JP2005071888A - Manufacturing method for separator-molding resin composition for fuel cell - Google Patents

Manufacturing method for separator-molding resin composition for fuel cell Download PDF

Info

Publication number
JP2005071888A
JP2005071888A JP2003302178A JP2003302178A JP2005071888A JP 2005071888 A JP2005071888 A JP 2005071888A JP 2003302178 A JP2003302178 A JP 2003302178A JP 2003302178 A JP2003302178 A JP 2003302178A JP 2005071888 A JP2005071888 A JP 2005071888A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
container
fuel cell
thermosetting resin
composition
molding
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2003302178A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Yamamoto
広志 山本
Masaaki Otsu
正明 大津
Hiromi Shimizu
広海 清水
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Electric Works Co Ltd
Original Assignee
Matsushita Electric Works Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Works Ltd filed Critical Matsushita Electric Works Ltd
Priority to JP2003302178A priority Critical patent/JP2005071888A/en
Publication of JP2005071888A publication Critical patent/JP2005071888A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a separator-molding resin composition for a fuel cell used for molding a separator for the fuel cell composing a carbon composite material using a thermosetting resin as a binder, suppressing the cleavage of a graphite particle that is the carbon composite material to maintain the high fluidity of the composition, and improving moldability to obtain the separator having excellent electric characteristics and mechanical characteristics. <P>SOLUTION: A raw material containing the graphite particles and the thermosetting resin is put into a vessel 5, and contents in the vessel 5 are stirred and mixed by rotating a stirrer 6 in the vessel 5 such that a peripheral speed of an outermost edge becomes 15 m/s or below. Next, a solvent dissolving the thermosetting resin is added into the vessel 5, and the stirrer 6 is rotated such that the peripheral speed of the outermost edge becomes 15 m/s or below to perform the stirring and mixing, and granulation. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、燃料電池に用いられるセパレータを成形するための樹脂組成物の製造方法に関するものである。   The present invention relates to a method for producing a resin composition for molding a separator used in a fuel cell.

一般に燃料電池は複数の単位セルを数十〜数百個直列に重ねて構成されるセルスタックから成り、これにより所定の電圧を得ている。   In general, a fuel cell is composed of a cell stack in which several tens to several hundreds of unit cells are stacked in series, thereby obtaining a predetermined voltage.

単位セルの最も基本的な構造は、「セパレータ/燃料電極(アノード)/電解質/酸化剤電極(カソード)/セパレータ」という構成を有している。この単位セルにおいては、電解質を介して対向する一対の電極のうち燃料電極に燃料を、酸化剤電極に酸化剤を供給して、電気化学反応により燃料を酸化させることにより、反応の化学エネルギーを直接電気化学エネルギーに変換するものである。   The most basic structure of the unit cell has a configuration of “separator / fuel electrode (anode) / electrolyte / oxidant electrode (cathode) / separator”. In this unit cell, the chemical energy of the reaction is obtained by oxidizing the fuel by electrochemical reaction by supplying fuel to the fuel electrode and supplying the oxidant to the oxidant electrode of the pair of electrodes facing each other through the electrolyte. Direct conversion to electrochemical energy.

このような燃料電池は、電解質の種類によりいくつかのタイプに分類されるが、近年、高出力が得られる燃料電池として、電解質に固体高分子電解質膜を用いた固体高分子型燃料電池が注目されている。   Such fuel cells are classified into several types depending on the type of electrolyte. Recently, solid polymer fuel cells using a solid polymer electrolyte membrane as an electrolyte have attracted attention as fuel cells that can provide high output. Has been.

図3は固体高分子型燃料電池の一例を示すものであり、左右両側面に複数個の凸部(リブ)1aが形成されている2枚の燃料電池用セパレータ1,1の間に、固体高分子電解質膜2とガス拡散電極(燃料電極と酸化剤電極)3,3とを介在させて、単電池(単位セル)が構成され、この単位セルを数十個〜数百個並設して電池本体(セルスタック)が形成されている。前記凸部1aは、隣り合う凸部1a同士の間に、燃料である水素ガスと、酸化剤である酸素ガスの流路であるガス供給排出用溝4を構成する。   FIG. 3 shows an example of a polymer electrolyte fuel cell. A solid polymer fuel cell is formed between two fuel cell separators 1 and 1 each having a plurality of convex portions (ribs) 1a formed on both left and right side surfaces. A single cell (unit cell) is formed by interposing the polymer electrolyte membrane 2 and gas diffusion electrodes (fuel electrode and oxidant electrode) 3 and 3, and several tens to several hundreds of unit cells are arranged in parallel. Thus, a battery body (cell stack) is formed. The convex portion 1a constitutes a gas supply / discharge groove 4 which is a flow path for hydrogen gas as a fuel and oxygen gas as an oxidant between adjacent convex portions 1a.

このようなセルスタックは、例えば家庭用定置型のものでは50〜100個の単位セルで構成し、また自動車積載用では400〜500個の単位セルで構成することができる。   Such a cell stack can be composed of, for example, 50 to 100 unit cells in a stationary type for home use, and can be composed of 400 to 500 unit cells for automobile loading.

この固体高分子型燃料電池は、燃料電極に流体である水素ガスを、酸化剤電極に流体である酸素ガスを供給することにより、外部回路より電流を取り出すものであるが、この際、各電極においては下記式に示したような反応が生じている。
燃料電極反応 : H2→ 2H++2e-…(1)
酸化剤電極反応 : 2H++2e-+1/2O2→H2O…(2)
全体反応:H2+1/2O2→H2
即ち、燃料電極上で水素(H2)はプロトン(H+)となり、このプロトンが固体高分子電解質膜中を酸化剤電極上まで移動し、酸化剤電極上で酸素(O2)と反応して水(H2O)を生ずる。従って、固体高分子型燃料電池の運転には、反応ガスの供給と排出、電流の取り出しが必要となる。
In this polymer electrolyte fuel cell, hydrogen gas, which is a fluid, is supplied to a fuel electrode, and oxygen gas, which is a fluid, is supplied to an oxidizer electrode, thereby extracting current from an external circuit. In the reaction, the reaction shown in the following formula occurs.
Fuel electrode reaction: H 2 → 2H + + 2e (1)
Oxidant electrode reaction: 2H + + 2e + 1 / 2O 2 → H 2 O (2)
Overall reaction: H 2 + 1 / 2O 2 → H 2 O
That is, hydrogen (H 2 ) becomes proton (H + ) on the fuel electrode, and this proton moves through the solid polymer electrolyte membrane to the oxidant electrode and reacts with oxygen (O 2 ) on the oxidant electrode. To produce water (H 2 O). Therefore, for the operation of the polymer electrolyte fuel cell, it is necessary to supply and discharge the reactive gas and take out the current.

また、固体高分子型燃料電池は、通常、室温〜120℃以下の範囲での湿潤雰囲気下での運転が想定されており、そのため水を液体状態で扱うことが多くなるので、燃料電極への液体状態の水の補給管理と酸化剤電極からの液体状態の水の排出が必要となる。   In addition, the polymer electrolyte fuel cell is normally assumed to operate in a humid atmosphere in the range of room temperature to 120 ° C., and therefore water is often handled in a liquid state. It is necessary to manage the replenishment of liquid water and discharge the liquid water from the oxidizer electrode.

このような燃料電池を構成する部品のうち、燃料電池用セパレータは、図3(a),(b)に示すように、薄肉の板状体の片面又は両面に複数個のガス供給排出用溝4を有する特異な形状を有しており、燃料電池内を流れる燃料ガス、酸化剤ガス及び冷却水が混合しないように分離する働きを有すると共に、燃料電池セルで発電した電気エネルギーを外部へ伝達したり、燃料電池セルで生じた熱を外部へ放熱するという重要な役割を担っている。   Among the components constituting such a fuel cell, the fuel cell separator has a plurality of gas supply / discharge grooves on one or both sides of a thin plate-like body as shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b). 4 and has the function of separating the fuel gas, oxidant gas and cooling water flowing in the fuel cell so that they do not mix, and also transmits the electric energy generated by the fuel cell to the outside And plays an important role of radiating the heat generated in the fuel cell to the outside.

上記燃料電池のセパレータに関して、一般に次のような要求がなされている。即ち、(1)高導電性、(2)腐食性電解質に対する耐腐食性(耐酸性)、(3)ガスを分離するための気密性、(4)燃料電池に組み立て時のボルトとナットによる締め付け等の組み込み作業時にセパレータに割れやヒビが生じないための強度、更には機械的強度を有すること、特に自動車等の移動用電源として用いる場合には優れた耐振動性及び耐衝撃性を有すること、さらに耐クリープ性、(5)複雑な形状を形成するための成形性、(6)低コスト性、(7)耐膨潤性(水や硫酸水溶液に浸しても膨潤しないもの)、(8)耐熱性(反応時の発熱(90〜120℃)に耐えること)等の要求特性を同時に満たすことが求められている。   The following demands are generally made for the fuel cell separator. (1) High conductivity, (2) Corrosion resistance (acid resistance) against corrosive electrolytes, (3) Airtightness to separate gases, (4) Tightening with bolts and nuts when assembling to a fuel cell It has strength to prevent cracks and cracks in the separator during assembly work, etc., and mechanical strength, especially when it is used as a power source for automobiles etc., it has excellent vibration resistance and impact resistance Furthermore, creep resistance, (5) formability for forming complex shapes, (6) low cost, (7) swelling resistance (those that do not swell when immersed in water or aqueous sulfuric acid), (8) It is required to simultaneously satisfy required properties such as heat resistance (withstand heat generation during reaction (90 to 120 ° C.)).

固体高分子型燃料電池のセパレータとしては、生産性やコストの面から有利な各種の熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂をバインダーとして用いた炭素複合材料が提案されている。   As separators for polymer electrolyte fuel cells, carbon composite materials using various thermoplastic resins or thermosetting resins, which are advantageous in terms of productivity and cost, as binders have been proposed.

このようなセパレータ成形用の樹脂組成物の製造方法としては、これまでに代表的なものとして次のものが提案されている。例えば、特許文献1では、加圧ニーダで混練し更にピン型造粒機を用いて水を添加しながら造粒し、その後乾燥する方法が提案されている。また、特許文献2では成形性改善のために高流動化の方法として所定の粒度分布を持つ成形材料の製造方法、つまり造粒機で湿式混合造粒して更に整粒し粒度分布を制御する方法が提案されている。また、特許文献3や特許文献4では、黒鉛成形体における黒鉛の配向を大幅に改善できる方法として原材料として黒鉛を圧密化したり、樹脂溶解温度以上でヘンシェルミキサーなどで造粒する方法が提案されている。また、特許文献5では成形時の流動性改善の方法として無加圧状態で混合しながら造粒し、あるいは混合した後に造粒する方法が提案されている。   As a method for producing such a resin composition for molding a separator, the following have been proposed as typical ones so far. For example, Patent Document 1 proposes a method of kneading with a pressure kneader, granulating while adding water using a pin type granulator, and then drying. Further, in Patent Document 2, a method for producing a molding material having a predetermined particle size distribution as a high fluidization method for improving moldability, that is, wet-mixing granulation with a granulator to further regulate the particle size and control the particle size distribution. A method has been proposed. Patent Document 3 and Patent Document 4 propose a method of compacting graphite as a raw material or a method of granulating with a Henschel mixer or the like at a temperature equal to or higher than the resin melting temperature as a method that can greatly improve the orientation of graphite in a graphite molded body. Yes. Patent Document 5 proposes a method of granulating while mixing in a non-pressurized state as a method for improving fluidity during molding, or granulating after mixing.

しかしながら、これらの方法を用いても、ニーダ等を用いて混練する場合には黒鉛粒子と樹脂とが十分に混合されず、またヘンシェルミキサー等により造粒しようとする場合には、黒鉛粒子に劈開が生じやすくなって、得られる組成物の流動性が阻害されて成形性が悪化し、それに起因して電気特性や機械的特性が低下してしまうものであった。
特開2000−173630号公報 特開2001−325967号公報 特開2002−114572号公報 特開2002−348110号公報 特開2003−86198号公報
However, even if these methods are used, when kneading using a kneader or the like, the graphite particles and the resin are not sufficiently mixed, and when granulating with a Henschel mixer or the like, the graphite particles are cleaved. As a result, the fluidity of the resulting composition was hindered and the moldability deteriorated, resulting in a decrease in electrical and mechanical properties.
JP 2000-173630 A JP 2001-325967 A JP 2002-114572 A JP 2002-348110 A JP 2003-86198 A

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、熱硬化性樹脂をバインダーとして用いた炭素複合材料からなる燃料電池用セパレータを成形するために用いる樹脂組成物の製造方法であって、この炭素複合材料である黒鉛粒子の劈開を抑制して組成物の高い流動性を維持し、成形性を向上して電気特性や機械特性の高いセパレータを得ることができる、燃料電池用セパレータ成形用樹脂組成物の製造方法を提供することを目的とするものである。   The present invention has been made in view of the above points, and is a method for producing a resin composition used for molding a fuel cell separator made of a carbon composite material using a thermosetting resin as a binder. Resin for fuel cell separator molding that can suppress the cleavage of graphite particles, which are carbon composite materials, maintain high fluidity of the composition, and improve the moldability to obtain a separator having high electrical and mechanical properties. It aims at providing the manufacturing method of a composition.

本発明に係る燃料電池用セパレータ成形用樹脂組成物の製造方法は、黒鉛粒子と熱硬化性樹脂とを必須成分として含有する燃料電池用セパレータ成形用樹脂組成物の製造方法において、黒鉛粒子と熱硬化性樹脂とを含む原料を容器5内に入れ、容器5内で攪拌具6を、その最外縁部の周速度が15m/秒以下となるように回転させることにより容器5内の内容物を攪拌混合し、次いで容器5内に前記熱硬化性樹脂が溶解する溶媒を加えると共に攪拌具6を、その最外縁部の周速度が15m/秒以下となるように回転させて攪拌混合及び造粒を行うことを特徴とする。このような回転速度で攪拌混合を行い、且つ熱硬化性樹脂が溶解する溶媒を加えた状態で攪拌混合を行うことで、内容物を十分に攪拌混合して、熱硬化性樹脂に対して黒鉛粒子等の他の成分が十分に分散混合された組成物を得ることができるものであり、また攪拌混合の過程における黒鉛粒子の劈開が抑制されて、調製される組成物の流動性の悪化が防止され、この組成物によるセパレータの作製時における高い成形性を維持することができるものである。   The method for producing a resin composition for molding a fuel cell separator according to the present invention is a method for producing a resin composition for molding a fuel cell separator containing graphite particles and a thermosetting resin as essential components. A raw material containing a curable resin is put in the container 5, and the contents in the container 5 are rotated by rotating the stirring tool 6 in the container 5 so that the peripheral speed of its outermost edge is 15 m / sec or less. Next, a solvent for dissolving the thermosetting resin is added to the container 5 and the stirring tool 6 is rotated so that the peripheral speed of its outermost edge is 15 m / sec or less. It is characterized by performing. By stirring and mixing at such a rotational speed and adding a solvent in which the thermosetting resin dissolves, the contents are sufficiently stirred and mixed, and graphite is added to the thermosetting resin. It is possible to obtain a composition in which other components such as particles are sufficiently dispersed and mixed, and the cleavage of graphite particles in the process of stirring and mixing is suppressed, and the fluidity of the prepared composition is deteriorated. It is possible to maintain high moldability during the production of the separator with this composition.

上記熱硬化性樹脂が溶解する溶媒は、噴霧により容器5内に加えることが好ましい。このようにすると、樹脂分と黒鉛粒子とを馴染ませながら混合することができると共に、組成物中に大きな塊が発生することを防いで微細な粒状の組成物を得ることが可能となり、更に優れた成形性を有する組成物を得ることができる。   The solvent in which the thermosetting resin is dissolved is preferably added to the container 5 by spraying. In this way, the resin component and the graphite particles can be mixed while being blended, and a fine granular composition can be obtained by preventing the formation of large lumps in the composition. A composition having excellent moldability can be obtained.

本発明に係る燃料電池用セパレータ成形用樹脂組成物の他の製造方法は、黒鉛粒子と熱硬化性樹脂とを必須成分として含有する燃料電池用セパレータ成形用樹脂組成物の製造方法において、熱硬化性樹脂以外の原料を容器5内に入れ、容器5内で攪拌具6を、その最外縁部の周速度が15m/秒以下となるように回転させることにより容器5内の内容物を攪拌混合し、次いで容器5内に前記熱硬化性樹脂を溶媒に溶解した状態で加えると共に攪拌具6を、その最外縁部の周速度が15m/秒以下となるように回転させて攪拌混合及び造粒を行うことを特徴とする。このような回転速度で攪拌混合を行い、且つ熱硬化性樹脂が溶媒に溶解された状態で攪拌混合を行うことで、内容物を十分に攪拌混合して、熱硬化性樹脂に対して黒鉛粒子等の他の成分が十分に分散混合された組成物を得ることができるものであり、また攪拌混合の過程における黒鉛粒子の劈開が抑制されて、調製される組成物の流動性の悪化が防止され、この組成物によるセパレータの作製時における高い成形性を維持することができるものである。   Another method for producing a fuel cell separator molding resin composition according to the present invention is a method for producing a fuel cell separator molding resin composition containing graphite particles and a thermosetting resin as essential components. Raw materials other than the synthetic resin are put in the container 5 and the contents in the container 5 are stirred and mixed by rotating the stirring tool 6 in the container 5 so that the peripheral speed of its outermost edge is 15 m / second or less. Then, the thermosetting resin is added to the container 5 in a state of being dissolved in a solvent, and the stirring tool 6 is rotated so that the peripheral speed of its outermost edge is 15 m / sec or less. It is characterized by performing. By stirring and mixing at such a rotational speed and stirring and mixing in a state where the thermosetting resin is dissolved in a solvent, the contents are sufficiently stirred and mixed, and the graphite particles are mixed with the thermosetting resin. A composition in which other components are sufficiently dispersed and mixed can be obtained, and the cleavage of the graphite particles in the stirring and mixing process is suppressed, thereby preventing deterioration of the fluidity of the prepared composition. Thus, it is possible to maintain a high moldability during the production of a separator using this composition.

上記の溶媒に溶解した状態の熱硬化性樹脂は、噴霧により容器5内に加えることが好ましい。このようにすると、樹脂分と黒鉛粒子とを馴染ませながら混合することができると共に、組成物中に大きな塊が発生することを防いで微細な粒状の組成物を得ることが可能となり、更に優れた成形性を有する組成物を得ることができる。   It is preferable to add the thermosetting resin dissolved in the above solvent into the container 5 by spraying. In this way, the resin component and the graphite particles can be mixed while being blended, and a fine granular composition can be obtained by preventing the formation of large lumps in the composition. A composition having excellent moldability can be obtained.

また、熱硬化性樹脂の溶融開始温度以上の温度で加熱しながら攪拌混合を行うことも好ましい。この場合は、熱硬化性樹脂が溶融した状態で攪拌混合することができ、更に均一に混合された組成物を得ることができるものである。   Moreover, it is also preferable to perform stirring and mixing while heating at a temperature higher than the melting start temperature of the thermosetting resin. In this case, stirring and mixing can be performed in a state where the thermosetting resin is melted, and a more uniformly mixed composition can be obtained.

また上記黒鉛粒子の使用量は、原料全体の75〜90重量%となるようにすることが好ましい。これにより、形成されるセパレータに優れた導電性を付与すると共に、セパレータに必要とされるガス透過性や成形性を十分に維持することができるものである。   The amount of the graphite particles used is preferably 75 to 90% by weight of the whole raw material. Thereby, while providing the electroconductivity excellent to the separator formed, the gas permeability and moldability required for a separator can fully be maintained.

更に、上記黒鉛粒子は、天然黒鉛又は人造黒鉛であり、且つ精製されたものであることが好ましい。灰分やイオン性不純物が低いため、得られるセパレータからの不純物の溶出を低減することができ、燃料電池の特性を低下させないようにすることができる。   Furthermore, it is preferable that the graphite particles are natural graphite or artificial graphite and have been purified. Since ash and ionic impurities are low, it is possible to reduce the elution of impurities from the obtained separator and to prevent deterioration of the characteristics of the fuel cell.

本発明では、熱硬化性樹脂に対して黒鉛粒子等の他の成分が十分に分散混合された組成物を得ることができるものであり、また攪拌混合の過程における黒鉛粒子の劈開が抑制されて、調製される組成物の流動性の悪化が防止され、この組成物によるセパレータの作製時における高い成形性を維持することができるものである。   In the present invention, a composition in which other components such as graphite particles are sufficiently dispersed and mixed with the thermosetting resin can be obtained, and cleavage of the graphite particles in the process of stirring and mixing is suppressed. The deterioration of the fluidity of the prepared composition can be prevented, and high moldability at the time of production of the separator by this composition can be maintained.

以下本発明の実施の形態を説明する。   Embodiments of the present invention will be described below.

本発明に係る燃料電池用セパレータ成形用樹脂組成物は、熱硬化性樹脂及び黒鉛粒子を、必須成分として含有するが、第一アミン及び第二アミンは含有させないようにすることが好ましい。すなわち、この組成物中には、置換基−NH及び−NH2を有する化合物は含有させないことが好ましいものである。また、更に第三アミンを含有させないようにすることが好ましい。このため、この組成物から形成される燃料電池用セパレータ1は、燃料電池中の白金触媒を被毒することがなくて、燃料電池を長時間使用した場合の起電力の低下を抑制することができる。 The fuel cell separator molding resin composition according to the present invention contains a thermosetting resin and graphite particles as essential components, but preferably does not contain a primary amine and a secondary amine. That is, it is preferable that this composition does not contain a compound having substituents —NH and —NH 2 . Further, it is preferable not to contain a tertiary amine. For this reason, the fuel cell separator 1 formed from this composition does not poison the platinum catalyst in the fuel cell, and suppresses a decrease in electromotive force when the fuel cell is used for a long time. it can.

熱硬化性樹脂としては樹脂成形に適用可能な適宜のものを用いることができるが、エポキシ樹脂とフェノール樹脂のうちの、一方又は双方を含むことが好ましく、これらは、良好な樹脂粘度を有すると共に不純物が少ない点で、適している。殊にエポキシ樹脂はイオン性不純物が少ないため、特に優れている。このように熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂、フェノール樹脂のうち少なくとも一方を含む場合は、熱硬化性樹脂全量に対して、エポキシ樹脂とフェノール樹脂との合計量が、50〜100重量%の範囲にあることが好ましい。   As the thermosetting resin, appropriate ones applicable to resin molding can be used, but it is preferable to include one or both of epoxy resin and phenol resin, and these have good resin viscosity. It is suitable because it has few impurities. In particular, epoxy resins are particularly excellent because they contain few ionic impurities. Thus, when including at least one among an epoxy resin and a phenol resin as a thermosetting resin, the total amount of an epoxy resin and a phenol resin is in the range of 50 to 100 weight% with respect to the thermosetting resin whole quantity. Preferably there is.

またこれらの樹脂と共に、更にポリイミド樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂等から選択される一種又は複数種の樹脂を併用することもできるが、エステル結合を含む樹脂は耐酸性環境下で加水分解する恐れがある。これらの樹脂の中では、特に耐熱性や耐酸性の向上に寄与する点で、ポリイミド樹脂を用いることが適している。このようなポリイミド樹脂としては、特にビスマレイミド樹脂などを用いることも好ましく、例えば、4,4−ジアミノジフェニルビスマレイミドが挙げられる。これを併用することで成形品の耐熱性を更に高めることができる。   In addition to these resins, one or more resins selected from polyimide resins, melamine resins, unsaturated polyester resins, diallyl phthalate resins and the like can be used in combination. There is a risk of hydrolysis. Among these resins, it is particularly suitable to use a polyimide resin because it contributes to improvement of heat resistance and acid resistance. As such a polyimide resin, it is particularly preferable to use a bismaleimide resin, for example, 4,4-diaminodiphenyl bismaleimide. By using this together, the heat resistance of the molded product can be further increased.

また、これらの熱硬化性樹脂は、イオン性不純物である塩素イオンの含有量とナトリウムイオンの含有量とが、共に熱硬化性樹脂全量に対して重量比率で5ppm以下であることが好ましい。この場合、成形品であるセパレータからの不純物の溶出を更に低減することができる。   Further, in these thermosetting resins, it is preferable that the content of chlorine ions, which are ionic impurities, and the content of sodium ions are both 5 ppm or less by weight with respect to the total amount of the thermosetting resin. In this case, the elution of impurities from the separator which is a molded product can be further reduced.

熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂を用いる場合には、固形状のものを用いることが好ましく、特に融点が70〜90℃の範囲のものを用いることが好ましい。これにより、材料の変化が少なく成形時の取り扱い性が向上する。この融点が70℃未満であると、作製した成形材料が凝集しやすくなって、取り扱い性が低下するおそれがある。   When an epoxy resin is used as the thermosetting resin, it is preferable to use a solid resin, and it is particularly preferable to use a resin having a melting point in the range of 70 to 90 ° C. Thereby, there is little change of material and the handleability at the time of shaping | molding improves. If the melting point is less than 70 ° C., the produced molding material tends to aggregate and the handleability may be reduced.

このようなエポキシ樹脂は、熱硬化性樹脂全量に対して50〜100重量%の割合で含有させることが好ましい。   Such an epoxy resin is preferably contained in a proportion of 50 to 100% by weight with respect to the total amount of the thermosetting resin.

また特にエポキシ樹脂を用いる場合には、低粘度の樹脂を選択することによって、成形性を維持し、黒鉛粒子を高充填化できる。   In particular, when an epoxy resin is used, by selecting a low-viscosity resin, the moldability can be maintained and the graphite particles can be highly filled.

また、熱硬化性樹脂としてフェノール樹脂を用いる場合には、特に開環重合により重合反応が進行するフェノール樹脂を用いることが好ましい。このようなフェノール樹脂としては、例えばベンゾオキサジン樹脂等を挙げることができる。この場合は、成形工程で脱水によるガスが発生しないので成形品中にボイドが発生せず、ガス透過性の低下を抑制することができるものである。このような開環重合により重合反応が進行するフェノール樹脂を含有させる場合には、その含有量は熱硬化性樹脂全量に対して5〜50重量%の範囲であることが好ましい。   Moreover, when using a phenol resin as a thermosetting resin, it is preferable to use the phenol resin which a polymerization reaction advances especially by ring-opening polymerization. Examples of such phenol resins include benzoxazine resins. In this case, no gas is generated due to dehydration in the molding process, so no voids are generated in the molded product, and a decrease in gas permeability can be suppressed. When the phenol resin in which the polymerization reaction proceeds by such ring-opening polymerization is contained, the content is preferably in the range of 5 to 50% by weight with respect to the total amount of the thermosetting resin.

また、特にフェノール樹脂を用いる場合には、レゾール型フェノール樹脂を用いることも好ましく、このとき例えば13C−NMR分析で、オルト−オルト25〜35%、オルト−パラ60〜70%、パラ−パラ5〜10%の構造を有するレゾール型フェノール樹脂を用いることが好ましい。レゾール樹脂は通常は液状であるが、上記のレゾール型フェノール樹脂は軟化点を容易に調整することができて、融点が70〜90℃のものを容易に得ることができる。これにより、材料の変化が少なく成形時の取り扱い性が向上する。この融点が70℃未満であると、作製した成形材料が凝集しやすくなって、取り扱い性が低下するおそれがある。このようなレゾール型フェノール樹脂を含有させる場合には、その含有量は熱硬化性樹脂全量に対して10〜70重量%の範囲であることが好ましい。   In particular, when a phenol resin is used, it is also preferable to use a resol type phenol resin. At this time, for example, in 13C-NMR analysis, ortho-ortho 25-35%, ortho-para 60-70%, para-para 5 It is preferable to use a resol type phenol resin having a structure of 10%. The resol resin is usually in a liquid state, but the above-mentioned resol type phenol resin can easily adjust the softening point and can easily obtain a resin having a melting point of 70 to 90 ° C. Thereby, there is little change of material and the handleability at the time of shaping | molding improves. If the melting point is less than 70 ° C., the produced molding material tends to aggregate and the handleability may be reduced. When such a resol type phenol resin is contained, the content thereof is preferably in the range of 10 to 70% by weight based on the total amount of the thermosetting resin.

また、黒鉛粒子は、成形されるセパレータ1の電気比抵抗を低減して、セパレータ1の導電性を向上させるために含有される。黒鉛粒子の含有量は、組成物全量に対して75〜90重量%の範囲であることが好ましい。この黒鉛粒子の割合が75重量%未満となるとセパレータ1に必要とされる導電性が十分に得られなくなるおそれがあり、また90重量%を超えるとセパレータ1に必要とされるガス透過性や成形性が十分に得られなくなるおそれがある。   Further, the graphite particles are contained in order to reduce the electrical specific resistance of the molded separator 1 and improve the conductivity of the separator 1. The content of graphite particles is preferably in the range of 75 to 90% by weight with respect to the total amount of the composition. If the ratio of the graphite particles is less than 75% by weight, the conductivity required for the separator 1 may not be sufficiently obtained, and if it exceeds 90% by weight, the gas permeability and molding required for the separator 1 may be obtained. There is a risk that sufficient properties cannot be obtained.

黒鉛粒子は、高い導電性を示すものであれば制限はなく用いることができ、例えば、メソカーボンマイクロビーズなどの炭素質を黒鉛化したもの、石炭系コークスや石油系コークスを黒鉛化したものの他、黒鉛電極や特殊炭素材料の加工粉、天然黒鉛、キッシュ黒鉛、膨張黒鉛等のような、適宜のものを用いることできる。このような黒鉛粒子は、一種のみを用いるほか、複数種を併用することもできる。   The graphite particles can be used without limitation as long as they exhibit high conductivity, such as graphitized carbonaceous materials such as mesocarbon microbeads, graphitized coal-based coke and petroleum-based coke. Any suitable powder such as a graphite electrode, a processed powder of a special carbon material, natural graphite, quiche graphite, expanded graphite, or the like can be used. Such graphite particles can be used alone or in combination of two or more.

黒鉛粒子は、人造黒鉛粉、天然黒鉛粉のいずれでも良いが、天然黒鉛粉は導電性が高いという利点を有し、また人造黒鉛粉は天然黒鉛粉に比べて導電性は多少劣るものの、異方性が少ないという利点がある。   The graphite particles may be either artificial graphite powder or natural graphite powder, but natural graphite powder has the advantage of high conductivity, and artificial graphite powder is slightly inferior in conductivity to natural graphite powder. There is an advantage that there is little directivity.

また、黒鉛粒子は、天然黒鉛、人造黒鉛のいずれからなるものであっても、精製されたものであることが好ましく、この場合は、灰分やイオン性不純物が低いため、成形品であるセパレータからの不純物の溶出を抑制することができる。   Moreover, it is preferable that the graphite particles are purified from natural graphite or artificial graphite. In this case, since the ash content and ionic impurities are low, the graphite particles are separated from the molded article separator. The elution of impurities can be suppressed.

ここで、黒鉛粒子における灰分は0.05重量%以下であることが好ましく、また抽出水中のイオン性不純物が、黒鉛粒子全量に対して重量比率でナトリウム含量5ppm以下、塩素含量5ppm以下となるようにすることが好ましい。ここで、前記抽出水は、対象成分(ここでは黒鉛粒子)10gに対してイオン交換水100mlの割合で、イオン交換水中に対象成分を分散させ、90℃で50時間処理したものであり、また抽出水中のイオン性不純物は、イオンクロマトグラフィにて評価されるものである。そして、導出される抽出水中のイオン性不純物量に基づいて、組成物中の対象成分中のイオン性不純物の総量を、この組成物中の対象成分の総量に対する重量比に換算して導出するものである。イオン性不純物の含有量は、黒鉛以外でも上記と同様の手法により測定できる。   Here, the ash content in the graphite particles is preferably 0.05% by weight or less, and the ionic impurities in the extracted water have a sodium content of 5 ppm or less and a chlorine content of 5 ppm or less in a weight ratio with respect to the total amount of the graphite particles. It is preferable to make it. Here, the extracted water is obtained by dispersing the target component in ion-exchanged water at a rate of 100 ml of ion-exchanged water with respect to 10 g of the target component (here, graphite particles) and treating at 90 ° C. for 50 hours. Ionic impurities in the extracted water are evaluated by ion chromatography. Based on the derived amount of ionic impurities in the extracted water, the total amount of ionic impurities in the target component in the composition is converted into a weight ratio to the total amount of the target component in the composition and is derived. It is. The content of ionic impurities can be measured by the same method as above except for graphite.

上記の灰分が0.05重量%を超えると燃料電池として特性低下が発生する恐れがある。また、抽出水中のイオン性不純物がナトリウム含量5ppmを超え、或いは塩素含量5ppmを超える場合には、セパレータを成形した場合に、不純物の溶出により燃料電池として特性低下が発生する恐れがある。   If the above ash content exceeds 0.05% by weight, there is a risk that the characteristics of the fuel cell will deteriorate. Further, when the ionic impurities in the extracted water exceed the sodium content of 5 ppm or the chlorine content exceeds 5 ppm, the characteristics of the fuel cell may deteriorate due to the elution of the impurities when the separator is molded.

また、黒鉛粒子としては、平均粒径1〜150μmのものを用いることが好ましく、また粒子のアスペクト比が10以下のものが好ましい。平均粒径が1μm未満になると成形性が低下してしまい、150μmを超えると成形品の表面平滑性が損なわれる恐れがある。また上記のアスペクト比が10を超えると、成形されるセパレータ1に異方性が生じ反りなどが生じる恐れがある。   Further, graphite particles having an average particle diameter of 1 to 150 μm are preferably used, and those having an aspect ratio of 10 or less are preferable. If the average particle size is less than 1 μm, the moldability is lowered, and if it exceeds 150 μm, the surface smoothness of the molded product may be impaired. On the other hand, if the aspect ratio exceeds 10, anisotropy may occur in the molded separator 1 and warping may occur.

また、この黒鉛粒子としては、特に2種以上の粒度分布を有するもの、すなわち平均粒径の異なる2種以上の粒子群を混合したものを用いることが好ましい。この場合、特に平均粒径1〜50μmの範囲のものと、平均粒径50〜100μmのものとを混合したものであることが好ましい。このような粒度分布を有する黒鉛粒子を用いると、粒径の大きい粒子は表面積が小さいため、少量の樹脂量でも混練を可能とすることが期待され、更に粒径の小さい粒子によって、黒鉛粒子同士の接触性を高める一方、成形品の強度を高めることが期待され、これにより、セパレータ1の嵩密度の向上、導電性の向上、ガス不透過性の向上、強度の向上等といった、性能の向上を図ることができる。このとき、平均粒径1〜50μmの粒子と平均粒径50〜100μmとの粒子の混合比は、適宜調整されるものであるが、特に前者対後者の混合比が、重量比で40:60〜90:10、特に65:35〜85:15であることが好ましい。   Further, as the graphite particles, it is particularly preferable to use those having two or more kinds of particle size distributions, that is, those obtained by mixing two or more kinds of particle groups having different average particle diameters. In this case, it is particularly preferable that the average particle size is in the range of 1 to 50 μm and the average particle size is in the range of 50 to 100 μm. When graphite particles having such a particle size distribution are used, particles having a large particle size have a small surface area, so that it is expected that kneading is possible even with a small amount of resin. It is expected that the strength of the molded product will be increased while improving the contact property of the separator, thereby improving the performance such as improvement of the bulk density of the separator 1, improvement of conductivity, improvement of gas impermeability, improvement of strength, etc. Can be achieved. At this time, the mixing ratio of the particles having an average particle diameter of 1 to 50 μm and the particles having an average particle diameter of 50 to 100 μm is appropriately adjusted. In particular, the mixing ratio of the former to the latter is 40:60 by weight. It is preferable that it is -90: 10, especially 65: 35-85: 15.

また、組成物中には、必要に応じて硬化開始剤、硬化触媒、ワックス(離型剤)、カップリング剤等の添加剤を含有させることができる。このとき、組成物中には第一アミン及び第二アミンを含有させないことが好ましいため、これらの添加剤としても、このようなアミン系化合物は用いないようにすることが好ましい。   The composition may contain additives such as a curing initiator, a curing catalyst, a wax (release agent), and a coupling agent as necessary. Since it is preferable not to contain a primary amine and a secondary amine in a composition at this time, it is preferable not to use such an amine compound also as these additives.

すなわち、エポキシ樹脂を用いる場合に使用される硬化開始剤(硬化剤)としては、非アミン系の化合物を用いることが好ましい。アミン系のものを用いる場合では、得られるセパレータ1の電気伝導度を高い状態に維持することが困難となり、また燃料電池の触媒を被毒する恐れもある。また硬化開始剤としては、酸無水物系の化合物も用いないようにすることが好ましい。酸無水物の化合物は硫酸酸性環境下等の耐酸性の環境下で加水分解して、電気伝導度が低下したり、不純物の溶出が増大してしまうおそれがある。   That is, it is preferable to use a non-amine compound as a curing initiator (curing agent) used when an epoxy resin is used. In the case of using an amine-based material, it is difficult to maintain the electric conductivity of the obtained separator 1 in a high state, and there is a risk of poisoning the fuel cell catalyst. Further, it is preferable not to use an acid anhydride compound as a curing initiator. An acid anhydride compound may be hydrolyzed in an acid-resistant environment such as a sulfuric acid acid environment, resulting in a decrease in electrical conductivity or an increase in impurity elution.

上記の硬化開始剤としては、特にフェノール系化合物を用いることが好ましいものであり、この場合、優れた特性の硬化物を得ることができる。   As the curing initiator, it is particularly preferable to use a phenol compound, and in this case, a cured product having excellent characteristics can be obtained.

このような硬化開始剤の含有量は適宜設定されるが、硬化開始剤に対するエポキシ樹脂の化学量論上の当量比が、1〜0.85となるようにすることが好ましい。   The content of such a curing initiator is appropriately set, but it is preferable that the stoichiometric equivalent ratio of the epoxy resin to the curing initiator is 1 to 0.85.

また、エポキシ樹脂を用いる場合に使用される硬化触媒(硬化促進剤)としては、適宜のものを含有することができるが、組成物中に第一アミン及び第二アミンを含有させないようにするため、非アミン系の化合物が用いることが好ましい。例えば、アミン系のジアミノジフェニルメタンなどは残存物が燃料電池の触媒を被毒する恐れがあり好ましくない。また、イミダゾール類は硬化後、塩素イオンを放出しやすくなるので不純物溶出の恐れがあり好ましくない。   Moreover, as a curing catalyst (curing accelerator) used when using an epoxy resin, although an appropriate thing can be contained, in order not to contain a primary amine and a secondary amine in a composition. It is preferable to use a non-amine compound. For example, amine-based diaminodiphenylmethane is not preferable because the residue may poison the fuel cell catalyst. In addition, imidazoles are not preferred because they easily release chlorine ions after curing, which may cause impurity elution.

エポキシ樹脂の硬化触媒としては、好ましくはリン系化合物が用いられる。その一例としては、トリフェニルホスフィンを挙げることができる。このようなリン系化合物を含有させると、成形品であるセパレータからの塩素イオンの溶出を抑制することができる。   As a curing catalyst for the epoxy resin, a phosphorus compound is preferably used. An example thereof is triphenylphosphine. When such a phosphorus compound is contained, elution of chlorine ions from the separator which is a molded product can be suppressed.

上記のような硬化開始剤や硬化触媒においても、それぞれ、イオン性不純物である塩素イオンの含有量とナトリウムイオンの含有量とが、共に重量比率でそれぞれ5ppm以下であることが好ましい。この場合、成形品であるセパレータからのイオン性不純物の溶出を更に抑制することができるものであり、各含有量が5ppmを超えると不純物の溶出量が多くなって、燃料電池として特性低下が発生する恐れがある。   Also in the curing initiator and the curing catalyst as described above, it is preferable that the content of chlorine ions, which are ionic impurities, and the content of sodium ions are both 5 ppm or less in weight ratio. In this case, elution of ionic impurities from the separator, which is a molded product, can be further suppressed. If each content exceeds 5 ppm, the amount of impurities elution increases, resulting in deterioration of characteristics as a fuel cell. There is a fear.

このような硬化触媒の含有量は適宜調整されるが、好ましくはエポキシ樹脂に対して0.5〜3重量部の範囲となるようにするものである。   The content of such a curing catalyst is appropriately adjusted, but is preferably in the range of 0.5 to 3 parts by weight with respect to the epoxy resin.

また、組成物中にはカップリング剤を含有させることができる。このカップリング剤としては、適宜のものが用いられるが、組成物中には第一アミン及び第二アミンは含有させないため、アミノシランは用いないようにすることが好ましい。アミノシランを用いる場合には、燃料電池の触媒を被毒する恐れがあり好ましくない。また、カップリング剤としてはメルカプトシランも用いないようにすることが好ましい。このメルカプトシランを用いた場合も、同様に燃料電池の触媒を被毒する恐れがあり好ましくない。   Moreover, a coupling agent can be contained in the composition. As this coupling agent, an appropriate one is used, but it is preferable not to use aminosilane since the primary amine and secondary amine are not contained in the composition. When aminosilane is used, there is a risk of poisoning the fuel cell catalyst, which is not preferable. Further, it is preferable not to use mercaptosilane as a coupling agent. The use of this mercaptosilane is also not preferable because it may similarly poison the fuel cell catalyst.

使用されるカップリング剤の例としては、シリコン系のシラン化合物、チタネート系、アルミニウム系のものを使用することができる。例えばシリコン系のカップリング剤としては、エポキシシランが適している。   As an example of the coupling agent used, a silicon-based silane compound, titanate-based, or aluminum-based one can be used. For example, epoxy silane is suitable as a silicon-based coupling agent.

カップリング剤は黒鉛粒子の表面に予め噴霧等により付着させておくことが好ましい。その添加量は適宜設定されるものであり、黒鉛粒子の比表面積に比し使用するカップリング剤の単位重量当たりの被覆面積を考慮する必要があるが、好ましくは、カップリング剤の被覆面積の総量が、黒鉛粒子の表面積の総量に対して、0.5〜2倍の範囲となるようにする。この値が多くなると成形品表面にブリードしてしまい金型表面を汚染するなどして、好ましくない。   The coupling agent is preferably attached to the surface of the graphite particles by spraying or the like in advance. The amount of addition is appropriately set, and it is necessary to consider the coating area per unit weight of the coupling agent to be used as compared with the specific surface area of the graphite particles. The total amount is in the range of 0.5 to 2 times the total surface area of the graphite particles. When this value increases, it is not preferable because it bleeds on the surface of the molded product and contaminates the mold surface.

また、組成物中にはワックス(離型剤)を含有させる場合には、適宜のものが用いられるが、特に天然カルナバワックスを用いることが好ましい。また、ワックスの含有量は適宜設定されるが、組成物全量に対して0.1〜2.5重量%の範囲であることが好ましく、この含有量が1重量%未満では金型成形時に十分な離型性が得られず、また2.5重量%を超えると、セパレータ1に必要とされる水との濡れ性が十分に得られなくなる恐れがある。   In addition, when a wax (release agent) is contained in the composition, an appropriate one is used, and natural carnauba wax is particularly preferably used. Further, the content of the wax is appropriately set, but is preferably in the range of 0.1 to 2.5% by weight with respect to the total amount of the composition, and if this content is less than 1% by weight, it is sufficient at the time of molding the mold. If the mold release property is not obtained, and if it exceeds 2.5% by weight, sufficient wettability with water required for the separator 1 may not be obtained.

また、このようなワックスにおいても、イオン性不純物である塩素イオンの含有量とナトリウムイオンの含有量とが、共に重量換算した値で5ppm以下であることが好ましい。各イオン性不純物の含有量が5ppmを超えると燃料電池としてその成形品を使用した場合、不純物が溶出し特性低下が発生する恐れがある。   Also in such a wax, it is preferable that the content of chlorine ions, which are ionic impurities, and the content of sodium ions are both 5 ppm or less in terms of weight. If the content of each ionic impurity exceeds 5 ppm, when the molded product is used as a fuel cell, the impurities may elute and the characteristics may deteriorate.

また、本発明では成形されるセパレータにおける、成形時の樹脂の流動方向と、この流動方向と直交する方向との間での接触抵抗の比が、2以下となるようにすることが好ましい。この値が2を超えると抵抗値に異方性が生じてしまい、燃料電池用セパレータ1としての特性が低下してしまう。   In the present invention, it is preferable that the ratio of the contact resistance between the flow direction of the resin during molding and the direction orthogonal to the flow direction in the molded separator is 2 or less. When this value exceeds 2, the resistance value becomes anisotropic, and the characteristics as the fuel cell separator 1 are deteriorated.

また、本発明にて調製される組成物は、この組成物で形成される成形品のTOC(total organic carbon)が100ppm以下となるようにすることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the composition prepared in the present invention has a TOC (total organic carbon) of a molded article formed from the composition of 100 ppm or less.

ここで、TOCは、比表面積20cm2/gの成形品を90℃で50時間処理した後の水溶液を用いて測定した数値である。このようなTOCは、例えばJIS K0102に準拠して島津製全有機炭素分析装置「TOC−50」などで測定することができる。測定方法は、サンプルの燃焼により発生したCO2濃度を非分散型赤外線ガス分析法で測定して、サンプル中の炭素濃度を定量する。炭素濃度を測定することによって、間接的に含有している有機物質濃度を測定でき、サンプル中の無機炭素(IC)、全炭素(TC)を測定し、全炭素と無機炭素の差(TC−IC)から全有機炭素(TOC)を計測する。 Here, TOC is a numerical value measured using an aqueous solution after processing a molded article having a specific surface area of 20 cm 2 / g at 90 ° C. for 50 hours. Such a TOC can be measured by, for example, Shimadzu total organic carbon analyzer “TOC-50” in accordance with JIS K0102. In the measurement method, the concentration of carbon in the sample is quantified by measuring the CO 2 concentration generated by burning the sample by a non-dispersive infrared gas analysis method. By measuring the carbon concentration, the concentration of organic substances contained indirectly can be measured, the inorganic carbon (IC) and total carbon (TC) in the sample are measured, and the difference between the total carbon and inorganic carbon (TC− IC) to measure total organic carbon (TOC).

上記のTOCが100ppmを超えると燃料電池としての特性低下が発生する恐れがあり、100ppm以下であるとこのような特性低下を抑制することができるものである。   If the above TOC exceeds 100 ppm, there is a risk that the characteristics of the fuel cell will deteriorate, and if it is 100 ppm or less, such characteristics deterioration can be suppressed.

ここで本発明においては、TOCの値は、原材料として高純度のものを選択したり、更に樹脂の当量比の調整や、後硬化処理を行うことなどで低減して調整することができる。   Here, in the present invention, the TOC value can be reduced and adjusted by selecting a high-purity raw material, adjusting the equivalent ratio of the resin, or performing post-curing treatment.

また、組成物全体における、水溶性イオンである塩素イオン、ナトリウムイオンの含有量が、それぞれ組成物全量に対して重量比率で5ppm以下であることが好ましい。この値が5ppmを超えると成形されるセパレータからの不純物の溶出によって、起動電圧低下等の燃料電池としての特性低下が発生するおそれがあり、この値が5ppm以下となるようにすることで、このような特性低下が発生しないようにすることができる。   Moreover, it is preferable that content of the chlorine ion and sodium ion which are water-soluble ion in the whole composition is 5 ppm or less by weight ratio with respect to the composition whole quantity, respectively. If this value exceeds 5 ppm, the elution of impurities from the molded separator may cause a decrease in characteristics as a fuel cell such as a decrease in starting voltage. By making this value 5 ppm or less, Such characteristic deterioration can be prevented from occurring.

上記の塩素イオン、ナトリウムイオンの含有量は、組成物を成形して得られる成形品から水溶性のイオンを抽出し、これをイオンクロマトグラフ法で評価測定したものを、組成物重量に基づいて換算することで導出することができる。このときの水溶性イオンの抽出は、比表面積20cm2/gの成形品をイオン交換水100mL中で、90℃で50時間処理することで行うことができる。 Based on the weight of the composition, the content of the above-mentioned chlorine ions and sodium ions is obtained by extracting water-soluble ions from a molded product obtained by molding the composition and evaluating and measuring the ions by ion chromatography. It can be derived by conversion. Extraction of water-soluble ions at this time can be performed by treating a molded article having a specific surface area of 20 cm 2 / g in 90 mL of ion-exchanged water at 90 ° C. for 50 hours.

燃料電池用セパレータ用樹脂組成物を調製する場合は、上記のような各成分を適宜の手法で混合し、必要に応じて混練・造粒等を行う。以下に、燃料電池用セパレータ成形用樹脂組成物の調製方法を説明する。   When preparing the resin composition for a fuel cell separator, the above components are mixed by an appropriate method, and kneading and granulation are performed as necessary. Below, the preparation method of the resin composition for separator formation for fuel cells is demonstrated.

本発明で用いられる組成物調製のための混合攪拌機は、容器5の内側に、一軸回転する攪拌具6が設けられる。攪拌具6は適宜の構成のものを用いることができ、また複数種の攪拌具6を複数個設けることもできる。またこの攪拌具6の回転軸12の方向も適宜設定することができるが、略水平方向の回転軸12を中心に回転するように形成したり、略鉛直方向の回転軸12を中心に回転するように形成したりすることができる。   The mixing stirrer for preparing the composition used in the present invention is provided with a stirring tool 6 that rotates uniaxially inside the container 5. The agitator 6 may have an appropriate configuration, and a plurality of types of agitators 6 may be provided. The direction of the rotating shaft 12 of the agitator 6 can also be set as appropriate. However, the stirrer 6 can be formed so as to rotate around the substantially horizontal rotating shaft 12 or rotate around the approximately vertical rotating shaft 12. It can be formed as follows.

図1は、組成物調製のための混合攪拌機の一例を示す。これは、容器5内に、この容器5内で、略鉛直方向の回転軸12を中心に回転する攪拌具6が設けられている。   FIG. 1 shows an example of a mixing stirrer for preparing a composition. This is provided in the container 5 with a stirring tool 6 that rotates around the rotation axis 12 in the substantially vertical direction.

図示の例では、容器5内の底部に攪拌具6として、同一の回転軸12を中心に回転する下羽根6aと上羽根6bが設けられている。下羽根6aは、回転軸12から互いに反対方向に向けて放射状に延出する二つの回転腕19から形成されている。また上羽根6bは、回転軸から放射状に外方に突出した複数の支持腕16の先端にて輪状の回転輪17を支持し、この回転輪17の外縁から二つの腕部18を放射状に外方に突出させた形状を有している。   In the illustrated example, a lower blade 6 a and an upper blade 6 b that rotate about the same rotating shaft 12 are provided as a stirring tool 6 at the bottom of the container 5. The lower blade 6a is formed of two rotating arms 19 that extend radially from the rotating shaft 12 in opposite directions. The upper blade 6b supports a ring-shaped rotating wheel 17 at the tips of a plurality of support arms 16 projecting radially outward from the rotating shaft, and radially disengages the two arm portions 18 from the outer edge of the rotating wheel 17. It has a shape that protrudes in the direction.

また、容器5の内容物を加熱することができるように形成することが好ましい。例えば容器5の隔壁を中空に形成して、この隔壁内に熱媒を流通させるなどして、内容物を加熱可能に形成することができる。   Moreover, it is preferable to form so that the contents of the container 5 can be heated. For example, the contents of the container 5 can be formed so as to be heatable by forming a hollow partition wall 5 and circulating a heating medium in the partition wall.

また、容器5内を減圧する減圧機構を設けることが好ましい。例えば容器5を密閉可能に形成すると共にこの容器5に吸引口を設け、この吸引口からの吸引により容器5内部を減圧可能に形成することができる。   Moreover, it is preferable to provide a decompression mechanism for decompressing the inside of the container 5. For example, the container 5 can be formed so as to be hermetically sealed, and a suction port is provided in the container 5, and the inside of the container 5 can be formed so as to be depressurized by suction from the suction port.

図2は、組成物調製のための混合攪拌機の、更に別の例を示す。これは、図1と同様に容器5内に、この容器5内で回転軸12を中心に回転する攪拌具6が設けられているが、図示の例では攪拌具6は略水平方向の回転軸12を中心に回転駆動するように形成されている。   FIG. 2 shows yet another example of a mixing stirrer for preparing the composition. As shown in FIG. 1, a stirrer 6 that rotates around a rotating shaft 12 in the container 5 is provided in the container 5. In the illustrated example, the stirrer 6 has a substantially horizontal rotating shaft. 12 is formed so as to be rotationally driven around the center.

攪拌具6は適宜の構成のものを用いることができ、また複数種の攪拌具6を複数個設けることもできる。図示のものでは、攪拌具6としてミキシングアーム6cとチョッパー6dとが設けられている。ミキシングアーム6cとチョッパー6dは、それぞれ容器の互いに対向し合う内側壁に沿った位置において、それぞれ異なる略水平方向の回転軸12に接続されている。   The agitator 6 may have an appropriate configuration, and a plurality of types of agitators 6 may be provided. In the illustrated one, a mixing arm 6 c and a chopper 6 d are provided as the stirring tool 6. The mixing arm 6c and the chopper 6d are connected to different substantially horizontal rotating shafts 12 at positions along inner walls facing each other of the container.

ミキシングアーム6cには、回転軸12(12a)に接続されている基端部からその外側に向けて放射状に突出する複数のアーム13が設けられており、この各アーム13は、対向する内側壁側に向けて略水平方向に曲成されている。   The mixing arm 6c is provided with a plurality of arms 13 projecting radially outward from the base end connected to the rotating shaft 12 (12a). It is bent in a substantially horizontal direction toward the side.

また、容器5内を減圧する減圧機構を設けることが好ましい。例えば容器5を密閉可能に形成すると共にこの容器5に吸引口を設け、この吸引口からの吸引により容器5内部を減圧可能に形成することができる。   Moreover, it is preferable to provide a decompression mechanism for decompressing the inside of the container 5. For example, the container 5 can be formed so as to be hermetically sealed, and a suction port is provided in the container 5, and the inside of the container 5 can be formed so as to be depressurized by suction from the suction port.

またチョッパー6dは図示の例では二つ設けられている。このチョッパー6dは、回転軸12(12b)に接続されている基端部から、対向する内側壁側に向けて略水平方向に延出するように形成されており、またこのチョッパー6dは上記の複数のアーム13に囲まれた位置に配置されている。チョッパー6dの外周面には、複数の攪拌棒14が外側に向けて放射状に突設されている。   Two choppers 6d are provided in the illustrated example. The chopper 6d is formed so as to extend in a substantially horizontal direction from the base end connected to the rotary shaft 12 (12b) toward the opposing inner wall, and the chopper 6d It is arranged at a position surrounded by a plurality of arms 13. On the outer peripheral surface of the chopper 6d, a plurality of stirring rods 14 project radially outwardly.

また図中の15は、容器5内に液体をスプレー状に噴射するスプレーノズルを示す。   Reference numeral 15 in the figure denotes a spray nozzle that sprays liquid into the container 5 in a spray form.

このような図1,2に示す混合攪拌機を用いて組成物の調製を行うにあたっては、容器5内に組成物の原料を投入した状態で、攪拌具6を、その最外縁部の周速度が15m/秒以下となるように回転させる。複数個の攪拌具6や複数種類の攪拌具6が設けられている場合には、全ての攪拌具6をこのような条件で回転させる。すなわち、図1に示す例では、上羽根6aの最外縁部(腕部18の先端)と、下羽根6bの最外縁部(回転腕19の先端)とが、共に周速度が15m/秒以下となるように回転させるものであり、また図2に示す例では、ミキシングアーム6cの最外縁部(アーム13の最外縁部)と、チョッパー6dの最外縁部(攪拌棒14の先端)とが、共に周速度が15m/秒以下となるように回転させるものである。   In preparing the composition using such a mixing stirrer shown in FIGS. 1 and 2, the peripheral speed of the outermost edge portion of the stirring tool 6 is kept in a state where the raw material of the composition is put in the container 5. Rotate to 15 m / sec or less. When a plurality of stirring tools 6 and a plurality of types of stirring tools 6 are provided, all the stirring tools 6 are rotated under such conditions. That is, in the example shown in FIG. 1, the outermost edge part (tip of the arm part 18) of the upper blade 6a and the outermost edge part (tip of the rotating arm 19) of the lower blade 6b both have a peripheral speed of 15 m / second or less. In the example shown in FIG. 2, the outermost edge of the mixing arm 6c (the outermost edge of the arm 13) and the outermost edge of the chopper 6d (the tip of the stirring bar 14) are Both are rotated so that the peripheral speed is 15 m / sec or less.

このような条件で攪拌混合を行うことで、容器5の内容物を十分に攪拌混合して、熱硬化性樹脂に対して黒鉛粒子等の他の成分が十分に分散混合された組成物を得ることができるものであり、また攪拌混合の過程における黒鉛粒子の劈開が抑制されて、調製される組成物の流動性の悪化が防止され、この組成物によるセパレータ1の作製時における高い成形性を維持することができるものである。ここで、上記の攪拌具6の最外縁部の周速度の下限は特に制限されないが、均一に混合するためにはこの周速度を5m/秒以上とすることが好ましい。   By stirring and mixing under such conditions, the contents of the container 5 are sufficiently stirred and mixed to obtain a composition in which other components such as graphite particles are sufficiently dispersed and mixed with the thermosetting resin. In addition, the cleavage of the graphite particles in the process of stirring and mixing is suppressed, so that the fluidity of the prepared composition is prevented from being deteriorated. It can be maintained. Here, the lower limit of the peripheral speed of the outermost edge portion of the agitator 6 is not particularly limited, but it is preferable to set the peripheral speed to 5 m / second or more in order to mix uniformly.

また攪拌具6の回転駆動による攪拌混合時に、容器5の熱硬化性樹脂を含む内容物を、熱硬化性樹脂の溶融開始温度以上の温度で加熱することが好ましい。この場合、熱硬化性樹脂を溶融させた状態で攪拌混合を行って、更に均一な攪拌混合が可能となる。   Moreover, it is preferable to heat the content containing the thermosetting resin in the container 5 at a temperature equal to or higher than the melting start temperature of the thermosetting resin at the time of stirring and mixing by rotating the stirring tool 6. In this case, stirring and mixing are performed in a state where the thermosetting resin is melted, and further uniform stirring and mixing can be performed.

上記の図1,2に示されるような混合攪拌機を用いた組成物の調製方法の、更に具体的な例を説明する。   A more specific example of the method for preparing the composition using the mixing stirrer as shown in FIGS.

例えば、まず組成物を構成する各成分を配合したものを容器5内に投入し、攪拌具6を所定の条件で回転駆動して混合する。このとき容器5を加熱することで、その内容物を組成物中の熱硬化性樹脂の溶融開始温度以上の温度に加熱することが好ましい。この容器5の加熱温度は、組成物を構成する熱硬化性樹脂の種類に応じて適宜設定されるが、好ましくはこの加熱温度の上限を120℃となるようにする。またこのときの攪拌時間は5〜30分間とすることが好ましい。このように熱硬化性樹脂が溶融した状態で混合することで、熱硬化性樹脂と、黒鉛粒子等の他の成分とを均一に混合することができる。   For example, first, a mixture of components constituting the composition is put into the container 5, and the agitator 6 is rotationally driven and mixed under predetermined conditions. At this time, it is preferable to heat the contents of the container 5 to a temperature equal to or higher than the melting start temperature of the thermosetting resin in the composition by heating the container 5. Although the heating temperature of this container 5 is suitably set according to the kind of thermosetting resin which comprises a composition, Preferably the upper limit of this heating temperature shall be 120 degreeC. Moreover, it is preferable that the stirring time at this time shall be 5 to 30 minutes. Thus, by mixing the thermosetting resin in a molten state, the thermosetting resin and other components such as graphite particles can be mixed uniformly.

次いで、容器5内に、上記の熱硬化性樹脂が溶解する溶媒を加え、更に攪拌具6を所定の条件で回転駆動して混合を続ける。このときの攪拌時間は5〜30分間とすることが好ましい。これにより更に熱硬化性樹脂と、黒鉛粒子等の他の成分とを更に均一に混合することができる。またこのとき同時に、上記と同様に容器5を加熱することで、その内容物を組成物中の熱硬化性樹脂の溶融開始温度以上の温度に加熱すれば、更に均一な混合を可能にすることができる。   Next, a solvent in which the thermosetting resin is dissolved is added into the container 5, and the stirring tool 6 is further rotated under predetermined conditions to continue mixing. The stirring time at this time is preferably 5 to 30 minutes. Thereby, the thermosetting resin and other components such as graphite particles can be further uniformly mixed. At the same time, by heating the container 5 in the same manner as described above, if the contents are heated to a temperature equal to or higher than the melting start temperature of the thermosetting resin in the composition, further uniform mixing is possible. Can do.

上記の溶媒は熱硬化性樹脂の種類等に応じて適宜選択されるが、例えばイソプロピルアルコールを挙げることができる。また溶媒の使用量は、熱硬化性樹脂を全て溶解することができるように適宜の量に調整されるが、好ましくは溶媒の使用量が、組成物の原料の全固形分に対して50重量%以下となるようにするものであり、溶媒の使用量がこの範囲を超えると、溶媒の揮散に要する時間が長くなって生産性が低下する。またこの使用量は、更に好ましくは25重量%以下となるようにする。   Although said solvent is suitably selected according to the kind etc. of thermosetting resin, isopropyl alcohol can be mentioned, for example. The amount of the solvent used is adjusted to an appropriate amount so that all the thermosetting resin can be dissolved. Preferably, the amount of the solvent used is 50% by weight based on the total solid content of the composition raw material. %, And if the amount of the solvent used exceeds this range, the time required for the solvent to evaporate becomes longer and the productivity decreases. The amount used is more preferably 25% by weight or less.

溶媒を加える際には適宜の手法を採用できるが、溶媒を容器5内に滴下し、或いは噴霧することが好ましい。特に噴霧により添加すると、樹脂分と黒鉛粒子とを馴染ませながら混合することができると共に、組成物中に大きな塊が発生することを防いで微細な粒状の組成物を得ることが可能となり、優れた成形性を有する組成物を得ることができる。溶媒の噴射条件は、噴霧圧0.05〜0.3MPa、噴霧空気量5〜50ml/分、液圧0.05〜0.5MPaとすることが好ましく、この範囲において、上記効果が十分に発揮される
次いで、更に攪拌具6を所定の条件で回転駆動させると共に溶媒を揮散させることで、組成物の造粒が行われる。このときの攪拌時間は5〜30分間とすることが好ましい。
溶媒の揮散は、容器5内を加熱したり、或いは容器5内を減圧したりすることで行うことができる。例えば、容器5内を加熱すると共に減圧することで溶媒を揮散させることができ、このとき例えば容器5内を熱硬化性樹脂が溶解する温度以上の温度に加熱すると共に、この容器5内を0.1MPa〜0.01MPaの圧力範囲に減圧することができる。このような状態で攪拌混合を続けると、溶媒が揮散して内容物の粘度が高まり、造粒がなされ、粒状の組成物が調製される。溶媒が残存すると成形品中に空隙が発生しガス透過性が低下してしまう恐れがある。
An appropriate method can be adopted when adding the solvent, but it is preferable to drop or spray the solvent into the container 5. Especially when added by spraying, the resin component and graphite particles can be mixed while blending, and it becomes possible to obtain a fine granular composition by preventing the formation of large lumps in the composition. A composition having excellent moldability can be obtained. The solvent injection conditions are preferably a spray pressure of 0.05 to 0.3 MPa, an amount of spray air of 5 to 50 ml / min, and a fluid pressure of 0.05 to 0.5 MPa. Next, the composition is granulated by further rotating the stirring tool 6 under predetermined conditions and volatilizing the solvent. The stirring time at this time is preferably 5 to 30 minutes.
Volatilization of the solvent can be performed by heating the inside of the container 5 or reducing the pressure inside the container 5. For example, the solvent can be volatilized by heating the inside of the container 5 and reducing the pressure. At this time, for example, the inside of the container 5 is heated to a temperature higher than the temperature at which the thermosetting resin dissolves, and the inside of the container 5 is set to 0. The pressure can be reduced to a pressure range of 1 MPa to 0.01 MPa. When stirring and mixing are continued in such a state, the solvent is volatilized, the viscosity of the contents is increased, granulation is performed, and a granular composition is prepared. If the solvent remains, voids may be generated in the molded product and gas permeability may be reduced.

また、得られた組成物は、更に整粒機等で粉砕するなどして、更に小径の粒状に形成することができ、例えば粒径500μm以下となるようにすることができる。   Moreover, the obtained composition can be further pulverized with a granulator or the like to be formed into a smaller particle size, for example, a particle size of 500 μm or less.

上記のような混合攪拌機を用いた組成物の調製方法の他例を説明する。   Another example of the method for preparing the composition using the above mixing stirrer will be described.

本例では、組成物を構成する各成分のうち、まず熱硬化性樹脂を除いたものを容器5内に投入し、攪拌具6を回転駆動して混合する。このときの攪拌時間は5〜30分間とすることが好ましい。   In this example, out of the components constituting the composition, the one excluding the thermosetting resin is first put into the container 5, and the stirrer 6 is rotationally driven to be mixed. The stirring time at this time is preferably 5 to 30 minutes.

次いで、容器5内に熱硬化性樹脂を溶媒に溶解した状態で加え、更に攪拌混合を続ける。溶媒は熱硬化性樹脂の種類等に応じて適宜選択されるが、例えばイソプロピルアルコールを挙げることができる。また溶媒の使用量は、熱硬化性樹脂を全て溶解することができるように適宜の量に調整されるが、好ましくは溶媒の使用量が、組成物の原料の全固形分に対して50重量%以下となるようにするものであり、溶媒の使用量がこの範囲を超えると、溶媒の揮散に要する時間が長くなって生産性が低下する。またこの使用量は、更に好ましくは25重量%以下となるようにする。   Next, the thermosetting resin is added to the container 5 in a state dissolved in a solvent, and stirring and mixing are continued. The solvent is appropriately selected according to the type of thermosetting resin, and examples thereof include isopropyl alcohol. The amount of the solvent used is adjusted to an appropriate amount so that all the thermosetting resin can be dissolved. Preferably, the amount of the solvent used is 50% by weight based on the total solid content of the composition raw material. %, And if the amount of the solvent used exceeds this range, the time required for the solvent to evaporate becomes longer and the productivity decreases. The amount used is more preferably 25% by weight or less.

溶媒に溶解した熱硬化性樹脂を加える際には適宜の手法を採用できるが、このものを容器5内に滴下し、或いは噴霧することが好ましい。特に噴霧により添加を行うと、樹脂分と黒鉛粒子とを馴染ませながら混合することができると共に、組成物中に大きな塊が発生することを防いで微細な粒状の組成物を得ることが可能となり、優れた成形性を有する組成物を得ることができる。溶媒に溶解した熱硬化性樹脂の噴射条件は、噴霧圧0.05〜0.3MPa、噴霧空気量5〜50ml/分、液圧0.05〜0.5MPaとすることが好ましく、この範囲において、上記効果が十分に発揮される。   An appropriate method can be adopted when adding the thermosetting resin dissolved in the solvent, but it is preferable to drop or spray this into the container 5. In particular, when added by spraying, the resin component and graphite particles can be mixed while being blended, and it becomes possible to obtain a fine granular composition by preventing the formation of large lumps in the composition. A composition having excellent moldability can be obtained. The spray conditions of the thermosetting resin dissolved in the solvent are preferably a spray pressure of 0.05 to 0.3 MPa, a spray air amount of 5 to 50 ml / min, and a fluid pressure of 0.05 to 0.5 MPa. The above effects are sufficiently exhibited.

このときの攪拌時間は5〜30分間とすることが好ましい。このように熱硬化性樹脂が溶媒に溶解した状態で攪拌混合を行うことで、熱硬化性樹脂と、黒鉛粒子等の他の成分とが更に均一に混合される。   The stirring time at this time is preferably 5 to 30 minutes. Thus, by performing stirring and mixing in a state where the thermosetting resin is dissolved in the solvent, the thermosetting resin and other components such as graphite particles are further uniformly mixed.

また、この攪拌混合の際には、容器5を加熱することで、その内容物を組成物中の熱硬化性樹脂の溶融開始温度以上の温度に加熱することが好ましい。この容器5の加熱温度は、組成物を構成する熱硬化性樹脂の種類に応じて適宜設定されるが、加熱温度の上限は、130℃とすることが好ましい。これにより、熱硬化性樹脂と、黒鉛粒子等の他の成分とが更に均一に混合される。   Moreover, in the case of this stirring and mixing, it is preferable to heat the container 5 to a temperature equal to or higher than the melting start temperature of the thermosetting resin in the composition. Although the heating temperature of this container 5 is suitably set according to the kind of thermosetting resin which comprises a composition, it is preferable that the upper limit of heating temperature shall be 130 degreeC. Thereby, thermosetting resin and other components, such as a graphite particle, are mixed further more uniformly.

次いで、更に攪拌具6を所定の条件で回転駆動させると共に溶媒を揮散させることで、組成物の造粒が行われる。このときの攪拌時間は5〜30分間とすることが好ましい。
溶媒の揮散は、容器5内を加熱したり、或いは容器5内を減圧したりすることで行うことができる。例えば、容器5内を加熱すると共に減圧することで溶媒を揮散させることができ、このとき例えば容器5内を熱硬化性樹脂が溶解する温度以上の温度に加熱すると共に、この容器5内を0.1MPa〜0.01MPaの圧力範囲に減圧することができる。このような状態で攪拌混合を続けると、溶媒が揮散して内容物の粘度が高まり、造粒がなされ、粒状の組成物が調製される。溶媒が残存すると成形品中に空隙が発生しガス透過性が低下してしまう恐れがある。
Next, the composition is granulated by further rotating the stirrer 6 under predetermined conditions and volatilizing the solvent. The stirring time at this time is preferably 5 to 30 minutes.
Volatilization of the solvent can be performed by heating the inside of the container 5 or reducing the pressure inside the container 5. For example, the solvent can be volatilized by heating the inside of the container 5 and reducing the pressure. At this time, for example, the inside of the container 5 is heated to a temperature higher than the temperature at which the thermosetting resin dissolves, and the inside of the container 5 is set to 0. The pressure can be reduced to a pressure range of 1 MPa to 0.01 MPa. When stirring and mixing are continued in such a state, the solvent is volatilized, the viscosity of the contents is increased, granulation is performed, and a granular composition is prepared. If the solvent remains, voids may be generated in the molded product and gas permeability may be reduced.

また、得られた組成物は、更に整粒機等で粉砕するなどして、更に小径の粒状に形成することができ、例えば粒径500μm以下となるようにすることができる。   Moreover, the obtained composition can be further pulverized with a granulator or the like to be formed into a smaller particle size, for example, a particle size of 500 μm or less.

上記のようにして得られる燃料電池用セパレータ成形用樹脂組成物は、燃料電池用セパレータ1の成形に供される。このときの成形法としては、射出成形や圧縮成形など、適宜の手法を採用することができる。セパレータ1は既述のように図3に示すような形状に形成することができる。   The resin composition for molding a fuel cell separator obtained as described above is used for molding the fuel cell separator 1. As a molding method at this time, an appropriate method such as injection molding or compression molding can be employed. As described above, the separator 1 can be formed in a shape as shown in FIG.

このような成形の過程においては、組成物の調製方法として特に上記のような調製方法を採用すると、この組成物は成形過程において上記のように黒鉛粒子に劈開が生じにくくなっており、この結果、組成物は良好な流動性を有し、優れた成形性を有するものである。このため、セパレータ1に複数の微細な凸部(リブ)1aを形成する場合などのように複雑な形状に形成する場合にも成形時の未充填の発生を抑制して成形不良を防止することができる。また、上記のように組成物の粒径を500μm以下となるようにすると、成形時の未充填を更に抑制することができる。   In such a molding process, when the above-described preparation method is employed as a method for preparing the composition, the composition is less likely to cleave the graphite particles as described above during the molding process. The composition has good fluidity and excellent moldability. For this reason, also when forming in a complicated shape like the case where a plurality of fine convex parts (ribs) 1a are formed in the separator 1, the occurrence of unfilling at the time of molding is suppressed and molding defects are prevented. Can do. Moreover, when the particle size of the composition is 500 μm or less as described above, unfilling at the time of molding can be further suppressed.

また、セパレータ1は、上記のように第一アミン及び第二アミンを含有しない組成物から形成すると、このセパレータ1を用いて燃料電池を作製し、これを稼動させた場合、白金触媒の被毒を抑制することができ、これにより燃料電池の出力低下を抑制することができるものである。   Further, when the separator 1 is formed from a composition not containing a primary amine and a secondary amine as described above, a fuel cell is produced using the separator 1, and when this is operated, poisoning of the platinum catalyst This can suppress the decrease in the output of the fuel cell.

以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples.

(実施例1〜3,5〜8、比較例)
攪拌混合機としては、図2に示す構成のもの((株)ダルトン製「スパルタンリューザー RMO−2H」)を用い、その容器5に、表1に示す組成となるように原料を入れ、容器5を温水で90℃に加熱した状態で、表1の「攪拌具回転数」の欄に記載された公転数及び自転数にて攪拌具6を遊星回転させて5分間、攪拌した後、溶媒(イソプロパノール)を25重量部添加した。溶媒の添加にあたっては、噴霧圧0.2MPa、噴霧空気量25ml/分、液圧0.3MPaの条件で噴霧を行った。この溶媒の添加後に更に10分攪拌を続けた。次に90℃で真空ポンプを用いて減圧乾燥して溶媒イソプロパノールを完全に除去した。得られた混練物を整粒機で粒径500μm以下に粉砕した。
(Examples 1-3, 5-8, comparative examples)
As the stirring mixer, the one having the structure shown in FIG. 2 ("Spartan Luzer RMO-2H" manufactured by Dalton Co., Ltd.) was used, and the raw materials were put into the container 5 so as to have the composition shown in Table 1, and the container In a state where 5 is heated to 90 ° C. with warm water, the stirrer 6 is planetarily rotated at the revolution number and rotation number described in the column of “Stirrer Rotation Speed” in Table 1 and stirred for 5 minutes. 25 parts by weight of (isopropanol) was added. In adding the solvent, spraying was performed under the conditions of a spraying pressure of 0.2 MPa, a spraying air amount of 25 ml / min, and a liquid pressure of 0.3 MPa. Stirring was continued for another 10 minutes after the addition of the solvent. Next, the solvent isopropanol was completely removed by drying under reduced pressure at 90 ° C. using a vacuum pump. The obtained kneaded material was pulverized to a particle size of 500 μm or less with a granulator.

得られた粉砕物を、温度175℃、圧力34.3MPa(350kg/cm2)の条件で20分間成形し、脱型して、図3に示すような形状のセパレータ1を得た。 The obtained pulverized product was molded for 20 minutes under conditions of a temperature of 175 ° C. and a pressure of 34.3 MPa (350 kg / cm 2 ), and demolded to obtain a separator 1 having a shape as shown in FIG.

(実施例4)
攪拌混合機としては、図1に示す構成のもの(三井鉱山社製「三井ヘンシェルミキサ FM20」)を用い、その容器5に、エポキシ樹脂を除いて、表1に示す組成となるように原料を入れ、容器5を温水で90℃に加熱した状態で、表1の「攪拌具回転数」の欄に記載された公転数及び自転数にて攪拌具6を遊星回転させて5分間、攪拌した後、溶媒(イソプロパノール)25重量部に溶解されたエポキシ樹脂を添加した。溶媒に溶解されたエポキシ樹脂の添加にあたっては、噴霧圧0.2MPa、噴霧空気量25ml/分、液圧0.3MPaの条件で噴霧を行った。この溶媒及びエポキシ樹脂の添加後に更に10分攪拌を続けた。次に90℃で真空ポンプを用いて減圧乾燥して溶媒イソプロパノールを完全に除去した。得られた混練物を整粒機で粒径500μm以下に粉砕した。
Example 4
As the stirring mixer, the one shown in FIG. 1 (“Mitsui Henschel Mixer FM20” manufactured by Mitsui Mining Co., Ltd.) is used, and the raw materials are prepared in the container 5 so that the composition shown in Table 1 is obtained except for the epoxy resin. In the state where the container 5 was heated to 90 ° C. with warm water, the stirring tool 6 was planetarily rotated at the revolution number and the rotation speed described in the column of “Stirring tool rotational speed” in Table 1 and stirred for 5 minutes. Thereafter, an epoxy resin dissolved in 25 parts by weight of a solvent (isopropanol) was added. When the epoxy resin dissolved in the solvent was added, spraying was performed under the conditions of a spraying pressure of 0.2 MPa, a spraying air amount of 25 ml / min, and a liquid pressure of 0.3 MPa. Stirring was continued for an additional 10 minutes after the addition of this solvent and epoxy resin. Next, the solvent isopropanol was completely removed by drying under reduced pressure at 90 ° C. using a vacuum pump. The obtained kneaded material was pulverized to a particle size of 500 μm or less with a granulator.

得られた粉砕物を、温度175℃、圧力34.3MPa(350kg/cm2)の条件で20分間成形し、脱型して、図3に示すような形状のセパレータ1を得た。 The obtained pulverized product was molded for 20 minutes under conditions of a temperature of 175 ° C. and a pressure of 34.3 MPa (350 kg / cm 2 ), and demolded to obtain a separator 1 having a shape as shown in FIG.

(評価)
・TOC測定:JIS K0551−4.3に準拠し、まず成形品をメタノールで1分間洗浄した後、イオン交換水にて1分間洗浄した。次いで、ガラスビン中に成形品とイオン交換水とを、成形品10gに対してイオン交換水が100mlとなるように入れ、90℃で50時間処理した。処理後のイオン交換水中に燐酸を添加してpH2以下に調整した後、湿式酸化−赤外線式TOC測定法(東レエンジニアリング社製「東レアストロTOC自動分析計MODEL1800」を使用)にて、有機炭酸量を測定した。
(Evaluation)
-TOC measurement: According to JIS K0551-4.3, the molded article was first washed with methanol for 1 minute and then washed with ion-exchanged water for 1 minute. Next, the molded product and ion-exchanged water were placed in a glass bottle so that the amount of ion-exchanged water was 100 ml with respect to 10 g of the molded product, and treated at 90 ° C for 50 hours. After adjusting the pH to 2 or less by adding phosphoric acid to the ion-exchanged water after the treatment, the amount of organic carbonic acid is measured by a wet oxidation-infrared TOC measurement method (using “Toray Stro TOC Automatic Analyzer MODEL1800” manufactured by Toray Engineering Co., Ltd.). Was measured.

・水溶性イオン分析(イオンクロマト測定):成形品をメタノールにて1分間洗浄した後、イオン交換水で1分間洗浄した。次いで、ポリエチレンビン中に成形品とイオン交換水とを、成形品10gに対してイオン交換水が100mlとなるように入れ、90℃で50時間処理した。処理後のイオン交換水(抽出水)をイオンクロマトグラフィ(島津製作所社製「CDD−6A」)で測定した。   Water-soluble ion analysis (ion chromatography measurement): The molded product was washed with methanol for 1 minute and then washed with ion-exchanged water for 1 minute. Next, the molded product and ion-exchanged water were placed in a polyethylene bottle so that the amount of ion-exchanged water was 100 ml with respect to 10 g of the molded product, and treated at 90 ° C. for 50 hours. The ion-exchanged water (extracted water) after the treatment was measured by ion chromatography (“CDD-6A” manufactured by Shimadzu Corporation).

・電気伝導度評価:成形品をメタノールにて1分間洗浄した後、イオン交換水で1分間洗浄した。次いで、ポリエチレンビン中に成形品とイオン交換水とを、成形品10gに対してイオン交換水が100mlとなるように入れ、90℃で50時間処理した。処理後のイオン交換水(抽出水)を導電率計で測定した。   Electrical conductivity evaluation: The molded product was washed with methanol for 1 minute and then washed with ion-exchanged water for 1 minute. Next, the molded product and ion-exchanged water were placed in a polyethylene bottle so that the amount of ion-exchanged water was 100 ml with respect to 10 g of the molded product, and treated at 90 ° C. for 50 hours. The ion-exchanged water (extracted water) after the treatment was measured with a conductivity meter.

・成形性評価:各実施例及び比較例につき、同一条件で10個のサンプルを成形し、その外観を観察して未充填の有無を確認し、未充填が発生したものを「不良」としてその発生数にて評価した。   -Formability evaluation: For each example and comparative example, 10 samples were molded under the same conditions, the appearance was observed to check for unfilled, and the unfilled occurred as "bad" The number of occurrences was evaluated.

・接触抵抗(面積抵抗)の測定方法:厚さ3mmの試料(セパレータ)の上下にカーボンペーパーを配置し、更にその上下に銅板を配置し、上下方向に面圧0.5MPaの圧力をかけた。そして、2枚のカーボンペーパー間の電圧を電圧計で読むと同時に、2枚の銅板間の電流を電流計で読んで抵抗(平均値)を計算した。なお、使用したカーボンペーパーは、東レ社製のTGP−H−Mシリーズ(090M:厚さ0.28mm、120M:厚さ0.38mm)である。   -Contact resistance (area resistance) measurement method: Carbon paper was placed above and below a 3 mm thick sample (separator), copper plates were further placed above and below it, and a surface pressure of 0.5 MPa was applied in the vertical direction. . The voltage between the two carbon papers was read with a voltmeter, and at the same time, the current between the two copper plates was read with an ammeter, and the resistance (average value) was calculated. The carbon paper used is TGP-H-M series (090M: thickness 0.28 mm, 120M: thickness 0.38 mm) manufactured by Toray.

・燃料電池の起電力電力値の変化率評価:各実施例及び比較例につき、得られたセパレータ1,1の間に、固体高分子電解質膜2とガス拡散電極(燃料電極と酸化剤電極)3,3とを介在させて、図3に示す構造の燃料電池を作製した。そして、外部回路を接続した状態でこれらの燃料電池1を1000時間連続的に動作させ、起電力の電圧値(V)の経時的な変動の様子をそれぞれ調査した。初期値に対する変化率で表示した。   ・ Evaluation of change rate of electromotive force value of fuel cell: For each of the examples and comparative examples, between the obtained separators 1 and 1, a solid polymer electrolyte membrane 2 and a gas diffusion electrode (fuel electrode and oxidant electrode) A fuel cell having the structure shown in FIG. Then, these fuel cells 1 were continuously operated for 1000 hours in a state where an external circuit was connected, and the state of fluctuation of the voltage value (V) of the electromotive force with time was investigated. The rate of change relative to the initial value is displayed.

Figure 2005071888
Figure 2005071888

表中の各成分の詳細は次の通りである
・エポキシ樹脂A:クレゾールノボラック型エポキシ樹脂(日本化薬社製「EOCN−1020−75」、エポキシ当量199、融点75℃)
・硬化開始剤:フェノールノボラック樹脂(群栄化学社製「PSM6200」、OH当量105)
・フェノール樹脂A:レゾール型フェノール樹脂(群栄化学社製「サンプルA」、融点75℃、13C−NMR分析によるオルト−オルト25〜35%、オルト−パラ60〜70%、パラ−パラ5〜10%)
・硬化触媒:トリフェニルホスフィン(北興化学社製「TPP」)
・黒鉛粒子A:人造黒鉛(中越黒鉛工業所社製「SGS30A」、平均粒径30μm、灰分0.05%、ナトリウムイオン3ppm、塩化物イオン1ppm)
・黒鉛粒子B:天然黒鉛(中越黒鉛工業所社製「WR50A」、平均粒径50μm、灰分0.05%、ナトリウムイオン4ppm、塩化物イオン2ppm)
・カップリング剤:エポキシシラン(日本ユニカー社製「A187」)
・ワックスA:天然カルナバワックス(大日化学社製「H1−100」、融点83℃)
・ワックスB:モンタン酸ビスアマイド(大日化学社製「J−900」、融点123℃)
The details of each component in the table are as follows: Epoxy resin A: Cresol novolak type epoxy resin (“EOCN-1020-75” manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd., epoxy equivalent 199, melting point 75 ° C.)
Curing initiator: phenol novolac resin (Gunei Chemical Co., Ltd. “PSM6200”, OH equivalent 105)
Phenol resin A: resol type phenol resin (“Sample A” manufactured by Gunei Chemical Co., Ltd., melting point 75 ° C., ortho-ortho 25-35% by 13C-NMR analysis, ortho-para 60-70%, para-para 5 10%)
・ Curing catalyst: Triphenylphosphine (“TPP” manufactured by Hokuko Chemical Co., Ltd.)
Graphite particles A: artificial graphite (“SGS30A” manufactured by Chuetsu Graphite Industries Co., Ltd., average particle size 30 μm, ash content 0.05%, sodium ion 3 ppm, chloride ion 1 ppm)
Graphite particles B: natural graphite (“WR50A” manufactured by Chuetsu Graphite Industries Co., Ltd., average particle size 50 μm, ash content 0.05%, sodium ion 4 ppm, chloride ion 2 ppm)
Coupling agent: Epoxy silane (“A187” manufactured by Nihon Unicar)
Wax A: natural carnauba wax (“H1-100” manufactured by Dainichi Chemical Co., Ltd., melting point: 83 ° C.)
Wax B: Montanic acid bisamide (“J-900” manufactured by Dainichi Chemical Co., Ltd., melting point: 123 ° C.)

本発明の実施の形態の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of embodiment of this invention. (a)(b)は、本発明の実施の形態の他例を示す断面図である。(A) (b) is sectional drawing which shows the other example of embodiment of this invention. (a)及び(b)は燃料電池の構成の一例を示す斜視図である。(A) And (b) is a perspective view which shows an example of a structure of a fuel cell.

符号の説明Explanation of symbols

5 容器
6 攪拌具
5 Container 6 Stirrer

Claims (7)

黒鉛粒子と熱硬化性樹脂とを必須成分として含有する燃料電池用セパレータ成形用樹脂組成物の製造方法において、黒鉛粒子と熱硬化性樹脂とを含む原料を容器内に入れ、容器内で攪拌具を、その最外縁部の周速度が15m/秒以下となるように回転させることにより容器内の内容物を攪拌混合し、次いで容器内に前記熱硬化性樹脂が溶解する溶媒を加えると共に攪拌具を、その最外縁部の周速度が15m/秒以下となるように回転させて攪拌混合及び造粒を行うことを特徴とする燃料電池用セパレータ成形用樹脂組成物の製造方法。   In a method for producing a resin composition for molding a fuel cell separator containing graphite particles and a thermosetting resin as essential components, a raw material containing graphite particles and a thermosetting resin is placed in a container, and a stirring tool is placed in the container. , The contents in the container are stirred and mixed so that the peripheral speed of the outermost edge is 15 m / second or less, and then the solvent in which the thermosetting resin is dissolved is added to the container and the stirring tool is added. , And stirring and mixing and granulation are performed so that the peripheral speed of the outermost edge is 15 m / sec or less. 上記熱硬化性樹脂が溶解する溶媒を、容器内に噴霧により加えることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池用セパレータ成形用樹脂組成物の製造方法。   2. The method for producing a fuel cell separator molding resin composition according to claim 1, wherein a solvent in which the thermosetting resin is dissolved is added into the container by spraying. 黒鉛粒子と熱硬化性樹脂とを必須成分として含有する燃料電池用セパレータ成形用樹脂組成物の製造方法において、熱硬化性樹脂以外の原料を容器内に入れ、容器内で攪拌具を、その最外縁部の周速度が15m/秒以下となるように回転させることにより容器内の内容物を攪拌混合し、次いで容器内に前記熱硬化性樹脂を溶媒に溶解した状態で加えると共に攪拌具を、その最外縁部の周速度が15m/秒以下となるように回転させて攪拌混合及び造粒を行うことを特徴とする燃料電池用セパレータ成形用樹脂組成物の製造方法。   In the method for producing a fuel cell separator molding resin composition containing graphite particles and a thermosetting resin as essential components, raw materials other than the thermosetting resin are placed in a container, and a stirrer is placed in the container. The contents in the container are stirred and mixed by rotating so that the peripheral speed of the outer edge is 15 m / sec or less, and then the thermosetting resin is added to the container in a state of being dissolved in a solvent and a stirring tool is added. A method for producing a resin composition for molding a fuel cell separator, comprising stirring and mixing and granulating by rotating the outermost peripheral portion so that the peripheral speed is 15 m / sec or less. 上記溶媒に溶解した状態の熱硬化性樹脂を、容器内に噴霧により加えることを特徴とする請求項3に記載の燃料電池用セパレータ成形用樹脂組成物の製造方法。   The method for producing a resin composition for molding a fuel cell separator according to claim 3, wherein the thermosetting resin dissolved in the solvent is added into the container by spraying. 熱硬化性樹脂の溶融開始温度以上の温度で加熱しながら攪拌混合を行うことを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の燃料電池用セパレータ成形用樹脂組成物の製造方法。   The method for producing a resin composition for molding a fuel cell separator according to any one of claims 1 to 4, wherein stirring and mixing are performed while heating at a temperature equal to or higher than a melting start temperature of the thermosetting resin. 上記黒鉛粒子の使用量が、原料全体の75〜90重量%であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の燃料電池用セパレータ成形用樹脂組成物の製造方法。   The method for producing a resin composition for molding a fuel cell separator according to any one of claims 1 to 5, wherein the amount of the graphite particles used is 75 to 90% by weight of the whole raw material. 上記黒鉛粒子が、天然黒鉛又は人造黒鉛であり、且つ精製されたものであることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の燃料電池用セパレータ成形用樹脂組成物の製造方法。
The method for producing a fuel cell separator molding resin composition according to any one of claims 1 to 6, wherein the graphite particles are natural graphite or artificial graphite and have been purified.
JP2003302178A 2003-08-26 2003-08-26 Manufacturing method for separator-molding resin composition for fuel cell Withdrawn JP2005071888A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003302178A JP2005071888A (en) 2003-08-26 2003-08-26 Manufacturing method for separator-molding resin composition for fuel cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003302178A JP2005071888A (en) 2003-08-26 2003-08-26 Manufacturing method for separator-molding resin composition for fuel cell

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2005071888A true JP2005071888A (en) 2005-03-17

Family

ID=34406515

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003302178A Withdrawn JP2005071888A (en) 2003-08-26 2003-08-26 Manufacturing method for separator-molding resin composition for fuel cell

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2005071888A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007005263A (en) * 2005-06-27 2007-01-11 Matsushita Electric Works Ltd Composition for molding separator for fuel cell and separator for fuel cell
JP2007149466A (en) * 2005-11-25 2007-06-14 Matsushita Electric Works Ltd Fuel cell separator, resin composition for it, and its manufacturing method

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007005263A (en) * 2005-06-27 2007-01-11 Matsushita Electric Works Ltd Composition for molding separator for fuel cell and separator for fuel cell
JP2007149466A (en) * 2005-11-25 2007-06-14 Matsushita Electric Works Ltd Fuel cell separator, resin composition for it, and its manufacturing method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4417886B2 (en) Manufacturing method of material for molding fuel cell separator
US20100021793A1 (en) Fuel Cell Separator Material and Process of Producing the Same
JP4797317B2 (en) Method for producing separator for polymer electrolyte fuel cell, and separator for polymer electrolyte fuel cell
JP5249609B2 (en) Fuel cell separator and manufacturing method thereof
JP5249610B2 (en) Manufacturing method of fuel cell separator
KR100649516B1 (en) Fuel Cell-Use Separator
JP4281471B2 (en) Resin composition for molding fuel cell separator and separator for fuel cell
JP5391005B2 (en) Manufacturing method of fuel cell separator and fuel cell separator
JPH11354138A (en) Ribbed fuel-cell separator, its manufacture, and fuel cell
JP2005071886A (en) Manufacturing method for separator-molding resin composition for fuel cell
JP2006040728A (en) Carbon composite material for molding fuel cell separator and fuel cell separator
JP2005071888A (en) Manufacturing method for separator-molding resin composition for fuel cell
TWI389380B (en) An isolator material for fuel cell and a method for manufacturing the same
JP4915637B2 (en) Composition for molding fuel cell separator and fuel cell separator
JP4810142B2 (en) Manufacturing method of fuel cell separator
JP4254698B2 (en) Resin composition for fuel cell separator and fuel cell separator
JP5185661B2 (en) Fuel cell separator
JP5624298B2 (en) Manufacturing method of fuel cell separator and fuel cell separator
US9048010B2 (en) Method for preparing an electrically conducting article
JP2005339953A (en) Prepreg for fuel cell, separator for fuel cell consisting of this prepreg and manufacturing method for it
JP2005339899A (en) Resin composite for fuel cell separator
JP5845458B2 (en) Manufacturing method of fuel cell separator
JP4989880B2 (en) Fuel cell separator, resin composition therefor and method for producing the same
JP5000853B2 (en) Method for producing fuel cell separator material, fuel cell separator and fuel cell
KR102340427B1 (en) Composite for fuel cell bipolar plate and its preparation method

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20061107