(57)【要約】【課題】  導電性及び強度に対する要求性能を満足しつつ、しかも成形性が高い燃料電池セパレータ用成形材料、燃料電池用セパレータ及び燃料電池を提供することである。【解決手段】  樹脂中に粉末状導電性材料と層状粘土鉱物とが均一に分散している燃料電池用セパレータ用成形材料であり、前記層状粘土鉱物が有機化され、結晶層単位で分散している燃料電池セパレータ用成形材料、その製造方法、燃料電池用セパレータ及び燃料電池に関する。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂中に粉末状導電性材料と層状粘土鉱物とが均一に分散している燃料電池用セパレータ用成形材料であって、前記層状粘土鉱物が結晶層単位で分散していることを特徴とする燃料電池セパレータ用成形材料。
【請求項２】
前記層状粘土鉱物の含有量が、０．５〜２０重量％である請求項１記載の燃料電池セパレータ用成形材料。
【請求項３】
前記樹脂が、熱硬化性樹脂である請求項１又は２記載の燃料電池セパレータ用成形材料。
【請求項４】
前記熱硬化性樹脂が、ビニルエステル樹脂である請求項３記載の燃料電池セパレータ用成形材料。
【請求項５】
層状粘土鉱物を有機オニウムイオンに接触させることにより、前記層状
粘土鉱物と前記有機オニウムイオンとをイオン結合させて前記粘土鉱物を有機化した後
、有機化した粘土鉱物と樹脂とを混練することにより、前記粘土鉱物の層間に樹脂を入
りこませて層間距離を拡大し、次いで層間距離が拡大した粘土鉱物と前記樹脂との混練
物と粉末状導電性材料とをさらに混練することを特徴とする燃料電池セパレータ用成形
材料の製造方法。
【請求項６】
前記層間距離が拡大した粘土鉱物の層間距離が、Ｘ線回折法により測定
される値で４ｎｍ以上である請求項５記載の燃料電池セパレータ用成形材料の製造方法
。
【請求項７】
請求項１〜４のいずれかに記載の燃料電池セパレータ用成形材料を成形してなる燃料電池用セパレータ。
【請求項８】
請求項７に記載の燃料電池用セパレータを用いてなる燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池セパレータ用成形材料、燃料電池用セパレータ及び燃料電池に関し、更に詳述すれば、成形後の機械加工の必要性がなく、製品の高性能化に寄与することができる燃料電池用セパレータ及び燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車搭載用途等に利用される燃料電池が注目されている。この燃料電池は、化学エネルギーを熱エネルギーに変換することなく直接電気エネルギーとして利用するものであり、通常水素及び酸素の反応によって発生する電気を直接取り出すことが可能な電池である。こうした燃料電池には、リン酸型燃料電池、固体電解質型燃料電池及び固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）等いくつかの方式のものがあるが、その中で固体高分子型燃料電池、リン酸型燃料電池には導電性成形品であるセパレータが使用されている。そのためセパレータには、１０×１０-2Ωｃｍ以下の高い電気導電性が要求される他、燃料電池を組み立てる時や燃料電池搭載の自動車を運転する時に、割れを起こさない程度の強度が要求される。
【０００３】
そこで、この要求を満たすため、これまで、燃料電池用セパレータとして、黒鉛粉末と樹脂との混合物をモールド成形したもの（例えば特許文献１参照）等が提案されている。
燃料電池用セパレータは、一般的に中心部分においてエネルギー変換が行われることからこの部分における導電性が要求され、周辺部分では前記割れ等を起こさない程度の強度が要求されている。
しかしながら、前記の提案では、導電性能を発揮する黒鉛粉末の含有量を高めると、中心部分の導電性は高まるが周辺部分の強度が低下しやすく、また樹脂量を高めると、周辺部分の強度は高くなるが中心部分については導電性が不足し、導電性と強度とのバランスに欠けるという問題がある。
これに対し、中心部分と周辺部分とで黒鉛粉末と樹脂との配合割合を変えるという方法も考えられるが、この場合製造工程が複雑になりやすい。
このため、当該技術分野において、中心部分と周辺部分とで配合割合を変えることなく、導電性と強度とのバランスのとれた燃料電池セパレータ用成形材料の開発が正に要望されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２１６９７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、導電性及び強度に対する要求性能を満足しつつ、しかも成形性が高い燃料電池セパレータ用成形材料、その製造方法、燃料電池用セパレータ及び燃料電池を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、成形材料中に層状粘土鉱物を含ませると、導電性と強度とを同時に満足し、ガス透過性に優れた燃料電池用セパレータが得られることができることを発見するに及んで本発明を完成させるに至った。
すなわち本発明は、樹脂中に粉末状導電性材料と層状粘土鉱物とが均一に分散している燃料電池用セパレータ用成形材料であって、前記層状粘土鉱物が結晶層単位で分散していることを特徴とする燃料電池セパレータ用成形材料を提供するものである。また本発明は、層状粘土鉱物を有機オニウムイオンに接触させることにより、前記層状粘土鉱物と前記有機オニウムイオンとをイオン結合又は水素結合させて前記粘土鉱物を有機化した後、有機化した粘土鉱物と樹脂とを混練することにより、前記粘土鉱物の層間に樹脂を入りこませて層間距離を拡大し、次いで層間距離が拡大した粘土鉱物と前記樹脂との混練物と粉末状導電性材料とをさらに混練することを特徴とする燃料電池セパレータ用成形材料の製造方法を提供するものである。さらに本発明は、前記燃料電池セパレータ用成形材料を成形してなる燃料電池用セパレータを提供するものである。本発明は、前記燃料電池用セパレータを用いてなる燃料電池を提供するものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に使用する燃料電池セパレータ用成形材料は、流動性及び成形性が高く、該成形材料を成形することにより、導電性及び強度等に優れる燃料電池用セパレータを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下に本発明を詳細に説明する。
燃料電池用セパレータは、単位セルを複数積層して構成する燃料電池において、隣接する単位セル間に設けられており、その表面には燃料ガス流路、酸化ガス流路の溝等が形成されている。燃料電池用セパレータは、燃料ガスと酸化ガスとを隔てる作用を有するものである。
【０００９】
本発明の燃料電池用セパレータは、粉末状導電性材料と樹脂と層状粘土鉱物とを含んでなる燃料電池セパレータ用成形材料を所定の形状に成形、硬化してなるものである。
【００１０】
前記粉末状導電性材料としては、例えば炭素材料、金属、金属化合物などの粉粒体等を挙げることができ、これらの導電性粉粒体の１種あるいは２種以上を組み合わせて使用できる。
【００１１】
前記炭素材料としては、例えば人造黒鉛、天然黒鉛、ガラス状カーボン、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラックなどが挙げられる。また黒鉛を化学処理して得られる膨張黒鉛も使用できる。これらのうち、導電性を考慮すれば、より少量で高度の導電性を有するセパレータが得られるという点で、人造黒鉛、天然黒鉛、カーボンブラックが好ましい。これらを単独で、若しくは組み合わせて用いることができる。
炭素材料の形状としては、特に制限はなく、粒子状、箔状、鱗片状、板状、針状、球状、無定形等の何れであってもよい。
【００１２】
前記の金属、金属化合物としては、例えばアルミニウム、亜鉛、鉄、銅、金、ステンレス、パラジウム、チタンなど、更には、チタン、ジルコニウム、ハフニウム等のホウ化物などが挙げられる。更に、これらの金属、金属化合物が非導電性あるいは半導電性材料の導電材表面に被覆されたものも使用可能である。これらの金属、金属化合物を単独で、もしくは２種以上組み合わせて用いることができる。これらの金属、金属化合物の形状としては、特に制限はなく、粒子状、箔状、鱗片状、板状、針状、球状、無定形等の何れであってもよい。
【００１３】
また、本発明の目的を逸脱しない範囲内で、前記導電材料に非導電材あるいは半導電性の材料を混合して使用してもよい。
【００１４】
非導電材としては、例えば炭酸カルシウム、ガラスフレーク、ガラスビーズ、ガラスパウダー、ハイドロタルサイト、ウオラストナイト等の無機フィラーが挙げられ、更に、半導電性材料としては、例えば酸化亜鉛、酸化錫、酸化チタン等が挙げられる。
【００１５】
また本発明に使用する層状粘土鉱物は、有機オニウムイオンとイオン結合または水素結合して有機化されている（有機化処理）ものである。以後この有機化処理した層状粘土鉱物を有機化粘土という。
【００１６】
有機化処理は、粘土鉱物の表面に有機オニウムイオンをイオン結合で結合するものである。粘土鉱物自体は表面の極性が高く有機溶媒に溶解しないが、粘土鉱物を有機化処理し、有機化粘土にすることにより有機物との親和性が向上し、有機溶媒中に分散することができ、樹脂の充填剤としても効果的に使用することができる。
【００１７】
粘土鉱物とは、粘土の主成分として産する含水珪酸塩をいい、適当な水分が加わると粘着性及び可塑性を示すものである。本発明は、ガスを遮蔽する効果が高い点で、層状粘土鉱物を用いるものである。
【００１８】
また粘土鉱物は、その大部分がＳｉ−Ｏ四面体が底面酸素を共有することによって２次元的につながった四面体シートと、Ａｌ３＋、Ｍｇ２＋、Ｆｅ２＋等の中型の陽イオンを６個のＯＨ−又はＯ２−が囲んだ八面体が稜を共有することによって２次元的につながった八面体シートとが、種々の周期で積み重なった層状構造を有する珪酸塩（以下、層状珪酸塩という。）である。かかる層状珪酸塩は、フィロ珪酸塩とも呼ばれている。
【００１９】
粘土鉱物としては、具体的には、モンモリロナイト、サポナイト、ヘクトライト、バイデライト、スティブンサイト、ノントロナイト等のスメクタイト系の粘土鉱物や、バーミキュライト、ハロイサイト、タルク、膨潤マイカ等が好適な一例として挙げられる。また、これらは、天然のものでも、合成されたものでも用いることができる。
【００２０】
有機化粘土は、前記のとおり、粘土鉱物と有機オニウムイオンとイオン結合または水素結合して有機化されているものである。かかる有機オニウムイオンとしては、例えばアンモニウムイオン、ピリジウムイオン、スルホニウムイオン、ホスホニウムイオン等が挙げられる。これらの中でも、アンモニウムイオンは、層間イオンとの交換が容易であるので、有機化のためのオニウムイオンとして好適である。
【００２１】
アンモニウムイオンとしては、具体的にはオクタデシルアンモニウムイオン［ＣＨ３(ＣＨ２)１７Ｎ＋Ｈ３］、モノメチルオクタデシルアンモニウムイオン［ＣＨ３(ＣＨ２)１７Ｎ＋Ｈ２(ＣＨ３)］、ジメチルオクタデシルアンモニウムイオン［ＣＨ３(ＣＨ２)１７Ｎ＋Ｈ(ＣＨ３)２］、ドデシルアンモニウムイオン［ＣＨ３(ＣＨ２)１１Ｎ＋Ｈ３］、４−アミノ−ｎ−酪酸イオン［Ｈ３＋Ｎ(ＣＨ２)３ＣＯＯＨ］、６−アミノ−ｎ−カプロン酸イオン［Ｈ３＋Ｎ(ＣＨ２)５ＣＯＯＨ］、８−アミノカプリル酸イオン［Ｈ３＋Ｎ(ＣＨ２)７ＣＯＯＨ］、１０−アミノデカン酸イオン［Ｈ３＋Ｎ(ＣＨ２)９ＣＯＯＨ］、１２−アミノドデカン酸イオン［Ｈ３＋Ｎ(ＣＨ２)１１ＣＯＯＨ］、１４−アミノテトラデカン酸イオン［Ｈ３＋Ｎ(ＣＨ２)１３ＣＯＯＨ］、１６−アミノヘキサデカン酸イオン［Ｈ３＋Ｎ(ＣＨ２)１５ＣＯＯＨ］、１８−アミノオクタデカン酸イオン［Ｈ３＋Ｎ(ＣＨ２)１７ＣＯＯＨ］等が挙げられる。
【００２２】
有機化粘土の粘土鉱物としては、使用する樹脂との接触面積が大きいものを用いることが好ましい。これにより、有機化粘土の層間を大きく膨潤することができる。
【００２３】
また層状粘土鉱物は、粘土鉱物の層に樹脂を入り込ませて層間を拡張させることにより、樹脂中に結晶層単位で均一に分散する状態（ナノコンポジット）となる。有機化粘土は、その粒子自体がミクロンオーダーの微粒子であるが、樹脂成分が粘土の層間に挿入されて、結晶層がナノオーダーの分散状態を形成することで、粘土成分がナノオーダーで分散した状態となる。このナノコンポジットとなることによって、燃料電池用セパレータの機械強度やガス透過性などが飛躍的に向上する。
【００２４】
前記層状粘土鉱物の含有量は、成形材料中０．５〜２０重量％であることが好ましい。この範囲であれば、有機化粘土を樹脂中に均一分散させることができ、導電性と強度とのバランスのよい燃料電池用セパレータを得ることができる。
【００２５】
本発明の燃料電池セパレータ用成形材料中に含まれる樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂、ナイロン６，ナイロン６６、ナイロン４６，変性ナイロン６Ｔ、ナイロンＭＸＤ６、ポリフタルアミド、などのポリアミド樹脂、ポリアセタール、ポリカーボネート、変成ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリシクロヘキシレンテレフタレート、ポリフェニレンスルフィド、ポリチオエーテルサルホン、熱可塑性ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルニトリル、ポリアリレート、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、液晶ポリマー、ポリテトラフルオロエタン、ポリビニリデンフルオライドなどのフッ素樹脂、全芳香族ポリエステル、ポリイミド、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、ポリアミノビスマレイミド、トリアジン樹脂、架橋型ポリイミド、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、アクリル樹脂、アクリル樹脂、キシレン樹脂、グアナミン樹脂、フラン樹脂、ウレタン樹脂、ユリア樹脂ポリエステル・ポリエステルエラストマー、ポリエステル・ポリエーテルエラストマーなどの熱可塑性エラストマーなど、各種の熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂等が挙げられる。
【００２６】
これらの樹脂のうち、セパレータの生産効率の高さを考慮すると、熱硬化性樹脂が好ましい。
さらに、熱硬化性樹脂のうち、耐熱性、耐薬品性及び耐熱水性などの点では、ビニルエステル樹脂が好ましく、耐食性、機械的強度の点では、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂及びアリルエステル樹脂が好ましい。さらに、分子骨格に同素環、複素環のような環式の構造を有する樹脂であることが最も好ましい。
【００２７】
前記分子骨格に環式構造を有する樹脂としては、例えばビスフェノール系の不飽和ポリエステルやビニルエステル樹脂、ノボラック型ビニルエステル樹脂、アリルエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂などが挙げられる。さらに長期の耐熱水性が要求される場合には、フッ素原子を含む分子構造を有する樹脂が好ましい。
また熱可塑性樹脂のうちでは、耐食性、機械的強度の点を考慮すると、ポリフェニレンスルフィド、ポリエチレン、ポリプロピレンが好ましい。
樹脂の重量平均分子量は、２，０００，０００以下であることが好ましい。この範囲であれば、粘土鉱物の層間に入り込み層間を拡張することができ、また溶媒に不溶になることはない。
【００２８】
本発明の燃料電池セパレータ用成形材料の製造方法は、粘土鉱物を、有機オニウムイオンに接触させることにより、前記粘土鉱物と前記有機オニウムイオンとをイオン結合または水素結合させて前記粘土鉱物を有機化し、前記有機化した粘土鉱物と樹脂とを混練し、粘土鉱物の層間に熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂を入りこませて層間距離を拡大し、次いで前記層間距離が拡大した粘土鉱物と前記熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂との混合物と粉末状導電性材料とを混練するものである。
粘土鉱物を有機オニウムイオンと接触させるには、粘土鉱物を水中に分散させた状態で有機オニウムイオンをその系中に添加して粘土粒子の周辺部分に有機オニウムイオンをイオン結合または水素結合により配位させる方法が挙げられる。
かかる接触により、粘土鉱物と前記有機オニウムイオンとをイオン結合または水素結合させて前記粘土鉱物を有機化することができる。
【００２９】
本発明の製造方法は、樹脂が熱可塑性樹脂の場合、加熱し溶融粘度を低下させて、有機化粘土と共に、混練することにより、樹脂を粘土鉱物の層間に入り込ませ、層間を拡大させるものである。具体的には、熱可塑性樹脂と有機化粘土とを混練し、有機化粘土の層間距離が拡大するまで混練を続ける。その方法としては、例えばバッチ式ニーダーにて混練を行い、途中混練物から試料を抽出し、その試料に対してＸ線回折の測定を行い、その結果得られるスペクトルから層間距離を計算し、その値が規定の値以上になるまで混練を継続する方法がある。
また樹脂が常温で液状の熱硬化性樹脂の場合、分散機や撹拌機を用いて、有機化粘土と混練して、せん断力を与え続けることで、樹脂成分に含まれる反応性希釈剤が有機化粘土の層間に挿入され、層間を拡大させることができる。混練する際、温度の上昇を伴う場合においては、熱硬化性樹脂の変質を防止する目的で、その温度を１０〜７０℃の範囲で調節することが好ましい。常温で固体の熱硬化性樹脂については熱可塑性樹脂と同様に、加熱溶融させて同様の混練方法で製造することができる。
【００３０】
樹脂成分が有機化粘土の層間に挿入された程度を確認するために、固体状の樹脂の試験片にＸ線を照射し、その回折光のパターンから繰り返し構造の単位、すなわち粘土の層間距離を見積もることができる。粘土の層間距離に起因するスペクトルのピークがシフトするか、もしくはそのピークが消失したことにより、有機化粘土の層間距離が拡大していることが把握できる。
粘土鉱物の層間距離は、Ｘ線回折法により測定される値で通常１ｎｍ程度であるが、これが４ｎｍ以上にまで拡大することが、機械強度の向上が期待できるという点で好ましい。また樹脂が粘土の層間に挿入され、物性の向上が顕著に現れるためには、Ｘ線回折による層間距離が５ｎｍ以上であることが特に好ましい。
前記混練は、バッチ式ニーダー、加圧型ニーダー、二軸連続式ニーダー、プラネタリミキサー、ハイスピードミキサーなどの混練機を用いることにより行うことができる。
【００３１】
本発明は、次に前記層間距離が拡大した粘土鉱物と前記熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂とを混練することにより、層状粘土鉱物の結晶層を樹脂中に分散し、ナノオーダーの分散体を形成するものである。
この場合、樹脂が熱硬化性樹脂の場合、例えば熱硬化性樹脂と有機化粘土とを混練することにより熱硬化性樹脂中に有機化粘土を分散し、この混練物を成形物の形状に対応した形状にすることで一旦予備成形体を形成し、かかる予備成形体を成形することが好ましい。この予備成形体を形成することにより、希望する寸法のセパレータを製造することが可能となる。
有機化粘土の結晶層が樹脂中にナノオーダーで均一に分散することにより、粘土特有の揺変性（チキソトロピー）が発現する。その結果成形材料の流動性が高いまま維持され、ひいては成形中に起こりうる導電性粉末の劣化が小さく、得られる燃料電池用セパレータの導電性が損なわれることがないので、セパレータの強度及びガス透過性が向上することになる。また同時に前記予備成形体を作成する時の取扱性も向上する。
【００３２】
樹脂が熱可塑性樹脂の場合、例えば熱可塑性樹脂と有機化粘土とを混練することにより熱可塑性樹脂中に有機化粘土を均一に分散した混練物を、加熱容器中で溶融させ、低粘度化した状態で数十〜数百μｍの均一な厚みのシート状に成形し、このシート状成形物の少なくとも片面に導電性材料を被覆する方法が挙げられる。被覆方法としては、導電性材料を含む塗料を塗布する方法、粉末状導電性材料を散布し加熱することにより樹脂に融着させる方法、粉末状導電性材料を直接塗布する方法等が挙げられる。これらの方法のうち、導電性を高くするためには、粉末状導電性材料を散布し加熱することにより樹脂に融着させる方法、粉末状導電性材料を塗布する方法が好ましい。
前記混練物をかかるシート状に成形するには、例えばシート押出し設備などのシート製造装置を用いて行うことができる。
前記粉末状導電性材料を直接塗布する方法は、例えば混練物が溶融した状態のシート状成形物に、粉末状導電性材料をブラスト噴射するなど公知慣用の方法を適宜利用することができる。導電性材料と熱可塑性樹脂との比率は、シート状成形物の厚みを調整することにより、適宜調整することができる。
【００３３】
また、本発明に使用する燃料電池セパレータ用成形材料には、樹脂、粉末状導電材料、有機化粘土の他に、さらにスチレン、ジビニルベンゼン、（メタ）アクリル酸、ｔ−ブチルスチレン、ビニルナフタレン等の反応性単量体、ジアシルパーオキサイドやパーオキシエステルなどの硬化開始剤、ナフテン酸コバルト等の硬化促進剤、ハイドロキノン、ｐ−ベンゾキノン等の硬化遅延剤、またその他可塑剤、低収縮剤、チクソ剤、界面活性剤等を含んでいてもよい。
前記混練は、樹脂を粘土鉱物の層間に入り込ませ、層間を拡大させるときに用いたのと同様の常用の混練機を使用して行うことができる。
【００３４】
かくして得られるシート状成形品は、直接溝付きの成形品に成形して燃料電池用セパレータとして使用するか、又は一旦平板状に成形し、これに溝加工、穴あけ加工等を施して、燃料電池用セパレータとして使用するものである。
成形方法については、公知慣用の手法を用いることができ、例えばプレス成形、トランスファー成形、押し出し成形、射出成形等が挙げられる。これらの成形法のうち、成形材料の流動性、及び成形品の寸法精度安定性を考慮すると、プレス成形、トランスファー成形が好ましい。
【００３５】
本発明の燃料電池は、電解質が電極で挟持され、更に外側に、前記セパレータが配設された基本構成単位である単セルのみから構成されるものか、又はこの単セルを複数積層してなるものである。
【００３６】
ここで、燃料電池は、燃料を改質して得られた水素を主燃料として、この水素が酸素と反応した時の化学エネルギーを電力として取り出す発電方式を利用するものである。本発明における燃料電池は、この発電を生ぜしめる単セルを単一あるいは直列に複数重ねたスタック構造とし、スタックの両端に設けた集電板で集電することにより形成されるものである。
【００３７】
固体高分子型燃料電池セルの構造の一例を図２に示す。燃料電池の基本構成単位である単セルは固体高分子電解質膜４、燃料極５、酸化剤極６からなる電解質膜電極接合体７の両面をセパレータ１で挟んだ構造を持つ。セパレータの表面に形成された流路２は燃料や酸化剤を電極に安定的に供給するのが好適である。また酸化剤極６に設置したセパレータの酸化剤極６の反対面に熱源として、水を導入することにより燃料電池から熱を取り出すことができる。このように構成された単セル３を複数、直列に積層したセルスタック（燃料電池スタック）の一例を図３に示す。
【００３８】
以上詳述した本発明の燃料電池は、例えば電気自動車用電源、ポータブル電源、非常用電源等の他、人工衛星、飛行機、宇宙船等各種の移動体電源として使用できる。
【実施例】
【００３９】
以下、実施例及び比較例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記実施例に制限されるものではない。なお、「部」「％」とあるのは、特にことわりがない限り重量部、重量％を表わす。
【００４０】
以下、後記実施例で得られた成形板について成形性、曲げ強度、体積抵抗率及びガス透過率の測定・評価を行った。
＜成形性＞  溝流路を有する成形品を試験片とし、厚み精度を測定した。すなわち成形品周辺部及び中心部の厚みをマイクロメータにて測定し、その最大値と最小値の差を見積もり、その値に基づいて成形性を判断した。即ちその値が小さいものほど成形性が良好であると判断した。
【００４１】
＜曲げ強度＞  後記実施例で得られた成形板を試験片として、ＪＩＳ  Ｋ６９１１の熱硬化性プラスチックの一般試験方法に準じて、支点間距離８０ｍｍでの曲げ強度を測定した。
【００４２】
＜体積抵抗率＞  後記実施例で得られた成形板を試験片として、ＪＩＳ  Ｒ７２２２の黒鉛素材の物理特性測定方法に準じて、端子間距離５ｃｍにおける成形品の体積抵抗率を測定した。
【００４３】
＜ガス透過率＞  ＪＩＳ  Ｋ７１２６のプラスチックフィルム及びシートの気体透過試験方法に準拠して平板状成形品のガスシール性を評価した。なお、試験ガスは水素を用いた。
【００４４】
合成例１（ビニルエステル樹脂の調製）
温度計、窒素及び空気導入管、撹拌機を設けた１Ｌのフラスコに、エポキシ樹脂[商品名「ＮＣ−３０００」、ビフェニル基含有フェノールノボラック型エポキシ樹脂、エポキシ当量２７４、日本化薬製]５４８ｇを仕込み、９０℃まで攪拌しながら昇温した。９０℃にてメタクリル酸７９ｇ、ｔ−ブチルハイドロキノン０．４ｇ、トリスジメチルアミノフェノール０．８ｇを仕込み、窒素と空気とを１対１で混合したガス流通下で、１０５℃まで昇温した。この温度で２時間反応させると、酸価が５以下になったので、１００℃付近まで冷却した後、メタクリル酸無水物［商品名「ＭＡＡＨ」  レーム社製］１６０ｇを発熱に注意しながら滴下した。その後、トリスジメチルアミノフェノール０．７ｇを仕込み、１１０℃まで昇温した。１１０℃で６時間反応させると、酸価が５以下になったので、反応を終了した。８０℃付近まで冷却した後、反応容器より取り出しビニルエステル樹脂を得た。得られたビニルエステル樹脂の水酸基価は７１、エステル価は２１１、二重結合当量は２６３で、樹脂粘度（２０％スチレンモノマー希釈液）は５０００ｍＰa・ｓで、芳香族環式構造単位は４５％、重量平均分子量は１５９９であった。
【００４５】
実施例１、２及び３
合成例１で作製したビニルエステル樹脂溶液16.3部、ジビニルベンゼン［商品名「ＤＶＢ−８１０」新日鐵化学製］2.3部、ターシャリーブチルペルオキシイソプロピルカーボネート［商品名「BIC-75」、化薬アクゾ製］0.2部、ｐ−ベンゾキノン（商品名「ｐ−ＢＱ」、イーストマンケミカル社製）0.1部、及び表−1の処方に従って有機化粘土を加えた混合物を、ホモジナイザーで３０分間攪拌し、均一に分散させるとともに有機化粘土の層間距離を拡大させた。その際有機化粘土の層間距離を、ビニルエステル樹脂を硬化させて、(株)リガク製Rint Ultima+によりＸ線回折スペクトルを測定し、そのピークから層間距離を評価した。評価した後、コスモネートLL［イソシアネート混合物、三井武田ケミカル製］2.4部を添加して、更にホモジナイザーで10分間攪拌した。
【００４６】
その後この有機化粘土を含有する樹脂溶液と人造黒鉛とを、森山製作所製ＤＳ１−５型加圧ニーダーで２０分間混練し、成形材料を作成した。得られた成形材料を用いて適切な重量を計量しつつ、予備成形体を作成し、その予備成形体を用いて、加圧力270kg/cm2、成形時間5分間でプレス成形をおこない、平板状成形品を得た。
【００４７】
比較例１
合成例１で作製したビニルエステル樹脂溶液16.3部、ジビニルベンゼン［商品名「ＤＶＢ−８１０」新日鐵化学製］2.3部、ターシャリーブチルペルオキシイソプロピルカーボネート［商品名「BIC-75」、化薬アクゾ製］0.2部、ｐ−ベンゾキノン（商品名「ｐ−ＢＱ」、イーストマンケミカル社製）0.1部、コスモネートLL［イソシアネート混合物、三井武田ケミカル製］2.4部を添加して、ホモジナイザーで10分間攪拌した。
【００４８】
その後この樹脂溶液と人造黒鉛とを、森山製作所製ＤＳ１−５型加圧ニーダーで２０分間混練し、成形材料を作成した。得られた成形材料を用いて適切な重量を計量しつつ、予備成形体を作成し、その予備成形体を用いて、加圧力270kg/cm2、成形時間5分間でプレス成形をおこない、平板状成形品を得た。
【００４９】
実施例４、比較例２
表−１中の実施例４及び表−２の比較例２の処方に従い、ポリプロピレン/ポリエチレンが混合された熱可塑性樹脂（軟化温度は１００℃）と有機化粘土とを森山製作所製のＤＳ１−５型加圧ニーダーに投入し、ニーダーの温度を１５０℃まで昇温してから、混合物を５０分間混練した。有機化粘土の層間距離の確認についてはビニルエステル樹脂の場合と同様である。その後加熱容器中で溶融させた樹脂を熱ロール間に挿入して厚さが約８０μｍの熱可塑性樹脂シートを作成した。更に温度の高い状態でシート表面に人造黒鉛をブラストマシンにより均一に噴射させることにより、所定量の黒鉛を付着させ、黒鉛の重量分率が処方どおりになるよう調整した。その後得られたシート状成形材料を複数枚積層したものを前記実施例と同様の成形条件にてプレス成形をおこない、平板状成形品を得た。
【００５０】
比較例３
合成例１で作製したビニルエステル樹脂溶液16.3部、ジビニルベンゼン［商品名「ＤＶＢ−８１０」新日鐵化学製］2.3部、ターシャリーブチルペルオキシイソプロピルカーボネート［商品名「BIC-75」、化薬アクゾ製］0.2部、ｐ−ベンゾキノン（商品名「ｐ−ＢＱ」、イーストマンケミカル社製）0.1部、及び表−1の処方に従って有機化粘土を加えた混合物を、ホモジナイザーで５分間攪拌し、その際有機化粘土の層間距離を、ビニルエステル樹脂を硬化させて、(株)リガク製Rint Ultima+によりＸ線回折スペクトルを測定し、そのピークから層間距離を評価した。評価した後、コスモネートLL［イソシアネート混合物、三井武田ケミカル製］2.4部を添加して、更にホモジナイザーで10分間攪拌した。
【００５１】
その後この有機化粘土を含有する樹脂溶液と人造黒鉛とを、森山製作所製ＤＳ１−５型加圧ニーダーで２０分間混練し、成形材料を作成した。得られた成形材料を用いて適切な重量を計量しつつ、予備成形体を作成し、その予備成形体を用いて、加圧力270kg/cm2、成形時間5分間でプレス成形をおこない、平板状成形品を得た。
【００５２】
＜原料＞
人造黒鉛；（株）エスイーシー製「人造黒鉛ＳＧＳグレード」
有機化粘土；コープケミカル（株）製「ルーセンタイトＳＴＮ」（粘土１）、Ｓｕｄ-Ｃｈｅｍｉｅ社製「ｎａｎｏｆｉｌ ３２」（粘土２）、「ｎａｎｏｆｉｌ １５」（粘土３）、をそれぞれ使用した。
【００５３】
【表１】
2006310102.tif 000002
表中「Ｎ.Ｄ.」はＸ線回折スペクトルのピーク値が得られず、有機化粘土の層間距離が測定限界以上に拡大していることを表す。
【００５４】
【表２】
2006310102.tif 000003
表中「*」は、有機化粘土が樹脂中に均一に分散していないことを表す。
【００５５】
表−１及び表−２の評価結果のとおり、有機化粘土を使用したこと（実施例１〜４）によって、使用しなかった場合（比較例１〜３）に比べて、強度とガスバリア性の高い良好な燃料電池用セパレータを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の燃料電池セパレータを示す斜視図である。
【図２】本発明の燃料電池セル構造を示す斜視図である。
【図３】本発明の燃料電池スタック構造を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００５７】
１    セパレータ
２    燃料、酸化剤、冷却水流路
３    単セル
４    固体高分子型電解質膜
５    燃料極
６    酸化剤極
７    電解質膜電極接合体
８    燃料電池スタック
【図１】
2006310102.tif 000004
【図２】
2006310102.tif 000005
【図３】
2006310102.tif 000006