JP2005041748A - Carbon porous body and its manufacturing process - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a carbon porous body that has excellent properties using a resin foam as a template to realize a three dimensional network structure and utilizing a polyimide resin as a carbon source, and to provide a process for manufacturing the same. <P>SOLUTION: The carbon porous body is obtained by impregnating a thermosetting resin foam with a polyimide precursor resin, imidating the impregnated resin by dehydration, continuously charging the polyimide into an inner and outer space of the thermosetting resin foam and carbonizing the polyimide resin. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、炭素多孔体およびその製造方法に関するもので、詳しくは、高い強度と設計形状に対する忠実な再現性を有するとともに炭素結晶性状の設定が自由な炭素多孔体とその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a carbon porous body and a method for producing the same, and more particularly, to a carbon porous body having high strength and faithful reproducibility with respect to a design shape, and a method for producing the same. .

周知のように炭素多孔体とは、炭素成分が3次元網目構造を形成してなる多孔体である。この炭素多孔体は、多孔性であることから軽量であり、炭素密度を高めれば、高い力学特性を持つことが可能であり、炭素が素材であるために耐熱性、耐薬品性にも優れており、多孔性ゆえのガスや液体に対する吸収性、吸着性、透過性にも優れた素材であり、広範な工業的利用が期待されている物質である。この多孔体を構成している炭素のマクロ構造は、前述のように3次元網目構造であるが、その構成炭素の構造としては、アモルファス構造や高結晶性構造(グラファイト構造)に制御できる可能性もあり、さらに電気的、電子的工業分野への様々な応用も期待されている。   As is well known, a carbon porous body is a porous body in which carbon components form a three-dimensional network structure. This porous carbon material is lightweight because it is porous, and if the carbon density is increased, it can have high mechanical properties. Since carbon is a material, it has excellent heat resistance and chemical resistance. In addition, it is a material excellent in absorbability, adsorbability, and permeability to gases and liquids due to its porosity, and is expected to be widely used in industrial applications. The macro structure of carbon constituting this porous body is a three-dimensional network structure as described above, but the structure of the constituent carbon may be controlled to an amorphous structure or a highly crystalline structure (graphite structure). In addition, various applications are expected in the electrical and electronic industrial fields.

従来、かかる炭素多孔体を製造する方法としては、フェノール、ウレタン等の樹脂フォーム(発泡体)を焼成して作成する方法が旧知であるが、これらの方法では、一般に樹脂の炭化収率が低いために、得られる炭素多孔体は、焼成により出発物質が有していた3次元網目構造が極めて大きな容積収縮を起こした状態の構造体となってしまい、しかも強度がでない欠点があった。このような欠点を改良した方法として、ウレタンフォーム等の樹脂フォームに炭素源とするフラン等の樹脂を浸透させ、それを焼成することで炭素密度の高い炭素多孔体を製造する方法が提案されている(例えば、特許文献1)。しかし、これらの方法では、含浸物として使用の有機物質の炭素骨格形状や炭素密度が不十分であるために、焼成後の強度が脆弱で使用に耐えず、焼成収縮率も大きく、焼成後の寸法精度に劣るという欠点を有していた。   Conventionally, as a method for producing such a carbon porous body, a method of baking and producing a resin foam (foam) such as phenol and urethane is an old knowledge. However, in these methods, the carbonization yield of the resin is generally low. Therefore, the obtained carbon porous body has a defect that the three-dimensional network structure which the starting material had by firing becomes a structure in which the volume contraction is extremely large, and the strength is not high. As a method for improving such drawbacks, a method of manufacturing a carbon porous body having a high carbon density by impregnating a resin such as furan into a resin foam such as urethane foam and firing it is proposed. (For example, Patent Document 1). However, in these methods, since the carbon skeleton shape and carbon density of the organic material used as the impregnation are insufficient, the strength after firing is weak and unusable, the firing shrinkage ratio is large, It had the disadvantage of being inferior in dimensional accuracy.

これに対し、フラン樹脂などの液状有機物質に加えてカーボンブラックなどの無機物質を添加した複合炭素組成物を炭素源として、樹脂フォームに含浸させ、それによって、含浸樹脂フォームの炭素密度を高め、その炭素密度を向上させた含浸フォーム(含浸複合体)を硬化させ、続いて焼成することで、強度に優れ、寸法精度の良い炭素多孔体を得る方法が提案されている(特許文献2、3)。しかしながら、この方法では、カーボンブラックを液状有機物質に配合するための工程が新たに必要となる欠点、さらに、カーボンブラックからなる粒子状物の粒径よりも樹脂フォームのセル(孔空間:気泡)が大きく開口していなければならず、それによって、3次元網目構造体の孔径の微細化に制限が設けられることになり、セル径(各気泡の径寸法)を微細にした緻密な炭素多孔体を製造し難く、さらに出来上がった炭素多孔体を構成する炭素組成はアモルファス構造に偏っており、炭素組成に結晶性を持たすことができないという欠点がある。   In contrast, a composite carbon composition in which an inorganic substance such as carbon black is added in addition to a liquid organic substance such as furan resin is used as a carbon source to impregnate the resin foam, thereby increasing the carbon density of the impregnated resin foam, There has been proposed a method for obtaining a carbon porous body having excellent strength and good dimensional accuracy by curing an impregnated foam (impregnated composite) having an improved carbon density, followed by firing (Patent Documents 2 and 3). ). However, this method has a disadvantage that a process for adding carbon black to a liquid organic substance is required, and further, the cell of the resin foam (pore space: bubbles) rather than the particle size of the particulate matter made of carbon black. Must be open, thereby limiting the refinement of the pore diameter of the three-dimensional network structure, and the dense carbon porous body with a fine cell diameter (diameter size of each bubble) It is difficult to manufacture the carbon composition, and the carbon composition constituting the finished carbon porous body is biased to an amorphous structure, and the carbon composition cannot have crystallinity.

また、樹脂フォームへの含浸炭素源としてポリカルボジイミド樹脂を用いることによって、寸法安定性および強度が共に優れた炭素多孔体を得る方法が提案されている(特許文献4)。しかしながら、この炭素源とするポリカルボジイミド樹脂は非晶質であるため、その樹脂を焼成してなる炭素構造体は結晶質を獲得することができない。したがって、この発明の炭素多孔体は、寸法安定性および強度の優れたものであったとしても、高い結晶性を得ることはできず、その応用用途を拡大することができない。   Further, a method has been proposed in which a polycarbodiimide resin is used as a carbon source impregnated into a resin foam to obtain a carbon porous body excellent in both dimensional stability and strength (Patent Document 4). However, since the polycarbodiimide resin used as the carbon source is amorphous, the carbon structure obtained by firing the resin cannot obtain a crystalline material. Therefore, even if the carbon porous body of the present invention has excellent dimensional stability and strength, high crystallinity cannot be obtained, and its application can not be expanded.

そこで、炭素源として、非晶性炭素構造体にも結晶性炭素構造体にも変化させることができる樹脂材料として好適なものを検討してみると、炭素骨格の配向性に優れたポリイミド樹脂が有力であることが公知である。例えば、特許文献5に記載のように、ポリイミドフィルムを不活性ガス中で徐々に昇温して焼成することによって、柔軟性、強靱性に富み、熱伝導性に優れたグラファイトシートを得ることができる。したがって、このポリイミド樹脂を樹脂フォームに含浸させて、焼成すれば、高い結晶性を有する炭素多孔体を得ることが可能であると推測できる。しかしながら、ポリイミドは、周知のように、ガラス転移温度が高く、しかもあらゆる溶媒に不溶であるために溶液とすることが難しい樹脂である。そのため、ポリイミドを樹脂フォームに含浸させることができない。樹脂フォームに含浸させることができなければ、焼成して高結晶性の炭素構造体にすることはできたとしても、3次元網目構造体に成形することができない。すなわち、従来の技術では、3次元網目構造を実現する型材として樹脂フォームを用いるとともに炭素源としてポリイミド樹脂を使用して、炭素多孔体を作製することは困難であった。   Thus, as a carbon source, when considering a suitable resin material that can be changed to an amorphous carbon structure or a crystalline carbon structure, a polyimide resin having an excellent orientation of the carbon skeleton is obtained. It is known to be powerful. For example, as described in Patent Document 5, it is possible to obtain a graphite sheet that is rich in flexibility and toughness and excellent in thermal conductivity by gradually heating and baking a polyimide film in an inert gas. it can. Therefore, it can be presumed that a carbon porous body having high crystallinity can be obtained by impregnating a resin foam with this polyimide resin and baking it. However, as is well known, polyimide is a resin that has a high glass transition temperature and is insoluble in any solvent, making it difficult to form a solution. Therefore, it is impossible to impregnate the resin foam with polyimide. If the resin foam cannot be impregnated, it cannot be formed into a three-dimensional network structure even if it can be baked to obtain a highly crystalline carbon structure. That is, in the prior art, it has been difficult to produce a porous carbon body by using a resin foam as a mold material for realizing a three-dimensional network structure and using a polyimide resin as a carbon source.

特公昭53−7536号公報Japanese Patent Publication No.53-7536 特開昭59−146917号公報JP 59-146717 A 特開平8−48509号公報JP-A-8-48509 特開平6−32677号公報JP-A-6-32677 特開2000−247619号公報JP 2000-247619 A

本発明は、前記従来の事情に鑑みてなされたもので、3次元網目構造を実現する型材として樹脂フォームを用いるとともに炭素源としてポリイミド樹脂を使用して得た優れた特性の炭素多孔体、および該炭素多孔体を作製することのできる炭素多孔体の製造方法を提供することを、その課題とするものである。   The present invention has been made in view of the above-described conventional circumstances, and uses a carbon foam having excellent characteristics obtained by using a resin foam as a mold material for realizing a three-dimensional network structure and using a polyimide resin as a carbon source, and An object of the present invention is to provide a method for producing a porous carbon body that can produce the porous carbon body.

本発明者らは、上記課題を解決するために、まず第1に、多孔性である樹脂フォームの隅々にまでポリイミド樹脂を被覆させ得る方法について、鋭意研究を進めた。その結果、直にポリイミド樹脂を樹脂フォームに含浸させることは、前述のように、困難であるので、溶液化が比較的容易なポリイミド前駆体を樹脂フォームに含浸させておき、含浸後、脱水化反応によりポリイミド化すれば、結果的にポリイミド樹脂を樹脂フォームに含浸させた状態にできることの見通しを得た。しかし、実際に試作をしてみると、ポリイミド前駆体の樹脂フォームへの含浸は可能であるものの、その後のポリイミド化工程において、3次元網目構造を維持することが困難であることが判明した。そこで、本発明者等は、ポリイミド前駆体を含浸させた樹脂フォームを形成し、この含浸樹脂フォームのポリイミド化を行うための加熱処理工程を様々な条件下に設定して、丹念な実験、検討を重ねたところ、下記のような知見を得るに至った。   In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors first made intensive studies on a method capable of coating a polyimide resin to every corner of a porous resin foam. As a result, it is difficult to impregnate the polyimide resin directly with the resin foam, as described above. Therefore, the resin precursor is impregnated with a polyimide precursor that is relatively easy to make a solution, and after the impregnation, dehydration is performed. As a result, it was possible to obtain a state in which polyimide resin was impregnated into a resin foam if polyimide was formed by reaction. However, when a prototype was actually manufactured, it was found that it was difficult to maintain a three-dimensional network structure in the subsequent polyimide formation step, although it was possible to impregnate the resin foam with the polyimide precursor. Therefore, the present inventors formed a resin foam impregnated with a polyimide precursor, set the heat treatment process for polyimidizing this impregnated resin foam under various conditions, and conducted careful experiments and examinations. As a result, the following findings were obtained.

図1のグラフは、ポリイミド前駆体であるポリアミック酸、樹脂フォームとして用いるウレタンフォーム、ポリイミド含浸ポリウレタンフォーム、ポリイミドのそれぞれの昇温処理に伴う分解減量曲線を示したものである。グラフの横軸には加熱温度として0℃〜700℃までが目盛られている。一方、グラフの縦軸には熱重量分析(ThermoGravimetric Analysis:TGA)により求めた加熱開始時の各物質の存在量を100%として示した重量率が目盛られている。   The graph of FIG. 1 shows the decomposition weight loss curves accompanying the respective temperature rise treatments of polyamic acid, which is a polyimide precursor, urethane foam used as a resin foam, polyimide-impregnated polyurethane foam, and polyimide. The horizontal axis of the graph is scaled from 0 ° C. to 700 ° C. as the heating temperature. On the other hand, on the vertical axis of the graph, the weight ratio indicating the abundance of each substance at the start of heating determined by thermogravimetric analysis (TGA) as 100% is graduated.

図1に示すように、ポリアミック酸を昇温していくと、約100℃から脱水イミド化が始まり、さらなる昇温に伴ってイミド化が進行し、200〜250℃でイミド化が終了する。一方、樹脂フォームとして用いるウレタン樹脂は、200℃程度までは安定で、350℃程度で半分量が分解し、540℃近辺で全量の分解が終了する。このウレタン樹脂の分解曲線から明らかなように、200℃強までの温度では、ほとんど分解が進行しないで済む。前述のポリアミック酸のイミド化終了温度235℃では、ウレタン樹脂の分解はある程度進行している。また、ポリイミドは、前述のポリウレタンの分解が終了する温度540℃に近い500℃当たりから分解が始まり、620℃で分解が終了する。   As shown in FIG. 1, when the temperature of the polyamic acid is raised, dehydration imidization starts from about 100 ° C., imidization proceeds with further temperature rise, and imidation is completed at 200 to 250 ° C. On the other hand, the urethane resin used as the resin foam is stable up to about 200 ° C., half of the amount decomposes at about 350 ° C., and the entire amount of decomposition ends at around 540 ° C. As is apparent from the decomposition curve of this urethane resin, decomposition hardly proceeds at temperatures up to a little over 200 ° C. At the above-described imidization end temperature of polyamic acid of 235 ° C., the decomposition of the urethane resin proceeds to some extent. In addition, the polyimide begins to decompose at around 500 ° C., which is close to the temperature of 540 ° C. at which the above-described decomposition of the polyurethane ends, and ends at 620 ° C.

上述のTGAの測定結果から、ウレタン樹脂フォームの内外全空間にポリイミド樹脂を充填した状態のポリイミド含浸ウレタン樹脂フォームを当初の3次元網目構造を維持したままで得るためには、昇温を一定速度で一律に行っては駄目であり、ステップ状に昇温しなければならないことが分かる。この点を詳しく述べると、ウレタン樹脂フォームにポリアミック酸を含浸させた後、含浸樹脂フォームを100℃〜200℃の範囲の適当な温度に所定時間維持することが重要である。100℃〜200℃の範囲の温度というのは、ポリアミック酸がイミド化するに適する温度範囲であり、かつウレタン樹脂の分解が本格的に始まらない温度範囲を意味している。前記所定時間とは、前記100℃〜200℃の温度範囲に置いた樹脂フォームに含浸しているポリアミック酸のほぼ全体量がイミド化するまでに要する時間である。このような温度、時間を設定したイミド化工程を経ることによって、初めて元の樹脂フォームが有していた3次元網目構造を収縮、変形させることなく、結果的にポリイミド樹脂が充分に含浸した状態の樹脂フォームが得られることになる。   Based on the above TGA measurement results, in order to obtain a polyimide-impregnated urethane resin foam in which all the inner and outer spaces of the urethane resin foam are filled with the polyimide resin while maintaining the original three-dimensional network structure, the temperature is increased at a constant rate. It turns out that it is not possible to go uniformly, and it is necessary to raise the temperature stepwise. More specifically, it is important to maintain the impregnated resin foam at an appropriate temperature in the range of 100 ° C. to 200 ° C. for a predetermined time after impregnating the urethane resin foam with polyamic acid. The temperature in the range of 100 ° C. to 200 ° C. means a temperature range suitable for imidization of the polyamic acid and a temperature range in which the decomposition of the urethane resin does not start in earnest. The predetermined time is a time required until almost the entire amount of the polyamic acid impregnated in the resin foam placed in the temperature range of 100 ° C. to 200 ° C. is imidized. By passing through such an imidization step in which the temperature and time are set, the polyimide resin is sufficiently impregnated without contracting or deforming the three-dimensional network structure that the original resin foam had for the first time. The resin foam is obtained.

ちなみに、前記ポリイミド含浸樹脂フォームを熱重量分析にかけて見ると、図1のグラフに示すように、前述のポリイミド単独の曲線と、ウレタン樹脂単独の曲線との中間の重量減少挙動を示すことが分かる。   By the way, when the polyimide-impregnated resin foam is subjected to thermogravimetric analysis, it can be seen that, as shown in the graph of FIG. 1, it exhibits a weight reduction behavior intermediate between the curve of the polyimide alone and the curve of the urethane resin alone.

上述のように、ポリイミド樹脂が含浸した状態のウレタン樹脂フォーム(フォーム・ポリイミド・コンポジット)が得られたならば、低酸素不活性雰囲気下で高温度焼成処理すればよい。その結果、樹脂3次元網目構造体は、その3次元網目構造を維持したまま、炭素化されることになる。このようにして得られた炭素多孔体は、炭素源であるポリイミドの炭素骨格の優れた配向性を反映した炭素配向性に優れた構造を有することになる。さらには、使用するポリイミド前駆体の種類を適切に選ぶことにより、炭素構造をアモルファス構造にすることも可能である。すなわち、ポリイミド含浸樹脂フォーム(フォーム・ポリイミド・コンポジット)を得ることができれば、結晶性、非晶質性のどちらへも突出した構造の炭素多孔体を自在に得ることが可能になる。しかも、この炭素多孔体は、その炭素源が炭素密度および炭素配向性に優れたポリイミドであるため、高い強度、すぐれた寸法安定性を持つことができる。   As described above, if a urethane resin foam (foam / polyimide / composite) impregnated with a polyimide resin is obtained, it may be fired at a high temperature in a low oxygen inert atmosphere. As a result, the resin three-dimensional network structure is carbonized while maintaining the three-dimensional network structure. The carbon porous body obtained in this way has a structure with excellent carbon orientation reflecting the excellent orientation of the carbon skeleton of polyimide as a carbon source. Furthermore, it is possible to make the carbon structure amorphous by appropriately selecting the type of polyimide precursor to be used. That is, if a polyimide-impregnated resin foam (foam / polyimide / composite) can be obtained, it becomes possible to freely obtain a carbon porous body having a structure protruding into both crystalline and amorphous. Moreover, this carbon porous body can have high strength and excellent dimensional stability because the carbon source is a polyimide having excellent carbon density and carbon orientation.

本発明は、上述の知見に基づいてなされたもので、本発明に係る炭素多孔体は、連続気泡性の熱硬化性樹脂フォームの内外空間に連続的に充填されたポリイミド樹脂を炭化することにより得られた炭素多孔体であって、前記ポリイミド樹脂が前記熱硬化性樹脂フォームに含浸させたポリイミド前駆体樹脂をポリイミド化して得られたものであることを特徴とする。   The present invention has been made on the basis of the above-mentioned knowledge, and the carbon porous body according to the present invention is obtained by carbonizing a polyimide resin continuously filled in the inner and outer spaces of an open-cell thermosetting resin foam. The obtained porous carbon material is characterized in that the polyimide resin is obtained by polyimidizing a polyimide precursor resin impregnated in the thermosetting resin foam.

また、本発明に係る炭素多孔体の製造方法は、連続気泡性の熱硬化性樹脂フォームにポリイミド前駆体樹脂を含浸させ、この含浸樹脂を脱水イミド化して、前記熱硬化性樹脂フォームの内外空間に連続的にポリイミド樹脂を充填させ、このポリイミド樹脂を炭化することにより炭素多孔体を得ることを特徴とする。   Also, the method for producing a porous carbon body according to the present invention comprises impregnating a polyimide precursor resin into an open-cell thermosetting resin foam, dehydrating and imidating the impregnated resin, and the inner and outer spaces of the thermosetting resin foam. It is characterized in that a porous carbon material is obtained by continuously filling a polyimide resin with carbon and carbonizing the polyimide resin.

なお、本発明における熱硬化性樹脂フォームの連続気泡性とは、熱硬化性樹脂フォームが有するセル(気泡)の全てが連通していることを意味するのではなく、少なくとも一部が連通していることを意味しており、樹脂フォーム中に独立気泡が存在していても良い。良いと言うよりも、樹脂フォーム中の連続気泡の割合と独立気泡の割合とを適宜に制御することによって、本発明において最終的に得られる炭素多孔体の通気性を様々に設定することが可能になるので、連続気泡と独立気泡とが混在している状態は、好適であるとも言えることになる。もちろん、ほぼ完全に近い程に連続気泡からなる熱硬化性樹脂フォームも、本発明において有用な熱硬化性樹脂フォームである。   The open cell property of the thermosetting resin foam in the present invention does not mean that all the cells (bubbles) of the thermosetting resin foam are in communication, but at least a part of the cells is in communication. This means that closed cells may be present in the resin foam. Rather than being good, it is possible to variously set the air permeability of the carbon porous body finally obtained in the present invention by appropriately controlling the ratio of open cells and closed cells in the resin foam. Therefore, it can be said that a state in which open cells and closed cells are mixed is preferable. Of course, a thermosetting resin foam composed of open cells to the extent that it is almost completely is also a thermosetting resin foam useful in the present invention.

前記構成を特徴とする本発明によれば、以下のような効果を得ることができる。
(i) ポリイミド樹脂はその原料を選ぶことによって、結晶性を制御することができ、異なる結晶性のポリイミドからは、それぞれ、アモルファスカーボン多孔体も、グラファイト多孔体も作り得る。従って、本発明によれば、導電性、熱伝導性の高い炭素多孔体を容易に得ることができる。
(ii) 樹脂フォームとして用いる「連続気泡性で熱硬化性樹脂発泡体」のセルサイズや通気性(樹脂フォーム中の連続気泡と独立気泡の存在割合に依存)を可変することにより、得られる炭素多孔体のセルサイズや通気性を制御することができる。このように製造する炭素多孔体の気孔制御ができることにより、フィルタ、触媒担持体、放熱材などの用途に用いた場合に、その用途に最適化した気孔を持った製品を容易に提供できることになる。
(iii) また、炭素源として用いるポリイミドは、焼成による収縮が小さいため、焼成前後の3次元網目構造の形状保持性に優れる。したがって、例えば、樹脂フォームを予めモールド成形するか、切断加工成形した後、ポリイミド前駆体を含浸させて炭素多孔体を得ることで、設計通りの形状の炭素製品を容易に提供することができる。加工性の悪い炭素材料を切削などで加工しないで、炭素成形品が得られることの実際の利益は、当該製品の提供において、品質の向上、製造コストの低減、多品種少量生産の実現など実に広範囲な影響がもたらし得る。
(iv) 本発明において樹脂フォームとしてメラミン樹脂フォームやポリエステル系のウレタンフォームを用いることにより、ポリイミド前駆体の含浸工程も容易であり、焼成後の炭化物が極めて少ないため、ポリイミドからの良質な炭素材料をほぼ純粋に得ることができる。
According to the present invention having the above-described configuration, the following effects can be obtained.
(I) The crystallinity of the polyimide resin can be controlled by selecting its raw material, and an amorphous carbon porous body and a graphite porous body can be made from different crystalline polyimides, respectively. Therefore, according to the present invention, a carbon porous body having high conductivity and high thermal conductivity can be easily obtained.
(Ii) Carbon obtained by varying the cell size and air permeability (depending on the proportion of open cells and closed cells in the resin foam) of the “open cell thermosetting resin foam” used as the resin foam The cell size and air permeability of the porous body can be controlled. By being able to control the pores of the carbon porous body manufactured in this way, when used in applications such as filters, catalyst carriers, and heat dissipation materials, it is possible to easily provide products having pores optimized for the application. .
(Iii) Moreover, since the polyimide used as a carbon source has small shrinkage | contraction by baking, it is excellent in the shape retainability of the three-dimensional network structure before and behind baking. Therefore, for example, a carbon product having a shape as designed can be easily provided by molding a resin foam in advance or cutting and molding and then impregnating with a polyimide precursor to obtain a carbon porous body. The actual benefit of obtaining a carbon molded product without processing a poorly workable carbon material by cutting, etc. is that, in providing the product, quality improvement, reduction of manufacturing cost, realization of high-mix low-volume production, etc. Can have a wide range of effects.
(Iv) By using melamine resin foam or polyester urethane foam as the resin foam in the present invention, the polyimide precursor impregnation step is easy, and the amount of carbide after firing is extremely small. Can be obtained almost purely.

以下に、本発明の実施形態について説明する。
本発明で用いるポリイミド前駆体樹脂としては、芳香族酸無水物と芳香族ジアミンの反応により得られたポリアミック酸やそのエステルが好適である。このような芳香族酸二無水物と芳香族ジアミンからなるポリイミドは、焼成すると、極めて炭素収率が高く、かつ性能の良い炭素材を与えることができる。前記酸二無水物としては、ピロメリット酸二無水物(PMDA)、ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(BPDA)、ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物(BTDA)などが例示できる。ジアミンとしては、オキシジアニリン(ODA)、パラフェニレンジアミン(PPD)、ジアミノベンゾフェノン(DAB)などが例示できる。これらの酸二無水物とジアミンはジメチルアセトアミド(DMAC)、N−メチルピロリドン(NMP)、ジメチルフォルムアミド(DMF)、ジメチルスルフォキシド(DMSO)など溶媒を用いて合成される。このような炭素化するに好ましいポリイミド前駆体の種類や調整条件については、Chemistry and Physics Carbon Vol. 26 Marcel Dekker, Inc. 1999 P. 245 に詳述されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
As the polyimide precursor resin used in the present invention, a polyamic acid obtained by a reaction between an aromatic acid anhydride and an aromatic diamine or an ester thereof is preferable. When such a polyimide composed of an aromatic dianhydride and an aromatic diamine is baked, it can provide a carbon material with extremely high carbon yield and good performance. Examples of the acid dianhydride include pyromellitic dianhydride (PMDA), biphenyltetracarboxylic dianhydride (BPDA), and benzophenone tetracarboxylic dianhydride (BTDA). Examples of the diamine include oxydianiline (ODA), paraphenylenediamine (PPD), and diaminobenzophenone (DAB). These acid dianhydrides and diamines are synthesized using a solvent such as dimethylacetamide (DMAC), N-methylpyrrolidone (NMP), dimethylformamide (DMF), dimethylsulfoxide (DMSO). The kind of polyimide precursor preferable for such carbonization and adjustment conditions are described in detail in Chemistry and Physics Carbon Vol. 26 Marcel Dekker, Inc. 1999 P. 245.

本発明の「連続気泡性の熱硬化性樹脂フォーム」としては、ポリウレタンフォーム、ゴムスポンジ、フェノール樹脂フォーム、メラミン樹脂フォームなど、さらに、ポリエチレン樹脂フォーム、ポリプロピレン樹脂フォーム、酢酸ビニル樹脂フォームなどの熱可塑性オレフィン樹脂を用いたフォームでも架橋が成されているフォームであれば、用いることができる。これらの樹脂フォームは、焼成した後に、炭化するか消失してしまうものが好ましい。特に、焼成した時に消失する割合の高いフォームとしては、ポリウレタンフォーム、メラミン樹脂フォーム、オレフィン樹脂フォームが通気性、セル構造を制御し易いため、好ましい。これらの中で、ポリウレタンフォームとメラミン樹脂フォームが熱硬化性であり、ポリイミド前駆体溶液中の溶媒に溶解したり、変形したりしないので、特に好ましい。   As the “open cell thermosetting resin foam” of the present invention, polyurethane foam, rubber sponge, phenol resin foam, melamine resin foam, etc., and thermoplastics such as polyethylene resin foam, polypropylene resin foam, vinyl acetate resin foam, etc. Even a foam using an olefin resin can be used as long as the foam is crosslinked. These resin foams are preferably those that carbonize or disappear after firing. In particular, as a foam having a high rate of disappearing when fired, polyurethane foam, melamine resin foam, and olefin resin foam are preferable because air permeability and cell structure can be easily controlled. Among these, polyurethane foam and melamine resin foam are particularly preferable since they are thermosetting and do not dissolve or deform in the solvent in the polyimide precursor solution.

前記ポリウレタンフォームとしては、ポリオールの種類によりエーテル系、エステル系、ブタジエン系、オレフィン系、ひまし油系、カーボネート系などがある。この中でエーテル系とエステル系が、フォームのセル径、発泡倍率設定の自由度が高く、好ましく使用し得る。さらに、エステル系は、含浸時に使用する溶剤に侵されにくく、含浸作業が行いやすく、かつ焼成した時に消失割合が高いので、好ましい。   Examples of the polyurethane foam include ether type, ester type, butadiene type, olefin type, castor oil type, and carbonate type depending on the type of polyol. Of these, ether type and ester type are preferable because they have a high degree of freedom in setting the cell diameter and foaming ratio of the foam. Furthermore, the ester type is preferable because it is not easily affected by the solvent used at the time of impregnation, the impregnation operation is easy to perform, and the disappearance ratio is high when baked.

ここで用いるメラミン樹脂フォームは、メラミンとホルムアルデヒドの反応中間体に発泡剤、酸触媒、整泡剤などを添加し、マイクロウェーブ等を用いて、一気に加熱し、急激な発泡反応でセル(気泡)を連通化して得られる連続気泡性の発泡体である。この発泡体は、連泡性のため、ポリイミド前駆体溶液を含浸させた場合の含浸性が良好で、かつ溶液に使用している溶媒に膨潤しにくいため、含浸作業、乾燥作業、焼成作業などの扱い性がよく、目的の形状を得やすい特徴がある。   The melamine resin foam used here adds a foaming agent, acid catalyst, foam stabilizer, etc. to the reaction intermediate of melamine and formaldehyde, and heats it at a stretch using a microwave etc. Is an open-celled foam obtained by connecting the. Since this foam has a continuous foaming property, it has good impregnation properties when impregnated with a polyimide precursor solution and is difficult to swell in the solvent used in the solution, so impregnation work, drying work, firing work, etc. It is easy to handle and is easy to obtain the desired shape.

このように、通気性の高い樹脂発泡体を用いることによって、ポリイミド前駆体溶液を充分に含浸させることができ、単位体積当たりの炭素量の多い3次元網目構造の炭素多孔体を得ることができる。しかし、場合によっては、通気性の低い樹脂発泡体を用いることもある。例えば、通気性の極めて低いウレタンフォームを含浸用に用いると、ポリイミド前駆体溶液がフォーム内部まで含浸しないことがあり、これを焼成すると、中空構造の水に浮かぶ炭素多孔体が得られるなど、型材としての樹脂フォームの工夫により、種々の構造の炭素多孔体が得られる利点がある。   Thus, by using a resin foam having high air permeability, the polyimide precursor solution can be sufficiently impregnated, and a carbon porous body having a three-dimensional network structure with a large amount of carbon per unit volume can be obtained. . However, in some cases, a resin foam having low air permeability may be used. For example, if urethane foam with extremely low air permeability is used for impregnation, the polyimide precursor solution may not be impregnated to the inside of the foam, and if this is fired, a carbon porous body floating in water with a hollow structure can be obtained. There is an advantage that carbon foams having various structures can be obtained by devising the resin foam as described above.

本発明の炭素多孔体の製造において重要なことは、先に図1を参照して説明したように、ポリイミド前駆体樹脂の脱水イミド化を、熱硬化性樹脂の熱分解が促進される温度以下で、イミド化が完了するまで行うことが必要である点にある。このように処理することによって、樹脂フォームによって設定した3次元網目構造を失うことなく、ポリイミドの樹脂フォームへの含浸状態を実現できる。   What is important in the production of the carbon porous body of the present invention is that the dehydration imidation of the polyimide precursor resin is not more than the temperature at which the thermal decomposition of the thermosetting resin is promoted as described above with reference to FIG. Thus, it is necessary to carry out until imidization is completed. By treating in this way, it is possible to realize an impregnation state of polyimide in the resin foam without losing the three-dimensional network structure set by the resin foam.

前記ポリイミド前駆体樹脂を樹脂フォームに含浸するには、フォーム体を樹脂溶液中に浸漬し、圧縮・復元を繰り返し、含浸量は圧縮度で調整する。なお、フォーム体を樹脂溶液中に浸漬し、減圧にすることで、容易に含浸が可能となり、この場合、フォーム体が可撓性のない硬質のものでも含浸させることができる。含浸後、溶媒を加熱除去し、高温にて脱水反応を行い、フォーム・ポリイミド・コンポジットを得る。このイミド化段階での加熱温度は、前述のように、イミド化が可能で、かつ樹脂フォームの分解が促進されない温度範囲、例えば、ポリウレタンフォームでは100℃〜200℃が好ましい。加熱脱水反応は減圧下で行うことも好ましい。また、ピリジンなどの触媒を添加することや、脱水剤を併用することもできる。   In order to impregnate a resin foam with the polyimide precursor resin, the foam body is immersed in a resin solution, compression and restoration are repeated, and the amount of impregnation is adjusted by the degree of compression. In addition, it is possible to easily impregnate the foam body by immersing the foam body in a resin solution and reducing the pressure. In this case, the foam body can be impregnated even if the foam body is not flexible. After impregnation, the solvent is removed by heating and a dehydration reaction is performed at a high temperature to obtain a foam / polyimide composite. As described above, the heating temperature in this imidization stage is preferably a temperature range in which imidization is possible and decomposition of the resin foam is not promoted, for example, 100 to 200 ° C. for polyurethane foam. The heat dehydration reaction is also preferably performed under reduced pressure. Moreover, a catalyst such as pyridine can be added, or a dehydrating agent can be used in combination.

前述のようにイミド化処理によって得られたフォーム・ポリイミド・コンポジットは、続いて焼成処理を施して、炭素多孔体とする。焼成処理は不活性ガスあるいは真空中で行う。焼成温度は500℃以上で行う。好ましくは、1000℃以上とし、グラファイト化するためには3000℃程度まで高温処理を行うこともある。さらに、水蒸気や一酸化炭素による賦活や、酸化条件下で処理することで表面処理することもできる。さらにまた、得られた炭素多孔体に、触媒担体として、アナターゼ型の酸化チタンを担持させて、炭素による吸着と酸化チタンによる光触媒効果で、有害物の処理を効果的に行うことも可能になる。   The foam-polyimide composite obtained by the imidization treatment as described above is subsequently subjected to a firing treatment to obtain a carbon porous body. The firing process is performed in an inert gas or in a vacuum. The baking temperature is 500 ° C. or higher. Preferably, the temperature is set to 1000 ° C. or higher, and high-temperature treatment may be performed up to about 3000 ° C. for graphitization. Furthermore, surface treatment can also be performed by activation with water vapor or carbon monoxide, or by treatment under oxidizing conditions. Furthermore, anatase-type titanium oxide is supported as a catalyst carrier on the obtained carbon porous material, and it becomes possible to effectively treat harmful substances by adsorption with carbon and a photocatalytic effect with titanium oxide. .

本発明の炭素多孔体は、炭素でできた連続した微細孔を多数有する3次元構造体であるので、触媒担体、フィルターなど有害ガスの分解用に使用でき、またガスの吸着剤、熱絶縁材、電波吸収体、放熱材等に好適に使用できる。   Since the carbon porous body of the present invention is a three-dimensional structure having a large number of continuous fine pores made of carbon, it can be used for decomposing harmful gases such as catalyst carriers and filters, gas adsorbents, and heat insulating materials. It can be suitably used for radio wave absorbers, heat dissipation materials, and the like.

以下、本発明の実施例を示す。以下に示す実施例は、本発明を好適に説明する例示に過ぎず、本発明をなんら限定するものではない。   Examples of the present invention will be described below. Examples described below are merely examples for suitably explaining the present invention, and do not limit the present invention in any way.

(ポリイミド前駆体の合成)
再結晶により精製されたピロメリット酸無水物と4,4−ジアミノジフェニルエーテルの当モルとを、N,N’−ジメチルアセトアミドに溶解し、この溶液に20℃環境下で3時間乾燥窒素を通過させながら、前記2成分の反応を継続し、ポリアミック酸の10%溶液(A液)を得た。
(Synthesis of polyimide precursor)
Pyromellitic anhydride purified by recrystallization and an equimolar amount of 4,4-diaminodiphenyl ether are dissolved in N, N′-dimethylacetamide, and this solution is passed through dry nitrogen in an environment of 20 ° C. for 3 hours. While continuing the reaction of the two components, a 10% solution (solution A) of polyamic acid was obtained.

(含浸に用いた連続気泡性の熱硬化性樹脂フォーム)
(i) ウレタンフォームES1
アジピン酸とジエチレングリコールと少量のトリメチロールプロパンより得られたアジピン酸系ポリエステルポリオールと、ジフェニルメタンジイソシアナート(MDI)と、発泡剤としての水と、少量の触媒と、整泡剤とを用いて、発泡して得られたウレタンフォームである。このウレタンフォームの密度は0.13g/cm3であり、通気度は0.1ml/cm2/secであった。
(ii) ウレタンフォームES2
前記ウレタンフォームES1と同様のアジピン酸系ポリエステルポリオールとトリレンジイソシアナート(TDI)と、発泡剤としての水と、少量の触媒と、整泡剤とを用いて合成し、発泡して得られたウレタンフォームを、水素ガスを用いた爆発法にてセル膜を除去し、密度0.06g/cm3で、通気度100ml/cm2/secの高通気性フォームを得た。
(iii) メラミンフォームMF
メラミンとホルムアルデヒドから得られたメチロールメラミンと、フッ素系発泡剤と、酸触媒と、整泡剤とを用いて合成し、より高温にて発泡したメラミンフォームである。このメラミンフォームの密度は0.008g/cm3であり、通気度は100ml/cm2/secであった。
なお、前記通気度の測定は、JISK6400 A法に従い、試験片厚み10mmに対して行ったものである。
(Open cell thermosetting resin foam used for impregnation)
(I) Urethane foam ES1
Using adipic acid-based polyester polyol obtained from adipic acid, diethylene glycol and a small amount of trimethylolpropane, diphenylmethane diisocyanate (MDI), water as a blowing agent, a small amount of catalyst, and a foam stabilizer, It is a urethane foam obtained by foaming. This urethane foam had a density of 0.13 g / cm 3 and an air permeability of 0.1 ml / cm 2 / sec.
(Ii) Urethane foam ES2
Adipic acid-based polyester polyol and tolylene diisocyanate (TDI) similar to the urethane foam ES1, water as a blowing agent, a small amount of catalyst, and a foam stabilizer were synthesized and foamed. The cell membrane was removed from the urethane foam by an explosion method using hydrogen gas to obtain a highly breathable foam having a density of 0.06 g / cm 3 and an air permeability of 100 ml / cm 2 / sec.
(Iii) Melamine foam MF
It is a melamine foam which is synthesized using methylolmelamine obtained from melamine and formaldehyde, a fluorine-based foaming agent, an acid catalyst and a foam stabilizer and foamed at a higher temperature. The density of this melamine foam was 0.008 g / cm 3 and the air permeability was 100 ml / cm 2 / sec.
In addition, the measurement of the said air permeability was performed with respect to 10 mm of test piece thickness according to JISK6400 A method.

(実施例1〜3)
前述の含浸用樹脂フォームES1、ES2、およびMFを、前記ポリアミック酸溶液(A液)中に浸漬し、1時間放置した。その後、前記3種類の含浸フォームを取出し、それぞれ、60℃で10時間乾燥し、その後、200℃で20時間かけて脱水イミド化し、3次元多孔性樹脂フォームの内外全空間をポリイミドで充填した構造のフォーム・ポリイミド・コンポジットを得た。
(Examples 1-3)
The impregnating resin foams ES1, ES2, and MF were immersed in the polyamic acid solution (solution A) and left for 1 hour. Thereafter, the three types of impregnated foams are taken out, dried at 60 ° C. for 10 hours, and then dehydrated and imidized at 200 ° C. for 20 hours, and the entire space inside and outside of the three-dimensional porous resin foam is filled with polyimide. Foam polyimide composite was obtained.

次に、これらのフォーム・ポリイミド・コンポジットを1000℃、1時間、アルゴン雰囲気下で焼成し、3種類の炭素フォーム(炭素多孔体)を得た。得られた炭素フォームは含浸に用いたフォームと全く相似形状で通気性のあるもので、強度も[表1]に示すように極めて高かった。   Next, these foam-polyimide composites were baked in an argon atmosphere at 1000 ° C. for 1 hour to obtain three types of carbon foams (carbon porous bodies). The obtained carbon foam was completely similar to the foam used for impregnation and had air permeability, and the strength was extremely high as shown in [Table 1].

図2は、左から含浸用フォーム(ES1)、フォーム・ポリイミド・コンポジット、炭素フォームの順に並べた走査型電子顕微鏡(SEM)による組織写真である。各SEM写真の比較から、元の樹脂フォームのセル状態(各気泡の立体構造)がかなり忠実に反映された炭素フォーム(炭素多孔体)が得られていることがわかる。   FIG. 2 is a structure photograph taken with a scanning electron microscope (SEM) in which the impregnated foam (ES1), foam-polyimide composite, and carbon foam are arranged in this order from the left. From comparison of each SEM photograph, it can be seen that a carbon foam (carbon porous body) in which the cell state of the original resin foam (three-dimensional structure of each cell) is reflected fairly faithfully is obtained.

Figure 2005041748
Figure 2005041748

(比較例1)
アジピン酸系ポリエステルとして2官能のポリエステルポリオールと、イソシアナートとしてMDIと、発泡剤として水と、その他触媒と、整泡剤とから、ポリウレタンフォームを得た。このポリウレタンフォームの密度は0.12g/cm3であり、通気度は0.1ml/cm2/secであった。
(Comparative Example 1)
A polyurethane foam was obtained from a bifunctional polyester polyol as an adipic acid-based polyester, MDI as an isocyanate, water as a blowing agent, other catalysts, and a foam stabilizer. The density of this polyurethane foam was 0.12 g / cm 3 and the air permeability was 0.1 ml / cm 2 / sec.

上記ポリウレタンフォームに、実施例1と全く同様に、A液を含浸させ、乾燥、ポリイミド化を試みた。しかし、このポリイミド化の工程で、フォーム・ポリイミド・コンポジットの形が崩れ、分解してしまった。これは、ポリウレタンフォームが熱可塑性であったため、コンポジット体を形成するに至らなかったためと、考えられた。   The polyurethane foam was impregnated with liquid A in the same manner as in Example 1, and drying and polyimide formation were attempted. However, the form of the foam-polyimide composite collapsed and decomposed during this process of polyimide formation. This was thought to be because the polyurethane foam was thermoplastic and could not form a composite body.

(実施例4)
グリセリンにプロピレンオキサイドを付加して得られた分子量3000のポリエーテルポリオールと、トルエンジイソシアナートと、発泡剤として水と、その他触媒と、整泡剤とから、エーテル系ポリウレタンフォームを得た。このフォームの密度は0.03g/cm3であり、通気度は30ml/cm2/secであった。この樹脂フォームに、実施例1と全く同様に、A液を含浸させ、得られた含浸フォームを乾燥し、180℃でポリイミド化後、1000℃で焼成して、炭素フォーム(炭素多孔体)を得た。得られた炭素フォームは、若干フォーム形状が変形し、強度も脆いものであったが、取扱いは可能なものであった。
(Example 4)
Ether-based polyurethane foam was obtained from a polyether polyol having a molecular weight of 3000 obtained by adding propylene oxide to glycerin, toluene diisocyanate, water as a blowing agent, other catalysts, and a foam stabilizer. The density of this foam was 0.03 g / cm 3 and the air permeability was 30 ml / cm 2 / sec. This resin foam was impregnated with the liquid A in the same manner as in Example 1. The obtained impregnated foam was dried, converted to polyimide at 180 ° C., and then fired at 1000 ° C. to obtain a carbon foam (carbon porous body). Obtained. The obtained carbon foam was slightly deformed in foam shape and weak in strength, but could be handled.

(比較例2)
実施例4の炭素フォーム作製工程で、ポリイミド化の温度を200℃で行った以外は同一条件で、炭素フォームを作製した。得られた炭素フォームは、形状は全く崩れ、ぼろぼろとなっており、取扱うことができなかった。
(Comparative Example 2)
A carbon foam was produced under the same conditions except that in the carbon foam production process of Example 4, the temperature of the polyimide formation was performed at 200 ° C. The resulting carbon foam was totally broken and ragd, and could not be handled.

(実施例5)
実施例1の炭素フォームを、空気下、400℃で、1時間処理し、その気孔を成長させた。この気孔成長処理後の炭素フォームの水分吸収・脱水状況を、図3のグラフに示すように、窒素雰囲気で200℃と空気雰囲気下の室温との間を変動させた時の重量変化を測定することにより、評価したところ、水分の吸脱応答が極めて早く、かつ可逆性のあることが見出された。すなわち、本発明の炭素フォーム(炭素多孔体)が高い吸着性を有することが確認された。
(Example 5)
The carbon foam of Example 1 was treated in air at 400 ° C. for 1 hour to grow its pores. As shown in the graph of FIG. 3, the change in weight of the carbon foam after the pore growth treatment is measured by changing the weight when the temperature is changed between 200 ° C. and room temperature in an air atmosphere. As a result, it was found that the moisture adsorption / desorption response was extremely fast and reversible. That is, it was confirmed that the carbon foam (carbon porous body) of the present invention has high adsorptivity.

(実施例6)
実施例1の炭素フォームをアルゴン雰囲気下、3000℃で20分処理を行った。この熱処理後の炭素フォーム(炭素多孔体)を構成している結晶粒の粒径は30nmであり、各結晶粒には(002)格子面が存在し、その面間隔d002が0.336nmであることが、測定により判明した。すなわち、各結晶粒はグラファイト構造をもっていることが確認された。したがって、この実施例の炭素多孔体は、導電性を要する用途や、耐熱性を要する用途に好適に適用することができる。
(Example 6)
The carbon foam of Example 1 was treated at 3000 ° C. for 20 minutes in an argon atmosphere. The grain size of the crystal grains constituting the carbon foam (carbon porous body) after the heat treatment is 30 nm, each crystal grain has a (002) lattice plane, and the plane spacing d002 is 0.336 nm. It was found by measurement. That is, it was confirmed that each crystal grain has a graphite structure. Therefore, the porous carbon body of this example can be suitably applied to uses that require electrical conductivity and uses that require heat resistance.

(実施例7)
前述の含浸用樹脂フォームES1と同一組成のウレタンフォームであるが、通気度の極めて低い樹脂フォームに、A液を含浸させ、実施例1と同様な方法で焼成し、水に浮く炭素多孔体を得た。この炭素多孔体は、その型材である樹脂フォームの通気度が極めて低いために、A液が表面および表面から浅い部分までにしか浸透せず、その結果、中空の炭素多孔体となったものと推測された。この炭素多孔体の寸法は、10×10×2mmであった。
この炭素多孔体をオキシ硫酸チタネート(TiOSO4)の水溶液(0.1モル/L)に浸し、ステンレス容器中で、180℃、5時間、水熱処理することで、アナターゼ(anatase:鋭錐石)微結晶を3.2%担持させた。図4に、この「酸化チタンを担持させた炭素多孔体」の走査型電子顕微鏡による組織写真を示す。アナターゼ担持多孔体をメチレンブルーの水溶液(2.94×10-5モル/L)中に入れ、紫外線(10Wパワー)照射下での分解挙動を追跡した。メチレンブルー濃度の変化は、650nmの吸光度(Absorbance)変化で追跡した。その結果を図5に示す。図に見るように、メチレンブルー濃度は暗所ではほとんど変化がなく、吸着は微少量であることが分かる。そして、紫外線を照射することによって、メチレンブルーの吸光度が急激に低下しており、光分解が進んだことが見て取れる。このように、本実施例の炭素多孔体は水中の有害物の吸着および分解に適用できることが理解される。
(Example 7)
A urethane foam having the same composition as the resin foam for impregnation ES1 described above, but impregnated with a liquid A into a resin foam with extremely low air permeability, fired in the same manner as in Example 1, and a carbon porous body floating in water. Obtained. Since this carbon porous body has a very low air permeability of the resin foam as the mold material, the liquid A can only penetrate into the surface and the shallow part from the surface, and as a result, a hollow carbon porous body is obtained. Was guessed. The dimension of this carbon porous body was 10 × 10 × 2 mm.
This carbon porous body is immersed in an aqueous solution (0.1 mol / L) of oxysulfate titanate (TiOSO 4 ) and hydrothermally treated in a stainless steel container at 180 ° C. for 5 hours, thereby anatase. 3.2% of microcrystals were supported. FIG. 4 shows a structure photograph of this “carbon porous body supporting titanium oxide” by a scanning electron microscope. The anatase-supporting porous material was placed in an aqueous solution of methylene blue (2.94 × 10 −5 mol / L), and the decomposition behavior under ultraviolet (10 W power) irradiation was followed. Changes in methylene blue concentration were followed by changes in absorbance at 650 nm. The result is shown in FIG. As can be seen from the figure, the methylene blue concentration hardly changes in the dark, and the adsorption is very small. Then, it can be seen that the absorbance of methylene blue is drastically decreased by irradiating ultraviolet rays, and the photolysis has progressed. Thus, it is understood that the carbon porous body of the present example can be applied to adsorption and decomposition of harmful substances in water.

以上説明したように、本発明にかかる炭素多孔体は、炭素でできた連続した微細孔を多数有する3次元構造体であるので、触媒担体、フィルターなど有害ガスの分解用に使用でき、また、ガスの吸着剤、熱絶縁材、電波吸収体、放熱材、さらには、導電性を要する用途や、耐熱性を要する用途、その他、多種多様な工業材料として好適に使用することができる。   As described above, since the carbon porous body according to the present invention is a three-dimensional structure having a large number of continuous fine pores made of carbon, it can be used for decomposing harmful gases such as catalyst carriers and filters, It can be suitably used as a gas adsorbent, a heat insulating material, a radio wave absorber, a heat dissipation material, a use requiring conductivity, a use requiring heat resistance, and other various industrial materials.

本発明の炭素多孔体を得るために用いる材料物質の熱重量分析結果をプロットしたグラフを示す図である。It is a figure which shows the graph which plotted the thermogravimetric analysis result of the material substance used in order to obtain the carbon porous body of this invention. 本発明の実施例1〜3を説明するためのもので、樹脂フォーム、該樹脂フォームにポリイミドを含浸させたコンポジット、および該コンポジットを炭化して得られた炭素多孔体のそれぞれの走査型電子顕微鏡による組織写真を並べて示した図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a diagram for explaining Examples 1 to 3 of the present invention, each of a resin foam, a composite in which the resin foam is impregnated with polyimide, and a scanning electron microscope of a carbon porous body obtained by carbonizing the composite. It is the figure which arranged and showed the organization photograph by. 本発明の実施例5で得られた炭素多孔体の吸水・脱水応答特性を測定した結果をプロットしたグラフを示す図である。It is a figure which shows the graph which plotted the result of having measured the water absorption and dehydration response characteristic of the carbon porous body obtained in Example 5 of this invention. 本発明の実施例7で得た、酸化チタン(アナターゼ)を担持した炭素多孔体の走査型電子顕微鏡写真であり、3通りの倍率で写したもの並べて表示した図である。It is the scanning electron micrograph of the carbon porous body which carry | supported the titanium oxide (anatase) obtained in Example 7 of this invention, and was the figure displayed side by side what was copied by three kinds of magnifications. 本発明の実施例7で得た酸化チタン担持炭素多孔体によるメチレンブルーの吸着、分解特性を示すグラフを表す図である。It is a figure showing the graph which shows the adsorption | suction and decomposition | disassembly characteristic of methylene blue by the titanium oxide carrying | support carbon porous body obtained in Example 7 of this invention.

Claims (7)

連続気泡性の熱硬化性樹脂フォームにポリイミド樹脂が充填されたフォーム・ポリイミド・コンポジットを炭化してなることを特徴とする炭素多孔体。 A porous carbon material obtained by carbonizing a foam-polyimide composite in which a polyimide resin is filled in an open-cell thermosetting resin foam. 前記ポリイミド樹脂が前記熱硬化性樹脂フォームに含浸させたポリイミド前駆体樹脂をポリイミド化して得られたものであることを特徴とする請求項1に記載の炭素多孔体。   2. The porous carbon body according to claim 1, wherein the polyimide resin is obtained by polyimidizing a polyimide precursor resin impregnated in the thermosetting resin foam. 3. 前記ポリイミド前駆体樹脂が芳香族酸無水物と芳香族ジアミンの反応により得られたポリアミック酸であることを特徴とする請求項2に記載の炭素多孔体。   The porous carbon body according to claim 2, wherein the polyimide precursor resin is a polyamic acid obtained by a reaction between an aromatic acid anhydride and an aromatic diamine. 連続気泡性の熱硬化性樹脂フォームにポリイミド前駆体樹脂を含浸させ、この含浸樹脂を脱水イミド化して、前記熱硬化性樹脂フォームの内外空間に連続的にポリイミド樹脂を充填し、このポリイミド樹脂を炭化することにより炭素多孔体を得ることを特徴とする炭素多孔体の製造方法。   An open-celled thermosetting resin foam is impregnated with a polyimide precursor resin, the impregnated resin is dehydrated and imidized, and the polyimide resin is continuously filled in the inner and outer spaces of the thermosetting resin foam. A method for producing a porous carbon material, wherein the carbon porous material is obtained by carbonization. 前記ポリイミド前駆体樹脂の脱水イミド化は、前記熱硬化性樹脂の熱分解が促進される温度以下で、イミド化が完了するまで行い、その後、得られたポリイミド樹脂の炭化処理に移行することを特徴とする請求項4に記載の炭素多孔体の製造方法。   The dehydration imidation of the polyimide precursor resin is performed at a temperature below the temperature at which thermal decomposition of the thermosetting resin is promoted until imidization is completed, and then the process proceeds to carbonization treatment of the obtained polyimide resin. The manufacturing method of the carbon porous body of Claim 4 characterized by the above-mentioned. 前記ポリイミド前駆体樹脂として、芳香族酸無水物と芳香族ジアミンの反応により得られたポリアミック酸を用いることを特徴とする請求項4または5のいずれかに記載の炭素多孔体の製造方法。   6. The method for producing a porous carbon body according to claim 4, wherein a polyamic acid obtained by a reaction between an aromatic acid anhydride and an aromatic diamine is used as the polyimide precursor resin. 前記熱硬化性樹脂フォームとして、メラミン樹脂フォームまたはポリエステル系ポリウレタンフォームを用いることを特徴とする請求項4から6のいずれか1項に記載の炭素多孔体の製造方法。   The method for producing a porous carbon body according to any one of claims 4 to 6, wherein a melamine resin foam or a polyester polyurethane foam is used as the thermosetting resin foam.
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