JPS5854082B2 - 炭素多孔体の製造法 - Google Patents
炭素多孔体の製造法Info
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Landscapes
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はポリビニルアセクール系合成樹脂多孔体に、熱
分解によりガラス状炭素に転化しうる樹脂を含浸した後
、非酸化性雰囲気中で焼成し、少なくとも部分的にガラ
ス状炭素よりなる連続気孔を有する炭素多孔体を製造す
る方法に関する。
分解によりガラス状炭素に転化しうる樹脂を含浸した後
、非酸化性雰囲気中で焼成し、少なくとも部分的にガラ
ス状炭素よりなる連続気孔を有する炭素多孔体を製造す
る方法に関する。
従来、炭素多孔体を製造する方法としては、不定形ある
いは球状の炭素または黒鉛を、樹脂またはクール、ピッ
チ類と混合し、成形後焼成する方法が取られていた。
いは球状の炭素または黒鉛を、樹脂またはクール、ピッ
チ類と混合し、成形後焼成する方法が取られていた。
(特開昭48−67’188号公報等)しかし、これら
の方法によって製造される炭素多孔体は、見掛比重が比
較的大きく(1,00〜1.30)従って気孔率も小さ
い。
の方法によって製造される炭素多孔体は、見掛比重が比
較的大きく(1,00〜1.30)従って気孔率も小さ
い。
また、炭素質微小中空体を結合剤を用いて成形後焼成す
る多孔体の製法(特公昭49−19999号公報)も提
案されているが、この方法では見掛比重は比較的小さい
が(0,05〜1.00)、気孔の大部分は独立気孔で
あり、通気度は極めて小さい。
る多孔体の製法(特公昭49−19999号公報)も提
案されているが、この方法では見掛比重は比較的小さい
が(0,05〜1.00)、気孔の大部分は独立気孔で
あり、通気度は極めて小さい。
更にまた、繊維状構造物に熱硬化性樹脂を付着させた後
成形及び焼成を行なう炭素多孔体の製造法(特公昭49
−26196号公報等)も提案されているが、この場合
には、気孔径を所望の大きさに自由にコントロールし気
孔径分布の狭い連続気孔を有する炭素多孔体を製造する
ことが困難であった。
成形及び焼成を行なう炭素多孔体の製造法(特公昭49
−26196号公報等)も提案されているが、この場合
には、気孔径を所望の大きさに自由にコントロールし気
孔径分布の狭い連続気孔を有する炭素多孔体を製造する
ことが困難であった。
これら従来の炭素多孔体の製造法の欠点を改良し、気孔
率が大きい連続気孔を有する多孔体の製造法として、ポ
リウレタン発泡体に加熱するとガラ、ス状炭素に転化し
うる樹脂を含浸、硬化させた後、高温で炭化焼成する方
法が提案されている。
率が大きい連続気孔を有する多孔体の製造法として、ポ
リウレタン発泡体に加熱するとガラ、ス状炭素に転化し
うる樹脂を含浸、硬化させた後、高温で炭化焼成する方
法が提案されている。
また、ポリスチレンあるいはセルロース多孔体にアセト
ン、メタノール等の溶媒に溶かしたフェノール樹脂ある
いはエポキシ樹脂を施与した後炭化した場合には、基材
の多孔体はガス化し、その表面にコーティングされた熱
硬化性樹脂が炭化して基材の多孔体とは陰陽の関係とな
る炭素多孔体が得られるが、これらの多孔体は強度の点
で問題がある。
ン、メタノール等の溶媒に溶かしたフェノール樹脂ある
いはエポキシ樹脂を施与した後炭化した場合には、基材
の多孔体はガス化し、その表面にコーティングされた熱
硬化性樹脂が炭化して基材の多孔体とは陰陽の関係とな
る炭素多孔体が得られるが、これらの多孔体は強度の点
で問題がある。
米国特許第3922334号明細書にはポリウレタン発
泡体の薄い隔壁を除去した連続気孔の網状ポリウレタン
構造物にテトラハイドロフランを溶剤としたフェノール
樹脂溶液を浸透処理し、次いで比較的長時間をかけて炭
化焼成し、基材の網状ポリウレタン構造物の骨格がその
まま炭素骨格となる炭素多孔体が開示されている。
泡体の薄い隔壁を除去した連続気孔の網状ポリウレタン
構造物にテトラハイドロフランを溶剤としたフェノール
樹脂溶液を浸透処理し、次いで比較的長時間をかけて炭
化焼成し、基材の網状ポリウレタン構造物の骨格がその
まま炭素骨格となる炭素多孔体が開示されている。
また、米国特許第3927186号明細書には、網状ポ
リウレタン構造物に液状のフラン樹脂を含浸させて炭化
することにより網状ポリウレタン構造物の骨格を活かし
た炭素多孔体が開示されている。
リウレタン構造物に液状のフラン樹脂を含浸させて炭化
することにより網状ポリウレタン構造物の骨格を活かし
た炭素多孔体が開示されている。
これら米国特許明細書に記載のポリウレタン発泡体を利
用する方法は極めて優れてはいるが、樹脂含浸後にポリ
ウレタンの表面から過剰に浸透した樹脂を取除くのに多
大の注意を必要としている。
用する方法は極めて優れてはいるが、樹脂含浸後にポリ
ウレタンの表面から過剰に浸透した樹脂を取除くのに多
大の注意を必要としている。
またポリウレタン発泡体は、溶媒によっては樹脂含浸を
行なうと樹脂が発泡体を溶解し始め、加熱硬化時に発砲
体が崩壊する場合があり、この傾向は特に軟質ポリウレ
タン発泡体で著しい。
行なうと樹脂が発泡体を溶解し始め、加熱硬化時に発砲
体が崩壊する場合があり、この傾向は特に軟質ポリウレ
タン発泡体で著しい。
この為特開昭51−70207号公報では樹脂含浸に先
立ってポリウレタン発泡体に液状エポキシド樹脂又は、
水性ポリビニルアルコール溶液を含浸するという煩雑な
工程を導入している。
立ってポリウレタン発泡体に液状エポキシド樹脂又は、
水性ポリビニルアルコール溶液を含浸するという煩雑な
工程を導入している。
更に、特開昭53−125289号公報には、ポリイソ
シアネートとフェノール樹脂またはフラン樹脂あるいは
その前駆物質との混合物を直接的に反応して得られる熱
硬化性樹脂発泡体に可燃性ガスを導入し、可燃性ガスに
点火して細胞膜を破壊した後、炭化焼成することにより
連続気孔を有する炭素多孔体を製造する方法が開示され
ているが、製造工程が煩雑であるという欠点を有してい
る。
シアネートとフェノール樹脂またはフラン樹脂あるいは
その前駆物質との混合物を直接的に反応して得られる熱
硬化性樹脂発泡体に可燃性ガスを導入し、可燃性ガスに
点火して細胞膜を破壊した後、炭化焼成することにより
連続気孔を有する炭素多孔体を製造する方法が開示され
ているが、製造工程が煩雑であるという欠点を有してい
る。
ポリウレタン発泡体は、本来独立気孔の発砲体であり完
全なる連続気孔を有する網状構造物を得るには、あらか
じめ気孔隔壁を除去するための特別な処理を行なうか、
樹脂含浸後に同様の処理を必要とする。
全なる連続気孔を有する網状構造物を得るには、あらか
じめ気孔隔壁を除去するための特別な処理を行なうか、
樹脂含浸後に同様の処理を必要とする。
上述の通りポリウレタン発泡体を利用した炭素多孔体は
、優れた特性を有しているにもかかわらず並べて製造法
が煩雑であるという欠点を有している。
、優れた特性を有しているにもかかわらず並べて製造法
が煩雑であるという欠点を有している。
ところで、ポリビニルアセクール系多孔体は、ポリビニ
ルアルコールと架橋剤のアルデヒド類の他に澱粉、水溶
性塩類等を混合して架橋成型し、固化抜水溶性物質を水
で溶出して連続気孔を賦与させた多孔体であり、連続気
孔率の極めて大きい親水性の多孔体である。
ルアルコールと架橋剤のアルデヒド類の他に澱粉、水溶
性塩類等を混合して架橋成型し、固化抜水溶性物質を水
で溶出して連続気孔を賦与させた多孔体であり、連続気
孔率の極めて大きい親水性の多孔体である。
上記多孔体の優れた特性を活かした炭素多孔体の製造法
として、該多孔体を非酸化性雰囲気中で炭化焼成する方
法が提案されている。
として、該多孔体を非酸化性雰囲気中で炭化焼成する方
法が提案されている。
(特願昭53−70069号(特開昭54−16057
9号))シかしながら上記のポリビニルアセクール系多
孔体を非酸化性雰囲気中で炭化焼成した場合には焼成時
の重量減少が極めて大きく、通常1000’Cまで焼成
すると焼成体重量は初期重量の20%以下となる。
9号))シかしながら上記のポリビニルアセクール系多
孔体を非酸化性雰囲気中で炭化焼成した場合には焼成時
の重量減少が極めて大きく、通常1000’Cまで焼成
すると焼成体重量は初期重量の20%以下となる。
また寸法の減少も著しく、1000℃焼成によって初期
寸法の52%程度まで減少する。
寸法の52%程度まで減少する。
この様な極端な重量減少及び寸法減少、更には収縮時の
不均一なる変形は、炭素多孔体製造上の重大な欠点であ
る。
不均一なる変形は、炭素多孔体製造上の重大な欠点であ
る。
また該多孔体は易黒鉛化炭素よりなるため耐酸化性、耐
薬品性に劣るなどの欠点を有していた。
薬品性に劣るなどの欠点を有していた。
本発明者等は、既存の炭素多孔体の製造法にみられる上
記欠点を改善すべく鋭意研究の結果本発明を完成させた
ものであり、 その目的とするところは均一な孔径分布を有する連続気
孔率の大きい炭素多孔体の新規製造法を提供するところ
にある。
記欠点を改善すべく鋭意研究の結果本発明を完成させた
ものであり、 その目的とするところは均一な孔径分布を有する連続気
孔率の大きい炭素多孔体の新規製造法を提供するところ
にある。
本発明の他の目的及び利点は以下の説明から明らかにさ
れよう。
れよう。
上記の目的は連続気孔を有するポリビニルアセクール系
合成樹脂多孔体に熱分解によりガラス状炭素に転化し得
る樹脂又はそれを主成分とする樹脂を含浸した後硬化し
、非酸化性雰囲気中で焼成することにより達成される。
合成樹脂多孔体に熱分解によりガラス状炭素に転化し得
る樹脂又はそれを主成分とする樹脂を含浸した後硬化し
、非酸化性雰囲気中で焼成することにより達成される。
本発明に用いるポリビニルアセクール系合成樹脂多孔体
は、ポリビニルアルコールと架橋剤のアルデヒド類の他
に、澱粉、水溶性塩類等を混合して架橋成型し、固化抜
水溶性物質を水で溶出して連続気孔を賦与して得られる
。
は、ポリビニルアルコールと架橋剤のアルデヒド類の他
に、澱粉、水溶性塩類等を混合して架橋成型し、固化抜
水溶性物質を水で溶出して連続気孔を賦与して得られる
。
また前記ポリビニルアセタール系合成樹脂多孔質体には
他の合成樹脂例えばエポキシ樹脂、ビニル重合物とジビ
ニル化合物との混合物、ユリア系樹脂、不飽和ポリエス
テル系樹脂、メラミン系樹脂、ピッチクール、等ポリビ
ニルアセクール系合成樹脂多孔質体に形態保持性を付与
する樹脂を施与して使用するのが好適である。
他の合成樹脂例えばエポキシ樹脂、ビニル重合物とジビ
ニル化合物との混合物、ユリア系樹脂、不飽和ポリエス
テル系樹脂、メラミン系樹脂、ピッチクール、等ポリビ
ニルアセクール系合成樹脂多孔質体に形態保持性を付与
する樹脂を施与して使用するのが好適である。
そして本発明において、「ポリビニルアセクール系合成
樹脂多孔質体」とは、ポリビニルアセクール系合成樹脂
多孔質体のみならず、ポリビニルアセクール系合成樹脂
多孔質体に前記形態保持性を付与する樹脂を施与した多
孔質体も包含し、併せ意味するものである。
樹脂多孔質体」とは、ポリビニルアセクール系合成樹脂
多孔質体のみならず、ポリビニルアセクール系合成樹脂
多孔質体に前記形態保持性を付与する樹脂を施与した多
孔質体も包含し、併せ意味するものである。
上記のポリビニルアセクール系合成樹脂多孔体の製造に
用いるポリビニルアルコールは好ましくは重合度100
〜5000、けん化度70%以上のものであり、カルボ
キシル基等で一部変性されたものも好適に用いられる。
用いるポリビニルアルコールは好ましくは重合度100
〜5000、けん化度70%以上のものであり、カルボ
キシル基等で一部変性されたものも好適に用いられる。
架橋剤のアルデヒド類としては、ホルムアルデヒド、ア
セトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、n−ブチルア
ルデヒド、オクチルアルデヒド、2−エチルヘキシルア
ルデヒド、グリオキサール、アクロレイン、ベンズアル
デヒド等が挙げられる。
セトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、n−ブチルア
ルデヒド、オクチルアルデヒド、2−エチルヘキシルア
ルデヒド、グリオキサール、アクロレイン、ベンズアル
デヒド等が挙げられる。
連続気孔を賦与するための粉粒体としては、澱粉その他
の有機性の微粉末或は水溶性の金属塩等が用いられ、目
的の細孔径を与える様、適宜粉粒体を選べばよい。
の有機性の微粉末或は水溶性の金属塩等が用いられ、目
的の細孔径を与える様、適宜粉粒体を選べばよい。
これらは水溶液又は水分散液としてポリビニルアルコー
ルの加熱水溶液に加えられる。
ルの加熱水溶液に加えられる。
次にこの混合液に架橋剤としてアルデヒド類及び硫酸等
の触媒を加え、目的とする形状を与えるような反応容器
に注ぎ込み加熱して反応せしめる。
の触媒を加え、目的とする形状を与えるような反応容器
に注ぎ込み加熱して反応せしめる。
成型物の形状は、目的、用途、要求される性能に応じて
、板状、波状、円筒状等自由に選択することが可能であ
る。
、板状、波状、円筒状等自由に選択することが可能であ
る。
上述の通り、本発明に用いるポリビニルアセクール系合
成樹脂多孔体は公知の方法により容易に得られるもので
あるが、特定の網状構造を有するポリビニルホルマール
系合成樹脂多孔体又はキリビニルベンザール系合成樹脂
多孔体が好適である。
成樹脂多孔体は公知の方法により容易に得られるもので
あるが、特定の網状構造を有するポリビニルホルマール
系合成樹脂多孔体又はキリビニルベンザール系合成樹脂
多孔体が好適である。
本発明のポリビニルアセクール系多孔体に含浸するガラ
ス状炭素に転化しうる樹脂としては、レゾール樹脂、ノ
ボラック樹脂等のフェノール樹脂、フラン樹脂等が挙げ
られ、これらは単独でも混合して用いてもよいが、樹脂
の硬化処理操作等の面を考慮すると、レゾール樹脂が最
適であり次いでノボラック樹脂が好適である。
ス状炭素に転化しうる樹脂としては、レゾール樹脂、ノ
ボラック樹脂等のフェノール樹脂、フラン樹脂等が挙げ
られ、これらは単独でも混合して用いてもよいが、樹脂
の硬化処理操作等の面を考慮すると、レゾール樹脂が最
適であり次いでノボラック樹脂が好適である。
レゾール樹脂は、フェノール類をアルデヒド類と塩基性
触媒の存在下で反応させることにより製造されるところ
の初期生成物であり、通常、メチロール基に富む分子量
が約600までの自己熱架橋性のレゾールである。
触媒の存在下で反応させることにより製造されるところ
の初期生成物であり、通常、メチロール基に富む分子量
が約600までの自己熱架橋性のレゾールである。
レゾール樹脂の製造に用いられるフェノール類としては
、最も一般的には、フェノール及びクレゾールが挙げら
れる。
、最も一般的には、フェノール及びクレゾールが挙げら
れる。
しかし、他のフェノール類も使用することが出来、例え
ば該フェノール類としては、フェノール、υ−クレゾー
ル、m−クレゾール、p−クレゾール、2,3−キシレ
ノール、2.5−キシレノール、2,4−キシレノール
、2.6−キシレノール、3,4−キシレノール、3.
5−キシレノール、υ−エチルフェノール、m−エチル
フェノール、p−エチルフェノール、p−フェニルフェ
ノール、p−tert−ブチルフェノール、p−ter
t−アミノフェノール、ビスフェノールA1 レゾル
シノール及びこれらフェノール類の混合物等が挙げられ
る。
ば該フェノール類としては、フェノール、υ−クレゾー
ル、m−クレゾール、p−クレゾール、2,3−キシレ
ノール、2.5−キシレノール、2,4−キシレノール
、2.6−キシレノール、3,4−キシレノール、3.
5−キシレノール、υ−エチルフェノール、m−エチル
フェノール、p−エチルフェノール、p−フェニルフェ
ノール、p−tert−ブチルフェノール、p−ter
t−アミノフェノール、ビスフェノールA1 レゾル
シノール及びこれらフェノール類の混合物等が挙げられ
る。
このフェノール類と重縮合するために用いるアルデヒド
類としては、ホルムアルデヒドが最も一般的である。
類としては、ホルムアルデヒドが最も一般的である。
しかし、パラホルムアルデヒド、ヘキサメチレンテトラ
ミン、フルフラール並びにグルタアルデヒド、アセトア
ルデヒド及びグリオキサール等のモノアルデヒド及びジ
アルデヒドも使用し得る。
ミン、フルフラール並びにグルタアルデヒド、アセトア
ルデヒド及びグリオキサール等のモノアルデヒド及びジ
アルデヒドも使用し得る。
レゾール樹脂合成反応に用いる塩基性触媒としては、カ
セイアルカリ、炭酸アルカリ、水酸化バリウム、水酸化
カルシウム、アンモニア、第4級アンモニウム化合物、
アミン類等の公知のものを使用すればよく、カセイソー
ダあるいはアンモニアが最も一般的に用いられる。
セイアルカリ、炭酸アルカリ、水酸化バリウム、水酸化
カルシウム、アンモニア、第4級アンモニウム化合物、
アミン類等の公知のものを使用すればよく、カセイソー
ダあるいはアンモニアが最も一般的に用いられる。
ノボラック樹脂は、前記レゾール樹脂の製造に際して用
いたと同様のフェノール類と、前記レゾール樹脂の製造
に際して用いたと同様のアルデヒド類とを、しゆう酸、
ぎ酸、酢酸、ハロゲン化酸、パラトルエンスルホン酸等
の有機酸類、塩酸、硫酸、過塩素酸、りん酸等の無機酸
類等の酸性触媒の存在下に加熱しながら反応させること
により製造することのできる分子量300〜2000程
度の未硬化で溶融可能な熱可塑性樹脂である。
いたと同様のフェノール類と、前記レゾール樹脂の製造
に際して用いたと同様のアルデヒド類とを、しゆう酸、
ぎ酸、酢酸、ハロゲン化酸、パラトルエンスルホン酸等
の有機酸類、塩酸、硫酸、過塩素酸、りん酸等の無機酸
類等の酸性触媒の存在下に加熱しながら反応させること
により製造することのできる分子量300〜2000程
度の未硬化で溶融可能な熱可塑性樹脂である。
フラン樹脂としてはフルフリルアルコール樹脂、ブリフ
リルアルコールフェノール樹脂、フルフラール樹脂、フ
ルフラールフェノール樹脂、フルフラールケトン樹脂等
が挙げられる。
リルアルコールフェノール樹脂、フルフラール樹脂、フ
ルフラールフェノール樹脂、フルフラールケトン樹脂等
が挙げられる。
これらの樹脂の硬化剤としては、例えば塩酸アニリン、
パラトルエンスルホン酸等の有機酸を用いることができ
る。
パラトルエンスルホン酸等の有機酸を用いることができ
る。
ポリビニルアセクール系合成樹脂多孔体にガラス状炭素
に転化しうる合成樹脂を施与するには公知の種々の方法
が適用可能であるが最も一般的には、前述の方法により
製造された所定の形状、寸法、気孔径、気孔率で連続気
孔を有するポリビニルアセタール系合成樹脂多孔体を、
前述のフェノール樹脂あるいはフラン樹脂を溶媒に溶か
して作成した溶液中に浸漬すればよい。
に転化しうる合成樹脂を施与するには公知の種々の方法
が適用可能であるが最も一般的には、前述の方法により
製造された所定の形状、寸法、気孔径、気孔率で連続気
孔を有するポリビニルアセタール系合成樹脂多孔体を、
前述のフェノール樹脂あるいはフラン樹脂を溶媒に溶か
して作成した溶液中に浸漬すればよい。
レゾール樹脂またはノボラック樹脂等のフェノール樹脂
は、例えばメタノール、アセトン等の溶媒に適当量溶解
し、所定の濃度のフェノール樹脂溶液を作成出来る。
は、例えばメタノール、アセトン等の溶媒に適当量溶解
し、所定の濃度のフェノール樹脂溶液を作成出来る。
またレゾール樹脂としては、水溶性レゾール樹脂を用い
ることもできる。
ることもできる。
レゾール樹脂の場合には、上記溶液に更に必要ならば硬
化用の酸触媒としてパラトルエンスルホン酸、フタール
酸などの有機酸をあらかじめ少量添加してもよい。
化用の酸触媒としてパラトルエンスルホン酸、フタール
酸などの有機酸をあらかじめ少量添加してもよい。
ノボラック樹脂の場合には、架橋剤と共にメタノール、
アセトン等の溶媒に適当量溶解゛した所定濃度の溶液を
用いればよい。
アセトン等の溶媒に適当量溶解゛した所定濃度の溶液を
用いればよい。
架橋剤としては、最も一般的にはへキサメチレンテトラ
ミンを用いることができるがその他にもパラホルムアル
デヒド、グルタルアルデヒド、アジポアルデヒド及びグ
リオキザールのようなアルデヒド類と酸またはアルカリ
を併用してもよい。
ミンを用いることができるがその他にもパラホルムアル
デヒド、グルタルアルデヒド、アジポアルデヒド及びグ
リオキザールのようなアルデヒド類と酸またはアルカリ
を併用してもよい。
また、あらかじめノボラック樹脂を多孔体に含浸した後
、ヘキサメチレンテトラミンあるいは酸またはアルカリ
とアルデヒド類とを含む水溶液中で加熱して硬化しても
よい。
、ヘキサメチレンテトラミンあるいは酸またはアルカリ
とアルデヒド類とを含む水溶液中で加熱して硬化しても
よい。
フラン樹脂の場合には、該フラン樹脂をアセトン、ベン
ゼン等の溶媒に溶かし、更に塩酸アニリン、パラトルエ
ンスルホン酸等の硬化剤を樹脂固形分の0.2〜1%程
度混入した溶液を用いればよい。
ゼン等の溶媒に溶かし、更に塩酸アニリン、パラトルエ
ンスルホン酸等の硬化剤を樹脂固形分の0.2〜1%程
度混入した溶液を用いればよい。
ポリビニルアセクール系合成樹脂多孔体に含浸する上記
の樹脂溶液の濃度には特に制限はなく、多孔体の孔径、
形状、樹脂付着量等により適宜選択すればよいが、作業
上好ましい溶液濃度は5〜60重量%、更に好ましくは
10〜40重量%である。
の樹脂溶液の濃度には特に制限はなく、多孔体の孔径、
形状、樹脂付着量等により適宜選択すればよいが、作業
上好ましい溶液濃度は5〜60重量%、更に好ましくは
10〜40重量%である。
上記の如く、溶媒に溶かしたフェノール樹脂あるいはフ
ラン樹脂をポリビニルアセクール系合成樹脂多孔体に含
浸すると、ポリビニルアセクール系合成樹脂特有の性質
により該多孔体が膨潤し、フェノール樹脂またはフラン
樹脂は溶媒とともにポリアセタール系合成樹脂の内部に
浸透していく。
ラン樹脂をポリビニルアセクール系合成樹脂多孔体に含
浸すると、ポリビニルアセクール系合成樹脂特有の性質
により該多孔体が膨潤し、フェノール樹脂またはフラン
樹脂は溶媒とともにポリアセタール系合成樹脂の内部に
浸透していく。
この浸透に必要な時間は多孔体の孔径の大きさやアセタ
ール化の度合により異なるが通常十数弁〜1時間程度で
ある。
ール化の度合により異なるが通常十数弁〜1時間程度で
ある。
こうしてポリビニルアセクール系合成樹脂多孔体の内部
に浸透した合成樹脂は、後述の乾燥工程によってポリビ
ニルアセクール系合成樹脂多孔体と一体化し炭化焼成に
よってポリビニルアセクール系合成樹脂多孔体の網状構
造をそのまま残した炭素多孔体となるのである。
に浸透した合成樹脂は、後述の乾燥工程によってポリビ
ニルアセクール系合成樹脂多孔体と一体化し炭化焼成に
よってポリビニルアセクール系合成樹脂多孔体の網状構
造をそのまま残した炭素多孔体となるのである。
こうしてフェノール樹脂あるいはフラン樹脂を含浸され
たポリビニルアセクール系合成樹脂多孔体は、溶液中よ
り取出した後、室温または加熱下で乾燥し溶媒を除去し
、更に120〜180℃の高温に加熱して含浸樹脂を硬
化させる。
たポリビニルアセクール系合成樹脂多孔体は、溶液中よ
り取出した後、室温または加熱下で乾燥し溶媒を除去し
、更に120〜180℃の高温に加熱して含浸樹脂を硬
化させる。
通常は、40〜60°Cで3〜5時間乾燥後、更には1
20〜180℃まで昇温しで30分〜2時間程度保持す
ることにより、均一なる樹脂付着状態を維持したまま乾
燥硬化できる。
20〜180℃まで昇温しで30分〜2時間程度保持す
ることにより、均一なる樹脂付着状態を維持したまま乾
燥硬化できる。
また、板状体の場合には、樹脂含浸後60℃以下の温度
で乾燥した後、100〜180℃の温度範囲で少量の圧
力を加えて加圧成形することもできる。
で乾燥した後、100〜180℃の温度範囲で少量の圧
力を加えて加圧成形することもできる。
上記の方法により乾燥硬化した合成樹脂多孔体中の熱硬
化性樹脂の含有量は通常25〜90重量%、好ましくは
30〜75重量%、最も好ましくは40〜70重量%で
ある。
化性樹脂の含有量は通常25〜90重量%、好ましくは
30〜75重量%、最も好ましくは40〜70重量%で
ある。
該合成樹脂多孔体中の熱硬化性樹脂多孔体の含有量が極
端に少ない場合には非酸化性雰囲気中での炭化焼成過程
での重量減少、寸法の減少が大きくなる傾向にあり、用
途によっては問題を生じる。
端に少ない場合には非酸化性雰囲気中での炭化焼成過程
での重量減少、寸法の減少が大きくなる傾向にあり、用
途によっては問題を生じる。
熱硬化性樹脂の含有量が90重量%を越えて過剰になり
過ぎると多孔体の気孔率が小さくなり、連続気孔を有す
る多孔体としての特長が失なわれる傾向にあり、該多孔
体中の熱硬化性樹脂の含有量が40〜70重量%の場合
には炭化焼成時の収縮量が小さく、連続気孔率の大きい
高強度の炭素多孔体を得ることができる。
過ぎると多孔体の気孔率が小さくなり、連続気孔を有す
る多孔体としての特長が失なわれる傾向にあり、該多孔
体中の熱硬化性樹脂の含有量が40〜70重量%の場合
には炭化焼成時の収縮量が小さく、連続気孔率の大きい
高強度の炭素多孔体を得ることができる。
また前記ポリビニルアセクール系合成樹脂多孔体には他
の合成樹脂例えばエポキシ系樹脂、ビニル重合物とジビ
ニル化合物との混合物、ユリア系樹脂、不飽和ポリエス
テル系樹脂、メラミン系樹脂、ピッチタール等を施与す
ると形態保持性が向上する。
の合成樹脂例えばエポキシ系樹脂、ビニル重合物とジビ
ニル化合物との混合物、ユリア系樹脂、不飽和ポリエス
テル系樹脂、メラミン系樹脂、ピッチタール等を施与す
ると形態保持性が向上する。
これら樹脂は、例えば樹脂液或いはこれら樹脂と熱分解
によりガラス状炭素に転化しうる樹脂との混合溶液をポ
リビニルアセクール系合成樹脂多孔体に含浸することに
より容易に施与し得る。
によりガラス状炭素に転化しうる樹脂との混合溶液をポ
リビニルアセクール系合成樹脂多孔体に含浸することに
より容易に施与し得る。
要は焼成時にポリビニルアセクール系合成樹脂多孔体に
これら樹脂が施与されていればよい。
これら樹脂が施与されていればよい。
このように樹脂含浸され且つ硬化された合成樹脂多孔体
は、次いで非酸化性雰囲気下、すなわち減圧、又は、ア
ルゴンガス、ヘリウムガス等の不活性ガス、水素ガス、
窒素ガス、ハロゲンガス等の中で少なくとも800 ’
C,好ましくは1000℃以上に加熱し炭化焼成する。
は、次いで非酸化性雰囲気下、すなわち減圧、又は、ア
ルゴンガス、ヘリウムガス等の不活性ガス、水素ガス、
窒素ガス、ハロゲンガス等の中で少なくとも800 ’
C,好ましくは1000℃以上に加熱し炭化焼成する。
焼成温度の上限には制限はなく必要に応じて3000℃
程度まで加熱してもよい。
程度まで加熱してもよい。
本発明者らの研究によれば、炭化焼成時200℃近傍よ
り、主としてガス状の化合物、例えばH20,HCHO
、CO,CH4などが該多孔体より放出され始めるが、
この熱分解ガスの発生は350〜600℃の温度域で最
も顕著であり、この温度範囲で樹脂組成物の重量減少及
び収縮が顕著に進行する。
り、主としてガス状の化合物、例えばH20,HCHO
、CO,CH4などが該多孔体より放出され始めるが、
この熱分解ガスの発生は350〜600℃の温度域で最
も顕著であり、この温度範囲で樹脂組成物の重量減少及
び収縮が顕著に進行する。
しかし本発明の炭化焼成工程に於ては、その昇温速度に
は特には制限はなく、通常50 ’C/ hr −50
0’C/hr程度で比較的短時間に焼成することが可能
である。
は特には制限はなく、通常50 ’C/ hr −50
0’C/hr程度で比較的短時間に焼成することが可能
である。
以上の方法に従って得られた炭素多孔体は、基材となる
ポリビニルアセクール系合成樹脂多孔体の網状構造を構
成する骨格がそのまま炭素骨格となっている少なくとも
部分的にガラス状炭素よりなる網状炭素構造物であり、
この多孔体は、孔径分布が均一な連続気孔を有し気孔率
が高く、耐酸化性、耐薬品性に優れている。
ポリビニルアセクール系合成樹脂多孔体の網状構造を構
成する骨格がそのまま炭素骨格となっている少なくとも
部分的にガラス状炭素よりなる網状炭素構造物であり、
この多孔体は、孔径分布が均一な連続気孔を有し気孔率
が高く、耐酸化性、耐薬品性に優れている。
また、基材としてポリビニルアセクール系合成樹脂多孔
体を選定し、フェノール樹脂、フラン樹脂等熱分解によ
りガラス状炭素に転化しうる樹脂と組合せたことにより
、焼成により得られる本発明に係る炭素多孔体はポリビ
ニルアセクール系合成樹脂多孔体の網状構造をそのまX
残し、上記フェノール樹脂、フラン樹脂等と強固に一体
化し、剛性にして高強度のものとなる。
体を選定し、フェノール樹脂、フラン樹脂等熱分解によ
りガラス状炭素に転化しうる樹脂と組合せたことにより
、焼成により得られる本発明に係る炭素多孔体はポリビ
ニルアセクール系合成樹脂多孔体の網状構造をそのまX
残し、上記フェノール樹脂、フラン樹脂等と強固に一体
化し、剛性にして高強度のものとなる。
かかる優れた特性を有する炭素多孔体は、下記の用途に
好適である。
好適である。
即ち、気体中の粉塵や不純物などの固体の分離、液体中
の固体の分離等の各種フィルター、特に耐蝕性または耐
熱性の優れたフィルターに適している。
の固体の分離等の各種フィルター、特に耐蝕性または耐
熱性の優れたフィルターに適している。
また、良好なる通気性を活かした触媒担体として好適で
ある。
ある。
また、導電性を利用し、多孔体に電流を流してパネルヒ
ーターとして利用することもできる。
ーターとして利用することもできる。
更に、軽量構造材、断熱材、電池の電極、曝気装置、化
学吸着剤、面発熱体、電波シールド材等に使用できる。
学吸着剤、面発熱体、電波シールド材等に使用できる。
次に実施例により本発明をより具体的に説明する。
実施例 1
重合度1700.けん化度99%のポリビニルアルコー
ルを水に分散させ、次いで加熱溶解し、50℃になった
ところで小麦粉澱粉の水分散液を加えて均一に混合し、
撹拌しながら75〜80℃に加熱した。
ルを水に分散させ、次いで加熱溶解し、50℃になった
ところで小麦粉澱粉の水分散液を加えて均一に混合し、
撹拌しながら75〜80℃に加熱した。
この混合溶液を35℃に冷却後、37%のホルマリン及
び硫酸を加えて均一に混合し、ポリビニルアルコール7
%、澱粉4%、ホルマリン9%、硫酸13%から成る溶
液を調整した。
び硫酸を加えて均一に混合し、ポリビニルアルコール7
%、澱粉4%、ホルマリン9%、硫酸13%から成る溶
液を調整した。
該溶液を外径707n7Itφ、内径30mmφ、高さ
250mmの中空円筒状の型に流し込みみ、60℃で1
8時間加熱した後水洗し澱粉及び未反応物を溶出せしめ
、連続気孔を有するポリビニルホルマール多孔体を得た
。
250mmの中空円筒状の型に流し込みみ、60℃で1
8時間加熱した後水洗し澱粉及び未反応物を溶出せしめ
、連続気孔を有するポリビニルホルマール多孔体を得た
。
該多孔体の平均気孔径は100μ、見掛比重0.136
、連続気孔率91%であった。
、連続気孔率91%であった。
上記のポリビニルホルマール多孔体をメタノール溶媒に
溶かした市販の成型用レゾール樹脂API06GK(群
衆化学製)に10分間漬浸後、室温〜100℃まで5時
間かけて徐々に昇温し乾燥した後、150℃で1時間レ
ゾールを硬化させた。
溶かした市販の成型用レゾール樹脂API06GK(群
衆化学製)に10分間漬浸後、室温〜100℃まで5時
間かけて徐々に昇温し乾燥した後、150℃で1時間レ
ゾールを硬化させた。
ポリビニルホルマール多孔体へのレゾール付着量は、メ
タノール溶媒中のレゾール量を5重量□〜60重量%ま
でかえることにより調整した。
タノール溶媒中のレゾール量を5重量□〜60重量%ま
でかえることにより調整した。
レゾール溶液の濃度が30重量%以下の場合には、レゾ
ール固形分重量の5%のパラトルエンスルホン酸を加え
て乾燥硬化時間を短縮出来る様にした。
ール固形分重量の5%のパラトルエンスルホン酸を加え
て乾燥硬化時間を短縮出来る様にした。
上記の如くして得られた合成樹脂多孔体を電気炉に入れ
窒素雰囲気中で200℃/hrで昇温しで炭化焼成し、
1000℃に1時間保持した後冷却した。
窒素雰囲気中で200℃/hrで昇温しで炭化焼成し、
1000℃に1時間保持した後冷却した。
得られた炭素多孔体の特性を第1表に示す。
第1表からポリビニルホルマール多孔体のみでは、焼成
による重量減少、寸法変化とも極めて大きく得られた炭
素多孔体は円筒形より著しく歪んだ形状を示すことがわ
かる。
による重量減少、寸法変化とも極めて大きく得られた炭
素多孔体は円筒形より著しく歪んだ形状を示すことがわ
かる。
また、殊に合成樹脂多孔体中のレゾール含有量が25〜
90重量%の範囲では気孔率50%以上で焼成時の形態
保持性も良好な炭素多孔体が得られた。
90重量%の範囲では気孔率50%以上で焼成時の形態
保持性も良好な炭素多孔体が得られた。
実施例 2
実施例1と同様にして、ホルマリンのかわりにn−ブチ
ルアルデヒドを用いることによりポリビニルブチラール
多孔体を作成した。
ルアルデヒドを用いることによりポリビニルブチラール
多孔体を作成した。
該多孔体は1010X100X200の型枠内でブチラ
ール化反応を行なうことにより平板状に成型した。
ール化反応を行なうことにより平板状に成型した。
また、ポリビニルアルコールに加える小麦粉澱粉の粒度
を調整することによりポリビニルブチラール多孔体の平
均気孔径を1μ〜150μまで変化させた。
を調整することによりポリビニルブチラール多孔体の平
均気孔径を1μ〜150μまで変化させた。
得られたポリビニルブチラール多孔体を2重量パーセン
トのパラトルエンスルホン酸を触媒として加えたフリフ
リルアルコール中に10分間浸浸漬堰出し、室温〜io
o℃まで8時間かけて徐々に昇温し乾燥硬化した。
トのパラトルエンスルホン酸を触媒として加えたフリフ
リルアルコール中に10分間浸浸漬堰出し、室温〜io
o℃まで8時間かけて徐々に昇温し乾燥硬化した。
フラン樹脂の付着量を多くする場合には上記の乾燥硬化
後の多孔体を再度フリフリルアルコール中に浸漬し、同
様の工程を繰返した。
後の多孔体を再度フリフリルアルコール中に浸漬し、同
様の工程を繰返した。
こうして得られた合成樹脂多孔体を更に150℃で2時
間硬化処理した後電気炉に入れ窒素雰囲気中で50°C
/hrで昇温しで炭化焼成し900℃に1時間保持して
から冷却した。
間硬化処理した後電気炉に入れ窒素雰囲気中で50°C
/hrで昇温しで炭化焼成し900℃に1時間保持して
から冷却した。
こうして得られた炭素多孔体の特性を第2表に示す。
第2表からフラン樹脂含有量を適当な範囲に選ぶことに
より、平均気孔径1μ〜150μのポリビニルアセクー
ル合成樹脂多孔体を用いて、連続気孔率の大きい炭素多
孔体を得ることができることがわかる。
より、平均気孔径1μ〜150μのポリビニルアセクー
ル合成樹脂多孔体を用いて、連続気孔率の大きい炭素多
孔体を得ることができることがわかる。
また、フラン樹脂の付着量が少ない場合には変形が大き
く、炭素多孔体の平均気孔径も小さくなる傾向にある。
く、炭素多孔体の平均気孔径も小さくなる傾向にある。
実施例 3
実施例1と同様にして、ホルマリンのかわりにベンズア
ルデヒドを用いることにより2關厚の板状のポリビニル
ベンザール多孔体を作成した。
ルデヒドを用いることにより2關厚の板状のポリビニル
ベンザール多孔体を作成した。
該多孔体の平均気孔径は3μ、見掛比重0.145、連
続気孔率91%であった。
続気孔率91%であった。
上気のポリビニルベンザール多孔体を、メタノールを溶
媒とする。
媒とする。
レゾール:ノボラック−2:1(群衆化学工業(株)社
製フェノール樹脂AP−106にと1XAP−1062
との混合物)の割合よりなるフェノール樹脂溶液中に1
0分間浸漬した。
製フェノール樹脂AP−106にと1XAP−1062
との混合物)の割合よりなるフェノール樹脂溶液中に1
0分間浸漬した。
フェノール樹脂溶液には、パラトルエンスルホン酸ヲフ
ェノール樹脂固形分量の5%加えた。
ェノール樹脂固形分量の5%加えた。
該多孔体をフェノール樹脂溶液より取出し後室温〜io
o’cまで6時間かけて徐々に昇温しで乾燥硬化し、更
に150℃で1時間硬化した。
o’cまで6時間かけて徐々に昇温しで乾燥硬化し、更
に150℃で1時間硬化した。
こうして得られた合成樹脂多孔体を電気炉に入れ窒素雰
囲気中で300℃/hrで昇温し、所定の温度に1時間
保持した後冷却した。
囲気中で300℃/hrで昇温し、所定の温度に1時間
保持した後冷却した。
こうして得られた炭素多孔体を濃硝酸/濃塩酸4/1(
体積比)の混合液に90℃で72hrs浸漬した。
体積比)の混合液に90℃で72hrs浸漬した。
その結果を第3表に示す。第3表からフェノール樹脂含
有量が多くかつ焼成温度が800℃以上の場合には、得
られた炭素多孔体の耐薬品性が優れていることがわかる
。
有量が多くかつ焼成温度が800℃以上の場合には、得
られた炭素多孔体の耐薬品性が優れていることがわかる
。
実施例 4
実施例1で用いたと同じポリビニルホルマール多孔体に
樹脂濃度が5重量□の硬化剤(日立化成工業(株)製品
HN−2200)を含むエポキシ樹脂(三井石油化学工
業(株)製品エポミックR140)のアセトン溶液を含
浸し、過剰の溶液を絞り出した後80℃に加熱した乾燥
機で乾燥硬化した。
樹脂濃度が5重量□の硬化剤(日立化成工業(株)製品
HN−2200)を含むエポキシ樹脂(三井石油化学工
業(株)製品エポミックR140)のアセトン溶液を含
浸し、過剰の溶液を絞り出した後80℃に加熱した乾燥
機で乾燥硬化した。
得られた多孔体にはエポキシ樹脂が10.5%付着して
いた。
いた。
次に該多孔体にレゾール樹脂濃度20重量%のメタノー
ル溶液を実施例1と同じ操作にて含浸し乾燥硬化させた
。
ル溶液を実施例1と同じ操作にて含浸し乾燥硬化させた
。
該多孔体のレゾール樹脂付着量は57.4%であった。
この場合、ポリビニルホルマール多孔体にエポキシ樹脂
が付着しているためレゾール樹脂溶液を含浸しても軟化
せず乾燥硬化操作が容易であった。
が付着しているためレゾール樹脂溶液を含浸しても軟化
せず乾燥硬化操作が容易であった。
次いで実施例1と同様にして1000℃迄焼成し、見掛
比重0.235気孔率81%の炭素多孔体が得られた。
比重0.235気孔率81%の炭素多孔体が得られた。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 連続気孔を有するポリビニルアセクール系合成樹脂
多孔体に熱分解によりガラス状炭素に転化し得る樹脂又
はそれを主成分とする樹脂を施与した後硬化し、非酸[
ヒ性雰囲気中で焼成することを特徴とする炭素多孔体の
製造法。 2 ポリビニルアセクール系合成樹脂多孔体がポリビニ
ルホルマール系合成樹脂多孔体又はポリビニルベンザー
ル系合成樹脂多孔体である特許請求の範囲第1項記載の
炭素多孔体の製造法。 3 熱分解によりガラス状炭素に転化し得る樹脂がフェ
ノール樹脂又はフラン樹脂である特許請求の範囲第1項
記載の炭素多孔体の製造法。 4 樹脂含浸後の合成樹脂多孔体中の熱分解によりガラ
ス状炭素に転化しつる樹脂の含有量が25〜90重量□
である特許請求の範囲第1項に記載の炭素多孔体の製造
法。 5 非酸化性雰囲気中で800℃以上で焼成する特許請
求の範囲第1項記載の炭素多孔体の製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP55046069A JPS5854082B2 (ja) | 1980-04-07 | 1980-04-07 | 炭素多孔体の製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP55046069A JPS5854082B2 (ja) | 1980-04-07 | 1980-04-07 | 炭素多孔体の製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS56145108A JPS56145108A (en) | 1981-11-11 |
| JPS5854082B2 true JPS5854082B2 (ja) | 1983-12-02 |
Family
ID=12736703
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP55046069A Expired JPS5854082B2 (ja) | 1980-04-07 | 1980-04-07 | 炭素多孔体の製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5854082B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57118009A (en) * | 1981-01-16 | 1982-07-22 | Kanebo Ltd | Manufacture of activated carbon having network structure |
| JP6047799B2 (ja) * | 2012-03-23 | 2016-12-21 | アイオン株式会社 | 蓄電デバイスの電極用活性炭及び蓄電デバイスの電極用活性炭の製造方法 |
-
1980
- 1980-04-07 JP JP55046069A patent/JPS5854082B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS56145108A (en) | 1981-11-11 |
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