JP2003342436A

JP2003342436A - ポリテトラフルオロエチレン粉末、電極材料、電極及び燃料電池

Info

Publication number: JP2003342436A
Application number: JP2002158063A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Shimizu; 哲男清水; Katsusada Tokuhira; 勝貞徳平; Hiroyuki Yoshimoto; 洋之吉本; Shinichi Yano; 真一矢野
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2002-05-30
Filing date: 2002-05-30
Publication date: 2003-12-03
Anticipated expiration: 2022-05-30
Also published as: JP4000915B2

Abstract

(57)【要約】【課題】導電性と耐荷重性とに優れ安価に製造するこ
とができる電極、更に、厚み方向に導電性の高い構造を
有する電極、及び、上記電極を好適に製造することがで
きるポリテトラフルオロエチレン粉末を提供する。【解決手段】ポリテトラフルオロエチレン粒子
（ａ）、カーボンブラック（ｂ）、及び、上記カーボン
ブラック以外の導電性物質（ｃ）からなるポリテトラフ
ルオロエチレン粉末であって、上記ポリテトラフルオロ
エチレン粒子（ａ）は、乳化重合により得られたもので
あり、上記導電性物質（ｃ）は、黒鉛、カーボン繊維及
び／又は金属粉であり、上記カーボンブラック（ｂ）と
上記導電性物質（ｃ）との合計は、上記ポリテトラフル
オロエチレン粉末の２０質量％以上であることを特徴と
するポリテトラフルオロエチレン粉末。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ポリテトラフルオ
ロエチレン粉末、及び、ポリテトラフルオロエチレン粉
末からなる電極に関する。

【０００２】

【従来の技術】ポリテトラフルオロエチレンは、乳化重
合方法を用いる場合、従来、界面活性剤を約２〜８質量
％、好ましくは６質量％程度存在させた水中でテトラフ
ルオロエチレンを重合させたのち、凝析し、次いで洗浄
と乾燥を行うことによりファインパウダーとして得てい
た。

【０００３】このファインパウダーに、導電性フィラー
を添加してなる粉末は、電気伝導性を有することから、
特に燃料電池等の電極用素材として注目されている。

【０００４】しかしながら、機械的混合によって導電性
フィラーとファインパウダーとを均一に混合することは
難しく、また、混合する過程でファインパウダーが繊維
化し、ペースト押し出し等による成形が困難になる問題
があった。

【０００５】導電性フィラーとポリテトラフルオロエチ
レンファインパウダーとを混合して得られたものとして
は、導電性フィラーとして、カーボンブラックのみ又は
カーボン繊維のみを添加したものが市販品として出回っ
ている。しかしながら、両者をともに含むようなものは
従来なかった。また、これらの市販品は、導電性フィラ
ーの添加量が少なく、得られる成形品の体積抵抗率が１
０⁵Ω・ｃｍ程度と高いので、電極用素材として用いる
のは困難であるという問題があった。

【０００６】ポリテトラフルオロエチレンと導電性フィ
ラーとの混合法や導電性フィラーの種類以外に、成形法
も導電性に影響を与える。通常、電極を導電性シートか
ら製造する場合、ポリテトラフルオロエチレンと導電性
フィラーとの混合物は適当な押し出し助剤を加えてペー
スト押し出しを行い、ロール圧延等によりシート化す
る。しかしながらこの方法では、導電性は、圧延方向に
は高いものの、シートの厚み方向に対しては、１桁近く
導電性が劣るという問題があった。

【０００７】特開平５−１６６５２０号公報には、カー
ボンブラックとポリテトラフルオロエチレンとを用いた
電極が開示されている。しかしながらこの電極は、導電
性が不充分であるという問題があった。

【０００８】特開平７−２０１３４６号公報には、ま
た、カーボン繊維の織布とポリテトラフルオロエチレン
とを用いた電極が開示されている。しかしながら、この
電極は、割れやすく、耐荷重性に劣るという問題に加
え、カーボン繊維のコストが高いという問題があった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
現状に鑑み、導電性と耐荷重性とに優れ安価に製造する
ことができる電極、更に、厚み方向に導電性の高い構造
を有する電極、及び、上記電極を好適に製造することが
できるポリテトラフルオロエチレン粉末を提供すること
にある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、ポリテトラフ
ルオロエチレン粒子（ａ）、カーボンブラック（ｂ）、
及び、上記カーボンブラック以外の導電性物質（ｃ）か
らなるポリテトラフルオロエチレン粉末であって、上記
ポリテトラフルオロエチレン粒子（ａ）は、乳化重合に
より得られたものであり、上記導電性物質（ｃ）は、黒
鉛、カーボン繊維及び／又は金属粉であり、上記カーボ
ンブラック（ｂ）と上記導電性物質（ｃ）との合計は、
上記ポリテトラフルオロエチレン粉末の２０質量％以上
であることを特徴とするポリテトラフルオロエチレン粉
末である。本発明は、上記ポリテトラフルオロエチレン
粉末からなることを特徴とする電極材料である。

【００１１】本発明は、上記ポリテトラフルオロエチレ
ン粉末、又は、上記電極材料から得られたものであるこ
とを特徴とする電極である。本発明は、上記ポリテトラ
フルオロエチレン粉末、又は、上記電極材料からなる未
焼成成形品を少なくとも２つ重ねてポリテトラフルオロ
エチレン粒子（ａ）の融点以上の温度におき、次いで放
熱させたのち、スカイブ加工することにより得られる電
極であって、上記未焼成成形品は、延伸、圧延又は押し
出しを行うことより得られたものであり、上記スカイブ
加工は、上記延伸、圧延又は押し出しを行った方向とは
異なる方向に切削することにより行うものであることを
特徴とする電極である。以下に本発明を詳細に説明す
る。

【００１２】本発明のポリテトラフルオロエチレン粉末
は、ポリテトラフルオロエチレン粒子（ａ）、カーボン
ブラック（ｂ）、及び、上記カーボンブラック以外の導
電性物質（ｃ）からなるポリテトラフルオロエチレン粉
末である。

【００１３】本明細書において、上記「ポリテトラフル
オロエチレン粒子（ａ）」は、ポリテトラフルオロエチ
レンからなる粒子を意味する。上記ポリテトラフルオロ
エチレンは、テトラフルオロエチレンホモポリマー〔Ｔ
ＦＥホモポリマー〕及び／又は変性ポリテトラフルオロ
エチレン〔変性ＰＴＦＥ〕を意味する。本明細書におい
て、上記「変性ＰＴＦＥ」とは、単量体成分としてテト
ラフルオロエチレン〔ＴＦＥ〕及び少量の変性剤を含有
し、共重合することにより得られる共重合体を意味す
る。本明細書において、変性ＰＴＦＥではなくＴＦＥホ
モポリマーに限定して述べる場合、用語として「ポリテ
トラフルオロエチレン」を用いないこととする。

【００１４】上記変性ＰＴＦＥの変性剤としてはＴＦＥ
との共重合が可能なものであれば特に限定されず、例え
ば、ヘキサフルオロプロペン〔ＨＦＰ〕等のパーフルオ
ロオレフィン）；クロロトリフルオロエチレン〔ＣＴＦ
Ｅ〕；トリフルオロエチレン等のハイドロフルオロオレ
フィン；パーフルオロビニルエーテル等が挙げられる。

【００１５】上記パーフルオロビニルエーテルとしては
特に限定されず、例えば、下記一般式（Ｉ）ＣＦ_２＝ＣＦ−ＯＲｆ（Ｉ）（式中、Ｒｆはパーフルオロ基を表す。）で表されるパ
ーフルオロ不飽和化合物等が挙げられる。本明細書にお
いて、「パーフルオロ基」とは、炭素原子に結合する水
素原子が全てフッ素原子に置換されてなる炭化水素基を
意味する。上記パーフルオロ基は、エーテル酸素を有し
ていてもよい。

【００１６】上記パーフルオロビニルエーテルとして
は、例えば、上記一般式（Ｉ）において、Ｒｆが炭素数
１〜１０のパーフルオロアルキル基を表すものであるパ
ーフルオロ（アルキルビニルエーテル）〔ＰＡＶＥ〕が
挙げられる。上記パーフルオロアルキル基の炭素数は、
好ましくは１〜５である。

【００１７】上記ＰＡＶＥにおけるパーフルオロアルキ
ル基としては、例えばパーフルオロメチル基、パーフル
オロエチル基、パーフルオロプロピル基、パーフルオロ
ブチル基、パーフルオロペンチル基、パーフルオロヘキ
シル基等が挙げられるが、パーフルオロプロピル基が好
ましい。

【００１８】上記パーフルオロビニルエーテルとして
は、また、上記一般式（Ｉ）において、Ｒｆが炭素数４
〜９のパーフルオロ（アルコキシアルキル）基、下記式

【００１９】

【化１】

【００２０】（式中、ｍは０又は１〜４の整数を表
す。）で表される有機基、又は、下記式

【００２１】

【化２】

【００２２】（式中、ｎは１〜４の整数を表す。）で表
される有機基を表すものであるパーフルオロ（アルコキ
シアルキルビニルエーテル）若しくはパーフルオロ（ア
ルキルポリオキシアルキレンビニルエーテル）等が挙げ
られる。

【００２３】上記変性ＰＴＦＥにおいて上記変性剤が上
記変性剤とＴＦＥとの全体量に占める割合（質量％）と
しては、上記変性剤の種類によるが、得られる変性ＰＴ
ＦＥに溶融流動性を付与しない程度の少量であることが
好ましい。例えば、上記変性剤として上記パーフルオロ
ビニルエーテルを用いる場合、好ましい上限は、１質量
％であり、好ましい下限は、０．００１質量％である。

【００２４】上記ＴＦＥホモポリマー及び上記変性ＰＴ
ＦＥとしては、数平均分子量が２００万〜２０００万で
あるものが好ましい。数平均分子量が上記範囲内である
と、本発明のポリテトラフルオロエチレン粉末から得ら
れる電極の耐荷重性等の機械的強度が良好となる。より
好ましい下限は、４００万であり、より好ましい上限
は、１０００万である。

【００２５】本発明のポリテトラフルオロエチレン粉末
は、カーボンブラック（ｂ）、及び、導電性物質（ｃ）
からなるものである。上記カーボンブラック（ｂ）は、
天然ガス、炭化水素ガスの気相熱分解や不完全燃焼によ
って生成する微粉の球状又は鎖状の導電性物質である。

【００２６】上記導電性物質（ｃ）は、上記カーボンブ
ラック（ｂ）以外の導電性物質（ｃ）であり、黒鉛、カ
ーボン繊維及び／又は金属粉である。上記黒鉛は、六方
晶系に属する層状構造を有し、六角形の巨大な網面をな
す層面が弱いファンデルワールス結合により積み重なっ
てなるものである。上記黒鉛は、グラファイトと称され
ることもある。

【００２７】上記カーボン繊維は、有機高分子繊維を炭
化して得られるものである。上記有機高分子繊維として
は特に限定されず、例えば、セルロース系繊維、ポリア
クリロニトリル〔ＰＡＮ〕系繊維、ビニロン系繊維、耐
熱性繊維等が挙げられるが、本発明においては、導電性
を有するカーボン繊維を用い、導電性を有するカーボン
繊維としては、ＰＡＮ系のものが好ましい。

【００２８】上記金属粉としては特に限定されないが、
得られるポリテトラフルオロエチレン粉末を用いて成形
する際、融点以上の温度に加熱する焼成により腐食する
場合があるので、腐食しにくい金属からなるものが好ま
しく、このような金属としては、例えば、白金、ニッケ
ル、スズ、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アルミニ
ウム、亜鉛、クロム、チタン及びコバルトと白金との合
金粉末等が挙げられ、なかでも、ニッケル、スズが好ま
しい。上記カーボンブラック（ｂ）及び上記導電性物質
（ｃ）は、通常、粒径が０．０１〜２００μｍのものを
用いることができる。

【００２９】上記カーボンブラック（ｂ）と上記導電性
物質（ｃ）との合計は、上記ポリテトラフルオロエチレ
ン粉末の２０質量％以上である。２０質量％未満である
と、体積抵抗率が上昇し、導電性が低下する場合があ
る。

【００３０】上記導電性物質（ｃ）は、カーボンブラッ
ク（ｂ）と上記導電性物質（ｃ）との合計の１〜６０質
量％であることが好ましい。１質量％未満又は６０質量
％を超えると、体積抵抗率が上昇し、導電性が低下する
場合がある。より好ましい下限は、５質量％であり、よ
り好ましい上限は、５０質量％である。

【００３１】上記ポリテトラフルオロエチレン粒子
（ａ）は、乳化重合により得られたものである。ポリテ
トラフルオロエチレンは、乳化重合による重合反応の終
了後、ポリマー粒子が分散してなるラテックスとなって
いる。このラテックス中のポリマー粒子を、ラテックス
粒子又は一次粒子ということがある。この一次粒子は、
通常、平均粒子径が０．１〜０．３μｍである。乳化重
合による重合反応の終了後、パウダーを得る場合、ラテ
ックス粒子を凝析し、適宜洗浄したのち、乾燥し所望に
より粉砕する。上記凝析により得られるポリマーの粒子
を、二次粒子ということがあり、通常、平均粒子径が２
０〜１０００μｍである。

【００３２】上記凝析の手段としては特に限定されず、
例えば、無機塩、酸等の電解質やメタノール、アセトン
等の水溶性の有機溶剤を添加して激しく攪拌する等の従
来公知の手段を用いることができるが、上記攪拌を用い
ることが好ましい。

【００３３】本発明において、ポリテトラフルオロエチ
レン粒子（ａ）は、乳化重合の後、カーボンブラック
（ｂ）及び導電性物質（ｃ）と共凝析を行ったものであ
ることが好ましい。カーボンブラック（ｂ）及び導電性
物質（ｃ）は、共凝析を行う場合、乳化重合により得た
ポリテトラフルオロエチレンのラテックスに添加し、次
いで凝析処理を行う。ラテックスに添加したカーボンブ
ラック（ｂ）及び導電性物質（ｃ）は、ポリテトラフル
オロエチレンのラテックス粒子の表面に付着することと
なる。ラテックス粒子は、このように表面にカーボンブ
ラック（ｂ）及び導電性物質（ｃ）を付着させたまま、
一次粒子として凝析処理により凝集し、二次粒子を形成
するので、得られる二次粒子は、一次粒子と一次粒子と
の界面にカーボンブラック（ｂ）及び導電性物質（ｃ）
を有している。即ち、二次粒子は、その内部にカーボン
ブラック（ｂ）及び導電性物質（ｃ）を有していること
となる。

【００３４】カーボンブラック（ｂ）及び導電性物質
（ｃ）は、共凝析を行う場合、ポリテトラフルオロエチ
レンのラテックスにおける分散性を向上させラテックス
粒子の表面に充分に付着させる点から、ポリテトラフル
オロエチレンのラテックスに添加する前に水に分散させ
ておくことが好ましい。上記分散の方法は、上記カーボ
ンブラック（ｂ）及び導電性物質（ｃ）の種類と粒径に
応じて選択される。例えば、上記カーボンブラック
（ｂ）及び導電性物質（ｃ）の平均粒径が１μｍ以下の
ものである場合には、ミキサーにより激しく攪拌する方
法が好ましい。

【００３５】上記共凝析は、界面活性剤の存在下に行う
か又は界面活性剤の非存在下に行うものであるが、上記
界面活性剤は、ポリテトラフルオロエチレン粒子（ａ）
の１質量％以下であることが好ましい。１質量％を超え
ると、ポリテトラフルオロエチレン粒子（ａ）と、カー
ボンブラック（ｂ）及び導電性物質（ｃ）との共凝析に
おいて、界面活性剤がポリテトラフルオロエチレン粒子
（ａ）と、カーボンブラック（ｂ）及び導電性物質
（ｃ）との間に介在する量が多くなりすぎ、ポリテトラ
フルオロエチレンのラテックス粒子の表面にカーボンブ
ラック（ｂ）及び導電性物質（ｃ）が付着しにくくなっ
たり、付着量が不充分となる。また、界面活性剤の割合
が増えるほど、図３に示すように、得られるポリテトラ
フルオロエチレン粉末の導電性が低下しやすい。上記共
凝析は、界面活性剤の非存在下に行うことがより好まし
い。

【００３６】本発明のポリテトラフルオロエチレン粉末
は、凝析後、上述のように粉砕したものであってもよ
い。上記粉砕の方法としては特に限定されず、例えば、
一般的な粉砕に用いられる粉砕機を用いることができ、
必要に応じ、粒子径を揃えてもよい。

【００３７】このように、本発明のポリテトラフルオロ
エチレン粉末を製造する方法は、従来一般の乳化重合を
用いる場合と比較すると、好ましくは、カーボンブラッ
ク（ｂ）及び導電性物質（ｃ）と共凝析を行う点、並び
に、共凝析は界面活性剤を存在させないか若しくは１質
量％以下存在させて行う点において、相違する。

【００３８】このようにして得られた本発明のポリテト
ラフルオロエチレン粉末は、これを用いて電極を作製し
た場合、得られる電極の導電性と耐荷重性とを両立する
ことができる。このように有利な効果を奏することがで
きる機構としては明確ではないが、次のように考えられ
る。

【００３９】即ち、本発明のポリテトラフルオロエチレ
ン粉末は、カーボンブラック（ｂ）及び導電性物質
（ｃ）を用い、その量は上述の通りであるので、例え
ば、電極を製造する場合、製造工程において、ポリテト
ラフルオロエチレン粉末からなる電極材料に対して後述
の延伸、圧延又は押し出しを行うが、上記延伸、圧延又
は押し出しの外力により、カーボンブラック（ｂ）及び
導電性物質（ｃ）は、上述のようにポリテトラフルオロ
エチレンの粒子中に混じり合ってマトリックスをなすと
ともに、それ自体が延伸、圧延又は押し出しの外力を受
けることとなる。上記延伸、圧延又は押し出しの外力に
より、導電性物質（ｃ）は、それ自体が延伸しないか殆
ど延伸しないが、カーボンブラック（ｂ）は、それ自体
が延伸し、上記外力の方向に長く延びた針状ともいうべ
き形状に変化する。このように延伸、圧延又は押し出し
を経て得られた電極は、元々の形状を維持しているか殆
ど変形していない導電性物質（ｃ）と、長く延びた形状
のカーボンブラック（ｂ）とを内部に有しているので、
電流を流した場合、カーボンブラック（ｂ）が導電性物
質（ｃ）をちょうど橋渡しすることとなって、導電性を
向上させることとなるものと考えられる。

【００４０】本発明のポリテトラフルオロエチレン粉末
は、共凝析を行うことにより、上述のように二次粒子と
してカーボンブラック（ｂ）及び導電性物質（ｃ）を内
部に有しているので、上記延伸、圧延又は押し出しを行
うとき、カーボンブラック（ｂ）及び導電性物質（ｃ）
がポリテトラフルオロエチレンの粒子からなるマトリッ
クス中に充分に分散することとなる。従って、得られる
電極は、導電性に優れるとともに、割れ等が発生しにく
く、耐荷重性に優れている。なお、従来のポリテトラフ
ルオロエチレンファインパウダーにカーボンブラック等
の導電性フィラーを添加した組成物では、導電性フィラ
ーはポリテトラフルオロエチレンファインパウダーの内
部には存在せず、外部に存在するだけであったので、得
られる電極において導電性フィラーとポリテトラフルオ
ロエチレンとの分散性が乏しく、耐荷重性等の機械的強
度が不充分であった。

【００４１】本発明のポリテトラフルオロエチレン粉末
は、耐荷重性を有し、高い導電性を有するものであるの
で、電極材料、発熱体の原料等の幅広い用途に用いるこ
とができる。本発明のポリテトラフルオロエチレン粉末
は、電極の製造に好適に用いることができる。

【００４２】本発明の電極材料は、上記ポリテトラフル
オロエチレン粉末からなることを特徴とするものであ
る。上記電極材料は、上記ポリテトラフルオロエチレン
粉末に加え、用途に応じて種々の添加剤からなるもので
あってよい。上記添加剤としては、特に限定されず、例
えば、ペースト押出成形に用いる場合、ペースト押出成
形に通常用いられる押出助剤；アルミナ、窒化ホウ素、
炭化ケイ素等の耐火性を有する粒子；シリカ、ポリフェ
ニレンオキシド、ポリフェニレンスルフィド等の親水性
微粒子；ガラスファイバー等の充填剤等が挙げられる。
上記ポリテトラフルオロエチレン粉末は上述のようにカ
ーボンブラック（ｂ）及び導電性物質（ｃ）からなるも
のであるので、更にカーボンブラックその他の導電性物
質を添加する必要は通常ないが、上記添加剤として、所
望により、上述のカーボンブラック、黒鉛、カーボン繊
維及び／又は金属粉を配合してもよいし、その他の導電
性物質を配合してもよい。

【００４３】本発明の電極は、上述のポリテトラフルオ
ロエチレン粉末又は電極材料から得られたものであるこ
とを特徴とするものである。上記電極は、上述のポリテ
トラフルオロエチレン粉末又は電極材料から得られた成
形品からなる。本明細書において、上記「未焼成成形
品」とは、成形品を製造する際、ポリテトラフルオロエ
チレンの融点以上の温度に加熱する焼成を行っていない
ものである。上記成形品の形状としては特に限定されな
いが、加工の容易さ等から、シート、チューブが好まし
く、シートがより好ましい。

【００４４】本発明の電極は、ポリテトラフルオロエチ
レン粉末を用いてシート化することより得られるもので
あることが好ましい。本明細書において、上記「シート
化」とは、シート状に成形することを意味する。上記シ
ート状とは、一般にシートと認識される形状のみなら
ず、例えば、リボン状、ストリップ状、フィルム状、Ｔ
字状、Ｃ字状、Ｅ字状等の各種の平坦な又は薄い形状を
含むものであり、これらの形状を平坦なまま又は螺旋
状、巻き取り等のその他の種々形式で保有するものをも
含む。

【００４５】上記シート化は、延伸、圧延又は押し出し
を行うことによるものであることが好ましい。上記延
伸、圧延又は押し出しを行うことにより、ポリテトラフ
ルオロエチレンの分子が延伸、圧延又は押し出しを行っ
た方向に配向し、配向方向の導電性を向上することがで
きる。上記導電性の指標として、体積抵抗率があるが、
本発明の電極は、上記延伸、圧延又は押し出しを行うこ
とにより、ポリテトラフルオロエチレンの分子の配向方
向の体積抵抗率を、例えば、０．５Ω・ｃｍ以下にする
ことが可能になる。

【００４６】上記延伸の方法としては、一軸延伸、二軸
延伸等の従来公知の延伸法が用いられる。上記圧延の方
法としては、ロール圧延等の従来公知の圧延法が用いら
れる。上記押し出しの方法としては、ラム押し出し成形
法、ペースト押し出し成形法、ダイ押し出し成形法等の
ポリテトラフルオロエチレンに一般的に用いられる従来
公知の押し出し成形法が用いられるが、ペースト押し出
し成形法及びダイ押し出し成形法が好ましい。

【００４７】本発明の電極は、上述のポリテトラフルオ
ロエチレン粉末又は上記電極材料からなる未焼成成形品
を少なくとも２つ重ねてポリテトラフルオロエチレン粒
子（ａ）の融点以上の温度におき、次いで放熱させたの
ち、スカイブ加工することにより得られるものであるこ
とが好ましい。上記のように加工することにより、上記
電極の厚み方向の体積抵抗率を、例えば、０．６５Ω・
ｃｍ以下にすることができる。以下、この電極を「積層
電極」ということがある。

【００４８】上記積層電極は空気が流通することができ
る空隙を有するものであることが好ましい。上記空隙を
有すると、導電性を向上することができる。上記空隙の
大きさは、通常、５〜１００μｍであることが好まし
い。

【００４９】上記未焼成成形品は、延伸、圧延又は押し
出しを行うことより得られたものである。上記未焼成成
形品は、少なくとも１つが凹凸を有するものであること
が好ましい。凹凸を有することにより、空気を流通しう
る上記空隙が生じ、導電性を向上することができる。上
記凹凸を有する未焼成成形品としては積層させて電極を
製造した場合に空気を流通させ得るものであれば特に限
定されず、例えば、波型（コルゲート状）シート、山折
りと谷折りとをつけたプリーツ型シート、チューブ等が
挙げられる。

【００５０】上記未焼成成形品を融点以上の温度に加熱
する方法としては特に限定されず、例えば、温風加熱、
赤外線加熱、電磁誘導加熱、電圧印加によるジュール熱
加熱等が挙げられる。

【００５１】上記スカイブ加工は、上記延伸、圧延又は
押し出しを行った方向とは異なる方向に切削することに
より行うものである。本明細書において、上記「厚み方
向」とは、後述の切削ベクトルの方向を意味する。上記
切削の方向は、上記延伸、圧延又は押し出しを行った方
向ベクトル（以下、「延伸ベクトル」という。）と切削
面に垂直なベクトル（以下、「切削ベクトル」とい
う。）とのなす角度が９０°未満になる方向が好まし
い。より好ましい上限は、４５°であり、更に好ましく
は、０°である。上記延伸ベクトルと上記切削ベクトル
とのなす角が０°になったとき、切削面は延伸ベクトル
に対して垂直である。但し、上記延伸ベクトル及び切削
ベクトルの方向については、±１８０°の任意性がある
が、ここでは延伸ベクトルと切削ベクトルとのなす角
が、０°以上９０°以下になるように設定するものとす
る。上記スカイブ加工の方法としては従来公知の方法を
用いることができる。

【００５２】本発明の電極としては特に限定されず、例
えば、燃料電池用電極、過酸化水素水製造機用電極、電
気分解用電極、メッキ用電極、一般電池用電極等が挙げ
られ、燃料電池用電極、特に、燃料電池のガス拡散層電
極であることが好ましい。上記電極を有することを特徴
とする燃料電池もまた、本発明の一つである。

【００５３】

【実施例】以下に実施例を掲げて本発明を更に詳しく説
明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるもの
ではない。実施例１平均粒子径２１μｍのカーボンブラック粒子Ｃｏｎｄｕ
ｃｔｅｘ９５０（アメリカコロンビアカーボン社製）
７００ｇと黒鉛粒子（日本黒鉛社製）３００ｇとを水９
ｋｇに分散させ、ボールミル混練を１５時間行った。こ
の水性ディスパージョン１０ｋｇに平均粒径２３μｍの
ポリテトラフルオロエチレンのコロイド粒子１４％を含
むポリテトラフルオロエチレン水性ディスパージョン１
６．７ｋｇに界面活性剤を加えることなく攪拌しながら
混合すると、直ちに二次粒子が共凝析して水中に分散し
た。

【００５４】上記二次粒子を乾燥して得られたポリテト
ラフルオロエチレン粉末１００質量部と、押出助剤とし
てアイソパーＭ（エッソ化学社製）３５質量部とを混合
し、ボールミル架台で１０分間混練し１２時間熟成した
のち、厚さ１４ｍｍのペースト押出を行い、得られた押
出物を水中で７０℃に加熱し、ロール圧延することによ
り、図４−（ａ）に示すような幅１２０ｍｍ、長さ１５
０ｍｍの未焼成シートが得られた。なお、図４における
矢印は圧延方向を示す。

【００５５】得られた未焼成シートを１８０℃〜２５０
℃の赤外線乾燥器に１０分間入れて、未焼成シート中に
含まれていた押出助剤を揮発させ、折り目を有しないシ
ートＢを得た。得られたシートＢの一部に対して、山折
り谷折り交互に折り目をつけてから平面状に戻し、折り
目を有するシートＡを得た。得られたシートＡとシート
Ｂとを図４−（ｂ）に示すように交互に各２５０枚重ね
て厚みを１５０ｍｍになるように金属板を使って固定し
た。このとき圧延方向はそろえて重ねた。厚みを１５０
ｍｍに固定したまま２５℃／時間の速度で３８０℃まで
昇温し、５時間保持してから常温に戻した。得られた直
方体を、図４−（ｃ）に示すように圧延方向に対して切
削面が垂直になるようにスカイブ加工によりスライス
し、図４−（ｄ）に示すような厚み０．４ｍｍ、幅１０
０ｍｍ、長さ１００ｍｍの導電性シートを得た。この導
電性シートの空孔率は、４６％であり、厚み方向の体積
抵抗率は、０．４Ω・ｃｍであった。

【００５６】実施例２実施例１で得られたポリテトラフルオロエチレン粉末か
らペースト押し出しにより、内径０．８ｍｍ、外径１ｍ
ｍ、長さ３００ｍｍの未焼成チューブを得た。上記未焼
成チューブ２００００本を幅１００ｍｍ、長さ３００ｍ
ｍの金型に積み入れ、高さが１００ｍｍとなるように固
定したまま３８０℃で１時間焼成した。得られた直方体
を、チューブの長手方向と垂直な方向に、断面が１００
ｍｍ×１００ｍｍで厚さが０．４ｍｍとなるようにスカ
イブ加工によりスライスし、ポーラスシートを得た。こ
のポーラスシートの厚み方向の体積抵抗率は、０．６Ω
・ｃｍであった。

【００５７】参考例１ポリテトラフルオロエチレン水性ディスパージョンに加
えるフィラー（カーボンブラック及び黒鉛）の含有量を
変えて、実施例１のシートＢを得る方法と同様の方法に
より得られたシートを実施例１と同じ条件により焼成
し、得られた導電性シートについて体積抵抗率を測定し
た。但し、カーボンブラックと黒鉛の比率は、６：４
（質量比）とした。結果を図１に示す。

【００５８】参考例２カーボンブラックと黒鉛との水性ディスパージョンにお
けるカーボンブラックと黒鉛との配合比を変えて、ポリ
テトラフルオロエチレン水性ディスパージョンに加え、
実施例１のシートＢを得る方法と同様の方法により得ら
れたシートを実施例１と同じ条件により焼成し、得られ
た導電性シートについて体積抵抗率を測定した。但し、
カーボンブラックと黒鉛との合計質量が１ｋｇになるよ
うにした。結果を図２に示す。

【００５９】参考例３共凝析を行うときに界面活性剤を配合量を変えて加え、
実施例１のシートＢを得る方法と同様の方法により得ら
れたシートを実施例１と同じ条件により焼成し、得られ
た導電性シートについて体積抵抗率を測定した。但し、
カーボンブラック、黒鉛、及び、ポリテトラフルオロエ
チレンの比率は、１２：８：８０（質量比）とした。結
果を図３に示す。

【００６０】

【発明の効果】本発明のポリテトラフルオロエチレン粉
末は、上述の構成を有するので、導電性と耐荷重性とに
優れ、厚み方向に導電性のよいシート状の電極を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、ポリテトラフルオロエチレン粒子の質
量に対するカーボンブラック及び黒鉛の配合割合と、体
積抵抗率との関係を示すグラフである。

【図２】図２は、カーボンブラックと黒鉛との合計質量
に占める黒鉛の割合と、体積抵抗率との関係を示すグラ
フである。

【図３】図３は、ポリテトラフルオロエチレン粒子の質
量に対する界面活性剤の配合割合と、体積抵抗率との関
係を示すグラフである。

【図４】図４は、未焼成成形品を重ねて焼成、スカイブ
加工し厚み方向に分子が配向しているシートをつくるま
での工程図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者吉本洋之大阪府摂津市西一津屋１番１号ダイキン工業株式会社淀川製作所内 (72)発明者矢野真一大阪府摂津市西一津屋１番１号ダイキン工業株式会社淀川製作所内Ｆターム(参考） 4F070 AA24 AA25 AC04 AC06 AD02 AE06 DA22 DA23 DA24 4J002 BD15W BE04W DA027 DA036 DA087 DA097 DA117 FA047 FD017 FD116 FD117 GQ02 5H018 AA01 EE05 EE19 HH05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ポリテトラフルオロエチレン粒子
（ａ）、カーボンブラック（ｂ）、及び、前記カーボン
ブラック以外の導電性物質（ｃ）からなるポリテトラフ
ルオロエチレン粉末であって、前記ポリテトラフルオロ
エチレン粒子（ａ）は、乳化重合により得られたもので
あり、前記導電性物質（ｃ）は、黒鉛、カーボン繊維及
び／又は金属粉であり、前記カーボンブラック（ｂ）と
前記導電性物質（ｃ）との合計は、前記ポリテトラフル
オロエチレン粉末の２０質量％以上であることを特徴と
するポリテトラフルオロエチレン粉末。
【請求項２】導電性物質（ｃ）は、カーボンブラック
（ｂ）と前記導電性物質（ｃ）との合計の１〜６０質量
％である請求項１記載のポリテトラフルオロエチレン粉
末。
【請求項３】ポリテトラフルオロエチレン粒子（ａ）
は、乳化重合の後、カーボンブラック（ｂ）及び導電性
物質（ｃ）と共凝析を行ったものである請求項１又は２
記載のポリテトラフルオロエチレン粉末。
【請求項４】共凝析は、界面活性剤の存在下に行うか
又は界面活性剤の非存在下に行うものであり、前記界面
活性剤は、ポリテトラフルオロエチレン粒子（ａ）の１
質量％以下である請求項１、２又は３記載のポリテトラ
フルオロエチレン粉末。
【請求項５】請求項１、２、３又は４記載のポリテト
ラフルオロエチレン粉末からなることを特徴とする電極
材料。
【請求項６】請求項１、２、３若しくは４記載のポリ
テトラフルオロエチレン粉末、又は、請求項５記載の電
極材料から得られたものであることを特徴とする電極。
【請求項７】ポリテトラフルオロエチレン粉末を用い
てシート化することより得られる請求項６記載の電極。
【請求項８】シート化は、延伸、圧延又は押し出しを
行うことによるものである請求項７記載の電極。
【請求項９】請求項１、２、３若しくは４記載のポリ
テトラフルオロエチレン粉末、又は、請求項５記載の電
極材料からなる未焼成成形品を少なくとも２つ重ねてポ
リテトラフルオロエチレン粒子（ａ）の融点以上の温度
におき、次いで放熱させたのち、スカイブ加工すること
により得られる電極であって、前記未焼成成形品は、延
伸、圧延又は押し出しを行うことより得られたものであ
り、前記スカイブ加工は、前記延伸、圧延又は押し出し
を行った方向とは異なる方向に切削することにより行う
ものであることを特徴とする電極。
【請求項１０】空気が流通することができる空隙を有
するものである請求項９記載の電極。
【請求項１１】未焼成成形品は、少なくとも１つが凹
凸を有するものである請求項９又は１０記載の電極。
【請求項１２】未焼成成形品は、少なくとも１つがチ
ューブである請求項９又は１０記載の電極。
【請求項１３】燃料電池用電極である請求項６、７、
８、９、１０、１１又は１２記載の電極。
【請求項１４】請求項１３記載の電極を有することを
特徴とする燃料電池。