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JP5242666B2 - Conductive polymer, conductive polymer composition, and use thereof - Google Patents
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrode, electrolyte, and/or a separator plate formed by containing a conductive material-doped ester-cured alkaline phenolic resole resin containing conducting alkaline salts. <P>SOLUTION: The separator plate is suitable for use in a fuel cell having one or more flow fields for guiding a gas flow. The plate is formed by containing the ester-cured alkaline phenolic resole resin containing the conducting alkaline salts. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&amp;INPIT

Description

発明の分野Field of Invention

本発明は、導電性重合体および導電性重合体電極組成物、およびそれらの使用、とりわけ重合体で接合した炭素電極に関する。   The present invention relates to conductive polymers and conductive polymer electrode compositions and their use, in particular carbon electrodes joined with polymers.

導電性重合体および導電性重合体組成物には、電気化学的電池における電極、セパレータ、双極性プレート、電磁遮蔽物、帯電防止製品などの工業的な用途がある。   Conductive polymers and conductive polymer compositions have industrial uses such as electrodes, separators, bipolar plates, electromagnetic shields and antistatic products in electrochemical cells.

炭素電極材料は、燃料電池、バッテリー、エネルギー貯蔵コンデンサー、触媒担体、金属およびコンクリートの腐食防止、水精製、水滅菌、脱塩、スラッジ処理、酸性鉱床(acid mine)廃水処理、煙道ガス脱硫、土壌改良、金属回収、電気化学的センサーおよび電気合成を包含する、多くの電気化学的用途および工業的処理に使用されているか、または使用の可能性を有する。   Carbon electrode materials include fuel cells, batteries, energy storage capacitors, catalyst supports, metal and concrete corrosion prevention, water purification, water sterilization, desalination, sludge treatment, acid mine wastewater treatment, flue gas desulfurization, It is used or has potential for many electrochemical applications and industrial processes, including soil amendments, metal recovery, electrochemical sensors and electrosynthesis.

電気化学的水処理方法は、従来の物理的、化学的および生物学的方式より有益であるため、益々重要になっている。電気的に駆動されるので、急速な反応速度を達成することができ、より小型で、より効率的な設備を設計することができる。電気化学的方法は、化学的処理および生物系の必要性に取って代わり、他の有益性、例えばスラッジ形成の減少および危険な薬品を輸送する必要性の軽減できるという利点を示す。   Electrochemical water treatment methods are becoming increasingly important because they are more beneficial than conventional physical, chemical and biological methods. Being electrically driven, rapid reaction rates can be achieved, and smaller and more efficient equipment can be designed. Electrochemical methods have the advantage of replacing the need for chemical processing and biological systems and other benefits such as reduced sludge formation and reduced need to transport hazardous chemicals.

2002年のWater UKからの報告(ENDS報告書339 1/4/03)では、英国における水処理は、品質標準向上のために、より経費がかかるようになっている。飲料水および廃水処理の両方に使用されるエネルギーが増加している。飲料水は、現在、クリプトスポリジウム規制に適合させるために必要な追加の処理およびポンプ輸送のために、メガリットルあたり600キロワット時間を処理および供給に必要とし、1998年以降28%上昇している。廃水側でも、エネルギー使用は1998年における437kWh/Mlから598kWh/Mlに、37%増加している。この理由は、環境の質に関する必要条件が益々厳しくなり、会社はより多くの二次処理および紫外線滅菌設備を導入する義務を負い、処理および廃棄する下水スラッジ量が増大しているためである。   According to a report from Water UK in 2002 (ENDS report 339 1/4/03), water treatment in the UK has become more expensive to improve quality standards. The energy used for both drinking water and wastewater treatment is increasing. Drinking water currently requires 600 kilowatt hours per megaliter for processing and supply for the additional processing and pumping required to meet Cryptosporidium regulations, rising 28% since 1998. Even on the wastewater side, energy use has increased by 37% from 437 kWh / Ml in 1998 to 598 kWh / Ml. This is because environmental quality requirements are becoming increasingly stringent and the company is obliged to introduce more secondary treatment and UV sterilization facilities, increasing the amount of sewage sludge to be treated and disposed of.

より効率的で、低コストの水処理が必要なことは明らかである。広く普及はしていないが、電気化学的水処理装置が開発され、市販されている。電極に使用されている既存の炭素材料は、典型的にはグラファイト、多孔質炭素、例えば炭素フェルト、エーロゲル、ナノフォームおよび網状ガラス質炭素である。グラファイトは、多孔質炭素材料より比較的安価であるが、脆い材料であり、設計形状を達成するには高温機械加工技術を必要とする。   Clearly there is a need for more efficient and low cost water treatment. Although not widely used, electrochemical water treatment devices have been developed and are commercially available. Existing carbon materials used for electrodes are typically graphite, porous carbon, such as carbon felt, airgel, nanofoam and reticulated vitreous carbon. Graphite is relatively cheaper than porous carbon material, but is a brittle material and requires high temperature machining techniques to achieve the design shape.

多孔質炭素電極は、熱硬化性樹脂から、樹脂を特定の形状に予備形成し、次いで完全な炭素化が起こるまで高温に長時間暴露する製法により製造される。形成される炭素の体積は、元の樹脂サイズよりはるかに小さく、このために製品の収率が下がる。これは、特定の幾何学的形状またはサイズが必要な場合には重大な問題である。この製造技術にも、材料コストが高く、前駆物質炭素が高い炭化温度で「収縮」するために材料強度が弱いという欠点がある。   Porous carbon electrodes are manufactured from a thermosetting resin by a process in which the resin is pre-formed into a specific shape and then exposed to high temperatures for a long time until complete carbonization occurs. The volume of carbon formed is much smaller than the original resin size, which reduces the product yield. This is a serious problem when a specific geometric shape or size is required. This manufacturing technique also has the disadvantages of high material costs and low material strength because the precursor carbon “shrinks” at high carbonization temperatures.

高表面積の立体的な炭素電極は、ゾル−ゲル技術を使用して有機化合物を炭素化することにより製造される。熱分解製法により、高表面積および高導電性を有するガラス質炭素材料を製造できる。しかしながら、この製造技術は、極めて高い製造コストがかかり、特定の幾何学的形状を製造するには追加の処理が必要になろう。   High surface area steric carbon electrodes are produced by carbonizing organic compounds using sol-gel technology. A vitreous carbon material having a high surface area and high conductivity can be produced by the pyrolysis method. However, this manufacturing technique is very expensive to manufacture and may require additional processing to produce a particular geometry.

炭素粉末と混合した重合体状結合剤から製造された多孔質炭素電極は、一般的に不良導体である。重合体状結合剤を使用して炭素電極を形成する際の欠点は、ほとんどの結合剤が非導電性であるために、電極の導電性が悪化することである。   Porous carbon electrodes made from a polymeric binder mixed with carbon powder are generally poor conductors. The disadvantage of using a polymeric binder to form a carbon electrode is that the conductivity of the electrode is degraded because most binders are non-conductive.

炭素電極の製造が少量生産技術に制限されること、および得られる製品は、機械加工の必要性、処理コスト、または両方のために、高価になることは明らかである。   Clearly, the production of carbon electrodes is limited to low volume production techniques and the resulting products are expensive due to machining needs, processing costs, or both.

炭素電極の製造に使用される製造技術は改良することができ、より効率的で、安価な、融通性がより高く、大量の炭素電極を製造する方法が求められている。   Manufacturing techniques used in the manufacture of carbon electrodes can be improved, and there is a need for a more efficient, inexpensive, more flexible and method for manufacturing large quantities of carbon electrodes.

これらの問題に対する解決策が求められている。   There is a need for solutions to these problems.

本発明により、
(a)負電極、
(b)正電極、および
(c)電解質手段、および所望により
(d)セパレータおよび/または双極性プレート
を含んでなる電気装置であって、一個以上の電極および/またはセパレータもしくは双極性プレートが、導電性アルカリ塩を含み、導電性材料でドーピングした、エステル硬化させたアルカリ性フェノール系レゾール樹脂を含んでなる、電気装置を提供する。
According to the present invention,
(A) negative electrode,
An electrical device comprising (b) a positive electrode, and (c) an electrolyte means, and optionally (d) a separator and / or a bipolar plate, wherein the one or more electrodes and / or separator or bipolar plate are Provided is an electrical device comprising an ester-cured alkaline phenolic resole resin comprising a conductive alkali salt and doped with a conductive material.

本発明の電気装置に使用する双極性および/またはセパレータプレートは、好ましくは本発明のセパレータプレートである。無論、電気装置が双極性プレートを含んでなる場合、その装置は負電極(a)および正電極(b)を含んでなる必要はない。これは、双極性プレートが負および正電極を包含するためである。   The bipolar and / or separator plate used in the electrical device of the invention is preferably a separator plate of the invention. Of course, if the electrical device comprises a bipolar plate, the device need not comprise a negative electrode (a) and a positive electrode (b). This is because bipolar plates contain negative and positive electrodes.

本発明により、一個以上のガス向流フローフィールドを有する燃料電池で使用するのに好適なセパレータプレートであって、該プレートが、導電性アルカリ塩を含み、導電性材料でドーピングした、エステル硬化させたアルカリ性フェノール系レゾール樹脂を含んでなる、セパレータプレートを提供する。   In accordance with the present invention, a separator plate suitable for use in a fuel cell having one or more gas counter-current flow fields, the plate comprising a conductive alkaline salt and doped with a conductive material, an ester cured. A separator plate comprising the alkaline phenolic resole resin.

本発明により、導電性アルカリ塩を含み、導電性材料でドーピングした、エステル硬化させたアルカリ性フェノール系樹脂を含んでなる、電極をさらに提供する。   According to the present invention, there is further provided an electrode comprising an ester-cured alkaline phenolic resin comprising a conductive alkali salt and doped with a conductive material.

回転シリンダーの様々な回転速度における銅およびカドミウム堆積に関するプロットを示す。Figure 6 shows plots for copper and cadmium deposition at various rotational speeds of a rotating cylinder. 様々な電位における減損率の変化を示す。The change of the impairment rate in various electric potentials is shown. 本発明の電気装置の第一実施態様を図式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 1st embodiment of the electric apparatus of this invention typically. 本発明の電気装置の第二実施態様を図式的に示す平面図である。It is a top view which shows the 2nd embodiment of the electric apparatus of this invention typically. 本発明の双極性プレートを図式的に示す平面図である。It is a top view which shows typically the bipolar plate of this invention. エステル硬化させたフェノール系樹脂で結合した炭素アノード(左側に示す)と比較したグラファイトロッドアノード(右側に示す)の、食塩水中で65時間分極させた後の、著しい消耗を示す写真である。FIG. 6 is a photograph showing significant wear after polarization of a graphite rod anode (shown on the right) for 65 hours in saline compared to a carbon anode bonded with an ester-cured phenolic resin (shown on the left).

発明の具体的説明Detailed description of the invention

硬化させたフェノール系樹脂は、熱硬化性重合体であり、それらの良好な熱的および機械的安定性、およびそれらの耐炎性のために、他の樹脂系よりも優れている。通常、これらの樹脂は、電気的絶縁能力も優れている。従って、エステル硬化させたアルカリ性レゾール樹脂が電極として有用であることは、驚くべきことである。   Cured phenolic resins are thermosetting polymers and are superior to other resin systems due to their good thermal and mechanical stability and their flame resistance. Usually, these resins are also excellent in electrical insulation ability. Thus, it is surprising that ester cured alkaline resole resins are useful as electrodes.

フェノール系樹脂が、アルカリ性条件下で、有機エステルとの反応により硬化し得ることは公知である。そのようなアルカリ性フェノール系レゾール樹脂のエステル硬化は、DE−C No.1,065,605、DE−C No.1,171,606、JP−A No.49−16793およびJP−A No.50−130627に記載されている。これらの文献によれば、水溶液中の高アルカリ性フェノール系レゾール樹脂は、常温で、有機エステルとの反応で、樹脂を液体または気体の形態にあるエステルと接触させることにより、硬化させることができる。そのような技術は、耐火用途、例えば鋳型およびコアの製造、における砂の接合に使用される(米国特許第4,426,467号、第4,68,359号および第4,474,904号)。この種の製法は、ヨーロッパ特許第0241156号にも記載されており、そこでは水性のアルカリ性フェノール−ホルムアルデヒド樹脂をエステル硬化剤で硬化させ、湿った石炭粉末を凝集させ、続いて凝集物を乾燥および硬化させている。   It is known that phenolic resins can be cured by reaction with organic esters under alkaline conditions. The ester curing of such alkaline phenolic resole resins is described in DE-C No. 1,065,605, DE-C No. 1,171,606, JP-A no. 49-16793 and JP-A no. 50-130627. According to these documents, a highly alkaline phenolic resole resin in an aqueous solution can be cured by contacting the resin with an ester in liquid or gaseous form at room temperature by reaction with an organic ester. Such techniques are used for sand bonding in fireproof applications such as mold and core manufacturing (US Pat. Nos. 4,426,467, 4,68,359 and 4,474,904). ). A process of this kind is also described in EP 0241156, in which an aqueous alkaline phenol-formaldehyde resin is cured with an ester curing agent to agglomerate the wet coal powder, followed by drying and agglomeration. It is cured.

エステル硬化させたアルカリ性フェノール系レゾール樹脂は、工業界で20年以上も使用されている。工業用途は、この急速な室温重合反応の恩恵を受けている。この重合体は、重合反応の副生成物としてその場で形成される高レベルの電解塩を含む点で独特である。我々は、重合体中に塩が存在するために、この重合体は、他の熱硬化性重合体よりもはるかに高い導電特性を有することを見出した。   Ester-cured alkaline phenolic resole resins have been used in the industry for over 20 years. Industrial applications benefit from this rapid room temperature polymerization reaction. This polymer is unique in that it contains a high level of electrolytic salt that is formed in situ as a by-product of the polymerization reaction. We have found that due to the presence of salt in the polymer, this polymer has much higher conductive properties than other thermoset polymers.

我々は、エステル硬化させたアルカリ性フェノール系レゾール樹脂の導電性が、重合体組成物に導電性材料を添加することにより、強化されることも見出した。どのような導電性材料でも、その材料が重合体成分と相容性であり、硬化機構を妨害しない限り、樹脂またはエステル成分に添加して導電性を改良することができる。炭素、特にグラファイトの形態にある炭素、は、この重合体系の樹脂およびエステル成分と非常に相容性であり、反応の化学に影響を及ぼさない。   We have also found that the conductivity of the ester-cured alkaline phenolic resole resin is enhanced by adding a conductive material to the polymer composition. Any conductive material can be added to the resin or ester component to improve conductivity as long as the material is compatible with the polymer component and does not interfere with the cure mechanism. Carbon, particularly in the form of graphite, is very compatible with the resin and ester components of this polymer system and does not affect the chemistry of the reaction.

導電性を改良するために優先的に選択される炭素の形態は、好ましくは天然または合成のグラファイト粉末またはフレークである。炭素の主な必要条件は、樹脂との相容性、炭素の湿潤性および導電性である。2種類以上の炭素を異なった炭素、例えば活性炭粉末、ポリアクリロニトリル(PAN)系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維およびカーボンブラックの混合物との組合せで使用できる。炭素と、金属および金属酸化物粉末等の非炭素導電性充填材、ならびに、ニッケル被覆されたグラファイトおよび銀被覆されたガラス等の金属被覆されたグラファイトやガラスの組合せを使用できる。あるいは、一種以上の非炭素導電性充填材自体も使用できる。   The carbon form preferentially selected to improve conductivity is preferably natural or synthetic graphite powder or flakes. The main requirements for carbon are resin compatibility, carbon wettability and electrical conductivity. Two or more types of carbon can be used in combination with different carbons, such as activated carbon powder, polyacrylonitrile (PAN) based carbon fibers, pitch based carbon fibers and a mixture of carbon black. Combinations of carbon and non-carbon conductive fillers such as metal and metal oxide powders, and metal-coated graphite and glass such as nickel-coated graphite and silver-coated glass can be used. Alternatively, one or more non-carbon conductive fillers themselves can be used.

樹脂および導電性混合物のエステル成分と相容性があり、重合反応を抑制しない非炭素導電性充填材、例えば金属および金属酸化物粉末および金属被覆されたグラファイトおよびガラス、例えばニッケル被覆されたグラファイトおよび銀被覆されたガラス、は、導電性充填材として使用できる。   Non-carbon conductive fillers that are compatible with the ester component of the resin and the conductive mixture and do not inhibit the polymerization reaction, such as metal and metal oxide powders and metal-coated graphite and glass, such as nickel-coated graphite and Silver-coated glass can be used as a conductive filler.

樹脂は、好ましくは導電性材料で、樹脂と導電性材料の重量比が好ましくは少なくとも0.001:1、より好ましくは少なくとも0.002:1、最も好ましくは少なくとも1:1であり、好ましくは最高100:1、より好ましくは最高20:1、最も好ましくは最高10:1になるような量で、ドーピングする。   The resin is preferably a conductive material and the weight ratio of resin to conductive material is preferably at least 0.001: 1, more preferably at least 0.002: 1, most preferably at least 1: 1, preferably Doping is done in such an amount that it is at most 100: 1, more preferably at most 20: 1, most preferably at most 10: 1.

エステル硬化させたアルカリ性フェノール系レゾールは、硬化したアルカリ性フェノール系組成物の重合体マトリックスが高レベルのアルカリ性塩を含む点で、酸硬化させたレゾールと区別できる。カルボン酸の塩を分散または溶解させることは、液体レゾールにおいては、フェノール系樹脂が溶解性を失い、溶液から沈殿することがあるので、非常に困難である。第二に、分散したカルボン酸の塩を含むフェノール系レゾールを酸性化すると、塩が酸と反応することによりCOが発生する。従って、硬化させたアルカリ性レゾール組成物の独特な特徴は、硬化反応中に形成された、硬化した重合体マトリックス中に大量のカルボン酸塩が存在することである。 Ester-cured alkaline phenolic resoles are distinguishable from acid-cured resoles in that the polymer matrix of the cured alkaline phenolic composition contains high levels of alkaline salts. Dispersing or dissolving a carboxylic acid salt is very difficult in a liquid resol because the phenolic resin loses solubility and may precipitate out of solution. Second, to acidify the phenolic resole containing a salt of dispersed carboxylic acid, CO 2 is generated by the salt reacts with the acid. Thus, a unique feature of cured alkaline resole compositions is the presence of large amounts of carboxylate in the cured polymer matrix formed during the curing reaction.

本発明において、導電性アルカリ塩を含み、導電性材料でドーピングした、エステル硬化させたアルカリ性フェノール系レゾール樹脂を使用することの利点としては、
・組成物を室温で成形できるので、製造工程がより迅速に、簡単に、安価になり、
・組成物を低および高圧下で成形でき、
・樹脂が、炭素の結合に通常使用する結合剤より高い導電性を有するので、導電性の低下が最小に抑えられ、
・樹脂が、室温で硬化し、収縮が最小限に抑えられるので、機械加工を必要とせず、良好な材料強度を有する、耐久性の高い製品が得られ、
・樹脂を水で無限に希釈でき、加えられた水は炭素またはグラファイトの粉末またはフレークの濡れ性を改良し、炭素含有量の高い電極材料を製造することができ、
・樹脂を発泡させ、立体的な、高表面積の多孔質導電性構造を製造することができ、
・樹脂を導電性充填材でドーピングすることができ、
・出発材料が比較的安価で、製造コストを節約でき、
・大量生産が可能で、
・反応が穏やかに発熱するだけであり、大規模な、かさの大きな製品を形成することができる
ことが挙げられる。
In the present invention, as an advantage of using an ester-cured alkaline phenolic resole resin containing a conductive alkali salt and doped with a conductive material,
・ Because the composition can be molded at room temperature, the manufacturing process becomes faster, easier and cheaper.
The composition can be molded under low and high pressure,
-Since the resin has a higher conductivity than the binder normally used for carbon bonding, the decrease in conductivity is minimized,
-Since the resin is cured at room temperature and shrinkage is minimized, there is no need for machining, and a highly durable product with good material strength is obtained.
The resin can be diluted indefinitely with water, and the added water can improve the wettability of the carbon or graphite powder or flakes to produce an electrode material with a high carbon content,
-Resin can be foamed to produce a three-dimensional, high surface area porous conductive structure,
The resin can be doped with a conductive filler,
・ Starting materials are relatively inexpensive, and manufacturing costs can be saved.
・ Mass production is possible,
-The reaction is only mildly exothermic and can be used to form large, bulky products.

コスト節約を例示するために、下記の数値を提供する。市販の炭素RF[レゾルシノール−ホルムアルデヒド]エーロゲル材料は、Marketech International Inc.からブロック、顆粒、粉末および紙の形態で供給されている。2003年11月で、100g量のRFエーロゲルの価格は、機械加工前でUS$185である。RFエーロゲル紙シート(3.5インチx10x0.01)の価格は、100シートあたりUS$665である。炭素エーロゲルはより高価で、100gUS$275であり、100紙シートは$100である。本発明で使用する炭素ドーピングした樹脂材料の成形形態100gは約US$0.42になろう。   To illustrate cost savings, the following numbers are provided. Commercially available carbon RF [resorcinol-formaldehyde] airgel materials are supplied by Marketetech International Inc. in the form of blocks, granules, powders and paper. As of November 2003, the price of a 100g RF aerogel is US $ 185 before machining. The price of the RF airgel paper sheet (3.5 inches x 10 x 0.01) is US $ 665 per 100 sheets. Carbon airgel is more expensive, 100 g US $ 275, and 100 paper sheets are $ 100. A molded form 100 g of the carbon-doped resin material used in the present invention would be about US $ 0.42.

低コスト電極材料、例えばグラファイトおよび銅に対して、この材料コストは、電極製造総コストのほんの僅かな部分を占めるだけである。グラファイトおよび銅は、精密な形状を製造するには高温機械加工工具を必要とする。製造時間、機械加工時間、労力およびスクラップは、全体的なコストにとって非常に重要である。本発明で使用する炭素ドーピングした樹脂は、機械加工を行わずに精密な形状に成形し、硬化させることができ、労力およびスクラップを減少させることができる。   For low cost electrode materials such as graphite and copper, this material cost represents only a small portion of the total electrode manufacturing cost. Graphite and copper require high temperature machining tools to produce precise shapes. Manufacturing time, machining time, labor and scrap are very important to the overall cost. The carbon-doped resin used in the present invention can be molded into a precise shape and cured without machining, and labor and scrap can be reduced.

本発明の電気装置で与えられるコスト節約の結果、現在のところ、他の工業的処理である、塩素処理、オゾン処理および凝析等の水精製技術とコスト的に競合できない工業的電気化学的処理を経済的に使用することができる。   As a result of the cost savings afforded by the electrical device of the present invention, industrial electrochemical processes that are currently not cost competitive with other industrial processes such as chlorination, ozonation and coagulation. Can be used economically.

本発明の電気装置は、好ましくは2個以上の電池を含むバッテリー、またはコンデンサー(特に電解コンデンサー)である。電気装置が燃料電池である場合、その装置は、少なくとも一個の双極性プレートおよび電池を通る酸素および水素の流れを制御する入口および出口を含む。   The electric device of the present invention is preferably a battery including two or more batteries, or a capacitor (particularly an electrolytic capacitor). When the electrical device is a fuel cell, the device includes at least one bipolar plate and an inlet and an outlet that control the flow of oxygen and hydrogen through the cell.

本発明のセパレータは、単一のフローフィールドを有する。これは、集電装置として、特に燃料電池において有用である。双極性プレートは、積層構造中の個々の燃料電池同士間の、平らで、ガスに対して不透過性で、導電性のセパレータである。双極性プレートは、両側にフローフィールドを有する。フローフィールドは、好ましくはプレート中に機械加工または成形された少なくとも一個の通路である。フローフィールドは、片側で燃料(通常は水素)、反対側で酸化体を、燃料電池中の入口地点から出口地点に運ぶのに好適である。   The separator of the present invention has a single flow field. This is useful as a current collector, particularly in fuel cells. Bipolar plates are flat, gas impermeable, conductive separators between individual fuel cells in a stacked structure. Bipolar plates have flow fields on both sides. The flow field is preferably at least one passage machined or molded into the plate. The flow field is suitable for carrying fuel (usually hydrogen) on one side and oxidant on the other side from the entry point to the exit point in the fuel cell.

本発明の電気装置の電解質手段は、所望により電解質の形態にあるか、または電解質を受け入れるように配置される。例えば、電解質手段は、電池が作動する際に電解質が中を通って流れることができる導管の形態でも、あるいは電解質手段は、少なくとも電池が作動する際に電解質を入れることができる容器の形態でもよい。   The electrolyte means of the electrical device of the present invention is optionally in the form of an electrolyte or arranged to receive the electrolyte. For example, the electrolyte means may be in the form of a conduit through which the electrolyte can flow as the battery operates, or the electrolyte means may be in the form of a container that can contain the electrolyte at least when the battery operates. .

本発明は、炭素ドーピングした、エステル硬化させた塩含有アルカリ性レゾール樹脂の電極としての使用も提供する。   The present invention also provides the use of carbon-doped, ester-cured salt-containing alkaline resole resins as electrodes.

本発明は、導電性のエステル硬化させた塩含有アルカリ性レゾール樹脂または組成物の、電磁遮蔽材料としての、またはある場所における静電気放電を阻止するための使用も提供する。本発明で使用する樹脂の電磁遮蔽材料としての用途の例には、電子製品、例えばコンピュータ、金銭登録機、携帯電話、その他の日用電子装置、用のハウジング、あるいは電子部品、または静電気放電により引き起こされる粉塵爆発の危険性がある微粉、例えば食品、に使用する帯電防止包装材料が挙げられる。   The present invention also provides the use of a conductive ester-cured salt-containing alkaline resole resin or composition as an electromagnetic shielding material or to prevent electrostatic discharge at a location. Examples of applications of the resin used in the present invention as an electromagnetic shielding material include electronic products such as computers, cash registers, mobile phones, other daily electronic devices, housings, electronic components, or electrostatic discharge. Examples include antistatic packaging materials used for fines, such as foods, that can cause a dust explosion.

本発明は、製品中で電磁的干渉を抑制する方法であって、導電性のエステル硬化させた塩含有アルカリ性レゾール樹脂または組成物で該製品を遮蔽することを包含する、方法をさらに提供する。この遮蔽には、好ましくは製品に、少なくとも部分的に導電性のエステル硬化させた塩含有アルカリ性レゾール樹脂または組成物で構築したハウジングを備えることが関与する。製品は、電気または電子製品でよい。   The present invention further provides a method of suppressing electromagnetic interference in a product, comprising shielding the product with a conductive ester-cured salt-containing alkaline resole resin or composition. This shielding preferably involves providing the product with a housing constructed of at least partially conductive ester-cured salt-containing alkaline resole resin or composition. The product may be an electrical or electronic product.

本発明は、任意の場所における静電気放電を防止する方法であって、導電性のエステル硬化させた塩含有アルカリ性レゾール樹脂または組成物をその場所に備えることを含む方法も提供する。好適な場所は、微粉用または電子装置または部品、例えばマイクロチップまたはプリント回路基板用の包装物であるか、あるいは、床被覆材、ガスメーター部分、水ポンプシールまたは自己潤滑性軸受け、あるいは静電気放電に対して敏感な装置または部品を操作または加工する作業台または類似の場所でよい。   The present invention also provides a method for preventing electrostatic discharge at any location, comprising providing the location with a conductive ester-cured salt-containing alkaline resole resin or composition. Suitable locations are packaging for fines or electronic devices or components, such as microchips or printed circuit boards, or for floor coverings, gas meter parts, water pump seals or self-lubricating bearings, or electrostatic discharge It may be a workbench or similar location that operates or processes sensitive devices or parts.

導電性材料でドーピングした、エステル硬化させた塩含有アルカリ性フェノール系レゾール樹脂は、好ましくはエステル硬化剤と、フェノール系レゾールおよび塩基の反応生成物である。フェノール系レゾールは、好ましくはフェノール反応性アルデヒドと式

Figure 0005242666
(式中、Rは、直鎖状または分岐鎖状の、所望により不飽和の、1〜8個の炭素原子(好ましくは1〜4個の炭素原子、より好ましくは1〜2個の炭素原子)を含み、所望によりハロゲン原子(好ましくは塩素)またはヒドロキシ基により置換されたアルキル基、ハロゲン原子(好ましくは塩素)、ヒドロキシ基、および/またはフェニルまたはベンジル基(所望によりヒドロキシ基および/または直鎖状または分岐鎖状の、1〜8個の炭素原子(好ましくは1〜4個の炭素原子、より好ましくは1〜2個の炭素原子)を含み、所望によりハロゲン原子(好ましくは塩素)またはヒドロキシ基により置換されたアルキル基により置換されている)であり、
Mは、水素イオンと少なくとも一種の他の陽イオン(好ましくは、少なくとも一種の他の陽イオンは、アルカリ金属陽イオン(好ましくはナトリウム、リチウムまたはカリウム)、アルカリ土類金属陽イオン(好ましくはバリウム、マグネシウムまたはカルシウム)、および/またはN(R イオン(ここで各Rは、同一であるか、または異なるものであって、水素または直鎖状または分岐鎖状の、1〜4個の炭素原子を含むアルキル基)である)の混合物であり、水素イオンと少なくとも一種の他の陽イオンのモル比は、pHが7を超えるのに十分であり、好ましくは2:1〜1:1であり、
nは0〜2である)
のアルカリ性化合物の反応生成物である。 The ester-cured salt-containing alkaline phenolic resole resin doped with a conductive material is preferably a reaction product of an ester curing agent, a phenolic resole and a base. The phenolic resole is preferably a phenol-reactive aldehyde and a formula
Figure 0005242666
Wherein R 1 is linear or branched, optionally unsaturated, 1 to 8 carbon atoms (preferably 1 to 4 carbon atoms, more preferably 1 to 2 carbon atoms. An alkyl group optionally containing a halogen atom (preferably chlorine) or a hydroxy group, a halogen atom (preferably chlorine), a hydroxy group, and / or a phenyl or benzyl group (optionally a hydroxy group and / or Linear or branched, containing 1 to 8 carbon atoms (preferably 1 to 4 carbon atoms, more preferably 1 to 2 carbon atoms), optionally halogen atom (preferably chlorine) Or an alkyl group substituted by a hydroxy group)
M is a hydrogen ion and at least one other cation (preferably at least one other cation is an alkali metal cation (preferably sodium, lithium or potassium), an alkaline earth metal cation (preferably barium). , Magnesium or calcium), and / or N (R 2 ) 4 + ions, where each R 2 is the same or different and is hydrogen or linear or branched, 1 to And a molar ratio of hydrogen ion to at least one other cation is sufficient for the pH to exceed 7, preferably 2: 1 to 1: 1
n is 0-2)
It is a reaction product of an alkaline compound.

式(I)の好適な化合物の例としては、フェノール自体の塩、置換されたフェノール、例えばアルキル化フェノール、ハロゲン化フェノールおよび多価フェノール、の塩、およびヒドロキシ置換された多核芳香族化合物があるが、これらに限定するものではない。アルキル化フェノールの例としては、メチルフェノール(クレゾールとも呼ばれる)、ジメチルフェノール(キシレノールとも呼ばれる)、2−エチルフェノール、ペンチルフェノールおよびtert−ブチルフェノールがある。ハロゲン化フェノールの例は、クロロフェノールおよびブロモフェノールである。多価フェノールの例としては、1,3−ベンゼンジオール(レゾルシノールとも呼ばれる)、1,2−ベンゼンジオール(ピロカテコールとも呼ばれる)、1,4−ベンゼンジオール(ヒドロキノンとも呼ばれる)、1,2,3−ベンゼントリオール(ピロガロールとも呼ばれる)、1,3,5−ベンゼントリオールおよび4−tert−ブチル−1,2−ベンゼンジオール(tert−ブチルカテコールとも呼ばれる)がある。ヒドロキシ置換された多核芳香族化合物の例としては、4,4’−イソプロピリデンビスフェノール(ビスフェノールAとも呼ばれる)、4,4’−メチリデンビスフェノール(ビスフェノールFとも呼ばれる)およびナフトールがある。   Examples of suitable compounds of formula (I) are salts of phenol itself, substituted phenols such as salts of alkylated phenols, halogenated phenols and polyhydric phenols, and hydroxy-substituted polynuclear aromatic compounds. However, it is not limited to these. Examples of alkylated phenols are methylphenol (also called cresol), dimethylphenol (also called xylenol), 2-ethylphenol, pentylphenol and tert-butylphenol. Examples of halogenated phenols are chlorophenol and bromophenol. Examples of polyphenols include 1,3-benzenediol (also called resorcinol), 1,2-benzenediol (also called pyrocatechol), 1,4-benzenediol (also called hydroquinone), 1,2,3 -Benzenetriol (also called pyrogallol), 1,3,5-benzenetriol and 4-tert-butyl-1,2-benzenediol (also called tert-butylcatechol). Examples of hydroxy substituted polynuclear aromatic compounds include 4,4'-isopropylidene bisphenol (also referred to as bisphenol A), 4,4'-methylidene bisphenol (also referred to as bisphenol F) and naphthol.

式(I)の2種類以上の化合物と、フェノール反応性アルデヒドの一種以上の分子との縮合反応により形成される化合物の塩が、エステル硬化させたアルカリ性レゾール樹脂で使用するのに好適である。例としては、フェノール自体の樹脂状反応生成物、置換されたフェノール、例えばアルキル化フェノール、ハロゲン化フェノールおよび多ヒドロキシフェノール、の塩、およびヒドロキシ置換された多環式芳香族化合物があるが、これらに限定するものではない。さらに、アルデヒド反応性フェノールの混合物、例えばコールタール分別から得られる混合物、解重合されたリグニンおよびカシュウナット殻液をレゾール成分の全部または一部として使用できる。   Salts of compounds formed by condensation reactions of two or more compounds of formula (I) with one or more molecules of a phenol-reactive aldehyde are suitable for use in ester-cured alkaline resole resins. Examples include resinous reaction products of phenol itself, salts of substituted phenols such as alkylated phenols, halogenated phenols and polyhydroxyphenols, and hydroxy-substituted polycyclic aromatic compounds. It is not limited to. In addition, mixtures of aldehyde-reactive phenols, such as those obtained from coal tar fractionation, depolymerized lignin and cashew nut shell liquid can be used as all or part of the resol component.

式(I)の化合物と反応させてアルカリ性フェノール系レゾールを形成するのに使用するフェノール反応性アルデヒドは、好ましくは式:
RCHO (II)
(式中、Rは水素原子、または直鎖状または分岐鎖状の、1〜8個(好ましくは1〜4個、より好ましくは1〜2個、最も好ましくは1個)の炭素原子を含むアルキル基を表す)
の化合物、または式(II)の化合物の前駆物質である。
The phenol-reactive aldehyde used to react with the compound of formula (I) to form an alkaline phenolic resole is preferably of the formula:
RCHO (II)
Wherein R contains a hydrogen atom or a straight or branched chain of 1 to 8 (preferably 1 to 4, more preferably 1 to 2, most preferably 1) carbon atoms. Represents an alkyl group)
Or a precursor of a compound of formula (II).

好適なアルデヒドの例としては、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、n−ブチルアルデヒド、n−バレルアルデヒド、カプロアルデヒドがある。式(II)の化合物の前駆物質として使用するのに好適な化合物としては、ホルムアルデヒドに分解する化合物、例えばパラホルムアルデヒド、トリオキサン、フルフラール、ヘキサメチレントリアミン、加熱によりホルムアルデヒドを放出するアセタール、およびベンズアルデヒドがある。   Examples of suitable aldehydes are formaldehyde, acetaldehyde, propionaldehyde, n-butyraldehyde, n-valeraldehyde, caproaldehyde. Suitable compounds for use as precursors for compounds of formula (II) include compounds that decompose to formaldehyde, such as paraformaldehyde, trioxane, furfural, hexamethylenetriamine, acetals that release formaldehyde upon heating, and benzaldehyde. .

アルデヒドは、好ましくは(I)の化合物と、1:1〜1:3、好ましくは1:1.2〜1:3、より好ましくは1:1.5〜1:3の比で反応させる。   The aldehyde is preferably reacted with the compound of (I) in a ratio of 1: 1 to 1: 3, preferably 1: 1.2 to 1: 3, more preferably 1: 1.5 to 1: 3.

ある種のアルカリM(OH)(ここでMは上に定義した通りであり、水素ではない陽イオンを表し、xは1または2を表す)、例えば水酸化カルシウム、は水性樹脂中にあまり可溶ではない。これらの化合物も、樹脂を脱水し、エステルをレゾール用の溶剤として使用することにより、使用できる。水に不溶なアルカリは、樹脂中に分散させ、ペーストを形成することができる。その場合、反応を開始するのに、極性溶剤(例えば水)を必要とする。 Certain alkali M (OH) x (where M is a cation as defined above and represents a non-hydrogen cation and x represents 1 or 2), such as calcium hydroxide, is not It is not soluble. These compounds can also be used by dehydrating the resin and using the ester as a solvent for the resole. An alkali insoluble in water can be dispersed in the resin to form a paste. In that case, a polar solvent (eg water) is required to initiate the reaction.

アルカリ性フェノール系レゾール樹脂の硬化に使用するエステル硬化剤は、好ましくは式:
COOR (III)
を有し、式中、
は、水素原子、または直鎖状または分岐鎖状の、1〜8個の炭素原子(好ましくは1〜4個、より好ましくは1〜2個の炭素原子)を含み、所望によりハロゲン原子により置換されたアルキル基を表し、
は、直鎖状または分岐鎖状の、1〜8個の炭素原子(好ましくは1〜4個の炭素原子、より好ましくは1〜2個の炭素原子)を含み、所望により一個以上のヒドロキシおよび/またはRCOO基により置換されたアルキル基、または
所望により直鎖状または分岐鎖状の、所望により不飽和の、1〜8個の炭素原子(好ましくは1〜4個の炭素原子、より好ましくは1〜2個の炭素原子)を含み、所望によりヒドロキシ基により置換されたアルキル基、ハロゲン原子(好ましくは塩素)、ヒドロキシ基、および/またはフェニルまたはベンジル基(所望によりヒドロキシ基および/または直鎖状または分岐鎖状の、1〜8個の炭素原子(好ましくは1〜4個の炭素原子、より好ましくは1〜2個の炭素原子)を含むアルキル基により置換されている)により置換されたフェニル基
を表すか、または
は、R4との化学結合を表し、Rは、直鎖状または分岐鎖状の、2〜10個の炭素原子(好ましくは2〜4個の炭素原子)を含むアルキル基を表す。
The ester curing agent used for curing the alkaline phenolic resole resin is preferably of the formula:
R 3 COOR 4 (III)
Where
R 3 contains a hydrogen atom or a linear or branched chain of 1 to 8 carbon atoms (preferably 1 to 4, more preferably 1 to 2 carbon atoms), and optionally a halogen atom Represents an alkyl group substituted by
R 4 is linear or branched and contains 1 to 8 carbon atoms (preferably 1 to 4 carbon atoms, more preferably 1 to 2 carbon atoms), optionally one or more Alkyl groups substituted by hydroxy and / or R 3 COO groups, or optionally linear or branched, optionally unsaturated, 1 to 8 carbon atoms (preferably 1 to 4 carbon atoms) An alkyl group, preferably a halogen atom (preferably chlorine), a hydroxy group, and / or a phenyl or benzyl group (optionally a hydroxy group and And / or a linear or branched alkyl group containing 1 to 8 carbon atoms (preferably 1 to 4 carbon atoms, more preferably 1 to 2 carbon atoms). R 3 represents a chemical bond with R 4 and R 4 represents a linear or branched 2-10 carbon atom (preferably Represents an alkyl group containing 2 to 4 carbon atoms).

アルカリ性レゾール樹脂用のエステル硬化剤は、硬化した樹脂中で塩を形成するように、アルカリと反応性でなければならない。反応性エステルとしては、カルボン酸エステル、多価アルコールのエステル、ラクトンおよび炭酸エステル、フェノール系エステルおよびレゾールエステルがあるが、これらに限定するものではない。反応性カルボン酸エステルの例は、メチルホルメートおよびエチルホルメートである。樹脂用の硬化剤として使用できる反応性多価アルコールエステルの例としては、グリセロールトリアセテートおよびエチレングリコールジアセテートがある。反応性炭酸エステルの例としては、環状炭酸エステル、例えばプロピレンカーボネートおよびエチレンカーボネートがある。反応性ラクトンの例としては、プロピオラクトン、ブチロラクトン、バレロラクトンおよびカプロラクトンがある。反応性フェノール系エステルの例は、フェニルアセテートおよびレゾルシノールジアセテートである。反応性レゾールエステルの例は、2,4,6−トリス−アセトキシメチルフェニルアセテートである。エステルの混合物、例えばプロピレンカーボネートとトリアセチン、を使用し、硬化速度を変えることができる。   Ester curing agents for alkaline resole resins must be reactive with alkali so as to form salts in the cured resin. Reactive esters include, but are not limited to, carboxylic esters, polyhydric alcohol esters, lactones and carbonates, phenolic esters and resole esters. Examples of reactive carboxylic acid esters are methyl formate and ethyl formate. Examples of reactive polyhydric alcohol esters that can be used as curing agents for resins include glycerol triacetate and ethylene glycol diacetate. Examples of reactive carbonates include cyclic carbonates such as propylene carbonate and ethylene carbonate. Examples of reactive lactones are propiolactone, butyrolactone, valerolactone and caprolactone. Examples of reactive phenolic esters are phenyl acetate and resorcinol diacetate. An example of a reactive resole ester is 2,4,6-tris-acetoxymethylphenyl acetate. Mixtures of esters, such as propylene carbonate and triacetin, can be used to vary the cure rate.

エステルによるレゾールの硬化速度は、主として共役酸の酸性度により決定され、例えばギ酸の酸性度は酢酸より大きいので、エチルホルメート(R=H)は、エチルアセテート(R=CH)より、約1000倍速く反応する。各エステルを使用して達成できるゲル時間も、類似したオーダーの差を示す。アルコール(R4)の炭素鎖長が、けん化速度およびゲル時間に影響する程度はより小さく、追加炭素毎にけん化速度は下がり、ゲル時間は増加する。RおよびRの鎖長および/または分岐が増加するにつれて、樹脂とエステルの混和性が低下することも分かった。エステルと樹脂との間の良好な相容性は、硬化反応が進行するために不可欠である。従って、エステル硬化剤の選択が反応の硬化速度を決定し、反応中に形成されるカルボキシレートイオン、および最終的には電極の特性に影響を及ぼす重合体マトリックス中に含まれる塩も決定することは明らかである。 Cure rate of the resole by ester is primarily determined by the acidity of the conjugate acid, for instance because the acidity of formic acid is larger than acetate, ethyl formate (R 3 = H), from ethyl acetate (R 3 = CH 3) , Reacts about 1000 times faster. The gel times that can be achieved using each ester also show similar order differences. The extent to which the carbon chain length of the alcohol (R4) affects the saponification rate and gel time is smaller, with each additional carbon the saponification rate decreases and the gel time increases. It has also been found that as the chain length and / or branching of R 3 and R 4 increases, the miscibility of the resin and ester decreases. Good compatibility between the ester and the resin is essential for the curing reaction to proceed. Thus, the choice of ester curing agent determines the rate of cure of the reaction, and also determines the carboxylate ions formed during the reaction, and ultimately the salts contained in the polymer matrix that affect the properties of the electrode. Is clear.

本発明で使用するエステル硬化させた塩含有アルカリ性フェノール系レゾール樹脂を形成するための反応に使用する塩基は、好ましくは、本発明で使用する樹脂に可溶な導電性塩を形成できるアルカリ性化合物である。好適な塩基の例は、アルカリまたはアルカリ土類金属の、あるいはアンモニア、例えばリチウム、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、カルシウム、バリウムまたはアンモニア、の水酸化物または酸化物である。   The base used in the reaction for forming the ester-cured salt-containing alkaline phenolic resole resin used in the present invention is preferably an alkaline compound capable of forming a conductive salt soluble in the resin used in the present invention. is there. Examples of suitable bases are hydroxides or oxides of alkali or alkaline earth metals or ammonia, such as lithium, sodium, potassium, magnesium, calcium, barium or ammonia.

本発明で使用するエステル硬化させた塩含有アルカリ性フェノール系レゾール樹脂は、好ましくはレゾール樹脂、エステル硬化剤、一種以上の塩基および、所望により、極性溶剤から製造される。それらの合成方法は、当業者には良く知られており、DE−C−1065605、DE−C−1171606、JP−A49−16793およびJP−A50−130627に記載されている。これらの文献によれば、水溶液中の高アルカリ性フェノール系レゾール樹脂は、常温で、有機エステルとの反応により、樹脂を液体または気体の形態にあるエステルと接触させることにより、硬化させることができる。本発明で使用する、導電性アルカリ塩を含むエステル硬化させたアルカリ性フェノール系レゾール樹脂は、所望により、必要とする特定の特性に応じて、乾燥した、または無水の形態にある。   The ester-cured salt-containing alkaline phenolic resole resin used in the present invention is preferably made from a resole resin, an ester curing agent, one or more bases, and optionally a polar solvent. Their synthetic methods are well known to those skilled in the art and are described in DE-C-10656605, DE-C-11171606, JP-A49-16793 and JP-A50-130627. According to these documents, a highly alkaline phenolic resole resin in an aqueous solution can be cured by contacting the resin with an ester in liquid or gaseous form at room temperature by reaction with an organic ester. The ester-cured alkaline phenolic resole resin containing conductive alkali salt used in the present invention is in a dry or anhydrous form, as desired, depending on the specific properties required.

エステル硬化させたアルカリ性フェノール系樹脂のもう一つの特徴は、ほとんどの一般的な熱硬化性重合体系と異なり、水性であり、水で希釈できることである。重合反応は、水で希釈した樹脂にエステル硬化剤を加えることにより影響されず、重合体の硬化は、遅い速度ではあるが、進行する。しかし、より急速な硬化エステルを使用することにより、硬化過程の速度を所望の速度に増加することができる。水で希釈できる特性が、導電性材料でドーピングした、エステル硬化させたフェノール系樹脂混合物に与える主な利点は、炭素またはグラファイトの粉末またはフレークを湿潤させ、導電性材料の含有量が高い電極材料を製造し、その材料から高導電性電極を形成できることである。室温硬化により、加えた水は形成された電極材料から蒸発し、堅い、固体の、高導電性材料、低含水量の、導電性材料でドーピングされた、エステル硬化させたフェノール系重合体が得られる。   Another feature of the ester-cured alkaline phenolic resin is that it is aqueous and can be diluted with water, unlike most common thermosetting polymer systems. The polymerization reaction is not affected by adding an ester curing agent to the resin diluted with water, and the curing of the polymer proceeds at a slow rate. However, by using a faster curing ester, the speed of the curing process can be increased to the desired speed. The main advantage that the properties that can be diluted with water give to the ester-cured phenolic resin mixture doped with the conductive material is that the electrode material wets the carbon or graphite powder or flakes and has a high content of conductive material And a highly conductive electrode can be formed from the material. Upon room temperature curing, the added water evaporates from the formed electrode material, resulting in a hard, solid, highly conductive material, low water content, conductive material doped, ester cured phenolic polymer. It is done.

樹脂/炭素混合物に水を制御しながら加えることが、混合物の稠性(コンシステンシー)を変化させ、使用する室温射出成形、注ぎ込み、キャスティング技術に適合させることができるので、処理にとって重要である。高度に水を加えた場合、増粘剤、例えばデンプンまたはデンプン誘導体、セルロースまたはセルロース誘導体、天然ガム、例えばアラビアゴムまたはグアーガム、または合成増粘剤、例えばポリアミドまたはポリアクリレートを含むことにより、混合物の稠性を効果的に調整することができる。   The controlled addition of water to the resin / carbon mixture is important for processing as it can change the consistency of the mixture and adapt it to the room temperature injection molding, pouring and casting techniques used. When highly water is added, the mixture can be increased by including thickeners such as starch or starch derivatives, cellulose or cellulose derivatives, natural gums such as gum arabic or guar gum, or synthetic thickeners such as polyamide or polyacrylate. The consistency can be adjusted effectively.

本発明で使用する樹脂は、樹脂の可撓性を増大させるために、所望により可塑剤を含む。ある種の用途にはたわみ性樹脂が有用であることは明らかである。可塑剤は、好ましくは不活性で、アルカリと相容性があり、不揮発性である、および/または液体である。好ましくは、可塑剤は、樹脂および/またはエステル硬化剤に可溶である。可塑剤のレベルは、用途の必要条件によって決定され、硬化した電極材料の導電性に対する影響により制限される。可塑剤の例としては、過剰のエステル硬化剤、ポリビニルアセテートおよび/またはポリエチレングリコールがある。   The resin used in the present invention optionally contains a plasticizer in order to increase the flexibility of the resin. Clearly, flexible resins are useful for certain applications. The plasticizer is preferably inert, compatible with alkali, non-volatile and / or liquid. Preferably, the plasticizer is soluble in the resin and / or ester hardener. The level of plasticizer is determined by the application requirements and is limited by the effect on the conductivity of the cured electrode material. Examples of plasticizers are excess ester hardeners, polyvinyl acetate and / or polyethylene glycol.

エステル硬化させたフェノール系樹脂は、樹脂処方物中に発泡剤を使用して発泡させ、立体的な構造を形成することができる。発泡剤の例としては、水混和性が低い低沸点溶剤、例えばトリクロロモノフルオロメタン(CFC−11)、水素化クロロ過フッ化炭化水素(「HCFC」と呼ばれる)、部分的に水素化された過フッ化炭化水素(「HFC」と呼ばれる)、炭化水素、例えばイソ−ペンタンおよびシクロペンタンがある。この用途に発泡剤を使用するのは、絶縁性フォームを製造するためではなく、立体的な連続気泡構造を形成するためだけである。従って、発泡剤は硬化工程中に失われ、立体的構造を形成した後に回収し、循環使用することができる。他の発泡剤、例えば二酸化炭素および窒素も使用できる。   The ester-cured phenolic resin can be foamed using a foaming agent in the resin formulation to form a three-dimensional structure. Examples of blowing agents include low boiling solvents with low water miscibility, such as trichloromonofluoromethane (CFC-11), hydrogenated chloroperfluorocarbons (referred to as "HCFC"), partially hydrogenated There are perfluorinated hydrocarbons (referred to as “HFC”), hydrocarbons such as iso-pentane and cyclopentane. The foaming agent is used in this application not only to produce an insulating foam, but to form a three-dimensional open cell structure. Accordingly, the foaming agent is lost during the curing process and can be recovered and recycled after forming a three-dimensional structure. Other blowing agents such as carbon dioxide and nitrogen can also be used.

添付の図面を参照しながら本発明を説明するが、図1および2は、回転シリンダーの形態にある電極を有する本発明の電池を使用する試験から得た結果を示す。   The present invention will be described with reference to the accompanying drawings, wherein FIGS. 1 and 2 show the results obtained from tests using the battery of the present invention having electrodes in the form of rotating cylinders.

図3は、電解質2のブロックを有し、その両側に非対称性の電極3a、3bを備えた電気装置を示す。非対称性電極は、電気的接続部4a、4bをそれぞれ備えている。これらの電極は、一方がカソードとして作用し、他方がアノードとして作用するという点で、非対称性電極である。非対称性電極は、例えば例2により製造された樹脂から形成されている。   FIG. 3 shows an electrical device having a block of electrolyte 2 and having asymmetric electrodes 3a, 3b on both sides thereof. The asymmetric electrode includes electrical connection portions 4a and 4b, respectively. These electrodes are asymmetric electrodes in that one acts as a cathode and the other acts as an anode. The asymmetric electrode is made of, for example, a resin manufactured according to Example 2.

図4は、例えば水素の入口30および出口35、および酸素の入口40および出口45を有する燃料電池10の形態にある電気装置を示す。この例の燃料電池10は、電極20、25および双極性プレート15を有する。双極性プレート15は、図5に、その表面上に溝50を有するものとしてより詳細に示す。プレート15の反対側の面も溝50を有する。双極性プレート15の変形は、片面だけに溝50を有するセパレータプレートである。   FIG. 4 shows an electrical device in the form of a fuel cell 10 having, for example, a hydrogen inlet 30 and outlet 35 and an oxygen inlet 40 and outlet 45. The fuel cell 10 in this example has electrodes 20 and 25 and a bipolar plate 15. Bipolar plate 15 is shown in more detail in FIG. 5 as having grooves 50 on its surface. The opposite surface of the plate 15 also has a groove 50. A modification of the bipolar plate 15 is a separator plate having grooves 50 only on one side.

下記の例は、本発明で使用する電極の製造方法を例示する。本発明の有益性も立証する。これらの例で、使用する材料は、従来のアルカリ性フェノール系レゾール(樹脂A)、中性レゾール樹脂(B)、ブチロラクトン(エステル)、トリアセチン(エステル)、およびグラファイト、ニッケル粉末および銅粉末(導電性強化剤)である。   The following example illustrates the method of manufacturing the electrode used in the present invention. The benefits of the present invention are also demonstrated. In these examples, the materials used are conventional alkaline phenolic resole (resin A), neutral resole resin (B), butyrolactone (ester), triacetin (ester), and graphite, nickel powder and copper powder (conductive) Reinforcing agent).

例1
この例は、アルカリ性フェノール−ホルムアルデヒド樹脂の、ホルムアルデヒドとフェノールのモル比が2.0:1であり、水酸化ナトリウムとフェノールのモル比が0.65:1である製造を説明する。フェノール(5.0モル)および水酸化ナトリウム(0.1モル)を反応容器に入れ、温度を65℃に維持しながら、50%ホルマリン(3.0モル)を加えた。温度を80℃に上げ、50%ホルマリン(7.0モル)の第二装填量を30分間かけて徐々に加えている間、80℃に維持した。次いで、混合物を80℃に60分間維持してから、50%水酸化ナトリウム溶液(3.15モル)を加え、温度を80℃に維持した。樹脂を80℃で粘度400cPに濃縮した。
Example 1
This example illustrates the preparation of an alkaline phenol-formaldehyde resin where the molar ratio of formaldehyde to phenol is 2.0: 1 and the molar ratio of sodium hydroxide to phenol is 0.65: 1. Phenol (5.0 mol) and sodium hydroxide (0.1 mol) were placed in a reaction vessel and 50% formalin (3.0 mol) was added while maintaining the temperature at 65 ° C. The temperature was raised to 80 ° C. and maintained at 80 ° C. while a second charge of 50% formalin (7.0 mol) was gradually added over 30 minutes. The mixture was then maintained at 80 ° C. for 60 minutes before 50% sodium hydroxide solution (3.15 moles) was added to maintain the temperature at 80 ° C. The resin was concentrated at 80 ° C. to a viscosity of 400 cP.

例2
電極として使用する、炭素ドーピングした、エステル硬化させたレゾール樹脂を、紙カップ中で、樹脂A50gをグラファイト100g、水50gおよびブチロラクトン10gと混合することにより、製造した。混合物の一部をラテックス製の型に流し込み、硬化させた。ゲル時間は、混合物をカップに入れた時から記録した。
Example 2
A carbon-doped, ester-cured resole resin used as an electrode was prepared by mixing 50 g of resin A with 100 g of graphite, 50 g of water and 10 g of butyrolactone in a paper cup. A portion of the mixture was poured into a latex mold and allowed to cure. Gel time was recorded from the time the mixture was placed in the cup.

例3
例2から得たキャスティングした試料を室温で24時間放置してから、Como DT3800 Digital Multimeterを使用して電導度を測定した。試料の抵抗は20℃で9オームと測定された。
Example 3
The cast sample from Example 2 was allowed to stand at room temperature for 24 hours before measuring the conductivity using a Como DT3800 Digital Multimeter. The resistance of the sample was measured as 9 ohms at 20 ° C.

例4
この例は、例2で製造した樹脂が、溶液から金属イオンを効率的に回収するための電極材料としてどのように機能するかを立証する。樹脂をシリンダーに加工し、銀を使用することによりエポキシ樹脂を回転ディスク電極に固定し、回転シリンダー電極RCEを製造した。
Example 4
This example demonstrates how the resin produced in Example 2 functions as an electrode material for efficiently recovering metal ions from solution. The resin was processed into a cylinder and the epoxy resin was fixed to the rotating disk electrode by using silver to produce a rotating cylinder electrode RCE.

次いで、このRCEを各種実験に使用し、試験条件下で電極材料がどの程度効率的であるかを主として示した。第一に、この電極を使用し、0.5M H2SO4中、pH2で1mmolのCu2+およびCd2+堆積に対する電流−電位曲線を得た。   This RCE was then used in various experiments, primarily to show how efficient the electrode material was under the test conditions. First, this electrode was used to obtain current-potential curves for 1 mmol of Cu2 + and Cd2 + deposition at pH 2 in 0.5 MH 2 SO 4.

図1で、5通りの異なった回転速度に対する結果を与える5つの曲線を示す。各曲線に対する回転速度は、順に下記の通りである。第一の曲線(グラフで最も下にあり−0.02mAに達する)は、200rpmで測定し、第二の曲線は400rpmで測定し、第三の曲線は800rpmで測定し、第四の曲線は1600rpmで測定し、第五の曲線は3200rpmで測定した。   FIG. 1 shows five curves giving results for five different rotational speeds. The rotation speed for each curve is as follows in order. The first curve (bottom on the graph and reaching -0.02 mA) is measured at 200 rpm, the second curve is measured at 400 rpm, the third curve is measured at 800 rpm, and the fourth curve is Measurement was performed at 1600 rpm, and the fifth curve was measured at 3200 rpm.

各曲線は、電位を変化させた時の電流変化を示す。このスキャンでは、電位を変化させ(1mVs−1で)、電流を記録する。電流の強度は、起きている反応(この場合は銅およびカドミウムの堆積)によって異なる。初期の曲線(−150〜−750mVの範囲)は、電極表面上への銅の堆積により引き起こされ、−750〜1050mVではカドミウムが堆積し始め、−1050mV後では水素発生(二次反応として)が開始する。   Each curve shows a change in current when the potential is changed. In this scan, the potential is changed (at 1 mVs-1) and the current is recorded. The intensity of the current depends on the reaction taking place (in this case copper and cadmium deposition). The initial curve (range -150 to -750 mV) is caused by copper deposition on the electrode surface, cadmium begins to deposit at -750 to 1050 mV, and hydrogen evolution (as a secondary reaction) after -1050 mV. Start.

図1から、例2の樹脂が、混合溶液から銅およびカドミウムが除去されている時の電極として機能していることは明らかである。   From FIG. 1, it is clear that the resin of Example 2 functions as an electrode when copper and cadmium are removed from the mixed solution.

例5
この例では、例2の電極を使用して溶液から銅を2時間にわたって集め、ある間隔で試料を採取し、溶液中の銅の量を分析した。
Example 5
In this example, the electrode of Example 2 was used to collect copper from the solution for 2 hours, samples were taken at intervals, and the amount of copper in the solution was analyzed.

第一に図2から、予想されるように、実験中に電位が増加するにつれて、溶液から銅が除去される速度が増加する。また、同じ電位(−0.43V)に対して、電極がすでに銅の中に被覆(前処理)されている場合、銅が除去される速度も、−0.60Vで実験を行う場合の速度に近い速度に増加する。電極を前処理するか、または実験中に電位を増加することにより、除去速度がさらに10%増加することが分かる。2時間の期間にわたって、除去された銅の量は丁度50%未満である。   First, from FIG. 2, as expected, the rate at which copper is removed from the solution increases as the potential increases during the experiment. In addition, when the electrode is already coated (pretreated) with copper at the same potential (−0.43 V), the speed at which copper is removed is also the speed when the experiment is performed at −0.60 V. Increases to a speed close to. It can be seen that pretreatment of the electrode or increasing the potential during the experiment further increases the removal rate by 10%. Over the 2 hour period, the amount of copper removed is just less than 50%.

これらの結果は、この重合体材料が、水から金属イオンを除去するのに使用できることを示している。   These results indicate that this polymeric material can be used to remove metal ions from water.

例6
炭素ドーピングした、エステル硬化させたフェノール系樹脂の電極材料を、様々な粒子径分布のグラファイト等級の炭素から製造した。
Example 6
Carbon doped ester cured phenolic resin electrode materials were prepared from graphite grade carbon of various particle size distributions.

試料A:グラファイト等級KL96/97(96〜97%の炭素フレークグラファイト、20〜25ミクロンのd50に粉砕、Branwell、英国から供給)100gを、樹脂40g(例1から)、水75g、グアーガム増粘剤0.6gおよびトリアセチン硬化剤8gと混合した。この混合物をKenwood Chef中で2分間混合し、次いで10mlの円筒形の型の中に注ぎ込み、室温で硬化させた。15分後、試料を型から取り出した。型から取り出してから1時間後に抵抗率の測定を開始し、続く数日間続行した。   Sample A: Graphite grade KL96 / 97 (96-97% carbon flake graphite, ground to 20-25 microns d50, supplied by Branwell, UK) 100 g resin 40 g (from Example 1), water 75 g, guar gum thickening Mixed with 0.6 g of agent and 8 g of triacetin curing agent. This mixture was mixed in Kenwood Chef for 2 minutes, then poured into a 10 ml cylindrical mold and allowed to cure at room temperature. After 15 minutes, the sample was removed from the mold. One hour after removal from the mold, resistivity measurements were started and continued for several days.

試料B:グラファイト等級2300 d50 36-42ミクロンのより粗い等級を使用してAと同様にしたもの。 Sample B: Similar to A using a coarser grade of graphite grade 2300 d50 36-42 microns.

試料C:フレーク等級グラファイトKFL96/97「小フレーク」(典型的には35〜40%>100ミクロン、40%<75ミクロン、すなわち平均粒子径80〜90ミクロンを有する)を使用してAと同様にしたもの。 Sample C: Similar to A using flake grade graphite KFL96 / 97 “small flakes” (typically 35-40%> 100 microns, 40% <75 microns, ie having an average particle size of 80-90 microns) What

Figure 0005242666
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表1は、すべての試料が、高い初期抵抗を有すること、および硬化が進行するにつれて抵抗は続く数時間にわたって急速に低下し、<10オームcmに達することを示している。   Table 1 shows that all samples have a high initial resistance and that as the cure proceeds, the resistance rapidly decreases over the next few hours and reaches <10 ohm cm.

例7
炭素ドーピングした、エステル硬化させたフェノール系樹脂電極材料を、炭素グラファイトを他の導電性充填材と混合したものから製造した。
Example 7
Carbon-doped ester-cured phenolic resin electrode material was prepared from carbon graphite mixed with other conductive fillers.

試料D:Branwell、英国から供給されたグラファイト等級2300 40gを銅粒子80gと混合し、樹脂20g(例1から)に加えた。トリアセチン硬化剤4gを加え、混合物をカップ中で2分間混合し、次いで10mlの円筒形の型の中に注ぎ込み、室温で硬化させた。15分後、試料を型から取り出した。型から取り出してから1時間後に抵抗率の測定を開始し、続く数日間続行した。   Sample D: 40 g of graphite grade 2300 supplied from Branwell, UK was mixed with 80 g of copper particles and added to 20 g of resin (from Example 1). 4 g of triacetin hardener was added and the mixture was mixed in the cup for 2 minutes, then poured into a 10 ml cylindrical mold and allowed to cure at room temperature. After 15 minutes, the sample was removed from the mold. One hour after removal from the mold, resistivity measurements were started and continued for several days.

試料E:ニッケル粒子36〜42ミクロンを使用し、Dと同様にしたもの。   Sample E: Nickel particles 36 to 42 microns were used, and the same as D was used.

Figure 0005242666
Figure 0005242666

表2は、すべての試料が高い初期抵抗を与えること、および硬化が進行するにつれ、続く数時間にわたって抵抗が急速に低下し、<20オームcmに達することを示している。   Table 2 shows that all samples give high initial resistance and that as the cure progresses, the resistance drops rapidly over the next few hours and reaches <20 ohm cm.

例8
炭素ドーピングした、エステル硬化させたフェノール系立体フォーム構造の製造
炭素ドーピングした、エステル硬化させたフェノール系立体フォーム構造を、Borden Chemical UK Ltdから供給されたフェノール系フォーム樹脂IDP292 50部を、Dow Corningから供給されたDC193シリコーン油2部と予備混合することにより、製造した。次いで、KL96/97グラファイト粉末100部および水50部をこの樹脂と、滑らかな混合物が達成されるまで混合した。高速実験室用ミキサーを使用し、HCFC14lb発泡剤10部を樹脂混合物中に混合し、滑らかなエマルションを得た。反応を開始するために、高速ミキサーを使用してブチロラクトン硬化剤15部をエマルションの中に混合した。10秒間混合した後、フォーム混合物をプラスチック製の型に移し、直ちに50℃の加熱炉中に入れ、そこでフォームを膨脹させ、一晩放置して硬化させた。フォームを切断した時、連続気泡の、密度265kgm−3の細かいフォーム構造が測定された。24時間後に、抵抗1Kオームcmが測定された。
Example 8
Preparation of carbon-doped, ester-cured phenolic solid foam structure Carbon-doped, ester-cured phenolic solid foam structure, 50 parts of phenolic foam resin IDP292 supplied by Borden Chemical UK Ltd, from Dow Corning Prepared by premixing with 2 parts of the supplied DC193 silicone oil. Then 100 parts of KL96 / 97 graphite powder and 50 parts of water were mixed with this resin until a smooth mixture was achieved. Using a high speed laboratory mixer, 10 parts of HCFC 14lb blowing agent was mixed into the resin mixture to obtain a smooth emulsion. To initiate the reaction, 15 parts of butyrolactone hardener was mixed into the emulsion using a high speed mixer. After mixing for 10 seconds, the foam mixture was transferred to a plastic mold and immediately placed in a 50 ° C. oven where the foam was expanded and allowed to cure overnight. When the foam was cut, a fine foam structure with open cell density of 265 kgm-3 was measured. After 24 hours, a resistance of 1 K ohm cm was measured.

例9
樹脂B 中性レゾールの製造
フェノール(1モル)および水酸化ナトリウム(0.004モル)を反応容器に入れ、温度を50℃に維持しながら、50%ホルマリン(0.6モル)を加えた。次いで、温度を80℃に上げた。50%ホルマリン(1.0モル)の第二装填量を30分間かけて徐々に加えている間、温度を80℃に維持した。次いで、混合物を80℃に45分間維持した。p−トルエンスルホン酸溶液でpHを6.0±0.2に調節した。樹脂を60℃に冷却し、次いで減圧蒸留により、粘度200cPに達するまで脱水した。得られた樹脂は、樹脂固体含有量が72%であった。
Example 9
Resin B Preparation of Neutral Resol Phenol (1 mol) and sodium hydroxide (0.004 mol) were placed in a reaction vessel and 50% formalin (0.6 mol) was added while maintaining the temperature at 50 ° C. The temperature was then raised to 80 ° C. The temperature was maintained at 80 ° C. while a second charge of 50% formalin (1.0 mole) was gradually added over 30 minutes. The mixture was then maintained at 80 ° C. for 45 minutes. The pH was adjusted to 6.0 ± 0.2 with p-toluenesulfonic acid solution. The resin was cooled to 60 ° C. and then dehydrated by vacuum distillation until a viscosity of 200 cP was reached. The obtained resin had a resin solid content of 72%.

例10
電極として使用する、エステル硬化させたレゾール樹脂を、紙カップ中で、樹脂A50gをブチロラクトン10gと混合することにより、製造した。混合物の一部をラテックス製の型に流し込み、硬化させた。ゲル時間は、混合物をカップに入れた時から記録した。
Example 10
An ester-cured resol resin used as an electrode was prepared by mixing 50 g of resin A with 10 g of butyrolactone in a paper cup. A portion of the mixture was poured into a latex mold and allowed to cure. Gel time was recorded from the time the mixture was placed in the cup.

例11
例11では、樹脂B50gを10℃未満に冷却し(発熱を抑えるために)、酸2gと混合した。
Example 11
In Example 11, 50 g of Resin B was cooled below 10 ° C. (to suppress heat generation) and mixed with 2 g of acid.

例10および11で得たキャスティングした試料を室温で24時間放置してから、Como DT3800 Digital Multimeterを使用して抵抗を測定した。   The cast samples from Examples 10 and 11 were allowed to stand at room temperature for 24 hours before measuring resistance using a Como DT3800 Digital Multimeter.

抵抗値の結果を表3に示す。   Table 3 shows the result of the resistance value.

Figure 0005242666
Figure 0005242666

例10および11は、酸硬化させたレゾール組成物(例11)と比較した、エステル硬化させたフェノール系レゾール反応(例10)中でアルカリ金属塩の形成により誘発される電導度を示す。   Examples 10 and 11 show the conductivity induced by alkali metal salt formation in an ester cured phenolic resole reaction (Example 10) compared to an acid cured resole composition (Example 11).

例12
グラファイト等級2369(98%の炭素フレークグラファイト、80%最小>180ミクロンに粉砕、Branwell、英国から供給)100gを、樹脂A50gおよびトリアセチン硬化剤10gと混合した。この混合物をKenwood Chef中で2分間混合し、次いで20mlの円筒形の型の中に注ぎ込み、液圧プレスを使用してプレスし、型から離し、室温で硬化させた。試料は、ある範囲の圧力下で調製した。型から取り出してから24時間後に抵抗率の測定を開始した。
Example 12
100 g of graphite grade 2369 (98% carbon flake graphite, 80% min.> 180 microns ground, supplied by Branwell, UK) was mixed with 50 g of Resin A and 10 g of triacetin curing agent. This mixture was mixed in Kenwood Chef for 2 minutes, then poured into a 20 ml cylindrical mold, pressed using a hydraulic press, released from the mold and allowed to cure at room temperature. Samples were prepared under a range of pressures. Resistivity measurement was started 24 hours after removal from the mold.

Figure 0005242666
Figure 0005242666

例13
この例は、例2で製造したエステル硬化させたフェノール系樹脂で結合させた炭素電極が、電極材料(この場合はアノード)として、どのように機能するかを立証する。これは、例えばCl−イオンを塩素ガスに還元するのに有用であろう。電極組成物をシリンダーに加工し、飽和食塩溶液中、50mAcm−3で65時間アノード分極させた。分極開始時のアノード重量は12.5gであった。65時間後、この重量は12.8gと測定され、良好なアノード安定性を示した。
Example 13
This example demonstrates how the carbon electrode bonded with the ester cured phenolic resin prepared in Example 2 functions as an electrode material (in this case an anode). This may be useful, for example, for reducing Cl- ions to chlorine gas. The electrode composition was processed into a cylinder and anodically polarized in saturated saline solution at 50 mAcm-3 for 65 hours. The anode weight at the start of polarization was 12.5 g. After 65 hours, this weight was measured at 12.8 g, indicating good anode stability.

標準的なグラファイトロッドを飽和食塩水中で同じ時間アノード分極させたところ、エステル硬化させたフェノール系樹脂で結合させた炭素電極と比較して、著しく浸食されることが分かった。これは、図6に示す電極のサイズを比較することにより、示されている。図6では、右側の電極が、65時間分極処理した後の標準的なグラファイトロッドである。左側に示す、本発明により製造された、やはり65時間の分極処理にかけた電極より著しく小さいことが分かる。   A standard graphite rod was anodically polarized in saturated saline for the same time and found to be significantly eroded compared to a carbon electrode bonded with an ester-cured phenolic resin. This is illustrated by comparing the electrode sizes shown in FIG. In FIG. 6, the right electrode is a standard graphite rod after 65 hours of polarization. It can be seen that it is significantly smaller than the electrode, shown on the left, made according to the invention and also subjected to a 65 hour polarization treatment.

本発明は、以下の通りである。
1.導電性材料でドーピングした、導電性アルカリ塩を含み、エステル硬化させたアルカリ性フェノール系レゾール樹脂を含んでなる、電極。
2.前記樹脂と導電性材料との重量比が0.001〜100:1である、請求項1に記載の電極。
3.前記導電性材料が、炭素および/または非炭素導電性充填材を含んでなる、請求項1または2に記載の電極。
4.前記炭素がグラファイトまたは無定形炭素の形態にあり、かつ/もしくは前記非炭素導電性充填材が、金属、金属酸化物、および/または金属被覆されたグラファイト、および/またはガラスの形態にある、請求項3に記載の電極。
5.前記樹脂が、エステル硬化剤と、フェノール系レゾールおよび塩基との反応生成物である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の電極。
6. 前記フェノール系レゾールが、フェノール反応性アルデヒドと式:

Figure 0005242666
(式中、Rは、直鎖状または分岐鎖状の、所望により不飽和の、1〜8個の炭素原子(好ましくは1〜4個の炭素原子、より好ましくは1〜2個の炭素原子)を含み、所望によりハロゲン原子(好ましくは塩素)またはヒドロキシ基により置換されたアルキル基、ハロゲン原子(好ましくは塩素)、ヒドロキシ基、および/またはフェニルまたはベンジル基(所望によりヒドロキシ基および/または直鎖状または分岐鎖状の、1〜8個の炭素原子(好ましくは1〜4個の炭素原子、より好ましくは1〜2個の炭素原子)を含み、所望によりハロゲン原子(好ましくは塩素)またはヒドロキシ基により置換されたアルキル基により置換されている)であり、
Mは、水素イオンと少なくとも一種の他の陽イオン(好ましくは、前記少なくとも一種の他の陽イオンは、アルカリ金属陽イオン(好ましくはナトリウム、リチウムまたはカリウム)、アルカリ土類金属陽イオン(好ましくはバリウム、マグネシウムまたはカルシウム)、および/またはN(R イオン(ここで各Rは、同一であるか、または異なるものであって、水素または直鎖状または分岐鎖状の、1〜4個の炭素原子を含むアルキル基)である)の混合物であり、水素イオンと前記少なくとも一種の他の陽イオンのモル比は、pHが7を超えるのに十分であり、好ましくは2:1〜1:1であり、
nは0〜2である)
のアルカリ性化合物の反応生成物である、請求項5に記載の電極。
7.前記フェノール反応性アルデヒドが、式:
RCHO (II)
(式中、Rは水素原子、または直鎖状または分岐鎖状の、1〜8個(好ましくは1〜4個、より好ましくは1〜2個、最も好ましくは1個)の炭素原子を含むアルキル基を表す)
の化合物、または式(II)の化合物の前駆物質である、請求項6に記載の電極。
8.前記フェノール反応性アルデヒドが前記式(I)の化合物と、1:1〜1:3、好ましくは1:1.2〜1:3、より好ましくは1:1.5〜1:3の比で反応する、請求項6または7に記載の電極。
9.前記エステル硬化剤が、式:
COOR (III)
(式中、Rは、水素原子または直鎖状または分岐鎖状の、1〜8個の炭素原子(好ましくは1〜4個、より好ましくは1〜2個の炭素原子)を含み、所望によりハロゲン原子により置換されたアルキル基を表し、
は、直鎖状または分岐鎖状の、1〜8個の炭素原子(好ましくは1〜4個、より好ましくは1〜2個の炭素原子)を含み、所望により一個以上のヒドロキシおよび/またはRCOO基により置換されたアルキル基、または
所望により直鎖状または分岐鎖状の、所望により不飽和の、1〜8個の炭素原子(好ましくは1〜4個の炭素原子、より好ましくは1〜2個の炭素原子)を含み、所望によりヒドロキシ基により置換されたアルキル基、ハロゲン原子(好ましくは塩素)、ヒドロキシ基、および/またはフェニルまたはベンジル基(所望によりヒドロキシ基および/または直鎖状または分岐鎖状の、1〜8個の炭素原子(好ましくは1〜4個、より好ましくは1〜2個の炭素原子)を含むアルキル基により置換されてなる)により置換されたフェニル基
を表すか、または
は、Rとの化学結合を表し、Rは、直鎖状または分岐鎖状の、2〜10個の炭素原子(好ましくは2〜4個の炭素原子)を含むアルキル基を表す)
を有する、請求項5〜8のいずれか一項に記載の電極。
10.前記樹脂が、前記樹脂の可撓性を増加するために可塑剤を含む、請求項1〜9のいずれか一項に記載の電極。
11.実質的に本願明細書に記載された、および/または、図3および/または図4の参照図面に示された、電極。
12.ガス流を導くための一個以上のフローフィールドを有する燃料電池で使用するのに好適なセパレータプレートであって、前記プレートが、導電性アルカリ塩を含み、エステル硬化させたアルカリ性フェノール系レゾール樹脂を含んでなる、セパレータプレート。
13.前記樹脂が、請求項2〜11のいずれか一項に規定されたものである、請求項12に記載のセパレータプレート。
14.2個のフローフィールドを有する、請求項12または13に記載のセパレータプレート。
15.実質的に本願明細書に記載された、および/または、図4および/または図5の参照図面に示された、セパレータプレート。
16.導電性アルカリ塩を含み、エステル硬化させたアルカリ性フェノール系レゾール樹脂を含んでなる、電気装置で使用するのに好適な電解質。
17.前記樹脂が、請求項1〜11のいずれか一項、好ましくは請求項5〜11のいずれか一項に規定されたものである、請求項16に記載の電解質。
18. (a)負電極、
(b)正電極、および
(c)電解質手段、ならびに、所望により
(d)セパレータおよび/または双極性プレート
を含んでなる電気装置であって、一個以上の電極、電解質および/またはセパレータまたは双極性プレートが、導電性アルカリ塩を含み、エステル硬化させたアルカリ性フェノール系レゾール樹脂を含んでなる、電気装置。
19.前記樹脂が、請求項1〜11のいずれか一項に規定されたものである、請求項18に記載の電気装置。
20.前記セパレータプレートが請求項12〜15のいずれか一項に規定されたものである、請求項18または19に記載の電気装置。
21.電池、2個以上の電池を含むバッテリー、またはコンデンサーである、請求項18〜20のいずれか一項に記載の電気装置。
22.前記電解質手段が、電解質の形態にあるか、または電解質を受け入れるように配置されている、請求項18〜21のいずれか一項に記載の電気装置。
23.前記電解質手段が、前記電池が作動する際に電解質が流れることができる導管の形態にあるか、または少なくとも前記電池が作動する際に電解質を入れることができる容器の形態にある、請求項22に記載の電気装置。
24.実質的に本願明細書に記載された、および/または、図3〜5の参照図面に示された、電気装置。
25.導電性材料でドーピングした、導電性アルカリ塩を含み、エステル硬化させたアルカリ性フェノール系レゾール樹脂を発泡させた立体的な形態の、電極としての使用。
26.導電性材料でドーピングした、導電性アルカリ塩を含み、エステル硬化させたアルカリ性フェノール系レゾール樹脂の、電極としての使用。
27.導電性アルカリ塩を含み、エステル硬化させたアルカリ性フェノール系レゾール樹脂の、電極としての使用。
28.導電性アルカリ塩を含み、エステル硬化させたアルカリ性フェノール系レゾール樹脂の、電磁遮蔽材料としての使用。
29.導電性アルカリ塩を含み、エステル硬化させたアルカリ性フェノール系レゾール樹脂の、任意の場所における静電気放電を防止するための使用。
30.前記エステル硬化させた塩含有アルカリ性レゾール樹脂が、請求項1〜11のいずれか一項に規定されたものである、請求項25〜29のいずれか一項に記載の使用。
31.電子製品における電磁的干渉を抑制する方法であって、前記電子製品をエステル硬化させた塩含有アルカリ性レゾール樹脂で遮蔽することを含む、方法。
32.前記遮蔽が、エステル硬化させた塩含有アルカリ性レゾール樹脂から少なくとも部分的に構築されたハウジングを前記電子製品に備えることを含む、請求項31に記載の方法。
33.任意の場所における静電気放電を防止する方法であって、エステル硬化させた塩含有アルカリ性レゾール樹脂を前記場所に備えてなることを含む、方法。
34.前記エステル硬化させた塩含有アルカリ性レゾール樹脂が、請求項1〜11のいずれか一項に規定されたものである、請求項31〜33のいずれか一項に記載の方法。 The present invention is as follows.
1. An electrode comprising an alkaline phenolic resole resin doped with a conductive material, containing a conductive alkaline salt and ester-cured.
2. The electrode according to claim 1, wherein a weight ratio of the resin to the conductive material is 0.001 to 100: 1.
3. The electrode according to claim 1 or 2, wherein the conductive material comprises carbon and / or non-carbon conductive filler.
4). The carbon is in the form of graphite or amorphous carbon and / or the non-carbon conductive filler is in the form of a metal, metal oxide, and / or metal-coated graphite, and / or glass. Item 4. The electrode according to Item 3.
5. The electrode according to any one of claims 1 to 4, wherein the resin is a reaction product of an ester curing agent, a phenolic resole and a base.
6). The phenolic resol is a phenol-reactive aldehyde and a formula:
Figure 0005242666
Wherein R 1 is linear or branched, optionally unsaturated, 1 to 8 carbon atoms (preferably 1 to 4 carbon atoms, more preferably 1 to 2 carbon atoms. An alkyl group optionally containing a halogen atom (preferably chlorine) or a hydroxy group, a halogen atom (preferably chlorine), a hydroxy group, and / or a phenyl or benzyl group (optionally a hydroxy group and / or Linear or branched, containing 1 to 8 carbon atoms (preferably 1 to 4 carbon atoms, more preferably 1 to 2 carbon atoms), optionally halogen atom (preferably chlorine) Or an alkyl group substituted by a hydroxy group)
M is a hydrogen ion and at least one other cation (preferably the at least one other cation is an alkali metal cation (preferably sodium, lithium or potassium), an alkaline earth metal cation (preferably Barium, magnesium or calcium), and / or N (R 2 ) 4 + ions, where each R 2 is the same or different and is hydrogen or linear or branched 1 The molar ratio of hydrogen ions to said at least one other cation is sufficient for the pH to exceed 7, preferably 2: 1-1: 1,
n is 0-2)
The electrode according to claim 5, which is a reaction product of an alkaline compound.
7. The phenol reactive aldehyde has the formula:
RCHO (II)
Wherein R contains a hydrogen atom or a linear or branched chain of 1 to 8 (preferably 1 to 4, more preferably 1 to 2, most preferably 1) carbon atoms. Represents an alkyl group)
The electrode according to claim 6, which is a precursor of a compound of formula (II) or a compound of formula (II).
8). The phenol-reactive aldehyde is in a ratio of 1: 1 to 1: 3, preferably 1: 1.2 to 1: 3, more preferably 1: 1.5 to 1: 3 with the compound of formula (I). The electrode according to claim 6 or 7, which reacts.
9. The ester curing agent has the formula:
R 3 COOR 4 (III)
(Wherein R 3 contains 1 to 8 carbon atoms (preferably 1 to 4, more preferably 1 to 2 carbon atoms) which are hydrogen atoms or linear or branched, and are desired. Represents an alkyl group substituted by a halogen atom by
R 4 contains 1 to 8 carbon atoms (preferably 1 to 4, more preferably 1 to 2 carbon atoms), linear or branched, optionally with one or more hydroxy and / or Or an alkyl group substituted by an R 3 COO group, or optionally linear or branched, optionally unsaturated, 1 to 8 carbon atoms (preferably 1 to 4 carbon atoms, more preferably Is an alkyl group, halogen atom (preferably chlorine), hydroxy group, and / or phenyl or benzyl group (optionally hydroxy group and / or direct By a chain or branched chain, substituted by an alkyl group containing 1 to 8 carbon atoms (preferably 1 to 4, more preferably 1 to 2 carbon atoms)) Or a substituted phenyl group, or R 3, represents a chemical bond with R 4, R 4 represents a linear or branched, 2-10 carbon atoms (preferably two to four Represents an alkyl group containing a carbon atom))
The electrode according to any one of claims 5 to 8, comprising:
10. The electrode according to claim 1, wherein the resin contains a plasticizer to increase the flexibility of the resin.
11. An electrode substantially as described herein and / or as shown in the reference drawing of FIGS. 3 and / or 4.
12 A separator plate suitable for use in a fuel cell having one or more flow fields for directing a gas flow, the plate comprising a conductive alkaline salt and an ester-cured alkaline phenolic resole resin. A separator plate.
13. The separator plate according to claim 12, wherein the resin is defined in any one of claims 2 to 11.
14. Separator plate according to claim 12 or 13, having two flow fields.
15. Separator plate substantially as described herein and / or shown in the reference drawings of FIGS. 4 and / or 5.
16. An electrolyte suitable for use in an electrical device, comprising a conductive alkaline salt and an ester-cured alkaline phenolic resole resin.
17. The electrolyte according to claim 16, wherein the resin is defined in any one of claims 1 to 11, preferably in any one of claims 5 to 11.
18. (A) negative electrode,
(B) a positive electrode, and (c) an electrolyte means, and optionally (d) an electrical device comprising a separator and / or a bipolar plate, comprising one or more electrodes, electrolyte and / or separator or bipolar An electrical device wherein the plate comprises an alkaline phenolic resole resin containing a conductive alkali salt and ester cured.
19. The electric device according to claim 18, wherein the resin is defined in any one of claims 1 to 11.
20. 20. The electrical device according to claim 18 or 19, wherein the separator plate is as defined in any one of claims 12-15.
21. The electric device according to any one of claims 18 to 20, which is a battery, a battery including two or more batteries, or a capacitor.
22. 22. An electrical device according to any one of claims 18 to 21, wherein the electrolyte means is in the form of an electrolyte or is arranged to receive an electrolyte.
23. 23. In claim 22, wherein the electrolyte means is in the form of a conduit through which the electrolyte can flow when the battery operates, or at least in the form of a container that can contain the electrolyte when the battery operates. The electrical device described.
24. An electrical device substantially as described herein and / or as shown in the reference drawings of FIGS.
25. Use as an electrode in a three-dimensional form in which an alkaline phenolic resole resin containing a conductive alkali salt doped with a conductive material and ester-cured is foamed.
26. Use of an alkaline phenolic resole resin doped with a conductive material, containing a conductive alkali salt and ester-cured, as an electrode.
27. Use of an alkaline phenolic resole resin containing a conductive alkali salt and ester-cured as an electrode.
28. Use of an alkaline phenolic resole resin containing a conductive alkali salt and ester-cured as an electromagnetic shielding material.
29. Use of an alkaline phenolic resole resin containing a conductive alkali salt and ester-cured to prevent electrostatic discharge at any place.
30. The use according to any one of claims 25 to 29, wherein the ester-cured salt-containing alkaline resole resin is as defined in any one of claims 1 to 11.
31. A method for suppressing electromagnetic interference in an electronic product, comprising shielding the electronic product with a salt-containing alkaline resole resin that has been ester-cured.
32. 32. The method of claim 31, wherein the shielding comprises providing the electronic product with a housing constructed at least partially from an ester-cured salt-containing alkaline resole resin.
33. A method for preventing electrostatic discharge at an arbitrary place, comprising providing an ester-cured salt-containing alkaline resole resin at the place.
34. The method according to any one of claims 31 to 33, wherein the ester-cured salt-containing alkaline resole resin is as defined in any one of claims 1 to 11.

Claims (17)

導電性アルカリ塩を含み、エステル硬化させたアルカリ性フェノール系レゾール樹脂の、電極としての使用。   Use of an alkaline phenolic resole resin containing a conductive alkali salt and ester-cured as an electrode. 導電性アルカリ塩を含み、エステル硬化させたアルカリ性フェノール系レゾール樹脂の、電磁遮蔽材料としての使用。   Use of an alkaline phenolic resole resin containing a conductive alkali salt and ester-cured as an electromagnetic shielding material. 導電性アルカリ塩を含み、エステル硬化させたアルカリ性フェノール系レゾール樹脂の、任意の場所における静電気放電を防止するための使用。   Use of an alkaline phenolic resole resin containing a conductive alkali salt and ester-cured to prevent electrostatic discharge at any place. 前記樹脂が、導電性材料でドーピングした、導電性アルカリ塩を含み、エステル硬化させたアルカリ性フェノール系レゾール樹脂である請求項1〜3のいずれか一項に記載の使用。   The use according to any one of claims 1 to 3, wherein the resin is an alkaline phenolic resole resin doped with a conductive material, containing a conductive alkali salt and ester-cured. 前記樹脂と導電性材料との重量比が0.001〜100:1である、請求項4に記載の使用。   Use according to claim 4, wherein the weight ratio of the resin to the conductive material is 0.001 to 100: 1. 前記導電性材料が、炭素および/または非炭素導電性充填材を含んでなる、請求項4またはに記載の使用。 Use according to claim 4 or 5 , wherein the conductive material comprises carbon and / or non-carbon conductive filler. 前記炭素がグラファイトまたは無定形炭素の形態にあり、かつ/もしくは前記非炭素導電性充填材が、金属、金属酸化物、および/または金属被覆されたグラファイト、および/またはガラスの形態にある、請求項6に記載の使用。   The carbon is in the form of graphite or amorphous carbon and / or the non-carbon conductive filler is in the form of a metal, metal oxide, and / or metal-coated graphite, and / or glass. Item 6. Use according to Item 6. 前記樹脂が、エステル硬化剤と、フェノール系レゾールおよび塩基との反応生成物である、請求項4〜7のいずれか一項に記載の使用。   The use according to any one of claims 4 to 7, wherein the resin is a reaction product of an ester curing agent, a phenolic resole and a base. 前記フェノール系レゾールが、フェノール反応性アルデヒドと式:
Figure 0005242666
(式中、Rは、直鎖状または分岐鎖状の1〜8個の炭素原子を含む、ハロゲン原子またはヒドロキシ基により置換されたアルキル基、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、および/またはフェニルまたはベンジル基であり、
Mは、水素イオンと少なくとも一種の他の陽イオンの混合物であり、水素イオンと前記少なくとも一種の他の陽イオンのモル比は、pHが7を超えるのに十分であり、2:1〜1:1であり、
nは0〜2である)
のアルカリ性化合物の反応生成物である、請求項8に記載の使用。
The phenolic resol is a phenol-reactive aldehyde and a formula:
Figure 0005242666
(In the formula, R 1 represents an alkyl group, a halogen atom, a hydroxy group, and / or phenyl or benzyl, which is substituted with a halogen atom or a hydroxy group, containing 1 to 8 carbon atoms which are linear or branched. Group,
M is a mixture of hydrogen ions and at least one other cation, and the molar ratio of hydrogen ions to the at least one other cation is sufficient for the pH to exceed 7, 2: 1 : 1
n is 0-2)
The use according to claim 8, which is a reaction product of an alkaline compound.
前記フェノール反応性アルデヒドが、式:
RCHO (II)
(式中、Rは水素原子、または直鎖状または分岐鎖状の、1〜8個の炭素原子を含むアルキル基を表す)
の化合物、または式(II)の化合物の前駆物質である、請求項9に記載の使用。
The phenol reactive aldehyde has the formula:
RCHO (II)
(In the formula, R represents a hydrogen atom or a linear or branched alkyl group containing 1 to 8 carbon atoms)
10. Use according to claim 9, which is a compound of formula (II) or a precursor of a compound of formula (II).
前記フェノール反応性アルデヒドが前記式(I)の化合物と、1:1〜1:3の比で反応する、請求項9または10に記載の使用。   Use according to claim 9 or 10, wherein the phenol-reactive aldehyde reacts with the compound of formula (I) in a ratio of 1: 1 to 1: 3. 前記エステル硬化剤が、式:
COOR (III)
(式中、Rは、水素原子または直鎖状または分岐鎖状の1〜8個の炭素原子を含む、ハロゲン原子により置換されたアルキル基を表し、
は、直鎖状または分岐鎖状の、1〜8個の炭素原子を含むアルキル基、または
直鎖状または分岐鎖状の1〜8個の炭素原子を含むアルキル基、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、および/またはフェニルまたはベンジル基により置換されたフェニル基
を表すか、または
は、Rとの化学結合を表し、Rは、直鎖状または分岐鎖状の、2〜10個の炭素原子を含むアルキル基を表す)
を有する、請求項8〜11のいずれか一項に記載の使用。
The ester curing agent has the formula:
R 3 COOR 4 (III)
(In the formula, R 3 represents a hydrogen atom or an alkyl group substituted with a halogen atom containing 1 to 8 carbon atoms which are linear or branched,
R 4 is a linear or branched alkyl group containing 1 to 8 carbon atoms, or a linear or branched alkyl group containing 1 to 8 carbon atoms, a halogen atom, hydroxy group, or R 3, or represents a substituted phenyl group, and / or by a phenyl or benzyl group represents a chemical bond with R 4, the R 4 is a linear or branched, 2-10 Represents an alkyl group containing a carbon atom of
The use according to any one of claims 8 to 11, which has
前記樹脂が、前記樹脂の可撓性を増加するために可塑剤を含む、請求項4〜12のいずれか一項に記載の使用。   Use according to any of claims 4 to 12, wherein the resin comprises a plasticizer to increase the flexibility of the resin. 電子製品における電磁的干渉を抑制する方法であって、前記電子製品をエステル硬化させた塩含有アルカリ性レゾール樹脂で遮蔽することを含む、方法。   A method for suppressing electromagnetic interference in an electronic product, comprising shielding the electronic product with a salt-containing alkaline resole resin that has been ester-cured. 前記遮蔽が、エステル硬化させた塩含有アルカリ性レゾール樹脂から少なくとも部分的に構築されたハウジングを前記電子製品に備えることを含む、請求項14に記載の方法。   The method of claim 14, wherein the shielding comprises providing the electronic product with a housing at least partially constructed from an ester-cured salt-containing alkaline resole resin. 任意の場所における静電気放電を防止する方法であって、エステル硬化させた塩含有アルカリ性レゾール樹脂を前記場所に備えてなることを含む、方法。   A method for preventing electrostatic discharge at an arbitrary place, comprising providing an ester-cured salt-containing alkaline resole resin at the place. 前記エステル硬化させた塩含有アルカリ性レゾール樹脂が、請求項4〜13のいずれか一項に規定されたものである、請求項14〜16のいずれか一項に記載の方法。   The method according to any one of claims 14 to 16, wherein the ester-cured salt-containing alkaline resole resin is as defined in any one of claims 4 to 13.
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