(57)【要約】【課題】本発明の目的は、成形性、電気的特性に優れた導電性不飽和ポリエステル樹脂成形材料ならびにこれを成形してなる燃料電池セパレーターを提供することである。【解決手段】本発明の不飽和ポリエステル樹脂成形材料は、不飽和ポリエステル樹脂（ａ）、導電性を有する炭素系基材（ｂ）及び脂肪酸（ｃ）を必須成分として含有し、好ましくは前記導電性を有する炭素系基材（ｂ）が、黒鉛であることを特徴とするものである。また、本発明の燃料電池セパレーターは、上述の導電性不飽和ポリエステル樹脂成形材料を成形してなることを特徴とするものである。【選択図】　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
不飽和ポリエステル樹脂（ａ）、導電性を有する炭素系基材（ｂ）及び脂肪酸（ｃ）を必須成分として含有することを特徴とする導電性不飽和ポリエステル樹脂成形材料。
【請求項２】
導電性を有する炭素系基材（ｂ）が、黒鉛である請求項１に記載の導電性不飽和ポリエステル樹脂成形材料。
【請求項３】
成形材料全体に対して、不飽和ポリエステル樹脂（ａ）１０〜３０重量％、導電性を有する炭素系基材（ｂ）６７〜８８重量％、及び脂肪酸（ｃ）０．１〜３重量％を含有する請求項１または２に記載の導電性不飽和ポリエステル樹脂成形材料。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の導電性不飽和ポリエステル樹脂成形材料を成形してなる燃料電池セパレーター。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導電性不飽和ポリエステル樹脂成形材料及びこれを成形してなる燃料電池セパレーターに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、燃料電池セパレーターは熱硬化性樹脂と炭素質粉末の混合物を成形した後、成形体を焼成し導電性を高める黒鉛化工程や、切削や研磨などにより必要形状を付与する機械加工工程を含む方法（例えば、特開２０００−１６９２３０号公報）、或いは金属板に溝などの形状加工をした上で樹脂コートを行うなどの金属樹脂コンポジットを素材とする方法（例えば、特開平１１−３４５６１８号公報、新エネルギー産業技術総合開発機構　平成１２年度固体高分子型燃料電池研究開発成果報告会要旨集Ｐ７０）などにより、作成が試みられて来た。ところが黒鉛化工程や機械加工工程を必要とする手法では、大量生産への展開が困難な為にコストが下げられず、一方、溝加工した金属板樹脂コンポジットを素材とする手法では、使用される環境において金属と樹脂との界面層で発生する層剥離及び金属板の腐食問題が解決せず、品質と価格で適切なセパレーターを供給する目処が立っていない。このため、さらに種々の試みがなされており、黒鉛やカーボンブラック等の炭素系基材に、熱硬化性樹脂のうちフェノール樹脂をバインダーの主成分として配合した成形材料での試みがなされている。近年になり燃料電池セパレーターはその用途から軽薄短小化が求められているが、黒鉛高配合による導電性の付与と成形性のバランスが難しくフェノール樹脂を使用した成形材料では十分な導電性と成形性が得られていない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、成形性、電気的特性に優れた導電性不飽和ポリエステル樹脂成形材料ならびにこれを成形してなる燃料電池セパレーターを提供するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
このような目的は、下記（１）〜（４）記載の本発明により達成される。
（１）不飽和ポリエステル樹脂（ａ）、導電性を有する炭素系基材（ｂ）及び脂肪酸（ｃ）を必須成分として含有することを特徴とする導電性不飽和ポリエステル樹脂成形材料。
（２）導電性を有する炭素系基材（ｂ）が、黒鉛である上記（１）に記載の導電性不飽和ポリエステル樹脂成形材料。
（３）成形材料全体に対して、不飽和ポリエステル樹脂（ａ）１０〜３０重量％、導電性を有する炭素系基材（ｂ）６７〜８８重量％、及び脂肪酸（ｃ）０．１〜３重量％を含有する上記（１）または（２）に記載の導電性不飽和ポリエステル樹脂成形材料。
（４）上記（１）ないし（３）のいずれかに記載の導電性不飽和ポリエステル樹脂成形材料を成形してなる燃料電池セパレーター。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明は、導電性不飽和ポリエステル樹脂成形材料（以下、「導電性成形材料」という）に関するものである。本発明の導電性成形材料は、不飽和ポリエステル樹脂（ａ）、導電性を有する炭素系基材（以下、炭素系基材という）（ｂ）及び脂肪酸（ｃ）を必須成分として含有するものであり、好ましくは前記導電性を有する炭素系基材（ｂ）が、黒鉛であるものである。
以下、本発明の導電性成形材料について詳細に説明する。
【０００６】
本発明の導電性成形材料に用いられる不飽和ポリエステル樹脂（ａ）としては、特に限定されないが、オルソタイプ、イソタイプ、パラタイプのものがあり、これらのプレポリマーも含まれる。また、これらの１種または２種以上を併用して用いることができる。
これらの中でも、イソタイプまたはパラタイプのものを使用することが好ましい。これにより、成形体に耐熱性を付与することができる。さらに、パラタイプのものを使用することが特に好ましい。これにより、さらに高い耐熱性を付与することができる。
【０００７】
また、これらの不飽和ポリエステル樹脂（ａ）は、特に限定しないが、室温で固形のもの、液状のもの、を単独または併用して用いることができる。樹脂（ａ）として、室温で固形のものを用いた場合は、生産工程における取扱いが容易で生産性を高く出来、一方、室温で液状のものを用いた場合は、取扱いや生産性にはやや劣るものの、炭素系基材（ｂ）と混合する際の初期粘度を更に低くすることが容易であるので、樹脂（ａ）の分散性を高くするには好適である。
【０００８】
これらの不飽和ポリエステル樹脂（ａ）の配合量は、特に限定しないが、これを配合してなる成形材料１００重量％に対して１０〜３０重量％であることが好ましく、さらに好ましくは１４〜２５重量％である。かかる範囲内の樹脂（ａ）配合することにより、成形材料を成形する際に十分な流動性と、燃料電池セパレーターなどの成形体に良好な導電性を付与することができる。樹脂（ａ）の配合量が前記下限値を下回ると、成形時の流動性が不足し精密な形状を成形することが難しいことがある。また、前記上限値を上回ると、導電性を有する炭素系基材（ｂ）の量が少なくなり、燃料電池セパレーター等の導電性成形体として要求される導電性が十分でない。これは樹脂体積が増えることで導電性を有する炭素系基材（ｂ）の粒子間に絶縁層である樹脂が多く存在する確率が高くなり、結果として不導体層部分が増えて導電性を低下させるものと考えられる。
【０００９】
本発明の成形材料には、導電性を付与するために炭素系基材（ｂ）を配合する。炭素系基材としては特に限定されないが、黒鉛、炭素繊維、カーボンブラックなどの炭素材が挙げられる。これらの炭素材の中でも導電性の優れているものが好ましく用いられ、具体的にはグラファイト構造が成長したものであり、天然や人造の黒鉛がこれに該当する。天然に算出する鉱物としての黒鉛には天然黒鉛と称される鱗片状の黒鉛と土壌黒鉛があるが、このうち天然黒鉛が導電性に優れている。また、人造黒鉛については、石炭系コークスを熱処理したものと石油系コークスを熱処理したものがあり、形状としては鱗状、針状、塊状、球状、凝集体などがあるが、いずれのものも、Ｘ線解析による格子定数精密法で求めるｃ軸（００２）層面間距離（ｄ００２）が０．３３５〜０．４６０ｎｍの範囲にあって、真比重が２．０４〜２．３４の範囲にあることが好ましい。
【００１０】
炭素系基材（ｂ）には黒鉛が好ましく用いられるが、必要に応じてカーボンブラックや炭素繊維を併用してもよい。カーボンブラックは樹脂相内に分散して導電補助剤として働き、炭素繊維はその形状による効果として、曲げや強靭性などの機械的特性を改善する効果がある。ただし、炭素系基材（ｂ）の配合量が前記下限値未満である系では、カーボンブラックや炭素繊維の併用もその効果が小さくなる。
【００１１】
炭素系基材（ｂ）の配合量は特に限定しないが、これを配合してなる組成物１００重量％に対して６７〜８８重量％であることが好ましく、さらに好ましくは７３〜８５重量％である。かかる範囲内の炭素系基材（ｂ）を配合することにより、成形材料を成形する際に十分な流動性と、成形体である燃料電池セパレーターに良好な導電性を付与することができる。炭素系基材（ｂ）の配合量が前記上限値を越えると、成形時の流動性が不足し精密な形状を成形することが難しいことがある。また、前記下限値を下回ると、燃料電池セパレーターとして要求される導電性が十分でない。これは樹脂体積が増えることで黒鉛粒子間に絶縁層である樹脂が多く存在する確率が高くなり、結果として不導体層部分が増えて導電性を低下させるものと考えられる。
【００１２】
本発明の成形材料には、成形時の離型性を付与するために、脂肪酸（ｃ）を配合する。燃料電池セパレーターは複雑な溝形状を持った精密成形体であり、成形後の離型性が重要である。脂肪酸（ｃ）は離型剤として機能するだけでなく、成形材料化の工程や成形時に可塑剤として働き、溶融粘度を下げ、炭素系基材（ｂ）である黒鉛の劈開を低減させたり、充填性を向上させる効果も有する。
ここで用いられる脂肪酸（ｃ）は特に限定しないが、炭素数１６〜３０のものが好ましい。かかる炭素数の脂肪酸は、室温で固形であって、取扱いが容易であり、十分な離型効果を有する。これらの脂肪酸は、融点が６０〜９０℃程度であり、成形材料化の際の混練温度や成形材料の成形条件に合わせ、成形材料が適正な粘度や流動性を有するように配合して用いられる。
【００１３】
前記脂肪酸（ｃ）の配合量は特に限定しないが、これを配合してなる成形材料全体に対して０．１〜３重量％であることが好ましく、さらに好ましくは０．１〜２重量％である。かかる範囲内で脂肪酸（ｃ）を配合することにより、成形体に良好な離型性を付与することができる。脂肪酸（ｃ）の配合量が前記上限値を越えると、成形体表面にブリードを生ずることがある。また、前記下限値を下回ると、離型性の効果が十分でないことがある。
【００１４】
本発明において、導電性成形材料に脂肪酸（ｃ）を配合するのは、以下の理由による。すなわち、従来から成形材料においては、離型剤として脂肪酸やそのエステル、アミド化物、金属塩が用いられてきた。これらの離型剤のうち金属塩を用いると、この成形体を燃料電池セパレータとして使用した場合に、発電時に解離した金属イオンが触媒毒として作用してしまうことがある。また、エステルやアミド化物の場合でも、これらが脂肪酸との化合物であるために発電中に解離して、金属イオンと同じような現象を起こすことにより発電効率の低下が観察される場合がある。これに対し脂肪酸には同様の現象がみられない。これは、その解離物がセパレーター中を通過するプロトンと同じであり、触媒毒として作用しないためではないかと考えられる。
【００１５】
本発明の導電性成形材料には、これまで説明した原料の他にも、通常、不飽和ポリエステル樹脂の反応開始剤を用いる。反応開始剤としては特に限定されないが、例えば、ジクミルパーオキサイド、ｔｅｒｔ−ブチルパーオキサイドなどの過酸化物が一般的に用いられる。
さらにこのほかにも、本発明の目的や効果を損なわない範囲で、必要に応じて補強、寸法精度向上の為の無機フィラー等を配合することができる。
【００１６】
本発明の導電性成形材料は、通常の方法により製造することができる。すなわち、前記の各材料を所定量配合し、リボンブレンダーやプラネタリミキサーなどを用いて予備混合する。さらにこれを加熱ロール、二軸押出混練機などを使用して溶融混練し、混練後のものを造粒したり冷却後に粉砕・分級することにより得られる。本発明の導電性樹脂成形材料を用いて成形体を得るための成形方法は、移送成形、射出成形、圧縮成形等があり、特に限定するものではないが、成形性の観点から圧縮成形が好ましい。
【００１７】
次に、本発明の燃料電池セパレーターについて説明する。本発明の燃料電池セパレーターは、上記で説明した成形材料を成形してなるものである。
本発明の燃料電池セパレーターの成形方法としては特に限定されないが、通常、圧縮成形やトランスファー成形が用いられる。圧縮成形を用いる場合は、成形品の形状に合わせて予備成形体を成形し、これを成形することで成形性を補助することもできる。圧縮成形の一例を挙げると、圧力２００〜１５００ｋｇ／ｃｍ２、温度１５０〜２００℃、時間１〜３０分間で成形することにより、燃料電池セパレーター用成形体を得ることができる。また、予め予備成形体を成形する場合、圧力５０〜４００ｋｇ／ｃｍ２、温度２０〜７０℃、時間０．１〜２分間の条件で行うことができる。このようにして得られた燃料電池セパレーターは、厚み精度が優れ、良好な導電性を有している。
【００１８】
【実施例】
以下本発明を実施例により詳しく説明する。成形材料の配合割合は重量％である。
【００１９】
実施例１〜８
表１に示した配合にて導電性成形材料を製造した。トアトマイザー粉砕機（不二パウダー（株）製）で微粉砕した不飽和ポリエステル樹脂と反応開始剤を、人造黒鉛、脂肪酸とともにヘンシェルミキサーで１０分間混合して予備混合物を得た。これらの混合物を８０℃の二軸押出混練機で溶融混練した後、取り出し冷却し顆粒状に粉砕して、成形材料を得た。得られたそれぞれの成形材料を金型温度１７０℃、成形圧力４００ｋｇ／ｃｍ２、成形時間３分で圧縮成形して板状成形体を得た。なお、実施例７の場合、圧力２００ｋｇ／ｃｍ２、金型温度５０℃、時間１分間の条件で、平面面積９５％の板状の予備成形体を成形した後、圧縮成形を行った。これらの成形体の特性を表１下段に示す。
【００２０】
比較例１〜３
樹脂をレゾール型フェノール樹脂とし、表１に示した配合にて導電性フェノール樹脂成形材料を製造した。製造方法は実施例の場合と同様である。次いで、実施例７と同じ方法にて予備成形体を成形した後、圧縮成形により板状成形体を成形した。成形体の特性を表１下段に示す。
【００２１】
１．燃料電池セパレーター用素材としての導電性評価
（１）貫通方向抵抗率および体積固有抵抗率の評価
実施例及び比較例で得られた成形材料を用いて、金型温度１７０℃、成形圧力４００ｋｇ／ｃｍ２、成形時間３分で圧縮成形して、８０×８０×１５ｍｍの成形体（図１の成形体３）、および８０×８０×５ｍｍの成形体（図１の成形体４）を得た。これらの成形体を用いて、図１に概略を示す方法にて貫通方向の抵抗を測定し、導電性の評価を行った。即ち、厚さの異なる２枚の成形体３，４を組み合わせて、カーボンペーパー２を介して電極１にセットし、成形体の厚みが異なった状態での抵抗値より、貫通方向の固有抵抗を求めた。比較データとしてＪＩＳ　Ｋ　７１９４により体積固有抵抗率も測定した。
【００２２】
２．燃料電池セパレーター用素材としての諸特性評価
実施例及び比較例で得られた成形材料を用いて、金型温度１７０℃、成形圧力４００ｋｇ／ｃｍ２、成形時間３分で圧縮成形して２００×２５０×２ｍｍの大きさの成形体を得た。これよりテストピースを切り出して作製し評価を行った。（１）曲げ弾性率、曲げ強さ：ＪＩＳ　Ｋ　７２０３により測定した。
（２）厚み精度：２００×２５０×２ｍｍの大きさの成形体をミツトヨ社製３次元測定機を用いて等間隔に１６箇所の厚みを測定し、最大値と最小値の差を厚み精度とした。
【００２３】
３．成形材料の流動性評価
（１）モノホール流動性：ＪＩＳ　Ｋ　６９１１により測定した。
【００２４】
実施例、比較例における原材料の配合および、成形体等の評価結果を表１に示す。
【表１】
2004059678.tif 000002
【００２５】
（表の注）
（１）不飽和ポリエステル樹脂（パラタイプ）：大日本インキ化学工業（株）製「ポリライトＰＢ−９５８」、常温で固形
（２）不飽和ポリエステル樹脂（イソタイプ）：武田薬品工業（株）製「ポリマール６０９９ＥＨ」、常温で固形
（３）フェノール樹脂：ジメチレンエーテル型レゾールフェノール樹脂、数平均分子量７００、融点８０℃
（４）反応開始剤：ジクミルパーオキサイド
（５）人造黒鉛：日本黒鉛工業（株）製人造黒鉛：平均粒径１２０μｍ（篩分）、比表面積０．６０ｍ２／ｇ
（６）離型剤（脂肪酸）：ステアリン酸（炭素数１８）
【００２６】
表１、２に示すように、実施例１〜８はいずれも、不飽和ポリエステル樹脂、炭素系基材（人造黒鉛）、脂肪酸を配合した成形材料である。これらの成形材料による成形体は、他の樹脂（フェノール樹脂など）に比べ成形性がよいため、導電性と成形性のパランスが取れた成形材料となった。特に、実施例１〜５は、導電性と成形性とともに、厚み精度も良好であり、燃料電池セパレーターとして好適な成形材料であった。一方、比較例１〜３は、樹脂として粘度の高いフェノール樹脂を使用したため、導電性と成形性のバランスが不十分であった。
【００２７】
【発明の効果】
本発明は、不飽和ポリエステル樹脂、炭素系基材、脂肪酸を必須成分として含有し、好ましくは前記炭素系基材が黒鉛である導電性不飽和ポリエステル樹脂成形材料であり、従来の導電性成形材料に比べ優れた成形性、電気的特性を付与することができる。従って、本発明は、燃料電池セパレータ用の成形材料として好適である。また、本発明の燃料電池セパレータは、前記導電性不飽和ポリエステル樹脂成形材料を使用して効率よく製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の貫通方向抵抗率の測定法を示す概略図
【符号の説明】
１　電極
２　カーボンペーパー
３　本発明の樹脂組成物の成形体（厚さ１５ｍｍ）
４　本発明の樹脂組成物の成形体（厚さ５ｍｍ）
５　定電流装置
６　電圧計
【図１】
2004059678.tif 000003