JP2014035809A - 粒子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ノズルの詰まり、ノズル口周辺での固化物の堆積等による不都合がなく、また、加熱硬化型架橋性組成物等の反応性原料を使用しても、容易に、且つ、簡便に、所定形状の微粒子を得ることのできる、製造効率の優れた粒子の製造方法を提供すること。
【解決手段】少なくとも、第1の流体、前記第1の流体と反応して粒子を形成可能な第2の流体、及び、気体を単一のノズルから噴射し、当該ノズル外で前記第1の流体及び前記第2の流体を混合して反応させることにより粒子を製造する。
【選択図】図1
【解決手段】少なくとも、第1の流体、前記第1の流体と反応して粒子を形成可能な第2の流体、及び、気体を単一のノズルから噴射し、当該ノズル外で前記第1の流体及び前記第2の流体を混合して反応させることにより粒子を製造する。
【選択図】図1
Description
本発明は、単一のノズルから複数の原料を噴射するタイプの粒子の製造方法に関し、特に、当該原料が反応性である粒子の製造方法に関する。
一般に、スプレードライ(噴霧乾燥)法により、微粒子を製造する方法は既知である。スプレードライ法は、濾過、粉砕、分級等の工程を省くことができるという利点がある。
スプレードライ法に使用される噴霧乾燥機としては、アトマイザー(噴霧器)として、加圧ノズル(一流体ノズル)、二流体ノズル、回転円盤式(ディスク式)を備えた噴霧乾燥機が知られている。このような噴霧乾燥機のなかで、二流体ノズルを備えた噴霧乾燥機は、特に、微粒子を得るのに適しているとされている。
例えば、特開平7−82383号公報には、乳化重合法により得られた塩化ビニル系重合体ラテックスを、二流体ノズルを用いて噴霧乾燥することが記載されている。
しかし、二流体ノズルを使用するスプレードライ法では、例えば、架橋性組成物等の反応性の原料を用いて微粒子を製造する場合に、当該原料がノズル内で反応して固化する可能性がある。ノズル内で原料が固化すると、固化物の物理的除去、或いは、ノズルの交換が必要となるので、製造効率が低下する。
また、ノズル内で固化しなくとも、ノズル口周辺で原料が固化して堆積する可能性があり、そのような固化物は経時的にノズル口から剥離して微粒子に混入するおそれがある。この場合、前記固化物を微粒子から排除するために篩分け等の作業が必要となり、やはり、製造効率が低下する。
特に、加熱硬化型架橋性組成物を原料として使用する場合には、加熱すると組成物が架橋してノズル内で硬化するために、当該組成物の予備加熱ができない。したがって、原料の粘度調節が容易ではなく、ひいては、目的とする微粒子のサイズの制御等も困難となる。
また、加熱硬化型架橋性組成物を原料として使用する場合には、原料の予備加熱ができないので、原料の噴霧後に十分加熱を行って、得られた微粒子の硬化を促進する必要がある。したがって、噴霧後の加熱乾燥装置内での滞留時間を長くして、微粒子を長時間加熱する必要があり、製造効率が低下するという問題があった。
本発明の目的は、ノズルの詰まり、ノズル口周辺での固化物の堆積等による不都合がなく、また、加熱硬化型架橋性組成物等の反応性原料を使用しても、容易に、且つ、簡便に、所定形状の微粒子を得ることのできる、製造効率の優れた粒子の製造方法を提供することにある。
本発明者らは、上記のような問題点に鑑み、特に、加熱硬化型架橋性組成物等の反応性原料であっても使用可能な、より優れた粒子の製造方法を鋭意検討した結果、ノズルより当該原料を噴射してノズル外で原料を反応させることにより、ノズルの詰まり、ノズル口周辺での固化物の堆積等による不都合がなく、また、加熱硬化型架橋性組成物等の反応性原料を使用しても、容易に、且つ、簡便に、所定形状の微粒子を製造可能であることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明の目的は、少なくとも、第1の流体、前記第1の流体と反応して粒子を形成可能な第2の流体、及び、気体を単一のノズルから噴射し、当該ノズル外で前記第1の流体及び前記第2の流体を混合して反応させることを特徴とする粒子の製造方法によって達成される。
前記ノズルは三流体ノズル又は四流体ノズルであることが好ましい。
前記反応は架橋反応であることができる。
前記第1の流体は有機ケイ素化合物を含むことができる。
前記第2の流体は架橋剤を含むことができる。
前記架橋剤はオルガノハイドロジェンポリシロキサンであってよい。
前記気体は不活性ガスであることが好ましい。
前記気体は加熱されていることが好ましい。
前記粒子は架橋オルガノポリシロキサンから構成されてよい。
前記粒子の平均粒径は100μm以下であることができる。
本発明は、上記製造方法で製造された粒子を不活性ガス中又は真空中、300〜1500℃で熱処理することを特徴とする複合材料の製造方法にも関する。前記複合材料は電極活物質であることが好ましい。
本発明の製造方法は、ノズルの詰まり、ノズル口周辺での固化物の堆積等による不都合がなく、また、加熱硬化型架橋性組成物等の反応性原料を使用しても、容易に、且つ、簡便に、所定形状の微粒子を得ることが可能であり、製造効率が優れている。
また、本発明の製造方法では、原料である第1の流体及び第2の流体の予備加熱が可能であるので、常温で比較的高粘度の流体であっても使用することができる。また、予備加熱による粘度の調整が可能なので、目的とする微粒子の粒径の制御も容易である。
そして、本発明の製造方法では、濾過、粉砕、分級等の工程を省くことができるので、粗粉砕物並びに粉砕機等に由来する金属不純物の混入を回避することができる。
更に、本発明の製造方法では界面活性剤を使用する必要がないので、水系の乳化架橋型の微粒子の製造方法と比較して、界面活性剤を含まない微粒子を効率よく製造することができる。この場合、得られた微粒子は、界面活性剤による凝集がなく、また、分散媒中への分散が容易である。
本発明は、少なくとも、
(A)第1の流体(以下、「成分(A)」ともいう)、
(B)前記第1の流体と反応して粒子を形成可能な第2の流体(以下、「成分(B)」ともいう)、及び、
(C)気体
を単一のノズルから噴射し、当該ノズル外で前記第1の流体及び前記第2の流体を混合して反応させて粒子を製造することを特徴とする。
(A)第1の流体(以下、「成分(A)」ともいう)、
(B)前記第1の流体と反応して粒子を形成可能な第2の流体(以下、「成分(B)」ともいう)、及び、
(C)気体
を単一のノズルから噴射し、当該ノズル外で前記第1の流体及び前記第2の流体を混合して反応させて粒子を製造することを特徴とする。
成分(A)及び成分(B)は流体であり、25℃において流動性を有する。成分(A)及び成分(B)は、例えば、0.1〜1.0×106mPa・s、好ましくは1.0〜1.0×105mPa・s、より好ましくは10〜1.0×104mPa・sの粘度を有することができる。ここでの粘度は25℃における値である。粘度は、通常用いられる方法、例えば、レオメーター、回転粘度計等を用いて測定されるが、JIS K7117−2に記載された方法で、せん断速度10s−1における粘度を用いることが推奨される。
また、成分(A)及び成分(B)は反応性であり、相互に接触することによって粒子を形成可能である。反応の種類は特に限定されるものではなく、単なる固化等の物理反応、又は、原子間の結合の生成・切断を伴い新たな物質(生成物)を生成する化学反応のいずれであってもよいが、化学反応であることが好ましい。化学反応としては、例えば、酸化反応、還元反応、重合反応等が挙げられるが、重合反応が好ましく、架橋を伴う重合反応(架橋反応)がより好ましく、パーオキサイド、UV等によるラジカル反応;脱アルコール、脱水素、脱水、脱アミン等の縮合反応;エポキシ開環、エステル開環等の開環反応;マイケル付加反応、ディールズ・アルダー反応、ヒドロシリル化反応等の付加反応による架橋反応が更により好ましく、ヒドロシリル化反応による架橋反応が特に好ましい。(A)成分が脂肪族不飽和基を有し、(B)成分がケイ素原子結合水素原子を有する場合、ヒドロシリル化反応用触媒の存在下、ヒドロシリル化反応により架橋反応することができる。
成分(A)及び成分(B)が重合反応性の場合、成分(A)及び成分(B)は、例えば、第1のモノマー及び第2のモノマーをそれぞれ含むことができる。第1のモノマー及び第2のモノマーは、ラジカル重合、縮重合、付加重合等により重合体を形成可能なものが好ましい。第1のモノマー及び第2のモノマーは、同一種でもよく、異なる種類であってもよい。したがって、前者の場合はホモポリマ−を得ることができ、後者の場合はコポリマーを得ることができる。
第1のモノマー及び第2のモノマーの種類は特に限定されない。例えば、第1のモノマー又は第2のモノマーとして、アクリル酸又はその塩、メタクリル酸又はその塩等のビニル系単量体、マレイン酸又はその塩、フマル酸又はその塩等のビニリデン系単量体、ビニレン系単量体、環状オレフィン系単量体等を用途に応じて適宜選択して使用することができる。
第1のモノマー及び第2のモノマーの重合によって得られる重合体は熱可塑性又は熱硬化性のいずれでもよいが、熱硬化性のものが好ましい。
成分(A)及び成分(B)は、架橋性組成物、好ましくは加熱硬化型架橋性組成物、より好ましくは加熱硬化型架橋性オルガノポリシロキサン組成物の成分を含むことができる。
成分(A)は有機ケイ素化合物を含むことができる。有機ケイ素化合物はケイ素原子を含む有機化合物である限り特に限定されるものではないが、不飽和脂肪族炭化水素基、水酸基、アルコキシ基等の架橋性基を有するものが好ましい。前記架橋性基としては不飽和脂肪族炭化水素基が好ましく、アルケニル基がより好ましい。一種の有機ケイ素化合物を単独で使用してよく、また、二種以上の有機ケイ素化合物を併用してもよい。
前記有機ケイ素化合物としては、平均単位式:
RaSiO(4-a)/2
で示され、一分子中に少なくとも平均1.5個のアルケニル基を有するオルガノポリシロキサンが好ましい。
RaSiO(4-a)/2
で示され、一分子中に少なくとも平均1.5個のアルケニル基を有するオルガノポリシロキサンが好ましい。
上式中のRは置換若しくは非置換の一価炭化水素基であり、この一価炭化水素基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基等のアルキル基;ビニル基、アリル基、ブテニル基、ペンテニル基、ヘキセニル基、ヘプテニル基等のアルケニル基;フェニル基、トリル基、キシリル基等のアリール基;ベンジル基、フェネチル基等のアラルキル基;3−クロロプロピル基、3,3,3−トリフルオロプロピル基等のハロゲン化アルキル基が例示される。但し、一分子中の少なくとも平均1.5個のRは前記のようなアルケニル基である。このアルケニル基としては、ビニル基、ヘキセニル基が好ましい。また、このアルケニル基以外のケイ素原子結合の基としては、メチル基、フェニル基が好ましい。上式中のaは1.0〜2.3の数である。このようなオルガノポリシロキサンの分子構造としては、直鎖状、一部分枝を有する直鎖状、分枝鎖状、網状、樹枝状が例示される。前記オルガノポリシロキサンは、これらの分子構造を有するオルガノポリシロキサンの二種以上の混合物であってもよい。また、前記オルガノポリシロキサンの25℃における粘度は特に限定されないが、50〜1,000,000mPa・sの範囲内であることが好ましく、特に、100〜500,000mPa・sの範囲内であることが好ましい。
成分(A)中の前記オルガノポリシロキサンとしては、分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルビニルシロキサン共重合体、分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルビニルポリシロキサン、分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルビニルシロキサン・メチルフェニルシロキサン共重合体、分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルビニルシロキサン・メチルフェニルシロキサン共重合体、分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖ジメチルポリシロキサン、分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖メチルビニルポリシロキサン、分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖メチルフェニルポリシロキサン、分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルビニルシロキサン共重合体、分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖メチルビニルシロキサン・メチルフェニルシロキサン共重合体、分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖メチルビニルシロキサン・ジフェニルシロキサン共重合体、分子鎖片末端がトリメチルシロキシ基封鎖され、他の分子鎖片末端がジメチルビニルシロキシ基封鎖されたメチルビニルポリシロキサン、分子鎖片末端がトリメチルシロキシ基封鎖され、他の分子鎖片末端がジメチルビニルシロキシ基封鎖されたジメチルシロキサン・メチルビニルシロキサン共重合体、式:R3SiO1/2で示される単位と式:SiO4/2で示される単位からなるオルガノポリシロキサン、式:RSiO3/2で示される単位からなるオルガノポリシロキサン、式:R2SiO2/2で示される単位と式:RSiO3/2で示される単位からなるオルガノポリシロキサン、式:R2SiO2/2で示される単位と式:RSiO3/2で示される単位と式:SiO4/2で示される単位からなるオルガノポリシロキサン、及びこれらのオルガノポリシロキサンの二種以上の混合物が例示される。なお、上式中のRは置換若しくは非置換の一価炭化水素基であり、前記と同様の基である。
また、前記オルガノポリシロキサンとしては、上記で例示した一分子中に少なくとも2個のアルケニル基を有するオルガノポリシロキサンと次に例示する一分子中にアルケニル基を有しないか、又は有していても2個未満であるオルガノポリシロキサンとを混合して、一分子中のアルケニル基の数を少なくとも平均1.5個としたオルガノポリシロキサン混合物を用いることもできる。このような一分子中にアルケニル基を有しないか、又は有していても2個未満であるオルガノポリシロキサンとしては、分子鎖片末端がジメチルビニルシロキシ基封鎖され、他の分子鎖片末端がトリメチルシロキシ基封鎖されたジメチルポリシロキサン、分子鎖片末端がジメチルビニルシロキシ基封鎖され、他の分子鎖片末端がトリメチルシロキシ基封鎖されたメチルフェニルポリシロキサン、分子鎖両末端がトリメチルシロキシ基封鎖され、分子鎖側鎖にビニル基を1個有するジメチルシロキサン・メチルビニルシロキサン共重合体、分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルポリシロキサン、分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルフェニルポリシロキサンが例示される。
成分(B)は架橋剤を含むことができる。架橋剤は特に限定されるものではなく、例えば、有機過酸化物、アルコキシシラン、オルガノハイドロジェンポリシロキサン等を挙げることができる。一種の架橋剤を単独で使用してよく、また、二種以上の架橋剤を併用してもよい。
有機過酸化物としては、例えば、ベンゾイルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、クミル-t-ブチルパーオキサイド、2,5−ジメチル−2,5-ジ-t-ブチルパーオキシヘキサン、ジ-t-ブチルパーオキサイド、ビス(パラメチルベンゾイル)パーオキサイド、及び、これらの2種以上の混合物が例示される。
アルコキシシランとしては、例えば、一般式:
R1 bSi(OR2)(4−b)
で表されるアルコキシシラン又はその部分加水分解縮合物を使用することができる。上式中、R1は非置換又はハロゲン置換の一価炭化水素基であり、前記Rと同様の一価炭化水素基が例示され、好ましくは、アルキル基、アルケニル基、アリール基であり、特に好ましくは、メチル基、ビニル基、アリル基、フェニル基である。また、上式中、R2はアルキル基であり、前記Rと同様のアルキルが例示され、好ましくは、メチル基、エチル基である。また、上式中、bは0又は1であり、好ましくは1である。
R1 bSi(OR2)(4−b)
で表されるアルコキシシラン又はその部分加水分解縮合物を使用することができる。上式中、R1は非置換又はハロゲン置換の一価炭化水素基であり、前記Rと同様の一価炭化水素基が例示され、好ましくは、アルキル基、アルケニル基、アリール基であり、特に好ましくは、メチル基、ビニル基、アリル基、フェニル基である。また、上式中、R2はアルキル基であり、前記Rと同様のアルキルが例示され、好ましくは、メチル基、エチル基である。また、上式中、bは0又は1であり、好ましくは1である。
具体的には、アルコキシシランとして、例えば、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトライソプロポキシシラン、テトラブトキシシラン、テトラ(2−クロロエトキシ)シラン、メチルセロソルブオルソシリケート、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、3,3,3−トリフルオロプロピルトリメトキシシラン、オクタデシルトリメトキシシラン、プロピルトリス(4−クロロブトキシ)シラン、メチルトリス(メトキシエトキシ)シラン、ジフェニルジメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン等のアルコキシシラン;エチルポリシリケート、ジメチルテトラメトキシジシロキサン等のアルコキシシロキサン;及び、これらの2種以上の混合物が例示される。
前記架橋剤としてはケイ素原子結合水素原子を有するオルガノハイドロジェンポリシロキサンが好ましく、一分子中に少なくとも平均1.5個のケイ素原子結合水素原子を有するオルガノポリシロキサンであることがより好ましい。特に、このケイ素原子結合水素原子は、一分子中に少なくとも平均2個であることが好ましい。このケイ素原子結合水素原子の結合位置は特に限定されず、例えば、分子鎖末端、分子鎖側鎖、分子鎖末端と分子鎖側鎖が挙げられる。この水素原子以外のケイ素原子結合の基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基等のアルキル基;フェニル基、トリル基、キシリル基等のアリール基;ベンジル基、フェネチル基等のアラルキル基;3−クロロプロピル基、3,3,3−トリフルオロプロピル基等のハロゲン化アルキル基等のアルケニル基を除く置換若しくは非置換の一価炭化水素基、さらには、トリメトキシシリルエチル基、メチルジメトキシシリルエチル基、トリエトキシシリルエチル基、トリメトキシシリルプロピル基等のアルコキシシリルアルキル基;メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基等のアルコキシ基;グリシドキシプロピル基、グリシドキシブチル基等のグリシドキシアルキル基が例示される。前記オルガノポリシロキサンの分子構造としては、直鎖状、一部分枝を有する直鎖状、分枝鎖状、網状、樹枝状が例示される。前記オルガノポリシロキサンはこれらの分子構造を有するオルガノポリシロキサンの二種以上の混合物であってもよい。また、前記オルガノポリシロキサンの25℃における粘度は特に限定されないが、1〜500,000mPa・sの範囲内であることが好ましく、特に、1〜1,000mPa・sの範囲内であることが好ましい。
前記架橋剤としてのオルガノハイドロジェンポリシロキサンとしては、分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンポリシロキサン、分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体、分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンシロキサン・メチルフェニルシロキサン共重合体、分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン・メチルフェニルシロキサン共重合体、分子鎖両末端ジメチルハイドロジェンシロキシ基封鎖ジメチルポリシロキサン、分子鎖両末端ジメチルハイドロジェンシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンポリシロキサン、分子鎖両末端ジメチルハイドロジェンシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体、分子鎖両末端ジメチルハイドロジェンシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルフェニルシロキサン共重合体、分子鎖両末端ジメチルハイドロジェンシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン・メチルフェニルシロキサン共重合体、式:R’3SiO1/2で示される単位と式:SiO4/2で示される単位からなるオルガノポリシロキサン、式:R’SiO3/2で示される単位からなるオルガノポリシロキサン、式:R’2SiO2/2で示される単位と式:R’SiO3/2で示される単位からなるオルガノポリシロキサン、式:R’2SiO2/2で示される単位と式:R’SiO3/2で示される単位と式:SiO4/2で示される単位からなるオルガノポリシロキサン、分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンシロキサン・メチル(トリメトキシシリルエチル)シロキサン共重合体、分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンシロキサン・メチル(トリメトキシシリルエチル)シロキサン・メチル(3−グリシドキシプロピル)シロキサン共重合体、分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン・メチル(トリメトキシシリルエチル)シロキサン共重合体、分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン・メチル(トリメトキシシリルエチル)シロキサン・メチル(3−グリシドキシプロピル)シロキサン共重合体、分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンシロキサン・メチル(トリエトキシシリルエチル)シロキサン共重合体、分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンシロキサン・メチル(トリエトキシシリルエチル)シロキサン・メチル(3−グリシドキシプロピル)シロキサン共重合体、分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン・メチル(トリメトキシシリルエチル)シロキサン共重合体、分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン・メチル(トリエトキシシリルエチル)シロキサン・メチル(3−グリシドキシプロピル)シロキサン共重合体、及びこれらのオルガノポリシロキサンの二種以上の混合物が例示される。上式中のR’はアルケニル基を除く置換若しくは非置換の一価炭化水素基又は水素原子であり、この一価炭化水素基としては、前記のアルキル基、アリール基、アラルキル基、又はハロゲン化アルキル基が例示される。特に、成分(A)と成分(B)との反応により形成される硬化物の機械的特性、特に、伸びが優れることから、前記架橋剤としてのオルガノポリシロキサンは、分子鎖両末端にのみケイ素原子結合水素原子を有するオルガノポリシロキサンと一分子中に少なくとも3個のケイ素原子結合水素原子を有するオルガノポリシロキサンとの混合物であることが好ましい。
成分(B)中の架橋剤の量は、成分(A)中の有機ケイ素化合物を架橋するのに十分な量であれば特に限定されるものではないが、例えば、前記有機ケイ素化合物中の架橋性基1モルに対して、0.1〜10モル当量、好ましくは0.5〜5モル当量、より好ましくは0.9〜1.1モル当量の範囲とすることができる。
成分(A)中の有機ケイ素化合物としてアルケニル基を有するオルガノポリシロキサンを使用し、且つ、成分(B)中の架橋剤としてオルガノハイドロジェンポリシロキサンを使用する場合は、成分(B)中のオルガノハイドロジェンポリシロキサンの量は、成分(A)中のオルガノポリシロキサンのアルケニル基1モルに対して、ケイ素原子結合水素原子が0.05〜20モルの範囲内となる量が好ましく、0.1〜20モルの範囲内となる量がより好ましく、0.1〜10モルの範囲内となる量がより好ましい。これは、成分(B)中の架橋剤量が上記範囲の下限未満であると、粒子が十分に硬化しないおそれがあり、一方、上記範囲の上限を超えると、粒子が硬化途上で発泡したりして、粒子の機械的特性が低下するおそれがあるからである。
成分(A)中の有機ケイ素化合物としてアルケニル基を有するオルガノポリシロキサンを使用し、且つ、成分(B)中の架橋剤としてオルガノハイドロジェンポリシロキサンを使用する場合は、成分(A)はヒドロシリル化反応用触媒を更に含むことが好ましい。ヒドロシリル化反応触媒は、成分(A)中のアルケニル基と成分(B)中のケイ素原子結合水素原子とのヒドロシリル化反応による架橋を促進するための触媒である。このような触媒としては、白金黒、白金担持アルミナ粉末、白金担持シリカ粉末、白金担持カーボン粉末、塩化白金酸、塩化白金酸のアルコール溶液、白金のオレフィン錯体、白金のアルケニルシロキサン錯体等のヒドロシリル化反応用触媒、さらには、これらのヒドロシリル化反応用触媒と熱可塑性樹脂からなり、該熱可塑性樹脂の微粒子中に該ヒドロシリル化反応用触媒を含有しているヒドロシリル化反応用触媒が例示される。この熱可塑性有機樹脂としては、ヒドロシリル化反応による架橋を阻害しないものであれば特に限定されないが、例えば、メチルメタクリレート樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、又はシリコーン樹脂であることが好ましい。この熱可塑性樹脂の軟化点は特に限定されないが、40〜200℃の範囲内であることが好ましく、さらには、40〜150℃の範囲内であることが好ましく、特には、40〜100℃の範囲内であることが好ましい。これは、熱可塑性樹脂の軟化点が上記範囲の下限未満であると、組成物を低温で調製・貯蔵しなければならず、一方、上記範囲の上限を超えると、比較的低温で硬化させることが困難となるからである。この熱可塑性樹脂微粒子からなるヒドロシリル化反応用触媒の製造方法は、例えば、特開昭64−45468号公報(米国特許第4,766,176号明細書)により公知である。
ヒドロシリル化反応用触媒の含有量は、粒子のヒドロシリル化反応による架橋を促進する量であれば特に限定されないが、成分(A)中のオルガノポリシロキサンと成分(B)中のオルガノハイドロジェンポリシロキサンの合計量に対して、触媒中の触媒金属が重量(質量)単位で0.1〜10,000ppmの範囲内となる量であることが好ましい。これは、触媒金属の含有量が上記範囲の下限未満であると、粒子が十分に硬化しなくなる傾向があり、一方、上記範囲の上限を超えても、粒子の硬化は著しくは促進されないからである。
成分(A)は、その他の任意の成分として、ヒドロシリル化反応を調整するために反応抑制剤を含有してもよい。反応抑制剤としては、1−エチニル−1−シクロヘキサノール、2−メチル−3−ブチン−2−オール、2−フェニル−3−ブチン−2−オール、2−エチニルイソプロパノール、2−エチニルブタン−2−オール、3,5−ジメチル−1−ヘキシン−3−オール等のアセチレン系アルコール;トリメチル(3,5−ジメチル−1−ヘキシン−3−オキシ)シラン、メチルビニルビス(3−メチル−1−ブチン−3−オキシ)シラン、((1,1−ジメチル−2−プロピニル)オキシ)トリメチルシラン等のシリル化アセチレン系アルコール;ジアリルマレート、ジメチルマレート、ジエチルフマレート、ジアリルフマレート、ビス(メトキシイソプロピル)マレート等の不飽和カルボン酸エステル;2−イソブチル−1−ブテン−3−イン、3,5−ジメチル−3−ヘキセン−1−イン、3−メチル−3−ペンテン−1−イン、3−メチル−3−ヘキセン−1−イン、1−エチニルシクロヘキセン、3−エチル−3−ブテン−1−イン、3−フェニル−3−ブテン−1−イン等の共役エン−イン化合物;1,3,5,7−テトラメチル−1,3,5,7−テトラビニルシクロテトラシロキサン等のアルケニル基含有環状シロキサンが例示される。反応抑制剤の含有量は特に限定されないが、成分(A)中の有機ケイ素化合物としてアルケニル基を有するオルガノポリシロキサンを使用する場合、当該オルガノポリシロキサン100重量(質量)部に対して0.001〜5重量(質量)部の範囲内であることが好ましい。
また、成分(A)は、その他の任意の成分として、溶剤を含有してもよい。溶剤としては、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素化合物;ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、テトラヒドロフラン等のエーテル化合物;メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ヘキサノール等のアルコール化合物;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン化合物;酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル化合物;クロロホルム、トリクロロエチレン、四塩化炭素等のハロゲン化炭化水素化合物;n−ヘキサン、n−オクタン、イソオクタン、オクタデカン等の飽和炭化水素化合物;トリメチルメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、テトラエトキシシラン等のシラン化合物;ヘキサメチルジシロキサン等の揮発性シリコーン化合物等を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。また、溶剤は単独で使用することができるが、又は、2種以上を併用してもよい。
更に、成分(A)は、その他の任意の成分として、粒子の機械的強度を向上させるために無機質充填剤を含有してもよい。この無機質充填剤としては、ヒュームドシリカ、沈降性シリカ、二酸化チタン、カーボンブラック、アルミナ、石英粉末、及びこれらの無機質充填剤をオルガノアルコキシシラン、オルガノクロロシラン、オルガノシラザン等の有機ケイ素化合物により表面処理してなる無機質充填剤が例示される。この無機質充填剤の量は特に限定されないが、成分(A)が有機ケイ素化合物を含む場合、当該有機ケイ素化合物100重量(質量)部に対して100重量(質量)部未満であることが好ましく、特に、0.1〜20重量(質量)部の範囲内であることが好ましい。
本発明により使用される(C)気体の種類は限定されるものではなく、空気等を使用することが可能であるが、窒素、アルゴン等の不活性ガスであることが好ましく、特に窒素が好ましい。気体は単一種類のガスから構成されてもよく、二種類以上のガスの混合物から構成されていてもよい。
前記気体は加熱されていることが好ましい。加熱温度は限定されるものではないが、25〜300℃が好ましく、30〜250℃が好ましく、50〜200℃がより好ましく、100〜150℃が更により好ましい。
本発明では、少なくとも、成分(A)、成分(B)、及び、(C)気体を単一のノズルから噴射し、ノズル外で成分(A)及び成分(B)を混合して反応させることにより、粒子を製造することができ、特に、微小な粒径を有する微粒子を製造することができる。
本発明により得られる粒子は架橋オルガノポリシロキサン粒子が好ましく、樹脂状であってもエラストマー状であってもよい。特に、前記粒子は加熱により架橋・硬化が進行することが好ましい。
前記ノズルは、成分(A)、成分(B)、及び、(C)気体を別個に複数のノズル口から噴射可能であれば、特に限定されるものではなく、例えば、三流体ノズル又は四流体ノズルを好適に使用することができる。三流体ノズル又は四流体ノズルとして市販のものを使用することができ、その構造は特には限定されない。
三流体ノズル又は四流体ノズルは、いずれも公知のものであるが流路構成が異なる。すなわち、三流体ノズルは、第1の流体、第2の流体及び気体を3つの噴出口から別個に噴射し、第1の流体及び第2の流体を混合させると共に、噴射気体等の作用により第1の流体及び第2の流体の混合物を微細化するものであり、構造を比較的簡易とすることができる。一方、四流体ノズルは、三流体ノズルに更に1つの流体又は気体の噴射系統を追加したものであるが、三流体ノズルに比べ構造が比較的複雑となり、製造コストが高くなるおそれがある。したがって、三流体ノズルの使用が特に好ましい。
図1は本発明において使用可能な三流体ノズルの一例を示す断面図である。図1に示される三流体ノズル1は、第1の流体路2、第2の流体路3及び気体路4を備えており、第1の流体路2には第1の流体が、第2の流体路3には第2の流体が、そして、気体路4には気体が、それぞれ、所定の噴射圧力で導入される。噴射圧力は特に限定されるものではないが、例えば、0.1〜1MPaとすることが可能であり、0.2〜0.8MPaが好ましい。
図1に示す例では、第2の流体路3は中空チューブ状部材から構成されており、第1の流体路2は前記中空チューブ状部材の周囲に設けられた円筒形状の空間から構成されている。前記中空チューブ状部材と前記円筒形状空間は中心軸を共通としており、当該中心軸は図示を省略するノズル1の中心軸(図面縦方向)と平行である。したがって、第1の流体路2及び第2の流体路3は相互に平行であり、第1の流体路2及び第2の流体路3の噴射口はノズル1の中心軸に沿って下方に開口している。一方、図1に示す例では、気体路4はノズル1の側面に設けられた導入口から図示を省略するノズル1の中心軸(図面縦方向)に対して所定の傾斜角をもって下方に開口する噴射口へと連通している。
図1に示すノズル1では、第1の流体路2及び第2の流体路3にそれぞれ導入された第1の流体及び第2の流体は、前記チューブ状部材の中空部及び前記円筒形状空間を通過してノズル1の下方に相互に平行に噴射される。一方、気体路4に導入された気体は噴射口から斜め下方に噴射されて、ノズル1の外で一点に集まり、第1の流体及び第2の流体と衝突する。
上記衝突により、第1の流体及び第2の流体は混合・撹拌されて反応が開始する。これと同時に、第1の流体及び第2の流体、並びに、前記気体の衝突により発生する衝撃力によって、第1の流体及び第2の流体の混合物は微細化されて、周囲に液滴として噴霧される。なお、図1に示す例では、気体路4の噴射口は円環状であり、第1の流体及び第2の流体の混合物は全周囲から噴射気体を受ける。したがって、液滴化及び噴霧を良好に行うことができ、各液滴の組成のばらつきを抑制することができる。なお、例えば、気体路4の噴射口に斜めに溝を形成することによって、噴射気体を螺旋流とすることができ、これにより、液滴化及び噴霧を更に良好に行うことも可能である。
図示されるように、本発明では、第1の流体及び第2の流体はノズルの外で混合され、ノズル内では混合されない。したがって、第1の流体及び第2の流体の接触による粒子形成反応がノズル内で発生してノズル内が詰まることがない。したがって、ノズル内の固化物の物理的除去、或いは、ノズルの交換が不要であり、製造効率を高めることができる。
また、本発明では、ノズル口周辺に固化物が堆積等して、ノズル口が閉塞し、また、固化物がノズル口から剥離して製造された粒子に混入するおそれがない。したがって、前記固化物を微粒子から排除するために篩分け等の作業が不要であり、製造効率を高めることができる。
第1の流体路2、第2の流体路3、及び、気体路4の管路の幅・長さ・直径等、並びに、第1の流体路2、第2の流体路3、及び、気体路4と連通する噴射口の形状、サイズ等は、第1の流体、第2の流体、及び/又は、気体の種類、供給量、圧力等に適宜変更することができる。また、必要に応じて、ノズル内に、第1の流体路2、第2の流体路3、及び/又は、気体路4の温度調節用の加熱・冷却ジャケットを設けて、第1の流体、第2の流体、及び/又は、気体の温度制御を行ってもよい。
なお、図示を省略する加熱装置を使用して、第1の流体及び/又は第2の流体を予備加熱してもよい。これにより、原料の粘度調節が可能となるため、第1の流体及び/又は第2の流体が常温で比較的高粘度であっても使用することができる。また、予備加熱により第1の流体及び/又は第2の流体の粘度の調整が可能なので、目的とする微粒子の粒径を粘度の調整によって制御することもできる。
噴霧された液滴中では第1の流体と第2の流体との反応により粒子が形成するが、反応促進のために、液滴を加熱・乾燥可能なスプレードライヤー内で噴霧を行うことが好ましい。これにより、粒子の架橋・硬化を十分に実施することができる。スプレードライヤーの乾燥方式は特に限定されるものではなく、輻射熱による加熱、加熱気体による加熱等を適宜使用可能であるが、加熱気体、例えば熱風、による加熱が好ましい。気体としては不活性ガス、空気等を使用することが可能である。スプレードライヤー内で噴霧後に熱風による加熱・乾燥を行った場合は、液滴は瞬時に固化・乾燥されて微粒子となることができる。
第1の流体及び/又は第2の流体を予備加熱する場合には、噴霧後に長時間加熱する必要がないので、スプレードライヤー内での粒子の滞留時間を短縮することができる。これにより、粒子の製造効率を高めることができる。気体を予備加熱して用いた場合でも、スプレードライヤー内での粒子の滞留時間を短縮することができ、粒子の製造効率を高めることができる。
スプレードライヤーの加熱・乾燥温度は、例えば、微粒子の耐熱性等に基づいて適宜設定することができる。スプレードライヤー入口で50〜450℃、スプレードライヤー内で40〜200℃となるように熱風温度を設定することが好ましい。スプレードライヤー内温度が25℃以下の場合は、外気温との関係で温度を安定に維持するのが困難となりやすく、また、加熱・乾燥が不十分となるおそれがある。なお、熱可塑性重合体微粒子を乾燥させる場合、粒子の二次凝集を防止するため、微粒子の温度を当該重合体のガラス転移温度以下に制御することが好ましく、例えば、スプレードライヤー内の温度を40〜90℃にすることが好ましい。
このようにして得られた微粒子はサイクロン、バッグフィルター等で回収することができる。
本発明により製造される粒子は25℃で液体又は固体のいずれであってもよいが、固体粒子が好ましい。粒子の形状は特に限定されるものではなく、球状、紡錘状、板状、針状等の任意の形状であってよいが、球状であることが好ましく、真球状であることがより好ましい。
本発明により製造される粒子の平均粒径は100μm以下が好ましく、1nm〜100μmが好ましく、3nm〜50μmがより好ましく、5μm〜20μmが更により好ましい。ここで、平均粒径とは、レーザー回折・散乱法によって求めた粒度分布における積算値50%での粒径を意味する。
得られる微粒子の粒子径は、第1の流体及び/又は第2の流体の粘度以外にも、例えば、第1の流体及び/又は第2の流体の組成等;気体の温度、量、圧力等;第1の流体及び/又は第2の流体と、気体との供給量の比率等によって適宜決定される。
第1の流体及び第2の流体を複数のノズルからそれぞれ噴射し、ノズル外で成分第1の流体及び第2の流体を混合することにより粒子を製造する方法に較べて、第1の流体及び第2の流体を単一のノズルから噴射してノズル外で混合して粒子を製造する本発明は、第1の流体及び第2の流体の混合のために複数のノズルの位置等を調節することが不要で、ノズルの内部構造のデザインにより第1の流体及び第2の流体の混合を簡便に確実化することができる。また、第1の流体及び第2の流体の混合を噴射直後から行うことができるので、混合を良好に行うことができる。そして、本発明では噴射気体を併用するので第1の流体及び第2の流体の混合物の微細化及び噴霧を効率的に行うことができる。更に、使用ノズル数の低減により製造コストの点でも有利である。
本発明により製造される粒子が架橋オルガノポリシロキサン粒子である場合、得られた粒子を熱処理することで複合材料を得ることができる。
熱処理の条件は特に限定されるものではないが、不活性ガス中又は真空中、300〜1500℃で熱処理することが好ましく、より好ましくは500〜1100℃で熱処理することが好ましい。不活性ガスとしては、窒素、ヘリウム、アルゴンが例示される。なお、不活性ガス中に、水素ガス等の還元性ガスを含んでもよい。焼成時間は特に限定されるものではないが、例えば、30分〜3時間の範囲であることが好ましい。
前記複合材料の前駆体として用いる場合、本発明により製造される粒子の平均粒子径は50μm以下であることが好ましく、0.1〜30μmであることがより好ましく、1〜20μmであることが更により好ましい。ここで平均粒子径とは、レーザー回折・散乱法によって求めた粒度分布における積算値50%での粒子径を意味する。
前記複合材料は、本発明により製造される粒子を熱処理して製造されるので、解砕が容易であり粉砕、分級という工程が不要であり、粉砕機に由来する金属不純物の混入を回避することができる。このため、リチウムイオン2次電池などの電極の活物質として有用である。電極活物質としては、金属不純物、特にFeの含有量を100ppm以下に調整することが好ましく、より好ましくは50ppm以下に調整することが好ましい。金属不純物が多く含まれると、充放電の際に電解質と副反応を起こしたり、電池容量や容量維持率の低下を招いたりする恐れがある。
本発明は、二種類以上の反応性原料を使用する任意の微粒子の製造に使用することができる。本発明の製造方法は、ノズルの詰まり、ノズル口周辺での固化物の堆積等による不都合がないので、加熱硬化型架橋性組成物等の反応性原料を使用しても、容易に、且つ、簡便に、所定形状の微粒子を得ることが可能であり、優れた製造効率を発揮することができる。
本発明により得られた粒子は、例えば、つや消し性、感触変化等を付与することを目的として、塗料、化粧料等の添加剤、或いは、プラスチックフィルムの表面潤滑剤として使用することができる。また、得られた粒子を焼成して得られる複合材料はリチウムイオン2次電池などの電極活物質として有用である。
以下に、本発明に関して実施例を挙げて説明するが、本発明は、これらによって限定されるものではない。
[主剤1]
1,5-ジビニル-1,1,5,5-テトラメチル-3,3-ジフェニルトリシロキサン100重量(質量)部に白金の1,3-ジビニル-1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン錯体を白金金属として10ppm配合し、主剤1を調製した。
1,5-ジビニル-1,1,5,5-テトラメチル-3,3-ジフェニルトリシロキサン100重量(質量)部に白金の1,3-ジビニル-1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン錯体を白金金属として10ppm配合し、主剤1を調製した。
[主剤2]
DVB570(新日鐵化学社製ジビニルベンゼン57.0重量(質量)%とビニルエチルベンゼン38.9重量(質量)%を主成分とする)100重量(質量)部に白金の1,3-ジビニル-1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン錯体を白金金属として10ppm配合し、主剤2を調製した。
DVB570(新日鐵化学社製ジビニルベンゼン57.0重量(質量)%とビニルエチルベンゼン38.9重量(質量)%を主成分とする)100重量(質量)部に白金の1,3-ジビニル-1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン錯体を白金金属として10ppm配合し、主剤2を調製した。
[架橋剤]
25℃の動粘度が100mm2/sの分子鎖両末端トリメチルシリル基封鎖ポリメチルハイドロジェンシロキサンを架橋剤として用いた。
25℃の動粘度が100mm2/sの分子鎖両末端トリメチルシリル基封鎖ポリメチルハイドロジェンシロキサンを架橋剤として用いた。
[実施例1]
図2に示すように、主剤1及び架橋剤を個別のタンクA及びBにそれぞれ貯蔵し、プランジャーポンプを用いて主剤1:架橋剤の重量(質量)比が3:1となるように三流体ノズルに個別に供給した。主剤1及び架橋剤の温度はそれぞれ常温とし、主剤1及び架橋剤の総供給量は3kg/時間とした。噴射用気体には窒素を用い噴射圧は0.3MPaとした。
図2に示すように、主剤1及び架橋剤を個別のタンクA及びBにそれぞれ貯蔵し、プランジャーポンプを用いて主剤1:架橋剤の重量(質量)比が3:1となるように三流体ノズルに個別に供給した。主剤1及び架橋剤の温度はそれぞれ常温とし、主剤1及び架橋剤の総供給量は3kg/時間とした。噴射用気体には窒素を用い噴射圧は0.3MPaとした。
この条件で雰囲気温度130℃のスプレードライヤー内に主剤1、架橋剤及び噴射用気体を三流体ノズルから噴射した。ノズルから噴射された主剤1及び架橋剤は噴射用気体により混合され、また、微粒子化され、スプレードライヤー内で液滴から硬化微粒子となった。なお、スプレードライヤー内の理論滞留時間は9秒であった。得られた硬化微粒子はサイクロン式回収器で捕集した。
連続して60分間噴霧を行ったが、三流体ノズルの詰まり、ノズル口周辺の堆積物は認められなかった。硬化微粒子の回収率は、スプレードライヤー内に供給した主剤1及び架橋剤の総量に対して35%であり、得られた微粒子は球状であり、粒度分布は5〜15μmであった。
[実施例2]
噴射用気体の供給管に図示しない加熱用ジャケットを設けて噴射用気体(窒素)を130℃に予熱して用いた以外は、図3に示すように、実施例1と同様にして硬化微粒子を得た。その回収率は80%であり、得られた微粒子は球状であり、粒度分布は5〜15μmであった。
噴射用気体の供給管に図示しない加熱用ジャケットを設けて噴射用気体(窒素)を130℃に予熱して用いた以外は、図3に示すように、実施例1と同様にして硬化微粒子を得た。その回収率は80%であり、得られた微粒子は球状であり、粒度分布は5〜15μmであった。
[実施例3]
図2に示すように、主剤2及び架橋剤を個別のタンクA及びBにそれぞれ貯蔵し、プランジャーポンプを用いて主剤2:架橋剤の重量(質量)比が1:1となるように三流体ノズルに個別に供給した。主剤2及び架橋剤の温度はそれぞれ常温とし、主剤2及び架橋剤の総供給量は3kg/時間とした。噴射用気体には窒素を用い噴射圧は0.3MPaとした。
図2に示すように、主剤2及び架橋剤を個別のタンクA及びBにそれぞれ貯蔵し、プランジャーポンプを用いて主剤2:架橋剤の重量(質量)比が1:1となるように三流体ノズルに個別に供給した。主剤2及び架橋剤の温度はそれぞれ常温とし、主剤2及び架橋剤の総供給量は3kg/時間とした。噴射用気体には窒素を用い噴射圧は0.3MPaとした。
この条件で雰囲気温度130℃のスプレードライヤー内に主剤2、架橋剤及び噴射用気体を三流体ノズルから噴射した。ノズルから噴射された主剤2及び架橋剤は噴射用気体により混合され、また、微粒子化され、スプレードライヤー内で液滴から硬化微粒子となった。なお、スプレードライヤー内の理論滞留時間は9秒であった。得られた硬化微粒子はサイクロン式回収器で捕集した。
連続して60分間噴霧を行ったが、三流体ノズルの詰まり、ノズル口周辺の堆積物は認められなかった。硬化微粒子の回収率は、スプレードライヤー内に供給した主剤2及び架橋剤の総量に対して60%であり、得られた微粒子は球状であり、粒度分布は5〜15μmであった。
[比較例1]
図4に示すように、主剤1及び架橋剤を個別のタンクA及びBにそれぞれ貯蔵し、プランジャーポンプを用いて主剤1:架橋剤の重量(質量)比が3:1となるように二流体ノズルに接続したスタティックミキサーに連続的に供給した。主剤1及び架橋剤の温度はそれぞれ常温とし、主剤1及び架橋剤の総供給量は3kg/時間とした。噴射用気体には窒素を用い噴射圧は0.3MPaとした。
図4に示すように、主剤1及び架橋剤を個別のタンクA及びBにそれぞれ貯蔵し、プランジャーポンプを用いて主剤1:架橋剤の重量(質量)比が3:1となるように二流体ノズルに接続したスタティックミキサーに連続的に供給した。主剤1及び架橋剤の温度はそれぞれ常温とし、主剤1及び架橋剤の総供給量は3kg/時間とした。噴射用気体には窒素を用い噴射圧は0.3MPaとした。
この条件で雰囲気温度130℃のスプレードライヤー内に架橋剤及び主剤1及び架橋剤の混合物を噴射した。運転開始後5分でノズル内部に硬化物が蓄積し、運転続行が不可能になった。回収した試料は不定形の粒子が多く含まれ、平均粒子径は100μmを超えていた。
[実施例4]
蓋付のアルミナ製容器に、実施例2で調製した微粒子を投入し、雰囲気コントロール可能な温度プログラム付マッフル炉で窒素雰囲気下にて、600℃で2時間保持した後、さらに1,000℃で1時間保持するという条件で焼成を行った。冷却後、スーパーミキサーで解砕して、平均粒子径約10μmのケイ素含有炭素材料を得た。得られたケイ素含有炭素材料の金属不純物の含有量を表1に示す。
蓋付のアルミナ製容器に、実施例2で調製した微粒子を投入し、雰囲気コントロール可能な温度プログラム付マッフル炉で窒素雰囲気下にて、600℃で2時間保持した後、さらに1,000℃で1時間保持するという条件で焼成を行った。冷却後、スーパーミキサーで解砕して、平均粒子径約10μmのケイ素含有炭素材料を得た。得られたケイ素含有炭素材料の金属不純物の含有量を表1に示す。
前記ケイ素含有炭素材料85重量%にカーボンブラック5重量%を加え、15分混合した。その後、5重量%ポリフッ化ビニリデン含有N−メチル−2−ピロリドン溶液をポリフッ化ビニリデンが固形分として10重量%となるように加え、さらにN−メチル−2−ピロリドン適量を加え15分混合することによりスラリー状にした。その後、ドクターブレード法により、銅箔ロール上にスラリーを塗布した。こうして得られた電極を85℃で、12時間以上真空下保存し、厚み約20μmの電極を作製した。
前記電極、対極に金属リチウム、電解液として六フッ化リン酸リチウムを1モル/Lの割合で溶解させたエチレンカーボネートとジエチルカーボネート1:1(体積比)混合溶媒、及びセパレータとしてポリプロピレン不織布を用い、コイン型リチウム二次電池を作製した。表2に実施例4の電池の可逆容量、初期クーロン効率、容量維持率を示した。
[実施例5]
実施例3で調製した微粒子を使用した以外は実施例4と同様にしてケイ素含有炭素材料を調製し、その金属不純物の含有量を表1に示した。また、実施例4と同様にして電極、電池を作成し、その電池特性を表2に示した。
実施例3で調製した微粒子を使用した以外は実施例4と同様にしてケイ素含有炭素材料を調製し、その金属不純物の含有量を表1に示した。また、実施例4と同様にして電極、電池を作成し、その電池特性を表2に示した。
[比較例2]
比較例1で得られた硬化物を用い、得られた焼成物をラボジェットミル(日本ニューマチック工業社製)で粉砕した以外は実施例4と同様にして平均粒子径10μmのケイ素含有炭素材料を調製した。得られたケイ素含有炭素材料の金属不純物の含有量を表1に示した。また、実施例4と同様にして電極、電池を作成し、その電池特性を表2に示した。
比較例1で得られた硬化物を用い、得られた焼成物をラボジェットミル(日本ニューマチック工業社製)で粉砕した以外は実施例4と同様にして平均粒子径10μmのケイ素含有炭素材料を調製した。得られたケイ素含有炭素材料の金属不純物の含有量を表1に示した。また、実施例4と同様にして電極、電池を作成し、その電池特性を表2に示した。
[金属不純物の含有量]
試料0.1gをテフロン(登録商標)容器に秤量し、硫酸3ml、硝酸7ml、フッ化水素酸7mlを加え、Multiwave 3000 (Anton Paar社製)を用いて酸分解を行った。得られた分解物をテフロン(登録商標)ビーカーに移しホットプレート上で230℃に加熱して乾固させた。得られた残渣に硝酸と超純水を加えて6%硝酸溶液を調製し、これを測定溶液とした。
試料0.1gをテフロン(登録商標)容器に秤量し、硫酸3ml、硝酸7ml、フッ化水素酸7mlを加え、Multiwave 3000 (Anton Paar社製)を用いて酸分解を行った。得られた分解物をテフロン(登録商標)ビーカーに移しホットプレート上で230℃に加熱して乾固させた。得られた残渣に硝酸と超純水を加えて6%硝酸溶液を調製し、これを測定溶液とした。
測定溶液をペリスタリックポンプによりICP-MS(横河アナリティカルシステムズ社製 Agilnet7500a)に導入し、Fe、Crはクールプラズマ法により、Niはホットプラズマ法により定量した。
[電池特性の評価]
北斗電工製、HJ1010mSM8Aを用い、リチウム挿入脱離容量測定を定電流でおこなった。その際、ケイ素含有炭素材料重量あたりの理論容量を700mAh(1.0C)とし、電流値をケイ素含有炭素材料重量あたり70mA(0.1C)となるようにした。また、リチウム挿入は電池電圧が0.005Vに達した後、更に10分の1の電流値となるまでとした。リチウム放出は電池電圧が1.5Vに到達するまでの容量とした。各リチウム挿入脱離の切り替え時には、30分間、開回路で放置した。なお、サイクル特性については、2回目以降ケイ素含有炭素材料重量あたり、140mA(0.2C)の電流値とした以外は同様な条件で行った。また、最初のサイクルの効率の計算は以下の式を元に行った。
北斗電工製、HJ1010mSM8Aを用い、リチウム挿入脱離容量測定を定電流でおこなった。その際、ケイ素含有炭素材料重量あたりの理論容量を700mAh(1.0C)とし、電流値をケイ素含有炭素材料重量あたり70mA(0.1C)となるようにした。また、リチウム挿入は電池電圧が0.005Vに達した後、更に10分の1の電流値となるまでとした。リチウム放出は電池電圧が1.5Vに到達するまでの容量とした。各リチウム挿入脱離の切り替え時には、30分間、開回路で放置した。なお、サイクル特性については、2回目以降ケイ素含有炭素材料重量あたり、140mA(0.2C)の電流値とした以外は同様な条件で行った。また、最初のサイクルの効率の計算は以下の式を元に行った。
初期クーロン効率(%)=
1サイクル目のリチウム脱離容量/1サイクル目のリチウム挿入容量 × 100
1サイクル目のリチウム脱離容量/1サイクル目のリチウム挿入容量 × 100
そして、2サイクル目のリチウム脱離容量を可逆容量(mAh/g)とし、10サイクル試験後の容量維持率は2サイクル目のリチウム脱離容量に対する10サイクル後のリチウム脱離容量の百分率で表示した。
Claims (12)
- 少なくとも、
第1の流体、
前記第1の流体と反応して粒子を形成可能な第2の流体、及び、
気体
を単一のノズルから噴射し、当該ノズル外で前記第1の流体及び前記第2の流体を混合して反応させることを特徴とする粒子の製造方法。 - 前記ノズルが三流体ノズル又は四流体ノズルである、請求項1記載の製造方法。
- 前記反応が架橋反応である、請求項1又は2記載の製造方法。
- 前記第1の流体が有機ケイ素化合物を含む、請求項1乃至3のいずれかに記載の製造方法。
- 前記第2の流体が架橋剤を含む、請求項4記載の製造方法。
- 前記架橋剤がオルガノハイドロジェンポリシロキサンである、請求項5記載の製造方法。
- 前記気体が不活性ガスである、請求項1乃至6のいずれかに記載の製造方法。
- 前記気体が加熱されている、請求項1乃至7のいずれかに記載の製造方法。
- 前記粒子が架橋オルガノポリシロキサンからなる、請求項1乃至8のいずれかに記載の製造方法。
- 前記粒子の平均粒径が100μm以下である、請求項1乃至9のいずれかに記載の製造方法。
- 請求項9又は10に記載の製造方法で製造された粒子を不活性ガス中又は真空中、300〜1500℃で熱処理することを特徴とする複合材料の製造方法。
- 前記複合材料が電極活物質である、請求項11記載の製造方法。
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JP2012174814A JP2014035809A (ja) | 2012-08-07 | 2012-08-07 | 粒子の製造方法 |
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-
2012
- 2012-08-07 JP JP2012174814A patent/JP2014035809A/ja active Pending
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