KR20170077174A - 도전성 잉크 - Google Patents

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Abstract

잉크의 끊어짐이 양호하고, 또한 면압 인가시의 찌그러짐 등의 변형도 억제할 수 있는 도전성 잉크를 제공한다. 연료전지 스택의 셀(13)을 구성하는 세퍼레이터(11)의 기재(21)에 스크린 인쇄에 의해 인쇄되어 기재(21) 상에 형성되는 리브(22)가 되는 도전성 잉크로서, 회전형 레오미터로 점탄성을 측정했을 때, 손실 탄젠트가 1이 되는 변형률이 10~100%의 사이에 있다.

Description

도전성 잉크{CONDUCTIVE INK}
본 발명은 금속판으로 이루어진 기재에 스크린 인쇄하여 리브를 형성할 때 사용되는 도전성 잉크에 관한 것이다.
연료전지 스택을 구성하는 세퍼레이터에 가스 유로를 형성하기 위해, 스크린 인쇄법에 의해 세퍼레이터의 기재의 표면에 다공질체로 이루어진 돌기를 형성하는 기술이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
특허문헌 1: 일본 공개특허공보 제2010-129299호
그런데, 세퍼레이터의 기재에 스크린 인쇄되는 도전성 잉크는 바인더량을 많게 함으로써 면압 인가시의 찌그러짐 등의 변형을 억제할 수 있지만, 그 반면, 점성이 커져 인쇄시의 잉크의 끊어짐이 나빠진다. 이러한 도전성 잉크를 사용하여 연료전지 스택의 셀을 구성하는 세퍼레이터의 기재에 리브를 스크린 인쇄하면, 리브 형상이 나빠지거나, 리브 내부에 결함이 생기거나, 리브 표면의 평활성이 떨어지거나 한다. 그리고, 그 결과, 전기 저항이 높아지고, 발전 성능이 떨어진다.
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 연료전지 스택의 셀을 구성하는 세퍼레이터의 기재에 스크린 인쇄에 의해, 양호한 형상의 리브를 형성하고, 전기 저항값을 낮게 하는 것이 가능한 도전성 잉크를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 도전성 잉크는,
연료전지 스택의 셀을 구성하는 세퍼레이터의 기재에 스크린 인쇄에 의해 인쇄되어 상기 기재상에 형성되는 리브가 되는 도전성 잉크로서,
회전형 레오미터로 점탄성을 측정했을 때, 손실 탄젠트가 1이 되는 변형률이 10~100%의 사이에 있다.
이 구성에 의하면, 회전형 레오미터로 점탄성을 측정했을 때의 변형률이 10~100%의 사이이고, 손실 탄젠트(tanδ)의 값이 1로 되어 있다.
여기서, 손실 탄젠트(tanδ)는 잉크의 점탄성을 나타내는 지표로 저장 탄성률(G')과 손실 탄성률(G")의 비(G"/G'=tanδ)로 정의되며, 변형률과 손실 탄젠트(tanδ)는 도 1에 나타내는 관계가 된다.
세퍼레이터의 기재에 스크린 인쇄되는 도전성 잉크에서는, 면압 인가시의 찌그러짐 등의 변형을 억제하여 치밀한 리브를 성형하기 위해, 바인더를 일정량 포함시켜 점성을 크게 하고 있다. 그러나, 점성이 너무 커지면, 스크린 인쇄시의 잉크의 끊어짐이 나빠지는 경향이 있다. 이와 같이, 도전성 잉크에 있어서의 잉크의 끊어짐에는 점탄성의 영향이 크다. 한편, 잉크의 끊어짐이 양호한 도전성 잉크로서는, 점탄성 거동은 도 1에 나타낸 바와 같이, 변형률이 10~100%의 영역인 것이 필요하다.
상기 구성의 도전성 잉크에서는 전술한 바와 같이, 회전형 레오미터로 점탄성을 측정했을 때의 변형률이 10~100%의 사이이고, 손실 탄젠트(tanδ)의 값이 1로 되어 있으므로, 세퍼레이터의 기재상에 스크린 인쇄되어 형성된 리브는 건조시에 바인더의 수축에 의해 치밀한 구조가 되어, 면압 인가시의 변형을 억제할 수 있고, 또한 바인더를 일정량 포함하면서도 스크린 인쇄시에 있어서의 양호한 끊어짐도 얻을 수 있다. 따라서, 연료전지 스택에 유로를 형성하기 위해 세퍼레이터에 리브를 형성하는 도전성 잉크로서 사용하여 호적하다.
본 발명의 도전성 잉크의 전단 점도는, 1(1/s)의 전단 속도에 있어서 80~150mPa·s이고, 10(1/s)의 전단 속도에 있어서 20~60mPa·s인 것이 바람직하다.
본 발명의 도전성 잉크는 도전성 재료 100 중량부에 대해, 점도 조정제 1~20 중량부, 바인더 1~10 중량부, 물 30~100 중량부, 유동 조정제 20~50 중량부를 포함하고, 고형분이 50~65wt%, 수분이 20~30wt%, 유동 조정제가 10~25wt%인 수계 도전성 잉크인 것이 바람직하다.
본 발명의 도전성 잉크에 의하면, 잉크의 끊어짐이 양호하고, 또한 면압 인가시의 찌그러짐 등의 변형도 억제할 수 있는 도전성 잉크를 제공할 수 있다.
도 1은 변형률과 손실 탄젠트의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 실시형태에 따른 도전성 잉크로 형성된 리브를 가지는 세퍼레이터를 구비한 셀의 개략 단면도이다.
이하, 본 발명에 따른 도전성 잉크의 실시형태에 대해 설명한다.
본 실시형태에 따른 도전성 잉크는 예를 들면, 고분자 고체 전해질형 연료 전지를 구성하는 셀의 세퍼레이터를 제조할 때 사용되는 것으로, 스크린 인쇄에 의해 금속판으로 이루어진 세퍼레이터의 기재상에 인쇄되고, 기재상에 형성되는 리브를 구성한다. 도전성 잉크는 회전형 레오미터로 점탄성을 측정했을 때, 손실 탄젠트가 1이 되는 변형률이 10~100%의 사이, 바람직하게는 30~80%의 사이가 되는 것이다. 이 범위에 있으면, 스크린 인쇄성이 우수하고, 또한 전기 저항을 작게 할 수 있다.
본 실시형태에 따른 도전성 잉크를 사용하면, 세퍼레이터의 기재상에 스크린 인쇄하여, 폭 0.1~2mm, 높이 0.1~3mm의 리브를 형성할 수 있다. 도전성 잉크는 탄소계 도전성 재료를 포함하고, 고형분 농도가 50~58wt%로 되어 있다. 탄소계 도전성 재료는 평균 입경이 10~100㎛인 탄소계 재료를 60~95 중량부, 평균 입경이 0.1~8㎛인 탄소계 재료를 5~40 중량부의 비율로 혼합시킨 2 종류 이상의 탄소계 도전재료의 혼합물이다.
또한, 본 실시형태에 따른 도전성 잉크는 수계 도전성 잉크이고, 도전성 재료 100 중량부에 대해, 점도 조정제 1~20 중량부, 바람직하게는 2~10 중량부, 바인더 1~10 중량부, 바람직하게는 2~7 중량부, 물 30~100 중량부, 바람직하게는 40~70 중량부, 유동 조정제 20~50 중량부, 바람직하게는 30~40 중량부를 포함하고, 고형분이 50~65wt%, 바람직하게는 53~60wt%, 수분이 20~30wt%, 바람직하게는 23~28wt%, 유동 조정제가 10~25wt%, 바람직하게는 15~20wt%이다.
또한, 여기서 고형분이란, 도전성 잉크를 건조한 후에 잔류하는 성분을 가리킨다.
계속해서, 본 실시형태에 따른 도전성 잉크의 각 조성에 대해 상세히 설명한다.
(도전성 재료)
본 실시형태에 따른 도전성 잉크에 사용하는 도전성 재료로서는 카본 등을 사용할 수 있다. 카본으로서는 인편상(鱗片狀) 흑연, 인조 흑연, 구상 흑연 등의 그라파이트, 흑연질의 탄소 미결정이 여러 층 모여 난층 구조(turbostratic structure)를 형성한 구상 집합체인 카본 블랙(구체적으로는 아세틸렌 블랙, 켓첸 블랙, 그 외의 퍼니스 블랙, 채널 블랙, 서멀램프 블랙 등), 탄소섬유나 카본 위스카 등을 사용할 수 있고, 그라파이트와 카본 블랙을 병용하는 것이 바람직하다.
카본은 수십 ㎛의 비교적 큰 입자경을 가지는 카본 블랙 그라파이트와 수 ㎛의 비교적 작은 입자경을 가지는 그라파이트 카본 블랙을 병용함으로써 조밀하게 충전할 수 있다.
(점도 조정제)
본 실시형태에 따른 도전성 잉크는 점도 조정제가 필요하다. 점도 조정제로서는 수용성 폴리머가 사용되지만, 특히, 폴리비닐알코올이 호적하다. 폴리비닐알코올을 사용함으로써, 얻어지는 도전성 잉크에 의해 형성되는 세퍼레이터의 기재상에 형성하는 리브의 내산성을 향상시킬 수 있고, 또한 도전성 재료의 분산성을 향상시킬 수 있다.
폴리비닐알코올의 중량 평균 분자량(Mw)은 50,000~500,000인 것이 바람직하다. 폴리비닐알코올의 Mw가 너무 작으면, 얻어지는 도전성 잉크의 점도가 낮아지고, 폴리비닐알코올의 Mw가 너무 크면, 고점도가 되어 균일한 점도의 도전성 잉크를 얻는 것이 곤란해진다.
폴리비닐알코올의 검화도는 95% 이상, 바람직하게는 98% 이상이다. 폴리비닐알코올의 검화도가 너무 낮으면, 얻어지는 도전성 잉크에 의해 형성되는 세퍼레이터의 기재상에 형성하는 리브의 내산성을 충분한 것으로 할 수 없다.
또한, 폴리비닐알코올은 20℃에 있어서의 4wt% 수용액의 점도가 3~70mPa·s, 바람직하게는 4~50mPa·s, 보다 바람직하게는 5~45mPa·s이다.
(바인더)
본 실시형태에 따른 도전성 잉크에는 아크릴계 바인더가 사용되고 있다. 아크릴계 바인더로서는 산 변성 폴리아크릴레이트, 니트릴 변성 폴리아크릴레이트 등을 사용하는 것이 바람직하다. 산 변성 폴리아크릴레이트로서는 산 모노머와 아크릴레이트 모노머의 공중합체 등을 들 수 있고, 니트릴 변성 폴리아크릴레이트로서는 아크릴로니트릴 모노머와 아크릴레이트 모노머의 공중합체 등을 들 수 있다. 또한, 산 모노머 및 아크릴로니트릴 모노머와 아크릴레이트 모노머를 공중합시킨 공중합체를 사용해도 된다. 산 변성 폴리아크릴레이트에 포함되는 산 모노머 단위의 비율은 바람직하게는 0.1~10 중량부, 보다 바람직하게는 1~8 중량부이다. 산 모노머 단위의 비율이 상기 범위에 있으면, 스크린 인쇄성이 특히 우수하게 된다.
산 모노머로서는 아크릴산, 메트아크릴산 등을 들 수 있다. 아크릴레이트 모노머로서는 에틸아크릴레이트, 부틸아크릴레이트, 2-에틸헥실아크릴레이트(2-EHA), 이소노닐아크릴레이트 등을 들 수 있다. 또한, 상기 「아크릴레이트」는 메트아크릴레이트도 포함한다(이후도 동일). 니트릴 변성 폴리아크릴레이트에 포함되는 아크릴로니트릴 모노머 단위의 비율은 바람직하게는 0.1~10 중량부, 보다 바람직하게는 1~8 중량부이다. 아크릴로니트릴 모노머 단위의 비율이 상기 범위에 있으면, 스크린 인쇄성이 특히 우수하게 된다. 또한, 아크릴로니트릴 모노머로서는 아크릴로니트릴, 메타크릴로니트릴, 크로톤니트릴 등을 들 수 있다.
또한, 아크릴계 바인더 폴리머의 공중합 시에 사용하는 아크릴레이트 모노머의 양은 전체 모노머량을 100 중량부로 하고, 통상 50~95 중량부, 바람직하게는 65~90 중량부, 보다 바람직하게는 70~85 중량부이다. 아크릴레이트 모노머의 양이 너무 적으면, 형성되는 도전성 도막으로 이루어진 리브가 깨지기 쉬워지고, 또한, 아크릴레이트 모노머의 양이 너무 많으면, 형성되는 도전성 도막으로 이루어진 리브의 박리 강도가 저하한다. 아크릴레이트 모노머의 양이 상기 범위에 있으면, 스크린 인쇄성이 보다 우수하고, 저항값을 보다 작게 할 수 있다.
또한, 산 변성 폴리아크릴레이트 또는/및 니트릴 변성 폴리아크릴레이트는 공지의 중합 방법에 의해 얻을 수 있다. 예를 들면, 아크릴산 또는/및 아크릴로니트릴, 아크릴레이트 모노머, 시드 라텍스를 물에 첨가하여 교반한 후에, 소정의 온도까지 승온시키고, 과황산칼륨 수용액 등의 중합 개시제를 첨가함으로써 중합 반응을 개시시킨다. 그리고, 소정의 중합 첨가율이 되기까지 중합 반응을 계속시킨다. 그 후, 반응 용액을 냉각시키고, 미반응 단량체를 제거한 후에, 소정의 고형분 농도 및 소정의 pH로 조정함으로써 바인더 폴리머를 얻을 수 있다.
여기서, 중합 개시제는 특별히 한정되지 않지만, 구체예로서는 예를 들면, 무기 과산화물, 유기 과산화물, 아조 화합물을 들 수 있다. 무기 과산화물로서는 과황산나트륨, 과황산칼륨, 과황산암모늄, 과인산칼륨, 과산화수소 등을 들 수 있다. 유기 과산화물로서는 디이소프로필벤젠하이드로퍼옥사이드, 쿠멘하이드로퍼옥사이드, t-부틸하이드로퍼옥사이드, 1,1,3,3-테트라메틸부틸하이드로퍼옥사이드, 디-t-부틸퍼옥사이드, 이소부티릴퍼옥사이드, 벤조일퍼옥사이드 등을 들 수 있다. 아조 화합물로서는 아조비스이소부티로니트릴, 아조비스-2,4-디메틸발레로니트릴, 아조비스이소부티르산메틸 등의 아조 화합물 등을 들 수 있다.
그 중에서도 중합 개시제로서는 과황산칼륨, 과황산암모늄 등의 과황산염이 바람직하다. 이들 중합 개시제는 각각 단독으로, 또는 2 종류 이상을 조합하여 사용할 수 있다. 중합 개시제의 사용량은 그 종류에 따라서 다르지만, 아크릴산 또는/및 아크릴로니트릴과 아크릴레이트 모노머의 합계량 100 중량부에 대해, 바람직하게는 0.01~5 중량부, 보다 바람직하게는 0.05~1 중량부이다.
또한, 바인더 폴리머의 중합 반응을 실시할 때, 필요에 따라서 계면활성제 등을 첨가할 수 있다. 계면활성제로서는 나트륨도데실벤젠설페이트, 암모늄라우릴설페이트 등의 음이온성 계면활성제 등을 들 수 있다.
(유동성 조정제)
본 실시형태에 따른 도전성 잉크의 점탄성 특성을 조정하기 쉽고, 또한 건조 속도를 조정하여 평활한 도막을 형성하는 관점에서, 도전성 재료 및 폴리비닐알코올 외에 유동성 조정제로서 고비점 알코올을 사용하는 것이 바람직하다. 도전성 잉크에 포함되는 유동 조정제의 비율은 바람직하게는 10~25wt%, 보다 바람직하게는 15~20wt%이다.
고비점 알코올의 비점은 바람직하게는 110~300℃, 보다 바람직하게는 130~200℃이다. 비점이 이 범위에 있으면, 세퍼레이터의 기재상에 리브를 형성할 때 건조 속도를 조정할 수 있고, 또한 평활한 도막을 형성할 수 있으며, 또한 도전성 재료나 바인더의 마이그레이션을 방지할 수 있다. 고비점 알코올의 비점이 110℃ 이상이면, 바인더의 마이그레이션을 억제하기 쉬워진다. 한편, 300℃보다도 비점이 낮으면 인쇄 후의 잉크의 건조가 용이해진다. 이러한 고비점 알코올로서는 글리세린, 글리콜류(에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 디프로필렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜 등), 셀로솔브류(글리콜류, 에틸셀로솔브, 부틸셀로솔브 등)를 들 수 있다. 이들 중에서도 글리콜류가 바람직하게 사용되고, 글리콜류와 알코올류를 병용하는 것이 보다 바람직하다. 글리콜류와 알코올류의 비율(글리콜류/알코올류)은 중량 기준으로, 바람직하게는 60/40~98/2, 보다 바람직하게는 70/30~95/5, 더 바람직하게는 80/20~90/10이다.
(기타 성분)
본 실시형태에 따른 도전성 잉크에는 필요에 따라서 첨가제를 더 첨가해도 된다. 첨가제로서는 실리콘계나 불소계의 소포제 등을 들 수 있다.
도 2는 본 실시형태에 따른 도전성 잉크로 형성된 리브를 가지는 세퍼레이터를 구비한 셀의 개략 단면도이다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 세퍼레이터(11)는 막전극 접합체(MEA: Membrane Electrode Assembly)(12)와 함께 셀(13)을 구성한다. 셀(13)은 복수 적층되는 것에 의해 연료전지 스택을 구성한다. 셀(13)은 연료전지 스택에 있어서의 발전을 하는 단위 모듈이고, 수소 가스와 공기에 포함되는 산소의 전기 화학 반응에 의해 발전을 한다.
세퍼레이터(11)는 막전극 접합체(12)를 협지한다. 막전극 접합체(12)는 전해질막의 양측에 촉매층과 확산층으로 구성된 전극이 설치된 것이다. 세퍼레이터(11)는 SUS 등의 금속판으로 이루어진 기재(21)와, 복수의 리브(22)를 구비한다. 리브(22)는 서로 간격을 가지고 기재(21)의 표면에 배열되어 있다. 이 리브(22)의 간격에 의해 형성되는 간극이 연료 가스 또는 공기의 유로가 된다. 또한, 세퍼레이터(11)는 실제로는 양면에 리브(22)를 구비하고, 양면에 있어서 각각의 막전극 접합체(12)를 협지하지만, 그 도시는 생략한다.
본 실시형태에 따른 도전성 잉크는 기재(21)에 스크린 인쇄되고, 그 후, 가열되고 경화되어 리브(22)가 된다.
이 세퍼레이터(11)를 구성하는 리브(22)에 사용되는, 본 실시형태에 따른 도전성 잉크는 전술한 바와 같이, 회전형 레오미터로 점탄성을 측정했을 때의 변형률이 10~100%의 사이이고, 손실 탄젠트(tanδ)의 값이 1로 되어 있다.
여기서, 기재(21)인 금속판에 스크린 인쇄되는 도전성 잉크에서는, 면압 인가시의 찌그러짐 등의 변형을 억제하여 치밀한 리브(22)를 형성하기 위해, 바인더를 일정량 포함시켜 점성을 크게 하고 있다. 그러나, 점성이 너무 커지면, 스크린 인쇄시의 잉크의 끊어짐이 나빠지는 경향이 있다. 이와 같이, 도전성 잉크에 있어서의 잉크의 끊어짐에는 점탄성의 영향이 크다. 한편, 잉크의 끊어짐이 양호한 도전성 잉크로서는 점탄성 거동은 변형률이 10~100%의 영역인 것이 필요하다.
본 실시형태에 따른 도전성 잉크에서는, 회전형 레오미터로 점탄성을 측정했을 때의 변형률이 10~100%의 사이이고, 손실 탄젠트(tanδ)의 값이 1로 되어 있으므로, 금속판으로 이루어진 기재(21) 상에 스크린 인쇄되어 형성된 리브(22)는 건조시에 바인더의 수축에 의해 치밀한 구조가 되어, 면압 인가시의 변형을 억제할 수 있고, 또한 바인더를 일정량 포함하면서도 스크린 인쇄시에 있어서의 양호한 끊어짐도 얻을 수 있다. 따라서, 연료전지 스택에 유로를 형성하기 위해 세퍼레이터(11)의 기재(21)에 리브(22)를 형성하는 도전성 잉크로서 사용하여 호적하다. 도전성 잉크의 전단 점도는 1(1/s)의 전단 속도에 있어서, 바람직하게는 80~150mPa·s, 보다 바람직하게는 90~140mPa·s, 더 바람직하게는 100~130mPa·s이고, 10(1/s)의 전단 속도에 있어서 바람직하게는 20~60mPa·s, 보다 바람직하게는 25~50mPa·s, 더 바람직하게는 30~40mPa·s이다. 이 범위에 있으면, 스크린 인쇄성이 보다 우수하게 된다.
또한, 본 실시형태에 따른 도전성 잉크를 사용하면, 면압 인가에 견딜 수 있는 다공질인 리브(22)를 형성할 수 있고, 이에 의해, 면압에 의해 다공도가 변화하여 발전이 안정되지 않는 문제점을 억제할 수 있다.
실시예
이하, 실시예 1, 2, 3, 4 및 비교예 1, 2에 의해 본 발명을 더 구체적으로 설명한다. 또한, 본 발명은 실시예 1, 2, 3, 4에 한정되는 것은 아니다. 또한, 실시예 1, 2, 3, 4 및 비교예 1, 2에 있어서의 부 및 %는 특별히 언급이 없는 한 질량 기준이다.
실시예 1, 2, 3, 4 및 비교예 1, 2에 있어서의 각 특성의 측정 방법, 스크린 인쇄 방법, 리브 형상의 측정, 저항값의 산출, 바인더 조성물 및 도전성 잉크의 제조 방법은, 이하의 방법에 따랐다.
(점탄성)
안톤파사 제조 레오미터 「MCR302」를 이용하여, 23℃에서 로터 갭 1mm, 변형률을 0.01%에서 100%까지 바꾸어 저장 탄성률, 손실 탄성률, 손실 탄젠트를 측정했다.
(점도)
안톤파사 제조 레오미터를 이용하여 23℃에서, 로터 갭 1mm, 전단 속도를 0.1(1/s)에서 100(1/s)까지 바꾸어 전단 점도를 측정했다.
(스크린 인쇄)
두께 0.25mm의 SUS판으로 이루어진 기재에, 폭 1mm·길이 20mm의 직사각형의 개구부를 간격 2mm로 10개 형성한 스크린(판)을 이용했다. 기재에 인쇄한 후, 80℃에서 10분간 가열하여, 리브를 가지는 세퍼레이터를 얻었다.
(리브 형상의 측정)
리브의 치수는 레이저 현미경(키엔스사 제조, 형상 측정 레이저 마이크로스코프 VK-8710)을 이용하여 형상(높이, 폭)을 측정했다. 스크린의 개구부의 단면적은 0.25mm×1mm이고, 인쇄하여 이루어진 리브의 단면적과의 비율을 인쇄에 의한 형상 형성성으로 했다.
(저항값의 산출)
스크린 인쇄한 시험편에 가스 확산층으로서 시판되고 있는 도전성 부직포를 얹고, 또한 SUS판으로 끼운 구조의 시험편으로서 상층의 SUS판과 하층의 티탄판 사이의 저항값을 측정하고, 인쇄된 리브의 면적을 이용하여, 단위면적당 저항값을 산출했다. 저항값의 측정은 3회 실행하여, 3회의 평균치를 산출했다. 또한, 저항값의 측정에는 산와덴키계기주식회사 제조 「CD700형 디지털 멀티미터」를 이용했다. 또한, 저항값이 낮을수록 전지의 발전 성능이 높아지고, 바람직한 것을 나타낸다.
(바인더 조성물의 제조)
교반장치를 구비한 스테인리스제 내압 반응기에, 시드 라텍스(스티렌 38부, 메틸메트아크릴레이트 60부 및 메타크릴산 2부를 중합하여 얻어지는 입자경 70nm의 중합체 입자의 라텍스)를 고형분으로 3부, 2-에틸헥실아크릴레이트 60부, 부틸아크릴레이트 40부, 암모늄 라우릴설페이트(음이온성 계면활성제) 2부, 및 이온 교환수 108부를 첨가하여, 교반했다. 계속해서, 반응기 내의 온도를 60℃로 승온한 후, 4% 과황산칼륨 수용액 10부를 투입하여 중합 반응을 개시시켰다. 그리고, 중합 반응을 진행시켜, 중합 전화율이 70%에 이르렀을 때, 반응 온도를 70℃로 승온했다. 반응 온도를 70℃로 유지하면서, 중합 전화율이 97%에 이르기까지, 중합 반응을 계속했다. 반응계를 실온까지 냉각하여 중합 반응을 정지하고, 감압하여 미반응 단량체를 제거했다. 이온 교환수를 첨가하고, 고형분 농도를 40%, 분산액의 pH를 7.5로 조정함으로써, 바인더 폴리머의 분산액을 얻었다. 또한, 분산액의 pH의 조정은 10% 암모니아 수용액을 첨가함으로써 실시했다. 얻어진 입자상의 바인더 폴리머의 체적 평균 입자경은 0.35㎛였다.
(도전성 잉크의 제조)
카본 및 프로필렌 글리콜을 배치식 혼련기로 30분간 혼련하고, 얻어진 혼합물에, 나아가 제조한 상기 바인더 폴리머의 분산액 및 물을 첨가하고, 상기 배치식 혼련기로 30분간 혼련하여 도전성 잉크를 제작했다.
또한, 실시예 1, 2, 3, 4에서는 전술한 그라파이트 및 카본 블랙으로서 이하의 것을 사용했다.
· 그라파이트: 오리엔탈공업주식회사 인조 흑연 AT-10
· 카본 블랙: 덴키카가구공업주식회사 제조 덴카 블랙
실시예 1, 2, 3, 4 및 비교예 1, 2의 도전성 잉크의 배합 및 물성 측정 결과 등을 표 1에 정리하여 나타낸다.
Figure pct00001
표 1에 나타내는 바와 같이, 실시예 1의 도전성 잉크는 손실 탄젠트가 1이 될 때의 변형률이 65%이고, 실시예 2의 도전성 잉크는 손실 탄젠트가 1이 될 때의 변형률이 55%이며, 실시예 3의 도전성 잉크는 손실 탄젠트가 1이 될 때의 변형률이22%이고, 실시예 4의 도전성 잉크는 손실 탄젠트가 1이 될 때의 변형률이 87%였다. 이에 대해, 비교예 1의 도전성 잉크는 손실 탄젠트가 1이 될 때의 변형률이 3.5%이고, 비교예 2의 도전성 잉크는 손실 탄젠트가 1이 될 때의 변형률이 230%였다.
이와 같이, 실시예 1, 2, 3, 4는 모두 손실 탄젠트가 1이 될 때의 변형률이 10~100%의 사이이므로, 실시예 1, 2, 3, 4의 도전성 잉크를 금속판으로 이루어진 기재 상에 스크린 인쇄하여 리브를 형성하면, 그 리브는 건조시에 바인더의 수축에 의해 치밀한 구조가 되어, 면압 인가시의 변형을 억제할 수 있고, 또한 바인더를 일정량 포함하면서도 스크린 인쇄시에 있어서의 양호한 끊어짐도 얻을 수 있다.
부호의 설명
11: 세퍼레이터
13: 셀
21: 기재
22: 리브

Claims (3)

  1. 연료전지 스택의 셀을 구성하는 세퍼레이터의 기재에 스크린 인쇄에 의해 인쇄되어 상기 기재 상에 형성되는 리브가 되는 도전성 잉크로서,
    회전형 레오미터로 점탄성을 측정했을 때, 손실 탄젠트가 1이 되는 변형률이 10~100%의 사이에 있는 도전성 잉크.
  2. 제 1 항에 있어서,
    전단 점도가 1(1/s)의 전단 속도에 있어서 80~150mPa·s이고, 10(1/s)의 전단 속도에 있어서 20~60mPa·s인, 도전성 잉크.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    도전성 재료 100 중량부에 대해 점도 조정제 1~20 중량부, 바인더 1~10 중량부, 물 30~100 중량부, 유동 조정제 20~50 중량부를 포함하고, 고형분이 50~65wt%, 수분이 20~30wt%, 유동 조정제가 10~25wt%인 수계 도전성 잉크인, 도전성 잉크.
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