JP3240338B2 - メソカーボンマイクロビーズの製造方法 - Google Patents

メソカーボンマイクロビーズの製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、特殊炭素材、リチウム
二次電池負極材料などの製造に使用されるメソカーボン
マイクロビーズの製造方法に関する。
【0002】
【従来技術とその問題点】コールタール、コールタール
ピッチなどを300〜500℃程度の温度で加熱するこ
とにより、メソカーボンマイクロビーズ(以下MCMB
という)を製造することができる(特公平1−2796
8号、特開平1−242691号などを参照)。この様
なMCMBの製造に際しては、MCMBの収率を向上さ
せるためには、熱処理温度を高くするか、或いは反応器
内での滞留時間を長くすれば良い。しかしながら、この
様な条件下に反応を行なう場合には、生成したMCMB
の合体或いは成長などにより、MCMBの粒径が大きく
なるので、小粒径のMCMBを製造するために、収率の
大幅な改善を求めることは実際上不可能であった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明は、コ
ールタールまたはコールタールピッチ(以下特に必要で
ない限り、コールタールを以て代表させる)を原料とし
てMCMBを製造するに際し、小粒径のMCMBを高収
率で製造し得る方法を提供することを主な目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記の様な
従来技術の現状を考慮しつつ鋭意研究を重ねる間に、フ
リーカーボンがMCMBの表面に付着してその合体およ
び成長を抑制することから、コールタールにフリーカー
ボンと同様の挙動を示す物質を添加して加熱する場合に
は、小粒径のMCMBが得られるのではないかとの着想
を得た。
【0005】本発明者は、上記の着想に基き、フリーカ
ーボンと同様の挙動を示す物質としてカーボンブラック
を選択して、実験および研究を重ねたが、カーボンブラ
ックと総称される材料は、その原料、製造方法などの相
違に起因して、粒径、結晶性などが著しく異なるので、
全てのカーボンブラックを一義的に扱うことはできない
ことが判明した。そこで、本発明者は、種々のカーボン
ブラックをコールタールに添加して、どの様なカーボン
ブラックがMCMBの合体或いは成長を抑制するために
効果的であるかを研究した。
【0006】その結果、カーボンブラックのストラクチ
ャー(カーボンブラック一次粒子の凝集体)の中心粒径
50が0.5μm以上である場合には、特定量のカーボ
ンブラックを添加することにより、コールタールの加熱
時にMCMBの合体或いは成長を抑制し得ることを見出
した。
【0007】即ち、本発明は、下記のMCMBの製造方
法を提供するものである。
【0008】1.コールタールおよび/またはコールタ
ールピッチにカーボンブラックを0.5〜10重量%添
加し、300〜500℃で熱処理することにより、メソ
カーボンマイクロビーズを生成させることを特徴とする
メソカーボンマイクロビーズの製造方法。
【0009】2.カーボンブラックのストラクチャーの
中心粒径D50が0.5μm以上である上記項1に記載の
メソカーボンマイクロビーズの製造方法。
【0010】本発明により小粒径のMCMBが得られる
理由は、未だ充分に解明されていないが、おそらく以下
の様なカーボンブラックの作用によるものと推測され
る。
【0011】本発明者は、フリーカーボンがMCMBの
合体或いは成長を抑制する作用を有することから、コー
ルタール中のフリーカーボンをキノリンで抽出し、その
粒径を測定したところ、その中心粒径D50は、0.61
μmであった。このことから、カーボンブラックのスト
ラクチャーの中心粒径D50がフリーカーボンの中心粒径
50に近いある特定値以上であることが必要であると思
われる。事実、後記実施例および比較例から明らかな様
に、コールタールに添加されるカーボンブラックのスト
ラクチャーの中心粒径D50が0.5μmを上回る場合に
は、コールタールの加熱により生成されるMCMBの表
面にカーボンブラックが付着してその合体或いは成長が
抑制され、中心粒径が6〜8μm程度の小粒径のMCM
Bが得られるものと推測される。
【0012】コールタールは、原料炭、コークス炉の稼
働条件などのより異なるが、通常1〜4%程度のフリー
カーボン(一次QI分)を含んでいる。前述の様に、フ
リーカーボンも、MCMBの合体乃至成長を抑制する効
果を発揮するので、この様なコールタールも、出発原料
としてそのまま使用することができる。
【0013】カーボンブラックのストラクチャーの中心
粒径D50の上限は、2.0μm程度であることが好まし
い。
【0014】コールタールに対するカーボンブラックの
添加量は、通常0.5〜10重量%程度、より好ましく
は1〜6重量%程度である。カーボンブラックの添加量
が多すぎる場合には、コールタールの粘度が上昇して流
動性が低下し、MCMBの生成量が減少するのに対し、
添加量が少なすぎる場合には、MCMBの合体乃至成長
が抑制されないので、小粒径のMCMBが得られなくな
る。
【0015】カーボンブラックを添加したコールタール
の加熱温度は、300〜500℃程度の範囲内にある。
加熱温度が低すぎる場合には、MCMBの生成が不十分
となるのに対し、加熱温度が高すぎる場合には、コール
タールのコーキングなどが起こる。
【0016】上記の加熱反応時の圧力は、特に限定され
るものではないが、通常0.1〜2.1MPa程度、よ
り好ましくは0.2〜1.1MPa程度とする。加圧
は、加熱によって生じる自生圧によっても良く、或いは
非酸化性ガス(窒素、アルゴンなど)による積極的加圧
によっても良い。
【0017】反応終了後の加熱処理物には、キノリン、
ピリジンなどの溶媒を加えて、溶媒可溶性のピッチマト
リックスとMCMBおよびカーボンブラックの固形物混
合物とに分離する。次いで、固形物混合物にさらにキノ
リン、ピリジンなどの溶媒を加え、遠心分離を行なうこ
とにより、カーボンブラックは濾液側に移行し、MCM
Bは沈降した固形分側に残るので、両者を分離すること
ができる。濾液側に分離されたカーボンブラックは、再
び遠心分離に供することにより、回収し、再利用するこ
とが可能である。
【0018】
【発明の効果】本発明によれば、小粒径のMCMBを高
収率で製造することができる。
【0019】
【実施例】以下に実施例および比較例を示し、本発明の
特徴とするところをより一層明確にする。
【0020】なお、実施例および比較例において、各種
のカーボンブラック、フリーカーボンおよびMCMBの
粒径は、日機装(株)製「FRA−9200マイクロト
ラック」を用いて、D10、D50およびD90を測定した。
ここに、D10、D50およびD90は、個数基準の粒径分布
の累積値がそれぞれ10%、50%および90%を示す
粒径を意味する。これらの粒径を表1に示す。
【0021】
【表1】
【0022】実施例1 撹拌装置を備えた1リットルオートクレーブに100℃
以下の沸点留分を除去したコールタール(一次QI分
2.0%)485gとアセチレンブラック(中心粒径D
50=0.57μm)15gを加え、窒素0.4MPaの
加圧下に430℃で8時間反応させた後、反応生成物を
室温まで冷却し、次いでキノリンで処理して、キノリン
不溶分(QI)90gを得た。
【0023】次いで、このキノリン不溶分にキノリン5
リットルを加えて遠心分離を行なうことにより、一次Q
I分とアセチレンブラックとが濾液側に分離され、沈降
した固形分としてMCMBが得られた。
【0024】脱水タール基準によるMCMBの収率およ
び粒径を後記表2に示す。表2は、以下の実施例2〜3
および比較例1〜4で得られたMCMBの収率および粒
径をも併せて示す。
【0025】実施例1によれば、カーボンブラックを添
加しない比較例3に比して、MCMBの粒径D50が小さ
くなっている。また、比較例4に比して、MCMBの収
率が約2倍になっている。
【0026】実施例2 アセチレンブラックに代えてランプブラック(中心粒径
50=0.97μm)を使用する以外は実施例1と同様
にしてコールタールの熱処理を行ない、引続き同様の操
作を行なって、MCMBを得た。
【0027】実施例2によれば、やはりカーボンブラッ
クを添加しない比較例3に比して、MCMBの粒径D50
が小さくなっている。また、比較例4に比して、MCM
Bの収率が約2倍になっている。
【0028】実施例3 アセチレンブラックに代えてサーマルブラックA(中心
粒径D50=0.68μm)を使用する以外は実施例1と
同様にしてコールタールの熱処理を行ない、引続き同様
の操作を行なって、MCMBを得た。
【0029】実施例3によれば、やはりカーボンブラッ
クを添加しない比較例3に比して、MCMBの粒径D50
が小さくなっている。また、比較例4に比して、MCM
Bの収率が約2倍になっている。
【0030】比較例1 実施例1で使用したと同様の100℃以下の沸点留分を
除去したコールタール(一次QI分2.0%)485g
とファーネスブラック(中心粒径D50=0.43μm)
15gとを使用して、実施例1と同様にしてコールター
ルの熱処理を行ない、引続き同様の操作を行なって、M
CMBを得た。
【0031】カーボンブラック無添加の場合である比較
例3と比して、MCMBの粒径に大差はなく、粒径低下
の効果は認められなかった。
【0032】比較例2 実施例1で使用したと同様の100℃以下の沸点留分を
除去したコールタール(一次QI分2.0%)485g
とサーマルブラックB(中心粒径D50=0.30μm)
15gとを使用して、実施例1と同様にしてコールター
ルの熱処理を行ない、引続き同様の操作を行なって、M
CMBを得た。
【0033】カーボンブラック無添加の場合である比較
例3と比して、やはりMCMBの粒径に大差はなく、粒
径低下の効果は認められなかった。
【0034】比較例3 実施例1で使用したと同様の100℃以下の沸点留分を
除去したコールタール(一次QI分2.0%)500g
を使用し、カーボンブラックを添加することなく、実施
例1と同様にしてコールタールの熱処理を行ない、引続
き同様の操作を行なって、MCMBを得た。
【0035】比較例4 実施例1で使用したと同様の100℃以下の沸点留分を
除去したコールタール(一次QI分2.0%)500g
を使用し、カーボンブラックを添加することなく、反応
温度を420℃とする以外は実施例1と同様にしてコー
ルタールの熱処理を行ない、引続き同様の操作を行なっ
て、MCMBを得た。
【0036】
【表2】
【0037】実施例4 実施例1で使用したと同様の100℃以下の沸点留分を
除去したコールタール(一次QI分2.0%)を180
℃、670Paの条件下に3時間熱処理して、軟化点8
3.4℃のコールタールピッチを収率70%で得た。
【0038】得られたコールタールピッチ485gと実
施例1で使用したと同様のアセチレンブラック15gと
を使用して、反応温度を420℃とする以外は実施例1
と同様にしてコールタールピッチの熱処理を行ない、引
続き同様の操作を行なって、MCMBを得た。
【0039】脱水タール基準によるMCMBの収率およ
び粒径を後記表3に示す。表3は、以下の実施例5〜6
および比較例5〜8で得られたMCMBの収率および粒
径をも併せて示す。
【0040】実施例4によれば、カーボンブラックを添
加しない比較例7に比して、MCMBの粒径D50が小さ
くなっている。また、比較例8に比して、MCMBの収
率が約2倍になっている。
【0041】実施例5 実施例4で使用したと同様のコールタールピッチ485
gと実施例2で使用したと同様のランプブラック15g
とを使用して、実施例4と同様にしてコールタールピッ
チの熱処理を行ない、引続き同様の操作を行なって、M
CMBを得た。表3に示す結果から明らかな様にカーボ
ンブラックを添加しない比較例7に比して、MCMBの
粒径D50が小さくなっている。また、比較例8に比し
て、MCMBの収率が約2倍になっている。
【0042】実施例6 実施例4で使用したと同様のコールタールピッチ485
gと実施例3で使用したと同様のサーマルブラックA1
5gとを使用して、実施例4と同様にしてコールタール
ピッチの熱処理を行ない、引続き同様の操作を行なっ
て、MCMBを得た。
【0043】表3に示す結果から明らかな様にカーボン
ブラックを添加しない比較例7に比して、MCMBの粒
径D50が小さくなっている。また、比較例8に比して、
MCMBの収率が約2倍になっている。
【0044】比較例5 実施例4で使用したと同様のコールタールピッチ485
gと比較例1で使用したと同様のファーネスブラック1
5gとを使用して、実施例4と同様にしてコールタール
ピッチの熱処理を行ない、引続き同様の操作を行なっ
て、MCMBを得た。
【0045】カーボンブラック無添加の場合である比較
例7と比して、MCMBの粒径に大差はなく、粒径低下
の効果は認められなかった。
【0046】比較例6 実施例4で使用したと同様のコールタールピッチ485
gと比較例1で使用したと同様のサーマルブラックB1
5gとを使用して、実施例4と同様にしてコールタール
ピッチの熱処理を行ない、引続き同様の操作を行なっ
て、MCMBを得た。
【0047】カーボンブラック無添加の場合である比較
例7と比して、やはりMCMBの粒径に大差はなく、粒
径低下の効果は認められなかった。
【0048】比較例7 実施例4で使用したとコールタールピッチ500gを使
用し、カーボンブラックを添加することなく、実施例4
と同様にしてコールタールピッチの熱処理を行ない、引
続き同様の操作を行なって、MCMBを得た。
【0049】比較例8 実施例1で使用したと同様のコールタールピッチ500
gを使用し、カーボンブラックを添加することなく、反
応温度を410℃とする以外は実施例4と同様にしてコ
ールタールピッチの熱処理を行ない、引続き同様の操作
を行なって、MCMBを得た。
【0050】
【表3】
【0051】表1、2および3に示す結果から明らかな
様に、カーボンブラックのストラクチャーの中心粒径D
50の値が0.5μm以上のものを使用する場合に、MC
MBの小粒径化が可能となり、且つMCMBの収率が改
善される。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 早川 雅浩 大阪府大阪市中央区平野町四丁目1番2 号 大阪瓦斯株式会社内 (72)発明者 水取 重司 大阪府大阪市中央区平野町四丁目1番2 号 大阪瓦斯株式会社内 (56)参考文献 特開 昭50−112418(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C10C 1/00 C10C 1/19 C10C 3/02 C10C 3/10 CA(STN) REGISTRY(STN)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】コールタールおよび/またはコールタール
    ピッチに、ストラクチャーの中心粒径D 50 が0.5〜
    2.0μmであるカーボンブラックを0.5〜10重量
    %添加し、300〜500℃で熱処理することにより、
    メソカーボンマイクロビーズを生成させることを特徴と
    するメソカーボンマイクロビーズの製造方法
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