用于沉积金属粘合、疏水且导电的涂层的方法技术

用于在基材上沉积金属粘合、疏水且导电的涂层的方法，所述基材至少其表面至少部分是金属性的，所述涂层基于导电微粒并基于包含至少一种热塑性含氟聚合物P1和热固性树脂P2的聚合物基质P，所述方法包括至少以下步骤：‑在第一容器中，将聚合物P1溶解在该聚合物的称为第一溶剂的有机溶剂中；‑在第二容器中，将导电微粒分散在聚合物P1的称为第二溶剂的有机溶剂中，所述第二溶剂与第一溶剂相同或不同；‑在第一容器中加入处于液态的热固性树脂P2；‑混合第一容器和第二容器中的内容物，然后将由此获得的混合物沉积在基材上；‑将树脂P2进行交联并除去溶剂，以获得目标最终涂层。本发明专利技术的方法有利地用于将这种涂层施加至用于燃料电池的由钢制成(特别是由不锈钢制成)的双极板上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于沉积金属粘合、疏水且导电的涂层的方法1.
本专利技术的领域是特别用作金属粘合、疏水且导电的涂层的固体组合物的领域。本专利技术更具体地涉及用于在至少部分金属基材上，特别是在用于具有离子交换聚合物膜(称为“PEM”(对于质子交换膜))的燃料电池的钢双极板上沉积这种组合物(有时也称为“涂料”)的方法。2.
技术介绍
首先要回顾的是，PEM燃料电池由串联电连接的单个电化学电池的堆叠组成，并且每个电池都产生一定的电压，一般在0.3和1.1伏之间。因此，由电池产生的总电压等于单个电压的总和，例如目标应用于运输领域的燃料电池的总电压大约几百伏。各个电化学电池通常由五层的叠加而组成：聚合物薄膜，其一个区域形成离子交换膜，两个电极，其包含发生电化学反应所必需的化学元素(例如铂)，和两个气体扩散层(GDL)，其能够确保在离子交换膜的整个表面上使用的气体均匀扩散。气体的供应通过一般称为“双极板”的板来确保，因为它们与一个电池的阳极和相邻电池的阴极相接触。这些双极板执行两个非常不同的功能。已知有必要向燃料电池供应燃料气体和氧化剂气体，即供应氢气和空气或纯氧气，并且还需要冷却燃料电池，即将诸如水的冷却剂流体通过燃料电池。双极板的功能之一是能够传送操作燃料电池所需的这些不同流体。而且，双极板还执行电功能：确保每个相邻电化学电池的阳极和阴极之间的导电。这些不同的功能(输送流体和导电)，提供了用于生产这些双极板的材料必须符合的规格。所使用的材料必须具有非常高的导电性，它们还必须对所使用的流体不泄露并且对这些流体显示出非常高的化学稳定性。此外，双极板必须具有足够的机械特性以允许大量的单个电化学电池和相关联的双极板的叠加并且通过使用连接杆在端板之间压缩而将组件保持在一起。因此它们必须具有足够的机械特性来承受这种压缩。通常使用石墨，因为这种材料既提供高导电性，又对使用的流体具有化学惰性。例如，专利申请WO2005/006472示出了这种双极板的可能实施方案。可以看出，它们是由两个相对刚性的石墨板叠加而成的，其中插入了由石墨材料制成的相对柔韧性的片材，以适应不同层的厚度公差。石墨板包括分配燃料气体和氧化气体所必需的通道网状组织，以及允许诸如水的冷却剂流体通过每个双极板的通道网状组织。不幸的是，涉及构造石墨双极板的刚性元件相当易碎，特别是在组装电池时的处理过程中。之前提到的由柔韧性石墨材料制成的层也极其特别难以在工业规模上处理。这全部显著不利地影响制造这种双极板的成本。钢双极板，特别是由不锈钢制成或覆盖有不锈钢的双极板对于这种类型的应用也是已知的。虽然它们肯定比石墨板机械坚固得多，但是它们必须覆盖有保护金属免受腐蚀的保护涂层，所述保护涂层能够粘附至金属上，同时提供足够的导电性，这使得这种涂层的制剂以及用于沉积它们的方法特别复杂。例如在专利文献US6372376、US6379476、US6537359、US7365121、US7910262、WO02/13300中描述了这种双极板和/或其保护涂层和/或用于沉积涂层的方法。本专利技术的目的是提出一种新的沉积方法，其能够获得满足上述要求的用于双极板的保护涂层，同时不仅有利地给该涂层提供柔软性和柔韧性，而且还提供特别有利的自密封性能。3.
技术实现思路
因此，根据第一个主题，本专利技术涉及一种用于在基材上沉积金属粘合、疏水且导电的涂层的方法，所述基材至少其表面至少部分是金属性的，所述涂层基于导电微粒和包含至少一种热塑性含氟聚合物P1和热固性树脂P2的聚合物基质P，所述方法包括至少以下步骤：-在第一容器中，将聚合物P1溶解在该聚合物的有机溶剂(称为第一溶剂)中；-在第二容器中，将导电微粒分散在聚合物P1的有机溶剂(称为第二溶剂，与第一溶剂相同或不同)中；-在第一容器中加入处于液态的热固性树脂P2；-混合第一容器和第二容器中的内容物，然后将以这种方式获得的混合物沉积在基材上；-将树脂进行交联并除去溶剂，从而获得目标最终涂层。本专利技术的这种方法有利地实现将这种涂层沉积在由钢，特别是不锈钢制成的燃料电池双极板上。根据如下的详细描述和示例性实施方案将易于理解本专利技术及其优点。4.具体实施方式除非另外明确指出，否则本申请中指出的所有百分比(％)都是重量百分比(或按照质量，以等同的方式)。表述“x和/或y”指的是“x”或“y”或两者(即“x和y”)。由表述“在a和b之间”表示的任何数值范围代表从大于“a”至小于“b”的数值范围(即排除了端值“a”和“b”)，而由表述“从a至b表示”的任何数值范围代表从“a”直至“b”的数值范围(即包括严格的端值“a”和“b”)。因此，本专利技术的第一主题为一种用于在基材上沉积金属粘合、疏水(防腐蚀)且导电的涂层的方法，所述基材至少其表面至少部分是金属性的，该涂层(通过定义，因此为固体)基于导电微粒和包含至少一种热塑性含氟聚合物P1和热固性树脂(或树脂组合物)P2的聚合物基质P，所述方法包括至少以下步骤：-在第一容器中，将聚合物P1溶解在该聚合物的有机溶剂(称为第一溶剂)中；-在第二容器中，将导电微粒分散在聚合物P1的有机溶剂(称为第二溶剂，与第一溶剂相同或不同)中；-在第一容器中加入处于液态的热固性树脂P2；-混合第一容器和第二容器中的内容物，然后将以这种方式获得的混合物(悬浮液)沉积在基材上；-将树脂进行交联并除去溶剂，以获得处于固态的目标最终涂层。优选地，聚合物P1包含至少一种偏二氟乙烯(缩写为PVDF)的均聚物或一种共聚物，即至少部分(即部分或全部)由这种聚合物组成。这种类型的聚合物是公知的并且可商购获得，通常以粉末或丸粒形式，例如以商品名Solef从Solvay购得。特别是已知用于不是由金属制成而是由石墨制成的双极板的常用粘合剂。优选地，该聚合物P1的重均分子量Mw在100000和1000000g/mol之间，更优选在200000至8000000g/mol的范围内。优选地，聚合物P1具有小于50℃，更优选小于0℃的玻璃化转变温度(Tg)。根据另一个优选实施方案，无论是否与前述实施方案结合，其具有小于250℃，更优选小于200℃的熔点(Tm)。根据定义，第一溶剂(含氟聚合物P1的有机溶剂)优选选自四氢呋喃(THF)、甲乙酮(MEK)、二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基乙酰胺(DMA)、二甲基亚砜(DMSO)、四甲基脲(TMU)、N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、N-乙基-2-吡咯烷酮(NEP)、磷酸三甲酯和这些溶剂的混合物；更优选地，该溶剂是NMP。导电微粒可以是有机的或无机的，例如是金属性的。作为这种金属微粒的实例，可以提及镍粒子、或者金属如镍、铝或钛的氮化物的粒子。这些微粒优选具有在1μm和100μm之间，更优选在1和50μm之间，特别是在2和25μm之间的重均尺寸。此处“尺寸”旨在意指在球形颗粒例如粉末形式的情况下的直径，或者在不等轴颗粒例如棒或薄片形式情况下的长度(或最长尺寸)。各种已知方法可用于分析颗粒尺寸和计算微粒的平均尺寸(或假定基本上球形的微粒的平均直径)，例如通过激光衍射(参见，例如，标准ISO8130-13)。也可简单且优选使用通过机械筛分的颗粒尺寸分析；操作由如下组成：在振动台上使用不同的筛子直径(例如根据等于1.26的累进比，500、400、…、100、80和63μ本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于在基材上沉积金属粘合、疏水且导电的涂层的方法，所述基材至少其表面至少部分是金属性的，所述涂层基于导电微粒并基于包含至少一种热塑性含氟聚合物P1和热固性树脂P2的聚合物基质P，所述方法包括至少以下步骤：‑在第一容器中，将聚合物P1溶解在该聚合物的称为第一溶剂的有机溶剂中；‑在第二容器中，将导电微粒分散在聚合物P1的称为第二溶剂的有机溶剂中，所述第二溶剂与第一溶剂相同或不同；‑在第一容器中加入处于液态的热固性树脂P2；‑混合第一容器和第二容器中的内容物，然后将以这种方式获得的混合物沉积在基材上；‑将树脂P2进行交联并除去溶剂，从而获得目标最终涂层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.11.26 FR 15614181.用于在基材上沉积金属粘合、疏水且导电的涂层的方法，所述基材至少其表面至少部分是金属性的，所述涂层基于导电微粒并基于包含至少一种热塑性含氟聚合物P1和热固性树脂P2的聚合物基质P，所述方法包括至少以下步骤：-在第一容器中，将聚合物P1溶解在该聚合物的称为第一溶剂的有机溶剂中；-在第二容器中，将导电微粒分散在聚合物P1的称为第二溶剂的有机溶剂中，所述第二溶剂与第一溶剂相同或不同；-在第一容器中加入处于液态的热固性树脂P2；-混合第一容器和第二容器中的内容物，然后将以这种方式获得的混合物沉积在基材上；-将树脂P2进行交联并除去溶剂，从而获得目标最终涂层。2.根据权利要求1所述的方法，聚合物基质P的含量占涂层的5重量％至25重量％，优选5重量％至20重量％。3.根据权利要求1和2中任一项所述的方法，微粒的含量占涂层的75重量％至95重量％，优选80重量％至95重量％。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，微粒的重均尺寸在1μm和100μm之间，优选在1μm和50μm之间。5.根据权利要求4所述的方法，微粒的重均尺寸在2μm和25μm之间。6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，微粒包含石墨微粒。7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，聚合物P1的重均分子量Mw在100000和1000000g/mol之间，优选在200000至800000g/mol的范围内。8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，聚合物P1包含偏二氟乙烯的均聚物或共聚物。9.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·费杜科，A·德尔菲诺，D·洛索默尔，
申请(专利权)人：米其林集团总公司，
类型：发明
国别省市：法国,FR