JP4331704B2 - Gelling agent for alkaline battery and alkaline battery - Google Patents

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Description

本発明は、アルカリ電池用ゲル化剤及びアルカリ電池に関する。更に詳しくは、アルカリ電解液と亜鉛粉末を主とするアルカリ電池の負極用のゲル化剤に使用するゲル状負極アルカリ電池用ゲル化剤及びそれを使用したアルカリ電池に関する。   The present invention relates to an alkaline battery gelling agent and an alkaline battery. More specifically, the present invention relates to a gelled negative electrode alkaline battery gelling agent used as a negative electrode gelling agent of an alkaline battery mainly composed of an alkaline electrolyte and zinc powder, and an alkaline battery using the same.

従来より、アルカリ電池の陰極には、高濃度のアルカリ電解液(高濃度の水酸化カリウム水溶液、必要により酸化亜鉛等を含有させたもの)と亜鉛粉末及び/又は亜鉛合金粉末等混合物が主として使用されており、アルカリ電解液中の亜鉛粉末等の沈降防止の目的で、ポリ(メタ)アクリル酸及びその塩類を架橋剤で不溶化した吸水性樹脂等をゲル化剤として使用したものが提案されている(特許文献1〜3)。さらに、亜鉛粉末の沈降防止、電池からの液漏れ防止、電池の生産効率アップの観点から、比較的大きな粒子径でかつ、曳糸性を抑えたものも提案されている(特許文献4)。
特公平8−28216号公報 特公平8−12775号公報 特開平10−50303号公報 特許3323468号公報
Conventionally, a high-concentration alkaline electrolyte (high-concentration potassium hydroxide aqueous solution, containing zinc oxide if necessary) and zinc powder and / or zinc alloy powder are mainly used for the cathode of alkaline batteries. For the purpose of preventing sedimentation of zinc powder and the like in an alkaline electrolyte, a gel using a water-absorbing resin obtained by insolubilizing poly (meth) acrylic acid and its salts with a crosslinking agent has been proposed. (Patent Documents 1 to 3). Furthermore, from the viewpoint of preventing sedimentation of zinc powder, preventing liquid leakage from the battery, and improving the production efficiency of the battery, a powder having a relatively large particle diameter and suppressing the spinnability has been proposed (Patent Document 4).
Japanese Patent Publication No. 8-28216 Japanese Patent Publication No.8-12775 Japanese Patent Laid-Open No. 10-50303 Japanese Patent No. 3323468

しかしながら、これら吸水性樹脂のゲル化剤を使用したアルカリ電池は、アルカリ電池の最も重要な特性である、長期に渡る放電特性(放電量及び放電時間)の維持並びに耐衝撃性の点で必ずしも満足し得なかった。
本発明は長期に渡る放電特性(放電量及び放電時間)の維持に優れ、耐衝撃性が優れたアルカリ電池用ゲル化剤及びそれを用いたアルカリ電池を提供することを目的とする。
However, alkaline batteries using these water-absorbent resin gelling agents are not always satisfactory in terms of maintaining long-term discharge characteristics (discharge amount and discharge time) and impact resistance, which are the most important characteristics of alkaline batteries. I couldn't.
An object of the present invention is to provide an alkaline battery gelling agent excellent in maintaining long-term discharge characteristics (discharge amount and discharge time) and excellent in impact resistance, and an alkaline battery using the same.

本発明のアルカリ電池用ゲル化剤は、(メタ)アクリル酸(塩)を主構成単量体単位とする架橋重合体(A)からなり、(A)が、アルカリ性で加水分解し得る架橋剤(b)単位、及びアルカリ性で加水分解しない架橋剤(c)単位とを含んでなり、ゲル(GA)の粘度比(N1/N60)が0.7〜1.3、及び37重量%水酸化カリウム水溶液への可溶性成分量が30重量%以下であるゲル化剤からなることを要旨とする。
ゲル(GA)の粘度比(N1/N60):37重量%水酸化カリウム水溶液100重量部、架橋重合体(A)2重量部及び亜鉛粉末200重量部を40℃で均一撹拌混合してゲル(GA)を調製し、同温度でゲル(GA)の1日放置後の粘度(40℃,N1)及び60日放置後の粘度(40℃,N60)をJIS K7117−1:1999に準拠して測定した値から求める。
The gelling agent for alkaline batteries of the present invention comprises a crosslinked polymer (A) having (meth) acrylic acid (salt) as a main constituent monomer unit, and (A) is an alkaline and hydrolyzable crosslinking agent. (B) a unit and a crosslinking agent (c) unit that is alkaline and does not hydrolyze, and the gel (GA) has a viscosity ratio (N1 / N60) of 0.7 to 1.3, and 37% by weight of hydroxide. The gist of the present invention is that it comprises a gelling agent whose amount of soluble component in an aqueous potassium solution is 30% by weight or less.
Viscosity ratio of gel (GA) (N1 / N60): 100 parts by weight of 37% by weight aqueous potassium hydroxide solution, 2 parts by weight of crosslinked polymer (A) and 200 parts by weight of zinc powder were uniformly stirred and mixed at 40 ° C. GA) was prepared, and the viscosity (40 ° C., N1) after leaving the gel (GA) for 1 day and the viscosity after standing for 60 days (40 ° C., N60) at the same temperature in accordance with JIS K7117-1: 1999. Obtain from the measured value.

本発明のゲル化剤並びにそれを使用したアルカリ電池は次のような効果を奏する。
(i)アルカリ電池に使用した場合、長期間に渡って、放電の持続時間や耐衝撃性に極めて優れた電池を作成することができる。
(ii)本発明のゲル化剤が添加されたアルカリ電解液は、液切れが良いため、昨今の電池生産速度の高速化によるアルカリ電解液の高速充填にも十分対応できる。
(iii)充填時の電池1個あたりの電解液の充填量のバラツキが少ないため、大量生産時も均一な品質を有する電池を生産できる。
(iv)アルカリ電解液中で亜鉛粉末と接触しても殆ど水素ガスが発生しないため、電池内部の圧力の上昇による電解液の流出や電池の破損を起こす恐れがない。
(v)サイズが小さい電池に於いても、均一に且つ高速で負極ゲルを充填することができるため、均一な品質を有する電池を生産できる。
The gelling agent of the present invention and the alkaline battery using the same have the following effects.
(i) When used in an alkaline battery, a battery having excellent discharge duration and impact resistance can be produced over a long period of time.
(ii) Since the alkaline electrolyte to which the gelling agent of the present invention is added is good in running out of liquid, it can sufficiently cope with the high-speed filling of the alkaline electrolyte due to the recent increase in battery production speed.
(iii) Since there is little variation in the filling amount of the electrolytic solution per battery at the time of filling, a battery having uniform quality can be produced even during mass production.
(iv) Almost no hydrogen gas is generated even when it comes into contact with zinc powder in an alkaline electrolyte, so there is no risk of the electrolyte flowing out or damaging the battery due to an increase in pressure inside the battery.
(v) Even in a battery having a small size, the negative electrode gel can be filled uniformly and at high speed, so that a battery having uniform quality can be produced.

本発明のゲル化剤は(メタ)アクリル酸(塩)を主構成単量体単位とする架橋重合体(A)からなり、ゲル(GA)の粘度比(N1/N60)が0.7〜1.3、及び37重量%水酸化カリウム水溶液への可溶性成分量が30重量%以下である。
ゲル(GA)の粘度比(N1/N60):37重量%水酸化カリウム水溶液100重量部、架橋重合体(A)2重量部及び亜鉛粉末200重量部を40℃で均一撹拌混合してゲル(GA)を調製し、同温度でゲル(GA)の1日放置後の粘度(40℃,N1)及び60日放置後の粘度(40℃,N60)をJIS K7117−1:1999に準拠して測定した値から、次式により求める。
粘度比(N1/N60)=(40℃,N1)/(40℃,N60)
粘度比(N1/N60)は、通常0.7〜1.3であり、好ましくは0.8〜1.2、さらに好ましくは0.9〜1.1である。この範囲であると、電解液中の亜鉛粉末がさらに沈降しにくいため、放電特性及び耐衝撃性がさらに優れる。また、ゲル化剤の可溶性成分量が、30重量%以下であるとアルカリ水溶液の曳糸性の増大や長期に渡って粘度低下を防止できる。
The gelling agent of the present invention comprises a crosslinked polymer (A) having (meth) acrylic acid (salt) as a main constituent monomer unit, and the gel (GA) has a viscosity ratio (N1 / N60) of 0.7 to 0.7. 1.3 and 37% by weight The amount of a soluble component in an aqueous potassium hydroxide solution is 30% by weight or less.
Viscosity ratio of gel (GA) (N1 / N60): 100 parts by weight of 37% by weight aqueous potassium hydroxide solution, 2 parts by weight of crosslinked polymer (A) and 200 parts by weight of zinc powder were uniformly stirred and mixed at 40 ° C. GA) was prepared, and the viscosity (40 ° C., N1) after leaving the gel (GA) for 1 day and the viscosity after standing for 60 days (40 ° C., N60) at the same temperature in accordance with JIS K7117-1: 1999. It calculates | requires by following Formula from the measured value.
Viscosity ratio (N1 / N60) = (40 ° C., N1) / (40 ° C., N60)
The viscosity ratio (N1 / N60) is usually 0.7 to 1.3, preferably 0.8 to 1.2, and more preferably 0.9 to 1.1. Within this range, since the zinc powder in the electrolytic solution is more difficult to settle, the discharge characteristics and impact resistance are further improved. Further, if the amount of the soluble component of the gelling agent is 30% by weight or less, the spinnability of the alkaline aqueous solution can be prevented from increasing or the viscosity can be prevented from decreasing over a long period.

本発明のゲル化剤において、架橋重合体(A)2重量部及び37重量%水酸化カリウム水溶液300重量部を25℃で均一混合して得た膨潤粒子(BA)のうち、粒子径32〜1,000μmの膨潤粒子が膨潤粒子(BA)の全重量に対して少なくとも80重量%であると耐衝撃性がさらに向上し、好ましい。   In the gelling agent of the present invention, among the swollen particles (BA) obtained by uniformly mixing 2 parts by weight of the crosslinked polymer (A) and 300 parts by weight of a 37% by weight aqueous potassium hydroxide solution at 25 ° C., the particle diameter is 32 to When the 1,000 μm swollen particles are at least 80% by weight based on the total weight of the swollen particles (BA), impact resistance is further improved, which is preferable.

ティーバッグ法による37重量%水酸化カリウム水溶液の1時間後の吸収量が、20〜60g/gであることが好ましく、さらに好ましくは23〜50g/g、特に好ましくは25〜40g/gである。この範囲であると、電池の放電特性の向上及びゲル化剤を含むアルカリ電解液を電池に高速注入する際の、電池1個あたりの電解液の注入量の偏りも小さくなる。   The absorption amount after 1 hour of the 37% by weight potassium hydroxide aqueous solution by the tea bag method is preferably 20 to 60 g / g, more preferably 23 to 50 g / g, and particularly preferably 25 to 40 g / g. . Within this range, the discharge characteristics of the battery are improved, and the uneven injection amount of the electrolyte per battery when the alkaline electrolyte containing the gelling agent is injected into the battery at a high speed is reduced.

本発明のゲル化剤は、ゲル(GA)の粘度(40℃,N1)が30〜300Pa・sであることが好ましく、さらに好ましくは40〜300Pa・s、特に好ましくは50〜200Pa・s、最も好ましくは60〜100Pa・sである。
30以上であると得られたアルカリ電池の放電特性がさらに向上する。300以下であると電解液の電池への高速充填性が優れる。
The gelling agent of the present invention preferably has a gel (GA) viscosity (40 ° C., N1) of 30 to 300 Pa · s, more preferably 40 to 300 Pa · s, particularly preferably 50 to 200 Pa · s, Most preferably, it is 60-100 Pa.s.
When it is 30 or more, the discharge characteristics of the obtained alkaline battery are further improved. When it is 300 or less, the high-speed filling property of the electrolyte into the battery is excellent.

本発明のゲル化剤は、亜鉛よりイオン化傾向の低い金属元素の含有量が15×10-4重量%以下が好ましく、さらに好ましくは12×10-4重量%以下、特に好ましくは10×10-4重量%以下である。この範囲であると、使用する電池の構造や容量、電池へのゲル化剤の添加量にもよるが、電池中で亜鉛粉末と混入した金属イオンの間で電池を形成し、電気分解により水素ガスが発生することによる電池内部の圧力上昇、アルカリ電解液の流出、電池の破損等を防ぐことができるため好ましい。 In the gelling agent of the present invention, the content of a metal element having a lower ionization tendency than zinc is preferably 15 × 10 −4 wt% or less, more preferably 12 × 10 −4 wt% or less, particularly preferably 10 × 10 − 4 % by weight or less. Within this range, depending on the structure and capacity of the battery used and the amount of gelling agent added to the battery, a battery is formed between the zinc powder and the mixed metal ions in the battery, and hydrogen is generated by electrolysis. This is preferable because the pressure inside the battery due to the generation of gas, the outflow of the alkaline electrolyte, the damage of the battery, and the like can be prevented.

また、本発明のアルカリ電池用ゲル化剤としては、アルカリ性下で分解する架橋剤(b)及びアリル基を2〜10個有するアリルエーテル型架橋剤(c)を併用した水溶液重合法若しくは逆相懸濁重合法により得られた、(メタ)アクリル酸(塩)を主構成単量体単位とする架橋重合体(A)からなる水膨潤性のゲル化剤であって、該(b)及び(c)のそれぞれの量が(メタ)アクリル酸及びそのアルカリ金属塩の重量に対して0.05〜3%であり且つ下記(1)(2)の要件を具備するものも好ましい。
要件(1);濃度37重量%水酸化カリウム水溶液中でゲル化剤を膨潤した際に、粒子径32〜1,000μmの膨潤粒子が80重量%以上存在すること
要件(2);ティーバッグ法による1時間後の濃度37重量%水酸化カリウム水溶液の吸収量が、20〜60g/gであること
要件(1)は、耐衝撃性の向上とゲル化剤を電池に挿入する場合に好適な要件であり、要件(2)は、電池の放電特性の向上及びゲル化剤を含むアルカリ電解液を電池に高速注入する際の、電池1個あたりの電解液の注入量の偏りを小さくするために好適な要件である。
Moreover, as the gelling agent for alkaline batteries of the present invention, an aqueous solution polymerization method or reverse phase using a crosslinking agent (b) that decomposes under alkalinity and an allyl ether type crosslinking agent (c) having 2 to 10 allyl groups in combination. A water-swellable gelling agent comprising a cross-linked polymer (A) obtained by a suspension polymerization method and comprising (meth) acrylic acid (salt) as a main constituent monomer unit, wherein (b) and It is also preferable that each amount of (c) is 0.05 to 3% with respect to the weight of (meth) acrylic acid and its alkali metal salt and satisfy the following requirements (1) and (2).
Requirement (1): When the gelling agent is swollen in a 37% strength by weight potassium hydroxide aqueous solution, there should be 80% by weight or more of swollen particles having a particle size of 32 to 1,000 μm. Requirement (2); Tea bag method The absorption amount of the 37% strength by weight potassium hydroxide aqueous solution after 1 hour is 20 to 60 g / g. Requirement (1) is suitable for improving impact resistance and inserting a gelling agent into a battery. The requirement (2) is to improve the discharge characteristics of the battery and to reduce the unevenness of the injection amount of the electrolyte per battery when the alkaline electrolyte containing the gelling agent is rapidly injected into the battery. This is a suitable requirement.

架橋重合体(A)は、(メタ)アクリル酸(塩)を主体として、架橋剤の存在下、重合を行うことにより得られる。
本発明において、(メタ)アクリル酸とは、アクリル酸及び/又はメタクリル酸を意味し、「・・・酸(塩)」とは「・・・酸」及び/又は「・・・酸塩」を意味する。塩としては、カリウム、ナトリウム、リチウム等のアルカリ金属塩、カルシウム等のアルカリ土類金属塩等が含まれる。アクリル酸又はメタクリル酸を中和することで塩にすることができる。
本発明のゲル化剤は高濃度のアルカリ水溶液中で使用されるため、架橋重合体(A)に含まれる(メタ)アクリル酸(塩)単位は未中和体{(メタ)アクリル酸単位}であっても、中和体{(メタ)アクリル酸塩単位}であっても構わないが、架橋重合体(A)の粘着性低減や分散性改良、架橋重合体(A)を製造する上での作業性の改良等の目的で(メタ)アクリル酸単位の一部あるいは全てを中和して(メタ)アクリル酸塩単位とするのが好ましい。
The crosslinked polymer (A) can be obtained by polymerizing mainly (meth) acrylic acid (salt) in the presence of a crosslinking agent.
In the present invention, (meth) acrylic acid means acrylic acid and / or methacrylic acid, and "... acid (salt)" means "... acid" and / or "... acid salt". Means. Examples of the salt include alkali metal salts such as potassium, sodium and lithium, and alkaline earth metal salts such as calcium. A salt can be formed by neutralizing acrylic acid or methacrylic acid.
Since the gelling agent of the present invention is used in a high concentration alkaline aqueous solution, the (meth) acrylic acid (salt) unit contained in the crosslinked polymer (A) is an unneutralized product {(meth) acrylic acid unit}. Even if it is a neutralized body {(meth) acrylate unit}, the adhesiveness of the crosslinked polymer (A) can be reduced, the dispersibility can be improved, and the crosslinked polymer (A) can be produced. For the purpose of improving workability in the process, it is preferable to neutralize a part or all of the (meth) acrylic acid unit to obtain a (meth) acrylate unit.

必要により(メタ)アクリル酸単位の中和を行う場合は、通常水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム等の水酸化アルカリ金属、水酸化カルシウム等の水酸化アルカリ土類金属又はその水溶液を重合前のモノマー段階、あるいは重合後の含水ゲルに添加すれば良いが、後述するアルカリ性で加水分解しない架橋剤(c)は、架橋剤の水溶性が乏しいため、(メタ)アクリル酸の中和度が高い状態で重合すると、所定量の架橋剤(c)を添加しても架橋剤(c)がモノマー水溶液から分離し所定の架橋が行えず規定の物性の架橋重合体(A)が得られない場合があり、(メタ)アクリル酸の中和度を0〜30モル%としておいて、架橋剤(c)も含有させて重合を行った後、必要により含水ゲルに水酸化アルカリ金属を添加して中和度を調整する方がより好ましい。
本発明における架橋重合体(A)の(メタ)アクリル酸(塩)単位の最終的な中和度{(メタ)アクリル酸単位及び(メタ)アクリル酸塩単位の合計モル数に基づく、アクリル酸塩単位の含有量(モル%)}は、30〜100が好ましく、さらに好ましくは40〜90、特に好ましくは50〜90がより好ましい。この範囲であると、アルカリ電解液の耐衝撃性や放電特性がさらによくなる。
When neutralizing the (meth) acrylic acid unit as necessary, usually an alkali metal hydroxide such as potassium hydroxide, sodium hydroxide or lithium hydroxide, an alkaline earth metal hydroxide such as calcium hydroxide or an aqueous solution thereof. What is necessary is just to add to the monomer stage before superposition | polymerization, or the water-containing gel after superposition | polymerization, However, Since the crosslinking agent (c) which is the alkali and does not hydrolyze later mentioned has poor water solubility of a crosslinker, neutralization of (meth) acrylic acid When the polymerization is carried out at a high degree, the crosslinking agent (c) is separated from the aqueous monomer solution even if a predetermined amount of the crosslinking agent (c) is added, and the predetermined crosslinking cannot be carried out to obtain a crosslinked polymer (A) having the prescribed physical properties. In some cases, the degree of neutralization of (meth) acrylic acid is set to 0 to 30 mol%, and the polymerization is carried out by adding the crosslinking agent (c). If necessary, an alkali metal hydroxide is added to the hydrogel. Add inside If you adjust the degree is more preferable.
Final neutralization degree of (meth) acrylic acid (salt) unit of crosslinked polymer (A) in the present invention {acrylic acid based on the total number of moles of (meth) acrylic acid unit and (meth) acrylate unit The salt unit content (mol%)} is preferably 30 to 100, more preferably 40 to 90, and particularly preferably 50 to 90. Within this range, the impact resistance and discharge characteristics of the alkaline electrolyte are further improved.

架橋重合体(A)は(メタ)アクリル酸(塩)を主体とする単量体を重合して得ることができるが、必要によりこれと共重合可能な他の単量体を共重合させてもよい。他のモノエチレン性不飽和単量体としては共重合可能なものであれば特に限定はないが、水溶性のものが好ましく、さらに好ましくは水溶性のエチレン性不飽和単量体が好ましい。水溶性のエチレン性不飽和単量体としては、
マレイン酸(塩)、フマル酸(塩)及びイタコン酸(塩)等のカルボン酸(塩)単量体;
2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸(塩)、スルホアルキル(メタ)アクリレート及び4-ビニルベンゼンスルホン酸(塩)等のスルホン酸(塩)単量体;
(メタ)アクリルアミド、N−アルキル(炭素数1〜3)置換(メタ)アクリルアミド[N−メチルアクリルアミド、N、N−ジメチルアクリルアミド等]及びN−ビニルアセトアミド等のアミド単量体;
モノヒドロキシアルキル(炭素数1〜3)モノ(メタ)アクリレート等のアルコール単量体;
ポリエチレングリコール(重合度:2〜100)モノ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコール(重合度:2〜100)モノ(メタ)アクリレート、メトキシポリエチレングリコール(重合度:2〜100)モノ(メタ)アクリレート等のエーテル単量体;
アルキル(炭素数1〜5)(メタ)アクリレート及び酢酸ビニル等のエステル単量体等を例示することができる。これらのエチレン性不飽和単量体は、2種以上を併用しても良い。
これら(メタ)アクリル酸(塩)以外のエチレン性不飽和単量体単位の含有量(重量%)は、架橋重合体(A)の重量に基づいて、0〜50が好ましく、さらに好ましくは0〜40、特に好ましくは0〜30である。この範囲であると、粘度の経時安定性が優れるため、アルカリ電池の耐衝撃性、放電特性がさらに優れる。
The cross-linked polymer (A) can be obtained by polymerizing a monomer mainly composed of (meth) acrylic acid (salt). If necessary, it can be copolymerized with another monomer copolymerizable therewith. Also good. Other monoethylenically unsaturated monomers are not particularly limited as long as they are copolymerizable, but are preferably water-soluble, more preferably water-soluble ethylenically unsaturated monomers. As a water-soluble ethylenically unsaturated monomer,
Carboxylic acid (salt) monomers such as maleic acid (salt), fumaric acid (salt) and itaconic acid (salt);
Sulfonic acid (salt) monomers such as 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid (salt), sulfoalkyl (meth) acrylate and 4-vinylbenzenesulfonic acid (salt);
Amide monomers such as (meth) acrylamide, N-alkyl (C1-C3) substituted (meth) acrylamide [N-methylacrylamide, N, N-dimethylacrylamide, etc.] and N-vinylacetamide;
Alcohol monomers such as monohydroxyalkyl (C1-3) mono (meth) acrylate;
Polyethylene glycol (degree of polymerization: 2 to 100) mono (meth) acrylate, polypropylene glycol (degree of polymerization: 2 to 100) mono (meth) acrylate, methoxypolyethylene glycol (degree of polymerization: 2 to 100) mono (meth) acrylate, etc. Ether monomer;
Examples thereof include ester monomers such as alkyl (C1-5) (meth) acrylate and vinyl acetate. These ethylenically unsaturated monomers may be used in combination of two or more.
The content (% by weight) of the ethylenically unsaturated monomer unit other than (meth) acrylic acid (salt) is preferably 0 to 50, more preferably 0, based on the weight of the crosslinked polymer (A). -40, particularly preferably 0-30. Within this range, the viscosity stability over time is excellent, and the impact resistance and discharge characteristics of the alkaline battery are further improved.

架橋重合体(A)は通常、架橋剤を用いて架橋する。架橋剤としては、重合体の製造に通常使用されるものであれば特に限定されないが、アルカリ性で加水分解し得る架橋剤(b)又はアルカリ性で加水分解しない架橋剤(c)が好ましい。さらに好ましくは、架橋剤(b)及び架橋剤(c)を含有する架橋剤である。
架橋剤(b)及び架橋剤(c)を併用することにより、ゲル化剤の粘度安定性がさらに向上し、アルカリ電解液の離漿を防止することできるため、長期間に渡る放電を維持することができる。さらに電池へ充填する際に均一に注入する事ができ、電池1個あたりの電解液の注入量の偏りも小さくなるので好ましい。なお、ここでアルカリ電解液の離漿とは、ゲル化剤とアルカリ電解液とのほぼ均一な混合状態を保持できず、ゲル化剤とアルカリ電解液とが分離してしまう現象である。
The crosslinked polymer (A) is usually crosslinked using a crosslinking agent. The crosslinking agent is not particularly limited as long as it is usually used in the production of a polymer, but an alkaline and hydrolyzable crosslinking agent (b) or an alkaline and nonhydrolyzing crosslinking agent (c) is preferred. More preferably, it is a crosslinking agent containing a crosslinking agent (b) and a crosslinking agent (c).
By using the cross-linking agent (b) and the cross-linking agent (c) in combination, the viscosity stability of the gelling agent can be further improved and the separation of the alkaline electrolyte can be prevented, so that a long-term discharge can be maintained. be able to. Further, it can be uniformly injected when filling the battery, and the deviation of the injection amount of the electrolyte solution per battery is reduced, which is preferable. Here, the separation of the alkaline electrolyte is a phenomenon in which the gelling agent and the alkaline electrolyte cannot be maintained in a substantially uniform mixed state, and the gelling agent and the alkaline electrolyte are separated.

架橋剤(b)単位は加水分解性結合を有すればよく、加水分解性結合は、架橋剤(b)がもともと分子内に有する結合であってもよいし、架橋重合体(A)を構成する単量体と架橋反応して生成する結合が加水分解するものであってもよい。好ましくは、架橋剤(b)が、室温で37%水酸化カリウム水溶液中にゲル化剤を1重量%添加し、1時間攪拌したときに50重量%以上が分解するものである。
加水分解性結合としてはエステル結合及びアミド結合等が挙げられる。
架橋剤(b)が分子内に加水分解性結合を有するものとしては、例えば、N,N'−メチレンビスアクリルアミド、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールジ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート及びペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ポリグリセリン(重合度3〜13)ポリアクリレート等の分子内に2〜10のエチレン性不飽和結合を有する共重合性の架橋剤(b1)が挙げられる。
架橋剤(b1)のうち、好ましくはN,N'−メチレンビスアクリルアミド、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート及びペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、さらに好ましくはN,N'−メチレンビスアクリルアミド、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート及びトリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、特に好ましくはN,N'−メチレンビスアクリルアミド及びトリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレートである。
架橋反応して生成する結合が加水分解するものとしては、多価グリシジル化合物(エチレングリコールジグリシジルエーテル等)、多価イソシアネート化合物(4,4'−ジフェニルメタンジイソシアネート等)、多価アミン化合物(エチレンジアミン等)及び多価アルコール化合物(グリセリン等)等に代表されるカルボン酸と反応する反応型架橋剤(b2)が挙げられる。反応型架橋剤(b2)は、(メタ)アクリル酸(塩)と反応してエステル結合又はアミド結合を形成することができる。
架橋剤(b)の内、好ましくは共重合性の架橋剤(b1)と、反応型架橋剤(b2)の1種である多価グリシジル化合物が挙げられ、さらに好ましくはエチレングリコールジグリシジルエーテルである。
反応型架橋剤(b2)を使用した場合は、架橋剤添加後、任意の段階で、好ましくは100〜230℃、より好ましくは120〜160℃に加熱し架橋反応を進行させるのが一般的である。また、反応型架橋剤(b2)は、所定量の範囲で2種以上、更には共重合性の架橋剤(b1)と併用しても良い。
The crosslinker (b) unit only needs to have a hydrolyzable bond, and the hydrolyzable bond may be a bond that the crosslinker (b) originally has in the molecule or constitutes the crosslinked polymer (A). A bond formed by a crosslinking reaction with the monomer to be hydrolyzed may be used. Preferably, the crosslinking agent (b) is one in which 1% by weight of a gelling agent is added to a 37% aqueous potassium hydroxide solution at room temperature and 50% by weight or more decomposes when stirred for 1 hour.
Examples of the hydrolyzable bond include an ester bond and an amide bond.
Examples of the crosslinking agent (b) having a hydrolyzable bond in the molecule include N, N′-methylenebisacrylamide, ethylene glycol di (meth) acrylate, trimethylolpropane di (meth) acrylate, and trimethylolpropane. 2-10 in a molecule such as tri (meth) acrylate, pentaerythritol di (meth) acrylate, pentaerythritol tri (meth) acrylate and pentaerythritol tetra (meth) acrylate, polyglycerin (degree of polymerization 3-13) polyacrylate Examples thereof include a copolymerizable crosslinking agent (b1) having an ethylenically unsaturated bond.
Among the crosslinking agents (b1), N, N′-methylenebisacrylamide, ethylene glycol di (meth) acrylate, trimethylolpropane tri (meth) acrylate and pentaerythritol tri (meth) acrylate, more preferably N, N '-Methylenebisacrylamide, ethylene glycol di (meth) acrylate and trimethylolpropane tri (meth) acrylate, particularly preferably N, N'-methylenebisacrylamide and trimethylolpropane tri (meth) acrylate.
Examples of hydrolyzing bonds generated by crosslinking reaction include polyvalent glycidyl compounds (such as ethylene glycol diglycidyl ether), polyvalent isocyanate compounds (such as 4,4′-diphenylmethane diisocyanate), and polyvalent amine compounds (such as ethylenediamine). And a reactive crosslinking agent (b2) that reacts with a carboxylic acid represented by a polyhydric alcohol compound (such as glycerin). The reactive crosslinking agent (b2) can react with (meth) acrylic acid (salt) to form an ester bond or an amide bond.
Among the crosslinking agents (b), a polyvalent glycidyl compound which is preferably one of a copolymerizable crosslinking agent (b1) and a reactive crosslinking agent (b2) can be mentioned, and more preferably ethylene glycol diglycidyl ether. is there.
When the reactive crosslinking agent (b2) is used, it is generally heated at an optional stage after the addition of the crosslinking agent, preferably at 100 to 230 ° C., more preferably 120 to 160 ° C. to advance the crosslinking reaction. is there. Further, the reactive crosslinking agent (b2) may be used in combination with two or more kinds within a predetermined amount, and further with the copolymerizable crosslinking agent (b1).

アルカリ性で加水分解しない架橋剤(c)は、加水分解性結合を分子内に有さず、また、架橋反応により加水分解性結合を生成しない。このような架橋剤(c)としては、2個以上のビニルエーテル結合を有する架橋剤(c1)及び2個以上のアリルエーテル結合を有する架橋剤(c2)等が挙げられる。好ましくは、反応性等の観点から、2個以上のアリルエーテル結合を有する架橋剤である。
2個以上のビニルエーテル結合を有する架橋剤(c1)としては、エチレングリコールジビニルエーテル、1,4−ブタンジオールジビニルエーテル、1,4−シクロヘキサンジメタノールジビニルエーテル、1,6-ヘキサンジオールジビニルエーテル、ポリエチレングリコールジビニルエーテル(重合度2〜5)、ビスフェノールAジビニルエーテル、ペンタエリスリトールトリビニルエーテル、ソルビトールトリビニルエーテル及びポリグリセリン(重合度3〜13)ポリビニルエーテル等が挙げられる。
2個以上のアリルエーテル結合を有する架橋剤(c2)としては、分子内にアリル基を2個有しかつ水酸基を含まない架橋剤(c21)、分子内にアリル基を2個有しかつ水酸基を1〜5個有する架橋剤(c22)、分子内にアリル基を3〜10個有しかつ水酸基を有さない架橋剤(c23)、分子内にアリル基が3〜10個有しかつ水酸基を1〜3個有する架橋剤(c24)等が挙げられる。分子内に水酸基を含むと、(メタ)アクリル酸(塩)との相溶性が良く、架橋の均一性がアップしてゲル化剤の安定性が向上し、ゲル化剤を含むアルカリ電解液の粘度の長期安定性がさらに優れる。
分子内にアリル基を2個有しかつ水酸基を含まない架橋剤(c21)としては、ジアリルエーテル、1,4−シクロヘキサンジメタノールジアリルエーテル、アルキレン(炭素数2〜5)グリコールジアリルエーテル、及びポリエチレングリコール(重量平均分子量:100〜4000)ジアリルエーテル等が挙げられる。
分子内にアリル基を2個有しかつ水酸基を1〜5個有する架橋剤(c22)としては、グリセリンジアリルエーテル、トリメチロールプロパンジアリルエーテル及びペンタエリスリトールジアリルエーテル、ポリグリセリン(重合度2〜5)ジアリルエーテル等が挙げられる。
分子内にアリル基を3〜10個有しかつ水酸基を有さない架橋剤(c23)としては、トリメチロールプロパントリアリルエーテル、グリセリントリアリルエーテル、ペンタエリスリトールテトラアリルエーテル及びテトラアリルオキシエタン等が挙げられる。
分子内にアリル基が3〜10個有しかつ水酸基を1〜3個有する架橋剤(c24)としては、ペンタエリスリトールトリアリルエーテル及びジグリセリントリアリルエーテル、ソルビトールトリアリルエーテル、ポリグリセリン(重合度3〜13)ポリアリルエーテル等が挙げられる。
アルカリ性で加水分解しない架橋剤(c)は2種以上を併用してもよい。架橋剤(c)のうち、好ましくは2個以上のアリルエーテル結合を有する架橋剤(c2)、さらに好ましくは水酸基1〜5個及びアリル基を2〜10個有する架橋剤{(c22)及び(c24)}、特に好ましくはアリル基が3〜10個で且つ水酸基を1〜3個有する架橋剤(c24)、最も好ましくはアリル基が3〜5個で且つ水酸基を1〜3個有する架橋剤(ペンタエリスリトールトリアリルエーテル、ソルビトールトリアリルエーテル等)(c25)である。これらの架橋剤を用いると、(メタ)アクリル酸(塩)との相溶性が良く、またアリル基の数が多いためアリル基特有の共重合性の低さをカバーでき効率的な架橋が行えるので好ましい。
The crosslinking agent (c) that is alkaline and does not hydrolyze does not have a hydrolyzable bond in the molecule and does not generate a hydrolyzable bond by a crosslinking reaction. Examples of such a crosslinking agent (c) include a crosslinking agent (c1) having two or more vinyl ether bonds and a crosslinking agent (c2) having two or more allyl ether bonds. Preferably, from the viewpoint of reactivity and the like, a crosslinking agent having two or more allyl ether bonds.
Examples of the crosslinking agent (c1) having two or more vinyl ether bonds include ethylene glycol divinyl ether, 1,4-butanediol divinyl ether, 1,4-cyclohexanedimethanol divinyl ether, 1,6-hexanediol divinyl ether, polyethylene Examples include glycol divinyl ether (polymerization degree 2 to 5), bisphenol A divinyl ether, pentaerythritol trivinyl ether, sorbitol trivinyl ether, polyglycerin (polymerization degree 3 to 13) polyvinyl ether, and the like.
The crosslinking agent (c2) having two or more allyl ether bonds includes a crosslinking agent (c21) having two allyl groups and no hydroxyl group in the molecule, two hydroxyl groups in the molecule and a hydroxyl group. 1-5 crosslinkers (c22), 3-10 allyl groups in the molecule and no hydroxyl groups, (c23), 3-10 allyl groups in the molecules and hydroxyl groups And a cross-linking agent (c24) having 1 to 3 or the like. When a hydroxyl group is included in the molecule, the compatibility with (meth) acrylic acid (salt) is good, the uniformity of crosslinking is improved, the stability of the gelling agent is improved, and the alkaline electrolyte containing the gelling agent is improved. Long-term stability of viscosity is even better.
As the crosslinking agent (c21) having two allyl groups in the molecule and not containing a hydroxyl group, diallyl ether, 1,4-cyclohexanedimethanol diallyl ether, alkylene (2 to 5 carbon atoms) glycol diallyl ether, and polyethylene Examples include glycol (weight average molecular weight: 100 to 4000) diallyl ether and the like.
Examples of the crosslinking agent (c22) having 2 allyl groups and 1 to 5 hydroxyl groups in the molecule include glycerin diallyl ether, trimethylolpropane diallyl ether, pentaerythritol diallyl ether, and polyglycerol (degree of polymerization: 2 to 5). Examples include diallyl ether.
Examples of the crosslinking agent (c23) having 3 to 10 allyl groups in the molecule and having no hydroxyl group include trimethylolpropane triallyl ether, glyceryl triallyl ether, pentaerythritol tetraallyl ether, and tetraallyloxyethane. Can be mentioned.
As the crosslinking agent (c24) having 3 to 10 allyl groups and 1 to 3 hydroxyl groups in the molecule, pentaerythritol triallyl ether and diglyceryl triallyl ether, sorbitol triallyl ether, polyglycerol (degree of polymerization) 3-13) and polyallyl ether.
Two or more kinds of the crosslinking agent (c) which is alkaline and does not hydrolyze may be used in combination. Of the cross-linking agents (c), cross-linking agents (c2) having preferably two or more allyl ether bonds, more preferably cross-linking agents having 1 to 5 hydroxyl groups and 2 to 10 allyl groups {(c22) and ( c24)}, particularly preferably a crosslinking agent having 3 to 10 allyl groups and 1 to 3 hydroxyl groups (c24), most preferably a crosslinking agent having 3 to 5 allyl groups and 1 to 3 hydroxyl groups (Pentaerythritol triallyl ether, sorbitol triallyl ether, etc.) (c25). When these cross-linking agents are used, compatibility with (meth) acrylic acid (salt) is good, and since the number of allyl groups is large, the low copolymerization characteristic of allyl groups can be covered and efficient crosslinking can be performed. Therefore, it is preferable.

架橋重合体(A)が、架橋剤(b)単位を含有する場合、架橋剤(b)単位の含有量は、架橋剤(b)の種類、平均重合度にもよるが、好ましくは架橋重合体(A)の重量に対して0.05〜3重量%、好ましくは0.1〜1重量%である。この範囲であると、アルカリ電解液の離漿を防止できるため、長期に渡る放電特性がさらに優れる。   When the cross-linked polymer (A) contains a cross-linking agent (b) unit, the content of the cross-linking agent (b) unit depends on the type of the cross-linking agent (b) and the average degree of polymerization. The amount is 0.05 to 3% by weight, preferably 0.1 to 1% by weight, based on the weight of the combination (A). Within this range, separation of the alkaline electrolyte can be prevented, and the long-term discharge characteristics are further improved.

架橋重合体(A)が、架橋剤(c)単位を含有する場合、架橋剤(c)単位の含有量(重量%)は、架橋剤(c)の種類にもよるが、架橋重合体(A)の重量に対して通常0.05〜3、好ましくは0.1〜1である。この範囲であると、ゲル化剤を含むアルカリ電解液の電池への充填性及びアルカリ電解液の長期にわたる放電特性がさらに優れる。   When the cross-linked polymer (A) contains a cross-linking agent (c) unit, the content (% by weight) of the cross-linking agent (c) unit depends on the type of the cross-linking agent (c). It is 0.05-3 normally with respect to the weight of A), Preferably it is 0.1-1. Within this range, the filling property of the alkaline electrolyte containing the gelling agent into the battery and the long-term discharge characteristics of the alkaline electrolyte are further improved.

架橋重合体(A)が、架橋剤(b)単位及び架橋剤(c)単位を含有する場合、架橋剤(b)単位と架橋剤(c)単位との重量比(b/c)は、0.25〜4.0が好ましく、より好ましくは0.4〜2.5、特に好ましくは0.5〜2.0である。この範囲であると、ゲル化剤の安定性をさらに向上させ経時的な粘度低下を防止し、アルカリ電解液の離漿を防止することでき、その結果長期間に渡る放電を維持することが出来、さらに電池へ充填する際に均一に注入する事ができ、電池1個あたりの電解液の注入量の偏りも小さくなるので好ましい。
架橋剤(b)単位及び架橋剤(c)単位の合計含有量は、架橋重合体(A)の重量に基づいて、好ましくは0.1〜6重量%、さらに好ましくは0.1〜4重量%、特に好ましくは0.1〜2重量%である。この範囲であると、ゲル化剤の安定性が向上し、ゲル化剤を含むアルカリ電解液の粘度の長期安定性がさらに優れる。
When the crosslinked polymer (A) contains a crosslinking agent (b) unit and a crosslinking agent (c) unit, the weight ratio (b / c) between the crosslinking agent (b) unit and the crosslinking agent (c) unit is: 0.25-4.0 are preferable, More preferably, it is 0.4-2.5, Most preferably, it is 0.5-2.0. Within this range, it is possible to further improve the stability of the gelling agent, prevent a decrease in viscosity over time, and prevent separation of the alkaline electrolyte, thereby maintaining a long-term discharge. Further, it can be uniformly injected when filling the battery, and the deviation of the injection amount of the electrolytic solution per battery is reduced, which is preferable.
The total content of the crosslinking agent (b) unit and the crosslinking agent (c) unit is preferably 0.1 to 6% by weight, more preferably 0.1 to 4% by weight, based on the weight of the crosslinked polymer (A). %, Particularly preferably 0.1 to 2% by weight. Within this range, the stability of the gelling agent is improved and the long-term stability of the viscosity of the alkaline electrolyte containing the gelling agent is further improved.

次に、本発明のゲル化剤の製造方法について説明する。
架橋重合体(A)を得るための重合方法としては公知の重合方法が適用でき、たとえば、溶液重合、懸濁重合、塊状重合、逆相懸濁重合又は乳化重合のいずれでもよい。
これらの重合方法のうち、溶液重合、懸濁重合、逆相懸濁重合及び乳化重合が好ましく、さらに好ましくは溶液重合、逆相懸濁重合及び乳化重合、特に好ましくは溶液重合及び逆相懸濁重合である。これらの重合には、公知の重合開始剤、連鎖移動剤及び/又は溶媒等が使用できる。
最も好ましくは、(メタ)アクリル酸(塩)を主体とするモノマー水溶液に架橋剤(b)及び架橋剤(c)を添加溶解し重合する水溶液重合法、及び分散剤の存在下、疎水性有機溶媒(例えばヘキサン、トルエン、キシレン等)中に同様なモノマー水溶液を分散・懸濁して重合するいわゆる逆相懸濁重合法である。これらの重合方法であると、放電特性及び耐衝撃性に優れたゲル化剤を得ることができる。
(メタ)アクリル酸(塩)を水溶液重合法又は逆相懸濁重合法で重合する方法は、通常の方法で良く、例えばラジカル重合開始剤を用いて重合する方法、放射線、紫外線、電子線等を照射する方法があげられる。
ラジカル重合開始剤を用いる場合、この開始剤としては、アゾ化合物[アゾビスイソバレロニトリル、アゾビスイソブチロニトリル、4,4'−アゾビス(4−シアノバレリックアシッド)、2,2'−アゾビス[2−メチル−N−(2−ヒドロキシエチル)プロピオンアミド、2,2'−アゾビス(2−アミジノプロパン)ハイドロクロライド等]、無機過酸化物[過酸化水素、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム、過硫酸ナトリウム等]、有機過酸化物[ジ−t−ブチルパーオキサイド、クメンヒドロパーオキサイド等]、レドックス開始剤[アルカリ金属塩の亜硫酸塩もしくは重亜硫酸塩、亜硫酸アンモニウム、重亜硫酸アンモニウム、L−アスコルビン酸等の還元剤と、アルカリ金属塩の過硫酸塩、過硫酸アンモニウム、過酸化水素水等の過酸化物の組み合わせ]等が挙げられる。これらは2種類以上を併用してもよい。
Next, the manufacturing method of the gelatinizer of this invention is demonstrated.
As a polymerization method for obtaining the crosslinked polymer (A), a known polymerization method can be applied. For example, any of solution polymerization, suspension polymerization, bulk polymerization, reverse phase suspension polymerization, or emulsion polymerization may be used.
Of these polymerization methods, solution polymerization, suspension polymerization, reverse phase suspension polymerization and emulsion polymerization are preferred, more preferably solution polymerization, reverse phase suspension polymerization and emulsion polymerization, particularly preferably solution polymerization and reverse phase suspension. Polymerization. For these polymerizations, known polymerization initiators, chain transfer agents and / or solvents can be used.
Most preferably, an aqueous solution polymerization method in which a crosslinking agent (b) and a crosslinking agent (c) are added and dissolved in an aqueous monomer solution mainly composed of (meth) acrylic acid (salt), and hydrophobic organic in the presence of a dispersing agent. This is a so-called reverse phase suspension polymerization method in which a similar aqueous monomer solution is dispersed and suspended in a solvent (for example, hexane, toluene, xylene, etc.). With these polymerization methods, a gelling agent having excellent discharge characteristics and impact resistance can be obtained.
A method of polymerizing (meth) acrylic acid (salt) by an aqueous solution polymerization method or a reverse phase suspension polymerization method may be a normal method, for example, a method of polymerization using a radical polymerization initiator, radiation, ultraviolet rays, electron beam, etc. Can be used.
When a radical polymerization initiator is used, the initiator includes an azo compound [azobisisovaleronitrile, azobisisobutyronitrile, 4,4'-azobis (4-cyanovaleric acid), 2,2'- Azobis [2-methyl-N- (2-hydroxyethyl) propionamide, 2,2′-azobis (2-amidinopropane) hydrochloride, etc.], inorganic peroxides [hydrogen peroxide, potassium persulfate, ammonium persulfate, Sodium persulfate, etc.], organic peroxides [di-t-butyl peroxide, cumene hydroperoxide, etc.], redox initiators [alkali metal sulfites or bisulfites, ammonium sulfites, ammonium bisulfites, L- Reducing agents such as ascorbic acid, alkali metal persulfate, ammonium persulfate, hydrogen peroxide, etc. Combination etc. peroxides. Two or more of these may be used in combination.

重合温度は使用する開始剤の種類等によっても異なるが、好ましくは−10℃〜100℃、より好ましくは(メタ)アクリル酸(塩)の重合度をアップするために−10℃〜80℃である。
開始剤の量に関しても、特に限定はないが、(メタ)アクリル酸(塩)の合計重量に対して、ポリマーの重合度をアップするために好ましくは0.000001〜3.0%、更に好ましくは0.000001〜0.5%である。
水溶液重合の場合、単量体の重合濃度(重量%)は、他の重合条件によっても種々異なるが、(メタ)アクリル酸(塩)は、重合濃度を高くすると重合反応と並行してモノマー自体の疑似架橋(自己架橋)が起こり易く、吸収量の低下やポリマーの平均重合度の低下を招くこと、また重合時の温度コントロールも行いづらくポリマーの平均重合度の低下やオリゴマー成分の増加を招きやすいので、重合濃度は、10〜40重量%が好ましく、10〜30重量%がより好ましい。また、重合温度に関しては−10〜100℃が好ましく、−10〜80℃がより好ましい。重合時の溶存酸素量に関しては、ラジカル開始剤の添加量等にもよるが、0〜2ppm(2×10-4重量%以下)が好ましく、0〜0.5ppm(0.5×10-4重量%以下)がより好ましい。これらの範囲であると、高重合度の架橋重合体(A)を製造することができる。
重合時の(メタ)アクリル酸の中和度は、所定量の(b)及び(c)がモノマー水溶液に完全に溶解できるのであれば特に限定はないが、(b)に比べて、(c)は水溶性が乏しく、また特に(メタ)アクリル酸(塩)水溶液に対する溶解度は極めて低く所定量の(c)を添加しても(c)がモノマー水溶液から分離し所定の架橋が行えない場合があるので、重合時の(メタ)アクリル酸の中和度は、0〜30モル%重合を行ない必要により重合後に更に中和するのが好ましく、未中和の状態で重合した後必要により重合後に中和するのがより好ましい。
また、(メタ)アクリル酸は、同一条件で重合を行った場合、中和度が低い方が重合度が上がりやすいため、ポリマーの重合度を大きくするためにも、中和度が低い状態で重合を行った方が好ましい。
The polymerization temperature varies depending on the type of initiator used, but is preferably -10 ° C to 100 ° C, more preferably -10 ° C to 80 ° C in order to increase the degree of polymerization of (meth) acrylic acid (salt). is there.
The amount of the initiator is not particularly limited, but is preferably 0.000001 to 3.0%, more preferably in order to increase the degree of polymerization of the polymer with respect to the total weight of (meth) acrylic acid (salt). Is 0.000001 to 0.5%.
In the case of aqueous solution polymerization, the polymerization concentration (% by weight) of the monomer varies depending on other polymerization conditions, but (meth) acrylic acid (salt) increases the polymerization concentration when the polymerization concentration is increased. Pseudo-crosslinking (self-crosslinking) is likely to occur, resulting in a decrease in the amount of absorption and a decrease in the average polymerization degree of the polymer. Also, it is difficult to control the temperature during polymerization, resulting in a decrease in the average polymerization degree of the polymer and an increase in the oligomer component. Since it is easy, the polymerization concentration is preferably 10 to 40% by weight, and more preferably 10 to 30% by weight. Moreover, about -10-100 degreeC regarding polymerization temperature, -10-80 degreeC is more preferable. The amount of dissolved oxygen at the time of polymerization is preferably 0 to 2 ppm (2 × 10 −4 wt% or less), and preferably 0 to 0.5 ppm (0.5 × 10 −4 ), although it depends on the amount of radical initiator added. % By weight or less) is more preferable. Within these ranges, a crosslinked polymer (A) having a high degree of polymerization can be produced.
The degree of neutralization of (meth) acrylic acid during polymerization is not particularly limited as long as a predetermined amount of (b) and (c) can be completely dissolved in the monomer aqueous solution, but compared with (b), ) Is poorly water-soluble, and in particular, the solubility in (meth) acrylic acid (salt) aqueous solution is very low, and even when a predetermined amount of (c) is added, (c) is separated from the aqueous monomer solution and the predetermined crosslinking cannot be performed. Therefore, the degree of neutralization of (meth) acrylic acid at the time of polymerization is preferably 0 to 30% by mole polymerization, and if necessary, further neutralized after polymerization. After polymerization in an unneutralized state, polymerization is performed as necessary. More preferably, it is neutralized later.
In addition, (meth) acrylic acid is polymerized under the same conditions. Since the degree of polymerization tends to increase when the degree of neutralization is low, in order to increase the degree of polymerization of the polymer, the degree of neutralization is low. It is preferable to perform polymerization.

逆相懸濁重合法に関しては、ヘキサン、トルエン、キシレン等に代表される疎水性有機溶媒中で(メタ)アクリル酸(塩)の水溶液を、分散剤の存在下、懸濁・分散して重合する重合法であるが、この重合法においても、上記同様モノマー水溶液中のモノマー濃度は10〜40重量%が好ましく、10〜30重量%がより好ましい。この範囲であると、高重合度の架橋重合体(A)を製造することができる。
尚、この逆相懸濁重合法に関しては、重合時に分散剤を使用してもよい。分散剤としては、HLB(Hydrophile−Lipophile Balance)が3〜8のソルビタンモノステアリン酸エステル等のソルビタン脂肪酸エステル類、グリセリンモノステアリン酸エステル等のグリセリン脂肪酸エステル類及びショ糖ジステアリン酸エステル等のショ糖脂肪酸エステル類等の界面活性剤;エチレン/アクリル酸共重合体のマレイン化物、エチレン/酢酸ビニル共重合体のマレイン化物、スチレンスルホン酸(塩)/スチレン共重合体の様に分子内に親水性基を有しかつ、モノマー水溶液を分散させる溶媒に可溶な高分子分散剤(親水性基;0.1〜20重量%、重量平均分子量;1,000〜1,000,000)等を例示できるが、分散剤としては高分子分散剤を使用した方が、溶媒中でのモノマー水溶液の懸濁粒子の大きさを調整しやすく、必要とする粒子径の架橋重合体(A)の含水ゲルを作成できるので好ましい。
Regarding the reverse phase suspension polymerization method, an aqueous solution of (meth) acrylic acid (salt) is suspended and dispersed in a hydrophobic organic solvent typified by hexane, toluene, xylene, etc. in the presence of a dispersant. In this polymerization method, the monomer concentration in the monomer aqueous solution is preferably 10 to 40% by weight, and more preferably 10 to 30% by weight. Within this range, a crosslinked polymer (A) having a high degree of polymerization can be produced.
In addition, regarding this reverse phase suspension polymerization method, you may use a dispersing agent at the time of superposition | polymerization. Examples of the dispersant include sorbitan fatty acid esters such as sorbitan monostearate having 3 to 8 HLB (Hydrophile-Lipophile Balance), glycerin fatty acid esters such as glycerol monostearate, and sucrose such as sucrose distearate Surfactants such as fatty acid esters; ethylene / acrylic acid copolymer maleate, ethylene / vinyl acetate copolymer maleate, styrene sulfonic acid (salt) / styrene copolymer, hydrophilic in the molecule And a polymer dispersing agent having a group and soluble in a solvent for dispersing the monomer aqueous solution (hydrophilic group; 0.1 to 20% by weight, weight average molecular weight; 1,000 to 1,000,000), etc. However, it is better to use a polymer dispersant as the dispersant. It is preferable because the size of the suspended particles in the aqueous solution can be easily adjusted and a hydrogel of the crosslinked polymer (A) having a required particle size can be prepared.

界面活性剤及び/又は高分子分散剤の添加量は、疎水性有機溶媒の重量に対して、0.1〜20重量%が好ましく、0.5〜10重量%がより好ましい。
逆相懸濁重合におけるモノマー水溶液と疎水性有機溶媒との重量比(W/O比)は、0.1〜2.0が好ましく、0.3〜1.0がより好ましい。これらの範囲であると、架橋重合体(A)の粒子径がさらに調整しやすい。
架橋重合体(A)の製造において、架橋剤を使用しない以外は全く同じ条件で重合体を製造した場合のポリマーの平均重合度が、好ましくは5,000〜1,000,000であり、より好ましくは10,000〜1,000,000となる条件で重合するとさらに好ましい。平均重合度が、5,000以上となる条件で重合を行うと、適量の架橋剤を使用することによりゲル化剤を添加した高濃度アルカリ水溶液の粘度低下及び/又は曳糸性の増大を防止することが出来る。上記平均重合度の測定はゲルパーミエーションクロマトグラフィー法(GPC法)にて行った。
0.1-20 weight% is preferable with respect to the weight of a hydrophobic organic solvent, and, as for the addition amount of surfactant and / or polymer dispersing agent, 0.5-10 weight% is more preferable.
0.1-2.0 are preferable and, as for the weight ratio (W / O ratio) of the monomer aqueous solution and hydrophobic organic solvent in reverse phase suspension polymerization, 0.3-1.0 are more preferable. Within these ranges, the particle diameter of the crosslinked polymer (A) can be further easily adjusted.
In the production of the crosslinked polymer (A), the average polymerization degree of the polymer when the polymer is produced under exactly the same conditions except that no crosslinking agent is used, is preferably 5,000 to 1,000,000, and more The polymerization is more preferably carried out under the conditions of 10,000 to 1,000,000. When polymerization is carried out under conditions where the average degree of polymerization is 5,000 or more, the use of an appropriate amount of a crosslinking agent prevents a decrease in viscosity and / or an increase in spinnability of a high-concentration alkaline aqueous solution to which a gelling agent is added. I can do it. The average degree of polymerization was measured by gel permeation chromatography (GPC method).

本発明において、水溶液重合又は逆相懸濁重合等により得た架橋重合体(A)は、水を含むゲル(含水ゲル)として得られる。含水ゲルは、通常乾燥した後にゲル化剤として使用する。
含水ゲルの乾燥方法に関しては、水溶液重合の場合、含水ゲルをミートチョッパーやカッター式の粗砕機でゲルをある程度細分化(細分化のレベルは0.5〜20mm角程度)あるいはヌードル化し、必要により水酸化アルカリ金属等を添加して含水ゲルの中和を行った後、透気乾燥(パンチングメタルやスクリーン上に含水ゲルを積層し、強制的に50〜150℃の熱風を通気させて乾燥する等)や通気乾燥(含水ゲルを容器中に入れ、熱風を通気・循環させ乾燥、ロータリーキルンの様な機械で更にゲルを細分化しながら乾燥する)等の方法を例示できる。これらの中で、透気乾燥が短時間で効率的な乾燥が行えるため好ましい。
一方、逆相懸濁重合の場合の含水ゲルの乾燥方法は、重合した含水ゲルと有機溶媒をデカンテーション等の方法で固液分離した後、減圧乾燥(減圧度;100〜50,000Pa程度)又は通気乾燥を行うのが一般的である。
In the present invention, the crosslinked polymer (A) obtained by aqueous solution polymerization, reverse phase suspension polymerization or the like is obtained as a gel containing water (hydrous gel). The hydrogel is usually used as a gelling agent after drying.
Regarding the drying method of hydrous gel, in the case of aqueous solution polymerization, the hydrogel is subdivided to some extent with a meat chopper or cutter type crusher (the level of subdivision is about 0.5 to 20 mm square) or noodles, if necessary After neutralizing the hydrous gel by adding an alkali metal hydroxide or the like, air-permeable drying (lamination of the hydrogel on a punching metal or a screen and forcing a hot air of 50 to 150 ° C. to dry Etc.) and ventilation drying (water gel is put in a container, hot air is aerated and circulated and dried, and the gel is further subdivided with a machine such as a rotary kiln). Among these, air drying is preferable because efficient drying can be performed in a short time.
On the other hand, the drying method of the hydrogel in the case of reverse phase suspension polymerization is carried out by solid-liquid separation of the polymerized hydrogel and the organic solvent by a method such as decantation, followed by drying under reduced pressure (degree of vacuum; about 100 to 50,000 Pa) Or it is common to perform ventilation drying.

水溶液重合における含水ゲルの他の乾燥方法としては、例えば、ドラムドライヤー上に含水ゲルを圧縮延伸して乾燥する接触乾燥法等があるが、含水ゲルは熱伝導が悪いため、乾燥を行うためにドラム上等に含水ゲルの薄膜を作成する必要がある。しかし、通常市販のドラムドライヤーの材質は、鉄、クロム、ニッケル等の亜鉛よりイオン化傾向の低い金属で形成されているのが一般的であるため、含水ゲルあたりのドラム金属面と接触する頻度が極めて高くなり、また含水ゲルはポリ(メタ)アクリル酸(塩)の含水ゲルであるため、ゲル中に溶出する亜鉛よりイオン化傾向の低い金属元素の含有量が多くなる。さらに、該含水ゲルとドラムとの接触頻度が極めて高く、該含水ゲルは粘着性が高いため、ナイフの様なものをドラムドライヤーに接触させて乾燥物をドラムドライヤーから剥離させる必要があり、ドラムとナイフの機械的摩耗のためドラムあるいはナイフの金属面が摩耗し、金属が乾燥物中に混入する。以上の様に、ドラムドライヤー等の接触乾燥法を利用すると、ゲル化剤中に金属イオンや金属粉末が混入しやすく、これら亜鉛よりイオン化傾向の低い金属(標準電極電位が亜鉛よりも低い金属のことで、Cr、Fe、Ni、Sn、Pb、Cu、Hg、Ag等の原子記号で表せる金属)イオンや金属粉末をかなり多量に含有することになる。これらのゲル化剤をアルカリ電池用のゲル化剤として使用すると、電池中の亜鉛粉末が亜鉛よりイオン化傾向の低い金属イオン又は金属粉末との間で電池を形成するため、電気分解により水素ガスが発生し、それにより電池内部の圧力が上昇し、さらにはアルカリ電解液の流出やひどい場合は電池の破損を引き起こす場合がある。更に、含水ゲルをドラムドライヤー上等で圧縮延伸して乾燥した薄膜フィルム状乾燥物は、その後粉砕を行い乾燥物の粒径を所望の粒径に調整しても粒子が鱗片状となっているため、透気乾燥法や通気乾燥法でブロック状の乾燥物の粉砕物と比較すると遙かに強度が弱く、高濃度のアルカリ水溶液中で膨潤させ亜鉛粉末と機械的に攪拌混合すると、膨潤したゲルが破壊されてしまいゲルが小さくなる。従って、ドラムドライヤー等の接触乾燥法を利用しないのが好ましい。   As another drying method of the hydrogel in aqueous solution polymerization, for example, there is a contact drying method in which the hydrogel is compressed and stretched on a drum dryer and the like. It is necessary to create a thin film of hydrogel on the drum or the like. However, since the materials of commercially available drum dryers are generally made of a metal that has a lower ionization tendency than zinc, such as iron, chromium, nickel, etc., the frequency of contact with the drum metal surface per hydrous gel is low. Further, since the water-containing gel is a poly (meth) acrylic acid (salt) water-containing gel, the content of metal elements having a lower ionization tendency than zinc eluted in the gel is increased. Furthermore, the contact frequency between the water-containing gel and the drum is extremely high, and the water-containing gel is highly sticky. Therefore, it is necessary to make a knife-like object come into contact with the drum dryer to separate the dried product from the drum dryer. Due to the mechanical wear of the knife, the metal surface of the drum or knife is worn, and the metal is mixed into the dried product. As described above, when a contact drying method such as a drum dryer is used, metal ions and metal powder are likely to be mixed in the gelling agent, and these metals having a lower ionization tendency than zinc (metals having a standard electrode potential lower than zinc). Therefore, it contains a considerable amount of metal) ions and metal powder that can be expressed by atomic symbols such as Cr, Fe, Ni, Sn, Pb, Cu, Hg, and Ag. When these gelling agents are used as gelling agents for alkaline batteries, the zinc powder in the battery forms a battery with metal ions or metal powder having a lower ionization tendency than zinc. This may increase the pressure inside the battery, and may cause the alkaline electrolyte to flow out or severely damage the battery. Furthermore, the thin film-like dried product obtained by compressing and stretching the hydrogel on a drum dryer or the like is then crushed to adjust the particle size of the dried product to a desired particle size, and the particles are scale-like. Therefore, the strength is much weaker than that of the block-shaped pulverized product by the air-drying method or the air-drying method. The gel is destroyed and the gel becomes smaller. Therefore, it is preferable not to use a contact drying method such as a drum dryer.

本発明において、含水ゲル乾燥時の乾燥温度は、使用する乾燥機や乾燥時間等により種々異なるが、好ましくは、50〜150℃、より好ましくは80〜130℃である。乾燥温度が、150℃以下であると乾燥時の熱によりポリマーが架橋しにくく、熱架橋により架橋度が上がりすぎることがなく、吸収量が低下しないし、アルカリ電解液中での粘度が低下しない。50℃以上であると乾燥に長時間を要さず効率的である。乾燥時間に関しても、使用する乾燥機の機種及び乾燥温度等により異なるが、好ましくは5〜300分、より好ましくは、5〜120分である。
このようにして得られた架橋重合体(A)の乾燥物は、必要により粉砕して粉末化する。粉砕方法は、通常の方法でよく、例えば衝撃粉砕機(ピンミル、カッターミル、スキレルミル、ACMパルペライザー等)や空気粉砕機(ジェット粉砕機等)で行うことができる。
尚、乾燥物の粉砕を行う際も、金属同志回転部が直接接触する様な粉砕機を使用すると、機械的な摩耗により発生した金属粉末がゲル化剤中に混入する恐れがあり、このような粉砕機は使用しないのが好ましい。
粉末化した架橋重合体(A)は、必要により所望のスクリーンを備えたフルイ機(振動フルイ機、遠心フルイ機等)を用いて、所望の粒子径の乾燥粉末を採取することができる。
尚、本発明において、乾燥後の任意の段階で、磁気を利用した除鉄機を用いて混入した鉄等の金属粉末を除去するのが好ましい。しかし、除鉄機を用いてかなり精密に除鉄を行っても、除鉄機では磁性のない金属を除去するのは困難であり、また磁性のある金属に関しても、乾燥したポリマー粒子内部に含まれているものや乾燥粒子に付着しているものは除去できないので、初めからこれら金属が混入しないように、生産設備に関しても、十分に配慮することが望ましい。
In this invention, although the drying temperature at the time of water-containing gel drying changes variously by the dryer to be used, drying time, etc., Preferably it is 50-150 degreeC, More preferably, it is 80-130 degreeC. When the drying temperature is 150 ° C. or lower, the polymer is difficult to crosslink due to heat during drying, the degree of cross-linking does not increase excessively due to thermal cross-linking, the amount of absorption does not decrease, and the viscosity in an alkaline electrolyte does not decrease . When the temperature is 50 ° C. or higher, it is efficient without requiring a long time for drying. The drying time also varies depending on the model of the dryer to be used, the drying temperature, and the like, but is preferably 5 to 300 minutes, more preferably 5 to 120 minutes.
The dried product of the crosslinked polymer (A) thus obtained is pulverized and powdered as necessary. The pulverization method may be a normal method, and can be performed by, for example, an impact pulverizer (pin mill, cutter mill, skiller mill, ACM pulverizer, etc.) or an air pulverizer (jet pulverizer, etc.).
Even when crushing the dried product, if a crusher is used in which the metal rotating parts are in direct contact, the metal powder generated by mechanical wear may be mixed into the gelling agent. It is preferable not to use a pulverizer.
As for the powdered crosslinked polymer (A), a dry powder having a desired particle diameter can be collected using a sieve (vibrating sieve, centrifugal sieve, etc.) equipped with a desired screen if necessary.
In addition, in this invention, it is preferable to remove metal powders, such as iron, mixed using the iron removing machine using magnetism in the arbitrary steps after drying. However, even if iron removal is performed with high precision, it is difficult to remove metals that are not magnetic with iron removal machines, and magnetic metals are also contained inside dry polymer particles. It is desirable to give sufficient consideration to the production equipment so that these metals are not mixed from the beginning, since it cannot be removed.

本発明において、使用する架橋重合体(A)の粒径は、通常、37重量%水酸化カリウム水溶液中で架橋重合体(A)を膨潤攪拌した後の膨潤粒子(BA)の粒径が32〜1000μm、更に好ましくは45〜800μmなるものを膨潤粒子(BA)中に80重量%以上含む様に、乾燥粉末等の粒度を調整することが好ましい。膨潤したゲル化剤の平均粒径が32〜1000μmのものが80%未満であると、電池中での亜鉛粉末の沈降を防止できず、またゲル化剤を電池に充填する際にもいかなるサイズの電池でも均一に充填することができるという訳にはいかず、充填量の不均一に由来する放電特性の低下等の問題も生じやすい傾向がある。
架橋重合体(A)のJIS Z8815−1994(6.1乾式ふるい分け試験)に準拠して測定される乾燥時の重量平均粒子径に関しては、架橋重合体(A)のアルカリ水溶液の膨潤倍率やアルカリ水溶液中で攪拌した場合のゲルの破壊度合いにもよるが、1〜400μmが好ましく、さらに好ましくは10〜300μm、特に好ましくは30〜250μm、最も好ましくは40〜200μmである。この範囲であると、電池への高速充填性がさらに優れるので好ましい。
In the present invention, the particle size of the crosslinked polymer (A) used is usually 32 as the particle size of the swollen particles (BA) after swelling and stirring the crosslinked polymer (A) in a 37 wt% aqueous potassium hydroxide solution. It is preferable to adjust the particle size of the dry powder or the like so that the swelling particles (BA) contain 80 wt% or more of ~ 1000 μm, more preferably 45 to 800 μm. If the average particle size of the swollen gelling agent is less than 80% when the average particle size is 32 to 1000 μm, the zinc powder cannot be prevented from settling in the battery. Even this battery cannot be filled uniformly, and there is a tendency that problems such as deterioration of discharge characteristics due to non-uniform filling amount tend to occur.
Regarding the weight average particle diameter at the time of drying measured according to JIS Z8815-1994 (6.1 dry sieving test) of the crosslinked polymer (A), the swelling ratio and alkali of the alkaline aqueous solution of the crosslinked polymer (A) Depending on the degree of gel breakage when stirred in an aqueous solution, it is preferably 1 to 400 μm, more preferably 10 to 300 μm, particularly preferably 30 to 250 μm, and most preferably 40 to 200 μm. This range is preferable because high-speed filling into the battery is further excellent.

本発明のゲル化剤を製造するための方法は、既にその方法を上記に記載してきたが、整理すると以下のとおりである。
(i)(メタ)アクリル酸(塩)を主体とするモノマー水溶液に、架橋剤{好ましくはアルカリ性で加水分解し得る架橋剤(b)及びアルカリ性で加水分解しない架橋剤(c)}を(メタ)アクリル酸(塩)の重量に対してそれぞれ0.05〜3重量%添加し(但し、架橋剤量はポリマーの平均重合度や重合濃度等により最適点が異なるため、規定の範囲内での調整が必要)、架橋剤をモノマー水溶液に完全かつ均一に溶解させる。
(ii)(b)及び(c)を添加しない場合のポリマーの平均重合度が5,000〜1,000,000となり、かつ過度の自己架橋(重合濃度は40重量%以下が好ましい)が起こりにくいマイルドな重合条件で、水溶液重合法及び/又は逆相懸濁重合法により重合を行い、架橋重合体(A)の含水ゲルを作成するのが好ましい。
(iii)水溶液重合の場合は、得られた含水ゲルに必要によりある程度含水ゲルを細分化した後、必要によりアルカリ金属の水酸化物を添加し中和度を調整し、透気乾燥法又は通気乾燥法を用いて乾燥するのが好ましい。逆相懸濁重合の場合は、含水ゲルを固液分離した後、減圧乾燥法又は通気乾燥法を用いて乾燥するのが好ましい。
尚、乾燥時も加熱によるポリマー熱架橋を抑制させるために、乾燥温度(品温)150℃以下(好ましくは130℃以下)で出きるだけ短時間で乾燥する。
(iv)乾燥した粉砕物は必要により粉砕し、必要によりフルイ機を用いて、乾燥物の粒径が1〜400μmものを主体とするゲル化剤を作成するのが好ましい。本発明のゲル化剤はアルカリ水溶液中で攪拌すると通常一辺が約2〜30倍に膨潤するので、アルカリ水溶液中での粒径が30〜1000μmのものを主体とするゲル化剤が得られる。
(v)中和度を規定量内で行う。
The method for producing the gelling agent of the present invention has already been described above, but it is summarized as follows.
(i) A crosslinking agent {preferably an alkaline and hydrolyzable crosslinking agent (b) and an alkaline and non-hydrolyzing crosslinking agent (c)} is added to an aqueous monomer solution mainly composed of (meth) acrylic acid (salt) (meta ) 0.05 to 3% by weight with respect to the weight of acrylic acid (salt) (however, the optimum point varies depending on the average degree of polymerization of the polymer, the polymerization concentration, etc.). Adjustment is necessary), and the crosslinking agent is completely and uniformly dissolved in the monomer aqueous solution.
(ii) The average degree of polymerization of the polymer without adding (b) and (c) is 5,000 to 1,000,000, and excessive self-crosslinking (polymerization concentration is preferably 40% by weight or less) occurs. It is preferable to carry out the polymerization by an aqueous solution polymerization method and / or a reverse phase suspension polymerization method under difficult mild polymerization conditions to prepare a hydrogel of the crosslinked polymer (A).
(iii) In the case of aqueous solution polymerization, the water-containing gel obtained is subdivided to some extent as necessary, and then an alkali metal hydroxide is added as necessary to adjust the degree of neutralization. It is preferable to dry using a drying method. In the case of reverse phase suspension polymerization, it is preferable to dry the hydrogel after solid-liquid separation using a vacuum drying method or an aeration drying method.
In addition, in order to suppress the polymer thermal crosslinking by heating also at the time of drying, it dries in a short time as long as it can come out at a drying temperature (product temperature) of 150 ° C. or less (preferably 130 ° C. or less).
(iv) The dried pulverized product is preferably pulverized, and if necessary, it is preferable to prepare a gelling agent mainly composed of a dried product having a particle size of 1 to 400 μm using a sieve. When the gelling agent of the present invention is stirred in an alkaline aqueous solution, one side normally swells about 2 to 30 times, so that a gelling agent mainly having a particle size in an alkaline aqueous solution of 30 to 1000 μm is obtained.
(v) The degree of neutralization is performed within the specified amount.

さらに本発明のゲル化剤の粘度については、架橋重合体(A)2.0重量部、亜鉛粉末200重量部及び37重量%水酸化カリウム水溶液の100重量部を均一撹拌混合して得られるゲル(GA)の1日放置後及び60日放置後の40℃での粘度が、いずれも好ましくは30〜300Pa・sであり、より好ましくは40〜300Pa・s、特に好ましくは50〜200Pa・s、最も好ましくは60〜100Pa・sである。粘度が30Pa・s以上であると、電池中での亜鉛粉末の沈降を殆ど防止でき、300Pa・s以下であると水酸化カリウム水溶液の取り扱い性が比較的容易である。
本発明のゲル化剤を添加した水酸化カリウム水溶液の粘度がいずれも所定の範囲となるゲル化剤を製造するための方法は、前記の(i)〜(v)に記載した方法が適用できる。
さらに本発明のゲル化剤の亜鉛よりイオン化傾向の低い金属元素の含有量については、使用する原料や前記生産設備に関しても十分に配慮を行うことより、ゲル化剤中の亜鉛よりイオン化傾向の低い金属元素の含有量を、ゲル化剤中に0〜15ppm(15×10-4重量%以下)、好ましくは0〜10ppm(10×10-4重量%以下)とすることができる。
ゲル化剤中の亜鉛のよりイオン化傾向の低い金属元素の含有量が15ppm以下であると、使用する電池の構造や容量、電池へのゲル化剤の添加量にもよるが、電池中で亜鉛粉末と混入した金属イオン又は金属粉末との間で電池を形成しにくく、電気分解により水素ガスが発生しにくく、電池内部の圧力が上昇せずアルカリ電解液の流出や電池の破損を引き起こす場合がないので好ましい。
Further, regarding the viscosity of the gelling agent of the present invention, a gel obtained by uniformly stirring and mixing 2.0 parts by weight of the crosslinked polymer (A), 200 parts by weight of zinc powder and 100 parts by weight of 37% by weight potassium hydroxide aqueous solution. The viscosity of the (GA) after standing for 1 day and after standing for 60 days is preferably 30 to 300 Pa · s, more preferably 40 to 300 Pa · s, particularly preferably 50 to 200 Pa · s. Most preferably, it is 60 to 100 Pa · s. When the viscosity is 30 Pa · s or more, the zinc powder can be hardly settled in the battery, and when it is 300 Pa · s or less, the handleability of the aqueous potassium hydroxide solution is relatively easy.
The methods described in the above (i) to (v) can be applied to the method for producing a gelling agent in which the viscosity of the aqueous potassium hydroxide solution to which the gelling agent of the present invention is added is in a predetermined range. .
Furthermore, regarding the content of the metal element having a lower ionization tendency than zinc of the gelling agent of the present invention, the ionization tendency is lower than that of zinc in the gelling agent by sufficiently considering the raw materials used and the production equipment. The content of the metal element can be 0 to 15 ppm (15 × 10 −4 wt% or less), preferably 0 to 10 ppm (10 × 10 −4 wt% or less) in the gelling agent.
If the content of the metal element having a lower ionization tendency of zinc in the gelling agent is 15 ppm or less, it depends on the structure and capacity of the battery used and the amount of the gelling agent added to the battery. It is difficult to form a battery between the powder and mixed metal ions or metal powder, hydrogen gas is not easily generated by electrolysis, the pressure inside the battery does not increase, and the alkaline electrolyte may flow out or the battery may be damaged. It is preferable because it is not present.

本発明のゲル化剤の、37重量%水酸化カリウム水溶液中での可溶性成分量は、ゲル化剤の重量に基づいて、30重量%以下(0〜30重量%)が好ましく、20重量%以下がより好ましい。特に好ましくは15重量%以下である。
ゲル化剤の可溶性成分量が、30重量%以下であるとアルカリ水溶液の曳糸性のアップや長期的な粘度低下を起こさないので好ましい。
可溶性成分量を低下させるためには、ポリマーの平均重合度を大きくするか、架橋剤量を増大させれば良いが、架橋剤量を多くするとゲル化剤の吸収量が低下し、ゲル化剤を添加したアルカリ水溶液の粘度が低下する場合があるので、ポリマーの平均重合度を大きくさせた方が好ましい。
The amount of the soluble component in the 37 wt% potassium hydroxide aqueous solution of the gelling agent of the present invention is preferably 30 wt% or less (0 to 30 wt%), preferably 20 wt% or less, based on the weight of the gelling agent. Is more preferable. Especially preferably, it is 15 weight% or less.
If the amount of the soluble component of the gelling agent is 30% by weight or less, it is preferable because the spinnability of the aqueous alkali solution is not increased and the viscosity is lowered for a long time.
In order to reduce the amount of the soluble component, it is sufficient to increase the average degree of polymerization of the polymer or increase the amount of the crosslinking agent. However, if the amount of the crosslinking agent is increased, the amount of absorption of the gelling agent is decreased. Since the viscosity of the aqueous alkali solution to which is added may be lowered, it is preferable to increase the average degree of polymerization of the polymer.

本発明のゲル化剤をアルカリ電解液のゲル化剤として適用できるアルカリ電池としては特に限定されず、通常のアルカリ電池、例えばLR−20(単1型アルカリ電池)、LR−6型(単3型アルカリ電池)はもとより、その他各種のアルカリ電池に適用できる。アルカリ電池は、通常、外装缶の中に正極剤、集電棒及びゲル負極が封入された構造を有し、正極剤とゲル負極とはセパレーター等により分離されている。
本発明のアルカリ電池の代表的な例の断面構造を図1に示した。図1において、1は正極端子板、2は収縮チューブ、3は正極剤(MnO2と炭素等からなる)、4は外装缶、5はセパレーター、6は集電棒、7はガスケット、8は負極端子板、9はゲル負極を示している。上述したように外装缶4の中に正極剤3、集電棒6及びゲル負極9が封入された構造を有し、正極剤3とゲル負極9とはセパレーター5で分離されている。
特に限定するものではないが、正極端子板1の材質としては、例えばニッケルメッキ鋼板等が挙げられる。収縮チューブ2の材質としては例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、又はポリエステル樹脂等の熱収縮性樹脂のチューブが挙げられる。正極剤3(MnO2+炭素等)の材質としては電解二酸化マンガン成分として天然二酸化マンガン又は電解二酸化マンガン、また、二酸化マンガンの代わりにオキシ水酸化ニッケル等、炭素成分としてはアセチレンブラック、更には、必要に応じてこれらに更にアルカリ電解液を添加したもの等が挙げられる。外装缶4の材質としては、例えばニッケルメッキ鋼板等が挙げられる。セパレーター5の材質としては、耐アルカリ性セルロース、ナイロン、ポリオレフィン、アクリロニトリル−塩化ビニル共重合体、ポリビニルアルコール又はこれらの組み合わせなどが挙げられる。集電棒6の材質としては、スズめっきした黄銅製の棒や鉄製の棒等が挙げられる。ガスケット7の材質としては、ナイロン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂などが挙げられる。負極端子板8の材質としては、たとえばニッケルメッキ鋼板等が挙げられる。ゲル負極9は、アルカリ電解液(水酸化カリウム水溶液など)、亜鉛粉末(及び/又は亜鉛合金粉末)及び必要により他の添加剤に本発明のゲル化剤が添加されたものが用いられる。
The alkaline battery to which the gelling agent of the present invention can be applied as a gelling agent for an alkaline electrolyte is not particularly limited, and is an ordinary alkaline battery such as LR-20 (single type 1 alkaline battery), LR-6 type (single AA). The present invention can be applied to various types of alkaline batteries. The alkaline battery usually has a structure in which a positive electrode agent, a current collector rod and a gel negative electrode are enclosed in an outer can, and the positive electrode agent and the gel negative electrode are separated by a separator or the like.
A cross-sectional structure of a typical example of the alkaline battery of the present invention is shown in FIG. In FIG. 1, 1 is a positive terminal plate, 2 is a shrinkable tube, 3 is a positive electrode agent (made of MnO 2 and carbon, etc.), 4 is an outer can, 5 is a separator, 6 is a current collecting rod, 7 is a gasket, and 8 is a negative electrode. A terminal plate 9 is a gel negative electrode. As described above, the outer casing 4 has a structure in which the positive electrode agent 3, the current collector rod 6 and the gel negative electrode 9 are enclosed, and the positive electrode agent 3 and the gel negative electrode 9 are separated by the separator 5.
Although it does not specifically limit, As a material of the positive electrode terminal board 1, a nickel plating steel plate etc. are mentioned, for example. Examples of the material of the shrinkable tube 2 include a tube of heat-shrinkable resin such as polyethylene, polypropylene, polystyrene, polyvinyl chloride, or polyester resin. As the material of the positive electrode agent 3 (MnO 2 + carbon, etc.), natural manganese dioxide or electrolytic manganese dioxide as an electrolytic manganese dioxide component, nickel oxyhydroxide or the like instead of manganese dioxide, acetylene black as a carbon component, Examples include those obtained by further adding an alkaline electrolyte as necessary. Examples of the material of the outer can 4 include a nickel-plated steel plate. Examples of the material for the separator 5 include alkali-resistant cellulose, nylon, polyolefin, acrylonitrile-vinyl chloride copolymer, polyvinyl alcohol, and combinations thereof. Examples of the material of the current collecting rod 6 include a tin-plated brass rod and an iron rod. Examples of the material of the gasket 7 include nylon resin and polyolefin resin. Examples of the material of the negative electrode terminal plate 8 include a nickel-plated steel plate. As the gel negative electrode 9, an alkaline electrolyte (such as an aqueous potassium hydroxide solution), zinc powder (and / or zinc alloy powder) and, if necessary, other additives added with the gelling agent of the present invention are used.

本発明のゲル化剤のアルカリ電池への充填方法は、(a)本発明のゲル化剤、アルカリ電解液(例えば高濃度の水酸化カリウム水溶液、必要により酸化亜鉛などを含有する)、亜鉛粉末(及び/又は亜鉛合金粉末)及び必要により他の添加剤を事前混合し陰極物質の混合物を作成し、電池の陰極容器内にこれを充填してゲル状負極とする方法、(b)本発明のゲル化剤及び亜鉛粉末(及び/又は亜鉛合金粉末)及び必要により他の添加剤を電池の陰極容器内に充填した後、アルカリ電解液を充填し容器内でゲル状負極を生成する方法等を例示できるが、亜鉛粉末が電池の陰極容器内に均一に分散できるため(a)の方法が好ましい。
ゲル化剤の添加量は、陰極容器の構造、亜鉛粉末の粒径、及びアルカリ電解液の濃度によっても種々異なるが、アルカリ電解液に対して、0.5〜10重量%が好ましく、1.0〜5.0重量%がより好ましい。添加量が、0.5〜10重量%であると、アルカリ電解液の粘度が適度となり、亜鉛粉末の沈降を防止でき取り扱い性も容易である。
The method of filling the alkaline battery with the gelling agent of the present invention comprises: (a) the gelling agent of the present invention, an alkaline electrolyte (for example, containing a high-concentration potassium hydroxide aqueous solution, if necessary, zinc oxide, etc.), zinc powder (And / or zinc alloy powder) and, if necessary, other additives are pre-mixed to prepare a cathode material mixture, which is filled into a cathode container of a battery to form a gelled negative electrode, (b) the present invention The gelling agent and zinc powder (and / or zinc alloy powder) and, if necessary, other additives are filled in the cathode container of the battery, and then the alkaline electrolyte is filled to form a gelled negative electrode in the container. However, since the zinc powder can be uniformly dispersed in the cathode container of the battery, the method (a) is preferable.
The addition amount of the gelling agent varies depending on the structure of the cathode container, the particle size of the zinc powder, and the concentration of the alkaline electrolyte, but is preferably 0.5 to 10% by weight with respect to the alkaline electrolyte. 0 to 5.0% by weight is more preferable. When the addition amount is 0.5 to 10% by weight, the viscosity of the alkaline electrolyte is moderate, and the zinc powder can be prevented from settling, and the handleability is easy.

本発明のゲル化剤は架橋重合体(A)以外に陰極物質の混合物の充填時の流動性の改善等を目的として、作業性や電池特性に問題が起こらない範囲で、必要により他の添加剤を含んでも良い。
他の添加剤としては、他のゲル化剤、耐振動衝撃性向上剤等が挙げられる。
他のゲル化剤としては、例えば、CMC(カルボキシメチルセルロース)、天然ガム(グァーガム等)、架橋されていないポリ(メタ)アクリル酸(塩)、微架橋型のポリ(メタ)アクリル酸(塩)、本発明のゲル化剤の微粉末、ポリビニルアルコール等の水溶性樹脂、などを例示することができる。これらの中で、微粉末状の微架橋型のポリ(メタ)アクリル酸(塩)、本発明のゲル化剤の微粉等は、樹脂自体の曳糸性が比較的小さく、かつ陰極容器への負極ゲル充填時の流動性を与えられるので好ましい。
これら必要により添加する増粘剤の粒子径は特に限定されないが、乾燥物の重量平均粒子径で0.1〜100μm、更には0.1〜50μmであると好ましい。この範囲であると他の添加剤の添加により陰極物質混合物の若干曳糸性が増大しても、アルカリ下で膨潤した粒子が小さく、かつ陰極物質混合物の電池あたりの充填量にはさほど影響を与えないので好ましい。
耐振動衝撃性向上剤としては、インジウム、スズ及びビスマスからなる群から選ばれる金属元素の酸化物、水酸化物及び硫化物等が使用できる。
他の添加剤を含有する場合の含有量は、アルカリ電解液に対して、0〜5.0重量%が好ましく、0〜3.0重量%が更に好ましい。
他のゲル化剤の添加方法は、本発明のゲル化剤と他のゲル化剤とを事前にドライブレンドした後亜鉛粉末及びアルカリ電解液等の他の陰極物質とブレンドする方法、陰極物質の混合物作成時に本発明のゲル化剤とは別に添加し混合する方法、アルカリ電解液と他のゲル化剤混合した後、本発明のゲル化剤及び亜鉛粉末とを混合する方法等;を例示することができるが、必要により所定量の他のゲル化剤を添加できる方法であればいずれでも良い。
The gelling agent of the present invention is added in addition to the cross-linked polymer (A) for the purpose of improving the fluidity at the time of filling the cathode material mixture, as long as no problems occur in workability and battery characteristics. An agent may be included.
Examples of other additives include other gelling agents and vibration impact resistance improvers.
Other gelling agents include, for example, CMC (carboxymethylcellulose), natural gums (guar gum, etc.), uncrosslinked poly (meth) acrylic acid (salt), and microcrosslinked poly (meth) acrylic acid (salt) Examples thereof include fine powders of the gelling agent of the present invention, water-soluble resins such as polyvinyl alcohol, and the like. Among these, the finely powdered finely crosslinked poly (meth) acrylic acid (salt), the fine powder of the gelling agent of the present invention, etc. have a relatively small spinnability of the resin itself and are suitable for the cathode container. This is preferable because it provides fluidity when the negative electrode gel is filled.
The particle diameter of the thickener added as necessary is not particularly limited, but is preferably 0.1 to 100 μm, more preferably 0.1 to 50 μm in terms of the weight average particle diameter of the dried product. Within this range, even if the spinnability of the cathode material mixture is slightly increased by the addition of other additives, the particles swollen under alkali are small, and the amount of the cathode material mixture per battery is greatly affected. Since it does not give, it is preferable.
As the vibration impact resistance improver, oxides, hydroxides and sulfides of metal elements selected from the group consisting of indium, tin and bismuth can be used.
The content in the case of containing other additives is preferably 0 to 5.0% by weight, more preferably 0 to 3.0% by weight with respect to the alkaline electrolyte.
Other gelling agents can be added by dry blending the gelling agent of the present invention and the other gelling agent in advance and then blending with other cathode materials such as zinc powder and alkaline electrolyte. Examples include a method of adding and mixing separately from the gelling agent of the present invention at the time of preparing the mixture, a method of mixing the alkaline electrolyte and another gelling agent, and then mixing the gelling agent of the present invention and zinc powder. Any method can be used as long as it can add a predetermined amount of another gelling agent if necessary.

上記の通り、水溶液重合又は逆相懸濁重合で重合した架橋重合体(A)は、(i)アルカリ水溶液中で攪拌等を行っても、ゲルの破壊等が起こりにくいゲルを作成できる。従って、アルカリ電池用ゲル化剤として用いると、亜鉛粉末はアルカリ電解液で膨潤したゲルの周囲に均一に付着し、電池としての放電特性や寿命を向上させる。また亜鉛粉末が周囲に均質に付着した膨潤ゲルは、実質上の亜鉛粉末濃度がアップし亜鉛粉末同士の接触頻度がアップするため、放電特性や寿命を向上させるばかりか、電池内で架橋重合体(A)が均一に充填されるため、ゲルが流動しにくいので衝撃を受けた時にも、電圧や短絡電流の低下を防止することができる。(ii)重合温度のコントロールやマイルドな条件で重合ができ、且つ連鎖移動定数が低い水を溶媒とするためポリマーの平均重合度アップやオリゴマー成分の低減が行える。従って、電池用のゲル化剤として使用した場合、高濃度アルカリ水溶液の粘度の安定化と曳糸性を同時に満足できるため、曳糸性低減によるアルカリ電解液の電池高速充填時の作業性の向上、かつ電解液ゲルを均一に電池へ充填できるため、電池特性の向上を同時に満足できる。   As described above, the crosslinked polymer (A) polymerized by aqueous solution polymerization or reverse phase suspension polymerization can produce a gel that is less likely to break the gel even if (i) stirring is performed in an alkaline aqueous solution. Therefore, when used as a gelling agent for alkaline batteries, the zinc powder adheres uniformly around the gel swollen with the alkaline electrolyte, improving the discharge characteristics and life of the battery. In addition, the swollen gel in which the zinc powder is uniformly adhered to the surroundings increases the concentration of the zinc powder substantially and increases the frequency of contact between the zinc powders. Since (A) is uniformly filled, the gel does not flow easily, so that it is possible to prevent a decrease in voltage and short-circuit current even when subjected to an impact. (ii) Polymerization can be performed under control of polymerization temperature or mild conditions, and water having a low chain transfer constant is used as a solvent, so that the average polymerization degree of the polymer can be increased and the oligomer component can be reduced. Therefore, when used as a gelling agent for batteries, the stability of the high-concentration alkaline aqueous solution and the spinnability can be satisfied at the same time. In addition, since the electrolyte gel can be uniformly filled into the battery, the improvement in battery characteristics can be satisfied at the same time.

以下、実施例及び比較例により本発明をさらに説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。以下、特に定めない限り、%は重量%、超純水は電気伝導率0.06μS/cm以下の水、イオン交換水は電気伝導率1.0μS/cm以下の水を示す。
以下、実施例で用いた試験法を示す。
Hereinafter, although an example and a comparative example explain the present invention further, the present invention is not limited to these. Hereinafter, unless otherwise specified,% indicates% by weight, ultrapure water indicates water having an electric conductivity of 0.06 μS / cm or less, and ion exchange water indicates water having an electric conductivity of 1.0 μS / cm or less.
The test methods used in the examples are shown below.

(i)架橋重合体(A)の重量平均粒子径
架橋重合体(A)のJIS Z8815−1994(6.1乾式ふるい分け試験)に準拠して測定する。JIS Z8801−1:2000に準拠して作成された、目開き1μm、5μm、25μm、53μm、106μm、150μm、300μm、500μm及び710μmのフルイ(枠の径200mm、深さ45mm)を目開きの大きいものが上になるように順に重ねて、架橋重合体(A)をふるい分けた。
架橋重合体(A)の重量平均粒子径は、JIS Z8819−2:2001(ISO/FDIS9276−2:1999に対応している) 5.2記載の式(12)重みつき平均粒子径の個数平均径に準拠して計算した値である。
(I) Weight average particle diameter of crosslinked polymer (A) Measured according to JIS Z8815-1994 (6.1 dry sieving test) of crosslinked polymer (A). Large screen with 1 μm, 5 μm, 25 μm, 53 μm, 106 μm, 150 μm, 300 μm, 500 μm and 710 μm sieves (frame diameter 200 mm, depth 45 mm) created according to JIS Z8801-1: 2000 The cross-linked polymer (A) was sieved in order so that the ones were on top.
The weight average particle diameter of the crosslinked polymer (A) is JIS Z8819-2: 2001 (corresponding to ISO / FDIS9276-2: 1999). Number average of weighted average particle diameter of formula (12) described in 5.2 It is a value calculated according to the diameter.

(ii)37%水酸化カリウム水溶液中に攪拌した後の架橋重合体(A)の膨潤粒子(BA)の粒子径及び含有量:
<膨潤粒子(BA)の作成>
500mlのビーカーに、架橋重合体(A)2g、37%水酸化カリウム水溶液300g及び回転子(長さ4cm)を入れ、マグネティックスターラーを用いて、600rpmの速度で25℃で3時間攪拌して均一混合し、膨潤粒子(BA)を得た。
<膨潤粒子(BA)中の粒子径32〜1,000μmの膨潤粒子含有量>
JIS Z8801−1:2000に準拠して作成された、400メッシュ(スクリーン目開き:32μm)のフルイを下に、16メッシュ(スクリーン目開き:1000μm)のフルイを上になるように重ねて配置した直径20cmのフルイの上に、膨潤粒子(BA)を注ぎ、さらに40%水酸化カリウム水溶液で数回洗浄した。フルイをそのまま30分間放置して水切りした後、スクリーンに付着した水酸化カリウム水溶液をふき取り、400メッシュのフルイの上部に残った膨潤粒子の重量を測定し、下式により膨潤粒子(BA)中の32〜1000μmの膨潤粒子含有量(%)を測定した。
32〜1,000μmの膨潤粒子含有量(%)=100×[目開き32μmのフルイ上の膨潤粒子の重量(g)]/[2×架橋重合体(A)の吸収量(g/g)]
<膨潤粒子(BA)中の粒子径45〜850μmの膨潤粒子含有量>
目開き32μmのフルイの代わりに目開き45μmのフルイを使用し、目開き1000μmのフルイの代わりに目開き850μmのフルイを使用した以外は同様にして、膨潤粒子(BA)中の45〜850μmの膨潤粒子含有量(%)を測定した。
45〜850μmのゲルの含有量(%)=100×[目開き45μmのフルイ上の膨潤粒子の重量(g)]/[2×架橋重合体(A)の吸収量(g/g)]
(ii) Particle diameter and content of swollen particles (BA) of the crosslinked polymer (A) after stirring in a 37% aqueous potassium hydroxide solution:
<Creation of swollen particles (BA)>
In a 500 ml beaker, put 2 g of the cross-linked polymer (A), 300 g of 37% aqueous potassium hydroxide and a rotor (length 4 cm), and stir for 3 hours at 25 ° C. at a speed of 600 rpm using a magnetic stirrer. By mixing, swollen particles (BA) were obtained.
<Content of swollen particles having a particle diameter of 32 to 1,000 μm in swollen particles (BA)>
Created according to JIS Z8801-1: 2000, a 400 mesh (screen opening: 32 μm) sieve was placed on the bottom, and a 16 mesh (screen opening: 1000 μm) sieve was placed on top. Swelled particles (BA) were poured onto a 20 cm diameter sieve and further washed several times with a 40% aqueous potassium hydroxide solution. After leaving the sieve for 30 minutes and draining, the aqueous potassium hydroxide solution adhered to the screen was wiped off, and the weight of the swelling particles remaining on the top of the 400 mesh sieve was measured. The swollen particle content (%) of 32-1000 μm was measured.
32 to 1,000 μm swollen particle content (%) = 100 × [weight (g) of swollen particles on a sieve having an opening of 32 μm] / [2 × absorbed amount of crosslinked polymer (A) (g / g) ]
<Content of swollen particles having a particle diameter of 45 to 850 μm in swollen particles (BA)>
45 to 850 μm in the swollen particles (BA) was similarly used except that a sieve having an opening of 45 μm was used instead of a sieve having an opening of 32 μm, and a sieve having an opening of 850 μm was used instead of a sieve having an opening of 1000 μm. The swollen particle content (%) was measured.
45 to 850 μm gel content (%) = 100 × [weight of swollen particles (g) on a sieve having an opening of 45 μm] / [2 × absorbed amount of crosslinked polymer (A) (g / g)]

(iii)37%水酸化カリウム水溶液に対する架橋重合体(A)の吸収量(ティーバッグ法):
試料が架橋重合体(A)2.0g、ナイロンスクリーンからなるティーバッグのナイロンスクリーン目開きが32μm(400メッシュ)、試験液が37%水酸化カリウム(試薬特級)水溶液、浸せき時間が1時間、水切り時間が30分間の条件でJIS K7223−1996に準拠し、下式により吸収量を測定した。
吸収量(g/g)={(試料を入れたティーバッグの浸せき、水切り後の重量)−(試料を入れないティーバッグの浸せき、水切り後の重量の平均値)}/2
(iii) Absorption amount of cross-linked polymer (A) with respect to 37% potassium hydroxide aqueous solution (tea bag method):
The sample is 2.0 g of the crosslinked polymer (A), the nylon screen opening of the tea bag made of nylon screen is 32 μm (400 mesh), the test solution is 37% potassium hydroxide (reagent special grade) aqueous solution, the immersion time is 1 hour, Based on JIS K7223-1996, the amount of absorption was measured by the following equation under the condition of draining time of 30 minutes.
Absorption amount (g / g) = {(weight after soaking of tea bag containing sample and draining) − (average value of weight after soaking of tea bag not containing sample and draining)} / 2

(iv)ゲル(GA)の粘度比(N1/N60):
<ゲル(GA)の1日放置後の粘度(40℃、N1)>
予め、架橋重合体(A)2gと亜鉛粉末200gをナウターミキサーにて混合し、200mlの蓋付きの透明なプラスチック容器に投入後、さらに37%水酸化カリウム水溶液100gを、内容物がままこにならないように徐々に投入しながら攪拌した。1時間後、内容物が均一にゲル化(あるいは増粘)してゲル(GA)となったのを確認した後、ゲル(GA)を蓋で密閉して40℃の恒温機の中で1日放置した。デジタルB型粘度計(TOKIMEC社製)を用いてゲル(GA)の粘度をJIS7117−1:1999に準拠して測定し、ゲル(GA)の1日放置後の粘度(40℃、N1)とした。(測定温度:40℃、ローターNo.4、回転数:3rpm)
<ゲル(GA)の60日放置後の粘度(40℃、N60)>
ゲル(GA)の1日放置後の粘度(40℃、N1)の測定が終わったサンプルを密閉し、40℃の恒温機の中でさらに59日放置した。粘度(40℃、N1)と同様の条件でゲル(GA)の粘度を測定し、ゲル(GA)の60日放置後の粘度(40℃、N60)とした。
<ゲル(GA)の粘度比(N1/N60)>
ゲル(GA)の粘度比(N1/N60)は、次式により求めた。
粘度比(N1/N60)={1日放置後の粘度(40℃、N1)}/{60日放置後の粘度(40℃、N60)}
(iv) Viscosity ratio of gel (GA) (N1 / N60):
<Viscosity of gel (GA) after standing for 1 day (40 ° C., N1)>
First, 2 g of the crosslinked polymer (A) and 200 g of zinc powder are mixed in a Nauta mixer, put into a 200 ml transparent plastic container with a lid, and then 100 g of 37% potassium hydroxide aqueous solution is left as it is. The mixture was stirred while being gradually added so as not to become turbid. After 1 hour, after confirming that the contents were uniformly gelled (or thickened) to become gel (GA), the gel (GA) was sealed with a lid and placed in a thermostatic chamber at 40 ° C. I left it for a day. Using a digital B-type viscometer (manufactured by TOKIMEC), the viscosity of the gel (GA) is measured according to JIS7117-1: 1999, and the viscosity of the gel (GA) after standing for 1 day (40 ° C., N1) and did. (Measurement temperature: 40 ° C., rotor No. 4, rotation speed: 3 rpm)
<Viscosity of gel (GA) after standing for 60 days (40 ° C., N60)>
The sample after the measurement of the viscosity (40 ° C., N1) of the gel (GA) after standing for 1 day was sealed and left in a thermostat at 40 ° C. for another 59 days. The viscosity of the gel (GA) was measured under the same conditions as the viscosity (40 ° C., N1), and the viscosity of the gel (GA) after standing for 60 days (40 ° C., N60) was determined.
<Viscosity ratio of gel (GA) (N1 / N60)>
The viscosity ratio (N1 / N60) of the gel (GA) was determined by the following formula.
Viscosity ratio (N1 / N60) = {viscosity after standing for 1 day (40 ° C., N1)} / {viscosity after standing for 60 days (40 ° C., N60)}

(v)亜鉛よりイオン化傾向の低い金属元素の含有量:
湿式灰化装置(マイルストーン社製:MLS−1200MEGA)に付属のテフロン(登録商標)分解容器の中にゲル化剤0.5g、塩酸3ml、硝酸4mlを入れて密閉し、湿式灰化装置にこのテフロン(登録商標)容器をセットして湿式灰化装置を稼働させ、試料を完全に分解した。分解した試料に超純水を加えて、トータルで液量を9gとし、誘導結合高周波プラズマ分光分析(ICP)により鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、クロム(Cr)、スズ(Sn)、鉛(Pb)、銅(Cu)及び銀(Ag)の金属元素に関して含有量を測定した。別途、標準液を用いて上記金属元素の検量線を作成し、検量線を用いて、各金属の含有量を求めた。
金属元素含有量(重量%)={ゲル化剤中の金属元素(Fe、Ni、Cr、Sn、Pb、Cu及びAg)のトータル量(g)×9}/0.5(g)
なお、上記式において、0.5(g)はゲル化剤重量を示している。
(v) Content of metal elements having a lower ionization tendency than zinc:
Put 0.5g of gelling agent, 3ml of hydrochloric acid and 4ml of nitric acid in the Teflon (registered trademark) decomposition vessel attached to the wet ashing device (Milestone: MLS-1200MEGA) and seal it in the wet ashing device. The Teflon (registered trademark) container was set, the wet ashing apparatus was operated, and the sample was completely decomposed. Ultrapure water is added to the decomposed sample to make a total liquid volume of 9 g, and iron (Fe), nickel (Ni), chromium (Cr), tin (Sn), lead by inductively coupled high-frequency plasma spectroscopy (ICP) Content was measured regarding the metal elements of (Pb), copper (Cu), and silver (Ag). Separately, a calibration curve for the metal element was prepared using a standard solution, and the content of each metal was determined using the calibration curve.
Metal element content (% by weight) = {Total amount of metal elements (Fe, Ni, Cr, Sn, Pb, Cu and Ag) in the gelling agent (g) × 9} /0.5 (g)
In the above formula, 0.5 (g) represents the weight of the gelling agent.

(vi)37%水酸化カリウム水溶液中での可溶性成分量:
500mlのビーカーにゲル化剤1.0gと37%水酸化カリウム水溶液200gを入れ、マグネティックスターラーを用いて300rpmで3時間攪拌した。攪拌した溶液を濾紙(東洋濾紙株式会社製、No.2タイプ)で濾過し、濾液を採取した。濾液20gにイオン交換水30gを加え、10%硫酸水溶液を添加してpHを7.0に調整し試料溶液とした。これとは別に、濾液の調整に使用した37%水酸化カリウム水溶液20gにイオン交換水30gを添加し、さらに10%硫酸水溶液を添加してpHを7.0に調整しブランク溶液を作成した。
自動滴定装置(三菱化学社製、GT−05タイプ)を用いて、試料溶液に0.01Nの水酸化カリウム水溶液を滴下し、試料溶液のpHが10.0まで一旦調整した後、更に試料溶液に0.01Nの塩酸水溶液を滴下し、試料溶液のpHが2.7になるまでに要した0.01Nの塩酸水溶液の滴下量{ml(Va)}を測定した。
同様な操作をブランク溶液に関しても行い、ブランク溶液の塩酸水溶液滴下量{ml(Vb)}を測定した。
上記のいずれの操作も25℃で行った。
架橋重合体(A)の構成単量体がアクリル酸のみからなるからなる場合、式−1、−2、−3により、ゲル化剤中の水酸化カリウム水溶液中での可溶性成分量(%)を算出した。
M=(Va−Vb)×N (式−1)
M:試料溶液中のアクリル酸カリウム量(mmol)
N:塩酸水溶液の規定度
W=M×E×D (式−2)
W:試料中のアクリル酸カリウム重量
E:110(アクリル酸カリウム分子量)
D:希釈倍率(200/20)
可溶性成分量(%)=W(g)×100/1(g) (式−3)
上記、式−3において、1(g)はサンプル重量を示している。
また、架橋重合体(A)の構成単量体がメタクリル酸のみからなる場合、上記Eを124(メタクリル酸カリウムの分子量)とする。アクリル酸とメタクリル酸を共重合した場合、及び(メタ)アクリル酸以外のモノマーを共重合した重合体に関しては、単位分子量あたりのカルボン酸量を計算し補正する(共重合した重量比分が可溶性成分中に同重量比存在すると仮定して、可溶性成分量を計算する)。
(vi) Amount of soluble components in 37% aqueous potassium hydroxide solution:
A gelling agent (1.0 g) and a 37% aqueous potassium hydroxide solution (200 g) were placed in a 500 ml beaker and stirred for 3 hours at 300 rpm using a magnetic stirrer. The stirred solution was filtered with a filter paper (No. 2 type, manufactured by Toyo Roshi Kaisha, Ltd.), and the filtrate was collected. 30 g of ion-exchanged water was added to 20 g of the filtrate, and 10% sulfuric acid aqueous solution was added to adjust the pH to 7.0 to obtain a sample solution. Separately from this, 30 g of ion-exchanged water was added to 20 g of 37% aqueous potassium hydroxide used for adjusting the filtrate, and further 10% sulfuric acid aqueous solution was added to adjust the pH to 7.0 to prepare a blank solution.
Using an automatic titration device (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation, GT-05 type), a 0.01N potassium hydroxide aqueous solution is dropped into the sample solution and the pH of the sample solution is once adjusted to 10.0. A 0.01N hydrochloric acid aqueous solution was added dropwise to the sample, and the amount {ml (Va)} of the 0.01N hydrochloric acid aqueous solution required until the pH of the sample solution reached 2.7 was measured.
The same operation was performed on the blank solution, and the hydrochloric acid aqueous solution dropping amount {ml (Vb)} of the blank solution was measured.
All the above operations were performed at 25 ° C.
When the constituent monomer of the cross-linked polymer (A) is composed only of acrylic acid, the amount of soluble component (%) in the aqueous potassium hydroxide solution in the gelling agent according to formulas -1, -2, and -3. Was calculated.
M = (Va−Vb) × N (Formula-1)
M: Amount of potassium acrylate in the sample solution (mmol)
N: Normality of hydrochloric acid aqueous solution W = M × E × D (Formula-2)
W: Weight of potassium acrylate in the sample E: 110 (potassium acrylate molecular weight)
D: Dilution ratio (200/20)
Soluble component amount (%) = W (g) × 100/1 (g) (Formula-3)
In the above formula-3, 1 (g) represents the sample weight.
When the constituent monomer of the crosslinked polymer (A) is composed of only methacrylic acid, E is 124 (molecular weight of potassium methacrylate). When copolymerizing acrylic acid and methacrylic acid, and for polymers copolymerized with monomers other than (meth) acrylic acid, the amount of carboxylic acid per unit molecular weight is calculated and corrected (the copolymerized weight ratio is the soluble component) The amount of soluble component is calculated assuming that the same weight ratio is present).

実施例1
2リットルのビーカーに、アクリル酸200g、ペンタエリスリトールトリアリルエーテル(ダイソー株式会社製)0.6g(0.3重量%/アクリル酸)、トリメチロールプロパントリアクリレート0.6g(0.3重量%/アクリル酸)及びイオン交換水800gを入れて撹拌混合してアクリル酸水溶液を調整し、8℃に冷却した。
アクリル酸水溶液を1.5リットルの断熱重合槽に入れ、水溶液に窒素を通じてアクリル酸水溶液中の溶存酸素量を0.1ppm以下とした。この断熱重合層に、0.1%過酸化水素水4.0g、0.1%L−アスコルビン酸水溶液4.0g及び10%2,2'−アゾビス(2−アミジノプロパン)ハイドロクロライド(和光純薬工業株式会社製、商品名:V−50)水溶液1.0gを添加し、重合が開始するまで水溶液中への窒素パージを継続した。重合が開始し、アクリル酸水溶液の粘度が上昇し始めたのを確認後、窒素のパージを停止して6時間重合した。打点温度計でアクリル酸水溶液の温度を測定したところ、最高到達温度は、63℃であった。
尚、上記重合を上記二種の架橋剤を除いた以外は同じ条件で重合したポリマーの平均重合度をGPCを用いて測定したところ、ポリマーの平均重合度は約28,000であった。
ブロック状の架橋された含水ゲルを断熱重合槽から取り出し、小型ミートチョッパー(ローヤル社製)を用いてゲルを3〜10mmの太さのヌードル状になるように細分化した後、40%水酸化ナトリウム(試薬特級)水溶液222g(中和度80モル%)を加え含水ゲルを中和した。
Example 1
In a 2-liter beaker, 200 g of acrylic acid, 0.6 g of pentaerythritol triallyl ether (manufactured by Daiso Corporation) (0.3 wt% / acrylic acid), 0.6 g of trimethylolpropane triacrylate (0.3 wt% / Acrylic acid) and 800 g of ion-exchanged water were added and mixed by stirring to prepare an aqueous acrylic acid solution and cooled to 8 ° C.
The acrylic acid aqueous solution was put into a 1.5 liter adiabatic polymerization tank, and the dissolved oxygen amount in the acrylic acid aqueous solution was adjusted to 0.1 ppm or less through nitrogen in the aqueous solution. To this adiabatic polymerization layer, 4.0 g of 0.1% hydrogen peroxide solution, 4.0 g of 0.1% L-ascorbic acid aqueous solution and 10% 2,2′-azobis (2-amidinopropane) hydrochloride (Wako Pure) Yaku Kogyo Co., Ltd., trade name: V-50) 1.0 g of aqueous solution was added, and nitrogen purge into the aqueous solution was continued until polymerization started. After confirming that the polymerization started and the viscosity of the acrylic acid aqueous solution started to rise, the purge of nitrogen was stopped and the polymerization was carried out for 6 hours. When the temperature of the aqueous acrylic acid solution was measured with a hot spot thermometer, the maximum temperature reached was 63 ° C.
In addition, when the average degree of polymerization of the polymer polymerized under the same conditions except that the above two kinds of crosslinking agents were removed was measured using GPC, the average degree of polymerization of the polymer was about 28,000.
After removing the block-like crosslinked hydrous gel from the adiabatic polymerization tank and using a small meat chopper (Royal) to subdivide the gel into noodles with a thickness of 3 to 10 mm, 40% hydroxide The aqueous gel was neutralized by adding 222 g of a sodium (reagent special grade) aqueous solution (degree of neutralization 80 mol%).

中和した含水ゲルを、目開き850μmのSUS製のスクリ−ンの上に、厚さ5cmで積層し、小型透気乾燥機(井上金属株式会社製)を用いて120℃の熱風を1時間含水ゲルに透気させて、含水ゲルを乾燥した。
乾燥物をクッキングミキサーを用いて粉砕し、フルイを用いて32〜500μm(400メッシュ〜30メッシュ)の粒径のものを採取し、本発明のゲル化剤(1)を得た。
ゲル化剤(1)に関して、重量平均粒子径、金属元素の含有量、37%水酸化カリウム水溶液に対する吸収量、ゲル(G/A)の一日後の粘度(40℃、N1)、60日後の粘度(40℃、N60)、粘度比(N1/N60)、膨潤粒子(BA)の粒子径(32〜1000μmの含有量、45〜850μmの含有量)、及び37%水酸化カリウム水溶液中での可溶性成分量を測定した。
また、実施例2〜13、比較例1〜8についても同様な測定を行った。その結果を表1及び表2に示す。
The neutralized water-containing gel is laminated on a SUS screen having an opening of 850 μm with a thickness of 5 cm, and hot air at 120 ° C. is applied for 1 hour using a small air-permeable dryer (manufactured by Inoue Metal Co., Ltd.). The water-containing gel was air-permeable and the water-containing gel was dried.
The dried product was pulverized using a cooking mixer, and particles having a particle size of 32 to 500 μm (400 to 30 mesh) were collected using a sieve to obtain the gelling agent (1) of the present invention.
Regarding the gelling agent (1), the weight average particle diameter, the content of the metal element, the absorption amount with respect to the 37% aqueous potassium hydroxide solution, the viscosity after one day of the gel (G / A) (40 ° C., N1), after 60 days Viscosity (40 ° C., N60), viscosity ratio (N1 / N60), particle diameter of swollen particles (BA) (content of 32-1000 μm, content of 45-850 μm), and in 37% aqueous potassium hydroxide solution The amount of soluble components was measured.
Moreover, the same measurement was performed also about Examples 2-13 and Comparative Examples 1-8. The results are shown in Tables 1 and 2.

実施例2
実施例1において、トリメチロールプロパントリアクリレートに替えてエチレングリコールジグリシジルエーテル(ナガセ化成株式会社製、商品名:デナコール810)を用いた以外は、実施例1と同様な操作を行い、本発明のゲル化剤(2)を得た。
Example 2
In Example 1, the same operation as in Example 1 was performed except that ethylene glycol diglycidyl ether (manufactured by Nagase Kasei Co., Ltd., trade name: Denacol 810) was used instead of trimethylolpropane triacrylate. A gelling agent (2) was obtained.

実施例3
実施例1において、ペンタエリスリトールトリアリルエーテルの添加量を0.2g(0.1%/アクリル酸)とした以外は、実施例1と同様な操作を行い、本発明のゲル化剤(3)を得た。
Example 3
The same procedure as in Example 1 was performed except that the amount of pentaerythritol triallyl ether added was 0.2 g (0.1% / acrylic acid) in Example 1, and the gelling agent (3) of the present invention was used. Got.

実施例4
1リットルのビーカーにアクリル酸100g、イオン交換水272.2g及びペンタエリスリトールトリアリルエーテル0.2g(0.2重量%/アクリル酸)を入れ混合し架橋剤を溶解させた。ビーカーを氷浴で冷却しながら、40%水酸化ナトリウム水溶液100gを添加し、アクリル酸の一部(72モル%)を中和した。中和したモノマー溶液を5℃に冷却した後、重合開始剤として過硫酸カリウム0.2gを添加してモノマー水溶液とした。
攪拌機とコンデンサー(冷却器)を備えた2リットルのセパラブルフラスコに、シクロヘキサン1000ml及び分散剤としてスチレンスルホン酸ナトリウム/スチレンブロック共重合体10gを、湯浴を用いて内容物を60℃に加熱し攪拌して、シクロヘキサンに分散剤を溶解させた。
セパラブルフラスコ中のシクロヘキサン液中に窒素を通じてシクロヘキサンの溶存酸素を0.1ppm以下とした後、攪拌機を用いてシクロヘキサンを攪拌しながら、滴下ロートを用いて該モノマー水溶液400g及び0.5%エチレングリコールジグリシジルエーテル水溶液80g(0.4重量%/アクリル酸)を滴下し、重合温度60℃で逆相懸濁重合を行い、更にモノマー水溶液の滴下終了後、更に2時間加熱し、懸濁重合を完結させ、シクロヘキサン中で球状の含水ゲルを得た。
攪拌機の回転を停止し、生成した含水ゲルを沈降させた後、デカンテーションによりシクロヘキサンを除去し、残った含水ゲルを数回シクロヘキサンで洗浄し、含水ゲルに付着した分散剤を除去した。
得られた球状の含水ゲルを、離型紙の上に広げ、80℃の減圧乾燥機(減圧度:10,000〜20,000Pa)で2時間乾燥させた。乾燥物の粒径を測定したところ、45〜850μmの含有量が92%であったので、そのまま本発明のゲル化剤(4)とした。
Example 4
In a 1 liter beaker, 100 g of acrylic acid, 272.2 g of ion-exchanged water and 0.2 g of pentaerythritol triallyl ether (0.2 wt% / acrylic acid) were added and mixed to dissolve the crosslinking agent. While cooling the beaker with an ice bath, 100 g of 40% sodium hydroxide aqueous solution was added to neutralize a part (72 mol%) of acrylic acid. After the neutralized monomer solution was cooled to 5 ° C., 0.2 g of potassium persulfate was added as a polymerization initiator to prepare a monomer aqueous solution.
In a 2 liter separable flask equipped with a stirrer and a condenser (cooler), 1000 ml of cyclohexane and 10 g of sodium styrenesulfonate / styrene block copolymer as a dispersant were heated to 60 ° C. using a hot water bath. Stir to dissolve the dispersant in cyclohexane.
After making the dissolved oxygen of cyclohexane 0.1 ppm or less through nitrogen in a cyclohexane liquid in a separable flask, stirring the cyclohexane using a stirrer and using the dropping funnel, 400 g of the monomer aqueous solution and 0.5% ethylene glycol 80 g of diglycidyl ether aqueous solution (0.4% by weight / acrylic acid) was added dropwise, reverse phase suspension polymerization was carried out at a polymerization temperature of 60 ° C., and after completion of the dropwise addition of the monomer aqueous solution, the mixture was further heated for 2 hours. When completed, a spherical hydrous gel was obtained in cyclohexane.
After the rotation of the stirrer was stopped and the produced hydrogel was allowed to settle, cyclohexane was removed by decantation, and the remaining hydrogel was washed with cyclohexane several times to remove the dispersant adhering to the hydrogel.
The obtained spherical water-containing gel was spread on a release paper, and dried for 2 hours with a 80 ° C. vacuum dryer (degree of vacuum: 10,000 to 20,000 Pa). When the particle size of the dried product was measured, the content of 45 to 850 μm was 92%, so that it was directly used as the gelling agent (4) of the present invention.

なお、本発明において、減圧度と、実際の圧力の関係は次の様である。
実際の圧力=常圧(1.013×105Pa)−減圧度
In the present invention, the relationship between the degree of decompression and the actual pressure is as follows.
Actual pressure = Normal pressure (1.013 × 10 5 Pa) −Decompression degree

実施例5
実施例1で得られた本発明のゲル化剤85gと市販の沈殿重合で得られた微架橋型ポリアクリル酸微粉末(日本純薬社製、商品名:ジュンロン PW−150)15gを粉末ブレンドし本発明のゲル化剤(5)を得た。
Example 5
Powder blend of 85 g of the gelling agent of the present invention obtained in Example 1 and 15 g of finely crosslinked polyacrylic acid fine powder (trade name: Junron PW-150, manufactured by Nippon Pure Chemical Co., Ltd.) obtained by commercially available precipitation polymerization The gelling agent (5) of the present invention was obtained.

実施例6
実施例1において、フルイ機を用いて、500μm以上の粒径のものを採取し、本発明のゲル化剤(6)とした。
Example 6
In Example 1, a particle size of 500 μm or more was collected using a sieve and used as the gelling agent (6) of the present invention.

実施例7
実施例1において、フルイ機を用いて、32μm以下の粒径のものを採取し、本発明のゲル化剤(7)とした。
Example 7
In Example 1, a particle size of 32 μm or less was collected using a sieve and used as the gelling agent (7) of the present invention.

参考例1
実施例1において、トリメチロールプロパントリアクリレートを用いない以外は、実施例1と同様にして、参考のゲル化剤(8)を得た。
Reference example 1
In Example 1, a reference gelling agent (8) was obtained in the same manner as in Example 1 except that trimethylolpropane triacrylate was not used.

実施例9
実施例1において、乾燥方法を下記の方法に替える以外は、実施例1と同様にして、本発明のゲル化剤(9)を得た。
(乾燥方法)
160℃に加熱した鉄とクロムの合金からなるドラムドライヤー(楠木機械株式会社製)と、ドラムドライヤー付属のテフロン(登録商標)製の加圧ロールの間(クリアランス0.5mm)に細分化した含水ゲルを入れ、含水ゲルを0.5mmの膜厚でドラムドライヤー上に圧延して3分間乾燥した。乾燥後、ドラムドライヤー付属のナイフ(SUS製)をドラムドライヤーに接触させて、乾燥したフィルムをドラムドライヤーから剥離させた。フィルムの膜厚を、膜厚計で測定したところ厚みは約0.2mmであった。
乾燥したフィルムをクッキングミキサーを用いて粉砕し、フルイ機を用いて3〜500μmのものを採取する。
Example 9
In Example 1, the gelling agent (9) of this invention was obtained like Example 1 except having changed the drying method into the following method.
(Drying method)
Water content subdivided between a drum dryer made of an alloy of iron and chromium heated to 160 ° C. (manufactured by Kashiwagi Machinery Co., Ltd.) and a pressure roll made of Teflon (registered trademark) attached to the drum dryer (clearance 0.5 mm) The gel was placed, and the hydrogel was rolled onto a drum dryer with a thickness of 0.5 mm and dried for 3 minutes. After drying, a knife (manufactured by SUS) attached to the drum dryer was brought into contact with the drum dryer, and the dried film was peeled off from the drum dryer. When the film thickness was measured with a film thickness meter, the thickness was about 0.2 mm.
The dried film is pulverized using a cooking mixer, and a 3-500 μm sample is collected using a sieve.

実施例10
実施例1において、トリメチロールプロパントリアクリレートの添加量を0.06g(0.03%/アクリル酸)とする以外は、実施例1と同様にして本発明のゲル化剤(10)を得た。
Example 10
In Example 1, the gelling agent (10) of the present invention was obtained in the same manner as in Example 1 except that the addition amount of trimethylolpropane triacrylate was 0.06 g (0.03% / acrylic acid). .

実施例11
実施例1において、トリメチロールプロパントリアクリレートの添加量を8.0g(4.0%/アクリル酸)とする以外は、実施例1と同様にして本発明のゲル化剤(11)を得た。
Example 11
In Example 1, the gelling agent (11) of the present invention was obtained in the same manner as in Example 1 except that the amount of trimethylolpropane triacrylate added was 8.0 g (4.0% / acrylic acid). .

実施例12
実施例1において、ペンタエリスリトールトリアリルエーテルの添加量を0.2g、トリメチロールプロパントリアクリレートの添加量を0.35gとする以外は、実施例1と同様にして本発明のゲル化剤(12)を得た。
Example 12
In Example 1, the gelling agent (12) of the present invention was prepared in the same manner as in Example 1 except that the addition amount of pentaerythritol triallyl ether was 0.2 g and the addition amount of trimethylolpropane triacrylate was 0.35 g. )

実施例13
実施例1において、ペンタエリスリトールトリアリルエーテルの添加量を0.8g、トリメチロールプロパントリアクリレートの添加量を0.4gとする以外は、実施例1と同様にして本発明のゲル化剤(13)を得た。
Example 13
In Example 1, the gelling agent (13) of the present invention was prepared in the same manner as in Example 1 except that the addition amount of pentaerythritol triallyl ether was 0.8 g and the addition amount of trimethylolpropane triacrylate was 0.4 g. )

比較例1
市販のカルボキシメチルセルロース(CMC2450、ダイセル化学工業株式会社製)を比較用のゲル化剤(H1)とした。
Comparative Example 1
Commercially available carboxymethyl cellulose (CMC2450, manufactured by Daicel Chemical Industries, Ltd.) was used as a comparative gelling agent (H1).

比較例2
市販の微架橋型ポリアクリル酸微粉末(カーボポール941、BFグットリッチカンパニー社製、平均粒径約20μm)を比較用のゲル化剤(H2)とした。
Comparative Example 2
A commercially available finely cross-linked polyacrylic acid fine powder (Carbopol 941, manufactured by BF Goodrich Company, average particle size of about 20 μm) was used as a comparative gelling agent (H2).

比較例3
市販の沈殿重合法による微架橋型ポリアクリル酸の微粉末(ジュンロンPW−150、日本純薬株式会製、平均粒径約20μm)20gにメタノール水溶液{メタノール/水=70/30(重量比)の混合物)}20gを添加し攪拌して造粒した。造粒したもの循風乾燥機で100℃で乾燥した後、クッキングミキサーで軽く粉砕し、フルイ機を用いて粒径210〜850μmのものを採取し比較用のゲル化剤(H3)とした。
Comparative Example 3
A finely-crosslinked polyacrylic acid fine powder (Junron PW-150, manufactured by Nippon Pure Chemicals Co., Ltd., average particle size of about 20 μm) by 20 g of a commercially available precipitation polymerization method is added to an aqueous methanol solution {methanol / water = 70/30 (weight ratio). Mixture)} was added and stirred to granulate. The granulated product was dried at 100 ° C. with an air circulation dryer, and then lightly pulverized with a cooking mixer, and a product having a particle size of 210 to 850 μm was collected using a sieve and used as a comparative gelling agent (H3).

比較例4
実施例1において、ペンタエリストールトリアリルエーテルを用いない以外は、実施例1と同様にして、比較用のゲル化剤(H4)を得た。
Comparative Example 4
In Example 1, except not using the Pentaerisu lithol triallyl ether, in the same manner as in Example 1 to obtain a gelling agent (H4) comparison.

比較例5
実施例1において、ペンタエリストールトリアリルエーテルの添加量を0.06g(0.03%/アクリル酸)とする以外は、実施例1と同様にして比較のゲル化剤(H5)を得た。
Comparative Example 5
In Example 1, except that the addition amount of Pentaerisu lithol triallyl ether and 0.06 g (0.03% / acrylic acid) to give a gelling agent for comparison in the same manner as in Example 1 (H5) .

比較例6
実施例1において、ペンタエリストールトリアリルエーテルの添加量を8.0g(4.0%/アクリル酸)とする以外は、実施例1と同様にして比較のゲル化剤(H6)を得た。
Comparative Example 6
In Example 1, except that the addition amount of Pentaerisu lithol triallyl ether and 8.0 g (4.0% / acrylic acid) to give a gelling agent for comparison in the same manner as in Example 1 (H6) .

比較例7
実施例1において、添加した重合開始剤(過酸化水素、アスコルビン酸、V−50)の添加量を10倍とし、イオン交換水のかわりに20%のエタノール水溶液{エタノール/水=20/80(重量比)}とした以外は、実施例1と同様な操作を行い、比較のゲル化剤(H7)を得た。
尚、架橋剤であるペンタエリリトールトリアリルエーテルおよびトリメチロールプロパントリアクリレートを除いて重合したポリマーの平均重合度をGPCを用いて測定したところ、ポリマーの平均重合度は約1,700であった。
Comparative Example 7
In Example 1, the addition amount of the added polymerization initiator (hydrogen peroxide, ascorbic acid, V-50) was increased 10 times, and instead of ion-exchanged water, a 20% ethanol aqueous solution {ethanol / water = 20/80 ( Except for the weight ratio)}, the same operation as in Example 1 was performed to obtain a comparative gelling agent (H7).
Incidentally, when the average polymerization degree of polymerization except crosslinking agent and is Pentaeri scan lithol triallyl ether and trimethylolpropane triacrylate polymer was measured by using GPC, the average polymerization degree of the polymer is about 1,700 met It was.

比較例8
実施例1に使用した二種の架橋剤を用いずに、実施例1と同じ操作を行い比較のゲル化剤(H8)を得た。
Comparative Example 8
Without using the two kinds of crosslinking agents used in Example 1, the same operation as in Example 1 was performed to obtain a comparative gelling agent (H8).

実施例1〜13で作成したゲル化剤(1)〜(13)及び比較例1〜8で作成した(H1)〜(H8)のゲル化剤とアルカリ電解液を用いて、亜鉛粉末(UNION MINIERES.A.製、品名:004F(2)/68)の沈降性、注入時間及び注入量のバラツキ、水素ガスの発生量、モデル電池の持続時間及び耐衝撃性を下記の方法で測定した。
その結果を表3及び表4に示す。
Using the gelling agents (1) to (13) prepared in Examples 1 to 13 and the gelling agents (H1) to (H8) prepared in Comparative Examples 1 to 8 and an alkaline electrolyte, zinc powder (UNION) MINIERES A., product name: 004F (2) / 68), sedimentation time, variation in injection time and injection amount, generation amount of hydrogen gas, duration of model battery and impact resistance were measured by the following methods.
The results are shown in Tables 3 and 4.

(亜鉛粉末の沈降性)
容量1リットルの2軸のニーダー(入江商会社製、品名:PNV−1)に37%水酸化カリウム水溶液150gと平均粒径120μmの亜鉛粉末300g、ゲル化剤2.5gおよび増粘剤(商品名:ジュンロンPW−150)0.5gを添加し、50rpmの回転速度で60分間混合し、負極ゲルを作成した。
作成した負極ゲル50gを、密閉可能な容量50mlのサンプル瓶(直径34mm、高さ77mm、ポリプロピレン製)に入れ、混合時に入った気泡を減圧下で脱泡した。
サンプル瓶を密閉し、40℃の恒温槽で30日間放置した後、パウダーテスター(ホソカワミクロン株式会社製)付属の装置を用いて、サンプル瓶を3cmの高さから30回/minの割合で300回タッピングして、亜鉛粉末の沈降を促進させた。タッピングを終了した後、亜鉛粉末の初期の位置(サンプル瓶中の負極ゲルの上端部の位置)から亜鉛粉末の最も沈降した距離(mm)を測定し、これを亜鉛粉末の沈降性(mm)とした。
(Precipitation of zinc powder)
Biaxial kneader (product name: PNV-1 manufactured by Irie Trading Co., Ltd.) with a capacity of 1 liter, 150 g of 37% aqueous potassium hydroxide solution, 300 g of zinc powder having an average particle size of 120 μm, 2.5 g of a gelling agent and a thickener (product) Name: Junlon PW-150) 0.5 g was added and mixed for 60 minutes at a rotation speed of 50 rpm to prepare a negative electrode gel.
50 g of the prepared negative electrode gel was put into a 50 ml sample bottle (diameter 34 mm, height 77 mm, made of polypropylene) that can be sealed, and bubbles that were introduced during mixing were degassed under reduced pressure.
After sealing the sample bottle and leaving it in a constant temperature bath at 40 ° C. for 30 days, using the apparatus attached to the powder tester (manufactured by Hosokawa Micron Co., Ltd.), the sample bottle is 300 times from a height of 3 cm at a rate of 30 times / min. Tapping promoted the precipitation of zinc powder. After completing the tapping, the distance (mm) at which the zinc powder was most settled was measured from the initial position of the zinc powder (the position of the upper end of the negative electrode gel in the sample bottle), and this was determined as the sedimentation property (mm) of the zinc powder. It was.

(注入時間及び注入量のバラツキ)
容量1リットルの2軸のニーダーに37%水酸化カリウム水溶液150g、平均粒子径120μmの亜鉛粉末300g、ゲル化剤2.5gおよび増粘剤(商品名:ジュンロンPW−150)0.5gを添加し、50rpmの回転速度で60分間混合し、負極ゲルを作成した。作成した負極ゲルをビーカーに移し、混合時に入った気泡を減圧下で脱泡した。
脱泡したゲル状の水酸化カリウム水溶液を、注入口が2mmの内径を有し、かつ0.1ml単位の目盛りを有する20mlの注射器内部に吸引した。
5mlのサンプル瓶(内径18mm、高さ40mm)の口の高さから、注射器を2.0ml分圧縮してゲル状の水酸化カリウム水溶液をサンプル瓶注入し、注射器の圧縮を終了した時点から、注射器注入口からゲル状の水酸化カリウム水溶液が完全に分離した時点までの時間(秒)をストップウオッチで測定した。同様な操作を計20回繰り返してその平均値を注入時間(秒)とした。
サンプル瓶に注入された水酸化カリウム水溶液の重量(20回)を測定し、注入量の標準偏差(σ)を算出して、注入量のバラツキとした。
(Variation of injection time and injection amount)
Add 150 g of 37% potassium hydroxide aqueous solution, 300 g of zinc powder with an average particle size of 120 μm, 2.5 g of gelling agent and 0.5 g of thickener (trade name: Junlon PW-150) to a 1 liter biaxial kneader. And mixing for 60 minutes at a rotation speed of 50 rpm to prepare a negative electrode gel. The prepared negative electrode gel was transferred to a beaker, and bubbles introduced during mixing were degassed under reduced pressure.
The degassed gelled potassium hydroxide aqueous solution was sucked into a 20 ml syringe having an injection port with an inner diameter of 2 mm and a scale of 0.1 ml.
From the height of the mouth of the 5 ml sample bottle (inner diameter 18 mm, height 40 mm), compress the syringe by 2.0 ml and inject the gel-like potassium hydroxide aqueous solution into the sample bottle. The time (seconds) from when the gelled aqueous potassium hydroxide solution was completely separated from the syringe inlet was measured with a stopwatch. The same operation was repeated 20 times in total, and the average value was taken as the injection time (seconds).
The weight (20 times) of the potassium hydroxide aqueous solution injected into the sample bottle was measured, and the standard deviation (σ) of the injection amount was calculated to determine the variation in the injection amount.

(水素ガス発生量)
50mlのサンプル瓶(直径34mm、高さの77mm、ポリプロピレン製)に37%水酸化カリウム水溶液15gと平均粒径120μmの亜鉛粉末30g、ゲル化剤0.25gおよび増粘剤(商品名:ジュンロンPW−150)0.05gを添加し、50rpmの回転速度で60分間混合した。
サンプル瓶に蓋(ガス検知管が挿入可能な直径約3mmの穴をあけ、その部分をシールテープで塞いだもの)して内部を密閉した後、50℃の恒温槽に30日間入れた。
30日後にサンプル瓶を取り出し、予め開口しておいた蓋の穴に水素ガス検知管(北川式ガス検知管、光明理化学工業社製、水素ガス測定可能範囲:500〜8000ppm)をサンプル瓶の気相部に挿入して、気相中の水素ガス濃度を測定した。
(Hydrogen gas generation amount)
A 50 ml sample bottle (34 mm in diameter, 77 mm in height, made of polypropylene) 15 g of 37% potassium hydroxide aqueous solution, 30 g of zinc powder having an average particle size of 120 μm, 0.25 g of a gelling agent and a thickener (trade name: Junron PW) -150) 0.05 g was added and mixed for 60 minutes at a rotation speed of 50 rpm.
The sample bottle was covered with a lid (having a hole with a diameter of about 3 mm into which the gas detection tube can be inserted, and the portion was covered with a sealing tape), and the inside was sealed, and then placed in a thermostat at 50 ° C. for 30 days.
After 30 days, the sample bottle is taken out, and a hydrogen gas detector tube (Kitakawa gas detector tube, manufactured by Komyo Chemical Co., Ltd., hydrogen gas measurable range: 500 to 8000 ppm) is put in the hole of the lid that has been opened in advance. Inserted into the phase section, the hydrogen gas concentration in the gas phase was measured.

(電池の持続時間)
容量1リットルの2軸のニーダーに、37%の水酸化カリウム水溶液150gと亜鉛粉末300g及びゲル化剤2.5g、増粘剤0.5gを添加し、50rpmで60分間混合し、負極ゲルを作成した。
減圧下で脱泡を行った後、この負極ゲル15gを、図1に示したLR−6型のモデル電池の負極容器内に注入しゲル負極9とし、モデル電池を作成した。なおここで、モデル電池のゲル負極9以外の各部位の構成材料としては、ニッケルメッキ鋼板、収縮チューブ2の材質としてはポリエチレン、正極剤3の材質としては電解二酸化マンガン50重量部、アセチレンブラック5重量部及び濃度37重量%水酸化カリウム水溶液1重量部からなる配合物、外装缶4の材質としては、ニッケルメッキ鋼板、セパレーター5の材質としては、ポリオレフィン、集電棒6の材質としては、スズめっきした黄銅製の棒、ガスケット7の材質としては、ポリオレフィン系樹脂、負極端子板8の材質としては、ニッケルメッキ鋼板を用いた。作成したモデル電池に、室温(20〜25℃)で2Ωの外部抵抗を接続して、連続放電し、電圧が0.9Vに低下するまでの時間を電池の持続時間(hour)とした。モデル電池作成後、60℃の恒温槽で60日間放置したモデル電池に関しても同様な操作を行い、電池の持続時間を測定した。
(Battery duration)
To a 1 liter biaxial kneader, add 150 g of 37% potassium hydroxide aqueous solution, 300 g of zinc powder, 2.5 g of gelling agent and 0.5 g of thickening agent, and mix for 60 minutes at 50 rpm. Created.
After defoaming under reduced pressure, 15 g of this negative electrode gel was injected into the negative electrode container of the LR-6 model battery shown in FIG. Here, the constituent material of each part other than the gel negative electrode 9 of the model battery is a nickel-plated steel plate, the material of the shrinkable tube 2 is polyethylene, the material of the positive electrode agent 3 is 50 parts by weight of electrolytic manganese dioxide, and acetylene black 5 A composition comprising 1 part by weight of a weight part and a 37% by weight potassium hydroxide aqueous solution, the outer can 4 as a material for nickel-plated steel, the separator 5 as a material for polyolefin, and the current collector rod 6 as a material for tin plating The brass rod and gasket 7 were made of polyolefin resin, and the negative electrode terminal plate 8 was made of nickel-plated steel plate. An external resistance of 2Ω was connected to the prepared model battery at room temperature (20 to 25 ° C.), the battery was continuously discharged, and the time until the voltage decreased to 0.9 V was defined as the battery duration (hour). After the model battery was prepared, the same operation was performed on the model battery that was left in a constant temperature bath at 60 ° C. for 60 days, and the duration of the battery was measured.

(電池の耐衝撃性)
上記と同様にして作成したモデル電池に、室温(20〜25℃)で2Ωの外部抵抗を接続して連続放電しながら、モデル電池を1mの高さから10回連続して落下させ、落下前の電圧と落下直後の電圧を測定し、下式により耐衝撃性(%)を算出した。
耐衝撃性(%)={落下(10回目)直後の電圧(V)/落下前の電圧(V)}×100
モデル電池作成後、60℃の恒温槽で60日間放置したモデル電池に関しても同様な操作を行い、耐衝撃性を求めた。
(Battery impact resistance)
To the model battery made in the same way as above, connect the external resistance of 2Ω at room temperature (20-25 ° C) and continuously discharge the model battery from the height of 1m 10 times continuously before dropping. And the voltage immediately after dropping were measured, and the impact resistance (%) was calculated by the following formula.
Impact resistance (%) = {Voltage immediately after dropping (10th time) (V) / Voltage before dropping (V)} × 100
After the model battery was created, the same operation was performed on the model battery that was left in a constant temperature bath at 60 ° C. for 60 days to obtain impact resistance.

Figure 0004331704
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なお、表3の実施例6において、注入の際に使用した注射器において詰まりが生じたが、注入口が5mmの内径を有する注射器を使用した場合は、注入可能であった。   In Example 6 of Table 3, clogging occurred in the syringe used at the time of injection, but injection was possible when an injection port having an inner diameter of 5 mm was used.

本発明のゲル化剤は、円筒状のアルカリ電池のみならず、アルカリボタン電池、酸化銀電池、ニッケルカドミウム蓄電池、ニッケル水素蓄電池等の一次及び二次アルカリ電池用のゲル化剤としても有用である。また、本発明のゲル化剤を用いたアルカリ電池は、耐衝撃性に優れ、放電特性の維持に優れたアルカリ電池として有用である。   The gelling agent of the present invention is useful not only as a cylindrical alkaline battery but also as a gelling agent for primary and secondary alkaline batteries such as alkaline button batteries, silver oxide batteries, nickel cadmium batteries, nickel metal hydride batteries, etc. . Moreover, the alkaline battery using the gelling agent of the present invention is useful as an alkaline battery having excellent impact resistance and excellent discharge characteristic maintenance.

本発明のアルカリ電池の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the alkaline battery of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1.正極端子板
2.収縮チューブ
3.正極剤
4.外装缶
5.セパレーター
6.集電棒
7.ガスケット
8.負極端子板
9.ゲル負極


1. Positive terminal plate 2. Shrink tube Cathode agent 4. Exterior can Separator 6. Current collecting rod 7. Gasket 8. Negative electrode terminal plate 9. Gel negative electrode


Claims (10)

(メタ)アクリル酸(塩)を主構成単量体単位とする架橋重合体(A)からなり、(A)が、アルカリ性で加水分解し得る架橋剤(b)単位、及びアルカリ性で加水分解しない架橋剤(c)単位とを含んでなり、ゲル(GA)の粘度比(N1/N60)が0.7〜1.3、及び37重量%水酸化カリウム水溶液への可溶性成分量が30重量%以下であるアルカリ電池用ゲル化剤。
ゲル(GA)の粘度比(N1/N60):37重量%水酸化カリウム水溶液100重量部、架橋重合体(A)2重量部及び亜鉛粉末200重量部を40℃で均一撹拌混合してゲル(GA)を調製し、同温度でゲル(GA)の1日放置後の粘度(40℃,N1)及び60日放置後の粘度(40℃,N60)をJIS K7117−1:1999に準拠して測定した値から求める。
It consists of a crosslinked polymer (A) having (meth) acrylic acid (salt) as a main constituent monomer unit, and (A) is an alkaline and hydrolyzable crosslinker (b) unit, and is alkaline and does not hydrolyze A cross-linking agent (c) unit, the viscosity ratio (N1 / N60) of the gel (GA) is 0.7 to 1.3, and the amount of soluble components in a 37 wt% potassium hydroxide aqueous solution is 30 wt%. The gelling agent for alkaline batteries which is the following.
Viscosity ratio of gel (GA) (N1 / N60): 100 parts by weight of 37% by weight aqueous potassium hydroxide solution, 2 parts by weight of crosslinked polymer (A) and 200 parts by weight of zinc powder were uniformly stirred and mixed at 40 ° C. GA) was prepared, and the viscosity (40 ° C., N1) after leaving the gel (GA) for 1 day and the viscosity after standing for 60 days (40 ° C., N60) at the same temperature in accordance with JIS K7117-1: 1999. Obtain from the measured value.
ゲル(GA)の粘度(40℃,N1)が30〜300Pa・sである請求項1に記載のゲル化剤。   The gelling agent according to claim 1, wherein the gel (GA) has a viscosity (40 ° C, N1) of 30 to 300 Pa · s. 架橋重合体(A)が、次の要件を満たしてなる請求項1又は2に記載のゲル化剤。
架橋重合体(A)2重量部及び37重量%水酸化カリウム水溶液300重量部を25℃で均一混合して得た膨潤粒子(BA)のうち、粒子径32〜1,000μmの膨潤粒子が膨潤粒子(BA)の全重量に対して少なくとも80重量%である
The gelling agent according to claim 1 or 2, wherein the crosslinked polymer (A) satisfies the following requirements.
Of the swollen particles (BA) obtained by uniformly mixing 2 parts by weight of the crosslinked polymer (A) and 300 parts by weight of a 37 wt% aqueous potassium hydroxide solution at 25 ° C., swollen particles having a particle diameter of 32 to 1,000 μm swell. At least 80% by weight relative to the total weight of the particles (BA)
ティーバッグ法による37重量%水酸化カリウム水溶液の1時間後の吸収量が、20〜60g/gである請求項1〜3の何れかに記載のゲル化剤。   The gelling agent according to any one of claims 1 to 3, wherein an absorption amount after 1 hour of a 37 wt% potassium hydroxide aqueous solution by a tea bag method is 20 to 60 g / g. 架橋重合体(A)が含有する、架橋剤(b)単位と架橋剤(c)単位との重量比(b/c)が、0.4〜2.5である請求項1〜4の何れかに記載のゲル化剤。 Crosslinked polymer (A) contains the weight ratio of crosslinking agent (b) unit and the crosslinking agent (c) units (b / c) is any of claims 1 to 4 is 0.4 to 2.5 gelling agent according to any. 架橋剤(b)が、エステル結合及び/若しくはアミド結合を有する化合物、又はエステル結合及び/若しくはアミド結合を形成し得る化合物である請求項1〜5の何れかに記載のゲル化剤。 The gelling agent according to any one of claims 1 to 5, wherein the crosslinking agent (b) is a compound having an ester bond and / or an amide bond, or a compound capable of forming an ester bond and / or an amide bond. 架橋剤(c)が3〜10個のアリル基及び1〜5個の水酸基を有する請求項1〜6の何れかに記載のゲル化剤。 The gelling agent according to any one of claims 1 to 6 , wherein the crosslinking agent (c) has 3 to 10 allyl groups and 1 to 5 hydroxyl groups. 亜鉛よりイオン化傾向の低い金属元素の含有量が15×10-4重量%以下である請求項1〜の何れかに記載のゲル化剤。 The gelling agent according to any one of claims 1 to 7 , wherein the content of the metal element having a lower ionization tendency than zinc is 15 x 10 -4 wt% or less. アルカリ性下で分解する架橋剤(b)及びアリル基を2〜10個有するアリルエーテル型架橋剤(c)を併用した水溶液重合法若しくは逆相懸濁重合法により得られた、(メタ)アクリル酸(塩)を主構成単量体単位とする架橋重合体(A)からなる水膨潤性のゲル化剤であって、該(b)及び(c)のそれぞれの量が(メタ)アクリル酸及びそのアルカリ金属塩の重量に対して0.05〜3%であり且つ下記(1)(2)の要件を具備するアルカリ電池用ゲル化剤。
要件(1);濃度37重量%水酸化カリウム水溶液中でゲル化剤を膨潤した際に、粒子径32〜1,000μmの膨潤粒子が80重量%以上存在すること
要件(2);ティーバッグ法による1時間後の濃度37重量%水酸化カリウム水溶液の吸収量が、20〜60g/gであること
(Meth) acrylic acid obtained by an aqueous solution polymerization method or reverse phase suspension polymerization method using a crosslinking agent (b) that decomposes under alkalinity and an allyl ether type crosslinking agent (c) having 2 to 10 allyl groups A water-swellable gelling agent comprising a cross-linked polymer (A) having (salt) as a main constituent monomer unit, wherein each amount of (b) and (c) is (meth) acrylic acid and A gelling agent for an alkaline battery which is 0.05 to 3% based on the weight of the alkali metal salt and which satisfies the following requirements (1) and (2).
Requirement (1): When the gelling agent is swollen in a 37% strength by weight potassium hydroxide aqueous solution, there should be 80% by weight or more of swollen particles having a particle size of 32 to 1,000 μm. Requirement (2); Tea bag method The absorption of 37% strength by weight potassium hydroxide aqueous solution after 1 hour is 20 to 60 g / g.
請求項1〜9の何れか記載のゲル化剤及び亜鉛粉末を含有してなるアルカリ電池。 An alkaline battery comprising the gelling agent according to any one of claims 1 to 9 and zinc powder.
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