特表 2024-521675 粉状アセチレンブラック材料、その製造方法、並びに組成物、製造物品およびその使用

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-06-04

(54)【発明の名称】粉状アセチレンブラック材料、その製造方法、並びに組成物、製造物品およびその使用

(51)【国際特許分類】

   C09C 1/54 20060101AFI20240528BHJP

   C08L 101/00 20060101ALI20240528BHJP

   C08K 3/04 20060101ALI20240528BHJP

   H01M 4/62 20060101ALI20240528BHJP

   H01M 4/96 20060101ALI20240528BHJP

   H01G 11/32 20130101ALI20240528BHJP

【ＦＩ】

C09C1/54

C08L101/00

C08K3/04

H01M4/62 Z

H01M4/96 B

H01G11/32

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023571456

(86)(22)【出願日】2022-05-17

(85)【翻訳文提出日】2024-01-16

(86)【国際出願番号】 EP2022063297

(87)【国際公開番号】W WO2022243296

(87)【国際公開日】2022-11-24

(31)【優先権主張番号】21174348.9

(32)【優先日】2021-05-18

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】521399892

【氏名又は名称】オリオン エンジニアード カーボンズ アイピー ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング ウント コンパニー コマンディト ゲゼルシャフト

(74)【代理人】

【識別番号】110000109

【氏名又は名称】弁理士法人特許事務所サイクス

(72)【発明者】

【氏名】ベルクシュトレッサー ラルフ

(72)【発明者】

【氏名】クリーシュ ヘルムート

(72)【発明者】

【氏名】ウェイ ウェイ

(72)【発明者】

【氏名】ノゲラ アイノア

(72)【発明者】

【氏名】ローデ ミヒャエル

【テーマコード（参考）】

4J002

4J037

5E078

5H018

5H050

【Ｆターム（参考）】

4J002AA011

4J002AA021

4J002BD141

4J002DA036

4J002FB006

4J002FD016

4J002FD096

4J002FD106

4J002FD116

4J002GH00

4J002GH01

4J002GM00

4J002GM01

4J002GN01

4J002GQ00

4J002GQ02

4J037AA02

4J037DD01

4J037DD05

4J037DD07

4J037EE28

4J037EE29

5E078AA14

5E078AB01

5E078BA53

5H018AA01

5H018EE08

5H018HH00

5H018HH02

5H018HH05

5H050AA12

5H050BA01

5H050BA08

5H050DA10

5H050EA10

5H050FA17

5H050GA05

5H050GA06

5H050GA08

5H050HA01

5H050HA07

5H050HA08

(57)【要約】

（Ａ）初期アセチレンブラックを提供すること、（ｂ）提供された初期アセチレンブラックを高密度化して高密度化アセチレンブラックを形成すること、および（ｃ）高密度化アセチレンブラックを微粉化して粉状アセチレンブラック材料を形成するステップを含む、粉状アセチレンブラック材料を製造するための方法が提供される。この方法によって得られる粉末状のアセチレンブラック材料は、とりわけ、改善された分散性を示し、かつ経時的に改善された安定性を示す分散物をもたらし、エネルギー貯蔵デバイスおよび／または変換デバイスの電極および他の構成要素、プラスチック物品、コーティング、塗料またはインクなどの様々な応用のための組成物において、アセチレンブラック材料を導電剤、帯電防止剤、補強充填剤および／または着色剤として有用なものとする。
【選択図】なし

【特許請求の範囲】

【請求項1】

粉状アセチレンブラック材料の製造方法であって、
初期アセチレンブラックを提供すること、
提供された初期アセチレンブラックを高密度化して、高密度化アセチレンブラックを形成すること、および
高密度化アセチレンブラックを微粉化して、粉状アセチレンブラック材料を形成すること、を含む方法。

【請求項2】

初期アセチレンブラックを高密度化することが、初期アセチレンブラックをペレット化してペレット化アセチレンブラックを形成することを含み、好ましくは初期アセチレンブラックが水などの水性媒体を使用して湿式ペレット化される、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

初期アセチレンブラックを高密度化するステップにおいて、少なくとも１種の添加剤、好ましくは分散剤および／またはポリマーを、液体媒体の存在下および／または乾燥状態で使用することを含み、少なくとも１種の添加剤が、好ましくは、形成された粉状アセチレンブラック材料中に組み込まれる、請求項１または２に記載の方法。

【請求項4】

高密度化ステップが、ピン混合造粒機またはリング層混合造粒機などの撹拌造粒装置を用いて行われる、請求項１～３のいずれか１項に記載の方法。

【請求項5】

高密度化アセチレンブラックが、ＡＳＴＭ Ｄ１５１３－０５に従って測定して、少なくとも１００ｇ／Ｌ、例えば少なくとも１４０ｇ／Ｌまたは少なくとも１６０ｇ／Ｌの嵩密度を有する、請求項１～４のいずれか１項に記載の方法。

【請求項6】

高密度化アセチレンブラックを微粉化するステップが、高密度化アセチレンブラックを、例えばハンマーミル、ジョー破砕機、ローターミル、ボールミル、ナイフミル、モルタルグラインダー、カッティングミル、ディスクミル、ふるいアセンブリ、またはそれらの組み合わせを用いて粉砕するステップを含む、請求項１～５のいずれか１項に記載の方法。

【請求項7】

高密度化ステップの前に初期アセチレンブラックを脱気することをさらに含み、および／または例えば高密度化ステップの後にアセチレンブラックを乾燥することをさらに含み、乾燥後の残留水分量が好ましくは０．５重量％未満である、請求項１～６のいずれか１項に記載の方法。

【請求項8】

請求項１～７のいずれか１項に記載の方法により得られた粉状アセチレンブラック材料。

【請求項9】

ＡＳＴＭ Ｄ１５１３－０５に従って測定された嵩密度が少なくとも６０ｇ／Ｌ、例えば少なくとも８０ｇ／Ｌである、請求項８に記載の粉状アセチレンブラック材料。

【請求項10】

以下のうちの１つ以上または全てを有する、請求項８または９に記載の粉状アセチレンブラック材料：
ＡＳＴＭ Ｄ６５５６－１９ａに従って測定して２０～２００ｍ^２／ｇ、好ましくは４０～１４０ｍ^２／ｇ、より好ましくは６０～１００ｍ^２／ｇのＢＥＴ表面積、
ＡＳＴＭ Ｄ２４１４－１９に従って測定して１００～５００ｍＬ／１００ｇ、好ましくは１５０～４００ｍＬ／１００ｇの吸油量（ＯＡＮ）、
インド標準ＩＳ１２１７８－１９８７、試験方法Ａ－６に従って測定して１５～８０ｍＬ／５ｇ、好ましくは２５～４０ｍＬ／５ｇのアセトン吸収数、
少なくとも９９．０重量％、好ましくは少なくとも９９．５重量％の炭素含量、
０．１重量％未満、好ましくは０．０５重量％未満の硫黄含量、
１，０００ｐｐｍ未満、好ましくは１００ｐｐｍ未満、５０ｐｐｍ未満、２０ｐｐｍ未満または１０ｐｐｍ未満の鉄含量、および／または
ＡＳＴＭ Ｄ１５０６－１５に従って測定して０．１重量％未満の灰分。

【請求項11】

請求項８～１０のいずれか１項に記載の粉状アセチレンブラック材料を含む組成物であって、好ましくは、水性もしくは有機溶媒ベースの担体媒体中またはプラスチックマトリックスなどの担体媒体中の粉状アセチレンブラック材料の分散物を含む、組成物。

【請求項12】

少なくとも１つの電気化学的活性成分をさらに含む、請求項１１に記載の組成物。

【請求項13】

請求項１１または１２に記載の組成物から作製された、エネルギー貯蔵デバイスおよび／または変換デバイスの電極または他の構成要素。

【請求項14】

請求項１１または１２に記載の組成物から作製されたゴム物品またはプラスチック物品。

【請求項15】

請求項８～１０のいずれか１項に記載の粉状アセチレンブラック材料の使用であって、一次電池、二次電池、燃料電池およびコンデンサなどのエネルギー貯蔵デバイスおよび／または変換デバイスの電極および他の構成要素の製造のための、および／またはタイヤ、ワイヤ、ケーブルシース、ベルト、ホース、靴底、ローラー、ヒーターもしくはブラダーなどの熱可塑性もしくは熱硬化性ポリマーもしくはゴムマトリックスで作製されたプラスチック物品の製造のための導電剤、帯電防止剤、熱伝導剤、補強充填剤および／または着色剤としての使用、ならびに／またはコーティング、塗料もしくはインクにおける使用。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、粉状アセチレンブラック材料の製造方法、それによって得ることができる粉状アセチレンブラック材料、およびそれを含む組成物、ならびにそれから作製される物品、ならびに、例えばエネルギー貯蔵デバイスまたは変換デバイスの電極または他の構成要素、ゴム物品またはプラスチック物品の製造のための粉状アセチレンブラック材料の使用および用途に関する。

【背景技術】

【0002】

アセチレンブラックは、特定のタイプのカーボンブラックであり、高温でコロイダルカーボンブラック粒子および水素を形成するアセチレンガスまたはアセチレン含有炭化水素原料の熱分解によって得ることができる。アセチレンブラックは、ファーネスブラックのような他のタイプのカーボンブラックと区別される独特の特性を有する。したがって、洗浄原料を含み、酸化剤を必要としない製造プロセスに起因して、アセチレンブラックは一般に非常に純粋であり、他のタイプのカーボンブラックと比較して比較的高い構造および黒鉛化度を有し、優れた伝導性を有する。これらの特性は、アセチレンブラックを、電気導電剤および／または熱導電剤として特に興味深いものにする。したがって、それは、例えば、電池、燃料電池、コンデンサまたは発熱体の製造において、ならびに帯電防止特性、放熱特性または伝導特性を提供するために広く使用される。加えて、アセチレンブラックは、場合によっては例えば、タイヤ、ブラダー、ケーブル、コンベヤーベルト、ローラー、ホース、床材、もしくは靴、または電子部品、塗料、インクコーティングおよび接着剤などのタイヤおよびその部品などのプラスチック物品またはゴム物品に補強および／または着色を付与するために利用される。

【0003】

アセチレンブラックは、従来、低い嵩密度を有する綿毛状の粉末として得られる。粒子の表面に極性官能基が実質的に存在しないため、アセチレンブラックはさらに一般に非常に疎水性であり、低い吸湿性を示す。しかしながら、アセチレンブラックの低密度の綿毛状形態および疎水性の性質は、アセチレンブラックを他の材料に組み込む際に困難を引き起こす。例えば、アセチレンブラックは多くの場合、例えば、プラスチック物品もしくはゴム物品の製造、または電極、コーティング、塗料もしくはインクの製造などのための水性もしくは溶媒ベース組成物の調製において、プラスチック材料もしくはゴム材料または液体キャリア媒体などの多かれ少なかれ極性の材料中に、微細かつ均一に分散されなければならない。アセチレンブラックの低密度綿毛状形態および疎水性の性質は、カーボンブラック粒子の浮遊、凝集および凝塊を促進し、それによって、カーボンブラック粒子のマトリックスからの偏析を促進し、これは、カーボンブラック粒子をそれぞれのマトリックス中に微細かつ均一に分散させることに逆行し、適切な分散物を得ることは、要求が厳しくかつ手の込んだ作業となる。さらに、アセチレンブラックの分散物は、経時的に安定でない傾向があり、これは、最終生成物の特性に望ましくない変動を生じさせる可能性がある。

【0004】

したがって、向上した分散性を有し、かつ、理想的には目的とする用途に関連するアセチレンブラックの他の特性に悪影響を及ぼすことなく、経時的に安定である適切な分散物を効率的に形成することを可能にし、一方、顧客によく知られている粉末形態を保存し、確立された加工および既存の装置の使用を可能にするアセチレンブラックが継続的に必要とされている。

【0005】

したがって、本発明の目的は、先行技術の上述の欠陥および限定の少なくともいくつかを克服または軽減するアセチレンブラックを提供することである。具体的には、より容易かつ効率的に分散させることができ、長期間にわたって安定である高品質の分散物をもたらす粉状アセチレンブラック材料を提供することが目的であり、可能であれば、アセチレンブラックの他の有益な特性（例えば、その伝導性付与特性）を維持しさらには改善する。さらに、アセチレンブラックは、その実施を容易にするために、従来のアセチレンブラック製造手段に適合する経済的な方法で得ることができるべきである。

【発明の概要】

【0006】

本明細書に記載されるこの目的および追加の利点は、添付の独立請求項１に定義されるような粉状アセチレンブラック材料を製造するための方法を提供することによって、予想外にも達成された。

【0007】

したがって、本発明は、粉状アセチレンブラック材料の製造方法に関するものであり、この方法は下記のことを含む：
初期アセチレンブラックを提供すること、
提供された初期アセチレンブラックを高密度化して、高密度化アセチレンブラックを形成すること、および
高密度化アセチレンブラックを微粉化して、粉状アセチレンブラック材料を形成すること。

【0008】

本発明はまた、上記に開示され、以下により詳細に記載される本発明による方法によって得られる粉状アセチレンブラック材料にも関する。

【0009】

本発明はさらに、そのような粉状アセチレンブラック材料を含む組成物、そのような組成物の調製、およびそれから作製される物品、特に、エネルギー貯蔵デバイスおよび／または変換デバイスの電極または他の構成要素、ならびにゴム物品またはプラスチック物品に関する。

【0010】

さらに、本発明は、例えば一次電池、二次電池、燃料電池およびコンデンサなどのエネルギー貯蔵デバイスおよび／または変換デバイスの電極および他の構成要素の製造のための、および／またはタイヤ、ワイヤ、ケーブルシース、ベルト、ホース、靴底、ローラー、ヒーターもしくはブラダーなどの熱可塑性もしくは熱硬化性ポリマーもしくはゴムマトリックスで作製されたプラスチック物品の製造のための導電剤、帯電防止剤、熱伝導剤、補強充填剤および／または着色剤としての本明細書に開示される粉状アセチレンブラック材料の使用、ならびに／またはコーティング、塗料もしくはインクにおける使用に関する。

【0011】

本明細書に開示される方法に従って得られる粉状アセチレンブラックは、いくつかの利点を提供する。したがって、本発明によるアセチレンブラックは、向上した分散性を示し、長期間にわたって安定な分散物をもたらす。例えば電極ペーストを含む良好な加工性を有する組成物は、本発明によるアセチレンブラックを用いて形成することができる。本発明によるアセチレンブラックは、その高純度および電気伝導性などのアセチレンブラックの有益な特性を維持するかさらには増強し、従来のアセチレンブラック製造手段と適合する経済的な方法で得ることができる。本発明によるアセチレンブラックは、顧客によく知られた粉末形態で提供され、既存の装置を用いて確立された処理に使用することができる。

【0012】

本発明のこれらおよび他の任意の特徴および利点は、以下の説明においてより詳細に説明される。

【発明を実施するための形態】

【0013】

本明細書中で使用される場合、用語「含む」は、非限定的に理解され、記載されていないまたは列挙されていない追加の要素、材料、成分または方法ステップなどの存在を排除しないと理解される。用語「包含する」、「含有する」および同様の用語は、「含む」と同義であると理解される。本明細書中で使用される場合、用語「からなる」は、任意の特定されていない要素、成分または方法ステップなどの存在を除外すると理解される。

【0014】

本明細書で使用されるように、「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」の単数形は文脈が明らかにそわないことを示さない限り、複数の指示対象を包含する。

【0015】

特に断りのない限り、以下の明細書および添付の特許請求の範囲に記載された数値パラメータおよび範囲は概算値である。本発明の広い範囲を示す数値範囲およびパラメータは概算値であるが、具体的な実施例で示された数値は可能な限り正確に報告されている。しかしながら、任意の数値は、それらのそれぞれの測定における標準偏差から必然的に生じる誤差を含む。

【0016】

また、本明細書に列挙される任意の数値範囲は、その中に属するすべてのサブ範囲を包含することが意図されていることを理解されたい。例えば、「１～１０」の範囲は列挙された最小値１と列挙された最大値１０との間およびそれらを包含する任意のすべてのサブ範囲、すなわち、１以上の最小値で始まり１０以下の最大値で終わるすべてのサブ範囲、例えば、１～６．３、または５．５～１０、または２．７～６．１の間のすべてのサブ範囲を包含することが意図される。

【0017】

本明細書で言及される全ての部、量、濃度などは、特に明記しない限り、重量基準である。

【0018】

上述のように、本発明は、粉末アセチレンブラック材料の製造方法に関するものであり、この方法は、初期アセチレンブラックを提供すること、提供された初期アセチレンブラックを高密度化して高密度化アセチレンブラックを形成すること、および高密度化アセチレンブラックを微粉化して粉状アセチレンブラック材料を形成することを含む。

【0019】

本発明の粉状アセチレンブラック材料を製造するための出発材料として利用される初期アセチレンブラックは、任意の適切な方法で提供することができる。アセチレンブラックの製造はそれ自体当技術分野で周知であり、例えばＪ．－Ｂ．ドネット他、「カーボンブラック：サイエンス・アンド・テクノロジー」、第２版に概説されているため、ここではこれ以上詳細には説明しない。したがって、初期アセチレンブラックは例えば特開昭５６－９０８６０号公報または米国特許第２４７５２８２号明細書に記載されているように、アセチレンガスまたはアセチレン含有炭化水素原料などのアセチレンを含む原料から反応器中で製造することができる。アセチレンブラックは、典型的にはアセチレン含有原料の熱分解によって形成される。コロイダルカーボンブラック粒子および水素を形成するアセチレン含有原料の熱分解は、反応器中高温で起こる。アセチレン原料の熱分解のための温度は例えば、少なくとも１，５００℃、例えば２，０００℃であってもよい。

【0020】

このようなアセチレンブラック法によって得られるアセチレンブラックは、オリオン・エンジニアド・カーボンズ、デンカ、ヘキシング・ケミカル工業、またはフィリップス・カーボンブラックなどの多数の製造業者から市販されており、本発明の粉状アセチレンブラック材料を製造するための出発材料として利用することができる。

【0021】

本発明の粉状アセチレンブラック材料を製造するための出発材料として提供される初期アセチレンブラックは、下記に記載の特性の１つ以上または全てを有することができる。

【0022】

したがって、初期アセチレンブラックは、その比表面積によって特徴付けることができる。初期アセチレンブラックは例えば、２０ｍ^２／ｇ以上、例えば３０ｍ^２／ｇ以上、４０ｍ^２／ｇ以上、５０ｍ^２／ｇ以上、または６０ｍ^２／ｇ以上のＢＥＴ表面積を有することができる。初期アセチレンブラックは、２００ｍ^２／ｇ以下、例えば１８０ｍ^２／ｇ以下、１６０ｍ^２／ｇ以下、１４０ｍ^２／ｇ以下、１２０ｍ^２／ｇ以下、または１００ｍ^２／ｇ以下のＢＥＴ表面積を有することができる。初期アセチレンブラックのＢＥＴ表面積は、２０ｍ^２／ｇ～２００ｍ^２／ｇ、４０～１４０ｍ^２／ｇ、または６０～１００ｍ^２／ｇのように、列挙された値のいずれかの間の範囲であり得る。測定されるＢＥＴ表面積は、ＡＳＴＭ Ｄ６５５６－１９ａに従って窒素吸着によって測定することができる。

【0023】

加えて、または代替的に、初期アセチレンブラックは、ＡＳＴＭ Ｄ２４１４－１９に従って測定されるその吸油量（ＯＡＮ）によって特徴付けることができる。初期アセチレンブラックは例えば、５００ｍＬ／１００ｇ以下、例えば４５０ｍＬ／１００ｇ以下、４００ｍＬ／１００ｇ以下、３５０ｍＬ／１００ｇ以下、または３００ｍＬ／１００ｇ以下のＯＡＮを有することができる。初期アセチレンブラックは例えば、５０ｍＬ／１００ｇ以上、例えば１００ｍＬ／１００ｇ以上、１５０ｍＬ／１００ｇ以上、２００ｍＬ／１００ｇ以上、または２５０ｍＬ／１００ｇ以上のＯＡＮを有することができる。初期アセチレンブラックのＯＡＮは、５０ｍＬ／１００ｇ～５００ｍＬ／１００ｇ、１００ｍＬ／１００ｇ～４００ｍＬ／１００ｇ、または１５０ｍＬ／１００ｇ～３００ｍＬ／１００ｇのように、列挙された値のいずれかの間の範囲であり得る。

【0024】

さらに、追加的にまたは代替的に、初期アセチレンブラックは、ＡＳＴＭ Ｄ３４９３－１９ａに従って測定される圧縮試料の吸油量（ＣＯＡＮ）によって特徴付けることができる。初期アセチレンブラックは例えば、３００ｍＬ／１００ｇ以下、例えば２５０ｍＬ／１００ｇ以下、２００ｍＬ／１００ｇ以下、または１５０ｍＬ／１００ｇ以下のＣＯＡＮを有することができる。初期アセチレンブラックは例えば、５０ｍＬ／１００ｇ以上、例えば１００ｍＬ／１００ｇ以上、１２０ｍＬ／１００ｇ以上、または１４０ｍＬ／１００ｇ以上のＣＯＡＮを有することができる。初期アセチレンブラックのＣＯＡＮは、５０ｍＬ／１００ｇ～３００ｍＬ／１００ｇ、または１００ｍＬ／１００ｇ～２００ｍＬ／１００ｇのように、列挙された値のいずれかの間の範囲であり得る。

【0025】

さらに、追加的にまたは代替的に、初期アセチレンブラックは、インド標準ＩＳ１２１７８－１９８７、試験方法Ａ－６に従って測定されるアセトン吸収数によって特徴付けることができる。したがって、初期アセチレンブラックは例えば、５ｍＬ／５ｇ以上、例えば１０ｍＬ／５ｇ以上、１５ｍＬ／５ｇ以上、２５ｍＬ／５ｇ以上、または３０ｍＬ／５ｇ以上のアセトン吸収数を有することができる。初期アセチレンブラックは例えば、１００ｍＬ／５ｇ以下、例えば８０ｍＬ／５ｇ以下、７０ｍＬ／５ｇ以下、６０ｍＬ／５ｇ以下、５０ｍＬ／５ｇ以下、または４０ｍＬ／５ｇ以下のアセトン吸収数を有することができる。初期アセチレンブラックは、５ｍＬ／５ｇ～１００ｍＬ／５ｇ、１５ｍＬ／５ｇ～８０ｍＬ／５ｇ、または２５ｍＬ／５ｇ～４０ｍＬ／５ｇのように、列挙された値のいずれかの間の範囲のアセトン吸収数を有することができる。

【0026】

加えて、または代替的に、初期アセチレンブラックは、その化学組成または純度によって、例えばその炭素含量、硫黄含量、鉄含量および／または灰分によって特徴付けることができる。例えば、初期アセチレンブラックは、初期アセチレンブラックの総重量に基づいて、９０重量％以上、例えば９５重量％以上、または９８重量％以上、好ましくは９９重量％以上、より好ましくは９９．５重量％の炭素含量を有することができる。初期アセチレンブラックの硫黄含量は例えば、初期アセチレンブラックの総重量に基づいて、１重量％以下、例えば０．５重量％以下、または０．２重量％以下、好ましくは０．１重量％以下、より好ましくは０．０５重量％以下であり得る。炭素含量および硫黄含量は、定量的元素分析によって測定することができる。初期アセチレンブラックは、低い金属含量を有し、特に低い鉄含量を有することができる。初期アセチレンブラックの鉄含量は、初期アセチレンブラックの総重量に基づいて、例えば１０００ｐｐｍ以下、例えば、５００ｐｐｍ以下、２００ｐｐｍ以下、１００ｐｐｍ以下、５０ｐｐｍ以下、または２０ｐｐｍ以下、好ましくは１０ｐｐｍ以下、より好ましくは５ｐｐｍ以下であり得る。アセチレンブラックの金属含量または鉄含量は、誘導結合プラズマ発光分光法（ＩＣＰ－ＯＥＳ）によって測定することができる。さらに、初期アセチレンブラックは、アセチレンブラックの総重量に基づいて、１重量％以下、例えば０．５重量％以下、０．２重量％以下、好ましくは０．１重量％以下、より好ましくは０．０５重量％以下の灰分を有することができる。灰分は、ＡＳＴＭ Ｄ１５０６－１５に従って測定することができる。

【0027】

本発明の粉状アセチレンブラック材料を製造するための方法において、出発材料として、個々のアセチレンブラック、または複数（２つ以上）のアセチレンブラックの混合物もしくは組み合わせ、例えば上記の特性を有するものを使用することができる。

【0028】

初期アセチレンブラックは、典型的には綿毛状粉末の形態で提供される。提供されたままの初期アセチレンブラックは例えば、５０ｇ／Ｌ以下、例えば４０ｇ／Ｌ以下、３５ｇ／Ｌ以下、または３０ｇ／Ｌ以下の嵩密度を有し得る。嵩密度は、ＡＳＴＭ Ｄ１５１３－０５に従って測定することができる。

【0029】

上記のように、提供された初期アセチレンブラックは、本発明による方法において高密度化されて、高密度化アセチレンブラックを形成する。高密度化とは、初期アセチレンブラックをより緻密な形態、すなわち、より大きな比重量を有する形態にすることを指す。例えば、綿毛状粉末の形態で最初に提供されたアセチレンブラックは、高密度化されて、それから誘導可能な圧縮された実体、ペレット、顆粒などを形成することができる。高密度化は、粉末材料を高密度化するための当技術分野で公知の任意の方法、例えば、これらに限定されないが、圧縮、圧延、ペレット化、造粒、ブリケット化、またはこれらの組み合わせによって行うことができる。初期アセチレンブラックの高密度化は例えば、流動床噴霧造粒、流動噴霧乾燥、およびピン混合造粒機またはリング層混合造粒機などの撹拌造粒装置を含む従来の技術および装置を用いて実施することができ、それによって、本発明に従っては、リング層混合造粒機が好ましく使用される。本発明の好ましい実施において、高密度化は、初期アセチレンブラックをペレット化して、ペレット化されたアセチレンブラックを形成することを含む。一般に、当技術分野で公知のカーボンブラックをペレット化する任意の方法、例えば、乾燥ペレット化、湿潤ペレット化、またはそれらの組み合わせを利用することができ、湿潤ペレット化が好ましい。初期アセチレンブラックのペレット化は例えば、欧州特許第２９１３３６８号明細書Ｂ１に記載されているように実施することができる。

【0030】

湿潤ペレット化において、ペレット化されるべき初期アセチレンブラックは、湿潤ペレットが形成されるようにペレット化液と接触させられ、その後、乾燥され得る。ペレット化液は、水および／または１種以上の有機溶媒を含むことができる。有利には、ペレット化液は、１５０℃以下のような比較的低い温度で揮発性であり、経済的な方法で湿潤ペレットの乾燥を容易にする。適切な有機溶媒としては、例えば、アルコール、ケトン、アルデヒド、エステル、エーテル、カルボン酸、炭化水素、またはそれらの混合物もしくは組み合わせが挙げられ、アルコール、例えばエタノールまたはイソプロパノールが好ましい。塩酸、硫酸、リン酸またはアルカリ水酸化物などの酸および／または塩基を、ｐＨを調整するためのペレット化液中でさらに使用することができる。初期アセチレンブラックをペレット化して、ペレット化アセチレンブラックを形成することは、特に、水などの水性媒体、またはエタノールおよび／またはイソプロパノールなどのアルコールなどの１つ以上の有機溶媒との水の混合物を使用する湿潤ペレット化プロセスとして実施することができる。本明細書で使用される水性媒体は、液体媒体の総重量に基づいて５０重量％を超える水を含む液体媒体を指す。

【0031】

湿潤ペレット化のために、上記のような水性媒体のようなペレット化液は、アセチレンブラックおよびペレット化液の総重量に基づいて、５０重量％以上、例えば６０重量％以上、７０重量％以上、または７５重量％以上の量で使用することができる。ペレット化液は例えば、アセチレンブラックおよびペレット化液の総重量に基づいて、９５重量％以下、例えば９０重量％以下、８５重量％以下、または８０重量％以下の量で使用することができる。ペレット化液は、アセチレンブラックおよびペレット化液の総重量に基づいて、５０重量％～９５重量％、または７０重量％～９０重量％のように、列挙された値のいずれかの間の量で使用することができる。ペレット化液は、アセチレンブラックを例えばリング層混合造粒機に導入する前または後など、湿潤ペレット化プロセスの異なる段階でアセチレンブラックに添加することができる。

【0032】

（湿式）ペレット化などの高密度化は、周囲温度（２０℃）を超える高温で行うことができる。例えば、（湿式）ペレット化などの高密度化は、３０℃以上、例えば４０℃以上、または５０℃以上の温度で行うことができる。これは、例えば、９０℃以下、例えば８０℃以下、または７０℃以下の温度で実施することができる。（湿式）ペレット化などの高密度化は、３０℃～９０℃、または４０℃～８０℃などの、列挙された温度のいずれかの間の温度範囲で実施することができる。このような高温への加熱は、リング層混合造粒機のような高密度化のために使用される装置において実施される加熱手段によって達成することができる。追加的にまたは代替的に、ペレット化液は、アセチレンブラックと混合する前に加熱することができる。例えば、ペレット化液は、上記のような温度に加熱することができる。

【0033】

本明細書に開示される方法において、初期アセチレンブラックの高密度化は、単一の高密度化ステップまたは複数の高密度化ステップ、例えば２つ以上の高密度化ステップにおいて実施することができる。例えば、初期アセチレンブラックをペレット化することは、２つ以上の湿式ペレット化ステップ、または乾式ペレット化ステップと湿式ペレット化ステップとの組み合わせを含むことができる。これにより、個々のペレット化ステップは上述のように、異なる高密度化ステップにおいて同じまたは異なるプロセスパラメータを適用して実施することができる。

【0034】

初期アセチレンブラックを、例えば、乾式または湿式ペレット化によって高密度化するステップにおいて、場合により１種または２種以上の添加剤を使用することができる。したがって、少なくとも１つの添加剤を、液体媒体の存在下および／または乾燥状態で初期アセチレンブラックを高密度化するステップにおいて使用することができる。湿潤ペレット化の場合、１種以上の添加剤は例えば、ペレット化液と一緒に、例えば混合物として提供することができ、または例えば撹拌造粒装置に導入される前もしくは後に、高密度化処理の前および／または間に、初期アセチレンブラックに別々に添加することができる。追加的にまたは代替的に、１つ以上の添加剤を、微粉化前に、形成された高密度化アセチレンブラックに添加することもできる。適切な添加剤としては、例えば分散剤および／またはポリマーが挙げられる。

【0035】

本明細書で理解される分散剤は、担体媒体中に粉状アセチレンブラックを分散させるのを助ける物質を指す。本明細書で規定される分散剤は、文献では界面活性剤、湿潤剤、サーファクタントなどとも呼ばれることがある。本発明に従って使用することができる分散剤には、イオン性、非イオン性および両性の分散剤を含む、当技術分野で一般的に使用される任意の分散剤が含まれる。適切なイオン性分散剤の非限定的な例としては、例えばアルカリ金属塩やアンモニウム塩の形態の（ポリ）リン酸塩、ケイ酸塩、クエン酸塩、ポリアクリル酸塩およびカルボン酸塩、アルコールリン酸塩のような有機リン酸塩、アルキル硫酸ナトリウムのような有機硫酸塩、アルキルスルホン酸ナトリウム、ホルムアルデヒドナフタレンスルホン酸塩、ジオクチルエステルスルホコハク酸ナトリウムおよびスルホン化リグニンのような有機スルホン酸塩、ならびに塩化トリメチルヘキサデシルアンモニウムなどのアニオン性およびカチオン性分散剤が挙げられる。適切な非イオン性分散剤としては、脂肪酸とアルカノールアミン（モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、モノイソプロパノールアミンなど）との縮合物のようなアルカノールアミドのような有機アミン、ラウリン酸ソルビタンおよびステアリン酸ソルビタンのような有機エステル、ラノリン、エトキシ化オクチルフェノール、ならびにレシチンのようなリン脂質が挙げられる。好適な非イオン性分散剤としては、ポリビニルピロリドン、ポリエステル、グリコール（ポリエチレングリコール（ＰＥＯ）、ポリプロピレングリコール（ＰＰＯ）、およびＰＥＯおよびＰＰＯと例えばアルカノールおよびステアリン酸ソルビタンとの反応生成物などの誘導体を含む）などのポリエーテルなどのポリマー、ならびにポリエチレングリコール／ポリプロピレングリコールコポリマーなどのコポリマーも挙げられる。

【0036】

本発明の実施の範囲内で添加剤として使用され得るポリマーは特に限定されず、上述のポリマー分散剤の他に、当該技術分野で使用される全ての種類のポリマー材料を含む。非限定的な例としては、ポリマーバインダー、例えば、カルナウバワックスおよびビーワックスなどのワックス、コロホニウム樹脂、アガロースおよび糖蜜などの糖、スルホン酸リグニン、カルボキシメチルセルロースナトリウムなどのセルロース、ならびにデンプンが挙げられる。さらなる例としては、ポリエステル、アクリル酸、エポキシ、メラミンホルムアルデヒド樹脂、フェノール樹脂、ポリウレタン、ポリアミド、およびビニルエステルなどの合成ポリマーおよび樹脂が挙げられる。

【0037】

任意の添加剤（複数可）は、使用される場合、任意の適切な量で使用され得る。典型的には、１種以上の添加剤は、アセチレンブラックおよび添加剤の総重量に基づいて、３０重量％以下、例えば２０重量％以下、または１０重量％以下の総量で使用される。１種以上の添加剤は例えば、アセチレンブラックおよび添加剤の総重量に基づいて、０．１重量％以上、例えば０．５重量％以上、１重量％以上、または２重量％以上の総量で使用することができる。添加剤（複数可）は、もしあれば、アセチレンブラックおよび添加剤の総重量に基づいて、０．１重量％～３０重量％、または１重量％～１０重量％のように、列挙された値のいずれかの間の総量で使用することができる。１種以上の添加剤は、使用される場合、好ましくは、形成された粉末状のアセチレンブラック材料に組み込まれる。

【0038】

本発明の方法は、高密度化ステップの前および／または最中に、初期アセチレンブラックを脱気することを任意に含んでもよい。脱気により、例えばアセチレンブラック粒子間の、高密度化される材料中に存在し得る空気を除去することができる。脱気は、当技術分野で公知の粉末の脱気のための任意の方法によって行うことができる。典型的には、真空を適用することを含む。

【0039】

本発明による方法は場合により、例えば高密度化ステップ後および／または微粉化ステップ後に、アセチレンブラックを乾燥させることをさらに含むことができる。乾燥は特に、例えば湿潤ペレット化ステップにおいてアセチレンブラックを湿潤媒体と接触させ、続いてアセチレンブラックからペレット化液などの湿潤媒体の残留物を除去する場合に、有用であり得る。乾燥は当該技術分野で一般的に使用される乾燥手段、例えば、加熱および／または減圧を適用することによって行うことができる。乾燥は、水および／または有機溶媒などの除去されるべき湿潤媒体が著しい蒸気圧を有する温度に、乾燥されるべきアセチレンブラックを曝露することを含むことができる。例えば、乾燥させるアセチレンブラックは、３０℃以上、例えば５０℃以上、７５℃以上、１００℃以上、または１５０℃以上の温度に加熱されることができる。乾燥は、ワンポットプロセッサーまたは流動噴霧造粒装置などの高密度化にも利用される装置内または装置によって達成することができる。乾燥は、回転式乾燥機またはオーブンなどの別個の装置中で実施することもできる。乾燥は、空気中などの制御された雰囲気下、不活性ガス雰囲気下、または真空下で実施することができる。例えば、アセチレンブラックは、乾燥後のアセチレンブラック、例えば高密度化アセチレンブラックの残留水分量がアセチレンブラックの総重量に基づいて、１重量％未満、例えば０．５重量％未満、０．１重量％未満、または０．０５重量％未満であるように、乾燥することができる。水分量は、ＡＳＴＭ Ｄ１５０９－９５に従って測定することができる。

【0040】

提供された初期アセチレンブラックを高密度化することによって、高密度化アセチレンブラックが形成され、これは、場合により、上記のように乾燥され得る。したがって、高密度化アセチレンブラックは、初期のアセチレンブラックと比較して、より緻密な形態を有する。例えば、高密度化アセチレンブラックは、ペレットまたは顆粒などの圧縮された実体の形態を有することができる。高密度化アセチレンブラックは例えば、少なくとも１００ｇ／Ｌ、少なくとも１２０ｇ／Ｌ、少なくとも１４０ｇ／Ｌ、少なくとも１６０ｇ／Ｌ、または少なくとも１８０ｇ／Ｌの嵩密度を有することができる。高密度化され場合により乾燥されたアセチレンブラックは例えば、２６０ｇ／Ｌ以下、２４０ｇ／Ｌ以下、２２０ｇ／Ｌ以下、または２００ｇ／Ｌ以下の嵩密度を有することができる。高密度化され場合により乾燥されたアセチレンブラックの嵩密度は、１００ｇ／Ｌ～２６０ｇ／Ｌ、１２０ｇ／Ｌ～２２０ｇ／Ｌ、または１４０ｇ／Ｌ～２００ｇ／Ｌのように、列挙された値のいずれかの間の範囲であり得る。嵩密度は、ＡＳＴＭ Ｄ１５１３－０５に従って測定することができる。

【0041】

得られた高密度化され場合により乾燥されたアセチレンブラックは一般に、粒径分布を有する。粒径分布は、広範囲に変化し得る。粒径分布は、ＩＳＯ１３３２２－２に基づいて、ドイツ、ハンナのマイクロトラック・レッシュ社製のＣＡＭＳＩＺＥＲ Ｘ２粒子分析器を使用して、動的画像分析によって測定することができる。典型的には、８５重量％超、例えば９０重量％以上、または９５重量％以上の高密度化され場合により乾燥されたアセチレンブラックは０．１ｍｍ～２ｍｍの範囲の粒径を有する。高密度化され場合により乾燥されたアセチレンブラックは、０．２ｍｍ以上、例えば０．４ｍｍ以上、０．６ｍｍ以上、０．８ｍｍ以上、または１．０ｍｍ以上のメジアン粒径Ｄ_ｖ５０を有し得る。高密度化され場合により乾燥されたアセチレンブラックは、２．０ｍｍ以下、例えば１．８ｍｍ以下、１．５ｍｍ以下、または１．２ｍｍ以下のメジアン粒径Ｄ_ｖ５０を有し得る。高密度化され場合により乾燥されたアセチレンブラックのメジアン粒径Ｄ_ｖ５０は、０．２ｍｍ～２．０ｍｍの範囲、０．４ｍｍ～１．８ｍｍの範囲、または０．６ｍｍ～１．５ｍｍの範囲のように、列挙された数値のいずれかの間の範囲であり得る。

【0042】

高密度化され任意に乾燥されたアセチレンブラックは、アセチレンブラックの総重量に基づいて、１５重量％以下、例えば、１０重量％以下、８重量％以下、５重量％以下、３重量％以下、または１重量％以下の、ＡＳＴＭ Ｄ１５０８－１２（２０１７）による微粉含量を有することができる。場合により、本発明による方法は、高密度化され場合により乾燥されたアセチレンブラックから、微粉などの選択されたサイズの粒子を除去するステップを含むことができる。そのような除去は、適切なメッシュサイズを有する１つまたは複数のスクリーンを通過させることなどによって、当技術分野で公知の任意の方法によって達成することができる。

【0043】

高密度化され場合により乾燥されたアセチレンブラックは、特にペレットの形態であってよい。ペレットは、２０ｇ以下、例えば１５ｇ以下、１０ｇ以下、または８ｇ以下の平均ペレット破砕強度を有することができる。ペレットは、１ｇ以上、例えば２ｇ以上、３ｇ以上、４ｇ以上、または５ｇ以上の平均ペレット破砕強度を有することができる。平均ペレット破砕強度は、１ｇ～２０ｇ、または２ｇ～１０ｇのように、列挙された値のいずれかの間の範囲であり得る。平均ペレット破砕強度は、ＡＳＴＭ Ｄ５２３０－００によって測定することができる。

【0044】

本明細書に開示される方法はさらに、上記の通りであり得る、高密度化され場合により乾燥されたアセチレンブラックを微粉化して、本発明による粉状アセチレンブラック材料を形成することを含む。高密度化アセチレンブラックの微粉化は、ペレット、顆粒または固体塊などの緻密な固体実体から粉末を形成するための当技術分野で公知の任意の手段、粉砕、破砕、磨砕またはそれらの組合せなど、によって実施することができる。微粉化、例えば高密度化され場合により乾燥されたアセチレンブラックを粉砕することは、例えば、ハンマーミル、ジョー破砕機、ローターミル、ボールミル、ナイフミル、モルタルグラインダー、カッティングミル、ディスクミル、クロスビーターミル、ふるいアセンブリ、またはこれらの組み合わせを用いて行うことができる。本発明による微粉化は、１ステップまたは多段ステップ、例えば、２、３またはそれ以上のステップで実施することができ、ここで、同じまたは異なる微粉化手段を異なる微粉化ステップで適用することができる。高密度化され場合により乾燥されたアセチレンブラックは、典型的には流動性のある均質な粉末が形成されるまで、粉砕されるか、または他の方法で微粉化される。

【0045】

このようにして得られる本発明による粉状アセチレンブラック材料は、その凝集体粒度分布を特徴とすることができる。凝集体粒度分布は、ＩＳＯ１５８２５：２００４に従ってディスク遠心光沈降計を使用して測定することができる。例えば、本発明に係る粉状アセチレンブラックは、Ｄ_ｖ５０が５０ｎｍ以上、例えば７５ｎｍ以上、１００ｎｍ以上、２００ｎｍ以上、または３００ｎｍ以上の凝集体粒度分布を有することができる。本発明に係る粉状アセチレンブラックは、Ｄ_ｖ５０が１０００ｎｍ以下、例えば７５０ｎｍ以下、５００ｎｍ以下、または４００ｎｍ以下の凝集体粒度分布を有することができる。本発明に係る粉状アセチレンブラックは、５０ｎｍ～１０００ｎｍ、１００ｎｍ～５００ｎｍ、または２００ｎｍ～４００ｎｍのように、列挙された値のいずれかの間のＤ_ｖ５０を有する凝集体粒度分布を有することができる。

【0046】

本発明の粉状アセチレンブラック材料の粒子は、不規則または非球状の形状を有することができる。形状は例えば、最小フェレット径と最大フェレット径との比として定義されるアスペクト比によって特徴付けることができる。本発明の粉状アセチレンブラックの粒子は例えば、０．８未満、例えば０．６未満、０．５未満、または０．３未満のアスペクト比を有することができる。アスペクト比は、電子顕微鏡画像から少なくとも５０個の粒子にわたって平均化して決定することができる。

【0047】

本発明による方法に従って調製された粉状アセチレンブラック材料は、典型的には、その製造の基となる初期アセチレンブラックよりも高密度である。本発明の粉状アセチレンブラック材料は例えば、少なくとも６０ｇ／Ｌ、少なくとも７０ｇ／Ｌ、少なくとも８０ｇ／Ｌ、少なくとも９０ｇ／Ｌ、または少なくとも１００ｇ／Ｌの嵩密度を有することができる。本発明の粉状アセチレンブラック材料は例えば、１６０ｇ／Ｌ以下、例えば１４０ｇ／Ｌ以下、または１２０ｇ／Ｌ以下の嵩密度を有することができる。粉状アセチレンブラック材料の嵩密度は、６０ｇ／Ｌ～１６０ｇ／Ｌ、７０ｇ／Ｌ～１４０ｇ／Ｌ、または８０ｇ／Ｌ～１２０ｇ／Ｌのように、列挙された値のいずれかの間の範囲であり得る。嵩密度は、ＡＳＴＭ Ｄ１５１３－０５に従って測定することができる。いかなる理論にも拘束されることを望むものではないが、本発明による方法によって得られる比較的高密度の粉状アセチレンブラック材料は、場合により粒子の不規則または非球状形状と組み合わせて、粉状アセチレンブラック材料の分散性を促進し、長期間にわたって安定で粘度の低下および／または電気伝導性の向上などの好ましい加工および／または適用特性を有する分散体の形成を促進し得ると考えられる。

【0048】

したがって、本発明による方法は、出発材料として使用される初期アセチレンブラックと比較して、分散性および加工性の点などで改善された特性を有する粉状アセチレンブラック材料を得ることができ、一方、他の特性は実質的に変化しないままであり得る。したがって、本発明による粉状アセチレンブラック材料は例えば、初期アセチレンブラックに対応するかまたはそれに匹敵する比表面積、ＯＡＮ、ＣＯＡＮ、アセトン吸収数、灰分および／または化学組成を有することができる。例えば、本発明による粉状アセチレンブラック材料は、その調製のための出発材料として使用される初期アセチレンブラックのそれぞれの特性の±３０％、例えば±２０％または±１０％以内である比表面積、ＯＡＮ、ＣＯＡＮ、アセトン吸収数、灰分、金属含量または鉄含量、炭素含量、および／または硫黄含量を有することができる。

【0049】

したがって、本発明の粉状アセチレンブラック材料は、以下に記載される特性の１つ以上または全てを有することができる。

【0050】

本発明の粉状アセチレンブラック材料は、その比表面積によって特徴付けることができる。粉状アセチレンブラック材料は例えば、２０ｍ^２／ｇ以上、例えば３０ｍ^２／ｇ以上、４０ｍ^２／ｇ以上、５０ｍ^２／ｇ以上、または６０ｍ^２／ｇ以上のＢＥＴ表面積を有することができる。粉状アセチレンブラック材料は、２００ｍ^２／ｇ以下、例えば１８０ｍ^２／ｇ以下、１６０ｍ^２／ｇ以下、１４０ｍ^２／ｇ以下、１２０ｍ^２／ｇ以下、または１００ｍ^２／ｇ以下のＢＥＴ表面積を有することができる。粉末状のアセチレンブラック材料のＢＥＴ表面積は、２０ｍ^２／ｇから２００ｍ^２／ｇ、４０ｍ^２／ｇから１４０ｍ^２／ｇ、または６０ｍ^２／ｇから１００ｍ^２／ｇのように、列挙された値のいずれかの間の範囲とすることができる。測定されるＢＥＴ表面積は、ＡＳＴＭ Ｄ６５５６－１９ａに従って窒素吸着によって測定することができる。

【0051】

加えて、または代替的に、粉状アセチレンブラック材料は、ＡＳＴＭ Ｄ２４１４－１９に従って測定されるその吸油量（ＯＡＮ）によって特徴付けることができる。粉状アセチレンブラック材料は例えば、５００ｍＬ／１００ｇ以下、例えば４５０ｍＬ／１００ｇ以下、４００ｍＬ／１００ｇ以下、３５０ｍＬ／１００ｇ以下、または３００ｍＬ／１００ｇ以下のＯＡＮを有することができる。粉状アセチレンブラック材料は例えば、５０ｍＬ／１００ｇ以上、例えば１００ｍＬ／１００ｇ以上、１５０ｍＬ／１００ｇ以上、２００ｍＬ／１００ｇ以上、または２５０ｍＬ／１００ｇ以上のＯＡＮを有することができる。粉状アセチレンブラック材料のＯＡＮは、５０ｍＬ／１００ｇ～５００ｍＬ／１００ｇ、１００ｍＬ／１００ｇ～４００ｍＬ／１００ｇ、または１５０ｍＬ／１００ｇ～３００ｍＬ／１００ｇのような、列挙された値のいずれかの間の範囲であり得る。

【0052】

さらに、それに加えて、またはそれに代えて、粉状アセチレンブラック材料は、ＡＳＴＭ Ｄ３４９３－１９ａに従って測定される圧縮試料の吸油量（ＣＯＡＮ）によって特徴付けることができる。粉状アセチレンブラック材料は例えば、３００ｍＬ／１００ｇ以下、例えば２５０ｍＬ／１００ｇ以下、２００ｍＬ／１００ｇ以下、または１５０ｍＬ／１００ｇ以下のＣＯＡＮを有することができる。粉状アセチレンブラック材料は例えば、５０ｍＬ／１００ｇ以上、例えば１００ｍＬ／１００ｇ以上、１２０ｍＬ／１００ｇ以上、または１４０ｍＬ／１００ｇ以上のＣＯＡＮを有することができる。粉状アセチレンブラック材料のＣＯＡＮは、５０ｍＬ／１００ｇ～３００ｍＬ／１００ｇ、または１００ｍＬ／１００ｇ～２００ｍＬ／１００ｇのように、列挙された値のいずれかの間の範囲であり得る。

【0053】

さらに、追加的にまたは代替的に、粉状アセチレンブラック材料は、インド標準ＩＳ１２１７８－１９８７、試験方法Ａ－６に従って測定されるアセトン吸収数によって特徴付けることができる。したがって、粉状アセチレンブラック材料は例えば、５ｍＬ／５ｇ以上、例えば１０ｍＬ／５ｇ以上、１５ｍＬ／５ｇ以上、２５ｍＬ／５ｇ以上、または３０ｍＬ／５ｇ以上のアセトン吸収数を有することができる。粉状アセチレンブラック材料は例えば、１００ｍＬ／５ｇ以下、例えば８０ｍＬ／５ｇ以下、７０ｍＬ／５ｇ以下、６０ｍＬ／５ｇ以下、５０ｍＬ／５ｇ以下、または４０ｍＬ／５ｇ以下のアセトン吸収数を有することができる。粉状アセチレンブラック材料は、５ｍＬ／５ｇ～１００ｍＬ／５ｇ、１５ｍＬ／５ｇ～８０ｍＬ／５ｇ、または２５ｍＬ／５ｇ～４０ｍＬ／５ｇのように、列挙された値のいずれかの間の範囲のアセトン吸収数を有することができる。

【0054】

加えて、または代替的に、粉状アセチレンブラック材料は、その化学組成または純度によって、例えばその炭素含量、硫黄含量、鉄含量および／または灰分によって特徴付けることができる。例えば、粉状アセチレンブラック材料は、粉状アセチレンブラック材料の総重量に基づいて、９０重量％以上、例えば９５重量％以上、９８重量％以上、好ましくは９９重量％以上、より好ましくは９９．５重量％以上の炭素含量を有することができる。粉状アセチレンブラック材料の硫黄含量は例えば、粉状アセチレンブラック材料の総重量に基づいて、１重量％以下、例えば０．５重量％以下、０．２重量％以下、好ましくは０．１重量％以下、より好ましくは０．０５重量％以下であり得る。炭素含量および硫黄含量は、定量的元素分析によって測定することができる。粉状アセチレンブラック材料は、低い金属含量を有し、特に低い鉄含量を有することができる。粉状アセチレンブラック材料の鉄含量は、粉状アセチレンブラック材料の総重量に基づいて、例えば１０００ｐｐｍ以下、例えば５００ｐｐｍ以下、２００ｐｐｍ以下、１００ｐｐｍ以下、５０ｐｐｍ以下、または２０ｐｐｍ以下、好ましくは１０ｐｐｍ以下、より好ましくは５ｐｐｍ以下であり得る。粉状アセチレンブラック材料の金属含量または鉄含量は、誘導結合プラズマ発光分光法（ＩＣＰ－ＯＥＳ）によって測定することができる。さらに、粉状アセチレンブラック材料は、粉状アセチレンブラック材料の総重量に基づいて、１重量％以下、例えば０．５重量％以下、０．２重量％以下、好ましくは０．１重量％以下、より好ましくは０．０５重量％以下の灰分を有することができる。灰分は、ＡＳＴＭ Ｄ１５０６－１５に従って測定することができる。

【0055】

したがって、本発明による方法は、従来のアセチレンカーボンブラックグレードの特定の特性を保持しながら、反応器中でアセチレン含有原料からアセチレンブラックの実際の製造から分離された独特の特性を有する粉状アセチレンブラック材料を調製することを可能にし、本発明の粉状アセチレンブラック材料によるこれらのグレードの置換をより顧客に受け入れやすくする。

【0056】

粉状アセチレンブラック材は、一般的な粉末加工手段を用いて有利に加工することができ、配合物に容易に使用することができる。したがって、本発明は、上記の粉状アセチレンブラック材料を含む組成物にも関する。このような組成物は、典型的には担体媒体中の粉状アセチレンブラックの分散物を含む。上述のように、本発明による粉状アセチレンブラックの利点は、担体媒体中でのその良好な分散性、顕著な安定性、ならびに得られる分散体の良好な加工性および応用性にある。適切な担体媒体としては、水性または有機溶媒系の担体媒体またはプラスチックマトリックスが挙げられる。

【0057】

本明細書で使用するとき、水性キャリア媒体は、キャリア媒体の総重量に基づいて、５０重量％超、例えば７０重量％以上、８０重量％以上、９０重量％以上、または１００重量％までの水を含むキャリア媒体を指す。有機溶媒系キャリア媒体は、キャリア媒体の総重量に基づいて、５０重量％超、例えば７０重量％以上、８０重量％以上、９０重量％以上、または１００重量％までの有機溶媒を含むキャリア媒体を指す。使用されるキャリア媒体の種類はそれぞれの用途の種類に依存し、広範囲に変化し得る。担体媒体は、水および／または１種以上の有機溶媒を含んでもよい。使用され得る有機溶媒としては例えば、アルコール、ケトン、アルデヒド、アミン、エステル、エーテル、カルボン酸、炭化水素、またはこれらの混合物もしくは組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。

【0058】

同様に、全てのタイプのポリマーまたは樹脂材料を、意図する用途に応じて、本発明による組成物中のプラスチックマトリックスとして使用することができる。本発明において使用可能な有用な樹脂およびポリマーの非限定的な例としては、ポリプロピレン、ポリエチレン、エチレン－酢酸ビニルコポリマー、エチレン－ビニルアルコール樹脂、環状オレフィンコポリマーなどのオレフィンポリマー、天然ゴム、スチレンブタジエンゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、ブチルゴム、アクリルゴム、エチレンプロピレンゴム、エチレンプロピレンターポリマー、エチレン－α－オレフィンコポリマーゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、クロロプレンゴム、ヒドリンゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴムなどのゴム類、ポリ塩化ビニル、エチレン－塩化ビニルコポリマーなどの塩化ビニル系ポリマー、ポリスチレン、スチレン－アクリロニトリルコポリマー、アクリロニトリル－ブタジエン－スチレンコポリマーなどのスチレン系ポリマー、ポリメチルメタクリレートなどのアクリルポリマー、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリアミド、ポリアセタール、ポリカーボネートなどのポリエステル、ポリフェニレンエーテル、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデンなどのフッ素樹脂、ポリフェニリンスルフィド、液晶ポリマー、熱可塑性ポリアミド、ケトン型樹脂、スルホン樹脂、フェニル樹脂、ウレア樹脂、メラミン樹脂、アルキド樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ポリビニルエステル、ポリイミド、フラン樹脂、キニン樹脂、ならびにこれらの混合物、ブレンド物および組み合わせが挙げられる。

【0059】

適用のタイプに応じて、本発明による組成物を配合する際にさらなる成分を使用することができる。当業者は、組成物の所望の特性および／または用途に従って、このような任意のさらなる成分およびそれらのそれぞれの量を選択するであろう。このようなさらなる成分の例としては、例えば、油およびワックス、加工助剤、レオロジー調整剤、ｐＨ調整剤、充填剤、顔料、染料、カップリング剤、触媒、促進剤、加硫剤、活性剤、硫黄硬化剤、分解防止剤、酸化防止剤、安定剤、殺生物剤、および可塑剤が挙げられる。以下により詳細に記載されるように、本発明による組成物は例えば、電池用途のような電気化学的用途に有用である。したがって、これらの用途のために、それらは、１つ以上の電気化学的に活性な成分をさらに含み得る。電気化学的に活性な成分は例えば、一般的なアノード材料またはカソード材料であり得る。

【0060】

本発明による組成物は、本明細書に開示されるような粉状アセチレンブラック材料を、キャリア媒体、例えば、上述のような水性もしくは有機溶媒系キャリア媒体またはプラスチック材料中に分散させることを含む方法によって調製することができる。任意のさらなる成分、例えば上記のようなものは、もしあれば、粉状アセチレンブラック材料と共にまたはそれとは別に、添加することができる。得られた混合物は、場合により乾燥および／または硬化されてもよい。

【0061】

本発明による粉状アセチレンブラック材料は、一般的な混合装置およびブレンド装置、例えば、ブレンダー、ミキサー、ニーダー、単軸または二軸押出機を使用して、上記のような水性または有機溶媒ベースの担体媒体またはプラスチック材料などの担体媒体中に配合および分散させることができる。粉状アセチレンブラック材料が使用される量は、組成物のタイプおよび意図される用途に大きく依存し、従来のアセチレンブラックと同様の配合物に基づいて、それぞれの必要性に従って当業者によって選択される。

【0062】

理解されるように、本発明による組成物は、特に、アセチレンブラックが電気伝導性および／または熱伝導性などのその特性について一般に高く評価され、良好な分散性、および良好な加工特性を有する安定な分散物の形成が所望されるかまたは有益である、様々な技術的用途に利用することができる。

【0063】

本発明の粉状アセチレンブラック材料は例えば、それを含有する組成物およびそれから製造される物品に電気伝導性を付与することができる。したがって、本発明の粉状アセチレンカーボンブラック材料は例えば、一次電池、二次電池、燃料電池またはキャパシタを含む電池用途に特に有用である。したがって、本発明はまた、本明細書に開示される粉状アセチレンブラック材料を含む組成物から作製されるエネルギー貯蔵デバイスおよび／または変換デバイスの電極または他の構成要素を対象とする。

【0064】

さらに、粉末状のアセチレンブラック材料は、例えばプラスチック材料および物品において、帯電防止剤として、または導電剤として使用することもできる。さらに、本発明の粉状アセチレンブラック材料は、タイヤ製造用のブラダーなどのポリマー化合物およびゴム化合物に電気伝導性および／または熱伝導性を付与するために使用することができる。したがって、本発明はまた、本明細書に開示される粉状アセチレンブラック材料を含む組成物から作製されるゴム物品またはプラスチック物品を提供する。

【0065】

したがって、本発明の粉状アセチレンブラックは例えば、一次電池、二次電池、燃料電池およびコンデンサなどのエネルギー貯蔵デバイスおよび／または変換デバイスの電極および他の構成要素の製造のための、および／またはタイヤ、ワイヤ、ケーブルシース、ベルト、ホース、靴底、ローラー、ヒーターもしくはブラダーなどの熱可塑性もしくは熱硬化性ポリマーもしくはゴムマトリックスで作製されたプラスチック物品の製造のための導電剤、帯電防止剤、熱伝導剤、補強充填剤および／または着色剤として有利に使用することができ、ならびに／またはコーティング、塗料もしくはインクにおいて有利に使用することができる。

【0066】

以上、本発明を一般的に説明したが、以下の具体例を参照することにより、更なる理解を得ることができる。これらの実施例は単に説明の目的で本明細書に提供され、本発明を限定することを意図するものではなく、本発明はむしろ、その任意の等価物を含む添付の特許請求の範囲の全範囲を与えられるべきである。

【実施例】

【0067】

実施例全体を通して示される全ての部およびパーセンテージは特に明記しない限り、重量に基づく。

【0068】

アセチレンブラックの特徴付けのための適用された方法
ＢＥＴ比表面積は、ＡＳＴＭ Ｄ６５５６－１９ａに従って窒素吸着によって測定した。

【0069】

吸油量（ＯＡＮ）は、ＡＳＴＭ Ｄ２４１４－１９に従って測定した。

【0070】

圧縮試料の吸油量（ＣＯＡＮ）は、ＡＳＴＭ Ｄ３４９３－１９に従って測定した。

【0071】

炭素含量および硫黄含量は、ＤＩＮ５１７３２－２０１４－０７に従って、自動元素分析器（エレメンター・アナリシスシステム社製のｖａｒｉｏ ＥＬ ｃｕｂｅ元素分析機）を使用する定量的元素分析によって測定した。

【0072】

鉄含量を含む総金属含量は、米国マソン州テレダイン・リーマン・ラボ社製のＰｒｏｄｉｇｙ７装置を用いてＩＣＰ－ＯＥＳにより測定した。

【0073】

灰分は、ＡＳＴＭ Ｄ１５０６－１５に従って測定した。

【0074】

水分量は、ＡＳＴＭ Ｄ１５０９－９５に従って測定した。

【0075】

嵩密度は、ＡＳＴＭ Ｄ１５１３－０５に従って測定した。

【0076】

アセチレンブラック材料
以下の表１に記載の特性を有するオリオン・エンジニアド・カーボン社から市販されているアセチレンブラック（本明細書ではアセチレンブラックＡと呼ぶ）を、以下に記載の高密度化または粉状アセチレンブラック材料を調製するための出発材料として使用し、参照材料として使用した。

【0077】

【表1】

【0078】

ペレット化されたアセチレンブラック材料（アセチレンブラックＢ）の調製
カーボンブラック出発材料を、ピンを有する回転ミキサーシャフトを備えたアミクソン社（パーダーボルン、ドイツ）から入手可能な加熱リング層混合造粒機ＲＭＧ３００を用いてペレット化した。出発材料は、重量供給装置によって７０～７５ｋｇ／ｈの速度で連続的に造粒機に供給された。７０℃以下の脱塩水を１８０Ｌ／ｈの速度で加圧噴霧ノズルから連続的に注入した。造粒機の回転混合軸を３５０ｒｐｍの速度で回転させ、ＲＭＧ３００の温度を３２℃超７５℃未満に設定した。

【0079】

次に、得られたペレット材料を、燃焼室温度が＞５５０℃であり、乾燥機の出口におけるカーボンブラック台温度が１５０℃未満である天然ガス焼成回転乾燥機中で乾燥させた。

【0080】

こうして得られた乾燥ペレット化アセチレンブラック材料（アセチレンブラックＢと称する）の選択された特性を、以下の表２にまとめる。

【0081】

ペレット化されたアセチレンブラック（アセチレンブラックＢ）からの本発明による粉状アセチレンブラック材料（アセチレンブラックＣ）の調製
ペレット化されたアセチレンブラックＢを粉砕して、本発明による粉状アセチレンブラック（アセチレンブラックＣと称する）を製造した。粉砕は、フリッチュ社（イダー・オーバーシュタイン、ドイツ）製の「Ｐｕｌｖｅｒｉｓｅｔｔｅ１」型のクロスビータミルにおいて、２８５０ｒｐｍおよび０．２５ｍｍのステンレス鋼スクリーンサイズを適用して実施した。

【0082】

このようにして得られた微粉化されたアセチレンブラック材料（アセチレンブラックＣと称する）の選択された特性も、以下の表２にまとめてある。

【0083】

【表2】

【0084】

表２から、表１と比較して、アセチレンブラック出発材料の特性は本発明の調製方法によってほとんど保持され得るが、一方、アセチレンブラック出発材料と比較してより高い密度の粉状アセチレンブラック材料が得られることが分かる。

【0085】

アセチレンブラックＡ～Ｃを用いた電極配合物の調製
３．５ｇのＳｏｌｅｆ５１３０（ソルベイ社製）ＰＶＤＦポリマー、９３ｇのリチウム－ニッケル－マンガン－コバルト－酸化物ＮＭＣ５３２（ＢＡＳＦ）を添加することにより、乾燥プレミックスを調製した。３．５ｇのそれぞれのアセチレンブラック材料（アセチレンブラックＡ、Ｂ、またはＣ、以下の表３を参照されたい）を、ドイツ、ラチンゲンのビューラー・テクノロジーズ社製のＦＭＰＥ ＨＭ２Ｐ－０３型のダブルプラネタリーミキサーの混合容器に入れた。組成物を、室温で２０ｒｐｍの速度で、ダブルプラネタリーミキサー中で４分間混合した。

【0086】

次に、プレミックスを２段階手順で有機溶媒中に分散させた。最初に、４０ｇのＮ－メチル－２－ピロリドン（ＮＭＰ、ＶＷＲケミカル社によって提供される分析純度≧９９．５％）を１００ｇのそれぞれのプレミックスに添加し、次いで、ダブルプラネタリーミキサー中にて４０ｒｐｍで１０分間混合し、続いて６０ｒｐｍで２０分間混合した。続いて、追加の５ｇのＮＭＰを混合物に添加し、組成物をダブルプラネタリーミキサー中にて６０ｒｐｍでさらに２０分間混合し、電極ペーストを得た。

【0087】

アントンパール社（オストフィルデルン・シャルンハウゼン、ドイツ）のレオメーターＭＣＲ３０２を用いて、得られた電極ペーストの粘度を評価した。２０℃で０～５００ｓ^－１の剪断速度で粘性を測定し、プレート間隙は０．５ｍｍであった。２００秒^－１の剪断速度での粘性を下記の表３に報告する。

【0088】

電極膜の作製および電気抵抗率の測定
調製した電極ペーストの（ａ）調製直後のもの、（ｂ）３時間放置したもの、および（ｃ）２４時間放置したものから電極フィルムを調製した。カソードフィルムを以下の手順に従って調製した。厚さ２０μｍのアルミニウム箔をコーター（ＴＱＣシーン社製のＫ制御コーター）上に適用した。次いで、気泡を含まないそれぞれの電極ペーストをアルミニウム箔上に塗布し、ドクターブレードを使用して層の厚さを調整した。コーティングされた電極を、真空オーブン中、１００℃で３時間乾燥させた。得られた電極層の膜厚は５０μｍであった。Ａｌ箔上の乾燥コーティングから打ち抜かれたコインセルサンプルを用いて、得られたコーティングされた電極の電気抵抗を日置電機社製のＲＭ３５４３抵抗ＨｉＴＥＳＴＥＲで測定した。伝導率の平均値を、同じコーティングから直径１．４ｍｍの６枚のコインから計算し、以下の表３に報告した。

【0089】

【表3】

【0090】

表３から分かるように、本発明によるアセチレンブラック材料を用いて形成されたペースト（実施例３）は市販の基準材料を含有するペースト（比較例１）またはペレット化されたアセチレンブラックに由来するペースト（比較例２）と比較して、粘度の低下を示し、これは、電極ペーストにおける本発明によるアセチレンブラックのより良好な分散および好ましい加工特性を示す。さらに、本発明による粉状アセチレンブラック材料から得られた電極フィルム（実施例３）は、市販の基準材料から得られたもの（比較例１）またはペレット状アセチレンブラックから得られたもの（比較例２）よりも著しく低い電気抵抗率を示した。得られた電極抵抗率は安定であり、比較例とは対照的に、電極ペーストを最大２４時間の時間保存しても有意に増加せず、これは、本発明による粉状アセチレンブラック材料を使用して形成された分散物の安定性が向上したことを示している。

【国際調査報告】