JP5799486B2 - Carbon material dispersion - Google Patents
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Description
本発明は、分散性、貯蔵安定性に優れた炭素材料分散液に関する。また、該分散液を使用して調整されたディスプレイコーティング用組成物に関する。更に、該分散液を使用して電極合材層が形成された電池用電極、および正極および負極の少なくとも一方が該電極であるリチウムイオン二次電池に関する。 The present invention relates to a carbon material dispersion excellent in dispersibility and storage stability. Moreover, it is related with the composition for display coatings prepared using this dispersion liquid. Furthermore, the present invention relates to a battery electrode in which an electrode mixture layer is formed using the dispersion, and a lithium ion secondary battery in which at least one of a positive electrode and a negative electrode is the electrode.
炭素材料は、着色顔料、遮光材料、導電材料として、印刷インキ、インクジェットインキ、筆記具用インキ、塗料、プラスチック形成材料などの幅広い分野で使用されており、一般的にこれらの用途への要求品質を満たすには、炭素材料を有機溶剤中に微分散することが重要となる。 Carbon materials are used in a wide range of fields such as printing pigments, inkjet inks, inks for writing instruments, paints, and plastic forming materials as coloring pigments, light-shielding materials, and conductive materials. In order to satisfy this, it is important to finely disperse the carbon material in an organic solvent.
カーボンブラックの分散については、各種添加剤、例えば界面活性剤などの分散剤や顔料分散樹脂を用いて分散する方法がある。しかしながら界面活性剤による分散は、電離した極性官能基同士の静電反発を利用して分散安定化を図る為、水系での分散には有利であるが、水に比べ誘電率の低い有機溶剤中での分散には不向きとされ、特許文献1、特許文献2にあるように、通常、有機溶剤中での分散においては、顔料分散樹脂を用いる方法が採られてきた。これはカーボンブラック粒子表面に分散樹脂を吸着させ、吸着樹脂同士の立体反発を利用して分散の安定化を図るというものである。但しこの場合でも、カーボンブラック表面と分散樹脂との相互作用が不十分であると樹脂の脱着が起こり、容易に再凝集してしまう。また、一般的なカーボンブラックは樹脂と相互作用する表面官能基の量が少ないことや非常に粒径が細かく比表面積が大きなものが多い為、安定化に必要な分散樹脂量が大量となること、また、分散樹脂量が多くなってしまうと、インキや塗料適性を付与する為に加える樹脂や添加剤の使用できる量に制限が生じたり、更に分散樹脂とそれら添加剤との相溶性が悪い場合は、シンニングショックによる凝集や、インキ、塗料の経時安定性が低下するという問題がある。 Regarding the dispersion of carbon black, there is a method of dispersing using various additives, for example, a dispersant such as a surfactant or a pigment dispersion resin. However, dispersion with a surfactant is advantageous for dispersion in an aqueous system because it uses electrostatic repulsion between ionized polar functional groups to stabilize the dispersion, but in an organic solvent having a dielectric constant lower than that of water. In the dispersion in an organic solvent, a method using a pigment dispersion resin has been generally employed as disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2. In this method, the dispersion resin is adsorbed on the surface of the carbon black particles, and the dispersion is stabilized by utilizing the steric repulsion between the adsorption resins. However, even in this case, if the interaction between the carbon black surface and the dispersion resin is insufficient, the resin is desorbed and easily re-aggregates. In addition, general carbon black has a small amount of surface functional groups that interact with the resin, and many particles have a very small particle size and a large specific surface area, so that a large amount of dispersed resin is required for stabilization. In addition, if the amount of the dispersed resin increases, the amount of the resin or additive that can be added to impart ink or paint suitability is limited, or the compatibility between the dispersed resin and these additives is poor. In such a case, there is a problem that aggregation due to a thinning shock and stability with time of the ink and paint are lowered.
そこで分散性改善を目的に、カーボンブラックを気相または液相で酸化処理し粒子表面に酸性官能基を導入する方法が検討されている。しかしながら、プラズマやオゾン処理の様な気相酸化では処理効率の低さや処理装置が高価である等の問題があり、液相処理では、硝酸や過酸化水素等の強酸を使用する為、作業安全性等に問題がある。特に硝酸処理によって酸化されたカーボンブラックについては変異原生の問題も指摘されている。 Therefore, for the purpose of improving dispersibility, a method of introducing an acidic functional group onto the particle surface by oxidizing carbon black in a gas phase or a liquid phase has been studied. However, gas phase oxidation such as plasma and ozone treatment has problems such as low processing efficiency and expensive processing equipment, and liquid phase processing uses strong acids such as nitric acid and hydrogen peroxide. There is a problem with sex. Especially for carbon black oxidized by nitric acid treatment, the problem of mutagenesis has been pointed out.
また、分散剤としてアミンを使用し、カーボンブラック表面の官能基との酸−塩基相互によりカーボンブラックに吸着させ、樹脂との親和性を高める方法が特許文献3に開示されている。しかしながら、カーボンブラック表面の官能基量が少ないとアミンの吸着が不十分であるため、カーボンブラックの選択に制限が生じる問題や、酸性官能基を含有する樹脂の使用が望ましいが、他の添加剤との相溶性や、最終的な塗料・インキ組成の自由度が狭まる問題が残る。 Further, Patent Document 3 discloses a method in which an amine is used as a dispersant and is adsorbed on carbon black by acid-base interaction with a functional group on the surface of carbon black to increase the affinity with the resin. However, if the amount of functional groups on the surface of the carbon black is small, amine adsorption is insufficient, so there is a problem that the selection of the carbon black is limited, and the use of a resin containing acidic functional groups is desirable. There remains a problem that the degree of freedom of the final paint and ink composition is narrowed.
一方、有機色素残基、アントラキノン残基またはトリアジン残基等を母体骨格として側鎖に酸性基や塩基性基を置換基として有する顔料誘導体と、分散樹脂とを併用して分散を行う方法が、特許文献4に開示されている。この有機色素誘導体、アントラキノン誘導体またはトリアジン誘導体の作用機構としては、各種誘導体の極性官能基と樹脂の極性官能基が酸−塩基反応や水素結合等の相互作用をすることにより、これら誘導体が溶剤中に溶出し、この溶出物が有機色素残基、アントラキノン残基、またはトリアジン残基を吸着部位としてカーボンブラックに吸着して、樹脂層が立体反発効果を示し、カーボンブラックの分散安定化を図ると考えられている。この方法では、ほとんどの場合、インキ、塗料化用の樹脂をそのまま分散樹脂として使用できるので、分散剤に起因する相溶性の問題がなく、汎用性に優れる。しかし、カラーフィルター用の塗料やインクジェットインキ等の極めて高度な分散を要求される用途では、分散樹脂を併用しないと十分な分散が得られないことが多く、またその場合は、分散樹脂と他の添加剤との相溶性や、最終的な塗料・インキ組成の自由度が狭まる問題が残る。 On the other hand, a method of carrying out dispersion using a pigment resin having an organic dye residue, an anthraquinone residue or a triazine residue as a base skeleton as a side chain and an acidic group or basic group as a substituent, and a dispersion resin, It is disclosed in Patent Document 4. The action mechanism of these organic dye derivatives, anthraquinone derivatives or triazine derivatives is that the polar functional groups of various derivatives interact with the polar functional groups of the resin, such as acid-base reactions and hydrogen bonds. When the eluate is adsorbed to carbon black using an organic dye residue, anthraquinone residue, or triazine residue as an adsorption site, the resin layer exhibits a steric repulsion effect and stabilizes the dispersion of carbon black. It is considered. In this method, in most cases, an ink or a resin for coating can be used as a dispersion resin as it is, so that there is no compatibility problem caused by the dispersant and excellent versatility. However, in applications that require extremely high dispersion, such as paints for color filters and inkjet inks, sufficient dispersion is often not obtained unless a dispersion resin is used in combination. There remains a problem that compatibility with additives and the degree of freedom of final paint / ink composition are narrowed.
そこで樹脂を用いずにカーボンブラック分散液を製造する方法として、塩基性官能基を有する有機色素誘導体またはトリアジン誘導体とカーボンブラックとを、酸存在下有機溶剤中で吸着処理する方法が特許文献5に開示されている。この方法では分散樹脂を使用しないため相溶性に優れる分散液を得ることができるが、誘導体と酸との併用によってカーボンブラックの分散安定性を確保しているため、塗料化時に添加剤などによって酸が中和されてしまうような場合はカーボンブラックが再凝集してしまう。また、分散に用いる溶剤としてはプロトン性の溶剤を併用する必要があり、例えば電子供与性溶剤単独での場合などに分散が困難であると思われる。 Therefore, as a method for producing a carbon black dispersion without using a resin, Patent Document 5 discloses a method of adsorbing an organic dye derivative or triazine derivative having a basic functional group and carbon black in an organic solvent in the presence of an acid. It is disclosed. Since this method does not use a dispersion resin, a dispersion having excellent compatibility can be obtained. However, since the dispersion stability of carbon black is ensured by the combined use of a derivative and an acid, an acid may be added by an additive during coating. When carbon black is neutralized, carbon black is re-agglomerated. Further, it is necessary to use a protic solvent in combination as a solvent used for dispersion. For example, it is considered that dispersion is difficult in the case of an electron donating solvent alone.
カーボンナノチューブは、高い導電性、機械的強度等の特徴を有することから、燃料電池、電極、電磁波シールド材、導電性樹脂、電界放出ディスプレー(FED)用部材、水素を始めとする各種ガスの吸蔵材料等、幅広い分野への利用が期待されている。カーボンナノチューブおよびカーボンナノファイバーを使用する場合には、互いに絡み合うことなく溶液中に微分散していることが好ましいが、凝集性が強く、一般に分散は困難である。 Carbon nanotubes have characteristics such as high conductivity and mechanical strength, so they can store various types of gas such as fuel cells, electrodes, electromagnetic shielding materials, conductive resins, field emission display (FED) members, and hydrogen. Expected to be used in a wide range of fields such as materials. When carbon nanotubes and carbon nanofibers are used, it is preferable that they are finely dispersed in the solution without being entangled with each other, but they are highly cohesive and generally difficult to disperse.
カーボンナノチューブの分散性を向上させる試みとしては、特許文献6には分散剤として界面活性剤を用いる方法が開示されている。しかしながら、この方法ではカーボンナノチューブに対し50wt%程度の量の界面活性剤を使用しており、得られた分散液に塗膜形成用樹脂を添加し、塗膜を作成しても、硬化に寄与しない界面活性剤が塗膜の硬度、耐性を低下させてしまう。 As an attempt to improve the dispersibility of carbon nanotubes, Patent Document 6 discloses a method using a surfactant as a dispersant. However, this method uses a surfactant in an amount of about 50 wt% with respect to the carbon nanotubes. Even if a coating film is added to the obtained dispersion to create a coating film, it contributes to curing. The surfactant that does not reduce the hardness and resistance of the coating film.
以上のような問題に鑑み、本発明は分散樹脂を用いることなく分散性、貯蔵安定性に優れた炭素材料分散液を提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a carbon material dispersion excellent in dispersibility and storage stability without using a dispersion resin.
分散樹脂を用いることなく分散性、貯蔵安定性に優れた炭素材料分散液を提供すること。 To provide a carbon material dispersion excellent in dispersibility and storage stability without using a dispersion resin.
本発明者らは、鋭意検討の結果、塩基性官能基を有する有機色素誘導体または塩基性官能基を有するトリアジン誘導体と、分子量300以下の塩基との存在下で、有機溶剤中に炭素材料を分散することで、分散樹脂を用いることなく分散性および貯蔵安定性に優れた炭素材料分散液を調製できることを見いだし、本発明に至った。 As a result of intensive studies, the present inventors have dispersed a carbon material in an organic solvent in the presence of an organic dye derivative having a basic functional group or a triazine derivative having a basic functional group and a base having a molecular weight of 300 or less. Thus, it was found that a carbon material dispersion excellent in dispersibility and storage stability can be prepared without using a dispersion resin, and the present invention has been achieved.
即ち本発明は、塩基性官能基を有する有機色素誘導体または塩基性官能基を有するトリアジン誘導体と、分子量300以下の塩基と、炭素材料と、有機溶剤とを含む、炭素材料分散液であって、
塩基性官能基を有する有機色素誘導体が、下記一般式(6)で表される有機色素誘導体であり、
前記誘導体の添加量が、炭素材料100重量部に対して、1重量部以上、20重量部以下であり、
前記塩基の添加量が前記誘導体に対して0.1〜10当量であり、
前記炭素材料が、中性カーボンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバーからなる群から選ばれる少なくとも一種以上の炭素材料である、炭素材料分散液に関する。
一般式(6):
Zは、下記一般式(7)、(8)または、一般式(9)で示される群から選ばれる少なくとも1つのものである。nは、1〜4の整数を表す。
一般式(7):
X 4 は、直接結合、−SO 2 −、−CO−、−CH 2 NHCOCH 2 −、−CH 2 NHCONHCH 2 −、−CH 2 −または、−X 5 −Y−X 6 −を表す。X 5 は、−NH−または、−O−を表し、X 6 は、直接結合、−SO 2 −、−CO−、−CH 2 NHCOCH 2 −、−CH 2 NHCONHCH 2 −または、−CH 2 −を表す。Yは炭素数1〜20で構成された、置換基を有してもよいアルキレン基、置換基を有してもよいアルケニレン基または、置換基を有してもよいアリーレン基を表す。
vは、1〜10の整数を表す。
R 3 、R 4 はそれぞれ独立に、水素原子、置換されていてもよいアルキル基、置換されていてもよいアルケニル基、置換されていてもよいアリール基、またはR 3 、R 4 とで一体となって更なる窒素、酸素または硫黄原子を含む置換されていてもよい複素環残基を表す。
R 5 、R 6 、R 7 、R 8 は、それぞれ独立に、水素原子、置換されていてもよいアルキル基、置換されていてもよいアルケニル基または置換されていてもよいアリール基を表す。
R 9 は、置換されていてもよいアルキル基、置換されていてもよいアルケニル基または置換されていてもよいアリール基を表す。
R 12 は有機色素残基を表す。
R 12 で表される有機色素残基は、ジケトピロロピロール系色素、アゾ、ジスアゾ、ポリアゾのアゾ系色素、フタロシアニン系色素、ジアミノジアントラキノン、アントラピリミジン、フラバントロン、アントアントロン、インダントロン、ピラントロン、ビオラントロンのアントラキノン系色素、キナクリドン系色素の残基である。
That is, the present invention is a carbon material dispersion comprising an organic dye derivative having a basic functional group or a triazine derivative having a basic functional group, a base having a molecular weight of 300 or less, a carbon material, and an organic solvent,
The organic dye derivative having a basic functional group is an organic dye derivative represented by the following general formula (6),
The amount of the derivative added is 1 part by weight or more and 20 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the carbon material,
The amount of the base added is 0.1 to 10 equivalents relative to the derivative,
The present invention relates to a carbon material dispersion, wherein the carbon material is at least one carbon material selected from the group consisting of neutral carbon black, carbon nanotubes, and carbon nanofibers.
General formula (6):
Z is at least one selected from the group represented by the following general formula (7), (8) or general formula (9). n represents an integer of 1 to 4.
General formula (7):
X 4 is a direct bond, -SO 2 -, - CO - , - CH 2 NHCOCH 2 -, - CH 2 NHCONHCH 2 -, - CH 2 - or, -X 5 -Y-X 6 - represents a. X 5 is -NH- or represents -O-, X 6 represents a direct bond, -SO 2 -, - CO - , - CH 2 NHCOCH 2 -, - CH 2 NHCONHCH 2 - or -CH 2 - Represents. Y represents an alkylene group which may have a substituent, an alkenylene group which may have a substituent, or an arylene group which may have a substituent, having 1 to 20 carbon atoms.
v represents an integer of 1 to 10.
R 3 and R 4 are each independently a hydrogen atom, an optionally substituted alkyl group, an optionally substituted alkenyl group, an optionally substituted aryl group, or R 3 and R 4 together. Represents an optionally substituted heterocyclic residue containing additional nitrogen, oxygen or sulfur atoms.
R 5 , R 6 , R 7 and R 8 each independently represents a hydrogen atom, an optionally substituted alkyl group, an optionally substituted alkenyl group or an optionally substituted aryl group.
R 9 represents an optionally substituted alkyl group, an optionally substituted alkenyl group, or an optionally substituted aryl group.
R 12 represents an organic dye residue.
The organic dye residue represented by R 12 is diketopyrrolopyrrole dye, azo, disazo, polyazo azo dye, phthalocyanine dye, diaminodianthraquinone, anthrapyrimidine, flavantron, anthanthrone, indanthrone, pyranthrone. These are residues of anthraquinone dyes and quinacridone dyes of violanthrone.
また本発明は、上記の塩基がアミンである炭素材料分散液に関する。
また本発明は、上記の有機溶剤の比誘電率が10以上である炭素材料分散液に関する。
また本発明は、上記の有機溶剤のドナー数が15Kcal/mol以上である炭素材料分散液に関する。
The present invention also relates to a carbon material dispersion in which the base is an amine.
The present invention also relates to a carbon material dispersion in which the organic solvent has a relative dielectric constant of 10 or more.
The present invention also relates to a carbon material dispersion in which the organic solvent has a donor number of 15 Kcal / mol or more.
また本発明は、上記の炭素材料分散液を使用して調整されたディスプレイコーティング用組成物に関する。 Moreover, this invention relates to the composition for display coatings prepared using said carbon material dispersion liquid.
また本発明は、上記の炭素材料分散液を使用して電極合材層が形成された電池用電極に関する。
また本発明は、集電体上に正極合材層を有する正極と、集電体上に負極合材層を有する負極と、リチウムを含む電解質とを具備するリチウムイオン二次電池であって、正極および負極の少なくとも一方が、上記の電池用電極であるリチウムイオン二次電池に関する。
Moreover, this invention relates to the electrode for batteries in which the electrode compound-material layer was formed using said carbon material dispersion liquid.
The present invention is a lithium ion secondary battery comprising a positive electrode having a positive electrode mixture layer on a current collector, a negative electrode having a negative electrode mixture layer on the current collector, and an electrolyte containing lithium, At least one of a positive electrode and a negative electrode is related with the lithium ion secondary battery which is said battery electrode.
本発明により、分散樹脂を用いることなく分散性および保存安定性良好な炭素材料の分散液が得られる。 According to the present invention, a dispersion of a carbon material having good dispersibility and storage stability can be obtained without using a dispersion resin.
本発明における炭素材料分散液は、炭素材料と、塩基性官能基を有する有機色素誘導体または塩基性官能基を有するトリアジン誘導体と、分子量300以下の塩基と、有機溶剤とを含むことを特徴とするが、以下にその詳細を説明する。 The carbon material dispersion in the present invention includes a carbon material, an organic dye derivative having a basic functional group or a triazine derivative having a basic functional group, a base having a molecular weight of 300 or less, and an organic solvent. The details will be described below.
<炭素材料>
本発明に用いる炭素材料としては、特に限定されるものではないが、グラファイト、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンファイバー、フラーレン等を単独で、もしくは2種類以上併せて使用することができる。色、隠蔽性、導電性、入手の容易さ、およびコスト面などから、用途にあった炭素材料を選定することができる。
<Carbon material>
The carbon material used in the present invention is not particularly limited, and graphite, carbon black, carbon nanotube, carbon nanofiber, carbon fiber, fullerene, etc. can be used alone or in combination of two or more. . A carbon material suitable for the application can be selected from the viewpoints of color, concealability, conductivity, availability, and cost.
本発明に用いるカーボンブラックとしては、市販のファーネスブラック、チャンネルブラック、サーマルブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラックなど各種のものを用いることができる。また、通常行われている酸化処理されたカーボンブラックや、中空カーボンなども使用できる。しかし、有機色素誘導体またはトリアジン誘導体の吸着性、脱着性を考えた場合、官能基の少ない中性カーボンの方が好ましい。また、カーボンブラックの粒径としては、通常のインキや塗料に用いるカーボンブラックの粒径範囲と同様に0.01〜1μmが好ましく、特に、0.01〜0.2μmが好ましい。ただし、ここでいう粒径とは電子顕微鏡などで測定された平均一次粒子径を示し、この物性値は一般にカーボンブラックの物理的特性を表すのに用いられている。 As the carbon black used in the present invention, various types such as commercially available furnace black, channel black, thermal black, acetylene black, ketjen black and the like can be used. Ordinarily oxidized carbon black or hollow carbon can be used. However, in view of the adsorptivity and desorption properties of the organic dye derivative or triazine derivative, neutral carbon having fewer functional groups is preferable. The particle size of carbon black is preferably 0.01 to 1 μm, and particularly preferably 0.01 to 0.2 μm, as in the particle size range of carbon black used in ordinary inks and paints. However, the particle size referred to here indicates an average primary particle size measured with an electron microscope or the like, and the physical property values are generally used to represent the physical characteristics of carbon black.
本発明に用いるカーボンナノチューブは、グラファイトを筒状に巻いた形状を有する炭素材料であり、その直径は数nmから100nm程度で、長さは数nmから1mm程度である。半導体特性、塗膜の透明性等を発揮するには直径50nm以下、特に20nm以下が好ましい。長さは100nmから1mmが好ましく、特に500nmから1mmが好ましい。カーボンナノチューブには単層のものや多層構造になったものがあるが、いずれの構造であってもよい。また、カーボンナノファイバーとして分類される、繊維径が100nmから1μm程度のものについても使用可能である。 The carbon nanotube used in the present invention is a carbon material having a shape obtained by winding graphite in a cylindrical shape, and has a diameter of about several nm to 100 nm and a length of about several nm to 1 mm. In order to exhibit semiconductor characteristics, transparency of the coating film, etc., the diameter is preferably 50 nm or less, particularly preferably 20 nm or less. The length is preferably from 100 nm to 1 mm, particularly preferably from 500 nm to 1 mm. There are single-walled carbon nanotubes and multi-walled carbon nanotubes, but any structure may be used. Further, those having a fiber diameter of about 100 nm to 1 μm, which are classified as carbon nanofibers, can also be used.
<塩基性官能基を有する有機色素誘導体または塩基性官能基を有するトリアジン誘導体>
本発明には塩基性官能基を有する有機色素誘導体または塩基性官能基を有するトリアジン誘導体を用いる。とりわけ、下記一般式(1)で表されるトリアジン誘導体、または下記一般式(6)で表される有機色素誘導体の使用が好ましい。
<Organic dye derivative having basic functional group or triazine derivative having basic functional group>
In the present invention, an organic dye derivative having a basic functional group or a triazine derivative having a basic functional group is used. In particular, use of a triazine derivative represented by the following general formula (1) or an organic dye derivative represented by the following general formula (6) is preferable.
一般式(1):
X1は、−NH−、−O−、−CONH−、−SO2NH−、−CH2NH−、−CH2NHCOCH2NH−または−X2−Y−X3−を表し、X2は、−NH−、−O−、−CONH−、−SO2NH−、−CH2NH−、−NHCO−または−NHSO2−を表し、X3はそれぞれ独立に−NH−または、−O−を表し、Yは炭素数1〜20で構成された、置換基を有してもよいアルキレン基、置換基を有してもよいアルケニレン基または、置換基を有してもよいアリーレン基を表す。
Pは、一般式(2)、(3)または、一般式(4)のいずれかで示される置換基を表す。
Qは、−O−R2、−NH−R2、ハロゲン基、−X1−R1または、一般式(2)、(3)もしくは、一般式(4)のいずれかで示される置換基を表す。
R2は、水素原子、置換基を有してもよいアルキル基または、置換基を有してもよいアルケニル基もしくは、置換基を有してもよいアリール基を表す。
General formula (1):
X 1 is, -NH -, - O -, - CONH -, - SO 2 NH -, - CH 2 NH -, - CH 2 NHCOCH 2 NH- or -X 2 -Y-X 3 - represents, X 2 is, -NH -, - O -, - CONH -, - SO 2 NH -, - CH 2 NH -, - NHCO- or -NHSO 2 - represents, X 3 each independently -NH- or, -O -Y represents an alkylene group which may have a substituent, an alkenylene group which may have a substituent, or an arylene group which may have a substituent, which is composed of 1 to 20 carbon atoms. Represent.
P represents a substituent represented by any one of the general formulas (2), (3) and the general formula (4).
Q is —O—R 2 , —NH—R 2 , a halogen group, —X 1 —R 1, or a substituent represented by any one of the general formulas (2), (3), or (4) Represents.
R 2 represents a hydrogen atom, an alkyl group that may have a substituent, an alkenyl group that may have a substituent, or an aryl group that may have a substituent.
一般式(2):
一般式(3):
一般式(4):
X4は、直接結合、−SO2−、−CO−、−CH2NHCOCH2−、−CH2NHCONHCH2−、−CH2−または、−X5−Y−X6−を表す。X5は、−NH−または、−O−を表し、X6は、直接結合、−SO2−、−CO−、−CH2NHCOCH2−、−CH2NHCONHCH2−または、−CH2−を表す。Yは炭素数1〜20で構成された、置換基を有してもよいアルキレン基、置換基を有してもよいアルケニレン基または、置換基を有してもよいアリーレン基を表す。
vは、1〜10の整数を表す。
R3、R4はそれぞれ独立に、水素原子、置換されていてもよいアルキル基、置換されていてもよいアルケニル基、置換されていてもよいアリール基、またはR3、R4とで一体となって更なる窒素、酸素または硫黄原子を含む置換されていてもよい複素環残基を表す。
R5、R6、R7、R8は、それぞれ独立に、水素原子、置換されていてもよいアルキル基、置換されていてもよいアルケニル基または置換されていてもよいアリール基を表す。
R9は、置換されていてもよいアルキル基、置換されていてもよいアルケニル基または置換されていてもよいアリール基を表す。
nは、1〜4の整数を表す。
General formula (4):
X 4 is a direct bond, -SO 2 -, - CO - , - CH 2 NHCOCH 2 -, - CH 2 NHCONHCH 2 -, - CH 2 - or, -X 5 -Y-X 6 - represents a. X 5 is -NH- or represents -O-, X 6 represents a direct bond, -SO 2 -, - CO - , - CH 2 NHCOCH 2 -, - CH 2 NHCONHCH 2 - or -CH 2 - Represents. Y represents an alkylene group which may have a substituent, an alkenylene group which may have a substituent, or an arylene group which may have a substituent, having 1 to 20 carbon atoms.
v represents an integer of 1 to 10.
R 3 and R 4 are each independently a hydrogen atom, an optionally substituted alkyl group, an optionally substituted alkenyl group, an optionally substituted aryl group, or R 3 and R 4. Represents an optionally substituted heterocyclic residue containing additional nitrogen, oxygen or sulfur atoms.
R 5 , R 6 , R 7 and R 8 each independently represents a hydrogen atom, an optionally substituted alkyl group, an optionally substituted alkenyl group or an optionally substituted aryl group.
R 9 represents an optionally substituted alkyl group, an optionally substituted alkenyl group, or an optionally substituted aryl group.
n represents an integer of 1 to 4.
R1は有機色素残基、置換基を有していてもよい複素環残基、置換基を有していてもよい芳香族環残基または下記一般式(5)で示される基を表す。 R 1 represents an organic dye residue, a heterocyclic residue which may have a substituent, an aromatic ring residue which may have a substituent, or a group represented by the following general formula (5).
一般式(5):
Tは、−X8−R10または、W1を表し、Uは、−X9−R11または、W2を表す。
W1およびW2は、それぞれ独立に−O−R2、−NH−R2、ハロゲン基または、一般式(2)、(3)もしくは、一般式(4)のいずれかで示される置換基を表す。
R2は、水素原子、置換基を有してもよいアルキル基または、置換基を有してもよいアルケニル基もしくは、置換基を有してもよいアリール基を表す。
X7は−NH−または−O−を表し、X8およびX9は、それぞれ独立に−NH−、−O−、−CONH−、−SO2NH−、−CH2NH−または−CH2NHCOCH2NH−を表す。
Yは炭素数1〜20で構成された、置換基を有してもよいアルキレン基、置換基を有してもよいアルケニレン基または、置換基を有してもよいアリーレン基を示す。
R10およびR11はそれぞれ独立に、有機色素残基、置換基を有していてもよい複素環残基、置換基を有していてもよい芳香族環残基を表す。
General formula (5):
T is -X 8 -R 10 or represents W 1, U represents -X 9 -R 11 or W 2.
W 1 and W 2 are each independently —O—R 2 , —NH—R 2 , a halogen group, or a substituent represented by any one of General Formula (2), (3), or General Formula (4) Represents.
R 2 represents a hydrogen atom, an alkyl group that may have a substituent, an alkenyl group that may have a substituent, or an aryl group that may have a substituent.
X 7 represents an -NH- or -O-, X 8 and X 9 are each independently -NH -, - O -, - CONH -, - SO 2 NH -, - CH 2 NH- or -CH 2 NHCOCH 2 NH— is represented.
Y represents an alkylene group which may have a substituent, an alkenylene group which may have a substituent, or an arylene group which may have a substituent, which has 1 to 20 carbon atoms.
R 10 and R 11 each independently represents an organic dye residue, a heterocyclic residue which may have a substituent, or an aromatic ring residue which may have a substituent.
一般式(1)のR1および、一般式(5)のR10、R11で表される有機色素残基としては、例えばジケトピロロピロール系色素、アゾ、ジスアゾ、ポリアゾ等のアゾ系色素、フタロシアニン系色素、ジアミノジアントラキノン、アントラピリミジン、フラバントロン、アントアントロン、インダントロン、ピラントロン、ビオラントロン等のアントラキノン系色素、キナクリドン系色素、ジオキサジン系色素、ぺリノン系色素、ぺリレン系色素、チオインジゴ系色素、イソインドリン系色素、イソインドリノン系色素、キノフタロン系色素、スレン系色素、金属錯体系色素等が挙げられる。 Examples of the organic dye residue represented by R 1 in the general formula (1) and R 10 and R 11 in the general formula (5) include azo dyes such as diketopyrrolopyrrole dyes, azo, disazo, and polyazo. Anthraquinone dyes such as phthalocyanine dyes, diaminodianthraquinones, anthrapyrimidines, flavantrons, anthanthrones, indantrons, pyrantrons, violanthrones, quinacridone dyes, dioxazine dyes, perinone dyes, perylene dyes, thioindigo dyes And dyes, isoindoline dyes, isoindolinone dyes, quinophthalone dyes, selenium dyes, metal complex dyes, and the like.
一般式(1)のR1および、一般式(5)のR10、R11で表される複素環残基および芳香族環残基としては、例えば、チオフェン、フラン、ピリジン、ピラジン、トリアジン、ピラゾール、ピロール、イミダゾール、イソインドリン、イソインドリノン、ベンズイミダゾロン、ベンズチアゾール、ベンズトリアゾール、インドール、キノリン、カルバゾール、アクリジン、ベンゼン、ナフタリン、アントラセン、フルオレン、フェナントレン、アントラキノン、アクリドン等が挙げられる。これらの複素環残基および芳香族環残基は、アルキル基(メチル基、エチル基、ブチル基等)、アミノ基、アルキルアミノ基(ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、ジブチルアミノ基等)、ニトロ基、水酸基、アルコキシ基(メトキシ基、エトキシ基、ブトキシ基等)、ハロゲン(塩素、臭素、フッ素等)、フェニル基(アルキル基、アミノ基、アルキルアミノ基、ニトロ基、水酸基、アルコキシ基、ハロゲン等で置換されていてもよい)、およびフェニルアミノ基(アルキル基、アミノ基、アルキルアミノ基、ニトロ基、水酸基、アルコキシ基、ハロゲン等で置換されていてもよい)等の置換基を有していてもよい。 Examples of the heterocyclic residue and aromatic ring residue represented by R 1 in the general formula (1) and R 10 and R 11 in the general formula (5) include thiophene, furan, pyridine, pyrazine, triazine, Examples include pyrazole, pyrrole, imidazole, isoindoline, isoindolinone, benzimidazolone, benzthiazole, benztriazole, indole, quinoline, carbazole, acridine, benzene, naphthalene, anthracene, fluorene, phenanthrene, anthraquinone, and acridone. These heterocyclic residues and aromatic ring residues are alkyl groups (methyl group, ethyl group, butyl group, etc.), amino groups, alkylamino groups (dimethylamino group, diethylamino group, dibutylamino group, etc.), nitro groups. Hydroxyl group, alkoxy group (methoxy group, ethoxy group, butoxy group, etc.), halogen (chlorine, bromine, fluorine, etc.), phenyl group (alkyl group, amino group, alkylamino group, nitro group, hydroxyl group, alkoxy group, halogen, etc.) And a substituent such as a phenylamino group (which may be substituted with an alkyl group, amino group, alkylamino group, nitro group, hydroxyl group, alkoxy group, halogen, etc.) May be.
一般式(1)および、一般式(5)のYは、炭素数20以下の置換基を有していてもよいアルキレン基、アルケニレン基またはアリーレン基を表すが、好ましくは置換されていてもよいフェニレン基、ビフェニレン基、ナフチレン基または炭素数が10以下の側鎖を有していてもよいアルキレン基が挙げられる。 Y in the general formula (1) and the general formula (5) represents an alkylene group, an alkenylene group or an arylene group which may have a substituent having 20 or less carbon atoms, but may preferably be substituted. Examples include a phenylene group, a biphenylene group, a naphthylene group, or an alkylene group that may have a side chain having 10 or less carbon atoms.
一般式(6):
Zは、下記一般式(7)、(8)または、一般式(9)で示される群から選ばれる少なくとも1つのものである。nは、1〜4の整数を表す。
General formula (6):
Z is at least one selected from the group represented by the following general formula (7), (8) or general formula (9). n represents an integer of 1 to 4.
一般式(7):
一般式(8):
一般式(9):
X4は、直接結合、−SO2−、−CO−、−CH2NHCOCH2−、−CH2NHCONHCH2−、−CH2−または、−X5−Y−X6−を表す。X5は、−NH−または、−O−を表し、X6は、直接結合、−SO2−、−CO−、−CH2NHCOCH2−、−CH2NHCONHCH2−または、−CH2−を表す。Yは炭素数1〜20で構成された、置換基を有してもよいアルキレン基、置換基を有してもよいアルケニレン基または、置換基を有してもよいアリーレン基を表す。
vは、1〜10の整数を表す。
General formula (9):
X 4 is a direct bond, -SO 2 -, - CO - , - CH 2 NHCOCH 2 -, - CH 2 NHCONHCH 2 -, - CH 2 - or, -X 5 -Y-X 6 - represents a. X 5 is -NH- or represents -O-, X 6 represents a direct bond, -SO 2 -, - CO - , - CH 2 NHCOCH 2 -, - CH 2 NHCONHCH 2 - or -CH 2 - Represents. Y represents an alkylene group which may have a substituent, an alkenylene group which may have a substituent, or an arylene group which may have a substituent, having 1 to 20 carbon atoms.
v represents an integer of 1 to 10.
R3、R4はそれぞれ独立に、水素原子、置換されていてもよいアルキル基、置換されていてもよいアルケニル基、置換されていてもよいアリール基、またはR3、R4とで一体となって更なる窒素、酸素または硫黄原子を含む置換されていてもよい複素環残基を表す。
R5、R6、R7、R8は、それぞれ独立に、水素原子、置換されていてもよいアルキル基、置換されていてもよいアルケニル基または置換されていてもよいアリール基を表す。
R9は、置換されていてもよいアルキル基、置換されていてもよいアルケニル基または置換されていてもよいアリール基を表す。
R12は有機色素残基を表す。
R12で表される有機色素残基としては、例えばジケトピロロピロール系色素、アゾ、ジスアゾ、ポリアゾ等のアゾ系色素、フタロシアニン系色素、ジアミノジアントラキノン、アントラピリミジン、フラバントロン、アントアントロン、インダントロン、ピラントロン、ビオラントロン等のアントラキノン系色素、キナクリドン系色素等が挙げられる。
R 3 and R 4 are each independently a hydrogen atom, an optionally substituted alkyl group, an optionally substituted alkenyl group, an optionally substituted aryl group, or R 3 and R 4 together. Represents an optionally substituted heterocyclic residue containing additional nitrogen, oxygen or sulfur atoms.
R 5 , R 6 , R 7 and R 8 each independently represents a hydrogen atom, an optionally substituted alkyl group, an optionally substituted alkenyl group or an optionally substituted aryl group.
R 9 represents an optionally substituted alkyl group, an optionally substituted alkenyl group, or an optionally substituted aryl group.
R 12 represents an organic dye residue.
Examples of the organic dye residue represented by R 12 include diketopyrrolopyrrole dyes, azo dyes such as azo, disazo, polyazo, phthalocyanine dyes, diaminodianthraquinone, anthrapyrimidine, flavantrons, anthanthrones, indans. Anthraquinone dyes such as Thoron, Pyrantron and Violantrone, quinacridone dyes and the like can be mentioned.
一般式(2)〜(4)および、一般式(6)〜(8)で示される置換基を形成するために使用されるアミン成分としては、例えば、ジメチルアミン、ジエチルアミン、メチルエチルアミン、N,N−エチルイソプロピルアミン、N,N−エチルプロピルアミン、N,N−メチルブチルアミン、N,N−メチルイソブチルアミン、N,N−ブチルエチルアミン、N,N−tert−ブチルエチルアミン、ジイソプロピルアミン、ジプロピルアミン、N,N−sec−ブチルプロピルアミン、ジブチルアミン、ジ−sec−ブチルアミン、ジイソブチルアミン、N,N−イソブチル−sec−ブチルアミン、ジアミルアミン、ジイソアミルアミン、ジヘキシルアミン、ジシクロヘキシルアミン、ジ(2−エチルへキシル)アミン、ジオクチルアミン、N,N−メチルオクタデシルアミン、ジデシルアミン、ジアリルアミン、N,N−エチル−1,2−ジメチルプロピルアミン、N,N−メチルヘキシルアミン、ジオレイルアミン、ジステアリルアミン、N,N−ジメチルアミノメチルアミン、N,N−ジメチルアミノエチルアミン、N,N−ジメチルアミノアミルアミン、N,N−ジメチルアミノブチルアミン、N,N−ジエチルアミノエチルアミン、N,N−ジエチルアミノプロピルアミン、N,N−ジエチルアミノヘキシルアミン、N,N−ジエチルアミノブチルアミン、N,N−ジエチルアミノペンチルアミン、N,N−ジプロピルアミノブチルアミン、N,N−ジブチルアミノプロピルアミン、N,N−ジブチルアミノエチルアミン、N,N−ジブチルアミノブチルアミン、N,N−ジイソブチルアミノペンチルアミン、N,N−メチルーラウリルアミノプロピルアミン、N,N−エチルーヘキシルアミノエチルアミン、N,N−ジステアリルアミノエチルアミン、N,N−ジオレイルアミノエチルアミン、N,N−ジステアリルアミノブチルアミン、ピペリジン、2−ピペコリン、3−ピペコリン、4−ピペコリン、2,4−ルペチジン、2,6−ルペチジン、3,5−ルペチジン、3−ピペリジンメタノール、ピペコリン酸、イソニペコチン酸、イソニコペチン酸メチル、イソニコペチン酸エチル、2−ピペリジンエタノール、ピロリジン、3−ヒドロキシピロリジン、N−アミノエチルピペリジン、N−アミノエチル−4−ピペコリン、N−アミノエチルモルホリン、N−アミノプロピルピペリジン、N−アミノプロピル−2−ピペコリン、N−アミノプロピル−4−ピペコリン、N−アミノプロピルモルホリン、N−メチルピペラジン、N−ブチルピペラジン、N−メチルホモピペラジン、1−シクロペンチルピペラジン、1−アミノ−4−メチルピペラジン、1−シクロペンチルピペラジン等が挙げられる。 Examples of the amine component used for forming the substituents represented by the general formulas (2) to (4) and the general formulas (6) to (8) include dimethylamine, diethylamine, methylethylamine, N, N-ethylisopropylamine, N, N-ethylpropylamine, N, N-methylbutylamine, N, N-methylisobutylamine, N, N-butylethylamine, N, N-tert-butylethylamine, diisopropylamine, dipropyl Amine, N, N-sec-butylpropylamine, dibutylamine, di-sec-butylamine, diisobutylamine, N, N-isobutyl-sec-butylamine, diamylamine, diisoamylamine, dihexylamine, dicyclohexylamine, di (2- Ethylhexyl) amine, dioctylami N, N-methyloctadecylamine, didecylamine, diallylamine, N, N-ethyl-1,2-dimethylpropylamine, N, N-methylhexylamine, dioleylamine, distearylamine, N, N-dimethylaminomethylamine N, N-dimethylaminoethylamine, N, N-dimethylaminoamylamine, N, N-dimethylaminobutylamine, N, N-diethylaminoethylamine, N, N-diethylaminopropylamine, N, N-diethylaminohexylamine, N , N-diethylaminobutylamine, N, N-diethylaminopentylamine, N, N-dipropylaminobutylamine, N, N-dibutylaminopropylamine, N, N-dibutylaminoethylamine, N, N-dibutylaminobutylamine, N N-diisobutylaminopentylamine, N, N-methyl-laurylaminopropylamine, N, N-ethyl-hexylaminoethylamine, N, N-distearylaminoethylamine, N, N-dioleylaminoethylamine, N, N- Distearylaminobutylamine, piperidine, 2-pipecoline, 3-pipecoline, 4-pipecoline, 2,4-lupetidine, 2,6-lupetidine, 3,5-lupetidine, 3-piperidinemethanol, pipecolic acid, isonipecotic acid, isonicopetic acid Methyl, ethyl isonicopetinate, 2-piperidineethanol, pyrrolidine, 3-hydroxypyrrolidine, N-aminoethylpiperidine, N-aminoethyl-4-pipecholine, N-aminoethylmorpholine, N-aminopropylpiperidine, N-amino Propyl-2-pipecholine, N-aminopropyl-4-pipecoline, N-aminopropylmorpholine, N-methylpiperazine, N-butylpiperazine, N-methylhomopiperazine, 1-cyclopentylpiperazine, 1-amino-4-methylpiperazine 1-cyclopentylpiperazine and the like.
本発明の塩基性官能基を有する有機色素誘導体または塩基性官能基を有するトリアジン誘導体の合成方法としては、特に限定されるものではないが、特開昭54−62227号公報、特開昭56−118462号公報、特開昭56−166266号公報、特開昭60−88185号公報、特開昭63−305173号公報、特開平3−2676号公報、特開平11−199796号公報などに記載されている方法で合成することができる。 The method for synthesizing the organic dye derivative having a basic functional group or the triazine derivative having a basic functional group according to the present invention is not particularly limited, but is described in JP-A No. 54-62227 and JP-A No. 56-. 118462, JP 56-166266, JP 60-88185, JP 63-305173, JP 3-2676, JP 11-199796, and the like. It can be synthesized by the method.
例えば、有機色素に式(10)〜式(13)で示される置換基を導入した後、これら置換機とアミン成分(例えば、N,N−ジメチルアミノプロピルアミン、N−メチルピペラジン、ジエチルアミンまたは4−[4−ヒドロキシ−6−[3−(ジブチルアミノ)プロピルアミノ]−1,3,5−トリアジン−2−イルアミノ]アニリンなど)を反応させることによって、合成することができる。
式(10):−SO2Cl
式(11):−COCl
式(12):−CH2NHCOCH2Cl
式(13):−CH2Cl
For example, after introducing the substituents represented by the formulas (10) to (13) into the organic dye, these substituents and amine components (for example, N, N-dimethylaminopropylamine, N-methylpiperazine, diethylamine or 4 -[4-hydroxy-6- [3- (dibutylamino) propylamino] -1,3,5-triazin-2-ylamino] aniline and the like) can be synthesized.
Formula (10): —SO 2 Cl
Formula (11): -COCl
Equation (12): - CH 2 NHCOCH 2 Cl
Equation (13): - CH 2 Cl
また、例えば、式(10)で示される置換基を導入する場合には、有機色素をクロロスルホン酸に溶解して、塩化チオニル等の塩素化剤を反応させるが、このときの反応温度、反応時間等の条件により、有機色素、アントラキノン、もしくはアクリドンに導入する式(10)で示される置換基数をコントロールすることができる。 For example, when introducing the substituent represented by the formula (10), the organic dye is dissolved in chlorosulfonic acid and reacted with a chlorinating agent such as thionyl chloride. The number of substituents represented by the formula (10) introduced into the organic dye, anthraquinone, or acridone can be controlled by conditions such as time.
また、式(11)で示される置換基を導入する場合には、まずカルボキシル基を有する有機色素を公知の方法で合成した後、ベンゼン等の芳香族溶媒中で塩化チオニル等の塩素化剤を反応させる方法等が挙げられる。 In addition, when introducing the substituent represented by the formula (11), first, an organic dye having a carboxyl group is synthesized by a known method, and then a chlorinating agent such as thionyl chloride is added in an aromatic solvent such as benzene. The method of making it react is mentioned.
式(10)〜式(13)で示される置換基とアミン成分との反応時には、式(10)〜式(13)で示される置換基の一部が加水分解して、塩素が水酸基に置換することがある。その場合、式(10)で示される置換基はスルホン酸基となり、式(11)で示される置換基はカルボン酸基となるが、いずれも遊離酸のままでもよく、また、1〜3価の金属もしくは、上記のアミンと塩を形成していてもよい。 During the reaction between the substituent represented by formula (10) to formula (13) and the amine component, a part of the substituent represented by formula (10) to formula (13) is hydrolyzed, and chlorine is substituted with a hydroxyl group. There are things to do. In that case, the substituent represented by the formula (10) is a sulfonic acid group, and the substituent represented by the formula (11) is a carboxylic acid group. A metal or a salt of the above amine may be formed.
また、有機色素がアゾ系色素である場合は、一般式(7)〜一般式(9)または、下記一般式(14)で示される置換基をあらかじめジアゾ成分またはカップリング成分に導入し、その後カップリング反応を行うことによってアゾ系有機色素誘導体を製造することもできる。 When the organic dye is an azo dye, a substituent represented by the general formula (7) to the general formula (9) or the following general formula (14) is introduced in advance into the diazo component or the coupling component, and then An azo organic dye derivative can also be produced by performing a coupling reaction.
一般式(14):
X1は、−NH−、−O−、−CONH−、−SO2NH−、−CH2NH−、−CH2NHCOCH2NH−または−X2−Y−X3−を表し、X2は、−NH−、−O−、−CONH−、−SO2NH−、−CH2NH−、−NHCO−または−NHSO2−を表し、X3はそれぞれ独立に−NH−または−O−を表し、Yは炭素数1〜20で構成された、置換基を有してもよいアルキレン基、置換基を有してもよいアルケニレン基または、置換基を有してもよいアリーレン基を表す。
Pは、一般式(2)、(3)または、一般式(4)のいずれかで示される置換基を表す。
Qは、−O−R2、−NH−R2、ハロゲン基、−X1−R1または、一般式(2)、(3)もしくは、一般式(4)のいずれかで示される置換基を表す。
R2は、水素原子、置換基を有してもよいアルキル基または、置換基を有してもよいアルケニル基もしくは、置換基を有してもよいアリール基を表す。
General formula (14):
X 1 is, -NH -, - O -, - CONH -, - SO 2 NH -, - CH 2 NH -, - CH 2 NHCOCH 2 NH- or -X 2 -Y-X 3 - represents, X 2 is, -NH -, - O -, - CONH -, - SO 2 NH -, - CH 2 NH -, - NHCO- or -NHSO 2 - represents, X 3 each independently -NH- or -O- Y represents an alkylene group which may have a substituent, an alkenylene group which may have a substituent, or an arylene group which may have a substituent, which is composed of 1 to 20 carbon atoms. .
P represents a substituent represented by any one of the general formulas (2), (3) and the general formula (4).
Q is —O—R 2 , —NH—R 2 , a halogen group, —X 1 —R 1, or a substituent represented by any one of the general formulas (2), (3), or (4) Represents.
R 2 represents a hydrogen atom, an alkyl group that may have a substituent, an alkenyl group that may have a substituent, or an aryl group that may have a substituent.
また、本発明の塩基性官能基を有するトリアジン誘導体は、例えば、塩化シアヌルを出発原料とし、塩化シアヌルの少なくとも1つの塩素に一般式(7)〜一般式(9)または、一般式(14)で示される置換基を形成するアミン成分(例えば、N,N−ジメチルアミノプロピルアミンまたはN−メチルピペラジンなど)を反応させ、次いで塩化シアヌルの残りの塩素と種々のアミンまたはアルコール等を反応させることによって得られる。 In addition, the triazine derivative having a basic functional group of the present invention uses, for example, cyanuric chloride as a starting material, and at least one chlorine of cyanuric chloride is represented by general formula (7) to general formula (9) or general formula (14). Reaction with an amine component (for example, N, N-dimethylaminopropylamine or N-methylpiperazine) which forms the substituent represented by the following, and then reacting the remaining chlorine of cyanuric chloride with various amines or alcohols Obtained by.
塩基性官能基を有する有機色素誘導体または塩基性官能基を有するトリアジン誘導体は、添加した誘導体が炭素材料表面に作用(例えば吸着)することにより、分散効果を発揮するものと思われる。そして、炭素材料表面に作用(例えば吸着)した上記誘導体が有する塩基性官能基の極性により、炭素材料表面の溶剤に対する濡れが促進され、炭素材料の凝集が解しやすくなるものと思われる。 An organic dye derivative having a basic functional group or a triazine derivative having a basic functional group is considered to exert a dispersion effect when the added derivative acts (for example, adsorbs) on the surface of the carbon material. And it seems that the wetness with respect to the solvent of the carbon material surface is accelerated | stimulated by the polarity of the basic functional group which the said derivative | guide_body which acted on the carbon material surface (for example, adsorption | suction) has, and it becomes easy to solve aggregation of carbon material.
<塩基>
本発明は、塩基性官能基を有する有機色素誘導体または塩基性官能基を有するトリアジン誘導体と、塩基を併用することを特徴とする。詳しい理由は不明だが、上記誘導体と塩基を併用することで、炭素材料の良好な分散安定性を得られることを見出した。このとき用いる塩基としては、アルカリ金属などの金属水酸化物、弱酸と強塩基との反応によって生ずる塩類、アンモニア、アミンなど、種々の塩基が挙げられる。その中でも、有機溶剤への溶解性からアミンが好ましい。
<Base>
The present invention is characterized in that a base is used in combination with an organic dye derivative having a basic functional group or a triazine derivative having a basic functional group. Although the detailed reason is unknown, it has been found that by using a combination of the above derivative and a base, good dispersion stability of the carbon material can be obtained. Examples of the base used at this time include various bases such as metal hydroxides such as alkali metals, salts generated by the reaction between a weak acid and a strong base, ammonia and amines. Of these, amines are preferred because of their solubility in organic solvents.
また分子量は300以下が好ましく、200以下がさらに好ましい。分子量が300より大きいと、分散樹脂を使用しないという本発明の特徴が十分に活かされない場合がある。また、分子量が小さい塩基ほど添加量を減らせる傾向が見出された。同時に、分子量の小さい塩基は沸点も小さいため、分散液を使用して塗膜を形成する場合などに揮発させられる(塗膜に残留せず膜物性に悪影響を与えない)というメリットもある。具体的には、例えばヘキシルアミン、オクチルアミン、ラウリルアミンなどの一級アミン、エチレンジアミンなどの二級アミン、トリエチルアミンなどの三級アミン、ジメチルアミノエタノール、ジアザビシクロウンデセンなどが挙げられるが、これらに限定されない。 The molecular weight is preferably 300 or less, more preferably 200 or less. When the molecular weight is larger than 300, the feature of the present invention that the dispersion resin is not used may not be fully utilized. Further, it was found that a base having a smaller molecular weight tends to reduce the addition amount. At the same time, since the base having a small molecular weight has a small boiling point, there is also an advantage that it can be volatilized when forming a coating film using a dispersion liquid (it does not remain in the coating film and does not adversely affect the film properties). Specific examples include primary amines such as hexylamine, octylamine, laurylamine, secondary amines such as ethylenediamine, tertiary amines such as triethylamine, dimethylaminoethanol, diazabicycloundecene, and the like. It is not limited.
<有機溶剤>
炭素材料の分散安定性を得るためには、極性の高い溶剤を使用するのが好ましい。
<Organic solvent>
In order to obtain the dispersion stability of the carbon material, it is preferable to use a highly polar solvent.
本発明に使用される有機溶剤としては、比誘電率が10以上の極性溶剤を使用することが好ましい。比誘電率は溶剤の極性の強さを表す指標のひとつであり、浅原ほか編「溶剤ハンドブック」((株)講談社サイエンティフィク、1990年)等に記載されている。10を下回ると塩基性官能基を有する有機色素誘導体または塩基性官能基を有するトリアジン誘導体の溶解性が著しく低下する。具体的には、メタノール(比誘電率:33.1)、エタノール(23.8)、2−プロパノール(18.3)、1−ブタノール(17.1)等のアルコールや1,2−エタンジオール(38.7)や1,2−プロパンジオール(32.0)、1,3−プロパンジオール(35.0)、1,4−ブタンジオール(31.1)、ジエチレングリコール(31.7)等のグリコール系溶剤、アセトン(20.7)、メチルエチルケトン(18.5)、メチルイソブチルケトン(13.1)の様なケトン類、その他N−メチルピロリドン(32.0)、アセトニトリル(37.5)、N,N―ジメチルホルムアミド(36.7)、ピリジン(12.3)、スルホラン(43.3)、ジメチルスルホキシド(48.9)等が挙げられるが、誘電率が上記の条件を満たすものであれば、特に制限はない。また、これらの溶剤は単独または2種類以上を併用して用いることができる。 As the organic solvent used in the present invention, a polar solvent having a relative dielectric constant of 10 or more is preferably used. The relative dielectric constant is one of the indexes representing the polarity of the solvent, and is described in Asahara et al., “Solvent Handbook” (Kodansha Scientific, 1990). If it is less than 10, the solubility of the organic dye derivative having a basic functional group or the triazine derivative having a basic functional group is remarkably lowered. Specifically, alcohols such as methanol (dielectric constant: 33.1), ethanol (23.8), 2-propanol (18.3), 1-butanol (17.1), and 1,2-ethanediol (38.7), 1,2-propanediol (32.0), 1,3-propanediol (35.0), 1,4-butanediol (31.1), diethylene glycol (31.7), etc. Glycol solvents, acetone (20.7), methyl ethyl ketone (18.5), ketones such as methyl isobutyl ketone (13.1), other N-methylpyrrolidone (32.0), acetonitrile (37.5), N, N-dimethylformamide (36.7), pyridine (12.3), sulfolane (43.3), dimethyl sulfoxide (48.9) and the like are mentioned. If the conditions are satisfied things, there is no particular limitation. These solvents can be used alone or in combination of two or more.
また、炭素材料の分散安定性は、溶剤の電子供与性にも影響される傾向が見出された。電子供与性の大きな溶剤の使用が好ましく、とりわけドナー数が15Kcal/mol以上の有機溶剤が好ましいが、25Kcal/mol以上、60Kcal/mol以下の溶剤が更に好ましい。 It was also found that the dispersion stability of the carbon material tends to be affected by the electron donating property of the solvent. Use of a solvent having a large electron donating property is preferable, and an organic solvent having a donor number of 15 Kcal / mol or more is particularly preferable, but a solvent of 25 Kcal / mol or more and 60 Kcal / mol or less is more preferable.
ドナー数は、各種溶剤の電子供与性の強さを測る尺度であり、基準のアクセプターとして、ジクロロエタン中10−3M SbCl5を選び、ドナーとの反応モルエンタルピー値として定義される値であって、値が大きいほどその溶剤の電子供与性が強いことを示す。また、いくつかの溶剤については、ドナー数はその溶剤中におけるNaClO4の23Na−NMRの化学シフトから間接的に推定されている。このドナー数については、V.グートマン(大瀧、岡田訳)「ドナーとアクセプター」(学会出版センター(株)1983年)に記載されている。 The number of donors is a scale that measures the strength of electron donating properties of various solvents. As a standard acceptor, 10 −3 M SbCl 5 in dichloroethane is selected, and is a value defined as a reaction molar enthalpy value with a donor. The larger the value, the stronger the electron donating property of the solvent. Also, for some solvents, the donor number is estimated indirectly from the 23 Na-NMR chemical shift of NaClO 4 in the solvent. Regarding the number of donors, V.V. Gutman (translated by Otsuki, Okada), “Donor and Acceptor” (Japan Society of Science Publishing Center, 1983).
溶剤が有する誘電率の大きさにもよるが、ドナー数が15Kcal/molを下回る溶剤を用いると、十分な分散安定化効果が得られない場合がある。また、ドナー数が60Kcal/molを超えた溶剤を用いても、顕著な分散向上効果はないものと思われる。具体的には、メタノール(ドナー数:19)、エタノール(20)、アセトン(17)、N−メチルピロリドン(27)N,N―ジメチルホルムアミド(27)、ピリジン(33)、ジメチルスルホキシド(30)、酢酸エチル(17)、テトラヒドロフラン(20)等が挙げられるが、ドナー数が上記の条件を満たすものであれば、特に制限はない。 Although depending on the dielectric constant of the solvent, if a solvent having a donor number lower than 15 Kcal / mol is used, a sufficient dispersion stabilization effect may not be obtained. Moreover, it seems that there is no remarkable dispersion | distribution improvement effect even if it uses the solvent in which the donor number exceeded 60 Kcal / mol. Specifically, methanol (number of donors: 19), ethanol (20), acetone (17), N-methylpyrrolidone (27) N, N-dimethylformamide (27), pyridine (33), dimethyl sulfoxide (30) , Ethyl acetate (17), tetrahydrofuran (20), and the like, but are not particularly limited as long as the number of donors satisfies the above conditions.
また溶剤の選択は、本発明の分散液にバインダー成分等を添加する場合、上述の分散性に与える溶剤の影響に加え、バインダー成分に対する溶解性等を鑑みつつ行う。 In addition, when a binder component or the like is added to the dispersion of the present invention, the solvent is selected in consideration of the solubility of the binder component in addition to the influence of the solvent on the dispersibility.
<炭素材料分散液の製造方法>
本発明の分散液は、塩基性官能基を有する有機色素誘導体または塩基性官能基を有するトリアジン誘導体と、分子量300以下の塩基との存在下で、有機溶剤中に炭素材料を分散するものである。上記の塩基は、上記誘導体を炭素材料に作用(例えば吸着)させる際に上記誘導体と共に添加してもよいし、作用(例えば吸着)させた後に添加してもよい。また、後述する、上記誘導体であらかじめ表面処理した炭素材料を分散する際に添加してもよい。塩基存在下では分散液の粘度が低くなり、上記の誘導体を炭素材料に効率的に作用(例えば吸着)させることができるため、および作用(例えば吸着)させつつ炭素材料を分散することができるため、上記の塩基は上記誘導体と共に添加するのが好ましい。
<Method for producing carbon material dispersion>
The dispersion of the present invention disperses a carbon material in an organic solvent in the presence of an organic dye derivative having a basic functional group or a triazine derivative having a basic functional group and a base having a molecular weight of 300 or less. . The base may be added together with the derivative when the derivative is allowed to act (for example, adsorb) on the carbon material, or may be added after acting (for example, adsorbed). Moreover, you may add when disperse | distributing the carbon material surface-treated beforehand with the said derivative | guide_body mentioned later. In the presence of a base, the viscosity of the dispersion is lowered, and the above-mentioned derivative can be efficiently acted (for example, adsorbed) on the carbon material, and the carbon material can be dispersed while acting (for example, adsorbed). The base is preferably added together with the derivative.
この場合、塩基性官能基を有する有機色素誘導体または塩基性官能基を有するトリアジン誘導体と、塩基とを、有機溶剤中に完全ないしは一部溶解させ、その溶液中に炭素材料を添加、混合することで、上記誘導体を炭素材料に作用(例えば吸着)させつつ、有機溶剤に分散する。 In this case, an organic dye derivative having a basic functional group or a triazine derivative having a basic functional group and a base are completely or partially dissolved in an organic solvent, and a carbon material is added and mixed in the solution. Then, the derivative is dispersed in the organic solvent while acting (for example, adsorbing) on the carbon material.
また、塩基性官能基を有する有機色素誘導体または塩基性官能基を有するトリアジン誘導体を炭素材料に作用(例えば吸着)させつつ、炭素材料を有機溶剤に分散するための装置としては、顔料分散等に通常用いられている分散機が使用できる。例えば、ディスパー、ホモミキサー、プラネタリーミキサー等のミキサー類、ホモジナイザー(エム・テクニック社製「クレアミックス」、PRIMIX社「フィルミックス」等)類、ペイントコンディショナー(レッドデビル社製)、ボールミル、サンドミル(シンマルエンタープライゼス社製「ダイノミル」等)、アトライター、パールミル(アイリッヒ社製「DCPミル」等)、コボールミル等のメディア型分散機、湿式ジェットミル(ジーナス社製「ジーナスPY」、スギノマシン社製「スターバースト」、ナノマイザー社製「ナノマイザー」等)、エム・テクニック社製「クレアSS−5」、奈良機械社製「MICROS」等のメディアレス分散機、その他ロールミル等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。 An apparatus for dispersing a carbon material in an organic solvent while acting (for example, adsorbing) an organic dye derivative having a basic functional group or a triazine derivative having a basic functional group on the carbon material includes pigment dispersion, etc. A commonly used disperser can be used. For example, mixers such as dispersers, homomixers, planetary mixers, homogenizers ("Clearmix" manufactured by M Technique, PRIMIX "Fillmix", etc.), paint conditioners (manufactured by Red Devil), ball mills, sand mills ( Media type dispersers such as “Dynomill” manufactured by Shinmaru Enterprises, Inc.), Attritor, Pearl Mill (“DCP Mill” manufactured by Eirich), Coball Mill, etc., Wet Jet Mill (“Genus PY” manufactured by Genus, Sugino Machine Co., Ltd.) Media-less dispersers such as “Starburst” manufactured by Nanomizer, “Nanomizer” manufactured by Nanomizer, etc., “Claire SS-5” manufactured by M Technique, and “MICROS” manufactured by Nara Machinery Co., other roll mills, etc. It is not limited to.
次に、炭素材料の塩基性官能基を有する有機色素誘導体または塩基性官能基を有するトリアジン誘導体による表面処理について説明する。上記誘導体により表面処理された炭素材料を得る方法としては、乾式処理による方法および液相中での処理による方法が挙げられる。 Next, surface treatment with an organic dye derivative having a basic functional group or a triazine derivative having a basic functional group of a carbon material will be described. Examples of the method for obtaining the carbon material surface-treated with the derivative include a method by a dry treatment and a method by a treatment in a liquid phase.
まず、塩基性官能基を有する有機色素誘導体または塩基性官能基を有するトリアジン誘導体と、炭素材料との乾式処理について説明する。 First, the dry treatment of an organic dye derivative having a basic functional group or a triazine derivative having a basic functional group and a carbon material will be described.
本発明における乾式処理は、常温もしくは加熱下で、乾式処理装置により炭素材料および塩基性官能基を有する有機色素誘導体または塩基性官能基を有するトリアジン誘導体の、混合、粉砕等を行いながら、炭素材料表面に上記誘導体を作用(例えば吸着)させるものである。使用する装置としては特に限定されるものではく、ペイントコンディショナー(レッドデビル社製)、ボールミル、アトライター、振動ミル等のメディア型分散機、ニーダー、ローラーミル、石臼式ミル、プラネタリーミキサー、フェンシェルミキサー、ハイブリダイザー((株)奈良機械製作所)、メカノマイクロス((株)奈良機械製作所)、メカノフュージョンシステムAMS(ホソカワミクロン(株))等のメディアレス分散・混錬機が使用できるが、コンタミ等を考慮し、メディアレスの分散・混錬機を使用するのが好ましい。 In the dry treatment in the present invention, the carbon material is mixed, pulverized, or the like with a carbon material and an organic dye derivative having a basic functional group or a triazine derivative having a basic functional group at room temperature or under heating. The above derivative is allowed to act (for example, adsorb) on the surface. The equipment to be used is not particularly limited. Media type dispersers such as paint conditioner (manufactured by Red Devil), ball mill, attritor, vibration mill, kneader, roller mill, stone mill, planetary mixer, fen Medialess dispersion / kneading machines such as Shell Mixer, Hybridizer (Nara Machinery Co., Ltd.), Mechano Micros (Nara Machinery Co., Ltd.), Mechano Fusion System AMS (Hosokawa Micron Co., Ltd.) can be used. In consideration of contamination and the like, it is preferable to use a medialess dispersion / kneading machine.
また、このとき処理物がゲル状にならない範囲で有機溶剤を添加してもよい。溶剤の添加による塩基性官能基を有する有機色素誘導体または塩基性官能基を有するトリアジン誘導体の濡れ、または(一部)溶解および、炭素材料の上記誘導体に対する濡れが向上することで、炭素材料と上記誘導体の相互作用(例えば吸着)促進の効果が期待される。この場合の有機溶剤の添加量は用いる材料により異なるが、上記誘導体の添加量に対して0.5〜20重量%である。また、必要に応じて窒素ガスなどを流すことで、乾式処理装置内部を脱酸素雰囲気として処理を行っても良い。 Moreover, you may add an organic solvent in the range by which a processed material does not become a gel form at this time. By improving the wetting or (partly) dissolution of the organic dye derivative having a basic functional group or the triazine derivative having a basic functional group by addition of a solvent and the wetting of the carbon material with the derivative, the carbon material and the above The effect of promoting the interaction (for example, adsorption) of the derivative is expected. The addition amount of the organic solvent in this case is 0.5 to 20% by weight based on the addition amount of the derivative, although it varies depending on the material used. Moreover, you may process by making nitrogen gas etc. flow into a dry processing apparatus as a deoxygenation atmosphere as needed.
処理時間は用いる装置によって、また希望とする混練度に応じて任意に設定できる。これら処理を行うことにより、粉状もしくは塊状の処理物を得ることができる。得られた処理物については、その後、更に乾燥、粉砕を行っても良い。 The treatment time can be arbitrarily set depending on the apparatus used and the desired degree of kneading. By performing these treatments, a powdery or lump-like treated product can be obtained. About the obtained processed material, you may further dry and grind | pulverize after that.
続いて、炭素材料と、塩基性官能基を有する有機色素誘導体または塩基性官能基を有するトリアジン誘導体との液相処理について説明する。 Subsequently, a liquid phase treatment between a carbon material and an organic dye derivative having a basic functional group or a triazine derivative having a basic functional group will be described.
本発明における液相処理は、塩基性官能基を有する有機色素誘導体または塩基性官能基を有するトリアジン誘導体と、炭素材料および溶剤とを混合し、上記誘導体を炭素材料に作用(例えば吸着)させる工程と、上記誘導体が作用した炭素材料を凝集させ、凝集粒子を得る工程を含むことが好ましい。 In the liquid phase treatment in the present invention, an organic dye derivative having a basic functional group or a triazine derivative having a basic functional group is mixed with a carbon material and a solvent, and the derivative is allowed to act (for example, adsorb) on the carbon material. And a step of aggregating the carbon material on which the derivative acts to obtain aggregated particles.
塩基性官能基を有する有機色素誘導体または塩基性官能基を有するトリアジン誘導体を炭素材料に作用(例えば吸着)させる工程においては、上記誘導体が溶剤中に完全ないしは一部溶解していることが好ましい。また、上記誘導体と、炭素材料および溶剤の混合物を更に混練・分散することが好ましい。 In the step of allowing an organic dye derivative having a basic functional group or a triazine derivative having a basic functional group to act (for example, adsorb) on a carbon material, the derivative is preferably completely or partially dissolved in a solvent. Moreover, it is preferable to further knead and disperse the mixture of the derivative, the carbon material and the solvent.
塩基性官能基を有する有機色素誘導体または塩基性官能基を有するトリアジン誘導体を炭素材料に作用(例えば吸着)させる工程において、使用する溶剤としては、例えば、アルコール類、グリコール類、セロソルブ類、アミノアルコール類、アミン類、ケトン類、カルボン酸アミド類、リン酸アミド類、スルホキシド類、カルボン酸エステル類、リン酸エステル類、エーテル類、ニトリル類等の有機溶剤および、水が挙げられる。 In the step of acting (for example, adsorbing) an organic dye derivative having a basic functional group or a triazine derivative having a basic functional group on a carbon material, examples of the solvent used include alcohols, glycols, cellosolves, amino alcohols. , Amines, ketones, carboxylic acid amides, phosphoric acid amides, sulfoxides, carboxylic acid esters, phosphoric acid esters, ethers, nitriles and the like, and water.
また、炭素材料を溶剤に混合・分散させつつ、塩基性官能基を有する有機色素誘導体または塩基性官能基を有するトリアジン誘導体を炭素材料に作用(例えば吸着)させるための装置としては、炭素材料分散液の製造に用いるのと同様の分散機を用いることができる。処理の効率や生産性の観点から、ミキサーやメディア型分散機の使用が好ましい。 In addition, as a device for causing an organic dye derivative having a basic functional group or a triazine derivative having a basic functional group to act (for example, adsorption) on a carbon material while mixing and dispersing the carbon material in a solvent, the carbon material dispersion A disperser similar to that used for liquid production can be used. From the viewpoint of processing efficiency and productivity, it is preferable to use a mixer or a media-type disperser.
塩基性官能基を有する有機色素誘導体または塩基性官能基を有するトリアジン誘導体が作用した炭素材料を液中で凝集させ、凝集粒子を得る工程としては、上述の処理物を加熱および/もしくは減圧して溶剤を留去する方法、上記誘導体の溶剤に対する溶解性または分散性を低下させて凝集させる方法、炭素材料濃度を上げて流動性を奪う方法などが挙げられる。 As a step of aggregating a carbon material on which an organic dye derivative having a basic functional group or a triazine derivative having a basic functional group has acted in a liquid to obtain aggregated particles, the above-mentioned treated product is heated and / or decompressed. Examples include a method of distilling off the solvent, a method of reducing the solubility or dispersibility of the derivative in the solvent to cause aggregation, a method of increasing the carbon material concentration and depriving the fluidity.
そしてこれらの凝集物を、濾過または遠心分離等により取り出す。得られた処理物はそのまま使用することもできるが、その後、洗浄、乾燥、粉砕して使用するのが好ましい。 These aggregates are taken out by filtration or centrifugation. The obtained processed product can be used as it is, but it is preferable to use it after washing, drying and grinding.
続いて、炭素材料分散液の組成について説明する。分散液中における炭素材料の濃度は、使用する炭素材料の比表面積や表面官能基量などの炭素材料固有の特性値等にもよるが、1重量%以上、50重量%以下が好ましく、更に好ましくは5重量%以上、35重量%以下である。炭素材料の濃度が低すぎると生産効率が悪くなり、炭素材料の濃度が高すぎると分散液の粘度が著しく高くなり、分散効率や分散液のハンドリング性が低下する場合がある。 Subsequently, the composition of the carbon material dispersion will be described. The concentration of the carbon material in the dispersion is preferably 1% by weight or more and 50% by weight or less, although it depends on the characteristic values of the carbon material such as the specific surface area and surface functional group amount of the carbon material to be used. Is 5% by weight or more and 35% by weight or less. When the concentration of the carbon material is too low, the production efficiency is deteriorated, and when the concentration of the carbon material is too high, the viscosity of the dispersion liquid is remarkably increased, and the dispersion efficiency and the handleability of the dispersion liquid may be lowered.
塩基性官能基を有する有機色素誘導体または塩基性官能基を有するトリアジン誘導体から選ばれる1種以上の分散剤の添加量は、用いる炭素材料の比表面積等により決定される。一般には、炭素材料100重量部に対して、0.5重量部以上、40重量部以下、好ましくは1重量部以上、20重量部以下、さらに好ましくは、2重量部以上、10重量部以下である。塩基性官能基を有する有機色素誘導体または塩基性官能基を有するトリアジン誘導体の量が少ないと十分な分散効果が得られず、過剰に添加しても顕著な分散向上効果は得られない。 The amount of one or more dispersants selected from organic dye derivatives having basic functional groups or triazine derivatives having basic functional groups is determined by the specific surface area of the carbon material used. Generally, it is 0.5 parts by weight or more and 40 parts by weight or less, preferably 1 part by weight or more and 20 parts by weight or less, more preferably 2 parts by weight or more and 10 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the carbon material. is there. If the amount of the organic dye derivative having a basic functional group or the triazine derivative having a basic functional group is small, a sufficient dispersion effect cannot be obtained, and even if added excessively, a significant dispersion improvement effect cannot be obtained.
また、塩基の添加量としては、有機色素誘導体またはトリアジン誘導体に含まれる塩基性官能基量に対して0.1〜10当量が好ましく、0.2〜5当量がさらに好ましい。塩基量が少ないと十分な分散効果が得られず、過剰に添加しても顕著な分散向上効果は得られない。 Moreover, as an addition amount of a base, 0.1-10 equivalent is preferable with respect to the basic functional group amount contained in an organic pigment derivative or a triazine derivative, and 0.2-5 equivalent is further more preferable. If the amount of the base is small, a sufficient dispersion effect cannot be obtained, and even if added excessively, a significant dispersion improvement effect cannot be obtained.
炭素材料の分散粒径は、0.03μm以上、2μm以下、好ましくは、0.05μm以上、1μm以下、更に好ましくは0.05μm以上、0.5μm以下に微細化することが望ましい。炭素材料の分散粒径が0.03μm未満の組成物は、その作製が難しい場合がある。また、炭素材料の分散粒径が2μmを超える組成物は、塗工した際に膜欠陥を生じたり、貯蔵安定性が悪い場合がある。ここでいう分散粒径とは、体積粒度分布において、粒子径の細かいものからその粒子の体積割合を積算していったときに、50%となるところの粒子径(D50)であり、一般的な粒度分布計、例えば、動的光散乱方式の粒度分布計(日機装社製「マイクロトラックUPA」)等で測定される。 The dispersed particle diameter of the carbon material is desirably reduced to 0.03 μm or more and 2 μm or less, preferably 0.05 μm or more and 1 μm or less, more preferably 0.05 μm or more and 0.5 μm or less. A composition having a carbon material having a dispersed particle size of less than 0.03 μm may be difficult to produce. In addition, a composition in which the dispersed particle diameter of the carbon material exceeds 2 μm may cause a film defect when applied or may have poor storage stability. The dispersed particle size referred to here is a particle size (D50) that is 50% when the volume ratio of the particles is integrated from the fine particle size distribution in the volume particle size distribution. A particle size distribution meter such as a dynamic light scattering type particle size distribution meter ("Microtrack UPA" manufactured by Nikkiso Co., Ltd.).
<炭素材料分散液の用途>
本発明の炭素材料分散液の利用分野としては、特に制限はないが、遮光性、導電性、耐久性、漆黒性等が要求される分野、例えば、グラビアインキ、オフセットインキ、磁気記録媒体用バックコート、静電トナー、インクジェット、自動車塗料、繊維・プラスチック形成材料、電池用電極において、安定かつ均一な組成物を提供し得るものである。中でも、分散樹脂を用いることなく分散安定化を図るという特徴から、高導電性が要求される分野や、塗膜の耐性(例えば硬度)が要求される分野において好適に用いられる。
<Uses of carbon material dispersion>
The field of application of the carbon material dispersion liquid of the present invention is not particularly limited, but is a field where light-shielding property, conductivity, durability, jetness, etc. are required, such as gravure ink, offset ink, magnetic recording medium back A stable and uniform composition can be provided for coatings, electrostatic toners, ink jets, automobile paints, fiber / plastic forming materials, and battery electrodes. Among these, it is suitably used in the field where high conductivity is required and the field where the resistance (for example, hardness) of the coating is required because of the feature of achieving dispersion stabilization without using a dispersion resin.
炭素粒子間の導電性は、分散樹脂が炭素材料表面を被覆してしまうと低下する。本発明の炭素材料分散液は分散樹脂を使用しないため、導電性が求められる電池用電極で優れた特性を発揮する。特に、電極合材層の抵抗が大きいリチウムイオン二次電池に好適に用いられる。 The conductivity between the carbon particles decreases when the dispersion resin covers the surface of the carbon material. Since the carbon material dispersion of the present invention does not use a dispersion resin, it exhibits excellent characteristics in battery electrodes that require electrical conductivity. In particular, it is suitably used for a lithium ion secondary battery having a large resistance of the electrode mixture layer.
また、塗膜の耐性(例えば硬度)は分散樹脂を多く添加すると低下する。これは分散樹脂は架橋、硬化に寄与しないためである。一方、高透明、高黒度の塗膜を形成するために、微細な炭素材料が用いられるが、分散には多量の分散樹脂が必要となり、塗膜の耐性が低下してしまう。本発明の炭素材料分散液は分散樹脂を使用しないため、高透明性と耐擦性の両方が要求されるディスプレイパネルのコーティング等で優れた特性を発揮する。 In addition, the resistance (for example, hardness) of the coating film decreases when a large amount of dispersion resin is added. This is because the dispersion resin does not contribute to crosslinking and curing. On the other hand, a fine carbon material is used to form a highly transparent and highly black coating film, but a large amount of dispersion resin is required for dispersion, and the resistance of the coating film decreases. Since the carbon material dispersion of the present invention does not use a dispersion resin, the carbon material dispersion exhibits excellent characteristics for coating display panels and the like that require both high transparency and abrasion resistance.
以下、実施例に基づき本発明を詳細に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。本実施例中、部は重量部を、%は重量%をそれぞれ表す。 EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated in detail based on an Example, this invention is not limited to a following example, unless the summary is exceeded. In this example, “part” represents “part by weight” and “%” represents “% by weight”.
実施例及び比較例で使用した炭素材料、塩基性官能基を有する有機色素誘導体または塩基性官能基を有するトリアジン誘導体、分散剤、塩基、酸、有機溶剤、活物質、バインダーを以下に示す。 The carbon materials, organic dye derivatives having basic functional groups or triazine derivatives having basic functional groups, dispersants, bases, acids, organic solvents, active materials, and binders used in Examples and Comparative Examples are shown below.
<炭素材料>
・#30(三菱化学社製):ファーネスブラック、一次粒子径30nm、比表面積74m2/g。
・モナーク800(キャボット社製):ファーネスブラック、一次粒子径17nm、比表面積210m2/g、以下M800と略記する。
・デンカブラック粒状品(電気化学工業社製):アセチレンブラック、一次粒子径35nm、比表面積68m2/g、以下粒状品と略記する。
・EC−300J(アクゾ社製):ケッチェンブラック、一次粒子径40nm、比表面積800m2/g。
・カーボンナノチューブ:多層カーボンナノチューブ、繊維径10〜20nm、繊維長2〜5μm、以下CNTと略記する。
・VGCF(昭和電工社製):カーボンナノファイバー、繊維径150nm、繊維長10〜20μm。
<Carbon material>
# 30 (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation): furnace black, primary particle size 30 nm, specific surface area 74 m <2> / g.
Monarch 800 (manufactured by Cabot Corporation): furnace black, primary particle diameter 17 nm, specific surface area 210 m 2 / g, hereinafter abbreviated as M800.
Denka black granular product (manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.): Acetylene black, primary particle size 35 nm, specific surface area 68 m 2 / g, hereinafter abbreviated as granular product.
EC-300J (manufactured by Akzo): Ketjen black, primary particle size 40 nm, specific surface area 800 m <2> / g.
Carbon nanotube: Multi-walled carbon nanotube, fiber diameter 10-20 nm, fiber length 2-5 μm, hereinafter abbreviated as CNT.
VGCF (manufactured by Showa Denko): carbon nanofiber, fiber diameter 150 nm, fiber length 10-20 μm.
<塩基性官能基を有する誘導体>
・塩基性官能基を有する有機色素誘導体:A、B、C、D、E、F、G
・塩基性官能基を有するトリアジン誘導体:H、I、J、K、L、M、N、O
表1〜表4に塩基性官能基を有する各種誘導体A〜Oを示す。
<Derivatives with basic functional groups>
Organic pigment derivatives having basic functional groups: A, B, C, D, E, F, G
Triazine derivatives having basic functional groups: H, I, J, K, L, M, N, O
Tables 1 to 4 show various derivatives A to O having a basic functional group.
<分散剤>
[界面活性剤]
・エマルゲンA−60(花王社製):ノニオン性の界面活性剤(ポリオキシエチレン誘導体)、以下EmA−60と略記する。
・デモールN(花王社製):アニオン性の界面活性剤(β−ナフタレンスルホン酸−ホルマリン縮合物のナトリウム塩)、以下DemNと略記する。
<Dispersant>
[Surfactant]
Emulgen A-60 (manufactured by Kao Corporation): nonionic surfactant (polyoxyethylene derivative), hereinafter abbreviated as EmA-60.
Demol N (manufactured by Kao Corporation): an anionic surfactant (β-naphthalenesulfonic acid-formalin condensate sodium salt), hereinafter abbreviated as DemN.
[分散樹脂]
・エスレックBL−10(積水化学社製):ポリビニルブチラール樹脂、以下BL−10と略記する。
・ソルスパース20000(ルーブリゾール社製):塩基性基を含有する高分子共重合体、以下SP20000と略記する。
・アジスパーPB−821(味の素ファインテクノ社製):塩基性官能基含有共重合物、以下PB−821と略記する。
[Dispersion resin]
-ESREC BL-10 (manufactured by Sekisui Chemical Co., Ltd.): Polyvinyl butyral resin, hereinafter abbreviated as BL-10.
Solsperse 20000 (manufactured by Lubrizol): a polymer copolymer containing a basic group, hereinafter abbreviated as SP20000.
Azisper PB-821 (manufactured by Ajinomoto Fine Techno Co.): a basic functional group-containing copolymer, hereinafter abbreviated as PB-821.
<塩基>
・ラウリルアミン:分子量185g/mol、以下LAと略記する。
・トリエチルアミン:分子量101g/mol、以下TEAと略記する。
・ジメチルアミノエタノール:分子量89g/mol、以下DMAEと略記する。
<Base>
Laurylamine: molecular weight 185 g / mol, hereinafter abbreviated as LA.
Triethylamine: molecular weight 101 g / mol, hereinafter abbreviated as TEA.
Dimethylaminoethanol: molecular weight 89 g / mol, hereinafter abbreviated as DMAE.
<酸>
・酢酸:分子量60g/mol。
<Acid>
Acetic acid: molecular weight 60 g / mol.
<有機溶剤>
・メタノール:比誘電率33.1、ドナー数19.1。
・アセトン:比誘電率20.7、ドナー数17。
・ピリジン:比誘電率13.1、ドナー数33.1。
・N−メチル−2−ピロリドン:比誘電率32、ドナー数27.3、以下NMPと略記する。
<Organic solvent>
Methanol: relative dielectric constant 33.1, donor number 19.1.
Acetone: dielectric constant 20.7, donor number 17
Pyridine: relative dielectric constant of 13.1, donor number of 33.1.
N-methyl-2-pyrrolidone: relative dielectric constant 32, donor number 27.3, hereinafter abbreviated as NMP.
<活物質>
・HLC−22(本荘ケミカル社製):正極用活物質コバルト酸リチウム(LiCoO2)、平均粒径6.6μm、比表面積0.62m2/g、以下LCOと略記する。
・MCMB6−28(大阪ガスケミカル社製):負極用活物質メソフェーズカーボン(MFC)、平均粒径5〜7μm、比表面積4m2/g、以下MFCと略記する。
<Active material>
HLC-22 (Honjo Chemical Co., Ltd.): positive electrode active material lithium cobaltate (LiCoO 2 ), average particle size 6.6 μm, specific surface area 0.62 m 2 / g, hereinafter abbreviated as LCO.
MCMB6-28 (manufactured by Osaka Gas Chemical Co.): active material for negative electrode mesophase carbon (MFC), average particle diameter of 5 to 7 μm, specific surface area of 4 m 2 / g, hereinafter abbreviated as MFC.
<バインダー>
・KFポリマーW1100(クレハ社製):ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、以下PVDFと略記する。
<Binder>
KF polymer W1100 (manufactured by Kureha): polyvinylidene fluoride (PVDF), hereinafter abbreviated as PVDF.
<表面処理炭素材料の調製>
[表面処理炭素材料(1)]
M800を100部、表3に示す誘導体Iを8部仕込み、ジルコニアビーズをメディアとしてアトライタにて30分分散した後、ビーズと分離し、表面処理炭素材料(1)を得た。
<Preparation of surface-treated carbon material>
[Surface treated carbon material (1)]
100 parts of M800 and 8 parts of the derivative I shown in Table 3 were charged, dispersed in an attritor for 30 minutes using zirconia beads as a medium, and then separated from the beads to obtain a surface-treated carbon material (1).
[表面処理炭素材料(2)]
M800を100部、表3に示す誘導体Jを8部、メタノールを300部仕込み、ディスパーにて30分攪拌混合した後、得られた処理物をろ過、乾燥し、表面処理炭素材料(2)を得た。
[Surface treated carbon material (2)]
100 parts of M800, 8 parts of derivative J shown in Table 3, and 300 parts of methanol were stirred and mixed with a disper for 30 minutes, and then the obtained processed product was filtered and dried to obtain the surface-treated carbon material (2). Obtained.
<バインダー液の調製>
テトラエトキシシラン9.8部、エチルシリケート40(三菱化学社製)8.1部、ビニルトリメトキシシラン3.3部、水3.9部、硝酸3.3部、メタノール6.5部、エタノール58.6部、イソプロピルアルコール(IPA)6.5部を3時間撹拌混合し、バインダー液Aを得た。
<Preparation of binder liquid>
9.8 parts of tetraethoxysilane, 8.1 parts of ethyl silicate 40 (Mitsubishi Chemical Corporation), 3.3 parts of vinyltrimethoxysilane, 3.9 parts of water, 3.3 parts of nitric acid, 6.5 parts of methanol, ethanol 58.6 parts and 6.5 parts of isopropyl alcohol (IPA) were stirred and mixed for 3 hours to obtain a binder liquid A.
<炭素材料分散液の調製>
実施例、比較例で得られた炭素材料分散液の評価は、粘度、分散粒径の測定により行った。粘度の測定にはB型粘度計(東機産業社製「BL」)を用いて、25℃、60rpmで行った。分散粒径の測定は、動的光散乱方式の粒度分布計(日機装社製「マイクロトラックUPA」)を用いて平均粒子径(D50の値)を測定した。測定時の希釈溶剤としてはメタノールを用いた。貯蔵安定性の評価は、カーボンブラック分散液を40℃で10日間保存した後の粒径の変化から評価した。カーボンナノチューブおよびカーボンナノファイバー分散液の分散度はグラインドゲージによる判定(JIS K5600−2−5に準ず)より求めた。
<Preparation of carbon material dispersion>
The carbon material dispersions obtained in Examples and Comparative Examples were evaluated by measuring the viscosity and the dispersed particle size. The viscosity was measured using a B-type viscometer (“BL” manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd.) at 25 ° C. and 60 rpm. The dispersion particle size was measured by measuring the average particle size (D50 value) using a dynamic light scattering particle size distribution meter (“MICROTRACK UPA” manufactured by Nikkiso Co., Ltd.). Methanol was used as a dilution solvent at the time of measurement. The storage stability was evaluated from the change in particle size after the carbon black dispersion was stored at 40 ° C. for 10 days. The degree of dispersion of the carbon nanotube and the carbon nanofiber dispersion was determined by determination with a grind gauge (according to JIS K5600-2-5).
[実施例1〜実施例24]
表5に示す組成に従い、ガラス瓶に各種有機溶剤と塩基性官能基を有する誘導体(表1〜表4に示す誘導体A〜Oのいずれか)、および各種塩基を仕込み、混合溶解した後、各種カーボンブラックを加え、ジルコニアビーズをメディアとして、ペイントシェーカーで2時間分散し、各種カーボンブラック分散液を得た。いずれも低粘度かつ分散粒度が小さく、貯蔵安定性も良好であった。特に溶剤としてNMPまたはピリジンを使用した場合に、少量の塩基で分散安定化が可能であった。
なお、実施例7、8は参考例である。
[Examples 1 to 24]
According to the composition shown in Table 5, various organic solvents and derivatives having basic functional groups (any one of derivatives A to O shown in Table 1 to Table 4) and various bases were charged into a glass bottle, mixed and dissolved, and then various carbons. Black was added, and zirconia beads were used as media to disperse with a paint shaker for 2 hours to obtain various carbon black dispersions. All of them had low viscosity, a small dispersed particle size, and good storage stability. In particular, when NMP or pyridine was used as a solvent, dispersion stabilization was possible with a small amount of base.
Examples 7 and 8 are reference examples.
[実施例25、実施例26]
表5に示す組成に従い、ガラス瓶にメタノールまたはNMPと表1に示す誘導体A、および塩基としてLAを仕込み、混合溶解した後、CNTまたはVGCFを加え、ジルコニアビーズをメディアとして、ペイントシェーカーで2時間分散し、各種炭素材料分散液を得た。いずれも低粘度かつ50μmゲージで評価した分散度は10μmであった。貯蔵安定性も良好であった。
[Example 25, Example 26]
In accordance with the composition shown in Table 5, methanol or NMP and derivative A shown in Table 1 and LA as the base were added to LA and mixed and dissolved. Then, CNT or VGCF was added, and zirconia beads were used as media to disperse in a paint shaker for 2 hours. Various carbon material dispersions were obtained. All of them had a low viscosity and the degree of dispersion evaluated with a 50 μm gauge was 10 μm. Storage stability was also good.
[実施例27、実施例28]
表6に示す組成に従い、ガラス瓶にメタノールまたはNMPとLAとを仕込み、混合溶解した後、表面処理炭素材料(1)または(2)を加え、ジルコニアビーズをメディアとして、ペイントシェーカーで2時間分散し、各種カーボンブラック分散液を得た。いずれも低粘度かつ分散粒度が小さく、貯蔵安定性も良好であった。
[Example 27, Example 28]
In accordance with the composition shown in Table 6, methanol or NMP and LA are charged into a glass bottle, mixed and dissolved, and then the surface-treated carbon material (1) or (2) is added, and dispersed with a paint shaker for 2 hours using zirconia beads as a medium. Various carbon black dispersions were obtained. All of them had low viscosity, a small dispersed particle size, and good storage stability.
[比較例1〜比較例4]
表7に示す組成に従い、ガラス瓶にメタノールまたはNMPと各種カーボンブラックとを仕込み、ジルコニアビーズをメディアとして、ペイントシェーカーで2時間分散したが、分散液はいずれも著しく凝集していた。カーボンブラックは凝集性が強く、単独で溶剤に分散するのは困難である。
[Comparative Examples 1 to 4]
According to the composition shown in Table 7, methanol or NMP and various carbon blacks were charged into a glass bottle and dispersed for 2 hours using a zirconia bead as a medium with a paint shaker. Carbon black is highly cohesive and difficult to disperse in a solvent alone.
[比較例5、比較例6]
表7に示す組成に従い、ガラス瓶にメタノールまたはNMPとCNTまたはVGCFとを仕込み、ジルコニアビーズをメディアとして、ペイントシェーカーで2時間分散したが、分散液はいずれも著しく凝集していた。100μmゲージで100μm以上の粗粒が多く見られた。
[Comparative Example 5 and Comparative Example 6]
According to the composition shown in Table 7, methanol or NMP and CNT or VGCF were charged into a glass bottle and dispersed with a zirconia bead as a medium for 2 hours using a paint shaker. Many coarse grains of 100 μm or more were observed with a 100 μm gauge.
[比較例7〜比較例9]
表7に示す組成に従い、ガラス瓶にメタノールまたはNMPと、塩基性官能基を有する誘導体Aまたは誘導体Oとを仕込み、混合溶解した後、#30を加え、ジルコニアビーズをメディアとして、ペイントシェーカーで2時間分散したが、分散液は高粘度で凝集していた。塩基の有無が分散安定性に大きく影響する。
[Comparative Examples 7 to 9]
In accordance with the composition shown in Table 7, methanol or NMP and derivative A or derivative O having a basic functional group were charged into a glass bottle, mixed and dissolved, then added # 30, and zirconia beads were used as media for 2 hours with a paint shaker Although dispersed, the dispersion was highly viscous and agglomerated. The presence or absence of a base greatly affects the dispersion stability.
[比較例10〜比較例13]
表7に示す組成に従い、ガラス瓶にメタノールまたはNMPと各種塩基とを仕込み、混合した後、#30を加え、ジルコニアビーズをメディアとして、ペイントシェーカーで2時間分散したが、分散液はいずれも著しく凝集していた。塩基は単独で分散剤として機能するわけではなく、塩基性官能基を有する誘導体と併用することで分散安定化に寄与すると考えられる。
[Comparative Examples 10 to 13]
In accordance with the composition shown in Table 7, methanol or NMP and various bases were added to a glass bottle and mixed, then # 30 was added and dispersed for 2 hours with a paint shaker using zirconia beads as a medium. Was. The base alone does not function as a dispersant, and it is considered that the base is used in combination with a derivative having a basic functional group to contribute to dispersion stabilization.
[比較例14、比較例15]
表8に示す組成に従い、ガラス瓶にNMPと、塩基性官能基を有する誘導体AまたはO、および酢酸を仕込み、混合溶解した後、#30を加え、ジルコニアビーズをメディアとして、ペイントシェーカーで2時間分散し、各種炭素材料分散液を得た。いずれも実施例の分散液よりも高粘度かつ分散粒度が大きかった。電子供与性のNMPのみを溶剤として使用する場合、上記誘導体と酸を併用するよりも、上記誘導体と塩基を併用した方が分散安定化の効果が大きいと考えられる。
[Comparative Example 14 and Comparative Example 15]
In accordance with the composition shown in Table 8, NMP, a derivative A or O having a basic functional group, and acetic acid were charged into a glass bottle, mixed and dissolved, then added # 30, and dispersed for 2 hours in a paint shaker using zirconia beads as a medium. Various carbon material dispersions were obtained. In all cases, the viscosity and the dispersion particle size were larger than those of the dispersions of Examples. When only electron donating NMP is used as a solvent, it is considered that the effect of stabilizing the dispersion is greater when the derivative and the base are used in combination than when the derivative and the acid are used in combination.
[比較例16〜比較例23]
表9に示す組成に従い、ガラス瓶にメタノールまたはNMPと各種分散剤とを仕込み、混合溶解した後、各種カーボンブラックを加え、ジルコニアビーズをメディアとして、ペイントシェーカーで2時間分散し、各種カーボンブラック分散液を得た。いずれも実施例の分散液よりも高粘度かつ分散粒度が大きかった。
[Comparative Examples 16 to 23]
In accordance with the composition shown in Table 9, methanol or NMP and various dispersants are charged into a glass bottle, mixed and dissolved, then various carbon blacks are added, and dispersed in a paint shaker for 2 hours using zirconia beads as a medium. Various carbon black dispersions Got. In all cases, the viscosity and the dispersion particle size were larger than those of the dispersions of Examples.
[比較例24、比較例25]
表9に示す組成に従い、ガラス瓶にメタノールまたはNMPとSP20000またはPB−821とを仕込み、混合溶解した後、CNTまたはVGCFを加え、ジルコニアビーズをメディアとして、ペイントシェーカーで2時間分散し、各種炭素材料分散液を得た。いずれも実施例の分散液よりも粘度が高く、50μmゲージで評価した分散度はそれぞれ20μm、25μmであった。また経時で凝集傾向であった。
[Comparative Example 24, Comparative Example 25]
In accordance with the composition shown in Table 9, methanol or NMP and SP20000 or PB-821 were charged into a glass bottle, mixed and dissolved, then added with CNT or VGCF, dispersed in a paint shaker for 2 hours using zirconia beads as media, and various carbon materials A dispersion was obtained. Both had higher viscosities than the dispersions of the examples, and the dispersities evaluated with a 50 μm gauge were 20 μm and 25 μm, respectively. Moreover, it was a tendency of aggregation over time.
[比較例26〜比較例28]
表10に示す組成に従い、ガラス瓶にメタノールまたはNMPとSP20000またはPB−821とを仕込み、混合溶解した後、各種カーボンブラックを加え、ジルコニアビーズをメディアとして、ペイントシェーカーで2時間分散し、各種カーボンブラック分散液を得た。実施例と同等の分散度を得るために、分散剤が3倍以上必要であった。
[Comparative Example 26 to Comparative Example 28]
In accordance with the composition shown in Table 10, methanol or NMP and SP20000 or PB-821 were charged into a glass bottle, mixed and dissolved, then various carbon blacks were added, and dispersed in a paint shaker for 2 hours using zirconia beads as a medium. A dispersion was obtained. In order to obtain a degree of dispersion equivalent to that of the example, a dispersant was required 3 times or more.
[比較例29、比較例30]
表10に示す組成に従い、ガラス瓶にメタノールまたはNMPとSP20000またはPB−821とを仕込み、混合溶解した後、CNTまたはVGCFを加え、ジルコニアビーズをメディアとして、ペイントシェーカーで2時間分散し、各種炭素材料分散液を得た。実施例と同等の分散度を得るために、分散剤が4倍以上必要であった。
[Comparative Example 29, Comparative Example 30]
In accordance with the composition shown in Table 10, methanol or NMP and SP20000 or PB-821 were charged in a glass bottle, mixed and dissolved, then added with CNT or VGCF, dispersed with a zirconia bead for 2 hours in a paint shaker, and various carbon materials A dispersion was obtained. In order to obtain the same degree of dispersion as in the examples, a dispersing agent of 4 times or more was necessary.
表5〜表10より、実施例の分散液は比較例の分散液に比べて、低粘度かつ分散粒度が小さく、貯蔵安定性も良好であった。また、分散に使用する成分が少量で済むことがわかる。 From Tables 5 to 10, the dispersions of the examples had a low viscosity, a small dispersion particle size, and good storage stability compared to the dispersions of the comparative examples. Moreover, it turns out that the component used for dispersion | distribution needs only a small amount.
<電池電極用合材の調製>
実施例、比較例で得られた電池電極用合材の評価は、PETフィルム上にドクターブレードを用いて塗布した後、乾燥し、塗膜の表面抵抗と外観により行った。表面抵抗の測定にはロレスタ−GP(三菱化学アナリテック社製)を用いた(JISK 7149に準ず)。塗膜外観は目視で○:問題なし、△:斑模様あり、×:粗粒の筋引きあり、とした。
<Preparation of battery electrode composite>
Evaluation of the battery electrode composites obtained in Examples and Comparative Examples was performed on a PET film using a doctor blade and then dried, and was performed based on the surface resistance and appearance of the coating film. Loresta-GP (manufactured by Mitsubishi Chemical Analytech Co., Ltd.) was used for measuring the surface resistance (according to JISK 7149). The appearance of the coating film was visually evaluated as ◯: no problem, Δ: spotted pattern, x: coarse graining.
[実施例29〜実施例31、比較例31〜比較例36]
表11に示す組成に従い、LCOまたはMFCと、実施例または比較例で調製した各種分散液、およびPVDFとバインダーをディスパーにて混合し、各種電池電極用合材を得た。評価結果を表11に示した。
[Example 29 to Example 31, Comparative Example 31 to Comparative Example 36]
According to the composition shown in Table 11, LCO or MFC, various dispersions prepared in Examples or Comparative Examples, and PVDF and binder were mixed with a disper to obtain various battery electrode composites. The evaluation results are shown in Table 11.
表11より、本発明の分散液を使用した実施例29〜実施例31の電池電極用合材は、炭素材料と溶剤のみの分散液を使用した比較例31〜比較例33に比べて塗膜の表面抵抗、外観ともに優れ、一般的な分散剤を使用した比較例に比べて塗膜の表面抵抗が優れることがわかる。 From Table 11, the battery electrode composites of Examples 29 to 31 using the dispersion liquid of the present invention were coated in comparison with Comparative Examples 31 to 33 using a dispersion liquid of only a carbon material and a solvent. It can be seen that the surface resistance and appearance of the coating film are excellent, and the surface resistance of the coating film is superior to that of a comparative example using a general dispersant.
<リチウムイオン二次電池正極評価用セルの組み立て>
[実施例32、実施例33、比較例37〜比較例40]
先に調製した電池電極用合材(実施例29、実施例30、比較例31、比較例32、比較例34、比較例35)を、集電体となる厚さ20μmのアルミ箔上にドクターブレードを用いて塗布した後、減圧下120℃で加熱乾燥した後、ローラープレス機にて圧延処理し、厚さ100μmの正極合材層を作製した。これを直径9mmに打ち抜き作用極とし、金属リチウム箔(厚さ0.15mm)を対極として、作用極および対極の間に多孔質ポリプロピレンフィルムからなるセパレーター(セルガード社製#2400)を挿入積層し、電解液(エチレンカーボネートとジエチルカーボネートを1:1に混合した混合溶媒にLiPF6を1Mの濃度で溶解させた非水電解液)を満たして二極密閉式金属セル(宝仙社製HSフラットセル)を組み立てた。セルの組み立てはアルゴンガス置換したグローブボックス内で行った。
<Assembly of lithium ion secondary battery positive electrode evaluation cell>
[Example 32, Example 33, Comparative Example 37 to Comparative Example 40]
The previously prepared battery electrode mixture (Example 29, Example 30, Comparative Example 31, Comparative Example 32, Comparative Example 34, and Comparative Example 35) was placed on a 20 μm-thick aluminum foil serving as a current collector. After coating using a blade, the coating was dried at 120 ° C. under reduced pressure, and then rolled with a roller press to prepare a positive electrode mixture layer having a thickness of 100 μm. This is a punching working electrode with a diameter of 9 mm, a metallic lithium foil (thickness 0.15 mm) as a counter electrode, and a separator made of a porous polypropylene film (# 2400 manufactured by Celgard) is inserted and laminated between the working electrode and the counter electrode, An electrolyte solution (non-aqueous electrolyte solution in which LiPF 6 is dissolved at a concentration of 1 M in a mixed solvent of ethylene carbonate and diethyl carbonate in a ratio of 1: 1) is filled, and a bipolar electrode type metal cell (HS flat cell manufactured by Hosensha) ) Was assembled. The cell was assembled in a glove box substituted with argon gas.
<リチウムイオン二次電池負極評価用セルの組み立て>
[実施例34、比較例41、比較例42]
先に調製した電池電極用合材(実施例31、比較例33、比較例36)を、集電体となる厚さ20μmのアルミ箔上にドクターブレードを用いて塗布した後、減圧下120℃で加熱乾燥した後、ローラープレス機にて圧延処理し、厚さ100μmの負極合材層を作製した。これを直径9mmに打ち抜き作用極とし、金属リチウム箔(厚さ0.15mm)を対極として、作用極および対極の間に多孔質ポリプロピレンフィルムからなるセパレーター(セルガード社製#2400)を挿入積層し、電解液(エチレンカーボネートとジエチルカーボネートを1:1に混合した混合溶媒にLiPF6を1Mの濃度で溶解させた非水電解液)を満たして二極密閉式金属セル(宝仙社製HSフラットセル)を組み立てた。セルの組み立てはアルゴンガス置換したグローブボックス内で行った。
<Assembly of lithium ion secondary battery negative electrode evaluation cell>
[Example 34, Comparative Example 41, Comparative Example 42]
The previously prepared battery electrode mixture (Example 31, Comparative Example 33, Comparative Example 36) was applied onto a 20 μm thick aluminum foil serving as a current collector using a doctor blade, and then subjected to 120 ° C. under reduced pressure. After being heated and dried at, a rolling process was performed with a roller press to produce a negative electrode mixture layer having a thickness of 100 μm. This is a punching working electrode with a diameter of 9 mm, a metallic lithium foil (thickness 0.15 mm) as a counter electrode, and a separator made of a porous polypropylene film (# 2400 manufactured by Celgard) is inserted and laminated between the working electrode and the counter electrode, An electrolyte solution (non-aqueous electrolyte solution in which LiPF 6 is dissolved at a concentration of 1 M in a mixed solvent of ethylene carbonate and diethyl carbonate in a ratio of 1: 1) is filled, and a bipolar electrode type metal cell (HS flat cell manufactured by Hosensha) ) Was assembled. The cell was assembled in a glove box substituted with argon gas.
<リチウムイオン二次電池正極特性評価>
作製した電池評価用セルを室温(25℃)で、充電レート0.2C、1.0Cの定電流定電圧充電(上限電圧4.2V)で満充電とし、充電時と同じレートの定電流で放電下限電圧3.0Vまで放電を行う充放電を1サイクル(充放電間隔休止時間30分)とし、このサイクルを合計20サイクル行い、充放電サイクル特性評価(評価装置:北斗電工社製SM−8)を行った。また、評価後のセルを分解し、電極塗膜の外観を目視にて確認し、部分的に合材が集電体より剥がれているのが確認された場合に×とした。評価結果を表12に示した。
<Characteristic evaluation of lithium ion secondary battery positive electrode>
The produced battery evaluation cell was fully charged at a constant current and constant voltage charge (upper limit voltage 4.2 V) at a room temperature (25 ° C.) with a charge rate of 0.2 C and 1.0 C, and at a constant current at the same rate as during charging. Charge / discharge for discharging to a discharge lower limit voltage of 3.0V is defined as one cycle (charge / discharge interval rest time 30 minutes), and this cycle is performed for a total of 20 cycles to evaluate charge / discharge cycle characteristics (Evaluation apparatus: SM-8 manufactured by Hokuto Denko Co., Ltd. ) Moreover, the cell after evaluation was decomposed | disassembled, the external appearance of the electrode coating film was confirmed visually, and it was set as x when it was confirmed that the composite material has partially peeled from the electrical power collector. The evaluation results are shown in Table 12.
表12より、本発明の電極を使用した実施例32、実施例33は、比較例に比べて電池容量、20サイクル容量維持率において良好な結果が得られた。比較例37、比較例38は評価後、集電体から合材が剥落していた。 From Table 12, Example 32 and Example 33 using the electrode of the present invention showed better results in battery capacity and 20 cycle capacity retention rate than the comparative example. In Comparative Examples 37 and 38, the composite material was peeled off from the current collector after evaluation.
<リチウムイオン二次電池負極特性評価>
作製した電池評価用セルを室温(25℃)で、充電レート0.2C、1.0Cの定電流定電圧充電(上限電圧0.5V)で満充電とし、充電時と同じレートの定電流で電圧が1.5Vになるまで放電を行う充放電を1サイクル(充放電間隔休止時間30分)とし、このサイクルを合計20サイクル行い、充放電サイクル特性評価(評価装置:北斗電工製SM−8)を行った。また、評価後のセルを分解し、電極塗膜不良の有無を目視にて確認し、部分的に合材が集電体より剥がれているのが確認された場合に×とした。評価結果を表13に示した。
<Evaluation of lithium ion secondary battery negative electrode characteristics>
The produced battery evaluation cell was fully charged at a constant current and constant voltage charge (upper limit voltage 0.5 V) at a room temperature (25 ° C.) and at a charge rate of 0.2 C and 1.0 C, and at a constant current at the same rate as during charging. Charging / discharging for discharging until the voltage reaches 1.5 V is defined as one cycle (charging / discharging interval rest time 30 minutes), and this cycle is performed for a total of 20 cycles to evaluate charging / discharging cycle characteristics (Evaluation apparatus: SM-8 manufactured by Hokuto Denko) ) Moreover, the cell after evaluation was decomposed | disassembled, the presence or absence of the electrode coating film defect was confirmed visually, and it was set as x when it was confirmed that the composite material has partially peeled from the electrical power collector. The evaluation results are shown in Table 13.
表13より、本発明の電極を使用した実施例34は、比較例に比べて電池容量、20サイクル容量維持率において良好な結果が得られた。比較例41は評価後、集電体から合材が剥落していた。 From Table 13, in Example 34 using the electrode of the present invention, better results were obtained in battery capacity and 20 cycle capacity maintenance ratio than in the comparative example. In Comparative Example 41, the composite material was peeled off from the current collector after the evaluation.
<ディスプレイコーティング用組成物の調製>
実施例、比較例で得られたディスプレイコーティング用組成物の評価は、ガラス基材上にスピンコートし、70℃で5分予備乾燥後、200℃で15分焼成し、塗膜の透明性、外観、硬度により行った。透明性の測定にはヘイズメーター(日本電色社製、COH−300A)を用いて測定した。塗膜外観は目視で○:問題なし、△:斑模様あり、×:粗粒の筋引きあり、とした。硬度は鉛筆硬度試験(JIS K5600−5−4に準ず)により行った。
<Preparation of display coating composition>
The evaluation of the composition for display coating obtained in Examples and Comparative Examples was performed by spin-coating on a glass substrate, pre-drying at 70 ° C. for 5 minutes, and baking at 200 ° C. for 15 minutes. It was performed according to appearance and hardness. The transparency was measured using a haze meter (Nippon Denshoku Co., Ltd., COH-300A). The appearance of the coating film was visually evaluated as ◯: no problem, Δ: spotted pattern, x: coarse graining. The hardness was measured by a pencil hardness test (according to JIS K5600-5-4).
[実施例35、実施例36、比較例43〜比較例48]
表14に示す組成に従い、先に調整したバインダー液Aと、実施例または比較例で調整した各種分散液とを、炭素材料:その他の固形分=4:6となる比率で混合した後、エタノール:IPA=85:15の混合液で固形分濃度が0.4%となるように希釈し、各種ディスプレイコーティング用組成物を得た。評価結果を表14に示した。
[Example 35, Example 36, Comparative Example 43 to Comparative Example 48]
In accordance with the composition shown in Table 14, the binder liquid A prepared earlier and the various dispersions prepared in Examples or Comparative Examples were mixed at a ratio of carbon material: other solid content = 4: 6, and then ethanol. : IPA = 85: 15 was diluted to a solid content concentration of 0.4% to obtain various display coating compositions. The evaluation results are shown in Table 14.
表14より、本発明の分散液を使用した実施例35、実施例36のディスプレイコーティング用組成物は、炭素材料と溶剤のみの分散液を使用した比較例43、比較例44、および一般的な分散剤を使用した比較例45、比較例46に比べて塗膜の透明性、外観に優れることがわかる。また、一般的な分散剤を多く使用した比較例47、比較例48は、透明性は改善するものの、バインダー液との相溶性に起因するとみられる斑模様と、鉛筆硬度の低下が確認された。 From Table 14, the display coating compositions of Example 35 and Example 36 using the dispersion of the present invention are Comparative Example 43, Comparative Example 44, and General using a dispersion of only a carbon material and a solvent. It can be seen that the coating film is superior in transparency and appearance as compared with Comparative Examples 45 and 46 using a dispersant. Moreover, although the comparative example 47 and comparative example 48 which used many common dispersing agents improved transparency, the spot pattern which seems to originate in compatibility with a binder liquid, and the fall of pencil hardness were confirmed. .
Claims (7)
塩基性官能基を有する有機色素誘導体が、下記一般式(6)で表される有機色素誘導体であり、
前記誘導体の添加量が、炭素材料100重量部に対して、1重量部以上、20重量部以下であり、
前記塩基の添加量が前記誘導体に対して0.1〜10当量であり、
前記炭素材料が、中性カーボンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバーからなる群から選ばれる少なくとも一種以上の炭素材料である、炭素材料分散液。
一般式(6):
Zは、下記一般式(7)、(8)または、一般式(9)で示される群から選ばれる少なくとも1つのものである。nは、1〜4の整数を表す。
一般式(7):
X 4 は、直接結合、−SO 2 −、−CO−、−CH 2 NHCOCH 2 −、−CH 2 NHCONHCH 2 −、−CH 2 −または、−X 5 −Y−X 6 −を表す。X 5 は、−NH−または、−O−を表し、X 6 は、直接結合、−SO 2 −、−CO−、−CH 2 NHCOCH 2 −、−CH 2 NHCONHCH 2 −または、−CH 2 −を表す。Yは炭素数1〜20で構成された、置換基を有してもよいアルキレン基、置換基を有してもよいアルケニレン基または、置換基を有してもよいアリーレン基を表す。
vは、1〜10の整数を表す。
R 3 、R 4 はそれぞれ独立に、水素原子、置換されていてもよいアルキル基、置換されていてもよいアルケニル基、置換されていてもよいアリール基、またはR 3 、R 4 とで一体となって更なる窒素、酸素または硫黄原子を含む置換されていてもよい複素環残基を表す。
R 5 、R 6 、R 7 、R 8 は、それぞれ独立に、水素原子、置換されていてもよいアルキル基、置換されていてもよいアルケニル基または置換されていてもよいアリール基を表す。
R 9 は、置換されていてもよいアルキル基、置換されていてもよいアルケニル基または置換されていてもよいアリール基を表す。
R 12 は有機色素残基を表す。
R 12 で表される有機色素残基は、ジケトピロロピロール系色素、アゾ、ジスアゾ、ポリアゾのアゾ系色素、フタロシアニン系色素、ジアミノジアントラキノン、アントラピリミジン、フラバントロン、アントアントロン、インダントロン、ピラントロン、ビオラントロンのアントラキノン系色素、キナクリドン系色素の残基である。
A carbon material dispersion liquid comprising an organic dye derivative having a basic functional group or a triazine derivative having a basic functional group, a base having a molecular weight of 300 or less, a carbon material, and an organic solvent,
The organic dye derivative having a basic functional group is an organic dye derivative represented by the following general formula (6),
The amount of the derivative added is 1 part by weight or more and 20 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the carbon material,
The amount of the base added is 0.1 to 10 equivalents relative to the derivative,
A carbon material dispersion, wherein the carbon material is at least one carbon material selected from the group consisting of neutral carbon black, carbon nanotubes, and carbon nanofibers.
General formula (6):
Z is at least one selected from the group represented by the following general formula (7), (8) or general formula (9). n represents an integer of 1 to 4.
General formula (7):
X 4 is a direct bond, -SO 2 -, - CO - , - CH 2 NHCOCH 2 -, - CH 2 NHCONHCH 2 -, - CH 2 - or, -X 5 -Y-X 6 - represents a. X 5 is -NH- or represents -O-, X 6 represents a direct bond, -SO 2 -, - CO - , - CH 2 NHCOCH 2 -, - CH 2 NHCONHCH 2 - or -CH 2 - Represents. Y represents an alkylene group which may have a substituent, an alkenylene group which may have a substituent, or an arylene group which may have a substituent, having 1 to 20 carbon atoms.
v represents an integer of 1 to 10.
R 3 and R 4 are each independently a hydrogen atom, an optionally substituted alkyl group, an optionally substituted alkenyl group, an optionally substituted aryl group, or R 3 and R 4 together. Represents an optionally substituted heterocyclic residue containing additional nitrogen, oxygen or sulfur atoms.
R 5 , R 6 , R 7 and R 8 each independently represents a hydrogen atom, an optionally substituted alkyl group, an optionally substituted alkenyl group or an optionally substituted aryl group.
R 9 represents an optionally substituted alkyl group, an optionally substituted alkenyl group, or an optionally substituted aryl group.
R 12 represents an organic dye residue.
The organic dye residue represented by R 12 is diketopyrrolopyrrole dye, azo, disazo, polyazo azo dye, phthalocyanine dye, diaminodianthraquinone, anthrapyrimidine, flavantron, anthanthrone, indanthrone, pyranthrone. These are residues of anthraquinone dyes and quinacridone dyes of violanthrone.
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