JPH0751568A - カーボンブラック複合体とその製造方法 - Google Patents

カーボンブラック複合体とその製造方法

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JPH0751568A
JPH0751568A JP5226435A JP22643593A JPH0751568A JP H0751568 A JPH0751568 A JP H0751568A JP 5226435 A JP5226435 A JP 5226435A JP 22643593 A JP22643593 A JP 22643593A JP H0751568 A JPH0751568 A JP H0751568A
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JP
Japan
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nickel
carbon black
average particle
fine particles
particle size
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JP5226435A
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English (en)
Inventor
Takaharu Asazuma
敬治 朝妻
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Asahi Carbon Co Ltd
Original Assignee
Asahi Carbon Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 従来にない超微細なNi粒子を担持させたカ
ーボンブラック複合体の提供。 【構成】 カーボンブラック表面上に数平均粒子径が1
5nm以下のニッケル微粒子を担持させたカーボンブラ
ック複合体及び該カーボンブラック複合体の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高性能触媒を初めとし
て電極材料や磁性材料などの用途に優れた機能性を有す
るカーボンブラック複合体に関するものであり、より詳
しくはカーボンブラック表面にニッケル微粒子を担持さ
せた複合体ならびにその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】カーボンブラックに金属を複合させた材
料は、カーボンブラックが本来持つ導電性や着色性など
の機能とともに、その大きな表面積を利用して、更に高
度な触媒機能や電気特性、磁気特性などの特殊な機能を
も付与できるため、有用な機能性材料として着目されて
いる。例えば、特開昭63−199272号公報や特開
昭64−43569号公報(出願人:いずれも東海カー
ボン株式会社)などに見られるカーボンブラック中に磁
性金属微粒子を複合させた材料はその例であり、またも
う一つの例は、特開平3−177462号公報(出願
人:旭カーボン株式会社)にみられる、カーボンブラッ
クを金属の超薄膜で被覆し、高度な導電性を付与したも
のなどがある。ところで、金属に対する微粒子化の技術
の進展の結果、金属微粒子は粒子径が小さくなるにつれ
従来の物質では見られなかった優れた現象を示すように
なることが最近知られてきている。例えば、一酸化炭素
と水素からの炭化水素の合成や含酸素化合物の合成反応
では金属超微粒子が触媒として有効であることが知られ
ている(伊藤ら、表面、Vol.28,p79,1990)。また
鉄やニッケル、コバルトなどの強磁性金属微粒子の磁気
特性は、その粒子径に依存し超微粒子では超常磁性を示
すといわれている(尾崎ら、表面、Vol.22,p684,19
84)。どの程度の粒子径でこの様な特異な現象を示すか
についてみると、金属により異なるが、概ね10〜20
nmより小さい粒子径と考えられている。したがって、
カーボンブラックに複合する金属微粒子の粒子径も、こ
れより小さい方が、従来とは異なった新たな用途に適用
できると期待される。ところが従来の技術では15nm
以下の微細な金属粒子をカーボンブラックに複合した例
は見られない。例えば、特開昭63−205369公報
や特開昭64−43569号公報に見られる磁性金属微
粒子をカーボンブラックに複合した例においては最も微
細な粒子径でも16.0nmであり、概ね20nm前後
か、あるいはそれ以上の粒子径である。また、特公平3
−56596公報(出願人:電気化学工業株式会社)に
は、気相法による炭素繊維と複合構造にあるカーボンブ
ラックについて記載されており、その前駆体となる金属
微粒子をシーディングしたカーボンブラックについても
述べられている。実施例には、金属微粒子の粒子径につ
いての具体的な記載はないが、成長してきた炭素繊維の
太さが20〜50nmであることおよび、気相成長炭素
繊維の成長メカニズムから見て、これとほぼ同等の粒子
径であると推定される。
【0003】
【目的】本発明の目的は、従来にない超微細なNi粒子
を担持させたカーボンブラック複合体を提供する点にあ
る。
【0004】
【発明の構成】本発明の一つは、カーボンブラック表面
上に数平均粒子径が15nm以下のニッケル微粒子を担
持させたカーボンブラック複合体に関する。本発明の他
の一つは、カーボンブラックとニッケル塩の混合物を1
80℃以上300℃以下の温度に加熱処理してニッケル
微粒子をカーボンブラック表面に担持させることを特徴
とするニッケル微粒子を担持させたカーボンブラック複
合体の製造方法に関する。
【0005】前記ニッケル塩としては、有機塩のニッケ
ル塩などの比較的低い温度で熱分解し、金属ニッケルを
放出するようなものが好ましく、例えば、酢酸ニッケ
ル、シュウ酸ニッケル、蟻酸ニッケルなどが挙げられる
が、とりわけ蟻酸ニッケルが好ましい。本発明に用られ
る蟻酸ニッケル〔Ni(HCOO)2〕は、200℃前
後で下記に示す熱分解反応を起こして金属ニッケルを放
出する。
【化1】 この反応で生じた金属ニッケルは、空気に直接触れない
限り、極めて反応性、還元性が高く触媒活性が高い。本
発明では、とくに蟻酸ニッケル水溶液にカーボンブラッ
クを添加分散させた懸濁液を噴霧乾燥し、カーボンブラ
ック表面に蟻酸ニッケルを均一に析出させ、さらにそれ
を180〜300℃で熱処理すると、超微粒でかつ粒子
径の揃ったニッケル粒子を均一にカーボンブラック表面
に担持複合することができる。このニッケル微粒子の数
平均粒子径(D1)は15nm以下、体積平均粒子径
(D2)は23nm以下、好ましくは7〜16nmであ
り、D1/D2の比は1.53以下、好ましくは1.35
〜1.50である。
【0006】カーボンブラック懸濁液を調製する場合、
カーボンブラックができるだけ均一に分散されるように
少量のアルコールや界面活性剤などを添加することが好
ましい。分散手段としては、機械的撹拌や超音波処理な
ど通常の分散手段を用いて分散させることができる。
【0007】噴霧乾燥に用いられる装置としては、通常
使用されているもので十分であり、例えば、噴霧装置が
回転ディスク式で熱風との接触が並流方式のものなどを
用いることができる。噴霧乾燥条件としては特殊なもの
はないが、ニッケル塩が蟻酸ニッケルの場合は、噴霧乾
燥品の温度が180℃を超えないようにすることが重要
である。なぜなら、この温度を超えると蟻酸ニッケルが
熱分解する可能性が高まるからであり、このため噴霧乾
燥品の温度は100〜110℃とするのが好ましい。
【0008】加熱処理の方法としては、種々の方法が適
用できるが、空気、特に酸素に直接触れない状態で行な
う必要がある。加熱処理時の雰囲気としては、不活性ガ
スであるHe、Ne、Ar、XeやN2、H2、CO2
CO、H2Oなどの非酸化性ガスもしくは、これらの混
合ガス中で熱処理することができるが、より望ましく
は、加熱処理温度以上の沸点をもつ有機溶剤中で熱処理
することが挙げられる。有機溶剤としてはジエチレング
リコール、ブチルカルビトール、ジフェニルエーテル、
ビフェニールなどが本発明での熱処理媒体として好適で
ある。これにより加熱処理後も溶剤中に浸しておくこと
で空気に直接、触れることを避けることができる。熱処
理は180〜300℃で行なわれるがニッケル粒子同士
の焼結を避けるためには180〜250℃の条件がさら
に好ましい。また熱処理時間では、あまり長すぎるとニ
ッケル粒子同士の焼結が起きるので30分以内の条件が
望ましい。しかし、加熱温度が低く、加熱時間があまり
に短いと蟻酸ニッケルから金属ニッケルへの分解反応が
終了しないこともあるので、熱処理条件は200〜25
0℃の温度で15〜30分の熱処理が最も望ましい。
【0009】
【実施例】蟻酸ニッケル2水和塩〔Ni(HCOO)2
・2H2O;和光純薬(株)製〕63.0gを2.0リ
ッットルの脱イオン水に溶解し、その液にカーボンブラ
ック30gを添加した。またカーボンブラックの分散剤
としてエチルアルコール20mlを添加した後、市販の
プロペラ型撹拌装置で1昼夜撹拌し、よく分散させて噴
霧乾燥用懸濁液を調製した。懸濁液は表1にその理化学
性状を示した4種類のカーボンブラックを用いて調製し
た。カーボンブラック懸濁液は、スプレードライヤー
〔大川原化工機(株)製L−8型〕により製品粒径20〜
30μm、製品温度100±5℃という条件で噴霧乾燥
した。得られた噴霧乾燥品1gに対し10mlのジフェ
ニルエーテル〔C65OC65 沸点250℃、関東化
学(株)製〕を添加し、250℃で15分間、加熱処理
し、超微粒ニッケル複合カーボンブラックを得た。
【表1】
【0010】本発明のカーボンブラックに複合されたニ
ッケル粒子の電子顕微鏡による粒子径の測定結果を表2
〜3に示した。比較例として、噴霧乾燥方法を用いずに
減圧乾燥法によって得られたニッケル複合カーボンブラ
ックの測定結果を比較例1に示した。さらに、カーボン
ブラックを添加せず、蟻酸ニッケル単独をジフェニルエ
ーテル中で実施例と同一条件で加熱処理して得られたニ
ッケル粒子の測定結果を比較例2に示した。この結果か
ら明らかなように、同じ蟻酸ニッケル・カーボンブラッ
ク懸濁液を用いても乾燥方法によりニッケル粒子の粒子
径が異なり、噴霧乾燥を用いた実施例1〜4は減圧乾燥
を用いた比較例1に比較して数平均粒子径が著しく小さ
くなっており、かつ粒子径のバラツキの目安となる体積
平均径との比D1/D2も小さくなっていて、均一に微粒
化されていることが理解される。
【表2】
【表3】
【0011】<水素添加触媒性能>実施例と比較例で調
製した各サンプルについて、図1に示す装置を用い、フ
ェニルアセチレンに対する水素添加触媒活性を測定し
た。スターラーに置かれた反応フラスコに、アセチレン
1g、特級エタノール40mlおよび触媒(実施例、比
較例に示したそれぞれの触媒をNiとして0.5g)よ
りなる組成物を加え、系を20℃に保ちつつ、高純度水
素ガスを供給して、下記の反応式
【化2】 に従ってフェニルアセチレンをスチレンを経てエチルベ
ンゼンに変換した。この反応において反応開始後40分
間で吸収される水素量をガスビレットにより測定し、こ
れを標準状態(25℃、1気圧)での量に換算した。そ
の結果を表4に示す。なお、市販のラネーニッケル触媒
を用いた結果を比較例3として示した。表4の結果から
明らかなように、本発明のニッケル超微粒子担持カーボ
ンブラック複合体は水素添加触媒として用いられ、かつ
同じニッケルが原料であるラネーニッケルよりも優れた
性能を有していることは表中の水素吸収量の差から明ら
かである。
【表4】
【0012】
【効果】本発明の超微粒子ニッケルを担持させたカーボ
ンブラック複合体は、複合されたニッケル微粒子が超微
粒でかつ均一なため、触媒材料として優れ、触媒機能を
要求される電極材料、例えばガス拡散電極材料などに有
用である。また、カーボンブラックに複合してあるた
め、トナー現像用着色材料、磁性塗料用材料などの用途
にも使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】フェニルアセチレンに対する水素添加触媒活性
測定装置の説明図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C07C 15/073 15/46 C08L 21/00 C23C 18/08

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 カーボンブラック表面上に数平均粒子径
    が15nm以下のニッケル微粒子を担持させたカーボン
    ブラック複合体。
  2. 【請求項2】 前記ニッケル微粒子の体積平均粒子径が
    23nm以下である請求項1記載のカーボンブラック複
    合体。
  3. 【請求項3】 前記ニッケル微粒子の数平均粒子径(D
    1)と体積平均粒子径(D2)の比が1.53以下である
    請求項1または2記載のカーボンブラック複合体。
  4. 【請求項4】 カーボンブラックとニッケル塩の混合物
    を180℃以上300℃以下の温度に加熱処理してニッ
    ケル微粒子をカーボンブラック表面に担持させることを
    特徴とするニッケル微粒子を担持させたカーボンブラッ
    ク複合体の製造方法。
  5. 【請求項5】 前記加熱処理が、加熱処理温度以上の沸
    点をもつ有機溶剤中で行われる請求項4記載の製造方
    法。
  6. 【請求項6】 ニッケル塩が蟻酸ニッケルである請求項
    4または5記載の製造方法。
  7. 【請求項7】 蟻酸ニッケル水溶液にカーボンブラック
    を分散させた懸濁液を噴霧乾燥させて前記カーボンブラ
    ックとニッケル塩の混合物を調製する請求項4、5また
    は6記載のニッケル微粒子を担持させたカーボンブラッ
    ク複合体の製造方法。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2007083831A1 (ja) * 2006-01-20 2007-07-26 Showa Denko K.K. プレートレット型スリット気相法炭素繊維およびその製造方法
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