JP2011034807A - Manufacturing method of fuel cell separator, and fuel cell separator - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method of a fuel cell separator which has a high hydrophilicity applied on the surface of the separator and can maintain this hydrophilicity for a long period, and can maintain a high power generation efficiency of the fuel cell by preventing closure of a gas supply and exhaust groove by water droplet. <P>SOLUTION: A molding composition is formed which contains a thermosetting resin containing epoxy resin, a curing agent containing a phenolic compound, and graphite particles, and in which the equivalent ratio of the epoxy resin to the phenolic compound is 0.8-1.2. A surface treatment is applied on the surface of the molding 1 obtained by burning and spraying a gas containing a reforming agent compound including a silicon compound or an aluminum compound. Since the epoxy resin and phenolic compound are blended in the molding composition and their blending ratio is adjusted, and by this very simple method, a hydroxyl group is distributed in the molding 1, thereby at the time of surface treatment, the silicon compound or the like is easily jointed firmly to the hydroxy group on the surface of the molding 1. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池セパレータの製造方法及び燃料電池セパレータに関するものである。   The present invention relates to a method for manufacturing a fuel cell separator and a fuel cell separator.

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2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枚の燃料電池セパレータA,Aの間に、固体高分子電解質膜4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2を構成する。   FIG. 2 shows an example of a polymer electrolyte fuel cell. A solid high fuel cell is disposed between two fuel cell separators A and A 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 molecular electrolyte membrane 4 and the gas diffusion electrodes (fuel electrode and oxidant electrode) 3 and 3, and several tens to several hundreds of unit cells are arranged in parallel. A battery body (cell stack) is formed. The convex portion 1a constitutes a gas supply / discharge groove 2 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し、ノートパソコン搭載用では、10〜20個の単位セルで構成することができる。   Such a cell stack is composed of, for example, 50 to 100 unit cells for a stationary type for home use, 400 to 500 unit cells for mounting on a car, and 10 to 10 for a laptop computer. It can be composed of 20 unit cells.

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 : H→2H+2e…(1)
酸化剤電極反応 : 2H+2e+1/2O→HO…(2)
全体反応 : H+1/2O→H
即ち、燃料電極上で水素(H)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4中を酸化剤電極上まで移動し、酸化剤電極上で酸素(O)と反応して水(HO)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 4 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 to 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、燃料電池セパレータAは、図2(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2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 A includes a plurality of gas supply / discharge grooves on one or both sides of a thin plate-like body as shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b). 2 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. Or plays an important role in dissipating heat generated in the fuel cell to the outside.

この固体高分子型燃料電池においては、上記反応により生成した水滴がセパレータAの酸化剤電極側の表面に付着すると、ガス供給排出用溝2が閉塞されて酸素ガスの流量が低下し、発電効率が低下するというフラッディングの問題がある。このため、セパレータA表面に付着した水を効率よく排出するために活発な検討がなされている。   In this polymer electrolyte fuel cell, when water droplets generated by the above reaction adhere to the surface of the separator A on the side of the oxidant electrode, the gas supply / discharge groove 2 is closed, and the flow rate of oxygen gas is reduced. There is a problem of flooding that decreases. For this reason, active examination is made in order to discharge efficiently the water adhering to the separator A surface.

例えば特許文献1では、セパレータの表面に真空紫外光照射装置から真空紫外光を照射することで、セパレータの表面の濡れ性を向上させることが提案されているが、生産性に乏しく実用に適さないという問題がある。   For example, Patent Document 1 proposes improving the wettability of the separator surface by irradiating the surface of the separator with vacuum ultraviolet light from a vacuum ultraviolet light irradiation device, but the productivity is poor and not suitable for practical use. There is a problem.

また、特許文献2ではセパレータ表面に親水性フェノール樹脂や親水性エポキシ樹脂を成膜することが提案され、特許文献3では親水性作用基を有するシラン化合物を成膜することが提案されているが、特許文献2の場合はセパレータの電気特性が悪化する恐れがあり、また特許文献3の場合はシラン化合物を成膜する工程が複雑であって実用に適さない。   Patent Document 2 proposes to form a film of hydrophilic phenol resin or hydrophilic epoxy resin on the separator surface, and Patent Document 3 proposes to form a silane compound having a hydrophilic functional group. In the case of Patent Document 2, the electrical characteristics of the separator may be deteriorated, and in the case of Patent Document 3, the process of forming a silane compound is complicated and is not suitable for practical use.

また、特許文献4ではケイ素化合物を含有する成形材料からセパレータを形成することが提案されているが、成形性が低下してしまうという欠点を有している。   Moreover, although patent document 4 proposes forming a separator from a molding material containing a silicon compound, it has a drawback that moldability is lowered.

また、特許文献5において、セパレータをまず加熱炉中で加熱する前処理した後、バーナーからの火炎でフレーム処理を施すことにより、セパレータの親水性の向上を図っているが、親水性を長時間持続させることはできていない。   In Patent Document 5, the separator is first heated in a heating furnace and then subjected to flame treatment with a flame from a burner to improve the hydrophilicity of the separator. It cannot be sustained.

更に、特許文献6において、ケイ素化合物等を含む気体を燃焼させながらセパレータ表面に吹き付けることが提案されている。この方法は、処理効率が高く、また処理後のセパレータの表面には高い親水性が付与される。   Furthermore, Patent Document 6 proposes that a gas containing a silicon compound or the like is sprayed on the separator surface while burning. This method has high processing efficiency, and high hydrophilicity is imparted to the surface of the separator after processing.

しかし、この特許文献6における方法であっても、セパレータの表面の親水性は経時的に悪化してしまい、親水性を長期間持続させることはできないものであった。   However, even with the method in Patent Document 6, the hydrophilicity of the separator surface deteriorates with time, and the hydrophilicity cannot be maintained for a long time.

特開2003−142116号公報JP 2003-142116 A 特開2000−251903号公報JP 2000-251903 A 特開2007-299754号公報JP 2007-299754 A 特開2008−186642号公報JP 2008-186642 A 特開2002−313356号公報JP 2002-313356 A 特開2006−185729号公報JP 2006-185729 A

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、セパレータの表面に高い親水性を付与すると共にこの親水性を長期間維持することができ、ガス供給排出用溝が水滴により閉塞されることを防いで燃料電池の高い発電効率を維持することができる燃料電池セパレータの製造方法及び燃料電池セパレータを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above points, and can impart high hydrophilicity to the surface of the separator and maintain this hydrophilicity for a long period of time, and the gas supply / discharge groove is closed by water droplets. It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a fuel cell separator and a fuel cell separator capable of maintaining the high power generation efficiency of the fuel cell.

本発明者らは、鋭意研究の結果、ケイ素化合物等を含む気体を燃焼させながら燃料電池セパレータの表面に吹き付けることで親水性を向上するにあたり、燃料電池セパレータの親水性を長期間維持するための手法を見出し、本発明の完成に至ったものである。   As a result of diligent research, the inventors of the present invention have improved the hydrophilicity by spraying the surface of the fuel cell separator while burning a gas containing a silicon compound or the like. The technique has been found and the present invention has been completed.

本発明に係る燃料電池セパレータAの製造方法は、エポキシ樹脂を含む熱硬化性樹脂、フェノール系化合物を含む硬化剤、及び黒鉛粒子を含有し、前記フェノール系化合物に対する前記エポキシ樹脂の当量比が0.8〜1.2の範囲である成形用組成物を成形し、得られた成形体1の表面に、ケイ素化合物又はアルミニウム化合物を含む改質剤化合物を含む気体を燃焼させながら吹き付ける表面処理を施すことを特徴とする。   The manufacturing method of the fuel cell separator A according to the present invention includes a thermosetting resin containing an epoxy resin, a curing agent containing a phenolic compound, and graphite particles, and an equivalent ratio of the epoxy resin to the phenolic compound is 0. A surface treatment in which a molding composition in the range of 0.8 to 1.2 is molded and sprayed on the surface of the obtained molded body 1 while burning a gas containing a modifier compound containing a silicon compound or an aluminum compound. It is characterized by giving.

このため、成形用組成物中にエポキシ樹脂とフェノール系化合物とを配合すると共にその配合比を調整するという非常に簡易な手法によって成形体1に水酸基を分布させることができる。これにより、表面処理時には、成形体1の表面の水酸基にケイ素化合物等が強固に結合しやすくなり、このため燃料電池セパレータAの表面の親水性が長期間維持される。   For this reason, a hydroxyl group can be distributed in the molded object 1 by the very simple method of mix | blending an epoxy resin and a phenolic compound in a molding composition, and adjusting the compounding ratio. Thereby, at the time of surface treatment, it becomes easy for a silicon compound or the like to be firmly bonded to the hydroxyl group on the surface of the molded body 1, and thus the hydrophilicity of the surface of the fuel cell separator A is maintained for a long time.

また、本発明に係る他の燃料電池セパレータAの製造方法は、熱硬化性フェノール樹脂を含む熱硬化性樹脂、及び黒鉛粒子を含有する成形用組成物を成形し、得られた成形体1の表面に、ケイ素化合物又はアルミニウム化合物を含む改質剤化合物を含む気体を燃焼させながら吹き付ける表面処理を施すことを特徴とする。   Moreover, the manufacturing method of the other fuel cell separator A which concerns on this invention shape | molds the molding composition containing the thermosetting resin containing a thermosetting phenol resin, and a graphite particle, and obtained molded object 1 of A surface treatment is performed on the surface by spraying a gas containing a modifier compound containing a silicon compound or an aluminum compound while burning.

このため、成形用組成物中に熱硬化性樹脂として熱硬化性フェノール樹脂を配合するという非常に簡易な手法によって成形体1に水酸基を分布させることができ、これにより、表面処理時には、成形体1の表面の水酸基にケイ素化合物等が強固に結合しやすくなり、このため燃料電池セパレータAの表面の親水性が長期間維持される。   For this reason, it is possible to distribute hydroxyl groups in the molded body 1 by a very simple method of blending a thermosetting phenol resin as a thermosetting resin in the molding composition. It becomes easy for a silicon compound or the like to be firmly bonded to the hydroxyl group on the surface of 1, and thus the hydrophilicity of the surface of the fuel cell separator A is maintained for a long time.

本発明においては、前記成形体1の、前記表面処理が施される面の算術平均高さRa(JIS B0601:2001)が0.4〜1.6μmの範囲であることが好ましい。この場合、成形体1に対する前記表面処理の処理効率が高くなり、燃料電池セパレータAの表面の親水性を更に向上すると共にこの親水性を長期間維持することができるようになる。   In this invention, it is preferable that arithmetic mean height Ra (JIS B0601: 2001) of the surface to which the said surface treatment is given of the said molded object 1 is the range of 0.4-1.6 micrometers. In this case, the treatment efficiency of the surface treatment on the molded body 1 is increased, and the hydrophilicity of the surface of the fuel cell separator A can be further improved and the hydrophilicity can be maintained for a long time.

本発明においては、前記成形体1にプラズマ処理を施した後、前記表面処理を施すことが好ましい。この場合、プラズマ処理によって成形体1の表面に更に反応性官能基を導入し、表面処理時に前記反応性感応基にケイ素化合物等が強固に結合しやすくなり、このため燃料電池セパレータAの表面の親水性が更に向上すると共にこの親水性を長期間維持することができるようになる。   In the present invention, the surface treatment is preferably performed after the molded body 1 is subjected to plasma treatment. In this case, a reactive functional group is further introduced into the surface of the molded body 1 by plasma treatment, and a silicon compound or the like is easily bonded to the reactive sensitive group during the surface treatment. The hydrophilicity is further improved and the hydrophilicity can be maintained for a long time.

本発明においては、前記ケイ素化合物が、シラン化合物及びシリコーン化合物のうち少なくとも一方であることが好ましい。   In the present invention, the silicon compound is preferably at least one of a silane compound and a silicone compound.

この場合、燃料電池セパレータAの表面の親水性を特に向上することができる。   In this case, the hydrophilicity of the surface of the fuel cell separator A can be particularly improved.

また、本発明においては、前記改質剤化合物が、アルキルシラン化合物、アルコキシシラン化合物、シロキサン化合物、シラザン化合物、アルキルアルミニウム化合物、およびアルコキシアルミニウム化合物から選択される少なくとも一種を含有することが好ましい。   In the present invention, the modifier compound preferably contains at least one selected from alkylsilane compounds, alkoxysilane compounds, siloxane compounds, silazane compounds, alkylaluminum compounds, and alkoxyaluminum compounds.

この場合、燃料電池セパレータAの表面の親水性を特に向上することができる。   In this case, the hydrophilicity of the surface of the fuel cell separator A can be particularly improved.

また、本発明においては、前記成形体1における前記表面処理が施される面に、幅Aと深さBとの比A/Bが1以上となるガス供給排出用溝2を形成することが好ましい。この場合、成形体1の表面にガス流路となるガス供給排出用溝2を形成しつつ、この成形体1に対する前記表面処理の処理効率を高く維持することができ、燃料電池セパレータAの表面の親水性を更に向上すると共にこの親水性を長期間維持することができるようになる。   In the present invention, a gas supply / discharge groove 2 having a ratio A / B of width A to depth B of 1 or more is formed on the surface of the molded body 1 on which the surface treatment is performed. preferable. In this case, it is possible to maintain a high processing efficiency of the surface treatment for the molded body 1 while forming a gas supply / discharge groove 2 serving as a gas flow path on the surface of the molded body 1. The hydrophilicity of the resin can be further improved and the hydrophilicity can be maintained for a long time.

また、本発明においては、前記表面処理された面の接触抵抗が15mΩcm以下となるように前記表面処理を施すことが好ましい。この場合、燃料電池セパレータAの親水性を向上すると共に、この燃料電池セパレータAによる燃料電池で発電した電気エネルギーを外部へ伝達する機能を高いレベルで維持することができる。 In the present invention, the surface treatment is preferably performed so that the contact resistance of the surface-treated surface is 15 mΩcm 2 or less. In this case, the hydrophilicity of the fuel cell separator A can be improved, and the function of transmitting electric energy generated by the fuel cell using the fuel cell separator A to the outside can be maintained at a high level.

また、本発明においては、前記表面処理された面の水との静的接触角が0〜50°の範囲となるように前記表面処理を施すことが好ましい。   Moreover, in this invention, it is preferable to perform the said surface treatment so that the static contact angle with the water of the said surface-treated surface may be in the range of 0-50 degrees.

この場合、燃料電池セパレータAの表面の親水性を特に向上することができる。   In this case, the hydrophilicity of the surface of the fuel cell separator A can be particularly improved.

本発明に係る燃料電池セパレータAは、前記のような方法によって製造されたことを特徴とするものである。   The fuel cell separator A according to the present invention is manufactured by the method as described above.

本発明によれば、燃料電池セパレータの表面の親水化処理を簡便な手法により高効率でおこなうことができると共にこの燃料電池セパレータの親水性を長期間に亘って維持することができ、燃料電池セパレータにおけるガス供給排出用溝が水滴により閉塞されることを防いでこの燃料電池セパレータを組み込んだ燃料電池の発電効率を長期間に亘って高く維持することができるようになる。   According to the present invention, the hydrophilic treatment of the surface of the fuel cell separator can be performed with high efficiency by a simple method and the hydrophilicity of the fuel cell separator can be maintained over a long period of time. This prevents the gas supply / discharge groove in the fuel cell from being blocked by water droplets, so that the power generation efficiency of the fuel cell incorporating this fuel cell separator can be maintained high over a long period of time.

本発明の実施の形態の一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of embodiment of this invention. (a)は燃料電池の単位セルを、(b)は前記単位セルにおける燃料電池セパレータをそれぞれ示す概略の斜視図である。(A) is a schematic perspective view showing a unit cell of the fuel cell, and (b) is a schematic perspective view showing a fuel cell separator in the unit cell.

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.

燃料電池セパレータA(以下、セパレータAという)を製造するための成形用組成物は、熱硬化性樹脂及び黒鉛粒子を、必須成分として含有する。   A molding composition for producing a fuel cell separator A (hereinafter referred to as separator A) contains a thermosetting resin and graphite particles as essential components.

また、成形用組成物は、第一アミン及び第二アミンを含有しないことが好ましい。すなわち、この成形用組成物中には、置換基−NH及び−NHを有する化合物は含有させないことが好ましい。また、更に成形用組成物には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、この成形用組成物から形成されるセパレータA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。 Moreover, it is preferable that a molding composition does not contain a primary amine and a secondary amine. That is, it is preferable not to contain the compound having substituents —NH and —NH 2 in the molding composition. Further, it is preferable that the molding composition does not contain a tertiary amine. For this reason, the separator A formed from this molding composition does not poison the platinum catalyst in the fuel cell, and can suppress a decrease in electromotive force when the fuel cell is used for a long time. .

前記熱硬化性樹脂はエポキシ樹脂と熱硬化性フェノール樹脂のうち少なくとも一方を必須成分とする。エポキシ樹脂及び熱硬化性フェノール樹脂は良好な溶融粘度を有すると共に不純物が少なく、特にイオン性不純物が少ない点で優れている。   The thermosetting resin contains at least one of an epoxy resin and a thermosetting phenol resin as an essential component. Epoxy resins and thermosetting phenol resins are excellent in that they have a good melt viscosity and a small amount of impurities, in particular, a small amount of ionic impurities.

熱硬化性樹脂全量に対するエポキシ樹脂及び熱硬化性フェノール樹脂の含有量は50〜100質量%の範囲にあることが好ましく、熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂のみ、熱硬化性フェノール樹脂のみ、或いはエポキシ樹脂と熱硬化性フェノール樹脂のみであれば特に好ましい。   The content of the epoxy resin and the thermosetting phenol resin with respect to the total amount of the thermosetting resin is preferably in the range of 50 to 100% by mass, and the thermosetting resin is the epoxy resin only, the thermosetting phenol resin only, or the epoxy resin And thermosetting phenol resin alone are particularly preferred.

エポキシ樹脂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。また、エポキシ樹脂として溶融粘度が低粘度の樹脂を選択すれば、成形性用組成物の成形性を維持しつつ、成形用組成物及びセパレータA中に黒鉛粒子を高充填することができる。   It is preferable to use a solid epoxy resin, and it is particularly preferable to use an epoxy 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. Further, if a resin having a low melt viscosity is selected as the epoxy resin, the molding composition and the separator A can be highly filled with graphite particles while maintaining the moldability of the moldability composition.

熱硬化性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。また、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液状であるが、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、成形用組成物中で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 using a thermosetting phenol resin, it is particularly preferable to use a phenol resin that undergoes a polymerization reaction by ring-opening polymerization. Examples of such phenol resins include benzoxazine resins. In this case, since gas due to dehydration is not generated in the molding process, voids are not generated in the molded product, and a decrease in gas permeability can be suppressed. In addition, it is also preferable to use a resol type phenol resin. At this time, for example, 13C-NMR analysis shows a resol type having a structure of ortho-ortho 25-35%, ortho-para 60-70%, para-para 5-10%. It is preferable to use a phenol resin. The resol resin is usually in a liquid state, but the resol type phenol resin can easily adjust the softening point and can easily have 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 this melting point is less than 70 ° C., it tends to aggregate in the molding composition, and the handleability may be reduced.

またエポキシ樹脂及び熱硬化性フェノール樹脂以外の他の樹脂を併用してもよい。例えばポリイミド樹脂、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用いることができる。但し、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ため、使用しないことが望ましい。   Moreover, you may use together other resin other than an epoxy resin and a thermosetting phenol resin. For example, one or more kinds of resins selected from polyimide resins, melamine resins, unsaturated polyester resins, diallyl phthalate resins, and the like can be used. However, it is desirable not to use a resin containing an ester bond because it may hydrolyze in an acid resistant environment.

また、熱硬化性樹脂として、セパレータAの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も適している。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。   Moreover, it is also suitable to use a polyimide resin as a thermosetting resin at the point which contributes to the improvement of the heat resistance and acid resistance of the separator A. 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.

エポキシ樹脂を使用する場合、成形用組成物は硬化剤を必須成分とし、この硬化剤はフェノール系化合物を必須成分とする。このフェノール系化合物としては、ノボラック型フェノール樹脂、クレゾールノボラック型フェノール樹脂、多官能フェノール樹脂、アラルキル変性フェノール樹脂等が挙げられる。   When an epoxy resin is used, the molding composition has a curing agent as an essential component, and this curing agent includes a phenolic compound as an essential component. Examples of the phenol compound include novolak type phenol resins, cresol novolac type phenol resins, polyfunctional phenol resins, aralkyl-modified phenol resins, and the like.

硬化剤全量に対するフェノール系化合物の含有量は、エポキシ樹脂の使用量に依存して決定される。また、硬化剤がフェノール系化合物のみであれば特に好ましい。   The content of the phenolic compound relative to the total amount of the curing agent is determined depending on the amount of the epoxy resin used. Further, it is particularly preferable that the curing agent is only a phenol compound.

また、フェノール系化合物以外の他の硬化剤を併用する場合、他の硬化剤は非アミン系の化合物であることが好ましく、この場合、セパレータAの電気伝導度を高い状態に維持することができると共に、燃料電池の触媒の被毒を抑制することができる。また硬化剤として酸無水物系の化合物も用いないようにすることも好ましい。酸無水物系の化合物を使用した場合は硫酸酸性環境下等の酸性環境下で加水分解して、セパレータAの電気伝導度の低下を引き起こしたり、セパレータAからの不純物の溶出が増大してしまうおそれがある。   Moreover, when using together other hardening | curing agents other than a phenol type compound, it is preferable that another hardening | curing agent is a non-amine type compound, In this case, the electrical conductivity of the separator A can be maintained in a high state. At the same time, poisoning of the catalyst of the fuel cell can be suppressed. It is also preferable not to use an acid anhydride compound as a curing agent. When an acid anhydride-based compound is used, it is hydrolyzed in an acidic environment such as a sulfuric acid acidic environment, causing a decrease in the electrical conductivity of the separator A or increasing the elution of impurities from the separator A. There is a fear.

熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂を用いる場合は、熱硬化性樹脂と硬化剤とを配合するにあたり、熱硬化性樹脂におけるエポキシ樹脂と硬化剤におけるフェノール系化合物とは、前記フェノール系化合物に対する前記エポキシ樹脂の当量比が0.8〜1.2の範囲となるようにする。   When an epoxy resin is used as the thermosetting resin, the epoxy resin in the thermosetting resin and the phenolic compound in the curing agent when the thermosetting resin and the curing agent are blended are the epoxy resin for the phenolic compound. So that the equivalent ratio is in the range of 0.8 to 1.2.

また、黒鉛粒子は、成形されるセパレータAの電気比抵抗を低減して、セパレータAの導電性を向上させるために使用される。黒鉛粒子の含有量は、成形用組成物全量に対して75〜90質量%の範囲であることが好ましい。このように黒鉛粒子の割合が75質量%以上となるとセパレータAに充分に優れた導電性が付与されるようになり、また90質量%以下とすることで成形用組成物に充分に優れた成形性が付与されると共にセパレータAに充分に優れたガス透過性が付与されるようになる。   Further, the graphite particles are used for reducing the electrical resistivity of the molded separator A and improving the conductivity of the separator A. The content of the graphite particles is preferably in the range of 75 to 90% by mass with respect to the total amount of the molding composition. Thus, when the ratio of the graphite particles is 75% by mass or more, the separator A is provided with sufficiently excellent conductivity, and when it is 90% by mass or less, the molding composition is sufficiently excellent. The separator A is provided with sufficiently excellent gas permeability.

黒鉛粒子としては、高い導電性を示すものであれば制限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, for example, those obtained by graphitizing carbonaceous materials such as mesocarbon microbeads, those obtained by graphitizing 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よい。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. Natural graphite powder has the advantage of high conductivity, and artificial graphite powder has the advantage of low anisotropy, although the conductivity is somewhat inferior to that of natural graphite powder.

また、黒鉛粒子は、天然黒鉛粉、人造黒鉛粉のいずれの場合であっても、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Aからの不純物の溶出を抑制することができる。   Further, it is preferable that the graphite particles be purified, whether natural graphite powder or artificial graphite powder. In this case, since the ash content and ionic impurities are low, the separator is a molded product. The elution of impurities from A can be suppressed.

ここで、黒鉛粒子における灰分は0.05質量%以下であることが好ましく、灰分が0.05質量%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。   Here, the ash content in the graphite particles is preferably 0.05% by mass or less, and if the ash content exceeds 0.05% by mass, the characteristics of the fuel cell may be deteriorated.

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い。平均粒径が1μm以上であることで成形用組成物の成形性が優れたものとなり、またこれが150μm以下となることで成形体1の表面平滑性を向上することができる。成形性を特に向上するためには前記平均粒径が15μm以上であることが好ましく、また成形体1の表面平滑性を特に向上して後述するように成形体1の表面の算術平均高さRa(JIS B0601:2001)が0.4〜1.6μmの範囲となるようにするためには前記平均粒径が60μm以下であることが好ましい。   Moreover, it is preferable to use a graphite particle having an average particle diameter of 1 to 150 μm. When the average particle size is 1 μm or more, the moldability of the molding composition is excellent, and when it is 150 μm or less, the surface smoothness of the molded body 1 can be improved. In order to particularly improve the moldability, the average particle size is preferably 15 μm or more, and the surface smoothness of the molded body 1 is particularly improved to increase the arithmetic average height Ra of the surface of the molded body 1 as described later. In order for (JIS B0601: 2001) to be in the range of 0.4 to 1.6 μm, the average particle size is preferably 60 μm or less.

また、黒鉛粒子のアスペクト比が10以下であることが好ましく、この場合、成形体1に異方性が生じることを防止すると共に反りなどの変形が生じることも防ぐことができる。   Further, the aspect ratio of the graphite particles is preferably 10 or less. In this case, it is possible to prevent anisotropy from occurring in the molded body 1 and to prevent deformation such as warpage.

尚、成形体1の異方性の低減に関しては、成形体1における成形時の成形用組成物の流動方向と、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以下となることが好ましい。   Regarding the reduction of the anisotropy of the molded body 1, the ratio of the contact resistance between the flow direction of the molding composition at the time of molding in the molded body 1 and the direction orthogonal to the flow direction is 2 or less. It is preferable that

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も好ましい。この場合、特に平均粒径1〜50μmの範囲のものと、平均粒径30〜100μm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A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30〜100μm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、質量比で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, those having two or more types of particle size distribution, that is, those obtained by mixing two or more types of particles having different average particle diameters are also preferably used. 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 30 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 to increase the strength of the molded product while improving the contact properties of the separator A, thereby improving the performance such as the bulk density of the separator A, the conductivity, the gas impermeability, the 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 30 to 100 μm is appropriately adjusted. In particular, the mixing ratio of the former to the latter is 40:60 by mass ratio. It is preferable that it is -90: 10, especially 65: 35-85: 15.

尚、黒鉛粒子の平均粒径は、レーザー回折・散乱式粒度分析計(日機装株式会社製のマイクロトラックMT3000IIシリーズなど)でレーザー回折散乱法により測定される体積平均粒径である。   The average particle size of the graphite particles is a volume average particle size measured by a laser diffraction / scattering method with a laser diffraction / scattering particle size analyzer (such as Microtrack MT3000II series manufactured by Nikkiso Co., Ltd.).

また、成形用組成物中には、必要に応じて硬化触媒、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。   The molding composition may contain additives such as a curing catalyst, a wax (release agent), a coupling agent and the like as necessary.

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に、非アミン系の化合物を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。   As a curing catalyst (curing accelerator), an appropriate one can be contained, but in order not to contain a primary amine and a secondary amine in the composition, a non-amine compound may be used. preferable. 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.

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Aからの塩素イオンの溶出を抑制することができる。   As the curing catalyst, 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 A which is a molded product can be suppressed.

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質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 mass with respect to the epoxy resin.

カップリング剤としては、適宜のものが用いられるが、成形用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に、アミノシランを用いないことが好ましい。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る。   As the coupling agent, an appropriate one is used, but it is preferable not to use aminosilane so as not to contain the primary amine and the secondary amine in the molding 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. Similarly, when this mercaptosilane is used, there is a risk of poisoning 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、アルミニウム系のカップリング剤が挙げられる。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。   Examples of coupling agents used include silicon-based silane compounds, titanate-based, and aluminum-based coupling agents. 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と、カップリング剤の単位質量当たりの被覆面積と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。この範囲において、カップリング剤が成形体1表面にブリードすることを充分に抑制して、金型表面の汚染を抑制することができる。   The coupling agent is preferably attached to the surface of the graphite particles by spraying or the like in advance. The addition amount is appropriately set, and it is necessary to consider the specific surface area of the graphite particles and the coating area per unit mass of the coupling agent, but preferably the total amount of the coating agent coating area is The range of 0.5 to 2 times the total surface area of the graphite particles. In this range, the coupling agent can be sufficiently prevented from bleeding on the surface of the molded body 1 and contamination of the mold surface can be suppressed.

また、ワックス(離型剤)として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セパレータの形状の複雑さ、溝深さ、抜き勾配など金型面との離形性の容易さなどに応じて適宜設定されるが、成形用組成物全量に対して0.1〜2.5質量%の範囲であることが好ましく、この含有量が0.1質量%以上であることで金型成形時に十分な離型性を発揮し、またこの含有量が2.5質量%以下であることでワックスによってセパレータAの親水性が阻害されることが十分に抑制される。このワックスの含有量は0.1〜0.5質量%の範囲であれば特に好ましい。   As the wax (release agent), an appropriate one is used, and natural carnauba wax is particularly preferably used. Further, the content of the wax is appropriately set according to the complexity of the shape of the separator, the groove depth, the ease of releasability from the mold surface such as the draft, etc., but the total amount of the molding composition It is preferably in the range of 0.1 to 2.5% by mass, and when the content is 0.1% by mass or more, sufficient releasability is exhibited at the time of molding the mold, and the content is 2 When the content is 5% by mass or less, the hydrophilicity of the separator A is sufficiently inhibited by the wax. The wax content is particularly preferably in the range of 0.1 to 0.5% by mass.

また、成形体1中のイオン性不純物の含有量が、成形用組成物全量に対して質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く、そのためには、成形用組成物は、この成形用組成物中のイオン性不純物の含有量が、成形用組成物全量に対して質量比率でナトリウム含量5ppm以下、塩素含量5ppm以下となるように調製されることが好ましい。この場合、セパレータAからのイオン性不純物の溶出を抑制することができ、不純物の溶出による燃料電池の起動電圧低下等の特性低下を抑制することができる。   In addition, the content of ionic impurities in the molded body 1 is preferably such that the sodium content is 5 ppm or less and the chlorine content is 5 ppm or less in terms of mass ratio with respect to the total amount of the molding composition. The composition is preferably prepared so that the content of ionic impurities in the molding composition is 5 ppm or less and the chlorine content is 5 ppm or less in terms of mass ratio with respect to the total amount of the molding composition. In this case, elution of ionic impurities from the separator A can be suppressed, and deterioration in characteristics such as a decrease in starting voltage of the fuel cell due to the elution of impurities can be suppressed.

成形体1及び成形用組成物のイオン性不純物の含有量を上記のように低減するためには、成形用組成物を構成する熱硬化性樹脂、硬化剤、黒鉛、その他添加剤等の各成分として、それぞれイオン性不純物の含有量が、各成分に対して質量比率でナトリウム含量5ppm以下、塩素含量5ppm以下である成分を用いることが好ましい。   In order to reduce the content of ionic impurities in the molded body 1 and the molding composition as described above, each component such as a thermosetting resin, a curing agent, graphite, and other additives constituting the molding composition. It is preferable to use a component in which the content of ionic impurities is a sodium content of 5 ppm or less and a chlorine content of 5 ppm or less by mass ratio with respect to each component.

ここで、イオン性不純物の含有量は、対象物の抽出水中のイオン性不純物の量に基づいて導出される。前記抽出水は、対象物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物を投入し、90℃で50時間処理したものである。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、対象物中のイオン性不純物の量を、対象物に対する質量比に換算して導出するものである。   Here, the content of the ionic impurities is derived based on the amount of the ionic impurities in the extraction water of the object. The extracted water is obtained by putting an object into ion-exchanged water at a rate of 100 ml of ion-exchanged water with respect to 10 g of the object and treating it at 90 ° C. for 50 hours. The ionic impurities in the extracted water are evaluated by ion chromatography. And based on the amount of ionic impurities in the extracted water to be derived, the amount of ionic impurities in the object is converted into a mass ratio with respect to the object and is derived.

また、成形用組成物は、この組成物で形成される成形体1のTOC(total organic carbon)が100ppm以下となるように調製されることが好ましい。   In addition, the molding composition is preferably prepared such that the TOC (total organic carbon) of the molded body 1 formed with this composition is 100 ppm or less.

ここで、TOCは、成形体1の質量10gに対してイオン交換水100mlの割合で、イオン交換水中に成形体1を投入し、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。測定にあたっては、サンプルの燃焼により発生したCO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 the molded body 1 is charged into ion-exchanged water at a rate of 100 ml of ion-exchanged water with respect to 10 g of the molded body 1 and treated at 90 ° C. for 50 hours. It is. Such a TOC can be measured by, for example, Shimadzu total organic carbon analyzer “TOC-50” in accordance with JIS K0102. In the measurement, the CO 2 concentration generated by burning the sample is measured by a non-dispersive infrared gas analysis method, and the carbon concentration in the sample is quantified. 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以下とすることで、燃料電池としての特性低下を更に抑制することができる。   By making the TOC 100 ppm or less, it is possible to further suppress the deterioration of characteristics as a fuel cell.

TOCの値は、成形用組成物を構成する各成分として高純度のものを選択したり、更に樹脂の当量比を調整したり、成形時に後硬化処理をおこなったりすることで低減することができる。   The value of TOC can be reduced by selecting high-purity components as the constituents of the molding composition, further adjusting the equivalent ratio of the resin, or performing post-curing treatment during molding. .

成形用組成物は、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・造粒等することで調製される。   The molding composition is prepared by mixing the above-described components by an appropriate technique, and kneading and granulating as necessary.

この成形用組成物を成形して、セパレータAとなる成形体1を得ることができる。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Aには例えば図2に示すように、左右両側面に複数個の凸部(リブ)1aを形成することで、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2を形成する。   By molding this molding composition, a molded body 1 to be the separator A can be obtained. As a molding method, an appropriate method such as injection molding or compression molding can be employed. For example, as shown in FIG. 2, the separator A is formed with a plurality of convex portions (ribs) 1a on both left and right side surfaces, so that hydrogen gas as a fuel and an oxidant are provided between the adjacent convex portions 1a. A gas supply / discharge groove 2 which is an oxygen gas flow path is formed.

このように形成される成形体1では、エポキシ樹脂を含む熱硬化性樹脂を用いると共にフェノール系化合物を含む硬化剤を用いる場合、硬化物中に生じる水酸基が成形体1の表面に分布することになる。特にフェノール系化合物に対するエポキシ樹脂の当量比が0.8〜1.2となるようにすることで、後述するとおり成形体1に対する表面処理により成形体1の親水性が大きく向上すると共にこの親水性が長期間持続するようになる。この当量比が1.2より大きいと前記のような効果が得られないものであり、これは成形体に分布する水酸基が不足してしまうためと考えられる。またこの当量比が0.8未満の場合も、理由は不分明ではあるが、前記のような効果が得られなくなってしまう。表面処理による効果を著しく発揮させるためには、特に前記当量比が0.8〜1.0の範囲であれば、水酸基の当量が過剰となって多くの水酸基を成形体の表面に分布させることができるようになり、前記当量比が0.8〜0.9の範囲であれば更に好ましい。   In the molded body 1 formed in this way, when a thermosetting resin containing an epoxy resin is used and a curing agent containing a phenolic compound is used, hydroxyl groups generated in the cured product are distributed on the surface of the molded body 1. Become. In particular, by setting the equivalent ratio of the epoxy resin to the phenolic compound to be 0.8 to 1.2, the hydrophilicity of the molded body 1 is greatly improved by the surface treatment on the molded body 1 as will be described later, and this hydrophilicity. Will last for a long time. When the equivalent ratio is larger than 1.2, the above-mentioned effect cannot be obtained, and this is considered to be because the hydroxyl groups distributed in the molded body are insufficient. Also, when the equivalence ratio is less than 0.8, the reason is unclear, but the above effect cannot be obtained. In order to remarkably exert the effect of the surface treatment, particularly when the equivalent ratio is in the range of 0.8 to 1.0, the equivalent of the hydroxyl group becomes excessive and many hydroxyl groups are distributed on the surface of the molded body. More preferably, the equivalent ratio is in the range of 0.8 to 0.9.

また熱硬化性フェノール樹脂を含む熱硬化性樹脂を用いる場合も、成形体1中に熱硬化性フェノール樹脂に起因する水酸基が成形体1の表面に分布することになる。これにより、後述するとおり成形体1に対する表面処理による親水性向上の効果が向上するものである。   Further, when a thermosetting resin containing a thermosetting phenol resin is used, the hydroxyl groups resulting from the thermosetting phenol resin are distributed in the surface of the molded body 1 in the molded body 1. Thereby, as will be described later, the effect of improving the hydrophilicity by the surface treatment on the molded body 1 is improved.

この成形体1の表面に、改質剤化合物を含有する燃焼性ガスを燃焼させながら吹き付ける表面処理を施す。この表面処理により、成形体1の表面に微細な酸化ケイ素の粒子が付着することで、この成形体1の表面に優れた親水性が付与される。またこのとき、成形体1の表面には上記のように水酸基が分布していることから、前記表面処理による酸化ケイ素の粒子が成形体1の水酸基と強固に結合する。このため、成形体1の表面からの酸化ケイ素粒子の脱落が抑制され、成形体1の表面の親水性が長期に亘って高く維持されるようになる。   A surface treatment is performed on the surface of the molded body 1 by spraying it while burning a combustible gas containing a modifier compound. By this surface treatment, fine silicon oxide particles adhere to the surface of the molded body 1, thereby imparting excellent hydrophilicity to the surface of the molded body 1. At this time, since the hydroxyl groups are distributed on the surface of the molded body 1 as described above, the silicon oxide particles obtained by the surface treatment are firmly bonded to the hydroxyl groups of the molded body 1. For this reason, dropping of the silicon oxide particles from the surface of the molded body 1 is suppressed, and the hydrophilicity of the surface of the molded body 1 is maintained high over a long period of time.

この表面処理は、例えば図1に示すように火炎5をカーテン状に噴射するバーナー6を用い、成形体1を矢印方向に搬送しながら前記バーナー6で燃焼性ガスを燃焼させて成形体1の表面へ向けその火炎5を吹き付けることでおこなうことができる。これにより成形体1の表面に均一且つ効率的に表面処理を施すことができるようになる。   For example, as shown in FIG. 1, this surface treatment uses a burner 6 that injects a flame 5 in a curtain shape, and burns combustible gas with the burner 6 while conveying the molded body 1 in the direction of the arrow. This can be done by blowing the flame 5 toward the surface. As a result, the surface of the molded body 1 can be uniformly and efficiently subjected to surface treatment.

表面処理にあたり、改質剤化合物としては、ケイ素化合物又はアルミニウム化合物が用いられる。ケイ素化合物及びアルミニウム化合物としては、一般的なガスバーナーの火炎中で燃焼し得るものであれば特に制限はないが、入手のし易さや取り扱いの容易さを考慮すると、ケイ素化合物としてはアルキルシラン化合物、アルコキシシラン化合物、シロキサン化合物、シラザン化合物からなる群から選択される少なくとも一種の化合物であることが好ましく、アルミニウム化合物としてはアルキルアルミニウム化合物及びアルコキシアルミニウム化合物から選択される少なくとも一種の化合物であることが好ましい。   In the surface treatment, a silicon compound or an aluminum compound is used as the modifier compound. The silicon compound and the aluminum compound are not particularly limited as long as they can be combusted in a flame of a general gas burner, but considering the availability and easy handling, the silicon compound is an alkylsilane compound. It is preferably at least one compound selected from the group consisting of alkoxysilane compounds, siloxane compounds, and silazane compounds, and the aluminum compound may be at least one compound selected from alkylaluminum compounds and alkoxyaluminum compounds. preferable.

前記アルキルシラン化合物としては、メチルシラン、ジメチルシラン、トリメチルシラン、テトラメチルシラン、テトラエチルシラン、ジメチルジクロロシラン、ジメチルジフェニルシラン、ジエチルジクロロシラン、ジエチルジフェニルシラン、メチルトリクロロシラン、メチルトリフェニルシラン、ジメチルジエチルシランなどの置換基を有していてもよいモノシラン化合物、ヘキサメチルジシラン、ヘキサエチルジシラン、クロロヘプタメチルジシランなどの置換基を有していても良いジシラン化合物、オクタメチルトリシランなどの置換基を有していても良いトリシラン化合物などが挙げられる。   Examples of the alkylsilane compound include methylsilane, dimethylsilane, trimethylsilane, tetramethylsilane, tetraethylsilane, dimethyldichlorosilane, dimethyldiphenylsilane, diethyldichlorosilane, diethyldiphenylsilane, methyltrichlorosilane, methyltriphenylsilane, and dimethyldiethylsilane. A monosilane compound that may have a substituent such as hexamethyldisilane, hexaethyldisilane, a disilane compound that may have a substituent such as chloroheptamethyldisilane, and a substituent such as octamethyltrisilane. Examples thereof may include trisilane compounds.

前記アルコキシシラン化合物としては、メトキシシラン、ジメトキシシラン、トリメトキシシラン、テトラメトキシシラン、エトキシシラン、ジエトキシシラン、トリエトキシシラン、テトラエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、トリメチルメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、トリメチルエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ジクロロジメトキシシラン、ジクロロジエトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、トリクロロメトキシシラン、トリクロロエトキシシラン、トリフェニルメトキシシラン、トリフェニルエトキシシラン等が挙げられる。   Examples of the alkoxysilane compound include methoxysilane, dimethoxysilane, trimethoxysilane, tetramethoxysilane, ethoxysilane, diethoxysilane, triethoxysilane, tetraethoxysilane, methyltrimethoxysilane, dimethyldimethoxysilane, trimethylmethoxysilane, methyl Triethoxysilane, dimethyldiethoxysilane, trimethylethoxysilane, phenyltrimethoxysilane, phenyltriethoxysilane, dichlorodimethoxysilane, dichlorodiethoxysilane, diphenyldimethoxysilane, diphenyldiethoxysilane, trichloromethoxysilane, trichloroethoxysilane, tri Examples thereof include phenylmethoxysilane and triphenylethoxysilane.

前記シロキサン化合物としては、テトラメチルジシロキサン、ペンタメチルジシロキサン、ヘキサメチルジシロキサン、オクタメチルトリシロキサン、ヘキサメチルシクロトリシロキサン、オクタメチルシクロテトラシロキサン、デカメチルシクロペンタシロキサン、ドデカメチルシクロヘキサシロキサンなどが挙げられる。   Examples of the siloxane compound include tetramethyldisiloxane, pentamethyldisiloxane, hexamethyldisiloxane, octamethyltrisiloxane, hexamethylcyclotrisiloxane, octamethylcyclotetrasiloxane, decamethylcyclopentasiloxane, and dodecamethylcyclohexasiloxane. Is mentioned.

前記シラザン化合物としては、ヘキサメチルジシラザンなどが挙げられる。   Examples of the silazane compound include hexamethyldisilazane.

前記アルキルアルミニウム化合物としては、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、トリプロピルアルミニウムなどが挙げられる。   Examples of the alkylaluminum compound include trimethylaluminum, triethylaluminum, and tripropylaluminum.

前記アルコキシアルミニウム化合物としては、アルミニウムメトキシド、アルミニウムエトキシドなどが挙げられる。   Examples of the alkoxyaluminum compound include aluminum methoxide and aluminum ethoxide.

これらの改質剤化合物は一種単独で用いられても、複数種が併用されてもよい。   These modifier compounds may be used individually by 1 type, or multiple types may be used together.

このような改質剤化合物としては、例えばケイ素化合物を含む株式会社イトロ製のイトロ処理剤が挙げられる。   As such a modifier compound, for example, an Itro treatment agent manufactured by Itro Co., Ltd. containing a silicon compound can be mentioned.

燃焼性ガス中の改質剤化合物の含有量は、成形体1の表面に要求される親水性の程度等に応じて適宜設定されるものであり、特に制限されないが、例えば燃焼性ガス全体に対して、1×10-10〜10モル%の範囲とすることができる。この場合、改質剤化合物の含有量が1×10-10モル%以上であることで、表面処理によりセパレータAの表面の親水性を特に向上することができると共に、この含有量が10モル%以下であることで燃焼性ガス中の改質剤化合物と空気等との混合性が高くなり、改質剤化合物の不完全燃焼が抑制される。 The content of the modifier compound in the combustible gas is appropriately set according to the degree of hydrophilicity required for the surface of the molded body 1 and is not particularly limited. On the other hand, it can be made into the range of 1 * 10 < -10 > -10 mol%. In this case, when the content of the modifier compound is 1 × 10 −10 mol% or more, the hydrophilicity of the surface of the separator A can be particularly improved by the surface treatment, and the content is 10 mol%. By being below, the mixability of the modifier compound and air etc. in combustible gas becomes high, and the incomplete combustion of a modifier compound is suppressed.

また、燃焼性ガスは空気を含有することが好ましい。この空気によって火炎5の温度を制御したり、この空気がキャリア効果を発揮したりすることができ、また表面処理の均一性が高くなる。   Moreover, it is preferable that combustible gas contains air. This air can control the temperature of the flame 5, and this air can exert a carrier effect, and the uniformity of the surface treatment is increased.

また、燃焼性ガスは燃焼用燃料として炭化水素ガスを含有することが好ましく、特に炭化水素ガスとしてプロパンガスまたはLPG(液化石油ガス)を含有することが好ましい。LPGとしては、ブタン(ノルマルブタン、イソブタン)、ブタン/プロパンの混合ガス、エタン、ペンタン(ノルマルペンタン、イソペンタン、シクロペンタン)等が挙げられる。このプロパンガス及びLPGは安価であると共に、所定温度で燃焼して改質剤化合物を安定的に熱分解させることができ、表面処理の均一性が更に高くなる。   The combustible gas preferably contains a hydrocarbon gas as a combustion fuel, and particularly preferably contains propane gas or LPG (liquefied petroleum gas) as the hydrocarbon gas. Examples of LPG include butane (normal butane, isobutane), mixed gas of butane / propane, ethane, pentane (normal pentane, isopentane, cyclopentane) and the like. Propane gas and LPG are inexpensive and can be combusted at a predetermined temperature to stably thermally decompose the modifier compound, further improving the uniformity of the surface treatment.

燃焼性ガス中の炭化水素ガス及び空気の量は、改質剤化合物の不完全燃焼を抑制すると共に成形体1の表面に所望の親水性が付与されるように適宜設定される。   The amount of hydrocarbon gas and air in the combustible gas is appropriately set so as to suppress incomplete combustion of the modifier compound and to impart desired hydrophilicity to the surface of the molded body 1.

表面処理にあたり、燃焼ガスの燃焼温度は、改質剤化合物の不完全燃焼を抑制すると共に成形体1に所望の親水性を付与し、且つ成形体1の熱変形や熱劣化を抑制することができるように適宜設定されるが、例えば500〜1500℃の範囲とすることができる。   In the surface treatment, the combustion temperature of the combustion gas suppresses incomplete combustion of the modifier compound, imparts desired hydrophilicity to the molded body 1, and suppresses thermal deformation and thermal deterioration of the molded body 1. Although it sets suitably so that it can do, it can be set as the range of 500-1500 degreeC, for example.

また、成形体1に対する火炎5の吹きつけ時間も、成形体1に所望の親水性を付与し、且つ成形体1の熱変形や熱劣化を効果的に抑制することができるように適宜設定されるが、例えば成形体1の面積100cmあたり、0.1〜100秒の範囲とすることができる。 Moreover, the spraying time of the flame 5 with respect to the molded object 1 is also set suitably so that desired hydrophilicity may be provided to the molded object 1 and the thermal deformation and thermal deterioration of the molded object 1 can be suppressed effectively. However, for example, per 100 cm < 2 > of the area of the molded body 1, the range may be 0.1 to 100 seconds.

このようにして成形体1に表面処理を施すにあたり、この成形体1の表面処理が施される面の算術平均高さRa(JIS B0601:2001)を0.4〜1.6μmの範囲としておくことが好ましい。この場合、表面処理の均一性が更に高くなると共に成形体1の表面における酸化ケイ素の粒子の付着性が更に高くなり、成形体1の表面の親水性を更に向上することができる。成形体1の算術平均高さRaの調整は、上記のように成形体1中の黒鉛粒子の粒径を調整したり、成形体1の表面にブラスト処理等を施したりすることでおこなうことができる。   In performing the surface treatment on the molded body 1 in this way, the arithmetic average height Ra (JIS B0601: 2001) of the surface on which the surface treatment of the molded body 1 is performed is set in the range of 0.4 to 1.6 μm. It is preferable. In this case, the uniformity of the surface treatment is further increased, and the adhesion of the silicon oxide particles on the surface of the molded body 1 is further increased, so that the hydrophilicity of the surface of the molded body 1 can be further improved. The arithmetic average height Ra of the molded body 1 can be adjusted by adjusting the particle size of the graphite particles in the molded body 1 or by performing blasting or the like on the surface of the molded body 1 as described above. it can.

また、成形体1における表面処理が施される面に形成されているガス供給排出用溝2の幅Aと深さBとの比A/Bは、1以上であることが好ましく、この場合、表面処理時における火炎5がガス供給排出用溝2の内部に行き渡りやすくなり、表面処理の均一性が更に高くなる。また、前記比A/Bの上限は特に制限されないが、ガス供給排出用溝2を高密度に形成するためには、実用上、10以下であることが好ましい。   Further, the ratio A / B between the width A and the depth B of the gas supply / discharge groove 2 formed on the surface of the molded body 1 on which the surface treatment is performed is preferably 1 or more. The flame 5 during the surface treatment easily spreads inside the gas supply / discharge groove 2, and the uniformity of the surface treatment is further enhanced. Further, the upper limit of the ratio A / B is not particularly limited, but in order to form the gas supply / discharge grooves 2 with high density, it is preferably 10 or less in practice.

また、この表面処理に先立って、成形体1の前記表面処理が施される面に、予めプラズマ処理を施しておいてもよい。このプラズマ処理をおこなえば、成形体1の表面に水酸基等の官能基を導入することができ、表面処理により成形体1の表面に付着する酸化ケイ素や酸化アルミニウムの粒子が前記官能基と結合して、この酸化ケイ素や酸化アルミニウムの粒子が成形体1の表面から更に脱落しにくくなり、セパレータAの表面の親水性が更に長期に亘って維持されるようになる。プラズマ処理は、成形体1の表面に所望の官能基を導入できるように適宜設定された条件でおこなうことができるが、例えば、ヤマトマテリアル株式会社製の型番「PDC210」を用い、プラズマ生成用ガスとして酸素を用い、印加電力150〜500W、処理時間30秒〜10分の条件でおこなうことができる。   Prior to this surface treatment, the surface of the molded body 1 to be subjected to the surface treatment may be previously subjected to plasma treatment. By performing this plasma treatment, functional groups such as hydroxyl groups can be introduced on the surface of the molded body 1, and the silicon oxide or aluminum oxide particles adhering to the surface of the molded body 1 by the surface treatment are bonded to the functional groups. Thus, the particles of silicon oxide or aluminum oxide are more difficult to drop off from the surface of the molded body 1, and the hydrophilicity of the surface of the separator A is maintained for a longer period of time. The plasma treatment can be performed under conditions appropriately set so that a desired functional group can be introduced onto the surface of the molded body 1. For example, a plasma generation gas is used using a model number “PDC210” manufactured by Yamato Material Co., Ltd. As oxygen, it can be performed under the conditions of an applied power of 150 to 500 W and a treatment time of 30 seconds to 10 minutes.

また、このような表面処理により、処理後の成形体1の表面の水との静的接触角が0°〜50°の範囲となるようにすることが好ましく、特に0°〜10°の範囲とすることが好ましく、0°〜5°の範囲であれば更に好ましい。この水との静的接触角は、表面処理条件を適宜設定することにより調整することができる。これにより、成形体1の表面に充分に高い親水性を付与することができる。   Further, by such surface treatment, it is preferable that the static contact angle with water on the surface of the molded body 1 after the treatment is in a range of 0 ° to 50 °, particularly in a range of 0 ° to 10 °. Preferably, it is more preferably in the range of 0 ° to 5 °. The static contact angle with water can be adjusted by appropriately setting the surface treatment conditions. Thereby, sufficiently high hydrophilicity can be imparted to the surface of the molded body 1.

また、このような表面処理により、成形体1の前記表面処理された面の接触抵抗が15mΩcm以下となるようにすることが好ましい。この接触抵抗も、表面処理条件を適宜設定することにより調整することができる。上記表面処理によって成形体1に付着する酸化ケイ素や酸化アルミニウムの膜厚は非常に薄いため、このような低い接触抵抗を達成することが容易となる。これにより、燃料電池で発電した電気エネルギーを外部へ伝達するというセパレータAの機能を高いレベルで維持することができる。 Moreover, it is preferable that the contact resistance of the surface-treated surface of the molded body 1 is 15 mΩcm 2 or less by such surface treatment. This contact resistance can also be adjusted by appropriately setting the surface treatment conditions. Since the film thickness of silicon oxide or aluminum oxide attached to the molded body 1 by the surface treatment is very thin, it is easy to achieve such a low contact resistance. Thereby, the function of the separator A that transmits electric energy generated by the fuel cell to the outside can be maintained at a high level.

以上のようにして製造されるセパレータAを用い、燃料電池を作製することができる。図2は固体高分子型燃料電池の一例を示すものであり、2枚の燃料電池セパレータA,Aの間に、固体高分子電解質膜4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)が構成されている。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)を構成することができる。   A fuel cell can be produced using the separator A produced as described above. FIG. 2 shows an example of a polymer electrolyte fuel cell. Between two fuel cell separators A and A, a polymer electrolyte membrane 4 and a gas diffusion electrode (fuel electrode and oxidant electrode) 3, A single battery (unit cell) is configured with 3 interposed. A battery body (cell stack) can be formed by arranging several tens to several hundreds of unit cells.

この燃料電池では、セパレータAの表面に親水性が付与されていることで、セパレータAにおけるガス供給排出用溝2が水滴により閉塞されにくくなり、燃料電池の発電効率の低下を抑制することができる。また、このセパレータAの親水性を長期間維持することができることから、燃料電池の発電効率を長期に亘って高く維持することができるようになる。   In this fuel cell, the hydrophilicity is imparted to the surface of the separator A, so that the gas supply / discharge groove 2 in the separator A is less likely to be blocked by water droplets, and a decrease in power generation efficiency of the fuel cell can be suppressed. . Further, since the hydrophilicity of the separator A can be maintained for a long period, the power generation efficiency of the fuel cell can be maintained high for a long period.

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1〜19、比較例1〜3)
各実施例及び比較例につき、表1に示す成分を攪拌混合機(ダルトン製「5XDMV−rr型」)に表1に示す組成となるように入れて攪拌混合し、得られた混合物を整粒機で粒径500μm以下に粉砕した。
(Examples 1-19, Comparative Examples 1-3)
For each of the examples and comparative examples, the components shown in Table 1 were placed in a stirring mixer ("5XDMV-rr type" manufactured by Dalton) so as to have the composition shown in Table 1 and stirred and mixed, and the resulting mixture was sized. And pulverized to a particle size of 500 μm or less.

得られた粉砕物を、金型温度185℃、成形圧力35.3MPa、成形時間2分の条件で圧縮成形した。次に金型を閉じたまま除圧し、30秒間保持した後に金型を開き、成形体1を取り出した。   The obtained pulverized product was compression molded under the conditions of a mold temperature of 185 ° C., a molding pressure of 35.3 MPa, and a molding time of 2 minutes. Next, the pressure was released with the mold closed, and after holding for 30 seconds, the mold was opened and the molded body 1 was taken out.

得られた成形体1の形状は、200mm×250mm、厚み1.5mmであった。また、成形体1の一面には長さ250mm、幅1mm、深さ0.5mmのガス供給排出用溝2を57本、他面には長さ250mm、幅0.5mm、深さ0.5mmのガス供給排出用溝2を58本形成した。   The shape of the obtained molded body 1 was 200 mm × 250 mm and the thickness was 1.5 mm. Further, 57 gas supply / discharge grooves 2 having a length of 250 mm, a width of 1 mm, and a depth of 0.5 mm are formed on one surface of the molded body 1, and a length of 250 mm, a width of 0.5 mm, and a depth of 0.5 mm are formed on the other surface. 58 gas supply / discharge grooves 2 were formed.

この成形体1の表面にブラスト加工を施して算術平均高さRa(JIS B0601:2001)を表1に示すように調整した後、この成形体1の表面に表面処理を施した。表面処理にあたっては、表1に示す改質剤化合物と、LPG及び空気とからなり、改質剤化合物の含有量が2モル%である燃焼性ガスを用い、これを燃焼させて生じた火炎5を成形体1へ、その面積100cmあたり1秒間吹き付けた。 The surface of the molded body 1 was blasted to adjust the arithmetic average height Ra (JIS B0601: 2001) as shown in Table 1, and then the surface of the molded body 1 was subjected to surface treatment. In the surface treatment, a flame 5 produced by burning a combustible gas composed of the modifier compound shown in Table 1, LPG and air and containing 2 mol% of the modifier compound. Was sprayed onto the compact 1 for 1 second per 100 cm 2 of area.

また、実施例7については、前記表面処理に先立って、プラズマ生成用ガスとして酸素を用い、印加電力300W、処理時間3分の条件で、成形体1の表面にプラズマ処理を施した。   In Example 7, prior to the surface treatment, the surface of the molded body 1 was subjected to plasma treatment using oxygen as a plasma generating gas under conditions of an applied power of 300 W and a treatment time of 3 minutes.

(曲げ強度評価)
各実施例及び比較例において、セパレータAを作製する場合と同じ方法で80mm×10mm×4mmの寸法の曲げ強度測定用の成形品を作製し、JIS K6911に準拠し、支点間距離64mm、クロスヘッドスピード2mm/分の条件で曲げ強度を測定した。
(Bending strength evaluation)
In each of the examples and comparative examples, a molded product for measuring bending strength having dimensions of 80 mm × 10 mm × 4 mm was prepared in the same manner as in the case of manufacturing the separator A, and the distance between fulcrums was 64 mm according to JIS K6911. The bending strength was measured at a speed of 2 mm / min.

(接触抵抗評価)
各実施例及び比較例において、セパレータAの厚みを3mmに形成し、このセパレータA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1MPa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測定すると共に2枚の銅板間の電流を電流計で測定し、その結果から抵抗(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 evaluation)
In each of the examples and comparative examples, the thickness of the separator A was formed to 3 mm, the carbon paper was disposed above and below the separator A, the copper plates were further disposed above and below it, and a surface pressure of 1 MPa was applied in the vertical direction. . The voltage between the two carbon papers was measured with a voltmeter and the current between the two copper plates was measured with an ammeter, and the resistance (average value) was calculated from the result. The carbon paper used is TGP-HM series (090M: thickness 0.28 mm, 120M: thickness 0.38 mm) manufactured by Toray.

(TOC評価)
JIS K0551−4.3に準拠し、まず各実施例及び比較例における成形体1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、ガラス製容器中に成形体1とイオン交換水とを、成形体1の質量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。
(TOC evaluation)
In accordance with JIS K0551-4.3, the molded body 1 in each example and comparative example was first washed with methanol for 1 minute and then washed with ion-exchanged water for 1 minute. Next, the molded body 1 and ion-exchanged water were placed in a glass container so that the amount of ion-exchanged water was 100 ml with respect to 10 g of the molded body 1 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.

(静的接触角評価)
各実施例及び比較例で得られたセパレータAを水平に配置し、その表面にスポイトでイオン交換水を垂らし、協和界面科学株式会社製の測定器(品番「CA−W150」)を用いて、水との静的接触角を測定した。
(Static contact angle evaluation)
The separator A obtained in each Example and Comparative Example was horizontally arranged, and ion-exchanged water was dropped on the surface with a dropper, using a measuring instrument (product number “CA-W150”) manufactured by Kyowa Interface Science Co., Ltd. The static contact angle with water was measured.

また、このセパレータAを90℃の温水中に投入して一定時間放置した後、乾燥した。放置時間は500時間、1000時間、1500時間及び2000時間とした。この処理後のセパレータAについて、前記と同様に水との静的接触角を測定した。   The separator A was poured into warm water at 90 ° C. and left for a certain period of time, and then dried. The standing time was 500 hours, 1000 hours, 1500 hours, and 2000 hours. About the separator A after this treatment, the static contact angle with water was measured in the same manner as described above.

(水溶性イオン分析)
各実施例及び比較例における成形体1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、ポリエチレン製容器中に成形体1とイオン交換水とを、成形体1の質量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)
The molded body 1 in each example and comparative example was washed with methanol for 1 minute, and then washed with ion-exchanged water for 1 minute. Next, the molded body 1 and ion-exchanged water were placed in a polyethylene container so that the amount of ion-exchanged water was 100 ml with respect to 10 g of the molded body 1 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)
各実施例及び比較例における成形体1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、ポリエチレン製容器中に成形体1とイオン交換水とを、成形体1の質量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 body 1 in each example and comparative example was washed with methanol for 1 minute, and then washed with ion-exchanged water for 1 minute. Next, the molded body 1 and ion-exchanged water were placed in a polyethylene container so that the amount of ion-exchanged water was 100 ml with respect to 10 g of the molded body 1 and treated at 90 ° C. for 50 hours. The ion-exchanged water (extracted water) after the treatment was measured with a conductivity meter.

(燃料電池の起電圧変動評価)
各実施例及び比較例につき、セパレータA,Aの間に、固体高分子電解質膜4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2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、起電圧(V)の経時的な変動の様子をそれぞれ調査した。その結果を、変動後の起電圧の初期値に対する百分率で表示した。
(Evaluation of fuel cell electromotive voltage fluctuation)
In each example and comparative example, a fuel having a structure shown in FIG. 2 is provided by interposing a solid polymer electrolyte membrane 4 and gas diffusion electrodes (fuel electrode and oxidant electrode) 3 and 3 between separators A and A. A battery was produced. 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 electromotive voltage (V) with time was investigated. The results were expressed as a percentage of the initial value of the electromotive voltage after fluctuation.

Figure 2011034807
Figure 2011034807

表中の各成分の詳細は次の通りである
〈組成〉
・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℃)
・エポキシ樹脂B:ビスフェノールF型エポキシ樹脂(大日本インキ化学工業社製「830CRP」、エポキシ当量171、25℃で液状)
・硬化剤A:ノボラック型フェノール樹脂(群栄化学社製「PSM6200」、OH当量105)
・硬化剤B:多官能フェノール樹脂(明和化成株式会社製「MEH−7500」、OH当量100)
・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%)
・硬化促進剤:トリフェニルホスフィン(北興化学社製「TPP」)
・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)
・人造黒鉛(エスイーシー社製「SGP100」、平均粒径100μm、灰分0.05%、ナトリウムイオン3ppm、塩化物イオン1ppm)
・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℃)
〈改質剤化合物〉
・改質処理剤A:テトラメトキシシラン
・改質処理剤B:メチルトリメトキシシラン
・改質処理剤C:ジメチルジメトキシシラン
・改質処理剤D:ジメチルジエトキシシラン
・改質処理剤E:イトロ株式会社製のイトロ処理剤
(溝の深さ/幅評価)
実施例1−19において、ガス供給排出用溝2の深さBを1mmとすると共に幅Aと深さBとの比A/Bを0.8、1、5、10としたセパレータAをそれぞれ作製した。
Details of each component in the table are as follows <Composition>
Epoxy resin A: Cresol novolak type epoxy resin (“EOCN-1020-75” manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd., epoxy equivalent 199, melting point 75 ° C.)
-Epoxy resin B: Bisphenol F type epoxy resin ("830CRP" manufactured by Dainippon Ink & Chemicals, Inc., epoxy equivalent 171, liquid at 25 ° C)
Curing agent A: Novolac type phenolic resin ("PSM6200" manufactured by Gunei Chemical Co., OH equivalent 105)
Curing agent B: polyfunctional phenol resin (Maywa Kasei Co., Ltd. "MEH-7500", OH equivalent 100)
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 accelerator: Triphenylphosphine (“TPP” manufactured by Hokuko Chemical Co., Ltd.)
・ 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)
・ Artificial graphite (“SGP100” manufactured by ESC Corporation, average particle size 100 μm, ash content 0.05%, sodium ion 3 ppm, chloride ion 1 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.)
<Modifier compound>
-Modification treatment agent A: Tetramethoxysilane-Modification treatment agent B: Methyltrimethoxysilane-Modification treatment agent C: Dimethyldimethoxysilane-Modification treatment agent D: Dimethyldiethoxysilane-Modification treatment agent E: Itro Itoro treatment agent (groove depth / width evaluation)
In Example 1-19, the separators A each having a depth B of the gas supply / discharge groove 2 of 1 mm and a ratio A / B of the width A to the depth B of 0.8, 1, 5, 10 were respectively Produced.

この各セパレータAのガス供給排出用溝2の内面について静的接触角評価をおこなった。この結果、実施例1−19のいずれの場合においても、水との静的接触角は、A/Bが0.8の場合に10°となり、A/Bが1及び5及び10の場合は5°となった。   Static contact angle evaluation was performed on the inner surface of the gas supply / discharge groove 2 of each separator A. As a result, in any case of Example 1-19, the static contact angle with water is 10 ° when A / B is 0.8, and when A / B is 1, 5 and 10. It was 5 °.

A 燃料電池セパレータ(セパレータ)
1 成形体
2 ガス供給排出用溝
A Fuel cell separator (separator)
1 Molded body 2 Gas supply / discharge groove

Claims (10)

エポキシ樹脂を含む熱硬化性樹脂、フェノール系化合物を含む硬化剤、及び黒鉛粒子を含有し、前記フェノール系化合物に対する前記エポキシ樹脂の当量比が0.8〜1.2の範囲である成形用組成物を成形し、得られた成形体の表面に、ケイ素化合物又はアルミニウム化合物を含む改質剤化合物を含む気体を燃焼させながら吹き付ける表面処理を施すことを特徴とする燃料電池セパレータの製造方法。   A molding composition containing a thermosetting resin containing an epoxy resin, a curing agent containing a phenolic compound, and graphite particles, wherein the equivalent ratio of the epoxy resin to the phenolic compound is in the range of 0.8 to 1.2. A method for producing a fuel cell separator, wherein a surface treatment is performed by molding a product and spraying the surface of the obtained molded body while burning a gas containing a modifier compound containing a silicon compound or an aluminum compound. 熱硬化性フェノール樹脂を含む熱硬化性樹脂、及び黒鉛粒子を含有する成形用組成物を成形し、得られた成形体の表面に、ケイ素化合物又はアルミニウム化合物を含む改質剤化合物を含む気体を燃焼させながら吹き付ける表面処理を施すことを特徴とする燃料電池セパレータの製造方法。   A molding composition containing a thermosetting resin containing a thermosetting phenol resin and graphite particles is molded, and a gas containing a modifier compound containing a silicon compound or an aluminum compound is formed on the surface of the resulting molded body. A method for producing a fuel cell separator, wherein the surface treatment is performed while spraying. 前記成形体の、前記表面処理が施される面の算術平均高さRa(JIS B0601:2001)が0.4〜1.4μmの範囲であることを特徴とする請求項1又は2に記載の燃料電池セパレータの製造方法。   The arithmetic mean height Ra (JIS B0601: 2001) of the surface to which the surface treatment of the molded body is performed is in a range of 0.4 to 1.4 μm. Manufacturing method of fuel cell separator. 前記成形体にプラズマ処理を施した後、前記表面処理を施すことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の燃料電池セパレータの製造方法。   The method for producing a fuel cell separator according to any one of claims 1 to 3, wherein the surface treatment is performed after the molded body is subjected to plasma treatment. 前記ケイ素化合物が、シラン化合物及びシリコーン化合物のうち少なくとも一方であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の燃料電池セパレータの製造方法。   The method for producing a fuel cell separator according to any one of claims 1 to 4, wherein the silicon compound is at least one of a silane compound and a silicone compound. 前記改質剤化合物が、アルキルシラン化合物、アルコキシシラン化合物、シロキサン化合物、シラザン化合物、アルキルアルミニウム化合物、およびアルコキシアルミニウム化合物から選択される少なくとも一種を含有することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の燃料電池セパレータの製造方法。   The said modifier compound contains at least 1 type selected from the alkylsilane compound, the alkoxysilane compound, the siloxane compound, the silazane compound, the alkylaluminum compound, and the alkoxyaluminum compound, The any one of Claim 1 thru | or 4 characterized by the above-mentioned. A method for producing a fuel cell separator according to claim 1. 前記成形体における前記表面処理が施される面に、幅Aと深さBとの比A/Bが1以上となるガス供給排出用溝を形成することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の燃料電池セパレータの製造方法。   6. A gas supply / discharge groove having a ratio A / B of a width A to a depth B of 1 or more is formed on a surface of the molded body on which the surface treatment is performed. The manufacturing method of the fuel cell separator as described in any one. 前記表面処理された面の接触抵抗が15mΩcm以下となるように前記表面処理を施すことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載の燃料電池セパレータの製造方法。 The method for producing a fuel cell separator according to any one of claims 1 to 7, wherein the surface treatment is performed so that a contact resistance of the surface-treated surface is 15 mΩcm 2 or less. 前記表面処理された面の水との静的接触角が0〜50°の範囲となるように前記表面処理を施すことを特徴とする請求項1乃至8のいずれか一項に記載の燃料電池セパレータの製造方法。   The fuel cell according to any one of claims 1 to 8, wherein the surface treatment is performed so that a static contact angle with water of the surface treated surface is in a range of 0 to 50 °. Separator manufacturing method. 請求項1乃至9のいずれか一項に記載の方法により製造されたことを特徴とする燃料電池セパレータ。   A fuel cell separator manufactured by the method according to any one of claims 1 to 9.
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