固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法、及び、固体高分子型燃料電池用セパレータ
【課題】水溶性有機物や水溶性イオンの溶出も少ない固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法、及び、この方法により製造した固体高分子型燃料電池用セパレータを提供する。
【解決手段】黒鉛と結合材とを含有し、黒鉛と結合材との合計１００質量％中、黒鉛を７０〜９０質量％、結合材を１０〜３０質量％の割合で含有する黒鉛組成物を成形してなる固体高分子型燃料電池用セパレータ１の製造方法において、前記結合材がクレゾールノボラック型エポキシ樹脂又はフェノールノボラック型樹脂を含有すると共に硬化剤としてトリフェニルホスフィン又はイミダゾールを含有し、黒鉛組成物を成形する工程の後、プロトン性溶媒で洗浄する工程を有することを特徴とするもので、不純物、特に水溶性有機物系不純物の溶出の少ない固体高分子型燃料電池用セパレータ１が得られる。
【解決手段】黒鉛と結合材とを含有し、黒鉛と結合材との合計１００質量％中、黒鉛を７０〜９０質量％、結合材を１０〜３０質量％の割合で含有する黒鉛組成物を成形してなる固体高分子型燃料電池用セパレータ１の製造方法において、前記結合材がクレゾールノボラック型エポキシ樹脂又はフェノールノボラック型樹脂を含有すると共に硬化剤としてトリフェニルホスフィン又はイミダゾールを含有し、黒鉛組成物を成形する工程の後、プロトン性溶媒で洗浄する工程を有することを特徴とするもので、不純物、特に水溶性有機物系不純物の溶出の少ない固体高分子型燃料電池用セパレータ１が得られる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法、及び、この方法により製造した固体高分子型燃料電池用セパレータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、燃料電池は、複数の単位セルを数十乃至数百個直接重ねて所定の電圧を得ている。単位セルは、最も基本的な構造の場合、例えば、「セパレータ／アノード／固体高分子膜／カソード／セパレータ」という構成で電解質を介して一対の電極を接触させ、これら電極のうちの一方に燃料を、他方に酸化剤を供給し、燃料の酸化を電池内で電気化学的に行うことにより、化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換する装置である。この燃料電池には電解質によりいくつかのタイプがあるが、近年、高出力が得られる燃料電池として、電解質に固体高分子電解質膜を用いた固体高分子型燃料電池が注目されている。
【０００３】
このような固体高分子型燃料電池は、図３に示したように、左右両側面に複数個の凸部（リブ）１ａを備えた２枚の燃料電池セパレータ１と、これらセパレータ間に固体高分子電解質膜２と、ガス拡散電極（燃料電極３と酸化剤電極４）とを介在させてなる単電池（単位セル）９を数十個乃至数百個並設してなる電池本体（セルスタック）から構成されている。
【０００４】
この固体高分子型燃料電池は、燃料電極に流体である水素ガス５を、酸化剤電極４に流体である酸素ガス（または空気）６を供給することにより、外部回路より電流を取り出すものであるが、この際、各電極においては下記式に示したような反応が生じている。
燃料電極反応 ：Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−…（１）
酸化剤電極反応：２Ｈ＋＋２ｅ−＋１／２Ｏ２→Ｈ２Ｏ （２）
全体反応 ：Ｈ２＋１／２Ｏ２→Ｈ２Ｏ
即ち、燃料電極３上で水素（Ｈ２）はプロトン（Ｈ＋）となり、このプロトンが固体高分子電解質膜中を酸化剤電極４上まで移動し、酸化剤電極４上で酸素（Ｏ２）と反応して水（Ｈ２Ｏ）７を生ずる。従って、固体高分子型燃料電池の運転には、反応ガスの供給と排出、電流の取り出しが必要となる。また、固体高分子型燃料電池は、通常、室温乃至１２０℃以下の範囲での湿潤雰囲気下での運転が想定されており、そのため水を液体状態で扱うことになるので、燃料電極３への水の補給管理と酸化剤電極４からの水の排出が必要となる。
【０００５】
このような燃料電池を構成する部品のうち、燃料電池セパレータ１は、図３に示したように、薄肉の板状体の片面又は両面に複数個のガス供給排出用溝８を有する形状を有しており、燃料電池内を流れる燃料ガスである水素ガス５、酸化剤ガスである酸素ガス（または空気）６及び冷却水が混合しないように分離する働きを有すると共に、燃料電池セルで発電した電気エネルギーを外部へ伝達したり、燃料電池セルで生じた熱を外部へ放熱するという重要な役割を担っている。
【０００６】
一方、かかる燃料電池のセパレータに関しては、一般に、以下のような特性が要求される。即ち、（１）高導電性、（２）腐食性電解質に対する耐久性、（３）ガスを分離するための気密性、（４）燃料電池に組み立て時のボルトとナットによる締め付けでセパレータに割れやヒビが生じない強度、更には機械的強度を有すること、特に自動車等の移動用電源として用いる場合には優れた耐振動性及び耐衝撃性を有すること（５）複雑な形状を形成するための成形性、（６）低コスト性、（７）耐膨潤性（水やリン酸液に浸しても膨潤しないもの）、（８）耐熱性（反応時の発熱に耐えるもの）等である。
【０００７】
かかる固体高分子型燃料電池のセパレータの構成素材としては、従来より、生産性やコストの面から有利な各種の熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂を結合材（バインダー）として用いた炭素複合材料が提案されている。
【０００８】
また、特開２０００−３４８７４０号公報では、長期安定性に優れた燃料電池のセパレータとして、黒鉛及び熱硬化性樹脂を成分とする樹脂成形体においてその樹脂成形体中に含まれる不純物濃度が１００ｐｐｍ以下にすることが提案されている。
【０００９】
しかしながら、このような熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂を結合材として用いた炭素複合材料からなる燃料電池セパレータは、従前より使用されていたグラファイト板を機械加工して製造するセパレータよりも、生産性やコストの面では優れているものの、機械的強度、耐薬品性、ガス透過性、寸法安定性、特に不純物の溶出の性能面において十分満足できるものではないのが現状であり、燃料電池用セパレータとしての特性がより優れ、且つ、バランスの優れた燃料電池用セパレータ部材が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０００−３４８７４０号公報（第３頁 段落［００１５］）
【特許文献２】特開２０００−１００４５３号公報（第４頁 段落［００１９］〜第５頁 段落［００２８］）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、かかる事由に鑑み、なされたもので、本発明の目的は、上記に挙げた諸特性に加えて、水溶性有機物や水溶性イオンの溶出も少ない固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法、及び、この方法により製造した固体高分子型燃料電池用セパレータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、請求項１記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法の発明にあっては、黒鉛と結合材とを含有し、黒鉛と結合材との合計１００質量％中、黒鉛を７０〜９０質量％、結合材を１０〜３０質量％の割合で含有する黒鉛組成物を成形してなる固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法であって、前記結合材がクレゾールノボラック型エポキシ樹脂又はフェノールノボラック型樹脂を含有すると共に硬化剤としてトリフェニルホスフィン又はイミダゾールを含有し、前記黒鉛組成物を成形する工程の後、プロトン性溶媒で洗浄する工程を有することを特徴とするものである。
【００１３】
請求項２記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法の発明にあっては、請求項１記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法において、前記プロトン性溶媒が、水、アルコール類、低級カルボン酸類、或いは、これらの混合物であることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項３記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法の発明にあっては、請求項１または請求項２記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法において、前記固体高分子型燃料電池用セパレータにおける、その抽出水中の全有機炭素濃度（ｔｏｔａｌｏｒｇａｎｉｃ ｃａｒｂｏｎ［ＴＯＣ］）が１００ｐｐｍ以下であることを特徴とするものである。
【００１５】
請求項４記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法の発明にあっては、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法において、前記固体高分子型燃料電池用セパレータにおける、その抽出水中の電気伝導度が、２ｍＳ／ｃｍ以下であることを特徴とするものである。
【００１６】
請求項５記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法の発明にあっては、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法において、前記結合材がエポキシ樹脂、熱硬化ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂から選ばれる少なくとも一種類の熱硬化性樹脂を含んでなることを特徴とするものである。
【００１７】
請求項６記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法の発明にあっては、請求項５記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法において、前記黒鉛組成物を成形する工程の後、プロトン性溶媒で洗浄する工程の前に、１５０℃〜２５０℃の温度領域で、１時間〜１２時間程度のアフターキュアを行なうことを特徴とするものである。
【００１８】
請求項７記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法の発明にあっては、請求項５または請求項６記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法において、前記結合材がエポキシ樹脂と、フェノール樹脂とを含んでなり、エポキシ樹脂１当量に対して、フェノール樹脂を０．８５〜１．１５当量含有することを特徴とするものである。
【００１９】
請求項８記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法の発明にあっては、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法において、前記結合材が直鎖型ポリアリーレンスルフィド樹脂を含んでなることを特徴とするものである。
【００２０】
請求項９記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法の発明にあっては、請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法において、前記結合材が下記一般式（１）で示される無機イオン交換材を含有することを特徴とするものである。
【００２１】
ＳｂａＢｉｍＯｃ（ＯＨ）ｄ（ＮＯ３）ｅ・ｎＨ２Ｏ …（１）
〔但し、式中のａ、ｍはそれぞれ１〜２、ｃは１〜７、ｄは０．２〜３、ｅは０．０５〜３、ｎは０〜２である。〕
請求項１０記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの発明にあっては、請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法により製造したことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２２】
以上のように、請求項１記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法の発明にあっては、黒鉛と結合材とを含有し、黒鉛と結合材との合計１００質量％中、黒鉛を７０〜９０質量％、結合材を１０〜３０質量％の割合で含有する黒鉛組成物を成形してなる固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法であって、前記結合材がクレゾールノボラック型エポキシ樹脂又はフェノールノボラック型樹脂を含有すると共に硬化剤としてトリフェニルホスフィン又はイミダゾールを含有し、前記黒鉛組成物を成形する工程の後、プロトン性溶媒で洗浄する工程を有することを特徴とするので、不純物、特に水溶性有機物系不純物の溶出の少ない固体高分子型燃料電池用セパレータが得られるという優れた効果を奏する。
【００２３】
請求項２記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法の発明にあっては、請求項１記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法において、前記プロトン性溶媒が、水、アルコール類、低級カルボン酸類、或いは、これらの混合物であることを特徴とするので、請求項１記載の発明の効果に加えて、簡便に、不純物、特に水溶性有機物系不純物の溶出の少ない固体高分子型燃料電池用セパレータが得られるという優れた効果を奏する。
【００２４】
請求項３記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法の発明にあっては、請求項１または請求項２記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法において、前記固体高分子型燃料電池用セパレータにおける、その抽出水中の全有機炭素濃度（ＴＯＣ）が１００ｐｐｍ以下であることを特徴とするので、請求項１または請求項２記載の発明の効果に加えて、確実に、不純物、特に水溶性有機物系不純物の溶出の少ない固体高分子型燃料電池用セパレータが得られるという優れた効果を奏する。
【００２５】
請求項４記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法の発明にあっては、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法において、前記固体高分子型燃料電池用セパレータにおける、その抽出水中の電気伝導度が、２ｍＳ／ｃｍ以下であることを特徴とするので、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の発明の効果に加えて、不純物、特に水溶性イオン系不純物の溶出の少ない固体高分子型燃料電池用セパレータが得られるという優れた効果を奏する。
【００２６】
請求項５記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法の発明にあっては、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法において、前記結合材がエポキシ樹脂、熱硬化ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂から選ばれる少なくとも一種類の熱硬化性樹脂を含んでなることを特徴とするので、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の発明の効果に加えて、得られる固体高分子型燃料電池用セパレータの腐食性電解質に対する耐久性、耐膨潤性、及び耐熱性等を確保し得るという優れた効果を奏する。
【００２７】
請求項６記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法の発明にあっては、請求項５記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法において、前記黒鉛組成物を成形する工程の後、プロトン性溶媒で洗浄する工程の前に、１５０℃〜２５０℃の温度領域で、１時間〜１２時間程度のアフターキュアを行なうことを特徴とするので、請求項５記載の発明の効果に加えて、不純物、特に未硬化熱硬化性樹脂組成物に由来する有機物系不純物の溶出の少ない固体高分子型燃料電池用セパレータが得られるという優れた効果を奏する。
【００２８】
請求項７記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法の発明にあっては、請求項５または請求項６記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法において、前記結合材がエポキシ樹脂と、フェノール樹脂とを含んでなり、エポキシ樹脂１当量に対して、フェノール樹脂を０．８５〜１．１５当量含有することを特徴とするので、請求項５または請求項６記載の発明の効果に加えて、不純物、特に水溶性イオン系不純物の溶出の少ない固体高分子型燃料電池用セパレータが得られるという優れた効果を奏する。
【００２９】
請求項８記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法の発明にあっては、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法において、前記結合材が直鎖型ポリアリーレンスルフィド樹脂を含んでなることを特徴とするので、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の発明の効果に加えて、不純物、特に水溶性イオン系不純物の溶出の少ない固体高分子型燃料電池用セパレータを得ることができるという優れた効果を奏する。
【００３０】
請求項９記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法の発明にあっては、請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法において、前記結合材が下記一般式（１）で示される無機イオン交換材を含有することを特徴とするので、請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の発明の効果に加えて、不純物、特に水溶性イオン系不純物の溶出の少ない固体高分子型燃料電池用セパレータが得られるという優れた効果を奏する。
【００３１】
ＳｂａＢｉｍＯｃ（ＯＨ）ｄ（ＮＯ３）ｅ・ｎＨ２Ｏ …（１）
〔但し、式中のａ、ｍはそれぞれ１〜２、ｃは１〜７、ｄは０．２〜３、ｅは０．０５〜３、ｎは０〜２である。〕
請求項１０記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの発明にあっては、請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法により製造したことを特徴とするので、特に、得られた固体高分子型燃料電池用セパレータが、不純物の溶出の少ない固体高分子型燃料電池用セパレータとなるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】セパレータ金型の概略を示す断面図である。
【図２】接触抵抗の測定方法の概略を示す概念図である。
【図３】固体高分子型燃料電池の単電池（単位セル）の概略を示す斜視図である。
【図４】固体高分子型燃料電池用セパレータの概略を示すもので、（ａ）は、両面に、ガス供給排出用溝８を有するものの斜視図、（ｂ）は、片面のみに、ガス供給排出用溝８を有するものの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明の実施形態を実施例を交え、説明する。すなわち、本発明の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法は、黒鉛と結合材（バインダー）とを含有し、黒鉛と結合材との合計１００質量％中、黒鉛を７０〜９０質量％、結合材を１０〜３０質量％の割合で含有する黒鉛組成物を成形した後、プロトン性溶媒で洗浄する工程を有するものである。この結果、不純物、特に水溶性有機物系不純物の溶出の少ない固体高分子型燃料電池用セパレータを得ることができる。この場合において、結合材が１０質量％未満になると成形性が低下し３０質量％を超えると導電性が低下し燃料電池用セパレータとして使用できなくなる。
【００３４】
一方、使用可能なプロトン性溶媒としては、水、アルコール類、低級カルボン酸類、或いは、これらの混合物を例示でき、さらに具体的には、水、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、エチレングリコール、グリセリン、アルコキシエタノール、蟻酸、酢酸、プロピオン酸等、及び、これらの混合物が例示可能であるが、これらのみに限定されるものではない。
【００３５】
洗浄回数についても、特に、限定はなく、複数回の洗浄が可能であり、また、この際、種類、成分比の異なるプロトン性溶媒で、順次洗浄するようにしてもよい。但し、この場合において、最終洗浄時には、水、メタノール、エタノール或いは、これらの混合物等の比較的低沸点（例えば、沸点１００℃程度以下）のものを使用すれば、その後の乾燥が容易で、特に、好都合である。
【００３６】
かかる洗浄工程を経ることにより、簡便に、不純物、特に水溶性有機物系不純物の溶出の少ない固体高分子型燃料電池用セパレータが得られることとなる。この結果、固体高分子型燃料電池用セパレータにおける、その抽出水中の全有機炭素濃度（ＴＯＣ）が１００ｐｐｍ以下とすることも可能であり、このような固体高分子型燃料電池用セパレータは、確実に、不純物、特に水溶性有機物系不純物の溶出の少ない固体高分子型燃料電池用セパレータであるといえる。すなわち、この全有機炭素濃度（ＴＯＣ）が、１００ｐｐｍ以下であれば、固体高分子型燃料電池としての特性を維持できるが、これが、１００ｐｐｍを超えるとイオン交換膜の被毒等の問題が顕在化することとなるからである。
【００３７】
一方、イオン交換膜の被毒を防止するという観点からは、水溶性有機物系不純物のみならず、イオン系不純物も、低減することが必要とされる。この意味において、本発明の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法の発明にあっては、固体高分子型燃料電池用セパレータにおける、その抽出水中の電気伝導度が、２ｍＳ／ｃｍ以下とすることができるので、不純物、特に水溶性イオン系不純物の溶出の少ない固体高分子型燃料電池用セパレータを得ることも可能となる。
【００３８】
上記したように、燃料電池のセパレータに関しては、腐食性電解質に対する耐久性、耐膨潤性、耐熱性（反応時の発熱に耐えるもの）等が要求される。かかる固体高分子型燃料電池のセパレータの構成素材としては、従来より、生産性やコストの面から有利な各種の熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂を結合材（バインダー）として用いた炭素複合材料が提案されているが、同時に、構成材料の選択に際して、イオン系不純物の低減にも留意することが、必要とされる。
【００３９】
ここで、結合材として、熱硬化性樹脂を使用する場合には、エポキシ樹脂、熱硬化ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂から選ばれる少なくとも一種類の熱硬化性樹脂を含んでなるものを使用すれば、得られる固体高分子型燃料電池用セパレータの腐食性電解質に対する耐久性、耐膨潤性、及び耐熱性等を確保することができる。
【００４０】
さらに、前記黒鉛組成物を成形する工程の後、プロトン性溶媒で洗浄する工程の前に、１５０℃〜２５０℃の温度領域で、１時間〜１２時間程度のアフターキュア（後硬化）を行なうようにすれば、不純物、特に未硬化熱硬化性樹脂組成物に由来する有機物系不純物の溶出が、さらに少ない固体高分子型燃料電池用セパレータが得られることとなる。
【００４１】
一方、結合材として使用する樹脂材料の流動性はその樹脂材料の溶融粘度、硬化挙動、充填材の種類や量により左右されることが知られているが、特にエポキシ樹脂においては、低粘度の樹脂を選択することによって、成形性を維持し黒鉛を高充填化できる。
【００４２】
エポキシ樹脂の硬化剤は、上記課題解決に寄与し得る限りにおいて、公知のものが使用できる。これについても、質量換算した値でナトリウムイオン及び塩素イオンの含有率が、５ｐｐｍ以下であることが好ましい。これらの含有率が、５ｐｐｍを超えると燃料電池として特性低下が発生する恐れがあるからである。
【００４３】
また、上記結合材として、使用可能な熱硬化ポリイミド樹脂としては、ビスマレイミド樹脂等を例示することができる。これにより成形品の耐熱性を高めることができる。これらについても高純度のものが好ましいことは勿論である。
【００４４】
さらに、上記結合材として用いられるフェノール樹脂としては、特に、制限はないが、開環重合するフェノール樹脂が好適である。かかる開環重合するフェノール樹脂としては、例えば、特開２０００−１００４５３号公報（段落［００１９］〜段落［００２８］）に開示されているようなジヒドロベンゾオキサジン環を含む樹脂等が例示できる。
【００４５】
すなわち、このような開環重合するフェノール樹脂は、その成形工程においても、縮合反応に伴う縮合水等の揮発成分が発生しないので、成形品中にボイドの発生を低減し得るからである。これらのフェノール樹脂についても、質量換算した値でナトリウムイオン及び塩素イオンの含有率が、５ｐｐｍ以下であることが好ましい。これらの含有率が、５ｐｐｍを超えると燃料電池として特性低下が発生する恐れがあるからである。したがって、結合材として、かかる開環重合するフェノール樹脂を使用すれば、成形時のボイド等の発生を抑制し得ることとなる。
【００４６】
さらに、上記結合材として、エポキシ樹脂と、フェノール樹脂とを含んでなり、エポキシ樹脂１当量に対して、フェノール樹脂を０．８５〜１．１５当量含有する樹脂組成のものを使用すると、不純物、特に水溶性イオン系不純物の溶出の少ない固体高分子型燃料電池用セパレータが得られることが明らかとなった。
【００４７】
一方、本発明では、結合材として、熱可塑性樹脂もその構成材料とでき、例えば、直鎖型ポリアリーレンスルフィド樹脂（以下、直鎖型ＰＡＳ樹脂と記すことがある）を少なくとも含む一種の熱可塑性樹脂を使用することができる。かかる直鎖型ＰＡＳ樹脂は、溶融粘度が低く、黒鉛を高充填化でき、イオン性不純物が少なく、また耐薬品性に優れる点で特に好ましい。
【００４８】
直鎖型ＰＡＳ樹脂は、繰り返し単位 −Ａｒ− （但し、Ａｒはアリール基）を主構成単位とするポリマーであって、その代表的物質は、構造式 −Ｐｈ−Ｓ− （但し、Ｐｈはフェニル基）で示される繰り返し単位を７０モル質量％以上有するポリフェニレンスルフィド樹脂である。
【００４９】
ＰＰＳ樹脂は、一般に、その製造方法により、実質上、架橋型、半架橋型、直鎖型等に分類されるが、本発明においては、直鎖型のものが、機械的強度とイオン性不純物量の点で、優れている為好適に使用可能である。特に、融点が２６０℃以上、溶融粘度が、パラレルプレート法により、温度３００℃、角速度１００ｒａｄ／ｓの条件で、１〜３０Ｐａ・ｓであるものが好適に用いられる。パラレルプレート法は、厚み１ｍｍ×直径２５ｍｍのペレットをハンドプレスで作製し、直径２５ｍｍの下部のパラレルプレート上にペレットを置いて上部パラレルプレートを降ろして挟み、３００℃で１０分間保持した後に測定をすることによって行なわれるものであり、例えば、レオメトリックサイエンティフィック社製、アレス（商品名）等で好適に測定することができる。
【００５０】
さらに、本発明で用いる直鎖型ＰＡＳ樹脂は、純水で抽出した抽出水中の電気伝導度が、５０ｍＳ／ｃｍ以下が望ましく、特に、同電気伝導度が、２ｍＳ／ｃｍ以下が好適である。一方、その下限については、理想的には０ｍＳ／ｃｍであるが、実用上の下限は０．０１ｍＳ／ｃｍ程度となる。
【００５１】
いずれにしても、純水で抽出した抽出水中の電気伝導度が、５０ｍＳ／ｃｍ以上になると、耐湿信頼性が悪化する場合があるので好ましくない。特に、かかる電気伝導度に悪影響を及ぼすイオン性不純物について、具体的には、純水で抽出した抽出水中のナトリウムイオンや塩素イオン等の含有量は、ナトリウムイオン、塩素イオンともに質量換算した値で５ｐｐｍ以下で好適に使用可能である。一方、その下限については、理想的には質量換算した値で０ｐｐｍであるが、実用上の下限はナトリウムイオン、塩素イオンともに０．１ｐｐｍ程度となる。
【００５２】
いずれにしても、純水で抽出した抽出水中のナトリウムイオン、或いは、塩素イオンの含有量が、５ｐｐｍを超えると燃料電池としての特性低下が懸念され、好ましくない。このことは、換言すれば、水溶性イオン系不純物を充分に低減した直鎖型ポリアリーレンスルフィド樹脂を含んでなる結合材を使用すれば、水溶性イオン系不純物の溶出の少ない固体高分子型燃料電池用セパレータを得ることができることとなる。
【００５３】
一方、本発明で使用する黒鉛組成物における黒鉛の役割は、電気比抵抗を低減してセパレータの導電性を向上させることにあり、使用可能な黒鉛としては高い導電性を示すものであれば制限はなく、各種黒鉛、例えば、メソカーボンマイクロビーズなどの炭素質を黒鉛化したもの、石炭系コークスや石油系コークスを黒鉛化したものの他、黒鉛電極や特殊炭素材料の加工粉、天然黒鉛、キッシュ黒鉛、膨張黒鉛等が例示可能である。
【００５４】
また、これら各種黒鉛についても、これが精製された天然黒鉛、または人造黒鉛であれば、灰分やイオン性不純物が少ない点で好ましい。すなわち、黒鉛における灰分が０．０５％以下で、かつ抽出水中のイオン性不純物が、質量換算した値でナトリウム含量５ｐｐｍ以下、塩素含量５ｐｐｍ以下であることが好ましい。灰分が０．０５％を超えると燃料電池として特性低下が発生する恐れがある。抽出水中のイオン性不純物が、樹脂質量換算した値でナトリウム含量５ｐｐｍ以下、塩素含量５ｐｐｍを越える燃料電池として特性低下が発生する恐れがある。
【００５５】
以上、述べたように、結合材の構成材料中の水溶性イオン系不純物を低減するためには、上記したように、予め、充分に水溶性イオン系不純物を低減した構成材料を選択するとともに、かかる構成材料中に、微量に残存する水溶性イオン系不純物を吸着、捕捉して、溶出しないようにする方策も有効である。すなわち、このような水溶性イオン系不純物を吸着、捕捉する物質（捕捉材）を結合材の構成材料中に配合しておいて、結合材の構成材料中に残存する水溶性イオン系不純物を吸着、捕捉しようというものである。かかる捕捉材としては、無機イオン交換物質が例示され、さらに具体的には、ゼオライト、ハイドロタルサイト、チタニアや下記一般式（１）で示されるもの等が例示可能であるが、中でも上記一般式で示される無機イオン交換材が好適である。
【００５６】
ＳｂａＢｉｍＯｃ（ＯＨ）ｄ（ＮＯ３）ｅ・ｎＨ２Ｏ …（１）
〔但し、式中のａ、ｍはそれぞれ１〜２、ｃは１〜７、ｄは０．２〜３、ｅは０．０５〜３、ｎは０〜２である。〕
すなわち、結合材が上記一般式（１）で示される無機イオン交換材を含有するようにすれば、水溶性イオン系不純物の溶出の少ない固体高分子型燃料電池用セパレータが得られることとなる。さらに具体的には、この無機イオン交換体がイオン性不純物や加水分解してくるイオンを吸着、捕捉して、結合材中の樹脂成分の耐湿信頼性の低下を防ぐ役割を担うこととなるが、かかる無機イオン交換体の配合量は、結合材１００質量部に対して、０．５〜５．０質量部程度の範囲が好ましい。すなわち、無機イオン交換体の配合量が、０．５質量部程度未満であると、イオンの吸着、捕捉の効果を十分に得ることができない。しかし、逆に無機イオン交換体の配合量が５．０質量部程度を越えると、無機イオン交換体がイオン化するため、逆に、信頼性の低下を招来するおそれもある。
【００５７】
また、本発明の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法にあっては、重要な電気伝導度の評価は、成形後の成形品の接触抵抗を測定することにより達成可能である。具体的には、図２（後述）に示すようにして測定可能である。
【００５８】
また、水溶性イオンである塩素、ナトリウムが５ｐｐｍ以下であることが好ましい。これらが、５ｐｐｍを超えると燃料電池として特性低下が発生し５ｐｐｍ以下であると特性低下が発生しない。
【００５９】
このように、本発明の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法により製造した固体高分子型燃料電池用セパレータにおいては、特に、得られた固体高分子型燃料電池用セパレータが、不純物の溶出の少ない固体高分子型燃料電池用セパレータとすることができる。
【実施例】
【００６０】
以下、本発明の実施例に基づいて本発明をさらに詳細に説明する。
【００６１】
（実施例１）
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂ＥＯＣＮ−１０２０（日本化薬（株）製）１２．９質量部、フェノールノボラック樹脂ＰＳＭ−６２００（群栄化学（株）製）６．６７質量部、硬化剤トリフェニルホスフィン（北興化学（株）製）０．１３質量部、人造黒鉛粉ＳＧＳ６０（（株）中越黒鉛工業所製、平均粒径６０μｍ）８０質量部を含んでなる樹脂組成物（黒鉛組成物）を表１に示す量で配合した後、これを、９５℃に加熱したプラネタリーミキサーで混練した。得られた混練物を粉砕し、得られた粉砕物を図１に示すようなセパレータ金型１０に入れ、温度１７５℃、圧力３５０ｋｇ／ｃｍ２の条件で２０分間成形して得た成形体Ｂをメタノール２００ｍｌ中に投入、攪拌して１０分間洗浄した後、４０℃で２４時間乾燥してテストピースＡ１（比表面積：約２０ｃｍ２／ｇ）を得た。
【００６２】
（実施例２）
上記実施例１で得られた成形体とまったく同様にして得た成形体Ｂを水２００ｍｌ中に投入、攪拌して１０分間洗浄した後、４０℃で２４時間乾燥してテストピースＡ２を得た。
【００６３】
（実施例３）
上記実施例１で得られた成形体とまったく同様にして得た成形体Ｂをメタノール水溶液（５０質量％）２００ｍｌ中に投入、攪拌して１０分間洗浄した後、４０℃で２４時間乾燥してテストピースＡ３を得た。
【００６４】
（実施例４）
上記実施例１で得られた成形体とまったく同様にして得た成形体Ｂを酢酸水溶液（５質量％）２００ｍｌ中に投入、攪拌して１０分間洗浄した後、さらに、水２００ｍｌ中に投入、攪拌して１０分間洗浄した後、４０℃で２４時間乾燥してテストピースＡ４を得た。
【００６５】
（実施例５）
上記実施例１で得られた成形体Ｂとまったく同様にして得た成形体Ｂを１７５℃、３時間加熱するアフターキュアを施して、成形体Ｃとした後、メタノール２００ｍｌ中に投入、攪拌して１０分間洗浄した後、４０℃で２４時間乾燥してテストピースＡ５を得た。
【００６６】
（実施例６）
上記実施例５で得られた成形体Ｃとまったく同様にして得たアフターキュア後の成形体Ｃを水２００ｍｌ中に投入、攪拌して１０分間洗浄した後、４０℃で２４時間乾燥してテストピースＡ６を得た。
【００６７】
（実施例７）
上記実施例５で得られた成形体Ｃとまったく同様にして得たアフターキュア後の成形体Ｃをメタノール水溶液（５０質量％）２００ｍｌ中に投入、攪拌して１０分間洗浄した後、４０℃で２４時間乾燥してテストピースＡ７を得た。
【００６８】
（実施例８）
上記実施例１で得られた成形体Ｂとまったく同様にして得た成形体Ｂを２００℃、１時間加熱するアフターキュアを施して、成形体Ｄとした後、酢酸水溶液（５質量％）２００ｍｌ中に投入、攪拌して１０分間洗浄した後、さらに、水２００ｍｌ中に投入、攪拌して１０分間洗浄した後、４０℃で２４時間乾燥してテストピースＡ８を得た。
【００６９】
以下、実施例９〜実施例１６，参考例１７，実施例１８についても、下記表２、３に示す配合条件で上記実施例５と同様にして実施した。すなわち、実施例１５における無機イオン交換体（ＩＸＥ−６３３）、参考例１７におけるベンゾオキサジン樹脂についても表３に示す所定量を樹脂組成物（黒鉛組成物）中に配合、混練して、上記実施例５と同様にして実施し、所定のテストピースＡ９〜Ａ１８を得た。
【００７０】
（実施例１９）
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂ＥＯＣＮ−１０２０（日本化薬（株）製）１３．８質量部、フェノールノボラック樹脂ＰＳＭ−６２００（群栄化学（株）製）５．７７質量部、硬化剤トリフェニルホスフィン（北興化学（株）製）０．１３質量部、人造黒鉛粉ＳＧＳ６０（（株）中越黒鉛工業所製、平均粒径６０μｍ）８０質量部を含んでなる樹脂組成物（黒鉛組成物）を表４に示す量で配合した後、これを、９５℃に加熱したプラネタリーミキサーで混練した。得られた混練物を粉砕し、得られた粉砕物を図１に示すようなセパレータ金型１０に入れ、温度１７５℃、圧力３５０ｋｇ／ｃｍ２の条件で２０分間成形して得た成形体Ｅを１７５℃、３時間加熱するアフターキュアを施して、成形体Ｆとした後、メタノール２００ｍｌ中に投入、攪拌して１０分間洗浄した後、４０℃で２４時間乾燥してテストピースＡ１９（比表面積：約２０ｃｍ２／ｇ）を得た。
【００７１】
（参考例２０）
ポリアリーレンスルフィド樹脂ＬＲ０１Ｇ（（株）トープレン製、溶融粘度６．０Ｐａ・ｓ ［上記パラレルプレート法〔温度３００℃、角速度１００ｒａｄ／ｓ〕による］）２０質量部、人造黒鉛ＵＦＧ Ｌ０２５（昭和電工（株）製、平均粒径７５μｍ）８０質量部を含んでなる樹脂組成物（黒鉛組成物）を配合（表４参照）した後、これを２軸混練押出機で３００℃にて溶融混練した。得られた混練物を粉砕し、この粉砕物を金型温度１５０℃、射出圧力５００ｋｇ／ｃｍ２の条件で図１に示すようなセパレータ金型１０中に射出成形して得た成形体Ｇをメタノール２００ｍｌ中に投入、攪拌して１０分間洗浄した後、４０℃で２４時間乾燥してテストピースＡ２０（比表面積：約２０ｃｍ２／ｇ）を得た。
【００７２】
（比較例１）
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂ＥＯＣＮ−１０２０（日本化薬（株）製）１２．９質量部、フェノールノボラック樹脂ＰＳＭ−６２００（群栄化学（株）製）６．６７質量部、硬化剤トリフェニルホスフィン（北興化学（株）製）０．１３質量部、人造黒鉛粉ＳＧＳ６０（（株）中越黒鉛工業所製、平均粒径６０μｍ）８０質量部を含んでなる樹脂組成物（黒鉛組成物）を表４に示す量で配合した後、これを、９５℃に加熱したプラネタリーミキサーで混練した。得られた混練物を粉砕し、得られた粉砕物を図１に示すようなセパレータ金型１０に入れ、温度１７５℃、圧力３５０ｋｇ／ｃｍ２の条件で２０分間成形してテストピースＡ２１［成形体Ｂ］（比較例１）を得た。
【００７３】
以下、比較例２、比較例３についても、表４に示す配合条件で上記比較例１と同様にして実施し、テストピースＡ２２（比較例２）、テストピースＡ２３（比較例３）を得た。
【００７４】
（比較例４）
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂ＥＯＣＮ−１０２０（日本化薬（株）製）１２．９質量部、フェノールノボラック樹脂ＰＳＭ−６２００（群栄化学（株）製）６．６７質量部、硬化剤トリフェニルホスフィン（北興化学（株）製）０．１３質量部、人造黒鉛粉ＳＧＳ６０（（株）中越黒鉛工業所製、平均粒径６０μｍ）８０質量部を含んでなる樹脂組成物（黒鉛組成物）を表４に示す量で配合した後、これを、９５℃に加熱したプラネタリーミキサーで混練した。得られた混練物を粉砕し、得られた粉砕物を図１に示すようなセパレータ金型１０に入れ、温度１７５℃、圧力３５０ｋｇ／ｃｍ２の条件で２０分間成形して得た成形体Ｂを１７５℃、３時間加熱するアフターキュアを施してテストピースＡ２４を得た。
【００７５】
【表１】
【００７６】
【表２】
【００７７】
【表３】
【００７８】
【表４】
【００７９】
なお、各実施例、参考例、比較例で配合に用いた原材料等は以下の通りである。
＜樹脂＞
・クレゾールノボラック系エポキシ樹脂
ＥＯＣＮ−１０２０（日本化薬（株）製）：エポキシ当量１９９（塩素イオン ２ｐｐｍ、ナトリウムイオン ２ｐｐｍ）
ＹＤＣＮ２０１（東都化成（株））：エポキシ当量２００（塩素イオン ７ｐｐｍ、ナトリウムイオン ８ｐｐｍ）
・ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂
８３０ＣＲＰ（大日本インキ化学）：エポキシ当量１７１（粘度３０００ｃｐｓ（２５℃）、塩素イオン ２ｐｐｍ、ナトリウムイオン ３ｐｐｍ）
・フェノールノボラック樹脂
ＰＳＭ６２００（群栄化学（株））：ＯＨ当量１０５（塩素イオン １ｐｐｍ、ナトリウムイオン １ｐｐｍ）
・ベンゾオキサジン樹脂
Ｂ−ｍ（四国化成工業（株））（粘度 １４．５ｃｐｓ（８０℃）、塩素イオン ４ｐｐｍ、ナトリウムイオン ４ｐｐｍ）
・ポリアリーレンスルフィド樹脂
ＬＲ０１Ｇ（（株）トープレン製）（溶融粘度６．０Ｐａ．ｓ［パラレルプレート法〔温度３００℃、角速度１００ｒａｄ／ｓ〕による］、塩素イオン ３ｐｐｍ、ナトリウムイオン ３ｐｐｍ）
＜硬化剤＞
・トリフェニルホスフィン
ＴＰＰ（北興化学（株）製）（塩素イオン ３ｐｐｍ、ナトリウムイオン ３ｐｐｍ）
・２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾール
２Ｐ４ＭＨＺ−ＰＷ（四国化成工業（株）製）（塩素イオン １ｐｐｍ、ナトリウムイオン ５ｐｐｍ）
＜黒鉛＞
人造黒鉛 ＳＧＳ６０（（株）中越黒鉛工業所製）平均粒径：６０μｍ（灰分 ０．０７％、塩素イオン １ｐｐｍ、ナトリウムイオン ４ｐｐｍ）
人造黒鉛 ＳＧＰ１００（（株）ＳＥＣ製）平均粒径：１００μｍ（灰分 ０．０３％、塩素イオン １ｐｐｍ、ナトリウムイオン ３ｐｐｍ）
人造黒鉛 ＳＧＰ５（（株）ＳＥＣ製）平均粒径：５μｍ（灰分 ０．０３％、塩素イオン １ｐｐｍ、ナトリウムイオン ４ｐｐｍ）
人造黒鉛 ＵＦＧ−Ｌ０２５（昭和電工（株）製）平均粒径：７５μｍ（塩素イオン １ｐｐｍ、ナトリウムイオン ３ｐｐｍ）
天然黒鉛 ＣＧＣ１００（日本黒鉛工業（株）製）平均粒径：１００μｍ（灰分０．６５％、塩素イオン １０ｐｐｍ、ナトリウムイオン １４ｐｐｍ）
＜無機イオン交換体＞
ＩＸＥ−６３３［Ｓｂ２Ｂｉ１．４Ｏ６．４（ＯＨ）０．９（ＮＯ３）０．４・６Ｈ２Ｏ］（東亜合成（株）製）
＜ワックス＞
天然カルナバ Ｈ１−１００（大日化学（株）製）
エチレンビスモンタン酸アマイド Ｊ−９００（大日化学（株）製）
上記実施例１〜１６、参考例１７、実施例１８，１９、参考例２０、比較例１〜４について得られた試料（テストピース［比表面積：約２０ｃｍ２／ｇ］１〜２３）についての性能評価、すなわち、この試料の抽出水における全有機炭素濃度（ＴＯＣ）、電気伝導度、水溶性イオン分析の測定結果、および、固体高分子型燃料電池用セパレータとしての評価、具体的には、接触抵抗の測定結果、および、電圧保持率の測定結果を表５および表６に示す。
【００８０】
全有機炭素濃度（ＴＯＣ）の測定はＪＩＳ０５５１−４．３により行なった。この全有機炭素濃度は、比表面積が、約２０ｃｍ２／ｇのテストピースである上記実施例１〜１６、参考例１７、実施例１８，１９、参考例２０、比較例１〜４について得られた試料（テストピースＡ１〜Ａ２４）を９０℃で５０時間処理した後の水溶液を用いて測定した数値である。測定は、以下のように行った。（１）テストピースをメタノールで１分間洗浄する。（２）テストピースをイオン交換水で１分間洗浄する。（３）ガラスビン中にテストピースとその１０倍量（質量比）のイオン交換水を入れ、９０℃で５０時間保持する。（４）リン酸を添加しｐＨ２以下に調整した後、湿式酸化−赤外線式ＴＯＣ測定法（東レエンジニアリング製 東レアストロＴＯＣ自動分析計 ＭＯＤＥＬ１８００）で有機炭素量を測定することにより、ＴＯＣの測定値（ｐｐｍ）を得た。
【００８１】
一方、塩素イオン、ナトリウムイオン等の水溶性イオンの測定は、以下のようにおこなった。すなわち、以上の各実施例、各参考例、各比較例で得られたテストピース（比表面積：約２０ｃｍ２／ｇ）を（１）メタノール（特級）１００ｍｌ中で、１分間静置する。（２）イオン交換水１００ｍｌ中で１５秒間静置する。（３）新たに用意したイオン交換水１００ｍｌ中で、９５℃で５０時間抽出処理したものをイオンクロマトグラフ法［イオンクロマトグラフィ：島津製作所製（ＣＤＤ−６Ａ）］で測定した値を樹脂質量で換算した値で評価した。一方、電気伝導度は、水溶性イオン測定のための上記抽出水を導電率計［（株）堀場製作所製（ＥＳ−１２）］で測定して求めた。
【００８２】
接触抵抗（ｍΩｃｍ２）の測定方法は、以下のとおりである。すなわち、図２は接触抵抗の測定方法を説明するための概念図であり、テストピースＡの上下にカーボンペーパー１１を配置し、更にその上下に銅板１２を配置し、上下方向に面圧０．５ＭＰａの圧力をかける。２枚のカーボンペーパー１１間の電圧を電圧計１３で読むと同時に、２枚の銅板１２間の電流を電流計１４で読んで抵抗（平均値）を計算する。なお、カーボンペーパー１１は、東レ（株）製のＴＧＰ−Ｈ−Ｍシリーズ（０９０Ｍ：厚さ０．２８ｍｍ、１２０Ｍ：厚さ０．３８ｍｍ）を使用した。
【００８３】
一方、燃料電池１の長期信頼性を評価するため、表５、６に示すように、上記実施例１〜１６、参考例１７、実施例１８，１９、参考例２０、比較例１〜４について得られたテストピースＡ１〜Ａ２３を燃料電池セパレータ１として使用して２００時間連続発電試験を行った後、電圧を測定して初期電圧に対する電圧保持率を算出した。
【００８４】
評価方法は上記実施例１〜１６、参考例１７、実施例１８，１９、参考例２０、比較例１〜４について得られたテストピースＡ１〜Ａ２４を燃料電池セパレータとして使用して、それぞれイオン交換膜水素極及び酸素極とともに組み立てて、個々に燃料電池を製造した後、外部回路を接続した状態でこれらの燃料電池を連続的に動作させ、起電力の電圧値（Ｖ）の経時的な変動の様子をそれぞれ評価した。初期値に対する変化率で表示した。
【００８５】
【表５】
【００８６】
【表６】
【００８７】
上記表１〜４に示すように、実施例１〜１６、参考例１７、実施例１８，１９、参考例２０は、黒鉛と結合材（バインダー）とを含有し、黒鉛と結合材との合計１００質量％中、黒鉛を７０〜９０質量％、結合材を１０〜３０質量％の割合で含有する黒鉛組成物を成形した後、プロトン性溶媒で洗浄する工程を有するものである。この結果、不純物、特に水溶性有機物系不純物の溶出の少ない固体高分子型燃料電池用セパレータを得ることができる。かかる洗浄工程を経ることにより、簡便に、不純物、特に水溶性有機物系不純物の溶出の少ない固体高分子型燃料電池用セパレータが得られることとなる。
【００８８】
この結果、固体高分子型燃料電池用セパレータにおける、その抽出水中の全有機炭素濃度（ＴＯＣ）が１００ｐｐｍ以下とすることも可能であり、このような固体高分子型燃料電池用セパレータは、確実に、不純物、特に水溶性有機物系不純物の溶出の少ない固体高分子型燃料電池用セパレータであるといえる。
【００８９】
一方、イオン交換膜の被毒を防止するという観点からは、水溶性有機物系不純物のみならず、イオン系不純物も、低減することが必要とされる。この意味において、本発明の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法の発明にあっては、固体高分子型燃料電池用セパレータにおける、その抽出水中の電気伝導度が、２ｍＳ／ｃｍ以下とすることができるので、不純物、特に水溶性イオン系不純物の溶出の少ない固体高分子型燃料電池用セパレータを得ることも可能となる。
【００９０】
さらに、樹脂組成物（黒鉛組成物）を成形する工程の後、プロトン性溶媒で洗浄する工程の前に、１５０℃〜２５０℃の温度領域で、１時間〜１２時間程度のアフターキュア（後硬化）を行なうようにすれば、不純物、特に未硬化熱硬化性樹脂組成物に由来する有機物系不純物の溶出が、さらに少ない固体高分子型燃料電池用セパレータが得られることが判った（実施例５〜１６、参考例１７、実施例１８）。
【００９１】
さらに、開環重合するフェノール樹脂としてベンゾオキサジン樹脂であるＢ−ｍ（四国化成工業（株）製）を用いた参考例１７においては、電圧保持率の良好な結果から、成形時のボイド等の発生の低減が推認できた。
【００９２】
さらに、実施例５と実施例１９との比較から、上記結合材として、エポキシ樹脂と、フェノール樹脂とを含んでなり、エポキシ樹脂１当量に対して、フェノール樹脂を０．８５〜１．１５当量含有する樹脂組成のものを使用すると、不純物、特に水溶性イオン系不純物の溶出の少ない固体高分子型燃料電池用セパレータが得られることが明らかとなった。
【００９３】
一方、参考例２０の結果より水溶性イオン系不純物を充分に低減した直鎖型ポリアリーレンスルフィド樹脂を含んでなる結合材を使用すれば、水溶性イオン系不純物の溶出の少ない固体高分子型燃料電池用セパレータを得ることができることが判った。
【００９４】
さらに、イオン性不純物を捕捉し得る無機イオン交換材であるＩＸＥ−６３３を使用した実施例１５の実験結果より、不純物、特に水溶性イオン系不純物の溶出の少ない固体高分子型燃料電池用セパレータが得られることが明らかとなった。
【００９５】
このように、本発明の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法により製造した固体高分子型燃料電池用セパレータにおいては、特に、得られた固体高分子型燃料電池用セパレータが、不純物の溶出の少ない固体高分子型燃料電池用セパレータとすることができることが判った。
【符号の説明】
【００９６】
１ 燃料電池セパレータ
１ａ 凸部（リブ）
２ 固体高分子電解質膜
３ 燃料電極
４ 酸化剤電極
５ 水素ガス
６ 酸素ガス（または空気）
７ 水［水蒸気］（Ｈ２Ｏ）
８ ガス供給排出用溝
９ 単電池（単位セル）
１０ セパレータ金型
１０ａ セパレータ金型（上型）
１０ｂ セパレータ金型（下型）
１１ カーボンペーパー
１２ 銅板
１３ 電圧計
１４ 電流計
Ａ１〜Ａ２４ テストピース
Ｂ 成形体
Ｃ 成形体
Ｄ 成形体
Ｅ 成形体
Ｆ 成形体
Ｇ 成形体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法、及び、この方法により製造した固体高分子型燃料電池用セパレータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、燃料電池は、複数の単位セルを数十乃至数百個直接重ねて所定の電圧を得ている。単位セルは、最も基本的な構造の場合、例えば、「セパレータ／アノード／固体高分子膜／カソード／セパレータ」という構成で電解質を介して一対の電極を接触させ、これら電極のうちの一方に燃料を、他方に酸化剤を供給し、燃料の酸化を電池内で電気化学的に行うことにより、化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換する装置である。この燃料電池には電解質によりいくつかのタイプがあるが、近年、高出力が得られる燃料電池として、電解質に固体高分子電解質膜を用いた固体高分子型燃料電池が注目されている。
【０００３】
このような固体高分子型燃料電池は、図３に示したように、左右両側面に複数個の凸部（リブ）１ａを備えた２枚の燃料電池セパレータ１と、これらセパレータ間に固体高分子電解質膜２と、ガス拡散電極（燃料電極３と酸化剤電極４）とを介在させてなる単電池（単位セル）９を数十個乃至数百個並設してなる電池本体（セルスタック）から構成されている。
【０００４】
この固体高分子型燃料電池は、燃料電極に流体である水素ガス５を、酸化剤電極４に流体である酸素ガス（または空気）６を供給することにより、外部回路より電流を取り出すものであるが、この際、各電極においては下記式に示したような反応が生じている。
燃料電極反応 ：Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−…（１）
酸化剤電極反応：２Ｈ＋＋２ｅ−＋１／２Ｏ２→Ｈ２Ｏ （２）
全体反応 ：Ｈ２＋１／２Ｏ２→Ｈ２Ｏ
即ち、燃料電極３上で水素（Ｈ２）はプロトン（Ｈ＋）となり、このプロトンが固体高分子電解質膜中を酸化剤電極４上まで移動し、酸化剤電極４上で酸素（Ｏ２）と反応して水（Ｈ２Ｏ）７を生ずる。従って、固体高分子型燃料電池の運転には、反応ガスの供給と排出、電流の取り出しが必要となる。また、固体高分子型燃料電池は、通常、室温乃至１２０℃以下の範囲での湿潤雰囲気下での運転が想定されており、そのため水を液体状態で扱うことになるので、燃料電極３への水の補給管理と酸化剤電極４からの水の排出が必要となる。
【０００５】
このような燃料電池を構成する部品のうち、燃料電池セパレータ１は、図３に示したように、薄肉の板状体の片面又は両面に複数個のガス供給排出用溝８を有する形状を有しており、燃料電池内を流れる燃料ガスである水素ガス５、酸化剤ガスである酸素ガス（または空気）６及び冷却水が混合しないように分離する働きを有すると共に、燃料電池セルで発電した電気エネルギーを外部へ伝達したり、燃料電池セルで生じた熱を外部へ放熱するという重要な役割を担っている。
【０００６】
一方、かかる燃料電池のセパレータに関しては、一般に、以下のような特性が要求される。即ち、（１）高導電性、（２）腐食性電解質に対する耐久性、（３）ガスを分離するための気密性、（４）燃料電池に組み立て時のボルトとナットによる締め付けでセパレータに割れやヒビが生じない強度、更には機械的強度を有すること、特に自動車等の移動用電源として用いる場合には優れた耐振動性及び耐衝撃性を有すること（５）複雑な形状を形成するための成形性、（６）低コスト性、（７）耐膨潤性（水やリン酸液に浸しても膨潤しないもの）、（８）耐熱性（反応時の発熱に耐えるもの）等である。
【０００７】
かかる固体高分子型燃料電池のセパレータの構成素材としては、従来より、生産性やコストの面から有利な各種の熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂を結合材（バインダー）として用いた炭素複合材料が提案されている。
【０００８】
また、特開２０００−３４８７４０号公報では、長期安定性に優れた燃料電池のセパレータとして、黒鉛及び熱硬化性樹脂を成分とする樹脂成形体においてその樹脂成形体中に含まれる不純物濃度が１００ｐｐｍ以下にすることが提案されている。
【０００９】
しかしながら、このような熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂を結合材として用いた炭素複合材料からなる燃料電池セパレータは、従前より使用されていたグラファイト板を機械加工して製造するセパレータよりも、生産性やコストの面では優れているものの、機械的強度、耐薬品性、ガス透過性、寸法安定性、特に不純物の溶出の性能面において十分満足できるものではないのが現状であり、燃料電池用セパレータとしての特性がより優れ、且つ、バランスの優れた燃料電池用セパレータ部材が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０００−３４８７４０号公報（第３頁 段落［００１５］）
【特許文献２】特開２０００−１００４５３号公報（第４頁 段落［００１９］〜第５頁 段落［００２８］）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、かかる事由に鑑み、なされたもので、本発明の目的は、上記に挙げた諸特性に加えて、水溶性有機物や水溶性イオンの溶出も少ない固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法、及び、この方法により製造した固体高分子型燃料電池用セパレータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、請求項１記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法の発明にあっては、黒鉛と結合材とを含有し、黒鉛と結合材との合計１００質量％中、黒鉛を７０〜９０質量％、結合材を１０〜３０質量％の割合で含有する黒鉛組成物を成形してなる固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法であって、前記結合材がクレゾールノボラック型エポキシ樹脂又はフェノールノボラック型樹脂を含有すると共に硬化剤としてトリフェニルホスフィン又はイミダゾールを含有し、前記黒鉛組成物を成形する工程の後、プロトン性溶媒で洗浄する工程を有することを特徴とするものである。
【００１３】
請求項２記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法の発明にあっては、請求項１記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法において、前記プロトン性溶媒が、水、アルコール類、低級カルボン酸類、或いは、これらの混合物であることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項３記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法の発明にあっては、請求項１または請求項２記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法において、前記固体高分子型燃料電池用セパレータにおける、その抽出水中の全有機炭素濃度（ｔｏｔａｌｏｒｇａｎｉｃ ｃａｒｂｏｎ［ＴＯＣ］）が１００ｐｐｍ以下であることを特徴とするものである。
【００１５】
請求項４記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法の発明にあっては、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法において、前記固体高分子型燃料電池用セパレータにおける、その抽出水中の電気伝導度が、２ｍＳ／ｃｍ以下であることを特徴とするものである。
【００１６】
請求項５記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法の発明にあっては、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法において、前記結合材がエポキシ樹脂、熱硬化ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂から選ばれる少なくとも一種類の熱硬化性樹脂を含んでなることを特徴とするものである。
【００１７】
請求項６記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法の発明にあっては、請求項５記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法において、前記黒鉛組成物を成形する工程の後、プロトン性溶媒で洗浄する工程の前に、１５０℃〜２５０℃の温度領域で、１時間〜１２時間程度のアフターキュアを行なうことを特徴とするものである。
【００１８】
請求項７記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法の発明にあっては、請求項５または請求項６記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法において、前記結合材がエポキシ樹脂と、フェノール樹脂とを含んでなり、エポキシ樹脂１当量に対して、フェノール樹脂を０．８５〜１．１５当量含有することを特徴とするものである。
【００１９】
請求項８記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法の発明にあっては、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法において、前記結合材が直鎖型ポリアリーレンスルフィド樹脂を含んでなることを特徴とするものである。
【００２０】
請求項９記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法の発明にあっては、請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法において、前記結合材が下記一般式（１）で示される無機イオン交換材を含有することを特徴とするものである。
【００２１】
ＳｂａＢｉｍＯｃ（ＯＨ）ｄ（ＮＯ３）ｅ・ｎＨ２Ｏ …（１）
〔但し、式中のａ、ｍはそれぞれ１〜２、ｃは１〜７、ｄは０．２〜３、ｅは０．０５〜３、ｎは０〜２である。〕
請求項１０記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの発明にあっては、請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法により製造したことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２２】
以上のように、請求項１記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法の発明にあっては、黒鉛と結合材とを含有し、黒鉛と結合材との合計１００質量％中、黒鉛を７０〜９０質量％、結合材を１０〜３０質量％の割合で含有する黒鉛組成物を成形してなる固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法であって、前記結合材がクレゾールノボラック型エポキシ樹脂又はフェノールノボラック型樹脂を含有すると共に硬化剤としてトリフェニルホスフィン又はイミダゾールを含有し、前記黒鉛組成物を成形する工程の後、プロトン性溶媒で洗浄する工程を有することを特徴とするので、不純物、特に水溶性有機物系不純物の溶出の少ない固体高分子型燃料電池用セパレータが得られるという優れた効果を奏する。
【００２３】
請求項２記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法の発明にあっては、請求項１記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法において、前記プロトン性溶媒が、水、アルコール類、低級カルボン酸類、或いは、これらの混合物であることを特徴とするので、請求項１記載の発明の効果に加えて、簡便に、不純物、特に水溶性有機物系不純物の溶出の少ない固体高分子型燃料電池用セパレータが得られるという優れた効果を奏する。
【００２４】
請求項３記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法の発明にあっては、請求項１または請求項２記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法において、前記固体高分子型燃料電池用セパレータにおける、その抽出水中の全有機炭素濃度（ＴＯＣ）が１００ｐｐｍ以下であることを特徴とするので、請求項１または請求項２記載の発明の効果に加えて、確実に、不純物、特に水溶性有機物系不純物の溶出の少ない固体高分子型燃料電池用セパレータが得られるという優れた効果を奏する。
【００２５】
請求項４記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法の発明にあっては、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法において、前記固体高分子型燃料電池用セパレータにおける、その抽出水中の電気伝導度が、２ｍＳ／ｃｍ以下であることを特徴とするので、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の発明の効果に加えて、不純物、特に水溶性イオン系不純物の溶出の少ない固体高分子型燃料電池用セパレータが得られるという優れた効果を奏する。
【００２６】
請求項５記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法の発明にあっては、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法において、前記結合材がエポキシ樹脂、熱硬化ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂から選ばれる少なくとも一種類の熱硬化性樹脂を含んでなることを特徴とするので、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の発明の効果に加えて、得られる固体高分子型燃料電池用セパレータの腐食性電解質に対する耐久性、耐膨潤性、及び耐熱性等を確保し得るという優れた効果を奏する。
【００２７】
請求項６記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法の発明にあっては、請求項５記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法において、前記黒鉛組成物を成形する工程の後、プロトン性溶媒で洗浄する工程の前に、１５０℃〜２５０℃の温度領域で、１時間〜１２時間程度のアフターキュアを行なうことを特徴とするので、請求項５記載の発明の効果に加えて、不純物、特に未硬化熱硬化性樹脂組成物に由来する有機物系不純物の溶出の少ない固体高分子型燃料電池用セパレータが得られるという優れた効果を奏する。
【００２８】
請求項７記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法の発明にあっては、請求項５または請求項６記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法において、前記結合材がエポキシ樹脂と、フェノール樹脂とを含んでなり、エポキシ樹脂１当量に対して、フェノール樹脂を０．８５〜１．１５当量含有することを特徴とするので、請求項５または請求項６記載の発明の効果に加えて、不純物、特に水溶性イオン系不純物の溶出の少ない固体高分子型燃料電池用セパレータが得られるという優れた効果を奏する。
【００２９】
請求項８記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法の発明にあっては、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法において、前記結合材が直鎖型ポリアリーレンスルフィド樹脂を含んでなることを特徴とするので、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の発明の効果に加えて、不純物、特に水溶性イオン系不純物の溶出の少ない固体高分子型燃料電池用セパレータを得ることができるという優れた効果を奏する。
【００３０】
請求項９記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法の発明にあっては、請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法において、前記結合材が下記一般式（１）で示される無機イオン交換材を含有することを特徴とするので、請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の発明の効果に加えて、不純物、特に水溶性イオン系不純物の溶出の少ない固体高分子型燃料電池用セパレータが得られるという優れた効果を奏する。
【００３１】
ＳｂａＢｉｍＯｃ（ＯＨ）ｄ（ＮＯ３）ｅ・ｎＨ２Ｏ …（１）
〔但し、式中のａ、ｍはそれぞれ１〜２、ｃは１〜７、ｄは０．２〜３、ｅは０．０５〜３、ｎは０〜２である。〕
請求項１０記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの発明にあっては、請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法により製造したことを特徴とするので、特に、得られた固体高分子型燃料電池用セパレータが、不純物の溶出の少ない固体高分子型燃料電池用セパレータとなるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】セパレータ金型の概略を示す断面図である。
【図２】接触抵抗の測定方法の概略を示す概念図である。
【図３】固体高分子型燃料電池の単電池（単位セル）の概略を示す斜視図である。
【図４】固体高分子型燃料電池用セパレータの概略を示すもので、（ａ）は、両面に、ガス供給排出用溝８を有するものの斜視図、（ｂ）は、片面のみに、ガス供給排出用溝８を有するものの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明の実施形態を実施例を交え、説明する。すなわち、本発明の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法は、黒鉛と結合材（バインダー）とを含有し、黒鉛と結合材との合計１００質量％中、黒鉛を７０〜９０質量％、結合材を１０〜３０質量％の割合で含有する黒鉛組成物を成形した後、プロトン性溶媒で洗浄する工程を有するものである。この結果、不純物、特に水溶性有機物系不純物の溶出の少ない固体高分子型燃料電池用セパレータを得ることができる。この場合において、結合材が１０質量％未満になると成形性が低下し３０質量％を超えると導電性が低下し燃料電池用セパレータとして使用できなくなる。
【００３４】
一方、使用可能なプロトン性溶媒としては、水、アルコール類、低級カルボン酸類、或いは、これらの混合物を例示でき、さらに具体的には、水、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、エチレングリコール、グリセリン、アルコキシエタノール、蟻酸、酢酸、プロピオン酸等、及び、これらの混合物が例示可能であるが、これらのみに限定されるものではない。
【００３５】
洗浄回数についても、特に、限定はなく、複数回の洗浄が可能であり、また、この際、種類、成分比の異なるプロトン性溶媒で、順次洗浄するようにしてもよい。但し、この場合において、最終洗浄時には、水、メタノール、エタノール或いは、これらの混合物等の比較的低沸点（例えば、沸点１００℃程度以下）のものを使用すれば、その後の乾燥が容易で、特に、好都合である。
【００３６】
かかる洗浄工程を経ることにより、簡便に、不純物、特に水溶性有機物系不純物の溶出の少ない固体高分子型燃料電池用セパレータが得られることとなる。この結果、固体高分子型燃料電池用セパレータにおける、その抽出水中の全有機炭素濃度（ＴＯＣ）が１００ｐｐｍ以下とすることも可能であり、このような固体高分子型燃料電池用セパレータは、確実に、不純物、特に水溶性有機物系不純物の溶出の少ない固体高分子型燃料電池用セパレータであるといえる。すなわち、この全有機炭素濃度（ＴＯＣ）が、１００ｐｐｍ以下であれば、固体高分子型燃料電池としての特性を維持できるが、これが、１００ｐｐｍを超えるとイオン交換膜の被毒等の問題が顕在化することとなるからである。
【００３７】
一方、イオン交換膜の被毒を防止するという観点からは、水溶性有機物系不純物のみならず、イオン系不純物も、低減することが必要とされる。この意味において、本発明の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法の発明にあっては、固体高分子型燃料電池用セパレータにおける、その抽出水中の電気伝導度が、２ｍＳ／ｃｍ以下とすることができるので、不純物、特に水溶性イオン系不純物の溶出の少ない固体高分子型燃料電池用セパレータを得ることも可能となる。
【００３８】
上記したように、燃料電池のセパレータに関しては、腐食性電解質に対する耐久性、耐膨潤性、耐熱性（反応時の発熱に耐えるもの）等が要求される。かかる固体高分子型燃料電池のセパレータの構成素材としては、従来より、生産性やコストの面から有利な各種の熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂を結合材（バインダー）として用いた炭素複合材料が提案されているが、同時に、構成材料の選択に際して、イオン系不純物の低減にも留意することが、必要とされる。
【００３９】
ここで、結合材として、熱硬化性樹脂を使用する場合には、エポキシ樹脂、熱硬化ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂から選ばれる少なくとも一種類の熱硬化性樹脂を含んでなるものを使用すれば、得られる固体高分子型燃料電池用セパレータの腐食性電解質に対する耐久性、耐膨潤性、及び耐熱性等を確保することができる。
【００４０】
さらに、前記黒鉛組成物を成形する工程の後、プロトン性溶媒で洗浄する工程の前に、１５０℃〜２５０℃の温度領域で、１時間〜１２時間程度のアフターキュア（後硬化）を行なうようにすれば、不純物、特に未硬化熱硬化性樹脂組成物に由来する有機物系不純物の溶出が、さらに少ない固体高分子型燃料電池用セパレータが得られることとなる。
【００４１】
一方、結合材として使用する樹脂材料の流動性はその樹脂材料の溶融粘度、硬化挙動、充填材の種類や量により左右されることが知られているが、特にエポキシ樹脂においては、低粘度の樹脂を選択することによって、成形性を維持し黒鉛を高充填化できる。
【００４２】
エポキシ樹脂の硬化剤は、上記課題解決に寄与し得る限りにおいて、公知のものが使用できる。これについても、質量換算した値でナトリウムイオン及び塩素イオンの含有率が、５ｐｐｍ以下であることが好ましい。これらの含有率が、５ｐｐｍを超えると燃料電池として特性低下が発生する恐れがあるからである。
【００４３】
また、上記結合材として、使用可能な熱硬化ポリイミド樹脂としては、ビスマレイミド樹脂等を例示することができる。これにより成形品の耐熱性を高めることができる。これらについても高純度のものが好ましいことは勿論である。
【００４４】
さらに、上記結合材として用いられるフェノール樹脂としては、特に、制限はないが、開環重合するフェノール樹脂が好適である。かかる開環重合するフェノール樹脂としては、例えば、特開２０００−１００４５３号公報（段落［００１９］〜段落［００２８］）に開示されているようなジヒドロベンゾオキサジン環を含む樹脂等が例示できる。
【００４５】
すなわち、このような開環重合するフェノール樹脂は、その成形工程においても、縮合反応に伴う縮合水等の揮発成分が発生しないので、成形品中にボイドの発生を低減し得るからである。これらのフェノール樹脂についても、質量換算した値でナトリウムイオン及び塩素イオンの含有率が、５ｐｐｍ以下であることが好ましい。これらの含有率が、５ｐｐｍを超えると燃料電池として特性低下が発生する恐れがあるからである。したがって、結合材として、かかる開環重合するフェノール樹脂を使用すれば、成形時のボイド等の発生を抑制し得ることとなる。
【００４６】
さらに、上記結合材として、エポキシ樹脂と、フェノール樹脂とを含んでなり、エポキシ樹脂１当量に対して、フェノール樹脂を０．８５〜１．１５当量含有する樹脂組成のものを使用すると、不純物、特に水溶性イオン系不純物の溶出の少ない固体高分子型燃料電池用セパレータが得られることが明らかとなった。
【００４７】
一方、本発明では、結合材として、熱可塑性樹脂もその構成材料とでき、例えば、直鎖型ポリアリーレンスルフィド樹脂（以下、直鎖型ＰＡＳ樹脂と記すことがある）を少なくとも含む一種の熱可塑性樹脂を使用することができる。かかる直鎖型ＰＡＳ樹脂は、溶融粘度が低く、黒鉛を高充填化でき、イオン性不純物が少なく、また耐薬品性に優れる点で特に好ましい。
【００４８】
直鎖型ＰＡＳ樹脂は、繰り返し単位 −Ａｒ− （但し、Ａｒはアリール基）を主構成単位とするポリマーであって、その代表的物質は、構造式 −Ｐｈ−Ｓ− （但し、Ｐｈはフェニル基）で示される繰り返し単位を７０モル質量％以上有するポリフェニレンスルフィド樹脂である。
【００４９】
ＰＰＳ樹脂は、一般に、その製造方法により、実質上、架橋型、半架橋型、直鎖型等に分類されるが、本発明においては、直鎖型のものが、機械的強度とイオン性不純物量の点で、優れている為好適に使用可能である。特に、融点が２６０℃以上、溶融粘度が、パラレルプレート法により、温度３００℃、角速度１００ｒａｄ／ｓの条件で、１〜３０Ｐａ・ｓであるものが好適に用いられる。パラレルプレート法は、厚み１ｍｍ×直径２５ｍｍのペレットをハンドプレスで作製し、直径２５ｍｍの下部のパラレルプレート上にペレットを置いて上部パラレルプレートを降ろして挟み、３００℃で１０分間保持した後に測定をすることによって行なわれるものであり、例えば、レオメトリックサイエンティフィック社製、アレス（商品名）等で好適に測定することができる。
【００５０】
さらに、本発明で用いる直鎖型ＰＡＳ樹脂は、純水で抽出した抽出水中の電気伝導度が、５０ｍＳ／ｃｍ以下が望ましく、特に、同電気伝導度が、２ｍＳ／ｃｍ以下が好適である。一方、その下限については、理想的には０ｍＳ／ｃｍであるが、実用上の下限は０．０１ｍＳ／ｃｍ程度となる。
【００５１】
いずれにしても、純水で抽出した抽出水中の電気伝導度が、５０ｍＳ／ｃｍ以上になると、耐湿信頼性が悪化する場合があるので好ましくない。特に、かかる電気伝導度に悪影響を及ぼすイオン性不純物について、具体的には、純水で抽出した抽出水中のナトリウムイオンや塩素イオン等の含有量は、ナトリウムイオン、塩素イオンともに質量換算した値で５ｐｐｍ以下で好適に使用可能である。一方、その下限については、理想的には質量換算した値で０ｐｐｍであるが、実用上の下限はナトリウムイオン、塩素イオンともに０．１ｐｐｍ程度となる。
【００５２】
いずれにしても、純水で抽出した抽出水中のナトリウムイオン、或いは、塩素イオンの含有量が、５ｐｐｍを超えると燃料電池としての特性低下が懸念され、好ましくない。このことは、換言すれば、水溶性イオン系不純物を充分に低減した直鎖型ポリアリーレンスルフィド樹脂を含んでなる結合材を使用すれば、水溶性イオン系不純物の溶出の少ない固体高分子型燃料電池用セパレータを得ることができることとなる。
【００５３】
一方、本発明で使用する黒鉛組成物における黒鉛の役割は、電気比抵抗を低減してセパレータの導電性を向上させることにあり、使用可能な黒鉛としては高い導電性を示すものであれば制限はなく、各種黒鉛、例えば、メソカーボンマイクロビーズなどの炭素質を黒鉛化したもの、石炭系コークスや石油系コークスを黒鉛化したものの他、黒鉛電極や特殊炭素材料の加工粉、天然黒鉛、キッシュ黒鉛、膨張黒鉛等が例示可能である。
【００５４】
また、これら各種黒鉛についても、これが精製された天然黒鉛、または人造黒鉛であれば、灰分やイオン性不純物が少ない点で好ましい。すなわち、黒鉛における灰分が０．０５％以下で、かつ抽出水中のイオン性不純物が、質量換算した値でナトリウム含量５ｐｐｍ以下、塩素含量５ｐｐｍ以下であることが好ましい。灰分が０．０５％を超えると燃料電池として特性低下が発生する恐れがある。抽出水中のイオン性不純物が、樹脂質量換算した値でナトリウム含量５ｐｐｍ以下、塩素含量５ｐｐｍを越える燃料電池として特性低下が発生する恐れがある。
【００５５】
以上、述べたように、結合材の構成材料中の水溶性イオン系不純物を低減するためには、上記したように、予め、充分に水溶性イオン系不純物を低減した構成材料を選択するとともに、かかる構成材料中に、微量に残存する水溶性イオン系不純物を吸着、捕捉して、溶出しないようにする方策も有効である。すなわち、このような水溶性イオン系不純物を吸着、捕捉する物質（捕捉材）を結合材の構成材料中に配合しておいて、結合材の構成材料中に残存する水溶性イオン系不純物を吸着、捕捉しようというものである。かかる捕捉材としては、無機イオン交換物質が例示され、さらに具体的には、ゼオライト、ハイドロタルサイト、チタニアや下記一般式（１）で示されるもの等が例示可能であるが、中でも上記一般式で示される無機イオン交換材が好適である。
【００５６】
ＳｂａＢｉｍＯｃ（ＯＨ）ｄ（ＮＯ３）ｅ・ｎＨ２Ｏ …（１）
〔但し、式中のａ、ｍはそれぞれ１〜２、ｃは１〜７、ｄは０．２〜３、ｅは０．０５〜３、ｎは０〜２である。〕
すなわち、結合材が上記一般式（１）で示される無機イオン交換材を含有するようにすれば、水溶性イオン系不純物の溶出の少ない固体高分子型燃料電池用セパレータが得られることとなる。さらに具体的には、この無機イオン交換体がイオン性不純物や加水分解してくるイオンを吸着、捕捉して、結合材中の樹脂成分の耐湿信頼性の低下を防ぐ役割を担うこととなるが、かかる無機イオン交換体の配合量は、結合材１００質量部に対して、０．５〜５．０質量部程度の範囲が好ましい。すなわち、無機イオン交換体の配合量が、０．５質量部程度未満であると、イオンの吸着、捕捉の効果を十分に得ることができない。しかし、逆に無機イオン交換体の配合量が５．０質量部程度を越えると、無機イオン交換体がイオン化するため、逆に、信頼性の低下を招来するおそれもある。
【００５７】
また、本発明の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法にあっては、重要な電気伝導度の評価は、成形後の成形品の接触抵抗を測定することにより達成可能である。具体的には、図２（後述）に示すようにして測定可能である。
【００５８】
また、水溶性イオンである塩素、ナトリウムが５ｐｐｍ以下であることが好ましい。これらが、５ｐｐｍを超えると燃料電池として特性低下が発生し５ｐｐｍ以下であると特性低下が発生しない。
【００５９】
このように、本発明の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法により製造した固体高分子型燃料電池用セパレータにおいては、特に、得られた固体高分子型燃料電池用セパレータが、不純物の溶出の少ない固体高分子型燃料電池用セパレータとすることができる。
【実施例】
【００６０】
以下、本発明の実施例に基づいて本発明をさらに詳細に説明する。
【００６１】
（実施例１）
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂ＥＯＣＮ−１０２０（日本化薬（株）製）１２．９質量部、フェノールノボラック樹脂ＰＳＭ−６２００（群栄化学（株）製）６．６７質量部、硬化剤トリフェニルホスフィン（北興化学（株）製）０．１３質量部、人造黒鉛粉ＳＧＳ６０（（株）中越黒鉛工業所製、平均粒径６０μｍ）８０質量部を含んでなる樹脂組成物（黒鉛組成物）を表１に示す量で配合した後、これを、９５℃に加熱したプラネタリーミキサーで混練した。得られた混練物を粉砕し、得られた粉砕物を図１に示すようなセパレータ金型１０に入れ、温度１７５℃、圧力３５０ｋｇ／ｃｍ２の条件で２０分間成形して得た成形体Ｂをメタノール２００ｍｌ中に投入、攪拌して１０分間洗浄した後、４０℃で２４時間乾燥してテストピースＡ１（比表面積：約２０ｃｍ２／ｇ）を得た。
【００６２】
（実施例２）
上記実施例１で得られた成形体とまったく同様にして得た成形体Ｂを水２００ｍｌ中に投入、攪拌して１０分間洗浄した後、４０℃で２４時間乾燥してテストピースＡ２を得た。
【００６３】
（実施例３）
上記実施例１で得られた成形体とまったく同様にして得た成形体Ｂをメタノール水溶液（５０質量％）２００ｍｌ中に投入、攪拌して１０分間洗浄した後、４０℃で２４時間乾燥してテストピースＡ３を得た。
【００６４】
（実施例４）
上記実施例１で得られた成形体とまったく同様にして得た成形体Ｂを酢酸水溶液（５質量％）２００ｍｌ中に投入、攪拌して１０分間洗浄した後、さらに、水２００ｍｌ中に投入、攪拌して１０分間洗浄した後、４０℃で２４時間乾燥してテストピースＡ４を得た。
【００６５】
（実施例５）
上記実施例１で得られた成形体Ｂとまったく同様にして得た成形体Ｂを１７５℃、３時間加熱するアフターキュアを施して、成形体Ｃとした後、メタノール２００ｍｌ中に投入、攪拌して１０分間洗浄した後、４０℃で２４時間乾燥してテストピースＡ５を得た。
【００６６】
（実施例６）
上記実施例５で得られた成形体Ｃとまったく同様にして得たアフターキュア後の成形体Ｃを水２００ｍｌ中に投入、攪拌して１０分間洗浄した後、４０℃で２４時間乾燥してテストピースＡ６を得た。
【００６７】
（実施例７）
上記実施例５で得られた成形体Ｃとまったく同様にして得たアフターキュア後の成形体Ｃをメタノール水溶液（５０質量％）２００ｍｌ中に投入、攪拌して１０分間洗浄した後、４０℃で２４時間乾燥してテストピースＡ７を得た。
【００６８】
（実施例８）
上記実施例１で得られた成形体Ｂとまったく同様にして得た成形体Ｂを２００℃、１時間加熱するアフターキュアを施して、成形体Ｄとした後、酢酸水溶液（５質量％）２００ｍｌ中に投入、攪拌して１０分間洗浄した後、さらに、水２００ｍｌ中に投入、攪拌して１０分間洗浄した後、４０℃で２４時間乾燥してテストピースＡ８を得た。
【００６９】
以下、実施例９〜実施例１６，参考例１７，実施例１８についても、下記表２、３に示す配合条件で上記実施例５と同様にして実施した。すなわち、実施例１５における無機イオン交換体（ＩＸＥ−６３３）、参考例１７におけるベンゾオキサジン樹脂についても表３に示す所定量を樹脂組成物（黒鉛組成物）中に配合、混練して、上記実施例５と同様にして実施し、所定のテストピースＡ９〜Ａ１８を得た。
【００７０】
（実施例１９）
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂ＥＯＣＮ−１０２０（日本化薬（株）製）１３．８質量部、フェノールノボラック樹脂ＰＳＭ−６２００（群栄化学（株）製）５．７７質量部、硬化剤トリフェニルホスフィン（北興化学（株）製）０．１３質量部、人造黒鉛粉ＳＧＳ６０（（株）中越黒鉛工業所製、平均粒径６０μｍ）８０質量部を含んでなる樹脂組成物（黒鉛組成物）を表４に示す量で配合した後、これを、９５℃に加熱したプラネタリーミキサーで混練した。得られた混練物を粉砕し、得られた粉砕物を図１に示すようなセパレータ金型１０に入れ、温度１７５℃、圧力３５０ｋｇ／ｃｍ２の条件で２０分間成形して得た成形体Ｅを１７５℃、３時間加熱するアフターキュアを施して、成形体Ｆとした後、メタノール２００ｍｌ中に投入、攪拌して１０分間洗浄した後、４０℃で２４時間乾燥してテストピースＡ１９（比表面積：約２０ｃｍ２／ｇ）を得た。
【００７１】
（参考例２０）
ポリアリーレンスルフィド樹脂ＬＲ０１Ｇ（（株）トープレン製、溶融粘度６．０Ｐａ・ｓ ［上記パラレルプレート法〔温度３００℃、角速度１００ｒａｄ／ｓ〕による］）２０質量部、人造黒鉛ＵＦＧ Ｌ０２５（昭和電工（株）製、平均粒径７５μｍ）８０質量部を含んでなる樹脂組成物（黒鉛組成物）を配合（表４参照）した後、これを２軸混練押出機で３００℃にて溶融混練した。得られた混練物を粉砕し、この粉砕物を金型温度１５０℃、射出圧力５００ｋｇ／ｃｍ２の条件で図１に示すようなセパレータ金型１０中に射出成形して得た成形体Ｇをメタノール２００ｍｌ中に投入、攪拌して１０分間洗浄した後、４０℃で２４時間乾燥してテストピースＡ２０（比表面積：約２０ｃｍ２／ｇ）を得た。
【００７２】
（比較例１）
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂ＥＯＣＮ−１０２０（日本化薬（株）製）１２．９質量部、フェノールノボラック樹脂ＰＳＭ−６２００（群栄化学（株）製）６．６７質量部、硬化剤トリフェニルホスフィン（北興化学（株）製）０．１３質量部、人造黒鉛粉ＳＧＳ６０（（株）中越黒鉛工業所製、平均粒径６０μｍ）８０質量部を含んでなる樹脂組成物（黒鉛組成物）を表４に示す量で配合した後、これを、９５℃に加熱したプラネタリーミキサーで混練した。得られた混練物を粉砕し、得られた粉砕物を図１に示すようなセパレータ金型１０に入れ、温度１７５℃、圧力３５０ｋｇ／ｃｍ２の条件で２０分間成形してテストピースＡ２１［成形体Ｂ］（比較例１）を得た。
【００７３】
以下、比較例２、比較例３についても、表４に示す配合条件で上記比較例１と同様にして実施し、テストピースＡ２２（比較例２）、テストピースＡ２３（比較例３）を得た。
【００７４】
（比較例４）
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂ＥＯＣＮ−１０２０（日本化薬（株）製）１２．９質量部、フェノールノボラック樹脂ＰＳＭ−６２００（群栄化学（株）製）６．６７質量部、硬化剤トリフェニルホスフィン（北興化学（株）製）０．１３質量部、人造黒鉛粉ＳＧＳ６０（（株）中越黒鉛工業所製、平均粒径６０μｍ）８０質量部を含んでなる樹脂組成物（黒鉛組成物）を表４に示す量で配合した後、これを、９５℃に加熱したプラネタリーミキサーで混練した。得られた混練物を粉砕し、得られた粉砕物を図１に示すようなセパレータ金型１０に入れ、温度１７５℃、圧力３５０ｋｇ／ｃｍ２の条件で２０分間成形して得た成形体Ｂを１７５℃、３時間加熱するアフターキュアを施してテストピースＡ２４を得た。
【００７５】
【表１】
【００７６】
【表２】
【００７７】
【表３】
【００７８】
【表４】
【００７９】
なお、各実施例、参考例、比較例で配合に用いた原材料等は以下の通りである。
＜樹脂＞
・クレゾールノボラック系エポキシ樹脂
ＥＯＣＮ−１０２０（日本化薬（株）製）：エポキシ当量１９９（塩素イオン ２ｐｐｍ、ナトリウムイオン ２ｐｐｍ）
ＹＤＣＮ２０１（東都化成（株））：エポキシ当量２００（塩素イオン ７ｐｐｍ、ナトリウムイオン ８ｐｐｍ）
・ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂
８３０ＣＲＰ（大日本インキ化学）：エポキシ当量１７１（粘度３０００ｃｐｓ（２５℃）、塩素イオン ２ｐｐｍ、ナトリウムイオン ３ｐｐｍ）
・フェノールノボラック樹脂
ＰＳＭ６２００（群栄化学（株））：ＯＨ当量１０５（塩素イオン １ｐｐｍ、ナトリウムイオン １ｐｐｍ）
・ベンゾオキサジン樹脂
Ｂ−ｍ（四国化成工業（株））（粘度 １４．５ｃｐｓ（８０℃）、塩素イオン ４ｐｐｍ、ナトリウムイオン ４ｐｐｍ）
・ポリアリーレンスルフィド樹脂
ＬＲ０１Ｇ（（株）トープレン製）（溶融粘度６．０Ｐａ．ｓ［パラレルプレート法〔温度３００℃、角速度１００ｒａｄ／ｓ〕による］、塩素イオン ３ｐｐｍ、ナトリウムイオン ３ｐｐｍ）
＜硬化剤＞
・トリフェニルホスフィン
ＴＰＰ（北興化学（株）製）（塩素イオン ３ｐｐｍ、ナトリウムイオン ３ｐｐｍ）
・２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾール
２Ｐ４ＭＨＺ−ＰＷ（四国化成工業（株）製）（塩素イオン １ｐｐｍ、ナトリウムイオン ５ｐｐｍ）
＜黒鉛＞
人造黒鉛 ＳＧＳ６０（（株）中越黒鉛工業所製）平均粒径：６０μｍ（灰分 ０．０７％、塩素イオン １ｐｐｍ、ナトリウムイオン ４ｐｐｍ）
人造黒鉛 ＳＧＰ１００（（株）ＳＥＣ製）平均粒径：１００μｍ（灰分 ０．０３％、塩素イオン １ｐｐｍ、ナトリウムイオン ３ｐｐｍ）
人造黒鉛 ＳＧＰ５（（株）ＳＥＣ製）平均粒径：５μｍ（灰分 ０．０３％、塩素イオン １ｐｐｍ、ナトリウムイオン ４ｐｐｍ）
人造黒鉛 ＵＦＧ−Ｌ０２５（昭和電工（株）製）平均粒径：７５μｍ（塩素イオン １ｐｐｍ、ナトリウムイオン ３ｐｐｍ）
天然黒鉛 ＣＧＣ１００（日本黒鉛工業（株）製）平均粒径：１００μｍ（灰分０．６５％、塩素イオン １０ｐｐｍ、ナトリウムイオン １４ｐｐｍ）
＜無機イオン交換体＞
ＩＸＥ−６３３［Ｓｂ２Ｂｉ１．４Ｏ６．４（ＯＨ）０．９（ＮＯ３）０．４・６Ｈ２Ｏ］（東亜合成（株）製）
＜ワックス＞
天然カルナバ Ｈ１−１００（大日化学（株）製）
エチレンビスモンタン酸アマイド Ｊ−９００（大日化学（株）製）
上記実施例１〜１６、参考例１７、実施例１８，１９、参考例２０、比較例１〜４について得られた試料（テストピース［比表面積：約２０ｃｍ２／ｇ］１〜２３）についての性能評価、すなわち、この試料の抽出水における全有機炭素濃度（ＴＯＣ）、電気伝導度、水溶性イオン分析の測定結果、および、固体高分子型燃料電池用セパレータとしての評価、具体的には、接触抵抗の測定結果、および、電圧保持率の測定結果を表５および表６に示す。
【００８０】
全有機炭素濃度（ＴＯＣ）の測定はＪＩＳ０５５１−４．３により行なった。この全有機炭素濃度は、比表面積が、約２０ｃｍ２／ｇのテストピースである上記実施例１〜１６、参考例１７、実施例１８，１９、参考例２０、比較例１〜４について得られた試料（テストピースＡ１〜Ａ２４）を９０℃で５０時間処理した後の水溶液を用いて測定した数値である。測定は、以下のように行った。（１）テストピースをメタノールで１分間洗浄する。（２）テストピースをイオン交換水で１分間洗浄する。（３）ガラスビン中にテストピースとその１０倍量（質量比）のイオン交換水を入れ、９０℃で５０時間保持する。（４）リン酸を添加しｐＨ２以下に調整した後、湿式酸化−赤外線式ＴＯＣ測定法（東レエンジニアリング製 東レアストロＴＯＣ自動分析計 ＭＯＤＥＬ１８００）で有機炭素量を測定することにより、ＴＯＣの測定値（ｐｐｍ）を得た。
【００８１】
一方、塩素イオン、ナトリウムイオン等の水溶性イオンの測定は、以下のようにおこなった。すなわち、以上の各実施例、各参考例、各比較例で得られたテストピース（比表面積：約２０ｃｍ２／ｇ）を（１）メタノール（特級）１００ｍｌ中で、１分間静置する。（２）イオン交換水１００ｍｌ中で１５秒間静置する。（３）新たに用意したイオン交換水１００ｍｌ中で、９５℃で５０時間抽出処理したものをイオンクロマトグラフ法［イオンクロマトグラフィ：島津製作所製（ＣＤＤ−６Ａ）］で測定した値を樹脂質量で換算した値で評価した。一方、電気伝導度は、水溶性イオン測定のための上記抽出水を導電率計［（株）堀場製作所製（ＥＳ−１２）］で測定して求めた。
【００８２】
接触抵抗（ｍΩｃｍ２）の測定方法は、以下のとおりである。すなわち、図２は接触抵抗の測定方法を説明するための概念図であり、テストピースＡの上下にカーボンペーパー１１を配置し、更にその上下に銅板１２を配置し、上下方向に面圧０．５ＭＰａの圧力をかける。２枚のカーボンペーパー１１間の電圧を電圧計１３で読むと同時に、２枚の銅板１２間の電流を電流計１４で読んで抵抗（平均値）を計算する。なお、カーボンペーパー１１は、東レ（株）製のＴＧＰ−Ｈ−Ｍシリーズ（０９０Ｍ：厚さ０．２８ｍｍ、１２０Ｍ：厚さ０．３８ｍｍ）を使用した。
【００８３】
一方、燃料電池１の長期信頼性を評価するため、表５、６に示すように、上記実施例１〜１６、参考例１７、実施例１８，１９、参考例２０、比較例１〜４について得られたテストピースＡ１〜Ａ２３を燃料電池セパレータ１として使用して２００時間連続発電試験を行った後、電圧を測定して初期電圧に対する電圧保持率を算出した。
【００８４】
評価方法は上記実施例１〜１６、参考例１７、実施例１８，１９、参考例２０、比較例１〜４について得られたテストピースＡ１〜Ａ２４を燃料電池セパレータとして使用して、それぞれイオン交換膜水素極及び酸素極とともに組み立てて、個々に燃料電池を製造した後、外部回路を接続した状態でこれらの燃料電池を連続的に動作させ、起電力の電圧値（Ｖ）の経時的な変動の様子をそれぞれ評価した。初期値に対する変化率で表示した。
【００８５】
【表５】
【００８６】
【表６】
【００８７】
上記表１〜４に示すように、実施例１〜１６、参考例１７、実施例１８，１９、参考例２０は、黒鉛と結合材（バインダー）とを含有し、黒鉛と結合材との合計１００質量％中、黒鉛を７０〜９０質量％、結合材を１０〜３０質量％の割合で含有する黒鉛組成物を成形した後、プロトン性溶媒で洗浄する工程を有するものである。この結果、不純物、特に水溶性有機物系不純物の溶出の少ない固体高分子型燃料電池用セパレータを得ることができる。かかる洗浄工程を経ることにより、簡便に、不純物、特に水溶性有機物系不純物の溶出の少ない固体高分子型燃料電池用セパレータが得られることとなる。
【００８８】
この結果、固体高分子型燃料電池用セパレータにおける、その抽出水中の全有機炭素濃度（ＴＯＣ）が１００ｐｐｍ以下とすることも可能であり、このような固体高分子型燃料電池用セパレータは、確実に、不純物、特に水溶性有機物系不純物の溶出の少ない固体高分子型燃料電池用セパレータであるといえる。
【００８９】
一方、イオン交換膜の被毒を防止するという観点からは、水溶性有機物系不純物のみならず、イオン系不純物も、低減することが必要とされる。この意味において、本発明の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法の発明にあっては、固体高分子型燃料電池用セパレータにおける、その抽出水中の電気伝導度が、２ｍＳ／ｃｍ以下とすることができるので、不純物、特に水溶性イオン系不純物の溶出の少ない固体高分子型燃料電池用セパレータを得ることも可能となる。
【００９０】
さらに、樹脂組成物（黒鉛組成物）を成形する工程の後、プロトン性溶媒で洗浄する工程の前に、１５０℃〜２５０℃の温度領域で、１時間〜１２時間程度のアフターキュア（後硬化）を行なうようにすれば、不純物、特に未硬化熱硬化性樹脂組成物に由来する有機物系不純物の溶出が、さらに少ない固体高分子型燃料電池用セパレータが得られることが判った（実施例５〜１６、参考例１７、実施例１８）。
【００９１】
さらに、開環重合するフェノール樹脂としてベンゾオキサジン樹脂であるＢ−ｍ（四国化成工業（株）製）を用いた参考例１７においては、電圧保持率の良好な結果から、成形時のボイド等の発生の低減が推認できた。
【００９２】
さらに、実施例５と実施例１９との比較から、上記結合材として、エポキシ樹脂と、フェノール樹脂とを含んでなり、エポキシ樹脂１当量に対して、フェノール樹脂を０．８５〜１．１５当量含有する樹脂組成のものを使用すると、不純物、特に水溶性イオン系不純物の溶出の少ない固体高分子型燃料電池用セパレータが得られることが明らかとなった。
【００９３】
一方、参考例２０の結果より水溶性イオン系不純物を充分に低減した直鎖型ポリアリーレンスルフィド樹脂を含んでなる結合材を使用すれば、水溶性イオン系不純物の溶出の少ない固体高分子型燃料電池用セパレータを得ることができることが判った。
【００９４】
さらに、イオン性不純物を捕捉し得る無機イオン交換材であるＩＸＥ−６３３を使用した実施例１５の実験結果より、不純物、特に水溶性イオン系不純物の溶出の少ない固体高分子型燃料電池用セパレータが得られることが明らかとなった。
【００９５】
このように、本発明の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法により製造した固体高分子型燃料電池用セパレータにおいては、特に、得られた固体高分子型燃料電池用セパレータが、不純物の溶出の少ない固体高分子型燃料電池用セパレータとすることができることが判った。
【符号の説明】
【００９６】
１ 燃料電池セパレータ
１ａ 凸部（リブ）
２ 固体高分子電解質膜
３ 燃料電極
４ 酸化剤電極
５ 水素ガス
６ 酸素ガス（または空気）
７ 水［水蒸気］（Ｈ２Ｏ）
８ ガス供給排出用溝
９ 単電池（単位セル）
１０ セパレータ金型
１０ａ セパレータ金型（上型）
１０ｂ セパレータ金型（下型）
１１ カーボンペーパー
１２ 銅板
１３ 電圧計
１４ 電流計
Ａ１〜Ａ２４ テストピース
Ｂ 成形体
Ｃ 成形体
Ｄ 成形体
Ｅ 成形体
Ｆ 成形体
Ｇ 成形体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
黒鉛と結合材とを含有し、黒鉛と結合材との合計１００質量％中、黒鉛を７０〜９０質量％、結合材を１０〜３０質量％の割合で含有する黒鉛組成物を成形してなる固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法であって、前記結合材がクレゾールノボラック型エポキシ樹脂又はフェノールノボラック型樹脂を含有すると共に硬化剤としてトリフェニルホスフィン又はイミダゾールを含有し、前記黒鉛組成物を成形する工程の後、プロトン性溶媒で洗浄する工程を有することを特徴とする固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項２】
前記プロトン性溶媒が、水、アルコール類、低級カルボン酸類、或いは、これらの混合物であることを特徴とする請求項１記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項３】
前記固体高分子型燃料電池用セパレータにおいて、その抽出水中の全有機炭素濃度が１００ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項４】
前記固体高分子型燃料電池用セパレータにおいて、その抽出水中の電気伝導度が、２ｍＳ／ｃｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項５】
前記結合材がエポキシ樹脂、熱硬化ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂から選ばれる少なくとも一種類の熱硬化性樹脂を含んでなることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項６】
前記黒鉛組成物を成形する工程の後、プロトン性溶媒で洗浄する工程の前に、１５０℃〜２５０℃の温度領域で、１時間〜１２時間程度のアフターキュアを行なうことを特徴とする請求項５記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項７】
前記結合材がエポキシ樹脂と、フェノール樹脂とを含んでなり、エポキシ樹脂１当量に対して、フェノール樹脂を０．８５〜１．１５当量含有することを特徴とする請求項５または請求項６記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項８】
前記結合材が直鎖型ポリアリーレンスルフィド樹脂を含んでなることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項９】
前記結合材が下記一般式（１）で示される無機イオン交換材を含有することを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法。
ＳｂａＢｉｍＯｃ（ＯＨ）ｄ（ＮＯ３）ｅ・ｎＨ２Ｏ …（１）
〔但し、式中のａ、ｍはそれぞれ１〜２、ｃは１〜７、ｄは０．２〜３、ｅは０．０５〜３、ｎは０〜２である。〕
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法により製造した固体高分子型燃料電池用セパレータ。
【請求項１】
黒鉛と結合材とを含有し、黒鉛と結合材との合計１００質量％中、黒鉛を７０〜９０質量％、結合材を１０〜３０質量％の割合で含有する黒鉛組成物を成形してなる固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法であって、前記結合材がクレゾールノボラック型エポキシ樹脂又はフェノールノボラック型樹脂を含有すると共に硬化剤としてトリフェニルホスフィン又はイミダゾールを含有し、前記黒鉛組成物を成形する工程の後、プロトン性溶媒で洗浄する工程を有することを特徴とする固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項２】
前記プロトン性溶媒が、水、アルコール類、低級カルボン酸類、或いは、これらの混合物であることを特徴とする請求項１記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項３】
前記固体高分子型燃料電池用セパレータにおいて、その抽出水中の全有機炭素濃度が１００ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項４】
前記固体高分子型燃料電池用セパレータにおいて、その抽出水中の電気伝導度が、２ｍＳ／ｃｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項５】
前記結合材がエポキシ樹脂、熱硬化ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂から選ばれる少なくとも一種類の熱硬化性樹脂を含んでなることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項６】
前記黒鉛組成物を成形する工程の後、プロトン性溶媒で洗浄する工程の前に、１５０℃〜２５０℃の温度領域で、１時間〜１２時間程度のアフターキュアを行なうことを特徴とする請求項５記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項７】
前記結合材がエポキシ樹脂と、フェノール樹脂とを含んでなり、エポキシ樹脂１当量に対して、フェノール樹脂を０．８５〜１．１５当量含有することを特徴とする請求項５または請求項６記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項８】
前記結合材が直鎖型ポリアリーレンスルフィド樹脂を含んでなることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項９】
前記結合材が下記一般式（１）で示される無機イオン交換材を含有することを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法。
ＳｂａＢｉｍＯｃ（ＯＨ）ｄ（ＮＯ３）ｅ・ｎＨ２Ｏ …（１）
〔但し、式中のａ、ｍはそれぞれ１〜２、ｃは１〜７、ｄは０．２〜３、ｅは０．０５〜３、ｎは０〜２である。〕
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法により製造した固体高分子型燃料電池用セパレータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００９−２２４３４７（Ｐ２００９−２２４３４７Ａ）
【公開日】平成２１年１０月１日（２００９．１０．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１６２０８２（Ｐ２００９−１６２０８２）
【出願日】平成２１年７月８日（２００９．７．８）
【分割の表示】特願２００３−４６８４５（Ｐ２００３−４６８４５）の分割
【原出願日】平成１５年２月２５日（２００３．２．２５）
【出願人】（０００００５８３２）パナソニック電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月１日（２００９．１０．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月８日（２００９．７．８）
【分割の表示】特願２００３−４６８４５（Ｐ２００３−４６８４５）の分割
【原出願日】平成１５年２月２５日（２００３．２．２５）
【出願人】（０００００５８３２）パナソニック電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
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