JPH09936A - Method for producing polyolefin-coated carbon carrier - Google Patents
Method for producing polyolefin-coated carbon carrierInfo
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 従来のポリオレフィン被覆カーボン担体の製
造では、得られたカーボン担体の乾燥に加熱乾燥を使用
するため、粒子の凝集が進行し、得られる電極の電極特
性が低下してしまうという欠点があった。本発明は、溶
媒を使用して電極粒子を製造する際に、粒子の凝集を進
行させることなく、均一組成の小径の電極粒子を調製で
きる方法を提供することを目的とする。
【構成】 ポリオレフィンとカーボン担体を、該ポリオ
レフィンを溶媒和できる溶媒中で混合し、冷却後、噴霧
乾燥により前記溶媒を除去して前記カーボン担体上にポ
リオレフィンの均一被膜を形成する。溶媒和により形成
される実質的なポリオレフィンの最小単位が噴霧乾燥に
よりそのまま維持されてカーボン担体上に均一で粒径の
細かい状態で担持される。(57) [Abstract] [Purpose] In the conventional production of a carbon support coated with polyolefin, since heat drying is used to dry the obtained carbon support, particle agglomeration proceeds and the electrode characteristics of the obtained electrode deteriorate. There was a drawback that it would end up. An object of the present invention is to provide a method capable of preparing electrode particles having a uniform composition and a small diameter without advancing the aggregation of the particles when the electrode particles are produced using a solvent. [Structure] A polyolefin and a carbon carrier are mixed in a solvent capable of solvating the polyolefin, and after cooling, the solvent is removed by spray drying to form a uniform film of the polyolefin on the carbon carrier. Substantially the minimum unit of polyolefin formed by solvation is maintained as it is by spray drying and is supported on the carbon support in a uniform and fine particle state.
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、リン酸型燃料電池など
の電気化学用セルのネットワーク基材であるフッ素化ポ
リオレフィン被覆カーボン担体の中間体として有用なポ
リオレフィン被覆カーボン担体の製造方法、及び該カー
ボン担体を使用するフッ素化ポリオレフィン被覆カーボ
ン担体及びガス拡散電極の製造方法に関し、より詳細に
は前記被覆をより均一に形成できる前記カーボン担体等
の製造方法に関する。FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a method for producing a polyolefin-coated carbon carrier which is useful as an intermediate for a fluorinated polyolefin-coated carbon carrier which is a network substrate of an electrochemical cell such as a phosphoric acid fuel cell, and a method for producing the same. The present invention relates to a method for producing a fluorinated polyolefin-coated carbon carrier and a gas diffusion electrode using a carbon carrier, and more particularly to a method for producing the carbon carrier and the like, which can form the coating more uniformly.
【0002】[0002]
【従来技術及び問題点】触媒層と該触媒層に接するガス
拡散層から成る燃料電池等の電気化学セルの該ガス拡散
層は、例えばカーボンブラック等と撥水性のポリテトラ
フルオロエチレン(以下PTFEという)の微粉末の混
合物を塗布又は圧着するなどした後、あるいはカーボン
ペーパにPTFEを付着シンタした後、使用されてい
る。しかしガス拡散層は、長時間に渡ってガス供給能を
維持するために多量のPTFEを必要とし、その結果カ
ーボンブラック粒子間の細孔が前記PTFEにより閉塞
されてガス供給能の低下を招き、その結果電池などに使
用した場合に能力低下を来すことがある。2. Description of the Related Art The gas diffusion layer of an electrochemical cell such as a fuel cell comprising a catalyst layer and a gas diffusion layer in contact with the catalyst layer is, for example, carbon black and water repellent polytetrafluoroethylene (hereinafter referred to as PTFE). ) Is used after applying or press-bonding the mixture of the fine powder of (1) or after the PTFE is adhered to the carbon paper. However, the gas diffusion layer requires a large amount of PTFE in order to maintain the gas supply ability for a long time, and as a result, the pores between the carbon black particles are blocked by the PTFE, leading to a reduction in the gas supply ability. As a result, the performance may be deteriorated when used for a battery or the like.
【0003】他方前記触媒層はガス流通路と電解液流通
路としての機能を有し、前記ガス拡散層から供給される
反応ガスは前記触媒層中のガス流通路内を拡散し、これ
と接する電解液中に溶解して該電解液中の触媒上で電極
反応を行なうようになっている。しかし触媒層中にも長
時間運転により前記ガス流通路中に電解液が浸入してガ
ス供給能が低下すると、電池性能の極端な低下を招来す
る。これを回避すべく撥水剤の量を増加させると触媒層
中に電解液が入りにくくなり、触媒が反応に関与できな
くなって、やはり電池性能の低下を来すことになる。On the other hand, the catalyst layer has a function as a gas flow passage and an electrolyte flow passage, and the reaction gas supplied from the gas diffusion layer diffuses in the gas flow passage in the catalyst layer and is in contact therewith. It is designed to be dissolved in an electrolytic solution to carry out an electrode reaction on a catalyst in the electrolytic solution. However, if the electrolytic solution infiltrates into the gas flow passage in the catalyst layer due to long-term operation and the gas supply ability is lowered, the cell performance is extremely lowered. If the amount of the water repellent agent is increased in order to avoid this, it becomes difficult for the electrolytic solution to enter the catalyst layer, the catalyst cannot participate in the reaction, and the battery performance is also deteriorated.
【0004】これらの欠点を解消するために本出願人ら
は、カーボンブラック(CB)担体等の表面に、ポリエ
チレン(PE)等の高分子化合物分散液を含浸担持し、
溶媒を揮発した後に、前記高分子化合物をフッ素化し
て、前記担体をフッ素化高分子化合物で被覆する方法を
提案した(特開平2−298523号公報)。この方法は、撥
水化処理されたカーボンブラック担体の製造方法として
優れているが、高分子化合物を溶解して完全に均一な分
散液とすることは比較的困難であり、しかも分散液中の
ポリエチレン粒子がそれ程細かくできないために、結果
的にPE/CBの表面の被覆が不均一になったりすると
いう欠点がある。前記担体上に生成するフッ素化高分子
化合物層を更に均一に薄膜化できると、より以上の活性
を有する電池等を製造することが可能になる。In order to solve these drawbacks, the present applicants impregnate and support a polymer compound dispersion liquid such as polyethylene (PE) on the surface of a carbon black (CB) carrier or the like,
A method has been proposed in which the polymer compound is fluorinated after the solvent is volatilized, and the carrier is coated with a fluorinated polymer compound (JP-A-2-298523). This method is excellent as a method for producing a water-repellent treated carbon black carrier, but it is relatively difficult to dissolve the polymer compound into a completely uniform dispersion liquid, and moreover, Since the polyethylene particles cannot be made so fine, there is a drawback that the surface coating of PE / CB becomes uneven. If the fluorinated polymer compound layer formed on the carrier can be made into a more uniform thin film, it becomes possible to manufacture a battery or the like having higher activity.
【0005】この他に本出願人らは、ポリエチレンの微
粒子とカーボンブラック粒子を均一に混合し、熱処理す
ることにより、ポリエチレンを溶融し、担体表面に拡散
させた後、フッ素化する方法も提案した(特願平5−80
228 号)。しかしこの方法は、ポリエチレン粒子と担体
との接触が点接触であり、加熱により溶融したポリエチ
レンが担体上を広がるにしても完全に均一には分散せ
ず、条件によっては担体表面の一部がポリエチレンで被
覆されなかったり、凹凸が生じたりする欠点がある。In addition to the above, the present applicants also proposed a method in which polyethylene fine particles and carbon black particles are uniformly mixed and heat-treated to melt the polyethylene so that the polyethylene is diffused on the carrier surface and then fluorinated. (Japanese Patent Application 5-80
No. 228). However, in this method, the contact between the polyethylene particles and the carrier is point contact, and even if the polyethylene melted by heating spreads on the carrier, it does not disperse completely uniformly, and depending on the conditions, part of the carrier surface may be polyethylene. There is a defect that it is not covered with and unevenness occurs.
【0006】本出願人らは、更にこの欠点を解消するた
めに、つまりフッ素化ポリオレフィン被覆カーボン担体
の前駆体であるポリオレフィン被覆カーボン担体のポリ
オレフィン被覆をより均一に分散し形成するために、ポ
リオレフィンとカーボン担体を、該ポリオレフィンを溶
媒和できる溶媒中で、ポリオレフィンの融点以上で混合
し、その後急冷することにより、ポリオレフィンを微細
状態で前記カーボン担体上に担持する方法を提案した
(特願平6−332459号)。この方法により従来のポリオ
レフィン被覆カーボン担体より均一で粒径の細かいポリ
オレフィン被覆カーボン担体が製造できるが、このカー
ボン担体も完全に満足できる性能を有するわけでなく更
に性能の高いポリオレフィン被覆カーボン担体が要請さ
れている。To further overcome this drawback, the Applicants have found that in order to more uniformly disperse and form the polyolefin coating of the polyolefin-coated carbon support, which is the precursor of the fluorinated polyolefin-coated carbon support, A method has been proposed in which a carbon carrier is mixed in a solvent capable of solvating the polyolefin above the melting point of the polyolefin, and then rapidly cooled to support the polyolefin in a fine state on the carbon carrier (Japanese Patent Application No. 6- No. 332459). By this method, a polyolefin-coated carbon carrier which is more uniform and has a smaller particle size than the conventional polyolefin-coated carbon carrier can be produced. However, this carbon carrier does not have completely satisfactory performance, and a higher-performance polyolefin-coated carbon carrier is required. ing.
【0007】[0007]
【発明の目的】本発明はこの要請に応えるもので、従来
技術により得られるポリオレフィン被覆カーボン担体よ
りも更に粒径が細かく均一な粒径分布を有するポリオレ
フィンが被覆されたカーボン担体の製造方法を提供する
ことも目的とする。An object of the present invention is to meet this need, and to provide a method for producing a carbon carrier coated with a polyolefin having a finer particle size and a uniform particle size distribution than the polyolefin-coated carbon carrier obtained by the prior art. It is also intended to do.
【0008】[0008]
【問題点を解決するための手段】本発明は、ポリオレフ
ィンとカーボン担体を、該ポリオレフィンを溶媒和でき
る溶媒中で、ポリオレフィンの融点以上で混合し、冷却
後、噴霧乾燥により前記溶媒を除去し、前記カーボン担
体上にポリオレフィンの均一被膜を形成することによる
ポリオレフィン被覆カーボン担体の製造方法であり、こ
のようにして製造されたポリオレフィン被覆カーボン担
体はポリオレフィンをフッ素化してフッ素化ポリオレフ
ィン被覆カーボン担体を製造しても良く、更に該フッ素
化ポリオレフィン被覆カーボン担体はガス拡散電極の電
極材料として使用できる。According to the present invention, a polyolefin and a carbon carrier are mixed in a solvent capable of solvating the polyolefin at a melting point of the polyolefin or higher, and after cooling, the solvent is removed by spray drying, A method for producing a polyolefin-coated carbon carrier by forming a uniform coating of polyolefin on the carbon carrier, wherein the polyolefin-coated carbon carrier produced in this manner is fluorinated polyolefin to produce a fluorinated polyolefin-coated carbon carrier. Further, the carbon support coated with fluorinated polyolefin can be used as an electrode material for a gas diffusion electrode.
【0009】以下、本発明の詳細について説明する。本
発明では前述の従来技術のカーボン担体とポリオレフィ
ンの接触点が少ないことによる均一化の抑制を回避する
ために、前記カーボン担体とポリオレフィンとの初期の
接触段階で該ポリオレフィン粒子をできる限り小さくし
て前記接触点を増加させ、最終的なポリオレフィンの分
布を、より均一な薄膜状とするとともに、カーボン担体
の凝集や粒子成長を招きやすい加熱乾燥に代えて噴霧乾
燥を採用する。本発明で使用できるカーボン担体とし
て、カーボンブラック、活性炭、無定形炭素等の炭素単
体があり、カーボンブラックを使用することが望まし
い。Hereinafter, the present invention will be described in detail. In the present invention, in order to avoid the suppression of homogenization due to the small number of contact points between the carbon carrier and the polyolefin in the above-mentioned prior art, the polyolefin particles are made as small as possible in the initial contact stage of the carbon carrier and the polyolefin. The number of contact points is increased to make the final polyolefin distribution more uniform and thin, and spray drying is adopted instead of heat drying which tends to cause aggregation and particle growth of the carbon carrier. Examples of the carbon carrier that can be used in the present invention include simple carbon such as carbon black, activated carbon, and amorphous carbon, and it is preferable to use carbon black.
【0010】本発明で使用できるポリオレフィンとして
比較的分子量が小さく流動性の失われていないポリエチ
レンやポリプロピレン等があり、ポリエチレンを使用す
ることが望ましい。ポリオレフィンの微細化のために、
本発明では、ポリオレフィンを溶媒中で溶媒和させる。
完全に溶媒和した状態のポリオレフィン特にポリエチレ
ンは、ほぼ単繊維状に溶媒中に存在し、該単繊維の状態
が事実上ポリオレフィンの最小存在単位と考えられる。
従ってこの状態のままポリオレフィンをカーボン担体上
に析出させると、最も微細で均一に分散したポリオレフ
ィン被覆カーボン担体が製造できることになる。Polyolefins that can be used in the present invention include polyethylene and polypropylene, which have a relatively small molecular weight and do not lose fluidity, and it is preferable to use polyethylene. For the miniaturization of polyolefin,
In the present invention, the polyolefin is solvated in a solvent.
The completely solvated polyolefin, especially polyethylene, exists in the solvent in a substantially single fiber state, and the state of the single fiber is considered to be the minimum existence unit of the polyolefin.
Therefore, if the polyolefin is deposited on the carbon support in this state, the finest and most uniformly dispersed polyolefin-coated carbon support can be produced.
【0011】該ポリオレフィンを溶媒和できる溶媒とし
ては、ポリオレフィンの種類によっても異なるが、例え
ばポリエチレンの場合には、n−ヘキサン、n−ペンタ
ン、n−ヘプタン、ジオキサン及びクロロホルム等があ
る。この溶媒中にポリエチレン等のポリオレフィンとカ
ーボン担体を投入し、ポリオレフィンの融点以上の高温
及び溶媒の沸騰を防止するための高圧(溶媒の種類にも
よるが、通常は3.5 〜30kg/cm2 )下で、熱処理す
るとポリオレフィンがほぼ完全に溶媒和される(勿論、
この熱処理温度は溶媒の臨界温度以下に抑えなければな
らず、例えばポリエチレンの場合その融点である110 ℃
から臨界温度235 ℃の間で熱処理を行なう)。The solvent capable of solvating the polyolefin varies depending on the type of the polyolefin, but in the case of polyethylene, for example, n-hexane, n-pentane, n-heptane, dioxane and chloroform are used. Put a polyolefin such as polyethylene and a carbon carrier in this solvent, and under a high temperature above the melting point of the polyolefin and at a high pressure to prevent boiling of the solvent (normally 3.5 to 30 kg / cm 2 ). So, when heat-treated, the polyolefin is almost completely solvated (of course,
This heat treatment temperature must be kept below the critical temperature of the solvent. For example, in the case of polyethylene, its melting point is 110 ° C.
To the critical temperature of 235 ℃).
【0012】次いでこの溶媒和したポリオレフィンとカ
ーボン担体の混合溶液を冷却、好ましくは水冷やコンデ
ンサ中への投入などの手法により急冷すると、溶媒和し
たポリオレフィンが近接するカーボン担体上へ微細な状
態を維持したまま析出する。前述の溶媒和したポリオレ
フィンが最小存在単位であるため、カーボン担体上に析
出した溶媒和したポリオレフィンも最小の存在単位であ
り、従って最大の接触点を有し、その後の溶融によりポ
リオレフィンがカーボン担体上を拡散して生ずるポリオ
レフィン薄膜は最大限の均一性を有している。Then, the mixed solution of the solvated polyolefin and the carbon carrier is cooled, preferably by quenching by a method such as water cooling or charging into a condenser, so that the solvated polyolefin maintains a fine state on the adjacent carbon carrier. It precipitates as it is. Since the above-mentioned solvated polyolefin is the minimum existing unit, the solvated polyolefin deposited on the carbon carrier is also the minimum existing unit, and therefore has the maximum contact point, and the subsequent melting causes the polyolefin to stay on the carbon carrier. The polyolefin thin film formed by diffusing is the most uniform.
【0013】しかしながらこれらのポリオレフィンは相
互に絡み合った状態にありこのまま加熱乾燥すると、加
えられる熱のため単繊維状のポリオレフィンがこのまま
凝集しあるいは粒子が成長して硬化し、以降の粉砕工程
等で粒度がばらつき均一なカーボン担体粒子を得にくく
なる。従って本発明では、前述の最も微細で均一に分散
したポリオレフィン被覆カーボン担体を冷却後、濾過し
加熱乾燥するのではなく、溶媒に懸濁したポリオレフィ
ン被覆カーボン担体を噴霧乾燥することにより溶媒を除
去する。この噴霧乾燥とはノズル等の細径部を溶媒に懸
濁した粒子を比較的高速で噴霧させることにより前記溶
媒を蒸発させて乾燥するもので、前記ポリオレフィンの
凝集や粒子成長がなく均一で細かいポリオレフィン被覆
カーボン担体が得られる。However, these polyolefins are intertwined with each other, and if they are heated and dried as they are, the single fiber-like polyolefins agglomerate or particles grow and harden due to the heat applied, and the particle size is increased in the subsequent pulverization step or the like. It becomes difficult to obtain uniform carbon carrier particles. Therefore, in the present invention, the solvent is removed by spray-drying the polyolefin-coated carbon carrier suspended in the solvent after cooling the above-mentioned finest and most uniformly dispersed polyolefin-coated carbon carrier and then filtering and heating and drying. . This spray drying is a method of evaporating and drying the solvent by spraying particles having a small diameter portion such as a nozzle suspended in a solvent at a relatively high speed. A polyolefin-coated carbon support is obtained.
【0014】前記噴霧は窒素ガス等の不活性ガスを用い
てスプレーすれば良く、つまりポリオレフィン被覆カー
ボン担体の有機溶媒懸濁液をノズル等の小径の通路を比
較的高速で通過させる。この際に前記ノズルは径が小さ
いため前記有機溶媒は微細な液滴として通過する。従っ
て前記カーボン担体は凝集状態ではなく比較的小さいク
ラスター状として通過する。その際に随伴される個々の
液滴を構成する有機溶媒量も少なく、ノズルから噴霧さ
れることにより容易に揮発し、特別の乾燥処理を行うこ
となく有機溶媒は除去され、カーボン担体が凝集するこ
とが殆どない。The atomization may be performed by using an inert gas such as nitrogen gas, that is, the organic solvent suspension of the polyolefin-coated carbon carrier is passed at a relatively high speed through a small diameter passage such as a nozzle. At this time, since the nozzle has a small diameter, the organic solvent passes as fine droplets. Therefore, the carbon carrier passes in the form of relatively small clusters, not in an aggregated state. At that time, the amount of the organic solvent that composes the individual droplets is small, and the organic solvent is easily volatilized by being sprayed from the nozzle, the organic solvent is removed without performing a special drying treatment, and the carbon carrier aggregates. Almost never.
【0015】前記ノズルの径は0.1 〜2mm程度とし、
このノズル内を1〜10g/分程度の割合で前記懸濁液が
通過するような圧力、好ましくは0.5 〜1.5 kg/cm
2 を印加する。又ノズルの入口側を比較的高温例えば60
〜160 ℃とし、前記有機溶媒懸濁液をノズルを通して常
温の大気又は窒素ガス等の不活性ガス雰囲気中に放散さ
せることにより有機溶媒を揮発させると特に乾燥操作を
行うことなく、つまりノズルを通過させるのみでカーボ
ン担体粒子の調製操作と乾燥操作を同時に行うことがで
きる。このように調製された粒子の粒径は1〜50μmと
なるようにすることが望ましい。The diameter of the nozzle is about 0.1 to 2 mm,
The pressure at which the suspension passes through the nozzle at a rate of about 1 to 10 g / min, preferably 0.5 to 1.5 kg / cm.
Apply 2 . Also, the inlet side of the nozzle is relatively hot, for example 60
To 160 ° C., and the organic solvent suspension is diffused through the nozzle into the atmosphere at room temperature or an inert gas atmosphere such as nitrogen gas to volatilize the organic solvent without performing a drying operation, that is, passing through the nozzle. The preparation operation and the drying operation of the carbon carrier particles can be simultaneously performed only by performing the above. It is desirable that the particles thus prepared have a particle size of 1 to 50 μm.
【0016】このように製造したポリオレフィン被覆カ
ーボン担体は、必要に応じてフッ素化することによりフ
ッ素化ポリオレフィン被覆カーボン担体に変換される。
該変換は従来技術に従って行なえば良く、例えば不活性
ガスで希釈したフッ素ガス雰囲気中に前記ポリオレフィ
ン被覆カーボン担体を位置させるだけでフッ素化反応が
進行する。勿論若干加熱して反応速度を上昇させること
も可能である。このフッ素化ポリオレフィン被覆カーボ
ン担体は、前述のポリオレフィン被覆カーボン担体と同
様にフッ素化ポリオレフィン薄膜が最大限の均一性を有
している。従って該フッ素化ポリオレフィン被覆カーボ
ン担体を濾過転写法又は該担体をペースト化して印刷す
る方法等の湿式法、又はスクリーンと吸引を使用する等
の乾式法のいずれかにより燃料電池等の電気化学セルの
電極のガス拡散電極の触媒層及び/又はガス拡散層とし
て構成すると、均一に分布するフッ素化ポリオレフィン
がほぼ完全に触媒層又はガス拡散層のカーボンブラック
粒子を被覆し、従って長時間運転を継続しても、電解液
の浸透による触媒性能の劣化が生ずることが殆どなく、
長寿命が確保される。The polyolefin-coated carbon carrier thus produced is converted into a fluorinated polyolefin-coated carbon carrier by fluorinating if necessary.
The conversion may be carried out according to a conventional technique, and for example, the fluorination reaction proceeds only by positioning the polyolefin-coated carbon support in a fluorine gas atmosphere diluted with an inert gas. Of course, it is possible to increase the reaction rate by heating a little. In this fluorinated polyolefin-coated carbon carrier, the fluorinated polyolefin thin film has maximum uniformity as in the above-mentioned polyolefin-coated carbon carrier. Therefore, the fluorinated polyolefin-coated carbon carrier may be used in a fuel cell or other electrochemical cell by a wet method such as a filtration transfer method or a method in which the carrier is pasted and printed, or a dry method such as using a screen and suction. When configured as a catalyst layer and / or a gas diffusion layer of an electrode gas diffusion electrode, the uniformly distributed fluorinated polyolefin almost completely covers the carbon black particles of the catalyst layer or gas diffusion layer, and thus the operation is continued for a long time. However, the catalyst performance hardly deteriorates due to the permeation of the electrolytic solution,
Long life is secured.
【0017】[0017]
【実施例】次に本発明に係わるポリオレフィン被覆カー
ボン担体の製造方法等に関する実施例を説明するが、本
実施例は本発明を限定するものではない。EXAMPLES Next, examples relating to the method for producing the polyolefin-coated carbon carrier according to the present invention will be explained, but the present examples do not limit the present invention.
【実施例1】カーボンブラック(デンカ・ブラック)及
びポリエチレン(三井石油化学株式会社製U1tZex
のペレット状サンプル)を68:32(重量比)となるよう
に秤量し、混合後、n−ヘキサン中に投入し、スラリ化
した。Example 1 Carbon black (Denka Black) and polyethylene (U1tZex manufactured by Mitsui Petrochemical Co., Ltd.)
Pellet-like sample) was weighed so as to be 68:32 (weight ratio), mixed, and then poured into n-hexane to form a slurry.
【0018】170 ℃及び11kg/cm2 の高温高圧条件
で10時間攪拌し前記ポリエチレンを十分に溶媒和させた
後、水冷により急速に冷やした。次いでこのポリエチレ
ンを被覆したカーボンブラックのn−ヘキサン懸濁液
を、ノズル内径が0.7 mmで内部を100 ℃に加熱したス
プレーの内部に入れ、噴霧圧1kg/cm2 、送液速度
5g/分で大気中に噴霧したところ、粒径が7〜13μm
のポリエチレン被覆カーボンブラック粒子が得られた。
その粒径分布を図1のグラフに示した。図1のグラフの
横軸は対数目盛りである。次いでこのポリエチレン被覆
カーボンブラック粒子をフッ素ガス10%を含むアルゴン
ガス中でフッ素化してフッ素化ポリエチレン被覆カーボ
ンブラック粒子を得た。The polyethylene was sufficiently solvated by stirring at 170 ° C. under a high temperature and high pressure condition of 11 kg / cm 2 for 10 hours, and then rapidly cooled by water cooling. Then, this n-hexane suspension of carbon black coated with polyethylene was put into the inside of a spray having a nozzle inner diameter of 0.7 mm and the inside heated to 100 ° C., and the spray pressure was 1 kg / cm 2 , and the liquid feeding rate was 5 g / min. When sprayed in the air, the particle size is 7 to 13 μm
Polyethylene-coated carbon black particles were obtained.
The particle size distribution is shown in the graph of FIG. The horizontal axis of the graph of FIG. 1 is a logarithmic scale. Next, the polyethylene-coated carbon black particles were fluorinated in an argon gas containing 10% fluorine gas to obtain fluorinated polyethylene-coated carbon black particles.
【0019】当初、熱処理前のポリエチレン担持時、及
び噴霧乾燥後のカーボンブラックの比表面積は、それぞ
れ74m2 /g、34m2 /g及び30m2 /gであり、熱処
理前及び熱処理後の当初比表面積に対する減少率は−54
%及び−60%であった。図2〜図5は、一連の製造工程
におけるカーボンブラック粒子の表面組織を示す顕微鏡
写真であり、図2aは未処理のカーボンブラック粒子の
5万倍顕微鏡写真、図2bは同じく5百倍顕微鏡写真、
図3aはポリエチレン被覆後のカーボンブラック粒子の
5万倍顕微鏡写真、図3bは同じく5百倍顕微鏡写真、
図4aは熱処理後のカーボンブラック粒子の5万倍顕微
鏡写真、図4bは同じく5百倍顕微鏡写真、図5aはフ
ッ素化後のカーボンブラック粒子の5万倍顕微鏡写真、
図5bは同じく5百倍顕微鏡写真である。[0019] Initially, when polyethylene bearing before the heat treatment, and the specific surface area of the carbon black after spray drying are each 74m 2 / g, 34m 2 / g and 30 m 2 / g, the initial ratio of before and after heat heat treatment Reduction rate for surface area is -54
% And -60%. 2 to 5 are micrographs showing the surface texture of carbon black particles in a series of manufacturing steps, FIG. 2a is a 50,000 times micrograph of untreated carbon black particles, and FIG.
FIG. 3a is a 50,000-times micrograph of carbon black particles after coating with polyethylene, and FIG.
FIG. 4a is a 50,000 times micrograph of the carbon black particles after heat treatment, FIG. 4b is the same 500 times micrograph, and FIG. 5a is a 50,000 times micrograph of the fluorinated carbon black particles.
FIG. 5b is also a 5 × magnification micrograph.
【0020】[0020]
【比較例1】水冷による急冷までは実施例1と同一操作
を行ない、その後濾過し得られたポリエチレン担持カー
ボンブラックを粉砕し、窒素雰囲気のロータリキルン中
190℃で1時間で熱処理を行ない、ポリエチレン被覆カ
ーボンブラックとした。その粒径分布を図6のグラフに
示した。図6のグラフの横軸は対数目盛りである。当
初、熱処理前のポリエチレン担持時、及び熱処理後のカ
ーボンブラックの比表面積は、それぞれ74m2 /g、34
m2 /g及び28m2 /gであり、熱処理前及び熱処理後
の当初比表面積に対する減少率は−54%及び−62%であ
った。図1と図6のグラフを比較すると、図1のカーボ
ンブラックの粒径分布が粒径約10μmの中心とする正規
分布で均一で細かい粒径を有するのに対し、図6では最
大粒径頻度は約80μmで粒径が粗くかつ粒径分布も均一
でないことが判る。[Comparative Example 1] The same operation as in Example 1 was carried out until quenching by water cooling, and then the polyethylene-supported carbon black obtained by filtration was crushed and placed in a rotary kiln in a nitrogen atmosphere.
Heat treatment was performed at 190 ° C. for 1 hour to obtain polyethylene-coated carbon black. The particle size distribution is shown in the graph of FIG. The horizontal axis of the graph of FIG. 6 is a logarithmic scale. Initially, the specific surface area of the carbon black when loaded with polyethylene before heat treatment and after heat treatment was 74 m 2 / g and 34, respectively.
m 2 / g and 28 m 2 / g, and the rate of decrease with respect to the initial specific surface area before and after the heat treatment was −54% and −62%. Comparing the graphs of FIG. 1 and FIG. 6, the particle size distribution of the carbon black of FIG. 1 has a uniform and fine particle size with a normal distribution centered at a particle size of about 10 μm, whereas in FIG. Is about 80 μm, the particle size is coarse and the particle size distribution is not uniform.
【0021】[0021]
【発明の効果】本発明は、ポリオレフィンとカーボン担
体を、該ポリオレフィンを溶媒和できる溶媒中で、ポリ
オレフィンの融点以上で混合し、急冷後、噴霧乾燥によ
り前記溶媒を除去し、前記カーボン担体上にポリオレフ
ィンの均一被膜を形成することをポリオレフィン被覆カ
ーボン担体の製造方法(請求項1)である。溶媒和しか
つ急冷されて析出したポリオレフィンは、考えられ得る
最小存在単位であり、これを下回る径のポリオレフィン
は事実上存在しない。従って該溶媒和しカーボン担体上
に担持されたポリオレフィンと該カーボン担体との接触
点のサイト数もほぼ極限値に近く、従ってこれを溶融し
てカーボン担体上に析出させて生成するポリオレフィン
被覆カーボン担体上のポリオレフィンとカーボン担体と
の接触効率が最大であり、ポリオレフィンは最大分散度
でカーボン担体上に分布している。INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, a polyolefin and a carbon carrier are mixed in a solvent capable of solvating the polyolefin at a melting point of the polyolefin or higher, and after quenching, the solvent is removed by spray drying, and then the carbon carrier is applied. Forming a uniform coating of polyolefin is a method for producing a polyolefin-coated carbon carrier (Claim 1). The solvated and quenched polyolefin deposited is the smallest possible unit of existence, with virtually no polyolefin below this size. Therefore, the number of sites at the contact point between the solvated polyolefin supported on the carbon support and the carbon support is also close to the limit value. Therefore, the polyolefin-coated carbon support produced by melting this and depositing it on the carbon support. The efficiency of contact between the above polyolefin and the carbon support is maximum, and the polyolefin is distributed on the carbon support with the maximum degree of dispersion.
【0022】つまり前記溶媒和により製造されるポリオ
レフィン被覆カーボン担体のポリオレフィンは考えられ
得る最高の均一性を有し、この均一性のレベルは当然従
来技術では達成し得なかったレベルである。本発明では
更に、前記溶媒を除去するために従来の加熱乾燥を使用
せず噴霧乾燥を採用するため、前記加熱乾燥により生ず
る粒子の凝集や成長がなく、前述の考えられ得る最高の
均一性が維持される。Thus, the polyolefins of the polyolefin-coated carbon support prepared by the solvation have the highest possible homogeneity, which level is of course unattainable in the prior art. Furthermore, in the present invention, since spray drying is used without using conventional heat drying to remove the solvent, there is no aggregation or growth of particles caused by the heat drying, and the above-mentioned possible highest uniformity is considered. Maintained.
【0023】前記噴霧乾燥は請求項2で特定した条件で
行なうことにより特に望ましいポリオレフィン被覆カー
ボン担体が得られる。前記ポリオレフィンの溶媒和に使
用できる溶媒としては、n−ヘキサン、n−ペンタン、
n−ヘプタン、ジオキサン及びクロロホルム等があり
(請求項3)、なかでもn−ヘキサンを使用することが
望ましい。このように本発明により製造されるポリオレ
フィン被覆カーボン担体のポリオレフィンの均一性は考
えられる最高程度である。By carrying out the spray drying under the conditions specified in claim 2, a particularly desirable polyolefin-coated carbon carrier can be obtained. Solvents that can be used to solvate the polyolefin include n-hexane, n-pentane,
There are n-heptane, dioxane, chloroform and the like (claim 3), and it is preferable to use n-hexane. Thus, the homogeneity of the polyolefin of the polyolefin-coated carbon support produced according to the present invention is at the highest possible level.
【0024】従って該ポリオレフィン被覆カーボン担体
をフッ素化して得られるフッ素化ポリオレフィン被覆カ
ーボン担体(請求項4)のフッ素化ポリオレフィンの均
一性も考えられる最高程度になる。本発明に係わる前記
ポリオレフィン被覆カーボン担体及びフッ素化ポリオレ
フィン被覆カーボン担体は、最終的には燃料電池等の電
気化学セルのガス拡散電極を構成する触媒層及び/又は
ガス拡散層の構成要素である触媒粒子として使用される
(請求項5)ことが多く、該ガス拡散電極は触媒粒子を
被覆するフッ素化ポリオレフィンが最高の均一性を有し
ているため、最高の撥水性と最長の寿命及び該撥水性に
基づく最高のガス透過性を獲得できる。Therefore, the homogeneity of the fluorinated polyolefin of the fluorinated polyolefin-coated carbon carrier (claim 4) obtained by fluorinating the polyolefin-coated carbon carrier is at the highest level possible. The above-mentioned polyolefin-coated carbon carrier and fluorinated polyolefin-coated carbon carrier according to the present invention finally constitute a catalyst layer which constitutes a gas diffusion electrode of an electrochemical cell such as a fuel cell and / or a catalyst which is a constituent element of the gas diffusion layer. Often used as particles (Claim 5), the gas diffusion electrode has the highest homogeneity of the fluorinated polyolefin coating the catalyst particles, resulting in the highest water repellency and longest life and The highest gas permeability based on water can be obtained.
【図1】実施例1で得られたポリオレフィン被覆カーボ
ンブラックの粒径分布を示すグラフ。FIG. 1 is a graph showing the particle size distribution of the polyolefin-coated carbon black obtained in Example 1.
【図2】図2aは未処理のカーボンブラック粒子の5万
倍顕微鏡写真、図2bは同じく5百倍顕微鏡写真。FIG. 2a is a 50,000 times micrograph of untreated carbon black particles, and FIG.
【図3】図3aはポリエチレン被覆後のカーボンブラッ
ク粒子の5万倍顕微鏡写真、図3bは同じく5百倍顕微
鏡写真。FIG. 3a is a 50,000 times micrograph of carbon black particles after coating with polyethylene, and FIG.
【図4】図4aは熱処理後のカーボンブラック粒子の5
万倍顕微鏡写真、図4bは同じく5百倍顕微鏡写真。FIG. 4a is a graph of carbon black particles 5 after heat treatment.
10000x micrograph, Figure 4b is also 5x100 micrograph.
【図5】図5aはフッ素化後のカーボンブラック粒子の
5万倍顕微鏡写真、図5bは同じく5百倍顕微鏡写真。FIG. 5a is a 50,000 times micrograph of carbon black particles after fluorination, and FIG.
【図6】比較例1で得られたポリオレフィン被覆カーボ
ンブラックの粒径分布を示すグラフ。FIG. 6 is a graph showing the particle size distribution of the polyolefin-coated carbon black obtained in Comparative Example 1.
【手続補正書】[Procedure amendment]
【提出日】平成7年8月7日[Submission date] August 7, 1995
【手続補正1】[Procedure Amendment 1]
【補正対象書類名】図面[Document name to be amended] Drawing
【補正対象項目名】全図[Correction target item name] All figures
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【図1】 FIG.
【図2】 [Fig. 2]
【図3】 [Figure 3]
【図4】 FIG. 4
【図5】 [Figure 5]
【図6】 FIG. 6
───────────────────────────────────────────────────── 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 B05D 7/00 B05D 7/00 K H01M 4/88 H01M 4/88 H ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI Technical display location B05D 7/00 B05D 7/00 K H01M 4/88 H01M 4/88 H
Claims (5)
リオレフィンを溶媒和できる溶媒中で、ポリオレフィン
の融点以上で混合し、冷却後、噴霧乾燥により前記溶媒
を除去し、前記カーボン担体上にポリオレフィンの均一
被膜を形成することを特徴とするポリオレフィン被覆カ
ーボン担体の製造方法。1. A polyolefin and a carbon carrier are mixed in a solvent capable of solvating the polyolefin at a temperature not lower than the melting point of the polyolefin, and after cooling, the solvent is removed by spray drying to obtain a uniform coating of the polyolefin on the carbon carrier. A method for producing a polyolefin-coated carbon carrier, which comprises forming
が0.1 〜100 μm、噴霧温度が60〜160 ℃、噴霧圧力が
0.5 〜1.5 kg/cm2 、有機溶媒の沸点が160 ℃以下
である請求項1に記載の製造方法。2. A polyolefin-coated carbon carrier having a particle size of 0.1 to 100 μm, a spray temperature of 60 to 160 ° C., and a spray pressure of
The method according to claim 1, wherein the boiling point of the organic solvent is 0.5 to 1.5 kg / cm 2 , and the boiling point of the organic solvent is 160 ° C. or less.
n−ヘプタン、ジオキサン又はクロロホルムである請求
項1に記載の製造方法。3. The solvent is n-hexane, n-pentane,
The production method according to claim 1, which is n-heptane, dioxane, or chloroform.
リオレフィンを溶媒和できる溶媒中で、ポリオレフィン
の融点以上で混合し、冷却後、噴霧乾燥により前記溶媒
を除去して前記カーボン担体上にポリオレフィンの均一
被膜を形成し、更に該ポリオレフィンをフッ素ガス雰囲
気中でフッ素化し、フッ素化ポリオレフィンに変換する
ことを特徴とするフッ素化ポリオレフィン被覆カーボン
担体の製造方法。4. A uniform film of a polyolefin on a carbon carrier prepared by mixing a polyolefin and a carbon carrier in a solvent capable of solvating the polyolefin at a melting point of the polyolefin or higher, cooling and then removing the solvent by spray drying. And fluorinating the polyolefin in a fluorine gas atmosphere to convert the fluorinated polyolefin into a fluorinated polyolefin.
リオレフィンを溶媒和できる溶媒中で、ポリオレフィン
の融点以上で混合し、冷却後、噴霧乾燥により前記溶媒
を除去して前記カーボン担体上にポリオレフィンの均一
被膜を形成し、更に該ポリオレフィンをフッ素ガス雰囲
気中でフッ素化し、フッ素化ポリオレフィンに変換し、
該フッ素化されたポリオレフィン被覆カーボン担体を触
媒層及び/又はガス拡散層の構成粒子としてガス拡散電
極を構成することを特徴とするガス拡散電極の製造方
法。5. A uniform film of a polyolefin on a carbon carrier prepared by mixing a polyolefin and a carbon carrier in a solvent capable of solvating the polyolefin at a melting point of the polyolefin or higher, cooling and then removing the solvent by spray drying. And further fluorinating the polyolefin in a fluorine gas atmosphere to convert it into a fluorinated polyolefin,
A method for producing a gas diffusion electrode, comprising using the fluorinated polyolefin-coated carbon carrier as a constituent particle of a catalyst layer and / or a gas diffusion layer to form a gas diffusion electrode.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7171415A JPH09936A (en) | 1995-06-13 | 1995-06-13 | Method for producing polyolefin-coated carbon carrier |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7171415A JPH09936A (en) | 1995-06-13 | 1995-06-13 | Method for producing polyolefin-coated carbon carrier |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09936A true JPH09936A (en) | 1997-01-07 |
Family
ID=15922719
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7171415A Pending JPH09936A (en) | 1995-06-13 | 1995-06-13 | Method for producing polyolefin-coated carbon carrier |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09936A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003059812A1 (en) * | 2002-01-11 | 2003-07-24 | Mikuni Shikiso Kabushiki Kaisha | Carbonaceous material and dispersion containing the same |
-
1995
- 1995-06-13 JP JP7171415A patent/JPH09936A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003059812A1 (en) * | 2002-01-11 | 2003-07-24 | Mikuni Shikiso Kabushiki Kaisha | Carbonaceous material and dispersion containing the same |
| CN1302985C (en) * | 2002-01-11 | 2007-03-07 | 御国色素株式会社 | Carbonaceous materials and dispersions containing carbonaceous materials |
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