JPH07157303A - 酸処理黒鉛の製造方法及び膨張黒鉛の製造方法 - Google Patents
酸処理黒鉛の製造方法及び膨張黒鉛の製造方法Info
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Abstract
硫酸を使用する必要をなくすこと、酸処理黒鉛を加熱処
理したときに、膨張状態にムラが生じたり、未膨張の部
分が残ったり、膨張倍率が低くなったり、シートの引っ
張り強度が低下したりするのを、防止すること、短時間
で黒鉛粒子を酸処理することである。 【構成】 濃度90%以上の濃硫酸を黒鉛粒子に加えて
攪拌することによりペーストを生成させ、このペースト
を冷却してペーストの温度を10°C以下にし、このペ
ーストを攪拌しながら、温度10°C以下の過酸化水素
水をペーストへと添加して前記黒鉛粉末を酸化させる。
好ましくは、黒鉛粒子が、天然リン片状黒鉛、熱分解黒
鉛及びキッシュ黒鉛からなる群より選ばれた1種以上の
黒鉛粒子であり、過酸化水素水の濃度が10%以上、3
0%以下であり、黒鉛粒子100重量部に対して過酸化
水素水を10重量部〜40重量部添加する。
Description
法、及び、この酸処理黒鉛を加熱処理して膨張黒鉛を製
造する方法に関するものである。
法があった。 (1)化学薬品浸漬法 多量の酸化性媒体中に、多量の酸化剤、又は高濃度の酸
化剤を添加することによって、黒鉛粒子を化学的に酸化
する方法である。具体的には、濃度98%の濃硫酸と酸
化剤(濃硝酸、重クロム酸カリウム、ペルオキソ二硫酸
アンモニウム、ペルオキソ二硫酸ナトリウム、過酸化水
素等)とを混合して、酸性の混合物を製造する。この酸
性混合物に黒鉛粒子を浸漬し、酸処理黒鉛を製造する。
この方法は、工業的量産に採用されている。
用するため、これらの取扱は困難である。特に、多量の
濃硫酸等を使用することから、そのままでは周囲環境の
汚染等を引き起こすおそれがあるため、これらの有害物
質の処理施設や公害防止施設が必要である。また、有毒
ガスの発生による作業環境の汚染のおそれがある。更
に、多量の濃硫酸を使用することから、水洗が困難であ
る。また、黒鉛粒子を酸性混合物中へと浸漬するとき
に、酸化反応が瞬間的に激しく生ずるため、酸化反応の
度合いに不均一が生ずる。これにより、酸処理黒鉛を加
熱処理したときに、膨張状態にムラが生じ、未膨張の部
分が残ったり、あるいは膨張倍率が低くなることがあっ
た。また、この膨張倍率をシート状にしたときに、この
シートの引っ張り強度が低下することがあった。
る方法である。この方法によれば、濃度70%〜95%
の硫酸等の、比較的に低濃度の電解液中で、黒鉛粒子を
処理することができる。しかし、均一な、膨張倍率の高
い酸処理黒鉛を製造するためには、長時間の電解酸化が
必要であるため、酸処理黒鉛の量産が困難である。ま
た、電解液に対して、長時間電流を流すため、電解液の
温度の上昇が著しく、このため装置の材質の劣化を招
く。
の濃硫酸を使用する必要がない方法を提供することであ
る。また、本発明の課題は、酸処理黒鉛を加熱処理した
ときに、膨張状態にムラが生じたり、未膨張の部分が残
ったり、膨張倍率が低くなったり、シートの引っ張り強
度が低下したりするのを、防止することである。また、
本発明の課題は、短時間で黒鉛粒子を酸処理する方法を
提供することである。
の製造方法は、濃度90%〜98%の濃硫酸を黒鉛粒子
に加えて攪拌することによりペーストを生成させ、この
ペーストを冷却してペーストの温度を10°C以下に
し、このペーストを攪拌しながら、温度10°C以下の
過酸化水素水をペーストへと添加して黒鉛粉末を酸化す
ることを特徴とする。
は、濃度90%〜98%の濃硫酸を黒鉛粒子に加えて攪
拌することによりペーストを生成させ、このペーストを
冷却してペーストの温度を10°C以下にし、このペー
ストを攪拌しながら、温度10°C以下の過酸化水素水
をペーストへと添加して黒鉛粉末を酸化させることによ
り酸処理黒鉛を製造し、次いでこの酸処理黒鉛を700
°C以上の温度で加熱して膨張黒鉛を生成させることを
特徴とする。
意研究を進めた。この結果、冷却した少量の濃硫酸を黒
鉛粒子に加えて攪拌し、ペースト状態(粘稠性の高い状
態)とし、こうして得たペーストを冷却し、かつ攪拌し
つつ、冷却した低濃度の過酸化水素水をこのペーストに
対して添加することにより、膨張倍率が高く、膨張状態
にムラが生じず、未膨張部分が生じない酸処理黒鉛を製
造できることを発見した。
製造してシートの引っ張り強度を測定してみたが、化学
薬品浸漬法によって得たものに比べて、シートの引っ張
り強度が顕著に向上していた。
浸漬法に比べて、黒鉛粒子の酸化反応が緩やかであり、
適度に制御されるために、反応にムラがなく、未反応の
黒鉛粒子が生じにくいためであろう。
稠性の高いペーストを生成させるので、化学薬品浸漬法
とは異なり、硫酸の添加量がごく少ない。また、過酸化
水素水の濃度も、後述するように低くてもよい。
それがない。また、有毒ガスの発生による作業環境の汚
染のおそれも少ない。更に、濃硫酸の量が少ないことか
ら、少量の水で水洗を完了させることができるので、水
洗が容易であり、硫酸水溶液の排水処理対策も容易にな
る。
添加して黒鉛粒子を酸化処理する工程は、例えば30分
間程度の短い時間で、問題なく実施できることも確認し
た。従って、本発明の方法は、極めて量産に適したもの
であり、産業上の利用性が大きい。従来の電解酸化処理
法によれば、これと同様のケースでも、例えば5時間程
度の長時間、電解酸化を実施する必要があった。
理黒鉛を、700°C以上の温度で加熱処理すると、膨
張黒鉛が得られる。この加熱処理温度の上限は、好まし
くは、1000°Cである。
状黒 鉛、熱分解黒鉛及びキッシュ黒鉛からなる群より
選ばれた1種以上の黒鉛粒子である。黒鉛粒子の平均粒
径は、特に制限されないが、10〜200メッシュの範
囲内の黒鉛粒子が好ましい。
15°C以下とすることが好ましい。即ち、硫酸を黒鉛
粒子に添加して混合させると、発熱するので、硫酸を予
め冷却して硫酸の温度を15°C以下にすると、ペース
トの温度を10°C以下にまで冷却することが、短時間
で可能になるので、好ましい。この観点から、硫酸の温
度を10°C以下とすることが好ましい。また、工業的
に見ると、0°C以下にまで冷却するのは非効率なの
で、この観点からは、硫酸の温度を0°C以上とするこ
とが好ましい。
合であっても、ペーストの温度を10°C以下にまで冷
却するための時間が長くなるが、その他の点では特に問
題はない。
が進行し易いので、好ましい。特に、硫酸の濃度が90
%未満であると、酸化反応がほとんど進行しなくなるの
で、90%以上とする必要がある。この観点から、硫酸
の濃度を95%以上とすることが好ましい。また、実際
上、硫酸の濃度を98%以下とするのが好ましい。
れが10°Cを越えると、過酸化水素の分解が速くな
り、酸化反応が不均一になる。また、過酸化水素水をペ
ーストに添加したとき、発熱反応によって、ペーストの
温度が瞬時に60°Cを越えるため、反応時に黒鉛粒子
が膨張してしまう。こうなると、酸処理黒鉛の体積が増
大するため、加熱処理後における膨張倍率が小さくなる
ので、使用することができなくなる。
とすることが好ましい。工業的に見ると、0°C以下に
まで冷却するための装置は高価であり、非効率だからで
ある。
は、スプレーによって過酸化水素水を噴霧することが好
ましい。過酸化水素水の温度は10°C以下とする。過
酸化水素水の温度が10°Cを越えると、過酸化水素の
分解が速くなり、酸化反応が不均一になるからである。
%以上、30%以下である。過酸化水素水の濃度が10
%未満であると、酸化反応が充分には行われない傾向が
ある。過酸化水素水の濃度が30%を越えると、酸化反
応が激しくなり、ペーストの温度が瞬時に60°Cを越
え、膨張の不均一の原因となる。
素水を10重量部〜40重量部添加することが好まし
い。過酸化水素水の添加量が10重量部未満であると、
過酸化水素の量が少なくなるので、酸化反応が不均一に
なりやすい傾向がある。過酸化水素水の添加量が40重
量部を越えても、特に膨張倍率等の諸特性には影響はな
いし、過酸化水素の量が増えるので、経済的ではない。
する。最初に、粒度分布30〜60メッシュの天然リン
片状黒鉛粉末(嵩密度0.66g/ml)を使用した実
験結果について説明する。
に、硫酸150重量部を添加し、この混合物を攪拌し、
ペースト状とした。この硫酸の濃度、温度は、表1に示
す。このペーストを、表1に示す温度まで冷却した。こ
のペーストを攪拌しながら、表1に示す温度に冷却した
過酸化水素を、ペーストに対してスプレーによって噴霧
し、30分間攪拌した。過酸化水素の濃度、量は、表1
に示す。
し、黒鉛を充分水洗し、乾燥し、温度800°Cの電気
炉内に投入し、加熱処理を行った。これにより、実施例
1─1では、嵩密度0.0044g/mlの膨張黒鉛を
得た。
をA(0.66g/ml)とし、膨張黒鉛の嵩密度をB
(0.0044g/ml)とすると、膨張率はB/Aで
ある。従って、実施例1─1では、膨張倍率B/Aは1
50倍であった。また、未膨張部分は存在しなかった。
実施例1─2では、膨張倍率B/Aは151倍であり、
未膨張部分は存在しなかった。この結果を表2に示す。
ロールに通して、厚さ0.3mmのシート状に成形し、
このシートの引っ張り強度を評価した。ただし、シート
の形状は、「ダンベル1号」の形状とした。引っ張り速
度は、100mm/分とした。この結果も表2に示す。
然リン片状黒鉛粉末100重量部を、濃度98%の硫酸
(400重量部)中に浸漬した。硫酸を攪拌しながら、
ペルオキソ二硫酸アンモニウム20重量部を硫酸に添加
し、次いで30分間攪拌した。
し、黒鉛を充分水洗し、乾燥して酸処理黒鉛を得た。こ
の酸処理黒鉛を、温度800°Cの電気炉内に投入し、
加熱処理を行い、膨張黒鉛を得た。この膨張黒鉛につい
て、上記の各実施例と同様にして、膨張倍率、引っ張り
強度、未膨張の有無を測定した。この結果を表2に示
す。
強度ともに、本発明の実施例1─1、実施例1─2の方
が優れている。また、実施例1─1、1─2では、硫酸
の使用量が、比較例1─1に比べてはるかに少ない。実
施例1─2は、過酸化水素の濃度を50%として処理し
たものであり、膨張倍率等の諸特性は、実施例1─1と
比べてまったく遜色はない。ただし、過酸化水素の濃度
が高いことから、コスト的には不利である。
解黒鉛粉末(嵩密度0.40g/ml)を使用した実験
結果について説明する。
酸150重量部を添加し、この混合物を攪拌し、ペース
ト状とした。この硫酸の濃度、温度は、表3に示す。こ
のペーストを、表3に示す温度まで冷却した。このペー
ストを攪拌しながら、表3に示す温度に冷却した過酸化
水素を、ペーストに対してスプレーによって噴霧し、3
0分間攪拌した。過酸化水素の濃度、量は、表3に示
す。
し、黒鉛を充分水洗し、乾燥し、温度800°Cの電気
炉内に投入し、加熱処理を行った。こうして得た膨張黒
鉛の膨張倍率、引っ張り強度、未膨張の有無を、表4に
示す(実施例2─1)。
を、濃度95%の硫酸400重量部中に浸漬し、攪拌し
ながら、濃度50%の過酸化水素水を添加した。この混
合物を30分間攪拌した。次いで、この酸性混合物から
黒鉛を取り出し、黒鉛を充分水洗し、乾燥して酸処理黒
鉛を得た。この酸処理黒鉛を、温度800°Cの電気炉
内に投入し、加熱処理を行い、膨張黒鉛を得た。この膨
張黒鉛について、膨張倍率、引っ張り強度、未膨張の有
無を測定した。この結果を表4に示す(比較例2─
1)。
3倍であり、未膨張部分は存在しなかった。比較例2─
1では、膨張倍率、引っ張り強度ともに実施例2─1よ
りも劣っており、未膨張部分も存在している。
シュ黒鉛粉末(嵩密度0.46g/ml)を使用した実
験結果について説明する。
硫酸170重量部を添加し、この混合物を攪拌し、ペー
スト状とした。この硫酸の濃度、温度は、表5に示す。
このペーストを、表5に示す温度まで冷却した。このペ
ーストを攪拌しながら、表5に示す温度に冷却した過酸
化水素を、ペーストに対してスプレーによって噴霧し、
30分間攪拌した。過酸化水素の濃度、量は、表5に示
す。
し、黒鉛を充分水洗し、乾燥し、温度800°Cの電気
炉内に投入し、加熱処理を行った。これにより、膨張黒
鉛を得た。この膨張倍率、引っ張り強度及び未膨張の有
無を、表6に示す。
9倍であり、引っ張り強度は47kg/cm2 であり、
未膨張部分は存在しなかった。実施例3─2では、膨張
倍率は140倍であり、引っ張り強度は47kg/cm
2 であり、未膨張部分は存在しなかった。ただ、過酸化
水素水の量が多いので(55重量部)、コストがその分
上昇する。
Cとして処理したものである。膨張倍率は100倍であ
り、引っ張り強度は35kg/cm2 であって、共に、
実施例3─1、3─2に比べて、大幅に劣っている。
然リン片状黒鉛粉末(嵩密度0.60g/ml)を使用
した実験結果について説明する。
に、硫酸170重量部を添加し、この混合物を攪拌し、
ペースト状とした。この硫酸の濃度、温度は、表7に示
す。このペーストを、表7に示す温度まで冷却した。こ
のペーストを攪拌しながら、表7に示す温度に冷却した
過酸化水素を、ペーストに対してスプレーによって噴霧
し、30分間攪拌した。過酸化水素の濃度、量は、表7
に示す。
し、黒鉛を充分水洗し、乾燥し、温度800°Cの電気
炉内に投入し、加熱処理を行った。こうして得た実施例
4─1の膨張黒鉛について、膨張倍率、引っ張り強度及
び未膨張の有無を、表8に示す。
然リン片状黒鉛粉末100重量部を、濃度98%の硫酸
(450重量部)中に浸漬した。硫酸を攪拌しながら、
ペルオキソ二硫酸アンモニウム20重量部を硫酸に添加
し、次いで30分間攪拌した。
し、黒鉛を充分水洗し、乾燥して酸処理黒鉛を得た。こ
の酸処理黒鉛を、温度800°Cの電気炉内に投入し、
加熱処理を行い、膨張黒鉛を得た。この膨張黒鉛につい
て、上記の実施例4─1と同様にして、膨張倍率、引っ
張り強度、未膨張の有無を測定した。この結果を表8に
示す。
強度ともに、本発明の実施例4─1の方が優れている。
また、実施例4─1では、硫酸の使用量が、比較例4─
1に比べてはるかに少ない。
分解黒鉛粉末(嵩密度0.38g/ml)を使用した実
験結果について説明する。
酸200重量部を添加し、この混合物を攪拌し、ペース
ト状とした。この硫酸の濃度、温度は、表9に示す。こ
のペーストを、表9に示す温度まで冷却した。このペー
ストを攪拌しながら、表9に示す温度に冷却した過酸化
水素を、ペーストに対してスプレーによって噴霧し、3
0分間攪拌した。過酸化水素の濃度、量は、表9に示
す。
し、黒鉛を充分水洗し、乾燥し、温度800°Cの電気
炉内に投入し、加熱処理を行った。こうして得た膨張黒
鉛の膨張倍率、引っ張り強度、未膨張の有無を、表10
に示す。
7倍であり、引っ張り強度は43kg/cm2 であり、
未膨張部分は存在しなかった。比較例5─1は、スプレ
ーする過酸化水素水の温度を15°Cとして処理したも
のである。膨張倍率は106倍であり、引っ張り強度は
38kg/cm2 であり、共に、実施例5─1に比べ
て、大幅に劣っている。
ッシュ黒鉛粉末(嵩密度0.43g/ml)を使用した
実験結果について説明する。
硫酸190重量部を添加し、この混合物を攪拌し、ペー
スト状とした。この硫酸の濃度、温度は、表11に示
す。このペーストを、表11に示す温度まで冷却した。
このペーストを攪拌しながら、表11に示す温度に冷却
した過酸化水素を、ペーストに対してスプレーによって
噴霧し、30分間攪拌した。過酸化水素の濃度、量は、
表11に示す。
し、黒鉛を充分水洗し、乾燥し、温度800°Cの電気
炉内に投入し、加熱処理を行った。こうして得た膨張黒
鉛の膨張倍率、引っ張り強度、未膨張の有無を、表12
に示す(実施例6─1)。
部を、濃度95%の硫酸400重量部中に浸漬し、攪拌
しながら、濃度50%の過酸化水素水を添加した。この
混合物を30分間攪拌した。次いで、この酸性混合物か
ら黒鉛を取り出し、黒鉛を充分水洗し、乾燥して酸処理
黒鉛を得た。この酸処理黒鉛を、温度800°Cの電気
炉内に投入し、加熱処理を行い、膨張黒鉛を得た。この
膨張黒鉛について、膨張倍率、引っ張り強度、未膨張の
有無を測定した。この結果を表12に示す(比較例6─
1)。
6倍であり、引っ張り強度は41kg/cm2 であり、
未膨張部分は存在しなかった。比較例6─1では、膨張
倍率、引っ張り強度ともに実施例2─1よりも劣ってお
り、未膨張部分も存在している。
状態にムラが生じず、未膨張部分が生じない酸処理黒鉛
を製造できる。しかも、こうして得た膨張黒鉛からシー
トを製造してシートの引っ張り強度を測定してみたが、
化学薬品浸漬法によって得たものに比べて、シートの引
っ張り強度が顕著に向上していた。
稠性の高いペーストを生成させるので、化学薬品浸漬法
とは異なり、硫酸の添加量がごく少ない。また、過酸化
水素水の濃度も、低くてもよい。従って、周囲環境の汚
染等を引き起こすおそれがない。また、有毒ガスの発生
による作業環境の汚染のおそれも少ない。更に、濃硫酸
の量が少ないことから、少量の水で水洗を完了させるこ
とができるので、水洗が容易であり、硫酸水溶液の排水
処理対策も容易になる。
添加して黒鉛粒子を酸化処理する工程は、例えば30分
間程度の短い時間で、問題なく実施できる。従って、本
発明の方法は、極めて量産に適したものであり、産業上
の利用性が大きい。
Claims (4)
- 【請求項1】 濃度90%以上の濃硫酸を黒鉛粒子に加
えて攪拌することによりペーストを生成させ、このペー
ストを冷却してペーストの温度を10°C以下にし、こ
のペーストを攪拌しながら、温度10°C以下の過酸化
水素水を前記ペーストへと添加して前記黒鉛粉末を酸化
することを特徴とする、酸処理黒鉛の製造方法。 - 【請求項2】 前記黒鉛粒子が、天然リン片状黒鉛、熱
分解黒鉛及びキッシュ黒鉛からなる群より選ばれた1種
以上の黒鉛粒子である、請求項1記載の酸処理黒鉛の製
造方法。 - 【請求項3】 前記過酸化水素水の濃度が10%以上、
30%以下であり、前記黒鉛粒子100重量部に対して
前記過酸化水素水を10重量部〜40重量部添加する、
請求項1記載の酸処理黒鉛の製造方法。 - 【請求項4】 濃度90%以上の濃硫酸を黒鉛粒子に加
えて攪拌することによりペーストを生成させ、このペー
ストを冷却してペーストの温度を10°C以下にし、こ
のペーストを攪拌しながら、温度10°C以下の過酸化
水素水を前記ペーストへと添加して前記黒鉛粉末を酸化
させることにより酸処理黒鉛を製造し、次いでこの酸処
理黒鉛を700°C以上の温度で加熱して膨張黒鉛を生
成させることを特徴とする、膨張黒鉛の製造方法。
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---|---|---|---|
JP30285693A JP3540348B2 (ja) | 1993-12-02 | 1993-12-02 | 酸処理黒鉛の製造方法及び膨張黒鉛の製造方法 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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CN101951751A (zh) * | 2010-07-29 | 2011-01-19 | 山东天诺光电材料有限公司 | 一种高导热石墨散热片的制备方法 |
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CN104692372A (zh) * | 2015-03-05 | 2015-06-10 | 苏州经贸职业技术学院 | 一种氧化石墨烯及其制备方法、用途 |
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-
1993
- 1993-12-02 JP JP30285693A patent/JP3540348B2/ja not_active Expired - Fee Related
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