DE1213333B

DE1213333B - Process for the production of a molded body from carbon of low permeability and high purity

Info

Publication number: DE1213333B
Application number: DEG30361A
Authority: DE
Inventors: Herbert Lawrence Rivington
Original assignee: General Electric Co PLC
Current assignee: General Electric Co PLC
Priority date: 1959-08-28
Filing date: 1960-08-25
Publication date: 1966-03-24

Description

Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers aus Kohlenstoff geringer Durchlässigkeit und hoher Reinheit Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers aus Kohlenstoff geringer Durchlässigkeit und hoher Reinheit. Ein derartiger Kohlenstoff ist besonders verwendbar als Moderator- oder Reflektormaterial in Kernreaktoren, wo andere Formen von ihm, wie z. B. handelsüblicher Normengrafit, ungeeignet sein würden, und zwar wegen ihrer Porosität und wahrscheinlichen Gehaltes an Elementen, die einen relativ hohen Auffangquerschnitt für Neutronen aufweisen.Process for the production of a molded body from carbon less Permeability and high purity The invention relates to a method for the production of a molded body made of carbon with low and high permeability Purity. Such carbon is particularly useful as a moderator or Reflector material in nuclear reactors where other forms of it, such as B. more commercially available Standard graphite, would be unsuitable because of their porosity and likely Content of elements that have a relatively high cross-section for collecting neutrons exhibit.

Es wurde bereits die Erzeugung von Kohlenstoff geringer Durchlässigkeit aus solchem mit wesentlich höherer Durchlässigkeit durch dessen Imprägnieren mit einer kohlenstoffhaltigen Verbindung und Erhitzen auf eine bis zur Carbonisierung des Imprägniermittels ausreichende Temperatur empfohlen. Auf diesem Weg wird Kohlenstoff, der später grafitiert werden kann, in den Poren des hochdurchlässigen Kohlenstoffs abgelagert oder abgeschieden.It has already been producing low permeability carbon from those with much higher permeability by impregnating with a carbonaceous compound and heating to one until carbonization temperature of the impregnating agent is recommended. In this way carbon becomes which can later be graphitized in the pores of the highly permeable carbon deposited or deposited.

Auch wurde schon vorgeschlagen, Furfurylalkohol durch Erhitzen in Gegenwart eines Polymerisationskatalysators zu polymerisieren. So stellte man z. B. nach dem britischen Patent 625 847 synthetische Kunstharzprodukte durch Erhitzen eines Gemisches von Furfurylalkohol und Furfuralaldehyd mit einer Säure, wie z. B. sirapartiger Phosphorsäure, Benzolsulfosäure oder Toluolsulfosäure bei einer unter 351 C liegenden Temperatur her.It has also already been proposed to polymerize furfuryl alcohol by heating in the presence of a polymerization catalyst. So you put z. B. British Patent 625 847 synthetic resin products by heating a mixture of furfuryl alcohol and furfural aldehyde with an acid, such as. B. sirapaceous phosphoric acid, benzenesulfonic acid or toluenesulfonic acid at a temperature below 351 C.

Die Polymerisationsstufe gemäß der Erfindung unterscheidet sich jedoch gegenüber dem letztgenannten Verfahren dahingehend, daß man monomeren Furfurylalkohol allein polymerisiert ohne Zugabe von Furfuralaldehyd oder von irgendwelchem Polymerisationskatalysator und daß man die Polymerisation durch Erhitzen des Furfurylalkohols unter Druck und bei einer beträchtlich höheren Temperatur der Größenordnung von 400' C bewirkt.However, the polymerization stage according to the invention differs from the last-mentioned process in that monomeric furfuryl alcohol is polymerized alone without the addition of furfuralaldehyde or any polymerization catalyst and that the polymerization is carried out by heating the furfuryl alcohol under pressure and at a considerably higher temperature of the order of 400 ' C causes.

Erfindungsgemäß gewinnt man also Kohlenstoff geringer Durchlässigkeit und hoher Reinheit unmittelbar aus einer polymerisierten kohlenstoffhaltigen Verbindung durch deren Erhitzung auf eine für ihre Carbonisierung ausreichende Temperatur.According to the invention, carbon with a low permeability is obtained and high purity directly from a polymerized carbonaceous compound by heating them to a temperature sufficient for their carbonization.

Bei einem Arbeitsverfahren für dieses Ziel polymerisiert man demgemäß unter Hitze und Druck und ohne Zuhilfenahme eines Katalysators eine polymerisierbare, kohlenstoffhaltige Verbindung in flüssiger Form oder ein Gemisch derartiger Verbindungen, so daß die Verbindung oder die Verbindungen plastisch werden, und erhitzt diese nach Polymerisierung auf eine Temperatur, die für ihre Carbonisierung ausreicht. Durch Entf allen der Verwendung eines Katalysators vermeidet man so das Einführen von Elementen mit hohem Auffangquerschnitt für Neutronen.One method of working to this end is to polymerize accordingly under heat and pressure and without the aid of a catalyst a polymerizable, carbon-containing compound in liquid form or a mixture of such compounds, so that the joint or joints become plastic, and heats them after polymerization to a temperature sufficient for their carbonization. Eliminating the use of a catalyst avoids introducing it of elements with a high cross-section for neutrons.

Beispiele für erfindungsgemäß geeignete kohlenstoffhaltige Verbindungen sind Furfurylalkohol, Celluloseacetat, Furfuron, Kumaron, luden und Cyclopentadien oder Gemische von diesen; die besten Ergebnisse ergaben sich aus Furanderivaten und besonders aus Furfurylalkohol.Examples of carbon-containing compounds suitable according to the invention are furfuryl alcohol, cellulose acetate, furfuron, coumaron, loaded and cyclopentadiene or mixtures of these; the best results were obtained from furan derivatives and especially from furfuryl alcohol.

Bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erreichen des Erfolges der Erzeugung geringdurchlässigen Kohlenstoffes hoher Reinheit wird beispielsweise eine Menge von Furfurylalkohol in ein unter Druck stehendes Gefäß oder Bombe eingebracht und der Druck vom Stickstoff innerhalb der Bombe auf annähernd 141 kg/CM2 ansteigen gelassen. Die Temperatur erhöht man in einem Zeitraum von 3 Tagen auf 400' C. Unter diesen Bedingungen polymerisiert der Alkohol zuerst, wird plastisch - was in Abwesenheit eines Katalysators vor sich geht - und zersetzt sich anschließend zu Kohlenstoff und flüchtigen Stoffen. Diese Erhitzungsstufe wird so genügend lange fortgesetzt, daß eine Zersetzung von allem plastifizierten Alkohol gewährleistet wird. Nun wird der Druck in der Bombe langsam, und zwar auf 1,05 kg/cm# über eine Zeit von 5 Stunden abfallen und die Bombe allmählich abkühlen gelassen.When carrying out the method according to the invention to achieve the success of the production of low-permeability carbon of high purity, for example, a quantity of furfuryl alcohol is placed in a pressurized vessel or bomb and the pressure of nitrogen within the bomb is allowed to rise to approximately 141 kg / cm 2. The temperature is raised to 400 ° C. over a period of 3 days. Under these conditions, the alcohol polymerizes first, becomes plastic - which takes place in the absence of a catalyst - and then decomposes to carbon and volatile substances. This heating stage is continued long enough to ensure that any plasticized alcohol will decompose. Now the pressure in the bomb is slowly reduced to 1.05 kg / cm # over a period of 5 hours and the bomb is allowed to cool down gradually.

Die langsamen Geschwindigkeiten der Erhitzung und Kühlung wurden für Vermeidung von Rissigwerden des Produktes und eingeschlossenen Blasen oder Lunkern als notwendig festgestellt. Das entstandene Produkt wird dann einer weiteren Erhitzungsstufe unter Erhitzen auf 1000' C-bei'einer Geschwindigkeit von 300' C pro Stunde im Vakuum, in Stickstoff oder Luft und von Grafitpulver umgeben, ausgesetzt. Dieses weitere Erhitzen gewährleistet das Austreiben jeglicher flüchtig6n Stoff e-.The slow rates of heating and cooling have been found to be necessary in order to avoid cracking of the product and trapped bubbles or voids. The resulting product is then subjected to a further heating stage with heating to 1000 ° C. at a rate of 300 ° C. per hour in a vacuum, in nitrogen or air and surrounded by graphite powder. This further heating ensures the expulsion of any volatiles.

Das Endprodukt ist- ein Fornikörper aus Kohlenstoff geringer Durchlässigkeit und hoher Reinheit; trotz einer Schrumpfung von 24 Volumprozent wird die Gestalt dieses Formkörpers durch diejenige des Gefäßes bestimmt, in dem der flüssige Furfuralalkohol eingebracht war. So war unter Verwendung von Furfurylalkohol als kohlenstoffhaltiger Komponenten möglich, Scheiben mit einem Durchmesser von 4 cm und einer Dicke von 1 mm zu erzeugen; hierbei lag die Durchlässigkeit dieser Scheiben in der Größenordnung von 10-7 Lusecs.The end product is - a molded body made of carbon with low permeability and high purity; Despite a shrinkage of 24 percent by volume, the shape of this shaped body is determined by that of the vessel in which the liquid furfural alcohol was introduced. For example, using furfuryl alcohol as the carbon-containing component, it was possible to produce disks with a diameter of 4 cm and a thickness of 1 mm; the permeability of these panes was in the order of 10-7 Lusecs.

Bei einer Modifikation des Verfahrens kann man jedoch derartige Formkörper aus Kohlenstoff so erzeugen, daß man zuerst das Ausgangsmaterial ganz oder teilweise unter Hitze und Druck-polymerisiert, den Polymerisationsvorgang zum Stillstand bringt, wenn das Material für Verformung genügend plastisch ist, das Material verformt zu seiner gewünschten Gestalt und anschließend, falls nötig, den Polymerisierungsvorgang vollendet und das polymerisierte Material carbonisiert.However, if the method is modified, such shaped bodies can be used produce from carbon in such a way that you first of all or part of the starting material polymerizes under heat and pressure, brings the polymerization process to a standstill, if the material is sufficiently plastic to be deformed, the material deforms to its desired shape and then, if necessary, the polymerization process completed and the polymerized material carbonized.

Claims

Patent claims: 1. Process for the production of a molded body from carbon with low permeability and high purity . d a d u rch g e 'Ind c ichn c t, that heats a monomeric furfuryl alcohol without a polymerization catalyst under pressure and until the formation of a plastic mass from a Furfurylalkoholpolymerisat that it deforms the plastic mass to the required external shape and in that the so- formed molded body is heated until the end of the polymerization and then the complete conversion of the polymerized furturyl alcohol to carbon with a permeability of the order of 10-7 Lusecs is carried out.

2. The method according to claim 1, characterized in that the initial (pre) Polymerisielung the furfuryl alcohol by exposing the monomeric furfuryl alcohol to a pressure of 141 kg / cm2 and by heating to a temperature of 4001 C and that the polymerized furfuryl alcohol for its carbonization is heated to 10001 ° C. Publications considered: German Auslegeschrift W8281VIc / 12i (published on December 20, 1956); British Patent Nos. 510 2,56, 625 847, 635716, 713710, 746516, 763128, 774713, 811 734; USA. Patent Nos. 2,758,140, 2,431,326, Example VII.