JPH0930811A - 沈降珪酸、その製法及びこれを含有するバッテリーセパレータ - Google Patents

沈降珪酸、その製法及びこれを含有するバッテリーセパレータ

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JPH0930811A JP8189284A JP18928496A JPH0930811A JP H0930811 A JPH0930811 A JP H0930811A JP 8189284 A JP8189284 A JP 8189284A JP 18928496 A JP18928496 A JP 18928496A JP H0930811 A JPH0930811 A JP H0930811A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 沈降珪酸 【解決の手段】 硫酸ナトリウム4〜18重量%を含有
し、特に下記の物理化学的特性値: 硫酸ナトリウム含量:4〜14重量% BET−表面積(DIN66131):100〜190
/g DBP−吸着(無水)(DIN53601、ASTM
D 2414):208〜250g/100g 乾燥損失(DIN ISO 787/II):3.0〜
6.5重量% ALPINE−ジェット篩を用いる篩残分:>63μm≦10.0重量% >150μm≦0.1重量% >250μm≦0.01重量% を有する沈降珪酸。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、沈降珪酸、その製
法及びこれをバッテリーセパレータ中で使用することに
関する。
【0002】
【従来の技術】沈降珪酸を微孔性ポリエチレン−バッテ
リーセパレータを製造するために使用することは公知で
ある(米国特許第3351495号、第4024323
号、第4681750号明細書)。これらの珪酸に共通
なことは、沈殿反応で得られる塩が濾過の間に<2.5
重量%の含量まで水で洗浄することによってフィルター
ケーキから除去されることである。≦2.5重量%の塩
の含量は、乾燥させた珪酸中で測定された塩含量に対す
る。これはフィルターケーキ中で塩含量0.625%に
相応する(例えば米国特許第4681750号明細書第
8段、例1、20〜23行及び第1表、例1〜3参
照)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、硫酸
ナトリウム含量4〜18重量%を有する沈降珪酸であ
る。
【0004】
【課題を解決するための手段】特にこの沈降珪酸は、下
記物理化学的特性値により特徴付けられる: 硫酸ナトリウム含量:4〜18、特に4〜14重量% BET−表面積(DIN66131):100〜190
/g DBP−吸着(無水)(DIN53601、ASTM
D 2414):208〜250g/100g 乾燥損失(2時間/105℃)(DIN ISO 78
7/II、ASTM D 280、JIS K 510
1/21):3.0〜6.5重量% ALPINE−エアジェット篩を用いる篩残分:>63μm≦10.0重量% >150μm≦0.1重量% >250μm≦0.01重量%。
【0005】本発明のもう一つの目的は、硫酸ナトリウ
ム4〜18重量%を含有し、特に下記物理化学的特性
値: 硫酸ナトリウム含量:4〜18重量%、特に4〜14重
量% BET−表面積(DIN66131):100〜190
/g DBP−吸着(無水)(DIN53601、ASTM
D 2414):208〜250g/100g 乾燥損失(2時間/105℃)(DIN ISO 78
7/II、ASTM D 280、JIS K 510
1/21):3.0〜6.5重量% ALPINE−エアジェット篩を用いる篩残分:>63μm≦10.0重量% >150μm≦0.1重量% >250μm≦0.01重量% を有する沈降珪酸の製法であるが、これは、沈殿容器中
に攪拌下で熱湯を前装入し、SiO:NaOの係数
(Modul)=3.22±0.05(SiO=2
7.73±0.70重量%;NaO=8.9±0.2
0重量%;密度1.362±0.025g/ml)を有
する水ガラスをアルカリ数が7±1[アルカリ数は指示
薬としてフェノールフタレインを使用する際に前装入溶
液100mlを中和するために必要な1NのHClの消
費量(ミリリットル)である]に達するまで添加し、そ
の後、温度90〜93℃に加熱し、この温度で、同じ組
成の水ガラスを更に添加し、硫酸を同時に2カ所の相互
に別々の場所で、アルカリ数7±1を保つように添加す
るその後の全沈殿時間の間保持し、その後沈降珪酸懸濁
液を硫酸でpH値3.0〜4.0まで酸性にし、固体含
量72〜88g/lを有する沈降珪酸懸濁液を圧濾器で
分離し、得られた未洗浄の硫酸ナトリウム含有の沈降珪
酸フィルターケーキを水及び機械的せん断力を用いて液
化させ、遠心分離噴霧器を有するスプレー乾燥器を用い
て回転数8500〜10000rpmで乾燥させ、ハン
チントンミルを用いて粉砕することを特徴とする。
【0006】硫酸としては、濃度90〜98重量%、有
利には93〜95重量%を有する濃硫酸を使用すること
ができる。
【0007】沈殿の間に水ガラス溶液及び硫酸の同時添
加に際して、流入速度は水ガラス溶液では9.800〜
11.700kg/時間及び硫酸では1.300〜1.
600kg/時間を維持することができる。
【0008】本発明の態様の一つでは、90〜93℃で
90分間の沈殿時間後に水ガラス溶液の供給を中止し、
硫酸の添加をpH−値8.5に達するまで続けることが
できる。その後、硫酸添加も中止し、珪酸分散液を90
〜93℃で30分間熟成させることができる。この熟成
期後に、硫酸供給を再び開始し、pH=3.0〜4.0
の酸性にすることができる。
【0009】本発明の態様の一つでは、噴霧乾燥器の代
わりにスピンフラッシュ乾燥器を使用することができ、
その際、洗浄してないフィルターケーキは固体含量29
〜37重量%を有し、場合により粉砕を省略することが
できる。
【0010】本発明のもう一つの態様では、珪酸を粉砕
するためにハンチントンミル(Pendelmuehl
e)の代わりに十字流ミル(Querstrommue
hle)を使用することができる。
【0011】本発明のもう一つの目的は、硫酸ナトリウ
ム4〜14重量%を含有し、特に下記物理化学的特性
値: 硫酸ナトリウム含量:4〜18、特に4〜14重量% BET−表面積(DIN66131):100〜190
/g DBP−吸着(無水)(DIN53601、ASTM
D 2414):208〜250g/100g 乾燥損失(2時間/105℃)(DIN ISO 78
7/II、ASTM D 280、JIS K 510
1/21):3.0〜6.5重量% ALPINE−エアジェット篩を用いる篩残分:>63μm≦10.0重量% >150μm≦0.1重量% >250μm≦0.01重量% を有する沈降珪酸を、バッテリーセパレータ、特に鉛−
酸−バッテリー用のポリエチレン−珪酸−バッテリーセ
パレータ中に使用することである。
【0012】本発明による沈降珪酸は、鉛−酸−バッテ
リー用のバッテリーセパレータ(微孔性分離構造物)中
に濃度50〜75重量%で使用することができる。
【0013】本発明による沈降珪酸は、バッテリー用の
微孔性分離構造物を製造する際に、高分子量を有するポ
リエチレン、沈降珪酸、処理液体及び安定化剤を強力に
混合し、粉末混合物を押出し成形により更に加工してシ
ート厚0.2〜0.5mmを有するシートにし、処理液
体を抽出することによって使用することができる。
【0014】本発明による硫酸ナトリウム含有の噴霧乾
燥した珪酸を使用する、バッテリーセパレータシートの
製造は、自体公知の方法で、例えば米国特許第3351
495号、第4237083号明細書又は西ドイツ特許
(DE−AS)第1496123号明細書により製造す
ることができる。
【0015】本発明のもう一つの目的は、本発明による
沈降珪酸を含有するバッテリーセパレータである。本発
明の態様の一つでは、本発明の目的は、ポリエチレンか
ら成り、本発明による沈降珪酸を含有する、鉛−酸−バ
ッテリー用のバッテリーセパレータに関する。
【0016】高い塩含量4〜18重量%、特に4〜14
重量%(105℃で2時間にわたって乾燥させた物質に
対する)を有する本発明による沈降珪酸は、従来の入手
可能な沈降珪酸に比して著しく経済的に製造することが
できる。即ち、原料、水及びエネルギーの種々の費用を
一次的に7〜12重量%だけ下げる;これは総製造費の
約5%である。更に、洗浄時間がなくなるか又は減少す
るので、濾過に際して固定製造費も著しく減らすことが
できる。また洗浄水費用も全くか又は部分的になくな
る。乾燥分野ではエネルギー費用の40%まで節約する
ことができる。塩含量の上昇は、珪酸の粉砕に際して装
入量を高める。より高い嵩密度又は粉砕重量は包装−及
び輸送費用を減少させる。
【0017】これらの著しい経済学的利点の他に、排水
中への塩流出も明らかに減少させる: 1.5重量%の
残塩含量で珪酸製造で生じる塩量の合計97%が排水中
に達するが、約10重量%の残塩含量では生成された塩
量の84%だけがなお工程からの排水へ流入するにすぎ
ない;これは合計して全生成塩量の13〜14%の軽減
である。
【0018】本発明による沈降珪酸を標準処方でポリエ
チレン−SiO−バッテリーセパレータに加工する場
合には、これは質量圧及びトルク値に関して非常に安定
な加工挙動を示す。塩分の少ない(1〜2%)噴霧乾燥
した珪酸が全く又は非常に困難にしか加工できないと判
明しているのに対して、本発明による珪酸はこの点で一
般に全く不足はない。高い塩含量は、ポリマー−珪酸−
溶融物の高すぎる粘度を押さえ、それによって押出し機
中の高すぎる溶融圧生成を阻止し、更に高すぎる回転モ
ーメント(トルク)が生じることを阻止する。
【0019】極めて意外にも、本発明による珪酸を用い
て製造したPE−SiO−セパレータは、バッテリー
酸中に2週間貯蔵した後に(本発明による珪酸の僅かな
SiO含量から電気抵抗の上昇が予期されたにも拘わ
らず)、塩含量1〜2%しか有さない珪酸を有するよう
なセパレータの電気抵抗の66%しか有さないことが判
明した。
【0020】例 下記原料: 超高分子量ポリエチレン 9.8〜10.9重量% カーボンブラックマスターバッチ (Russmasterbatch) 0.1〜 0.2重量% 安定化剤 0.1〜 0.3重量% 沈降珪酸 28.5〜29.3重量% 鉱油 60.3〜60.6重量% を高速ミキサー中で強力に混合することによって粉末状
混合物にする。混合物の次の加工は二本スクリュ押出機
で温度175〜190℃で行う。セパレータシートの成
形は広幅スリット及び後に接続したカレンダーを用いて
行う。シート厚さは0.2〜0.25mmである。
【0021】押出し成形及びカレンダー仕上げに続い
て、抽出を行う。このために鉱油をn−ヘキサンを用い
る抽出により完全に除去する。引き続きセパレータシー
トから吸引したn−ヘキサンを室温で乾燥させることに
よって除去する。
【0022】沈降珪酸として、スプレー乾燥及びスピン
フラッシュ乾燥させた形の、NaSO−含量<2.
5重量%を有する珪酸及び4〜18重量%の範囲のNa
SO−含量を有する相応する本発明による珪酸を試
験する。それによって、低いNaSO−含量を有す
る下記珪酸と高めたNaSO−含量を有する珪酸を
比較する。
【0023】
【表1】
【0024】珪酸の吸収性及び混合物の製造に際して混
合物の流動性を評価する。混合物を添加する際及び押出
し成形する際に、押出機軸の回転モーメント(トルク)
及びノズル前の溶融圧を評価する。
【0025】回転モーメント測定は駆動モーターの電流
吸収に基付き、最高許容電流吸収を%で表わす。
【0026】溶融圧(バール)は、シリンダー壁前で指
針が溶融物中に浸漬している圧力測定ノズルを用いて測
定する。その際測定位置は、スクリュ末端とノズル先端
の間である。
【0027】得られたセパレータシートを下記のように
試験する: 電気絶縁抵抗の測定 セパレータシートの絶縁抵抗をシート厚さに対する表面
抵抗として測定し、その際シート試料を酸浴中で電気抵
抗に関して調べる。単位:mOhm×in/mil。
【0028】装置 −バッテリー−テスター 9100−2型低抵抗試験系
(Low Resistance Test Syst
em) 製造会社:Palico Instrument La
baratoriesU.S.A. −水浴/温度調節可能。
【0029】準備した試料のシート厚さを測定する。精
度±0.01mm。試料をバッテリー用酸中に保存す
る。バッテリー用酸中に20分間保存した後、試料を個
々にバッテリー−テスターの前以て準備しておいた装置
中に導入する。測定工程は、バッテリー−テスターの操
作指針に記載されているようにして行い、各々の測定デ
ータを記載する。得られた値から算術平均値を求める。
測定した試料を再びバッテリー用酸中に保存する。バッ
テリー用酸中に24時間保存した後、試料を個々にバッ
テリー−テスターの相応する装置中に導入する。測定工
程はバッテリー−テスターの操作指針に記載されている
ようにして行い、各々の測定データを記載する。得られ
た値から算術平均値を求める。
【0030】引張強さ及び破断時の伸びの測定 セパレータシートの引張強さ及び破断時の伸びを、シー
ト試料を引き裂かれるまで引っ張ることによって測定す
る。その際引っ張り速度は一定に保つ。伸び及び使用し
た引張力を測定する。
【0031】装置: −ユニバーサル試験機 Typ TZM771 20K
N 製造会社:Otto Wolpert Werke G
mbH −付属物:薄いシート用の空気スパンヘッド(Pneu
matikspannkopf)。
【0032】製造会社:Otto Wolpert W
erke GmbH −付属物:Kraftaufnehmer500N 製造会社:Otto Wolpert Werke G
mbH −シート−回転セパレータ (Folien−Roll
enscheidmaschine) 試料から、各々条片4個(押し出し方向に対して横手方
向CMD)を100(CMD)×25(MD)mmの大
きさに切り取る。条片のシート厚さを測定する。精度±
0.01mm。ユニバーサル試験機は操作指針に応じて
調整する。個々の試験条片を、スパンヘッドとの間の距
離が50mmとなるように、ユニバーサル試験機の空気
スパンヘッド中に挟む。条片の挟み込み深さは、各々ス
パンヘッド25mmである。Kraftaufnehm
erは操作指針により0に合わせる。測定範囲0〜50
N。引張速度は500mm/分である。測定工程を開始
する。測定した値から算術平均値を求める。
【0033】測定評価: “引張強さ”:力吸収(N)/面(mm) (試験条片幅×試験条片厚さ)=引張強さ(N/m
) “破断時の伸び”:保持装置間の最初の長さに対する引
き裂き後の試料の全長に100%をかけると、破断時の
伸びが得られる。
【0034】押出しシートの破壊強度(破壊試験) セパレータシートの瞬間強度を、半円形先端を有する円
筒形のピンを試料に押し付けることによって、測定す
る。その際に生じる最大力が破壊強度の基準である。
【0035】装置: −デジタル制御を有する牽引及び圧力測定用の試験台、
Modell TCD−200 製造会社:Fa.Chatillon Force M
easurementDivision Greens
boro USA −牽引及び圧力測定装置DFI−10測定範囲0〜50
N 目盛り0.05N 製造会社:Fa.Chatillon Force M
easurementDivision Greens
boro USA −丸鋼製圧力ピン −鋼製支台 −薄鋼板穴あきマスク 準備した試料(試料の大きさ:150×180mm)を
支台上に載せ、穴あきマスクで固定する。測定装置を作
動する。各試料(3個)を5回試験する。各々別々の測
定工程が収量した後、圧力測定装置の表示で貫通圧力
(N)を読みとり、筆記する。得られた値から算術平均
値を求める。
【0036】押出し成形したシートの収縮測定 セパレータシートの長さ−及び幅変化(収縮)を、シー
トの製造工程間に、特に油抽出間に生じた寸法変化を求
め、定量化することによって測定する。
【0037】装置: −0.5mm目盛りを有する鋼物差 −600×350×250mmの乳白ガラス板を有する
光箱 −約5lの水浴用の写真皿 試料を測定する[押出し方向に対して縦方向(MD)及
び押出し方向に対して横方向(CMD)]。
【0038】測定1:精度:±0.25mm。試料を抽
出する(油抽出の方法指針と同様にして)。抽出し、油
減少した試料を測定する[押出し方向に対して縦方向
(MD)及び押出し方向に対して横方向(CMD)]。
【0039】測定2:精度:±0.25mm。測定1に
より調製し、処理した試料を引き続き60分間脱塩水中
に浸漬する。水貯蔵60分後に、試料を取り出し、セル
ロース布を用いて拭き取る。引き続き、試料を室温で8
時間保存する。試料を測定する[押出し方向に対して縦
方向(MD)及び押出し方向に対して横方向(CM
D)]。
【0040】測定3:精度:±0.25mm。
【0041】測定評価 “押出し収縮”:測定2/測定1×100−100=X
(%) “水収縮”:測定3/測定2×100−100=X
(%) 押出し成形したシートの油抽出 バッテリーセパレータ−シート(Blackshee
t)の抽出により、油を溶剤中へ移行させる。この油減
少シートはセパレータ製造工程の最終生成物(Grey
sheet)に相応する。油抽出で可能な限り均一な
残油含量12〜14%がシート中に残留するようにす
る。このためにシート切片(少なくとも10個)を紙て
こ形鋏を用いて一定の大きさに正確に切断する。
【0042】 寸法:MD=180mm MD=機械−操作方向 CMD=150mm CMD=機械操作方向に対して横
方向 シートからの油の抽出(その際、n−ヘキサンを抽出剤
として使用する)は、3個の10−l−特殊鋼容器中で
3段階で行う。
【0043】全試料(Blacksheet)を重量測
定する。精度:±0.01g。
【0044】試料を別々に溶剤中に入れる。
【0045】溶剤浴中の滞留時間 a)5〜10ミルシート:溶剤浴当たり1回毎に2分
間。
【0046】b)22ミルシート:溶剤浴当たり1回
毎に5分間。
【0047】 1ミル=0.0254mm シートは15分間空気を循環させて排気装置中で乾燥さ
せる。
【0048】全試料(Greysheet)を重量測定
する。精度:±0.01g。
【0049】例1(比較例):珪酸A 内容75mの容器中に、珪酸ナトリウム溶液(SiO
:NaO=3.22を有する、NaOの係数=
8.90重量%;SiO=27.73重量%)168
0kgを入れ、熱湯56.4mで90℃に調整する。
【0050】この混合物のアルカリ数(フェノールフタ
レインに対し、前装入溶液100ml当たりの1NHC
lの使用量)は7.0である。
【0051】90分間の間同時にアルカリ数=7及び温
度89〜91℃を一定に保ちながら、珪酸ナトリウム溶
液(57℃、SiO:NaOの係数=3.22を有
する、NaO=8.90重量%;SiO=27.7
3重量%)20910kg及び94%硫酸2820kg
を受器中に攪拌下で流入させる。
【0052】引き続き珪酸ナトリウム溶液の供給は中止
し、94%硫酸の供給は続ける。30分間に硫酸545
kgを攪拌下で珪酸懸濁液中に入れるが、懸濁液のpH
−値はこれによって3.0である。懸濁液の固体含量は
SiO87g/lである。
【0053】沈降珪酸懸濁液を水45.420lで希釈
し、沈降珪酸を圧濾器を用いて分離し、引き続き水で洗
浄する。
【0054】固体含量が約20重量%であるフィルター
ケーキを、濃硫酸の添加下で機械的せん断力を用いてp
H−値3.7〜4.0で液化させ、引き続き高速回転の
“アトマイザー円板(Atomizer−Scheib
e)”を具備した噴霧乾燥器中で乾燥させる。1時間当
たり懸濁液約9.0mを噴霧し、噴霧乾燥させる。円
板の回転数は10000rpmである。1時間当たり珪
酸約1.8t(9m・20重量%=SiO1.8
t)が得られる。熱気体の流入温度は700〜750℃
であり、流出気体の温度は113〜118℃である。熱
気体中の珪酸粒子の平均滞留時間は約9〜10秒であ
る。噴霧乾燥沈降珪酸を濾過により熱気体流から分離
し、ハンチントンミルで粉砕する。物理−化学的データ
を第1表に記載する。
【0055】例2(比較例):珪酸B 内容75mの容器中に、珪酸ナトリウム溶液(SiO
:NaOの係数=3.22を有する、NaO=
8.90重量%;SiO=27.73重量%)172
5kg及び熱湯56.4mを混合し、93℃に調整す
る。前装入物のアルカリ数(フェノールフタレインに対
し、前装入溶液100ml当たりの1NHClの使用
量)は7.0である。
【0056】次の90分間の間、同時に攪拌下でアルカ
リ数=7の一定保持下で、珪酸ナトリウム溶液(Na
O8.90重量%及びSiO27.73重量%;Si
:NaO=3.22;温度57℃)16.076
kg及び94%硫酸2168kgを91〜93℃で受器
中に入れる。引き続き珪酸ナトリウム溶液の供給は中止
する。94%硫酸の供給は30分以内に更に攪拌しなが
ら、沈殿懸濁液のpH−値が3.0になるまで続ける。
得られた沈降珪酸懸濁液の固体含量は72g/lであ
る。懸濁液を水38.000lで希釈し、沈降珪酸を圧
濾器を用いて分離し、水で洗浄する。
【0057】洗浄工程後に、固体含量が19〜20重量
%であるフィルターケーキを、濃硫酸の添加下で機械的
せん断力を用いてpH−値3.0〜3.5で液化させ、
引き続き無段階に調節可能な回転数を有する高速回転の
“アトマイザー円板”を具備した噴霧乾燥器中で乾燥さ
せる。その際、懸濁液約7.4mを噴霧し、噴霧乾燥
させる。円板の回転数は8.500rpmである。1時
間当たり珪酸約1.5tが得られる。熱気体の流入温度
は700〜750℃であり、流出気体の温度は140〜
145℃である。噴霧乾燥させた沈降珪酸を濾過により
熱気体流から分離し、流量率約1.9t/時を有するノ
イマン−エッサー社(Firma Neumann−E
sser、Aachen)の篩機付きハンチントンミル
で粉砕する。その際、粉砕−及び篩条件を、第1表に記
載の粒度分布を有する生成物が生じるように選択する。
珪酸約5.25tが得られるが、その物理−化学的デー
タを第1表に記載する。
【0058】例3(比較例):珪酸C 内容75mの容器中に、珪酸ナトリウム溶液(SiO
:NaOの係数=3.22を有する、NaO8.
90重量%;SiO27.73重量%)1680kg
及び熱湯56.4mを混合し、90℃に調整する。こ
の混合物のアルカリ数(フェノールフタレインに対し、
前装入溶液100ml当たりの1NHClの使用量)は
7.0である。
【0059】90分間の間、同時にアルカリ数=7及び
温度90〜91℃の一定保持下で、珪酸ナトリウム溶液
(57℃、SiO:NaOの係数=3.22を有す
る、NaO8.90重量%及びSiO27.73重
量%)21140kg及び94%硫酸2851kgを受
器中に攪拌下で添加する。
【0060】引き続き珪酸ナトリウム溶液の添加は中止
し、94%硫酸の添加は、約25分後にpH−値8.5
になるまで続ける。
【0061】その後、引き続いてpH=8.5で30分
間の熟成期が続くが、その間酸も水ガラス溶液も添加し
ない。
【0062】最後に94%硫酸でpH−値約4.0に調
整する。10分間以内に得られた沈降珪酸の固体含量は
SiO88g/lである。
【0063】沈降珪酸懸濁液を水45.920lで希釈
し、沈降珪酸をカンマー圧濾器(Kammer−Fil
terpress)を用いて分離し、水で洗浄する。
【0064】その後、固体含量が約20重量%であるフ
ィルターケーキを、濃硫酸の添加下で機械的せん断力を
用いてpH−値3.7〜4.0で液化させ、引き続き高
速回転の“アトマイザー円板”を具備した噴霧乾燥器中
で乾燥させる。1時間当たり懸濁液約9.0mを噴霧
し、噴霧乾燥させる。円板の回転数は10000rpm
である。1時間当たり珪酸約1.8t(9m・20重
量%=SiO1.8t)が得られる。熱気体の流入温
度は700〜750℃であり、流出気体の温度は113
〜118℃である。熱気体中の珪酸粒子の平均滞留時間
は約9〜10秒である。噴霧乾燥沈降珪酸を濾過により
熱気体流から分離し、ハンチントンミルで粉砕する。物
理−化学的データが第1表に記載の珪酸が得られる。
【0065】例4 本発明による沈降珪酸の製造を例1と同様にして行う。
沈殿後、沈降珪酸を圧濾器を用いて沈殿懸濁液から分離
する。硫酸ナトリウム含有のフィルターケーキを洗浄し
ない。機械的せん断力を用いて−場合により少量の水の
添加下で−液化させ、例1と同様にして更に後処理す
る。物理−化学的データが第1表に記載の珪酸が得られ
る。
【0066】例5 本発明による沈降珪酸の製造を例2と同様にして行う。
沈殿後、沈降珪酸を圧濾器を用いて沈殿懸濁液から分離
する。硫酸ナトリウム含有のフィルターケーキを洗浄し
ないで、機械的せん断力を用いて−場合により少量の水
の添加下で−液化させ、例2と同様にして更に後処理す
る。物理−化学的データが第1表に記載の珪酸が得られ
る。
【0067】例6 本発明による沈降珪酸の製造を例3と同様にして行う。
沈殿後、沈降珪酸をカンマー圧濾器を用いて沈殿懸濁液
から分離する。硫酸ナトリウム含有のフィルターケーキ
を洗浄しないで、機械的せん断力を用いて濃硫酸の添加
下で(pH=3.7〜4.0まで)液化させ、例3と同
様にして更に後処理する。物理−化学的データが第1表
に記載の珪酸が得られる。
【0068】例7(比較例):珪酸D 珪酸Dの製造を例1による沈殿方法で行う。沈殿懸濁液
からの珪酸の分離は、膜圧濾器を用いて行う(固体含量
24%)。フィルターケーキをスピンフラッシュ乾燥さ
せる。引き続いて粉砕は行わない。この珪酸の物理−化
学的データは第1表に記載されている。
【0069】例8(比較例):珪酸E 珪酸Eの製造を例2による沈殿方法で行う。沈殿懸濁液
からの珪酸の分離は、膜圧濾器を用いて行う(固体含量
23%)。フィルターケーキをスピンフラッシュ乾燥さ
せる;引き続いて粉砕は行わない。この珪酸の物理−化
学的データは第2表に記載されている。
【0070】例9(比較例):珪酸F 珪酸Fの製造を例3による沈殿方法で行う。沈殿懸濁液
からの珪酸の分離は、膜圧濾器を用いて行う(固体含量
24%)。フィルターケーキをスピンフラッシュ乾燥さ
せる。粉砕は行わない。この珪酸の物理−化学的データ
は第2表に記載されている。
【0071】例10 本発明による沈降珪酸の製造は例7により行う。例7と
の唯一の相違は、硫酸ナトリウム含有のフィルターケー
キを洗浄しないことである。固体含量32.6%(Na
SO8.6%+SiO24%)を有するフィルタ
ーケーキが生じる。この珪酸の物理−化学的データは第
2表に記載されている。
【0072】例11 本発明による沈降珪酸の製造は例8により行う。例8と
の唯一の相違は、硫酸ナトリウム含有のフィルターケー
キを洗浄しないことである。固体含量31.9%(Na
SO8.9%+SiO23%)を有するフィルタ
ーケーキが生じる。この珪酸の物理−化学的データは第
2表に記載されている。
【0073】例12 本発明による沈降珪酸の製造を例9により行う。例9と
の唯一の相違は、硫酸ナトリウム含有のフィルターケー
キを洗浄しないことである。固体含量33.1%(Na
SO8.6%+SiO24.5%)を有するフィ
ルターケーキが生じる。この珪酸の物理−化学的データ
は第2表に記載されている。
【0074】例1〜12により製造した珪酸の物理−化
学的データを第1表及び第2表に記載する。
【0075】
【表2】
【0076】
【表3】
【0077】物理−化学的データの測定は下記測定法を
用いて行う: 1.BET−表面積:DIN66131 2.DBP−吸収:DIN53601/ASTM D2
414 3.乾燥損失:DIN ISO 787/II、AST
M D 280、JISK 5101/21 4.ALPINE−エアージェット篩(Luftstr
ahlsieb)を用いる篩残分 沈降珪酸を、場合により存在する脱気斑点を除去するた
めに、500μmの篩を通して篩にかける。次いで篩に
かけた沈降珪酸10gを特定の空気流篩にかけ、水柱2
00mmの減圧で篩にかける。篩装置のアクリルガラス
に沈殿した沈降珪酸粒子を篩ふたの頭部を数回叩くこと
によって叩いて剥がす。残分が一定になったら篩分けは
終了し、これは大抵は流動性の外観から認識することが
できる。次いで確認のためになお1分間様子を見る。一
般に篩工程は5分間である。<500μmの粒子分のみ
を含有する材料では、試料を前もって篩にかけないで、
直接エアージェット篩にかける。
【0078】場合により生成される凝集物では、篩工程
を短時間中断し、凝集物を軽い減圧下でブラシで分解す
る。篩後、篩残分を注意深く空気流篩から叩き落として
戻す。
【0079】計算:篩残分を篩のメッシュ幅と関連付け
た重量%で記載する。
【0080】装置:ALPINE−エアージェット篩、
Labortyp S200、DIN418による篩組
織を有する。
【0081】5.硫酸塩含量 沈降珪酸0.3〜0.4gを超純粋酸素流中で1350
℃で熱処理する。それによって全硫黄化合物をSO
変え、これをキャリアガス−超純粋酸素−と一緒に赤外
線セル、LECO社の硫黄検知器SC32に導入する。
赤外線測定により、SO −2−含量が得られる。測定
は標準物と関連させて対照させる。
【0082】例13〜24では例1〜12により製造し
た珪酸の使用技術を試験し(押出成形)、特性付ける
(シート特性)。
【0083】例13 例1による珪酸750gを液体ミキサー(西ドイツケッ
セル在ThyssenHenschel社のTyp F
M 10 C)中で、ホスタレン(Hostalen)
GUR4130(フランクフルト アム マイン在のH
OECHSTAG社の高密度の超高分子ポリエチレンタ
イプ)288g、酸化防止剤トパノール(Topano
l)(英国ICI社;ブチル化ヒドロキシトルエン)
6.5g並びにファルブルスバッチ(Farbruss
batch)COLCOLORE50/G(フランク
フルト/マイン在、DEGUSSA AG社低密度のポ
リエチレン中の50%含量カーボンブラック分 PRI
NTEXG)6.5gと一緒に回転数700rpmで
混合し、次いでクラベックス 鉱油(Gravex M
ineralol)942(Schell社)1590
gの量と一緒に、歯車ポンプ及び単一ノズルを用いて噴
霧する。これにより流動性で連続的に配量添加可能な粉
末が生じ、これを加熱可能な幅220mmの平シートノ
ズル(ブーヘン在Gottfert Prufmasc
hinen GmbH)を有する二本スクリュ押出成形
機(シュツットガルト在のWerner&Pfleid
erer社のTyp ZSK 30M9/2)並びに三
本ローラーカレンダー(Dreiwalzenkala
nder、ベルリン在Ruth Schwabenth
an社のTyp Polyfol150 3 S)を用
いて、厚さ約0.25mmのシートに加工する。スクリ
ュ回転数50rpmで押出機の入口部分とノズル間の温
度プロフィールを150〜195℃に選択する。その際
押出機及びノズル間の溶融温度は、190℃に調整す
る。二スクリュ押出機で溶融圧(バール)及びスクリュ
の回転モーメント(最高許容回転モーメントの%)を押
出成形中の混合物の加工挙動の目安として測定する。こ
のようにして製造したシートから引き続き鉱油をヘキサ
ンを用いて完全に抽出して、微孔性分離シートが得られ
るようにする。製造されたシートで測定した測定値を第
3表にまとめる。これらの値は例16の相対値である。
【0084】例14 例2による沈降珪酸750gを液体ミキサー(西ドイツ
ケッセル在Thyssen Henschel社のTy
p FM 10 C)中で、ヒモント(Himont)
1900(米国Himont社の高密度の超高分子ポリ
エチレン)250g、COLCOLORE50/G
(フランクフルト/マイン在、DEGUSSA AG社
低密度のポリエチレン中の50%顔料カーボンブラック
PRINTEXGを有するカーボンブラック濃縮
物)4.0g並びにトパノ−ルO(英国ICI社;酸
化防止剤としてブチル化ヒドロキシトルエン)2.4g
と一緒に回転数700rpmで混合し、次いでシェル
(Shell)社のクラベックス942鉱油1550g
と一緒に、歯車ポンプ及び単一ノズルを用いて噴霧す
る。これにより流動性で連続的に配量添加可能な粉末が
生じ、これを加熱可能な幅220mmの平シートノズル
(ブーヘン在Gottfert Prufmaschi
nen GmbH)を有する二葉押出成形機(シュツッ
トガルト在のWerner&Pfleiderer社の
Typ ZSK 30M9/2)並びに三本ローラーカ
レンダー(Dreiwalzenkalander、ベ
ルリン在Ruth Schwabenthan社のTy
p Polyfol150 3 S)を用いて、厚さ約
0.25mmのシートに加工する。葉回転数50rpm
で押出機の入口部分とノズル間の温度プロフィールを1
50〜195℃に選択する。その際、押出機及びノズル
間の溶融温度は、187℃に調整する。二葉押出機で溶
融圧(バール)及び葉の回転モーメント(最高許容回転
モーメントの%)を押出成形中の混合物の加工挙動の目
安として測定する。このようにして製造したシートから
引き続き鉱油をヘキサンを用いて完全に抽出して、微孔
性セパレータ シートが得られるようにする。製造され
たシートで測定した測定値を第3表にまとめる。これら
の値は例17の相対値である。
【0085】例15 珪酸C(例13)を比較珪酸として含有するセパレータ
シートの製造は、本質的には例13と同様にして行
う。この珪酸の吸収が著しく高められているために、1
590gの油量を1900gに増加する。更に、GUR
4130の代わりに、ヘキスト−ポリマー(HOECH
ST−Polymer)GUR4132ex Bayp
ortを使用する。その際、押出機とノズル間で測定さ
れた溶融温度は193℃である。溶融圧は136バール
であり、その際回転モーメント(トルク)は53%の値
を有する。シートで得られた測定値は第3表にまとめて
ある。こららの値は例18の相対値である。
【0086】例16 例4による珪酸750gを液体ミキサー(西ドイツケッ
セル在ThyssenHenschel社のTyp F
M 10 C)中で、ホスタレン(Hostalen)
GUR 4130[米国テキサス州ベイポート在のCE
LANESE社(HOECHST AG社)の高密度の
超高分子ポリエチレンタイプ]288g、酸化防止剤ト
パノ−ルO(英国ICI社;ブチル化ヒドロキシトル
エン)6.5g並びにCOLCOLORE50/G
(フランクフルト/マイン在、DEGUSSA AG、
低密度のポリエチレン中の50%顔料カーボンブラック
分PRINTEXG)4.0gと一緒に、回転数70
0rpmで混合し、次いでシェル社のグラベックス94
2鉱油1590gと一緒に、歯車ポンプ及び単一ノズル
を用いて噴霧する。押出成形及び抽出に関しては例13
に記載したようにして行う。その際押出機及びノズル間
で測定された溶融温度は、195℃に調整する。シート
で測定した測定値は第3表に記載されている。これらの
値は例13の値と比較することができる。
【0087】例17 例14の処方及び方法により、例5により製造した本発
明による珪酸を試験する。その際、押出機とノズル間で
測定された溶融温度は175℃であり;溶融圧は162
バールであり、52%を有するトルク値は更に、高い硫
酸ナトリウム含量を有するこの噴霧乾燥させた珪酸の非
常に有利な一段押出挙動を示す。製造されたシートで得
られた測定値は第3表に記載されている。これらの値を
比較例14の値と比較することができる。
【0088】例18 例15の処方及び方法により、例6により製造した本発
明による珪酸を試験する。その際、押出機とノズル間で
測定された溶融温度は191℃であり;溶融圧128バ
ール及び50%を有するトルク値は更に、押出挙動に対
する高い塩含量の有利な影響を示す。シートで測定され
た値は第3表に記載されている。これらの値を比較例1
5の値と比較することができる。
【0089】
【表4】
【0090】例19 例13の処方及び方法により、例7により製造した珪酸
を使用技術的に試験する。その際、押出機とノズル間で
測定された溶融温度は192℃である。シートで測定さ
れたデータは第4表に記載されている。これらの値を例
22のデータと比較することができる。
【0091】例20 例14の処方及び方法により、例8により製造した珪酸
を使用技術的に試験する。その際、押出機とノズル間で
測定された溶融温度は181℃である。シートで測定さ
れた値は第4表に記載されている。これらを例23のデ
ータと比較することができる。
【0092】例21 例15の処方及び方法により、例9により製造した珪酸
を使用技術的に試験する。その際、押出機とノズル間で
測定された溶融温度は192℃である。シートで測定さ
れた値は第4表に記載されている。これらを例24のデ
ータと比較することができる。
【0093】例22 例19の処方及び方法により、例10により製造した本
発明による珪酸を使用技術的に試験する。ただ油量を1
450gに変える。押出データ(第4表参照)は、本発
明による珪酸の高い塩含量により非常に有利な影響を受
ける。シートで測定されたデータは、第3表に記載され
ている。これらを比較例19のデータと比較することが
できる。
【0094】例23 例20の処方及び方法により、例11により製造した本
発明による珪酸を試験する。押出データ(第4表及びそ
こに記載の溶融温度、溶融圧及び回転モーメント値参
照)は、本発明による珪酸の高い塩含量により著しく減
少しており、これは押出経過に有利に影響する。シート
で測定されたデータは、第4表に記載されている。これ
らを比較例20のデータと比較することができる。
【0095】例24 例21の処方及び方法により、例12により製造した本
発明による珪酸を試験する。その際、押出機とノズル間
で測定した溶融温度は、189℃の低い値に調整する。
溶融圧及び回転モーメント値も下げるが、これにより混
合物の押出(加工性)が非常に有利に影響される。シー
トで測定されたデータは、第4表に記載されている。こ
れらを比較例21のデータと比較することができる。
【0096】一般に第3表及び第4表から、各々セパレ
ータを製造するためにNaSO−含量(<2.5重
量%)を有する珪酸及び高い塩含量を有する珪酸から製
造されるようなものを使用するデータを比較すると、よ
り高い塩含量が回転モーメントを低下させることが明ら
かである。このことは、質量圧及び溶融温度にも当ては
まる。従って、高められた塩含量により混合物の加工性
が改善されるといえる(例13を例16と、例14を例
17と、例19を例22及び例20を例23と比較せ
よ)。
【0097】皮膜データでは、高いNaSO−含量
の珪酸からのセパレータでは収縮値が明らかに低下し、
他方電気及び機械的データは10%ほど珪酸含分が減少
したにも拘わらず、殆ど変化してないことが注目される
(例13と16;例14と17;例19と22;例20
と23を比較)。
【0098】例25 市販の珪酸UltrasilVN3 fbg 150
0gを、例13の方法により、ホスタレンGUR 41
30ベイポート(Bayport)(米国テキサス州ベ
イポート在のCELANESE社の高密度の超高分子ポ
リエチレンタイプ)577g、カーボンブラックバッチ
COLCOLORE50/G(フランクフルト/マイ
ン在、DEGUSSA AG、低密度のポリエチレン中
の50%顔料カーボンブラック分 PRINTEX
を有するカーボンブラック濃縮物)8.0g及び酸化防
止剤トパノ−ルO(英国ICI社;ブチル化ヒドロキシ
トルエン)13.0g並びにグラベックス−エール94
2(Shell社の鉱油)3180gと混合し、加工す
る。油含有のセパレータシート(black shee
t)への押出成形は、同様に例13の方法により行う。
油含有のシートは、前記方法によりn−ヘキサンを用い
て抽出して残油含量12〜14重量%にする。このグレ
ーシート(grey sheet)で例27による貯蔵
試験を行う。
【0099】
【表5】
【0100】例26 市販の珪酸UltrasilVN3 fbg 135
0g及び無水硫酸ナトリウム150gを例25の方法に
より加工して、油含有のセパレータ シートにする。シ
ートを例25に記載した様にして抽出し、例27による
貯蔵試験を行う。
【0101】例27 いわゆる浸漬試験(Soakstudie)[媒体“バ
ッテリー酸”(37%硫酸)及び水(蒸留水)中で貯
蔵]で、残油含量12〜14%まで抽出した例22、2
5及び26のシートを、8週間の期間貯蔵し、電気抵抗
の測定を1時間、1日、1週間、2週間、4週間、6週
間及び8週間の貯蔵時間後に試料に対して行う。水中に
貯蔵したシートは、電気通過抵抗の測定前に洗浄せず、
バッテリー酸中で湿らせて測定した。
【0102】これらの測定結果を第5表にまとめる。
【0103】その際、意外にも −高塩含有の珪酸を有するセパレータの出発抵抗は、両
方の媒体中に1時間貯蔵した後に、通常の塩含量を有す
る珪酸を用いた比較可能なシートに比して、50%より
多い程度まで高い。
【0104】−晶状硫酸ナトリウムの簡単な添加により
出発抵抗は上昇する。即ち、親水化剤の純粋な付加的添
加ではなく、その高分散性分配が前記効果をもたらす。
【0105】−本発明による高塩含量の珪酸を用いたセ
パレータの最終抵抗は両方の媒体中に約2週間貯蔵後既
に、市販製品UltrasilVN3 fbgを用い
た現在公知の技術のものより約33%低い。
【0106】−硫酸ナトリウムの簡単な添加により製造
されるセパレータの最終抵抗は、本発明による珪酸を用
いて製造したセパレータの出発抵抗に匹敵するか又はこ
れより高い。
【0107】−貯蔵媒体−バッテリー酸又は水−は観察
された現象の後まで残る相違は示さない。傾向的には、
酸貯蔵により得られた電気抵抗値は水貯蔵と比較して8
〜12%程低い。
【0108】
【表6】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ローベルト クールマン ドイツ連邦共和国 エルフトシュタット パウル−ケラー−シュトラーセ 24 (72)発明者 ギュンター テュルク ドイツ連邦共和国 ハーナウ リージング シュトラーセ3 (72)発明者 カール マイアー ドイツ連邦共和国 アルフター ロイスド ルファー ヴェーク 5 (72)発明者 ヴァルター メーオン ドイツ連邦共和国 ゲルンハウゼン カー ルシュトラーセ 6

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 硫酸ナトリウム4〜18重量%を含有す
    ることを特徴とする、沈降珪酸。
  2. 【請求項2】 下記物理化学的特性値: 硫酸ナトリウム含量:4〜18、特に4〜14重量% BET−表面積(DIN66131):100〜190
    /g DBP−吸着(無水)(DIN53601、ASTM
    D 2414):208〜250g/100g 乾燥損失(2時間/105℃)(DIN ISO 78
    7/II、ASTM D 280、JIS K 510
    1/21):3.0〜6.5重量% ALPINE−エアジェット篩を用いる篩残分:>63μm≦10.0重量% >150μm≦0.1重量% >250μm≦0.01重量% を特徴とする、請求項1に記載の沈降珪酸。
  3. 【請求項3】 下記物理化学的特性値: 硫酸ナトリウム含量:4〜18重量% BET−表面積(DIN66131):100〜190
    /g DBP−吸着(無水)(DIN53601、ASTM
    D 2414):208〜250g/100g 乾燥損失(2時間/105℃)(DIN ISO 78
    7/II、ASTM D 280、JIS K 510
    1/21):3.0〜6.5重量% ALPINE−エアジェット篩を用いる篩残分:>63μm≦10.0重量% >150μm≦0.1重量% >250μm≦0.01重量% を有する請求項1及び2に記載の沈降珪酸を製造するに
    当たり、沈殿容器中に攪拌下で熱湯を前装入し、SiO
    :NaOの係数=3.22±0.05(SiO
    27.73±0.70重量%;NaO=8.9±0.
    20重量%;密度1.362±0.025g/ml)を
    有する水ガラスをアルカリ数が7±1に達するまで添加
    し、その後温度89〜93℃に加熱し、この温度でその
    後の全沈殿時間の間、即ち同じ組成の水ガラスを更に添
    加し、硫酸を同時に2カ所の相互に別々の場所で、アル
    カリ数7±1を保つように添加する間保ち、その後沈降
    珪酸懸濁液を硫酸でpH値3.0〜4.0の酸性にし、
    固体含量72〜88g/lを有する沈降珪酸懸濁液を圧
    濾器で分離し、得られた未洗浄の硫酸ナトリウム含有の
    沈降珪酸フィルターケーキを水及び機械的せん断力を用
    いて液化させ、遠心分離噴霧器を有するスプレー乾燥器
    を用いて回転数8500〜10000rpmで乾燥さ
    せ、ハンチントンミルを用いて粉砕することを特徴とす
    る、沈降珪酸の製法。
  4. 【請求項4】 フィルターケーキを水で洗浄することに
    よって乾燥沈降珪酸に対して硫酸ナトリウム含量4.0
    〜8.5%に調整するようにすることを特徴とする、請
    求項3に記載の製法。
  5. 【請求項5】 逆酸性化後にpH=8.5で30分間の
    熟成工程を引き続いて行い、その後酸性にしてpH3.
    0〜4.0にすることを特徴とする、請求項3に記載の
    製法。
  6. 【請求項6】 噴霧乾燥器の代わりにスピンフラッシュ
    乾燥器を使用し、その際、未洗浄の沈降珪酸フィルター
    ケーキが固体含量29〜37重量%を有し、粉砕を省略
    してもよいことを特徴とする、請求項3に記載の製法。
  7. 【請求項7】 珪酸を粉砕するためにハンチントンミル
    の代わりに十字流ミルを使用することを特徴とする、請
    求項3に記載の製法。
  8. 【請求項8】 請求項1又は2のいずれか1項に記載の
    沈降珪酸を含有することを特徴とする、バッテリーセパ
    レータ。
  9. 【請求項9】 ポリエチレンから成り、請求項1又は2
    のいずれか1項に記載の沈降珪酸を含有することを特徴
    とする、鉛−酸−バッテリー用のバッテリーセパレー
    タ。
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