JP2003128475A - 炭素質多孔体およびその製造方法 - Google Patents

炭素質多孔体およびその製造方法

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Yoshihisa Suda
吉久 須田
Atsunori Satake
厚則 佐竹
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    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B38/00Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof
    • C04B38/0022Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof obtained by a chemical conversion or reaction other than those relating to the setting or hardening of cement-like material or to the formation of a sol or a gel, e.g. by carbonising or pyrolysing preformed cellular materials based on polymers, organo-metallic or organo-silicon precursors
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T428/30Self-sustaining carbon mass or layer with impregnant or other layer

Abstract

(57)【要約】 【課題】 機械的強度に優れた炭素質多孔体。 【解決手段】 アモルファス炭素の出発原料となり得る
樹脂に炭素粉末および残炭率0〜5質量%の有機物質を
均一に混合し、任意の形状に賦形後、500℃以上の温
度で焼成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、炭素質多孔体とそ
の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に炭素材料は耐熱性・耐食性・耐薬
品性に優れるものであり、ヒーター材や電極材、また耐
熱性や耐薬品性を要する様々な治具等、多岐にわたる用
途に用いられている。そのなかでも多孔質化した炭素材
料は燃料電池用電極材や、断熱材、各種フィルターに用
いられている。しかしながら、それらは多孔質であるが
故に一般の炭素材料に比べて機械的強度が著しく低下す
るという欠点がある。また、表面からの炭素の欠落によ
る粉塵の発生という欠点もある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】したがって本発明の目
的は、機械的強度に優れ、炭素の欠落による粉塵の発生
の非常に少ない炭素質多孔体とその製造方法を提供する
ことにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は、骨格材料とし
てアモルファス炭素を配することによって、アモルファ
ス炭素の性質であるガス不透過性、耐薬品性、機械的強
度に優れた、さらには炭素の欠落による粉塵の発生を抑
えた炭素質多孔体を提供するものである。
【0005】本発明の炭素質多孔体は、骨格材料として
アモルファス炭素を含み、かさ密度が0.3〜1.3g
/cm3 であることを特徴とするものである。アモルファ
ス炭素の炭素源としては、不活性雰囲気中、非酸化性雰
囲気中または真空中にて焼成することにより、混合する
炭素系粉末と複合一体化することの可能なものであり、
好ましくは焼成により5%以上の炭化収率を示す高分子
物質が使用される。具体的には、ポリ塩化ビニル、ポリ
アクリロニトリル、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビ
ニル−ポリ酢酸ビニル共重合体、ポリアミ等の熱可塑性
樹脂、フェノール樹脂、フラン樹脂、イミド樹脂、エポ
キシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂、
リグニン、セルロース、トラントガム、アラビアガム、
糖類等の縮合多環芳香族を分子の基本構造内に持つ天然
高分子物質、および前記には含まれないナフタレンスル
ホン酸のホルマリン縮合物、コプナ樹脂等の縮合多環芳
香族を分子の基本構造内に持つ合成高分子物質等が挙げ
られる。使用する組成物の種類と量は、目的とする炭素
質多孔体の特性、強度、形状により適宜選択され、単独
でも2種類以上の混合体でも使用することが出来る。
【0006】なお本発明においては、骨格材料のアモル
ファス炭素とともに必要に応じて炭素系粉体を混合す
る。これは、成形性を、向上することに有効であり、ま
た、抵抗値や熱膨張係数の調整に効果がある。この炭素
系粉末においても目的とする炭素質多孔体の特性、強
度、形状により適宜選択され、単独でも2種類以上の混
合体でも使用することが出来る。
【0007】次に残炭率0〜5%の有機物質であるが、
これは焼成時にガス化して炭素成形体に空洞を設けるた
めの気孔形成剤として機能するものであれば特に制限さ
れるものではない。例えば、アクリル樹脂、スチレン樹
脂、エポキシ樹脂、ナイロン、ポリ塩化ビニル、ポリウ
レタン、ポリアセタール等が挙げられる。その使用形態
も、粒状のまま原材料中に混合し成形後に焼成すること
も可能であるし、良溶媒に溶解させたものを混合して用
いることも可能である。また、単独でも2種以上の混合
体でも使用することが出来る。
【0008】
【実施例】いかに、実施例によって炭素質多孔体の製造
の過程を説明する。 (実施例1)アモルファス炭素源としてのポリ塩化ビニ
ル−ポリ酢酸ビニル共重合体(新第一塩ビ社製 ZES
T−C150S)40質量部とフラン樹脂(日立化成社
製ヒタフランVF−303)10質量部の混合樹脂に、
ポリメチルメタクリレート(積水化学社製 テクポリマ
ーBM−50)50質量部と天然鱗状黒鉛(日本黒鉛社
製)10質量部を加え、さらにジアリルフタレートモノ
マーを20質量%添加して、ヘンシェル・ミキサーを用
いて分散し、ミキシング用二本ロールを用いて十分に混
練を繰り返して組成物を得、ペレタイザーによってペレ
ット化し成型用組成物を得た。このペレットを、スクリ
ュー型押し出し機で脱気を行いつつ線状体になるよう押
し出し成形を行った。この成形体を180℃に加熱され
たエアーオーブン中で10時間処理をして炭素前駆体を
得た。この炭素前駆体を窒素ガス雰囲気中にて、150
0℃で3時間焼成して炭素質多孔体を得た。得られた炭
素質多孔体は、ρ=0.6g/cm3 であり、曲げ強度
は、11MPaの値を示した。 (実施例2)アモルファス炭素源としてのフラン樹脂
(日立化成社製 ヒタフランVF−303)90質量部
と天然鱗状黒鉛(日本黒鉛社製)10質量部、ポリメチ
ルメタクリレート(積水化学社製 テクポリマーBM−
50)50質量部から成る組成物をミキシング用ポニー
ミキサーを用いて十分混合撹拌した後に、硬化促進剤と
してp−トルエンスルホン酸を1.5質量部加え十分に
撹拌した。得られた組成物を金型に流し込み、その型を
90℃に加熱して固化処理後、これを耐熱セラミック板
に挟んで、真空焼成炉を用いて1000℃で3時間の加
熱処理を行い、炭素質多孔体を得た。得られた炭素質多
孔体は、ρ=1.0g/cm3 であり、曲げ強度はにおい
て30MPa の値を示した。
【0009】
【発明の効果】本発明の炭素質多孔体は、骨格にアモル
ファス炭素を配しているために、その性質を併せ持って
おり、曲げ強度や曲げ弾性率などの機械的特性が優れて
いる上、多孔体に限らず既存の炭素材料では問題となる
粉塵の発生がほとんど無いといった優れた特性を有して
いる。また既存のプラスチックの成形方法をも用いてい
るために、本発明では焼成後に加工することなく任意の
形状体を得ることが可能であり、従来の炭素材料と比べ
て、簡便な工程で、安価に製品を提供することが可能で
ある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4G019 FA15 4G032 AA04 AA13 AA16 BA04 BA05 GA12

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 骨格材料としてアモルファス炭素成分を
    含み、その組織中に炭素粉末を質量比で0〜50%含
    み、且つ、かさ密度が0.3〜1.3g/cm3であるこ
    とを特徴とする炭素質多孔体。
  2. 【請求項2】 アモルファス炭素の出発原料100部に
    対して、炭素粉末0〜100部及び残炭率0〜5質量%
    の有機物質10〜200部を均一に混合し、任意の形状
    に賦形後、500℃以上の温度で焼成する炭素質多孔体
    の製造方法。
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