JP2009110944A - 燃料電池用セパレータ用樹脂組成物及び燃料電池用セパレータ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】(A)エポキシ樹脂 、(B)硬化剤、(C)硬化促進剤、(D)炭素材料を必須成分とし、かつ、(A)エポキシ樹脂または(B)硬化剤の軟化温度が40℃以上90℃以下であり、(D)炭素材料の5〜100質量%が、平均粒径60μm以上500μm以下の低結晶性人造黒鉛であることを特徴とする燃料電池用セパレータ用樹脂組成物。
【選択図】図1
Description
(1)(A)エポキシ樹脂 、(B)硬化剤、(C)硬化促進剤、(D)炭素材料を必須成分とし、かつ、(A)エポキシ樹脂または(B)硬化剤の軟化温度が40℃以上90℃以下であり、(D)炭素材料の5〜100質量%が、平均粒径60μm以上500μm以下の低結晶性人造黒鉛であることを特徴とする燃料電池用セパレータ用樹脂組成物。
(2)(B)硬化剤の含有量が(A)エポキシ樹脂のエポキシ基1個当たり0.8〜1.2当量であり、(C)硬化促進剤の含有量が(B)硬化剤100質量部に対し0.01〜10質量部であり、かつ、(D)炭素材料の含有量が樹脂組成物全量の35〜85質量%であることを特徴とする上記(1)記載の燃料電池用セパレータ用樹脂組成物。
(3)(D)炭素材料の結晶面間隔が0.3362nm以上0.3390nm以下であることを特徴とする上記(1)または(2)記載の燃料電池用セパレータ用樹脂組成物。
(4)(B)硬化剤が分子中に2個以上のフェノール性水酸基を有することを特徴とする上記(1)〜(3)の何れか1項に記載の燃料電池用セパレータ用樹脂組成物。
(5)(A)エポキシ樹脂が多官能エポキシ樹脂であることを特徴とする上記(1)〜(4)の何れか1項に記載の燃料電池用セパレータ用樹脂組成物。
(6)(C)硬化促進剤が、下記(i)〜(v)の何れか1種であることを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載の燃料電池用セパレータ用樹脂組成物。
(i)下記一般式(I)または(II)で表され、分子量300以上1000以下のリン化合物
(ii)ジアザビシクロ化合物と有機酸との塩
(iii)一般式「X−NH−CO−NYZ(Xは飽和または不飽和アルキル基及びこれらの誘導体、アリール基及びその誘導体から選ばれる一種であり、Y、Zは同一または異なっていても良い飽和もしくは不飽和アルキル基である)」で表される尿素誘導体
(iv)分子量100以上のイミダゾール化合物
(v)分子量120以上1000以下の3級アミン化合物
(7)上記(1)〜(6)の何れか1項に記載の燃料電池用セパレータ用樹脂組成物を射出成形してなることを特徴とする燃料電池用セパレータ。
DBU(ナカライテスク社製特級試薬)10gをジクロロメタン20mlに溶解し、ジアザビシクロ化合物溶液を調製した。これとは別に、オルソフタル酸(ナカライテスク社製特級試薬)またはフェノールノボラック(明和化成製「DL92」、軟化点約90℃)10gをジクロロメタン20mlに溶解し、有機酸溶液を調製した。ジアザビシクロ化合物溶液と有機酸溶液とを所定の割合で混合して5分間攪拌し、析出した結晶を濾別し、ヘキサンで洗浄後・乾燥してDBU−オルソフタル酸塩またはDBU−フェノールノボラック塩を作製した。尚、DBU−オルソフタル酸塩はDBU:オルソフタル酸=152:166(質量比)、DBU−フェノールノボラック塩はDBU:フェノールノボラック=30:70(質量比)となるように調整した。
ジアザビシクロ化合物と有機酸との塩以外の硬化促進剤は市販されている試薬をそのまま用いた。即ち、表1の脚注に示すように、尿素誘導体は保土ヶ谷化学の製品、トリフェニルホスフィンはケイアイ化成の製品、リン化合物は北興化学の製品、イミダゾール化合物は四国化成工業の製品、アミン化合物はナカライテスク製特級試薬を用いた。
炭素材料として、低結晶性人造黒鉛と針状人造黒鉛を用いた。尚、平均粒径60μm以上の低結晶性人造黒鉛はほとんど市販されておらず、低結晶性人造黒鉛の一種である等方性人造黒鉛の成形体である黒鉛るつぼ(東洋炭素製)を粉砕し、メッシュで分級したものを低結晶性人造黒鉛として使用した。低結晶性人造黒鉛の結晶面間隔は、X線回折装置(リガク製 )を用い、ステップ幅0.01deg、スキャン速度0.3sec/stepにて、2θ=25〜30deg付近に観察される最大ピークである002面ピークの2θ位置から求めた。また、低結晶性人造黒鉛の平均粒径は、レーザー回折式粒度分布計(島津製作所製)を用いて測定した。
表1に示す配合に従い、材料合計500gを10Lのヘンシェルミキサーで予備混合した後、1Lの加圧ニーダーで、チャンバー温度100℃で5分間混練した。尚、エポキシ樹脂と硬化剤のフェノールノボラック1,2とは、何れも、当量比で1:1となる量である。これを粉砕機で粒径約2mmの粒子状に粉砕して成形材料とし、射出成形を行った。表1の配合の単位は質量%である。
射出成形機として型締め力80tの熱硬化性樹脂用成形機(菱屋精工製)を用い、シリンダー温度はホッパ下50℃、ノズルは90℃とし、金型温度は170℃とし、射出速度20mm/sec、硬化時間は60〜300秒、成形圧力は30〜70MPaの範囲で適宜設定した。この射出成形機を用い、成形材料を1辺100mm、厚さ2mmの正方形薄板状の形状に射出成形した。得られた成形体に切断加工を施したものを試験体とした。
室温における曲げ強度を測定した。結果を表1に併記する。
射出成形時の金型温度を170℃とし、成形体が破損することなく取り出せる最小時間を脱型可能時間として評価した。時間は60秒から30秒刻みで設定し、最大300秒とした。脱型可能時間が短いほど短時間で硬化するため、成形サイクルが短くなり好ましい。結果を表1に併記する。
図2に示す方法で貫通方向の抵抗を測定し、導電性の評価を行った。試料21を、カーボンペーパー22を介して電極23にセットし、電極間に流した電流(電流計24で測定)とカーボンペーパー間の電圧(電圧計25で測定)から、電気抵抗を計算し、更にこれに試料面積を掛けて貫通方向の抵抗率とした。結果を表1に併記する。
JIS-K-7199に準じ、キャピラリーレオメータ(東洋精機キャピログラフ)を用い、成形材料の硬化反応による粘度上昇が見られる前の170℃、剪断速度1000sec-1の時の粘度を測定した。結果を表1に併記する。
ムービングダイレオメータ(モンサントMDR2000)を用いて、成形材料の100℃における硬化反応の進行に伴うトルク変化を測定した。測定時間は10分とした。トルクが上昇したものは硬化が進行したことを表す。結果を表1に記載する。表1には、10分以内にトルク上昇が確認されないものは「○」、トルク上昇が確認されたものは「×」を熱安定性の欄に記した。
11 平板部
12 隔壁
13 チャネル
21 試料
22 カーボンペーパー
23 電極
24 電流計
25 電圧計
Claims (7)
- (A)エポキシ樹脂 、(B)硬化剤、(C)硬化促進剤、(D)炭素材料を必須成分とし、かつ、(A)エポキシ樹脂または(B)硬化剤の軟化温度が40℃以上90℃以下であり、(D)炭素材料の5〜100質量%が、平均粒径60μm以上500μm以下の低結晶性人造黒鉛であることを特徴とする燃料電池用セパレータ用樹脂組成物。
- (B)硬化剤の含有量が(A)エポキシ樹脂のエポキシ基1個当たり0.8〜1.2当量であり、(C)硬化促進剤の含有量が(B)硬化剤100質量部に対し0.01〜10質量部であり、かつ、(D)炭素材料の含有量が樹脂組成物全量の35〜85質量%であることを特徴とする請求項1記載の燃料電池用セパレータ用樹脂組成物。
- (D)炭素材料の結晶面間隔が0.3362nm以上0.3390nm以下であることを特徴とする請求項1または2記載の燃料電池用セパレータ用樹脂組成物。
- (B)硬化剤が分子中に2個以上のフェノール性水酸基を有することを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の燃料電池用セパレータ用樹脂組成物。
- (A)エポキシ樹脂が多官能エポキシ樹脂であることを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の燃料電池用セパレータ用樹脂組成物。
- (C)硬化促進剤が、下記(i)〜(v)の何れか1種であることを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載の燃料電池用セパレータ用樹脂組成物。
(i)下記一般式(I)または(II)で表され、分子量300以上1000以下のリン化合物
(ii)ジアザビシクロ化合物と有機酸との塩
(iii)一般式「X−NH−CO−NYZ(Xは飽和または不飽和アルキル基及びこれらの誘導体、アリール基及びその誘導体から選ばれる一種であり、Y、Zは同一または異なっていても良い飽和もしくは不飽和アルキル基である)」で表される尿素誘導体
(iv)分子量100以上のイミダゾール化合物
(v)分子量120以上1000以下の3級アミン化合物 - 請求項1〜6の何れか1項に記載の燃料電池用セパレータ用樹脂組成物を射出成形してなることを特徴とする燃料電池用セパレータ。
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