JP4003476B2

JP4003476B2 - 炭素ナノ繊維からなる成形体の製造方法

Info

Publication number: JP4003476B2
Application number: JP2002041502A
Authority: JP
Inventors: 大島　　久純
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-02-19
Filing date: 2002-02-19
Publication date: 2007-11-07
Anticipated expiration: 2022-02-19
Also published as: JP2003247154A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水素やメタンなどのガス吸着剤等に用いられる炭素ナノ繊維からなる成形体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、この種の炭素ナノ繊維を用いたガス吸着剤としては特開２００１−２８８６２６号公報に記載のものが提案されている。この従来公報の課題の欄に記載されているように、気相合成により製造されるガス吸着用炭素ナノ繊維は非常に嵩高であり、また、気流により飛散しやすい材料である。そこで、上記従来公報では、固着体を用いることで上記課題を解決しようとしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来公報に記載の方法では、炭素ナノ繊維以外に別部材として固着するための基材が必要であるため使用上の制限があり、また、この基材に対して炭素ナノ繊維を気相合成するために嵩密度を小さくするには限界がある。さらに、固着体を用いるがゆえにそれ自身の体積が存在し、ガス吸着に寄与する体積の利用効率が阻害される。
【０００４】
本発明は上記問題に鑑み、成形体における炭素ナノ繊維をより高密度化することのできる成形体の製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、炭素ナノ繊維に有機溶媒を滴下することで湿った状態の凝集体にし、この凝集体を乾燥処理して有機溶媒を除去することにより炭素ナノ繊維からなる成形体を形成することを特徴とする。
【０００６】
それによれば、炭素ナノ繊維に有機溶媒を滴下することで湿った状態の凝集体にしているので、炭素ナノ繊維は気流による飛散が防止される。その後、凝集体を乾燥させて有機溶媒を除去することで、炭素ナノ繊維は自己収縮し、炭素ナノ繊維の嵩密度は出発時点よりも大幅に増加する。
【０００７】
したがって、本発明によれば、できあがった成形体において炭素ナノ繊維をより高密度化することのできる成形体の製造方法を提供することができる。
【０００８】
さらに、請求項２に記載の発明のように、請求項１に記載の製造方法において、成形された成形体を熱処理することにより成形体に吸着している不用ガスを除去してもよい。それにより、ガス吸着用に成形体を適用した場合等に、成形体からの不用ガスの発生を防止することができ、好ましい。
【０００９】
ここで、請求項３に記載の発明のように、成形体の熱処理温度を、吸着している不用ガスの脱離温度以上であって炭素ナノ繊維が変質または変形しない温度以下とすることが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る炭素ナノ繊維からなる成形体の製造方法を示す工程フロー図である。
【００１２】
まず、化学気相成長等の気相合成等により合成された炭素ナノ繊維を、有機溶媒と混合して凝集させ、有機溶媒にて湿った状態の炭素ナノ繊維からなる凝集体を形成する（有機溶媒と混合・凝集工程）。この段階で、湿った状態の炭素ナノ繊維は表面張力により自己凝縮して凝集するとともに気流による飛散が防止される。
【００１３】
ここで、有機溶媒としては、エタノール、アセトン、イソプロピルアルコール、トルエンなどを用いることができる。つまり、炭素ナノ繊維に馴染む揮発性溶媒であれば使用できる。
【００１４】
その後、この凝集体を乾燥処理して有機溶媒を除去することにより、成形体を形成する（乾燥収縮工程）。この段階で、炭素ナノ繊維は自己収縮し、炭素ナノ繊維の嵩密度は出発時点の約１００〜１０００倍に大幅に増加する。ここで、有機溶媒の乾燥除去は、通常大気中で行うが、有機溶媒や炭素ナノ繊維が燃えないように、その乾燥温度は、室温から有機溶媒の自然発火温度以下もしくは炭素ナノ繊維の燃焼温度以下であればよい。
【００１５】
続いて、高密度化された炭素ナノ繊維からなる成形体に対して熱処理を施すことにより、上記各工程での処理中に吸着した水分や二酸化炭素等の不用ガスを除去する（脱ガス熱処理工程）。
【００１６】
この脱ガス熱処理は、材料に適した温度、例えば、１０００℃程度の熱処理温度で不活性ガス若しくは真空中にて行われる。ここで熱処理温度は、吸着している不用ガスの脱離温度以上であることはもちろんであるが、その上限は、不活性ガス若しくは真空中にて炭素ナノ繊維が熱によって変質または変形しない温度以下（例えば１４００〜１５００℃以下）とすることが好ましい。
【００１７】
この熱処理温度については、各工程の処理中に成形体に吸着した不用ガスの吸着状態を評価し、必要な処理温度を決めればよい。例えば、成形体を加熱して放出されてくるガスを質量分析等にて調べることで熱処理温度を決めることができる。
【００１８】
一方、このような不用ガスが放出されない場合あるいは不用ガスが吸着していても成形体を使用するにあたって問題のない場合は、脱ガスのための熱処理する必要がないことは明らかである。
【００１９】
次に、本実施形態について次の本発明者が実施した具体例を参照してより詳細に述べる。もちろん、本実施形態は次の具体例に限定されるものではない。
【００２０】
［具体例］
炭素ナノ繊維としてＣＮＩ社製シングルウォールカーボンナノチューブ（ＳＷＮＴｓ）１ｇを用い、これをビーカーに入れた後、有機溶媒としてエタノールを滴下し、ゆっくりと撹拌する。これにより、ＳＷＮＴｓが凝集しだす。ＳＷＮＴｓ全体が集まり、湿った状態の凝集体になるまでエタノールを滴下した（有機溶媒と混合・凝集工程）。
【００２１】
次に、この凝集体を円筒容器に入れ、押し固めることで必要な形状に加工した後、１２０℃の乾燥器内にて半日乾燥を行った。上記の操作により、ＳＷＮＴｓの嵩密度は出発時点の約２００倍になった。こうして、ＳＷＮＴｓからなる成形体を形成した（乾燥収縮工程）。なお、容器内に入れた凝集体は、加圧して押し固めずにそのまま放置して乾燥させても良い。
【００２２】
最後に、成形体から上記処理中に吸着した水分や二酸化炭素等を除去するために、成形された成形体に対して９００℃アルゴン中で２時間の熱処理を施した（脱ガス熱処理工程）。こうしてできあがった成形体はガス吸着剤として用いた。
【００２３】
なお、上記具体例においては、有機溶媒の乾燥除去には１２０℃の乾燥器を用いたが、室温放置でも効果を確認している。また、上記具体例では、次の図２に示すような不用ガスの吸着状態の評価を行い、必要な処理温度を決めた。
【００２４】
図２は、上記具体例における脱ガス熱処理前のＳＷＮＴｓのガス放出特性を示す図である。ここでは、ＳＷＮＴｓの成形体を加熱して放出されてくるガスを質量分析にて調べており、図中の放出ガスのイオン電流が大きいほどガス放出量が大きいことを示す。
【００２５】
図２から、温度の上昇と共に水素、水、一酸化炭素、二酸化炭素といった不用ガスが放出されているのがわかる。この結果より、上記具体例では適切な脱ガスの熱処理温度を９００℃以上とした。
【００２６】
また、上記具体例以外にも、実際に有機溶媒としては、エタノールに限らず、アセトン、イソプロピルアルコール、トルエンなどでも同様の効果を確認することができた。
【００２７】
以上述べてきたように、本実施形態によれば、炭素ナノ繊維を有機溶媒と混合して凝集させ、この凝集体を乾燥処理して有機溶媒を除去することにより炭素ナノ繊維からなる成形体を形成することを特徴とする成形体の製造方法が提供される。そして、本製造方法によれば、できあがった成形体において炭素ナノ繊維をより高密度化することができる。
【００２８】
さらに、成形された成形体を熱処理することにより成形体に吸着している不用ガスを除去することにより、ガス吸着用に成形体を適用した場合等に、成形体からの不用ガスの発生を防止することができ、好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る炭素ナノ繊維からなる成形体の製造方法を示す工程フロー図である。
【図２】上記実施形態の具体例における脱ガス熱処理前のＳＷＮＴｓのガス放出特性を示す図である。

Claims

炭素ナノ繊維に有機溶媒を滴下することで湿った状態の凝集体にし、この凝集体を乾燥処理して前記有機溶媒を除去することにより前記炭素ナノ繊維からなる成形体を形成することを特徴とする成形体の製造方法。
前記成形体を熱処理することにより前記成形体に吸着している不用ガスを除去することを特徴とする請求項１に記載の成形体の製造方法。
前記成形体の熱処理温度は、前記吸着している不用ガスの脱離温度以上であって前記炭素ナノ繊維が変質または変形しない温度以下とすることを特徴とする請求項２に記載の成形体の製造方法。