JPWO2006088034A1 - Fuel cell separator and method for producing the same - Google Patents

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匡徳 中村
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敦士 中島
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Abstract

【課題】 燃料ガスの安定供給に伴う発電効率が改良され、耐酸性に優れるため耐久性に優れた燃料電池用セパレーターを提供する。【解決手段】 膜表面の水滴接触角が15〜80度、吸水率が3〜15%、引っ張り伸度が50%以上の熱可塑性樹脂と炭素粉末の混合物とからなる燃料電池用セパレーターに関する。スルホン酸基、カルボキシル基、スルホン酸金属塩基、カルボキシル金属塩基、アミノ基、水酸基、ポリブタジエンおよびポリエーテル基からなる群のうち少なくとも1種を、分子内に含有するポリイミド系樹脂と炭素粉末の混合物とからなる燃料電池用セパレーターに関する。【選択図】 なしPROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell separator having improved durability due to improved power generation efficiency accompanying stable supply of fuel gas and excellent acid resistance. The present invention relates to a fuel cell separator comprising a mixture of a thermoplastic resin and a carbon powder having a water droplet contact angle of 15 to 80 degrees on a membrane surface, a water absorption rate of 3 to 15%, and a tensile elongation of 50% or more. A mixture of a polyimide resin and a carbon powder containing in the molecule at least one of the group consisting of a sulfonic acid group, a carboxyl group, a sulfonic acid metal base, a carboxyl metal base, an amino group, a hydroxyl group, a polybutadiene and a polyether group; It is related with the separator for fuel cells which consists of. [Selection figure] None

Description

本発明は、燃料電池用セパレーターとその製造方法に関する。特に、表面の親水性が大きく、燃料ガスの供給がスムースであり、かつガスと共に供給される水や排水の流れがスムースであるため、発電効率が高く、耐久性に優れた固体高分子型燃料電池用セパレーターを提供することができる。   The present invention relates to a fuel cell separator and a method for producing the same. In particular, the surface is highly hydrophilic, the fuel gas is supplied smoothly, and the flow of water and drainage supplied with the gas is smooth, so the polymer electrolyte fuel has high power generation efficiency and excellent durability. A battery separator can be provided.

従来、固体高分子型燃料電池用セパレーターには熱硬化性樹脂と炭素材料混合して、焼成した後、水素ガスや空気を通す溝を形成したカーボン製のセパレーターが主に用いられていた。このカーボン製セパレーターは、焼成する際に発生するカール、ガス漏れ、未焼成成分の溶出による発電効率の低下およびコスト高等の問題が知られている。また、ポリイミド樹脂に炭素材料を配合した樹脂成型体(特許文献1)、ポリイミド樹脂とエポキシ樹脂に炭素材料を配合した導電樹脂成型体(特許文献2)が検討されているが、ポリイミド樹脂として、熱硬化型ポリイミド樹脂を用いているため上記と同じ問題を抱えていた。一方、これらの樹脂成型体の欠点を改良して、薄くても強度に優れ、プレス加工などの安価な製造が可能な金属板をセパレーターに用いることが試みられ、ステンレス鋼に金メッキを施したもの(特許文献3、4)、ステンレス鋼の表面に気相蒸着法によってTaやTiとともにカーボン微粒子を形成させる方法(特許文献5)などが提案されている。   Conventionally, a separator made of carbon, in which a groove for allowing hydrogen gas or air to pass therethrough has been mainly used as a separator for a polymer electrolyte fuel cell after a thermosetting resin and a carbon material are mixed and baked. This carbon separator is known to have problems such as curling generated during firing, gas leakage, reduction in power generation efficiency due to elution of unfired components, and high cost. Moreover, although the resin molding (patent document 1) which mix | blended the carbon material with the polyimide resin and the electrically conductive resin molding (patent document 2) which mix | blended the carbon material with the polyimide resin and the epoxy resin are examined, as a polyimide resin, Since thermosetting polyimide resin was used, it had the same problem as above. On the other hand, by improving the defects of these resin moldings, it was attempted to use a metal plate as a separator that was excellent in strength even when it was thin, and could be manufactured at a low cost such as press processing, and stainless steel was plated with gold (Patent Documents 3 and 4), a method of forming carbon fine particles together with Ta and Ti on the surface of stainless steel by vapor deposition (Patent Document 5) and the like have been proposed.

しかし、これらの方法ではピンホールの発生に起因すると思われるステンレス鋼の腐蝕が懸念され、また、燃料ガスと共に供給される水蒸気や水素ガスと酸素が反応した後発生する水と、セパレーター表面の親和性が乏しいため燃料ガスの安定供給と安定な排水が困難であるという欠点があった。   However, these methods are concerned about the corrosion of stainless steel, which is thought to be caused by the occurrence of pinholes, and the affinity of the separator surface with water generated after the reaction of water vapor, hydrogen gas and oxygen supplied with the fuel gas. Due to its poor nature, there is a drawback that stable supply of fuel gas and stable drainage are difficult.

特開2000−234055号公報JP 2000-234055 A 特開2000−239488号公報JP 2000-239488 A 特開平10−228914号公報JP-A-10-228914 特開2000−294257号公報JP 2000-294257 A 特開平11−126622号公報JP-A-11-126622

本発明はこれらの欠点を改良して、カールが少なく、耐酸腐蝕性に優れ且つ、燃料ガスや排水をスムースに行いうる安価な燃料電池用セパレーターを提供することを目的にする。   An object of the present invention is to improve these drawbacks and to provide an inexpensive fuel cell separator that has less curling, excellent acid corrosion resistance, and can smoothly perform fuel gas and drainage.

本発明者は上記目的を達成するために、鋭意検討を重ねた結果、本発明に到達した。即ち本発明は以下のものに関する。 As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventor has reached the present invention. That is, the present invention relates to the following.

(1) 膜表面の水滴接触角が15〜80度、吸水率が3〜15%、引っ張り伸度が50%以上の熱可塑性樹脂と炭素粉末の混合物とからなる燃料電池用セパレーター。 (1) A fuel cell separator comprising a mixture of a thermoplastic resin and a carbon powder having a water droplet contact angle of 15 to 80 degrees on the membrane surface, a water absorption rate of 3 to 15%, and a tensile elongation of 50% or more.

(2) 膜表面の水滴接触角が15〜80度、吸水率が3〜15%、引っ張り伸度が50%以上の熱可塑性樹脂と炭素粉末の混合物層が金属板に積層された燃料電池用セパレーター。 (2) For fuel cells in which a mixture layer of a thermoplastic resin and a carbon powder having a water droplet contact angle of 15 to 80 degrees, a water absorption rate of 3 to 15%, and a tensile elongation of 50% or more is laminated on a metal plate separator.

(3) スルホン酸基、カルボキシル基、スルホン酸金属塩基、カルボキシル金属塩基、アミノ基、水酸基、ポリブタジエン基およびポリエーテル基からなる群のうち少なくとも1種を、分子内に含有するポリイミド系樹脂と炭素粉末の混合物とからなる燃料電池用セパレーター。 (3) Polyimide resin and carbon containing in the molecule at least one of the group consisting of sulfonic acid group, carboxyl group, sulfonic acid metal base, carboxyl metal base, amino group, hydroxyl group, polybutadiene group and polyether group A fuel cell separator comprising a mixture of powders.

(4) スルホン酸基、カルボキシル基、スルホン酸金属塩基、カルボキシル金属塩基、アミノ基、水酸基、ポリブタジエン基およびポリエーテル基からなる群のうち少なくとも1種を、分子内に含有するポリイミド系樹脂と炭素粉末の混合物層が金属板に積層された燃料電池用セパレーター。 (4) Polyimide resin and carbon containing in the molecule at least one of the group consisting of sulfonic acid group, carboxyl group, sulfonic acid metal base, carboxyl metal base, amino group, hydroxyl group, polybutadiene group and polyether group A fuel cell separator in which a powder mixture layer is laminated on a metal plate.

(5) 金属板が、鋼板、ステンレス鋼板、チタン板またはアルミ板であることを特徴とする(2)または(4)に記載の燃料電池用セパレーター。 (5) The separator for a fuel cell according to (2) or (4), wherein the metal plate is a steel plate, a stainless steel plate, a titanium plate or an aluminum plate.

(6) 金属板に、膜表面の水滴接触角が15〜80度、吸水率が3〜15%、引っ張り伸度が50%以上の熱可塑性樹脂と炭素粉末の混合物層を積層した後、プレス加工により凹凸の溝を形成させる燃料電池用セパレーターの製造方法。 (6) After laminating a mixture layer of a thermoplastic resin and carbon powder having a water droplet contact angle of 15 to 80 degrees, a water absorption rate of 3 to 15%, and a tensile elongation of 50% or more on a metal plate, press A method for producing a separator for a fuel cell, in which concave and convex grooves are formed by processing.

(7) 金属板をプレス成型して凹凸の溝を形成した後に、膜表面の水滴接触角が15〜80度、吸水率が3〜15%、引っ張り伸度が50%以上の熱可塑性樹脂と炭素粉末の混合物層を積層する燃料電池用セパレーターの製造方法。 (7) After forming a concave and convex groove by press molding a metal plate, a thermoplastic resin having a water droplet contact angle of 15 to 80 degrees, a water absorption rate of 3 to 15%, and a tensile elongation of 50% or more A method for producing a separator for a fuel cell in which a mixture layer of carbon powder is laminated.

(8) 金属板に、スルホン酸基、カルボキシル基、スルホン酸金属塩基、カルボキシル金属塩基、アミノ基、水酸基、ポリブタジエン基およびポリエーテル基からなる群のうち少なくとも1種を、分子内に含有するポリイミド系樹脂と炭素粉末の混合物層を積層した後、プレス加工により凹凸の溝を形成させる燃料電池用セパレーターの製造方法。 (8) A polyimide containing in the molecule at least one of the group consisting of sulfonic acid group, carboxyl group, sulfonic acid metal base, carboxyl metal base, amino group, hydroxyl group, polybutadiene group and polyether group on a metal plate A method for producing a separator for a fuel cell, in which an uneven groove is formed by pressing after laminating a mixture layer of a carbon resin and carbon powder.

(9) 金属板をプレス成型して凹凸の溝を形成した後に、スルホン酸基、カルボキシル基、スルホン酸金属塩基、カルボキシル金属塩基、アミノ基、水酸基、ポリブタジエン基およびポリエーテル基からなる群のうち少なくとも1種を、分子内に含有するポリイミド系樹脂と炭素粉末の混合物層を積層する燃料電池用セパレーターの製造方法。 (9) After forming a concave and convex groove by press molding a metal plate, among the group consisting of sulfonic acid group, carboxyl group, sulfonic acid metal base, carboxyl metal base, amino group, hydroxyl group, polybutadiene group and polyether group The manufacturing method of the separator for fuel cells which laminates | stacks the mixture layer of the polyimide resin and carbon powder which contain at least 1 type in a molecule | numerator.

(10) 金属板が、鋼板、ステンレス鋼板、チタン板またはアルミ板であることを特徴とする(6)〜(9)のいずれかに記載の燃料電池用セパレーターの製造方法。 (10) The method for producing a fuel cell separator according to any one of (6) to (9), wherein the metal plate is a steel plate, a stainless steel plate, a titanium plate, or an aluminum plate.

本発明は、表面の親水性が高く、伸度が大きく強靭な皮膜を形成する熱可塑性樹脂、好ましくはポリイミド系樹脂と炭素粉末を混合して適度な導電性を有する成型体を用いることにより、耐酸性に優れ、水素や空気などの燃料供給が安定で、発電により発生する水の排出及びそのリサイクルをスムースに行うことが可能な燃料電池用セパレーターを提供することができるものである。   The present invention is a thermoplastic resin that forms a tough film with high surface hydrophilicity and high elongation, preferably by using a molded body having an appropriate conductivity by mixing a polyimide resin and carbon powder, It is possible to provide a fuel cell separator that is excellent in acid resistance, has a stable supply of fuel such as hydrogen and air, and can smoothly discharge and recycle water generated by power generation.

以下本発明を詳細に説明する。
一般に、熱可塑性樹脂は疎水性であり、水滴接触角は90度以上を示す。一方、燃料電池において、水素や空気(酸素)の燃焼ガスは通常水蒸気と共にセパレーターの溝を通ってイオン交換膜を備えた電極に供給される。発電により電極で生じた水はセパレーターを通って排出され、スタックの冷却や燃焼ガス供給用の水蒸気として再利用される。これらの水が安定にセパレーターの溝間を流通することが、燃料電池の発電効率や耐久性にとって重要になるため、セパレーター表面は親水性であることが好ましい。
従って本発明に用いられる熱可塑性樹脂は親水性であるものが好ましく、その指標として水滴接触角が15〜80度で、吸水率が3〜15%の範囲が好ましい。本発明に用いる熱可塑性樹脂としては耐酸性などを考慮すると極性基を含有するポリイミド系樹脂が好ましい。ポリイミド系樹脂とは、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエステルイミド樹脂等が挙げられる。それらの中でも溶剤溶解性、セパレーター加工性からポリアミドイミド樹脂が特に好ましい。
ポリイミド系樹脂の合成は多価カルボン酸無水物とジアミンまたはジイソシアネートをN−メチル−2−ピロリドンなどの極性有機溶剤中で室温または加熱下攪拌する方法など従来知られた方法により容易に製造することができる。この場合、酸成分の一部または全部をトリメリット酸無水物やジカルボン酸に置き換えるとポリアミドイミド樹脂が製造できる。
The present invention will be described in detail below.
Generally, a thermoplastic resin is hydrophobic, and a water droplet contact angle shows 90 degree | times or more. On the other hand, in a fuel cell, hydrogen or air (oxygen) combustion gas is usually supplied to an electrode provided with an ion exchange membrane through a groove of a separator together with water vapor. Water generated at the electrode by power generation is discharged through the separator and reused as water vapor for cooling the stack and supplying combustion gas. Since it is important for the power generation efficiency and durability of the fuel cell that the water flows stably between the grooves of the separator, the separator surface is preferably hydrophilic.
Therefore, the thermoplastic resin used in the present invention is preferably hydrophilic, and its index is preferably a water droplet contact angle of 15 to 80 degrees and a water absorption of 3 to 15%. As the thermoplastic resin used in the present invention, a polyimide resin containing a polar group is preferable in consideration of acid resistance and the like. Examples of the polyimide resin include polyimide resin, polyamideimide resin, polyetherimide resin, and polyesterimide resin. Among these, polyamideimide resin is particularly preferable from the viewpoint of solvent solubility and separator processability.
Polyimide resins can be easily synthesized by a conventionally known method such as a method in which a polycarboxylic acid anhydride and diamine or diisocyanate are stirred in a polar organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone at room temperature or under heating. Can do. In this case, a polyamideimide resin can be produced by replacing part or all of the acid component with trimellitic anhydride or dicarboxylic acid.

本発明に用いるポリイミド系樹脂の合成に用いられる酸成分は主としてトリメリット酸無水物であることが好ましいが、その一部または全部を他の多塩基酸またはその無水物に置き換えることができる。例えば、ピロメリット酸、ビフェニルテトラカルボン酸、ビフェニルスルホンテトラカルボン酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸、ビフェニルエーテルテトラカルボン酸、エチレングリコールアンヒドロビストリメリテート、プロピレングリコールアンヒドロビストリメリテート等のテトラカルボン酸及びこれらの無水物を共重合することによって達成される。これらの中では反応性、溶解性、価格などの点からピロメリット酸無水物、ベンゾフェノンテトラカルボン酸無水物、ビフェニルテトラカルボン酸無水物、エチレングリコールアンヒドロビストリメリテート、プロピレングリコールアンヒドロビストリメリテートを用いることが好ましい。また、特性を損なわない範囲でシュウ酸、アジピン酸、マロン酸、セバチン酸、アゼライン酸、ドデカンジカルボン酸、ジカルボキシポリブタジエン、ジカルボキシポリ(アクリロニトリル−ブタジエン)、ジカルボキシポリ(スチレン−ブタジエン)等の脂肪族ジカルボン酸、1,4−シクロヘキサンジカルボン酸、1,3−シクロヘキサンジカルボン酸、4,4’−ジシクロヘキシルメタンジカルボン酸、ダイマー酸等の脂環族ジカルボン酸、テレフタル酸、イソフタル酸、ジフェニルスルホンジカルボン酸、ジフェニルエーテルジカルボン酸、ナフタレンジカルボン酸等の芳香族ジカルボン酸を共重合しても良い。これらの中で耐酸性の点からは1,3−シクロヘキサンジカルボン酸、1,4−シクロヘキサンジカルボン酸を共重合することが好ましく、金属への密着特性からダイマー酸、数平均分子量が1000以上8000未満のジカルボキシポリブタジエン、ジカルボキシポリ(アクリロニトリルブタジエン)、ジカルボキシポリ(スチレン−ブタジエン)を共重合することが好ましい。これらの共重合量は酸成分を100モル%としたときに、1〜60モル%の範囲が好ましい。 It is preferable that the acid component used for the synthesis of the polyimide resin used in the present invention is mainly trimellitic anhydride, but part or all of it can be replaced with other polybasic acid or anhydride thereof. For example, tetracarboxylic acids such as pyromellitic acid, biphenyl tetracarboxylic acid, biphenyl sulfone tetracarboxylic acid, benzophenone tetracarboxylic acid, biphenyl ether tetracarboxylic acid, ethylene glycol anhydrobis trimellitate, propylene glycol anhydro bis trimellitate and the like This is accomplished by copolymerizing the anhydrides. Among these, pyromellitic acid anhydride, benzophenone tetracarboxylic acid anhydride, biphenyl tetracarboxylic acid anhydride, ethylene glycol anhydrobis trimellitate, propylene glycol anhydro bis trimellitate in terms of reactivity, solubility, price, etc. Is preferably used. In addition, oxalic acid, adipic acid, malonic acid, sebacic acid, azelaic acid, dodecanedicarboxylic acid, dicarboxypolybutadiene, dicarboxypoly (acrylonitrile-butadiene), dicarboxypoly (styrene-butadiene), etc., as long as the properties are not impaired. Aliphatic dicarboxylic acids such as aliphatic dicarboxylic acid, 1,4-cyclohexanedicarboxylic acid, 1,3-cyclohexanedicarboxylic acid, 4,4′-dicyclohexylmethanedicarboxylic acid, dimer acid, terephthalic acid, isophthalic acid, diphenylsulfone dicarboxylic acid Aromatic dicarboxylic acids such as acid, diphenyl ether dicarboxylic acid, naphthalene dicarboxylic acid and the like may be copolymerized. Among these, 1,3-cyclohexanedicarboxylic acid and 1,4-cyclohexanedicarboxylic acid are preferably copolymerized from the viewpoint of acid resistance, and dimer acid and number average molecular weight are 1000 or more and less than 8000 from the adhesion property to metal. It is preferable to copolymerize dicarboxypolybutadiene, dicarboxypoly (acrylonitrile butadiene) and dicarboxypoly (styrene-butadiene). These copolymerization amounts are preferably in the range of 1 to 60 mol% when the acid component is 100 mol%.

また、ポリイミド系樹脂の酸成分の一部をグリコールに置き換えてウレタン基を分子内に導入することもできる。グリコールとしてはエチレングリコール、プロピレングリコール、テトラメチレングリコール、ネオペンチルグリコール、ヘキサンジオール等のアルキレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコール等のポリアルキレングリコールや上記ジカルボン酸の1種又は2種以上と上記グリコールの1種又は2種以上とから合成される分子末端が水酸基のポリエステル等が挙げられ、これらの中では金属への密着性や親水性付与効果からポリエチレングリコール、末端水酸基のポリエステルを共重合することが好ましい。また、これらの数平均分子量は500以上が好ましく、1000以上がより好ましい。上限は特に限定されないが8000未満が好ましい。 In addition, a urethane group can be introduced into the molecule by replacing part of the acid component of the polyimide resin with glycol. Examples of glycols include alkylene glycols such as ethylene glycol, propylene glycol, tetramethylene glycol, neopentyl glycol, and hexanediol, polyalkylene glycols such as polyethylene glycol, polypropylene glycol, and polytetramethylene glycol, and one or more of the above dicarboxylic acids. And polyesters having a hydroxyl group at the molecular end synthesized from one or more of the above-mentioned glycols. Among these, polyethylene glycol and polyester having a terminal hydroxyl group are used together for the effect of imparting adhesion to metal and hydrophilicity. Polymerization is preferred. Moreover, these number average molecular weights are preferably 500 or more, and more preferably 1000 or more. The upper limit is not particularly limited, but is preferably less than 8000.

本発明におけるポリイミド系樹脂の合成に用いられるジアミン(ジイソシアネート)成分としては、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン等の脂肪族ジアミン及びこれらのジイソシアネート、1,4−シクロヘキサンジアミン、1,3−シクロヘキサンジアミン、ジシクロヘキシルメタン−4,4’−ジアミン等の脂環族ジアミン及びこれらのジイソシアネート、m−フェニレンジアミン、p−フェニレンジアミン、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、ベンジジン、3,3’−ジメチルベンジジン、キシリレンジアミン、ナフタレンジアミン等の芳香族ジアミン及びこれらのジイソシアネート等が挙げられ、これらの中では反応性、コスト、耐電解液性の点からジアミノジフェニルメタン、3,3’−ジメチルベンジジン、イソホロンジアミン、ジシクロヘキシルメタン−4,4’−ジアミン及びこれらのジイソシアネートが好ましい。好ましい共重合量はポリイミド系樹脂のアミン(イソシアネート)成分を100モル%としたときに、これら成分が30〜100モル%の範囲である。 Examples of the diamine (diisocyanate) component used in the synthesis of the polyimide resin in the present invention include aliphatic diamines such as ethylenediamine, propylenediamine, and hexamethylenediamine, and their diisocyanates, 1,4-cyclohexanediamine, and 1,3-cyclohexanediamine. Alicyclic diamines such as dicyclohexylmethane-4,4′-diamine and their diisocyanates, m-phenylenediamine, p-phenylenediamine, 4,4′-diaminodiphenylmethane, 4,4′-diaminodiphenyl ether, 4,4 Examples include aromatic diamines such as' -diaminodiphenylsulfone, benzidine, 3,3'-dimethylbenzidine, xylylenediamine, naphthalenediamine, and diisocyanates thereof. Refractory, cost, diaminodiphenylmethane terms of electrolyte solution resistance, 3,3'-dimethyl benzidine, isophorone diamine, dicyclohexylmethane-4,4'-diamine and these diisocyanates are preferred. A preferable copolymerization amount is in the range of 30 to 100 mol% when the amine (isocyanate) component of the polyimide resin is 100 mol%.

本発明において熱可塑性樹脂を親水化する為には、極性基を有する他の熱可塑性樹脂を配合しても良いが、直接分子内に極性基を導入するのが好ましい。極性基としてはスルホン酸基、カルボキシル基、スルホン酸金属塩基、カルボキシル金属塩基、アミノ基、水酸基およびポリエーテル基からなる群のうち少なくとも1種の導入が好ましく、上記ポリイミド系樹脂を合成する際に、或いは合成終了後に下記化合物を添加して共重合あるいは変性するのが好ましい。   In order to make the thermoplastic resin hydrophilic in the present invention, other thermoplastic resin having a polar group may be blended, but it is preferable to introduce the polar group directly into the molecule. As the polar group, introduction of at least one of the group consisting of a sulfonic acid group, a carboxyl group, a sulfonic acid metal base, a carboxyl metal base, an amino group, a hydroxyl group and a polyether group is preferable. Alternatively, after the synthesis is completed, the following compound is preferably added for copolymerization or modification.

例えばスルホン酸金属塩基の導入には5−ソジウムスルホイソフタル酸、5−ソジウムスルホイソフタル酸のエチレングリコールエステル、プロピレングリコールエステルなどが挙げられる。カルボキシル基の導入には前記3官能以上の多価カルボン酸類、アクリル酸をポリイミド系樹脂にグラフト重合させる方法などが挙げられる。アミノ基の導入にはジエタノールアミン、N−メチル−ジエタノールアミン、N−エチル−ジエタノールアミンなどが挙げられる。水酸基の導入にはグリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、5−ソジウムヒドロキシイソフタル酸、5−ソジウムヒドロキシイソフタル酸のエチレングリコールエステルなどが挙げられる。ポリエーテル基の導入にはポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレンエーテルグリコールなどの共重合が挙げられる。これらの共重合量は酸成分、イソシアネート成分のそれぞれの合計量を100モル%としたときに、0.01〜30モル%の範囲にあることが好ましい。   For example, introduction of sulfonic acid metal base includes 5-sodium sulfoisophthalic acid, ethylene glycol ester, propylene glycol ester of 5-sodium sulfoisophthalic acid and the like. Examples of the introduction of the carboxyl group include a method of graft polymerization of the above trifunctional or higher polyvalent carboxylic acids and acrylic acid onto a polyimide resin. Examples of amino group introduction include diethanolamine, N-methyl-diethanolamine, and N-ethyl-diethanolamine. Examples of the introduction of the hydroxyl group include glycerin, trimethylolpropane, pentaerythritol, 5-sodium hydroxyisophthalic acid, ethylene glycol ester of 5-sodium hydroxyisophthalic acid, and the like. Examples of the introduction of the polyether group include copolymerization of polyethylene glycol, polypropylene glycol, polytetramethylene ether glycol and the like. These copolymerization amounts are preferably in the range of 0.01 to 30 mol% when the total amount of each of the acid component and the isocyanate component is 100 mol%.

上記の極性基の導入により得られるポリイミド系樹脂は親水化され塗膜表面の接触角は低下して本発明の目的を達成できるが、より効果的に表面を親水化するには上記極性基を有する原料と疎水性の原料を組み合わせて重合したポリイミド系樹脂であることが一層好ましい。例えば、スルホン酸基、カルボキシル基、スルホン酸金属塩基、カルボキシル金属塩基、アミノ基、水酸基、ポリエチレングリコールなどのポリエーテル基の一種または二種以上とカルボキシル基含有のポリブタジエンやポリアクリロニトリルブタジエン、ダイマー酸などを同時に共重合することが好ましい。この場合、全ての原料を一括に仕込んでランダム共重合体としても良いし、逐次的に反応系に原料を仕込んでブロック共重合体とすることもできるが、ブロック共重合体にするほうが塗膜表面の親水性は向上するためより好ましい傾向にある。   The polyimide resin obtained by the introduction of the above polar group is hydrophilized and the contact angle on the surface of the coating film is lowered to achieve the object of the present invention. More preferably, it is a polyimide resin polymerized by combining a raw material having a hydrophobic raw material. For example, one or more of polyether groups such as sulfonic acid group, carboxyl group, sulfonic acid metal base, carboxyl metal base, amino group, hydroxyl group, polyethylene glycol and carboxyl group-containing polybutadiene, polyacrylonitrile butadiene, dimer acid, etc. Are preferably copolymerized simultaneously. In this case, all the raw materials may be charged at once to form a random copolymer, or the raw materials may be sequentially added to the reaction system to form a block copolymer. Since the hydrophilicity of the surface is improved, it tends to be more preferable.

本発明に用いるポリイミド系樹脂は例えばN,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン、γ−ブチロラクトン等の極性溶剤中にて容易に製造することが出来る。イソシアネート法を用いる場合、60〜200℃に加熱しながら攪拌することが好ましい。必要に応じてトリエチルアミン、ジエチレントリアミン等のアミン類、フッ化ナトリウム、フッ化カリウム、フッ化セシウム、ナトリウムメトキシド等のアルカリ金属塩等を触媒として用いることもできる。 The polyimide resin used in the present invention can be easily produced in a polar solvent such as N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone, and γ-butyrolactone. When using the isocyanate method, it is preferable to stir while heating at 60 to 200 ° C. If necessary, amines such as triethylamine and diethylenetriamine, and alkali metal salts such as sodium fluoride, potassium fluoride, cesium fluoride, sodium methoxide, and the like can be used as a catalyst.

本発明に用いる熱可塑性樹脂はその樹脂のみの塗膜の水滴接触角が15〜80度、吸水率が3〜15%、引っ張り伸度が50%以上であること好ましい。水滴接触角が15度未満では成型物の膨潤が大きくて形状安定性が悪く、使用中にガスや水蒸気の流路が狭くなる恐れがあり、80度を超えると目的とする燃焼ガスの安定供給が問題となる場合がある。水滴接触角の下限は30℃以上であることが好ましい。吸水率が3%未満では成型物の親水性が不十分で、燃焼ガス、水蒸気の安定供給に問題があり、15%を超えると成型物の膨潤が大きく上記と同じ問題が発生する恐れがある。引っ張り伸度は50%未満では成型物がもろく、成型時に割れが生じたり、金属に塗布した後、成型する場合の成型性が不十分になる恐れがある。引張り伸度の上限は特に限定されないが、500%未満が好ましい。本発明における水滴接触角は、厚み30μmの樹脂単独のフィルムを用いて、協和界面科学社製接触角計(CA−X型)で測定した値とする。本発明における吸水率は、泡の噛み込んでいない固形樹脂およそ3gを120℃、1時間乾燥した後の重量(W0)を測定し、それを25℃の水に20時間浸漬し、表面付着水を拭き取った後の重量(W1)を測定して次式によって求めた値とする。吸水率(%)=100×{(W1−W0)/W1}。本発明における引っ張り伸度は厚み30μmの樹脂単独のフィルムを用いて25℃70%RHの条件下引っ張り速度20mm/分で測定した値とする。 The thermoplastic resin used in the present invention preferably has a water droplet contact angle of 15 to 80 degrees, a water absorption rate of 3 to 15%, and a tensile elongation of 50% or more of the coating film of only the resin. If the water droplet contact angle is less than 15 degrees, the molded product will swell greatly and shape stability will be poor, and the flow path of gas or water vapor may become narrow during use. If it exceeds 80 degrees, stable supply of the desired combustion gas May be a problem. The lower limit of the water droplet contact angle is preferably 30 ° C. or higher. When the water absorption is less than 3%, the hydrophilicity of the molded product is insufficient, and there is a problem in the stable supply of combustion gas and water vapor. When the water absorption exceeds 15%, the molded product swells greatly and the same problem as described above may occur. . If the tensile elongation is less than 50%, the molded product is fragile, cracking may occur during molding, or moldability may be insufficient when molding after applying to metal. The upper limit of the tensile elongation is not particularly limited, but is preferably less than 500%. The water droplet contact angle in the present invention is a value measured with a contact angle meter (CA-X type) manufactured by Kyowa Interface Science Co., Ltd., using a resin-only film having a thickness of 30 μm. The water absorption rate in the present invention is determined by measuring the weight (W0) after drying about 3 g of a solid resin without foaming at 120 ° C. for 1 hour, and immersing it in water at 25 ° C. for 20 hours. The weight (W1) after wiping off is measured to obtain a value obtained by the following formula. Water absorption (%) = 100 × {(W1−W0) / W1}. The tensile elongation in the present invention is a value measured using a resin-only film having a thickness of 30 μm under a condition of 25 ° C. and 70% RH at a tensile speed of 20 mm / min.

本発明の燃料電池用セパレーターは、熱可塑性樹脂と炭素粉体との混合樹脂成型体及び上記熱可塑性樹脂と炭素粉体との混合物が金属板に積層された2つの形態で提供される。金属板としてはステンレス鋼板、鋼板、チタン板、アルミ板が好ましい。以下、これらの製造方法について説明する。製造方法に特に制限はないが、以下の方法が好ましく、特に(1)〜(3)が好ましい。
(1)熱可塑性樹脂粉体又はペレットと炭素粉体とをブレンドして射出成型又はプレス成型で熱成型する。
(2)熱可塑性樹脂の溶液に炭素粉体を混合、分散させた溶液を金属板に塗布、乾燥した後、プレス成型で凹凸の溝を形成させる。
(3)金属板をプレス成型して凹凸の溝を形成した後、熱可塑性樹脂溶液に炭素粉体を混合、分散させた溶液を塗布、乾燥させる。
(4)(1)の成型体を金属板に積層した後、プレス成型で凹凸の溝を形成させる。
(5)金属板をプレス成型して凹凸の溝を形成した後、(1)の成型体を金属板に積層する。
The separator for a fuel cell of the present invention is provided in two forms in which a mixed resin molded body of a thermoplastic resin and carbon powder and a mixture of the thermoplastic resin and carbon powder are laminated on a metal plate. As a metal plate, a stainless steel plate, a steel plate, a titanium plate, and an aluminum plate are preferable. Hereinafter, these manufacturing methods will be described. Although there is no restriction | limiting in particular in a manufacturing method, The following methods are preferable and (1)-(3) are especially preferable.
(1) Thermoplastic resin powder or pellets and carbon powder are blended and thermoformed by injection molding or press molding.
(2) A solution in which carbon powder is mixed and dispersed in a thermoplastic resin solution is applied to a metal plate and dried, and then uneven grooves are formed by press molding.
(3) After the metal plate is press-molded to form uneven grooves, a solution in which carbon powder is mixed and dispersed in a thermoplastic resin solution is applied and dried.
(4) After laminating the molded body of (1) on a metal plate, concave and convex grooves are formed by press molding.
(5) After the metal plate is press-molded to form uneven grooves, the molded body of (1) is laminated on the metal plate.

上記製造に用いられる熱可塑性樹脂としては極性基を含有したポリイミド系樹脂が好ましい。このポリイミド系樹脂を用いたセパレーターの製造方法を具体的に説明する。
ポリイミド系樹脂は前記のように極性溶剤中、溶液重合法によって製造される。上記セパレーターの製造方法のうち(2)と(3)にはこの重合溶液をそのまま用いることができる。
The thermoplastic resin used for the production is preferably a polyimide resin containing a polar group. The manufacturing method of the separator using this polyimide resin is demonstrated concretely.
The polyimide resin is produced by a solution polymerization method in a polar solvent as described above. The polymerization solution can be used as it is in (2) and (3) of the above-described separator production method.

(1)の製造の場合に用いられるポリイミド系樹脂はポリイミド系樹脂の溶液を水などの貧溶剤中に投入して凝固させ、洗浄、乾燥したものを粉砕して粉体にするか、ペレット状にしたものが用いられ、このポリイミド系固形樹脂と炭素粉体を溶融混練りしたペレット、あるいはマスターペレットに必要に応じて、高級脂肪酸塩や他の無機フィラーなどを混合して射出成型及び/又はプレス成型することにより得られる。炭素粉体としてはケッチェンブラック、ファーネスブラック、アセチレンブラックなどのカーボンブラックとグラファイトなどの単独又は2種以上の混合物が用いられ、成型体の体積抵抗を1〜10−5Ω・cm、好ましくは10−1〜10−3Ω・cmとなるように配合することが好ましい。射出成型又はプレス成型するときの温度は用いるポリイミド系樹脂のガラス転移温度より30〜100℃高い温度で加熱するのが好ましい。成型物のシート厚みは0.1〜3mmであることが好ましい。The polyimide resin used in the production of (1) is solidified by putting a solution of polyimide resin into a poor solvent such as water, and washed, dried and pulverized into a powder, or in a pellet form What is used is a pellet obtained by melting and kneading this polyimide solid resin and carbon powder, or a master pellet, if necessary, mixed with a higher fatty acid salt or other inorganic filler, and injection molded and / or It is obtained by press molding. As the carbon powder, carbon black such as ketjen black, furnace black, acetylene black and the like alone or a mixture of two or more kinds thereof are used, and the volume resistance of the molded body is 1 to 10 −5 Ω · cm, preferably It is preferable to mix | blend so that it may become 10 < -1 > -10 < -3 > (omega | ohm) * cm. The temperature at the time of injection molding or press molding is preferably 30 to 100 ° C. higher than the glass transition temperature of the polyimide resin used. The sheet thickness of the molded product is preferably 0.1 to 3 mm.

(2)の製造方法では、ポリイミド系樹脂溶液に上記のカーボンブラックとグラファイトなどの炭素粉体を体積抵抗値が1〜10−3Ω・cmとなるように混合して、ボールミルやサンドミル、高速デイゾルバーなどにより分散した溶液を金属板に塗布し乾燥した後、プレス成型して所定の溝を形成させることで製造される。In the production method (2), the above-described carbon black and carbon powder such as graphite are mixed with the polyimide resin solution so that the volume resistance value is 1 to 10 −3 Ω · cm, and a ball mill, sand mill, high speed A solution dispersed by a dissolver or the like is applied to a metal plate, dried, and then press-molded to form a predetermined groove.

(3)の製造方法では、予めプレス成型で溝を形成した金属板に(2)で用いたと同様のポリイミド系樹脂/炭素粉体混合樹脂溶液をスプレー法などで塗布し乾燥することで製造される。 In the manufacturing method of (3), it is manufactured by applying a polyimide resin / carbon powder mixed resin solution similar to that used in (2) to a metal plate having grooves formed by press molding in advance, and drying. The

(2)、(3)の場合、金属の厚みは0.1〜2mm、ポリイミド系樹脂と炭素粉体混合物層の厚みは0.003〜0.5mmが好ましい。 In the case of (2) and (3), the thickness of the metal is preferably 0.1 to 2 mm, and the thickness of the polyimide resin and carbon powder mixture layer is preferably 0.003 to 0.5 mm.

以下、実施例で本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例で制限されるものではない。
尚、実施例中の測定値は以下の方法で測定した。
(1)接触角
ポリエステルフィルム上に樹脂単独の溶液を塗布、150℃で20時間乾燥した後剥離したフィルムを用いて、協和界面科学社製接触角計(CA−X型)で水滴接触角を測定した。また、該サンプルをpH3の硫酸水溶液に90℃で20時間浸漬したあとの水滴接触角についての測定も併せて行った。
(2)吸水率
固形樹脂を120℃、1時間乾燥したあとの重量(W0)を測定し、それを25℃の水に20時間浸漬した後の重量(W1)を測定して次式によって求めた。
吸水率(%)=100×{(W1−W0)/W1}
(3)引っ張り強伸度
ポリエステルフィルム上に樹脂溶液を塗布、150℃で20時間乾燥した後剥離した30μmの樹脂単独のフィルムを東洋ボールドウイン社の引張り試験機を用いて、25℃70%RHの条件下引っ張り速度20mm/分で測定した。
(4)耐酸性
成型品をpH3の硫酸水溶液に90℃で20時間浸漬した後の外観を観察した。
判定は ○:異常なし △:剥離又はワレ発生 ×:剥離、ワレともに発生 とした。
(5)成型性
金属積層品の場合はプレス加工するときの塗膜のワレ、剥離を観察した。熱成型品の場合は表面の平滑性を観察した。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not restrict | limited by these Examples.
In addition, the measured value in an Example was measured with the following method.
(1) Contact angle A water droplet contact angle was measured with a contact angle meter (CA-X type) manufactured by Kyowa Interface Science Co., Ltd. using a film that was applied on a polyester film, dried at 150 ° C. for 20 hours and then peeled off. It was measured. In addition, the measurement of the water droplet contact angle after the sample was immersed in a sulfuric acid aqueous solution of pH 3 at 90 ° C. for 20 hours was also performed.
(2) The weight (W0) after drying the water-absorbing solid resin at 120 ° C. for 1 hour is measured, and the weight (W1) after being immersed in water at 25 ° C. for 20 hours is determined by the following formula. It was.
Water absorption rate (%) = 100 × {(W1-W0) / W1}
(3) Tensile high elongation Polyester film was coated with a resin solution, dried at 150 ° C. for 20 hours, and then peeled off, and a 30 μm resin single film was removed at 25 ° C. and 70% RH using a tensile tester manufactured by Toyo Baldwin. Measurement was performed at a pulling rate of 20 mm / min under the conditions of
(4) The appearance after the acid-resistant molded product was immersed in a sulfuric acid aqueous solution of pH 3 at 90 ° C. for 20 hours was observed.
Judgment: ○: No abnormality △: Peeling or cracking ×: Peeling or cracking occurred.
(5) In the case of a moldable metal laminate, the crack and peeling of the coating film during press working were observed. In the case of a thermoformed product, the smoothness of the surface was observed.

[実施例1]
温度計、冷却管、窒素ガス導入管のついた4ツ口フラスコにトリメリット酸無水物(TMA)0.95モル、5−ソジウムスルホイソフタル酸0.05モル、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)1モル、フッ化カリウム0.02モルを固形分濃度が25%となるようにN−メチル−2−ピロリドンと共に仕込み、130℃で5時間攪拌して反応させた。得られたポリアミドイミド樹脂の対数粘度は0.68dl/g、ガラス転移温度は285℃であった。
このポリアミドイミド樹脂溶液100部に25部のグラファイトを配合して3本ロールミルで均一に分散させた。
この分散液を厚みが0.3mmのステンレス(SUS304)に乾燥膜厚が0.3mmとなるように塗布、200℃で1時間乾燥した。この積層板の特性を表1に示す。
[Example 1]
In a four-necked flask equipped with a thermometer, a condenser tube, and a nitrogen gas inlet tube, 0.95 mol of trimellitic anhydride (TMA), 0.05 mol of 5-sodium sulfoisophthalic acid, 4,4′-diphenylmethane diisocyanate (MDI) 1 mol and potassium fluoride 0.02 mol were charged together with N-methyl-2-pyrrolidone so that the solid content concentration would be 25%, and stirred at 130 ° C. for 5 hours to be reacted. The obtained polyamideimide resin had a logarithmic viscosity of 0.68 dl / g and a glass transition temperature of 285 ° C.
100 parts of this polyamideimide resin solution was mixed with 25 parts of graphite and uniformly dispersed by a three roll mill.
This dispersion was applied to stainless steel (SUS304) having a thickness of 0.3 mm so as to have a dry film thickness of 0.3 mm and dried at 200 ° C. for 1 hour. The properties of this laminate are shown in Table 1.

[実施例2〜8]
実施例1の5−ソジウムスルホイソフタル酸を表1に示すモノマー(およびその量)に変え、(1−表1に記載された量)モルのTMAを用いた以外は実施例1と同じ方法でポリアミドイミド樹脂を合成し、これを用いたステンレス板積層板を作成した。特性は表1に示す。
[Examples 2 to 8]
The same method as Example 1 except that 5-sodiumsulfoisophthalic acid of Example 1 was changed to the monomers (and amounts thereof) shown in Table 1 and (molar amounts listed in Table 1) moles of TMA were used. Thus, a polyamide-imide resin was synthesized, and a stainless steel plate laminate using this was prepared. The characteristics are shown in Table 1.

[実施例9]
熱可塑性樹脂としてYK−30(日本エクスラン工業社のアクリル系ポリマー)をN−メチル−2−ピロリドンに固形分濃度が15%となるように溶解した溶液を用いて、実施例1と同じ条件で金属積層板を作成した。評価結果を表1に示す。
[Example 9]
Under the same conditions as in Example 1, using a solution obtained by dissolving YK-30 (acrylic polymer of Nippon Exlan Kogyo Co., Ltd.) as a thermoplastic resin in N-methyl-2-pyrrolidone so that the solid content concentration becomes 15%. A metal laminate was prepared. The evaluation results are shown in Table 1.

[実施例10]
実施例1のポリアミドイミド樹脂溶液を水中に投入して、凝固させ、水で十分洗浄した後、乾燥し粉砕して固形状のポリアミドイミド樹脂を得た。
この固形樹脂100部にグラファイト100部をドライブレンドした後、320℃の加熱ミル中で攪拌しながら15分間混練りし、型内に所定量の混合物を充填して290℃で15分熱プレスを行い、厚みが2mmの成型品を得た。この成型品の特性を表1に示す。
[Example 10]
The polyamideimide resin solution of Example 1 was poured into water, solidified, sufficiently washed with water, dried and pulverized to obtain a solid polyamideimide resin.
After 100 parts of graphite were dry blended with 100 parts of this solid resin, the mixture was kneaded for 15 minutes in a heating mill at 320 ° C., and a predetermined amount of the mixture was filled in the mold, followed by hot pressing at 290 ° C. for 15 minutes. And a molded product having a thickness of 2 mm was obtained. The properties of this molded product are shown in Table 1.

[実施例11]
温度計、冷却管、窒素導入管のついた4ツ口フラスコを用い、以下の方法で2段階重合を行い、ブロック共重合体を合成した。
(第一段重合)
TMA0.37モル、分子量が2000のポリエチレングリコール0.25モル、MDI0.62モルとフッ化カリウム0.012モルを固形分濃度が25%となるようにNMPと共に仕込み、130℃で2.5時間反応させた。
(第二段重合)
第一段重合が終了した溶液を50℃以下に冷却した後、TMA0.25モル、末端がカルボキシル基のアクリロニトリルブタジエン(宇部興産製CTBN1300×13)0.05モル、MDI0.3モルとフッ化カリウム0.006モルを固形分濃度が25%となるようにNMPと共に仕込み、130℃で2.5時間反応させた。
得られたポリアミドイミド樹脂溶液に実施例1と同じ方法でグラファイトを混合し、ステンレス板に塗布、乾燥して金属積層体を作成した。結果を表1に示す。
[Example 11]
Using a four-necked flask equipped with a thermometer, a cooling tube, and a nitrogen introducing tube, two-stage polymerization was performed by the following method to synthesize a block copolymer.
(First stage polymerization)
0.37 mol of TMA, 0.25 mol of polyethylene glycol having a molecular weight of 2000, 0.62 mol of MDI and 0.012 mol of potassium fluoride were charged together with NMP so that the solid content concentration would be 25%, and at 130 ° C. for 2.5 hours Reacted.
(Second stage polymerization)
After the first stage polymerization was completed, the solution was cooled to 50 ° C. or lower, and then 0.25 mol of TMA, 0.05 mol of acrylonitrile butadiene having a terminal carboxyl group (CTBN 1300 × 13 manufactured by Ube Industries), 0.3 mol of MDI and potassium fluoride. 0.006 mol was charged together with NMP so that the solid concentration would be 25%, and reacted at 130 ° C. for 2.5 hours.
Graphite was mixed with the obtained polyamideimide resin solution in the same manner as in Example 1, and applied to a stainless steel plate and dried to prepare a metal laminate. The results are shown in Table 1.

[比較例1]
実施例1でトリメリット酸無水物を1.05モル、ジフェニルメタン−4,4’−ジイソシアネート1モルとした以外は実施例1と同じ条件でポリアミドイミド樹脂を合成した。得られたポリアミドイミド樹脂の対数粘度は0.41dl/g、ガラス転移温度は295℃であった。
このポリアミドイミド樹脂を用いて実施例1と同じ条件で金属積層板を作成した。評価結果を表1に示す。
[Comparative Example 1]
A polyamideimide resin was synthesized under the same conditions as in Example 1 except that 1.05 mol of trimellitic anhydride and 1 mol of diphenylmethane-4,4′-diisocyanate were used in Example 1. The obtained polyamideimide resin had a logarithmic viscosity of 0.41 dl / g and a glass transition temperature of 295 ° C.
Using this polyamideimide resin, a metal laminate was prepared under the same conditions as in Example 1. The evaluation results are shown in Table 1.

[比較例2]
比較例1のトリメリット酸無水物を1モルとした以外は比較例1と同じ条件でポリアミドイミド樹脂を合成した。この溶液を用いて、実施例1と同じ条件で金属積層板を作成した。評価結果を表1に示す。
[Comparative Example 2]
A polyamide-imide resin was synthesized under the same conditions as in Comparative Example 1 except that the amount of trimellitic anhydride in Comparative Example 1 was changed to 1 mol. Using this solution, a metal laminate was prepared under the same conditions as in Example 1. The evaluation results are shown in Table 1.

[比較例3]
比較例1のポリアミドイミド樹脂溶液に分子量400のポリエチレングリコールを樹脂固形分に対して20%配合した。この配合溶液を用いて実施例1と同じ条件で金属積層板を作成した。評価結果を表1に示す。
[Comparative Example 3]
In the polyamideimide resin solution of Comparative Example 1, 20% of polyethylene glycol having a molecular weight of 400 was blended with respect to the resin solid content. Using this mixed solution, a metal laminate was prepared under the same conditions as in Example 1. The evaluation results are shown in Table 1.

[比較例4]
比較例2のポリアミドイミド樹脂溶液100部に非イオン性界面活性剤(商品名ノイゲンHC)を3部配合した溶液を用いて実施例1と同じ条件で金属積層板を作成した。評価結果を表1に示す。
[Comparative Example 4]
A metal laminate was prepared under the same conditions as in Example 1 using a solution in which 3 parts of a nonionic surfactant (trade name Neugen HC) was blended with 100 parts of the polyamideimide resin solution of Comparative Example 2. The evaluation results are shown in Table 1.

本発明は、親水性に優れた熱可塑性樹脂、特に極性基含有ポリイミド系樹脂と炭素粉体の混合物を用いることにより、燃料ガスが安定に供給され、耐酸性に優れた燃料電池用セパレーターを供給できる。 The present invention provides a fuel cell separator having a stable supply of fuel gas and excellent acid resistance by using a thermoplastic resin excellent in hydrophilicity, particularly a mixture of a polar group-containing polyimide resin and carbon powder. it can.

Claims (10)

膜表面の水滴接触角が15〜80度、吸水率が3〜15%、引っ張り伸度が50%以上の熱可塑性樹脂と炭素粉末の混合物とからなる燃料電池用セパレーター。 A fuel cell separator comprising a mixture of a thermoplastic resin and a carbon powder having a water droplet contact angle of 15 to 80 degrees on the membrane surface, a water absorption rate of 3 to 15%, and a tensile elongation of 50% or more. 膜表面の水滴接触角が15〜80度、吸水率が3〜15%、引っ張り伸度が50%以上の熱可塑性樹脂と炭素粉末の混合物層が金属板に積層された燃料電池用セパレーター。 A separator for a fuel cell in which a mixture layer of a thermoplastic resin and a carbon powder having a water droplet contact angle of 15 to 80 degrees, a water absorption rate of 3 to 15%, and a tensile elongation of 50% or more is laminated on a metal plate. スルホン酸基、カルボキシル基、スルホン酸金属塩基、カルボキシル金属塩基、アミノ基、水酸基、ポリブタジエン基およびポリエーテル基からなる群のうち少なくとも1種を、分子内に含有するポリイミド系樹脂と炭素粉末の混合物とからなる燃料電池用セパレーター。 Mixture of polyimide resin and carbon powder containing in the molecule at least one of the group consisting of sulfonic acid group, carboxyl group, sulfonic acid metal base, carboxyl metal base, amino group, hydroxyl group, polybutadiene group and polyether group A fuel cell separator comprising: スルホン酸基、カルボキシル基、スルホン酸金属塩基、カルボキシル金属塩基、アミノ基、水酸基、ポリブタジエン基およびポリエーテル基からなる群のうち少なくとも1種を、分子内に含有するポリイミド系樹脂と炭素粉末の混合物層が金属板に積層された燃料電池用セパレーター。 Mixture of polyimide resin and carbon powder containing in the molecule at least one of the group consisting of sulfonic acid group, carboxyl group, sulfonic acid metal base, carboxyl metal base, amino group, hydroxyl group, polybutadiene group and polyether group A separator for a fuel cell in which a layer is laminated on a metal plate. 金属板が、鋼板、ステンレス鋼板、チタン板またはアルミ板であることを特徴とする請求項2または4に記載の燃料電池用セパレーター。 The separator for a fuel cell according to claim 2 or 4, wherein the metal plate is a steel plate, a stainless steel plate, a titanium plate, or an aluminum plate. 金属板に、膜表面の水滴接触角が15〜80度、吸水率が3〜15%、引っ張り伸度が50%以上の熱可塑性樹脂と炭素粉末の混合物層を積層した後、プレス加工により凹凸の溝を形成させる燃料電池用セパレーターの製造方法。 After laminating a mixture layer of a thermoplastic resin and a carbon powder having a water droplet contact angle of 15 to 80 degrees, a water absorption rate of 3 to 15%, and a tensile elongation of 50% or more on a metal plate, it is uneven by pressing. Of manufacturing a fuel cell separator for forming a groove. 金属板をプレス成型して凹凸の溝を形成した後に、膜表面の水滴接触角が15〜80度、吸水率が3〜15%、引っ張り伸度が50%以上の熱可塑性樹脂と炭素粉末の混合物層を積層する燃料電池用セパレーターの製造方法。 After forming a concave-convex groove by press molding a metal plate, a thermoplastic resin and carbon powder having a water droplet contact angle of 15 to 80 degrees, a water absorption rate of 3 to 15%, and a tensile elongation of 50% or more on the film surface A method for producing a fuel cell separator in which a mixture layer is laminated. 金属板に、スルホン酸基、カルボキシル基、スルホン酸金属塩基、カルボキシル金属塩基、アミノ基、水酸基、ポリブタジエン基およびポリエーテル基からなる群のうち少なくとも1種を、分子内に含有するポリイミド系樹脂と炭素粉末の混合物層を積層した後、プレス加工により凹凸の溝を形成させる燃料電池用セパレーターの製造方法。 A polyimide resin containing, in a molecule, at least one selected from the group consisting of a sulfonic acid group, a carboxyl group, a sulfonic acid metal base, a carboxyl metal base, an amino group, a hydroxyl group, a polybutadiene group, and a polyether group on a metal plate; A method for producing a separator for a fuel cell, in which an uneven groove is formed by pressing after laminating a mixture layer of carbon powder. 金属板をプレス成型して凹凸の溝を形成した後に、スルホン酸基、カルボキシル基、スルホン酸金属塩基、カルボキシル金属塩基、アミノ基、水酸基、ポリブタジエン基およびポリエーテル基からなる群のうち少なくとも1種を、分子内に含有するポリイミド系樹脂と炭素粉末の混合物層を積層する燃料電池用セパレーターの製造方法。 After forming a concave and convex groove by press molding a metal plate, at least one kind selected from the group consisting of sulfonic acid group, carboxyl group, sulfonic acid metal base, carboxyl metal base, amino group, hydroxyl group, polybutadiene group and polyether group Is a method for producing a separator for a fuel cell in which a mixture layer of a polyimide resin containing carbon and a carbon powder is laminated. 金属板が、鋼板、ステンレス鋼板、チタン板またはアルミ板であることを特徴とする請求項6〜9のいずれかに記載の燃料電池用セパレーターの製造方法。 The method for producing a separator for a fuel cell according to any one of claims 6 to 9, wherein the metal plate is a steel plate, a stainless steel plate, a titanium plate, or an aluminum plate.
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