JP6834524B2 - Electrode-forming compositions, electrodes, and microbial fuel cells used in microbial fuel cells - Google Patents

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Description

微生物燃料電池に用いられる電極形成用組成物、電極、及び微生物燃料電池に関する。 The present invention relates to an electrode-forming composition, an electrode, and a microbial fuel cell used in a microbial fuel cell.

近年、燃料電池の仕組みを利用した微生物燃料電池の開発が進められている。これは微生物により有機物を分解する際に生じる電子を回収し、電気エネルギーとして利用する発電方法である。例えば生活廃水などの浄化に用いた場合、分解処理と発電が並行して行えるため、消費エネルギーを低減できる水処理方法として期待されている。 In recent years, the development of microbial fuel cells using the mechanism of fuel cells has been promoted. This is a power generation method that recovers electrons generated when organic matter is decomposed by microorganisms and uses them as electrical energy. For example, when it is used for purifying domestic wastewater, it is expected as a water treatment method that can reduce energy consumption because decomposition treatment and power generation can be performed in parallel.

微生物燃料電池の形状は、二槽型と一槽型が知られている。アノードでの微生物による分解反応から生じた電子が外部回路を経由し、カソードにて還元反応で消費される点は共通している。二槽型はイオン交換膜などの隔壁で両極を分け、酸素やフェリシアン化カリウムなどの酸化剤をカソードで反応させている。一方、一槽型は隔壁が無く、アノードと同じ槽内に、大気中の酸素を直接流入し反応するエアカソードを設置する。 The shape of the microbial fuel cell is known to be a two-tank type or a one-tank type. It is common that electrons generated from the decomposition reaction by microorganisms at the anode pass through an external circuit and are consumed in the reduction reaction at the cathode. In the two-tank type, both poles are separated by a partition wall such as an ion exchange membrane, and an oxidizing agent such as oxygen or potassium ferricyanide is reacted at the cathode. On the other hand, the one-tank type has no partition wall, and an air cathode that directly flows in and reacts with oxygen in the atmosphere is installed in the same tank as the anode.

いずれの方式であっても、例えば水処理を想定すると、電極は構成物が剥がれることなく水圧に耐え長期的な運用が期待されるため、触媒および導電材等の電極部材を結着するバインダーには強い密着性が求められる。また、高い発電性能を得るために微生物反応や触媒反応を妨げることのない電極部材、特に樹脂を選択する必要があり、かつ樹脂総量は少ない方が望ましい。 Regardless of which method is used, for example, assuming water treatment, the electrode can withstand water pressure without peeling off and is expected to operate for a long period of time. Therefore, it can be used as a binder for binding electrode members such as catalysts and conductive materials. Is required to have strong adhesion. Further, in order to obtain high power generation performance, it is necessary to select an electrode member that does not interfere with a microbial reaction or a catalytic reaction, particularly a resin, and it is desirable that the total amount of the resin is small.

現状では、電極形成用の樹脂としてデュポン社製Nafion(登録商標)を用いることが多く、そのプロトン伝導性により、特にカソードでの触媒反応を阻害せずに密着性を確保している。しかしながら、その性能は未だ十分ではなく、更に前記以外の課題として高価であることも挙げられ、改善に向けて鋭意研究が進められている(非特許文献1、2)。 At present, Nafion (registered trademark) manufactured by DuPont is often used as a resin for forming electrodes, and its proton conductivity ensures adhesion without inhibiting a catalytic reaction at the cathode. However, its performance is still insufficient, and it is also mentioned that it is expensive as a problem other than the above, and diligent research is being carried out for improvement (Non-Patent Documents 1 and 2).

Environ.Sci.Technol.(2006),40,364−369Environ. Sci. Technol. (2006), 40, 364-369 Journal of Power Sources(2012),218,100−105Journal of Power Sources (2012), 218, 100-105

本発明の目的は、基材および素材同士の密着性に優れ、発電特性に優れる微生物燃料電池用電極を製造するための電極形成用組成物であり、かつ安価な電極形成用組成物を提供することである。 An object of the present invention is to provide an electrode-forming composition for producing an electrode for a microbial fuel cell, which has excellent adhesion between base materials and materials and excellent power generation characteristics, and an inexpensive electrode-forming composition. That is.

本発明者らは、前記の諸問題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、本発明に至った。即ち本発明は、導電材及び/または酸素還元触媒と、水性樹脂微粒子とを含有する微生物燃料電池電極形成用組成物に関する。 The present inventors have arrived at the present invention as a result of repeated diligent studies to solve the above-mentioned problems. That is, the present invention relates to a composition for forming a microbial fuel cell electrode containing a conductive material and / or an oxygen reduction catalyst and aqueous resin fine particles.

また本発明は、水性樹脂微粒子がアクリル系乳化重合物を含む前記の微生物燃料電池電極形成用組成物に関する。 The present invention also relates to the above-mentioned composition for forming a microbial fuel cell electrode in which the aqueous resin fine particles contain an acrylic emulsion polymer.

また本発明は、導電材がカーボン材料である前記の微生物燃料電池電極形成用組成物に関する。 The present invention also relates to the above-mentioned composition for forming a microbial fuel cell electrode in which the conductive material is a carbon material.

また本発明は、酸素還元触媒が貴金属触媒、卑金属酸化物触媒、炭素触媒および活性炭からなる群より選ばれる一つ以上である前記の微生物燃料電池電極形成用組成物に関する。 The present invention also relates to the above-mentioned composition for forming a microbial fuel cell electrode, wherein the oxygen reduction catalyst is one or more selected from the group consisting of a noble metal catalyst, a base metal oxide catalyst, a carbon catalyst and activated carbon.

また本発明は、さらに、水性液状媒体を含有する前記の微生物燃料電池電極形成用組成物に関する。 The present invention further relates to the above-mentioned composition for forming a microbial fuel cell electrode containing an aqueous liquid medium.

また本発明は、前記の微生物燃料電池電極形成用組成物を用いることを特徴とする微生物燃料電池用電極に関する。 The present invention also relates to an electrode for a microbial fuel cell, which comprises using the above-mentioned composition for forming a microbial fuel cell electrode.

また本発明は、微生物燃料電池の液面、液中、側面、底面のいずれかに設置され、一面が槽外部の空気と接触しその裏面が電解液と接触する、前記いずれか記載の組成物を用いることを特徴とする微生物燃料電池用電極に関する。 The composition according to any one of the above, which is installed on any of the liquid surface, the liquid surface, the side surface, and the bottom surface of the microbial fuel cell, one surface of which is in contact with air outside the tank and the back surface of which is in contact with an electrolytic solution. The present invention relates to an electrode for a microbial fuel cell, which comprises using.

また本発明は、前記の微生物燃料電池用電極を用いることを特徴とする微生物燃料電池に関する。 The present invention also relates to a microbial fuel cell, which comprises using the above-mentioned electrode for a microbial fuel cell.

本発明によれば、水性樹脂微粒子が導電材及び/または酸素還元触媒と共に分散された微生物燃料電池電極形成用組成物は、塗膜形成された場合、粒子間及び基材との密着性に優れ、強度の高い微生物燃料電池電極を提供できる。 According to the present invention, the composition for forming a microbial fuel cell electrode in which aqueous resin fine particles are dispersed together with a conductive material and / or an oxygen reduction catalyst is excellent in adhesion between particles and with a base material when a coating film is formed. , A high-strength microbial fuel cell electrode can be provided.

また、水性樹脂微粒子と導電材及び/または酸素還元触媒の結着は点接触によるため、例えば界面を反応場とする触媒の場合、触媒反応を阻害しにくい。更に、密着性に優れることから必要な樹脂は少量で済むため、結果、樹脂による抵抗が低減できる。即ち、導電材及び/または酸素還元触媒と水性樹脂微粒子とを含有する微生物燃料電池電極形成用組成物を使用することで、発電性能に優れた微生物燃料電池を提供できる。 Further, since the binding of the aqueous resin fine particles with the conductive material and / or the oxygen reduction catalyst is by point contact, for example, in the case of a catalyst having an interface as a reaction field, it is difficult to inhibit the catalytic reaction. Further, since the adhesiveness is excellent, a small amount of resin is required, and as a result, the resistance due to the resin can be reduced. That is, by using a composition for forming a microbial fuel cell electrode containing a conductive material and / or an oxygen reduction catalyst and aqueous resin fine particles, a microbial fuel cell having excellent power generation performance can be provided.

更に、水性樹脂微粒子は構成する単量体によっては安価に製造することも可能なため、微生物燃料電池電極形成用組成物の製造費を低減できる。 Further, since the aqueous resin fine particles can be produced at low cost depending on the constituent monomers, the production cost of the composition for forming a microbial fuel cell electrode can be reduced.

<微生物燃料電池用合材インキ>
本発明の微生物燃料電池用電極形成用組成物(以下、合材インキ)は、少なくとも導電材及び/または酸素還元触媒と、水性樹脂微粒子(A)と、水性液状媒体とを含有するものである。導電材及び/または酸素還元触媒、水性樹脂微粒子、及び水性液状媒体の割合は、特に限定されるものではなく、広い範囲内で適宜選択され得る。
<Mixed material ink for microbial fuel cells>
The composition for forming an electrode for a microbial fuel cell (hereinafter, a mixture ink) of the present invention contains at least a conductive material and / or an oxygen reduction catalyst, aqueous resin fine particles (A), and an aqueous liquid medium. .. The proportions of the conductive material and / or the oxygen reduction catalyst, the aqueous resin fine particles, and the aqueous liquid medium are not particularly limited and may be appropriately selected within a wide range.

<水性樹脂微粒子>
水性樹脂微粒子は、樹脂が水中で溶解せずに微粒子の状態で存在するもので、その水分散体は一般的に水性エマルションとも呼ばれ、本発明に使用できる。
使用するエマルションとしては、(メタ)アクリル系エマルション、ニトリル系エマルション、ウレタン系エマルション、ジエン系エマルション(スチレン・ブタジエンゴム(SBR)など)、フッ素系エマルション(ポリフッ化ビニリデン(PVDF)やポリテトラフルオロエチレン(PTFE)など)等が挙げられる。水溶性高分子と異なり、エマルションは粒子間の結着性と柔軟性(膜の可とう性)に優れるものが好ましい。
(水性樹脂微粒子の粒子構造)
また、本発明に用いる水性樹脂微粒子の粒子構造は、多層構造、いわゆるコアシェル粒子にすることもできる。例えば、コア部、またはシェル部に官能基を有する単量体を主に重合させた樹脂を局在化させたり、コアとシェルによってTgや組成に差を設けたりすることにより、硬化性、乾燥性、成膜性、バインダーの機械強度を向上させることができる。
<Aqueous resin fine particles>
Aqueous resin fine particles are those in which the resin does not dissolve in water and exists in the form of fine particles, and the aqueous dispersion is generally also called an aqueous emulsion and can be used in the present invention.
Emulsions used include (meth) acrylic emulsions, nitrile emulsions, urethane emulsions, diene emulsions (styrene-butadiene rubber (SBR), etc.), fluorine emulsions (polyvinylidene fluoride (PVDF) and polytetrafluoroethylene). (PTFE), etc.) and the like. Unlike the water-soluble polymer, the emulsion preferably has excellent bondability and flexibility (flexibility of the film) between particles.
(Particle structure of aqueous resin fine particles)
Further, the particle structure of the aqueous resin fine particles used in the present invention may be a multilayer structure, so-called core-shell particles. For example, by localizing a resin in which a monomer having a functional group is mainly polymerized in the core portion or the shell portion, or by providing a difference in Tg and composition between the core and the shell, curability and drying are performed. It is possible to improve the property, film forming property, and mechanical strength of the binder.

(水性樹脂微粒子の粒子径)
本発明に用いる水性樹脂微粒子の平均粒子径は、結着性や粒子の安定性の点から、10〜500nmであることが好ましく、10〜300nmであることがより好ましい。また、1μmを超えるような粗大粒子が多く含有されるようになると粒子の安定性が損なわれるので、1μmを超える粗大粒子は多くとも5%以下であることが好ましい。なお、本発明における平均粒子径とは、体積平均粒子径のことを表し、動的光散乱法により測定できる。
(Particle size of water-based resin fine particles)
The average particle size of the aqueous resin fine particles used in the present invention is preferably 10 to 500 nm, more preferably 10 to 300 nm, from the viewpoint of binding properties and particle stability. Further, if a large amount of coarse particles exceeding 1 μm is contained, the stability of the particles is impaired, so that the amount of coarse particles exceeding 1 μm is preferably 5% or less at most. The average particle size in the present invention represents the volume average particle size and can be measured by a dynamic light scattering method.

動的光散乱法による平均粒子径の測定は、以下のようにして行うことができる。架橋型樹脂微粒子分散液は固形分に応じて200〜1000倍に水希釈しておく。該希釈液約5mlを測定装置[(株)日機装社製マイクロトラック]のセルに注入し、サンプルに応じた溶剤(本発明では水)および樹脂の屈折率条件を入力後、測定を行う。この時得られた体積粒子径分布データ(ヒストグラム)のピークを本発明の平均粒子径とする。 The average particle size can be measured by the dynamic light scattering method as follows. The crosslinked resin fine particle dispersion is diluted 200 to 1000 times with water depending on the solid content. Approximately 5 ml of the diluted solution is injected into a cell of a measuring device [Microtrac manufactured by Nikkiso Co., Ltd.], and the measurement is performed after inputting the refractive index conditions of the solvent (water in the present invention) and the resin according to the sample. The peak of the volumetric particle size distribution data (histogram) obtained at this time is taken as the average particle size of the present invention.

<(メタ)アクリル系エマルション>
次に、(メタ)アクリル系エマルションについて説明する。(メタ)アクリル系エマルションとは、(メタ)アクリロイル基を有する単量体を10質量部以上含有する乳化重合物であり、好ましくは20質量部以上、更に好ましくは30質量部以上含有されているとよい。アクリロイル基を有する単量体は反応性に優れるため、樹脂微粒子を比較的容易に作製することができる。また、(メタ)アクリル系エマルションによる塗膜は密着性や可撓性に優れる。
<(Meta) acrylic emulsion>
Next, the (meth) acrylic emulsion will be described. The (meth) acrylic emulsion is an emulsion polymer containing 10 parts by mass or more of a monomer having a (meth) acryloyl group, preferably 20 parts by mass or more, and more preferably 30 parts by mass or more. It is good. Since the monomer having an acryloyl group has excellent reactivity, resin fine particles can be produced relatively easily. Further, the coating film made of the (meth) acrylic emulsion is excellent in adhesion and flexibility.

(メタ)アクリル系エマルションを使用する場合、以下で説明する架橋型樹脂微粒子を含むことが好ましい。架橋型樹脂微粒子とは、内部架橋構造(三次元架橋構造)を有する樹脂微粒子を示し、粒子内部で架橋していることが重要である。架橋型樹脂微粒子が架橋構造をとることにより耐電解液溶出性を確保することができ、粒子内部の架橋を調整することでその効果を高めることができる。また、架橋型樹脂微粒子が特定の官能基を含有することにより、基材、または他の電極構成材料との密着性に寄与することができる。さらには架橋構造や官能基の量を調整することで、微生物燃料電池の耐久性に優れた合材インキを得ることができる。
また、架橋には粒子同士の架橋(粒子間架橋)を併用することもできるが、この場合、多くは架橋剤をあとで添加するため、架橋剤成分の電解液への漏出や電極作製時のバラツキが生じる場合もある。このため、架橋剤は耐電解液性を損なわない程度に用いる必要がある。
When a (meth) acrylic emulsion is used, it is preferable to contain crosslinked resin fine particles described below. The crosslinked resin fine particles indicate resin fine particles having an internal crosslinked structure (three-dimensional crosslinked structure), and it is important that the particles are crosslinked inside the particles. The cross-linked resin fine particles have a cross-linked structure, so that the electrolytic solution elution resistance can be ensured, and the effect can be enhanced by adjusting the cross-linking inside the particles. Further, when the crosslinked resin fine particles contain a specific functional group, it is possible to contribute to the adhesion to the base material or other electrode constituent materials. Furthermore, by adjusting the crosslinked structure and the amount of functional groups, it is possible to obtain a mixture ink having excellent durability of the microbial fuel cell.
In addition, cross-linking between particles (cross-linking between particles) can be used in combination for cross-linking, but in this case, since a cross-linking agent is added later, the cross-linking agent component leaks into the electrolytic solution or when the electrode is manufactured. There may be variations. Therefore, it is necessary to use the cross-linking agent to the extent that the electrolytic solution resistance is not impaired.

本発明で好適に使用される(メタ)アクリル系エマルション中の架橋型樹脂微粒子は、エチレン性不飽和単量体を水中にて界面活性剤の存在下、ラジカル重合開始剤によって乳化重合して得られる樹脂微粒子である。本発明で好適に使用される(メタ)アクリル系エマルションは、下記単量体(C1)および(C2)を下記割合で含むエチレン性不飽和単量体を乳化重合することにより得ることが好ましい。
(C1)単官能または多官能アルコキシシリル基を有するエチレン性不飽和単量体(c1)、および1分子中に2つ以上のエチレン性不飽和基を有する単量体(c2)からなる群より選ばれる少なくとも1つの単量体:0.1〜5質量%
(C2)前記単量体(c1)〜(c2)以外のエチレン性不飽和単量体(c3):95〜99.9質量%
(但し、前記(c1)〜(c3)の合計を100質量%とする)
The crosslinked resin fine particles in the (meth) acrylic emulsion preferably used in the present invention are obtained by emulsion polymerization of an ethylenically unsaturated monomer in water with a radical polymerization initiator in the presence of a surfactant. Resin fine particles to be obtained. The (meth) acrylic emulsion preferably used in the present invention is preferably obtained by emulsion polymerization of an ethylenically unsaturated monomer containing the following monomers (C1) and (C2) in the following proportions.
(C1) From the group consisting of an ethylenically unsaturated monomer (c1) having a monofunctional or polyfunctional alkoxysilyl group and a monomer (c2) having two or more ethylenically unsaturated groups in one molecule. At least one monomer selected: 0.1-5% by weight
(C2) Ethylene unsaturated monomer (c3) other than the monomers (c1) to (c2): 95 to 99.9% by mass.
(However, the total of the above (c1) to (c3) is 100% by mass)

本発明で好適に使用される(メタ)アクリル系エマルション中の架橋型樹脂微粒子を構成するエチレン性不飽和単量体のうち(c1)、(c3)は、特に断らない限り、1分子中に1つのエチレン性不飽和基を有する単量体のことを示す。 Of the ethylenically unsaturated monomers constituting the crosslinked resin fine particles in the (meth) acrylic emulsion preferably used in the present invention, (c1) and (c3) are contained in one molecule unless otherwise specified. It indicates a monomer having one ethylenically unsaturated group.

<単量体群(C1)について>
単量体群(C1)に含まれる単量体の有する官能基(アルコキシシリル基、エチレン性不飽和基)は、自己架橋型反応性官能基であり、主に粒子合成中における粒子内部架橋を形成する効果がある。粒子の内部架橋を十分に行うことで、耐電解液性を向上させることができる。したがって、単量体群(C1)に含まれる単量体を使用することで架橋型樹脂微粒子とすることができる。また、粒子架橋を十分に行うことで、耐電解液性を向上させることができる。
<About the monomer group (C1)>
The functional groups (alkoxysilyl group, ethylenically unsaturated group) of the monomer contained in the monomer group (C1) are self-crosslinking reactive functional groups, which mainly perform internal cross-linking during particle synthesis. Has the effect of forming. Sufficient internal cross-linking of particles can improve the electrolyte resistance. Therefore, crosslinked resin fine particles can be obtained by using the monomer contained in the monomer group (C1). In addition, the electrolytic solution resistance can be improved by sufficiently performing particle cross-linking.

1分子中に1つのエチレン性不飽和基と、アルコキシシリル基とを有する単量体(c1)としては、例えば、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリブトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−アクリロキシプロピルトリエトキシシラン、γ−アクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ−メタクリロキシメチルトリメトキシシラン、γ−アクリロキシメチルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリブトキシシラン、ビニルメチルジメトキシシランなどがあげられる。 Examples of the monomer (c1) having one ethylenically unsaturated group and an alkoxysilyl group in one molecule include γ-methacryloxypropyltrimethoxysilane, γ-methacryloxypropyltriethoxysilane, and γ-. Methacryloxypropyltributoxysilane, γ-methacryloxypropylmethyldimethoxysilane, γ-methacryloxypropylmethyldiethoxysilane, γ-acryloxypropyltrimethoxysilane, γ-acryloxypropyltriethoxysilane, γ-acryloxypropylmethyl Examples thereof include dimethoxysilane, γ-methacryloxymethyltrimethoxysilane, γ-acryloxymethyltrimethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, vinyltributoxysilane, and vinylmethyldimethoxysilane.

1分子中に2つ以上のエチレン性不飽和基を有する単量体(c2)としては、例えば、(メタ)アクリル酸アリル、(メタ)アクリル酸1−メチルアリル、(メタ)アクリル酸2−メチルアリル、(メタ)アクリル酸1−ブテニル、(メタ)アクリル酸2−ブテニル、(メタ)アクリル酸3−ブテニル、(メタ)アクリル酸1,3−メチル−3−ブテニル、(メタ)アクリル酸2−クロルアリル、(メタ)アクリル酸3−クロルアリル、(メタ)アクリル酸o−アリルフェニル、(メタ)アクリル酸2−(アリルオキシ)エチル、(メタ)アクリル酸アリルラクチル、(メタ)アクリル酸シトロネリル、(メタ)アクリル酸ゲラニル、(メタ)アクリル酸ロジニル、(メタ)アクリル酸シンナミル、ジアリルマレエート、ジアリルイタコン酸、(メタ)アクリル酸ビニル、クロトン酸ビニル、オレイン酸ビニル,リノレン酸ビニル、(メタ)アクリル酸2−(2’−ビニロキシエトキシ)エチルなどのエチレン性不飽和基含有(メタ)アクリル酸エステル類;ジ(メタ)アクリル酸エチレングリコール、ジ(メタ)アクリル酸トリエチレングリコール、ジ(メタ)アクリル酸テトラエチレングリコール、トリ(メタ)アクリル酸トリメチロールプロパン、トリ(メタ)アクリル酸ペンタエリスリトール、ジアクリル酸1,1,1−トリスヒドロキシメチルエタン、トリアクリル酸1,1,1−トリスヒドロキシメチルエタン、1,1,1−トリスヒドロキシメチルプロパントリアクリル酸などの多官能(メタ)アクリル酸エステル類;ジビニルベンゼン、アジピン酸ジビニルなどのジビニル類;イソフタル酸ジアリル、フタル酸ジアリル、マレイン酸ジアリルなどのジアリル類などがあげられる。 Examples of the monomer (c2) having two or more ethylenically unsaturated groups in one molecule include allyl (meth) acrylate, 1-methylallyl (meth) acrylate, and 2-methylallyl (meth) acrylate. , (Meta) acrylate 1-butenyl, (meth) acrylate 2-butenyl, (meth) acrylate 3-butenyl, (meth) acrylate 1,3-methyl-3-butenyl, (meth) acrylate 2- Chlorallyl, 3-chloroallyl (meth) acrylate, o-allylphenyl (meth) acrylate, 2- (allyloxy) ethyl (meth) acrylate, allyllactyl (meth) acrylate, citronellyl (meth) acrylate, (meth) Geranyl acrylate, Loginyl (meth) acrylate, Synamyl (meth) acrylate, diallyl maleate, diallyl itaconic acid, vinyl (meth) vinyl acrylate, vinyl crotonate, vinyl oleate, vinyl linolenate, (meth) acrylic acid (Meta) acrylic acid esters containing ethylenically unsaturated groups such as 2- (2'-vinyloxyethoxy) ethyl; ethylene glycol di (meth) acrylic acid, triethylene glycol di (meth) acrylic acid, di (meth) Tetraethylene glycol acrylate, trimethylolpropane tri (meth) acrylate, pentaerythritol tri (meth) acrylate, 1,1,1-trishydroxymethylethane diacrylic acid, 1,1,1-trishydroxymethyl triacrylate Polyfunctional (meth) acrylic acid esters such as ethane, 1,1,1-trishydroxymethylpropanetriacrylic acid; divinyls such as divinylbenzene and divinyl adipate; diallyl isophthalate, diallyl phthalate, diallyl maleate, etc. Diaryls and the like can be mentioned.

単量体(c1)または単量体(c2)中のアルコキシシリル基またはエチレン性不飽和基は、主に重合中にそれぞれが自己縮合、または重合して粒子に架橋構造を導入することを目的としているが、その一部が重合後にも粒子内部や表面に残存していてもよい。残存したアルコキシシリル基、またはエチレン性不飽和基は、バインダー組成物の粒子間架橋に寄与する。特にアルコキシシリル基は基材への密着性向上に寄与する効果があるため好ましい。 The alkoxysilyl group or ethylenically unsaturated group in the monomer (c1) or the monomer (c2) is mainly intended to self-condensate or polymerize during polymerization to introduce a crosslinked structure into the particles. However, a part of it may remain inside or on the surface of the particles even after polymerization. The remaining alkoxysilyl group or ethylenically unsaturated group contributes to the interparticle crosslinking of the binder composition. In particular, the alkoxysilyl group is preferable because it has an effect of contributing to the improvement of adhesion to the substrate.

本発明では、単量体群(C1)に含まれる単量体は、乳化重合に使用するエチレン性不飽和単量体全体(合計100質量%)中に0.1〜5質量%使用されることを特徴とする。好ましくは0.5〜3質量%である。 In the present invention, the monomer contained in the monomer group (C1) is used in an amount of 0.1 to 5% by mass in the entire ethylenically unsaturated monomer (total 100% by mass) used for emulsion polymerization. It is characterized by that. It is preferably 0.5 to 3% by mass.

<単量体群(C2)について>
本発明で好適に使用される(メタ)アクリル系エマルション中の架橋型樹脂微粒子は、上述した1分子中に1つのエチレン性不飽和基と、アルコキシシリル基とを有する単量体(c1)、および1分子中に2つ以上のエチレン性不飽和基を有する単量体(c2)に加えて、単量体群(C2)として、単量体(c1)、(c2)以外の、エチレン性不飽和基を有する単量体(c3)を同時に乳化重合することで得ることができる。
<About the monomer group (C2)>
The crosslinked resin fine particles in the (meth) acrylic emulsion preferably used in the present invention include the above-mentioned monomer (c1) having one ethylenically unsaturated group and an alkoxysilyl group in one molecule. In addition to the monomer (c2) having two or more ethylenically unsaturated groups in one molecule, the monomer group (C2) is ethylenically other than the monomers (c1) and (c2). It can be obtained by simultaneously emulsifying and polymerizing a monomer (c3) having an unsaturated group.

この単量体(c3)としては、単量体(c1)、(c2)以外であって、エチレン性不飽和基を有する単量体であれば特に限定されないが、例えば、
1分子中に1つのエチレン性不飽和基と、単官能または多官能エポキシ基とを有する単量体(c4)、1分子中に1つのエチレン性不飽和基と、単官能または多官能アミド基とを有する単量体(c5)、および1分子中に1つのエチレン性不飽和基と、単官能または多官能水酸基とを有する単量体(c6)からなる群より選ばれる少なくとも1つの単量体、および、単量体(c1)、(c2)、(c4)〜(c6)以外の、エチレン性不飽和基を有する単量体(c7)を使用することができる。
単量体(c4)〜(c6)を使用することにより、エポキシ基、アミド基、または水酸基を架橋型樹脂微粒子の粒子内や表面に残存させることができ、これにより基材の密着性などの物性を向上させることができる。単量体(c4)〜(c6)は、粒子合成後でもその官能基が粒子内部や表面に残存しやすく、少量でも基材への密着性効果が大きい。また、その一部が架橋反応に使用されてもよく、これらの官能基の架橋度合いを調整することで、耐電解液性と密着性のバランスをとることができる。
The monomer (c3) is not particularly limited as long as it is a monomer other than the monomers (c1) and (c2) and has an ethylenically unsaturated group.
Monomer (c4) having one ethylenically unsaturated group in one molecule and a monofunctional or polyfunctional epoxy group, one ethylenically unsaturated group in one molecule, and a monofunctional or polyfunctional amide group At least one monomer selected from the group consisting of a monomer (c5) having and, and a monomer (c6) having one ethylenically unsaturated group in one molecule and a monofunctional or polyfunctional hydroxyl group. The body and the monomer (c7) having an ethylenically unsaturated group other than the monomers (c1), (c2), (c4) to (c6) can be used.
By using the monomers (c4) to (c6), an epoxy group, an amide group, or a hydroxyl group can be left in or on the surface of the crosslinked resin fine particles, whereby the adhesion of the base material and the like can be improved. Physical properties can be improved. The functional groups of the monomers (c4) to (c6) tend to remain inside or on the surface of the particles even after particle synthesis, and even a small amount has a large adhesive effect to the substrate. In addition, a part of the crosslinks may be used in the crosslinking reaction, and by adjusting the degree of crosslinking of these functional groups, the electrolytic solution resistance and the adhesion can be balanced.

1分子中に1つのエチレン性不飽和基と、単官能または多官能エポキシ基とを有する単量体(c4)としては、例えば、グリシジル(メタ)アクリレート、3,4−エポキシシクロヘキシル(メタ)アクリレートなどがあげられる。 Examples of the monomer (c4) having one ethylenically unsaturated group and a monofunctional or polyfunctional epoxy group in one molecule include glycidyl (meth) acrylate and 3,4-epoxycyclohexyl (meth) acrylate. And so on.

1分子中に1つのエチレン性不飽和基と、単官能または多官能アミド基とを有する単量体(c5)としては、例えば、(メタ)アクリルアミドなどの第一アミド基含有エチレン性不飽和単量体;N−メチロールアクリルアミド、N,N−ジ(メチロール)アクリルアミド、N−メチロール−N−メトキシメチル(メタ)アクリルアミドなどのアルキロール(メタ)アクリルアミド類;N−メトキシメチル−(メタ)アクリルアミド、N−エトキシメチル−(メタ)アクリルアミド、N−プロポキシメチル−(メタ)アクリルアミド、N−ブトキシメチル−(メタ)アクリルアミド、N−ペントキシメチル−(メタ)アクリルアミドなどのモノアルコキシ(メタ)アクリルアミド類;N,N−ジ(メトキシメチル)アクリルアミド、N−エトキシメチル−N−メトキシメチルメタアクリルアミド、N,N−ジ(エトキシメチル)アクリルアミド、N−エトキシメチル−N−プロポキシメチルメタアクリルアミド、N,N−ジ(プロポキシメチル)アクリルアミド、N−ブトキシメチル−N−(プロポキシメチル)メタアクリルアミド、N,N−ジ(ブトキシメチル)アクリルアミド、N−ブトキシメチル−N−(メトキシメチル)メタアクリルアミド、N,N−ジ(ペントキシメチル)アクリルアミド、N−メトキシメチル−N−(ペントキシメチル)メタアクリルアミドなどのジアルコキシ(メタ)アクリルアミド類;N,N−ジメチルアミノプロピルアクリルアミド、N,N−ジエチルアミノプロピルアクリルアミドなどのジアルキルアミノ(メタ)アクリルアミド類;N,N−ジメチルアクリルアミド、N,N−ジエチルアクリルアミドなどのジアルキル(メタ)アクリルアミド類;ダイアセトン(メタ)アクリルアミドなどのケト基含有(メタ)アクリルアミド類などがあげられる。 Examples of the monomer (c5) having one ethylenically unsaturated group and a monofunctional or polyfunctional amide group in one molecule include a primary amide group-containing ethylenically unsaturated mono such as (meth) acrylamide. Quantities; Alkyrol (meth) acrylamides such as N-methylolacrylamide, N, N-di (methylol) acrylamide, N-methylol-N-methoxymethyl (meth) acrylamide; N-methoxymethyl- (meth) acrylamide, Monoalkoxy (meth) acrylamides such as N-ethoxymethyl- (meth) acrylamide, N-propoxymethyl- (meth) acrylamide, N-butoxymethyl- (meth) acrylamide, N-pentoxymethyl- (meth) acrylamide; N, N-di (methoxymethyl) acrylamide, N-ethoxymethyl-N-methoxymethyl metaacrylamide, N, N-di (ethoxymethyl) acrylamide, N-ethoxymethyl-N-propoxymethyl metaacrylamide, N, N- Di (propoxymethyl) acrylamide, N-butoxymethyl-N- (propoxymethyl) metaacrylamide, N, N-di (butoxymethyl) acrylamide, N-butoxymethyl-N- (methoxymethyl) metaacrylamide, N, N- Dialkoxy (meth) acrylamides such as di (pentoxymethyl) acrylamide, N-methoxymethyl-N- (pentoxymethyl) metaacrylamide; N, N-dimethylaminopropylacrylamide, N, N-diethylaminopropylacrylamide, etc. Dialkylamino (meth) acrylamides; dialkyl (meth) acrylamides such as N, N-dimethylacrylamide, N, N-diethylacrylamide; keto group-containing (meth) acrylamides such as diacetone (meth) acrylamide. ..

1分子中に1つのエチレン性不飽和基と、単官能または多官能水酸基とを有する単量体(c6)としては、例えば、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、2−(メタ)アクリロイロキシエチル−2−ヒドロキシエチルフタル酸、グリセロールモノ(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシビニルベンゼン、1−エチニル−1−シクロヘキサノール、アリルアルコールなどがあげられる。 Examples of the monomer (c6) having one ethylenically unsaturated group and a monofunctional or polyfunctional hydroxyl group in one molecule include 2-hydroxyethyl (meth) acrylate and 2-hydroxypropyl (meth) acrylate. , 4-Hydroxybutyl (meth) acrylate, 2- (meth) acryloyloxyethyl-2-hydroxyethylphthalic acid, glycerol mono (meth) acrylate, 4-hydroxyvinylbenzene, 1-ethynyl-1-cyclohexanol, allyl Alcohol etc. can be mentioned.

単量体(c4)〜(c6)に含まれる単量体の官能基は、その一部が粒子重合中に反応し、粒子内架橋に使われても構わない。本発明では、単量体(c4)〜(c6)に含まれる単量体は、乳化重合に使用するエチレン性不飽和単量体全体(合計100質量%)中に0.1〜20質量%使用されることを特徴とする。好ましくは1〜15質量%であり、特に好ましくは2〜10質量%である。 Some of the functional groups of the monomers contained in the monomers (c4) to (c6) may react during particle polymerization and be used for intraparticle cross-linking. In the present invention, the monomers contained in the monomers (c4) to (c6) are 0.1 to 20% by mass in the entire ethylenically unsaturated monomer (100% by mass in total) used for emulsion polymerization. It is characterized by being used. It is preferably 1 to 15% by mass, and particularly preferably 2 to 10% by mass.

単量体(c7)としては、単量体(c1)、(c2)、(c4)〜(c6)以外であって、エチレン性不飽和基を有する単量体であれば特に限定されないが、例えば、1分子中に1つのエチレン性不飽和基と、炭素数8〜18のアルキル基とを有する単量体(c8)、1分子中に1つのエチレン性不飽和基と、環状構造とを有する単量体(c9)などがあげられる。単量体(c7)として、該単量体(c8)および/または単量体(c9)を乳化重合に使用する場合には(単量体(c7)としてそれら以外の単量体を含んでいてもよい)、該単量体(c8)および(c9)が、エチレン性不飽和基を有する単量体全体((c1)、(c2)、(c4)〜(c6)および(c7))中に合計で30〜95質量%含まれることが好ましい。単量体(c8)や単量体(c9)を使用することで粒子合成時の粒子安定性や耐電解液性に優れるため好ましい。 The monomer (c7) is not particularly limited as long as it is a monomer other than the monomers (c1), (c2), (c4) to (c6) and has an ethylenically unsaturated group. For example, a monomer (c8) having one ethylenically unsaturated group in one molecule and an alkyl group having 8 to 18 carbon atoms, one ethylenically unsaturated group in one molecule, and a cyclic structure. Examples thereof include the monomer (c9) having. When the monomer (c8) and / or the monomer (c9) is used for emulsion polymerization as the monomer (c7), the monomer (c7) contains other monomers. (May be said), the entire monomer in which the monomers (c8) and (c9) have an ethylenically unsaturated group ((c1), (c2), (c4) to (c6) and (c7)) It is preferable that the total content is 30 to 95% by mass. It is preferable to use the monomer (c8) or the monomer (c9) because it is excellent in particle stability and electrolytic solution resistance during particle synthesis.

1分子中に1つのエチレン性不飽和基と、炭素数8〜18のアルキル基とを有する単量体(c8)としては、例えば、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、ミリスチル(メタ)アクリレート、セチル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレートなどがあげられる。 Examples of the monomer (c8) having one ethylenically unsaturated group and an alkyl group having 8 to 18 carbon atoms in one molecule include 2-ethylhexyl (meth) acrylate, lauryl (meth) acrylate, and myristyl. Examples thereof include (meth) acrylate, cetyl (meth) acrylate, and stearyl (meth) acrylate.

1分子中に1つのエチレン性不飽和基と、環状構造とを有する単量体(c9)としては、脂環式エチレン性不飽和単量体や芳香族エチレン性不飽和単量体などがあげられる。脂環式エチレン性不飽和単量体としては、例えば、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、イソボニル(メタ)アクリレートなどがあげられ、芳香族エチレン性不飽和単量体としては、例えば、ベンジル(メタ)アクリレート、フェノキシエチル(メタ)アクリレート、スチレン、α−メチルスチレン、2−メチルスチレン、クロロスチレン、アリルベンゼン、エチニルベンゼンなどがあげられる。 Examples of the monomer (c9) having one ethylenically unsaturated group in one molecule and a cyclic structure include an alicyclic ethylenically unsaturated monomer and an aromatic ethylenically unsaturated monomer. Be done. Examples of the alicyclic ethylenically unsaturated monomer include cyclohexyl (meth) acrylate and isovonyl (meth) acrylate, and examples of the aromatic ethylenically unsaturated monomer include benzyl (meth) acrylate. , Phenoxyethyl (meth) acrylate, styrene, α-methylstyrene, 2-methylstyrene, chlorostyrene, allylbenzene, ethynylbenzene and the like.

上記単量体(c8)、単量体(c9)以外の単量体(c7)としては、例えば、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、プロピル(メタ)アクリレート、n−ブチル(メタ)アクリレート、ペンチル(メタ)アクリレート、ヘプチル(メタ)アクリレートなどのアルキル基含有エチレン性不飽和単量体;(メタ)アクリロニトリルなどのニトリル基含有エチレン性不飽和単量体;パーフルオロメチルメチル(メタ)アクリレート、パーフルオロエチルメチル(メタ)アクリレート、2−パーフルオロブチルエチル(メタ)アクリレート、2−パーフルオロヘキシルエチル(メタ)アクリレート、2−パーフルオロオクチルエチル(メタ)アクリレート、2−パーフルオロイソノニルエチル(メタ)アクリレート、2−パーフルオロノニルエチル(メタ)アクリレート、2−パーフルオロデシルエチル(メタ)アクリレート、パーフルオロプロピルプロピル(メタ)アクリレート、パーフルオロオクチルプロピル(メタ)アクリレート、パーフルオロオクチルアミル(メタ)アクリレート、パーフルオロオクチルウンデシル(メタ)アクリレートなどの炭素数1〜20のパーフルオロアルキル基を有するパーフルオロアルキル基含有エチレン性不飽和単量体;パーフルオロブチルエチレン、パーフルオロヘキシルエチレン、パーフルオロオクチルエチレン、パーフルオロデシルエチレンなどのパーフルオロアルキル、アルキレン類などのパーフルオロアルキル基含有エチレン性不飽和化合物;ポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、エトキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、プロポキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、n−ブトキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、n−ペンタキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、フェノキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシポリプロピレングリコール(メタ)アクリレート、エトキシポリプロピレングリコール(メタ)アクリレート、プロポキシポリプロピレングリコール(メタ)アクリレート、n−ブトキシポリプロピレングリコール(メタ)アクリレート、n−ペンタキシポリプロピレングリコール(メタ)アクリレート、フェノキシポリプロピレングリコール(メタ)アクリレート、ポリテトラメチレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシポリテトラメチレングリコール(メタ)アクリレート、フェノキシテトラエチレングリコール(メタ)アクリレート、ヘキサエチレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシヘキサエチレングリコール(メタ)アクリレートなどのポリエーテル鎖を有するエチレン性不飽和化合物;ラクトン変性(メタ)アクリレートなどのポリエステル鎖を有するエチレン性不飽和化合物;(メタ)アクリル酸ジメチルアミノエチルメチルクロライド塩、トリメチル−3−(1−(メタ)アクリルアミド−1,1−ジメチルプロピル)アンモニウムクロライド、トリメチル−3−(1−(メタ)アクリルアミドプロピル)アンモニウムクロライド、およびトリメチル−3−(1−(メタ)アクリルアミド−1,1−ジメチルエチル)アンモニウムクロライドなどの四級アンモニウム塩基含有エチレン性不飽和化合物;酢酸ビニル、酪酸ビニル、プロピオン酸ビニル、ヘキサン酸ビニル、カプリル酸ビニル、ラウリル酸ビニル、パルミチン酸ビニル、ステアリン酸ビニルなどの脂肪酸ビニル系化合物;ブチルビニルエーテル、エチルビニルエーテルなどのビニルエーテル系エチレン性不飽和単量体;1−ヘキセン、1−オクテン、1−デセン、1−ドデセン、1−テトラデセン、1−ヘキサデセンなどのα−オレフィン系エチレン性不飽和単量体;酢酸アリル、シアン化アリルなどのアリル単量体;シアン化ビニル、ビニルシクロヘキサン、ビニルメチルケトンなどのビニル単量体;アセチレン、エチニルトルエンなどのエチニル単量体などがあげられる。 Examples of the monomer (c7) other than the above-mentioned monomer (c8) and monomer (c9) include methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, propyl (meth) acrylate, and n-butyl (meth). ) Alkyl group-containing ethylenically unsaturated monomers such as acrylate, pentyl (meth) acrylate, and heptyl (meth) acrylate; nitrile group-containing ethylenically unsaturated monomers such as (meth) acrylonitrile; perfluoromethylmethyl (meth). ) Acrylate, perfluoroethylmethyl (meth) acrylate, 2-perfluorobutylethyl (meth) acrylate, 2-perfluorohexyl ethyl (meth) acrylate, 2-perfluorooctylethyl (meth) acrylate, 2-perfluoroiso Nonylethyl (meth) acrylate, 2-perfluorononylethyl (meth) acrylate, 2-perfluorodecylethyl (meth) acrylate, perfluoropropylpropyl (meth) acrylate, perfluorooctylpropyl (meth) acrylate, perfluorooctyl Perfluoroalkyl group-containing ethylenically unsaturated monomers having 1 to 20 carbon atoms such as amyl (meth) acrylate and perfluorooctylundecyl (meth) acrylate; perfluorobutylethylene and perfluorohexyl. Perfluoroalkyl such as ethylene, perfluorooctylethylene, perfluorodecylethylene, perfluoroalkyl group-containing ethylenically unsaturated compounds such as alkylenes; polyethylene glycol (meth) acrylate, methoxypolyethylene glycol (meth) acrylate, ethoxypolyethylene glycol (Meta) acrylate, propoxypolyethylene glycol (meth) acrylate, n-butoxypolyethylene glycol (meth) acrylate, n-pentoxypolyethylene glycol (meth) acrylate, phenoxypolyethylene glycol (meth) acrylate, polypropylene glycol (meth) acrylate, methoxy Polypropylene glycol (meth) acrylate, ethoxypolypropylene glycol (meth) acrylate, propoxypolypropylene glycol (meth) acrylate, n-butoxypolypropylene glycol (meth) acrylate, n-pentoxypolypropylene glycol (meth) acrylate, phenoxypolypolyglyco Le (meth) acrylate, polytetramethylene glycol (meth) acrylate, methoxypolytetramethylene glycol (meth) acrylate, phenoxytetraethylene glycol (meth) acrylate, hexaethylene glycol (meth) acrylate, methoxyhexaethylene glycol (meth) acrylate Ethylene unsaturated compounds having polyether chains such as; ethylenically unsaturated compounds having polyester chains such as lactone-modified (meth) acrylates; dimethylaminoethyl methyl chloride salt (meth) acrylate, trimethyl-3- (1-) (Meta) acrylamide-1,1-dimethylpropyl) ammonium chloride, trimethyl-3- (1- (meth) acrylamidepropyl) ammonium chloride, and trimethyl-3- (1- (meth) acrylamide-1,1-dimethylethyl) ) Tethylene unsaturated compounds containing quaternary ammonium bases such as ammonium chloride; vinyl acetate, vinyl butyrate, vinyl propionate, vinyl hexanoate, vinyl caprylate, vinyl laurate, vinyl palmitate, vinyl stearate, etc. Compounds: Vinyl ether-based ethylenically unsaturated monomers such as butyl vinyl ether and ethyl vinyl ether; α-olefin-based ethylenic compounds such as 1-hexene, 1-octene, 1-decene, 1-dodecene, 1-tetradecene and 1-hexadecene. Unsaturated monomers; allyl monomers such as allyl acetate and allyl cyanide; vinyl monomers such as vinyl cyanide, vinyl cyclohexane and vinyl methyl ketone; ethynyl monomers such as acetylene and ethynyl toluene. ..

また、上記単量体(c8)、単量体(c9)以外の単量体(c7)としては、例えば、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、シトラコン酸、または、これらのアルキルもしくはアルケニルモノエステル、フタル酸β−(メタ)アクリロキシエチルモノエステル、イソフタル酸β−(メタ)アクリロキシエチルモノエステル、テレフタル酸β−(メタ)アクリロキシエチルモノエステル、コハク酸β−(メタ)アクリロキシエチルモノエステル、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、けい皮酸などのカルボキシル基含有エチレン性不飽和単量体;ターシャリーブチル(メタ)アクリレートなどのターシャリーブチル基含有エチレン性不飽和単量体;ビニルスルホン酸、スチレンスルホン酸などのスルホン酸基含有エチレン性不飽和単量体;(2−ヒドロキシエチル)メタクリレートアッシドホスフェートなどのリン酸基含有エチレン性不飽和単量体;ダイアセトン(メタ)アクリルアミド、アクロレイン、N−ビニルホルムアミド、ビニルメチルケトン、ビニルエチルケトン、アセトアセトキシエチル(メタ)アクリレート、アセトアセトキシプロピル(メタ)アクリレート、アセトアセトキシブチル(メタ)アクリレートなどのケト基含有エチレン性不飽和単量体(1分子中に1つのエチレン性不飽和基と、ケト基とを有する単量体)などがあげられる。 Examples of the monomer (c7) other than the above-mentioned monomer (c8) and monomer (c9) include maleic acid, fumaric acid, itaconic acid, citraconic acid, and alkyl or alkenyl monoesters thereof. , Sulfonic acid β- (meth) acryloxyethyl monoester, isophthalic acid β- (meth) acryloxyethyl monoester, terephthalic acid β- (meth) acryloxyethyl monoester, succinic acid β- (meth) acryloxyethyl Carboxyl group-containing ethylenically unsaturated monomers such as monoesters, acrylic acids, methacrylic acids, crotonic acids and carcinic acids; tertiary butyl group-containing ethylenically unsaturated monomers such as tertiary butyl (meth) acrylates; Sulfonic acid group-containing ethylenically unsaturated monomers such as vinyl sulfonic acid and styrene sulfonic acid; phosphoric acid group-containing ethylenically unsaturated monomers such as (2-hydroxyethyl) methacrylate acid phosphate; diacetone (meth) Keto group-containing ethylenically unsaturated monosyl, such as acrylamide, achlorine, N-vinylformamide, vinylmethyl ketone, vinyl ethyl ketone, acetoacetoxyethyl (meth) acrylate, acetoacetoxypropyl (meth) acrylate, acetoacetoxybutyl (meth) acrylate. Examples thereof include a metric (a monomer having one ethylenically unsaturated group and a keto group in one molecule).

単量体(c7)として、ケト基含有エチレン性不飽和単量体を使用する場合、架橋剤としてケト基と反応しうるヒドラジド基を2個以上有する多官能ヒドラジド化合物をバインダー組成物に混合すると、ケト基とヒドラジド基との架橋により強靱な塗膜を得ることができる。このことにより優れた耐電解液性、結着性を有する。 When a keto group-containing ethylenically unsaturated monomer is used as the monomer (c7), a polyfunctional hydrazide compound having two or more hydrazide groups capable of reacting with the keto group as a cross-linking agent is mixed with the binder composition. , A tough coating can be obtained by cross-linking a keto group and a hydrazide group. As a result, it has excellent electrolyte resistance and binding properties.

また、単量体(c7)の中でもカルボキシル基、ターシャリーブチル基(熱によりターシャリーブタノールが脱離してカルボキシル基になる。)、スルホン酸基、およびリン酸基を有するエチレン性不飽和単量体を共重合して得られた樹脂微粒子は、重合後にも粒子内や表面に前記官能基が残存し、基材の密着性などの物性を向上させる効果があると同時に、合成時の凝集を防いだり、合成後の粒子安定性を保持したりする場合あるため好ましく使用することができる。 Further, among the monomers (c7), an ethylenically unsaturated single amount having a carboxyl group, a tertiary butyl group (the tertiary butanol is eliminated by heat to become a carboxyl group), a sulfonic acid group, and a phosphoric acid group. The resin fine particles obtained by copolymerizing the bodies have the effect of improving the physical properties such as the adhesion of the base material by leaving the functional groups in the particles and on the surface even after the polymerization, and at the same time, agglomerate during synthesis. It can be preferably used because it may prevent or maintain the particle stability after synthesis.

カルボキシル基、ターシャリーブチル基、スルホン酸基、およびリン酸基は、その一部が重合中に反応し、粒子内架橋に使われても構わない。カルボキシル基、ターシャリーブチル基、スルホン酸基、およびリン酸基を含む単量体を用いる場合には、乳化重合に使用するエチレン性不飽和単量体全体(合計100質量%)中に0.1〜10質量%含まれることが好ましく、さらには1〜5質量%含まれることがより好ましい。さらにこれらの官能基は、乾燥時に反応して粒子内や粒子間の架橋に使われても構わない。 Some of the carboxyl group, tert-butyl group, sulfonic acid group, and phosphoric acid group may react during polymerization and be used for in-particle cross-linking. When a monomer containing a carboxyl group, a tertiary butyl group, a sulfonic acid group, and a phosphoric acid group is used, the total ethylenically unsaturated monomer used for emulsion polymerization (total 100% by mass) is 0. It is preferably contained in an amount of 1 to 10% by mass, more preferably 1 to 5% by mass. Furthermore, these functional groups may be used for cross-linking within or between particles by reacting during drying.

例えばカルボキシル基は、重合中および乾燥時にエポキシ基と反応して樹脂微粒子に架橋構造を導入できる。同様に、ターシャリーブチル基も一定温度以上の熱が加わるとターシャリーブチルアルコールが生成するとともにカルボキシル基が形成されるため、前記同様エポキシ基と反応することができる。 For example, the carboxyl group can react with the epoxy group during polymerization and drying to introduce a crosslinked structure into the resin fine particles. Similarly, the tertiary butyl group can react with the epoxy group as described above because the tertiary butyl alcohol is generated and the carboxyl group is formed when heat of a certain temperature or higher is applied.

これらの単量体(c7)は、粒子の重合安定性やガラス転移温度、さらには成膜性や塗膜物性を調整するために、上記にあげたような単量体を2種以上併用して用いることができる。また、例えば(メタ)アクリロニトリルなどを併用することでゴム弾性が発現する効果がある。 For these monomers (c7), two or more of the above-mentioned monomers are used in combination in order to adjust the polymerization stability of the particles, the glass transition temperature, the film forming property, and the physical characteristics of the coating film. Can be used. Further, for example, the combined use of (meth) acrylonitrile has the effect of developing rubber elasticity.

<本発明で好適に使用される(メタ)アクリル系エマルション中の架橋型樹脂微粒子の製造方法>
本発明で好適に使用される(メタ)アクリル系エマルション中の架橋型樹脂微粒子は、従来既知の乳化重合方法により合成される。
<Method for producing crosslinked resin fine particles in (meth) acrylic emulsion preferably used in the present invention>
The crosslinked resin fine particles in the (meth) acrylic emulsion preferably used in the present invention are synthesized by a conventionally known emulsion polymerization method.

<乳化重合で用いられる乳化剤>
本発明において乳化重合の際に用いられる乳化剤としては、エチレン性不飽和基を有する反応性乳化剤やエチレン性不飽和基を有しない非反応性乳化剤など、従来公知のものを任意に使用することができる。
<Emulsifier used in emulsion polymerization>
As the emulsifier used in the emulsion polymerization in the present invention, conventionally known emulsifiers such as a reactive emulsifier having an ethylenically unsaturated group and a non-reactive emulsifier having no ethylenically unsaturated group can be arbitrarily used. it can.

エチレン性不飽和基を有する反応性乳化剤はさらに大別して、アニオン系、非イオン系のノニオン系のものが例示できる。特にエチレン性不飽和基を有するアニオン系反応性乳化剤若しくはノニオン性反応性乳化剤を用いると、共重合体の分散粒子径が微細となるとともに粒度分布が狭くなるため、耐電解液性を向上することができ好ましい。このエチレン性不飽和基を有するアニオン系反応性乳化剤若しくはノニオン性反応性乳化剤は、1種を単独で使用しても、複数種を混合して用いてもよい。 Reactive emulsifiers having an ethylenically unsaturated group can be further roughly classified into anionic and nonionic nonionic emulsifiers. In particular, when an anionic reactive emulsifier or a nonionic reactive emulsifier having an ethylenically unsaturated group is used, the dispersed particle size of the copolymer becomes finer and the particle size distribution becomes narrower, so that the electrolytic solution resistance is improved. Is preferable. The anionic reactive emulsifier or nonionic reactive emulsifier having an ethylenically unsaturated group may be used alone or in combination of two or more.

エチレン性不飽和基を有するアニオン系反応性乳化剤の一例として、以下にその具体例を例示するが、本願発明において使用可能とする乳化剤は、以下に記載するもののみに限定されるものではない。 Specific examples of anionic reactive emulsifiers having an ethylenically unsaturated group will be illustrated below, but the emulsifiers that can be used in the present invention are not limited to those described below.

乳化剤としては、アルキルエーテル系(市販品としては、例えば、第一工業製薬株式会社製アクアロンKH−05、KH−10、KH−20、株式会社ADEKA製アデカリアソープSR−10N、SR−20N、花王株式会社製ラテムルPD−104など);スルフォコハク酸エステル系(市販品としては、例えば、花王株式会社製ラテムルS−120、S−120A、S−180P、S−180A、三洋化成株式会社製エレミノールJS−2など);アルキルフェニルエーテル系もしくはアルキルフェニルエステル系(市販品としては、例えば、第一工業製薬株式会社製アクアロンH−2855A、H−3855B、H−3855C、H−3856、HS−05、HS−10、HS−20、HS−30、株式会社ADEKA製アデカリアソープSDX−222、SDX−223、SDX−232、SDX−233、SDX−259、SE−10N、SE−20N、など);(メタ)アクリレート硫酸エステル系(市販品としては、例えば、日本乳化剤株式会社製アントックスMS−60、MS−2N、三洋化成工業株式会社製エレミノールRS−30など);リン酸エステル系(市販品としては、例えば、第一工業製薬株式会社製H−3330PL、株式会社ADEKA製アデカリアソープPP−70など)などがあげられる。 As the emulsifier, an alkyl ether type (commercially available products include, for example, Aqualon KH-05, KH-10, KH-20 manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd., ADEKA Corporation Adecaria Soap SR-10N, SR-20N, etc. Latemuru PD-104 manufactured by Kao Corporation, etc.); Sulfocuccinate-based (commercially available products include, for example, Latemuru S-120, S-120A, S-180P, S-180A manufactured by Kao Corporation, Eleminor manufactured by Sanyo Kasei Corporation JS-2, etc.); Alkylphenyl ether type or alkylphenyl ester type (Commercially available products include, for example, Aqualon H-2855A, H-3855B, H-3855C, H-3856, HS-05 manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd. , HS-10, HS-20, HS-30, ADEKA Corporation Adecaria Soap SDX-222, SDX-223, SDX-232, SDX-233, SDX-259, SE-10N, SE-20N, etc.) (Meta) acrylate sulfate ester type (commercially available products include, for example, Antox MS-60 and MS-2N manufactured by Nippon Emulsifier Co., Ltd., Eleminor RS-30 manufactured by Sanyo Kasei Kogyo Co., Ltd.); Examples of the product include H-3330PL manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd., ADEKA CORPORATION PP-70 manufactured by ADEKA Corporation, and the like).

本発明で用いることのできるノニオン系反応性乳化剤としては、例えばアルキルエーテル系(市販品としては、例えば、株式会社ADEKA製アデカリアソープER−10、ER−20、ER−30、ER−40、花王株式会社製ラテムルPD−420、PD−430、PD−450など);アルキルフェニルエーテル系もしくはアルキルフェニルエステル系(市販品としては、例えば、第一工業製薬株式会社製アクアロンRN−10、RN−20、RN−30、RN−50、株式会社ADEKA製アデカリアソープNE−10、NE−20、NE−30、NE−40など);(メタ)アクリレート硫酸エステル系(市販品としては、例えば、日本乳化剤株式会社製RMA−564、RMA−568、RMA−1114など)などがあげられる。 Examples of the nonionic reactive emulsifier that can be used in the present invention include alkyl ethers (commercially available products include, for example, ADEKA Corporation ADEKA Adecaria Soap ER-10, ER-20, ER-30, ER-40, etc. Latemul PD-420, PD-430, PD-450, etc. manufactured by Kao Corporation; alkylphenyl ether type or alkylphenyl ester type (commercially available products, for example, Aqualon RN-10, RN- 20, RN-30, RN-50, ADEKA Corporation Adecaria Soap NE-10, NE-20, NE-30, NE-40, etc.); (Meta) acrylate sulfate ester type (commercially available, for example, RMA-564, RMA-568, RMA-1114, etc. manufactured by Nippon Ester Co., Ltd.) and the like.

本発明で好適に使用される(メタ)アクリル系エマルション中の架橋型樹脂微粒子を乳化重合により得るに際しては、前記したエチレン性不飽和基を有する反応性乳化剤とともに、必要に応じエチレン性不飽和基を有しない非反応性乳化剤を併用することができる。非反応性乳化剤は、非反応性アニオン系乳化剤と非反応性ノニオン系乳化剤とに大別することができる。 When the crosslinked resin fine particles in the (meth) acrylic emulsion preferably used in the present invention are obtained by emulsion polymerization, an ethylenically unsaturated group is required together with the above-mentioned reactive emulsifier having an ethylenically unsaturated group. A non-reactive emulsifier that does not have the above can be used in combination. Non-reactive emulsifiers can be roughly classified into non-reactive anionic emulsifiers and non-reactive nonionic emulsifiers.

非反応性ノニオン系乳化剤の例としては、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテルなどのポリオキシエチレンアルキルエーテル類;ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテルなどのポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル類;ソルビタンモノラウレート、ソルビタンモノステアレート、ソルビタントリオレエートなどのソルビタン高級脂肪酸エステル類;ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレートなどのポリオキシエチレンソルビタン高級脂肪酸エステル類;ポリオキシエチレンモノラウレート、ポリオキシエチレンモノステアレートなどのポリオキシエチレン高級脂肪酸エステル類;オレイン酸モノグリセライド、ステアリン酸モノグリセライドなどのグリセリン高級脂肪酸エステル類;ポリオキシエチレン・ポリオキシプロピレン・ブロックコポリマー、ポリオキシエチレンジスチレン化フェニルエーテルなどを例示することができる。 Examples of non-reactive nonionic emulsifiers include polyoxyethylene alkyl ethers such as polyoxyethylene lauryl ether and polyoxyethylene stearyl ether; and polyoxyethylene alkyl such as polyoxyethylene octylphenyl ether and polyoxyethylene nonylphenyl ether. Phenyl ethers; sorbitan higher fatty acid esters such as sorbitan monolaurate, sorbitan monostearate, sorbitan trioleate; polyoxyethylene sorbitan higher fatty acid esters such as polyoxyethylene sorbitan monolaurate; polyoxyethylene monolaurate, Polyoxyethylene higher fatty acid esters such as polyoxyethylene monostearate; glycerin higher fatty acid esters such as oleic acid monoglyceride and stearic acid monoglyceride; polyoxyethylene polyoxypropylene block copolymer, polyoxyethylene distyrene phenyl ether Etc. can be exemplified.

また、非反応性アニオン系乳化剤の例としては、オレイン酸ナトリウムなどの高級脂肪酸塩類;ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムなどのアルキルアリールスルホン酸塩類;ラウリル硫酸ナトリウムなどのアルキル硫酸エステル塩類;ポリエキシエチレンラウリルエーテル硫酸ナトリウムなどのポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステル塩類;ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル硫酸ナトリウムなどのポリオキシエチレンアルキルアリールエーテル硫酸エステル塩類;モノオクチルスルホコハク酸ナトリウム、ジオクチルスルホコハク酸ナトリウム、ポリオキシエチレンラウリルスルホコハク酸ナトリウムなどのアルキルスルホコハク酸エステル塩およびその誘導体類;ポリオキシエチレンジスチレン化フェニルエーテル硫酸エステル塩類などを例示することができる。 Examples of non-reactive anionic emulsifiers include higher fatty acid salts such as sodium oleate; alkylaryl sulfonates such as sodium dodecylbenzene sulfonate; alkyl sulfates such as sodium lauryl sulfate; polyoxyethylene lauryl ether. Polyoxyethylene alkyl ether sulfate salts such as sodium sulfate; polyoxyethylene alkylaryl ether sulfate esters such as polyoxyethylene nonylphenyl ether sulfate; sodium monooctyl sulfosuccinate, sodium dioctyl sulfosuccinate, polyoxyethylene lauryl sulfosuccinic acid Alkyl sulfosuccinate salts such as sodium and derivatives thereof; polyoxyethylene distyrene phenyl ether sulfate salts and the like can be exemplified.

本発明において用いられる乳化剤の使用量は、必ずしも限定されるものではなく、架橋型樹脂微粒子が最終的なバインダーとして使用される際に求められる物性にしたがって適宜選択できる。例えば、エチレン性不飽和単量体の合計100質量部に対して、乳化剤は通常0.1〜30質量部であることが好ましく、0.3〜20質量部であることがより好ましく、0.5〜10質量部の範囲内であることがさらに好ましい。 The amount of the emulsifier used in the present invention is not necessarily limited, and can be appropriately selected according to the physical characteristics required when the crosslinked resin fine particles are used as the final binder. For example, the emulsifier is usually preferably 0.1 to 30 parts by mass, more preferably 0.3 to 20 parts by mass, based on 100 parts by mass of the total ethylenically unsaturated monomer. It is more preferably in the range of 5 to 10 parts by mass.

本発明で好適に使用される(メタ)アクリル系エマルション中の架橋型樹脂微粒子の乳化重合に際しては、水溶性保護コロイドを併用することもできる。水溶性保護コロイドとしては、例えば、部分ケン化ポリビニルアルコール、完全ケン化ポリビニルアルコール、変性ポリビニルアルコールなどのポリビニルアルコール類;ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、カルボキシメチルセルロース塩などのセルロース誘導体;グアガムなどの天然多糖類などがあげられ、これらは、単独でも複数種併用の態様でも利用できる。水溶性保護コロイドの使用量としては、エチレン性不飽和単量体の合計100質量部当り0.1〜5質量部であり、さらに好ましくは0.5〜2質量部である。 A water-soluble protective colloid can also be used in combination with the emulsion polymerization of the crosslinked resin fine particles in the (meth) acrylic emulsion preferably used in the present invention. Examples of the water-soluble protective colloid include polyvinyl alcohols such as partially saponified polyvinyl alcohol, fully saponified polyvinyl alcohol, and modified polyvinyl alcohol; cellulose derivatives such as hydroxyethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, and carboxymethyl cellulose salt; and natural polysaccharides such as guagam. Examples include saccharides, which can be used alone or in combination of multiple species. The amount of the water-soluble protective colloid used is 0.1 to 5 parts by mass, more preferably 0.5 to 2 parts by mass, based on 100 parts by mass of the total ethylenically unsaturated monomer.

<乳化重合で用いられる水性媒体>
本発明で好適に使用される(メタ)アクリル系エマルション中の架橋型樹脂微粒子の乳化重合に際して用いられる水性媒体としては、水があげられ、親水性の有機溶剤も本発明の目的を損なわない範囲で使用することができる。
<Aqueous medium used in emulsion polymerization>
Examples of the aqueous medium used for emulsion polymerization of crosslinked resin fine particles in the (meth) acrylic emulsion preferably used in the present invention include water, and a hydrophilic organic solvent does not impair the object of the present invention. Can be used in.

<乳化重合で用いられる重合開始剤>
本発明で好適に使用される(メタ)アクリル系エマルション中の架橋型樹脂微粒子を得るに際して用いられる重合開始剤としては、ラジカル重合を開始する能力を有するものであれば特に制限はなく、公知の油溶性重合開始剤や水溶性重合開始剤を使用することができる。
<Polymerization initiator used in emulsion polymerization>
The polymerization initiator used to obtain the crosslinked resin fine particles in the (meth) acrylic emulsion preferably used in the present invention is not particularly limited as long as it has the ability to initiate radical polymerization, and is known. An oil-soluble polymerization initiator or a water-soluble polymerization initiator can be used.

油溶性重合開始剤としては特に限定されず、例えば、ベンゾイルパーオキサイド、tert−ブチルパーオキシベンゾエート、tert−ブチルハイドロパーオキサイド、tert−ブチルパーオキシ(2−エチルヘキサノエート)、tert−ブチルパーオキシ−3,5,5−トリメチルヘキサノエート、ジ−tert−ブチルパーオキサイドなどの有機過酸化物;2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、2,2’−アゾビス−2,4−ジメチルバレロニトリル、2,2’−アゾビス(4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル)、1,1’−アゾビス−シクロヘキサン−1−カルボニトリルなどのアゾビス化合物などをあげることができる。これらは1種類または2種類以上を混合して使用することができる。これら重合開始剤は、エチレン性不飽和単量体100質量部に対して、0.1〜10.0質量部の量を用いるのが好ましい。 The oil-soluble polymerization initiator is not particularly limited, and for example, benzoyl peroxide, tert-butylperoxybenzoate, tert-butylhydroperoxide, tert-butylperoxy (2-ethylhexanoate), tert-butylper. Organic peroxides such as oxy-3,5,5-trimethylhexanoate, di-tert-butyl peroxide; 2,2'-azobisisobutyronitrile, 2,2'-azobis-2,4- Examples thereof include azobis compounds such as dimethylvaleronitrile, 2,2'-azobis (4-methoxy-2,4-dimethylvaleronitrile), and 1,1'-azobis-cyclohexane-1-carbonitrile. These can be used alone or in admixture of two or more. It is preferable to use 0.1 to 10.0 parts by mass of these polymerization initiators with respect to 100 parts by mass of the ethylenically unsaturated monomer.

本発明においては水溶性重合開始剤を使用することが好ましく、例えば、過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウム、過酸化水素、2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオンアミジン)ジハイドロクロライドなど、従来既知のものを好適に使用することができる。また、乳化重合を行うに際して、所望により重合開始剤とともに還元剤を併用することができる。これにより、乳化重合速度を促進したり、低温において乳化重合を行ったりすることが容易になる。このような還元剤としては、例えば、アスコルビン酸、エルソルビン酸、酒石酸、クエン酸、ブドウ糖、ホルムアルデヒドスルホキシラートなどの金属塩などの還元性有機化合物、チオ硫酸ナトリウム、亜硫酸ナトリウム、重亜硫酸ナトリウム、メタ重亜硫酸ナトリウムなどの還元性無機化合物、塩化第一鉄、ロンガリット、二酸化チオ尿素などを例示できる。これら還元剤は、全エチレン性不飽和単量体100質量部に対して、0.05〜5.0質量部の量を用いるのが好ましい。 In the present invention, it is preferable to use a water-soluble polymerization initiator, for example, ammonium persulfate, potassium persulfate, hydrogen peroxide, 2,2'-azobis (2-methylpropion amidine) dihydrochloride, etc., which are conventionally known. Can be preferably used. Further, when carrying out emulsion polymerization, a reducing agent can be used in combination with the polymerization initiator, if desired. This makes it easy to accelerate the emulsion polymerization rate and to carry out the emulsion polymerization at a low temperature. Examples of such reducing agents include reducing organic compounds such as ascorbic acid, elsorbic acid, tartrate acid, citric acid, glucose, and metal salts such as formaldehyde sulfoxylate, sodium thiosulfite, sodium bisulfite, sodium bisulfite, and meta. Examples thereof include reducing inorganic compounds such as sodium bisulfite, ferrous chloride, longalite, and thiourea dioxide. It is preferable to use an amount of 0.05 to 5.0 parts by mass of these reducing agents with respect to 100 parts by mass of the total ethylenically unsaturated monomer.

<乳化重合の条件>
なお、前記した重合開始剤によらずとも、光化学反応や、放射線照射などによっても重合を行うことができる。重合温度は各重合開始剤の重合開始温度以上とする。例えば、過酸化物系重合開始剤では、通常70℃程度とすればよい。重合時間は特に制限されないが、通常2〜24時間である。
<Conditions for emulsion polymerization>
In addition to the above-mentioned polymerization initiator, polymerization can also be carried out by a photochemical reaction, irradiation, or the like. The polymerization temperature is equal to or higher than the polymerization start temperature of each polymerization initiator. For example, in the case of a peroxide-based polymerization initiator, the temperature may usually be about 70 ° C. The polymerization time is not particularly limited, but is usually 2 to 24 hours.

<反応に用いられるその他の材料>
さらに必要に応じて、緩衝剤として、酢酸ナトリウム、クエン酸ナトリウム、重炭酸ナトリウムなどが、また、連鎖移動剤としてのオクチルメルカプタン、チオグリコール酸2−エチルヘキシル、チオグリコール酸オクチル、ステアリルメルカプタン、ラウリルメルカプタン、t−ドデシルメルカプタンなどのメルカプタン類が適量使用できる。
<Other materials used in the reaction>
Further, if necessary, sodium acetate, sodium citrate, sodium bicarbonate, etc. as buffers, and octyl mercaptan, 2-ethylhexyl thioglycolate, octyl thioglycolate, stearyl mercaptan, lauryl mercaptan as chain transfer agents, etc. , T-dodecyl mercaptans and other mercaptans can be used in appropriate amounts.

本発明で好適に使用される(メタ)アクリル系エマルション中の架橋型樹脂微粒子の重合にカルボキシル基含有エチレン性不飽和単量体などの酸性官能基を有する単量体を使用した場合、重合前や重合後に塩基性化合物で中和することができる。中和する際、アンモニアもしくはトリメチルアミン、トリエチルアミン、ブチルアミンなどのアルキルアミン類;2−ジメチルアミノエタノール、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、アミノメチルプロパノールなどのアルコールアミン類;モルホリンなどの塩基で中和することができる。ただし、乾燥性に効果が高いのは揮発性の高い塩基であり、好ましい塩基はアミノメチルプロパノール、アンモニアである。 When a monomer having an acidic functional group such as a carboxyl group-containing ethylenically unsaturated monomer is used for the polymerization of the crosslinked resin fine particles in the (meth) acrylic emulsion preferably used in the present invention, before the polymerization It can be neutralized with a basic compound after polymerization. Upon neutralization, it can be neutralized with ammonia or alkylamines such as trimethylamine, triethylamine, butylamine; alcoholamines such as 2-dimethylaminoethanol, diethanolamine, triethanolamine, aminomethylpropanol; bases such as morpholine. .. However, highly volatile bases are highly effective in drying properties, and preferred bases are aminomethylpropanol and ammonia.

<重合した樹脂微粒子に添加する未架橋の化合物(E)>白金担持炭素
本発明で好適に使用される(メタ)アクリル系エマルションは、架橋型樹脂微粒子に加えて、さらに、未架橋のエポキシ基含有化合物、未架橋のアミド基含有化合物、未架橋の水酸基含有化合物、および未架橋のオキサゾリン基含有化合物からなる群より選ばれる少なくとも1つの未架橋の化合物(E)[以下、化合物(E)と表記する場合がある]とを含むことが好ましい。化合物(E)は、水性液状媒体に溶解することがなく、分散する化合物である。
<Uncrosslinked compound (E) added to polymerized resin fine particles> Platinum-supported carbon The (meth) acrylic emulsion preferably used in the present invention is, in addition to the crosslinked resin fine particles, an uncrosslinked epoxy group. At least one uncrosslinked compound (E) selected from the group consisting of a containing compound, an uncrosslinked amide group-containing compound, an uncrosslinked hydroxyl group-containing compound, and an uncrosslinked oxazoline group-containing compound [hereinafter, compound (E) It may be described]. Compound (E) is a compound that disperses without being dissolved in an aqueous liquid medium.

化合物(E)である「未架橋の官能基含有化合物」とは、単量体群(C1)に含まれる単量体のように本発明で好適に使用される(メタ)アクリル系エマルションの内部架橋構造(三次元架橋構造)を形成する化合物とは異なり、樹脂微粒子が乳化重合(ポリマー形成)された後に添加される(樹脂微粒子の内部架橋形成に関与しない)化合物のことのことをいう。すなわち、「未架橋」とは、本発明で好適に使用される(メタ)アクリル系エマルションの内部架橋構造(三次元架橋構造)の形成に関与していないことを意味する。 The “uncrosslinked functional group-containing compound” as compound (E) is the inside of a (meth) acrylic emulsion preferably used in the present invention, such as the monomer contained in the monomer group (C1). Unlike a compound that forms a crosslinked structure (three-dimensional crosslinked structure), it refers to a compound that is added after emulsion polymerization (polymer formation) of resin fine particles (not involved in internal crosslink formation of resin fine particles). That is, "uncrosslinked" means that it is not involved in the formation of the internal crosslinked structure (three-dimensional crosslinked structure) of the (meth) acrylic emulsion preferably used in the present invention.

本発明で好適に使用される(メタ)アクリル系エマルションが架橋構造をとることにより耐電解液性が確保され、また、化合物(E)を使用することで、化合物(E)中のエポキシ基、アミド基、水酸基、およびオキサゾリン基から選ばれる少なくとも1つの官能基が、基材、または他の電極構成材料との密着性に寄与することができる。さらには架橋構造や官能基の量を調整することで、微生物燃料電池の耐久性に優れた合材インキを得ることができる。 The (meth) acrylic emulsion preferably used in the present invention has a crosslinked structure to ensure electrolyte resistance, and by using the compound (E), the epoxy group in the compound (E), At least one functional group selected from amide groups, hydroxyl groups, and oxazoline groups can contribute to adhesion to the substrate or other electrode constituents. Furthermore, by adjusting the crosslinked structure and the amount of functional groups, it is possible to obtain a mixture ink having excellent durability of the microbial fuel cell.

なお、本発明で好適に使用される(メタ)アクリル系エマルション中の架橋型樹脂微粒子は、粒子内部で架橋していることが必要である。粒子内部の架橋を適度に調整することによって、耐電解液性を確保することができる。さらに、官能基含有架橋型樹脂微粒子に未架橋のエポキシ基含有化合物、未架橋のアミド基含有化合物、未架橋の水酸基含有化合物、および未架橋のオキサゾリン基含有化合物からなる群より選ばれる少なくとも1つの未架橋の化合物(E)を添加することで、エポキシ基、アミド基、水酸基またはオキサゾリン基が基材に作用し、基材や他の電極構成材料への密着性を効果的に向上させることができる。化合物(E)に含まれる上記官能基は、長期保存時や電極作製時の熱によっても安定であるため、少量の使用でも基材への密着性効果が大きい。さらには保存安定性にも優れている。化合物(E)は、バインダーの可とう性や耐電解液性を調整する目的で架橋型樹脂微粒子中の官能基と反応してもよいが、官能基含有架橋型樹脂微粒子中の官能基との反応のために化合物(E)中の官能基が使われすぎると、基材または電極と相互作用し得る官能基が少なくなってしまう。このため、本発明で好適に使用される(メタ)アクリル系エマルション中の架橋型樹脂微粒子と化合物(E)との反応は、基材または他の電極構成材料への密着性を損なわない程度である必要がある。また、化合物(E)に含まれる上記官能基の一部が架橋反応に用いられる場合[化合物(E)が多官能化合物の場合]には、これらの官能基の架橋度合いを調整することで、耐電解液性と密着性のバランスをとることができる。 The crosslinked resin fine particles in the (meth) acrylic emulsion preferably used in the present invention need to be crosslinked inside the particles. Electrolyte resistance can be ensured by appropriately adjusting the cross-linking inside the particles. Further, at least one selected from the group consisting of a non-crosslinked epoxy group-containing compound, an uncrosslinked amide group-containing compound, an uncrosslinked hydroxyl group-containing compound, and an uncrosslinked oxazoline group-containing compound in functional group-containing crosslinked resin fine particles. By adding the uncrosslinked compound (E), an epoxy group, an amide group, a hydroxyl group or an oxazoline group can act on the base material to effectively improve the adhesion to the base material and other electrode constituent materials. it can. Since the functional group contained in the compound (E) is stable even when stored for a long period of time or when the electrode is manufactured, the effect of adhesion to the substrate is large even when used in a small amount. Furthermore, it is also excellent in storage stability. The compound (E) may react with a functional group in the crosslinked resin fine particles for the purpose of adjusting the flexibility and electrolytic solution resistance of the binder, but may react with the functional group in the crosslinked resin fine particles containing a functional group. If the functional groups in the compound (E) are used too much for the reaction, the functional groups that can interact with the base material or the electrode are reduced. Therefore, the reaction between the crosslinked resin fine particles in the (meth) acrylic emulsion preferably used in the present invention and the compound (E) does not impair the adhesion to the base material or other electrode constituent materials. There must be. When some of the functional groups contained in the compound (E) are used in the cross-linking reaction [when the compound (E) is a polyfunctional compound], the degree of cross-linking of these functional groups can be adjusted. A balance between electrolyte resistance and adhesion can be achieved.

<未架橋のエポキシ基含有化合物>
未架橋のエポキシ基含有化合物としては、例えば、グリシジル(メタ)アクリレート、3,4−エポキシシクロヘキシル(メタ)アクリレートなどのエポキシ基含有エチレン性不飽和単量体;前記エポキシ基含有エチレン性不飽和単量体を含むエチレン性不飽和単量体を重合して得られるラジカル重合系樹脂;エチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、グリセリンジグリシジルエーテル、グリセリントリグリシジルエーテル、1,6−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル、ジグリシジルアニリン、N,N,N’,N’−テトラグリシジル−m−キシリレンジアミン、1,3−ビス(N,N’−ジグリシジルアミノメチル)シクロヘキサンなどの多官能エポキシ化合物;ビスフェノールA−エピクロロヒドリン型エポキシ樹脂、ビスフェノールF−エピクロロヒドリン型エポキシ樹脂などのエポキシ系樹脂などがあげられる。
<Uncrosslinked epoxy group-containing compound>
Examples of the uncrosslinked epoxy group-containing compound include epoxy group-containing ethylenically unsaturated monomers such as glycidyl (meth) acrylate and 3,4-epoxycyclohexyl (meth) acrylate; the epoxy group-containing ethylenically unsaturated monopoly. Radical polymerization resin obtained by polymerizing an ethylenically unsaturated monomer containing a metric; ethylene glycol diglycidyl ether, polyethylene glycol diglycidyl ether, glycerin diglycidyl ether, glycerin triglycidyl ether, 1,6-hexanediol Diglycidyl ether, trimethylolpropan triglycidyl ether, diglycidyl aniline, N, N, N', N'-tetraglycidyl-m-xylylene diamine, 1,3-bis (N, N'-diglycidyl aminomethyl) Polyfunctional epoxy compounds such as cyclohexane; epoxy resins such as bisphenol A-epichlorohydrin type epoxy resin and bisphenol F-epichlorohydrin type epoxy resin can be mentioned.

エポキシ基含有化合物の中でも特にビスフェノールA−エピクロロヒドリン型エポキシ樹脂、ビスフェノールF−エピクロロヒドリン型エポキシ樹脂などのエポキシ系樹脂や、エポキシ基含有エチレン性不飽和単量体を含むエチレン性不飽和単量体を重合して得られるラジカル重合系樹脂が好ましい。エポキシ系樹脂は、ビスフェノール骨格を有することで耐電解液性を向上させ、また、骨格に含まれる水酸基により基材密着性を向上させるという相乗効果が期待できる。また、エポキシ基含有エチレン性不飽和単量体を含むエチレン性不飽和単量体を重合して得られるラジカル重合系樹脂は、樹脂骨格内により多くのエポキシ基を有することにより基材密着性を向上させ、また、樹脂であることにより、単量体に比べて耐電解液性を向上させる効果が期待できる。 Among the epoxy group-containing compounds, epoxy resins such as bisphenol A-epichlorohydrin type epoxy resin and bisphenol F-epichlorohydrin type epoxy resin, and ethylenia containing epoxy group-containing ethylenically unsaturated monomers A radical polymerization resin obtained by polymerizing a saturated monomer is preferable. Epoxy-based resins can be expected to have a synergistic effect of improving electrolyte resistance by having a bisphenol skeleton and improving substrate adhesion by the hydroxyl groups contained in the skeleton. Further, the radical polymerization resin obtained by polymerizing an ethylenically unsaturated monomer containing an epoxy group-containing ethylenically unsaturated monomer has more epoxy groups in the resin skeleton to improve substrate adhesion. In addition, since it is a resin, it can be expected to have an effect of improving the electrolytic solution resistance as compared with the monomer.

<未架橋のアミド基含有化合物>
未架橋のアミド基含有化合物としては、例えば、(メタ)アクリルアミドなどの第一アミド基含有化合物;N−メチロールアクリルアミド、N,N−ジ(メチロール)アクリルアミド、N−メチロール−N−メトキシメチル(メタ)アクリルアミドなどのアルキロール(メタ)アクリルアミド系化合物;N−メトキシメチル−(メタ)アクリルアミド、N−エトキシメチル−(メタ)アクリルアミド、N−プロポキシメチル−(メタ)アクリルアミド、N−ブトキシメチル−(メタ)アクリルアミド、N−ペントキシメチル−(メタ)アクリルアミドなどのモノアルコキシ(メタ)アクリルアミド系化合物;N,N−ジ(メトキシメチル)アクリルアミド、N−エトキシメチル−N−メトキシメチルメタアクリルアミド、N,N−ジ(エトキシメチル)アクリルアミド、N−エトキシメチル−N−プロポキシメチルメタアクリルアミド、N,N−ジ(プロポキシメチル)アクリルアミド、N−ブトキシメチル−N−(プロポキシメチル)メタアクリルアミド、N,N−ジ(ブトキシメチル)アクリルアミド、N−ブトキシメチル−N−(メトキシメチル)メタアクリルアミド、N,N−ジ(ペントキシメチル)アクリルアミド、N−メトキシメチル−N−(ペントキシメチル)メタアクリルアミドなどのジアルコキシ(メタ)アクリルアミド系化合物;N,N−ジメチルアミノプロピルアクリルアミド、N,N−ジエチルアミノプロピルアクリルアミドなどのジアルキルアミノ(メタ)アクリルアミド系化合物;N,N−ジメチルアクリルアミド、N,N−ジエチルアクリルアミドなどのジアルキル(メタ)アクリルアミド系化合物;ダイアセトン(メタ)アクリルアミドなどのケト基含有(メタ)アクリルアミド系化合物など、以上のアミド基含有エチレン性不飽和単量体;前記アミド基含有エチレン性不飽和単量体を含むエチレン性不飽和単量体を重合して得られるラジカル重合系樹脂などがあげられる。
<Uncrosslinked amide group-containing compound>
Examples of the uncrosslinked amide group-containing compound include primary amide group-containing compounds such as (meth) acrylamide; N-methylol acrylamide, N, N-di (methylol) acrylamide, and N-methylol-N-methoxymethyl (meth). ) Alkyrol (meth) acrylamide compounds such as acrylamide; N-methoxymethyl- (meth) acrylamide, N-ethoxymethyl- (meth) acrylamide, N-propoxymethyl- (meth) acrylamide, N-butoxymethyl- (meth) ) Monoalkoxy (meth) acrylamide compounds such as acrylamide and N-pentoxymethyl- (meth) acrylamide; N, N-di (methoxymethyl) acrylamide, N-ethoxymethyl-N-methoxymethylmethacrylamide, N, N -Di (ethoxymethyl) acrylamide, N-ethoxymethyl-N-propoxymethylmethacrylamide, N, N-di (propoxymethyl) acrylamide, N-butoxymethyl-N- (propoxymethyl) metaacrylamide, N, N-di Dialkoxy such as (butoxymethyl) acrylamide, N-butoxymethyl-N- (methoxymethyl) metaacrylamide, N, N-di (pentoxymethyl) acrylamide, N-methoxymethyl-N- (pentoxymethyl) metaacrylamide. (Meta) acrylamide compounds; Dialkylamino (meth) acrylamide compounds such as N, N-dimethylaminopropylacrylamide and N, N-diethylaminopropylacrylamide; Dialkyls such as N, N-dimethylacrylamide and N, N-diethylacrylamide (Meta) acrylamide compound; Keto group-containing (meth) acrylamide compound such as diacetone (meth) acrylamide, etc. The above amide group-containing ethylenically unsaturated monomer; The amide group-containing ethylenically unsaturated monomer Examples thereof include a radical polymerization type resin obtained by polymerizing an ethylenic unsaturated monomer containing acrylamide.

アミド基含有化合物の中でも、特にアクリルアミドなどのアミド基含有エチレン性不飽和単量体を含むエチレン性不飽和単量体を重合して得られるラジカル重合系樹脂が好ましい。樹脂骨格内に、より多くのアミド基を有することにより基材密着性を向上させ、また、樹脂であることにより、単量体に比べて耐電解液性を向上させる効果が期待できる。 Among the amide group-containing compounds, a radical polymerization resin obtained by polymerizing an ethylenically unsaturated monomer containing an amide group-containing ethylenically unsaturated monomer such as acrylamide is particularly preferable. By having more amide groups in the resin skeleton, the adhesion to the base material can be improved, and by using the resin, the effect of improving the electrolytic solution resistance as compared with the monomer can be expected.

<未架橋の水酸基含有化合物>
未架橋の水酸基含有化合物としては、例えば、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、グリセロールモノ(メタ)アクリレート4−ヒドロキシビニルベンゼン、1−エチニル−1−シクロヘキサノール、アリルアルコールなどの水酸基含有エチレン性不飽和単量体;前記水酸基含有エチレン性不飽和単量体を含むエチレン性不飽和単量体を重合して得られるラジカル重合系樹脂;エチレングリコール、ジエチレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオールなどの直鎖脂肪族ジオール類;プロピレングリコール、ネオペンチルグリコール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、2,2−ジエチル−1,3−プロパンジオールなどの分岐鎖脂肪族ジオール類;1,4−ビス(ヒドロキシメチル)シクロヘキサンなどの環状ジオール類などがあげられる。
<Uncrosslinked hydroxyl group-containing compound>
Examples of the uncrosslinked hydroxyl group-containing compound include 2-hydroxyethyl (meth) acrylate, 2-hydroxypropyl (meth) acrylate, 4-hydroxybutyl (meth) acrylate, glycerol mono (meth) acrylate 4-hydroxyvinylbenzene, and the like. Hydroxyl-containing ethylenically unsaturated monomer such as 1-ethynyl-1-cyclohexanol and allyl alcohol; radical polymerization obtained by polymerizing the ethylenically unsaturated monomer containing the hydroxyl group-containing ethylenically unsaturated monomer. Based resins: Linear aliphatic diols such as ethylene glycol, diethylene glycol, 1,3-propanediol, 1,4-butanediol, 1,5-pentanediol, 1,6-hexanediol; propylene glycol, neopentyl glycol , 3-Methyl-1,5-pentanediol, 2,2-diethyl-1,3-propanediol and other branched chain aliphatic diols; 1,4-bis (hydroxymethyl) cyclohexane and other cyclic diols can give.

水酸基含有化合物の中でも、特に水酸基含有エチレン性不飽和単量体を含むエチレン性不飽和単量体を重合して得られるラジカル重合系樹脂、または環状ジオール類が好ましい。水酸基含有エチレン性不飽和単量体を含むエチレン性不飽和単量体を重合して得られるラジカル重合系樹脂は、樹脂骨格内に、より多くの水酸基を有することにより基材密着性を向上させ、また、樹脂であることにより、単量体に比べて耐電解液性を向上させる効果が期待できる。また、環状ジオール類は、骨格に環状構造を有することにより、耐電解液性を向上させる効果が期待できる。 Among the hydroxyl group-containing compounds, a radical polymerization resin obtained by polymerizing an ethylenically unsaturated monomer containing a hydroxyl group-containing ethylenically unsaturated monomer, or cyclic diols is particularly preferable. The radical polymerization resin obtained by polymerizing an ethylenically unsaturated monomer containing a hydroxyl group-containing ethylenically unsaturated monomer improves the adhesion to the base material by having more hydroxyl groups in the resin skeleton. Further, since it is a resin, it can be expected to have an effect of improving electrolytic solution resistance as compared with a monomer. Further, the cyclic diols can be expected to have an effect of improving the electrolytic solution resistance by having a cyclic structure in the skeleton.

<未架橋のオキサゾリン基含有化合物>
未架橋のオキサゾリン基含有化合物としては、例えば、2’−メチレンビス(2−オキサゾリン)、2,2’−エチレンビス(2−オキサゾリン)、2,2’−エチレンビス(4−メチル−2−オキサゾリン)、2,2’−プロピレンビス(2−オキサゾリン)、2,2’−テトラメチレンビス(2−オキサゾリン)、2,2’−ヘキサメチレンビス(2−オキサゾリン)、2,2’−オクタメチレンビス(2−オキサゾリン)、2,2’−p−フェニレンビス(2−オキサゾリン)、2,2’−p−フェニレンビス(4,4’−ジメチル−2−オキサゾリン)、2,2’−p−フェニレンビス(4−メチル−2−オキサゾリン)、2,2’−p−フェニレンビス(4−フェニル−2−オキサゾリン)、2,2’−m−フェニレンビス(2−オキサゾリン)、2,2’−m−フェニレンビス(4−メチル−2−オキサゾリン)、2,2’−m−フェニレンビス(4,4’−ジメチル−2−オキサゾリン)、2,2’−m−フェニレンビス(4−フェニレンビス−2−オキサゾリン)、2,2’−o−フェニレンビス(2−オキサゾリン)、2,2’−o−フェニレンビス(4−メチル−2−オキサゾリン)、2,2’−ビス(2−オキサゾリン)、2,2’−ビス(4−メチル−2−オキサゾリン)、2,2’−ビス(4−エチル−2−オキサゾリン)、2,2’−ビス(4−フェニル−2−オキサゾリン)、さらにはオキサゾリン基含有ラジカル重合系樹脂などがあげられる。
<Uncrosslinked oxazoline group-containing compound>
Examples of the uncrosslinked oxazoline group-containing compound include 2'-methylenebis (2-oxazoline), 2,2'-ethylenebis (2-oxazoline), and 2,2'-ethylenebis (4-methyl-2-oxazoline). ), 2,2'-propylene bis (2-oxazoline), 2,2'-tetramethylene bis (2-oxazoline), 2,2'-hexamethylene bis (2-oxazoline), 2,2'-octamethylene Bis (2-oxazoline), 2,2'-p-phenylenebis (2-oxazoline), 2,2'-p-phenylenebis (4,4'-dimethyl-2-oxazoline), 2,2'-p -Phenylenebis (4-methyl-2-oxazoline), 2,2'-p-Phenylenbis (4-phenyl-2-oxazoline), 2,2'-m-Phenylenebis (2-oxazoline), 2,2 '-M-Phenylenebis (4-methyl-2-oxazoline), 2,2'-m-Phenylenebis (4,4'-dimethyl-2-oxazoline), 2,2'-m-Phenylenebis (4- Phenylenebis-2-oxazoline), 2,2'-o-phenylenebis (2-oxazoline), 2,2'-o-phenylenebis (4-methyl-2-oxazoline), 2,2'-bis (2) -Oxazoline), 2,2'-bis (4-methyl-2-oxazoline), 2,2'-bis (4-ethyl-2-oxazoline), 2,2'-bis (4-phenyl-2-oxazoline) ), Further, an oxazoline group-containing radical polymerization resin and the like can be mentioned.

オキサゾリン基含有化合物の中でも、特に、2’−p−フェニレンビス(2−オキサゾリン)などのフェニレンビス型オキサゾリン化合物、または、オキサゾリン基含有エチレン性不飽和単量体を含むエチレン性不飽和単量体を重合して得られるラジカル重合系樹脂が好ましい。フェニレンビス型オキサゾリン化合物は、骨格内にフェニル基を有することにより耐電解液性を向上させる効果がある。また、オキサゾリン基含有エチレン性不飽和単量体を含むエチレン性不飽和単量体を重合して得られるラジカル重合系樹脂は、樹脂骨格内により多くのオキサゾリン基を有することにより基材密着性を向上させ、また、樹脂であることにより、単量体に比べて耐電解液性を向上させることができる。 Among the oxazoline group-containing compounds, in particular, a phenylenebis-type oxazoline compound such as 2'-p-phenylenebis (2-oxazoline) or an ethylenically unsaturated monomer containing an oxazoline group-containing ethylenically unsaturated monomer. A radical polymerization resin obtained by polymerizing the above is preferable. The phenylene bis-type oxazoline compound has an effect of improving the electrolyte resistance by having a phenyl group in the skeleton. Further, the radical polymerization type resin obtained by polymerizing an ethylenically unsaturated monomer containing an oxazoline group-containing ethylenically unsaturated monomer has more oxazoline groups in the resin skeleton to improve substrate adhesion. By improving the resin, the electrolytic solution resistance can be improved as compared with the monomer.

(化合物(E)の添加量、分子量)
化合物(E)は、架橋型樹脂微粒子の固形分100質量部に対して0.1〜50質量部添加するのが好ましく、5〜40質量部添加するのがさらに好ましい。さらに、化合物(E)は2種類以上併用することも可能である。
(Addition amount and molecular weight of compound (E))
The compound (E) is preferably added in an amount of 0.1 to 50 parts by mass, more preferably 5 to 40 parts by mass, based on 100 parts by mass of the solid content of the crosslinked resin fine particles. Further, two or more kinds of the compound (E) can be used in combination.

化合物(E)の分子量は特に限定されないが、質量平均分子量が1,000〜1,000,000であるのが好ましく、さらには5,000〜500,000がより好ましい。なお、上記質量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)法により測定したポリスチレン換算の値である。 The molecular weight of the compound (E) is not particularly limited, but the mass average molecular weight is preferably 1,000 to 1,000,000, more preferably 5,000 to 500,000. The mass average molecular weight is a polystyrene-equivalent value measured by a gel permeation chromatography (GPC) method.

<導電材>
次に、導電材について説明する。導電材は電極での電子伝導性を高め酸化還元反応を進めやすくするために含有される。ここでは主にカーボン材料が挙げるが、これに限るものではない。
本発明に用いる導電材であるカーボン材料としては、導電性を有するカーボン材料であれば特に限定されるものではないが、カーボンブラック、グラファイト、導電性炭素繊維(カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンファイバー)、グラフェン、フラーレン等を単独で、もしくは2種類以上併せて使用することができる。
<Conductive material>
Next, the conductive material will be described. The conductive material is contained to enhance the electron conductivity at the electrode and facilitate the redox reaction. Here, carbon materials are mainly mentioned, but the present invention is not limited to this.
The carbon material which is the conductive material used in the present invention is not particularly limited as long as it is a conductive carbon material, but carbon black, graphite, and conductive carbon fibers (carbon nanotubes, carbon nanofibers, carbon fibers). ), Graphene, fullerene, etc. can be used alone or in combination of two or more.

カーボンブラックとしては、気体もしくは液体の原料を反応炉中で連続的に熱分解し製造するファーネスブラック、特にエチレン重油を原料としたケッチェンブラック、原料ガスを燃焼させて、その炎をチャンネル鋼底面にあて急冷し析出させたチャンネルブラック、ガスを原料とし燃焼と熱分解を周期的に繰り返すことにより得られるサーマルブラック、特にアセチレンガスを原料とするアセチレンブラックなどの各種のものを単独で、もしくは2種類以上併せて使用することができる。また、通常行われている酸化処理されたカーボンブラックや、中空カーボン等も使用できる。 Carbon black includes furnace black, which is produced by continuously pyrolyzing a gas or liquid raw material in a reactor, especially acetylene black, which is made from ethylene heavy oil, and the raw material gas is burned to burn the flame to the bottom of the channel steel. Various types such as channel black that has been rapidly cooled and precipitated, thermal black that is obtained by periodically repeating combustion and thermal decomposition using gas as a raw material, and acetylene black that uses acetylene gas as a raw material, alone or 2 More than one type can be used together. In addition, normally oxidized carbon black, hollow carbon, and the like can also be used.

用いるカーボンブラックの比表面積は、値が大きいほど、カーボンブラック粒子どうしの接触点が増えるため、電極の内部抵抗を下げるのに有利となる。具体的には、窒素の吸着量から求められる比表面積(BET)で、20m2/g以上、1500m2/g以下、好ましくは50m2/g以上、1500m2/g以下、更に好ましくは100m2/g以上、1500m2/g以下のものを使用することが望ましい。 As the specific surface area of the carbon black used increases, the contact points between the carbon black particles increase, which is advantageous in reducing the internal resistance of the electrode. Specifically, the specific surface area (BET) obtained from the amount of nitrogen adsorbed is 20 m 2 / g or more and 1500 m 2 / g or less, preferably 50 m 2 / g or more and 1500 m 2 / g or less, and more preferably 100 m 2 It is desirable to use the one of / g or more and 1500 m 2 / g or less.

また、用いるカーボンブラックの粒径は、一次粒子径で0.005〜1μmが好ましく、特に、0.01〜0.2μmが好ましい。ただし、ここでいう一次粒子径とは、電子顕微鏡などで測定された粒子径を平均したものである。 The particle size of the carbon black used is preferably 0.005 to 1 μm in terms of primary particle size, and particularly preferably 0.01 to 0.2 μm. However, the primary particle size referred to here is an average of the particle sizes measured by an electron microscope or the like.

導電材であるカーボン材料の合材インキ中の分散粒径は、0.03μm以上、5μm以下に微細化することが望ましい。 It is desirable that the dispersed particle size of the carbon material, which is a conductive material, in the mixed ink is refined to 0.03 μm or more and 5 μm or less.

ここでいう分散粒径とは、体積粒度分布において、粒子径の細かいものからその粒子の体積割合を積算していったときに、50%となるところの粒子径(D50)であり、一般的な粒度分布計、例えば、動的光散乱方式の粒度分布計(日機装社製「マイクロトラックUPA」)等で測定される。 The dispersed particle size referred to here is a particle size (D50) that becomes 50% when the volume ratio of the particles is integrated from the finer particle size in the volume particle size distribution, and is generally used. It is measured with a particle size distribution meter, for example, a dynamic light scattering type particle size distribution meter (“Microtrack UPA” manufactured by Nikkiso Co., Ltd.).

市販のカーボンブラックとしては、例えば、トーカブラック#4300、#4400、#4500、#5500等(東海カーボン社製、ファーネスブラック)、プリンテックスL等(デグサ社製、ファーネスブラック)、Raven7000、5750、5250、5000ULTRAIII、5000ULTRA等、Conductex SC ULTRA
、Conductex 975 ULTRA等、PUER BLACK100、115、2
05等(コロンビヤン社製、ファーネスブラック)、#2350、#2400B、#2600B、#3050B、#3030B、#3230B、#3350B、#3400B、#5400B等(三菱化学社製、ファーネスブラック)、MONARCH1400、1300、900、VulcanXC−72R、BlackPearls2000等(キャボット社製、ファーネスブラック)、Ensaco250G、Ensaco260G、Ensaco350G、SuperP−Li(TIMCAL社製)、ケッチェンブラックEC−300J、EC−600JD(アクゾ社製)、デンカブラック、デンカブラックHS−100、FX−35(デンカ社製、アセチレンブラック)等、グラファイトとしては、例えば人造黒鉛や燐片状黒鉛、塊状黒鉛、土状黒鉛などの天然黒鉛が挙げられるが、これらに限定されるものではなく、2種以上を組み合わせて用いても良い。
Examples of commercially available carbon black include Talker Black # 4300, # 4400, # 4500, # 5500 (Tokai Carbon Co., Ltd., Furnace Black), Printex L etc. (Degussa Co., Ltd., Furnace Black), Raven7000, 5750, etc. 5250, 5000 ULTRA III, 5000 ULTRA, etc., Conductex SC ULTRA, etc.
, Conductex 975 ULTRA, etc., PUER BLACK 100, 115, 2
05 etc. (Made by Colombian, Furnace Black), # 2350, # 2400B, # 2600B, # 3050B, # 3030B, # 3230B, # 3350B, # 3400B, # 5400B etc. (Made by Mitsubishi Chemical Co., Ltd., Furness Black), MONARCH1400, 1300, 900, Vulcan XC-72R, BlackPearls2000, etc. (Cabot, Furness Black), Ensaco250G, Ensaco260G, Ensaco350G, SuperP-Li (TIMCAL), Ketjen Black EC-300J, EC-600JD (Axo) Examples of graphite such as Denka Black, Denka Black HS-100, FX-35 (manufactured by Denka, acetylene black) and the like include natural graphite such as artificial graphite, scaly graphite, lump graphite and earth graphite. The present invention is not limited to these, and two or more types may be used in combination.

導電性炭素繊維としては、石油由来の原料から焼成して得られるものが良いが、植物由来の原料からも焼成して得られるものも用いることができる。例えば石油由来の原料で製造される昭和電工社製のVGCFなどを挙げることができる。 As the conductive carbon fiber, those obtained by firing from a raw material derived from petroleum are preferable, but those obtained by firing from a raw material derived from a plant can also be used. For example, VGCF manufactured by Showa Denko KK, which is manufactured from petroleum-derived raw materials, can be mentioned.

<酸素還元触媒>
次に酸素還元触媒について説明する。酸素還元触媒は貴金属触媒、卑金属酸化物触媒、炭素触媒、活性炭が挙げられる。これらは単独で用いても、二種類以上組み合わせて用いても良い。
<Oxygen reduction catalyst>
Next, the oxygen reduction catalyst will be described. Examples of the oxygen reduction catalyst include a noble metal catalyst, a base metal oxide catalyst, a carbon catalyst, and activated carbon. These may be used alone or in combination of two or more.

(貴金属触媒)
貴金属触媒とは、遷移金属元素のうちルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、オスミウム、イリジウム、白金、金から選択される元素を一種以上含む触媒である。これら貴金属触媒は単体でも別の元素や化合物に担持されたものでも良い。中でも、触媒担持炭素材料が好例として挙げられる。触媒担持炭素材料とは、触媒粒子が触媒担時体としての炭素材料上に担持してなるものを指し、公知もしくは市販のものがある。
(Precious metal catalyst)
The noble metal catalyst is a catalyst containing at least one element selected from ruthenium, rhodium, palladium, silver, osmium, iridium, platinum, and gold among transition metal elements. These noble metal catalysts may be simple substances or supported on another element or compound. Among them, a catalyst-supported carbon material is a good example. The catalyst-supported carbon material refers to a material in which catalyst particles are supported on a carbon material as a catalyst carrier, and there are known or commercially available materials.

触媒粒子の炭素材料上への担持率は限定的ではない。触媒粒子として白金を用いた場合は、触媒粒子100質量%に対して、通常1〜70質量%程度までの担持が可能である。 The loading ratio of the catalyst particles on the carbon material is not limited. When platinum is used as the catalyst particles, it can usually be supported up to about 1 to 70% by mass with respect to 100% by mass of the catalyst particles.

本発明に用いる触媒担持体としての炭素材料は、無機材料由来の炭素粒子および/または有機材料を熱処理して得られる炭素粒子であれば特に限定されない。
無機材料由来の炭素粒子としては、カーボンブラック(ファーネスブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、ミディアムサーマルカーボンブラック)、活性炭、黒鉛、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンナノホーン、グラフェンナノプレートレット、ナノポーラスカーボン、炭素繊維等が挙げられる。炭素材料は、種類やメーカーによって、粒子径、形状、BET比表面積、細孔容積、細孔径、嵩密度、DBP吸油量、表面酸塩基度、表面親水度、導電性など様々な物性やコストが異なるため、使用する用途や要求性能に合わせて最適な材料を選択される。
熱処理して炭素粒子となる有機材料としては、熱処理後炭素粒子となる材料であれば特に限定されない。具体的な有機材料としては、フェノール系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂、ポリアクリロニトリル系樹脂、ポリアニリン系樹脂、フェノールホルムアルデヒド樹脂系樹脂、ポリイミダゾール系樹脂、ポリピロール系樹脂、ポリベンゾイミダゾール系樹脂、メラミン系樹脂、ピッチ、褐炭、ポリカルボジイミド、バイオマス、タンパク質、フミン酸等やそれらの誘導体などが挙げられる。
これら炭素材料は、一種類または二種類以上で用いられる。
The carbon material as the catalyst carrier used in the present invention is not particularly limited as long as it is carbon particles derived from an inorganic material and / or carbon particles obtained by heat-treating an organic material.
Carbon particles derived from inorganic materials include carbon black (furness black, acetylene black, ketjen black, medium thermal carbon black), activated carbon, graphite, carbon nanotubes, carbon nanofibers, carbon nanohorns, graphene nanoplatelets, nanoporous carbon, etc. Examples include carbon fiber. Carbon materials have various physical properties and costs such as particle size, shape, BET specific surface area, pore volume, pore size, bulk density, DBP oil absorption, surface acid basicity, surface hydrophilicity, and conductivity, depending on the type and manufacturer. Since they are different, the optimum material is selected according to the intended use and required performance.
The organic material that becomes carbon particles by heat treatment is not particularly limited as long as it is a material that becomes carbon particles after heat treatment. Specific organic materials include phenol-based resin, polyimide-based resin, polyamide-based resin, polyamideimide-based resin, polyacrylonitrile-based resin, polyaniline-based resin, phenolformaldehyde resin-based resin, polyimidazole-based resin, polypyrrole-based resin, and poly. Examples thereof include benzoimidazole-based resins, melamine-based resins, pitches, brown charcoal, polycarbodiimide, biomass, proteins, fumic acid and the like, and derivatives thereof.
These carbon materials are used in one kind or two or more kinds.

市販の触媒担持炭素材料としては、例えば、田中貴金属工業社製の
TEC10E50E、TEC10E70TPM、TEC10V30E、TEC10V50E、TEC66E50等の白金担持炭素粒子;
TEC66E50、TEC62E58等の白金−ルテニウム合金担持炭素粒子;
を購入することができるが、これらに限定されるものではない。
Examples of commercially available catalyst-supported carbon materials include platinum-supported carbon particles such as TEC10E50E, TEC10E70TPM, TEC10V30E, TEC10V50E, and TEC66E50 manufactured by Tanaka Kikinzoku Kogyo Co., Ltd .;
Platinum-ruthenium alloy-supported carbon particles such as TEC66E50 and TEC62E58;
Can be purchased, but is not limited to these.

(卑金属酸化物触媒)
本発明に用いる卑金属酸化物触媒としては、ジルコニウム、タンタル、チタン、ニオブ、バナジウム、鉄、マンガン、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、クロム、タングステン、およびモリブデンからなる群より選択された少なくとも1種の遷移金属を含む酸化物を使用することができ、より好ましくはこれら遷移金属元素の炭窒化物や、これら遷移金属元素の炭窒酸化物を使用することができる。
(Base metal oxide catalyst)
The base metal oxide catalyst used in the present invention is at least one selected from the group consisting of zirconium, tantalum, titanium, niobium, vanadium, iron, manganese, cobalt, nickel, copper, zinc, chromium, tungsten, and molybdenum. An oxide containing a transition metal can be used, and more preferably, a carbon nitride of these transition metal elements or a carbon dioxide oxide of these transition metal elements can be used.

前記卑金属酸化物触媒の組成式は、例えば、M1Cpqr(ただし、M1は遷移金属元素であり、p、q、rは原子数の比を表し、0≦p≦3、0≦q≦2、0<r≦3である。)、M2aM3bxyz(ただし、M2は、ジルコニウム、タンタル、チタン、ニオブ、バナジウム、鉄、マンガン、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、クロム、タングステン、およびモリブデンからなる群より選択される1種の金属であり、M3は、前記群より選択されるM2とは異なる少なくとも1種の金属である。a、b、x、y、zは原子数の比を表し、0.5≦a<1、0<b≦0.5、0<x≦3、0<y≦2、0<z≦3、かつa+b=1である。)で表される。また、これら化合物と導電性化合物を複合化した触媒も好適に使用することができる。 Composition formula of the base metal oxide catalysts are, for example, M1C p N q O r (although, M1 is a transition metal element, p, q, r represents the ratio of the number of atoms, 0 ≦ p ≦ 3,0 ≦ q ≦ 2, 0 <r ≦ 3), M2 a M3 b C x N y O z (where M2 is zirconium, tantalum, titanium, niobium, vanadium, iron, manganese, cobalt, nickel, copper, It is one kind of metal selected from the group consisting of zinc, chromium, tungsten, and molybdenum, and M3 is at least one kind of metal different from M2 selected from the above group. A, b, x, y. , Z represents the ratio of the number of atoms, 0.5 ≦ a <1, 0 <b ≦ 0.5, 0 <x ≦ 3, 0 <y ≦ 2, 0 <z ≦ 3, and a + b = 1. .). Further, a catalyst in which these compounds and a conductive compound are combined can also be preferably used.

(炭素触媒)
炭素触媒は、1種または2種以上の、炭素材料と、窒素元素および卑金属元素を含有する化合物とを混合し、熱処理を行い作製された炭素触媒であって、従来公知のものを使用できる。炭素触媒に用いられる炭素材料は、無機材料由来の炭素粒子および/または有機材料を熱処理して得られる炭素粒子であれば特に限定されない。一般的に、炭素触媒の活性点としては、炭素粒子表面に卑金属−N4構造(卑金属元素を中心に4個の窒素元素が平面上に並んだ構造)に含まれる卑金属元素や、炭素粒子表面のエッジ部に導入された窒素元素近傍の炭素元素などが挙げられる。そのため、炭素触媒が、上記活性点を構成する窒素元素や卑金属元素を含有することは、酸素還元活性を有する上で重要である。更に、炭素触媒は、BET比表面積が20〜2000m2/gが好ましく、40〜1000m2/gがより好ましく、60〜600m2/gがさらに好ましい。
(Carbon catalyst)
The carbon catalyst is a carbon catalyst produced by mixing one or more kinds of carbon materials and a compound containing a nitrogen element and a base metal element and performing heat treatment, and conventionally known carbon catalysts can be used. The carbon material used for the carbon catalyst is not particularly limited as long as it is a carbon particle derived from an inorganic material and / or a carbon particle obtained by heat-treating an organic material. Generally, the active points of the carbon catalyst include a base metal element contained in a base metal-N4 structure (a structure in which four nitrogen elements are arranged on a plane centering on the base metal element) on the surface of the carbon particles, and the surface of the carbon particles. Examples include carbon elements in the vicinity of nitrogen elements introduced into the edge portion. Therefore, it is important for the carbon catalyst to contain the nitrogen element and the base metal element constituting the active site in order to have the oxygen reduction activity. Further, the carbon catalyst, BET specific surface area of preferably 20~2000m 2 / g, more preferably 40~1000m 2 / g, more preferably 60~600m 2 / g.

無機材料由来の炭素粒子としては、例えば、ファーネスブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック及びミディアムサーマルカーボンブラック等のカーボンブラック:活性炭、黒鉛、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンナノホーン、グラフェン、グラフェンナノプレートレット、ナノポーラスカーボン及び炭素繊維等が挙げられる。炭素粒子は、種類やメーカーによって、粒子径、形状、BET比表面積、細孔容積、細孔径、嵩密度、DBP吸油量、表面酸塩基度、表面親水度、導電性などの様々な物性や、コストが異なるため、使用する用途や要求性能に合わせて最適な材料を選択できる。無機炭素粒子は、一種類又は二種類以上で用いられる。 Examples of carbon particles derived from inorganic materials include carbon blacks such as furnace black, acetylene black, ketjen black and medium thermal carbon black: activated carbon, graphite, carbon nanotubes, carbon nanofibers, carbon nanohorns, graphene and graphene nanoplatelets. , Nanoporous carbon, carbon fiber and the like. Carbon particles have various physical properties such as particle size, shape, BET specific surface area, pore volume, pore size, bulk density, DBP oil absorption, surface acid basicity, surface hydrophilicity, and conductivity, depending on the type and manufacturer. Since the costs are different, the optimum material can be selected according to the intended use and required performance. Inorganic carbon particles are used in one type or two or more types.

前記無機材料由来の炭素粒子としては、グラフェンナノプレートレット、カーボンブラック、カーボンナノチューブなどを用いると、大きい比表面積と高い電子伝導性を有する炭素触媒を得られやすく好ましい。 As the carbon particles derived from the inorganic material, graphene nanoplatelets, carbon black, carbon nanotubes and the like are preferable because it is easy to obtain a carbon catalyst having a large specific surface area and high electron conductivity.

熱処理して炭素粒子となる有機材料は、熱処理後炭素粒子となる材料であれば特に限定されない。熱処理後の炭素粒子に活性点となるヘテロ元素を含有させるため、予め同へテロ元素を含有する有機材料の使用が好ましい場合がある。具体的な有機材料としては、フェノール系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂、ポリアクリロニトリル系樹脂、ポリアニリン系樹脂、フェノールホルムアルデヒド樹脂系樹脂、ポリイミダゾール系樹脂、ポリピロール系樹脂、ポリベンゾイミダゾール系樹脂、メラミン系樹脂、ピッチ、褐炭、ポリカルボジイミド、バイオマス、タンパク質、フミン酸等やそれらの誘導体などが挙げられる。 The organic material that becomes carbon particles by heat treatment is not particularly limited as long as it is a material that becomes carbon particles after heat treatment. In order to allow the carbon particles after the heat treatment to contain a hetero element as an active site, it may be preferable to use an organic material containing the same hetero element in advance. Specific organic materials include phenol-based resin, polyimide-based resin, polyamide-based resin, polyamideimide-based resin, polyacrylonitrile-based resin, polyaniline-based resin, phenolformaldehyde resin-based resin, polyimidazole-based resin, polypyrrole-based resin, and poly. Examples thereof include benzoimidazole-based resins, melamine-based resins, pitches, brown charcoal, polycarbodiimide, biomass, proteins, fumic acid and the like, and derivatives thereof.

窒素元素および卑金属元素を含有する化合物は、窒素元素および卑金属元素を1種又は2種以上含有する化合物であればよく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において特に限定されない。例えば、金属を含有する色素やポリマー等の有機化合物、金属単体、卑金属酸化物、金属塩等の無機化合物が挙げられる。前記化合物は、1種類または2種類以上を併用して用いることができる。卑金属元素とは、遷移金属元素のうち貴金属元素(ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、オスミウム、イリジウム、白金、金)を除く金属元素であり、卑金属元素としては、コバルト、鉄、ニッケル、マンガン、銅、チタン、バナジウム、クロム、亜鉛、スズ、アルミニウム、ジルコニウム、ニオブ、タンタル、及びマグネシウムから選ばれる一種以上を含有することが好ましい。
炭素触媒中に効率的に窒素元素や卑金属元素を導入する観点から、卑金属元素を分子中に含有することが可能な窒素を含有した芳香族化合物が好ましい。具体的には、フタロシアニン系化合物、ナフタロシアニン系化合物、ポルフィリン系化合物、テトラアザアヌレン系化合物等が挙げられる。上記芳香族化合物は、電子吸引性官能基や電子供与性官能基が導入されたものであってもよい。特に、フタロシアニン系化合物は、様々な卑金属元素を含んだ化合物が入手可能であり、コスト的にも安価であるため、原料として特に好ましい。具体的には、コバルトフタロシアニン系化合物、ニッケルフタロシアニン系化合物、鉄フタロシアニン系化合物などの金属フタロシアニン系化合物が挙げられる。これらの原料を用いることにより、安価であって、かつ、高い酸素還元活性を有する炭素触媒を提供できる。
The compound containing a nitrogen element and a base metal element may be a compound containing one or more kinds of nitrogen element and a base metal element, and is not particularly limited as long as it does not deviate from the gist of the present invention. For example, organic compounds such as dyes and polymers containing metals, and inorganic compounds such as elemental metals, base metal oxides, and metal salts can be mentioned. The compound may be used alone or in combination of two or more. The base metal element is a metal element excluding noble metal elements (lutenium, rhodium, palladium, silver, osmium, iridium, platinum, gold) among the transition metal elements, and the base metal elements include cobalt, iron, nickel, manganese, and copper. , Titanium, vanadium, chromium, zinc, tin, aluminum, zirconium, niobium, tantalum, and magnesium.
From the viewpoint of efficiently introducing a nitrogen element or a base metal element into a carbon catalyst, a nitrogen-containing aromatic compound capable of containing the base metal element in the molecule is preferable. Specific examples thereof include phthalocyanine compounds, naphthalocyanine compounds, porphyrin compounds, tetraazaannulene compounds and the like. The aromatic compound may be one into which an electron-withdrawing functional group or an electron-donating functional group has been introduced. In particular, the phthalocyanine compound is particularly preferable as a raw material because compounds containing various base metal elements are available and the cost is low. Specific examples thereof include metal phthalocyanine compounds such as cobalt phthalocyanine compounds, nickel phthalocyanine compounds and iron phthalocyanine compounds. By using these raw materials, it is possible to provide a carbon catalyst that is inexpensive and has high oxygen reduction activity.

炭素触媒の製造方法は特に限定されず、炭素担体表面に環状有機化合物を担持させ炭化させる方法、環状有機化合物とその他有機材料との混合物を炭化させる方法、環状有機化合物を含まない有機材料を炭化させる方法、無機炭素材料由来の炭素粒子を用いる方法など、従来公知の方法を使用できる。好ましい製造方法としては、無機炭素材料由来の炭素粒子と窒素元素および卑金属元素を含有する化合物とを混合後に不活性ガス雰囲気中で熱処理して炭素触媒を得る方法である。前記熱処理は、複数の温度で多段階に行ってもよく、また、熱処理工程の後若しくは途中に、酸で洗浄、及び乾燥する工程を含んでも良い。 The method for producing the carbon catalyst is not particularly limited, and a method of supporting a cyclic organic compound on the surface of a carbon carrier and carbonizing it, a method of carbonizing a mixture of the cyclic organic compound and other organic materials, and a method of carbonizing an organic material containing no cyclic organic compound. Conventionally known methods such as a method of carbonizing and a method of using carbon particles derived from an inorganic carbon material can be used. A preferred production method is a method in which carbon particles derived from an inorganic carbon material and a compound containing a nitrogen element and a base metal element are mixed and then heat-treated in an inert gas atmosphere to obtain a carbon catalyst. The heat treatment may be performed in multiple steps at a plurality of temperatures, and may include a step of washing with an acid and drying after or during the heat treatment step.

(活性炭)
活性炭としては、具体的にはフェノール系、ヤシガラ系、レーヨン系、アクリル系、石炭−石油系ピッチコークス、メソカーボンマイクロビーズ(MCMB)等を賦活した活性炭を挙げることができる。同じ質量でもより広い面積の界面を形成することが可能な、比表面積の大きいものが好ましい。具体的には、比表面積が30m2/g以上が好ましく、より好ましくは500〜5000m2/g、さらに好ましくは1000〜3000m2/gである。
(Activated carbon)
Specific examples of the activated carbon include activated carbons activated by phenol-based, coconut husk-based, rayon-based, acrylic-based, coal-petroleum-based pitch coke, mesocarbon microbeads (MCMB) and the like. Those having a large specific surface area, which can form an interface having a wider area even with the same mass, are preferable. Specifically, the specific surface area is preferably 30 m 2 / g or more, more preferably 500 to 5000 m 2 / g, and further preferably 1000 to 3000 m 2 / g.

<水性液状媒体>
本発明に使用する水性液状媒体としては、水を使用することが好ましいが、必要に応じて、例えば、導電性基材への塗工性向上のために、水と相溶する液状媒体を使用しても良い。
水と相溶する液状媒体としては、アルコール類、グリコール類、セロソルブ類、アミノアルコール類、アミン類、ケトン類、カルボン酸アミド類、リン酸アミド類、スルホキシド類、カルボン酸エステル類、リン酸エステル類、エーテル類、ニトリル類等が挙げられ、水と相溶する範囲で使用しても良い。
<Aqueous liquid medium>
Water is preferably used as the aqueous liquid medium used in the present invention, but if necessary, for example, a liquid medium compatible with water is used in order to improve the coatability on the conductive substrate. You may.
Liquid media compatible with water include alcohols, glycols, cellosolves, aminoalcohols, amines, ketones, carboxylic acid amides, phosphate amides, sulfoxides, carboxylic acid esters, and phosphate esters. , Ethers, nitriles and the like, and may be used as long as they are compatible with water.

更に、合材インキには、増粘剤、分散剤、成膜助剤、消泡剤、レベリング剤、防腐剤、pH調整剤などを必要に応じて配合できる。特に、水性樹脂微粒子だけでは合材インキの粘性や分散安定性を得ることが難しい場合があるため、増粘剤や分散剤を含有することが好ましい。 Further, a thickener, a dispersant, a film forming aid, a defoaming agent, a leveling agent, a preservative, a pH adjuster and the like can be added to the mixture ink as needed. In particular, since it may be difficult to obtain the viscosity and dispersion stability of the mixture ink only with the water-based resin fine particles, it is preferable to contain a thickener or a dispersant.

増粘剤や分散剤には、水溶性を示す樹脂が好ましく、特に限定されるものではないが、例えば、アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアリルアミン樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、アルキッド樹脂、ホルムアルデヒド樹脂、シリコン樹脂、フッ素樹脂、カルボキシメチルセルロース等の多糖類の樹脂を含む高分子化合物が挙げられる。また、水溶性であれば、これらの樹脂の変性物、混合物、又は共重合体でも良い。これらは、1種または複数を組み合わせて使用することも出来る。 The thickener and dispersant are preferably water-soluble resins, and are not particularly limited, but for example, acrylic resins, polyurethane resins, polyester resins, polyamide resins, polyimide resins, polyallylamine resins, phenol resins, etc. Examples thereof include polymer compounds containing polysaccharide resins such as epoxy resin, phenoxy resin, urea resin, melamine resin, alkyd resin, formaldehyde resin, silicon resin, fluorine resin and carboxymethyl cellulose. Further, as long as it is water-soluble, a modified product, a mixture, or a copolymer of these resins may be used. These may be used alone or in combination of two or more.

<微生物燃料電池用合材インキの調整方法>
合材インキの調製方法に特に制限は無い。調製は、各成分を同時に分散しても良いし、導電材及び/または酸素還元触媒を水性液状媒体中に分散後、水性樹脂微粒子を添加してもよく、使用する導電材及び/または酸素還元触媒、水性樹脂微粒子、水性液状媒体により最適化することができる。但し、水性触媒ペースト組成物を先に作製し、水性樹脂微粒子を後添加して合材インキを作製すると、分散時間の短縮などコストダウンに大きく貢献することができる。
<How to adjust the mixture ink for microbial fuel cells>
There are no particular restrictions on the method of preparing the mixture ink. In the preparation, each component may be dispersed at the same time, or the conductive material and / or the oxygen reduction catalyst may be dispersed in the aqueous liquid medium, and then the aqueous resin fine particles may be added, and the conductive material and / or oxygen reduction to be used may be added. It can be optimized with a catalyst, aqueous resin particles, and aqueous liquid medium. However, if the aqueous catalyst paste composition is prepared first and the aqueous resin fine particles are added afterwards to prepare the mixed material ink, it is possible to greatly contribute to cost reduction such as shortening the dispersion time.

例えば、本発明の合材インキの固形分100質量部に対して、導電材及び/または酸素還元触媒が5〜80質量部、好ましくは10〜60質量部、水性樹脂微粒子が0.01〜80質量部、好ましくは0.02〜60質量部である。 For example, the conductive material and / or the oxygen reduction catalyst is 5 to 80 parts by mass, preferably 10 to 60 parts by mass, and the aqueous resin fine particles are 0.01 to 80 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the solid content of the mixture ink of the present invention. It is by mass, preferably 0.02 to 60 parts by mass.

<分散機・混合機>
微生物燃料電池用合材インキを得る際に用いられる装置としては、顔料分散等に通常用いられている分散機、混合機が使用できる。
<Disperser / Mixer>
As an apparatus used for obtaining a mixture ink for a microbial fuel cell, a disperser or a mixer usually used for pigment dispersion or the like can be used.

例えば、ディスパー、ホモミキサー、若しくはプラネタリーミキサー等のミキサー類;エム・テクニック社製「クレアミックス」、若しくはPRIMIX社「フィルミックス」等のホモジナイザー類;ペイントコンディショナー(レッドデビル社製)、ボールミル、サンドミル(シンマルエンタープライゼス社製「ダイノミル」等)、アトライター、パールミル(アイリッヒ社製「DCPミル」等)、若しくはコボールミル等のメディア型分散機;湿式ジェットミル(ジーナス社製「ジーナスPY」、スギノマシン社製「スターバースト」、ナノマイザー社製「ナノマイザー」等)、エム・テクニック社製「クレアSS−5」、若しくは奈良機械社製「MICROS」等のメディアレス分散機;または、その他ロールミル等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、分散機としては、分散機からの金属混入防止処理を施したものを用いることが好ましい。 For example, mixers such as disper, homomixer, or planetary mixer; homogenizers such as "Clearmix" manufactured by M-Technique or "Philmix" manufactured by PRIMIX; paint conditioner (manufactured by Red Devil), ball mill, sand mill. (Symmal Enterprises "Dyno Mill", etc.), Atwriter, Pearl Mill (Eirich "DCP Mill", etc.), or media type disperser such as Coball Mill; Wet Jet Mill (Genus "Genus PY", Sugino) Medialess dispersers such as Machine's "Starburst", Nanomizer's "Nanomizer"), M-Technique's "Claire SS-5", or Nara Machinery's "MICROS"; or other roll mills, etc. However, it is not limited to these. Further, as the disperser, it is preferable to use one that has been subjected to metal contamination prevention treatment from the disperser.

例えば、メディア型分散機を使用する場合は、アジテーター及びベッセルがセラミック製又は樹脂製の分散機を使用する方法や、金属製アジテーター及びベッセル表面をタングステンカーバイド溶射や樹脂コーティング等の処理をした分散機を用いることが好ましい。そして、メディアとしては、ガラスビーズ、または、ジルコニアビーズ、若しくはアルミナビーズ等のセラミックビーズを用いることが好ましい。また、ロールミルを使用する場合についても、セラミック製ロールを用いることが好ましい。分散装置は、1種のみを使用しても良いし、複数種の装置を組み合わせて使用しても良い。また、強い衝撃で触媒担持炭素材料が割れやすいあるいは潰れやすい場合は、メディア型分散機よりは、ロールミルやホモジナイザー等のメディアレス分散機が好ましい。 For example, when using a media type disperser, a method in which the agitator and vessel use a disperser made of ceramic or resin, or a disperser in which the surface of the metal agitator and vessel is treated with tungsten carbide spraying or resin coating. Is preferably used. As the medium, it is preferable to use glass beads, zirconia beads, or ceramic beads such as alumina beads. Also, when a roll mill is used, it is preferable to use a ceramic roll. As the disperser, only one type may be used, or a plurality of types of devices may be used in combination. Further, when the catalyst-supported carbon material is easily cracked or crushed by a strong impact, a medialess disperser such as a roll mill or a homogenizer is preferable to a media type disperser.

<導電性基材>
本発明の電極で使用する導電性基材としては、耐腐食性、電気伝導性に優れ、表面積が大きく、反応物及び生成物の拡散に優れるものが良く、材質や形状は特に限定されない。例えばグラファイトペーパー、グラファイトクロス及びグラファイトフェルト等のカーボン材料の他、ステンレスメッシュや白金メッシュ等の金属材料を用いることができるが、この限りではない。電極に用いる導電性基材には、予め撥水処理しても良い。例えば、PTFEの分散液をカソードに含浸させ、乾燥後400℃前後で加熱することで撥水性が発現する。また、PTFE分散液には導電材を分散させても良い。なお、撥水処理はこれらに限定されるものではない。
<Conductive substrate>
The conductive base material used in the electrode of the present invention is preferably one having excellent corrosion resistance and electrical conductivity, a large surface area, and excellent diffusion of reactants and products, and the material and shape are not particularly limited. For example, in addition to carbon materials such as graphite paper, graphite cloth and graphite felt, metal materials such as stainless mesh and platinum mesh can be used, but the present invention is not limited to this. The conductive base material used for the electrode may be water-repellent in advance. For example, the cathode is impregnated with a dispersion of PTFE, dried, and then heated at around 400 ° C. to develop water repellency. Further, the conductive material may be dispersed in the PTFE dispersion liquid. The water repellent treatment is not limited to these.

<電極塗工方法>
本発明の合材インキを塗布する方法は、特に制限はなく公知の方法を用いることができる。例示すると、グラビアコーティング法、スプレーコーティング法、スクリーン印刷法、ディップコーティング法、ダイコーティング法、ロールコーティング法、ドクターコーティング法、ナイフコーティング法、スクリーン印刷法または静電塗装法等を挙げることができ、乾燥方法としては放置乾燥、送風乾燥機、温風乾燥機、赤外線加熱機、遠赤外線加熱機等が使用できるが、特にこれらに限定されるものではない。
<Electrode coating method>
The method for applying the mixture ink of the present invention is not particularly limited, and a known method can be used. Examples include a gravure coating method, a spray coating method, a screen printing method, a dip coating method, a die coating method, a roll coating method, a doctor coating method, a knife coating method, a screen printing method or an electrostatic coating method. As the drying method, a stand-alone drying, a blower dryer, a warm air dryer, an infrared heater, a far infrared heater and the like can be used, but the drying method is not particularly limited thereto.

<微生物燃料電池用電極の構成>
本発明で使用する電極の構成としては、特に限定されるものではない。例示すると、導電性基材に前記の通り撥水処理を施し、その後、本発明の合材インキを片面に塗工し触媒層を形成する。
<Construction of electrodes for microbial fuel cells>
The configuration of the electrode used in the present invention is not particularly limited. For example, the conductive base material is subjected to a water-repellent treatment as described above, and then the mixture ink of the present invention is applied to one side to form a catalyst layer.

<微生物燃料電池の構成>
微生物燃料電池の構成としては、前述の通り、電子供与微生物が保持されたアノードとなる導電性支持体と、燃料電池用触媒材料を塗布したカソードとなる導電性支持体を、電解液として有機廃水等を含む電解槽に隔壁を設けず差し込んだ一槽型構成や、固体高分子形燃料電池のように、固体高分子膜を利用して、アノード槽とカソード槽を隔てた二槽型構成でもよい。更に、面で囲われた電解槽だけでなく、水田や湖沼、河川、海のように囲われていない環境でもよい。例えば、電解液を保持する電解槽内部と酸素を含む大気等の電解槽外部を隔てる液面、側面、底面にカソードが設置される形態や、外気を取り入れることができるカセット型の電極を液中に浸漬する等の形態が考えられる。このとき、カソードの触媒層が電解液と接し、その裏面が酸素を含む大気等と接するように設置される。これにより、電解槽外部から酸素を含む大気等が直接カソードへ流入し、電解液に接したカソード中の触媒上で反応が生起する。
<Composition of microbial fuel cell>
As described above, the microbial fuel cell consists of a conductive support as an anode in which electron donating microorganisms are held and a conductive support as a cathode coated with a catalyst material for a fuel cell as an electrolytic solution in organic waste water. In a one-tank configuration in which a partition is not provided in an electrolytic cell containing the above, or in a two-tank configuration in which a solid polymer membrane is used to separate an anode tank and a cathode tank, such as a polymer electrolyte fuel cell. Good. Further, not only the electrolytic cell surrounded by a surface but also an unenclosed environment such as a paddy field, a lake, a river, or the sea may be used. For example, a cathode is installed on the liquid surface, side surface, and bottom surface that separates the inside of the electrolytic cell that holds the electrolytic solution from the outside of the electrolytic cell such as the atmosphere containing oxygen, or a cassette type electrode that can take in outside air is placed in the liquid. A form such as immersing in is conceivable. At this time, the catalyst layer of the cathode is in contact with the electrolytic solution, and the back surface thereof is installed so as to be in contact with the atmosphere containing oxygen. As a result, the atmosphere containing oxygen directly flows into the cathode from the outside of the electrolytic cell, and a reaction occurs on the catalyst in the cathode in contact with the electrolytic solution.

微生物燃料電池に用いる電解液は、プロトン伝導性を有し、微生物によって酸化分解される基質を含有する。基質は、電子を供与する微生物が代謝可能な物質であれば、特に限定されるものではない。例えば、糖類やタンパク質、脂質などの有機物の他、アンモニアなどの無機物などが挙げられ、それらを1種類以上含有してもよい。したがって、電解液は前記条件を満たす生活廃水、産業廃水等を用いることができる。また、微生物とアノードとの間で電子伝達を担うメディエーターを導入してもよく、メチレンブルーやニュートラルレッドなどが例示できる。 The electrolytic solution used in a microbial fuel cell has proton conductivity and contains a substrate that is oxidatively decomposed by microorganisms. The substrate is not particularly limited as long as it is a substance that can be metabolized by the microorganism that donates electrons. For example, in addition to organic substances such as sugars, proteins and lipids, inorganic substances such as ammonia may be mentioned, and one or more of them may be contained. Therefore, as the electrolytic solution, domestic wastewater, industrial wastewater, etc. that satisfy the above conditions can be used. Further, a mediator responsible for electron transfer between the microorganism and the anode may be introduced, and examples thereof include methylene blue and neutral red.

微生物燃料電池における電子を供与する微生物は、前記基質を酸化分解し電子を生成するアノード反応を生起するものであれば、単一種でも複数種であってもよい。また、微生物は電解槽内を浮遊あるいはアノード上へ固定化することで電解槽内に保持する。微生物種は特に限定されないが、Shewanella属やGeobacter属に属するものが例示できる。 The microorganism that donates electrons in the microbial fuel cell may be a single type or a plurality of types as long as it causes an anodic reaction that oxidatively decomposes the substrate to generate electrons. In addition, microorganisms are retained in the electrolytic cell by floating in the electrolytic cell or immobilizing on the anode. The microbial species are not particularly limited, and those belonging to the genus Shewanella and the genus Geobacter can be exemplified.

以下に、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、以下の実施例は本発明の権利範囲を何ら制限するものではない。尚、実施例および比較例における「部」は「質量部」を表す。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the following Examples do not limit the scope of rights of the present invention. In addition, "part" in an Example and a comparative example represents a "mass part".

<水性樹脂微粒子分散体の調製>
[合成例1]
攪拌器、温度計、滴下ロート、還流器を備えた反応容器に、イオン交換水40部と界面活性剤としてアデカリアソープSR−10(株式会社ADEKA製)0.2部とを仕込み、別途、メチルメタクリレート48.5部、ブチルアクリレート50部、アクリル酸1部、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン0.5部、イオン交換水53部および界面活性剤としてアデカリアソープSR−10(株式会社ADEKA製)1.8部をあらかじめ混合しておいたプレエマルションのうちの1%をさらに加えた。内温を70℃に昇温し十分に窒素置換した後、過硫酸カリウムの5%水溶液10部の10%を添加し重合を開始した。反応系内を70℃で5分間保持した後、内温を70℃に保ちながらプレエマルションの残りと過硫酸カリウムの5%水溶液の残りを3時間かけて滴下し、さらに2時間攪拌を継続した。固形分測定にて転化率が98%超えたことを確認後、温度を30℃まで冷却した。25%アンモニア水を添加して、pHを8.5とし、さらにイオン交換水で固形分を40%に調整して水性樹脂微粒子分散体を得た。なお、固形分は、150℃20分焼き付け残分により求めた。
<Preparation of aqueous resin fine particle dispersion>
[Synthesis Example 1]
In a reaction vessel equipped with a stirrer, a thermometer, a dropping funnel, and a recirculator, 40 parts of ion-exchanged water and 0.2 part of ADEKA CORPORATION SR-10 (manufactured by ADEKA Corporation) as a surfactant are charged separately. 48.5 parts of methyl methacrylate, 50 parts of butyl acrylate, 1 part of acrylic acid, 0.5 part of 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane, 53 parts of ion-exchanged water, and ADEKA CORPORATION SR-10 as a surfactant (ADEKA Corporation) (Manufactured) 1.8 parts of the pre-emulsion mixed in advance was further added. After raising the internal temperature to 70 ° C. and sufficiently substituting with nitrogen, 10% of 10 parts of a 5% aqueous solution of potassium persulfate was added to initiate polymerization. After keeping the inside of the reaction system at 70 ° C. for 5 minutes, the rest of the pre-emulsion and the rest of the 5% aqueous solution of potassium persulfate were added dropwise over 3 hours while keeping the internal temperature at 70 ° C., and stirring was continued for another 2 hours. .. After confirming that the conversion rate exceeded 98% by solid content measurement, the temperature was cooled to 30 ° C. 25% aqueous ammonia was added to adjust the pH to 8.5, and the solid content was adjusted to 40% with ion-exchanged water to obtain an aqueous resin fine particle dispersion. The solid content was determined from the baking residue at 150 ° C. for 20 minutes.

<化合物(E)の製造[エポキシ基含有化合物の製造]>
[製造例1]
攪拌器、温度計、滴下ロート、還流器を備えた反応容器にイソプロピルアルコール20部、水20部を仕込み、別途、メチルメタクリレート40部、メチルアクリレート40部、グリシジルメタクリレート20部を滴下槽1に、また、過硫酸カリウム2部をイソプロピルアルコール30部および水30部に溶解させて滴下槽2に仕込んだ。内温を80℃に昇温し十分に窒素置換した後、滴下槽1、2を2時間かけて滴下し、重合を行った。滴下終了後、内温を80℃に保ったまま1時間攪拌を続け、固形分測定にて転化率が98%超えたことを確認後、温度を30℃まで冷却し、固形分40%のエポキシ基含有化合物(メチルメタクリレート/メチルアクリレート/グリシジルメタクリレート共重合体)溶液を得た。なお、固形分は、150℃20分焼き付け残分により求めた。
<Production of compound (E) [Production of epoxy group-containing compound]>
[Manufacturing Example 1]
20 parts of isopropyl alcohol and 20 parts of water were charged in a reaction vessel equipped with a stirrer, a thermometer, a dropping funnel, and a recirculator, and 40 parts of methyl methacrylate, 40 parts of methyl acrylate, and 20 parts of glycidyl methacrylate were separately added to the dropping tank 1. Further, 2 parts of potassium persulfate was dissolved in 30 parts of isopropyl alcohol and 30 parts of water and charged into the dropping tank 2. After raising the internal temperature to 80 ° C. and sufficiently replacing the nitrogen with nitrogen, the dropping tanks 1 and 2 were dropped over 2 hours to carry out polymerization. After completion of the dropping, stirring was continued for 1 hour while maintaining the internal temperature at 80 ° C., and after confirming that the conversion rate exceeded 98% by solid content measurement, the temperature was cooled to 30 ° C., and the epoxy having a solid content of 40%. A group-containing compound (methyl methacrylate / methyl acrylate / glycidyl methacrylate copolymer) solution was obtained. The solid content was determined from the baking residue at 150 ° C. for 20 minutes.

<化合物(E)の製造[アミド基含有化合物の製造]>
[製造例2]
攪拌器、温度計、滴下ロート、還流器を備えた反応容器に、水90部を仕込み、別途、アクリルアミド20部を滴下槽1に、また、過硫酸カリウム2部を水90部に溶解させて滴下槽2に仕込んだ。内温を80℃に昇温し十分に窒素置換した後、滴下槽1、2を2時間かけて滴下し、重合を行った。滴下終了後、内温を80℃に保ったまま1時間攪拌を続け、固形分測定にて転化率が98%超えたことを確認後、温度を30℃まで冷却し、固形分40%のアミド基含有化合物(ポリアクリルアミド)溶液を得た。なお、固形分は、150℃20分焼き付け残分により求めた。
<Production of compound (E) [Production of amide group-containing compound]>
[Manufacturing Example 2]
90 parts of water is charged in a reaction vessel equipped with a stirrer, a thermometer, a dropping funnel, and a refluxer, and 20 parts of acrylamide is separately dissolved in the dropping tank 1 and 2 parts of potassium persulfate is dissolved in 90 parts of water. It was charged in the dropping tank 2. After raising the internal temperature to 80 ° C. and sufficiently replacing the nitrogen with nitrogen, the dropping tanks 1 and 2 were dropped over 2 hours to carry out polymerization. After completion of the dropping, stirring was continued for 1 hour while maintaining the internal temperature at 80 ° C., and after confirming that the conversion rate exceeded 98% by solid content measurement, the temperature was cooled to 30 ° C. and amide having a solid content of 40%. A group-containing compound (polyacrylamide) solution was obtained. The solid content was determined from the baking residue at 150 ° C. for 20 minutes.

[製造例3]
攪拌器、温度計、滴下ロート、還流器を備えた反応容器に、水40部を仕込み、別途、2−エチルヘキシルアクリレート40部、スチレン40部、ジメチルアクリルアミド20部を滴下槽1に、また、過硫酸カリウム2部を水60部に溶解させて滴下槽2に仕込んだ。内温を80℃に昇温し十分に窒素置換した後、滴下槽1、2を2時間かけて滴下し、重合を行った。滴下終了後、内温を80℃に保ったまま1時間攪拌を続け、固形分測定にて転化率が98%超えたことを確認後、温度を30℃まで冷却し、固形分40%のアミド基含有化合物(2−エチルヘキシルアクリレート/スチレン/ジメチルアクリルアミド共重合体)溶液を得た。なお、固形分は、150℃20分焼き付け残分により求めた。
[Manufacturing Example 3]
40 parts of water was charged in a reaction vessel equipped with a stirrer, a thermometer, a dropping funnel, and a refluxer, and 40 parts of 2-ethylhexyl acrylate, 40 parts of styrene, and 20 parts of dimethylacrylamide were separately added to the dropping tank 1 and excess. Two parts of potassium sulfate were dissolved in 60 parts of water and charged into the dropping tank 2. After raising the internal temperature to 80 ° C. and sufficiently replacing the nitrogen with nitrogen, the dropping tanks 1 and 2 were dropped over 2 hours to carry out polymerization. After completion of the dropping, stirring was continued for 1 hour while maintaining the internal temperature at 80 ° C., and after confirming that the conversion rate exceeded 98% by solid content measurement, the temperature was cooled to 30 ° C. and amide having a solid content of 40%. A group-containing compound (2-ethylhexyl acrylate / styrene / dimethylacrylamide copolymer) solution was obtained. The solid content was determined from the baking residue at 150 ° C. for 20 minutes.

<化合物(E)の製造[水酸基含有化合物の製造]>
[製造例4]
攪拌器、温度計、滴下ロート、還流器を備えた反応容器に、イソプロピルアルコール20部、水20部を仕込み、別途、メチルメタクリレート40部、ブチルアクリレート40部、2−ヒドロキシエチルメタクリレート20部を滴下槽1に、また、過硫酸カリウム2部をイソプロピルアルコール30部および水30部に溶解させて滴下槽2に仕込んだ。内温を80℃に昇温し十分に窒素置換した後、滴下槽1、2を2時間かけて滴下し、重合した。滴下終了後、内温を80℃に保ったまま1時間攪拌を続け、固形分測定にて転化率が98%超えたことを確認後、温度を30℃まで冷却し、固形分40%の水酸基含有化合物(メチルメタクリレート/ブチルアクリレート/2−ヒドロキシエチルメタクリレート共重合体)溶液を得た。なお、固形分は、150℃20分焼き付け残分により求めた。
<Production of compound (E) [Production of hydroxyl group-containing compound]>
[Manufacturing Example 4]
20 parts of isopropyl alcohol and 20 parts of water are charged in a reaction vessel equipped with a stirrer, a thermometer, a dropping funnel, and a recirculator, and 40 parts of methyl methacrylate, 40 parts of butyl acrylate, and 20 parts of 2-hydroxyethyl methacrylate are separately added dropwise. In the tank 1, 2 parts of potassium persulfate was dissolved in 30 parts of isopropyl alcohol and 30 parts of water and charged into the dropping tank 2. After raising the internal temperature to 80 ° C. and sufficiently replacing the nitrogen with nitrogen, the dropping tanks 1 and 2 were dropped over 2 hours to polymerize. After completion of the dropping, stirring was continued for 1 hour while maintaining the internal temperature at 80 ° C., and after confirming that the conversion rate exceeded 98% by solid content measurement, the temperature was cooled to 30 ° C. and a hydroxyl group having a solid content of 40%. A solution of the containing compound (methyl methacrylate / butyl acrylate / 2-hydroxyethyl methacrylate copolymer) was obtained. The solid content was determined from the baking residue at 150 ° C. for 20 minutes.

[合成例2〜16]
表1、表2、表3に示す配合組成で、合成例1と同様の方法で合成し、合成例2〜16の水性樹脂微粒子分散体を得た。ただし、合成例15、16は乳化重合時に樹脂が凝集し、目的の樹脂微粒子を得ることができなかった。
[Synthesis Examples 2 to 16]
The compounding compositions shown in Tables 1, 2 and 3 were synthesized in the same manner as in Synthesis Example 1 to obtain aqueous resin fine particle dispersions of Synthesis Examples 2 to 16. However, in Synthesis Examples 15 and 16, the resin aggregated during emulsion polymerization, and the desired resin fine particles could not be obtained.

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<卑金属酸化物系触媒>
[製造例5]
オキシジルコニウムフタロシアニン(大日精化社製)を、電気炉にてH2/O2/Ar(体積比0.02/0.005/0.975)混合ガス雰囲気下、1000℃で10時間熱処理を行い、得られた粉体を乳鉢で粉砕し、卑金属酸化物系触媒を得た。
<Base metal oxide catalyst>
[Manufacturing Example 5]
Oxyzirconium phthalocyanine (manufactured by Dainichiseika Co., Ltd.) is heat-treated in an electric furnace at 1000 ° C. for 10 hours under a mixed gas atmosphere of H 2 / O 2 / Ar (volume ratio 0.02 / 0.005 / 0.975). The obtained powder was pulverized in a dairy pot to obtain a base metal oxide-based catalyst.

<炭素触媒>
[製造例6]
ケッチェンブラック(ライオン社製)と鉄フタロシアニン(山陽色素社製)を、質量比1/0.5で秤量し、粒子複合化装置メカノフュージョン(ホソカワミクロン社製)にて乾式混合し、混合物を得た。上記混合物を、アルミナ製るつぼに充填し、電気炉にて窒素雰囲気下、800℃で2時間熱処理を行い、炭素触媒を得た。
<Carbon catalyst>
[Manufacturing Example 6]
Ketjen black (manufactured by Lion) and iron phthalocyanine (manufactured by Sanyo Dye) are weighed at a mass ratio of 1 / 0.5 and dry-mixed with a particle compounding device Mechanofusion (manufactured by Hosokawa Micron) to obtain a mixture. It was. The above mixture was filled in an alumina crucible and heat-treated in an electric furnace at 800 ° C. for 2 hours in a nitrogen atmosphere to obtain a carbon catalyst.

<微生物燃料電池電極形成用組成物の調整>
[実施例1]
白金担持炭素材料としてTEC10E50E(田中貴金属工業社製)4.8部、水性液状媒体として水30.2部、更に増粘剤としてカルボキシメチルセルロース水溶液60部(固形分2%)をミキサーに入れて混合し、更にサンドミルに入れて分散した。その後、合成例1に記載の水性樹脂微粒子分散体5部(固形分40%)を加えディスパーで混合し、合材インキを得た。
<Adjustment of composition for forming microbial fuel cell electrode>
[Example 1]
4.8 parts of TEC10E50E (manufactured by Tanaka Kikinzoku Kogyo Co., Ltd.) as a platinum-supported carbon material, 30.2 parts of water as an aqueous liquid medium, and 60 parts of a carboxymethyl cellulose aqueous solution (solid content 2%) as a thickener are put into a mixer and mixed. Then, it was further put into a sand mill and dispersed. Then, 5 parts (solid content 40%) of the aqueous resin fine particle dispersion described in Synthesis Example 1 was added and mixed with a disper to obtain a mixed material ink.

[実施例2〜49、比較例1〜12]
表4、5、6および7に示す導電材、酸素還元触媒、水性樹脂微粒子、水性液状媒体を用いて、実施例1と同様の方法で合材インキを作製し、実施例2〜49および比較例1〜12の合材インキを得た。
[Examples 2-49, Comparative Examples 1-12]
Using the conductive materials, oxygen reduction catalysts, aqueous resin fine particles, and aqueous liquid medium shown in Tables 4, 5, 6 and 7, mixed material inks were prepared in the same manner as in Example 1 and compared with Examples 2 to 49. The mixture inks of Examples 1 to 12 were obtained.

<微生物燃料電池用電極の作成>
電極に用いる導電性基材への撥水処理は、ここではカーボンクロスをPTFE溶液に浸漬、乾燥した後、380℃で加熱処理した。このカーボンクロスの片側に実施例1の合材インキを触媒量が0.5mg/cm2となるよう塗布した後、110℃で30分間加熱乾燥し微生物燃料電池用電極を作製した。
<Creation of electrodes for microbial fuel cells>
In the water-repellent treatment of the conductive substrate used for the electrode, the carbon cloth was immersed in a PTFE solution, dried, and then heat-treated at 380 ° C. The mixture ink of Example 1 was applied to one side of the carbon cloth so that the catalyst amount was 0.5 mg / cm 2, and then heated and dried at 110 ° C. for 30 minutes to prepare an electrode for a microbial fuel cell.

表4、5、6および7に示す実施例2〜49および比較例1〜12の合材インキを用いて、前記微生物燃料電池用電極と同様の方法で、それぞれ微生物燃料電池用電極を作製した。 Using the mixture inks of Examples 2 to 49 and Comparative Examples 1 to 12 shown in Tables 4, 5, 6 and 7, the electrodes for the microbial fuel cell were prepared in the same manner as the electrodes for the microbial fuel cell, respectively. ..

(電極の密着性)
上記で作製した各電極に、ナイフを用いて電極表面から基材に達する深さまでの切込みを2mm間隔で縦横それぞれ6本の碁盤目の切り込みを入れた。この切り込みに粘着テープを貼り付けて直ちに引き剥がし、触媒の脱落の程度を目視でそれぞれ判定した。評価基準を下記に示す。結果を表4〜7に示す。
○:「剥離なし(実用上問題のないレベル)」
○△:「わずかに剥離(問題はあるが使用可能レベル)」
△:「半分程度剥離」
×:「ほとんどの部分で剥離」
(Adhesion of electrodes)
Each of the electrodes prepared above was cut with a knife from the surface of the electrode to the depth reaching the base material, and six grid cuts were made in each of the vertical and horizontal directions at 2 mm intervals. Adhesive tape was attached to this notch and immediately peeled off, and the degree of catalyst dropout was visually determined. The evaluation criteria are shown below. The results are shown in Tables 4-7.
◯: "No peeling (level without practical problem)"
○ △: "Slight peeling (problem but usable level)"
Δ: "Half peeling"
×: "Peeling in most parts"

Figure 0006834524
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表4、5、6および7の結果から、水性樹脂微粒子と導電材及び/または酸素還元触媒を含有する合材インキは、電極を作製した際に、溶解系の樹脂を使用した場合と比べて密着性が向上した。 From the results shown in Tables 4, 5, 6 and 7, the mixture ink containing the aqueous resin fine particles and the conductive material and / or the oxygen reduction catalyst was compared with the case where the dissolved resin was used when the electrode was prepared. Adhesion has improved.

<微生物燃料電池>
本発明の微生物燃料電池による評価は、一槽型構成で実施した。
<Microbial fuel cell>
The evaluation by the microbial fuel cell of the present invention was carried out in a one-tank configuration.

30mLの容量を持つ電解槽内で、電子供与微生物として、Shewanella oneidenis MR−1(単一培養、105cells/mL)と水田土壌の混合液を30℃で3日間嫌気的に培養した後、電解質溶液としてK2HPO4/KH2PO4(pH7.0)の緩衝溶液を使用し、栄養基質として酢酸ナトリウムを含む生活廃水を2.0gCOD/L/日(COD:化学的酸素要求量)を連続的に流入させた。アノードの導電性支持体としてカーボンフェルトを電解槽に挿入し、カソードとしては実施例1〜49および比較例1〜12の電極をそれぞれ電解槽側面に設置した。 After anaerobically culturing a mixed solution of Shewanella monoidenis MR-1 (single culture, 15 cells / mL) and paddy soil at 30 ° C. for 3 days as an electron donating microorganism in an electrolytic tank having a capacity of 30 mL. A buffer solution of K 2 HPO 4 / KH 2 PO 4 (pH 7.0) is used as the electrolyte solution, and 2.0 g COD / L / day (COD: chemical oxygen demand) of domestic wastewater containing sodium acetate as a nutritional substrate. Was continuously infused. Carbon felt was inserted into the electrolytic cell as the conductive support of the anode, and the electrodes of Examples 1 to 49 and Comparative Examples 1 to 12 were installed on the side surfaces of the electrolytic cell as the cathode, respectively.

(微生物燃料電池の発電試験)
ポテンショ・ガルバノスタット(VersaSTAT3、Princeton Applied Research社製)を用いて、室温下で電流−電圧測定を行い、評価した。発電特性として、実施例1〜10、41、42および比較例2、3の発電特性は比較例1の電極単位面積当たりの発電量に対する各電極おける単位面積当たりの発電量の百分率(%)を求めた。同様に、実施例11〜20、43、44および比較例5、6は比較例4、実施例21〜30、45、46、47および比較例8、9は比較例7、実施例31〜40、48、49および比較例11、12は比較例10の電極単位面積当たりの発電量に対する各電極おける単位面積当たりの発電量の百分率(%)を求めた。
(Power generation test of microbial fuel cell)
Current-voltage measurements were performed and evaluated at room temperature using a potentio galvanostat (VersaSTAT3, manufactured by Princeton Applied Research). As the power generation characteristics, the power generation characteristics of Examples 1 to 10, 41, 42 and Comparative Examples 2 and 3 are the percentage (%) of the power generation amount per unit area of each electrode with respect to the power generation amount per electrode unit area of Comparative Example 1. I asked. Similarly, Examples 11-20, 43, 44 and Comparative Examples 5 and 6 are Comparative Example 4, Examples 21-30, 45, 46, 47 and Comparative Examples 8 and 9 are Comparative Example 7 and Examples 31-40. , 48, 49 and Comparative Examples 11 and 12 determined the percentage (%) of the power generation amount per unit area of each electrode with respect to the power generation amount per unit area of the electrode of Comparative Example 10.

表4、5、6および7に示す結果から、水性樹脂微粒子と酸素還元触媒の組み合わせにより発電量が増大していることが分かる。これは水性樹脂微粒子が触媒に対して点結着しているため、反応界面が比較例1より増大し発電特性が向上したと考えられる。更に、水性樹脂微粒子の量を減らしても密着性は保ったまま、発電特性は向上した。これは水性樹脂微粒子が高い密着性を有するため、含有量を減らしても密着性に問題はなく、抵抗となる樹脂が減った分、発電特性が向上したものと考えられる。 From the results shown in Tables 4, 5, 6 and 7, it can be seen that the amount of power generation is increased by the combination of the aqueous resin fine particles and the oxygen reduction catalyst. It is considered that this is because the aqueous resin fine particles are point-bonded to the catalyst, so that the reaction interface is increased as compared with Comparative Example 1 and the power generation characteristics are improved. Furthermore, even if the amount of the aqueous resin fine particles was reduced, the power generation characteristics were improved while maintaining the adhesiveness. This is because the water-based resin fine particles have high adhesion, so there is no problem in adhesion even if the content is reduced, and it is considered that the power generation characteristics are improved by the amount of the resin that becomes resistance.

Claims (8)

導電材及び/または酸素還元触媒と、平均粒子径が10〜500nmである水性樹脂微粒子とを含有する微生物燃料電池電極形成用組成物。 A composition for forming a microbial fuel cell electrode containing a conductive material and / or an oxygen reduction catalyst and aqueous resin fine particles having an average particle size of 10 to 500 nm. 水性樹脂微粒子がアクリル系乳化重合物を含む請求項1記載の微生物燃料電池電極形成用組成物。
The composition for forming a microbial fuel cell electrode according to claim 1, wherein the aqueous resin fine particles contain an acrylic emulsion polymer.
導電材がカーボン材料である請求項1または2記載の微生物燃料電池電極形成用組成物。
The composition for forming a microbial fuel cell electrode according to claim 1 or 2, wherein the conductive material is a carbon material.
酸素還元触媒が貴金属触媒、卑金属酸化物触媒、炭素触媒および活性炭からなる群より選ばれる一つ以上である請求項1〜3いずれか記載の微生物燃料電池電極形成用組成物。
The composition for forming a microbial fuel cell electrode according to any one of claims 1 to 3, wherein the oxygen reduction catalyst is one or more selected from the group consisting of a noble metal catalyst, a base metal oxide catalyst, a carbon catalyst and activated carbon.
さらに、水性液状媒体を含有する請求項1〜4いずれか記載の微生物燃料電池電極形成用組成物。
The composition for forming a microbial fuel cell electrode according to any one of claims 1 to 4, further comprising an aqueous liquid medium.
請求項1〜5いずれか記載の微生物燃料電池電極形成用組成物を用いることを特徴とする微生物燃料電池用電極。
An electrode for a microbial fuel cell, which comprises using the composition for forming a microbial fuel cell electrode according to any one of claims 1 to 5.
微生物燃料電池の液面、液中、側面、底面のいずれかに設置され、一面が槽外部の空気と接触しその裏面が電解液と接触する、請求項6記載の微生物燃料電池用電極。
The electrode for a microbial fuel cell according to claim 6, which is installed on any of the liquid surface, the liquid surface, the side surface, and the bottom surface of the microbial fuel cell, one surface of which is in contact with air outside the tank and the back surface of which is in contact with an electrolytic solution.
請求項6または7記載の微生物燃料電池用電極を用いることを特徴とする微生物燃料電池。 A microbial fuel cell according to claim 6 or 7, wherein the microbial fuel cell electrode is used.
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