JP2529058B2 - 熱膨張性黒鉛の製造方法 - Google Patents

熱膨張性黒鉛の製造方法

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JP2529058B2
JP2529058B2 JP4172646A JP17264692A JP2529058B2 JP 2529058 B2 JP2529058 B2 JP 2529058B2 JP 4172646 A JP4172646 A JP 4172646A JP 17264692 A JP17264692 A JP 17264692A JP 2529058 B2 JP2529058 B2 JP 2529058B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、加熱されることによっ
て膨脹して体積を増加させる熱膨張性黒鉛の製造方法に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、家具や自動車の内装材を形成する
ポリウレタン等の化成品の難燃化が取り上げられてい
る。化成品を難燃化するにあたってはハロゲン系難燃剤
が従来から使用されているが、火災時にハロゲンの有毒
ガスが発生するおそれがあるために使用が避けられる傾
向がある。そこで各方面において各種の難燃剤が開発さ
れており、熱膨張性黒鉛もその一つとして検討されてい
る。
【0003】一般に黒鉛は平坦な六員環重合体層が重な
り合った六方晶系結晶であり、各層間の結合力は非常に
弱い。従ってこの黒鉛の六員環重合面の層と層との間に
種々の物質を挿入することによって黒鉛層間化合物を生
成することができる。この黒鉛層間化合物は、挿入物質
の種類によっては、加熱することによって挿入物質を活
性化させて流体圧を発生させ、黒鉛間の層間を大きく拡
げて膨脹させることができるので、いゆる熱膨張性黒鉛
として知られている。そしてこの膨張性黒鉛を難燃剤と
して10重量%程度ポリウレタン等に配合して化成品を
成形すると、火災発生時に高温が化成品に作用した際に
その熱で熱膨張性黒鉛が膨張する。このように膨張性黒
鉛が膨張すると、膨張した黒鉛でポリウレタン等の樹脂
の組織を覆って空気から遮断することができると共に、
膨張した黒鉛の層間に火災時の高温で溶融した樹脂が吸
収されて空気から遮断でき、化成品の樹脂成分が燃焼さ
れることを防止することができるのであり、さらに膨張
した黒鉛の層間に火災時の高温で発生した有毒ガスを吸
収して有毒ガスが室内に充満したりすることを防止する
ことができるのである。
【0004】このような熱膨張性黒鉛は、発煙硫酸や硫
酸と濃硝酸、硝酸塩、過塩素酸、過塩素酸塩、クロム
酸、クロム酸塩、重クロム酸塩等の酸化剤の混合液に黒
鉛を浸漬して反応させることによって生成される黒鉛層
間化合物を水洗、乾燥することによって従来から製造さ
れている。しかし硝酸や硝酸塩を使用する方法では反応
に際して濃厚なNOx が発生して作業環境を悪化させる
おそれがあり、また過塩素酸や過塩素酸塩のようなハロ
ゲンの酸素酸や酸素酸塩、あるいはクロム酸やクロム酸
塩、重クロム酸塩等のクロム化合物では腐食性が激し
く、また6価クロムイオンによるクロム公害を引き起こ
す危険性があるという種々の問題がある。
【0005】そこでこのような問題のない熱膨張性黒鉛
の製造方法が、本出願人によって特公昭60−3449
2号公報として提供されている。すなわちこの方法は、
濃硫酸と過酸化水素の作用で生成するペルオキソ一硫酸
で黒鉛を処理するようにしたものであり、上記のような
硝酸類や過塩素酸類、クロム酸類を使用しないために公
害等の問題なく熱膨張性黒鉛を製造することができるも
のである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】このようにして製造さ
れる熱膨張性黒鉛は、硫酸ガスを発生させるに十分な温
度である800℃以上、好ましくは1200〜1400
℃の高温で熱処理をすることによって膨張させることを
前提としている。しかし、熱膨張性黒鉛を難燃剤として
用いる場合、このような高温でしか熱膨張性黒鉛が機能
(膨張)しないと火災時に十分に対応させることができ
ないおそれがある。特に初期消火対策を考えると、熱膨
張性黒鉛は500℃以下の比較的低温の作用でも膨張率
高く膨張させるようにすることが必要である。
【0007】本発明は上記の点に鑑みてなされたもので
あり、比較的低温でも膨張率高く膨張させることができ
る熱膨張性黒鉛の製造方法を提供することを目的とする
ものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明に係る熱膨張性黒
鉛の製造方法は、濃硫酸及び過酸化水素で黒鉛を処理す
ることによって膨脹性黒鉛を製造するにあたって、過塩
素酸、過塩素酸塩、ペルオキソ二硫酸アンモニウム
〔(NH4 2 2 8 〕、ペルオキソ二硫酸水素アン
モニウム〔(NH4 )HS2 8 〕のうちの少なくとも
一種を濃硫酸量の0.1重量%〜5重量%添加して濃硫
酸及び過酸化水素で黒鉛を処理することを特徴とするも
のである。
【0009】下、本発明を詳細に説明する。本発明に
おいて、原料となる黒鉛は特に制限されるものではな
く、例えば天然黒鉛、熱分解黒鉛、キッシュ黒鉛など通
常の熱膨張性黒鉛の製造に用いられるあらゆるものを使
用することができる。
【0010】この黒鉛を濃硫酸と過酸化水素で処理する
にあたっては、先ず濃硫酸に過酸化水素を60℃以下、
好ましくは20℃以下に冷却しながら混合する。濃硫酸
としては濃度90%以上、望ましくは95〜98%のも
のを用いるのが好ましく、過酸化水素としては濃度30
%〜60%のものを用いるのが好ましい。また濃硫酸と
過酸化水素との混合比率は、濃硫酸100重量部に対し
て過酸化水素0.2重量部〜5.0重量部の範囲が好ま
しい。このように濃硫酸に過酸化水素を混合してペルオ
キソ一硫酸を生成させた後、過塩素酸、過塩素酸塩、ペ
ルオキソ二硫酸アンモニウム〔(NH4 2
2 8 )〕、ペルオキソ二硫酸水素アンモニウム〔(N
4 )HS2 8 )〕から選ばれ酸化剤のうちの少な
くとも一種を添加して混合する。過塩素酸塩としては過
塩素酸カリウムや過塩素酸ナトリウムなどを用いること
ができる。これらの酸化剤を濃硫酸及び過酸化水素に併
用して配合することによって、熱膨張性黒鉛の500℃
以下での膨張率を調整することができ、500℃以下の
比較的低温でも高膨張率で膨張する熱膨張性黒鉛を得る
ことができるものである。
【0011】これら過塩素酸、過塩素酸塩、ペルオキソ
二硫酸アンモニウム、ペルオキソ二硫酸水素アンモニウ
ムは、濃硫酸重量に対して0.1重量%〜5重量%(よ
り好ましくは1重量%〜4.9重量%)の配合量でよ
く、多量に配合する必要はない。配合量が濃硫酸重量に
対して0.1重量%未満であるとこれらの配合による効
果を十分に得ることができない。逆に配合量が濃硫酸重
量に対して5重量%を超える量を配合しても熱膨張性黒
鉛の比較的低温での膨張率を高める効果は認められな
い。
【0012】上記のようにして調製される混合液を良く
攪拌しながら原料黒鉛を投入し、スラリー状としたもの
をさらに攪拌を続けて約30分〜1日間反応させると、
濃硫酸と過酸化水素とにより生じたペルオキソ一硫酸が
黒鉛に作用し、黒鉛層間化合物が生成される。そしてこ
の黒鉛層間化合物のスラリーを水中に投入して硫酸を希
釈して濾過した後に少量の水で洗浄し、これを200℃
以下の温度で乾燥することによって、熱膨張性黒鉛を得
ることができる。
【0013】尚、上記のように濃硫酸と過酸化水素とを
混合した後に過塩素酸、過塩素酸塩、ペルオキソ二硫酸
アンモニウム、ペルオキソ二硫酸水素アンモニウムから
選ばれる酸化剤を混合するようにする他、濃硫酸に先に
過塩素酸、過塩素酸塩、ペルオキソ二硫酸アンモニウ
ム、ペルオキソ二硫酸水素アンモニウムから選ばれる酸
化剤を混合した後に、過酸化水素を混合するようにして
も、あるいはこれら三者を同時に混合するようにしても
いずれでもよい。
【0014】
【実施例】次に、本発明を実施例によって例証する。 (実施例1) 98%濃硫酸 …300重量部 60%過酸化水素 …3重量部 ペルオキソ二硫酸アンモニウム …14重量部 中国産鱗片状天然黒鉛 …100重量部 上記配合で、濃硫酸を500mlのビーカーにとり、2
0℃以下に冷却しながら濃硫酸に過酸化水素及びペルオ
キソ二硫酸アンモニウムを混合した。これに攪拌しなが
ら黒鉛を投入して反応させた。そして約30分後、反応
が終了したスラリーを800重量部の水中に徐々に投入
して濃硫酸を希釈し、これをブフナー漏斗にて吸引濾過
して反応で生成した黒鉛層間化合物を回収し、これを1
000重量部の水で洗浄すると共に希アンモニア水で洗
浄して残留する硫酸を中和した後、さらに少量の水で洗
浄し、100℃で乾燥することによって熱膨張性黒鉛を
得た。
【0015】(実施例2) 98%濃硫酸 …300重量部 60%過酸化水素 …3重量部 80%過塩素酸 …10重量部 中国産鱗片状天然黒鉛 …100重量部 上記配合で、濃硫酸を500mlのビーカーにとり、2
0℃以下に冷却しながら濃硫酸に過酸化水素及び過塩素
酸を混合した。これに攪拌しながら黒鉛を投入して約2
4時間反応させた。後は上記実施例1と同様にして熱膨
張性黒鉛を得た。
【0016】(実施例3) 98%濃硫酸 …300重量部 60%過酸化水素 …3重量部 過塩素酸カリウム …10重量部 中国産鱗片状天然黒鉛 …100重量部 上記配合で、後は実施例2と同様にして熱膨張性黒鉛を
得た。
【0017】(実施例4) 98%濃硫酸 …300重量部 60%過酸化水素 …3重量部 過塩素酸ナトリウム …10重量部 中国産鱗片状天然黒鉛 …100重量部 上記配合で、後は実施例2と同様にして熱膨張性黒鉛を
得た。
【0018】(実施例5) 98%濃硫酸 …300重量部 60%過酸化水素 …4重量部 ペルオキソ二硫酸水素アンモニウム …10重量部 中国産鱗片状天然黒鉛 …100重量部 上記配合で、後は実施例1と同様にして熱膨張性黒鉛を
得た。
【0019】(比較例1) 98%濃硫酸 …300重量部 60%過酸化水素 …5重量部 中国産鱗片状天然黒鉛 …100重量部 上記配合で、後は実施例1と同様にして熱膨張性黒鉛を
得た。
【0020】(比較例2) 98%濃硫酸 …300重量部 ペルオキソ二硫酸アンモニウム …20重量部 中国産鱗片状天然黒鉛 …100重量部 上記配合で、後は実施例1と同様にして熱膨張性黒鉛を
得た。
【0021】(比較例3) 98%濃硫酸 …300重量部 60%過塩素酸 …20重量部 中国産鱗片状天然黒鉛 …100重量部 上記配合で、後は実施例1と同様にして熱膨張性黒鉛を
得た。
【0022】次に、上記のようにして実施例1乃至5及
び比較例1乃至3で得た熱膨張性黒鉛について、加熱温
度を300℃、400℃、500℃、600℃、800
℃、1000℃にそれぞれ調節した電気炉で加熱するこ
とによって、それぞれの熱膨張性黒鉛を膨張させた。こ
の膨張させた膨張黒鉛の容積を測定し、容積/重量比
(cc/g)を算出した。結果を第1表に示す。
【0023】また、実施例1乃至5及び比較例1乃至3
で得た熱膨張性黒鉛1gを乳鉢にとり、約20ccの水
を加えて磨砕抽出したのち、得られた抽出液を濾過して
100cc容のメスフラスコに入れ、メスアップした。
この抽出液についてイオンクロマトグラフィーにて塩素
イオンを定量した。結果を第2表に示す。
【0024】
【表1】
【0025】第1表の結果にみられるように、各実施例
のものは400℃の加熱温度で膨張率が100cc/g
以上になっており、各実施例のものでは比較的低温の加
熱でも膨張率高く膨張させることができることが確認さ
れる。一方、濃硫酸と過酸化水素のみを用いた比較例1
のものでは600℃の加熱温度でようやく膨張率10
0cc/g以上になるに過ぎず、低温での膨張率が低い
ものであった。また過酸化水素を配合せず濃硫酸とペル
オキソ二硫酸アンモニウムのみを用いた比較例2のもの
では、ペルオキソ二硫酸アンモニウムを5重量%以上多
量に使用しても低温での膨張率は全く改善されないもの
であった。このことはペルオキソ二硫酸水素アンモニウ
ムの場合も同様であると予想される。さらに、過酸化水
素を配合せず濃硫酸と過塩素酸のみを用いた比較例
ものでは、過塩素酸を5重量%以上多量に使用すること
によって低温での膨張率を高めることはできるが、第2
表にみられるように黒鉛層間に多量のハロゲン化合物
(塩素)を含有することになり、膨張時に多量の有毒ガ
スを発生する問題が生じるものであった。このことは過
塩素酸塩の場合も同様であると予想される。
【0026】
【発明の効果】上記のように本発明は、過塩素酸、過塩
素酸塩、ペルオキソ二硫酸アンモニウム〔(NH42
28 〕、ペルオキソ二硫酸水素アンモニウム〔(N
4 )HS28 〕のうちの少なくとも一種を添加して
濃硫酸及び過酸化水素で黒鉛を処理するようにしたの
で、これらの酸化剤を濃硫酸及び過酸化水素に併用して
配合することによって、熱膨張性黒鉛の比較的低温加熱
での膨張率を調整することができ、比較的低温でも高膨
張率で膨張する熱膨張性黒鉛を得ることができるも

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 濃硫酸及び過酸化水素で黒鉛を処理する
    ことによって膨脹性黒鉛を製造するにあたって、過塩素
    酸、過塩素酸塩、ペルオキソ二硫酸アンモニウム〔(N
    4 2 2 8 〕、ペルオキソ二硫酸水素アンモニウ
    ム〔(NH4)HS2 8 〕のうちの少なくとも一種を
    濃硫酸量の0.1重量%〜5重量%添加して濃硫酸及び
    過酸化水素で黒鉛を処理することを特徴とする熱膨張性
    黒鉛の製造方法。
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