JP2022131867A - Carbonaceous granulated material and manufacturing method of carbonaceous granulated material - Google Patents

Carbonaceous granulated material and manufacturing method of carbonaceous granulated material Download PDF

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修平 奥村
Shuhei Okumura
亘 岡田
Wataru Okada
晋平 阪下
Shimpei Sakashita
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Abstract

To provide a carbonaceous granulated material having excellent handling ability and a manufacturing method of the carbonaceous granulated material.SOLUTION: A carbonaceous granulated material of the present invention has a structure of an aggregate of carbonaceous material particles, and has a particle size D50 which is a cumulative frequency of 50% in a cumulative frequency distribution curve based on a volume measured by using a laser diffraction type grain size distribution measuring apparatus of 1 μm or over and 100 μm or under. Moreover, a manufacturing method of manufacturing the carbonaceous granulated material of the present invention involves the steps of: carbonizing a raw resin to obtain a carbide; pulverizing the carbide to obtain a carbonaceous material slurry; and atomizing and drying the carbonaceous material slurry to obtain a carbonaceous granulated material.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、炭素材造粒物および炭素材造粒物の製造方法に関する。より具体的には、熱硬化性樹脂をはじめとする原料樹脂を炭化することにより製造される着色剤用の炭素材造粒物および炭素材造粒物の製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a carbon material granule and a method for producing the carbon material granule. More specifically, the present invention relates to a carbon material granule for a colorant produced by carbonizing a raw material resin such as a thermosetting resin, and a method for producing the carbon material granule.

成形材料用の黒色着色剤としては、カーボンブラックやチタン系黒色顔料、黒色酸化鉄(鉄黒)をはじめとする遷移金属化合物などが使用されている。 Carbon black, titanium-based black pigments, and transition metal compounds such as black iron oxide (iron black) are used as black colorants for molding materials.

一例として、特許文献1には、樹脂成分への分散性に優れ、体積固有抵抗値が高く、遮光性に優れた半導体封止材を形成することのできる半導体封止材用の黒色着色剤として好適なカーボンブラック着色剤が記載されている。
別の例として、特許文献2には、インナーリード間やワイヤー間などの電気的導通による電気的不良を抑止し、更に成形性、信頼性、レーザーマーキング性などに優れた半導体封止材用の着色剤および樹脂組成物が記載されている。
As an example, in Patent Document 1, as a black coloring agent for a semiconductor encapsulant that can form a semiconductor encapsulant that has excellent dispersibility in a resin component, a high volume resistivity value, and an excellent light-shielding property, Suitable carbon black colorants are described.
As another example, Patent Document 2 discloses a semiconductor sealing material that suppresses electrical defects due to electrical conduction between inner leads and wires, and has excellent moldability, reliability, laser marking properties, etc. Colorants and resin compositions are described.

特開2006-52279号公報JP-A-2006-52279 特開2007-134361号公報JP-A-2007-134361

上記文献に記載されているような従来の黒色着色剤は、粒径が数十~数百nmという非常に微細な粒子であるために、飛散性、凝集性および付着性が非常に高く、ハンドリング性が悪いという難点があった。そのため、作業環境の汚染、成形材料への均一な分散が困難および接粉部への粒子付着等の課題があった。 Conventional black colorants such as those described in the above documents are very fine particles with a particle size of several tens to several hundreds of nanometers. There was a problem that the sex was bad. As a result, there are problems such as contamination of the working environment, difficulty in uniform dispersion in the molding material, and adherence of particles to powder-contacting parts.

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、ハンドリング性が良好な炭素材造粒物を提供することを目的とする。
また本発明は、上記炭素材造粒物の製造方法を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide carbon material granules with good handleability.
Another object of the present invention is to provide a method for producing the carbon material granules.

上記のような黒色着色剤を人為的に造粒し、飛散性および凝集性を低下させることによってハンドリング性を向上させた造粒物とした。また、成形用樹脂組成物に配合する際に上記樹脂組成物中に均一に分散させるべく、公知の混錬機の剪断応力で容易に解砕・分散可能な造粒物とした。 A black colorant as described above was artificially granulated to reduce scattering and cohesiveness to obtain granules with improved handleability. In addition, in order to uniformly disperse the granules in the resin composition for molding when blended into the resin composition, the granules are made to be easily pulverized and dispersed by the shearing stress of a known kneader.

本発明者らは、検討の結果、以下に提供される発明を完成させ、上記課題を解決した。 As a result of studies, the inventors completed the invention provided below and solved the above problems.

本発明によれば、
炭素材粒子が凝結した構造を有する炭素材造粒物であって、
レーザー回折式粒度分布測定装置を用いて測定された体積基準の累積度数分布曲線において累積度数が50%である粒子径D50が、1μm以上100μm以下である、
炭素材造粒物が提供される。
According to the invention,
A carbon material granule having a structure in which carbon material particles are aggregated,
The particle diameter D50 at which the cumulative frequency is 50 % in the volume-based cumulative frequency distribution curve measured using a laser diffraction particle size distribution analyzer is 1 μm or more and 100 μm or less.
Carbon material granules are provided.

また、本発明によれば、
原料樹脂を炭化して炭化物を得る炭化工程と、
上記炭化物を粉砕して炭素材スラリーを得る粉砕工程と、
上記炭素材スラリーを噴霧乾燥して炭素材造粒物を得る造粒工程と、
を含む、炭素材造粒物の製造方法
が提供される。
Moreover, according to the present invention,
a carbonization step of carbonizing the raw material resin to obtain a carbide;
a pulverizing step of pulverizing the carbide to obtain a carbon material slurry;
a granulation step of spray-drying the carbon material slurry to obtain carbon material granules;
A method for producing carbon material granules is provided, comprising:

本発明によれば、ハンドリング性に優れる炭素材造粒物および上記炭素材造粒物の製造方法が提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the carbon material granule which is excellent in handleability, and the manufacturing method of the said carbon material granule are provided.

以下、本発明の実施形態について、詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.

本明細書中、数値範囲の説明における「X~Y」との表記は、特に断らない限り、X以上Y以下のことを表す。例えば、「1~5質量%」とは「1質量%以上5質量%以下」を意味する。 In this specification, the notation "X to Y" in the description of numerical ranges means X or more and Y or less, unless otherwise specified. For example, "1 to 5% by mass" means "1% by mass or more and 5% by mass or less".

本明細書中、「凝集」とは、ファンデルワールス力や静電付着力等の現象によって粒子が自然に固まる現象を指す。また、「凝結」とは、凝集とは異なり、人為的な操作や方法によって粒子を固めることを指す。さらに、「一次粒子」とは、粉体生成時にその粉体を構成する粒子で、分子間の結合がそのまま残っているものを指す。「二次粒子」とは、上記一次粒子が凝集したものを指す。 As used herein, "aggregation" refers to a phenomenon in which particles spontaneously clump together due to van der Waals forces, electrostatic adhesion forces, and the like. In addition, "aggregation" refers to solidification of particles by an artificial operation or method, unlike agglomeration. Furthermore, the term "primary particles" refers to particles that constitute the powder at the time of powder production, and in which intermolecular bonds remain as they are. "Secondary particles" refer to aggregated primary particles.

本明細書中、「平均粒径」とは、レーザー回折式粒度分布測定装置を用いて測定された体積基準の累積度数分布曲線において累積度数が50%である粒子径D50を指す。 As used herein, the term "average particle size" refers to a particle size D50 at which the cumulative frequency is 50% in a volume-based cumulative frequency distribution curve measured using a laser diffraction particle size distribution analyzer.

<炭素材造粒物>
まず、本実施形態の炭素材造粒物について説明する。
<Carbon material granules>
First, the carbon material granules of this embodiment will be described.

本実施形態の炭素材造粒物は、炭素材粒子が凝結した構造を有する。 The carbon material granules of the present embodiment have a structure in which carbon material particles are aggregated.

従来の炭素材は粒径が数十~数百nmという非常に微細な粒子である。そのため、飛散性、凝集性および付着性が非常に高く、普段の取り扱い時に粒子が飛散することで作業環境の汚染などが発生する。
また、上記炭素材粒子を例えば樹脂組成物等に機械的に混練させた際、樹脂組成物内でファンデルワールス力や静電付着力等によって凝集してしまうと、機械的な混練によって分散させることは非常に困難になる。その結果、最終的な樹脂組成物に均一に分散させることができず、色ムラが発生することとなる。
Conventional carbon materials are extremely fine particles with a particle size of several tens to several hundreds of nanometers. Therefore, the scattering, cohesiveness, and adhesiveness are very high, and the work environment is polluted when the particles scatter during normal handling.
In addition, when the carbon material particles are mechanically kneaded into a resin composition or the like, for example, if they agglomerate in the resin composition due to Van der Waals force, electrostatic adhesion force, or the like, they are dispersed by mechanical kneading. becomes very difficult. As a result, it cannot be uniformly dispersed in the final resin composition, resulting in color unevenness.

そこで、上記炭素材粒子を人為的に造粒することによって、飛散性および凝集性を低下させ、ハンドリング性を向上させた炭素材造粒物とした。本実施形態における炭素材造粒物は上記特性を低下させることによって、作業環境の汚染防止および接粉部への粒子付着防止が可能となり、結果としてハンドリング性が向上する。また、成形用樹脂組成物に配合する際に上記樹脂組成物中に均一に分散させるべく、公知の混錬機の剪断応力で容易に解砕・分散可能な造粒物とした。 Therefore, by artificially granulating the carbon material particles, the carbon material granules with reduced scattering properties and cohesion properties and improved handling properties were obtained. By reducing the above properties, the carbon material granules of the present embodiment can prevent contamination of the working environment and adhesion of particles to the powder-contacting part, resulting in improved handling properties. In addition, in order to uniformly disperse the granules in the resin composition for molding when blended into the resin composition, the granules are made to be easily pulverized and dispersed by the shearing stress of a known kneader.

ここで、「炭素材粒子」とは、一次粒子、一次粒子が凝集した二次粒子、またはその混合物を含むことが好ましい。
炭素材粒子は、微細な炭素材の一次粒子が凝集したために解砕が困難になった二次粒子の他、粒径が比較的大きいために凝集力が低い一次粒子を含むため、広い粒度分布となる。その場合、例えば樹脂組成物等に上記炭素材粒子を混練した場合、混練前に上記炭素材粒子が凝集してしまい、混練した樹脂組成物に色ムラが発生する傾向にあった。
Here, the "carbon material particles" preferably include primary particles, secondary particles in which primary particles are agglomerated, or mixtures thereof.
Carbon material particles include secondary particles that are difficult to crush due to agglomeration of fine primary particles of carbon material, as well as primary particles with relatively large particle sizes and low cohesive force, resulting in a wide particle size distribution. becomes. In that case, for example, when the carbon material particles are kneaded into a resin composition or the like, the carbon material particles tend to aggregate before kneading, resulting in color unevenness in the kneaded resin composition.

一方で、本実施形態のように、上記炭素材粒子を人為的に造粒し、「炭素材造粒物」とすることにより、例えば上記炭素材造粒物を樹脂組成物等に混練した場合、混練時のローターによる剪断応力によって上記炭素材造粒物が微細な一次粒子および二次粒子の形状である上記炭素材粒子に解砕され、上記炭素材粒子が樹脂組成物内に比較的均一に分散する。その結果、樹脂組成物の色ムラを防止できる効果がある。 On the other hand, as in the present embodiment, by artificially granulating the carbon material particles to form "carbon material granules", for example, when the carbon material granules are kneaded into a resin composition or the like. , the carbon material granules are pulverized into the carbon material particles in the form of fine primary particles and secondary particles by the shear stress caused by the rotor during kneading, and the carbon material particles are relatively uniform in the resin composition. disperse to As a result, there is an effect that color unevenness of the resin composition can be prevented.

本実施形態における炭素材造粒物は、平均粒径D50の下限値が、好ましくは1μmであり、より好ましくは5μmであり、さらに好ましくは10μmである。
上記D50を上記下限値以上にすることで、炭素材造粒物の飛散性、凝集性および付着性が低下し、ハンドリング性が向上する。
また、本実施形態における炭素材造粒物は、平均粒径D50の上限値が、好ましくは100μmであり、より好ましくは90μmであり、さらに好ましくは80μmである。
上記D50を上記上限値以下にすることで、成形用の樹脂組成物に混合した際に着色のムラが低下する。
The lower limit of the average particle diameter D50 of the carbon material granules in the present embodiment is preferably 1 μm, more preferably 5 μm, and still more preferably 10 μm.
By setting the D50 to the above lower limit or higher, the carbon material granules are reduced in scattering property, cohesion property and adhesion property, and handling property is improved.
The upper limit of the average particle size D50 of the carbon material granules in the present embodiment is preferably 100 μm, more preferably 90 μm, and even more preferably 80 μm.
By setting the D50 to the above upper limit or less, uneven coloring is reduced when mixed with the resin composition for molding.

本実施形態における炭素材造粒物は、体積基準の累積度数分布曲線において累積度数が10%である粒子径D10が0.5μm~50μmであることが好ましく、2μm~45μmであることがより好ましく、5μm~40μmであることがさらに好ましい。
上記D10が上記数値範囲内にあることで、炭素材造粒物を樹脂組成物に混練する際のハンドリング性が向上する。
In the carbon material granules in the present embodiment, the particle diameter D10 at which the cumulative frequency is 10 % in the volume-based cumulative frequency distribution curve is preferably 0.5 μm to 50 μm, more preferably 2 μm to 45 μm. It is preferably 5 μm to 40 μm, more preferably 5 μm to 40 μm.
When the D10 is within the above numerical range, the handling property when kneading the carbon material granules with the resin composition is improved.

また、本実施形態における炭素材造粒物は、体積基準の累積度数分布曲線において累積度数が90%である粒子径D90が3μm~150μmであることが好ましく、8μm~140μmであることがより好ましく、16μm~130μmであることがさらに好ましい。
上記D90が上記数値範囲内にあることで、炭素材造粒物を樹脂組成物に混練した際に炭素材造粒物が樹脂組成物中に均一に分散し、樹脂組成物の色ムラを防止できる。
In addition, the carbon material granules in the present embodiment preferably have a particle diameter D90 at which the cumulative frequency is 90 % in the volume-based cumulative frequency distribution curve is 3 μm to 150 μm, more preferably 8 μm to 140 μm. It is preferably 16 μm to 130 μm, more preferably 16 μm to 130 μm.
When the D90 is within the above numerical range, when the carbon material granules are kneaded with the resin composition, the carbon material granules are uniformly dispersed in the resin composition, and color unevenness of the resin composition is eliminated. can be prevented.

本実施形態における炭素材造粒物の下記式(1)で表される粒径分布は、0.9~4.0であることが好ましく、0.9~3.0であることがより好ましく、0.9~2.5であることがさらに好ましい。
粒径分布が上記数値範囲内であることで、炭素材造粒物を樹脂組成物に混練した際に炭素材造粒物が樹脂組成物中に均一に分散し、樹脂組成物の色ムラを防止できる。
粒径分布=(D90-D10)/D50 ・・・式(1)
The particle size distribution represented by the following formula (1) of the carbon material granules in the present embodiment is preferably 0.9 to 4.0, more preferably 0.9 to 3.0. , 0.9 to 2.5.
When the particle size distribution is within the above numerical range, when the carbon material granules are kneaded with the resin composition, the carbon material granules are uniformly dispersed in the resin composition, and the color unevenness of the resin composition is reduced. can be prevented.
Particle size distribution=(D 90 −D 10 )/D 50 Equation (1)

本実施形態における炭素材造粒物の形状は真球状又は略球状であることが望ましい。上記炭素材造粒物の形状を上記形状のいずれかにすることで、炭素材造粒物の流動性が向上し、また、凝集性および付着性が低下することから、ハンドリング性が向上するため好ましい。 The shape of the carbon material granules in the present embodiment is desirably spherical or substantially spherical. By making the shape of the carbon material granules any of the above shapes, the fluidity of the carbon material granules is improved, and the cohesiveness and adhesion are reduced, so that the handleability is improved. preferable.

ここで、「真球状」とは、円形度が0.8~1.0であることを指し、「略球状」とは、円形度が0.6~0.8であることを指す。なお、「円形度」とは、観測された粒子像の面積と同面積を有する円の周長を粒子像の周長で割ったものであり、1に近い程真円に近い。粒子像の面積をS、周長をLとすると、以下の式(2)で表わすことができる。
円形度=(4πS)1/2/L ・・・式(2)
Here, "perfectly spherical" means that the degree of circularity is from 0.8 to 1.0, and "substantially spherical" means that the degree of circularity is from 0.6 to 0.8. The "circularity" is obtained by dividing the perimeter of a circle having the same area as the observed particle image by the perimeter of the particle image. Assuming that the area of the particle image is S and the perimeter is L, it can be expressed by the following formula (2).
Circularity=(4πS) 1/2 /L Expression (2)

本実施形態における炭素材造粒物のより好ましい形態では、圧縮破壊強度に優れる。具体的には、微小圧縮試験機を用いて測定した圧縮破壊強度の下限値が、好ましくは1kPaであり、より好ましくは5kPaであり、さらに好ましくは10kPaである。上記圧縮破壊強度を上記下限値以上にすることにより、通常の取り扱い時に容易に解砕されず、ハンドリング性が向上するため好ましい。
また、圧縮破壊強度の上限値が、好ましくは200kPaであり、より好ましくは150kPaであり、さらに好ましくは100kPaである。上記圧縮破壊強度を上記上限値以下にすることにより、成形用樹脂組成物に混錬した際に上記炭素材造粒物が容易に解砕し、上記成形用樹脂組成物中に均一に分散されるため好ましい。
A more preferable form of the carbon material granules in the present embodiment is excellent in compression breaking strength. Specifically, the lower limit of the compressive breaking strength measured using a microcompression tester is preferably 1 kPa, more preferably 5 kPa, and even more preferably 10 kPa. By setting the compressive breaking strength to the above lower limit or more, it is preferable because it is not easily crushed during normal handling and the handling property is improved.
Also, the upper limit of the compressive breaking strength is preferably 200 kPa, more preferably 150 kPa, and even more preferably 100 kPa. By setting the compressive breaking strength to the above upper limit or less, the carbonaceous material granules are easily crushed when kneaded into the molding resin composition and uniformly dispersed in the molding resin composition. preferred because

本実施形態における炭素材造粒物のより好ましい形態では、圧縮度に優れる。なお、本明細書において、圧縮度(%)は以下式(3)にて算出される。
圧縮度(%)=(1-(緩めかさ密度(g/cm)/固めかさ密度(g/cm)))×100 ・・・式(3)
ここで、緩めかさ密度とは炭素材造粒物の質量をその占めるかさ体積で割った密度を示し、例えば正弦波の振動により容器内に空気を含んだ炭素材造粒物を自由落下させることにより容器内に充填し、その質量と容器の体積から求めることができる。また、固めかさ密度とは緩めかさ密度の測定で容器内に充填した炭素材造粒物を、タッピングすることによって固めた後に測定した密度を示す。
なお、これらの緩めかさ密度および固めかさ密度の測定には、パウダテスタ等公知の方法および装置が使用できる。
A more preferable form of the carbon material granules in the present embodiment is excellent in compressibility. In addition, in this specification, the degree of compression (%) is calculated by the following formula (3).
Compressibility (%)=(1−(loose bulk density (g/cm 3 )/firm bulk density (g/cm 3 )))×100 Equation (3)
Here, the loose bulk density indicates the density obtained by dividing the mass of the carbon material granules by the bulk volume occupied by them. It can be obtained from the mass and the volume of the container by filling it in the container. In addition, the hardened bulk density indicates the density measured after hardening the carbon material granules filled in the container by tapping in the loose bulk density measurement.
For the measurement of these loose bulk densities and firm bulk densities, known methods and devices such as a powder tester can be used.

本実施形態における炭素材造粒物のより好ましい形態における圧縮度としては、具体的には5%~30%が好ましく、より好ましくは10%~30%であり、さらに好ましくは15%~30%である。
上記圧縮度が上記上限以下だと、炭素材造粒物の流動性が好適になる。また、上記圧縮度が上記下限以上だと炭素材造粒物のハンドリング性が良好になる。
Specifically, the degree of compression in a more preferred form of the carbon material granules in the present embodiment is preferably 5% to 30%, more preferably 10% to 30%, and still more preferably 15% to 30%. is.
When the degree of compression is equal to or less than the upper limit, the fluidity of the carbon material granules is favorable. Further, when the degree of compression is equal to or higher than the lower limit, the carbon material granules have good handleability.

本実施形態における炭素材造粒物のより好ましい形態では、凝集度に優れる。なお、本明細書において凝集度(%)とは、上記炭素材造粒物2gを三段に重ねた篩に入れ、所定の時間に一定の振動を与えた後に各篩上に残る重量から、以下の式(4)で表される。
凝集度(%)=((上段篩の残重量(g))/2+3(中段篩の残重量(g))/10+(下段篩の残重量(g))/10)×100 ・・・式(4)
A more preferable form of the carbon material granules in the present embodiment is excellent in degree of cohesion. In this specification, the degree of aggregation (%) is defined as the weight remaining on each sieve after 2 g of the carbon material granules are placed in three sieves and subjected to constant vibration for a predetermined period of time. It is represented by the following formula (4).
Degree of cohesion (%) = ((Residual weight of upper sieve (g))/2 + 3 (Residual weight of middle sieve (g))/10 + (Residual weight of lower sieve (g))/10) x 100 Formula (4)

本実施形態における炭素材造粒物のより好ましい形態における凝集度としては、具体的には10%~50%が好ましく、より好ましくは10%~40%であり、さらに好ましくは10%~30%である。
上記凝集度が上記上限以下だと、炭素材造粒物の流動性が好適になる。また、上記凝集度が上記下限以上だと炭素材造粒物のハンドリング性が良好になる。
Specifically, the aggregation degree in a more preferred form of the carbon material granules in the present embodiment is preferably 10% to 50%, more preferably 10% to 40%, and still more preferably 10% to 30%. is.
If the degree of aggregation is equal to or less than the upper limit, the fluidity of the carbon material granules will be favorable. In addition, when the degree of agglomeration is equal to or higher than the lower limit, the carbon material granules have good handleability.

本実施形態における炭素材造粒物のより好ましい形態では、分散度に優れる。なお、本明細書において分散度(%)とは、一定量の上記炭素材造粒物を一定の高さから自由落下させた際の、落下前の重量と下に置いたウォッチグラス上に落下せずに飛散した重量の割合であり、以下の式(5)で表される。
分散度(%)=(飛散した重量(g)/落下前の重量(g))×100 ・・・式(5)
A more preferable form of the carbon material granules in the present embodiment has excellent dispersibility. In this specification, the degree of dispersion (%) refers to the weight before dropping a certain amount of the above carbon material granules from a certain height and the weight before dropping onto a watch glass placed below. It is the ratio of the weight that scatters without the weight, and is represented by the following formula (5).
Degree of dispersion (%) = (scattered weight (g)/weight before falling (g)) x 100 Equation (5)

本実施形態における炭素材造粒物のより好ましい形態における分散度としては、具体的には10%~50%が好ましく、より好ましくは10%~40%であり、さらに好ましくは10%~30%である。
上記分散度が上記上限以下だと、炭素材造粒物の飛散性が抑制され、かつ流動性が好適になる。また、上記凝集度が上記下限以上だと炭素材造粒物のハンドリング性が良好になる。
Specifically, the degree of dispersion in a more preferred form of the carbon material granules in the present embodiment is preferably 10% to 50%, more preferably 10% to 40%, and still more preferably 10% to 30%. is.
When the degree of dispersion is equal to or less than the upper limit, the carbon material granules are prevented from scattering and have favorable fluidity. In addition, when the degree of agglomeration is equal to or higher than the lower limit, the carbon material granules have good handleability.

本実施形態における炭素材造粒物のより好ましい形態における、上記流動性とハンドリング性のバランスは安息角および崩潰角からも確認できる。
なお、本明細書において安息角(°)とは、正弦波の振動によって炭素材造粒物を自由落下させることで堆積層を形成させ、上記堆積層の自由表面が水平となす角度を指す。また、崩潰角(°)とは、上記堆積層における上記安息角に同一の衝撃を3度与えて崩潰させることによって形成された崩潰面の傾斜角を指す。
In the more preferable form of the carbon material granules of the present embodiment, the balance between the fluidity and the handleability can also be confirmed from the angle of repose and the angle of collapse.
In this specification, the angle of repose (°) refers to the angle formed by the free surface of the deposited layer formed by allowing the carbon material granules to fall freely due to sinusoidal vibration and the free surface of the deposited layer. The collapse angle (°) refers to the inclination angle of the collapsed surface formed by applying the same impact to the repose angle of the deposit layer three times to cause it to collapse.

本実施形態における炭素材造粒物のより好ましい形態における安息角としては、具体的には20°~50°が好ましく、より好ましくは25°~40°であり、さらに好ましくは25°~35°である。 Specifically, the angle of repose in a more preferred form of the carbon material granules in the present embodiment is preferably 20° to 50°, more preferably 25° to 40°, and still more preferably 25° to 35°. is.

また、本実施形態における炭素材造粒物のより好ましい形態における崩潰角としては、具体的には5°~20°が好ましく、より好ましくは5°~15°であり、さらに好ましくは5°~10°である。 Further, the collapse angle in a more preferable form of the carbon material granules in the present embodiment is specifically preferably 5° to 20°, more preferably 5° to 15°, and still more preferably 5° to 20°. 10°.

<炭素材造粒物の製造方法>
続いて、本実施形態の炭素材造粒物の製造方法について説明する。
<Manufacturing method of carbon material granules>
Next, a method for producing the carbon material granules of the present embodiment will be described.

本実施形態における炭素材造粒物は、好ましくは以下の3つの工程を含む製造方法により製造することができる。
即ち、原料樹脂を炭化して炭化物を得る炭化工程と、
上記炭化物を粉砕して炭素材スラリーを得る粉砕工程と、
上記炭素材スラリーを噴霧乾燥して炭素材造粒物を得る造粒工程とを有することが望ましい。
The carbon material granules in this embodiment can be produced preferably by a production method including the following three steps.
That is, a carbonization step of carbonizing the raw material resin to obtain a carbide;
a pulverizing step of pulverizing the carbide to obtain a carbon material slurry;
and a granulation step of spray-drying the carbon material slurry to obtain carbon material granules.

以下、本実施形態における炭素材造粒物の製造方法での各工程について、より詳細に説明する。 Each step in the method for producing the carbon material granules according to the present embodiment will be described in more detail below.

(炭化工程)
まず、炭化工程では、原料樹脂組成物を炭化することによって原料樹脂組成物の炭化物を得る。原料樹脂組成物の炭化物を得る方法としては、好ましくは不活性ガス雰囲気下で熱処理可能な設備を用いる。上記不活性ガスとしては窒素、ヘリウムガス、アルゴンガスなどの公知の気体が使用できる。
(Carbonization process)
First, in the carbonization step, a carbonized product of the raw resin composition is obtained by carbonizing the raw resin composition. As a method for obtaining the carbide of the raw material resin composition, equipment capable of heat treatment under an inert gas atmosphere is preferably used. Known gases such as nitrogen, helium gas and argon gas can be used as the inert gas.

上記炭化工程における炭化温度は、400℃~1500℃が好ましい。また、最終成形体の用途に応じて上記炭化温度を調整することにより、本実施形態における炭素材造粒物の電気的特性を調整することができる。炭素材造粒物の体積抵抗率を上げる場合、上記炭化温度は400℃~750℃がより好ましく、500℃~700℃がさらに好ましい。逆に、炭素材造粒物の体積抵抗率を下げる場合、上記炭化温度は750℃~1500℃がより好ましく、800℃~1500℃がさらに好ましい。 The carbonization temperature in the carbonization step is preferably 400°C to 1500°C. Further, by adjusting the carbonization temperature according to the application of the final compact, the electrical properties of the carbon material granules in the present embodiment can be adjusted. When increasing the volume resistivity of the carbon material granules, the carbonization temperature is more preferably 400°C to 750°C, and even more preferably 500°C to 700°C. Conversely, when lowering the volume resistivity of the carbon material granules, the carbonization temperature is more preferably 750.degree. C. to 1500.degree. C., even more preferably 800.degree.

また、上記炭化工程における炭化時間は特に限定されないが、好ましくは1時間~24時間であり、より好ましくは1時間~12時間であり、さらに好ましくは1時間~6時間である。 The carbonization time in the carbonization step is not particularly limited, but is preferably 1 hour to 24 hours, more preferably 1 hour to 12 hours, and still more preferably 1 hour to 6 hours.

本実施形態における炭素材造粒物の原料樹脂組成物としては特に限定されないが、例えば、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、及び、その他の高分子材料から選ばれるもの(以下、単に「主成分樹脂類」ということがある)を含有することができる。
なお、本発明の原料樹脂組成物は、主成分樹脂類として一種類の樹脂のみを用いる場合もあるが、便宜上、これも原料樹脂組成物と呼称することとする。
The raw material resin composition of the carbon material granules in the present embodiment is not particularly limited, but is selected from, for example, thermosetting resins, thermoplastic resins, and other polymeric materials (hereinafter simply referred to as "main component may be referred to as "resins").
Although the raw material resin composition of the present invention may use only one type of resin as the main component resins, this is also referred to as the raw material resin composition for the sake of convenience.

ここで熱硬化性樹脂としては特に限定されないが、例えば、ノボラック型フェノール樹脂、レゾール型フェノール樹脂などのフェノール樹脂、ビスフェノール型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂などのエポキシ樹脂、アニリン樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂などの含窒素樹脂、あるいはフラン樹脂などが挙げられる。
また、熱可塑性樹脂としては特に限定されないが、例えば、ポリスチレン、ポリアミド、ポリアミン、ポリイミン、ポリプロピレンなどが挙げられる。
その他の高分子材料としては特に限定されないが、例えば、石油ピッチ、石炭ピッチ、紡糸用ピッチ等の重合性高分子量体などが挙げられる。
上記主成分樹脂類は、単独あるいは二種類以上を併用することができる。
Here, the thermosetting resin is not particularly limited, but examples include phenolic resins such as novolak-type phenolic resins and resol-type phenolic resins, epoxy resins such as bisphenol-type epoxy resins and novolak-type epoxy resins, aniline resins, melamine resins, and urea. Nitrogen-containing resins such as resins, furan resins, and the like can be used.
Moreover, the thermoplastic resin is not particularly limited, but examples thereof include polystyrene, polyamide, polyamine, polyimine, and polypropylene.
Other polymeric materials are not particularly limited, but include, for example, petroleum pitch, coal pitch, polymerizable high molecular weight materials such as pitch for spinning, and the like.
The main component resins may be used alone or in combination of two or more.

本実施形態における原料樹脂組成物においては、このような主成分樹脂類として熱硬化性樹脂を用いる場合には、その硬化剤を併用することができる。
熱硬化性樹脂の硬化剤としては特に限定されないが、例えば、ノボラック型フェノール樹脂を用いる場合にはヘキサメチレンテトラミン、エポキシ樹脂を用いる場合は、脂肪族ポリアミン、芳香族ポリアミン等のポリアミン化合物、酸無水物、イミダゾール化合物などを用いることができる。
なお、通常硬化剤を併用する熱硬化性樹脂であっても、本発明の原料樹脂組成物においては、硬化剤を併用しないで用いることができる。
In the raw material resin composition of the present embodiment, when a thermosetting resin is used as such main component resins, a curing agent thereof can be used in combination.
The curing agent for the thermosetting resin is not particularly limited, but for example, hexamethylenetetramine when using a novolak-type phenol resin, polyamine compounds such as aliphatic polyamines and aromatic polyamines when using an epoxy resin, acid anhydride substances, imidazole compounds, and the like can be used.
It should be noted that even a thermosetting resin that is usually used in combination with a curing agent can be used without a curing agent in the raw material resin composition of the present invention.

本実施形態における原料樹脂組成物においては、上記主成分樹脂類のほか、添加剤を配合することができる。
ここで添加剤としては特に限定されないが、例えば、200~800℃にて炭化処理した炭素材前駆体、黒鉛及び黒鉛変性剤、有機酸、無機酸、含窒素化合物、含酸素化合物、芳香族化合物、及び、非鉄金属元素などを挙げることができる。
上記添加剤は、用いる主成分樹脂類の種類や性状などにより、単独あるいは二種類以上を併用することができる。
In the raw material resin composition of the present embodiment, additives can be blended in addition to the main component resins.
Although the additive is not particularly limited here, for example, carbon material precursor carbonized at 200 to 800 ° C., graphite and graphite modifier, organic acid, inorganic acid, nitrogen-containing compound, oxygen-containing compound, aromatic compound , and non-ferrous metal elements.
The above additives can be used alone or in combination of two or more depending on the type and properties of the main component resins used.

本実施形態の炭化工程において使用できる熱処理可能な設備としては、特に限定されるものではなく、公知の設備を選択することができる。公知の設備としては、例えば回分式の電気炉もしくはロータリーキルン、ローラーハースキルン等の連続炉が挙げられる。
上記設備は、上記炭素材造粒物に求める物性や上記炭素材造粒物の製造効率などにより、単独あるいは二種類以上を併用することができる。
Equipment capable of heat treatment that can be used in the carbonization step of the present embodiment is not particularly limited, and known equipment can be selected. Known facilities include, for example, a batch-type electric furnace or a continuous furnace such as a rotary kiln or a roller hearth kiln.
The equipment may be used alone or in combination of two or more depending on the physical properties required for the carbon material granules, the production efficiency of the carbon material granules, and the like.

(粉砕工程)
次いで、粉砕工程を行う。粉砕工程では、炭化工程で得られた炭化物を粉砕し、炭素材スラリーを得る。この際、粉砕工程として上記炭化物を乾式粉砕して予備粉砕物を得る予備粉砕工程と、上記予備粉砕物を湿式粉砕して上記炭素材スラリーを得る微粉砕工程を有することが望ましい。
(Pulverization process)
Then, a pulverization step is performed. In the pulverization step, the carbide obtained in the carbonization step is pulverized to obtain a carbon material slurry. At this time, it is preferable that the pulverization step includes a preliminary pulverization step of dry-pulverizing the carbide to obtain a pre-pulverized material, and a fine pulverization step of wet-pulverizing the pre-pulverized material to obtain the carbon material slurry.

以下、粉砕工程における各工程の詳細について説明する。 Details of each step in the pulverization step will be described below.

(予備粉砕工程)
予備粉砕工程では、炭化工程で得られた炭化物を乾式粉砕することで、予備粉砕物を得る。予備粉砕物の粒径は特に限定されないが、1μm~100μmになるまで乾式粉砕を行うことが好ましく、1μm~80μmがより好ましく、1μm~50μmがさらに好ましい。
(Preliminary pulverization step)
In the preliminary pulverization step, the carbide obtained in the carbonization step is dry-pulverized to obtain a pre-pulverized material. The particle size of the pre-pulverized product is not particularly limited, but dry pulverization is preferably carried out until it becomes 1 μm to 100 μm, more preferably 1 μm to 80 μm, even more preferably 1 μm to 50 μm.

予備粉砕工程に用いる装置は特に限定されないが、例えばロッドミル、ボールミル、ビーズミル、ジェットミル、サイクロンミル、ローラーミル、ピンミル、ハンマーミルおよびパルペライザーなどの公知の装置を用いることができる。
上記設備は、予備粉砕物の物性やハンドリング性などにより、単独あるいは二種類以上を併用することができる。
The device used in the preliminary pulverization step is not particularly limited, and known devices such as rod mills, ball mills, bead mills, jet mills, cyclone mills, roller mills, pin mills, hammer mills and pulperizers can be used.
The above equipment can be used alone or in combination of two or more depending on the physical properties and handling properties of the pre-ground material.

(微粉砕工程)
微粉砕工程では、予備粉砕工程で得られた予備粉砕物をさらに湿式粉砕することで、炭素材スラリーを得る。炭素材スラリー中に含まれる炭素材粒子の粒径は特に限定されないが、0.05μm~0.5μmになるまで湿式粉砕を行うことが好ましく、0.05μm~0.4μmがより好ましく、0.05μm~0.3μmがさらに好ましい。
(Fine pulverization process)
In the fine pulverization step, the preliminary pulverized material obtained in the preliminary pulverization step is further wet-pulverized to obtain a carbon material slurry. The particle size of the carbon material particles contained in the carbon material slurry is not particularly limited, but wet pulverization is preferably performed until the particle size becomes 0.05 μm to 0.5 μm, more preferably 0.05 μm to 0.4 μm, and 0.05 μm to 0.4 μm. 05 μm to 0.3 μm is more preferable.

微粉砕工程に用いる装置は特に限定されないが、例えば高圧ホモジナイザーおよびビーズミルなどの公知の装置を用いることができる。
上記設備は、炭素材スラリーの物性やハンドリング性などにより、単独あるいは二種類を併用することができる。
また、炭素材スラリー中の炭素材粒子をさらに微細化する観点からは、ビーズミルを用いることが好ましい。
The device used for the pulverization step is not particularly limited, and known devices such as a high-pressure homogenizer and a bead mill can be used.
The above equipment can be used alone or in combination depending on the physical properties and handling properties of the carbon material slurry.
From the viewpoint of further miniaturizing the carbon material particles in the carbon material slurry, it is preferable to use a bead mill.

上記微粉砕工程においてビーズミルを使用する場合、用いるビーズの材質は特に限定されず、ジルコニアビーズ、アルミナビーズ、ジルコンビーズ、ガラスビーズ、高クロム炭素鋼ビーズなどの公知の材質のビーズを用いることができる。この中でも、金属コンタミ、耐摩耗性、粉砕効率の観点からはジルコニアビーズを用いることが好ましい。 When a bead mill is used in the fine pulverization step, the material of the beads used is not particularly limited, and beads of known materials such as zirconia beads, alumina beads, zircon beads, glass beads, and high-chromium carbon steel beads can be used. . Among these, it is preferable to use zirconia beads from the viewpoint of metal contamination, abrasion resistance, and pulverization efficiency.

また、上記ビーズ径としては、予備粉砕物の粒径や硬度に応じて選択してよく、例えば0.03mm~1mmである。また、粒径の異なるビーズを2種類以上併用してもよい。 The bead diameter may be selected according to the particle size and hardness of the pre-pulverized product, and is, for example, 0.03 mm to 1 mm. Moreover, two or more kinds of beads having different particle diameters may be used in combination.

上記湿式粉砕時に予備粉砕物を分散する分散媒としては、水、有機溶剤もしくはその混合物を用いることが好ましい。上記有機溶剤としては沸点が120℃以下の公知の有機化合物を使用することができる。例えば、メタノール、エタノール、1-プロパノール、2-プロパノール、1-ブタノール、2-ブタノール等のアルコール類、アセトン、2-ブタノン、4-メチル-2-ペンタノンなどのケトン類が挙げられる。 It is preferable to use water, an organic solvent, or a mixture thereof as a dispersion medium for dispersing the preliminary pulverized material during the wet pulverization. A known organic compound having a boiling point of 120° C. or less can be used as the organic solvent. Examples thereof include alcohols such as methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol and 2-butanol, and ketones such as acetone, 2-butanone and 4-methyl-2-pentanone.

湿式粉砕時の炭素材スラリーの濃度としては、1重量%~50重量%が好ましく、1重量%~40重量%がより好ましく、1重量%~30重量%がさらに好ましい。
炭素材スラリーの濃度が上記上限以下であることによって、炭素材スラリーの流動性が増し、予備粉砕物をより良好に粉砕できるため好ましい。また、炭素材スラリーの濃度が上記下限以上であることによって、予備粉砕物の粉砕効率が向上するため好ましい。
The concentration of the carbon material slurry during wet pulverization is preferably 1 wt % to 50 wt %, more preferably 1 wt % to 40 wt %, even more preferably 1 wt % to 30 wt %.
When the concentration of the carbon material slurry is equal to or less than the above upper limit, the fluidity of the carbon material slurry is increased, and the preliminary pulverized material can be pulverized more satisfactorily, which is preferable. Further, it is preferable that the concentration of the carbon material slurry is equal to or higher than the above lower limit because the pulverization efficiency of the pre-pulverized material is improved.

(造粒工程)
最後に、造粒工程では、粉砕工程で得られた炭素材スラリーを乾燥室内で噴霧乾燥して炭素材造粒物を得る。
噴霧乾燥の方法としては特に限定されないが、例えばスプレードライヤ等を用いて噴霧乾燥することができる。
(Granulation process)
Finally, in the granulation step, the carbon material slurry obtained in the pulverization step is spray-dried in a drying chamber to obtain carbon material granules.
Although the method of spray drying is not particularly limited, for example, spray drying can be performed using a spray dryer or the like.

スプレードライヤを用いる場合、乾燥室内に電気ヒータ等で温めたガスを送り込み、ノズルを用いて炭素材スラリーを乾燥室に噴霧することが好ましい。炭素材スラリーを噴霧することによって、炭素材スラリーが分散媒の表面張力によって球状又は略球状になる。これにより、炭素材スラリー中の炭素材粒子が球状又は略球状に凝結し、分散媒が乾燥することによって炭素材造粒物が望ましい形状となる。 When a spray dryer is used, it is preferable to send gas heated by an electric heater or the like into the drying chamber and spray the carbon material slurry into the drying chamber using a nozzle. By spraying the carbon material slurry, the carbon material slurry becomes spherical or approximately spherical due to the surface tension of the dispersion medium. As a result, the carbon material particles in the carbon material slurry are condensed in a spherical or approximately spherical shape, and the dispersion medium dries to give the carbon material granules a desirable shape.

炭素材スラリーを乾燥室内に噴霧する際に用いるノズルとしては、特に限定されるものではなく、液滴噴霧が可能な公知のノズルを用いることができる。公知のノズルとしては、例えば、二流体ノズル、加圧ノズル、ディスクアトマイザ等を用いることができる。
噴霧に用いるガスとしては特に限定されないが、乾燥室内のガスと同じ種類のガスを用いることが望ましい。
また、この際のガス圧は0.1MPa~0.5MPaが好ましく、0.1MPa~0.4MPaがより好ましく、0.1MPa~0.3MPaがさらに好ましい。
The nozzle used for spraying the carbon material slurry into the drying chamber is not particularly limited, and a known nozzle capable of spraying droplets can be used. As known nozzles, for example, a two-fluid nozzle, a pressurized nozzle, a disk atomizer, or the like can be used.
The gas used for spraying is not particularly limited, but it is desirable to use the same kind of gas as the gas in the drying chamber.
The gas pressure at this time is preferably 0.1 MPa to 0.5 MPa, more preferably 0.1 MPa to 0.4 MPa, and even more preferably 0.1 MPa to 0.3 MPa.

造粒工程における乾燥温度は、好ましくは100℃~300℃であり、より好ましくは125℃~250℃であり、さらに好ましくは150℃~250℃である。乾燥温度が上記上限以下であることによって、炭素材スラリーに用いた分散媒の突沸が起きず、炭素材造粒物の形状がより均一になるため好ましい。また、乾燥温度が上記下限以上であることによって、乾燥がスムーズになるため好ましい。 The drying temperature in the granulation step is preferably 100°C to 300°C, more preferably 125°C to 250°C, still more preferably 150°C to 250°C. When the drying temperature is equal to or lower than the above upper limit, bumping of the dispersion medium used in the carbon material slurry does not occur, and the shape of the carbon material granules becomes more uniform, which is preferable. Moreover, it is preferable that the drying temperature is equal to or higher than the above lower limit because the drying becomes smooth.

以上、本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することができる。また、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。 Although the embodiments of the present invention have been described above, these are examples of the present invention, and various configurations other than those described above can be adopted. Moreover, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes modifications, improvements, etc. within the scope of achieving the object of the present invention.

本発明の実施態様を、実施例および比較例に基づき詳細に説明する。念のため述べておくと、本発明は実施例のみに限定されない。 Embodiments of the present invention will be described in detail based on examples and comparative examples. It should be noted that the invention is not limited to the examples only.

<実施例1>
(炭化物の調整)
フェノール樹脂(住友ベークライト株式会社製:PR-51464)を窒素雰囲気下で1300℃で2時間炭化することで炭化物を得た。
<Example 1>
(Adjustment of carbide)
A phenol resin (PR-51464 manufactured by Sumitomo Bakelite Co., Ltd.) was carbonized at 1300° C. for 2 hours in a nitrogen atmosphere to obtain a carbide.

(炭素材スラリーの調整)
その後、得られた炭化物をジェットミルで粉砕し、平均粒径D509.8μmの予備粉砕物を得た。上記予備粉砕物10重量部を水90重量部に分散し、Φ0.3mmのジルコニアビーズを用いた湿式ビーズミルでさらに微粉砕することで、平均粒径D50が0.33μmの炭素材粒子が濃度10重量%で分散された炭素材スラリーを得た。
(Adjustment of carbon material slurry)
After that, the obtained carbide was pulverized with a jet mill to obtain a pre-pulverized material having an average particle size D 50 of 9.8 μm. 10 parts by weight of the preliminary pulverized material is dispersed in 90 parts by weight of water, and further finely pulverized with a wet bead mill using zirconia beads of Φ0.3 mm, so that the carbon material particles with an average particle diameter D50 of 0.33 μm are concentrated. A carbonaceous slurry dispersed at 10% by weight was obtained.

(炭素材造粒物の製造)
上記炭素材スラリーをスプレードライヤ(熱風入口温度:150℃、ガス:エアー、二流体ノズル微粉化エアー圧:0.2MPa)を用いて噴霧乾燥し、炭素材造粒物を得た。実施例1の炭素材造粒物の平均粒径D50は12.6μmであった。この炭素材造粒物の圧縮破壊強度および粉体特性を評価した。評価結果を表1に示す。
(Manufacture of carbon material granules)
The above carbon material slurry was spray-dried using a spray dryer (hot air inlet temperature: 150°C, gas: air, two-fluid nozzle pulverization air pressure: 0.2 MPa) to obtain carbon material granules. The average particle size D50 of the carbon material granules of Example 1 was 12.6 μm. Compressive breaking strength and powder properties of this carbon material granule were evaluated. Table 1 shows the evaluation results.

<実施例2>
実施例1で得られた炭化物をジェットミルで粉砕後、さらにΦ1.0mmジルコニアビーズを用いた乾式ビーズミルで粉砕し、平均粒径D501.3μmの予備粉砕物を得た。上記予備粉砕物15重量部を水85重量部に分散し、Φ0.1mmのジルコニアビーズを用いた湿式ビーズミルでさらに微粉砕することで、平均粒径D50が0.14μmの炭素材粒子が濃度15重量%で分散された炭素材スラリーを得た。上記炭素材スラリーを実施例1と同様の方法で炭素材造粒物を得た。実施例2の炭素材造粒物の平均粒径D50は21.2μmであった。この炭素材造粒物の圧縮破壊強度および粉体特性を評価した。評価結果を表1に示す。
<Example 2>
After pulverizing the carbide obtained in Example 1 with a jet mill, it was further pulverized with a dry bead mill using Φ1.0 mm zirconia beads to obtain a pre-pulverized material having an average particle size D 50 of 1.3 μm. 15 parts by weight of the preliminary pulverized material is dispersed in 85 parts by weight of water, and further finely pulverized with a wet bead mill using zirconia beads of Φ0.1 mm, so that the carbon material particles with an average particle diameter D50 of 0.14 μm are concentrated. A carbonaceous slurry dispersed at 15% by weight was obtained. Carbon material granules were obtained in the same manner as in Example 1 from the above carbon material slurry. The average particle size D50 of the carbon material granules of Example 2 was 21.2 μm. Compressive breaking strength and powder properties of this carbon material granule were evaluated. Table 1 shows the evaluation results.

<実施例3>
実施例1で得られた炭化物を実施例2の方法で粉砕し、平均粒径D501.3μmの予備粉砕物を得た。上記予備粉砕物20重量部を水80重量部に分散し、Φ0.1mmのジルコニアビーズを用いた湿式ビーズミルでさらに微粉砕することで、平均粒径D50が0.16μmの炭素材粒子が濃度20重量%で分散された炭素材スラリーを得た。上記炭素材スラリーを実施例1と同様の方法で炭素材造粒物を得た。実施例3の炭素材造粒物の平均粒径D50は34.1μmであった。この炭素材造粒物の圧縮破壊強度および粉体特性を評価した。評価結果を表1に示す。
<Example 3>
The carbide obtained in Example 1 was pulverized by the method of Example 2 to obtain a pre-pulverized material having an average particle size D 50 of 1.3 μm. 20 parts by weight of the preliminary pulverized material is dispersed in 80 parts by weight of water, and further finely pulverized with a wet bead mill using zirconia beads of Φ0.1 mm, so that the carbon material particles with an average particle diameter D50 of 0.16 μm are concentrated. A carbon material slurry dispersed at 20% by weight was obtained. Carbon material granules were obtained in the same manner as in Example 1 from the above carbon material slurry. The average particle diameter D50 of the carbon material granules of Example 3 was 34.1 μm. Compressive breaking strength and powder properties of this carbon material granule were evaluated. Table 1 shows the evaluation results.

<比較例1>
実施例1で得られた炭素材造粒物を、ジェットミルを用いて平均粒径D50が0.32μmの炭素材粒子に解砕処理したものについて、圧縮破壊強度および粉体特性を評価した。評価結果を表1に示す。
<Comparative Example 1>
The carbon material granules obtained in Example 1 were pulverized using a jet mill into carbon material particles having an average particle diameter D50 of 0.32 μm, and the compression breaking strength and powder characteristics were evaluated. . Table 1 shows the evaluation results.

<比較例2>
実施例2で得られた炭素材造粒物を、ジェットミルを用いて平均粒径D50が0.15μmの炭素材粒子に解砕処理したものについて、圧縮破壊強度および粉体特性を評価した。評価結果を表1に示す。
<Comparative Example 2>
The carbon material granules obtained in Example 2 were pulverized using a jet mill into carbon material particles having an average particle size D50 of 0.15 μm, and the compression breaking strength and powder characteristics were evaluated. . Table 1 shows the evaluation results.

<比較例3>
実施例1で得られた炭化物をジェットミルで粉砕し、平均粒径D50が11.2μmの炭素材粒子を得た。この炭素材粒子の圧縮破壊強度および粉体特性を評価した。評価結果を表1に示す。
<Comparative Example 3>
The carbide obtained in Example 1 was pulverized with a jet mill to obtain carbon material particles having an average particle size D50 of 11.2 μm. Compressive fracture strength and powder properties of the carbon material particles were evaluated. Table 1 shows the evaluation results.

<比較例4>
実施例1で得られた炭化物を実施例2の方法で粉砕し、平均粒径D501.3μmの予備粉砕物を得た。上記予備粉砕物3重量部を水97重量部に分散し、Φ0.1mmのジルコニアビーズを用いた湿式ビーズミルでさらに微粉砕することで、平均粒径D50が0.12μmの炭素材粒子が濃度3重量%で分散された炭素材スラリーを得た。上記炭素材スラリーを実施例1と同様の方法で炭素材造粒物を得た。この際、二流体ノズルの微粉化エアー圧は0.25MPaに変更した。比較例4の炭素材造粒物の平均粒径D50は0.86μmであった。この炭素材造粒物の圧縮破壊強度および粉体特性を評価した。評価結果を表1に示す。
<Comparative Example 4>
The carbide obtained in Example 1 was pulverized by the method of Example 2 to obtain a pre-pulverized material having an average particle size D 50 of 1.3 μm. 3 parts by weight of the above preliminary pulverized product is dispersed in 97 parts by weight of water, and further finely pulverized with a wet bead mill using zirconia beads of Φ0.1 mm, so that the carbon material particles with an average particle diameter D50 of 0.12 μm are concentrated. A carbon material slurry dispersed at 3% by weight was obtained. Carbon material granules were obtained in the same manner as in Example 1 from the above carbon material slurry. At this time, the pulverization air pressure of the two-fluid nozzle was changed to 0.25 MPa. The average particle diameter D50 of the carbon material granules of Comparative Example 4 was 0.86 μm. Compressive breaking strength and powder properties of this carbon material granule were evaluated. Table 1 shows the evaluation results.

(粒子径および粒子径分布の測定方法)
実施例および比較例の炭素材造粒物または炭素材粒子の粒子径および粒子径分布測定のために、レーザー回折/散乱式粒子径分布測定装置(株式会社堀場製作所製、LA-950)を使用した。炭素材造粒物または炭素材粒子を、分散媒であるノニオン系界面活性剤に分散して超音波処理することにより、測定液を調整した。
(Method for measuring particle size and particle size distribution)
A laser diffraction/scattering particle size distribution analyzer (LA-950, manufactured by HORIBA, Ltd.) was used to measure the particle size and particle size distribution of the carbon material granules or carbon material particles of Examples and Comparative Examples. did. A measurement solution was prepared by dispersing carbon material granules or carbon material particles in a nonionic surfactant as a dispersion medium and subjecting the dispersion to ultrasonic treatment.

(圧縮破壊強度の評価方法)
実施例および比較例の炭素材造粒物または炭素材粒子の圧縮破壊強度の評価のために、微小圧縮試験機(株式会社島津製作所製、MCT-210)を使用した。試験機にセットした試料一粒を圧縮した際の降伏点での荷重(mN)とJIS R 1639-5で規定される以下の式(6)から圧縮破壊強度を算出した。以下式において、圧縮破壊強度はC(kPa)、荷重はP(N)、粒子径はd(mm)で表す。
=2.48(P/(πd) ・・・式(6)
(Method for evaluating compressive fracture strength)
A micro compression tester (manufactured by Shimadzu Corporation, MCT-210) was used to evaluate the compression breaking strength of the carbon material granules or carbon material particles of Examples and Comparative Examples. Compressive breaking strength was calculated from the load (mN) at the yield point when one grain of the sample set in the tester was compressed and the following formula (6) defined in JIS R 1639-5. In the following equations, the compressive breaking strength is expressed by CS (kPa), the load by P (N), and the particle diameter by d (mm).
C S =2.48 (P/(πd 2 ) Equation (6)

(粉体特性およびハンドリング性の評価方法)
実施例および比較例の炭素材造粒物または炭素材粒子の各種粉体特性およびハンドリング性は、粉体特性評価装置パウダテスタ(ホソカワミクロン株式会社製、PT-X)を用いて測定した。
(Method for evaluating powder properties and handling properties)
Various powder characteristics and handling properties of the carbon material granules or carbon material particles of Examples and Comparative Examples were measured using a powder characteristic evaluation apparatus Powder Tester (manufactured by Hosokawa Micron Corporation, PT-X).

(安息角)
実施例および比較例の炭素材造粒物または炭素材粒子を、目開き710μmの篩に通し、振幅1.5mmで振動させながら、開口部の径7mmの漏斗を用いて、該テーブル面の中央部7.5cm上から円形テーブル上に落下させることで堆積層を形成させ、堆積層の自由表面と水平面が成した角を測定した。
(angle of repose)
The carbon material granules or carbon material particles of Examples and Comparative Examples are passed through a sieve with a mesh size of 710 μm, and while being vibrated at an amplitude of 1.5 mm, a funnel with an opening diameter of 7 mm is used to pass through the center of the table surface. A deposit layer was formed by dropping it onto a circular table from a height of 7.5 cm, and the angle formed by the free surface of the deposit layer and the horizontal plane was measured.

(崩潰角)
上記安息角測定後、円形テーブルにショッカーで3回衝撃を与えることで崩潰させ、崩潰した堆積層の自由表面が水平面と成した角を測定した。
(collapse angle)
After the angle of repose was measured, the circular table was crushed by impacting it three times with a shocker, and the angle formed between the free surface of the collapsed sedimentary layer and the horizontal plane was measured.

(緩めかさ密度)
パウダテスタ付属のバット、タッピングリフトバー、固定シュート、シュートブラケット、目開き710μmの篩、および0.01gまで正確に計量した100ccの嵩密度測定カップをパウダテスタ本体に取り付けた。実施例および比較例の炭素材造粒物または炭素材粒子200ccをシュート上部にセットした振幅1.5mmで振動する篩より注ぎ入れ、試料が完全に測定カップを満たすよう、あふれさせた。測定カップから盛り上がった余分な炭素材造粒物または炭素材粒子をパウダテスタ付属の金属ブレードで擦りきり、炭素材造粒物または炭素材粒子の入った測定カップの重さを0.01gまで正確に量り、測定カップの容積で割ることで緩めかさ密度を算出した。
(loose bulk density)
A bat attached to the powder tester, a tapping lift bar, a fixed chute, a chute bracket, a sieve with an opening of 710 μm, and a 100 cc bulk density measuring cup accurately weighed to 0.01 g were attached to the main body of the powder tester. 200 cc of the carbon material granules or carbon material particles of Examples and Comparative Examples were poured through a sieve vibrating with an amplitude of 1.5 mm set on the top of the chute, and overflowed so that the sample completely filled the measuring cup. Excess carbon material granules or carbon material particles protruding from the measuring cup are scraped off with the metal blade attached to the powder tester, and the weight of the measuring cup containing the carbon material granules or carbon material particles is accurately weighed to 0.01g. The loose bulk density was calculated by weighing and dividing by the volume of the measuring cup.

(固めかさ密度)
上記緩めかさ密度の測定に用いた、炭素材造粒物または炭素材粒子を充填した測定カップに専用キャップを取り付け、上記と同様にして炭素材造粒物または炭素材粒子100ccを更に注ぎ入れ、試料を専用キャップからあふれさせた。ストローク18mmで180回タッピングした後、専用キャップを取り外した。測定カップから盛り上がった炭素材造粒物または炭素材粒子を金属ブレードで擦りきり、炭素材造粒物または炭素材粒子の入った測定カップの重さを0.01gまで正確に量り、測定カップの容積で割ることで固めかさ密度を算出した。
(hard bulk density)
A special cap is attached to the measuring cup filled with the carbon material granules or carbon material particles used for the measurement of the loose bulk density, and 100 cc of the carbon material granules or carbon material particles are further poured in in the same manner as above, The sample was allowed to overflow from the dedicated cap. After tapping 180 times with a stroke of 18 mm, the dedicated cap was removed. Scrape off the carbon material granules or carbon material particles protruding from the measuring cup with a metal blade, accurately weigh the measuring cup containing the carbon material granules or carbon material particles to 0.01 g, and measure the weight of the measuring cup. The compacted bulk density was calculated by dividing by the volume.

(凝集度)
三段に重ねた篩(上段:目開き355μm、中段:目開き250μm、下段:目開き150μm)をセットし、実施例および比較例の炭素材造粒物または炭素材粒子2gを上段の篩に入れ、振幅1mmの振動を60秒与えた後に、残った篩後の残重量を測定し、以下式(4)を用いて凝集度を算出した。
凝集度(%)=((上段篩の残重量(g))/2+3(中段篩の残重量(g))/10+(下段篩の残重量(g))/10)×100 ・・・式(4)
(cohesion)
A three-tiered sieve (upper: 355 μm mesh, middle: 250 μm mesh, lower: 150 μm mesh) was set, and 2 g of carbon material granules or carbon material particles of Examples and Comparative Examples were placed on the upper sieve. After applying vibration with an amplitude of 1 mm for 60 seconds, the remaining weight after sieving was measured, and the degree of agglomeration was calculated using the following formula (4).
Degree of cohesion (%) = ((Residual weight of upper sieve (g))/2 + 3 (Residual weight of middle sieve (g))/10 + (Residual weight of lower sieve (g))/10) x 100 Formula (4)

(分散度)
実施例および比較例の炭素材造粒物または炭素材粒子10gを61cmの高さから自由落下させ、に置いたウォッチグラス上に落下せずに飛散した重量を測定し、以下式(5)を用いて分散度を算出した。
分散度(%)=(飛散した重量(g))/落下前の重量(g))×100 ・・・式(5)
(dispersion degree)
10 g of the carbon material granules or carbon material particles of Examples and Comparative Examples were allowed to fall freely from a height of 61 cm, and the weight of the material scattered without falling onto a watch glass placed on a watch glass was measured. was used to calculate the degree of dispersion.
Degree of dispersion (%) = (scattered weight (g))/weight before falling (g)) × 100 Equation (5)

(流動性)
実施例および比較例の炭素材造粒物または炭素材粒子10gを薬包紙上に秤量し、数度薬包紙を揺らすことで炭素材造粒物または炭素材粒子の流動性を以下の基準で評価した。
〇・・・秤量時および揺らした後の粉体の山の高さが10mm未満
△・・・秤量時の粉体の山の高さが10mm以上、揺らした後の粉体の山の高さが10mm未満
×・・・秤量時および揺らした後の粉体の山の高さが10mm以上
(Liquidity)
10 g of the carbon material granules or carbon material particles of Examples and Comparative Examples were weighed onto a medicine wrapping paper, and the medicine wrapping paper was shaken several times to evaluate the fluidity of the carbon material granules or carbon material particles according to the following criteria.
◯: The height of the powder crest during weighing and after shaking is less than 10 mm. △: The height of the powder crest during weighing is 10 mm or more, and the height of the powder crest after shaking. is less than 10 mm × … the height of the powder pile at the time of weighing and after shaking is 10 mm or more

Figure 2022131867000001
Figure 2022131867000001

実施例1~3で得られた炭素材造粒物の圧縮破壊強度は、いずれも100kPa未満であり、樹脂組成物等への混練時の剪断応力で容易に解砕、分散できるものであった。
また、粉体特性およびハンドリング性の評価結果より、比較例の炭素材微粒子および炭素材造粒物と比較して、凝集性、分散性(粉塵の飛散性)、流動性等も改善され、ハンドリング性が向上した。
The compressive breaking strength of the carbon material granules obtained in Examples 1 to 3 was all less than 100 kPa, and they could be easily pulverized and dispersed by the shear stress during kneading into the resin composition or the like. .
In addition, from the evaluation results of powder properties and handling properties, cohesiveness, dispersibility (dust scattering), fluidity, etc. were improved compared to the carbon material fine particles and carbon material granules of the comparative example, and handling was improved. improved sexuality.

Claims (15)

炭素材粒子が凝結した構造を有する炭素材造粒物であって、
レーザー回折式粒度分布測定装置を用いて測定された体積基準の累積度数分布曲線において累積度数が50%である粒子径D50が、1μm以上100μm以下である、
炭素材造粒物。
A carbon material granule having a structure in which carbon material particles are aggregated,
The particle diameter D50 at which the cumulative frequency is 50 % in the volume-based cumulative frequency distribution curve measured using a laser diffraction particle size distribution analyzer is 1 μm or more and 100 μm or less.
Carbon material granules.
請求項1に記載の炭素材造粒物において、
前記炭素材粒子が、一次粒子、一次粒子が凝集した二次粒子、またはその混合物を含む、炭素材造粒物。
In the carbon material granules according to claim 1,
Carbon material granules, wherein the carbon material particles include primary particles, secondary particles in which primary particles are aggregated, or a mixture thereof.
請求項1または2に記載の炭素材造粒物において、形状が真球状又は略球状である、炭素材造粒物。 3. The carbon material granules according to claim 1 or 2, wherein the shape of the carbon material granules is spherical or approximately spherical. 請求項1~3のいずれか1項に記載の炭素材造粒物において、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂および重合性高分子量体から選択される1種または2種以上の材料の炭化物を含む、炭素材造粒物。 The carbon material granules according to any one of claims 1 to 3, containing carbides of one or more materials selected from thermosetting resins, thermoplastic resins and polymerizable high molecular weight materials. , carbon material granules. 請求項1~4のいずれか1項に記載の炭素材造粒物において、微小圧縮試験機を用いて測定した圧縮破壊強度が1kPa以上200kPa以下である、炭素材造粒物。 The carbon material granules according to any one of claims 1 to 4, wherein the carbon material granules have a compression breaking strength of 1 kPa or more and 200 kPa or less as measured using a microcompression tester. 請求項1~5のいずれか1項に記載の炭素材造粒物において、パウダテスタを用いて測定した緩めかさ密度および固めかさ密度より以下式(3)にて算出される圧縮度が5%以上30%以下である、炭素材造粒物。
(式(3))
圧縮度(%)=(1-(緩めかさ密度(g/cm)/固めかさ密度(g/cm)))×100
In the carbon material granules according to any one of claims 1 to 5, the compressibility calculated by the following formula (3) from the loose bulk density and the hard bulk density measured using a powder tester is 5% or more. Carbon material granules, which is 30% or less.
(Formula (3))
Compressibility (%) = (1-(loose bulk density (g/cm 3 )/hard bulk density (g/cm 3 ))) x 100
請求項1~6のいずれか1項に記載の炭素材造粒物において、パウダテスタを用いて測定した安息角が20°以上50°以下である、炭素材造粒物。 The carbon material granules according to any one of claims 1 to 6, wherein the carbon material granules have an angle of repose measured using a powder tester of 20° or more and 50° or less. 請求項1~7のいずれか1項に記載の炭素材造粒物において、パウダテスタを用いて測定した崩潰角が5°以上20°以下である、炭素材造粒物。 The carbon material granules according to any one of claims 1 to 7, wherein the collapse angle measured using a powder tester is 5° or more and 20° or less. 請求項1~8のいずれか1項に記載の炭素材造粒物を製造する製造方法であって、
原料樹脂を炭化して炭化物を得る炭化工程と、
前記炭化物を粉砕して炭素材スラリーを得る粉砕工程と、
前記炭素材スラリーを噴霧乾燥して炭素材造粒物を得る造粒工程と、
を含む、炭素材造粒物の製造方法。
A production method for producing the carbon material granules according to any one of claims 1 to 8,
a carbonization step of carbonizing the raw material resin to obtain a carbide;
a pulverizing step of pulverizing the carbide to obtain a carbon material slurry;
a granulation step of spray-drying the carbon material slurry to obtain carbon material granules;
A method for producing carbon material granules, comprising:
請求項9に記載の炭素材造粒物を製造する製造方法であって、
前記粉砕工程が、
前記炭化物を乾式粉砕して予備粉砕物を得る予備粉砕工程と、
前記予備粉砕物を湿式粉砕して前記炭素材スラリーを得る微粉砕工程と、
を含む、炭素材造粒物の製造方法。
A manufacturing method for manufacturing the carbon material granules according to claim 9,
The pulverization step is
a preliminary pulverization step of dry-pulverizing the carbide to obtain a pre-pulverized material;
a fine pulverization step of wet-pulverizing the pre-pulverized material to obtain the carbon material slurry;
A method for producing carbon material granules, comprising:
請求項10に記載の炭素材造粒物の製造方法であって、
前記予備粉砕工程をロッドミル、ボールミル、ビーズミル、ジェットミル、サイクロンミル、ローラーミル、ピンミル、ハンマーミルおよびパルペライザーから選択される1種または2種以上の装置を用いて行う、炭素材造粒物の製造方法。
The method for producing the carbon material granules according to claim 10,
Manufacture of carbon material granules, wherein the preliminary pulverization step is performed using one or more devices selected from rod mills, ball mills, bead mills, jet mills, cyclone mills, roller mills, pin mills, hammer mills and pulperizers. Method.
請求項10または11に記載の炭素材造粒物の製造方法であって、
前記微粉砕工程を高圧ホモジナイザーおよびビーズミルから選択される1種または2種の装置を用いて行う、炭素材造粒物の製造方法。
The method for producing the carbon material granules according to claim 10 or 11,
A method for producing a carbon material granule, wherein the pulverization step is performed using one or two types of equipment selected from a high-pressure homogenizer and a bead mill.
請求項10~12のいずれか1項に記載の炭素材造粒物の製造方法であって、
前記微粉砕工程における分散媒が水、有機溶剤またはその混合物である、炭素材造粒物の製造方法。
The method for producing the carbon material granules according to any one of claims 10 to 12,
A method for producing carbon material granules, wherein the dispersion medium in the fine pulverization step is water, an organic solvent, or a mixture thereof.
請求項9~13のいずれか1項に記載の炭素材造粒物の製造方法であって、
前記炭化工程を不活性ガス雰囲気下、かつ炭化温度が400℃以上1500℃以下で行う、炭素材造粒物の製造方法。
The method for producing the carbon material granules according to any one of claims 9 to 13,
A method for producing carbon material granules, wherein the carbonization step is performed in an inert gas atmosphere at a carbonization temperature of 400°C or higher and 1500°C or lower.
請求項9~14のいずれか1項に記載の炭素材造粒物の製造方法であって、
前記造粒工程における乾燥温度が100℃以上300℃以下である、炭素材造粒物の製造方法。
The method for producing the carbon material granules according to any one of claims 9 to 14,
A method for producing a carbon material granule, wherein the drying temperature in the granulation step is 100°C or higher and 300°C or lower.
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