JPS58167413A - カーボン材料およびその製造法 - Google Patents

カーボン材料およびその製造法

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JPS58167413A
JPS58167413A JP57046149A JP4614982A JPS58167413A JP S58167413 A JPS58167413 A JP S58167413A JP 57046149 A JP57046149 A JP 57046149A JP 4614982 A JP4614982 A JP 4614982A JP S58167413 A JPS58167413 A JP S58167413A
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carbon
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heating
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Shigeharu Naka
中 重治
Shinichi Hirano
真一 平野
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はカーボン粒子内部に金属又は金属化金物が均一
に分散した構造より成るカーメン材料およびその製造法
に関するものである。
金属又は金属酸化物とカーボン粉末との混合物から成る
カーボン材料は従来よりシナ−1触媒等に利用されてい
る。この混合物より成るカーボン材料は比重の小さいカ
ーボン粉末に比重が大きな鉄粉岬の金属を混合するため
均一に分散した混合物を得ることができず、そのためこ
のような混合物よりなるカーボン材料をトナーとして用
いた場合、均一な印刷が困難となる欠点があった。また
カーホンブラックに金属塩を混合して加熱分解しカーボ
ンブラック表面に金属を析出させ触媒として利用するこ
とも知られている。しかしながら、このものは生成した
金属が表向で凝集し易く又金属が活性過ぎるため容易に
酸化され触媒活性の低下する欠点があった。
本発明はこれらの欠点を解法するためになされたもので
あり、炭化可能な有機化合物と有−金属化合一の混合物
又は液状物を1〜8000ψ−の圧力下で850〜90
0℃に加圧加熱すること(よりカーボン粒子内部に金属
又は金属化合物が均一に分散したカーボンを始めて得た
ことに基づくものである。
本発明の構成をさらに詳しく説明すると炭化可能な有機
化合物、すなわち加圧加熱により炭素を生成するたとえ
ばスチレン、アントラセン、ナフタリン、塩化ビニール
等の易黒鉛化性有機化合物、又はジビニルベンゼン、パ
テターフェニール、ビyxニール、フェノールホルムア
ルデヒド略の難黒鉛化性有機化合物のように重合可能な
モノ!−よりなる炭化可能な有−化合一、あるいはデン
プン、シ■糖のように重合はしないが加圧加熱により炭
素を生成する炭化可能な4i−化合物岬のうち好ましく
は重合可能なモノ!−で具体的にはスチレン、ジビニル
ベンゼン噂のモノ!−あるいは棚−の員なった炭化可能
な有機化合物な211以上合わせた有−化合物を用い、
これに有機金属化合物、すなわち加圧加熱によって揮散
せず金属元素を含む固形状の生成物を形成するが好まし
くは夏e。
00 、 Ni 、 Pt、 Rh 4の遷移金属元素
を含む重合可能な七ツマ−より具体的にはビニル7エロ
七ンモノマー、ビニルニッケル七ンモノマー、ビニルコ
バルト七ンモノマーあるいは金属元素が興なる有機金属
化合物のs1m以上を組合わせたものを混合して混合物
を調練する。この場合、炭化可能な有機化合物と有機金
属化合物との配合割合は目的に応じて任意に選択できる
ものであるが、一般的にはモル比で1(M90〜$19
.9 IO,1好ましくは6G+50〜90;1に混合
する。
なお、炭化可能な有機化合物および有機金属化合物がい
ずれも常温常圧下で固体である場合には、両者をトルエ
ン、ベンゼン、キシレン勢の溶剤に均一に溶解した後、
浴剤を除来して混合−とし又一方が液状である場合には
、他方をこれに溶解して液状物とする。そして金属容−
中にこれらの混合物又は液状物を封入して1〜8000
−4.−好ましくは80〜1oooy−の圧力下で86
0〜900°C好ましくは400〜800℃で1〜10
0分関桐度加圧加熱を行なう。
炭化可能な有機化合物および有−金属化合物がいずれも
重合可能なモノ!−である場合には、それらの混合物又
は液状物を加圧加熱する前に共歇合して用いる方がより
均質な生成物を得ることができるため好ましい。なお、
加圧加熱する時の雰囲気としてアルゴン、ヘリウム等の
不活性ガス雰−気、Co、)i、IIの還元3111!
!I気又は音素雰囲気のいずれでもよい。
そして、加圧加熱することにより、稠密なカーボン粒子
内部に金属又は金属化合物が均一に分散したカーボン材
料が得られ、生成するカーボン材料の形動は、加圧加熱
条件、有−金属化合物の割合によって変化し球状又はセ
ン毛状あるいは個々の粒子が連結することにより多圓体
状、多孔質状となる・いずれの場合でも金属又は金属化
合物がカーボン粒子内部にsOλ〜soo人の大きさで
均一に分散したカーボン材料が得られる。このカーボン
材料中のカーボン粒子内の金属化合一の−−は、加圧加
熱時のjl囲気、炭化可能な有−化合一の極−により影
−を受け、たとえは不活性ガスjl@気、趨元ガス雰囲
気下では一般に金属または金属炭化物が生成するのに対
し電索雰囲気下では金属元素の種類、加圧加熱条件によ
り金m*化物も生成する。
また水の存在下で加圧加熱することにより水が原料化合
物の次素−炊素結合の切断に作用し、熱分解で生成する
炭化水素の粘性と体積奉を変化させ炭化過程における炭
素−炭素の結合状態に影響を及はすためカーボンの形状
!11111が容易となる。
その場合、金属又は金属酸化物がカーメン粒子内に生成
する。また有機金属化合物としてビニル7エロセンを用
いた場合、炭化可能な有機化合物がジビニルベンゼンで
は加圧加熱により七メンタイ) (Fe、O)か生成す
るのに対しスチレンではya金金属生成する。
カーボン粒子が球状の場合、そのカーボン粒子の大きさ
は加圧加熱条件炭化可能な有−化合物の槍類、−]合待
により100人からgo^程度までの範囲内の粒径のも
のをつくることができる。そして、必焚に応じて加圧加
熱生成物を鏝素含有豚曲気中で800〜1000°Cに
1時間梅度熱処塊することにより生成カーボンが酸素と
反応して00ガスとして揮散するため多孔質状のカーボ
ン材料を得ることができる。たとえば、水の共存下で加
圧加熱して得られたマグネタイトが分散する球状カーボ
ン材料を酸素含有*h気気中800℃以下の温度で熱処
理すると、カーボン粒子表面から内部に連通した開気孔
を有する多孔質の!ダネタイト含有カーボン球状粒子を
得ることができる。
なお、炭化可能な有機化合物と有機金属化合物を加圧加
熱することにより、カーボン粒子内に金属又は金属化合
物が均一に分散生成する理由は、明確ではないが次のよ
うに考えられる。すなわち、加圧加熱により原料化合物
の分解、炭素−炭素結合の生成、カーガン生成と反応が
進行するが、両iiす同時に加圧加熱することにより、
炭素−炭素結合が有機化合物と有機金属化合物間に生成
し金属元素をとりこみながらカーボン化がおこってゆく
ため、均一に分散した金属又は金属化合物を含むカーボ
ン粒子が生成するものと考えられる。
次に本発明の敵饋範−の限定理由を述べれは、加圧加熱
時の圧力が11%/C−より低い場合には、得られるカ
ーボン材料の収率がe<、5oooJ%/C−より高い
圧力では圧力容器が大型となり高価なものとなるため経
済的に不利で工業上好ましくない。
また、800℃より低い温度では炭化が十分におこらず
、又900°C以上では加熱装置が高価になる鯖には生
成物の特性が大きく変化しないからである。
次に本発明を実施例により説明する。
実施例 1 炭化iJ能な有機化合物としてジビニルベンイン又はス
チレンと有−金属化合物としてモノビニル7エロ七ン、
七/とニルニッケルセン、又はモノビニルコバルトセン
とを第1表に示す艷合で秤重し、ベンゼンに溶解後ベン
インを蒸発除去した後、アルゴンガス中で金カプセルに
封入し、水熱合成装置を用いてl0GO1%/、−の圧
力下で800℃に加熱して2時間共重合を行った。そし
て共重合体を−Hカプセルよりとり出し、次いで181
表に記載した31!囲気および加圧加熱条件のもとて再
びカブセル中で加熱加圧を行って本発明のカーボン材料
を得た。なお、比較例として、ジビニルベンゼンと塩化
鉄との混合物を加圧加熱してカーボン材料を褥だ。そし
てこれらのカーボン材料について、生成炭素の形態、分
散粒子の檜−1大きさ分散状lIl#hを比較測定し、
結果を第1表に示した。なお、生成炭素の形態は走置型
電子−敞−1分散粒子の&類はxmb折装置、分散粒子
の大きさ、分散状態は高子−倣−を用いて観察測定を行
った。
そして、試料Asについての電子顧PjI1.鏡写諷を
第1図に、又第1図の球状カーボン材料の表面近傍の電
子−m挑写具を第8図に不T0第1表および第2図から
明らかなように、本発明の方法で得られるカーホン材料
はg00人以−トの大きさの金属又は金属化合物(第8
図のムに相当する)がカーボン材料中に均一に分数して
いるのに対し比較−で得られたものは金属鉄の粒子が1
000Å以上の大きさでカーボン粒子ti11に不均一
に凝集していた。
実施例 8 実施例1の試料ムフのカーボン材料の一部を400 ’
Cの温度で2時間空気中で熱処理を行った。
この熱処理により、10富m%の重置減少がみられた。
そして熱処理前後のカーボン材料についてに食型電子―
微鏡により比較観察を行った結果、カーボン粒子の大き
さはいずれも8μであり粒径の殻化はみられなかったが
熱処理を行ったものはカーボン粒子表向に無数の気孔が
みられ、多孔質球状粒子となっているのが観察された。
この金属ニッケルを含セする多孔質球状粒子の触媒性能
を横討するため比較試料としてカーボンのみから成る8
μの大きざのカーボン粒子表向にニッケルな担持したも
のを用意し共に400″Cにおける一酸化炭素および水
素の矢金ガスからメタンへの転化率を測音した結果、本
発明の多fLIM球状カーボン粒子を用いたものは96
囁の転化率が得られたのに対し比較試料を用いたちのは
約60囁であった。
以上述べたように本発明のカーボン材料は、炭化可能な
有機化合物と有機金属化合物とを加圧)で加熱すること
により、カーボン粒子内部に棲めて微細な金属又は金属
化合物が均一に分散したものであり、又、所要の場合に
熱I!IB!mをすることにより、多孔質のカーボ材料
も得ることができるものであり、得られるカーボン材料
はトナー、触媒又は磁性材料として利用できるものであ
って産業上極めて有用なカーボン材料およびその製造法
である。
【図面の簡単な説明】
第1図は実施例1試料A!の本発明の鉄分散球状カーボ
ン材料の走*掴電子顕微―写^、第2図は第1図の本発
明のカーボン材料の粒子表1近僧を下す電子M徴銚写^
である。 特許出願人 日本碍子株式会社 第1図 第2図 手続補正書 昭和is年1 月s4 日 1、事件の表示 昭和5マ年特許 願第46149  号2発明の名称 カーボン材料およびその製造法 ふ補正をする者 事件との関係 特許出願人 (4083日本鏝子褌式会社 明細畜中尭明の胛細な説明の− 7、補正の内容 (別紙の通り) 1、明細書中筒6頁第1行中「モノ!−より」を「モノ
マー、より」と訂正する。 8、同第7頁第16行中「加圧加熱条件炭化可能な」を
「加圧加熱条件、炭化可能な」と訂正する。 8、同第9負$5行中「800°C」を「860°C」
と1正する。 転量第10貴第5行中「大きさ分散状」を「大きさ、分
散状」と訂正する。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 L カーボン粒子の内部に金属、又は金属化合物が均一
    に分散したことを特徴とするカーボン材料。 l カーボン粒子が球状である特許請求の範囲第1項記
    載のカーボン材料。 龜 金属又は金属化合物の金属元素が!111移金属か
    ら選ばれる少くとも1つである特許請求の範囲第1JJ
    又は第8項に記載のカーボン材料。 4 炭化可能な1ifIA化合物と有−金属化合物の混
    合物又は液状物を1〜8000覧−の圧力下で850〜
    900°Cに加圧加熱することを特徴とするカーボン材
    料の製造法。 1 加圧加熱生成物を酸素含有3咄気中で熱処理を行う
    特許請求の範囲第1項記載のカーボン材料の製造法。 東 炭化可能な有−化合物と有機金属化合物がいずれも
    重合可能な七ツマ−である特許請求の範囲第4墳又は第
    6項に記載のカーボン材料のIll造法。 t 炭化可能な有機化合物と有機金属化合物の混合物又
    は液状物を加熱する前に共重合する特許請求の範囲第6
    項に記載のカーボン材料の製造法。 & 有輪金属化合物の金属元素が遷移金属から遍ばれる
    少くとも1つである特許請求の範囲第4寝、第暴項、第
    6項又は第7項記載のカーボン材料の製造法。 IL  炭化可能な有機化合物がジビニルベンゼン又は
    スチレンの少くとも一つであり、有機金属化合物がビニ
    ルフェル七ンモノマーでアル特許I11求の鵬−第7項
    又は第8項に記載のカーボン材料の製造法。 10、  加圧加熱を水の共存下で行なう特許請求の範
    囲第1項乃至第9項のいずれかに記載のカーボン材料の
    si造法。
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JPS6158401B2 JPS6158401B2 (ja) 1986-12-11

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61127614A (ja) * 1984-11-26 1986-06-14 Nippon Carbon Co Ltd 金属炭化物微小粒の製造方法
JPH0645124A (ja) * 1992-07-21 1994-02-18 Agency Of Ind Science & Technol 強磁性炭素材料及びその製造方法
JPH07249508A (ja) * 1994-03-11 1995-09-26 Agency Of Ind Science & Technol 強磁性炭素質材料の製造方法
JP2014069973A (ja) * 2012-09-27 2014-04-21 Institute Of National Colleges Of Technology Japan 炭素質複合体及びその製造方法
JP2018162177A (ja) * 2017-03-24 2018-10-18 新日鉄住金化学株式会社 多孔質炭素材料、及びその製造方法

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