料電池的截面視圖。圖2是在組件的周圍部分布置了密封劑的燃料電池用膜電極組件的截面視圖。圖3是在組件的周圍部分和周圍的邊緣部分布置了密封劑的燃料電池用膜電極組件的截面視圖。圖4是在膜電極組件和燃料電池的流場電極之間布置了密封劑以便形成層疊的燃料電池組件的燃料電池的截面視圖。圖5是根據(jù)本發(fā)明形成墊圏用的具有頂部和底部模具構(gòu)件的模具的透視圖。圖6是沿著6-6軸獲取的圖5的模具的截面視圖。圖7是描述頂部模具構(gòu)件和底部模具部件的圖6的模具的分解圖。圖8是沿著8-8軸獲取的圖7的頂部模具構(gòu)件的底部視圖。圖9是沿著9-9軸獲取的圖8的頂部模具構(gòu)件的左視圖。圖IO是沿著10-10軸獲取的圖8的頂部模具構(gòu)件的右視圖。圖ll是沿著ll-ll軸獲取的圖8的頂部模具構(gòu)件的截面視圖。圖12是根據(jù)本發(fā)明的替代模具的透視圖。圖13A和13B是沿著13-13軸獲取的圖12的模具的截面視圖，它示出了在模具內(nèi)布置的燃料電池構(gòu)件。圖14是圖5或12的頂部模具構(gòu)件的透視圖，它描述了具有透明材料的頂部模具構(gòu)件。圖15是沿著15-15軸獲取的圖14的透明頂部模具構(gòu)件的截面視圖。具體實施例方式本發(fā)明涉及粘結(jié)電化學(xué)電池中各組件的粘結(jié)方法和組合物。此處所使用的電化學(xué)電池是由化學(xué)源產(chǎn)生電的裝置，所述化學(xué)源包括，但不限于，化學(xué)反應(yīng)和化學(xué)燃燒。有用的電化學(xué)電池包括燃料電池、干電池、濕電池和類似物。以下將更加詳細(xì)地描述的燃料電池由化學(xué)反應(yīng)物產(chǎn)生電。濕電池具有液體電解質(zhì)。干電池具有吸附在多孔介質(zhì)或在其他情況下被限制流動的電解質(zhì)。圖1示出了電化學(xué)燃料電池，例如燃料電池10中各基本元件的截面視圖。電化學(xué)燃料電池轉(zhuǎn)化燃料和氧化劑成電與反應(yīng)產(chǎn)物。燃料電池10由在一側(cè)上具有開放面的冷卻劑通道14和在第二側(cè)上具有陽極流體通道16的陽極流場板12，樹脂板13，氣體擴散層18，陽極催化劑20，質(zhì)子交換膜22，陰極催化劑24，第二氣體擴散層26，第二樹脂板13以及在一側(cè)上具有開放面的冷卻劑通道30和在第二側(cè)上具有陰極流體通道32的陰極流場板28組成，如圖1所示。氣體擴散層18，陽極催化劑20，質(zhì)子交換膜22，陰極催化劑24，和第二氣體擴散層26的組合常常被稱為膜電極組件36。氣體擴散層18和26典型地由多孔、導(dǎo)電片材，例如碳纖維紙張形成。然而，本發(fā)明不限于使用碳纖維紙張，和可合適地使用其他材料。然而，燃料電池不限于這一描述的部件布局。陽極和陰極催化劑層20和24典型地為微細(xì)粉碎的鈿形式。陽極34和陰極38電連接(未示出)，以提供在電極之間傳導(dǎo)電子到達外部負(fù)栽(未示出)上的路徑。流場極板12和28典型地由石墨浸漬的塑料；壓制和分層的石墨；多孔石墨；不銹鋼或其他石墨復(fù)合材料形成?？商幚碓摪?，以影響表面性能，例如表面潤濕性，或者可以未處理。然而，本發(fā)明不限于使用這種材料作為流場極板，和可合適地使用其他材料。例如，在一些燃料電池中，流場極板由金屬或含金屬的材料，典型地，但不限于不銹鋼制成。流場極板可以是雙極板極，即在相對的板表面上具有流體通道的板，正如圖1所示?；蛘?，可通過將單極板極固定在一起制備雙極板極?！┤剂想姵卦O(shè)計利用在膜電極組件36和隔板12、28之間的樹脂框架13來改進膜電極組件36的耐久性并在燃料電池的組裝過程中，在膜電極組件36和隔板12、28之間提供恰當(dāng)?shù)拈g隔。在這一設(shè)計中，需要在隔板12、28和樹脂框架13之間具有密封。本發(fā)明不限于圖1所示的燃料電池部件及其布局。例如，直接的曱醇燃料電池("DMFC")可由冷卻劑通道較少的與圖l所示相同的部件組成。此外，燃料電池10可設(shè)計具有內(nèi)部或外部歧管(未示出)。盡管針對質(zhì)子交換膜(PEM)燃料電池描述了本發(fā)明，但應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明可應(yīng)用于任何類型的燃料電池上。本發(fā)明的概念可應(yīng)用到磷酸燃料電池、堿燃料電池、高溫燃料電池，例如固體氧化物燃料電池和熔融碳酸鹽燃料電池和其他電化學(xué)裝置上。在陽極34處，經(jīng)陽極流體通道16運行的燃料(未示出)滲透氣體擴散層18并在陽極催化劑層20處反應(yīng)，形成氫陽離子(質(zhì)子)，所述氫陽離子遷移經(jīng)過質(zhì)子交換膜22到達陰極38。質(zhì)子交換膜22加速氫離子從陽極34遷移到陰極38。除了傳導(dǎo)氫離子以外，質(zhì)子交換膜22從含氧的氧化劑物流中分離含氫的燃料物流。在陰極38處，含氧氣體，例如空氣或基本上純的氧氣與越過質(zhì)子交換膜22的陽離子或氫離子反應(yīng)，形成液體水作為反應(yīng)產(chǎn)物。以下方程式示出了在氬氣/氧氣燃料電池內(nèi)的陽極和陰極反應(yīng)陽極反應(yīng)H2—2H++2e_(I)陰極反應(yīng)1/202+2H++2e——H20(II)圖2描述了在膜電極組件36的周圍部分33處或其附近具有固化或可固化的組合物40的膜電極組件36。如下所述，該組合物40可用于密封和/或彼此粘結(jié)燃料電池中的不同部件。然而，本發(fā)明不限于使燃料電池的部件，例如或者膜電極組件36在膜電極組件36的周圍部分33處或其附近具有組合物40。例如，如圖3所示，可固化或可固化的組合物40可置于膜電極組件36的周圍部分33處或其附近并且覆蓋膜電極組件36的周圍邊緣部分35。圖4示出了燃料電池10中基本元件的截面視圖，其中一些相鄰的元件具有在其間的固化或可固化的組合物40，以提供燃料電池組件10、。如圖4所述，組合物40密封和/或粘結(jié)陽極流場板12到氣體擴散層18或膜電極組件36上。陰極流場板28也被密封和/或粘結(jié)到氣體擴散層26或膜電極組件36上。在這一實施方案中，燃料電池組件10、常常具有陽極催化劑20和陰極催化劑24置于其上的預(yù)成形的膜電極組件36陽極。置于燃料電池組件10、的各部件之間的組合物40可以是相同的組合物或者可以是不同的組合物。另夕卜，如圖4所述，組合物40可密封和/或粘結(jié)陰極流場板28到第二燃料電池的部件上，例如第二陽極流場板12、上。此外，如圖4所述，組合物"可密封和/或粘結(jié)第二陽極流場板12、到第二燃料電池的部件上，例如第二膜電極組件36、上。按照這一方式，燃料電池組件10、由多個燃料電池組成，所述多個燃料電池具有通過密封和/或粘合劑連接的部件，以提供多個電池的電化學(xué)裝置。圖5是根據(jù)本發(fā)明，可用于形成原地固化的墊圏的模具48的剖視圖。模具48包括上部模具構(gòu)件50、下部模具構(gòu)件36、和注料口52，如圖所示相關(guān)聯(lián)。在這一實施方案中，組合物40置于下部模具構(gòu)件36、上，在其間或其上形成墊圏。在本發(fā)明的這一實施方案中，下部模具構(gòu)件36、所需地為燃料電池部件，例如膜電極組件36。然而，本發(fā)明不限于使用膜電極組件36作為底部模具部件，和其他燃料電池部件可以是底部模具部件。正如圖8所示，注料口52與模腔54流體連通。圖6是沿著6-6軸獲取的圖5的模具48的截面視圖。如圖6所示，上部模具構(gòu)件50包括模腔54。形成液體墊圏的組合物可借助注料口52引入到模腔54內(nèi)。圖7是圖6的模具48的部分分離(partial-break-away)視圖。模具構(gòu)件50包括匹配表面56，和模具構(gòu)件36、包括匹配表面58。可彼此校準(zhǔn)模具構(gòu)件50和36、，正如圖6所示，以便匹配表面56和58基本上彼此并列。如圖7所示，從模腔54中取出墊圏40并固定到匹配表面58上。如圖8所示，模腔54為周邊密閉設(shè)計的形狀。盡管模腔54在圖8中被描述為圓角矩形，但本發(fā)明不限于此，和可合適地使用其他形狀的模腔。此外，盡管在圖7中模腔54的截面形狀被描述為矩形或正方形，但本發(fā)明不限于此，和可合適地使用其他截面形狀，例如圓形、橢圓形或具有延伸部分的成型幾何形狀用以改進密封。如圖8所示，模具50可含有第二注料口60。第二端口60與模腔54流體連通。當(dāng)用墊團形成材料填充模腔時，可使用第二端口60使模腔54脫氣。當(dāng)墊團形成材料借助注料口52引入到模腔54內(nèi)時，空氣可經(jīng)第二端口60逸出，使模腔54脫氣。對于本發(fā)明第二端口60的尺寸不限。所需地，最小化第二端口60的尺寸，即截面延長，以提供空氣出口，但足夠小以限制墊團形成材料的液流流過。換句話說，第二端口60的尺寸可以是針孔大小，其中空氣可流過其中，同時抑制液體墊圏形成材料大量流動。此外，本發(fā)明不限于使用單一注料口52或單一端口60，和可使用多個端口引入墊圏材料和/或排放空氣。圖9是沿著圖8的9-9軸獲取的模具構(gòu)件50的截面視圖。如圖9所示，注料口52可合適地為模具構(gòu)件50內(nèi)的模腔或內(nèi)腔。注料口52部分可具有閥門(未示出)或具有塾團形成材料可經(jīng)其傳輸?shù)拈y門(未示出)或管道或軟管(未示出)。圖10是沿著圖8的10-10軸獲取的模具構(gòu)件50的截面視圖。如圖10所示，端口60可合適地為模具構(gòu)件50內(nèi)的模腔或內(nèi)腔。端口60部分可具有閥門(未示出)用以控制空氣和/或墊圏形成材料流出。圖11是沿著圖8的11-11軸獲取的模具構(gòu)件50的截面視圖。模腔54被描述為在其匹配表面56處延伸到模具構(gòu)件50內(nèi)部。圖12是根據(jù)本發(fā)明，可用于形成原地固化的墊團的模具48、、的透視圖。模具48、、包括上部模具構(gòu)件50、下部模具構(gòu)件70。正如圖13A和13B所示，模具構(gòu)件50和70可按照以上所述的方式一起固定，并構(gòu)造，以便燃料電池構(gòu)件，例如膜電極組件36可置于其間。如圖13A所示，本發(fā)明的模具48、、可用于在燃料電池構(gòu)件36的相對側(cè)的周圍部分上形成墊圏40。如圖13B所示，也可使用本發(fā)明的模具48、、，在燃料電池構(gòu)件36的相對側(cè)上和在周圍側(cè)上形成墊圏40。圖14是描述模具構(gòu)件50、70的透視圖，模具構(gòu)件50、70可由透明材料制成或可包括透明材料。所需地，模具構(gòu)件50、70透明，即可透射或基本上可透射光化輻射線，例如紫外光輻射線。圖15描述了透明的模具構(gòu)件50、70的截面視圖。本發(fā)明這一方面的方法可進一步包括在注射之前或在注射液體、光化輻射可固化的墊圏形成組合物的同時，使模腔脫氣的步驟。所需地，脫氣步驟包括通過與模腔54流體連通的第二端口60脫氣。利用模腔54脫氣和以上所述的流體性能，液體組合物充分地填充模腔54且不需要過量的液體處理壓力。所需地，在小于或等于約690千帕(100磅/平方英寸(表壓))的流體處理壓力下，液體組合物充分地填充模腔54。在固化或至少部分固化組合物之后，模具構(gòu)件50、36、或50、70可彼此剝離，以暴露墊圏，之后可從模腔54中取出墊圏40。墊圏40所需地布置和/或固定到燃料電池部件，例如膜電極組件36上。盡管以具有溝槽或模腔54的頂部模具構(gòu)件50、70的形式描述了本發(fā)明，但本發(fā)明不限于此。例如，為了替代頂部模具構(gòu)件中的模腔54或者除此以外，底部模具構(gòu)件36、、70和/或燃料電池部件，例如膜交換膜36可具有溝槽或模腔以供放置和形成密封件。由于燃料電池阻擋密封劑的苛刻的物理性能需求，因此希望低表面能的聚合物，例如聚異丁烯。為了進行交聯(lián)，遙爪官能的聚異丁烯是更加理想的，例如乙烯基封端的聚異丁烯。遙爪官能的聚異丁烯可與合適的可溶有機基氫基硅烷交聯(lián)劑反應(yīng)，形成固化的密封劑。典型地，在本發(fā)明之前，在鉑催化劑存在下如下所述進行交聯(lián)^^Si——H+——^^Si--^"^^R同時典型地使用柏催化劑，熱固化氫化硅烷化固化的有機基配方，但這種固化通常要求在升高的溫度下至少1小時。然而，這種固化條件限制了連續(xù)的制造工藝。所需地，本發(fā)明的液體組合物可在室溫或室溫左右溫度下在短的時間段，例如小于或等于約5分鐘內(nèi)固化。更所需地，液體組合物在小于或等于1分鐘內(nèi)固化，例如在小于或等于30秒內(nèi)固化。在本發(fā)明的一個方面中，在本發(fā)明中所使用的固化的密封劑組合物可包括鏈烯基封端的聚異丁烯低聚物，例如鏈烯基封端的二烯丙基聚異丁烯低聚物；任選地多官能的鏈烯基單體；具有鍵合到硅原子上的至少一個氬原子的甲硅烷基硬化劑或交聯(lián)劑；和氫化硅烷化催化劑。所需地，僅僅約1個氫原子鍵合到曱硅烷基硬化劑內(nèi)的任何硅原子上。本發(fā)明的組合物具有改進的分子結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致提高的機械性能、交聯(lián)密度和反應(yīng)熱。本發(fā)明的組合物可用表達式(A-A+Af+Bf)來表示，其中A-A表示鏈烯基封端的二烯丙基聚異丁烯低聚物，即雙官能的鏈烯基聚異丁烯("PIB")的鏈烯基，A表示鏈烯基，B表示Si-H基，和f是指相應(yīng)的官能團的數(shù)量。當(dāng)鏈烯基和氫化物均是雙官能團時，聚合得到直鏈結(jié)構(gòu)。然而，在這種直鏈結(jié)構(gòu)內(nèi)的氫化物官能團的數(shù)量限制了總的官能度和已反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的交聯(lián)密度。通過引入大于或等于3個鏈烯基到單一單體或低聚物上，將增加交聯(lián)密度并改進機械性能。有用的二鏈烯基封端的直鏈聚(異丁烯)低聚物可以以EP200A、EP400A和EP600A形式商購于日本Osaka的KanekaCorporation公司。這三種低聚物具有相同的官能度，但分子量不同。EP200A、EP400A和EP600A分別具有5000;10，000和20，000的合適分子量(Mn)。本發(fā)明的組合物也可包括具有至少兩個反應(yīng)性氫化硅官能團，即至少兩個Si-H基的硅氧烷。這一組分充當(dāng)鏈烯基封端的二烯丙基聚異丁烯低聚物的硬化劑或交聯(lián)劑。在氫化硅烷化催化劑存在下，在交聯(lián)組分內(nèi)的與硅鍵合的氫原子經(jīng)歷與反應(yīng)性低聚物內(nèi)的不飽和基團的加成反應(yīng)，該反應(yīng)被稱為氫化硅烷化反應(yīng)。由于反應(yīng)性低聚物含有至少兩個不飽和基團，因此硅氧烷交聯(lián)組分可所需地含有至少兩個與硅鍵合的氫原子，以實現(xiàn)固化產(chǎn)物內(nèi)最終的交聯(lián)結(jié)構(gòu)。在硅氧烷交聯(lián)組分內(nèi)存在的與硅鍵合的有機基團可選自以上針對反應(yīng)性硅氧烷組分列出的相同的取代和未取代的單價烴基，例外的是在硅氧烷交聯(lián)劑內(nèi)的有機基團應(yīng)當(dāng)基本上不含烯鍵式或炔鍵式不飽和度。硅氧烷交聯(lián)劑的分子結(jié)構(gòu)可以是直鏈、支鏈、環(huán)狀或網(wǎng)狀。硅氧烷交聯(lián)組分可選自寬泛的各種化合物，所需地符合下式的那些<formula>formulaseeoriginaldocumentpage14</formula>其中R1、W和W中的至少兩個是H，否則R1、R'和^可以相同或不同，且可以是取代或未取代的C卜2。烴基，例如包括烷基、鏈烯基、芳基、烷氧基、鏈烯基氧基、芳氧基、(甲基)丙烯?；?甲基)丙烯酰氧基在內(nèi)的烴基；因此SiH基可以是端基、側(cè)基或這二者；W也可以是取代或未取代的d-2。烴基，例如包括C卜2。烷基、鏈烯基、芳基、烷氧基、鏈烯基氧基、芳氧基、(甲基)丙烯酰基或(甲基)丙烯酰氧基在內(nèi)的烴基，和所需地，為烷基，例如甲基；x是整數(shù)10-1000;和y是整數(shù)l-20。所需地，112和113不同時為氫，例如I^是H，和W或R3之一但并非全部為H。所需地，非H的R基是曱基。氫化硅交聯(lián)劑的存在量應(yīng)當(dāng)足以實現(xiàn)所需量的交聯(lián)和所需地用量為組合物重量的約0.5-約40%,更所需地為組合物重量的約1-約20%。有用的鉑催化劑包括鉑或含鉑的絡(luò)合物，例如在美國專利Nos.3159601和3159662中所述的柏?zé)N絡(luò)合物；在美國專利No.3220972中所述的鉑醇鹽催化劑，和在美國專利No.3814730中所述的鉑絡(luò)合物，和在美國專利No.3516946中所述的氯化鉑-烯烴絡(luò)合物。所有這些美國專利涉及鉑或含鉑的催化劑，在此通過參考特意將其引入。所需地，柏或含柏的絡(luò)合物是二羰基鉑環(huán)乙烯基絡(luò)合物，環(huán)乙烯基鉑絡(luò)合物，二乙烯基鉑絡(luò)合物或其結(jié)合物。鉑催化劑的用量可足以使得該組合物在小于或等于約130X:的溫度下，所需地在小于或等于約10ox:的溫度下，更所需地在小于或等于約90x:的溫度下固化。更所需地，光引發(fā)劑，例如以下所述的一種或更多種光引發(fā)劑，以便可通過光化輻射，例如紫外輻射固化本發(fā)明的組合物。在本發(fā)明的一個方面中，液體墊團形成材料可包括光化輻射可固化的丙烯酸酯、氨基甲酸酯、聚醚、聚烯烴、聚酯，其共聚物及其結(jié)合物。所需地，可固化的材料包括具有至少兩個(曱基)丙烯?；鶄?cè)基的(甲基)丙烯?；舛说牟牧稀Ｋ璧?，(曱基)丙烯酰基側(cè)基用通式-0"0)(:00=(:112表示，其中r是氫或甲基。更所需地，液體墊圏形成材料是(甲基)丙烯酰基封端的聚丙烯酸酯。(甲基)丙烯?；舛说木郾┧狨サ姆肿恿克璧乜梢允羌s3000—約40，000，更所需地為約8000-約15,000。此外，(甲基)丙烯?；舛说木郾┧狨ピ?5t！(77。F)下的粘度所需地可以是約200帕秒(200，000厘泊)-約800帕秒(800，000厘泊)，更所需地為約450帕秒(450，000厘泊)-約500帕秒(500,000厘泊)?？稍贜akagawa等人的歐洲專利申請No.EP1059308A1中找到這種可固化的(甲基)丙烯酰基封端的材料的細(xì)節(jié)且可商購于曰本的KanekaCorporation公司。所需地，液體組合物包括光引發(fā)劑?？稍诖颂幨褂迷S多光引發(fā)劑，提供以上提到的本發(fā)明的優(yōu)勢和優(yōu)點。當(dāng)可光固化的組合物作為整體暴露于電磁輻射，例如光化輻射線下時，光引發(fā)劑提高固化工藝的快速性。此處所使用的合適的光引發(fā)劑的實例包括，但不限于，以商品名"IRGACURE"和"DAR0CUR"商購于CibaSpecialtyChemicals公司的光引發(fā)劑，具體地，"IRGACURE"184(l-羥基環(huán)己基苯基酮)、907(2-甲基-1-[4-(甲硫基)苯基]-2-嗎啉基丙l-酮)、369(2-節(jié)基-2-N，N-二曱基氨基-1-(4-嗎啉基苯基)-1-丁酮)、500(l-羥基環(huán)己基苯基酮和二苯甲酮的結(jié)合物)、651(2，2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮)、1700(雙(2，6-二曱氧基苯曱?；?2，4，4-三甲基戊基)氧化膦和2-羥基-2-甲基-1-苯基-丙-l-酮的結(jié)合物)，和819[雙(2,4，6-三甲基苯甲?；?苯基氧化膦]和"DAR0CUR"1173(2-羥基-2-甲基-l-苯基-l-丙-l-酮)和4265(2，4，6-三甲基苯甲?；交趸⒑?-羥基-2-甲基-1-苯基-丙-l-酮的結(jié)合物)；和紫外光[藍(lán)色]光引發(fā)劑，dl-樟腦醌和"IRGACURE"784DC。當(dāng)然，此處也可使用這些材料的結(jié)合物。此處有用的其他光引發(fā)劑包括丙酮酸烷酯，例如丙酮酸的甲酯、乙酯、丙酯和丁酯，和丙酮酸芳酯，例如丙酮酸苯酯、節(jié)酯和它的合適的取代衍生物。尤其非常適合于此處使用的光引發(fā)劑包括紫外光引發(fā)劑，例如2，2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮(例如，"IRGACURE"651)，和2-羥基-2-甲基-l-苯基-l-丙烷(例如，"DAR0CUR"1173)，雙(2,4,6-三甲基苯甲?；?苯基氧化膦(例如，"IRGACURE"819)，和雙(2，6-二甲氧基苯曱酰基-2，4，4-三甲基戊基)氧化膦和2-羥基-2-甲基-l-苯基-丙-l-酮的紫外/可見光引發(fā)劑的結(jié)合物(例如，"IRGACURE"1700)，以及可見光引發(fā)劑雙(n5-2，4-環(huán)戊二烯-l-基)雙[2，6-二氟-3-(IH-吡咯-l-基)苯基]鈦(例如，"IRGACURE"784DC)。有用的光化輻射包括紫外光、可見光及其結(jié)合。所需地，固化液體墊圏形成材料所使用的光化輻射線的波長為約200納米-約1000納米。有用的紫外光包括，但不限于，紫外光A(約320納米-約410納米)，紫外光B(約290納米-約320納米)，紫外光C(約220納米-約290納米)及其結(jié)合物。有用的可見光包括，但不限于，藍(lán)光、綠光及其結(jié)合物。這種有用的可見光的波長為約450納米-約550納米。任選地，可在引入液體組合物之前，將脫模劑施加到模腔54內(nèi)。視需要脫模劑輔助從模腔中容易取出固化的墊團。有用的脫模劑組合物包括，但不限于，干噴霧劑，例如聚四氟乙烯，和噴霧用油(spray-on-oils)或抹涂用油(wipe-on-oils)，例如硅油或有機油。有用的脫模劑組合物包括，但不限于，含在至少一個端基處用有機親水基團，例如甜菜堿、羥基、羧基、銨鹽基及其結(jié)合端基取代的C6-C14全氟烷基化合物的組合物，該化合物與金屬表面化學(xué)和/或物理反應(yīng)?？色@得各種脫模劑，例如以商品名Henkel'sFrekote市售的那些。另外，脫模劑可以是在模具形狀內(nèi)形成的熱塑性膜。除了以上所述的(甲基)丙烯?；舛说木?甲基)丙烯酸酯組合物，該組合物還可進一步包括具有至少兩個(甲基)丙烯?；鶄?cè)基的(曱基)丙烯?；舛说幕衔?，其選自(甲基)丙烯?；舛说木勖?、(甲基)丙烯?；舛说木巯N、(甲基)丙烯?；舛说木郯滨?、(甲基)丙烯酰基封端的聚酯、(甲基)丙烯?；舛说墓柩跬椤⑵涔簿畚锛捌浣Y(jié)合物。組合物可進一步包括單官能的(曱基)丙烯酸酯。有用的單官能(甲基)丙烯酸酯可以包括在通式CH產(chǎn)C(R)COORa結(jié)構(gòu)內(nèi)，其中R是H、CH3、C2Hs或卣素，例如C1，和R2是d-8單或雙環(huán)烷基，在雜環(huán)內(nèi)具有最大兩個氧原子的3-8元雜環(huán)基團，H,烷基，羥垸基或氨烷基，其中烷基部分是C卜8直鏈或支鏈的碳原子鏈。在對應(yīng)于上述一些結(jié)構(gòu)的具體的單官能的(甲基)丙烯酸酯單體當(dāng)中，尤其理想的是甲基丙烯酸羥丙酯，曱基丙烯酸2-幾乙酯，甲基丙烯酸曱酯，曱基丙烯酸四氫糠酯，甲基丙烯酸環(huán)己酯，甲基丙烯酸2-氨丙酯和相應(yīng)的丙烯酸酯。在本發(fā)明的另一方面中，本發(fā)明的聚(甲基)丙烯酸酯組合物可任選地包括約0%-90%聚(甲基)丙烯酸酯聚合物或共聚物，約0%-約90%含有至少2個(曱基)丙烯酸酯官能基的聚(甲基)丙烯酸酯聚合物或共聚物；約0重量％-約90重量％單官能和/或多官能的(甲基)丙烯酸酯單體；約0重量°/。-約20重量％光引發(fā)劑；約0重量％-約20重量％添加劑，例如抗氧化劑；約0重量°/。-約20重量％填料，例如熱解法二氧化硅；約0重量％-約20重量％流變學(xué)改性劑；約0重量％-約20重量％粘合促進劑；和/或約0重量％-約20重量％熒光劑或顏料。下述非限定性實施例擬進一步闡述本發(fā)明。實施例實施例1:如下所述制備本發(fā)明的基礎(chǔ)配方表l:聚異丁烯密封劑基礎(chǔ)配方(本發(fā)明的基礎(chǔ)配方No.l)<table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table>EP200A和EP400A是由Kaneka公司供應(yīng)的樹脂。CR300是由Kaneka/>司供應(yīng)的苯基硅氧烷交聯(lián)劑?；旌瞎ば?；1.添加所有成分2.用Cowles刮刀混合15分鐘，直到均勻。盡管常規(guī)地在超過ioox:的溫度下，使用熱固化進行氫化硅烷化反應(yīng)，使用至少l小時，但此處使用紫外光可活化的鉑絡(luò)合物替代熱活化的鉑催化劑。當(dāng)輻照時，引發(fā)氫化硅烷化反應(yīng)并在除去輻射之后繼續(xù)(后固化)。所檢測的紫外光活潑的鉑絡(luò)合物包括:H3C柏(II)2，4-戊二酮化物("Pt(acac)2")(三甲基)曱基環(huán)戊二烯基鉑(IV)("T醒CP")如下所示，實現(xiàn)了固化時間的顯著下降和消除了潛在有害的熱量。實施例2:紫外光固化的聚異丁烯/硅烷來自實施例1的本發(fā)明的基礎(chǔ)配方1，即具有苯基硅烷交聯(lián)劑的不飽和聚異丁烯。實驗評價下述催化劑的結(jié)合物本發(fā)明的組合物No.1在100ppmPt下Pt(acac)2，(49.6%Pt);混合lOOg本發(fā)明的基礎(chǔ)配方No.1+在CH2C12內(nèi)0.68克3%Pt(acac)2。本發(fā)明的組合物No.2(三甲基)甲基環(huán)戊二烯基鉑(IV)(T醒CP),在50ppmPt下(61.l%Pt)。混合100克本發(fā)明的基礎(chǔ)配方No.1+在EtOAc內(nèi)0.16克5Vr醒cp。本發(fā)明的組合物No.3(三甲基)甲基環(huán)戊二烯基鉑(IV)(T醒CP)，在100ppmPt下(61.l%Pt)?；旌?00克本發(fā)明的基礎(chǔ)配方No.1+在EtOAc內(nèi)0.32克5%TMMCP。用Oriel燈在8毫瓦/平方厘米的紫外光-B下或者用Zeta7216在100毫瓦/平方厘米的紫外光-B下輻照在小的鋁鍋內(nèi)的5g樣品表2:Oriel強度8毫瓦/平方厘米；Zeta強度100毫瓦/平方厘米<table>tableseeoriginaldocumentpage20</column></row><table>上述結(jié)果證明，紫外光活化的鉑固化的可行性，其中與熱固化相比，固化時間大大地下降。用Oriel燈固化的本發(fā)明的組合物No.3顯示出與熱固化的對照物一樣好或更好的表面性能。該數(shù)據(jù)表明，與較短輻照時間下較高的強度相比，更加理想的是較長的時間段使用較低的強度。在活性較低的體系(1,2)內(nèi)前面提及的后固化是最顯著的。實施例3:紫外光固化的聚異丁烯/硅烷，M0ppm鉑來自實施例1的本發(fā)明的基礎(chǔ)配方1，即具有苯基硅烷交聯(lián)劑的不飽和聚異丁烯。實驗評價下述催化劑的結(jié)合物本發(fā)明的組合物No.4在200ppmPt下Pt(acac)"(49.6%Pt);混合50克本發(fā)明的基礎(chǔ)配方No.1+在CH2C12內(nèi)0.68克3%Pt(acac)2。本發(fā)明的組合物No.5(三甲基)甲基環(huán)戊二烯基鉑(IV)(T醒CP)，在200ppmPt下(61.l%Pt)?；旌?0克本發(fā)明的基礎(chǔ)配方No.1+在EtOAc內(nèi)0.32克5%TMMCP。用Oriel燈在8毫瓦/平方厘米的紫外光-B下輻照在小的鋁鍋內(nèi)的5克樣品。表3:Oriel強度8毫瓦/平方厘米M明的組M輻照時間(佛燈固化性能24小時性能41Oriel沒有固化非常粘，柔軟輕_粘，堅固42Oriel沒有固化輕^C粘，堅固43Oriel粘，柔軟輕^U1粘，堅固干^面，堅固51Oriel非常粘，柔軟輕_粘，堅固52Oriel輕做粘，柔軟沒有變化干*面，堅固53Oriel輕粘，堅固沒有變化千^面，堅固以上表明，在輻照3分鐘之后獲得最佳的固化，和在24小時之后，后固化非常明顯，和最明顯的是在Pt(acac)2體系內(nèi)。權(quán)利要求1.一種燃料電池，它包括具有固化的密封劑的燃料電池部件，其中通過將組合物暴露于紫外輻射線下來固化該固化的密封劑，其中該組合物包括遙爪官能的聚異丁烯、有機基氫基硅烷交聯(lián)劑、鉑催化劑和光引發(fā)劑。2.權(quán)利要求1的燃料電池，其中遙爪官能的聚異丁烯包括鏈烯基封端的二烯丙基聚異丁烯低聚物。3.權(quán)利要求l的燃料電池，其中燃料電池部件選自陰極流場板、陽極流場板、樹脂框架、氣體擴散層、陽極催化劑層、陰極催化劑層、膜電解質(zhì)、膜電極組件框架、及其結(jié)合物。4.形成燃料電池的方法，該方法包括提供含基材的燃料電池部件；提供具有模腔的模具；定位模具，以便模腔與基材流體連通；施加可固化的液體密封劑組合物到模腔內(nèi)，其中該可固化的密封劑組合物包括遙爪官能的聚異丁烯、有機基氫基硅烷交聯(lián)劑、鉑催化劑和光引發(fā)劑；和用光化輻射線固化該組合物。5.權(quán)利要求4的方法，其中遙爪官能的聚異丁烯包括鏈烯基封端的二烯丙基聚異丁烯低聚物。6.權(quán)利要求4的方法，其中燃料電池部件選自陰極流場板、陽極流場板、樹脂框架、氣體擴散層、陽極催化劑層、陰極催化劑層、膜電解質(zhì)、膜電極組件框架、及其結(jié)合物。7.形成燃料電池的方法，該方法包括提供含基材的燃料電池部件；提供具有模腔的模具；定位模具，以便模腔與基材流體連通；施加可固化的液體密封劑組合物到模腔內(nèi)，其中該可固化的密封劑組合物包括光化輻射可固化的材料，所述材料選自丙烯酸酯、氨基曱酸酯、聚醚、聚烯烴、聚酯，其共聚物及其結(jié)合物；和用光化輻射線固化該組合物。8.權(quán)利要求7的方法，其中可固化的組合物包括遙爪官能的聚異丁烯。9.權(quán)利要求8的方法，其中遙爪官能的聚異丁烯包括鏈烯基封端的二烯丙基聚異丁烯低聚物。10.權(quán)利要求7的方法，其中燃料電池部件選自陰極流場板、陽極流場板、樹脂框架、氣體擴散層、陽極催化劑層、陰極催化劑層、膜電解質(zhì)、膜電極組件框架、及其結(jié)合物。11.形成燃料電池的方法，該方法包括提供含基材的第一燃料電池部件和含基材的第二燃料電池部件；提供兩部分式光化輻射可固化的液體密封劑，其中第一部分密封劑包括遙爪官能的聚異丁烯和有機基氫基硅烷，和第二部分包括光引發(fā)劑；施加第一部分密封劑到第一燃料電池部件的基材上；施加第二部分密封劑到第二燃料電池部件的基材上；并列校準(zhǔn)第一和第二燃料電池部件的基材；和用光化輻射線固化該密封劑。12.權(quán)利要求11的方法，其中遙爪官能的聚異丁烯包括鏈烯基封端的二烯丙基聚異丁烯低聚物。13.權(quán)利要求11的方法，其中第一或第二燃料電池部件選自陰極流場板、陽極流場板、樹脂框架、氣體擴散層、陽極催化劑層、陰極催化劑層、膜電解質(zhì)、膜電極組件框架、及其結(jié)合物。14.權(quán)利要求ll的方法，其中校準(zhǔn)基材的步驟進一步包括提供具有模腔的模具；和定位該模具，以便模腔與基材流體連通。15.權(quán)利要求4的方法，其中模具對光化輻射線透過。全文摘要具有改進的密封防止泄漏的燃料電池包括具有固化的密封劑的燃料電池部件，其中該固化的密封劑包括遙爪官能的聚異丁烯、有機基氫硅烷交聯(lián)劑、鉑催化劑和光引發(fā)劑。該燃料電池部件可以是陰極流場板、陽極流場板、樹脂框架、氣體擴散層、陽極催化劑層、陰極催化劑層、膜電解質(zhì)、膜電極組件框架，及其結(jié)合物。形成這種燃料電池的方法包括下述步驟提供含基材的燃料電池部件；提供具有模腔的模具；定位模具，以便模腔與基材流體連通；施加可固化的液體密封劑組合物到模腔內(nèi)，其中該可固化的密封劑組合物包括遙爪官能的聚異丁烯、有機基氫基硅烷交聯(lián)劑、鉑催化劑和光引發(fā)劑；和用光化輻射線固化該組合物。文檔編號H01M8/02GK101395749SQ200780007572公開日2009年3月25日申請日期2007年1月16日優(yōu)先權(quán)日2006年1月17日發(fā)明者A·F·雅各比內(nèi),B·R·艾因斯拉,J·G·伍茲,K·J·韋爾奇,M·P·布爾齊,S·T·納科斯申請人:漢高公司