杂化弹性体材料制造技术

本发明专利技术提出了一种弹性体材料，所述弹性体材料特别适合作为燃料电池堆的燃料电池和电池堆本身之间的密封原料，其中所述杂化弹性体材料包括杂化弹性体，所述杂化弹性体具有硅氧烷聚合物材料份额和聚烯烃弹性体材料份额，其中这两种材料彼此加成交联。其他方面涉及聚电解质燃料电池，其包括由根据本发明专利技术的杂化弹性体材料制成的密封元件，以及根据本发明专利技术的杂化弹性体材料在丝网印刷工艺中的用途。弹性体材料在丝网印刷工艺中的用途。弹性体材料在丝网印刷工艺中的用途。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】杂化弹性体材料


[0001]本专利技术涉及一种杂化弹性体材料，其特别是用作燃料电池中的密封原料、用于饮用水管线以及用作医疗应用(特别是用于植入物)的生物相容性原料。

技术介绍

[0002]弹性体密封原料的使用方式多种多样，并且经常暴露在需要在酸性、中性或碱性含水介质中具有高的长期耐化学性并同时具有机械压缩的条件下，以及在最高达约120℃的温度负荷下。
[0003]燃料电池、尤其是固体聚合物燃料电池中的弹性体材料所暴露的条件首先需要高抗萃取性，从而避免来自密封原料的污染，并且不会对燃料电池中的电化学过程的功能产生负面影响。因此，在材料制造过程中，特别是在交联过程中，要尽可能减少反应副产物。
[0004]此外，在用于燃料电池的弹性体材料中，需要防止气体渗透的屏障功能，但这可以通过建设性措施(压缩程度、密封轮廓设计)得到显著支持。
[0005]标准液态有机硅，即所谓的LSR(＝液态有机硅橡胶)，可以借助过渡金属配合物进行加成交联，在作为密封原料的受压状态下在含水介质中具有有限的耐化学性。然而，它们往往会发生逆反应和裂解反应(水解)，包括解聚。在其中拉伸应力、压缩应力和剪切应力也对材料产生影响的受压密封原料的情况下尤其如此。
[0006]此外，LSR材料中气体渗透的趋势非常高，即纯LSR材料的阻隔功能比有机聚烯烃橡胶差。丁基橡胶异丁烯
‑
异戊二烯橡胶(IIR)、氯丁橡胶(CIIR)和溴化丁基橡胶(BIIR)在此应特别强调。
[0007]液态有机硅的优点在于抗氧化和抗热空气性能。然而，这些优点对于用于固体聚合物类型的燃料电池(质子交换膜燃料电池(PEM
‑
FC))是次要的，因为在具有添加剂的相关含水介质中的上述缺点基本上决定了使用寿命。
[0008]另一方面，在聚烯烃弹性体材料中，长期耐热空气性能由于其不饱和性而受到限制，即受限于约120℃的最高温度。
[0009]这些和其他相关方面在R.Hornig的科学出版物“VBN
‑
EPDM弹性体中的烯烃氢化硅烷化”(Alken
‑
Hydrosilylierung bei VBN
‑
EPDM
‑
Elastomeren)，GAK Gummi Faser Kunststoffe第70卷，9/2017，第584
‑
597页中进行了详细讨论。

技术实现思路

[0010]本专利技术的目的是提出一种弹性体材料，其特别适合作为燃料电池堆的燃料电池和电池堆本身之间的密封原料，为此目的具有改进的耐水解性，并且除了在含水介质中低的长期压缩永久变形和长期稳定的密封力性能以外，还具有足够高的断裂强度和断裂伸长率。此外，针对燃料电池相关含水介质的抗萃取性必须高，并且必须有足够的防止气体渗透的阻隔功能。
[0011]根据本专利技术，上述目的通过具有权利要求1的特征的杂化弹性体材料实现。
[0012]根据本专利技术的杂化弹性体材料的杂化弹性体具有无机硅氧烷骨架，该骨架已经通过加成交联用弹性聚烯烃单元改性。聚烯烃单元充当硅氧烷聚合物材料免受化学侵蚀的保护基团。
[0013]在杂化弹性体中使用根据本专利技术提供的弹性体聚烯烃组分，实现了更好地保护硅氧烷聚合物材料的硅氧烷骨架免受水解攻击，从而减少裂解反应和逆反应，从而降低解聚倾向，所述解聚原本在与含水介质接触的密封受压状态下，尤其是在约100℃或更高的温度下、在中性条件下但尤其还在碱性和酸性条件下，在未保护的硅氧烷聚合物或纯液体有机硅(LSR)中观察到。
[0014]根据本专利技术的杂化弹性体材料尤其是与加成交联的标准液体有机硅(LSR)相比代表一种优化的材料，尤其是在大约90℃或更高温度下在含水
‑
酸性体系中并且特别是在受压状态下用作弹性体密封原料时的耐水解性和通用的耐化学性方面。
[0015]特别是组合起来，根据本专利技术的杂化弹性体材料在含水介质中约90℃的PEM
‑
FC惯用热环境中(最高约120℃)具有最后提到的耐化学性和所需的静态长期密封力性能。
[0016]基于其所述有利特性，根据本专利技术的杂化弹性体材料尤其还适合作为饮用水管线的密封原料以及作为医疗应用的生物相容性材料，特别是植入物。
[0017]在此，根据本专利技术的杂化弹性体材料的杂化弹性体可以在与迄今为止仅从纯LSR材料已知的相同加工温度下以类似的超快反应动力学获得。
[0018]根据本专利技术的杂化弹性体材料的杂化弹性体优选包含具有一种或多种(聚)硅氧烷的硅氧烷聚合物材料，所述(聚)硅氧烷具有选自H、C1‑
C
30
烷基、C2‑
C
30
烯基和芳基的侧基和/或端基。具有末端乙烯基的第一聚硅氧烷用作基础聚合物，而必要时从杂化弹性体的链延长和交联的角度出发选择其他(聚)硅氧烷。
[0019]此外，根据本专利技术使用的杂化弹性体优选基于具有侧链和/或末端乙烯基的聚烯烃弹性体。
[0020]在优选的杂化弹性体中，硅氧烷聚合物材料包括一种改性聚(二甲基硅氧烷)或多种改性聚(二甲基硅氧烷)和/或改性硅氧烷。在此，该改性至少包括乙烯基和SiH基，它们可以在整个配方中存在于相同或不同的(聚)二甲基硅氧烷中。
[0021]更优选地，硅氧烷聚合物材料包含一种或多种式(I)的硅氧烷聚合物
[0022][0023]其中残基R彼此独立为H、CH3、乙烯基、苯基、(CH2)
x
CH3和/或C3H6O(C2H4O)
y
(C3H5O)
z
R'；其中
[0024]m＝1至大约100，
[0025]n＝0至大约1000，
[0026]x＝1至大约30，
[0027]y＝0至大约20，
[0028]z＝0至大约30，
[0029]并且其中总和m+n≥3且R'为H、CH3或(CH2)
x
CH3。
[0030]在这种情况下，扩链的二甲基硅氧烷单元优选确定反应性基团沿硅氧烷聚合物材料的骨架的排列或顺序。
[0031]进一步优选地，在根据本专利技术的硅氧烷聚合物材料中，式(I)的硅氧烷聚合物与式(II)的(聚)硅氧烷组合使用：
[0032][0033]其中残基R1各自彼此独立地为CH3、乙烯基和苯基，并且n1具有0至约3000、特别是约10至约1000范围内的值。
[0034]通常，在根据本专利技术的杂化弹性体材料中，可加成交联的硅氧烷聚合物材料和聚烯烃弹性体材料是催化加成交联的。
[0035]优选地，杂化弹性体材料的聚烯烃弹性体材料和硅氧烷聚合物材料使用硅氧烷交联剂进行加成交联。
[0036]优选的硅氧烷交联剂选自式(III)的交联剂：
[0037][0038]其中残基R2彼此独立地为H和CH3，其中m2的值在1至约100范围内且n2的值在0至约500范围内。优选地，n2的值本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.杂化弹性体材料，特别是用作燃料电池中的密封原料的杂化弹性体材料，其中，所述杂化弹性体材料包括杂化弹性体，所述杂化弹性体具有硅氧烷聚合物材料份额和聚烯烃弹性体材料份额，其中，这两种材料彼此加成交联。2.根据权利要求1所述的杂化弹性体材料，其中，所述硅氧烷聚合物材料具有一种或多种具有选自H、C1‑
C
30
烷基、C2‑
C
30
烯基和芳基的侧基和/或端基的聚硅氧烷。3.根据权利要求2所述的杂化弹性体材料，其中，所述硅氧烷聚合物材料包括一种或多种改性二甲基硅氧烷，其中，甲基被氢部分取代以形成SiH基和乙烯基。4.根据权利要求1至3中任一项所述的杂化弹性体材料，其中，所述硅氧烷聚合物材料包括式(I)的硅氧烷聚合物其中，残基R彼此独立为H、CH3、乙烯基、苯基、(CH2)
x
CH3和/或C3H6O(C2H4O)
y
(C3H5O)
z
R'；其中m＝1至大约100，n＝0至1000，x＝1至30，y＝0至20，z＝0至30，并且其中总和m+n≥3且R'为H、CH3或(CH2)
x
CH3；并且包括式(II)的硅氧烷其中，残基R1各自独立地为CH3、乙烯基和苯基，并且n1具有0至3000范围内的值。5.根据权利要求1至4中任一项所述的杂化弹性体材料，其中，所述杂化弹性体材料使
用硅氧烷交联剂进行加成交联。6.根据权利要求5所述的杂化弹性体材料，其中，所述硅氧烷交联剂选自式(III)的交联剂其中，残基R2彼此独立地代表H和CH3，并且其中，m2的值在1至约100范围内且n2的值在0至约500范围内；其中，每个硅氧烷分子优选存在三个或更多个SiH基。7.根据权利要求3至6中任一项所述的杂化弹性体材料，其中，在式(I)的硅氧烷聚合物中和整体考虑的式(II)和(III)的硅氧烷中的SiH基与乙烯基的份额之比在约1:0.5至约1:4.5的范围内，特别是在约1:1.5至约1:2.5的范围内。8.根据权利要求1至7中任一项所述的杂化弹性体材料，其中，所述聚烯烃弹性体材料选自1,2
‑
聚丁二烯、1,4
‑
聚丁二烯、1,2
‑
聚丁二烯和1,4
‑
聚丁二烯的嵌段共聚物，氢化聚丁二烯、丙烯腈橡胶、氢化丙烯腈橡胶、环氧化液体聚丁二烯、具有末端和/或侧链乙烯基的(聚)降冰片烯、具有末端乙烯基的硅烷化合物、乙烯基官能烷氧基硅烷和丁苯橡胶。9.根据权利要求1至8中任一项所述的杂化弹性体材料，其中，所述聚烯烃弹性体材料具有选自直链和支链C2‑
C8烷基和C2‑
C8烯基的官能团作为屏蔽基团。10.根据权利要求9所述的杂化弹性体材料，其中，所述聚烯烃弹性体材料具有约40重量％至约92重量％的...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗伊，
申请(专利权)人：CHT德国有限公司，
类型：发明
国别省市：