DE2153308C3 - Poröser Gegenstand aus Kohlenstoff und seine Verwendung - Google Patents
Poröser Gegenstand aus Kohlenstoff und seine VerwendungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen neuen porösen Gegen- dann wird der ausgeformte frische Schaum zum Härten
stand aus Kohlenstoff, der eine außerordentlich ge- 35 erhitzt und anschließend in einer nicht oxydierenden
ringe thermische Leitfähigkeit und eine hohe mecha- Gasatmosphäre karbonisiert, wobei der gewünschte
nische Festigkeit aufweist, sowie die Verwendung des kohlenstoffhaltige poröse Gegenstand erhalten wird,
porösen Kohlenstoffgegenstandes für spezielle tech- Die zum Verbinden solcher hohlen Kohlenstoffnische
Anwendungszwecke. Mikrokugeln verwendeten Bindemittel für die Erzeu-
Poröse Kohlenstoffgegenstände sind bereits be- 4° gung des frischen Schaumes können aus den vorerkannt
und in der französischen Patentschrift 13 71130 wähnten wärmehärtenden Harzen oder karbonisiersowie
in der deutschen Offenlegungsschrift 14 71 460 baren organischen Materialien bestehsn. Dieselben
beschrieben. sind z. B. wärmehärtende Harze, wie Phenolharze,
Derartige vorbekannte poröse Kohlenstoffgegen- Furfurylalkoholharz, Furfurylaldehydharz, Epoxystände
werden aus kohlenstoffhaltigem Material unter 45 harz, Silikonharz, Alkydharz oder ungesättigte PolyVerwendung
von verkokbarem Bindemittel ausgeformt esterharze, anorganische Materialien, wie Wasserglas,
und anschließend verkokt. kolloidales Siliciumdioxid, kohlenstoffhaltige orga-
Die Eigenschaften dieser vorbekannten porösen nische Materialien, wie Cellulose, Stärke, Polyvinyl-
Kohlenstoffgegenstände lassen indessen sowohl hin- Alkohol, Polyacrylnitril, Polyvinylidenchlorid,
sichtlich ihrer thermischen Leitfähigkeit als auch hin- 50 Die Menge dieser Bindemittel, die bei der Herstel-
sichtlich ihrer Festigkeitseigenschaften noch zu wün- lung des erfindungsgemäßen porösen Gegenstandes
sehen übrig. aus Kohlenstoff verwendet wird, hängt von der Art
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung der Bindemittel, den Formen der hohlen kohlenstoffeinen
neuen porösen Gegenstand aus Kohlenstoff zu haltigen Mikrokugeln oder der Dichte der zu formenden
schaffen, bei dem die physikalischen Eigenschaften, 55 kohlenstoffhaltigen porösen Gegenstände ab. Sie liegt,
insbesondere die thermische Leitfähigkeit und die bezogen auf die Kohlenstoffmikrokugeln, im Bereich
mechanische Festigkeit, wesentlich verbessert sind. von 4 bis 40 Volumprozent. Ein Lösungsmittel kann
Gelöst wird diese erfindungsgemäße Aufgabe mit ebenfalls verwendet werden, um das Bindemittel zu
einem porösen Gegenstand aus Kohlenstoff, der da- lösen oder zu verdünnen.
durch gekennzeichnet ist, daß er aus einer ausge- 60 Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Kohlenformten
und in nicht oxydierender Atmosphäre karbo- Stoffgegenstände werden das Bindemittel, ein Härter
nisierten Masse aus hohlen Kohlenstoff-Mikrokugeln dafür sowie ein Lösungsmittel für das Bindemittel
mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 1 bis und die Kohlenstoffmikrokugeln in einem Mischer,
1000 μπα, einem Schüttgewicht von 0,01 bis 0,8 g/cm3 beispielsweise einem Kneter, innig gemischt, dann
und einer mittleren Wanddicke von 0,1 bis 100 μπι 65 diese Mischung in die metallene Form gegeben, so
und 4 bis 40 Volumprozent eines Bindemittels, be- daß sie unter einem Druck von 0,1 bis 10 kg/cma auszogen
auf die hohlen Kohlenstoff-Mikrokugeln, be- geformt wird und dann die dichte Masse in der Form
steht und ein spezifisches Gewicht von 0,05 bis ausgehärtet wird, indem sie eine Minute bis 24 Stunden
3 4
auf einer Temperatur von Raumtemperatur bis 200° C Mikrokugeln mit einem Schüttgewicht von 0,15 g/cm3,
gehalten wird. einem mittleren Teilchendurchmesser von 140 μηι,
Zum Aushärten können Härter wie aromatische einer mittleren Wanddicke von 12 μΐη und einer
Amine, aliphatische Amine, organische Säureanhy- Wasserdruckfestigkeit von über 30 kg/cm2 wurden
dride, Polyamidharze, organische Peroxyde, Para- 5 unter Verwendung eines Mischers gemischt, dann die
toluolsulfonsäure oder Phosphorsäure entsprechend so erhaltene Mischung in einer Edelstahlform von
-den Arten der verwendeten Bindemittel benutzt wer- 45mm Durchmesser angeordnet, um unter einem
den. Anschiießend wird der vollständig gehärtete Druck von 0,5 kg/cm2 einen frischen Preßling zu er-
fi frische Schaum in nicht oxydierender Atmosphäre zur zeugen. Der geformte Preßling wurde dann zum Aus-
I .Karbonisierung der Bindemittel erhitzt. Wenn bei der ία härten zwei Stunden lang auf eine Temperatur von
I Karbonisierung die Erhitzungsgeschwindigkeit, d.h. 200°C erhitzt, und anschließend wurde der gehärtete
*· die Geschwindigkeit des Temperaturanstieges, zu Schaum mit einer Erhitzungsgeschwindigkeit von
L langsam ist, so wird eine geringe Wirtschaftlichkeit l°C/min in einer Stickstoffatmosphäre zur Karboni-
i des Verfahrens erhalten, während andererseits, wenn sierung auf 1000° C erhitzt. Die Eigenschaften dieses
I --"läis Erhitzungsgeschwindigkeit zu groß ist, der ausge- 15 porösen Gegenstandes sind in Tabelle 1 aufgeführt.
jk formte Schaum zu Rißbildung neigt, was zu einer
ρ Zerstörung oder einer Beschädigung der Produkte Beispiel 2
führt. Es ist daher zweckmäßig, die Erhitzungsge-
*~ schwindigkeit auf den Bereich von 0,5 bis 10°C/min 50 ml der im Beispiel 1 verwendeten hohlen Kohlen-
& innerhalb des Temperaturbereiches von 300 bis 1000° C 20 stoff-Mikrokugeln, 10 g Furfurylalkohol und 0,5 g
zu begrenzen. Nachdem dieser Erhitzungsbereich eines Härters aus Paratoluolsulfonsäure wurden ge-
ί durchlaufen ist, kann die Temperatur, falls notwendig, mischt, und die so erhaltene Mischung wurde in der
\ schnell von 1000 auf 2000° C erhöht werden, um die gleichen Weise wie im Beispiel 1 beschrieben behandelt,
I Karbonisierung zu vervollständigen. so daß ein kohlenstoffhaltiger poröser Gegenstand
*< Die erfindungsgemäßen porösen Gegenstände aus 25 erhalten wurde. Die Eigenschaften dieses Materials
Kohlenstoff haben die folgenden Eigenschaften: sind in Tabelle 1 aufgeführt.
t Spezifisches Gewicht 0,05 bis 1,00 g/cm3 Beispiel 3
I Druckfestigkeit 5 bis 500 kg/cm2
* Betriebstemperatur bis zu 3000° C (unter 30 50 ml der hohlen Kohlenstoff-Mikrokugeln und 10 g
f nicht oxydierender einer 10 %igen Kartoffelstärkelösung wurden gemischt,
I Atmosphäre) und die so erhaltene Mischung wurde in eine Form aus
1 Gaspermeabilität 0,2 bis 10 cm3 · cm/ rostfreiem Stahl eingegeben und unter einem Druck
£ cm2 · cm H2O · s von 0,2 kg/cm2 zu einem Preßling geformt. Der aus-
I Wasserdurchlässigkeit ... 2 bis 200 · 10- * cm3 · 35 geformte Schaum wurde dann 12 Stunden lang auf
F cm/cra2 · cm H2O · s 200° C erhitzt, um das Wasser vollständig daraus zu
H entfernen und um einen trockenen, geformten frischen
I Der so erhaltene erfindungsgemäße kohlenstoff- Schaum zu erhalten. Anschließend wurde dieser
i haltige poröse Gegenstand weist eine außerordentlich frische Schaum wie im Beispiel 1 beschrieben zur
'I geringe thermische Leitfähigkeit, eine hohe mecha- 40 Karbonisierung mit einer Erhitzungsgeschwindigkeit
I nische Festigkeit und eine Dichte im Bereich von von l°C/min auf 1000°C erhitzt. Die Eigenschaften
■ 0,05 bis 1,00 g/cm3 auf. Die Vorteile und ausgezeich- des so erhaltenen kohlenstoffhaltigen porösen Gegen-
neten Eigenschaften rühren von der Tatsache her, Standes sind in der nachfolgenden Tabelle 1 aufge-
: daß der erfindungsgemäße kohlenstoffhaltige poröse führt:
I Gegenstand aus hohlen Kohlenstoff-Mikrokugeln be- 45
I Gegenstand aus hohlen Kohlenstoff-Mikrokugeln be- 45
S steht, die als Strukturelemente dienen, und weiterhin, Tabelle 1
daß der überwiegende Teil der Porosität innerhalb ~T.
des porösen Gegenstandes durch gleichmäßig verteilte, Beispiel
geschlossene Poren oder Zellen bewirkt wird. \ 2 3
Wie aus dem Vorstehenden ersichtlich ist, liefert 50
; das kohlenstoffhaltige poröse Material gemäß der vor- Spezifisches Gewicht 0,13 0,21 0,15
liegenden Erfindung verschiedene ausgezeichnete Eigen- (g/cm3)
schäften, so daß es als Baumaterial für Hoch- und Tief- Druckfestigkeit 21 38 11
: temperaturisolierung und zur Herstellung schall- (kg/cm2)
dichter Wände sowie für Reaktoren, Reaktions- 55 T1 . . T it...· nnn n *-, n*n
kolonne«, Freidampfleitungen und weiterhin als Filter, Jher.miS(*e ^lug- 0,09 0,13 0,10
als Gaseinlaßplatte, als Absorptionsplatte, als Dia- KeiUKcai/mn ^)
phragma usw. geeignet ist. Das erfindungsgemäße
neue Material ist somit für einen weiten Anwendungs- Aus der vorstehenden Tabelle 1 ist ersichtlich, daß
bereich geeignet. 60 ein solcher poröser Körper aus Kohlenstoff sehr leicht-
Die nachfolgenden Beispiele dienen zur Erläuterung gewichtig ist, eine hohe thermische Isolationsfähigkeit
der Herstellung des erfindungsgemäßen porösen und eine hohe Druckfestigkeit besitzt.
Gegenstandes aus Kohlenstoff.
Beispiel 4
B e i s ρ i e 1 1 65
B e i s ρ i e 1 1 65
70 Gewichtsteile von jeder der nachfolgend aufge-
10 g einer 30 %igen Äthanol-Lösung eines resol- führten Gruppe von hohlen Kohlenstoff-Mikrokugeln
artieen Phenolharzes und 50 ml hohle Kohlenstoff- mit den drei mittleren Teilchendurchmessern: (a)
300 μπι, (b) 180 μΐη, (c) 100 μία, wurden jeweils mit
30 Gewichtsteilen eines novolakartigea Phenolharzes gemischt. Die so erhaltene Mischung wurde bei einer
Temperatur von 150° C zu einer Platte von 2,5 cm Dicke druckverformt, die dann sechs Stunden lang
unter einer Stickstoffatmosphäre zur Karbonisierung und zur Erzeugung eines kohlenstoffhaltigen porösen
Gegenstandes von 200 auf 1000° C erhitzt wurde. Die Eigenschaften eines jeden kohlenstoffhaltigen Gegen-S
Standes sind in Tabelle 2 aufgeführt.
| Tabelle 2 | (a) | (b) | (C) |
| 0,23 | 0,26 | 0,31 | |
| Spezifisches Gewicht | |||
| (g/cm3) | 29,4 | 42,6 | 46,7 |
| Druckfestigkeit | |||
| (kg/cm«) | 21,9 | 30,4 | 32,9 |
| Scherfestigkeit | |||
| (kg/cm2) | 0,08 | 0,09 | 0,11 |
| Thermische Leitfähig | |||
| keit (kcal/m h ° C) | 1,1 | 0,8 | 0,4 |
| Gasdurchlässigkeit | |||
| (cm3 · cm/cm2 · | |||
| cm H2O · s) | 4,4·' | 4,3· | 4,4· |
| Wasserdurchlässigkeit | 10-3 | ίο-3 | ίο-3 |
| (cm3 · cm/cm2 · | |||
| cm H2O · s) | |||
Claims (3)
1. Poröser Gegenstand aus Kohlenstoff, d a- 0,2 bis 10 cm3 · cni/cm2 · cm H2O · s und eine Wasserdurch
gekennzeichnet, daß er aus einer 5 permeabilität von 2 bis 200 · 10~4 cm3 · cm/cma · cm
ausgeformten und in nicht oxydierender Atmo- H2O · s aufweist.
Sphäre carbonisierten Masse aus hohlen Kohlen- Das Verfahren zur Erzeugung der hohlen Mikrostoffmikrokugeln
mit einem mittleren Teilchen- kugeln aus Kohlenstoff, die für die Herstellung des
durchmesser von 1 bis 1000 μπι, einem Schutt- erfindungsgemäßen porösen Kohlenstoffgegenstandes
gewicht von 0,01 bis 0,8 g/cm3 und einer mittleren io verwendet werden, ist im einzelnen in der eigenen
Wanddicke von 0,1 bis 100 μπι und 4 bis 40 Volum- deutschen Offenlegungsschrif t 21 26 262 beschrieben.
Prozent eines Bindemittels, bezogen auf die hohlen Gemäß der Offenbarung in dieser vorgenannten
Kohlenstoffmikrokugeln, besteht und ein spezi- älteren Anmeldung besteht das Verfahren zur Erzeufisches
Gev/icht von 0,05 bis 1,00 g/cm3, eine gung hohler Mikrokugeln darin, daß Steinkohlen-Druckfestigkeit
von 5 bis 500 kg/cm2, eine Tem- 15 oder Erdölpech mit einem Atomverhältnis vonWasserperaturbeständigkeit
unter nicht oxydierender At- stoff zu Kohlenstoff von 0,2 bis 1,0 und einem Ermosphäre
bis zu 3000° C, eine Gaspermeabilität weichungspunkt von 100 bis 35O0C gleichmäßig mit
von 0,2 bis 10 cm3 · cm/cm2 · cm H2O · s und eine einem organischen Lösungsmittel, in dem das Pech
Wasserpermeabilität von 2 bis 200 ■ 10~4 cm3 · cm/ löslich ist, gemischt wird, dann diese Mischung in
cm2 · cm H2O · s aufweist. 20 Wasser dispergiert wird, welches ein Suspendiermittel
2. Verwendung des porösen Gegenstandes aus enthält, das Lösungsmittel aus der so erhaltenen Pech-Kohlenstoff
nach Anspruch 1 als Baumaterial für lösungsmittelmischung entfernt wird, wodurch der
Hoch- und Tieftemperaturisolierung und zur Gehalt an Lösungsmittel auf 0,2 bis 10% gesenkt wird,
Herstellung schalldichter Wände. das Material durch Kurzzeiterhitzung ausgeformt
3. Verwendung des porösen Gegenstandes aus 25 wird, die so erhaltenen Mikrokugeln aus Pech in einem
Kohlenstoff nach Anspruch 1 als Filter, Gaseinlaß- oxydierenden Gas oder einer Flüssigkeit unschmelzbar
platte, Absorptionsplatte oder Diaphragma. gemacht werden und das so behandelte Material in
einer inerten Atmosphäre karbonisiert wird.
Die so erhaltenen hohlen Kohlenstoff-Mikrokugeln
Die so erhaltenen hohlen Kohlenstoff-Mikrokugeln
30 werden mit einem Bindemittel, wie beispielsweise
wärmehärtenden Harzen oder wärmehärtenden anorganischen Materialien unter Bildung eines ausgeformten
frischen Schaumes miteinander verbunden,
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Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
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| DE2153308A1 DE2153308A1 (de) | 1972-05-10 |
| DE2153308B2 DE2153308B2 (de) | 1976-03-11 |
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