(57)【要約】  燃料電池に有用な水輸送プレートアセンブリが、流れ場層のような少なくとも１つの親水性物品を含む。親水性物品をつくる方法が、物品に親水性を与える特定の物理特性を有する複数のグラファイト粒子（１１２）を含むことによって、物品の親水性を確保することを含む。開示した一例においては、選択されたグラファイト粒子（１１２）は、物品の親水性をつくるのに十分な濡れ性比（親水性表面積／全表面積の比）を有する。開示した一例においては、濡れ性比は、０．１０よりも大きい。開示した一例においては、グラファイト粒子は、全表面積に対するプリズム状表面積の割合に基づいて選択される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
親水性物品を製造する方法であって、
（親水性表面積／全表面積）の濡れ性比を、前記物品を親水性とするのに十分な範囲とした複数のグラファイト粒子を含むことによって前記物品の親水性を確保するようにした方法。
【請求項２】
物品に含まれる複数のグラファイト粒子のみが、前記親水性の源となることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記濡れ性比が、約０．１０より大きいことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記濡れ性比が、約０．１８より大きいことを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記濡れ性比が、（プリズム状表面積／全表面積）の比に等しいことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記複数のグラファイト粒子が、概ね球体の形状であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記複数のグラファイト粒子が、膨張グラファイトを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記親水性物品が、燃料電池内で使用されるように適合されたプレートからなることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記親水性物品が多孔質であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
（親水性表面積／全表面積）の濡れ性比を、前記物品を親水性とするのに十分な範囲とした複数のグラファイト粒子を含むことによって前記物品の親水性を確保すること、
を含むプロセスによって製造される親水性物品。
【請求項１１】
前記物品に含まれる複数のグラファイト粒子のみが、前記親水性の源となることを特徴とする請求項１０に記載の親水性物品。
【請求項１２】
前記濡れ性比が、約０．１０より大きいことを特徴とする請求項１０に記載の親水性物品。
【請求項１３】
前記濡れ性比が、約０．１８より大きいことを特徴とする請求項１２に記載の親水性物品。
【請求項１４】
前記濡れ性比が、（プリズム状表面積／全表面積）の比に等しいことを特徴とする請求項１０に記載の親水性物品。
【請求項１５】
前記複数のグラファイト粒子が、概ね球体の形状であることを特徴とする請求項１０に記載の親水性物品。
【請求項１６】
前記複数のグラファイト粒子が膨張グラファイトを含むことを特徴とする請求項１０に記載の親水性物品。
【請求項１７】
前記親水性物品が、燃料電池内で使用されるように適合されたプレートからなることを特徴とする請求項１０に記載の親水性物品。
【請求項１８】
前記親水性物品が多孔質であることを特徴とする請求項１０に記載の親水性物品。
【請求項１９】
親水性物品を製造する方法であって、
該複数のグラファイト粒子の各々の全表面積のうち少なくとも約１０％を占める少なくとも１つの濡れ性表面を有する複数のグラファイト粒子を含むことによって物品の親水性を確保すること、
を含む方法。
【請求項２０】
前記物品に含まれる複数のグラファイト粒子の各々の（親水性表面積／全表面積）の濡れ性比が約０．１０より大きいことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記濡れ性比が、約０．１８より大きいことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記物品に含まれる複数のグラファイト粒子のみが、前記親水性の源となることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記物品に含まれる複数のグラファイト粒子が、概ね球体の形状のグラファイト粒子または膨張グラファイトのうちの少なくとも一方からなることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２４】
前記少なくとも１つの濡れ性表面が、プリズム状表面からなることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２５】
前記濡れ性比が、（プリズム状表面積／全表面積）の比に等しいことを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記親水性物品が、燃料電池内で使用されるように適合されたプレートからなることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２７】
前記親水性物品が多孔質であることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、親水性物品を製造することに関し、詳しくは、親水性物品の濡れ性に関する。
【背景技術】
【０００２】
様々な状況において、親水性物品が必要とされる。一例としては、燃料電池の技術分野で必要とされる。多くの燃料電池の構成は、燃料電池アセンブリ内の、水、空気、燃料の流れを周知の様式で制御するための水輸送プレートを備える。従来技術では、水輸送プレートは、所望の様式で流体を導くための流れチャネルを含む多孔質の親水性流れ場を含む。このような流れ場の多くは、グラファイト、樹脂および濡れ性部品を含む。例えば、プレートに濡れ性を与えるために、多孔質のグラファイトプレートを金属酸化物で後処理することが知られている。また、水輸送プレートをつくる成分の１つとして金属酸化物を添加することが知られている。他の例においては、親水性カーボンブラックを添加する。このような場合の多くにおいて、濡れ性成分は、樹脂を含む混合物の中にセパレータ要素として添加され、樹脂は、濡れ性成分を所定の位置に結合する。従来のアプローチを用いる場合には、グラファイト自体に効果はない。
【０００３】
米国特許第５，９４２，３４７号明細書に開示された技術の一例においては、多孔質の極性プレートが、少なくとも１つの導電性材料と、少なくとも１つの樹脂と、少なくとも１つの親水性剤と、からなる。これらの成分の各々は、上記明細書中のセパレータプレートに亘って実質的に均一に分布される。上記明細書中の親水性剤は、チタン、アルミニウム、ケイ素およびこれらの混合物などの材料から選択される。このアプローチには少なくとも２つの難点がある。第１に、上記明細書が示唆するような材料を均一に分布させることは、たいへん困難である。第２に、これらの酸化物は誘電体であるので、上記明細書に示される種類の親水性剤つまり界面活性剤を使用することにより、このようなセパレータプレートの電気抵抗が高まることがあるが、これは望ましくない。従って、電気抵抗を大きくすることなく上記明細書が示唆するように均一に分布させることは難しい。
【０００４】
グラファイトは概して疎水性であるので、このような湿潤剤ないし添加物が必要とされている。湿潤剤つまり濡れ性処理剤を使用しない場合には、従来技術のグラファイトを素材とする水輸送プレートは疎水性であり、所望の使用には適さない。グラファイト粒子は、典型的には比較的低い表面エネルギをもたらすように配置された炭素原子を含み、本質的には疎水性である。グラファイトの結晶に含まれる炭素原子は、概ね平行な複数の平面上に配置されている。これらの平面に含まれる炭素原子間の結合は強固である。このような平面（すなわち、基底面）と平行に整列したグラファイト粒子の表面は、比較的小さな表面エネルギを有する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
水輸送プレートのような親水性物品をつくるための改善されたプロセスを提示することが望ましい。例えば、従来技術の濡れ性添加物つまり湿潤剤を含まない異なるアプローチを用いて、複雑性の少ない製造プロセスをつくり、かつコストを削減することが有益である。本発明は、そのような必要性に対処する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
親水性物品を製造する方法の一例は、親水性表面積／全表面積からなる濡れ性比が前記物品の親水性をつくるのに十分な範囲にある複数のグラファイト粒子を含むことによって前記物品の親水性を確保すること、を含む。
【０００７】
一例においては、濡れ性比は、約０．１０より大きい。他の例においては、濡れ性比は、約０．１８より大きい。
【０００８】
親水性物品を製造する他の例としての方法は、物品の親水性を確保するために、該複数のグラファイト粒子の各々の全表面積のうち少なくとも約１０％が少なくとも１つの親水性表面で占められている複数のグラファイト粒子を使用することを含む。
【０００９】
一例においては、グラファイト粒子上のプリズム状表面は、親水性であり、主な親水性表面として使用されて、グラファイト粒子の全表面積に対して所望の親水性の割合を確保する。このようなグラファイトの一例としては、概ね球体の形状のグラファイト粒子がある。他の例としては、膨張グラファイトがある。他の例においては、変更された基底面が少なくとも部分的に親水性であり、このような粒子の全表面積に対する親水性の割合の一部となる。このような例においては、変更された基底面を有する前処理されたグラファイトは、その基底面を部分的に濡れ性にする。
【００１０】
上述の各例に従う表面特性を有するグラファイト粒子を含むことにより、少なくともこれらのグラファイト粒子に十分に高い表面エネルギを導入し、製造される物品は、親水性であると見なすことができるほど十分な親水性を有する。このようなグラファイト粒子を使用することの利点の１つとしては、濡れ性促進剤すなわち湿潤剤を加える必要なく、所望の親水性物品をつくることができることである。このことは、例えば、必要とされる材料の数を減らすことによって、製造プロセスを簡略化し、コストを削減するという利点をもたらす。
【００１１】
当業者であれば、以下の詳細な説明から、本発明の様々な特徴および利点を理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明は、湿潤剤を必要とすることなくグラファイトを使用して親水性物品をつくるための独自のアプローチを提示する。適切にグラファイト粒子を選択することにより、またはグラファイト粒子を前処理することにより、物品に含まれるグラファイト粒子の少なくとも一部の所望の濡れ性比が、物品に親水性つまり濡れ性を確保する。グラファイト粒子の親水性表面積と全表面積との関係で表される濡れ性比を確保するために、本明細書中に様々な技術が開示されている。
【００１３】
このような物品の使用例としては、燃料電池内での用途がある。図１は、プロセスの酸素から電気エネルギを発生させるとともに流体反応物の流れを低減する燃料電池１０としての電気化学セルを概略的に示す断面図である。この実施例の燃料電池セル１０は、第１のプレートすなわち燃料極水輸送プレート１２と、第２のプレートすなわち酸素極水輸送プレート１４と、からなる多孔質の炭素体を有する。これらの燃料極水輸送プレート１２および酸素極水輸送プレート１４は、膜電極アセンブリ１６の両側に配置される。膜電極アセンブリ１６としては、プロトン交換膜１８のような電解質膜と燃料極触媒２０と酸素極触媒２２とからなる膜電極アセンブリ１６などがある。
【００１４】
燃料極水輸送プレート１２は、互いに流体連通するとともに燃料入口３４と流体連通する複数の燃料流れチャネル３２を含み、この燃料入口３４は、還元する流体を受けて、該燃料入口３４と流れチャネル３２とが協働して、還元する流体燃料を燃料電池１０内の燃料極触媒２０に通流させる。同様に、酸素極水輸送プレート１４は、互いに流体連通するとともに酸化剤入口３８と流体連通する複数の酸化剤流れチャネル３６を含み、この酸化剤入口３８は、プロセスの酸化剤を受け、該酸化剤入口３８と酸化剤流れチャネル３６とが協働して、プロセスの酸化剤を燃料電池１２内の燃料極触媒２２に通流させる。
【００１５】
水輸送プレートは、燃料電池内に多くの機能を提供する。すなわち、これらのプレートは、膜電極アセンブリの触媒に反応物を分配し、フラッディングを避けるために酸素極から離れるように生成水を輸送し、燃料極および／または酸素極の反応物の流れを湿潤させ、複数の反応物および／または複数の冷却剤の間にウェットシールバリアを提供し、コレクタに電流を流すための電気伝導体として働く。従って、この多孔質構造は、所望の毛細管作用を提供し、かつ、水の移動を容易にするほど十分な親水性を与えられるように設計しなければならない。いくつかの構成では、多孔質部と非多孔質部とを備えるが、この多孔質部は、十分な親水性を有する必要がある。上記に示すように、水輸送プレートをつくる従来技術のアプローチでは、湿潤剤が原材料としてこの製造プロセスまたは後処理プロセスに含まれない場合には、これらのプレートは疎水性となる。
【００１６】
濡れ性および水輸送の特性を必要とする他の物品が存在する。例えば、いくつかの燃料電池用途においては、蒸発冷却を利用する。このような燃料電池の構成のいくつかの部分は、液体区域から蒸発区域へ所望の水輸送を行うために十分な濡れ性を必要とする。物体の親水性とは、濡れ性の態様を説明する表面特性であり、この特性は、液体と固体との相互作用である。例えば、濡れが観察されるのは、表面全体を覆うように液体が拡がるとき、多孔質媒体中へ液体が浸透するとき、または、液体が他の液体によって移動させられるときである。濡れとは、液体と固体の境界層での直接的な接触において、これらの間の分子の相互作用の巨視的な発現を表す。濡れ性が増加することにより、例えば、固体表面を覆うように液体が均一に拡がる、または、多孔質媒体を通過する液体の浸透がさらに良好になる。
【００１７】
濡れ性は、典型的には、液体と固体との粘着力と、液体中の凝集力と、の間の均衡によって決められる。粘着力によって液滴が拡がる。凝集力によって液滴が球体の形状に保たれる。
【００１８】
液体と固体との間の接触角度は、粘着力と凝集力とのせめぎ合いによって決められる。表面が濡れ性すなわち親水性である場合に、水との接触角度は９０°より小さい。親水性の材料は、表面エネルギの値が高く、水と「水素結合」を形成することができる。これに対して、疎水性すなわち非濡れ性の材料は、ほとんど又はまったく水を吸収しないので、水は、はっきりとした液滴の形態で表面上に「ビードアップ」する傾向がある。疎水性表面では、水との接触角度は９０°より大きくなる。疎水性材料では、表面エネルギの値が低く、水と「水素結合」を形成するための表面化学上の活性原子団が不足している。
【００１９】
グラファイトの濡れ性を理解するためには、グラファイトの構造を考慮するとよい。グラファイトは、平面上に六角形（つまりリング状）の形態で構成された数多くの炭素原子の層から構成されている。これらの層は、互いに平行に積層されている。これらの平面に含まれる各炭素原子は、他の３つの炭素原子と共有結合している（強固に結合されている）。互いに平行な平面に含まれる原子は互いに整列し、ファンデルワールス力によって緩く結合している。
【００２０】
図２Ａおよび図２Ｂは、例示的なグラファイト粒子５２の一部の結晶構造の一例を概略的に示す。複数の炭素原子５４が、複数の平面に含まれる複数の六角形に構成されている。図には、第１の平面５６、第２の平面５８、および第３の平面６０が示されている。これらの平面に含まれる炭素原子５４間の共有結合は強固である。他方で、ある平面に含まれる炭素原子と、他の平面に含まれる炭素原子と、の間の結合は、ずっと弱い。
【００２１】
（例えば、概ね第１の平面５６と平行な）平面に整列したグラファイト粒子の表面領域を、符号６２で概略的に示すような基底平面とする。理想的な基底平面（欠損がなく、かつ汚染物質がないことを意味する）は、均質で、概して「滑らか」であり、炭素原子のみから構成されている。各々のグラファイト粒子は、少なくとも１つの基底平面６２と、少なくとも１つのプリズム状表面６４と、を有する。グラファイト粉末の通常の形状は、血小板状すなわちフレーク状であり、その基底部の表面エネルギは低い。フレーク状のグラファイトでは、グラファイト粒子の全表面積のうちの大部分が基底平面に含まれる。
【００２２】
基底平面における炭素原子５４間の強い結合は、基底平面の表面エネルギを比較的小さくし、これによって疎水性表面が生じる。
【００２３】
互いに異なる面に含まれる炭素原子間の（ファンデルワールス力による）比較的弱い結合は、プリズム状表面６４に沿って高い表面エネルギをもたらす。プリズム状表面は、例えば、面５６，５８，６０の向きと少なくとも部分的に交差するように配置されているので、プリズム状表面は、基底平面６２から識別することができる。単に説明のための一般的な理解としては、プリズム状表面６４上の表面エネルギと比較して、基底平面６２上に異なる大きさの表面エネルギが存在する、ということで十分である。プリズム状表面６４に沿った炭素原子間の比較的弱い結合と、プリズム状表面の不均一な特質（例えば、プリズム状表面は、典型的には、ほとんどが酸素を含む種々の官能基を表面の炭素原子に沿って含む）と、により、プリズム状表面６４に高い表面エネルギを与える。従って、プリズム状表面６４は、極性表面と考えることができる。この結果、プリズム状表面６４は親水性であり、水分子と強い水素結合を形成することができる。
【００２４】
グラファイト粒子上のグラファイト表面の疎水性特性および親水性特性は、以下の関係で表される濡れ性比によって識別することができる。
【００２５】
【数１】
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【００２６】
この定義に従うと、濡れ性比は、ほぼ１の値（理論的かつ理想的に完全に球体の形状のグラファイトであり、そのすべての表面積がプリズム状表面によって形成されている場合）から、ほとんどが基底平面で占められたグラファイトである場合のかなり低い値まで、著しく変化し得る。グラファイトの濡れ性比が大きくなるほど、その濡れ性は良好になる。
【００２７】
一実施例においては、濡れ性比は、全表面積に対するプリズム状表面積の比に等しい。プリズム状（例えば、親水性の）表面積と全表面積とは、実験的に測定することができる。グラファイトの表面の親水性（および疎水性）特性は、吸収測熱法によって測定することができ、または流れミクロ測熱法によって測定することができる。全表面積は、多分子層の吸着式（ＢＥＴ：Ｂｒｕｎａｕｅｒ，Ｅｍｍｅｔｔ  ａｎｄ  Ｔｅｌｌｅｒ）の方法によって測定することができる。グラファイトの全表面積を細分化して基底平面およびプリズム状表面の極小部にすることに有用な方法は、クリプトンガス吸収法である。
【００２８】
これらの異なるグラファイトの間の相対親水性は、公表された文献によって周知の技術であるウォッシュバーン法（または毛細管上昇法）などの周知の技術を用いて測定することができる。この技術によって、表面が相対的に親水性である（すなわち、濡れ性である）か疎水性であるかを示す接触角度の値を得ることができる。
【００２９】
本発明の一実施例においては、親水性物品を形成するために使用されるグラファイト内にプリズム状表面積を増加させることにより、特定の状況に必要な親水性を満足する濡れ性を物品に確保する。例えば、物品の製造に使用されるグラファイトの少なくとも一部に十分な濡れ性を有するグラファイト粒子を使用することにより、燃料電池の多くの用途に必要とされる十分な濡れ性を確保できることが見出されている。
【００３０】
一実施例においては、製造される物品の親水性をつくることができる範囲にある濡れ性比（親水性表面積／全表面積の比）を有するグラファイト粒子を選択する。言い換えれば、特定の物理特性を有するようにグラファイト粒子を選択することにより、疎水性（例えば基底平面の）表面積と比べて十分な濡れ性（例えばプリズム状の）表面積を生じさせる。グラファイト粒子を適切に選択することにより、親水性構造の濡れ性は、純粋にグラファイト粒子のみによって確保することができる。
【００３１】
一実施例においては、選択されたグラファイト粒子は、約０．１０より大きな濡れ性比を有する。これは、一例においては、プリズム状表面積が約１０％であって残りの割合が基底面の面積であるグラファイト粒子を選択することによって達成される。
【００３２】
一例においては、０．１８より大きい濡れ性比を有するグラファイト粒子を選択する。この例においては、少なくとも約１８％の濡れ性（例えばプリズム状の）表面積を有する十分なグラファイト粒子が存在するので、燃料電池水輸送プレートの多くの用途に対して十分となる濡れ性を得ることができる。一例においては、概ね球体の形状のグラファイト粒子を選択する。そのような粒子は、フレーク状のグラファイトよりも大きなプリズム状表面積を有する。特定の一実施例においては、グラファイトの大部分が球体の形状のグラファイト粒子からなる。他の実施例においては、球体の形状のグラファイト粒子のみからなる。含まれるグラファイト粒子の量および種類を計画的に調整することにより、所与の状況の必要性を満足する量として濡れ性を与える。
【００３３】
市販されている種々の球体の形状のグラファイト材料が知られている。しかし、本発明より前に、このような粒子の濡れ性については考察されていない。従来のグラファイト材料は、常に湿潤剤とともに使用されている。例えば、米国特許第６，７４６，９８２号明細書は、Ｔｉｍｃａｌ  ＫＳ７５およびＫＳ１５０グラファイト（どちらも球体の形状）を使用することに言及している。上記明細書では、湿潤剤を加えることを教示している。米国特許第６，９２６，９９５号明細書は、多孔質セパレータプレートに天然のグラファイトまたは合成したグラファイトを使用することを示唆するとともに、このグラファイトが特定の制限を受けないことを教示している。上記明細書は、濡れ性を得るためには湿潤剤を加えることが必要であるという従来の考えを示すもう１つの例である。
【００３４】
典型的には、湿潤剤が、樹脂およびグラファイト粒子とともに導入されてきた。このような状況においては、湿潤剤は、樹脂の結合作用によって、構造に固定されているか、または構造の一部となる。言い換えれば、湿潤剤は、複合材料の内部に存在し、一般には、樹脂によって保持されているので、グラファイトに直接的には影響しない。
【００３５】
上記のように、本発明の一実施例においては、例えば、フレーク状のグラファイトと比較してプリズム状表面積の割合が比較的大きいという理由で、概ね球体の形状のグラファイト粒子を使用する。他の実施例においては、所望の濡れ性比を達成するために、膨張グラファイト粒子を使用する。膨張グラファイトはよく知られている。膨張グラファイト粒子では、炭素原子の平行な平面の間の距離がさらに大きく、これにより、膨張グラファイト粒子ではないものと比較して、大きなプリズム状表面積をもたらす。本発明の一実施例においては、製造する物品に親水性を与えるためにグラファイトの内部に少なくともいくらかのグラファイト粒子を使用する。
【００３６】
他の実施例においては、前処理されたグラファイトが、純粋なグラファイトすなわち未処理のグラファイトと比較して、大きな濡れ性表面積を有する。一例においては、純粋なグラファイトすなわち未処理のグラファイトと比較して親水性表面積の割合が大きくなるように、前処理されたグラファイトの基底面は、プリズム状表面の濡れ性に沿っていくらかの濡れ性を有する。
【００３７】
一例においては、プラズマ、レーザまたは他の表面処理法を用いて、基底面に欠損をつくるようにグラファイトの基底面を処理する。基底面上の欠損は、炭素原子間の本来の強い共有結合を分断または妨害し、基底面の表面エネルギおよび濡れ性を大きくする。このような例においては、基底面の表面積の少なくとも一部は、既に親水性であるプリズム状表面領域に沿って親水性表面積の一部として考慮することができる。
【００３８】
他の実施例においては、親水性物品を形成する前に、グラファイト粒子の基底面を効果的に改良するための堆積プロセスを使用する。一例においては、純粋なグラファイトが、エタノール溶液中で有機チタン酸塩と混合される。一例においては、Ｄｕｐｏｎｔ社から調達可能なＴｙｚｏｒ（登録商標）（テトラノルマルブチルチタン酸（ＴｎＢＴ））を使用する。一例においては、チタニア（ＴｉＯ2）の量は、グラファイトの０．４〜０．５質量％を構成する。
【００３９】
有機ブチルチタン酸溶液は、溶媒（エタノール）およびグラファイトとともに混合される。このブチルチタン酸および溶液がグラファイトと反応し、室温においてブチルチタン酸が分解することによってグラファイトの底表面上にＴｉＯ2の堆積が生じる。このスラリを加熱すると、さらに堆積が生じる。３５０℃において有機成分が完全に失われる。このような有機ブチルチタン酸溶液が加熱されると、エタノールが蒸発し、以下の反応によってブチルチタン酸がＴｉＯ2に分解される。
【００４０】
【化１】
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【００４１】
この反応の結果、グラファイト粒子の表面にＴｉＯ2が生じる。グラファイト粒子の表面に堆積したＴｉＯ2は、グラファイト粒子の表面を少なくとも部分的に濡れ性にする。飽和していないチタン原子（これは、水中の酸素原子と容易に結合してＴｉ−ＯＨ層を形成することができる）の存在が、このような表面を親水性すなわち濡れ性にすると考えられる。いくつかの表面においては、物理的に吸収された水の層がさらに２層〜３層形成される。
【００４２】
ある観点からは、上記の前処理されたグラファイトは、ＴｉＯ2が堆積される表面の表面エネルギを大きくする。本発明のいくつかの実施例においては、前処理された基底平面が親水性となるように、前処理されたグラファイト粒子が未処理のグラファイトよりも高い表面エネルギを有する基底平面を含む。
【００４３】
特定の一実施例においては、４０ｍｌのエチル溶液にグラファイト粉末ＫＳ５−７５ＴＴ（ｄ９０＝７０ミクロン）を加え、３−プロペラバーナントミキサ内において約１０００ｒｐｍで攪拌した。選択した量のＴｙｚｏｒ（登録商標）（２５ｇのグラファイト中に０．５３２６ｇのＴｙｚｏｒ（登録商標）（ＴｎＢＴ）２３．５質量％のＴｉＯ2を含む）を５ｍｌのエタノール溶液に溶解し、さらにグラファイトスラリに加えた。次に、この混合物を１５分間攪拌し、大きなガラス皿の中に置いた。次に、これを、窒素でパージしたオーブン中に置き、１分間に約１℃の温度上昇率で、オーブン中の温度をゆっくり２００℃まで加熱した。このグラファイトを２００℃の恒温で２０分間置き、次に、１分間に１０℃の温度上昇率で、３５０℃まで加熱した。この例においては、３５０℃の温度に１０分間維持した後、オーブンを止め、ゆっくり室温まで冷却した。
【００４４】
一実施例においては、堆積したＴｉＯ2について、定性的にはエネルギ分散分光分析（ＥＤＳ）を用いて調べ、定量的には誘導結合アルゴンプラズマ分光分析（ＩＰＣ）を用いて調べた。ＥＤＳの分析結果で、グラファイト上におけるＴｉＯ2の存在を確認し、ＩＰＣの分析結果では、ＴｉＯ2の量がグラファイトの０．５質量％に近いことを示した。堆積したＴｉＯ2の表面形態の特徴は、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて調べた。グラファイト粒子の基底平面にＴｉＯ2の白い堆積が見られ、その寸法の推定値は、ナノメートルの寸法の範囲にあった。
【００４５】
図３は、本発明の実施例に従って設計された親水性物品をつくる技術の一例を示す。グラファイトの供給部１００は、上記のような物品の親水性をつくることができる範囲にある濡れ性比（親水性表面積／全表面積）を有する複数のグラファイト粒子を含む。一例においては、含まれる複数のグラファイト粒子は、概ね球体の形状である。他の例においては、含まれる複数のグラファイト粒子は、膨張グラファイトからなる。さらに他の例においては、含まれる複数のグラファイト粒子は、親水性に変更された基底平面を有する前処理されたグラファイトからなる。一例においては、ＴｉＯ2が堆積された基底平面からなる。
【００４６】
供給部１００で供給されるグラファイトを樹脂１０２とともに混合し、成型１０４することによって物品１０６を形成する。図４は、製造される物品の一部を概略的に示す。図４の例においては、この物品は、多孔質であり、符号１１０で示す従来のフレーク状グラファイトと、この物品の親水性をつくることができる範囲にある濡れ性比を有する別のグラファイト粒子（そのようなグラファイト粒子を符号１１２で示す）と、を含む。供給部１０２で供給される樹脂（グラファイト粒子と一体に結合する）を符号１１４で概略的に示す。これらのグラファイト粒子の間に空隙つまり通路１１６が存在し、物品に多孔性を与える。一例においては、グラファイト粒子１１２の濡れ性表面は、空隙つまり通路チャネル１１６に隣接しているか、またはその内部にある。
【００４７】
製造される物品に要求される性能上の特性と、物品を形成するために選択されたグラファイトの種類と、に従って、様々な濡れ性比が、様々な動作条件に対して所望の結果をもたらす。当業者であれば、この説明が与えられれば、グラファイトと樹脂との混合物中に湿潤剤ないし添加物を加えることなく特定の必要性を満たす親水性物品を提供するように、グラファイトに含まれる適切なグラファイト粒子の適切な濡れ性比および割合を選択できるであろう。
【００４８】
前述の説明は、性質を限定するものではなく例示するためのものである。当業者であれば、本発明の本質から逸脱することなく、開示例に対していくつかの修正および変更がなされ得ることを理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施例に従って設計された親水性構造を含む水輸送プレートアセンブリの一例を示す図。
【図２Ａ】グラファイト粒子の結晶構造の特徴を示す図。
【図２Ｂ】図２Ａの結晶構造を他の観点から示す図。
【図３】製造プロセスの一例を示す図。
【図４】図３のプロセスからつくられた物品の一部を示す図。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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