JPH1111916A - ガラス状炭素材料 - Google Patents

ガラス状炭素材料

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JPH1111916A
JPH1111916A JP9165684A JP16568497A JPH1111916A JP H1111916 A JPH1111916 A JP H1111916A JP 9165684 A JP9165684 A JP 9165684A JP 16568497 A JP16568497 A JP 16568497A JP H1111916 A JPH1111916 A JP H1111916A
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JP
Japan
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compd
carbon material
thermosetting resin
resin
polyfunctional
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JP9165684A
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English (en)
Inventor
Naoto Ota
直人 太田
Shingo Bito
信吾 尾藤
Hidehiko Nozaki
秀彦 野崎
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Toyo Tanso Co Ltd
Original Assignee
Toyo Tanso Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 均質で表面平滑性に優れ、また、生産性に優
れたガラス状炭素材料を提供する。 【解決手段】 熱硬化性樹脂を炭素化することにより得
られるガラス状炭素材料であって、上記熱硬化性樹脂
は、多官能イソシアネート化合物と多官能エポキシ化合
物とを反応させることにより得られ、かつ、イソシアヌ
ラート環及びオキサゾリドン環を有するものであり、上
記炭素化は、非酸化性雰囲気下、800℃以上の温度で
行われるものであるガラス状炭素材料。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁気ディスク基
板、磁気ヘッド用基材、鋳型等として好適に用いること
ができる均質で表面平滑性に優れたガラス状炭素材料に
関する。
【0002】
【従来の技術】熱硬化性樹脂を炭素化することにより得
られるガラス状炭素材料は、均質かつ等方性の組織を有
し、また、かさ密度が1.5g/cm3 程度と一般黒鉛
材に較べて低いにもかかわらず、気液不透過性、耐薬品
性、耐酸化性等に優れていることから、半導体分野をは
じめとする様々な分野での利用が期待されている。特
に、磁気ディスク基板、磁気ヘッド用基材等の磁気記録
媒体用基材として利用すれば、従来材であるガラスやア
ルミニウム等に較べて耐衝撃性等に優れているとともに
軽量であることから、これらの磁気記録媒体を用いる記
憶装置の省電力化、小型化を図ることが可能となる。
【0003】上述の熱硬化性樹脂としては、従来よりフ
ェノール樹脂、フラン樹脂又はこれらの変性樹脂等が主
として用いられている。しかしながら、これらの樹脂を
炭素化して得られるガラス状炭素材料は、その表面及び
内部に数μm程度の気孔が多く含まれており、この気孔
が表面欠陥の原因となる問題を有していた。このため、
このようなガラス状炭素材料を、磁気ディスク基板、磁
気ヘッド用基材、鋳型等の表面平滑性が要求される分野
に応用することが制限されていた。
【0004】ガラス状炭素材料の原料であるフェノール
樹脂やフラン樹脂の多くは硬化時に水を生成する縮合型
の樹脂であり、この水が硬化後の樹脂中に残留するた
め、炭素化後に上述の気孔が形成されてしまうと考えら
れる。樹脂を成形する際に樹脂中に取り込まれる空気
や、樹脂中に予め存在する低沸点揮発分も気孔形成の原
因となり得るが、これらは原料調製や成形手段等を工夫
することにより解決することができる。また、樹脂を炭
素化する際の樹脂の熱分解により発生するH2 O、CH
4 、CO2 等の分解ガスによっても数μm程度の気孔が
大量に形成されるが、これらは600℃以上で生じる樹
脂の収縮によりそのほとんどが消失することが知られて
いる(E.Fitzer et.al.,Carbo
n,7,643(1969))。
【0005】樹脂の硬化時に生成される水に起因する気
孔を取り除く方法としては、例えば、特公平4−551
22号公報には、硬化促進剤として酸触媒を用いるとと
もに硬化を充分穏やかに行う方法が開示されている。ま
た、特公平6−35324号公報には、硬化処理速度を
遅くして硬化を充分穏やかに行う方法が開示されてい
る。更に、特開昭60−171208号公報には、親水
性の樹脂を用いて水分子を樹脂中に均一分散させる方法
が開示されている。
【0006】しかしながら、これらの方法は、硬化処理
や原料の調製に時間がかかるため、生産性の低下が否め
なかった。また、硬化の過程において結局は水が生成す
るため、気孔を完全に除去することはできないと考えら
れる。
【0007】上記の方法以外に、特開平1−23047
1号公報には、超高温熱間静水圧加圧(HIP)を用い
ることにより形成された気孔を消滅させる方法が開示さ
れている。また、特開平8−157205号公報には、
縮合時に水等の揮発分が発生しないポリ付加非縮合型硬
化反応性樹脂を用いる方法が開示されている。
【0008】しかしながら、HIPを用いる方法は、大
がかりな装置を必要とするため生産性に劣るものであっ
た。また、ポリ付加非縮合型硬化反応性樹脂を用いる方
法は、このような樹脂の多くが低沸点揮発分を多量に含
むため、成形時に気孔が形成されやすく、この低沸点揮
発分を除去したり、気孔が発生しないように成形したり
しなければならないため、生産性に劣るものであった。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記現状に
鑑み、均質で表面平滑性に優れ、また、生産性に優れた
ガラス状炭素材料を提供することを目的とするものであ
る。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、熱硬化性樹脂
を炭素化することにより得られるガラス状炭素材料であ
って、上記熱硬化性樹脂は、多官能イソシアネート化合
物と多官能エポキシ化合物とを反応させることにより得
られ、かつ、イソシアヌラート環及びオキサゾリドン環
を有するものであり、上記炭素化は、非酸化性雰囲気
下、800℃以上の温度で行われるものであるガラス状
炭素材料である。
【0011】本発明において用いられる熱硬化性樹脂
は、多官能イソシアネート化合物と多官能エポキシ化合
物とを反応させることにより得られるものであり、か
つ、イソシアヌラート環及びオキサゾリドン環を有する
ものである。
【0012】上記熱硬化性樹脂は、既に公知のものであ
り、また、公知の方法等により製造できるものである。
上記熱硬化性樹脂は、例えば、G.P.Speranz
aet.al.,J.Org.Chem.,23,19
22(1958);N.Kinjo et.al.,
J.Appl.Polym.Sci.,28,1729
(1983);J.S.Senger et.al.,
J.Appl.Polym.Sci.,38,373
(1989)等に開示されており、特開昭59−944
42号公報(樹脂封止半導体装置)、特開平6−991
37号公報(コンクリート塗り床工法)等において応用
されている。
【0013】上記熱硬化性樹脂は、例えば、硬化触媒の
存在下で、多官能イソシアネート化合物と多官能エポキ
シ化合物とを、無溶媒又は溶媒存在下で混合溶解させた
後、加熱することにより容易に製造することができる。
【0014】上記多官能イソシアネート化合物としては
特に限定されず、その二量体、三量体等を用いることも
できるが、下記一般式(1)で表されるジイソシアネー
ト化合物が好適に用いられる。 OCN−R−NCO (1) 上記一般式(1)中、Rは、二価の有機基を表す。
【0015】上記一般式(1)で表されるジイソシアネ
ート化合物は、芳香族、脂環族、脂肪族のいずれであっ
てもよいが、炭素化収率の観点から、芳香族ジイソシア
ネート化合物が好ましい。上記芳香族ジイソシアネート
化合物としては特に限定されず、例えば、2,4−トリ
レンジイソシアネート、m−キシリレンジイソシアネー
ト、ヘキサメチレンジイソシアネート、4,4′−ジイ
ソシアナトジフェニルメタン、4,4′−ジイソシアナ
トジフェニルエーテル、4,4′−ジイソシアナトジフ
ェニルスルホン、4,4′−ジイソシアナトベンズアニ
リド、3,3′−ジイソシアナトジフェニルスルホン、
3,3′−ジイソシアナトベンゾフェノン、1,4−ビ
ス(4−イソシアナトクミル)ベンゼン、1,3−ビス
(4−イソシアナトクミル)ベンゼン、1,4−ビス
(4−イソシアナトフェノキシ)ベンゼン、1,4−ビ
ス(3−イソシアナトフェノキシ)ベンゼン、1,3−
ビス(3−イソシアナトフェノキシ)ベンゼン、2,2
−ビス[4−(4−イソシアナトフェノキシ)フェニ
ル]プロパン、2,2−ビス[4−(3−イソシアナト
フェノキシ)フェニル]スルホン、ビス[4−(4−イ
ソシアナトフェノキシ)フェニル]エーテル、2,2−
ビス[4−(4−イソシアナトフェノキシ)フェニル]
ビフェニル等を挙げることができる。これらは単独で使
用してもよく、2種以上を併用してもよい。
【0016】上記多官能エポキシ化合物としては特に限
定されず、例えば、ビスフェノールAジグリシジルエー
テル、ビスフェノールFジグリシジルエーテル、フェノ
ールノボラックポリグリシジルエーテル、クレゾールノ
ボラックポリグリシジルエーテル等を挙げることができ
る。本発明においては、これらのうち、フェノールノボ
ラックポリグリシジルエーテル、クレゾールノボラック
ポリグリシジルエーテルが好適に用いられる。これらは
単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
【0017】上記硬化触媒としては特に限定されず、従
来公知の各種のもの等を用いることができ、例えば、ア
ミン類、2−メチル−4−エチルイミダゾール等のイミ
ダゾール類、ジアザビシクロウンデセン、塩化亜鉛、ヨ
ウ化テトラメチルアンモニウム等の四級アンモニウム塩
等を挙げることができる。上記硬化触媒の添加量は、架
橋させるに必要な量であればよいが、好ましくは、上記
多官能イソシアネート化合物及び上記多官能エポキシ化
合物の合計量に対して、1重量%以下である。
【0018】上記熱硬化性樹脂の製造を無溶媒で行う場
合には、例えば、上記多官能イソシアネート化合物、上
記多官能エポキシ化合物及び上記硬化触媒を、50℃以
上で混合溶融させて液状物とし、更に、この液状物を目
的に応じた形状の型に注ぎ、減圧下で脱泡しながら、例
えば、50〜200℃に加熱して架橋、固化させること
により、樹脂構造中にイソシアヌラート環及びオキサゾ
リドン環を有する目的形状に成形された熱硬化性樹脂を
得ることができる。この場合において、上記加熱の時間
は、上記多官能イソシアネート化合物、上記多官能エポ
キシ化合物及び上記硬化触媒の種類等によって異なり、
状況に応じて適宜調整することが好ましい。
【0019】上記熱硬化性樹脂の製造を溶媒存在下にお
いて行う場合には、例えば、N−メチルピロリドン、ジ
メチルホルムアミド等のアミド系溶媒に、上記多官能イ
ソシアネート化合物、上記多官能エポキシ化合物及び上
記硬化触媒を加え、150℃以上の温度下で数時間攪拌
することにより、樹脂構造中にイソシアヌラート環及び
オキサゾリドン環を有する熱硬化性樹脂を含む溶液を得
ることができる。この溶液をメタノール等の貧溶媒に加
え、生成した沈殿物を乾燥させることにより、上記熱硬
化性樹脂の粉末状固体を得ることができる。上記粉末状
固体は、従来公知の各種手法で加熱加圧成形することに
より、所望の形状に成形することができる。
【0020】また、上記熱硬化性樹脂を含む溶液を、支
持基板等に流延・塗布した後に乾燥させて溶媒を揮散さ
せることにより、フィルム状に成形された熱硬化性樹脂
を得ることもできる。この場合においては、厚みが増す
と溶媒揮散時に気孔が生成して痕として残るので、厚み
1mm以下に抑えることが好ましい。上記支持基板とし
ては特に限定されず、例えば、ガラス板、ポリエチレン
テレフタレート板、OPPフィルム、アルミ板等を挙げ
ることができる。また、上記支持基板は、フッ素樹脂塗
布、各種離形材塗布等の表面処理が施されたものであっ
てもよい。
【0021】上記熱硬化性樹脂の製造を無溶媒又は溶媒
存在下のいずれで行う場合においても、上記多官能イソ
シアネート化合物と上記多官能エポキシ化合物との混合
比は、(多官能イソシアネート化合物)/(多官能エポ
キシ化合物)が、当量比で、0.5〜10.0であるこ
とが好ましい。0.5未満であると、炭素化時の収率が
低くなり、10.0を超えると、得られる熱硬化性樹脂
が硬くて脆くなり、作業性が悪化する。より好ましく
は、1.0〜5.0である。
【0022】本発明において用いられる熱硬化性樹脂
は、その樹脂構造中にイソシアヌラート環及びオキサゾ
リドン環を有するものであるため、耐熱性に優れてい
る。
【0023】本発明のガラス状炭素材料は、上記熱硬化
性樹脂を炭素化することにより得られる。上記炭素化
は、真空中や、Ar、N2 等のガス気流中等の非酸化性
雰囲気下で行われる。また、上記炭素化は、800℃以
上の温度で行われる。800℃未満であると、得られる
ガラス状炭素材料が脆く、気孔が多いものとなる。好ま
しくは、1000℃以上、より好ましくは、1600℃
以上である。
【0024】上記炭素化における昇温速度は、上記熱硬
化性樹脂の形状や原料種に依存するので場合に応じて適
宜調整することが好ましいが、熱分解時の収縮による亀
裂の発生を防止するためには、ゆっくりとした昇温が好
ましい。具体的には、平均の昇温速度が10℃/h以下
が好ましい。
【0025】本発明のガラス状炭素材料は、磁気ディス
ク基板、磁気ヘッド用基材、鋳型等の特に表面平滑性が
要求される分野において好適に用いることができる。
【0026】
【実施例】以下に実施例を掲げて本発明を更に詳しく説
明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるもの
ではない。
【0027】実施例1 攪拌機、窒素ガス導入管を備えた100mL三つ口フラ
スコに、エポキシ当量160〜170g/eq.のビス
フェノールF型エポキシ樹脂(油化シェルエポキシ社
製、以下「BisF」という)20gと、4,4′−ジ
イソシアナトジフェニルメタン(以下「MDI」とい
う)15.3gとを加え、水浴中60℃の温度で溶液が
均一になるまで攪拌した。この溶液に2−エチル−4−
メチルイミダゾールを重量で0.06%加えて10分間
攪拌して溶解させた。この溶液を型に流し込み、真空乾
燥機を用いて脱泡しながら120℃で10分間静置して
固化させた。このものを更に150℃で6時間かけて硬
化させて、成形された熱硬化性樹脂を得た。
【0028】得られた熱硬化性樹脂を、窒素気流中、平
均2℃/hの昇温速度で1000℃まで昇温し、2時間
保持した後に冷却してガラス状炭素材料を得た。得られ
たガラス状炭素材料のかさ密度は、1.51g/cm3
であった。この表面を鏡面研磨した後の研磨面を偏光顕
微鏡で観察したところ、研磨面に気孔は観察されなかっ
た。
【0029】実施例2 MDIの添加量を7.6gとしたこと以外は実施例1と
同様にしてガラス状炭素材料を得、評価した。かさ密度
は、1.50g/cm3 であった。また、研磨面に気孔
は観察されなかった。
【0030】実施例3 MDIの添加量を22.9gとしたこと以外は、実施例
1と同様にしてガラス状炭素材料を得、評価した。かさ
密度は、1.51g/cm3 であった。また、研磨面に
気孔は観察されなかった。
【0031】実施例4 MDIの添加量を38.2gとしたこと以外は、実施例
1と同様にしてガラス状炭素材料を得、評価した。かさ
密度は、1.51g/cm3 であった。また、研磨面に
気孔は観察されなかった。
【0032】実施例5〜8 実施例1〜4で得られたガラス状炭素材料を更に平均昇
温速度10℃/hで2000℃まで昇温し、2時間保持
して2000℃処理したガラス状炭素材料を得た。この
表面を鏡面研磨した後の研磨面を偏光顕微鏡で観察した
ところ、いずれの研磨面にも気孔は観察されなかった。
【0033】比較例1 レゾール系液状フェノール樹脂(リグナイト社製)40
gを型に流し込み、真空乾燥機を用いて脱泡しながら1
20℃で60分間静置して固化させた。このものを更に
150℃で6時間かけて硬化させて樹脂硬化物を得た。
この樹脂硬化物を実施例1と同様の条件で炭素化し、評
価した。かさ密度は、1.51g/cm3 であった。ま
た、研磨面には数μm程度の気孔が多数観察された。
【0034】比較例2 フェノール樹脂(鐘紡社製)を、温度165℃、圧力1
00kgf/cm2 の条件で加熱加圧成形し、200℃
で24時間かけて硬化させた後、実施例1と同様の条件
で炭素化し、評価した。かさ密度は、1.52g/cm
3 であった。また、研磨面には数μm程度の気孔が多数
観察された。
【0035】比較例3 フェノール樹脂(三井東圧化学社製)を、温度165
℃、圧力100kgf/cm2 の条件で加熱加圧成形
し、200℃で24時間かけて硬化させた後、実施例1
と同様の条件で炭素化してガラス状炭素材料を得、評価
した。かさ密度は、1.51g/cm3 であった。ま
た、研磨面には数μm程度の気孔が多数観察された。
【0036】比較例4〜6 比較例1〜3で得られたガラス状炭素材料を更に平均昇
温速度10℃/hで200℃まで昇温して、2時間保持
して2000℃処理したガラス状炭素材料を得た。この
表面を鏡面研磨した後の研磨面を偏光顕微鏡で観察した
ところ、いずれの研磨面にも数μm程度の気孔が多数観
察された。以上の結果を表1に示した。
【0037】
【表1】
【0038】
【発明の効果】本発明のガラス状炭素材料は、上述の構
成からなるので、均質で表面平滑性に優れており、生産
性にも優れている。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 熱硬化性樹脂を炭素化することにより得
    られるガラス状炭素材料であって、前記熱硬化性樹脂
    は、多官能イソシアネート化合物と多官能エポキシ化合
    物とを反応させることにより得られ、かつ、イソシアヌ
    ラート環及びオキサゾリドン環を有するものであり、前
    記炭素化は、非酸化性雰囲気下、800℃以上の温度で
    行われるものであることを特徴とするガラス状炭素材
    料。
  2. 【請求項2】 多官能エポキシ化合物が、フェノールノ
    ボラックポリグリシジルエーテル及び/又はクレゾール
    ノボラックポリグリシジルエーテルである請求項1記載
    のガラス状炭素材料。
JP9165684A 1997-06-23 1997-06-23 ガラス状炭素材料 Pending JPH1111916A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001122662A (ja) * 1999-10-25 2001-05-08 Hitachi Chem Co Ltd ガラス状炭素の製造方法及び該製造方法で得られたガラス状炭素

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001122662A (ja) * 1999-10-25 2001-05-08 Hitachi Chem Co Ltd ガラス状炭素の製造方法及び該製造方法で得られたガラス状炭素

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