制造用于气体扩散电极的反应层或气体原料层材料的方法技术

一种制造用于气体扩散电极的反应层材料或气体原料层材料的方法，所述方法包括下列步骤：将不包括聚四氟乙烯的气体扩散电极原料分散至有机溶剂中，制备一分散体；在该分散体中加入聚四氟乙烯，制得一混合物；混合该混合物。该方法中，聚四氟乙烯以分散体或细粉末形式加入。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及制造一种材料如炭黑与聚四氟乙烯(以后称作“PTFE”)的混合物或银与PTFE的混合物的方法，这种材料可用于形成气体扩散电极的反应层或气体原料层。具体而言，本专利技术涉及使用最少的表面活性剂来制造上述混合物的方法。制造气体扩散电极的反应层的常规方法中，反应层材料或气体原料层材料一直以下列方式制得。首先，将亲水性的炭黑分散在含表面活性剂的水中，细的颗粒催化剂如银沉积在分散的炭黑上或加入分散的炭黑。之后，疏水性炭黑分散到该分散体中，然后与PTFE分散体混合制得一种分散体。随后，在制得的分散体中加入醇，以自组织(self-organize)该分散体，过滤自组织的分散体后干燥，获得反应层材料粉末或气体原料层材料粉末。上述常规方法中，在制备炭黑分散体时，炭黑中加入的水量可多达炭黑重量的至少30倍，表面活性剂的加入量至少为2％。这一分散体与PTFE分散体混合后，以与该分散体同样的量，向其加入醇，使之凝聚，制得的混合物过滤后干燥，获得反应层材料粉末或气体原料层材料粉末。为能以较低成本生产这类材料粉末，必须减少水、表面活性剂、以及用作辅助原料的醇的用量。当这些组分的用量减少时，会减少所有待处理原料的量。因此，可使用较小规模的设备，并因此可以降低成本。而且，在通过下列任一方法来使用含炭黑和PTFE颗粒的分散体的情况，即该分散体施涂后可形成薄膜的涂布法、通过喷涂施用该分散体以形成薄膜的喷涂法、喷雾干燥该分散体以形成粉末的喷雾干燥法，这种方法有缺陷，因为有太多的溶液而需要大量的能量来除去。因此要求尽可能降低水和表面活性剂的用量。尤其强烈要求减少表面活性剂用量，因为使用大量表面活性剂，会在后面的步骤以及排放表面活性剂废物时，出现难以除去表面活性剂的困难。针对常规方法的上述问题完成本专利技术。因此，本专利技术的目的是提供，所述方法能使水和表面活性剂用量最小，通过减小设备规模达到降低成本，有助于节省能量，并能缩短生产时间。由下面的说明书能更好地理解本专利技术的其它目的和效果。常规方法需要表面活性剂，用于将炭黑分散到水中。为克服这一问题，本专利技术人对不使用表面活性剂将原料充分分散到溶剂如醇类溶剂、烃类溶剂和酯类溶剂中的混合方式进行深入研究。即使是不能被水润湿的疏水性炭黑也完全能被这些有机溶剂润湿。发现，在用水混溶的有机溶剂如醇润湿炭黑，并在其中分散炭黑所制得的分散体中，加入PTFE分散体并与之混合时，然后醇扩散到作为PTFE分散体的分散介质的水中，同时炭黑颗粒进入细PTFE颗粒中的空隙，从而形成气体扩散电极所需的结构。即发现，当PTFE分散体与分散在醇中的炭黑混合时，PTFE分散体自组织，形成良好的反应层结构。因此而完成了本专利技术。还发现，也可以通过用醇润湿炭黑，并将炭黑分散于其中，在该分散体中加入细的PTFE粉末，使PTFE颗粒充分吸收溶剂，然后使制得的混合物经超声波分散处理，制得气体扩散电极要求的分散结构。即发现，当分散在醇中的炭黑与细的PTFE粉末混合，用超声波辐射溶剂时，细粉末解团聚并与炭黑混合，得到良好的反应层结构。因此完成本专利技术。另一方面，由于PTFE分散体是水分散体，在水混溶的溶剂如溶剂石脑油中加入该分散体，会导致分成两层。因此，炭黑不能与溶剂石脑油中的PTFE混合。然而发现，剧烈搅拌包括油相和与之分开的水相的体系时，细的PTFE颗粒由于其本身原是疏水性的，作为水相的PTFE分散体中所含的细PTFE颗粒运动到油相，炭黑和PTFE在油相中自组织。即发现，当分散有亲水性炭黑和疏水性炭黑的溶剂石脑油与PTFE分散体一起剧烈摇动时，细PTFE颗粒从水相运动到油相，与溶剂石脑油中的炭黑一起自组织，从而形成良好的反应层结构。由此而完成本专利技术。还发现，根据这种方法，当其中分散有疏水性炭黑的溶剂石脑油与PTFE分散体一起剧烈摇动时，同样可形成气体原料层结构。具体而言，通过下面的方法，达到了本专利技术的上述目的。(1)制造用于气体扩散电极的反应层材料或气体原料层材料的方法，所述方法包括下列步骤将不包括聚四氟乙烯的气体扩散电极原料分散到有机溶剂中，制备一分散体；在该分散体中加入聚四氟乙烯，制得一混合物；混合该混合物。(2)依据方法(1)的一种方法，其中以分散体形式加入聚四氟乙烯。(3)依据方法(1)的一种方法，其中以细粉末形式加入聚四氟乙烯。(4)依据方法(1)的一种方法，其中通过或借助超声波辐射或剧烈搅拌或摇动进行混合。(5)依据方法(1)的一种方法，其中有机溶剂包括与水混溶的溶剂。(6)依据方法(5)的一种方法，其中有机溶剂包括至少一种选自下列的组分甲醇、乙醇、异丙醇、乙二醇、甘油或丙酮。(7)依据方法(1)的一种方法，其中有机溶剂是不与水混溶的溶剂。(8)依据方法(7)的一种方法，其中有机溶剂包括至少一种选自下列的组分乙酸丁酯、溶剂石脑油、石脑油或氟化合物溶剂。本专利技术的方法中，使用细的PTFE粉末，所述方法与常规方法相比，包括相当简化的步骤，因为其中不加入表面活性剂。在使用溶剂石脑油作为溶剂的情况(即下面实施例10所示的情况)，本专利技术方法与常规方法比较结果总结如下本专利技术的新颖方法大致包括下面的7个步骤。1．混合炭黑与溶剂石脑油并分散炭黑；2．加入细的PTFE粉末；3．辐射超声波；4．通过压榨除去过量的溶剂；5．通过辊轧形成片；6．干燥并且除去溶剂；7．压制。可是，加入大量表面活性剂的常规方法大致包括下面11个步骤。1．混合炭黑与水和表面活性剂并分散炭黑；2．加入PTFE分散体；3．加入醇并混合；4．过滤；5．干燥；6．通过加入溶剂石脑油形成凝结的混合物；7．通过辊轧形成片；8．干燥；9．除去表面活性剂；10．干燥；11．压制。制造用于气体扩散电极的反应层材料时，首先通过混合亲水性炭黑和疏水性炭黑与有机溶剂，制得分散体。有机溶剂量为每份炭黑，9-50份有机溶剂(除非特别指出，本说明书中的“份”指“重量份”)。当炭黑与上述比例范围内的溶剂混合时，混合物从干的粉末状态变为液态。充分捏合后，直接在混合物上施用一超声波喇叭。可以在有机溶剂中一点一点地加入炭黑，同时用超声波辐射溶剂。超声波辐射使炭黑的分散程度较高，因此，会提高粘度。除了超声波辐射外，可以采用剧烈搅拌或摇动进行混合。随后，将所需量的PTFE加入炭黑分散体，并通过搅拌分散。如果需要，可进行超声波辐射。使用的有机溶剂可含有一定量的水，以使炭黑可分散到醇中。当使用未稀释态的PTFE分散体时，产生有凝结稠度的混合物。用水稀释PTFE分散体，可获得液态混合物。根据需要可加入表面活性剂。混合这两种液体后，炭黑与细的PTFE颗粒以混合状态共存。可以认为，在使用醇作为有机溶剂的情况，炭黑分散体中所含的醇会使PTFE分散体自组织。使用溶剂石脑油作为有机溶剂的情况，细的PTFE颗粒运动到溶剂石脑油中。可以进行超声波辐射。使用10倍量的溶剂石脑油，会产生具有凝结稠度的混合物，而使用30倍量的溶剂石脑油则导致液体混合物。因此，可根据用途调节溶剂石脑油量。PTFE分散体可以其未稀释态使用，或用水稀释后使用。在有机溶剂的炭黑分散体中加入细的PTFE粉末，代替PTFE分散体的情况，加入需要量的粉末状的细PTFE粉末，轻轻搅拌该混合物，以分散PTFE颗粒。这种情况下，使用能形成反应层所需量的细PTFE本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于气体扩散电极的反应层材料或气体原料层材料的制造方法，所述方法包括下列步骤： 将不包括聚四氟乙烯的气体扩散电极原料分散至有机溶剂中，制得一分散体； 在该分散体中加入聚四氟乙烯，制得一混合物； 混合该混合物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：古屋长一，
申请(专利权)人：古屋长一，东亚合成株式会社，三井化学株式会社，钟渊化学工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]