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JP7217675B2 - Aqueous dispersion of carbon black conductive material raw material, method for producing aqueous dispersion of carbon black conductive material raw material, method for producing conductive carbon black powder, and method for producing positive electrode material for lithium ion secondary battery - Google Patents
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Aqueous dispersion of carbon black conductive material raw material, method for producing aqueous dispersion of carbon black conductive material raw material, method for producing conductive carbon black powder, and method for producing positive electrode material for lithium ion secondary battery Download PDF

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Description

本発明は、導電性カーボンブラック原料の水性分散体、導電性カーボンブラック原料の水性分散体の製造方法、導電性カーボンブラック粉体、導電性カーボンブラック粉体の製造方法およびリチウムイオン二次電池用正極材の製造方法に関するものである。 The present invention provides an aqueous dispersion of conductive carbon black raw material, a method for producing an aqueous dispersion of conductive carbon black raw material, conductive carbon black powder, a method for producing conductive carbon black powder, and a lithium ion secondary battery. The present invention relates to a method for manufacturing a positive electrode material.

近年、携帯電話やノート型パソコン等の普及に伴って、リチウムイオン二次電池が注目されるようになり、その需要が年々高まってきている。現在のリチウムイオン二次電池では、電極面積を大きくすることにより電池反応の効率を上げる目的から、通常、電極活物質、バインダー、導電材等を混合した塗料を帯状の金属箔上に塗布した正負両極が用いられ、これらがセパレータと共に巻き回された後、電池缶に収納された形態を成している(特許文献1(特開2003-308845号公報等参照)。 In recent years, with the spread of mobile phones, laptop computers, and the like, lithium-ion secondary batteries have been attracting attention, and their demand is increasing year by year. In the current lithium-ion secondary battery, in order to increase the efficiency of the battery reaction by increasing the electrode area, a coating mixed with an electrode active material, a binder, a conductive material, etc. is usually applied to the strip-shaped metal foil. Both electrodes are used, and after being wound together with a separator, they are housed in a battery can (Patent Document 1 (Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2003-308845, etc.)).

このうち、正極には、電極活物質としてリチウム遷移金属複合酸化物等が用いられている。このような電極活物質単独では電子伝導性、即ち導電性に乏しいため、導電性を付与するために高度にストラクチャーが発達した導電性カーボンブラックや、結晶が著しい異方性を示すグラファイト等の炭素材料を導電材料として添加し、バインダー(結着材)と共にN-メチル-2-ピロリドン等の非水系溶媒に分散させてスラリーを調製し(特許文献2(特開2003-157846号公報)参照)、このスラリーを金属箔上に塗布・乾燥して正極を形成している。 Among them, the positive electrode uses a lithium-transition metal composite oxide or the like as an electrode active material. Such an electrode active material alone has poor electronic conductivity, that is, electrical conductivity, so in order to impart conductivity, conductive carbon black with a highly developed structure, and carbon such as graphite whose crystals exhibit significant anisotropy A material is added as a conductive material and dispersed in a non-aqueous solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone together with a binder (binder) to prepare a slurry (see Patent Document 2 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-157846)). , the slurry is coated on a metal foil and dried to form a positive electrode.

ところで、上記導電材料としては、導電性に優れる他、電池性能の劣化の要因となる金属不純物、特に多価金属イオンが少ないことが求められる。カーボンブラックの場合、その製造方法に由来して金属不純物の含有量や導電性が異なることが知られているが、導電材料として用いる際には、他の導電材料と同様に、導電性に優れ金属不純物が少ないことが求められる。 By the way, the conductive material is required to be excellent in conductivity as well as to contain little metal impurities, particularly polyvalent metal ions, which cause deterioration of battery performance. In the case of carbon black, it is known that the content of metal impurities and conductivity vary depending on the manufacturing method, but when used as a conductive material, it has excellent conductivity like other conductive materials. It is required that the amount of metal impurities is small.

特開2003-308845号公報JP 2003-308845 A 特開2003-157846号公報JP 2003-157846 A

そこで導電材料としてアセチレンガスを熱分解して得られるアセチレンブラックを採用し、これを分散剤によりスラリー化したものをリチウムイオン二次電池用正極材の形成材料として用いることが考えられる。
アセチレンブラックは、炭化水素油を高温ガス中で不完全燃焼させて得られるファーネスブラックに比較して導電性が高く、金属不純物が少ない利点がある。
Therefore, it is conceivable to employ acetylene black obtained by thermally decomposing acetylene gas as a conductive material, slurry it with a dispersant, and use it as a material for forming a positive electrode material for a lithium ion secondary battery.
Acetylene black has the advantages of high conductivity and less metal impurities than furnace black obtained by incomplete combustion of hydrocarbon oil in high-temperature gas.

しかしながら、アセチレンブラックは、原料となるアセチレンを炭化水素の熱分解により製造したり炭化カルシウム(カーバイド)に水を作用させるカーバイド法により製造する必要があることから、これを導電材料として使用した場合、リチウムイオン二次電池用電極材を簡便かつ安価に製造し難いという技術課題が存在する。 However, acetylene black, which is a raw material, must be produced by pyrolysis of hydrocarbons or by a carbide method in which water acts on calcium carbide (carbide). There is a technical problem that it is difficult to simply and inexpensively produce an electrode material for a lithium ion secondary battery.

一方、カーボンブラックとして一般的なファーネスブラックには、原料油に由来する金属不純物が多く含まれていることから、これを導電材料として使用した場合、電池性能の劣化を引き起こし易くなる。 On the other hand, furnace black, which is commonly used as carbon black, contains a large amount of metal impurities derived from raw material oil, and therefore, when used as a conductive material, it tends to cause deterioration of battery performance.

従って、本発明は、多価金属イオンの含有割合が低減され優れた導電性を発揮し得る導電材料を簡便かつ安価に製造し得る導電性カーボンブラック原料の水性分散体、係る導電性カーボンブラック原料の水性分散体の製造方法、導電性カーボンブラック粉体、導電性カーボンブラック粉体の製造方法およびリチウムイオン二次電池用正極材の製造方法を提供することを目的とするものである。 Therefore, the present invention provides an aqueous dispersion of a conductive carbon black raw material that can easily and inexpensively produce a conductive material that has a reduced content of polyvalent metal ions and can exhibit excellent conductivity, and such a conductive carbon black raw material. It is an object of the present invention to provide a method for producing an aqueous dispersion of No. 1, a conductive carbon black powder, a method for producing a conductive carbon black powder, and a method for producing a positive electrode material for a lithium ion secondary battery.

かかる実情において、本発明者は、鋭意検討を重ねた結果、窒素吸着比表面積NSAが100~1500m/g、窒素吸着比表面積NSAから統計的厚さ比表面積STSAを引いた値が50~200m/g、DBP吸油量が100~500ml/100g、平均粒子径が100~500nmであって、加熱処理後における、多価金属含有濃度が10~100質量ppmであり、圧縮電気比抵抗が0.05~0.23Ω・cmである酸化カーボンブラックを含有する導電性カーボンブラック原料の水性分散体により、上記技術課題を解決し得ることを見出し、本知見に基づいて本発明を完成するに至った。 Under such circumstances, the present inventors have made extensive studies and found that the nitrogen adsorption specific surface area N 2 SA is 100 to 1500 m 2 /g, and the value obtained by subtracting the statistical thickness specific surface area STSA from the nitrogen adsorption specific surface area N 2 SA is 50 to 200 m 2 /g, the DBP oil absorption is 100 to 500 ml/100 g, the average particle diameter is 100 to 500 nm, and the polyvalent metal content concentration after heat treatment is 10 to 100 ppm by mass. We have found that the above technical problems can be solved by an aqueous dispersion of a conductive carbon black raw material containing oxidized carbon black having a specific resistance of 0.05 to 0.23 Ω·cm, and based on this finding, we have completed the present invention. Completed.

すなわち、本発明の一実施形態は、
(1)窒素吸着比表面積NSAが200~300/g、
窒素吸着比表面積NSAから統計的厚さ比表面積STSAを引いた値が50~150/g、
DBP吸油量が100~500ml/100g、
平均粒子径が100~500nmであって、
多価金属含有濃度が10~100質量ppmであり、
加熱処理後における圧縮電気比抵抗が0.05~0.23Ω・cmである
酸化カーボンブラックを含有する
ことを特徴とするカーボンブラック導電材原料の水性分散体、
(2)窒素吸着比表面積NSAが200~300/g、窒素吸着比表面積NSAから統計的厚さ比表面積STSAを引いた値が50~150/g、DBP吸油量が100~500ml/100g、平均粒子径が100~500nmであって、表面に一種以上の陰イオン官能基を有する酸化カーボンブラックの水性スラリーに対し、
水溶性キレート剤またはその塩から選ばれる一種以上の存在下に水酸化アルカリ金属を混合して加熱中和するか、または水酸化アルカリ金属を混合して加熱中和した後に水溶性キレート剤またはその塩から選ばれる一種以上を混合する中和工程と、
当該中和工程で得られた混合液から分離膜を用いて多価金属イオンキレート錯体を分離除去する分離除去工程を施す
ことを特徴とするカーボンブラック導電材原料の水性分散体の製造方法、
(3)前記中和工程において、前記酸化カーボンブラックの水性スラリーに対し、pH6~pH12になるように前記水酸化アルカリ金属を混合する上記(2)に記載のカーボンブラック導電材原料の水性分散体の製造方法、
(4)前記水溶性キレート剤がアミノカルボン酸またはその塩である上記(2)または(3)に記載のカーボンブラック導電材原料の水性分散体の製造方法、
(5)前記表面に一種以上の陰イオン官能基を有する酸化カーボンブラックが、カーボンブラックを液相法で酸化処理した後、pH2~pH4の条件下で水溶性キレート剤またはその塩から選ばれる一種以上と混合し、次いで分離膜を用いて多価金属イオンを予備分離したものである上記(2)~(4)のいずれかに記載のカーボンブラック導電材原料の水性分散体の製造方法、
(6)前記分離膜が限外濾過膜(UF)、逆浸透膜(RO)または電気透析膜である上記(2)~(5)のいずれかに記載のカーボンブラック導電材原料の水性分散体の製造方法
(7)上記(1)に記載の導電性カーボンブラック原料の水性分散体を加熱処理することを特徴とする導電性カーボンブラック粉体の製造方法、
)窒素吸着比表面積NSAが200~300/g、窒素吸着比表面積NSAから統計的厚さ比表面積STSAを引いた値が50~150/g、DBP吸油量が100~500ml/100g、平均粒子径が100~500nmであって、表面に一種以上の陰イオン官能基を有する酸化カーボンブラックの水性スラリーに対し、
水溶性キレート剤またはその塩から選ばれる一種以上の存在下に水酸化アルカリ金属を混合して加熱中和するか、または水酸化アルカリ金属を混合して加熱中和した後に水溶性キレート剤またはその塩から選ばれる一種以上を混合する中和工程と、
当該中和工程で得られた混合液から分離膜を用いて多価金属イオンキレート錯体を分離除去する分離除去工程とを施すことにより導電性カーボンブラック原料の水性分散体を調製し、次いで、
得られた導電性カーボンブラック原料の水性分散体を加熱処理して前記酸化カーボンブラックの陰イオン官能基を除去する官能基除去工程を施す
ことを特徴とする導電性カーボンブラック粉体の製造方法、
)前記導電性カーボンブラック原料の水性分散体の加熱処理を500~600℃で行う上記()または()に記載の導電性カーボンブラック粉体の製造方法、
10)上記(1)に記載のカーボンブラック導電材原料の水性分散体、上記(2)~(6)のいずれかに記載の製造方法で得られたカーボンブラック導電材原料の水性分散体または上記()~()のいずれかに記載の製造方法で得られた導電性カーボンブラック粉体を、
少なくとも電極活物質及びバインダーと混合し、
電極基板に塗布、乾燥する
ことを特徴とするリチウムイオン二次電池用正極材の製造方法
を提供するものである。
That is, one embodiment of the present invention is
(1) a nitrogen adsorption specific surface area N 2 SA of 200 to 300 m 2 /g;
a value obtained by subtracting the statistical thickness specific surface area STSA from the nitrogen adsorption specific surface area N 2 SA is 50 to 150 m 2 /g;
DBP oil absorption of 100-500ml/100g,
An average particle size of 100 to 500 nm,
The polyvalent metal content concentration is 10 to 100 mass ppm,
An aqueous dispersion of a carbon black conductive material raw material, characterized by containing oxidized carbon black having a compression electrical resistivity of 0.05 to 0.23 Ω cm after heat treatment,
(2) Nitrogen adsorption specific surface area N 2 SA is 200 to 300 m 2 /g, the value obtained by subtracting the statistical thickness specific surface area STSA from the nitrogen adsorption specific surface area N 2 SA is 50 to 150 m 2 /g, DBP oil absorption is 100 to 500 ml/100 g, the average particle size is 100 to 500 nm, and an aqueous slurry of oxidized carbon black having one or more anionic functional groups on the surface,
An alkali metal hydroxide is mixed in the presence of one or more selected from a water-soluble chelating agent or a salt thereof and neutralized by heating, or an alkali metal hydroxide is mixed and neutralized by heating, and then a water-soluble chelating agent or its salt is added. A neutralization step of mixing one or more selected from salts;
A method for producing an aqueous dispersion of a carbon black conductive material raw material, characterized in that a separation and removal step of separating and removing a polyvalent metal ion chelate complex using a separation membrane is performed from the mixed solution obtained in the neutralization step,
(3) The aqueous dispersion of carbon black conductive material raw material according to (2) above, wherein in the neutralization step, the alkali metal hydroxide is mixed with the aqueous slurry of the oxidized carbon black so that the pH is 6 to 12. manufacturing method of
(4) The method for producing an aqueous dispersion of carbon black conductive material raw material according to (2) or (3) above, wherein the water-soluble chelating agent is an aminocarboxylic acid or a salt thereof;
(5) The oxidized carbon black having one or more anionic functional groups on its surface is one selected from water-soluble chelating agents or salts thereof under conditions of pH 2 to pH 4 after oxidizing the carbon black by a liquid phase method. The method for producing an aqueous dispersion of carbon black conductive material raw material according to any one of the above (2) to (4), which is obtained by mixing with the above and then preliminarily separating polyvalent metal ions using a separation membrane;
(6) The aqueous dispersion of carbon black conductive material raw material according to any one of (2) to (5) above, wherein the separation membrane is an ultrafiltration membrane (UF), a reverse osmosis membrane (RO) or an electrodialysis membrane. manufacturing method of
(7 ) A method for producing a conductive carbon black powder, which comprises heat-treating an aqueous dispersion of the conductive carbon black raw material according to (1) above.
( 8 ) Nitrogen adsorption specific surface area N 2 SA is 200 to 300 m 2 /g, the value obtained by subtracting the statistical thickness specific surface area STSA from the nitrogen adsorption specific surface area N 2 SA is 50 to 150 m 2 /g, DBP oil absorption is 100 to 500 ml/100 g, the average particle size is 100 to 500 nm, and an aqueous slurry of oxidized carbon black having one or more anionic functional groups on the surface,
An alkali metal hydroxide is mixed in the presence of one or more selected from a water-soluble chelating agent or a salt thereof and neutralized by heating, or an alkali metal hydroxide is mixed and neutralized by heating, and then a water-soluble chelating agent or its salt is added. A neutralization step of mixing one or more selected from salts;
An aqueous dispersion of the conductive carbon black raw material is prepared by subjecting the mixture obtained in the neutralization step to a separation and removal step of separating and removing the polyvalent metal ion chelate complex using a separation membrane, and then,
A method for producing conductive carbon black powder, characterized by subjecting the resulting aqueous dispersion of conductive carbon black raw material to a heat treatment to remove an anionic functional group of the oxidized carbon black.
( 9 ) The method for producing conductive carbon black powder according to ( 7 ) or ( 8 ) above, wherein the aqueous dispersion of conductive carbon black raw material is heat-treated at 500 to 600 ° C.,
( 10 ) The aqueous dispersion of the raw material for the carbon black conductive material according to (1) above, or the aqueous dispersion of the raw material for the carbon black conductive material obtained by the production method according to any one of (2) to (6) above. or the conductive carbon black powder obtained by the production method according to any one of ( 7 ) to ( 9 ) above,
mixed with at least an electrode active material and a binder;
Disclosed is a method for producing a positive electrode material for a lithium ion secondary battery, characterized by applying the material to an electrode substrate and drying the material.

本発明によれば、多価金属イオンの含有割合が低減され優れた導電性を発揮し得る導電材料を簡便かつ安価に製造し得る導電性カーボンブラック原料の水性分散体、係る導電性カーボンブラック原料の水性分散体の製造方法、導電性カーボンブラック粉体、導電性カーボンブラック粉体の製造方法およびリチウムイオン二次電池用正極材の製造方法を提供することができる。 According to the present invention, an aqueous dispersion of a conductive carbon black raw material that can easily and inexpensively produce a conductive material that has a reduced content of polyvalent metal ions and can exhibit excellent conductivity, and such a conductive carbon black raw material. It is possible to provide a method for producing an aqueous dispersion of, conductive carbon black powder, a method for producing conductive carbon black powder, and a method for producing a positive electrode material for a lithium ion secondary battery.

<導電性カーボンブラック原料の水性分散体>
先ず、本発明に係る導電性カーボンブラック原料の水性分散体について説明する。
本発明に係る導電性カーボンブラック原料の水性分散体は、
窒素吸着比表面積NSAが100~1500m/g、
窒素吸着比表面積NSAから統計的厚さ比表面積STSAを引いた値が50~200m/g、
DBP吸油量が100~500ml/100g、
平均粒子径が100~500nmであって、
多価金属含有濃度が10~100質量ppmであり、
加熱処理後における圧縮電気比抵抗が0.05~0.23Ω・cmである
酸化カーボンブラックを含有する
ことを特徴とするものである。
<Aqueous dispersion of conductive carbon black raw material>
First, the aqueous dispersion of conductive carbon black raw material according to the present invention will be described.
The aqueous dispersion of the conductive carbon black raw material according to the present invention is
Nitrogen adsorption specific surface area N 2 SA is 100 to 1500 m 2 /g,
The value obtained by subtracting the statistical thickness specific surface area STSA from the nitrogen adsorption specific surface area N 2 SA is 50 to 200 m 2 /g,
DBP oil absorption of 100-500ml/100g,
An average particle size of 100 to 500 nm,
The polyvalent metal content concentration is 10 to 100 mass ppm,
It is characterized by containing oxidized carbon black having a compressive electrical resistivity of 0.05 to 0.23 Ω·cm after heat treatment.

本発明に係る導電性カーボンブラック原料の水性分散体に含まれる酸化カーボンブラックは、単位重量当たりの粒子数を増加して導電性を得る観点から、窒素吸着比表面積NSAが、100~1500m/gであるものであり、水性分散体調製時の粘度上昇を抑制する観点から100~500m/gであるものが好ましく、上記良好な導電性および粘度上昇の抑制を両立する観点から200~300m/gであるものがより好ましい。 The oxidized carbon black contained in the aqueous dispersion of the conductive carbon black raw material according to the present invention has a nitrogen adsorption specific surface area N 2 SA of 100 to 1500 m from the viewpoint of increasing the number of particles per unit weight to obtain conductivity. 2 /g, preferably 100 to 500 m 2 /g from the viewpoint of suppressing viscosity increase during preparation of the aqueous dispersion, and 200 m 2 /g from the viewpoint of achieving both good conductivity and suppression of viscosity increase. More preferred is ~300 m 2 /g.

本発明に係る導電性カーボンブラック原料の水性分散体において、同水性分散体中に含まれる酸化カーボンブラックの窒素吸着比表面積NSAが上記範囲内にあることにより、これを加熱処理して得られる導電性カーボンブラックも同様の窒素吸着比表面積NSAを有し易くなり、単位重量あたりの粒子数が増加させ易くなって導電性を容易に向上することができる。 In the aqueous dispersion of the conductive carbon black raw material according to the present invention, the nitrogen adsorption specific surface area N 2 SA of the oxidized carbon black contained in the aqueous dispersion is within the above range, so that it can be obtained by heat treatment. The conductive carbon black to be obtained also tends to have a similar nitrogen adsorption specific surface area N 2 SA, and the number of particles per unit weight can be easily increased, so that the conductivity can be easily improved.

なお、導電性カーボンブラック原料の水性分散体に含まれる酸化カーボンブラックの窒素吸着比表面積NSAは、全自動表面積測定装置((株)島津製作所製 ジェミニ2375)を用い、JIS K 6217-2に規定される「ゴム用カーボンブラック-基本特性-第2部、比表面積の求め方-窒素吸着法、単点法」に従って測定した値を意味する。 The nitrogen adsorption specific surface area N 2 SA of the oxidized carbon black contained in the aqueous dispersion of the conductive carbon black raw material was determined according to JIS K 6217-2 using a fully automatic surface area measuring device (Gemini 2375 manufactured by Shimadzu Corporation). "Carbon black for rubber - basic properties - Part 2, method for determining specific surface area - nitrogen adsorption method, single point method".

本発明に係る導電性カーボンブラック原料の水性分散体に含まれる酸化カーボンブラックは、表面に細孔を有することにより単位重量当たりの粒子数を増加して導電性を得る観点から、窒素吸着比表面積NSAから統計的厚さ比表面積(STSA)を引いた値が50~200m/gであるものであり、水性分散体調製時の粘度上昇を抑制する観点から50~150m/gであるものが好ましく、上記良好な導電性および粘度上昇の抑制を両立する観点から80~150m/gであるものがより好ましい。 The oxidized carbon black contained in the aqueous dispersion of the conductive carbon black raw material according to the present invention has pores on the surface to increase the number of particles per unit weight and obtain conductivity. The value obtained by subtracting the statistical thickness specific surface area (STSA) from the N 2 SA is 50 to 200 m 2 / g. Some is preferable, and from the viewpoint of achieving both the above-mentioned good conductivity and suppression of viscosity increase, those of 80 to 150 m 2 /g are more preferable.

なお、導電性カーボンブラック原料の水性分散体に含まれる酸化カーボンブラックの統計的厚さ比表面積は、全自動表面積測定装置((株)島津製作所製ジェミニ2375)を用い、JIS K 6217-7に規定される「ゴム用カーボンブラック-基本特性-第7部、ゴム配合物-多点法窒素比表面積(NSA)及び統計的厚さ比表面積(STSA)の求め方」に従って測定した値を意味する。 The statistical thickness specific surface area of the oxidized carbon black contained in the aqueous dispersion of the conductive carbon black raw material was determined according to JIS K 6217-7 using a fully automatic surface area measuring device (Gemini 2375 manufactured by Shimadzu Corporation). The value measured according to the prescribed "carbon black for rubber-basic properties-Part 7, rubber compound-multipoint method nitrogen specific surface area ( N SA) and statistical thickness specific surface area (STSA)" means.

本発明に係る導電性カーボンブラック原料の水性分散体に含まれる酸化カーボンブラックは、カーボンブラックのストラクチャー構造が発達し、導電パスを形成する観点から、DBP(Dibutyl phthalate)吸油量が、100~500ml/100gであるものであり、水性分散体調製時の粘度上昇を抑制する観点から100~300ml/100gであるものが好ましく、上記導電パスの形成および粘度上昇の抑制を両立する観点から150~250ml/100gであるものがより好ましい。 The oxidized carbon black contained in the aqueous dispersion of the conductive carbon black raw material according to the present invention has a DBP (dibutyl phthalate) oil absorption of 100 to 500 ml from the viewpoint of developing the structure structure of the carbon black and forming a conductive path. /100 g, preferably 100 to 300 ml/100 g from the viewpoint of suppressing the viscosity increase during preparation of the aqueous dispersion, and 150 to 250 ml from the viewpoint of achieving both the formation of the conductive path and the suppression of the viscosity increase. /100 g is more preferred.

本発明に係る導電性カーボンブラック原料の水性分散体において、同水性分散体中に含まれる酸化カーボンブラックのDBP吸油量が上記範囲内にあることにより、これを加熱処理して得られる導電性カーボンブラックも同様のDBP吸油量を有し易くなり、導電パスが形成され易くなって導電性を容易に向上することができる。 In the aqueous dispersion of the conductive carbon black raw material according to the present invention, the DBP oil absorption of the oxidized carbon black contained in the aqueous dispersion is within the above range, so that the conductive carbon obtained by heat treatment Black also tends to have a similar DBP oil absorption, and conductive paths are easily formed, so that the conductivity can be easily improved.

なお、導電性カーボンブラック原料の水性分散体に含まれる酸化カーボンブラックのDBP吸油量は、JIS K 6217-4に規定される「ゴム用カーボンブラック-基本特性-第4部、DBP吸収量の求め方」に従って測定した値を意味する。 The DBP oil absorption of the oxidized carbon black contained in the aqueous dispersion of the conductive carbon black raw material is defined in JIS K 6217-4 "Carbon black for rubber - Basic properties - Part 4, Determination of DBP absorption means the value measured in accordance with

本発明に係る導電性カーボンブラック原料の水性分散体に含まれる酸化カーボンブラックは、良好な分散性を得る観点から平均粒子径が、100~500nmであるものであり、更に分散性を向上する観点から150~400nmであるものが好ましく、水溶性キレート剤による不純物金属除去効果を促進する観点から150~250nmであるものがより好ましい。 The oxidized carbon black contained in the aqueous dispersion of the conductive carbon black raw material according to the present invention has an average particle size of 100 to 500 nm from the viewpoint of obtaining good dispersibility, and from the viewpoint of further improving dispersibility. from 150 to 400 nm, and more preferably from 150 to 250 nm from the viewpoint of promoting the effect of removing impurity metals by a water-soluble chelating agent.

本発明に係る導電性カーボンブラック原料の水性分散体において、同水性分散体中に含まれる酸化カーボンブラックの平均粒子径が上記範囲内にあることにより、これを加熱処理して得られる導電性カーボンブラックも凝集物が低減され、単位重量あたりの粒子数を増加させ易くなり導電性を容易に向上することができる。 In the aqueous dispersion of the conductive carbon black raw material according to the present invention, the average particle size of the oxidized carbon black contained in the aqueous dispersion is within the above range, so that the conductive carbon obtained by heat treatment Agglomeration of black is also reduced, and the number of particles per unit weight can be easily increased, thereby easily improving electrical conductivity.

なお、導電性カーボンブラック原料の水性分散体に含まれる酸化カーボンブラックの平均粒子径は、レーザー回折式粒度分布測定装置により測定された、体積基準積算粒度分布における積算粒度で50%の粒径(体積平均粒径D50)を意味する。
ファーネスブラックを原料として上記酸化カーボンブラックを調製した場合、得られた酸化カーボンブラックが上記窒素吸着比表面積NSA、統計的厚さ比表面積STSA、DBP吸油量および平均粒子径を有することになり、このため、本発明に係る導電性カーボンブラック原料の水性分散体によれば、これを加熱処理することにより簡便かつ安価に導電性カーボンブラックを得ることができる。
The average particle size of the oxidized carbon black contained in the aqueous dispersion of the conductive carbon black raw material is the particle size of 50% of the cumulative particle size in the volume-based cumulative particle size distribution measured by a laser diffraction particle size distribution measuring device ( volume average particle diameter D50).
When the oxidized carbon black is prepared using furnace black as a raw material, the obtained oxidized carbon black has the nitrogen adsorption specific surface area N 2 SA, the statistical thickness specific surface area STSA, the DBP oil absorption and the average particle size. Therefore, according to the aqueous dispersion of conductive carbon black raw material according to the present invention, conductive carbon black can be obtained simply and inexpensively by heat-treating it.

本発明に係る導電性カーボンブラック原料の水性分散体に含まれる酸化カーボンブラックの酸性水酸基量は、十分に酸化され分散性を得る観点から300μmol/g~1200μmol/gであることが好ましく、更に均一な分散性を得る観点から500μmol/g~1000μmol/gであることがより好ましく、金属不純物の溶出が促進される観点から800μmol/g~1000μmol/gであることがさらに好ましい。本発明に係る導電性カーボンブラック原料の水性分散体に含まれる酸化カーボンブラックの酸性水酸基量は、酸化カーボンブラックのカルボキシル基(-COO)量およびヒドロキシル基(-O)量の和を意味する。酸化カーボンブラックの水性媒体への分散性等を考慮した場合、カーボンブラック粒子表面の官能基としては、酸性水酸基が重要であり、特にカルボキシル基およびヒドロキシル基が大きな役割を果たすことから、酸化カーボンブラック粒子の酸性水酸基量は、実質的にカルボキシル基量とヒドロキシル基量との和とみなすことができる。 The amount of acidic hydroxyl groups of the oxidized carbon black contained in the aqueous dispersion of the conductive carbon black raw material according to the present invention is preferably 300 μmol/g to 1200 μmol/g from the viewpoint of sufficiently oxidizing and obtaining dispersibility, and is more uniform. It is more preferably 500 μmol/g to 1000 μmol/g from the viewpoint of obtaining good dispersibility, and further preferably 800 μmol/g to 1000 μmol/g from the viewpoint of promoting the elution of metal impurities. The amount of acidic hydroxyl groups in oxidized carbon black contained in the aqueous dispersion of conductive carbon black raw material according to the present invention means the sum of the amount of carboxyl groups ( --COO- ) and the amount of hydroxyl groups (--O-- ) in oxidized carbon black. do. Considering the dispersibility of oxidized carbon black in an aqueous medium, etc., acidic hydroxyl groups are important as functional groups on the surface of carbon black particles. The amount of acidic hydroxyl groups in the particles can be substantially regarded as the sum of the amount of carboxyl groups and the amount of hydroxyl groups.

酸化カーボンブラックの酸性水酸基量は、以下の方法で測定された値を意味する。
(試料調製:酸洗浄、および標準溶液添加)
得られた酸化カーボンブラックの水性分散液を110℃で乾燥して、乳鉢などで解砕した粉末 1.0gを遠沈管に採取し、0.5mol/l塩酸を5.0g添加し、数回振った後に、遠心分離機により固液分離する。この操作を計4回行った後の固形物を、100mlビーカーに移し、110℃で乾燥する。乾燥後の固形物を乳鉢で解砕し、酸化カーボンブラック1.0gを三角フラスコに採取し、0.1mol/l NaOH 25mlを三角フラスコに添加した後に、振盪機を用いて三角フラスコを4時間振盪する。振盪した液を遠沈管に移し、上澄み液を測定サンプルとして採取する。
(測定手順:滴定方法、および酸価の算出方法)
酸価の測定には、自動滴定装置(Metrohm社製、809Titrando)を用いた電位差滴定により測定する。上記で得たサンプルの測定前に、ブランクとして0.1mol/l NaOH 25mlを0.1mol/l HClで滴定し、中和に要したHClの滴下量を計測した後に、測定サンプルを、0.1mol/l HClで滴定し、中和に要したHClの滴下量を計測する。得られた測定値を下記の式に代入し、酸価を求める。尚、式中の記号の意味は、下記に示す。
Blank[ml]:0.1mol/l NaOH 25mlを0.1mol/l HClで滴定した際の、中和に要した滴下量
Sample[ml]:サンプル 25mlを0.1mol/l HClで滴定した際の、中和に要した滴下量
HCl[mol/l]:HCl標準溶液の濃度
sample[g]:測定サンプル中の酸化カーボンブラック重量
酸価[mmol/g]=(VBlank-VSample)×NHCl/Msample
The amount of acidic hydroxyl groups in oxidized carbon black means a value measured by the following method.
(Sample preparation: acid washing and standard solution addition)
The obtained aqueous dispersion of oxidized carbon black was dried at 110° C., pulverized with a mortar or the like, and 1.0 g of the powder was collected in a centrifuge tube. After shaking, solid-liquid separation is performed using a centrifuge. After performing this operation four times in total, the solid matter is transferred to a 100 ml beaker and dried at 110°C. The solid after drying was pulverized in a mortar, 1.0 g of oxidized carbon black was collected in an Erlenmeyer flask, 25 ml of 0.1 mol/l NaOH was added to the Erlenmeyer flask, and then the Erlenmeyer flask was shaken for 4 hours using a shaker. Shake. The shaken liquid is transferred to a centrifuge tube, and the supernatant liquid is collected as a measurement sample.
(Measurement procedure: titration method and acid value calculation method)
The acid value is measured by potentiometric titration using an automatic titrator (manufactured by Metrohm, 809 Titrando). Before the measurement of the sample obtained above, 25 ml of 0.1 mol/l NaOH was titrated with 0.1 mol/l HCl as a blank. Titrate with 1 mol/l HCl, and measure the dropwise amount of HCl required for neutralization. Substitute the obtained measured value into the following formula to obtain the acid value. The meanings of the symbols in the formula are shown below.
V Blank [ml]: Drop amount required for neutralization when 0.1 mol/l NaOH 25 ml was titrated with 0.1 mol/l HCl V Sample [ml]: Sample 25 ml was titrated with 0.1 mol/l HCl Dropping amount required for neutralization N HCl [mol/l]: concentration of HCl standard solution M sample [g]: weight of oxidized carbon black in measurement sample Acid value [mmol/g]=(V Blank − V sample )×N HCl /M sample

本発明に係る導電性カーボンブラック原料の水性分散体において、酸化カーボンブラックの-SOH基量や-PO基量については、特に制限されない。 In the aqueous dispersion of conductive carbon black raw material according to the present invention, the amount of —SO 3 H groups and —PO 4 H 2 groups of oxidized carbon black is not particularly limited.

本発明に係る導電性カーボンブラック原料の水性分散体に含まれる酸化カーボンブラックは、当該用途に用いた際に、系内への金属溶出を抑制する観点から多価金属含有濃度が、10~100質量ppmであるものであり、10~80質量ppmであるものが好ましく、10~50質量ppmであるものがより好ましい。 The oxidized carbon black contained in the aqueous dispersion of the conductive carbon black raw material according to the present invention has a polyvalent metal content concentration of 10 to 100 from the viewpoint of suppressing metal elution into the system when used for the purpose. It is mass ppm, preferably 10 to 80 mass ppm, more preferably 10 to 50 mass ppm.

本発明に係る導電性カーボンブラック原料の水性分散体において、同水性分散体中に含まれる酸化カーボンブラックの加熱処理後の多価金属含有濃度が上記範囲内にあることにより、上記水性分散体を加熱処理して得られる導電性カーボンブラックも同様の多価金属含有濃度を有し、リチウム二次電池用正極材に使用したときに電池性能の低下を容易に抑制することができる。 In the aqueous dispersion of the conductive carbon black raw material according to the present invention, the polyvalent metal content concentration after heat treatment of the oxidized carbon black contained in the aqueous dispersion is within the above range, so that the aqueous dispersion is Conductive carbon black obtained by heat treatment also has a similar concentration of polyvalent metals, and can easily suppress deterioration of battery performance when used as a positive electrode material for lithium secondary batteries.

なお、導電性カーボンブラック原料の水性分散体に含まれる酸化カーボンブラックの多価金属含有濃度は、JIS K 0133に準拠した方法で測定した値を意味する。装置には誘導結合プラズマ発光分光分析装置((株)島津製作所製、ICPS-7510)を用いて各金属成分の含有量を測定する。尚、金属成分は、Mg、Al、Ca、Cr、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、Pbを測定対象とする。 The polyvalent metal content concentration of the oxidized carbon black contained in the aqueous dispersion of the conductive carbon black raw material means a value measured by a method based on JIS K 0133. An inductively coupled plasma emission spectrometer (ICPS-7510, manufactured by Shimadzu Corporation) is used as an apparatus to measure the content of each metal component. The metal components to be measured are Mg, Al, Ca, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, and Pb.

本発明に係る導電性カーボンブラック原料の水性分散体に含まれる酸化カーボンブラックは、正極材中で導電材として機能する観点から、加熱処理後における圧縮電気比抵抗が、0.05~0.23Ω・cmであるものであり、少量の添加でも導電性を得る観点から0.05~0.20Ω・cmであるものがより好ましく、0.05~0.10Ω・cmであるものがより好ましい。 The oxidized carbon black contained in the aqueous dispersion of the conductive carbon black raw material according to the present invention has a compressive electrical specific resistance of 0.05 to 0.23 Ω after heat treatment from the viewpoint of functioning as a conductive material in the positive electrode material. · cm, more preferably 0.05 to 0.20 Ω·cm, more preferably 0.05 to 0.10 Ω·cm from the viewpoint of obtaining conductivity even with a small amount of addition.

本発明に係る導電性カーボンブラック原料の水性分散体において、同水性分散体中に含まれる酸化カーボンブラックの加熱処理後の圧縮電気比抵抗が上記範囲内にあることにより、上記水性分散体を加熱処理して得られる導電性カーボンブラックも同様の圧縮電気比抵抗を有し、リチウム二次電池用正極材に使用したときに電池性能の低下を容易に抑制することができる。 In the aqueous dispersion of the conductive carbon black raw material according to the present invention, the compression electrical resistivity after heat treatment of the oxidized carbon black contained in the aqueous dispersion is within the above range, so that the aqueous dispersion is heated. The conductive carbon black obtained by the treatment also has a similar compression electrical resistivity, and can easily suppress deterioration of battery performance when used as a positive electrode material for a lithium secondary battery.

なお、導電性カーボンブラック原料の水性分散体に含まれる酸化カーボンブラックの加熱処理後における圧縮電気比抵抗は、JIS K 1469-2003に準拠した方法にて測定した値を意味する。装置には、(株)島津製作所製 ロードセルEzgraphを用いた。 The compressive electrical resistivity after heat treatment of the oxidized carbon black contained in the aqueous dispersion of the conductive carbon black raw material means a value measured by a method conforming to JIS K 1469-2003. A load cell Ezgraph manufactured by Shimadzu Corporation was used as an apparatus.

本発明に係る導電性カーボンブラック原料の水性分散体は、以下に説明する導電性カーボンブラック原料の水性分散体の製造方法により好適に製造することができる。 The aqueous dispersion of conductive carbon black raw material according to the present invention can be suitably produced by the method for producing an aqueous dispersion of conductive carbon black raw material described below.

本発明に係る水性分散体中に含まれる酸性カーボンブラックが導電性カーボンブラック原料となり、酸性カーボンブラック表面の陰イオン性官能基(酸性官能基)を別途除去することにより、所望特性を有する導電性カーボンブラックを得ることができる。 The acidic carbon black contained in the aqueous dispersion according to the present invention is used as a conductive carbon black raw material, and by separately removing the anionic functional group (acidic functional group) on the surface of the acidic carbon black, the conductivity having the desired characteristics is obtained. Carbon black can be obtained.

本発明によれば、多価金属イオンの含有割合が低減され優れた導電性を発揮し得る導電材料を簡便かつ安価に製造し得る導電性カーボンブラック原料の水性分散体を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an aqueous dispersion of a conductive carbon black raw material that can easily and inexpensively produce a conductive material that has a reduced polyvalent metal ion content and exhibits excellent conductivity.

<導電性カーボンブラック原料の水性分散体の製造方法>
次に、本発明に係る導電性カーボンブラック原料の水性分散体の製造方法について説明する。
本発明に係る導電性カーボンブラック原料の水性分散体の製造方法は、本発明に係る導電性カーボンブラック原料の水性分散体を製造する方法であって、
窒素吸着比表面積NSAが100~1500m/g、窒素吸着比表面積NSAから統計的厚さ比表面積STSAを引いた値が50~200m/g、
DBP吸油量が100~500ml/100g、平均粒子径が100~500nmであって、表面に一種以上の陰イオン官能基を有する酸化カーボンブラックの水性スラリーに対し、
水溶性キレート剤またはその塩から選ばれる一種以上の存在下に水酸化アルカリ金属を混合して加熱中和するか、または水酸化アルカリ金属を混合して加熱中和した後に水溶性キレート剤またはその塩から選ばれる一種以上を混合する中和工程と、
当該中和工程で得られた混合液から分離膜を用いて多価金属イオンキレート錯体を分離除去する分離除去工程を施す
ことを特徴とするものである。
<Method for Producing Aqueous Dispersion of Conductive Carbon Black Raw Material>
Next, a method for producing an aqueous dispersion of conductive carbon black raw material according to the present invention will be described.
The method for producing an aqueous dispersion of conductive carbon black raw material according to the present invention is a method for producing an aqueous dispersion of conductive carbon black raw material according to the present invention, comprising:
the nitrogen adsorption specific surface area N 2 SA is 100 to 1500 m 2 /g, the value obtained by subtracting the statistical thickness specific surface area STSA from the nitrogen adsorption specific surface area N 2 SA is 50 to 200 m 2 /g,
For an aqueous slurry of oxidized carbon black having a DBP oil absorption of 100 to 500 ml/100 g, an average particle size of 100 to 500 nm, and having one or more anionic functional groups on the surface,
An alkali metal hydroxide is mixed in the presence of one or more selected from a water-soluble chelating agent or a salt thereof and neutralized by heating, or an alkali metal hydroxide is mixed and neutralized by heating, and then a water-soluble chelating agent or its salt is added. A neutralization step of mixing one or more selected from salts;
It is characterized by performing a separation removal step of separating and removing the polyvalent metal ion chelate complex from the mixed solution obtained in the neutralization step using a separation membrane.

本発明に係る導電性カーボンブラック原料の水性分散体の製造方法においては、酸化カーボンブラックの水性スラリーとして、窒素吸着比表面積NSAが100~1500m/g、窒素吸着比表面積NSAから統計的厚さ比表面積STSAを引いた値が50~200m/g、DBP吸油量が100~500ml/100g、平均粒子径が100~500nmであって、表面に一種以上の陰イオン官能基を有する酸化カーボンブラックの水性スラリーを使用する。 In the method for producing an aqueous dispersion of conductive carbon black raw material according to the present invention, the aqueous slurry of oxidized carbon black has a nitrogen adsorption specific surface area N 2 SA of 100 to 1500 m 2 /g, and a nitrogen adsorption specific surface area N 2 SA The value obtained by subtracting the statistical thickness specific surface area STSA is 50 to 200 m 2 /g, the DBP oil absorption is 100 to 500 ml/100 g, the average particle size is 100 to 500 nm, and one or more anionic functional groups are formed on the surface. An aqueous slurry of oxidized carbon black is used.

本発明に係る導電性カーボンブラック原料の水性分散体の製造方法において、水性スラリーに含まれる酸化カーボンブラックは、単位重量当たりの粒子数を増加して導電性を得る観点から、窒素吸着比表面積NSAが、100~1500m/gであるものであり、水性分散体調製時の粘度上昇を抑制する観点から100~500m/gであるものが好ましく、上記良好な導電性および粘度上昇の抑制を両立する観点から200~300m/gであるものがより好ましい。 In the method for producing an aqueous dispersion of a conductive carbon black raw material according to the present invention, the oxidized carbon black contained in the aqueous slurry has a nitrogen adsorption specific surface area N from the viewpoint of increasing the number of particles per unit weight and obtaining conductivity. 2 SA is 100 to 1500 m 2 /g, preferably 100 to 500 m 2 /g from the viewpoint of suppressing the viscosity increase during preparation of the aqueous dispersion, and the above-mentioned good conductivity and viscosity increase. From the viewpoint of both suppression, it is more preferably 200 to 300 m 2 /g.

なお、上記水性スラリーに含まれる酸化カーボンブラックの窒素吸着比表面積NSAは、全自動表面積測定装置((株)島津製作所製ジェミニ2375)を用い、JIS K 6217-2に規定される「ゴム用カーボンブラック-基本特性-第2部、比表面積の求め方-窒素吸着法、単点法」に従って測定した値を意味する。 The nitrogen adsorption specific surface area N 2 SA of the oxidized carbon black contained in the aqueous slurry was measured using a fully automatic surface area measuring device (Gemini 2375 manufactured by Shimadzu Corporation) and measured according to JIS K 6217-2 "Rubber Carbon black for commercial use--Basic properties--Part 2, Determination of specific surface area--Nitrogen adsorption method, single point method".

本発明に係る導電性カーボンブラック原料の水性分散体に含まれる酸化カーボンブラックは、表面に細孔を有することにより単位重量当たりの粒子数を増加して導電性を得る観点から、窒素吸着比表面積NSAから統計的厚さ比表面積(STSA)を引いた値が50~200m/gであるものであり、水性分散体調製時の粘度上昇を抑制する観点から50~150m/gであるものが好ましく、上記良好な導電性および粘度上昇の抑制を両立する観点から80~150m/gであるものがより好ましい。 The oxidized carbon black contained in the aqueous dispersion of the conductive carbon black raw material according to the present invention has pores on the surface to increase the number of particles per unit weight and obtain conductivity. The value obtained by subtracting the statistical thickness specific surface area (STSA) from the N 2 SA is 50 to 200 m 2 / g. Some is preferable, and from the viewpoint of achieving both the above-mentioned good conductivity and suppression of viscosity increase, those of 80 to 150 m 2 /g are more preferable.

なお、導電性カーボンブラック原料の水性分散体に含まれる酸化カーボンブラックの統計的厚さ比表面積は、全自動表面積測定装置((株)島津製作所製ジェミニ2375)を用い、JIS K 6217-7に規定される「ゴム用カーボンブラック-基本特性-第7部、ゴム配合物-多点法窒素比表面積(NSA)及び統計的厚さ比表面積(STSA)の求め方」に従って測定した値を意味する。 The statistical thickness specific surface area of the oxidized carbon black contained in the aqueous dispersion of the conductive carbon black raw material was determined according to JIS K 6217-7 using a fully automatic surface area measuring device (Gemini 2375 manufactured by Shimadzu Corporation). The value measured according to the prescribed "carbon black for rubber-basic properties-Part 7, rubber compound-multipoint method nitrogen specific surface area ( N SA) and statistical thickness specific surface area (STSA)" means.

本発明に係る導電性カーボンブラック原料の水性分散体の製造方法において、水性スラリー中に含まれる酸化カーボンブラックは、カーボンブラックのストラクチャー構造が発達し、導電パスを形成する観点から、DBP(Dibutyl phthalate)吸油量が、100~500ml/100gであるものであり、水性分散体調製時の粘度上昇を抑制する観点から100~300ml/100gであるものが好ましく、上記導電パスの形成および粘度上昇の抑制を両立する観点から150~250ml/100gであるものがより好ましい。 In the method for producing an aqueous dispersion of a conductive carbon black raw material according to the present invention, the oxidized carbon black contained in the aqueous slurry is DBP (dibutyl phthalate) from the viewpoint of developing a carbon black structure and forming a conductive path. ) It has an oil absorption of 100 to 500 ml/100 g, preferably 100 to 300 ml/100 g from the viewpoint of suppressing viscosity increase during preparation of the aqueous dispersion, and suppression of formation of the conductive path and viscosity increase. 150 to 250 ml/100 g is more preferable from the viewpoint of satisfying both the above.

なお、上記水性スラリーに含まれる酸化カーボンブラックのDBP吸油量は、JIS K 6217-4に規定される「ゴム用カーボンブラック-基本特性-第4部、DBP吸収量の求め方」に従って測定した値を意味する。 The DBP oil absorption of the oxidized carbon black contained in the aqueous slurry is a value measured in accordance with JIS K 6217-4, "Carbon black for rubber - Basic properties - Part 4, Determination of DBP absorption". means

本発明に係る導電性カーボンブラック原料の水性分散体の製造方法において、水性スラリー中に含まれる酸化カーボンブラックは、良好な分散性を得る観点から平均粒子径が、100~500nmであるものであり、更に分散性を向上する観点から150~400nmであるものが好ましく、水溶性キレート剤による不純物金属除去効果を促進する観点から150~250nmであるものがより好ましい。 In the method for producing an aqueous dispersion of conductive carbon black raw material according to the present invention, the oxidized carbon black contained in the aqueous slurry has an average particle size of 100 to 500 nm from the viewpoint of obtaining good dispersibility. Further, from the viewpoint of improving dispersibility, it is preferably 150 to 400 nm, and from the viewpoint of promoting the effect of removing impurity metals by a water-soluble chelating agent, it is more preferably 150 to 250 nm.

なお、上記水性スラリーに含まれる酸化カーボンブラックの平均粒子径は、レーザー回折式粒度分布測定装置(マイクロトラック・ベル社製 UPA150)により測定された、体積基準積算粒度分布における積算粒度で50%の粒径(体積平均粒径D50)を意味する。 The average particle size of the oxidized carbon black contained in the aqueous slurry was measured by a laser diffraction particle size distribution measuring device (UPA150 manufactured by Microtrac Bell), and the cumulative particle size in the volume-based cumulative particle size distribution was 50%. Means particle size (volume average particle size D50).

本発明に係る導電性カーボンブラック原料の水性分散体の製造方法において、水性スラリー中に含まれる酸化カーボンブラックの窒素吸着比表面積NSA、DBP吸油量および平均粒子径が各々上記範囲内にあることにより、後述する中和工程および分離除去工程後に得られる酸化カーボンブラックも同様の窒素吸着比表面積NSA、統計的厚さ比表面積STSA、DBP吸油量および平均粒子径を容易に有することになる。 In the method for producing an aqueous dispersion of conductive carbon black raw material according to the present invention, the nitrogen adsorption specific surface area N 2 SA, DBP oil absorption, and average particle size of oxidized carbon black contained in the aqueous slurry are each within the above ranges. As a result, the oxidized carbon black obtained after the neutralization step and the separation and removal step, which will be described later, easily has the same nitrogen adsorption specific surface area N 2 SA, statistical thickness specific surface area STSA, DBP oil absorption and average particle size. Become.

本発明に係る導電性カーボンブラック原料の水性分散体の製造方法において、水性スラリー中に含まれる酸化カーボンブラックは、カーボンブラックに陰イオン官能基を導入することにより容易に調製することができる。 In the method for producing an aqueous dispersion of conductive carbon black raw material according to the present invention, the oxidized carbon black contained in the aqueous slurry can be easily prepared by introducing an anionic functional group into the carbon black.

酸化カーボンブラックの原料となるカーボンブラックとしては、ファーネスブラックを挙げることができ、係るカーボンブラックは、酸性、中性、塩基性のいずれのものであってもよい。カーボンブラックが酸性のものである場合は、そのまま酸化カーボンブラックとして使用してもよいし、さらに所望程度まで酸化処理した上で酸化カーボンブラックとして使用してもよい。 Furnace black can be mentioned as the carbon black used as a raw material for the oxidized carbon black, and the carbon black may be acidic, neutral or basic. When the carbon black is acidic, it may be used as oxidized carbon black as it is, or may be used as oxidized carbon black after being oxidized to a desired extent.

酸化カーボンブラックの原料となるカーボンブラックとしては、単位重量当たりの粒子数を増加して導電性を得る観点から、窒素吸着比表面積NSAが、100~1500m/gであるものが好ましく、水性分散体調製時の粘度上昇を抑制する観点から100~500m/gであるものがより好ましく、上記良好な導電性および粘度上昇の抑制を両立する観点から200~300m/gであるものがより好ましい。
また、酸化カーボンブラックの原料となるカーボンブラックとしては、表面に細孔を有することにより単位重量当たりの粒子数を増加して導電性を得る観点から、窒素吸着比表面積NSAから統計的厚さ比表面積(STSA)を引いた値が50~200m/gであるものであり、水性分散体調製時の粘度上昇を抑制する観点から50~150m/gであるものが好ましく、上記良好な導電性および粘度上昇の抑制を両立する観点から80~150m/gであるものがより好ましい。
また、カーボンブラックのストラクチャー構造が発達し、導電パスを形成する観点から、DBP(Dibutyl phthalate)吸油量が、100~500ml/100gであるものであり、水性分散体調製時の粘度上昇を抑制する観点から100~300ml/100gであるものが好ましく、上記導電パスの形成および粘度上昇の抑制を両立する観点から150~250ml/100gであるものがより好ましい。
Carbon black as a raw material for oxidized carbon black preferably has a nitrogen adsorption specific surface area N 2 SA of 100 to 1500 m 2 /g from the viewpoint of increasing the number of particles per unit weight and obtaining conductivity. It is more preferably 100 to 500 m 2 /g from the viewpoint of suppressing viscosity increase during preparation of the aqueous dispersion, and 200 to 300 m 2 /g from the viewpoint of achieving both good conductivity and suppression of viscosity increase. is more preferred.
In addition, from the viewpoint of obtaining conductivity by increasing the number of particles per unit weight by having pores on the surface of carbon black, which is a raw material for oxidized carbon black, the statistical thickness is determined from the nitrogen adsorption specific surface area N 2 SA. The value obtained by subtracting the specific surface area (STSA) is 50 to 200 m 2 /g, and from the viewpoint of suppressing the viscosity increase during preparation of the aqueous dispersion, the value is preferably 50 to 150 m 2 /g. From the viewpoint of achieving both good conductivity and suppression of viscosity increase, it is more preferably 80 to 150 m 2 /g.
In addition, from the viewpoint of developing the structural structure of carbon black and forming a conductive path, the DBP (Dibutyl phthalate) oil absorption is 100 to 500 ml / 100 g, and suppresses the increase in viscosity during preparation of the aqueous dispersion. 100 to 300 ml/100 g is preferable from the viewpoint, and 150 to 250 ml/100 g is more preferable from the viewpoint of achieving both the formation of the conductive path and the suppression of viscosity increase.

なお、本出願書類において、カーボンブラックのNSAは、JIS K 6217-2に規定される「ゴム用カーボンブラック-基本特性-第2部、比表面積の求め方-窒素吸着法、単点法」に従って測定した値を意味し、カーボンブラックのSTSAは、JIS K 6217-7に規定される「ゴム用カーボンブラック-基本特性-第7部、ゴム配合物-多点法窒素比表面積(NSA)及び統計的厚さ比表面積(STSA)の求め方」に従って測定した値を意味し、カーボンブラックのDBP吸収量は、JIS K 6217-4に規定される「ゴム用カーボンブラック-基本特性-第4部、DBP吸収量の求め方」に従って測定した値を意味する。 In addition, in the present application documents, N 2 SA of carbon black is defined in JIS K 6217-2 "Carbon black for rubber - basic properties - Part 2, method for determining specific surface area - nitrogen adsorption method, single point method ", STSA of carbon black is defined in JIS K 6217-7 "Carbon black for rubber - basic properties - Part 7, rubber compound - multipoint method nitrogen specific surface area (N 2 SA) and Statistical Thickness Specific Surface Area (STSA)” means the value measured according to the DBP absorption amount of carbon black is defined in JIS K 6217-4 “Carbon black for rubber - basic properties - Part 4, Determination of DBP Absorption" means the value measured according to

また、酸化カーボンブラックの原料となるカーボンブラックの平均粒径は、単位重量当たりの粒子数を増加して導電性を得る観点から、20~100nm であることが好ましく、更に密度を向上する観点から、20~50nmであることがより好ましい。
なお、本出願書類において、カーボンブラックの平均粒径は、ASTM番号 D3846に準拠した方法で測定した数値を意味する。
In addition, the average particle diameter of carbon black, which is the raw material of oxidized carbon black, is preferably 20 to 100 nm from the viewpoint of increasing the number of particles per unit weight to obtain conductivity, and from the viewpoint of further improving the density. , 20 to 50 nm.
In addition, in this application document, the average particle diameter of carbon black means the numerical value measured by the method based on ASTM number D3846.

カーボンブラックの具体例としては、トーカブラック#5500、トーカブラック#4500、トーカブラック#4400、トーカブラック#3855 、トーカブラック#3845、トーカブラック#3800(以上、東海カーボン(株)製)、#3030、#3050、#3230、#3400(以上、三菱化学(株)製)、Conductex SC Ultra、Conductex K Ultra、Conductex 7097 Ultra、Conductex 7093、Conductex 7067 Ultra、Conductex 7060 Ultra、Conductex 7055 Ultra、Conductex 7051 Ultra、Conductex 7054 Ultra、Conductex 7090、Conductex 7095 Ultra(以上、アディティア・ビルラ・グループ コロンビアンケミカルズ・カンパニー社製)、ENASCO(登録商標)150G、ENASCO(登録商標)210G、ENASCO(登録商標)250G、ENASCO(登録商標)260G、ENASCO(登録商標)350G(以上Imerys Graphite&Carbon社製)、VULCAN XC 72、LITX(登録商標)200、LITX(登録商標)300、LITX(登録商標)50(以上Cabot社製)、ケッチェンブラックEC300J、ケッチェンブラックEC600JD(以上 ライオン・スペシャリティ・ケミカルズ社製)などがあげられる。 Specific examples of carbon black include Toka Black #5500, Toka Black #4500, Toka Black #4400, Toka Black #3855, Toka Black #3845, Toka Black #3800 (manufactured by Tokai Carbon Co., Ltd.), #3030. 、#3050、#3230、#3400(以上、三菱化学(株)製)、Conductex SC Ultra、Conductex K Ultra、Conductex 7097 Ultra、Conductex 7093、Conductex 7067 Ultra、Conductex 7060 Ultra、Conductex 7055 Ultra、Conductex 7051 Ultra , Conductex 7054 Ultra, Conductex 7090, Conductex 7095 Ultra (manufactured by Aditya Birla Group Columbian Chemicals Company), ENASCO (registered trademark) 150G, ENASCO (registered trademark) 210G, ENASCO (registered trademark) 250G, ENASCO (registered trademark) 260G, ENASCO (registered trademark) 350G (manufactured by Imerys Graphite & Carbon), VULCAN XC 72, LITX (registered trademark) 200, LITX (registered trademark) 300, LITX (registered trademark) 50 (manufactured by Cabot) ), Ketjenblack EC300J, and Ketjenblack EC600JD (manufactured by Lion Specialty Chemicals).

上記カーボンブラックに陰イオン交換基を導入して酸化カーボンブラックを調製する方法としては、上記カーボンブラックを、酸化剤で酸化処理する方法、スルホン化する方法、ジアゾニウム塩を反応させる方法等を挙げることができ、これ等いずれかの方法によりカーボンブラック表面に陰イオン官能基(酸性基)を導入することができる。 Examples of the method of preparing oxidized carbon black by introducing an anion exchange group into the carbon black include a method of oxidizing the carbon black with an oxidizing agent, a method of sulfonating the carbon black, a method of reacting with a diazonium salt, and the like. Anionic functional groups (acidic groups) can be introduced onto the carbon black surface by any of these methods.

酸化剤による酸化処理は、液相法および気相法等の公知の方法により行うことができる。液相法により酸化処理する場合は、酸化剤として、例えば、硝酸、硫酸、塩素酸、ペルオキソ硫酸、ペルオキソ硼酸、ペルオキソ炭酸、ペルオキソリン酸などのペルオキシ二酸や、過マンガン酸、重クロム酸、亜塩素酸、過塩素酸、次亜ハロゲン酸、過酸化水素、ホスホン酸、リン酸、亜リン酸、次亜リン酸や、これ等の酸の塩類などを挙げることができ、塩類としては、リチウム、ナトリウム、カリウムなどのアルカリ金属の塩あるいはアンモニア塩などが挙げられる。 The oxidation treatment with an oxidizing agent can be performed by known methods such as a liquid phase method and a vapor phase method. In the case of oxidation treatment by a liquid phase method, oxidizing agents include, for example, peroxydioic acids such as nitric acid, sulfuric acid, chloric acid, peroxosulfuric acid, peroxoboric acid, peroxocarbonic acid and peroxolinic acid, permanganic acid, dichromic acid, Examples include chlorous acid, perchloric acid, hypohalous acid, hydrogen peroxide, phosphonic acid, phosphoric acid, phosphorous acid, hypophosphorous acid, and salts of these acids. Salts of alkali metals such as lithium, sodium and potassium, and ammonium salts are included.

液相法においては、例えば、上記酸化剤を含む分散液中にカーボンブラックを投入し、攪拌処理することにより、表面に陰イオン官能基(酸性基) を有するカーボンブラックを得ることができる。上記酸化剤を分散する溶媒としては、水性媒体が好ましく、水性媒体としては水や水溶性の有機溶媒を挙げることができるが、経済性や安全性の面から水、特に脱イオン水が好ましい。また、カーボンブラック粒子を均一に分散させるため、上記酸化剤を含む分散液には、界面活性剤を添加してもよく、界面活性剤としては、アニオン系、ノニオン系、カチオン系いずれも使用することができる。 In the liquid phase method, for example, carbon black having an anionic functional group (acidic group) on its surface can be obtained by adding carbon black to a dispersion containing the oxidizing agent and stirring the mixture. As a solvent for dispersing the oxidizing agent, an aqueous medium is preferable, and examples of the aqueous medium include water and water-soluble organic solvents. Water, particularly deionized water, is preferable from the viewpoint of economy and safety. In order to uniformly disperse the carbon black particles, a surfactant may be added to the dispersion liquid containing the oxidizing agent. As the surfactant, an anionic, nonionic, or cationic surfactant may be used. be able to.

液相酸化の程度は、酸化剤を含む分散液中の酸化剤濃度、酸化剤水性溶液に混合するカーボンブラック粒子の添加量の比、酸化処理温度、処理時間、攪拌速度等を調整することにより制御することができる。 The degree of liquid-phase oxidation is controlled by adjusting the concentration of the oxidant in the dispersion liquid containing the oxidant, the ratio of the amount of carbon black particles added to the aqueous solution of the oxidant, the oxidation treatment temperature, the treatment time, the stirring speed, and the like. can be controlled.

上記液相酸化は、例えば、濃度調整した酸化剤水性溶液中にカーボンブラック粒子を適宜な量比で添加、混合して、カーボンブラック表面に陰イオン官能基を導入する観点から室温~90℃程度、更に効率的にカーボンブラック表面に陰イオン官能基を導入する観点から、好ましくは60~90℃の温度条件下で1~20時間攪拌してスラリー化することにより行うことができる。上記液相酸化処理に際して、カーボンブラック粒子を予め湿式酸化あるいは乾式酸化してもよく、予め湿式酸化或いは乾式酸化することにより、カーボンブラック粒子を効率よく酸化剤水性溶液中に分散することができ、均一かつ効率的に液相酸化処理することができる。 The above-mentioned liquid-phase oxidation is carried out, for example, by adding carbon black particles in an appropriate amount ratio to an aqueous solution of an oxidizing agent whose concentration is adjusted, and mixing them to introduce anionic functional groups onto the surface of the carbon black. From the viewpoint of more efficiently introducing anionic functional groups onto the carbon black surface, it is preferably carried out by stirring at a temperature of 60 to 90° C. for 1 to 20 hours to form a slurry. In the above liquid-phase oxidation treatment, the carbon black particles may be previously wet-oxidized or dry-oxidized, and by the preliminary wet-oxidation or dry-oxidation, the carbon black particles can be efficiently dispersed in the oxidizing agent aqueous solution, Uniform and efficient liquid-phase oxidation treatment is possible.

また、ジアゾニウム塩を反応させる方法によりカーボンブラックの表面に陰イオン官能基(酸性基)を導入する方法は、カーボンブラックの表面にジアゾカップリング法により、カーボンブラックの表面にベンゼン環を介して各種の陰イオン官能基、例えば、-C-COOH、-C-SOH、-C-PO 2-等を結合する方法であり、その詳細については、例えば、特表2000-512329号公報等に記載されているとおりである。 In addition, the method of introducing an anionic functional group (acidic group) onto the surface of carbon black by a method of reacting a diazonium salt includes the diazo coupling method on the surface of carbon black, and various -C 6 H 4 -COOH, -C 6 H 4 -SO 3 H, -C 6 H 4 -PO 4 2- H 2 , etc. , for example, as described in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2000-512329.

気相法による酸化処理は、カーボンブラック粒子を、オゾン、空気、NOx 、SOx等のガス雰囲気に曝すことによって行う方法を挙げることができ、上記気相法によれば、乾燥コストがかからず、液相法に比べて操作が容易である等の利点がある。 The oxidation treatment by the gas phase method includes a method of exposing carbon black particles to a gas atmosphere such as ozone, air, NOx, SOx, etc. According to the gas phase method, drying costs are not required. , and has the advantage of being easier to operate than the liquid phase method.

上記酸化処理によって得られた、表面に一種以上の陰イオン官能基を有する酸化カーボンブラックの水性スラリーは、カーボンブラックを液相法で酸化処理した後、pH2~pH4の条件下で水溶性キレート剤またはその塩から選ばれる一種以上と混合し、次いで分離膜を用いて多価金属イオンを予備分離したものであることが好ましい。 The aqueous slurry of oxidized carbon black having one or more anionic functional groups on the surface obtained by the above oxidation treatment is subjected to oxidation treatment of carbon black by a liquid phase method, and then subjected to pH 2 to pH 4 conditions with a water-soluble chelating agent. Alternatively, it is preferably mixed with one or more selected from salts thereof, and then preliminarily separated from polyvalent metal ions using a separation membrane.

液相法により酸化カーボンブラックを生成した後、液相酸化により生成したスラリー中の還元塩(多価金属イオン等の塩)を予備分離により除去しておくと、後述する中和反応工程を円滑かつ効率よく進行させることができる。還元塩の除去は限外濾過膜(UF)、逆浸透膜(RO)、電気透析膜などの分離膜を用いて行うことができる。還元塩を除去する程度は、例えばカーボンブラック分散濃度が20質量%であるときに5mS/cm未満の電導度となるように精製することが望ましい。分離精製が不充分であると、水分散性や分散安定性の低下や分散液の粘度上昇を招き、また分散液による設備腐食などを生じ易くなる。 After the oxidized carbon black is produced by the liquid phase method, if the reduced salts (salts such as polyvalent metal ions) in the slurry produced by the liquid phase oxidation are removed by preliminary separation, the neutralization reaction process described later can be carried out smoothly. and can proceed efficiently. The reduction salt can be removed using a separation membrane such as an ultrafiltration membrane (UF), a reverse osmosis membrane (RO), an electrodialysis membrane, or the like. The extent to which the reducing salt is removed is desirably purified so that the electrical conductivity is less than 5 mS/cm when the carbon black dispersion concentration is 20% by mass, for example. Insufficient separation and purification causes deterioration of water dispersibility and dispersion stability, increase in viscosity of the dispersion, and corrosion of equipment due to the dispersion.

上記還元塩の除去処理は、カーボンブラックを液相法で酸化処理し、次いで、好ましくはpH2~pH4、より好ましくはpH2.1~pH3.9、さらに好ましくはpH2.3~pH3.8の条件下、処理液と水溶性キレート剤またはその塩から選ばれる一種以上とを混合した後に行うことが好ましい。カーボンブラック表面に-COO基、-SO3-基および-PO 2-基等から選ばれる一種以上の陰イオン官能基(酸性官能基)を形成することにより、液相中のpHを上記範囲に容易に維持、制御することができる。pHを上記範囲内に制御することにより、多価金属イオンと水溶性キレート剤の錯体を容易に形成することができる。 The removal treatment of the reducing salt is carried out by oxidizing the carbon black by a liquid phase method, and then preferably at pH 2 to pH 4, more preferably pH 2.1 to pH 3.9, further preferably pH 2.3 to pH 3.8. It is preferable to carry out the treatment after mixing the treatment liquid with one or more selected from water-soluble chelating agents and salts thereof. By forming one or more anionic functional groups (acidic functional groups) selected from -COO-, -SO 3- and -PO 4 2- groups on the carbon black surface, the pH in the liquid phase is adjusted to the above range. The range can be easily maintained and controlled. By controlling the pH within the above range, complexes of polyvalent metal ions and water-soluble chelating agents can be easily formed.

上記水溶性キレート剤としては、特に制限されないが、アミノカルボン酸またはその塩であることが好ましい。 Although the water-soluble chelating agent is not particularly limited, it is preferably an aminocarboxylic acid or a salt thereof.

上記アミノカルボン酸またはその塩としては、エチレンジアミン四酢酸[EDTA]、ニトリロ三酢酸、ジエチレントリアミン五酢酸[DTPA]、ヒドロキシエチルエチレンジアミン三酢酸、トリエチレンテトラミン六酢酸[TT HA]、1,3-プロパンジアミン四酢酸、1,3-ジアミノ-2-ヒドロキシプロパン四酢酸[CyDTA]、ヒドロキシエチレンイミノ二酢酸、ジヒドロキシエチルグリシン、グリコールエーテルジアミン四酢酸、エチレンジアミンジオルトヒドロキシフェニル酢酸[EDDHA]、エチレンジアミン-N,N′-ビス〔(2-ヒドロキシ-5-メチルフェニル)酢酸〕[EDDHMA]、N,N′-ビス(2-ヒドロキシベンジル)エチレンジアミン-N,N′-2酢酸[HBED]、N,N′-ビス(2-ヒドロキシ-5-メチルベンジル)エチレンジアミン-N,N′-2酢酸[HMBED]、ジカルボキシメチルグルタミン酸、エチレンジアミン-N,N’-ジコハク酸、エチレンジアミンテトラキス(メチレンホスホン酸)[EDTPO]、ニトリロトリス(メチレンホスホン酸)[NTPO]、プロピレンジアミンテトラ(メチレンホスホン酸)[PDTMP]、1-ヒドロキシエタン-1,1-ジホスホン酸[HEDP]、またはその塩から選ばれる一種以上を挙げることができる。上記アミノカルボン酸またはその塩としては、エチレンジアミン四酢酸塩が好ましく、エチレンジアミン四酢酸塩の具体例としては、エチレンジアミン四酢酸ナトリウム、エチレンジアミン四酢酸カリウムが挙げられる。 Examples of the above aminocarboxylic acids or salts thereof include ethylenediaminetetraacetic acid [EDTA], nitrilotriacetic acid, diethylenetriaminepentaacetic acid [DTPA], hydroxyethylethylenediaminetriacetic acid, triethylenetetraminehexaacetic acid [TTHA], 1,3-propanediamine. Tetraacetic acid, 1,3-diamino-2-hydroxypropanetetraacetic acid [CyDTA], hydroxyethyleneiminodiacetic acid, dihydroxyethylglycine, glycol ether diamine tetraacetic acid, ethylenediaminediorthohydroxyphenylacetic acid [EDDHA], ethylenediamine-N,N '-bis[(2-hydroxy-5-methylphenyl)acetic acid] [EDDHMA], N,N'-bis(2-hydroxybenzyl)ethylenediamine-N,N'-2acetic acid [HBED], N,N'- bis(2-hydroxy-5-methylbenzyl)ethylenediamine-N,N'-2acetic acid [HMBED], dicarboxymethylglutamic acid, ethylenediamine-N,N'-disuccinic acid, ethylenediaminetetrakis(methylenephosphonic acid) [EDTPO], nitrilotris(methylenephosphonic acid) [NTPO], propylenediaminetetra(methylenephosphonic acid) [PDTMP], 1-hydroxyethane-1,1-diphosphonic acid [HEDP], or one or more selected from salts thereof. can. Ethylenediaminetetraacetate is preferable as the aminocarboxylic acid or its salt, and specific examples of the ethylenediaminetetraacetate include sodium ethylenediaminetetraacetate and potassium ethylenediaminetetraacetate.

酸化カーボンブラックに対する水溶性キレート剤またはその塩の接触量は、多価金属イオンと水溶性キレート剤の錯体を形成する観点から、酸化カーボンブラック固形分量100質量部に対し、0.1質量部以上であることが好ましく、更に効率的に錯体を形成する観点から0.5質量部以上であることがより好ましく、1.0質量部以上であることがさらに好ましい。一方、酸化カーボンブラックに対する水溶性キレート剤またはその塩の接触量は、必要十分量以上の添加量では、錯体が形成されないことから、酸化カーボンブラック固形分量100質量部に対し、15質量部以下であることが好ましく、経済性の観点から12.5質量部以下であることがより好ましく、10質量部以下であることがさらに好ましい。 The contact amount of the water-soluble chelating agent or its salt with the oxidized carbon black is 0.1 part by mass or more with respect to 100 parts by mass of the solid content of the oxidized carbon black, from the viewpoint of forming a complex between the polyvalent metal ion and the water-soluble chelating agent. From the viewpoint of forming a complex more efficiently, it is more preferably 0.5 parts by mass or more, and even more preferably 1.0 parts by mass or more. On the other hand, the contact amount of the water-soluble chelating agent or its salt with the oxidized carbon black is 15 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the solid content of oxidized carbon black, since a complex is not formed when the addition amount is more than the necessary and sufficient amount. From the viewpoint of economy, it is more preferably 12.5 parts by mass or less, and even more preferably 10 parts by mass or less.

カーボンブラックを液相法で酸化処理して得た分散液と上記水溶性キレート剤またはその塩とを接触させる場合、水溶性キレート剤またはその塩とを混合し、攪拌、混合する方法を挙げることができる。 When the dispersion obtained by oxidizing carbon black by a liquid phase method is brought into contact with the water-soluble chelating agent or its salt, a method of mixing the water-soluble chelating agent or its salt and stirring is mentioned. can be done.

上記分散液と水溶性キレート剤またはその塩と接触させる場合、錯体形成を促進する観点から接触温度は、40℃以上であることが好ましく、50℃であることがより好ましく、60℃であることがさらに好ましい。また、接触時間は、30分間以上が好ましく、1時間以上がより好ましく、3時間以上がさらに好ましい。 When the dispersion is brought into contact with a water-soluble chelating agent or a salt thereof, the contact temperature is preferably 40°C or higher, more preferably 50°C, and 60°C from the viewpoint of promoting complex formation. is more preferred. Also, the contact time is preferably 30 minutes or longer, more preferably 1 hour or longer, and even more preferably 3 hours or longer.

上記分散液と水溶性キレート剤またはその塩とをpH2~4で混合することにより、水溶性キレート剤が液相中に含まれる多価金属イオン、特にFe3 +、Al3+、Cr3 +等の三価金属イオンと結合して多価金属イオンキレート錯体を形成し、上記還元塩の除去処理時にこの多価金属イオンキレート錯体をも予備分離し得ることから、液相中の多価金属イオンの含有量を容易に低減することができる。 By mixing the above dispersion with a water-soluble chelating agent or a salt thereof at pH 2 to 4, polyvalent metal ions, especially Fe 3 + , Al 3+ , Cr 3 + etc., containing the water-soluble chelating agent in the liquid phase. to form a polyvalent metal ion chelate complex, and this polyvalent metal ion chelate complex can also be preliminarily separated during the treatment for removing the reduced salt, so the polyvalent metal ion in the liquid phase content can be easily reduced.

上記還元塩の除去処理(精製処理)により得られる酸化カーボンブラックスラリーはカーボンブラック表面に形成された、-COO基、-SO 基、-PO 2-基等の酸性官能基により、精製処理後においてもpHが2~4に維持される。このため、還元塩の除去処理を行った後にスラリー中に三価金属イオンを中心とする多価金属イオンとのキレート錯体が残存した場合であっても、水溶性キレート剤と多価金属イオンとのキレート結合が維持され、引き続く中和工程においてカーボンブラック表面に多価金属イオンが捕捉されることを抑制することができる。 The oxidized carbon black slurry obtained by the removal treatment (purification treatment) of the reducing salt described above has acidic functional groups such as —COO groups, —SO 3 groups, and —PO 4 2- groups formed on the surface of the carbon black. The pH is maintained at 2-4 even after purification. Therefore, even if a chelate complex with polyvalent metal ions, mainly trivalent metal ions, remains in the slurry after the reducing salt removal treatment, the water-soluble chelating agent and the polyvalent metal ions are chelate bond is maintained, and capture of polyvalent metal ions on the carbon black surface in the subsequent neutralization step can be suppressed.

このようにして得られる酸化カーボンブラックとしては、表面に酸性基を有する自己分散型カーボンブラックであることが好ましい。表面に酸性基を有する自己分散型カーボンブラックとは、酸性基を含む少なくとも一種の親水性基がカーボンブラックの表面に直接、若しくは他の原子団を介して結合したものであって、水中に懸濁して分散液とした際に界面活性剤や高分子化合物を添加することなく安定した分散状態を保持することができ、その分散液の表面張力がほとんど水と同等の値を示すものを意味する。 The oxidized carbon black thus obtained is preferably self-dispersible carbon black having acidic groups on its surface. Self-dispersing carbon black having an acidic group on its surface means that at least one hydrophilic group containing an acidic group is bonded directly to the surface of carbon black or through another atomic group, and is suspended in water. A stable dispersion state can be maintained without adding a surfactant or a polymer compound when it becomes cloudy and a dispersion liquid, and the surface tension of the dispersion liquid shows a value almost equivalent to that of water. .

本発明に係る導電性カーボンブラック原料の水性分散体の製造方法においては、上記酸化カーボンブラックを水性スラリーの状態で中和工程に供する。上記酸化カーボンブラックを分散する水性媒体としては水や水溶性の有機溶媒を挙げることができるが、経済性や安全性の面から水、特に脱イオン水が好ましい。また、上記水性スラリー中の酸化カーボンブラックの固形分濃度は、1.0~20.0質量% であることが好ましく、1.0~15.0質量%であることがより好ましく、1.0~10.0質量%であることがさらに好ましい。 In the method for producing an aqueous dispersion of conductive carbon black raw material according to the present invention, the oxidized carbon black is subjected to a neutralization step in the form of an aqueous slurry. Examples of the aqueous medium in which the oxidized carbon black is dispersed include water and water-soluble organic solvents, but water, particularly deionized water, is preferred from the standpoint of economy and safety. Further, the solid content concentration of the oxidized carbon black in the aqueous slurry is preferably 1.0 to 20.0% by mass, more preferably 1.0 to 15.0% by mass, and 1.0% by mass. More preferably, it is up to 10.0% by mass.

本発明に係る導電性カーボンブラック原料の水性分散体の製造方法においては、表面に一種以上の陰イオン官能基を有する酸化カーボンブラックの水性スラリーに対し、水溶性キレート剤またはその塩から選ばれる一種以上の存在下に水酸化アルカリ金属を混合して加熱中和するか、または水酸化アルカリ金属を混合して加熱中和した後に水溶性キレート剤またはその塩から選ばれる一種以上を混合する中和工程を施す。 In the method for producing an aqueous dispersion of conductive carbon black raw material according to the present invention, one selected from a water-soluble chelating agent or a salt thereof is added to an aqueous slurry of oxidized carbon black having one or more anionic functional groups on its surface. Neutralization by mixing alkali metal hydroxide in the presence of the above and neutralizing by heating, or by mixing alkali metal hydroxide and neutralizing by heating and then mixing one or more selected from water-soluble chelating agents or salts thereof. Apply the process.

水溶性キレート剤としては、上述した予備分離時に使用し得るものから選ばれる一種以上を挙げることができる。また、酸化カーボンブラック固形分量100質量部に対する水溶性キレート剤またはその塩の接触量も、上述した接触量と同様である。 As the water-soluble chelating agent, one or more selected from those that can be used in the preliminary separation described above can be used. The contact amount of the water-soluble chelating agent or its salt with respect to 100 parts by mass of the solid content of oxidized carbon black is also the same as the contact amount described above.

中和工程においては、
(i)表面に一種以上の陰イオン官能基を有する酸化カーボンブラックの水性スラリーに対し、水溶性キレート剤またはその塩から選ばれる一種以上を混合した後、水酸化アルカリ金属を混合して加熱中和処理してもよいし、
(ii)表面に一種以上の陰イオン官能基を有する酸化カーボンブラックの水性スラリーに対し、水溶性キレート剤またはその塩から選ばれる一種以上と水酸化アルカリ金属とを同時に混合して加熱中和処理してもよいし、
(iii)表面に一種以上の陰イオン官能基を有する酸化カーボンブラックの水性スラリーに対し、水酸化アルカリ金属を混合して加熱中和処理した後、水溶性キレート剤またはその塩から選ばれる一種以上を混合してもよい。
In the neutralization step,
(i) After mixing one or more water-soluble chelating agents or salts thereof with an aqueous slurry of oxidized carbon black having one or more anionic functional groups on the surface, an alkali metal hydroxide is mixed and heated. You can process the sum,
(ii) An aqueous slurry of oxidized carbon black having one or more anionic functional groups on the surface thereof is heated and neutralized by simultaneously mixing one or more selected from water-soluble chelating agents or salts thereof and an alkali metal hydroxide. You may
(iii) An aqueous slurry of oxidized carbon black having one or more anionic functional groups on its surface is mixed with an alkali metal hydroxide and heat-neutralized, and then one or more selected from water-soluble chelating agents or salts thereof. may be mixed.

中和工程における、表面に一種以上の陰イオン官能基を有する酸化カーボンブラックの水性スラリーと、水溶性キレート剤またはその塩から選ばれる一種以上との混合時期は、上記(i)~(iii)から適宜選択すればよく、中和工程における加熱中和処理によって、酸化カーボンブラック中に含まれる金属不純物成分は徐々に溶出して、アルカリ金属と交換される。 In the neutralization step, the mixing timing of the aqueous slurry of oxidized carbon black having one or more anionic functional groups on its surface and one or more selected from water-soluble chelating agents or salts thereof is the above (i) to (iii). The metal impurity components contained in the oxidized carbon black are gradually eluted and exchanged with alkali metals by the heat neutralization treatment in the neutralization step.

中和工程で使用する水酸化アルカリ金属としては、水酸化ナトリウム、水酸化リチウムおよび水酸化カリウムから選ばれる一種以上を挙げることができる。 As the alkali metal hydroxide used in the neutralization step, one or more selected from sodium hydroxide, lithium hydroxide and potassium hydroxide can be used.

中和工程における水酸化アルカリ金属の使用量は、中和対象となる酸化カーボンブラックに応じて適宜決定することができるが、酸化カーボンブラックの水性スラリーに対し、pH6~pH12になるように水酸化アルカリ金属を混合することが好ましく、pH7~pH12になるように水酸化アルカリ金属を混合することがより好ましく、pH8~pH12になるように水酸化アルカリ金属を混合することがさらに好ましい。 The amount of alkali metal hydroxide to be used in the neutralization step can be appropriately determined according to the oxidized carbon black to be neutralized. It is preferable to mix an alkali metal, more preferably to mix an alkali metal hydroxide to pH 7 to pH 12, and more preferably to mix an alkali metal hydroxide to pH 8 to pH 12.

酸化カーボンブラックの水性スラリーに対し、pH6~pH12になるように水酸化アルカリ金属を混合し、加熱中和することにより、酸化カーボンブラック表面に捕捉された多価金属イオン、特に二価金属イオン(二価鉄イオン、亜鉛イオン、ニッケルイオン、マグネシウムイオン、カルシウムイオン等)が溶出して水酸化アルカリと交換され、溶出した多価金属イオンが水溶性キレート剤と多価金属イオンキレート錯体を形成し水溶性となってスラリー中に溶解するため、膜分離により容易に除去することができる。 An alkali metal hydroxide is mixed with an aqueous slurry of oxidized carbon black to a pH of 6 to 12 and neutralized by heating to remove polyvalent metal ions, particularly divalent metal ions ( divalent iron ions, zinc ions, nickel ions, magnesium ions, calcium ions, etc.) are eluted and exchanged with alkali hydroxide, and the eluted polyvalent metal ions form polyvalent metal ion chelate complexes with water-soluble chelating agents. Since it becomes water-soluble and dissolves in the slurry, it can be easily removed by membrane separation.

水酸化アルカリ金属は、表面に一種以上の陰イオン官能基を有する酸化カーボンブラックの水性スラリーに対し、水性溶液の状態で添加することが好ましく、水性溶液を形成する水性媒体としては、水や水溶性の有機溶媒を挙げることができるが、経済性や安全性の面から水、特に脱イオン水が好ましい。 The alkali metal hydroxide is preferably added in the form of an aqueous solution to an aqueous slurry of oxidized carbon black having one or more anionic functional groups on its surface. organic solvents can be used, but water, especially deionized water, is preferred from the viewpoint of economy and safety.

中和工程においては、表面に一種以上の陰イオン官能基を有する酸化カーボンブラックの水性スラリーに対し、水酸化アルカリを混合して加熱中和処理する。加熱中和する際の加熱温度は、30℃~95℃ が好ましく、60℃~95℃がより好ましく、80℃~95℃がさらに好ましい。
また、中和工程において、表面に一種以上の陰イオン官能基を有する酸化カーボンブラックの水性スラリー、水酸化アルカリおよび水溶性キレート剤を混合し、保持する時間は、30分間~12時間が好ましく、1~8時間がより好ましく、2~5時間がさらに好ましい。
In the neutralization step, alkali hydroxide is mixed with an aqueous slurry of oxidized carbon black having one or more anionic functional groups on its surface, and the mixture is neutralized by heating. The heating temperature for heat neutralization is preferably 30°C to 95°C, more preferably 60°C to 95°C, and even more preferably 80°C to 95°C.
Further, in the neutralization step, an aqueous slurry of oxidized carbon black having one or more anionic functional groups on the surface, an alkali hydroxide and a water-soluble chelating agent are mixed and maintained for a period of preferably 30 minutes to 12 hours, 1 to 8 hours is more preferred, and 2 to 5 hours is even more preferred.

酸化カーボンブラックの水性スラリーに対し、pH6~pH12になるように水酸化アルカリ金属を混合し、上記温度および時間で中和処理を施すことにより、酸化カーボンブラック表面に捕捉された多価金属イオン、特に二価金属イオン(二価鉄イオン、亜鉛イオン、ニッケルイオン、マグネシウムイオン、カルシウムイオン等) とアルカリ金属イオンとが交換し、このアルカリ金属イオンと交換した多価金属イオンが水溶性キレート剤と多価金属イオンキレート錯体を形成するために、次工程である分離除去工程により容易に除去することができる。 Polyvalent metal ions captured on the surface of oxidized carbon black by mixing an aqueous slurry of oxidized carbon black with an alkali metal hydroxide so as to have a pH of 6 to 12 and performing a neutralization treatment at the above temperature and time; In particular, divalent metal ions (divalent iron ions, zinc ions, nickel ions, magnesium ions, calcium ions, etc.) are exchanged with alkali metal ions, and the polyvalent metal ions exchanged with these alkali metal ions become water-soluble chelating agents. In order to form a polyvalent metal ion chelate complex, it can be easily removed by the subsequent step of separation and removal.

本発明に係る導電性カーボンブラック原料の水性分散体の製造方法においては、中和工程を施した後、中和工程で得られた混合液から分離膜を用いて多価金属イオンキレート錯体を分離除去する分離除去工程を施す。 In the method for producing an aqueous dispersion of conductive carbon black raw material according to the present invention, after the neutralization step is performed, the polyvalent metal ion chelate complex is separated from the mixed liquid obtained in the neutralization step using a separation membrane. A separation removal step is performed to remove.

分離除去工程で使用する分離膜としては、特に限定されないが、限外濾過膜(UF)、逆浸透膜(RO)または電気透析膜であることが好ましい。上記分離膜により、酸化カーボンブラック表面に捕捉された多価金属イオンを多価金属イオンキレート錯体として分離除去することができ、同時に余剰の水酸化アルカリによる残塩を系外に除去することができるとともに、酸化カーボンブラック粒子の再凝集を抑制する上でも有効である。 The separation membrane used in the separation and removal step is not particularly limited, but is preferably an ultrafiltration membrane (UF), a reverse osmosis membrane (RO) or an electrodialysis membrane. The above separation membrane can separate and remove polyvalent metal ions captured on the surface of oxidized carbon black as a polyvalent metal ion chelate complex, and at the same time, can remove residual salts due to excess alkali hydroxide out of the system. In addition, it is also effective in suppressing reaggregation of oxidized carbon black particles.

分離除去工程における分離処理は、多価金属イオンキレート錯体や余剰の水酸化アルカリによる残塩を系外に十分に除去し得る程度にまで行えばよく、例えば、酸化カーボンブラック粒子の含有濃度が20質量%である場合には、水性分散体の電導度が5mS/cm以下になるまで行うことが好ましく、2mS/cm以下になるまで行うことがより好ましい。 The separation treatment in the separation and removal step may be performed to such an extent that the polyvalent metal ion chelate complex and the residual salt due to excess alkali hydroxide can be sufficiently removed from the system. When it is % by mass, it is preferable to carry out until the electrical conductivity of the aqueous dispersion becomes 5 mS/cm or less, more preferably 2 mS/cm or less.

本発明に係る導電性カーボンブラック原料の水性分散体の製造方法において、得られた水性分散体中の酸化カーボンブラックの酸性水酸基量、カルボキシル基当量およびヒドロキシル基量の好適な範囲は、各々、上述した本発明の導電性カーボンブラック原料の水性分散体中に含まれる酸化カーボンブラックの酸性水酸基量、カルボキシル基当量およびヒドロキシル基量の好適な範囲と同様である。 In the method for producing an aqueous dispersion of a conductive carbon black raw material according to the present invention, the preferred ranges of the acidic hydroxyl group content, carboxyl group equivalent weight and hydroxyl group content of the oxidized carbon black in the resulting aqueous dispersion are as described above. The preferred ranges of the acidic hydroxyl group amount, carboxyl group equivalent weight and hydroxyl group amount of the oxidized carbon black contained in the aqueous dispersion of the conductive carbon black raw material of the present invention are the same as those described above.

本発明に係る導電性カーボンブラック原料の水性分散体の製造方法において、得られた水性分散体中の酸化カーボンブラックの-SOH基量や-PO基量が特に制限されない点や、その測定方法についても、上述した本発明の導電性カーボンブラック原料の水性分散体中に含まれる酸化カーボンブラックの説明で述べた内容と同様である。 In the method for producing an aqueous dispersion of conductive carbon black raw material according to the present invention, the amount of —SO 3 H groups and —PO 4 H 2 groups of oxidized carbon black in the resulting aqueous dispersion is not particularly limited, and , and the measuring method thereof is the same as that described in the explanation of the oxidized carbon black contained in the aqueous dispersion of the conductive carbon black raw material of the present invention.

本発明に係る導電性カーボンブラック原料の水性分散体の製造方法において、得られた酸化カーボンブラックにおける窒素吸着比表面積NSA、DBP吸油量および平均粒子径の好適な範囲も、各々、上述した本発明の導電性カーボンブラック原料の水性分散体中に含まれる酸化カーボンブラックの窒素吸着比表面積NSA、DBP吸油量および平均粒子径の好適な範囲と同様である。 In the method for producing an aqueous dispersion of a conductive carbon black raw material according to the present invention, the nitrogen adsorption specific surface area N 2 SA, the DBP oil absorption, and the preferred ranges of the average particle size in the obtained oxidized carbon black are also described above. It is the same as the preferred ranges of the nitrogen adsorption specific surface area N 2 SA, DBP oil absorption and average particle size of the oxidized carbon black contained in the aqueous dispersion of the conductive carbon black raw material of the present invention.

本発明に係る導電性カーボンブラック原料の水性分散体の製造方法において、得られた酸化カーボンブラックの加熱処理物における、多価金属含有濃度および圧縮電気比抵抗の好適な範囲も、各々、上述した本発明の導電性カーボンブラック原料の水性分散体中に含まれる酸化カーボンブラックの多価金属含有濃度の好適な範囲および上述した本発明の導電性カーボンブラック原料の水性分散体中に含まれる酸化カーボンブラックの加熱処理後における圧縮電気比抵抗の好適な範囲と同様である。 In the method for producing an aqueous dispersion of conductive carbon black raw material according to the present invention, the preferred ranges of polyvalent metal content concentration and compression electrical resistivity in the obtained heat-treated oxidized carbon black are also described above. The preferred range of the polyvalent metal content concentration of the oxidized carbon black contained in the aqueous dispersion of the conductive carbon black raw material of the present invention and the carbon oxide contained in the above aqueous dispersion of the conductive carbon black raw material of the present invention This is the same as the preferred range of compressive electrical resistivity after heat treatment for black.

本発明に係る製造方法で得られる水性分散体中の酸性カーボンブラックが導電性カーボンブラック原料となり、酸性カーボンブラック表面の陰イオン性官能基(酸性官能基)を別途除去することにより、所望特性を有する導電性カーボンブラックを得ることができる。 The acidic carbon black in the aqueous dispersion obtained by the production method according to the present invention serves as a conductive carbon black raw material, and the desired properties are obtained by separately removing the anionic functional group (acidic functional group) on the surface of the acidic carbon black. It is possible to obtain conductive carbon black having

本発明によれば、多価金属イオンの含有割合が低減され優れた導電性を発揮し得る導電材料を簡便かつ安価に製造し得る導電性カーボンブラック原料の水性分散体の製造方法を提供することができる。 According to the present invention, there is provided a method for producing an aqueous dispersion of a conductive carbon black raw material, which can easily and inexpensively produce a conductive material having a reduced content of polyvalent metal ions and exhibiting excellent conductivity. can be done.

<導電性カーボンブラック粉体>
次に、本発明に係る導電性カーボンブラック粉体について説明する。
本発明に係る導電性カーボンブラック粉体は、
窒素吸着比表面積NSAが100~1500m/g、
窒素吸着比表面積NSAから統計的厚さ比表面積STSAを引いた値が50~200m/g、
DBP吸油量が100~500ml/100g、
平均粒子径が20~100nmであり、
多価金属含有濃度が10~100質量ppm、
圧縮電気比抵抗が0.05~0.23Ω・cm
であることを特徴とするものである。
<Conductive carbon black powder>
Next, the conductive carbon black powder according to the present invention will be explained.
The conductive carbon black powder according to the present invention is
Nitrogen adsorption specific surface area N 2 SA is 100 to 1500 m 2 /g,
The value obtained by subtracting the statistical thickness specific surface area STSA from the nitrogen adsorption specific surface area N 2 SA is 50 to 200 m 2 /g,
DBP oil absorption of 100-500ml/100g,
an average particle size of 20 to 100 nm,
polyvalent metal content concentration is 10 to 100 mass ppm,
Compressive electrical resistivity is 0.05 to 0.23 Ω cm
It is characterized by being

本発明に係る導電性カーボンブラック粉体は、単位重量当たりの粒子数を増加して導電性を得る観点から、窒素吸着比表面積NSAが、100~1500m/gであるものであり、水性分散体調製時の粘度上昇を抑制する観点から100~500m/gであるものが好ましく、上記良好な導電性および粘度上昇の抑制を両立する観点から200~300m/gであるものがより好ましい。 The conductive carbon black powder according to the present invention has a nitrogen adsorption specific surface area N 2 SA of 100 to 1500 m 2 /g from the viewpoint of increasing the number of particles per unit weight to obtain conductivity, It is preferably 100 to 500 m 2 /g from the viewpoint of suppressing viscosity increase during preparation of the aqueous dispersion, and 200 to 300 m 2 /g from the viewpoint of achieving both good conductivity and suppression of viscosity increase. more preferred.

本発明に係る導電性カーボンブラック粉体において、窒素吸着比表面積NSAが上記範囲内にあることにより、単位重量あたりの粒子数が増加させ易くなって導電性を容易に向上することができる。 In the conductive carbon black powder according to the present invention, when the nitrogen adsorption specific surface area N 2 SA is within the above range, the number of particles per unit weight can be easily increased, and the conductivity can be easily improved. .

なお、導電性カーボンブラック粉体の窒素吸着比表面積NSAは、全自動表面積測定装置((株)島津製作所製ジェミニ2375)を用い、JIS K 6217-2に規定される「ゴム用カーボンブラック-基本特性-第2部、比表面積の求め方-窒素吸着法、単点法」に従って測定した値を意味する。 The nitrogen adsorption specific surface area N 2 SA of the conductive carbon black powder was measured using a fully automatic surface area measuring device (Gemini 2375 manufactured by Shimadzu Corporation), as defined in JIS K 6217-2 "Carbon black for rubber - Basic properties - Part 2, Determination of specific surface area - Nitrogen adsorption method, single point method".

本発明に係る導電性カーボンブラック粉体は、表面に細孔を有することにより単位重量当たりの粒子数を増加して導電性を得る観点から、窒素吸着比表面積NSAから統計的厚さ比表面積(STSA)を引いた値が50~200m/gであるものであり、水性分散体調製時の粘度上昇を抑制する観点から50~150m/gであるものが好ましく、上記良好な導電性および粘度上昇の抑制を両立する観点から80~150m/gであるものがより好ましい。 The conductive carbon black powder according to the present invention has pores on the surface, so that the number of particles per unit weight is increased and conductivity is obtained. The value obtained by subtracting the surface area (STSA) is 50 to 200 m 2 /g, preferably 50 to 150 m 2 /g from the viewpoint of suppressing the viscosity increase during preparation of the aqueous dispersion, and the above good conductivity. It is more preferably 80 to 150 m 2 /g from the viewpoint of achieving both good properties and suppression of viscosity increase.

なお、導電性カーボンブラック粉体の統計的厚さ比表面積は、全自動表面積測定装置((株)島津製作所製ジェミニ2375)を用い、JIS K 6217-7に規定される「ゴム用カーボンブラック-基本特性-第7部、ゴム配合物-多点法窒素比表面積(NSA)及び統計的厚さ比表面積(STSA)の求め方」に従って測定した値を意味する。 The statistical thickness specific surface area of the conductive carbon black powder was measured using a fully automatic surface area measuring device (Gemini 2375 manufactured by Shimadzu Corporation), as defined in JIS K 6217-7 "Carbon black for rubber - Basic Properties--Part 7, Rubber Compounds--Determination of Multipoint Nitrogen Specific Surface Area (N 2 SA) and Statistical Thickness Specific Surface Area (STSA)".

本発明に係る導電性カーボンブラック粉体は、カーボンブラックのストラクチャー構造が発達し、導電パスを形成する観点から、DBP(Dibutyl phthalate)吸油量が、100~500ml/100gであるものであり、水性分散体調製時の粘度上昇を抑制する観点から100~300ml/100gであるものが好ましく、上記導電パスの形成および粘度上昇の抑制を両立する観点から150~250ml/100gであるものがより好ましい。 The conductive carbon black powder according to the present invention has a DBP (Dibutyl phthalate) oil absorption of 100 to 500 ml / 100 g from the viewpoint of developing a carbon black structure and forming a conductive path. It is preferably 100 to 300 ml/100 g from the viewpoint of suppressing the viscosity increase during preparation of the dispersion, and more preferably 150 to 250 ml/100 g from the viewpoint of achieving both the formation of the conductive path and the suppression of the viscosity increase.

本発明に係る導電性カーボンブラック粉体のDBP吸油量が上記範囲内にあることにより、導電パスが形成され易くなって導電性を容易に向上することができる。 When the DBP oil absorption of the conductive carbon black powder according to the present invention is within the above range, conductive paths are easily formed and the conductivity can be easily improved.

なお、導電性カーボンブラック粉体のDBP吸油量は、JIS K 6217-4に規定される「ゴム用カーボンブラック-基本特性-第4部、DBP吸収量の求め方」に従って測定した値を意味する。 The DBP oil absorption of the conductive carbon black powder means a value measured in accordance with JIS K 6217-4 "Carbon black for rubber - Basic properties - Part 4, Determination of DBP absorption". .

本発明に係る導電性カーボンブラック粉体は、単位重量当たりの粒子数を増加して導電性を得る観点から、平均粒子径が、20~100nmであるものであり、更に密度を向上する観点から、20~80nmであるものが好ましく、20~50nmであるものがより好ましい。 The conductive carbon black powder according to the present invention has an average particle diameter of 20 to 100 nm from the viewpoint of increasing the number of particles per unit weight to obtain conductivity, and from the viewpoint of further improving the density. , preferably 20 to 80 nm, more preferably 20 to 50 nm.

本発明に係る導電性カーボンブラック粉体の平均粒子径が上記範囲内にあることにより、単位重量あたりの粒子数を増加させ易くなり導電性を容易に向上することができる。 When the average particle size of the conductive carbon black powder according to the present invention is within the above range, the number of particles per unit weight can be easily increased, and the conductivity can be easily improved.

なお、導電性カーボンブラック粉体の平均粒子径は、ASTM番号 D3846に準拠した方法で測定した数値を意味する。 In addition, the average particle size of the conductive carbon black powder means a numerical value measured by a method based on ASTM No. D3846.

本発明に係る導電性カーボンブラック粉体は、当該用途に用いた際に、系内への金属溶出を抑制する観点から多価金属含有濃度が、10~100質量ppmであるものであり、10~80質量ppmであるものが好ましく、10~50質量ppmであるものがより好ましい。 The conductive carbon black powder according to the present invention has a polyvalent metal content concentration of 10 to 100 mass ppm from the viewpoint of suppressing metal elution into the system when used for the purpose. It is preferably up to 80 mass ppm, more preferably 10 to 50 mass ppm.

本発明に係る導電性カーボンブラック粉体の多価金属含有濃度が上記範囲内にあることにより、リチウム二次電池用正極材に使用したときに電池性能の低下を容易に抑制することができる。 When the concentration of the polyvalent metal contained in the conductive carbon black powder according to the present invention is within the above range, deterioration in battery performance can be easily suppressed when used as a positive electrode material for lithium secondary batteries.

なお、導電性カーボンブラック粉体の多価金属含有濃度は、JIS K 0133に準拠した方法で測定した値を意味する。装置には誘導結合プラズマ発光分光分析装置((株)島津製作所製、ICPS-7510)を用いて各金属成分の含有量を測定する。尚、金属成分は、Mg、Al、Ca、Cr、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、Pbを測定対象とする。 The polyvalent metal content concentration of the conductive carbon black powder means a value measured by a method conforming to JIS K 0133. An inductively coupled plasma emission spectrometer (ICPS-7510, manufactured by Shimadzu Corporation) is used as an apparatus to measure the content of each metal component. The metal components to be measured are Mg, Al, Ca, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, and Pb.

本発明に係る導電性カーボンブラック粉体は、正極材中で導電材として機能する観点から、圧縮電気比抵抗が、0.05~0.23Ω・cmであるものであり、少量の添加でも導電性を得る観点から0.05~0.20Ω・cmであるものが好ましく、0.05~0.10Ω・cmであるものがより好ましい。 The conductive carbon black powder according to the present invention has a compressive electrical resistivity of 0.05 to 0.23 Ω cm from the viewpoint of functioning as a conductive material in the positive electrode material, and is conductive even when added in a small amount. From the viewpoint of obtaining properties, it is preferably 0.05 to 0.20 Ω·cm, more preferably 0.05 to 0.10 Ω·cm.

本発明に係る導電性カーボンブラック粉体の圧縮電気比抵抗が上記範囲内にあることにより、リチウム二次電池用正極材に使用したときに電池性能の低下を容易に抑制することができる。 Since the conductive carbon black powder according to the present invention has a compressive electrical resistivity within the above range, deterioration of battery performance can be easily suppressed when used as a positive electrode material for a lithium secondary battery.

なお、導電性カーボンブラック粉体の圧縮電気比抵抗は、JIS K 1469-2003に準拠した方法にて測定した値を意味する。装置には、(株)島津製作所製 ロードセルEzgraphを用いた。 The compressive electrical resistivity of the conductive carbon black powder means a value measured by a method conforming to JIS K 1469-2003. A load cell Ezgraph manufactured by Shimadzu Corporation was used as an apparatus.

本発明に係る導電性カーボンブラック粉体の酸性水酸基量は、表面の陰イオン基が除去される観点から50μmol/g~300μmol/gであることが好ましく、50μmol/g~250μmol/gであることがより好ましく、50μmol/g~200μmol/g であることがさらに好ましい。本発明に係る導電性カーボンブラック粉体に含まれる酸化カーボンブラックの酸性水酸基量は、酸化カーボンブラックのカルボキシル基(-COO)量およびヒドロキシル基(-O)量の和を意味する。 The amount of acidic hydroxyl groups in the conductive carbon black powder according to the present invention is preferably 50 μmol/g to 300 μmol/g, more preferably 50 μmol/g to 250 μmol/g, from the viewpoint of removal of surface anionic groups. is more preferable, and 50 μmol/g to 200 μmol/g is even more preferable. The amount of acidic hydroxyl groups in oxidized carbon black contained in the conductive carbon black powder according to the present invention means the sum of the amount of carboxyl groups ( --COO.sup.- ) and the amount of hydroxyl groups ( --O.sup.- ) in oxidized carbon black.

導電性カーボンブラック粉体の酸性水酸基量は、以下の測定方法で得られた値を意味する。
(試料調製:酸洗浄、および標準溶液添加)
導電性カーボンブラック粉末 1.0gを遠沈管に採取し、0.5mol/l塩酸を5.0g添加し、数回振った後に、遠心分離機により固液分離する。この操作を計4回行った後の固形物を、100mlビーカーに移し、110℃で乾燥する。乾燥後の固形物を乳鉢で解砕し、得られたカーボンブラック粉体1.0gを三角フラスコに採取し、0.1mol/l NaOH 25mlを三角フラスコに添加した後に、振盪機を用いて三角フラスコを4時間振盪する。振盪した液を遠沈管に移し、上澄み液を測定サンプルとして採取する。
(測定手順:滴定方法、および酸価の算出方法)
酸価の測定には、自動滴定装置(Metrohm社製、809Titrando)を用いた電位差滴定により測定する。上記で得たサンプルの測定前に、ブランクとして0.1mol/l NaOH 25mlを0.1mol/l HClで滴定し、中和に要したHClの滴下量を計測した後に、測定サンプルを、0.1mol/l HClで滴定し、中和に要したHClの滴下量を計測した。得られた測定値を下記の式に代入し、酸価を求めた。尚、式中の記号の意味は、下記に示す。
Blank[ml]:0.1mol/l NaOH 25mlを0.1mol/l HClで滴定した際の、中和に要した滴下量
Sample[ml]:サンプル 25mlを0.1mol/l HClで滴定した際の、中和に要した滴下量
HCl[mol/l]:HCl標準溶液の濃度
sample[g]:測定サンプル中の導電性カーボンブラック重量
酸価[mmol/g]=(VBlank-VSample)×NHCl/Msample
The amount of acidic hydroxyl groups in the conductive carbon black powder means the value obtained by the following measuring method.
(Sample preparation: acid washing and standard solution addition)
1.0 g of conductive carbon black powder is collected in a centrifuge tube, 5.0 g of 0.5 mol/l hydrochloric acid is added, shaken several times, and solid-liquid separated by a centrifuge. After performing this operation four times in total, the solid matter is transferred to a 100 ml beaker and dried at 110°C. The solid after drying was pulverized in a mortar, 1.0 g of the resulting carbon black powder was collected in an Erlenmeyer flask, 25 ml of 0.1 mol / l NaOH was added to the Erlenmeyer flask, and then the Erlenmeyer was shaken using a shaker. Shake the flask for 4 hours. The shaken liquid is transferred to a centrifuge tube, and the supernatant liquid is collected as a measurement sample.
(Measurement procedure: titration method and acid value calculation method)
The acid value is measured by potentiometric titration using an automatic titrator (manufactured by Metrohm, 809 Titrando). Before the measurement of the sample obtained above, 25 ml of 0.1 mol/l NaOH was titrated with 0.1 mol/l HCl as a blank. Titration was performed with 1 mol/l HCl, and the dropwise amount of HCl required for neutralization was measured. The obtained measured value was substituted into the following formula to obtain the acid value. The meanings of the symbols in the formula are shown below.
V Blank [ml]: Drop amount required for neutralization when 0.1 mol/l NaOH 25 ml was titrated with 0.1 mol/l HCl V Sample [ml]: Sample 25 ml was titrated with 0.1 mol/l HCl Dropping amount required for neutralization N HCl [mol/l]: concentration of HCl standard solution M sample [g]: weight of conductive carbon black in measurement sample Acid value [mmol/g] = (V Blank −V sample )×N HCl /M sample

本発明に係る導電性カーボンブラック粉体の-SOH基量や-PO基量については、特に制限されない。 The amounts of —SO 3 H groups and —PO 4 H 2 groups in the conductive carbon black powder according to the present invention are not particularly limited.

本発明に係る導電性カーボンブラック粉体は、以下に説明する本発明に係る導電性カーボンブラック粉体の製造方法により好適に調製することができる。 The conductive carbon black powder according to the present invention can be suitably prepared by the method for producing the conductive carbon black powder according to the present invention described below.

本発明によれば、多価金属イオンの含有割合が低減され優れた導電性を発揮し得る、導電材料として有用でかつ安価かつ簡便に製造可能な導電性カーボンブラック粉体を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the present invention, it is possible to provide a conductive carbon black powder which is useful as a conductive material, which can exhibit excellent conductivity with a reduced content of polyvalent metal ions, and which can be produced inexpensively and easily. .

<導電性カーボンブラック粉体の製造方法>
次に、本発明に係る導電性カーボンブラック紛体の製造方法について説明する。
<Method for producing conductive carbon black powder>
Next, a method for producing conductive carbon black powder according to the present invention will be described.

本発明に係る導電性カーボンブラック粉体の製造方法(以下、本発明に係る粉体の製法1と称する)は、本発明に係る導電性カーボンブラック原料の水性分散体を加熱処理することを特徴とするものである。 The method for producing conductive carbon black powder according to the present invention (hereinafter referred to as powder production method 1 according to the present invention) is characterized by heat-treating an aqueous dispersion of the conductive carbon black raw material according to the present invention. and

本発明に係る導電性カーボンブラック原料の水性分散体の詳細は、上述したとおりである。 The details of the aqueous dispersion of conductive carbon black raw material according to the present invention are as described above.

本発明に係る導電性カーボンブラック粉体を得るために、本発明に係る導電性カーボンブラック原料の水性分散体を加熱処理する場合、加熱処理条件としては、導電性カーボンブラック原料となる酸化カーボンブラックの陰イオン官能基(酸性官能基)を十分に除去し得る条件であれば特に制限されない。
上記加熱処理条件としては、不活性雰囲気中、500℃~600℃で加熱処理することが好ましく、昇温時間短縮の観点から500℃~550℃で加熱処理することがより好ましい。
また、上記加熱処理時間は、30~600分間であることが好ましく、30~180分間であることがより好ましく、60~120分間であることがさらに好ましい。
不活性雰囲気に用いるガス種については特に限定されず、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガスなどの不活性ガスから選ばれる一種以上を用いることができる。
上記加熱処理によって導電性カーボンブラック原料となる酸性カーボンブラック表面の陰イオン性官能基(酸性官能基)が好適に除去されて、所望特性を有する導電性カーボンブラック粉体を得ることができる。
In order to obtain the conductive carbon black powder according to the present invention, when the aqueous dispersion of the conductive carbon black raw material according to the present invention is heat-treated, the heat treatment conditions include oxidized carbon black as the conductive carbon black raw material. There are no particular limitations as long as the conditions are such that the anionic functional group (acidic functional group) of is sufficiently removed.
As the heat treatment conditions, heat treatment at 500° C. to 600° C. in an inert atmosphere is preferable, and heat treatment at 500° C. to 550° C. is more preferable from the viewpoint of shortening the heating time.
The heat treatment time is preferably 30 to 600 minutes, more preferably 30 to 180 minutes, and even more preferably 60 to 120 minutes.
The type of gas used for the inert atmosphere is not particularly limited, and one or more selected from inert gases such as nitrogen gas, argon gas, and helium gas can be used.
Anionic functional groups (acidic functional groups) on the surface of acidic carbon black, which is a raw material of conductive carbon black, are suitably removed by the heat treatment, and conductive carbon black powder having desired properties can be obtained.

本発明に係る導電性カーボンブラック粉体の製造方法(以下、本発明に係る粉体の製法2と称する)は、窒素吸着比表面積NSAが100~1500m/g、窒素吸着比表面積NSAから統計的厚さ比表面積STSAを引いた値が50~200m/g、DBP吸油量が100~500ml/100g、平均粒子径が100~500nmであって、表面に一種以上の陰イオン官能基を有する酸化カーボンブラックの水性スラリーに対し、
水溶性キレート剤またはその塩から選ばれる一種以上の存在下に水酸化アルカリ金属を混合して加熱中和するか、または水酸化アルカリ金属を混合して加熱中和した後に水溶性キレート剤またはその塩から選ばれる一種以上を混合する中和工程と、
当該中和工程で得られた混合液から分離膜を用いて多価金属イオンキレート錯体を分離除去する分離除去工程とを施すことにより導電性カーボンブラック原料の水性分散体を調製し、次いで、
得られた導電性カーボンブラック原料の水性分散体を加熱処理して前記酸化カーボンブラックの陰イオン官能基を除去する官能基除去工程を施す
ことを特徴とするものである。
The method for producing a conductive carbon black powder according to the present invention (hereinafter referred to as powder production method 2 according to the present invention) has a nitrogen adsorption specific surface area N 2 SA of 100 to 1500 m 2 /g, a nitrogen adsorption specific surface area N 2 A value obtained by subtracting the statistical thickness specific surface area STSA from SA is 50 to 200 m 2 /g, the DBP oil absorption is 100 to 500 ml/100 g, the average particle size is 100 to 500 nm, and one or more anions are present on the surface For an aqueous slurry of oxidized carbon black having functional groups,
An alkali metal hydroxide is mixed in the presence of one or more selected from a water-soluble chelating agent or a salt thereof and neutralized by heating, or an alkali metal hydroxide is mixed and neutralized by heating, and then a water-soluble chelating agent or its salt is added. A neutralization step of mixing one or more selected from salts;
An aqueous dispersion of the conductive carbon black raw material is prepared by subjecting the mixture obtained in the neutralization step to a separation and removal step of separating and removing the polyvalent metal ion chelate complex using a separation membrane, and then,
The method is characterized by subjecting the resulting aqueous dispersion of the conductive carbon black raw material to a heat treatment to remove the anionic functional groups of the oxidized carbon black.

本発明に係る粉体の製法2において、酸化カーボンブラックの水性スラリーに対し、中和工程および分離除去工程を施して導電性カーボンブラック原料の水性分散体を調製するまでの内容は、本発明に係る導電性カーボンブラック原料の水性分散体の製造方法と共通することから、その詳細は上述した記載内容と共通する。 In the powder production method 2 according to the present invention, the contents up to the preparation of the aqueous dispersion of the conductive carbon black raw material by subjecting the aqueous slurry of oxidized carbon black to the neutralization step and the separation and removal step are included in the present invention. Since this method is common to the method for producing an aqueous dispersion of conductive carbon black raw material, the details thereof are the same as those described above.

本発明に係る粉体の製法2においては、酸化カーボンブラックの水性スラリーに対し、中和工程および分離除去工程を施して得られた導電性カーボンブラック原料の水性分散体を加熱処理して上記酸化カーボンブラックの陰イオン官能基を除去する官能基除去工程を施す。 In the powder production method 2 according to the present invention, an aqueous dispersion of conductive carbon black raw material obtained by subjecting an aqueous slurry of oxidized carbon black to a neutralization step and a separation and removal step is heat-treated to perform the oxidation. A functional group removal step is performed to remove the anionic functional groups of the carbon black.

本発明に係る粉体の製法2において、官能基除去工程における加熱処理条件としては、導電性カーボンブラック原料となる酸化カーボンブラックの陰イオン官能基(酸性官能基)を十分に除去し得る条件であれば特に制限されない。
上記加熱処理条件としては、不活性雰囲気中、500℃~600℃で加熱処理することが好ましく、昇温時間短縮の観点から500℃~550℃で加熱処理することがより好ましい。
また、上記加熱処理時間は、30~600分間であることが好ましく、30~180分間であることがより好ましく、60~120分間であることがさらに好ましい。
不活性雰囲気に用いるガス種については特に限定されず、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガスなどの不活性ガスから選ばれる一種以上を用いることができる。
上記加熱処理によって導電性カーボンブラック原料となる酸性カーボンブラック表面の陰イオン性官能基(酸性官能基)が好適に除去されて、所望特性を有する導電性カーボンブラック粉体を得ることができる。
In the powder production method 2 according to the present invention, the heat treatment conditions in the functional group removal step are conditions that can sufficiently remove the anionic functional group (acidic functional group) of the oxidized carbon black that is the raw material of the conductive carbon black. There is no particular limitation if any.
As the heat treatment conditions, heat treatment at 500° C. to 600° C. in an inert atmosphere is preferable, and heat treatment at 500° C. to 550° C. is more preferable from the viewpoint of shortening the heating time.
The heat treatment time is preferably 30 to 600 minutes, more preferably 30 to 180 minutes, and even more preferably 60 to 120 minutes.
The type of gas used for the inert atmosphere is not particularly limited, and one or more selected from inert gases such as nitrogen gas, argon gas, and helium gas can be used.
Anionic functional groups (acidic functional groups) on the surface of acidic carbon black, which is a raw material of conductive carbon black, are suitably removed by the heat treatment, and conductive carbon black powder having desired properties can be obtained.

本発明によれば、多価金属イオンの含有割合が低減され優れた導電性を発揮し得る導電材料として有用な導電性カーボンブラック粉体を簡便かつ安価に製造し得る導電性カーボンブラック粉体の製造方法を提供することができる。 According to the present invention, the content of polyvalent metal ions is reduced, and conductive carbon black powder useful as a conductive material capable of exhibiting excellent conductivity can be produced easily and inexpensively. A manufacturing method can be provided.

<リチウムイオン二次電池用正極材の製造方法>
次に、本発明に係るリチウムイオン二次電池用正極材の製造方法について説明する。
<Method for producing positive electrode material for lithium ion secondary battery>
Next, a method for producing a positive electrode material for lithium ion secondary batteries according to the present invention will be described.

本発明に係るリチウムイオン二次電池用正極材の製造方法は、本発明に係る導電性カーボンブラック原料の水性分散体、本発明に係る製造方法で得られた導電性カーボンブラック原料の水性分散体、本発明に係る導電性カーボンブラック粉体または本発明に係る方法で得られた導電性カーボンブラック粉体を、
少なくとも電極活物質及びバインダーと混合し、
電極基板に塗布、乾燥する
ことを特徴とするものである。
The method for producing a positive electrode material for a lithium ion secondary battery according to the present invention includes an aqueous dispersion of the conductive carbon black raw material according to the present invention, and an aqueous dispersion of the conductive carbon black raw material obtained by the production method according to the present invention. , the conductive carbon black powder according to the present invention or the conductive carbon black powder obtained by the method according to the present invention,
mixed with at least an electrode active material and a binder;
It is characterized in that it is applied to an electrode substrate and dried.

本発明に係るリチウムイオン二次電池用正極材の製造方法において、本発明に係る導電性カーボンブラック原料の水性分散体、本発明に係る製造方法で得られた導電性カーボンブラック原料の水性分散体、本発明に係る導電性カーボンブラック粉体または本発明に係る方法で得られた導電性カーボンブラック粉体の詳細は、上述したとおりである。 In the method for producing a positive electrode material for a lithium ion secondary battery according to the present invention, the aqueous dispersion of the conductive carbon black raw material according to the present invention, and the aqueous dispersion of the conductive carbon black raw material obtained by the production method according to the present invention The details of the conductive carbon black powder according to the present invention or the conductive carbon black powder obtained by the method according to the present invention are as described above.

本発明によれば、多価金属イオンの含有割合が低減され優れた導電性を発揮し得るとともに安価かつ簡便に製造可能な導電性カーボンブラック粉体を導電材料とするリチウムイオン二次電池用正極材の製造方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the present invention, a positive electrode for a lithium-ion secondary battery is made of a conductive carbon black powder, which has a reduced content of polyvalent metal ions, exhibits excellent conductivity, and can be produced easily and inexpensively as a conductive material. It is possible to provide a method for manufacturing materials.

(実施例)
以下に本発明の内容を具体的な例を比較例とともに挙げつつ説明する。ただし、本発明はこれら例に限定されるものではない。なお、以下の実施例および比較例において、pHはJIS Z 8802に規定する方法により求めた。
(Example)
The contents of the present invention will be described below with reference to specific examples together with comparative examples. However, the present invention is not limited to these examples. In the following examples and comparative examples, the pH was obtained by the method specified in JIS Z 8802.

(実施例1)
<酸化カーボンブラック含有スラリーの調製>
カーボンブラック(ファーネスカーボンブラック、東海カーボン(株)製、TB#5500、窒素吸着比表面積NSAが225m/g、窒素吸着比表面積NSAから統計的厚さ比表面積(STSA)を引いた値が90m/g、DBP吸油量が155ml/100g、平均粒子径が200nm)150gを、脱イオン水を用いた過硫酸ナトリウム2.0N水溶液3000mlに添加し、反応温度90℃ 、撹拌速度300rpmで3時間処理することにより、カーボンブラックの表面を液相酸化した。
次いで、得られたスラリー中の還元塩を限外濾過膜(旭化成(株)製、AHP-1010、分画分子量50000)を用いて電導度3mS/cmを下回るまで水洗洗浄して脱塩精製した。得られた酸化カーボンブラックを含むスラリーのpHはpH3であった。
上記水洗洗浄した酸化カーボンブラックを含むスラリー(酸化カーボンブラック固形分濃度5質量%)に対し、エチレンジアミン四酢酸二水素ナトリウムを、酸化カーボンブラック固形分当たり(酸化カーボンブラック固形分100質量%に対し)5質量%添加し、反応温度25℃ 、撹拌速度300rpmで15分間反応させた。
上記エチレンジアミン四酢酸二水素ナトリウムと反応させて得られたカーボンブラックスラリーを限外濾過膜(旭化成(株)製AHP-1010、分画分子量50000)で電導度3mS/cmを下回るまで水洗洗浄して脱塩精製することにより、多価金属イオンを予備分離した、窒素吸着比表面積NSAが225m/g、窒素吸着比表面積NSAから統計的厚さ比表面積(STSA)を引いた値が90m/g、DBP吸油量が155ml/100g、平均粒子径が200nmであって、酸性水酸基量が900μmol/gである表面に陰イオン官能基を有する酸化カーボンブラックを含有する酸化カーボンブラック含有スラリーを得た。
(Example 1)
<Preparation of slurry containing oxidized carbon black>
Carbon black (furnace carbon black, manufactured by Tokai Carbon Co., Ltd., TB #5500, nitrogen adsorption specific surface area N 2 SA is 225 m 2 /g, nitrogen adsorption specific surface area N 2 SA minus statistical thickness specific surface area (STSA) 90 m 2 /g, DBP oil absorption of 155 ml/100 g, average particle size of 200 nm) was added to 3000 ml of a 2.0 N sodium persulfate aqueous solution using deionized water, and the reaction temperature was 90 ° C. and the stirring speed was The surface of the carbon black was subjected to liquid phase oxidation by treatment at 300 rpm for 3 hours.
Next, the reduced salt in the resulting slurry was washed with water using an ultrafiltration membrane (manufactured by Asahi Kasei Co., Ltd., AHP-1010, molecular weight cut off: 50,000) until the conductivity fell below 3 mS/cm, and was desalted and purified. . The pH of the resulting slurry containing oxidized carbon black was pH3.
To the slurry containing the oxidized carbon black washed with water (oxidized carbon black solid content concentration 5% by mass), sodium dihydrogen ethylenediaminetetraacetate is added per oxidized carbon black solid content (per oxidized carbon black solid content 100% by mass). 5 mass % was added and reacted for 15 minutes at a reaction temperature of 25° C. and a stirring speed of 300 rpm.
The carbon black slurry obtained by the reaction with sodium dihydrogendihydrogendiaminetetraacetate is washed with water through an ultrafiltration membrane (AHP-1010 manufactured by Asahi Kasei Co., Ltd., molecular weight cut off: 50000) until the electric conductivity falls below 3 mS/cm. The nitrogen adsorption specific surface area N 2 SA is 225 m 2 /g, and the value obtained by subtracting the statistical thickness specific surface area (STSA) from the nitrogen adsorption specific surface area N 2 SA, in which polyvalent metal ions were preliminarily separated by desalting and purification. is 90 m 2 /g, the DBP oil absorption is 155 ml/100 g, the average particle diameter is 200 nm, and the amount of acidic hydroxyl groups is 900 μmol/g. A slurry was obtained.

<中和処理>
上記<酸化カーボンブラック含有スラリーの調製>で得られた多価金属イオンを予備分離した酸化カーボンブラック含有スラリー中に、エチレンジアミン四酢酸二水素ナトリウムを、酸化カーボンブラック固形分当たり(酸化カーボンブラック固形分100質量%に対し)5質量%添加するとともに、スラリーのpHが11になるように水酸化ナトリウム水溶液を添加し、反応温度95℃ 、撹拌速度300rpmで3時間中和反応を行った。
<Neutralization treatment>
Sodium dihydrogen ethylenediaminetetraacetate was added to the oxidized carbon black-containing slurry obtained in <Preparation of oxidized carbon black-containing slurry> in which polyvalent metal ions were preliminarily separated, per oxidized carbon black solid content (oxidized carbon black solid content 5% by mass (based on 100% by mass) was added, and an aqueous sodium hydroxide solution was added so that the pH of the slurry became 11, and the neutralization reaction was carried out at a reaction temperature of 95°C and a stirring speed of 300 rpm for 3 hours.

<分離除去処理>
上記<中和処理>で中和反応を行って得られた混合液に対し、再び限外濾過膜(旭化成(株)製AHP-1010、分画分子量50000)を用いて残存する塩とキレート錯体とを水洗洗浄するとともに濃縮処理して、窒素吸着比表面積NSAが225m/g、窒素吸着比表面積NSAから統計的厚さ比表面積(STSA)を引いた値が90m/g、DBP吸油量が155ml/100g、平均粒子径が200nmであって、酸性水酸基量が900μmol/gである、表面に陰イオン官能基を有する酸化カーボンブラックを20質量%含有する導電性カーボンブラック原料の水分散体を調製した。
<Separation removal treatment>
The mixed solution obtained by performing the neutralization reaction in the above <neutralization treatment> is again subjected to an ultrafiltration membrane (AHP-1010 manufactured by Asahi Kasei Co., Ltd., molecular weight cutoff 50000) to remove remaining salts and chelate complexes. The nitrogen adsorption specific surface area N 2 SA is 225 m 2 /g, and the value obtained by subtracting the statistical thickness specific surface area (STSA) from the nitrogen adsorption specific surface area N 2 SA is 90 m 2 /g. , a conductive carbon black raw material containing 20% by mass of oxidized carbon black having an anionic functional group on its surface, having a DBP oil absorption of 155 ml/100 g, an average particle size of 200 nm, and an acidic hydroxyl group content of 900 μmol/g. was prepared.

<官能基除去処理>
次いで、<分離除去処理>で得られた導電性カーボンブラック原料の水分散体を、乾燥機内で110℃で720分間加熱処理して水分を除去した後、黒鉛坩堝中に得られた乾燥処理物を充填し、Nガス雰囲気中において500℃で1時間の加熱処理することにより、カーボンブラック表面の陰イオン官能基を除去した導電性カーボンブラック粉体(窒素吸着比表面積NSA225m/g、窒素吸着比表面積NSAから統計的厚さ比表面積(STSA)を引いた値が90m/g、DBP吸油量が155ml/100g、平均粒子径が25nm、酸性水酸基量100μmol/g)を調製した。
<Functional group removal treatment>
Next, the aqueous dispersion of the conductive carbon black raw material obtained in the <separation and removal treatment> was heat-treated in a dryer at 110 ° C. for 720 minutes to remove moisture, and then the dried product obtained in the graphite crucible. and heat-treated at 500 ° C. for 1 hour in an N 2 gas atmosphere to remove the anionic functional groups on the surface of the carbon black conductive carbon black powder (nitrogen adsorption specific surface area N 2 SA 225 m 2 /g , the value obtained by subtracting the statistical thickness specific surface area (STSA) from the nitrogen adsorption specific surface area N 2 SA is 90 m 2 /g, the DBP oil absorption is 155 ml / 100 g, the average particle diameter is 25 nm, and the amount of acidic hydroxyl groups is 100 μmol / g). prepared.

(比較例1)
実施例1 の<酸化カーボンブラック含有スラリーの調製>および<中和処理>において、エチレンジアミン四酢酸二水素ナトリウムをいずれも添加しなかった以外は、実施例1と同様にして酸化カーボンブラックの濃度が20質量%である導電性カーボンブラック原料の水分散体を調製した後、実施例1と同様にして官能基除去処理を行って、窒素吸着比表面積NSA225m/g、窒素吸着比表面積NSAから統計的厚さ比表面積(STSA)を引いた値が90m/g、DBP吸油量が155ml/100g、平均粒子径が200nmであって、酸性水酸基量が100μmol/gである導電性カーボンブラック粉体を調製した。
(Comparative example 1)
In the <Preparation of slurry containing oxidized carbon black> and <Neutralization treatment> of Example 1, the concentration of oxidized carbon black was adjusted in the same manner as in Example 1, except that neither sodium dihydrogen ethylenediaminetetraacetate was added. After preparing an aqueous dispersion of 20% by mass of conductive carbon black raw material, the functional group removal treatment was performed in the same manner as in Example 1, and the nitrogen adsorption specific surface area N 2 SA225 m 2 /g, the nitrogen adsorption specific surface area N 2 Conductivity having a value obtained by subtracting the statistical thickness specific surface area (STSA) from SA of 90 m 2 /g, a DBP oil absorption of 155 ml/100 g, an average particle size of 200 nm, and an acidic hydroxyl group content of 100 μmol/g A carbon black powder was prepared.

(比較例2)
実施例1の<官能基除去処理>において、不活性雰囲気中での500℃熱処理を行わなかった以外は、実施例1と同様にして、窒素吸着比表面積NSA225m/g、窒素吸着比表面積NSAから統計的厚さ比表面積(STSA)を引いた値が90m/g、DBP吸油量が155ml/100g、平均粒子径が200nmであって、酸性水酸基量が900μmol/gである導電性カーボンブラック粉体を調製した。
(Comparative example 2)
Nitrogen adsorption specific surface area N 2 SA 225 m 2 /g, nitrogen adsorption ratio The value obtained by subtracting the statistical thickness specific surface area (STSA) from the surface area N 2 SA is 90 m 2 /g, the DBP oil absorption is 155 ml/100 g, the average particle size is 200 nm, and the amount of acidic hydroxyl groups is 900 μmol/g. A conductive carbon black powder was prepared.

<金属成分の含有量の測定方法>
実施例1および比較例1~比較例2において、<分離除去処理>後に得られた各導電性カーボンブラック原料の水分散体を硝酸液で希釈した上で、誘導結合プラズマ発光分光分析装置((株)島津製作所製、ICPS-7510) により各多価金属成分の含有量を測定した。
また、比較のために、原料として用いたカーボンブラック(TB#5500)中の多価金属成分の含有量も同様に測定した。
<Method for measuring content of metal component>
In Example 1 and Comparative Examples 1 and 2, the aqueous dispersion of each conductive carbon black raw material obtained after the <separation removal treatment> was diluted with nitric acid solution, and then subjected to an inductively coupled plasma atomic emission spectrometer (( Shimadzu Corporation, ICPS-7510) was used to measure the content of each polyvalent metal component.
For comparison, the content of polyvalent metal components in carbon black (TB#5500) used as a raw material was also measured in the same manner.

得られた結果を表1に示す。
なお、表中の数値はカーボンブラックに含まれる多価金属の総量(質量ppm)である。多価金属としては、Mg、Al、Ca、Cr、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、Pbを測定対象とした。
Table 1 shows the results obtained.
The numerical values in the table are the total amount (mass ppm) of polyvalent metals contained in the carbon black. As polyvalent metals, Mg, Al, Ca, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, and Pb were measured.

<カーボンブラック粉体の圧縮電気抵抗の測定方法>
実施例1および比較例1~比較例2において各々得られた導電性カーボンブラック粉体の圧縮電気抵抗をJIS K 1469-2003に準拠した方法で測定した。
また、比較のために、原料として用いたカーボンブラック(TB#5500)の圧縮電気抵抗も同様に測定した。
結果を表1に示す。
<Method for measuring compressive electrical resistance of carbon black powder>
The compression electrical resistance of the conductive carbon black powders obtained in Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 was measured according to JIS K 1469-2003.
For comparison, the compressive electrical resistance of carbon black (TB#5500) used as a raw material was similarly measured.
Table 1 shows the results.

Figure 0007217675000001
Figure 0007217675000001

表1より、実施例1で得られた導電性カーボンブラック粉体は、ファーネスブラックに由来するものであるにも拘わらず、水溶性キレート剤により錯体形成した上で多価金属を分離除去したものであることから、原料として用いたカーボンブラックと比較して、多価金属濃度が約2.0%((49/2000)×100)に大幅に低減されているとともに、圧縮電気比抵抗が0.20Ω・cmと低く優れた導電性を発揮し得ることから、リチウムイオン二次電池用正極材の形成材料として好適であることが分かる。
これに対して、表1より、比較例1においては多価金属が十分に除去されておらず、また、比較例2においては陰イオン官能基(酸性官能基)が十分に除去されていないために圧縮電気比抵抗が高いことから、いずれもリチウムイオン二次電池用正極材の形成材料として適さないことが分かる。
From Table 1, the conductive carbon black powder obtained in Example 1 is derived from furnace black, but after forming a complex with a water-soluble chelating agent, the polyvalent metal is separated and removed. Therefore, compared to the carbon black used as a raw material, the polyvalent metal concentration is significantly reduced to about 2.0% ((49/2000) × 100), and the compressive electrical resistivity is 0 It can be seen that it is suitable as a material for forming a positive electrode material for a lithium ion secondary battery because it can exhibit excellent conductivity as low as 20 Ω·cm.
On the other hand, from Table 1, the polyvalent metal was not sufficiently removed in Comparative Example 1, and the anionic functional group (acidic functional group) was not sufficiently removed in Comparative Example 2. It can be seen that none of them is suitable as a material for forming a positive electrode material for a lithium ion secondary battery, since the compression electrical resistivity is high.

本発明によれば、多価金属イオンの含有割合が低減され優れた導電性を発揮し得る導電材料を簡便かつ安価に製造し得る導電性カーボンブラック原料の水性分散体、係る導電性カーボンブラック原料の水性分散体の製造方法、導電性カーボンブラック粉体、導電性カーボンブラック粉体の製造方法およびリチウムイオン二次電池用正極材の製造方法を提供することができる。 According to the present invention, an aqueous dispersion of a conductive carbon black raw material that can easily and inexpensively produce a conductive material that has a reduced content of polyvalent metal ions and can exhibit excellent conductivity, and such a conductive carbon black raw material. It is possible to provide a method for producing an aqueous dispersion of, conductive carbon black powder, a method for producing conductive carbon black powder, and a method for producing a positive electrode material for a lithium ion secondary battery.

Claims (10)

窒素吸着比表面積NSAが200~300m/g、
窒素吸着比表面積NSAから統計的厚さ比表面積STSAを引いた値が50~150m/g、
DBP吸油量が100~500ml/100g、
平均粒子径が100~500nmであって、
多価金属含有濃度が10~100質量ppmであり、
加熱処理後における圧縮電気比抵抗が0.05~0.23Ω・cmである
酸化カーボンブラックを含有する
ことを特徴とするカーボンブラック導電材原料の水性分散体。
a nitrogen adsorption specific surface area N 2 SA of 200 to 300 m 2 /g;
The value obtained by subtracting the statistical thickness specific surface area STSA from the nitrogen adsorption specific surface area N 2 SA is 50 to 150 m 2 /g,
DBP oil absorption of 100-500ml/100g,
An average particle size of 100 to 500 nm,
The polyvalent metal content concentration is 10 to 100 mass ppm,
Compressive electrical resistivity after heat treatment is 0.05 to 0.23 Ω cm
Contains oxidized carbon black
An aqueous dispersion of a carbon black conductive material raw material characterized by:
窒素吸着比表面積NSAが200~300m/g、窒素吸着比表面積NSAから統計的厚さ比表面積STSAを引いた値が50~150m/g、DBP吸油量が100~500ml/100g、平均粒子径が100~500nmであって、表面に一種以上の陰イオン官能基を有する酸化カーボンブラックの水性スラリーに対し、
水溶性キレート剤またはその塩から選ばれる一種以上の存在下に水酸化アルカリ金属を混合して加熱中和するか、または水酸化アルカリ金属を混合して加熱中和した後に水溶性キレート剤またはその塩から選ばれる一種以上を混合する中和工程と、
当該中和工程で得られた混合液から分離膜を用いて多価金属イオンキレート錯体を分離除去する分離除去工程を施す
ことを特徴とするカーボンブラック導電材原料の水性分散体の製造方法。
The nitrogen adsorption specific surface area N 2 SA is 200 to 300 m 2 /g, the value obtained by subtracting the statistical thickness specific surface area STSA from the nitrogen adsorption specific surface area N 2 SA is 50 to 150 m 2 /g, and the DBP oil absorption is 100 to 500 ml/g. 100 g of an aqueous slurry of oxidized carbon black having an average particle size of 100 to 500 nm and having one or more anionic functional groups on the surface,
An alkali metal hydroxide is mixed in the presence of one or more selected from a water-soluble chelating agent or a salt thereof and neutralized by heating, or an alkali metal hydroxide is mixed and neutralized by heating, and then a water-soluble chelating agent or its salt is added. A neutralization step of mixing one or more selected from salts;
A method for producing an aqueous dispersion of a raw material for a carbon black conductive material, characterized by subjecting the mixture obtained in the neutralization step to a separation-removal step of separating and removing a polyvalent metal ion chelate complex using a separation membrane.
前記中和工程において、前記酸化カーボンブラックの水性スラリーに対し、pH6~pH12になるように前記水酸化アルカリ金属を混合する請求項2に記載のカーボンブラック導電材原料の水性分散体の製造方法。 3. The method for producing an aqueous dispersion of a carbon black conductive material raw material according to claim 2, wherein in the neutralization step, the alkali metal hydroxide is mixed with the aqueous slurry of the oxidized carbon black so that the pH is 6 to 12. 前記水溶性キレート剤がアミノカルボン酸またはその塩である請求項2または請求項3に記載のカーボンブラック導電材原料の水性分散体の製造方法。 4. The method for producing an aqueous dispersion of a carbon black conductive material raw material according to claim 2 or 3, wherein the water-soluble chelating agent is an aminocarboxylic acid or a salt thereof. 前記表面に一種以上の陰イオン官能基を有する酸化カーボンブラックが、カーボンブラックを液相法で酸化処理した後、pH2~pH4の条件下で水溶性キレート剤またはその塩から選ばれる一種以上と混合し、次いで分離膜を用いて多価金属イオンを予備分離したものである請求項2~請求項4のいずれかに記載のカーボンブラック導電材原料の水性分散体の製造方法。 The oxidized carbon black having one or more anionic functional groups on its surface is mixed with one or more water-soluble chelating agents or salts thereof under conditions of pH 2 to pH 4 after oxidizing the carbon black by a liquid phase method. 5. The method for producing an aqueous dispersion of carbon black conductive material raw material according to any one of claims 2 to 4, wherein polyvalent metal ions are preliminarily separated using a separation membrane. 前記分離膜が限外濾過膜(UF)、逆浸透膜(RO)または電気透析膜である請求項2~請求項5のいずれかに記載のカーボンブラック導電材原料の水性分散体の製造方法。 The method for producing an aqueous dispersion of carbon black conductive material raw material according to any one of claims 2 to 5, wherein the separation membrane is an ultrafiltration membrane (UF), a reverse osmosis membrane (RO) or an electrodialysis membrane. 請求項1に記載の導電性カーボンブラック原料の水性分散体を加熱処理することを特徴とする導電性カーボンブラック粉体の製造方法。 A method for producing a conductive carbon black powder, which comprises heat-treating an aqueous dispersion of the conductive carbon black raw material according to claim 1 . 窒素吸着比表面積NSAが200~300m/g、窒素吸着比表面積NSAから統計的厚さ比表面積STSAを引いた値が50~150m/g、DBP吸油量が100~500ml/100g、平均粒子径が100~500nmであって、表面に一種以上の陰イオン官能基を有する酸化カーボンブラックの水性スラリーに対し、
水溶性キレート剤またはその塩から選ばれる一種以上の存在下に水酸化アルカリ金属を混合して加熱中和するか、または水酸化アルカリ金属を混合して加熱中和した後に水溶性キレート剤またはその塩から選ばれる一種以上を混合する中和工程と、
当該中和工程で得られた混合液から分離膜を用いて多価金属イオンキレート錯体を分離除去する分離除去工程とを施すことにより導電性カーボンブラック原料の水性分散体を調製し、次いで、
得られた導電性カーボンブラック原料の水性分散体を加熱処理して前記酸化カーボンブラックの陰イオン官能基を除去する官能基除去工程を施す
ことを特徴とする導電性カーボンブラック粉体の製造方法。
The nitrogen adsorption specific surface area N 2 SA is 200 to 300 m 2 /g, the value obtained by subtracting the statistical thickness specific surface area STSA from the nitrogen adsorption specific surface area N 2 SA is 50 to 150 m 2 /g, and the DBP oil absorption is 100 to 500 ml/g. 100 g of an aqueous slurry of oxidized carbon black having an average particle size of 100 to 500 nm and having one or more anionic functional groups on the surface,
An alkali metal hydroxide is mixed in the presence of one or more selected from a water-soluble chelating agent or a salt thereof and neutralized by heating, or an alkali metal hydroxide is mixed and neutralized by heating, and then a water-soluble chelating agent or its salt is added. A neutralization step of mixing one or more selected from salts;
An aqueous dispersion of the conductive carbon black raw material is prepared by subjecting the mixture obtained in the neutralization step to a separation and removal step of separating and removing the polyvalent metal ion chelate complex using a separation membrane, and then,
A method for producing conductive carbon black powder, which comprises subjecting the resulting aqueous dispersion of conductive carbon black raw material to a heat treatment to remove an anionic functional group of the oxidized carbon black.
前記導電性カーボンブラック原料の水性分散体の加熱処理を500~600℃で行う請求項7または請求項8に記載の導電性カーボンブラック粉体の製造方法。 The method for producing conductive carbon black powder according to claim 7 or 8, wherein the heat treatment of the aqueous dispersion of the conductive carbon black raw material is performed at 500 to 600°C. 請求項1記載のカーボンブラック原料の導電材水性分散体、請求項2~請求項6のいずれかに記載の製造方法で得られたカーボンブラック導電材原料の水性分散体または請求項7~請求項9のいずれかに記載の製造方法で得られた導電性カーボンブラック粉体を、
少なくとも電極活物質及びバインダーと混合し、
電極基板に塗布、乾燥する
ことを特徴とするリチウムイオン二次電池用正極材の製造方法。
The conductive material aqueous dispersion of carbon black raw material according to claim 1, the aqueous dispersion of carbon black conductive material raw material obtained by the production method according to any one of claims 2 to 6, or claims 7 to 7. Conductive carbon black powder obtained by the production method according to any one of 9,
mixed with at least an electrode active material and a binder;
A method for producing a positive electrode material for a lithium-ion secondary battery, comprising applying the material to an electrode substrate and drying the material.
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