JPH11180706A - フッ化炭素の製造法 - Google Patents

フッ化炭素の製造法

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JPH11180706A
JPH11180706A JP9354266A JP35426697A JPH11180706A JP H11180706 A JPH11180706 A JP H11180706A JP 9354266 A JP9354266 A JP 9354266A JP 35426697 A JP35426697 A JP 35426697A JP H11180706 A JPH11180706 A JP H11180706A
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JP
Japan
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carbon
carbon material
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fluorine
reaction
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JP9354266A
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English (en)
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Takashi Takuma
貴 詫間
Koji Shimada
宏治 嶋田
Shinichi Hashimoto
慎一 橋本
Hideo Arai
秀雄 新井
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Kanto Denka Kogyo Co Ltd
Original Assignee
Kanto Denka Kogyo Co Ltd
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 任意のフッ素化率及び粒度のフッ化炭素を安
全に、且つ経済的に製造する方法を提供する。 【解決手段】 炭素材料とフッ素とを反応させてフッ化
炭素〔(CFx)n〕を製造する方法において、溶融アルミナ
を炭素材料に混合し、しかる後フッ素化する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は固体潤滑剤、撥水撥
油剤、電池材料等として使用されるフッ化炭素〔(C
Fx)n〕を製造する方法に関し、さらに詳しくは、フッ化
素に対して安定な溶融アルミナを炭素材料に混合してフ
ッ素化することにより、任意のフッ素化率及び粒度のフ
ッ化炭素を安全に、且つ経済的に製造する方法に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来か
らフッ化炭素の製造法としては、黒鉛、カーボンブラッ
ク、石油コークス等の炭素材料を、反応温度0〜600 ℃
でフッ素と直接反応させる方法が採られている。しか
し、炭素材料とフッ素との反応性は極めて高く、多大な
発熱(−ΔH=47.9kcal/mol)を伴い、また、生成した
フッ化炭素のフッ素化率が90%〔(CF0.9)n〕以上になる
と、フッ化炭素は次式により容易に分解して四フッ化炭
素(CF4) を生成する。 4CF(s) → 3C(s)+CF4(g) この分解反応は急激なCF4 ガスの発生と大きな発熱(−
ΔH=32.6kcal/mol)を伴うため、非常に危険である。
特に原料炭素材料として50μm 以下の微粉末を使用した
場合は、生成するフッ化炭素も微粉末で、表面活性が高
いために容易に急激な分解反応を起こす危険がある。フ
ッ化炭素を安全に製造するためには、この急激な分解反
応を抑制する必要があり、これまでに種々の工夫がなさ
れて来た。例えば、フッ素を多量の窒素、アルゴン、四
フッ化炭素等の不活性ガスで希釈して使用するか、或い
はフッ素に酸素を混入させたもの(特公昭49−29076 号
公報)及び六フッ化硫黄を混入させたもの(特公昭49−
46281 号公報)等を使用する方法が提案されている。一
方、炭素材料は出来るだけ低温でフッ素と反応するよう
に、アンモニアガス又は水蒸気で予め賦活させてから使
用する方法(特開昭51−39597 号公報)、或いは極微粉
末炭素に予め用意した極微粒径フッ化炭素を添加、混合
してフッ素化することにより極微粒径フッ化炭素を安全
に製造する方法等が提案されている。しかし、これらの
製造方法の内、賦活処理する方法は、高温で賦活処理し
た活性炭を使用するため経済的に大きな負担になる。ま
た、ガスを混合する方法は混合ガスの調整が難しい上に
必要以上にフッ素ガス分圧が高くなると急激な分解反応
が起きるおそれがあり、或いは、フッ素化率を100%
〔(CF)n〕にすることが出来ない等々、種々の欠点を有
している。また、炭素材料と金属及び金属フッ化物を混
合した後、フッ素化を行う方法(特開平6−298681号公
報)が提案されている。この方法は、炭素材料のフッ素
化には大変優れた方法であるが、分離工程で水又は水と
有機溶剤を用いる湿式方式であるため、分離後、金属及
び金属フッ化物を乾燥しなければならないという問題が
ある。これは、分離を振動フルイ機、風力分級機等を用
いる乾式方式で行うと、金属及び金属フッ化物が粉砕さ
れ微細化したり、その表面から微細な金属フッ化物が剥
離する等の問題があるためであり、製造面で改善すべき
問題があった。
【0003】
【課題を解決するための手段】本発明者等は従来の方法
における上記欠点を排除し、いかなる炭素材料でも容易
に、そして安全にフッ化炭素が製造できる方法を提供す
ることを目的として種々検討を行って来た。フッ化炭
素、特にフッ素化率90%以上のフッ化炭素〔(CFx)n:x
≧0.9 〕を製造することの難しさは、炭素材料のフッ素
化温度(反応温度)と、生成したフッ化炭素が分解反応
を起こす温度が近いこと及びフッ素化反応が極めて大き
な発熱を伴う反応であることにある。炭素材料のフッ素
化により発生する熱のために炭素材料の温度が上がり、
そのために炭素材料のフッ素化が促進され、益々大きな
反応熱が発生する。この大きな反応熱のために炭素材料
のみならず生成したフッ化炭素の温度も急激に上昇し、
フッ化炭素の分解を引き起こす結果となる。即ち、フッ
化炭素を安全に製造するためには、炭素材料のフッ素化
により発生する反応熱を速やかに系外に逃がすか、発生
した熱が蓄積して局所的に高温になることを防げば良い
と言うことになる。本発明者等は、反応熱を速やかに系
外に逃がすか、或いは分解反応を抑制する手段として炭
素材料に溶融アルミナを添加、混合してフッ素化するこ
とにより95%以上の高い収率でフッ化炭素を得ることが
出来、また、生成したフッ化炭素と添加した溶融アルミ
ナとの混合物は、分離装置(分級装置) を使用して、容
易に分離出来ることを見出し、本発明を完成することが
できた。即ち本発明は、炭素材料とフッ素とを反応させ
てフッ化炭素〔(CFx)n〕を製造する方法において、溶融
アルミナを炭素材料に混合し、しかる後フッ素化するこ
とを特徴とするフッ化炭素の製造法、及び炭素材料とフ
ッ素とを反応させてフッ化炭素〔(CFx)n〕を製造する方
法において、溶融アルミナを炭素材料に混合し、しかる
後フッ素化することにより生成したフッ化炭素を含む生
成物から、分離装置(分級装置) を使用してフッ化炭素
を分離精製することを特徴とするフッ化炭素の製造法で
ある。
【0004】
【発明の実施の形態】以下本発明について詳細に説明す
る。本発明の方法に使用する炭素材料は黒鉛、石油コー
クス、石炭コークス、カーボンブラック、活性炭等のい
ずれでも良い。また、炭素材料の粒径についても何ら制
限はなく、最終的に得られるフッ化炭素の使用目的に合
わせた粒径を適宜選択すれば良い。例えば粒径1〜50μ
m のフッ化炭素を製造したい場合は、炭素材料として粒
径1〜50μm のものを使用すれば良く、粒径1μm 未満
の極微粒径のフッ化炭素が必要な場合はアセチレンブラ
ックの様な粒径が1μm 未満の炭素材料を使用すれば良
い。一般的に本発明の方法は平均粒径が0.01〜150 μm
程度のフッ化炭素の製造に適用するのが、原料である炭
素材料の入手状況等から好ましいと言える。
【0005】本発明の方法で添加、混合する溶融アルミ
ナは、耐熱性、耐フッ素性に優れた材料であり、価格も
安価で経済的である。アルミナ(酸化アルミニウム)と
しては、他に活性アルミナ等があるが、本発明に実用的
に使用できるのは溶融アルミナだけである。活性アルミ
ナ等の通常のアルミナは、次式の如く、常温でフッ素と
反応する。また、その際、生成した酸素により炭素材料
が酸化し、炭素の収率低下の原因となる。 Al2O3 +3F2 → 2AlF3 +3/2 O2 C + O2 → CO2 添加、混合する溶融アルミナの粒径は2mm以下の粒ない
し粉末であれば良く、形状は不定形、鱗片状、球状等い
ずれでも良い。溶融アルミナの粒径を2mm以下とするの
は、粒径が2mmを超えると炭素原料との混合が均一にな
らないので好ましくないためである。次に、炭素材料と
溶融アルミナの混合比率であるが、急激な分解反応を抑
制する範囲内で溶融アルミナは少ない方が経済的であ
る。添加、混合する溶融アルミナの量が過剰になると、
炭素材料のフッ素化に長時間を要し、また生成したフッ
化炭素の分離にも多くのエネルギーを要する。従って、
炭素材料の種類及び粒径、フッ化炭素のフッ素化率或い
は添加、混合する溶融アルミナの種類等によって好まし
い範囲が変わってくるが、おおよそ炭素材料に対して重
量で溶融アルミナは1.0 〜50倍が好ましい範囲と言え
る。また、両者の混合は、通常の混合機、例えばVブレ
ンダー等で行えば良いが、使用する炭素材料の種類、粒
径によっては他の方法で充分に混合する必要がある。
【0006】使用するフッ素は、そのままでも良いが、
反応装置がフッ素によって腐食されるのを防止するた
め、及び熱制御を容易にするために窒素、アルゴン等の
不活性ガスで希釈して使用することが望ましく、希釈の
割合はフッ素モル濃度5%以上であることが好ましい。
反応は既に記した通り0〜600 ℃、好ましくは 150〜55
0 ℃の範囲で行われる。反応によって発生する熱は添加
してある溶融アルミナの存在により、均一に分散し、局
所的に過熱状態になることなく安全にフッ化炭素を製造
することが出来る。
【0007】次に、生成したフッ化炭素と添加した溶融
アルミナとの分離は、一般的な分離装置(分級装置) を
使用して行うことができる。溶融アルミナは研磨剤に使
われるほど極めて硬く、耐熱性、耐フッ素性に優れた材
料であり、この性質は炭素材料と混合してフッ素化を行
っても変わることはない。そのため、振動フルイ機、風
力分級機等の分離装置(分級装置) を用いて機械的衝撃
を加えても、微細化、表面の剥離等が起きない。また、
この乾式分離方式は、分離した溶融アルミナをそのま
ま、すぐに炭素材料と混合して繰り返し何回でも使用で
きるため、フッ化炭素の量産時でも、その使用量は少な
くてよく経済的である。
【0008】
【実施例】以下に実施例により、本発明をより具体的に
説明するが、本発明はこれらに限定されるものではな
い。 実施例1 平均粒径10μm の石油コークス100 gに粒径50〜500 μ
m の溶融アルミナ(形状:不定形)500 gを添加し、混
合した原料を回転式反応炉内に置いた。系内を窒素ガス
で充分置換した後、フッ素モル濃度50%のフッ素と窒素
の混合ガスを通じ、温度350 〜400 ℃で5時間反応させ
た。冷却後、得られた混合物を市販の振動フルイ機(金
網の目開きは34μm )で分離し、250 gの白色粉末を回
収した。白色粉末の組成は(CF1.0) n に相当し、アルミ
ナ分は 0.1%以下で、平均粒径は10μm であった。
【0009】比較例1 平均粒径10μm の石油コークス100 gに粒径50〜500 μ
m の活性アルミナ500gを添加し、混合した原料を回転
式反応炉内に置いた。系内を窒素ガスで充分置換した
後、フッ素モル濃度20%のフッ素と窒素の混合ガスを通
じ、温度20〜30℃でフッ素化反応を始めたところ、反応
炉内の温度が急上昇したため、反応を中止した。反応排
ガスを分析した結果、CF4 、 O2 、 CO2が多量に含まれ
ていた。これは活性アルミナのフッ素化が起こり、急激
な温度上昇のためCF4 までフッ素化されていることを示
唆している。
【0010】実施例2 平均粒径0.01μm のアセチレンブラッツク50gに平均粒
径10μm の溶融アルミナ1500gを添加し、混合した原料
を実施例1と同様の方法でフッ素化した。冷却後、得ら
れた混合物を市販の風力分級機を用いて分離し、サイク
ロン部で120 gの白色粉末を回収した。白色粉末の組成
は(CF1.0) n に相当し、アルミナ分は 0.1%以下で、平
均粒径は0.01μm であった。
【0011】実施例3 平均粒径20μm の天然黒鉛150 gに粒径0.1 〜1mmの溶
融アルミナ1kgを添加し、混合した原料を回転式反応炉
内に置いた。系内を窒素ガスで充分置換した後、フッ素
モル濃度40%のフッ素と窒素の混合ガスを通じ、温度40
0 〜450 ℃で5時間反応させた。冷却後、得られた混合
物を市販の振動フルイ機(金網の目開きは74μm )で分
離し、370 gの白色粉末を回収した。白色粉末の組成は
(CF1.0)n に相当し、アルミナ分は0.05%以下で、平均
粒径は20μm であった。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 炭素材料とフッ素とを反応させてフッ化
    炭素〔(CFx)n〕を製造する方法において、溶融アルミナ
    を炭素材料に混合し、しかる後フッ素化することを特徴
    とするフッ化炭素の製造法。
  2. 【請求項2】 炭素材料とフッ素とを反応させてフッ化
    炭素〔(CFx)n〕を製造する方法において、溶融アルミナ
    を炭素材料に混合し、しかる後フッ素化することにより
    生成したフッ化炭素を含む生成物から、分離装置(分級
    装置) を使用してフッ化炭素を分離精製することを特徴
    とするフッ化炭素の製造法。
JP9354266A 1997-12-24 1997-12-24 フッ化炭素の製造法 Pending JPH11180706A (ja)

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