JPH0466834B2 - - Google Patents

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JPH0466834B2
JPH0466834B2 JP62042721A JP4272187A JPH0466834B2 JP H0466834 B2 JPH0466834 B2 JP H0466834B2 JP 62042721 A JP62042721 A JP 62042721A JP 4272187 A JP4272187 A JP 4272187A JP H0466834 B2 JPH0466834 B2 JP H0466834B2
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JP
Japan
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carbon black
pellets
heat insulating
binder solution
specific gravity
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JP62042721A
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JPS63210081A (ja
Inventor
Toshio Nakada
Fumio Takemura
Masao Ishiwatari
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Tokai Carbon Co Ltd
Original Assignee
Tokai Carbon Co Ltd
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Publication date
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Priority to US07/133,989 priority patent/US4888215A/en
Priority to EP87311169A priority patent/EP0276563B1/en
Priority to DE8787311169T priority patent/DE3778005D1/de
Publication of JPS63210081A publication Critical patent/JPS63210081A/ja
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Description

【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕 本発明は、非酸化性雰囲気の高温炉に使用する
炭素質粒状断熱材の製造方法に関する。 〔従来の技術〕 炭素材は、非酸化性雰囲気中における高温安定
性ならびに化学的安定性が優れており、高温炉に
おける耐火材や断熱材として使用されている。 炭素質断熱材としては、発泡樹脂を焼成炭化す
るもの、炭素繊維のフエルトに樹脂を含浸して焼
成炭化するもの等が実用化されており、これらは
いずれもフオーム状の形態として存在する空隙の
断熱作用を利用するものである。しかし、原料が
高価であり、また製造工程も複雑なために、コス
トが高くなり使用範囲が制限される欠点がある。 カーボンブラツクは、10〜200nmの極めて微細
な球状の基本粒子が融着結合および二次的に凝集
した鎖状構造の凝集体から成り、凝集体内部には
多くの空隙が存在する。また、基本粒子は表面層
やその近傍は炭素六角網面を構成しているが、全
体的には無定形炭素である。したがつて、カーボ
ンブラツク自体優れた断熱機能を有しており、か
つ安価であるので、例えば高温炉の断熱充填材等
として用いられている。 しかし、カーボンブラツクは微粉体状であり、
充填あるいは排出時等に飛散し易く、流動性も悪
いために取扱いが極めて困難である。また、粉体
カーボンブラツクを造粒したペレツトも造粒強度
が小さいために取扱い時に磨損や破粒し易く、微
粉化して飛散したり、流動性を悪化させる等の問
題がある。 本出願人は、カーボンブラツクの断熱性能を保
持するとともに粒強度を増大させて取扱いの容易
な粒状断熱材の製造方法として、カーボンブラツ
クペレツトに、熱硬化性樹脂を有機溶媒に溶解し
た溶液を含浸し、加熱して有機溶媒を揮散除去し
た後予備硬化し、必要に応じて更にその表面を前
記溶液で処理して加熱硬化した後焼成炭化する方
法を提案した(特願昭62−18165)。 〔発明が解決しようとする問題点〕 この方法で得られる粒状断熱材は、カーボンブ
ラツク自体の有する断熱性能を損なうことなく大
きな粒強度を有しており、磨損や破粒し難いため
に取扱いが容易であり、流動性も優れたものであ
るが、工程が複雑となり製造能率が悪いという問
題がある。 本発明は、上記問題点を解消して優れた断熱性
能を有するとともに粒強度の大きな炭素質粒状断
熱材を、能率よく製造する方法を提供するもので
ある。 〔問題点を解決するための手段〕 すなわち本発明は、下記特性のカーボンブラツ
クペレツトに炭化性成分を有機溶媒に溶解したバ
インダー溶液を添加して再造粒した後加熱硬化
し、次いで不活性雰囲気中で焼成炭化することを
特徴とする炭素質粒状断熱材の製造方法である。 圧縮DBP吸油量 80ml/100g以上 窒素吸着比表面積 35m2/g以上 真比重関係値(△d) 0.150以下 但し、真比重関係値(△d)は、△d=d2−d1
で定義され、d1およびd2は夫々650℃および2600
℃で熱処理したカーボンブラツクの真比重値とす
る。 カーボンブラツク微粉体を造粒機に入れ、バイ
ンダー溶液を加えて直接造粒すると、ペレツト形
成時に侵入したバインダー溶液は、カーボンブラ
ツクの鎖状構造凝集体内部にまで浸透するために
加熱硬化時にも残留し易く、そのまま炭化する。 その結果、カーボンブラツク本来の断熱性能が
損なわれる。 本発明は、カーボンブラツクの鎖状構造凝集体
をはじめとする基本粒子特性と断熱性能との関係
について詳細に研究した結果、特定の基本粒子特
性を有するカーボンブラツクを用い、かつそのペ
レツトをバインダー溶液で再造粒して2次造粒粒
子を形成した後加熱硬化、焼成炭化処理すると断
熱性能を劣化することなく大きな強度を有する粒
状体が得られることを知見して完成したものであ
る。 微粉体状のカーボンブラツクを、まず球状のペ
レツトに造粒する。造粒は公知の方法によつて行
なうことができ、例えば湿式法ではピンを表面に
備えたシヤフト等の強制攪拌機構をもつ円筒管中
にカーボンブラツクを入れ、シヤフトを回転させ
て攪拌しながら適量の水を加えて造粒するもので
あり、乾燥してペレツトとする。また、乾式法で
はわずかな傾斜をもつて緩やかに回転する円筒形
キルンを用い、その中にカーボンブラツクを入れ
て転動造粒してペレツトを形成するものである。
カーボンブラツク微粉体は、まず造粒過程の初期
において鎖状構造凝集体が多数集合して造粒核粒
子を形成し、この造粒核粒子が合体してペレツト
に成長する。 このカーボンブラツクペレツトを前記湿式造粒
機に入れて、攪拌しながら所定量のバインダー溶
液を添加して造粒する。バインダー溶液としては
熱硬化性樹脂、タール、ピツチ等の炭化性成分を
有機溶媒に溶解した溶液が用いられる。熱硬化性
樹脂としては炭化率の高いフエノール系やフラン
系の樹脂が好ましい。また、有機溶媒としては、
これらの炭化性成分を溶解するものであればよ
く、アルコール、エーテル、アセトン、ベンゼ
ン、トルエン、キシレン、シクロヘキサン等任意
のものを使用することができる。なお、バインダ
ー溶液の濃度や添加量は、カーボンブラツクの特
性に応じて適宜設定する。 カーボンブラツクペレツトを造粒機に入れて攪
拌しながらバインダー溶液を添加すると、ペレツ
トは破砕されつつバインダー溶液により再造粒さ
れて球状の2次造粒粒子を形成する。この場合、
カーボンブラツクペレツトは鎖状構造凝集体にま
で破砕されることは少なく、造粒核粒子もしくは
それらの集合した状態でバインダー溶液によつて
球状の2次造粒粒子に成長する。したがつて、バ
インダー溶液は鎖状構造凝集体の空隙内部にまで
浸透することなく、造粒核粒子あるいはその集合
体の表面に吸着存在するに過ぎない。その結果、
この2次造粒粒子を加熱して溶媒成分を除去した
後硬化および炭化処理した場合に形成する炭化物
は、鎖状構造凝集体の空隙部には殆んど存在しな
いのでカーボンブラツク本来の有する断熱性能の
劣化が防止される。また、この炭化物により粒強
度は著しく増大する。なお、微粉体状のカーボン
ブラツクを直接バインダー溶液で造粒する場合に
は、バインダー溶液はカーボンブラツク鎖状構造
凝集体内部にまで浸透するので、硬化および焼成
炭化時にもそのまま残留して炭化物を形成するこ
とになり、断熱性能は著しく阻害される。 この場合、カーボンブラツクの断熱性能は、カ
ーボンブラツクの基本粒子特性と密接に関係し、
断熱性能を高度に保持するためには鎖状構造凝集
体が大きく内部空隙が多いこと、バインダー溶液
が鎖状構造凝集体の内部空隙に浸透し難いこと、
また形成する造粒核粒子が相対的に大きくて2次
造粒粒子の成長に必要なバインダー溶液が相対的
に少量であること等が望ましい。すなわちカーボ
ンブラツクの基本粒子特性としては、高ストラク
チヤー、高比表面が好ましいことになる。 本発明は、これらの観点から圧縮DBP吸油量
を80ml/100g以上、窒素吸着比表面積を35m2
g以上に設定するものである。圧縮DBP吸油量
を80ml/100g以上に設定することにより相対的
に鎖状構造凝集体が大きく、その内部空隙も多く
なり、また大きな造粒核粒子の形成も容易となる
ので、バインダー溶液も少ない量で2次造粒核粒
子の成長が可能となる。窒素吸着比表面積を35
m2/g以上に設定するのは、カーボンブラツクの
基本粒子径が小さく、形成した造粒核粒子中にバ
インダー溶液が浸透し難いためであり、その結果
2次造粒粒子の空隙の低下が防止される。 なお、圧縮DBP吸油量および窒素吸着比表面
積は下記の測定方法によつて得られる値である。 圧縮DBP吸油量: ASTM D3493−79“Carbon Black Dibutyl
Phthalate Absorption Number of
Compressed Sample”による。 窒素吸着比表面積: ASTM D3037−78“Standard Methods of
Testing Carbon Black Surface Areaby
Nitrogen Adsorption”Method Bによる。 また、真比重関係値△dは、下記定義に基づく
値であるが、この値はカーボンブラツク基本粒子
の内部構造と密接に関係する。すなわち、△dは
カーボンブラツクの生成過程における炭化度(黒
鉛状炭素六角網面構造)の進行程度に対応し、カ
ーボンブラツクの基本粒子径が小さく、比表面積
および圧縮DBP吸油量が相対的に大きい場合に
は△dは小さい値となる。これはカーボンブラツ
ク基本粒子内部における無定形炭素構造が高温処
理した場合に、粒子内部で再配向し難く、複雑な
黒鉛化形態をとるために粒子内部が空洞化乃至ス
ポンジ状のポーラス構造になるためと考えられ
る。この△dを0.150以下に設定することにより
基本粒子内部のポーラス構造化が進行して断熱性
能の向上をはかることができる。 真比重関係値(△d): カーボンブラツク試料を落と蓋付るつぼに採り
650±25℃の温度で脱気処理を施した後“工業化
学雑誌”第66巻、第12号(1963)1758頁に掲載さ
れたB法に準拠して測定した真比重値をd1とす
る。別に温度2600±50℃で熱処理を施した後同様
にして測定した真比重値をd2とする。真比重関係
値(△d)は、△d=d2−d1で定義した算出値で
ある。 このようにして得られた2次造粒粒子は、大気
中300℃以下の温度で熱処理してバインダー溶液
中の有機溶媒を除去するとともに炭化性成分を硬
化させる。この場合、回転ドラム中に入れて回転
転動しながら加熱硬化すると整粒作用が促進され
て真球状に近くなり、破粒の防止もはかられるの
で取扱いの上からも有利である。更に500℃前後
の温度に昇温すると炭化し難い成分を除去するこ
とができる。次いで、非酸化性雰囲気中で1000〜
2000℃に加熱して炭化性成分を焼成炭化すること
により、強固な炭素質粒状物が製造される。 〔作用〕 本発明方法を適用することにより、形成した2
次造粒粒子は鎖状構造凝集体の空隙内部へのバイ
ンダー溶液の浸透が巧みに阻止される。したがつ
て、この2次造粒粒子を焼成炭化して得られる炭
素質粒状物はカーボンブラツク本来の断熱性能を
維持しつつ、粒強度の著しい増大化をはかること
ができる。 〔実施例〕 実施例 1 各種特性のカーボンブラツクペレツトを用い
て、バインダー溶液を添加して造粒した。バイン
ダー溶液はフエノール樹脂(住友デユレズ(株)、
PR5001E)およびフラン樹脂(日立化成(株)、
ヒタフランVF303)を、エタノールおよびエタノ
ール/アセトン混合液(1対1Vo1.比)に、所定
濃度に溶解して使用した。 得られた2次造粒粒子は、大気中で150℃、1
時間加熱して溶媒を揮散除去するとともに樹脂成
分を予備硬化した。次いで大気中250℃で1時間
加熱硬化した後窒素雰囲気中で2000℃、30分間焼
成炭化した。このようにして得られた炭素質粒状
断熱材の強度特性および熱伝導率を測定した。な
お、測定値は次の方法による値を用いた。 (1) 粒強度;粒径1mmのサンプルを天秤上にの
せ、上からピストンで荷重をかけて破粒時の荷
重を測定し、サプンル50ケについての平均値。 (2) アトリツシヨン;125μmの篩上にサンプル
25gを入れ、5分間振とうして125μmの篩を
通過したものを除去したのち、更に15分間振と
うして125μmの篩を通過したものの重量比
(ASTM D4324−84に準拠)。 (3) 熱伝導率;周囲を断熱材で囲んだ直径30mm、
高さ90mmの円筒部の下部に、熱伝導率既知の黒
鉛標準試料(直径30mm、高さ30mm)を装入し、
その上にサンプルを装填(高さ30mm)し、更に
その上部に前記黒鉛標準試料(直径30mm、高さ
30mm)を装入し、下部に設けた熱源により加熱
する。測定は、窒素雰囲気中で行ない、円筒部
の黒鉛標準試料およびサンプルの温度を測定し
て、定常状態における温度勾配から熱伝導率を
算出した。 これらの結果を表−1に示した。また、比較の
ために本発明要件をはずれる特性を有するカーボ
ンブラツクペレツトについても同様に実施し、そ
の結果を同表中に併記した。
【表】 実施例 2 実施例1で得られたRunNo.1およびNo.3の2次
造粒粒子を、回転ドラム(回転数15rpm、200℃、
2時間)中で加熱硬化した後、窒素雰囲気中で
2000℃、30分間焼成炭化した場合の強度特性およ
び熱伝導率を表−2に示した。なお、この方法で
得られた粒状物の形状は、実施例1で得られたも
のに比べて、球状性がより優れたものであつた。
【表】
〔発明の効果〕
上記説明で明らかなように本発明により、カー
ボンブラツク本来の有する高度の断熱性能を保持
しながら、粒強度の著しく高い粒状断熱材を能率
よく製造することが可能となる。したがつて、作
業性の優れた粒状断熱材の工業的大量生産に適す
る製造方法として極めて有用である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 下記特性のカーボンブラツクペレツトに、炭
    化性成分を有機溶媒に溶解したバインダー溶液を
    添加して再造粒した後加熱硬化し、次いで不活性
    雰囲気中で焼成炭化することを特徴とする炭素質
    粒状断熱材の製造方法。 圧縮DBP吸油量 80ml/100g以上 窒素吸着比表面積 35m2/g以上 真比重関係値(△d) 0.150以下 但し、真比重関係値(△d)は、△d=d2−d1
    で定義され、d1およびd2は夫々650℃および2600
    ℃で熱処理したカーボンブラツクの真比重値とす
    る。 2 炭化性成分が熱硬化性樹脂、タールあるいは
    ピツチである特許請求の範囲第1項記載の炭素質
    粒状断熱材の製造方法。 3 加熱硬化を回転ドラム中で行なう特許請求の
    範囲第1項記載の炭素質粒状断熱材の製造方法。
JP62042721A 1987-01-30 1987-02-27 炭素質粒状断熱材の製造方法 Granted JPS63210081A (ja)

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JP62042721A JPS63210081A (ja) 1987-02-27 1987-02-27 炭素質粒状断熱材の製造方法
US07/133,989 US4888215A (en) 1987-01-30 1987-12-17 Carbonaceous granular heat insulator and process for preparing the same
EP87311169A EP0276563B1 (en) 1987-01-30 1987-12-18 Carbonaceous granular heat insulator and process for preparing the same
DE8787311169T DE3778005D1 (de) 1987-01-30 1987-12-18 Kohlenstoffhaltiger koerniger waermeisolator und verfahren zu seiner herstellung.
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