JP3006918B2 - 炭素微粒子集合体を用いたガスクロマトグラフィー用担体及びその製造方法 - Google Patents

炭素微粒子集合体を用いたガスクロマトグラフィー用担体及びその製造方法

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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、高沸点成分の水溶液分
析を始め広範な分析が可能で特に液相との濡れ性に優れ
液相担持力の大きい炭素微粒子集合体を用いたガスクロ
マトグラフィー用担体及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、ガスクロマトグラフィー用担
体(以下、ガスクロ用担体という)としては天然の珪藻
土を焼結し、酸およびシラン化剤で処理した担体が広く
使用されている。これは、珪藻土が液相担持力が大き
く、かつ吸着力が小さい性質を持つからである。
【0003】しかし、この種のガスクロ用担体は、珪藻
土が天然物であるためロット間のバラツキが大きく、ま
た、水による加水分解を受け易いため新たな吸着点が発
現して著しい性能低下を起こすので、水を含む材料の分
析ができない等の欠点があった。
【0004】そこで本発明者等は、先に吸着力が珪藻土
より更に低く、珪藻土と同等以上の分離性能を備えてお
り、バラツキが小さく、また、加水分解を受けることが
なく、水を含む試料の分析も良好にできる等の特徴を備
えたガスクロ用担体として「カーボンや熱硬化性樹脂の
微粒子を基材とし、嵩比重を0.2〜0.5、比表面積
を1m2/g以下に調節した炭素微粒子集合体からなる
担体」を提案した(特願平2−7684号)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この炭
素微粒子集合体からなる担体は、上述の如く珪藻土を上
回る性能を備えているが、それと同時に、分析に使用す
る液相の担持力が十分でなく、また、ポリエステル系液
相等の一部の液相との濡れ性が不十分という欠点があっ
た。そのため、全ての用途に用いられるガスクロ用担体
の開発が望まれていた。本発明は上記欠点を解決し、分
析に使用する液相の担持力がよく、全ての液相の濡れ性
が向上したガスクロ用担体を提供することを目的とす
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者らは上
記問題点を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、前記炭素
微粒子集合体の欠点が生ずるのは、炭素微粒子集合体の
表面が平滑であることに起因することを見出し、その表
面に特定の超微粒子材料を被覆して表面をでこぼこにす
れば、液相担持力が1.5倍以上向上し、液相との濡れ
性が大幅に改善され、しかも、上記炭素微粒子集合体か
らなる担体の利点も継承していることを見い出し、本発
明を完成した。
【0007】すなわち、本発明の要旨は、炭素粉、黒鉛
粉、加熱により炭化し得る粉末状又は球状の不溶融熱硬
化性樹脂の内から選ばれた粒子直径が100μm以下
で、かつ5μm以下の粒子の割合が20%以下の微粒子
材料を、該微粒子材料の粒子直径の1/100以下の粒
子直径を有するカーボンブラック、フリーカーボンの内
から選ばれた超微粒子材料と加熱により炭化し得る液状
熱硬化性樹脂とで被覆し、ついで成形、硬化、焼成炭化
した後、粉砕、分級してなる嵩比重が0.2〜0.5、
窒素ガス吸着法による比表面積が1.0m2/g以下
で、かつ表面に1μm〜20nmの高さの複数の突起を
有する炭素微粒子集合体を用いたガスクロ用担体であ
る。
【0008】さらに詳述すると、まず、炭素粉、黒鉛
粉、加熱により炭化し得る粉末状または球状の不溶融熱
硬化性樹脂の内から選ばれた粒子直径が100μm以下
でかつ5μm以下の割合が20%以下の微粒子材料10
0重量部に、該微粒子材料の粒子直径の1/100以下
の粒子直径を有するカーボンブラック、フリーカーボン
の内から選ばれた超微粒子材料0.1〜5重量部をメカ
ノケミカル法により微粒子材料の表面に付着せしめたの
ち、加熱により炭化し得る液状熱硬化性樹脂5〜50重
量部と、有機溶剤を少なくとも20重量部加えスラリー
状とするか、あるいは、上記微粒子材料100重量部
に、上記超微粒子材料0.1〜5重量部、上記液状熱硬
化性樹脂5〜50重量部、少なくとも20重量部の上記
有機溶剤とを加え混合してスラリー状とする。
【0009】このとき微粒子状材料として使用する炭素
粉、黒鉛粉は、石油系または石炭系のコークスを熱処理
して炭素質、または黒鉛質とし、これを砕粉したものが
好ましく、また加熱により炭化し得る粉末状または球状
の不溶融熱硬化性樹脂としては、例えば、フェノール、
変性フェノール等が挙げられる。
【0010】この微粒子状材料の粒子径が100μmを
超えると、得られる炭素微粒子集合体の嵩比重が0.5
を超え、表面積が低下する。また5μm以下のものが2
0%を超えると、得られる炭素微粒子集合体の比表面積
が1m2/gを超え、吸着力が大きくなりすぎ、いずれ
の場合も分離能が低下するので好ましくない。
【0011】微粒子状材料の表面に被覆する超微粒子状
材料は、カーボンブラック、フリーカーボン(ピッチ類
のキノリン不溶分)が好適でその粒子直径は、微粒子状
材料の直径の1/100以下のものを微粒子材料100
重量部に対し、0.1〜5重量部用いる。超微粒子材料
の粒子直径が、微粒子材料の粒子直径の1/100を超
えると得られるガスクロ用担体の液相への担持力や濡れ
性の改善効果はない。
【0012】超微粒子状材料を微粒子材料の表面に被覆
するには、ライカイ機等を用いるメカノケミカル法、あ
るいは超微粒子状材料を溶剤で希釈した液状熱硬化性樹
脂中に分散してそれを微粒子材料と混合して行なうこと
もできる。
【0013】加熱により炭化しえる液状熱硬化性樹脂と
しては、例えば、フェノール、変性フェノール、フラ
ン、ユリア等が挙げられる。また、有機溶剤としては、
メタノール、エタノール、アセトン等が挙げられる。
【0014】これらの配合量は、上記に示す範囲が好ま
しく、液状熱硬化性樹脂が下限未満では集合体の強度が
低下し、上限を超えると、集合体の嵩比重が0.5を超
え分離能が低下するので好ましくなく、また、超微粒子
材料が5重量部を超えると比表面積が1m2/gを超え
また0.1重量部未満では効果を呈さない。さらに有機
溶剤が少量となると、微粒子材料の液状熱硬化性樹脂の
被覆がかえって不均一になり集合体の強度低下の原因と
なる。
【0015】次いで、スラリー状になったものを乾燥し
て、溶剤を除去することにより、樹脂液が微粒子上に均
一にコーティングされる。このとき、樹脂が硬化しない
温度領域で減圧乾燥処理することが好ましい。
【0016】次に、これを成形するが、成形方法はノズ
ルから押し出して棒状に成形する方法やモールド成形等
があるが、押出し成形が粉砕性の面で特に好ましい。こ
のように熱処理をする前に成形するのは、そのまま熱処
理すると得られる集合体が不均質になるからである。
【0017】次いで、成形したものを100〜200℃
で硬化し、さらに、1500〜3000℃で炭化焼成
し、これを粉砕した後、分級して、例えば100〜30
0μmの粒状の炭素質微粒子集合体を得る。得られた炭
素微粒子集合体は、5〜100μmの骨格微粒子が炭化
樹脂で結合された構造を有し、嵩比重が0.2〜0.
5、窒素ガス吸着法による比表面積が1.0m2/g以
下で、かつ、表面に1μm〜20nmの高さの複数の突
起を有するもので、ガスクロ用担体として好適に用いる
ことができる。
【0018】
【発明の効果】本発明の炭素微粉子集合体は嵩比重が
0.2〜0.5、と従来のものと比べて非常に小さいに
もかかわらず、吸着力が珪藻土系と同等以上の分離性能
を備え、ばらつきが小さく、また、加水分解を受けるこ
とがないので、水を含む試料の分析も良好にできる。さ
らに、本発明により得られた炭素微粒子集合体は、表面
に1μm〜20nmの高さの複数の突起を有するもの
で、ガスクロ用担体として、高沸点成分の水溶液分析を
始め広範な分析が可能で、しかも液相の担持力がよく、
全ての液相の濡れ性が向上したガスクロ用担体を提供す
ることができる。
【0019】
【実施例】次に、実施例及び比較例を用いて本発明をさ
らに具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるも
のでない。
【0020】実施例1 粒子直径が30μmで、かつ5μm以下の粒子の割合が
5%の市販の不溶融フェノール樹脂500gに粒子直径
23nmの市販のカーボンブラックを5g加え、ライカ
イ機中で1時間処理するメカノケミカル法でフェノール
樹脂表面にカーボンブラックを付着した。
【0021】次いで、カーボンブラックが付着したフェ
ノール樹脂500gに市販のフェノール樹脂液100
g、更にメタノール300gを加えスラリー化した後、
減圧下で乾燥し、メタノールを除去した。
【0022】得られたフェノール樹脂コートフェノール
樹脂を孔径0.2mmφのノズルから押し出して棒状に
成形した後、150℃で2時間加熱して硬化させた後、
2000℃で焼成した。焼成物を破砕、分級し、80〜
100メッシュ(180〜150μm)に粒度を揃えた
炭素微粒子集合体を得た。
【0023】この嵩比重は0.35であり、窒素ガス吸
着法による比表面積は0.7m2/gであった。また、
その表面を走査型電子顕微鏡で観察したところ、図1に
示すように表面に多数の突起を有しており、その高さは
1μm〜20μmと推定された。
【0024】次に、ポリエステル系液相であるAdva
nce−DS(信和化工(株)製)を5%担持し、これ
を充填剤として高級脂肪酸のエステルであるステアリン
酸メチルおよびオレイン酸メチルを分析した。そのガス
クロマトグラムを図2に示した。図2より、本発明品を
使用して、これらの高級脂肪酸メチルエステルを良好に
分離できることがわかる。
【0025】比較例1 カーボンブラックを付着しなかった外は、実施例1に準
じて炭素微粒子集合体を得た。この嵩比重は0.34で
あり、窒素ガス吸着法による比表面積は0.5m2/g
であった。また、その表面積を走査型顕微鏡で観察した
ところ、図3に示すように表面に突起は存在せず、表面
はガラス状を呈していた。
【0026】これに実施例1に準じてAdvance−
DSを5%担持し、ステアリン酸メチル、オレイン酸メ
チルを分析した。そのガスクロマトグラムを図4に示し
た。図4より、本充填剤ではステアリン酸メチルおよび
オレイン酸メチルを完全に分離することができなかっ
た。これは本比較例の炭素微粒子集合体のAdvanc
e−DSに対する濡れ性が悪いためであり、実施例1お
よび比較例1の比較から、本発明の方法で液相に対する
濡れ性を改善できることが明らかになった。
【0027】比較例2 カーボンブラックの量を50gにする以外は、実施例1
に準じて80〜100メッシュに粒度を揃えた炭素微粒
子集合体を得た。この嵩比重は0.32であり、窒素ガ
ス吸着法による比表面積は4.3m2/gであった。ま
た、走査型顕微鏡観察によると、実施例1と同様にその
表面は多数の突起を有していた。
【0028】これに実施例1に準じてAdvance−
DSを5%担持し、ステアリン酸メチルおよびオレイン
酸メチルを分析した。そのガスクロマトグラムを図5に
示した。図5より、本充填剤ではステアリン酸メチルと
オレイン酸メチルはほとんど分離できないことが明らか
になった。
【0029】実施例2 実施例1で用いた市販のフェノール樹脂液100gにメ
タノール300g、更に粒子直径100nmのカーボン
ブラック10gを加え、ボールミルで2時間混合してカ
ーボンブラックの均一に分散したスラリーを得た。この
スラリーに10〜30μに粒度調整した黒鉛粉500g
を加え、充分混合してスラリー状とした後、減圧下で乾
燥した。
【0030】得られたフェノール樹脂コート黒鉛粉を実
施例1に準じて処理し、100〜120メッシュに粒度
を揃えた炭素微粒子集合体を得た。この嵩比重は0.3
5であり、窒素ガス吸着法による比表面積は0.5m2
/gであった。また、走査型電子顕微鏡の観察によると
その表面には多数の突起を有していた。
【0031】次にポリエチレングリコール系液相である
PEG−1000を40%担持し、これを充填剤として
水溶液中のメタノールおよびエタノールを分析した。そ
のガスクロマトグラムを図6に示した。図6より、本発
明品を使用してこれらの試料を良好に分析できることが
明らかになった。
【0032】比較例3 カーボンブラックを加えない以外は、実施例2に準じて
100〜120メッシュに粒度を揃えた炭素微粒子集合
体を得た。この嵩比重は0.34であったが、窒素ガス
吸着法による比表面積は測定できないレベルであった。
また、走査型顕微鏡による観察では、その表面は比較例
1と同様にガラス状を呈していた。
【0033】次にPFG−1000を40%担持した
が、この充填剤は流動性がほとんどなく、カラムに充填
することができなかった。これは、本比較例の炭素微粒
子集合体の液相担持力が低いためであり、実施例2およ
び本比較例から、本発明の方法で液相担持力を大幅に改
善できることが明らかになった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の炭素微粒子集合体の粒子構造を示す電
子顕微鏡写真。
【図2】本発明の炭素微粒子集合体を用いたガスクロマ
トグラム。
【図3】比較例1により得た炭素微粒子集合体の粒子構
造を示す電子顕微鏡写真。
【図4】比較例1の炭素微粒子集合体を用いたガスクロ
マトグラム。
【図5】比較例2の炭素微粒子集合体を用いたガスクロ
マトグラム。
【図6】実施例2の本発明の炭素微粒子集合体を用いた
ガスクロマトグラム。
【符号の説明】
1 アセトン 2 ステアリン酸メチル 3 オレイン酸メチル 4 メタノール 5 エタノール 6 水
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 和田 啓男 京都府京都市伏見区景勝町50番地の2 信和化工株式会社内 (72)発明者 小寺 健三 京都府京都市伏見区景勝町50番地の2 信和化工株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 30/48 B01D 15/08 C01B 31/00

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 炭素粉、黒鉛粉、加熱により炭化し得る
    粉末状又は球状の不溶融熱硬化性樹脂の内から選ばれた
    粒子直径が100μm以下で、かつ5μm以下の粒子の
    割合が20%以下の微粒子材料を、該微粒子材料の粒子
    直径の1/100以下の粒子直径を有するカーボンブラ
    ック、フリーカーボンの内から選ばれた超微粒子材料と
    加熱により炭化し得る液状熱硬化性樹脂とで被覆し、つ
    いで成形、硬化、焼成炭化した後、粉砕、分級してなる
    嵩比重が0.2〜0.5、窒素ガス吸着法による比表面
    積が1.0m2/g以下でかつ表面に1μm〜20nm
    の高さの複数の突起を有する炭素微粒子集合体を用いた
    ガスクロマトグラフィー用担体。
  2. 【請求項2】 炭素粉、黒鉛粉、加熱により炭化し得る
    粉末状又は球状の不溶融熱硬化性樹脂の内から選ばれた
    粒子直径が100μm以下で、かつ5μm以下の粒子の
    割合が20%以下の微粒子材料100重量部に、該微粒
    子材料の粒子直径の1/100以下の粒子直径を有する
    カーボンブラック、フリーカーボンの内から選ばれた超
    微粒子材料0.1〜5重量部をメカノケミカル法により
    該微粒子材料の表面に付着せしめ、次いで加熱により炭
    化し得る液状熱硬化性樹脂5〜50重量部と、少なくと
    も20重量部の有機溶剤を加えてスラリー状とし、これ
    を乾燥して成形、硬化、1500〜3000℃で焼成炭
    化した後、粉砕、分級することを特徴とする嵩比重が
    0.2〜0.5、窒素ガス吸着法による比表面積が1.
    0m2/g以下でかつ表面に1μm〜20nmの高さの
    多数の突起を有する炭素微粒子集合体を用いたガスクロ
    マトグラフィー用担体の製造方法。
  3. 【請求項3】 炭素粉、黒鉛粉、加熱により炭化し得る
    粉末状又は球状の不溶融熱硬化性樹脂の内から選ばれた
    粒子直径が100μm以下で、かつ5μm以下の粒子の
    割合が20%以下の微粒子材料100重量部に、該微粒
    子材料の粒子直径の1/100以下の粒子直径を有する
    カーボンブラック、フリーカーボンの内から選ばれた超
    微粒子材料0.1〜5重量部と加熱により炭化し得る液
    状熱硬化性樹脂5〜50重量部と、少なくとも20重量
    部の有機溶剤とを加えてスラリー状とし、これを乾燥し
    て成形、硬化、1500〜3000℃で焼成炭化した
    後、粉砕、分級することを特徴とする嵩比重が0.2〜
    0.5、窒素ガス吸着法による比表面積が1.0m2
    g以下で、かつ表面に1μm〜20nmの高さの多数の
    突起を有する炭素微粒子集合体を用いたガスクロマトグ
    ラフィー用担体の製造方法。
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