DE69606074T2

DE69606074T2 - Extrudierte Strukturen aus thermohärdbaren Harzen

Info

Publication number: DE69606074T2
Application number: DE69606074T
Authority: DE
Inventors: Kishor P. Gadkaree
Original assignee: Corning Inc
Current assignee: Corning Inc
Priority date: 1995-02-27
Filing date: 1996-02-22
Publication date: 2000-06-08
Anticipated expiration: 2016-02-23
Also published as: TW377313B; KR100374779B1; EP0728521B1; EP0728521A3; KR960030992A; JP3756235B2; EP0728521A2; DE69606074D1; ATE188629T1; US5820967A; JPH08244088A

Description

Diese Erfindung betrifft die Herstellung von Aktivkohlestrukturen durch Extrusion von wärmehärtenden Harz-Füllstoff- Bindemittel-Gemischen. Diese Strukturen sind insbesondere wabenförmig.

Hintergrund der Erfindung

Aktivkohle wird in vielen industriellen Anwendungen für Verfahrensstrom-Reinigungen, sowie zur Schadstoffbekämpfung in Form von gepackten Betten von Perlen oder Pulvern verwendet.
Vor kurzem wurden durch verschiedene Verfahren hergestellte Aktivkohle-Waben zur Vermeidung des hohen Druckabfalls verwendet, der mit gepackten Betten einhergeht. Die verschiedenen, zur Herstellung der Waben ausgearbeiteten Verfahren umfassen die Extrusion fein pulverisierter Aktivkohle mit organischen oder anorganischen Bindemitteln. Waben, die durch diese Verfahren hergestellt worden sind, besitzen jedoch schlechte Lebensdauer und geringe Festigkeit. Die geringe Festigkeit beruht auf der Unfähigkeit der Kohle, an ein Bindemittel zu binden.
Ein weiteres Verfahren zur Herstellung einer Wabe, die Aktivkohle enthält, umfasst das Beschichten von extrudierten und gebrannten anorganischen porösen Waben mit synthetischen Harzen, die dann wie in US-Patent Nr. 5 451 444 offenbart carbonisiert und aktiviert werden. Diese Strukturen sind fest, haltbar und haben eine kontrollierte Kohlestruktur. Sie sind jedoch für einige Anwendungen zu teuer.
Kohle, welche von Syntheseharz herrührt, stellt einzigartige Adsorptionseigenschaften bereit, wie die drei- bis fünffache Adsorptionskapazität gegenüber kommerzieller Aktiv kohle. Aus diesem Grund ist es vorteilhaft, beim Herstellen von Aktivkohlekörpern Harze als Vorstufen zu verwenden.
Das US-Patent Nr. 4 399 052 offenbart die direkte Extrusion von Harzwaben, gefolgt von Carbonisierung und Aktivierung zur Herstellung von Aktivkohle-Waben. Mit diesem Verfahren gehen jedoch mehrere Probleme einher. Das Verfahren umfasst das Mischen fester Phenolharze (Novolake) und flüssiger Phenolharze (Resole), zweier wärmegehärteter Harze, die bei der Extrusion miteinander reagieren. Die Reaktion verursacht ein Schäumen der extrudierten Struktur und zerstört sie. Das Gemisch wird zudem gummiartig und lässt sich sehr schwer extrudieren. Somit lassen sich keine geeigneten Wabenstrukturen durch Verwendung dieses Verfahrens herstellen. Die vorstehend genannten Gründe zeigen eindeutig, dass kein Verfahren verfügbar ist, um durch Extrusion Harzwaben aus wärmegehärteten Harzen herzustellen. Ein weiteres Problem bei diesem Verfahren ist, dass während der Carbonisierung und Aktivierung etwa 60 bis 65 Gew.-% des Harzes als niedermolekulare Verbindungen verloren gehen. Ein derart großer Gewichtsverlust, der mit dem Verfahren einhergeht, verursacht ein starkes Schrumpfen. Solche Waben unterliegen starken Verformungen und Rissen. Dieses Problem lässt sich bis zu einem gewissen Maße durch langsame Aufheizgeschwindigkeiten vermeiden. Die Entstehung flüchtiger Substanzen bleibt jedoch ein Problem, da es bei einer festgelegten Wabenwanddicke schwierig ist, die Carbonisierungs-Nebenprodukte aus dem Inneren der Wabenstruktur zu entfernen. Die niedermolekularen Nebenprodukte entstehen in den Wabenwänden, und die Struktur explodiert in viele Fragmente.
Es ist somit im Fachgebiet ein deutlicher Vorteil, dauerhafte und gut geformte Wabenformen, ohne Reißen und Verformen durch ein industriell geeignetes Herstellungsverfahren, herstellen zu können.
Die vorliegende Erfindung stellt ein solches Verfahren bereit.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines geformten Gegenstandes bereitgestellt. Das Verfahren umfasst das Herstellen eines Rohmaterialiengemisches aus einem wärmehärtbaren Harz, das aus einem oder mehreren festen Harzen oder aus einem oder mehreren flüssigen Harzen besteht, hydrophilem Füllstoff, flüchtigem organischen Bindemittel und gegebenenfalls einer wirksamen Menge an Extrusionshilfsstoffen. Ist das Harz flüssig, lässt sich der Füllstoff wenigstens carbonisieren. Ist das Harz fest, kann der Füllstoff carbonisierbar und/oder anorganisch sein. Das Gemisch wird zu einem geformten Gegenstand extrudiert, getrocknet, und das Harz wird gehärtet. Der gehärtete Gegenstand kann weiter carbonisiert und aktiviert werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein geformter Gegenstand bereitgestellt, der durch das vorstehend beschriebene Verfahren hergestellt worden ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Entfernung von einer oder mehreren Komponenten aus einem Arbeitsstrom bereitgestellt, der das Hindurchleiten des Arbeitsstromes durch den vorstehend beschriebenen wabenförmigen Aktivkohlegegenstand vorsieht, so dass die Komponente(n) adsorbiert wird/werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm eines Querschnitts der durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten Wabe.
Fig. 2 ist ein schematisches Diagramm eines Querschnitts einer durch ein Verfahren des Standes der Technik hergestellten Wabe.

Eingehende Beschreibung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Gegenständen aus wärmehärtbarem Harz. Die Gegenstände oder Körper sind frei von Rissen und Verformung. Nach dem Härten und Carbonisieren lassen sich Aktivkohlekörper mit einer hohen Adsorptionskapazität herstellen. Das Verfahren ist besonders geeignet zur Herstellung von Wabenstrukturen. Diese Körper haben, wie in Fig. 1 veranschaulicht, eine wohldefinierte Zellstruktur.
Die erfindungsgemäßen Strukturen sind zur Verwendung in vielen Anwendungen geeignet, für die Aktivkohlekörper in der Vergangenheit verwendet worden sind, wie die Entfernung ausgewählter Komponenten aus einem Arbeitsstrom durch Adsorption. Beispiele einiger Anwendungen umfassen Trinkwasser-Reinigung, Bekämpfung der Emission flüchtiger organischer Verbindungen, Erdgas-Treibstoff-Aufbewahrung für gasgetriebene Fahrzeuge oder Ausrüstung, Raumluft-Reinigung, industrielle Atemschutzgeräte, Luftfilter für den Fahrerraum beim Auto, entlüftungslose Abzüge, chemische Abtrennungen, NOx- und SOx-Bekämpfung und Abgasfallen für Kaltstartanwendungen beim Auto. Andere potentielle Anwendungen umfassen Verwendungen, wie Ozonfilter, Auffangen von Quecksilber aus kommunalen Einäscherungsanlagen, Radonadsorption, Autobenzintank- oder Ansaugkrümmer-Emissionen, Entlüftungen bei Abwasserpumpen, Öl-Luft-Abtrennungen oder jede andere Anwendung, bei der die Adsorption einer oder mehrerer Komponenten aus einem Fluidstrom, der viele Komponenten enthält, gewünscht ist. Bei Wabenformen durchläuft der Arbeitsstrom die Zellen oder Kanäle der Wabe.
Die Harzwaben (vor der Carbonisierung) können bei Fahrzeug- und Luftfahrtanwendungen, wo hohe Steifigkeits-zu- Gewichts-Verhältnisse oder hohe Festigkeits-zu- Gewichtsverhältnisse wünschenswert sind, geeignet sein.
Die Körper werden durch Extrusion eines Rohmaterialgemisches aus Harz, flüchtigem Bindemittel, das nicht mit dem wärmegehärteten Harz chemisch reagiert, verschiedenen Füllstoffen und gegebenenfalls Extrusionshilfen zur Verbesserung der Extrudierbarkeit des Gemisches, hergestellt. Nur ein Typ des wärmegehärteten Harzes, d. h. entweder der flüssige oder der feste Typ, wird in einem bestimmten Gemisch verwendet.
Die erfindungsgemäßen von Harz abgeleiteten Körper haben gegenüber aus Aktivkohle, z. B. durch Extrusion von Aktivkohle hergestellten Körpern, Vorteile. Die Körper, die direkt aus Aktivkohle hergestellt sind, werden aus diskontinuierlicher Kohle hergestellt, die durch permanente Bindemittel aneinander gebunden werden muss, wohingegen von Harz abgeleitete Aktivkohlekörper, z. B. Waben, aus kontinuierlicher Kohle bestehen und keine permanenten Bindemittel benötigen. Diese kontinuierliche Kohlestruktur ist stark und dauerhaft und kann in Hochfließgeschwindigkeits-Adsorptionsverfahren verwendet werden. Diese Körper sind in flüssigen Strömen ebenfalls dauerhaft. Körper aus Aktivkohleteilchen sind in organischen Lösungsmitteln und in vielen Fällen selbst in Wasser nicht haltbar, da das Bindemittel, das die Struktur zusammenhält, wasserlöslich ist. Ein weiterer Vorteil ist die hohe Adsorptionskapazität der Körper, die von sehr kohleergiebigen Harzen hergeleitet sind.
Die erfindungsgemäßen Körper haben gegenüber kohlebeschichteten Keramikkörpern einen Vorteil, da man nicht das teure Verfahren durchlaufen muss, bei dem zuerst ein Keramiksubstrat hergestellt wird, das dann mit einer Harzvorstufe beschichtet werden muss, die dann carbonisiert und aktiviert wird. Die Verwendung eines Keramiksubstrates macht ein solches Produkt teuer und für einige Anwendungen ökonomisch nicht realisierbar. Ein weiterer Nachteil der kohlebeschichteten Strukturen, z. B. Waben, ist, dass die Menge an aufgenommenem Harz durch die Menge an Poren in der Substratwand eingeschränkt wird. Dies schränkt die Menge des auf der Struktur verfügbaren Kohlenstoffs ein, und schränkt so die Adsorptionskapazität ein.
Die erfindungsgemäßen Körper haben gegenüber den Körpern, hergestellt gemäß US-Patent Nr. 4 399 052 (Extrusion von gemischten Harztypen), dahingehend einen Vorteil, dass sich starke gut geformte Körper, insbesondere Waben hoher Zelldichte, ohne Probleme und ohne die langsamen Heizverfahren extrudieren lassen, die in diesem Verfahren erforderlich sind.

Das Harz

Die geeignetsten wärmehärtbaren Harze sind Phenolformaldehyd- und Furanharze, und zwar wegen ihrer hohen Kohleergiebigkeit bei der Carbonisierung, d. h. mindestens etwa 10 Gew.-% und gewöhnlicher mindestens etwa 50%, bezogen auf das Gewicht des gehärteten Harzes. Phenolformaldehyd kann in flüssiger Form (Resol) oder fester Form (Novolak) verwendet werden. Furan kann in flüssiger Form verwendet werden.
Phenolformaldehydharze sind in flüssiger oder fester Form kommerziell erhältlich und werden durch Umsetzen von Phenol und Formaldehyd hergestellt.
Wenn die Reaktion mit 1 Mol oder mehr Formaldehyd pro Mol Phenol unter alkalischen Bedingungen durchgeführt wird, kann die Reaktion, sobald sie gestartet ist, weiter bis zum Ende ablaufen, ohne dass Material weiter zugegeben werden muss, bis die Reaktionsmasse unlöslich und unschmelzbar geworden ist. Diese Harze werden als Einstufen-Harze oder Resole bezeichnet.
In der kommerziellen Praxis erfolgt die Reaktion meist bis zu einem festgelegten Punkt, und das Harz wird dann gekühlt, um die Reaktion zu verlangsamen. Die meisten kommerziellen Produkte sind wässrige Flüssigkeiten mit unterschiedlichen Viskositätsgraden (z. B. 100-1000 mPas) (cps). Das Harz wird dann in verschiedene Formen weiter verarbeitet usw.
Wenn die Reaktion zwischen Phenol und Formaldehyd in saurem Medium mit 1 Mol oder mehr Formaldehyd pro Mol Phenol durchgeführt wird, bewirkt die Reaktion rasch die Bildung einer unlöslichen und unschmelzbaren Masse. In der kommerziellen Praxis erfolgt die Reaktion in saurem Medium durch Kondensieren von 1 Mol Phenol mit weniger als 0,9 Mol Formaldehyd. In diesem Fall läuft die Reaktion bis zur Bildung eines permanent schmelzbaren Harzes ab, das die Zugabe einer Formaldehydform erfordert, bevor es sich zu einer unlöslichen unschmelzbaren Form umwandelt. Dieses Harz wird als Zweistufenharz bezeichnet. Das Produkt der ersten Stufe wird als Novolak bezeichnet. Zur Härtung der Novolake muss eine Formaldehydform oder ein Formaldehyd-Donor zugegeben werden, um das Verhältnis von Formaldehyd zu Phenol auf die richtige Menge zum Härten einzustellen. Gewöhnlich wird Hexamethylentetramin ("Hexa") verwendet und mit dem Harz in fein verteilter Form gemischt. Unter der Einwirkung von Hitze zerfällt das Hexa in Formaldehyd und Ammoniak, und Formaldehyd reagiert mit Novolak, so dass dieses aushärtet. Neben Hexa sind viele andere Härtungsmittel in der Literatur beschrieben, wie Ethylendiamin-Formaldehyd-Produkte, Anhydroformaldehyd-Anilin und Methylol-Derivate von Harnstoff oder Melamin, Paraformaldehyd, usw.
Es muss festgestellt werden, dass in der erfindungsgemäßen Praxis flüssige und feste Harze nicht miteinander gemischt werden dürfen. Bei einem Flüssigharz-System kann ein Gemisch aus verschiedenen flüssigen Harzen verwendet werden, bspw. ein Gemisch aus Resol und flüssigem Furan. Entsprechend kann mit einem Festharz-System ein Gemisch aus unterschiedlichen festen Harzen verwendet werden, wie bspw. bei kommerziellen Feuchtpressmasse-Verbindungen.
Man hat entdeckt, dass - wenn flüssige und feste Harze miteinander gemischt werden, und eine Extrusion versucht wird - eine starke Reaktion im Extruder erfolgt, was zum Aufschäumen des Extrudates und zum Stillstand des Extruders führt. In einem Schneckenextruder bewegt sich die Schnecke selbst bei maximaler Leistung nicht mehr. Die Substanz, die den Extruder verlässt, hat nicht die gewünschte Form. Wird die Extrusion bspw. durch eine Waben-Düse versucht, bilden sich, wie in Fig. 2 gezeigt, keine Wabenzellen. Die Fig. 2 ist ein schematischer Querschnitt eines Extrudates aus einem Gemisch von festem und flüssigem Harz.
Wird ein flüssiges Harz gewählt, ist das bevorzugte Harz phenolisches Resol mit hoher Viskosität (100-1000 mPas (cps).
Wird festes Harz gewählt, ist das bevorzugte Harz phenolisches Novolak.
Phenolische Form-Verbindungen sind kommerziell erhältlich. Diese Formverbindungen sind fest und enthalten verschiedene mineralische, organische und anorganische Füllstoffe, gewöhnlich bis zu etwa 25 bis 70 Gew.-%. Diese kommerziellen Produkte lassen sich erfindungsgemäß einsetzen. Die festen Verbindungen können zu einem feinen Pulver gemahlen werden, und das Bindemittel, die Extrusionshilfen und die zusätzlichen Füllstoffe werden zugegeben, eingemischt und extrudiert. Je nach der Verbindung und dem Gehalt und dem Typ an bereits vorhandenem Füllstoff, wird die Menge an Füllstoff und Bindemittel so eingestellt, dass die erfindungsgemäßen Bereiche erhalten werden. Form-Verbindungen, erhältlich von der DUREZ Division of Occidental Chemical Co., wie Allzweck- Verbindungen, mittelzähe Verbindungen, glasgefüllte oder hitzebeständige Elektrograde oder Verbindungen, die durch Zahlen identifiziert werden, wie 32424, 32110 und 18420, können verwendet werden. Mehrere Form-Verbindungen sind mit Holzmehl, Baumwolle oder einem anderen organischen Füllstofftyp erhältlich, und diese Verbindungen lassen sich auch einsetzen.

Das flüchtige Bindemittel

Ein flüchtiges Bindemittel wird zur Bindung des Harzes und der Füllstoffe verwendet und wird bei den Hitzebehandlungen entfernt. Bei jedem Harztyp wird ein weichmachendes organisches Bindemittel am häufigsten verwendet. Ein weichmachendes organisches Bindemittel trägt zur Plastizität des Gemisches für das Formen in einen Körper bei. Das erfindungsgemäße weichmachende organische Bindemittel betrifft Cellulose- Ether-Bindemittel. Einige übliche Cellulose-Ether sind Methylcellulose und ihre Derivate, wie Ethylhydroxyethylcellulose, Hydroxybutylcellulose, Hydroxybutylmethylcellulose, Hydroxyethylcellulose, Hydroxymethylcellulose, Hydroxypropylcellulose, Hydroxypropylmethylcellulose, Hydroxyethylmethylcellulose, Natriumcarboxymethylcellulose und Gemische davon. Methylcellulose und/oder Methylcellulose-Derivate sind in der erfindungsgemäßen Praxis besonders als organische Bindemittel geeignet, wobei Methylcellulose, Hydroxypropylmethylcellulose oder Kombinationen davon bevorzugt sind. Dies kann ein Gemisch unterschiedlicher Typen Methylcellulose und/oder unterschiedlicher Typen Hydroxypropylmethylcellulose umfassen. Einige Quellen von Methylcellulose und/oder ihrer Derivate sind Methocel A4M, F4M und F40M von Dow Chemical Co.

Die Extrusionshilfen

Extrusionshilfen werden als wahlfreie Zusätze in solchen Mengen zu dem Rohmaterialiengemisch gegeben, dass die Geschmeidigkeit des Gemisches verstärkt wird und es leichter durch den Extruder und die Düse gelangt, insbesondere in Festharzgemi schen. Die Extrusionshilfen sind für beide Harzgemischtypen die gleichen. Einige bevorzugte Extrusionshilfen sind Seifen, Fettsäuren, wie Öl-, Linolsäure usw., Polyoxyethylenstearat usw. oder Kombinationen davon. Besonders bevorzugt ist Natriumstearat. Optimierte Mengen an Extrusionshilfe(n) hängen von der Zusammensetzung und dem Bindemittel ab, obwohl Extrusionshilfen gewöhnlich nicht mehr als etwa 3 Gew.-% des Gemisches ausmachen.

Die Füllstoffmaterialien

Für flüssige und feste Harz-Systeme muss der Füllstoff hydrophil sein, damit er durch die Flüssigkeiten im System leicht benetzt wird. Die Füllstoffe sind üblicherweise eine sauerstoffhaltige, z. B. Oxid-Substanz und sind daher relativ billig.
Die Füllstoffe können faserförmig sein. Faserförmige Füllstoffe geben einer Struktur im Vergleich mit einer teilchenförmigen Struktur üblicherweise höhere. Festigkeit und Steifigkeit. Erfindungsgemäß bedeutet faserförmig eine Länge von bis zu etwa 1 cm und vorzugsweise bis zu etwa 500 um. Der Durchmesser reicht bis zu etwa 500 um, vorzugsweise bis zu etwa 100 um und am stärksten bevorzugt bis zu etwa 10 um.
Je nachdem, ob das Harz flüssig oder fest ist, variieren die zu verwendenden Füllstoffe.
Die Verwendung von flüssigem oder festem Harz allein ergab bestimmte Probleme, die noch gelöst werden mussten.
Bspw. hat flüssiges Harz eine sehr niedrige Viskosität und erfordert einen bestimmten Füllstofftyp, damit es extrudierbar ist. Elementarkohlenstoff-Füllstoffe können zur Bildung einer extrudierbaren Charge verwendet werden, jedoch haben solche Strukturen bei der Carbonisierung eine schlechte Festigkeit, da der Kohlefüllstoff nicht an das Harz bindet.
Für flüssige Harzsysteme hat man entdeckt, dass die Zugabe eines hydrophilen carbonisierbaren (im Wesentlichen organi schen) Füllstoffes mit oder ohne einen hydrophoben organischen Füllstoff (vorzugsweise faserig) nötig ist, um eine gute Wabenextrusion zu erhalten. Hydrophile organische faserförmige Füllstoffe ermöglichen, dass das flüssige Harz die faserförmige Struktur bei hohen Beladungsmengen infiltriert. Das Gemisch hat eine gute Festigkeit und wird leicht in eine Wabenform gebracht und behält die Form bei der Carbonisierung. Anorganische hydrophile Füllstoffe, vorzugsweise mit faserförmiger Struktur können auch mit flüssigen Harzen zusätzlich zu den carbonisierbaren Füllstoffen verwendet werden.
Gemische aus organischen und anorganischen Füllstoffen ergeben eine optimale Festigkeit und Steifheit des endgültigen Kohleproduktes, sowie eine Minimierung der Kosten. Anorganische Füllstoffe minimieren ebenfalls das Schrumpfen und Verziehen.
Sowohl natürliche als auch synthetische carbonisierbare Füllstoffe können verwendet werden. Einige natürliche Materialien sind Weichhölzer, bspw. Kiefer, Fichte, Mammutbaum, usw., Harthölzer, bspw. Esche, Buche, Birke, Ahorn, Eiche usw. Sägemehl, Schalenfaser, bspw. gemahlene Mandelschale, Kokosschale, Aprikosenkernschale, Erdnussschale, Pecanussschale, Walnussschale usw., Baumwollfasern, bspw. Baumwollflocken, Baumwollgewebe, Zellulosefasern, Baumwollsamenfasern, Pflanzenfaserschnitzel, bspw. Hanf, Kokosfaser, Jute, Sisal und andere Materialien wie Maiskolben, Citrusfruchtfleisch (getrocknet), Sojamehl, Torfmoos, Weizenstroh, Wollfasern, Mais, Kartoffel, Reis und Tapioka usw. Einige synthetische Materialien sind regenerierte Cellulose, Reyongewebe, Cellophan, usw.
Einige Beispiele für carbonisierbare Füllstoffe, die besonders geeignet für flüssige Harze sind, sind Cellulose, Baumwolle, Holz und Sisal oder Kombinationen davon, die alle vorzugsweise faserförmig sind.
Ein besonders geeigneter carbonisierbarer Faserfüllstoff ist Cellulosefaser, wie sie von der International Filler Corporation, North Tonowanda, N. Y. bereitgestellt wird. Dieses Material hat die nachstehenden Siebeigenschaften: 1-2% auf 40 Mesh (420 um), 90-95% durch 100 Mesh (149 um) und 55-60% durch 200 Mesh (74 um).
Einige anorganische Füllstoffe, die sich verwenden lassen, sind sauerstoffhaltige Mineralien, wie Tone, Zeolithe, Talk usw., Carbonate, wie Calciumcarbonat, Aluminiumsilikate, wie Kaolin (ein Aluminiumsilikat-Ton), Flugasche (eine Aluminiumsilikatasche, die nach dem Kohleverfeuern in Kraftwerken erhalten wird), Silikate, z. B. Wollastonit (Calciummetasilikat), Titanate, Zirkonate, Zirkoniumdioxid, Zirkoniumdioxid- Spinell, Magnesium-Aluminium-Silikate, Mullit, Aluminiumoxid, Aluminiumoxid-Trihydrat, Spinell, Feldspat, Attapulgite und Aluminiumsilikat-Fasern, Cordierit-Pulver usw.
Einige Beispiele für besonders geeignete anorganische Füllstoffe sind Cordierit-Pulver, Talke, Tone und Aluminiumsilikatfasern, wie solche, die von Carborundum Co. Niagara Falls, N. Y. unter dem Namen Fiberfax vertrieben werden, und Kombinationen davon. Fiberfax-Aluminiumsilikat-Fasern haben einen Durchmesser von etwa 2-6 um und sind etwa 20-50 um lang.
Hydrophobe organische Füllstoffe stellen eine zusätzliche Stütze für die geformte Struktur bereit und bringen beim Carbonisieren Wandporosität mit ein, da sie im allgemeinen sehr wenig Kohlerückstand hinterlassen. Einige hydrophobe organische Füllstoffe sind Polyacrylnitril-Fasern, Polyesterfasern (Flocken), Nylonfasern, Polypropylenfasern (Flocken) oder Pulver, Acrylfasern oder Pulver, Aramid-Fasern, Polyvinylalkohol, usw.
Gewöhnlich muss die Teilchen- oder Fasergröße der Füllstoffe derart sein, dass sie beim Formen dünnwandiger Strukturen, wie Waben, durch die entsprechenden Düsen passen. Es hat sich herausgestellt, dass sich für die Extrusion einer Wabe mit 0,15 mm (6 Mil) Wandstärke durch eine Düse mit 152 um-Öffnungen bis zu etwa 420 um lange Cellulosefasern gut eignen. Dieses Beispiel ist lediglich veranschaulichend, und es ist selbstverständlich, dass die Erfindung für Strukturen spezifischer Größe nicht auf Füllstoffe spezifischer Größe eingeschränkt ist.
Für feste und flüssige Harze macht der Füllstoff bis zu etwa 10% bis 85 Gew.-% des Gemisches aus (ausschließlich jeglichen zugegebenen Wassers). Das Gewichtsverhältnis von Füllstoff zu Harz beträgt gewöhnlich etwa 0,2 bis 4,0.
Ein Flüssigharzgemisch, das erfindungsgemäß geeignet ist, besteht im wesentlichen in Gew.-% aus etwa 2 bis 50% Cellulosefasern, etwa 4 bis 10% organischem Bindemittel, das üblicherweise Methylcellulose und/oder Methylcellulose- Derivate ist, 0 bis etwa 15% hydrophoben organischen Füllstoffen, wie Polyesterflocken, Polypropylenflocken oder - Pulver, Acrylfasern oder -Pulver, usw., 0 bis etwa 2% Schmiermitteln, bspw. Seife, wobei der Rest phenolisches Resol ist.
Vorteilhafterweise besteht das Flüssigharzgemisch im Wesentlichen in Gew.-% aus etwa 20 bis 35% Cellulosefasern, etwa 4 bis 10% und üblicherweise etwa 3 bis 7% organischem Bindemittel, welches Methylcellulose und/oder ihre Derivate sein kann, 0 bis etwa 2,0% Schmiermittel, z. B. Seife, wobei der Rest phenolisches Resol ist.
Die vorstehenden Zusammensetzungen können zusätzlich etwa 5 bis 60% und stärker bevorzugt etwa 10 bis 30% Cordierit- Pulver-Füllstoff enthalten.
Ein weiteres Flüssigharzgemisch besteht im Wesentlichen in Gew.-% aus 2 bis 50% Cellulosefasern, etwa 30 bis 45% anorganischem Füllstoff, der eine Substanz aus oder eine Kombination von Cordierit-Pulver, Ton und Talk, sein kann, etwa 4% bis 10% organischem Bindemittel, das Methylcellulose und/oder ihre Derivate sein kann, 0 bis etwa 2% Schmiermittel, bspw. Seife, wobei der Rest phenolisches Resol ist.
Stärker bevorzugt besteht die Zusammensetzung im wesentlichen in Gew.-% aus etwa 9 bis 25% und üblicherweise etwa 10 bis 15% Cellulosefasern, etwa 30 bis 45% anorganischem Füllstoff, der Ton, bspw. Hydrit-Ton, Talk oder Cordierit-Pulver oder Kombinationen davon sein kann, etwa 4 bis 10% organischem Bindemittel, das Methylcellulose und/oder ihre Derivate sein kann, etwa 0 bis 2% Schmiermittel, bspw. Seife, wobei der Rest phenolisches Resol ist.
Diese Zusammensetzungen sind für Flüssigharzsysteme vorteilhaft, da die carbonisierbaren hydrophilen Materialien, wie Cellulosefasern, sich mit dem flüssigen Harz vollsaugen und eine steife Charge bilden, die sich extrudieren lässt. Zusätzlich ergeben sie beim Carbonisieren Kohle, die zusätzliche Adsorptionskapazität bereitstellt. Der anorganische Füllstoff mindert das Schrumpfen beim Carbonisieren, verleiht Festigkeit und Steifheit und senkt die Produktionskosten.
Festes phenolisches Harz (Novolak) ist bei Raumtemperatur fest, schmilzt jedoch bei etwa 60-75ºC. Die Härtungstemperatur beträgt jedoch etwa 150ºC. Wenn das extrudierte Produkt zur Härtung des Harzes bei etwa 150ºC erhitzt wird, kollabiert die Struktur bei etwa 75ºC.
Bei festen Systemen versteift der Füllstoff die Struktur beim Erweichen des Harzes vor dem Härten. Der Füllstoff kann entweder ein carbonisierbares oder anorganisches Material sein. Eine Kombination aus anorganischem und carbonisierbarem Material ist bevorzugt. Hydrophobe organische Füllstoffe sind ebenfalls in festen Harzgemischen wünschenswert. Die Vorteile von carbonisierbaren und hydrophoben organischen Füllstoffen sind bereits erörtert worden.
Das bevorzugte feste Harz ist Novolak.
Die carbonisierbaren und anorganischen Füllstoffe sind die gleichen, wie vorstehend für flüssige Harze beschrieben. Für feste Harze sind faserförmige anorganische Füllstoffe besonders geeignet.
Eine geeignete feste Harzgemisch-Zusammensetzung besteht im wesentlichen in Gew.-% aus etwa 2 bis 50% Cellulosefasern, etwa 5 bis 50% anorganischem Füllstoff, der ein Cordierit- Pulver, Talk oder Kombinationen davon sein kann, etwa 5 bis 10% organischem Bindemittel, das Methylcellulose und/oder ihre Derivate sein kann, 0 bis etwa 15% hydrophobem organischem Füllstoff, wie Polyesterflocken, Polypropylenflocken oder - Pulver, Acrylfasern oder -Pulver usw., 0 bis etwa 2% Schmiermittel, bspw. Seife, wobei der Rest Novolak ist.
Vorteilhafterweise besteht die feste Harzgemisch- Zusammensetzung im wesentlichen in Gew.-% aus etwa 8 bis 22%, meist 8 bis 12% Cellulosefaser, etwa 15 bis 30% anorganischem Füllstoff, der Cordierit-Pulver und/oder Talk sein kann, etwa 5 bis 10% organischem Bindemittel, das Methylcellulose und/oder ihre Derivate sein kann, 0 bis 3%, üblicherweise etwa 0,5 bis etwa 2% Schmiermittel, wie Seife, wobei der Rest Novolak ist.
Eine weitere geeignete feste Harzgemisch-Zusammensetzung besteht im wesentlichen in Gew.-% aus etwa 5 bis 50% Aluminiumsilikatfaser, etwa 5 bis 50% carbonisierbarem Füllstoff, etwa 4 bis 10% organischem Bindemittel, das Methylcellulose und/oder ihre Derivate sein kann, etwa 1 bis etwa 3% Schmiermittel, wobei der Rest Novolak ist.
Das Gemisch besteht vorteilhafterweise im Wesentlichen in Gew.-% aus etwa 8 bis 15% Aluminiumsilikatfaser, etwa 5 bis 20% hydrophobem organischem Füllstoff, z. B. Polyesterflocken, etwa 4 bis 10% organischem Bindemittel, das Methylcellulose und/oder ihre Derivate sein kann, etwa 1 bis etwa 3% Schmiermittel, bspw. Seife, wobei der Rest Novolak ist.
Die Mischungskomponenten werden gemischt. Am üblichsten werden die trockenen Komponenten gemischt, wonach sie mit den flüssigen Komponenten in einem Koller gemischt werden. Nötigenfalls wird Wasser zugegeben, um das Gemisch zur Extrusion handhabbar zu machen. Das Gemisch wird dann extrudiert. Man kann herkömmliche Extrusionsausrüstung verwenden. Bspw. kann die Extrusion mit einer Extrusionspresse mit Hydraulikkolben, einem Zweistufen-Entlüftungs-Einzelschnecken-Extruder, oder einem Doppelschneckenmischer, an dessen Entladungsende eine Düsenkonstruktion angebracht ist. Beim letzteren werden die richtigen Schneckenelemente je nach Material und anderen Verfahrensbedingungen ausgewählt, damit zum Auspressen des Chargenmaterials durch die Düse ein hinreichender Druck aufgebaut wird.
Das Gemisch kann in eine geeignete Form oder Größe extrudiert werden. Die bevorzugte Form ist eine Wabenstruktur.
Waben besitzen üblicherweise etwa 3,8 bis 94 Zellen/cm² (etwa 25 bis 600 Zellen/Zoll²) und Wand-(Netz)-dicken von etwa 0,15 bis 1,3 mm (etwa 6-50 Mil).
Es hat sich herausgestellt, dass die vorliegende Erfindung zur Herstellung von Waben mit etwa 15,5 Zellen/cm² (etwa 100 Zellen/Zoll²) mit Wanddicken von etwa 0,5 mm (etwa 20 Mil), etwa 31 Zellen/cm² (etwa 200 Zellen/Zoll²) und Wanddicken von 0,3 mm (etwa 12 Mil) oder 0,5 mm (etwa 20 Mil) und etwa 62 Zellen/cm² (etwa 400 Zellen/Zoll²) mit Wanddicken von etwa 0,15 mm (etwa 6 Mil) oder etwa 0,3 mm (etwa 12 Mil) besonders geeignet ist.
Die Außengröße und Form des Körpers werden durch die Anwendung bestimmt.
Die geformten Körper werden dann getrocknet. Das Trocknen kann in Luft bei Raumtemperatur bis 80ºC erfolgen, oder in einem Hochfrequenz- oder Mikrowellentrockner. Die Trocknungszeiten sind, wie ersichtlich, viel kürzer als die in US- Patent Nr. 4 399 052 beschriebenen. Ohne dass man an eine Theorie gebunden ist, nimmt man an, dass die Füllstoffe angemessene Wege für das Entweichen von Gasen beim Erhitzen bereitstellen, wodurch das Entstehen von Nebenprodukten im Körper verhindert wird. Das erfindungsgemäße Verfahren erfordert nicht die sehr langsame Aufheizung, die im Patent '052 benötig wird.
Die trockenen Körper werden dann durch Erhitzen unter den spezifischen Temperatur- und Zeit-Bedingungen, die für das spezifische Harz erforderlich sind, in der gebildeten Form gehärtet. Das Härten kann in einem herkömmlichen Ofen erfolgen. Standard-Härtungsbedingungen können in der Literatur des Herstellers gefunden werden. Für phenolisches Resol 43290 von Occidental Chemical Co. wird der Körper bspw. in Luft auf etwa 140-155ºC erhitzt. Die endgültige Temperatur wird langsam erreicht, so dass sich der Körper nicht verzieht. Der Körper wird bspw. erst auf etwa 90 bis 100ºC, dann auf etwa 120 bis 130ºC erhitzt und 1 bis 2 Std. bei dieser Temperatur gehalten. Dann wird er auf etwa 140 bis 155ºC erhitzt und 30 min bis 2 Std. zum endgültigen Härten gehalten. Das Härten kann auch in einem Hochfrequenz- oder Mikrowellenofen erfolgen.
Die getrockneten und gehärteten Körper haben selbststützende Formen und können so in Anwendungen verwendet werden. Vorzugsweise werden die gehärteten Körper carbonisiert.
Die Carbonisierung erfolgt durch Erhitzen des Körpers in einer inerten oder reduzierenden Atmosphäre, wie Stickstoff o- der Argon oder Formiergas. Formiergas ist ein Gemisch aus Stickstoff und Wasserstoff. Übliche Gemische, bezogen auf das Volumen, sind 92 : 8 oder 94 : 6 N&sub2;/H&sub2;, obwohl andere Mischungen verwendet werden können. Die Carbonisierungstemperaturen sind etwa 600 bis 1000ºC, meist etwa 700 bis 1000ºC für eine Zeitspanne von gewöhnlich etwa 1 bis 20 Std. Befindet sich der Körper im Temperaturenbereich von etwa 300 bis 600ºC, ver dampfen die flüchtigen Materialien. Während der Carbonisierung trennen sich niedermolekulare Verbindungen ab und Kohlenstoffatome bilden Graphitstrukturen. Für phenolisches Resolharz 43290 von Occidental Chemical Co. und Furan Furcarbharz von QO Chemicals, erfolgt die Carbonisierung bspw. durch Erhitzen mit einer Geschwindigkeit von etwa 150ºC/Std. in N&sub2;. Die Temperatur wird etwa 6 bis 10 Std. bei etwa 900ºC gehalten, um die Carbonisierung zu vervollständigen. Dann wird die Temperatur mit einer Kühlgeschwindigkeit von etwa 150ºC/Std. auf 25ºC reduziert. Beim Carbonisieren enthält der Körper zufallsgemäße dreidimensional orientierte Graphitplättchen, zwischen denen sich amorpher Kohlenstoff befindet.
Die Kohlekörper werden vorzugsweise aktiviert, um Aktivkohlekörper herzustellen. Dies erfolgt durch partielles Oxidieren in einem geeigneten Oxidans, wie CO&sub2;, Dampf, Luft oder einer Kombination davon, usw. Die Aktivierung kann bei Temperaturen zwischen etwa 700 bis 1000ºC erfolgen. Die Aktivierungsbedingungen hängen ab von dem Typ und der Menge des Harzes, der Fließgeschwindigkeit des Gases usw. Für phenolische Resol- und Furcarb-Harze sind die Aktivierungsbedingungen etwa 900ºC für etwa 1 Std. in CO&sub2; bei einer Fließgeschwindigkeit von 14,2 l/Std. (etwa 0,5 CFH (Fuß³/Std.)). Die partielle Oxidation während der Aktivierung verursacht die Entfernung des amorphen Kohlenstoffs und die Bildung von Molekularsiebporen zwischen den Graphitplättchen. Diese Porosität und die Graphitplättchen verleihen dem resultierenden Aktivkohlekörper Adsorptionseigenschaften. Diese Aktivkohlekörper werden bei Adsorptionsanwendungen verwendet.
Die nachstehenden nicht-einschränkenden Beispiele werden gegeben, um die Erfindung stärker zu veranschaulichen. Sämtliche Teile, Portionen und Prozentangaben beziehen sich - wenn nicht anders angegeben - auf das Gewicht.

Vergleichsbeispiele

Die ersten vier Beispiele zeigen die Probleme, die mit der Praxis des Standes der Technik einhergehen, wobei eine Kombination von flüssigen und festen Harzen verwendet wird. In sämtlichen dieser Fälle fand eine starke Reaktion zwischen den beiden Harzen während der Extrusion statt, wodurch ein Aufschäumen und Festfressen des Extruders erfolgte. Die kleine Menge an Produkt, die erhalten werden konnte, bevor die Extrusion unterbrochen werden musste, hatte sehr schlechte (gerissene) Haut mit verstopften Wabenzellen. Die Extrusion musste in allen Fällen aufgrund giftiger Dämpfe und Festfressen des Extruders gestoppt werden.

Beispiel 1

Etwa 36% flüssiges Phenolharz (Resol) von Occidental Chemical Co., etwa 28% festes Phenolharz (Novolak) von Occidental Chemical Co., und etwa 27% gemahlenes Cordierit-Pulver als Füllstoff und etwa 9% Methylcellulose wurden mit Wasser gemischt, und das Gemisch wurde durch eine 25 Tonnen- Extrusions-Presse extrudiert. Hohe Extrusionsdrücke von etwa 14,5 MPa (etwa 2100 psi) wurden zur Extrusion der Charge benötigt. Sobald die Extrusion begonnen hatte, erfolgte jedoch ein Aufschäumen, wobei giftige Dämpfe entwichen. Der Extruder fraß sich fest und blieb stehen. Vor dem Stillstand des Extruders wurde eine sehr kleine Probe erhalten. Die Probe schäumte und es wurde keine Wabenstruktur gebildet. Die Fig. 2 zeigt einen Querschnitt eines üblichen Produktes aus dieser Extrusion (1A). Wie ersichtlich sind keine deutlichen Wabenzellen vorhanden, sondern unregelmäßige Öffnungen (2a), die von einem Ende der Struktur zum anderen offen sein können o- der nicht. Der als (3) bezeichnete Bereich ist eine feste Masse.

Beispiel 2

Etwa 63% festes phenolisches Harz, etwa 5% flüssiges phenolisches Harz der gleichen Typen wie in Beispiel 1, etwa 13% gemahlener Cordierit-Füllstoff, etwa 6% Polyesterflocken und etwa 13% Methylcellulose wurden mit Wasser gemischt. Es wurde eine Extrusion in Wabenformen versucht. Die beiden Harze reagierten wiederum stark und schäumten auf. Die Extrusion konnte nicht durchgeführt werden.

Beispiel 3

Etwa 19% festes phenolisches und etwa 33% flüssiges phenolisches Harz wie in Beispiel 1, etwa 40% gemahlenes Cordierit-Pulver und etwa 8% Methylcellulose wurden mit Wasser gemischt und versucht, zu extrudieren. Die Harze reagierten, und die Extrusion musste abgebrochen werden.

Beispiel 4

Etwa 7% festes phenolisches und etwa 33% flüssiges phenolisches Harz wie in Beispiel 1, etwa 55% Cordierit- Füllstoff und etwa 5% Methylcellulose wurden mit Wasser gemischt und versucht, zu extrudieren. Das Experiment musste wegen Aufschäumung und giftigen Dämpfen abgebrochen werden.

Erfindungsgemäße Beispiele

Mit den erfindungsgemäßen Proben wurde die Butan- Adsorptionskapazität gemessen. Die Butanadsorptionskapazität wurde gemessen, indem die Testproben in einem Vycor - Röhrchen, das sich in einem Röhrenofen mit Einlass- und Auslass-Öffnungen befand, untergebracht wurden. Ein 1500- Volumen-ppm Butangasstrom in einem Stickstoff-Trägergas wurde zur Probe mit einer Fließgeschwindigkeit von etwa 4000 cm³/min eingelassen, und die Adsorption wurde durch Überwachen des Austrittsgasstroms mit einem Flammenionisationsde tektor gemessen. Die Adsorption bei Raumtemperatur wurde als vollständig angesehen, wenn die kalibrierte Detektoranzeige etwa 95% erreichte. Die Detektoranzeigen wurden gegen die Zeit aufgetragen und die Adsorption wurde durch Integrieren der Fläche unter jeder Kurve gemessen. Die für die Adsorption beschriebenen Werte sind die gesamten Milligramm Butan, die von einer 2,54 cm (1 Zoll) langen Probe mit 2,54 cm (1 Zoll) Durchmesser adsorbiert wurden.
Die nachstehenden Beispiele zeigen, wie sich aus flüssigem phenolischem Harz Waben extrudieren lassen.

Beispiel 5

Etwa 65% flüssiges phenolisches Resol des in Beispiel 1 verwendeten Typs wurden mit etwa 29% Cellulosefasern von der International Filler Corporation, North Tonowanda, N. Y., etwa 5,0% Methylcellulose und etwa 1% Seife als Schmiermittel gemischt. Das Gemisch wurde zu ausgezeichneten steifen Waben mit etwa 31 Zellen/cm² (200 Zellen/Zoll²) extrudiert. Der Extrusionsdruck betrug etwa 6,89 MPa (etwa 1000 psi). Die Proben wurden zum Trocknen etwa 80ºC ausgesetzt und dann 30 min bei etwa 150ºC gehärtet. Die Waben waren fest und hatten eine gut ausgebildete Zellstruktur. Die Waben wurden etwa 5 Std. bei etwa 900ºC carbonisiert und etwa 1 Std. bei etwa 800ºC in Kohlendioxid aktiviert. Die resultierenden Strukturen waren feste Aktivkohlewaben. Die Butanadsorptionskapazität betrug etwa 578 mg. Die Fig. 2 ist eine schematische Darstellung eines Querschnitts einer Wabe (1), die gemäß diesem Beispiel hergestellt wurde. Die Struktur ist, wie ersichtlich, gut ausgebildet mit deutlichen Zellen, die als (2) gezeigt sind.

Beispiel 6

Etwa 40% flüssiges phenolisches Harz (Resol) von Borden Inc., das zu dem Harz aus Beispiel 1 chemisch identisch ist, etwa 13% Cellulosefasern, etwa 40% gemahlener Cordierit- Füllstoff, etwa 6% Methylcellulose und etwa 1% Seifen- Schmiermittel wurden mit Wasser gemischt und zu Wabenformen extrudiert. Der Extrusionsdruck betrug etwa 6,6 MPa (etwa 900 psi). Diese Waben wurden dann gehärtet, etwa 5 Std. bei etwa 900ºC carbonisiert und etwa 1 Std. bei etwa 900ºC aktiviert, so dass feste Aktivkohlewaben mit gut ausgeprägten Zellen erhalten wurden. Die Butanadsorptionskapazität betrug 403 mg.

Beispiel 7

Etwa 33% flüssiges phenolisches Harz des gleichen Typs wie in Beispiel 6, etwa 50% Cordierit-Füllstoff, etwa 8% Methylcellulose, etwa 8% Cellulosefasern und etwa 1% Seife wurden mit Wasser gemischt und zu Wabenformen extrudiert. Der Extrusionsdruck betrug etwa 7,58 MPa (etwa 1100 psi). Es wurden hervorragende Proben erhalten, die getrocknet, gehärtet, carbonisiert und aktiviert wurden, so dass feste Waben mit einer Butanadsorptionskapazität von etwa 213 mg erhalten wurden.

Beispiel 8

Etwa 40% flüssiges phenolisches Harz des gleichen Typs wie in Beispiel 6, etwa 40% Cordierit-Füllstoff, etwa 12% Cellulosefasern und etwa 8% Methylcellulose wurden mit Wasser gemischt und extrudiert, gehärtet, carbonisiert und zu festen Waben mit einer Butanadsorptionskapazität von etwa 400 mg aktiviert. Der Extrusionsdruck betrug etwa 7,58 MPa (etwa 1100 psi).

Beispiel 9

Etwa 62,3% phenolisches Harz des gleichen Typs wie in Beispiel 6, etwa 27,5% Cellulosefasern, etwa 4,7% Polyester flocken, etwa 4,6% Methylcellulose und etwa 0,9% Seife wurden mit Wasser gemischt und zu einer Wabe mit etwa 62 Zellen/cm² (400 Zellen/Zoll²) extrudiert. Die Wabe wurde gehärtet, carbonisiert und aktiviert. Die Butanadsorptionskapazität dieser Wabe betrug etwa 402 mg.

Beispiel 10

Etwa 40% Cordierit-Füllstoff, etwa 12% Cellulosefasern, etwa 8% Methylcellulose, etwa 0,9% Seife, etwa 0,5% Ölsäure und als Rest flüssiges phenolisches Harz des gleichen Typs wie in Beispiel 6 wurden mit Wasser gemischt und zu Wabenstrukturen extrudiert. Es wurden hervorragende Wabenstrukturen hergestellt.
Die nachstehenden Beispiele zeigen, wie sich Waben aus festem, phenolischem Harz herstellen lassen.

Beispiel 11

Etwa 67% festes phenolisches Harz wie in Beispiel 1, etwa 13% Fiberfax-Fasern von der Carborundum Corporation, Niagara Falls, N. Y., etwa 7% Methylcellulose, etwa 13% Polyesterflocken von International Filler, North Tonowanda, N. Y. wurden mit Wasser gemischt und bei etwa 3,70 Mpa (etwa 550 psi) Extrusionsdruck in Wabenform extrudiert. Die Waben wurden dann gehärtet, carbonisiert und aktiviert, so dass Aktivkohlewaben mit einer Butanadsorptionskapazität von etwa 347 mg erhalten wurden.

Beispiel 12

Etwa 9,3% Cellulosefasern, etwa 27,8% Talk, etwa 6,5% Methylcellulose, etwa 0,9% Seife und als Rest festes phenolisches Harz des Typs wie in Beispiel 11 wurden mit Wasser gemischt und in eine Wabenstruktur extrudiert. Die Struktur wurde gehärtet, carbonisiert und aktiviert. Die Butanadsorptionskapazität der Wabe betrug etwa 601 mg.

Beispiel 13

Etwa 10,2% Cellulosefasern, 20,4% Cordierit, etwa 7,1% Methylcellulose, etwa 1% Seife und als Rest festes phenolisches Harz des Typs wie in Beispiel 11 wurden mit ausreichend Wasser gemischt, um eine extrudierbare Charge herzustellen, und extrudiert, getrocknet, gehärtet, carbonisiert und aktiviert. Die Butanadsorptionskapazität der Wabe betrug etwa 740 mg.

Beispiel 14

Eine phenolische Formverbindung von Occidental Chemical Co., Niagara Falls, N. Y. Produkt-Code-Nr. 32424 in Form grober Körner mit etwa 30-70% Mineralfüllstoffen wurde zu - 100Mesh-Pulver gemahlen. Etwa 80% dieses Pulvers wurde mit etwa 11% Cellulosefasern, etwa 8% Methylcellulose, und etwa 1% Seife, und hinreichend Wasser gemischt, dass eine extrudierbare Charge hergestellt wurde. Das Gemisch wurde extrudiert, so dass eine hervorragende steife Wabenstruktur mit etwa 31 Zellen/cm² (200 Zellen/Zoll²) erhalten wurde. Die Wabe wurde gehärtet, carbonisiert und aktiviert, so dass eine Aktivkohlestruktur erhalten wurde.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines geformten Gegenstandes, umfassend:

a) das Herstellen eines Rohmaterialiengemisches, umfassend

ein wärmehärtendes Harz, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einem oder mehreren festen Harzen und einem oder mehreren flüssigen Harzen,

einen hydrophilen Füllstoff,

ein flüchtiges organisches Bindemittel und

0 bis zu einer wirksamen Menge Extrusionshilfen,

wobei - wenn das Harz ein flüssiges Harz ist, der Füllstoff ein carbonisierbares Material umfasst, und wenn das Harz ein festes Harz ist - der Füllstoff Material umfasst, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus carbonisierbarem Material, anorganischem Material und Kombinationen davon,

b) Extrudieren des Rohmaterialgemisches in einen geformten Gegenstand;

c) Trocknen des geformten Gegenstandes; und

d) Härten des Harzes.

2. Verfahren nach Anspruch 1, umfassend den zusätzlichen Schritt Carbonisieren des geformten Gegenstandes unter Bildung eines Kohlekörpers, und gegebenenfalls Aktivieren des Kohlekörpers unter Bildung eines Aktivkohlekörpers.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Füllstoffgehalt in dem Gemisch etwa 10 bis 85 Gew.-% ist und/oder das Füllstoff-Harz-Verhältnis in dem Gemisch etwa 0,2 bis 4,0 beträgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei der Körper gegebenenfalls durch Extrudieren des Rohmaterials zu einer Wabenform geformt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, zudem umfassend mindestens eines der nachstehenden Eigenschaften:

der Füllstoff ist ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Cellulosefasern, Baumwollfasern, Holzfasern, Sisalfasern und Kombinationen davon;

das Rohmaterialgemisch enthält zudem anorganischen Füllstoff;

der anorganische Füllstoff ist ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Cordierit, Tonen, Talkum, Aluminiumsilikatfasern, Mineralfüllstoffen, und Kombinationen davon;

das Rohmaterialgemisch enthält zusätzlich einen hydrophoben organischen Füllstoff;

das Harz ist phenolisches Resol;

das Harz ist ein festes Harz;

der Füllstoff umfasst carbonisierbares Material;

der carbonisierbare Füllstoff ist ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Cellulosefasern, Baumwollfasern, Holzfasern, Sisalfasern, und Kombinationen davon;

der Füllstoff umfasst anorganisches Material;

der Füllstoff ist ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Cordierit, Tonen, Talkum, Aluminiumsilikatfasern und Kombinationen davon;

der Füllstoff umfasst carbonisierbare und anorganische Materialien;

das feste Harz ist Novolak;

das feste Harz ist eine Formverbindung.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Rohmaterialgemisch im wesentlichen in Gew.-% aus: etwa 2 bis 50% Cellulosefasern, etwa 4 bis 10% organischem Bindemittel, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Methylcellulose, Methylcellulose-Derivaten und Kombinationen davon, 0 bis etwa 15% hydrophobem organischem Füllstoff und etwa 0 bis etwa 2% Schmiermittel besteht, wobei der Rest phenolisches Resol ist, oder wobei das Rohmaterialiengemisch im wesentlichen in Gew.-% aus etwa 2 bis 50% Cellulosefasern, etwa 30 bis 45% anorganischem Füllstoff, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Cordierit-Pulver, Ton, Talk und Kombinationen davon, etwa 4 bis 10% organischem Bindemittel, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Methylcellulose, Methylcellulose-Derivaten, und Kombinationen davon, und etwa 0 bis etwa 2% Schmiermittel besteht, wobei der Rest phenolisches Resol ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Rohmaterial in Gew. aus etwa 2 bis 50% Cellulosefasern, etwa 4 bis 10% organischem Bindemittel, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Methylcellulose, Methylcellulose-Derivaten und Kombinationen davon, 0 bis etwa 15% hydrophobem organischem Füllstoff, etwa 0 bis 2% Schmiermittel und etwa 5 bis 60% Cordierit-Pulver besteht, wobei der Rest phenolisches Resol ist.