JPS5820705A - 多孔性炭素粒子 - Google Patents

多孔性炭素粒子

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JPS5820705A
JPS5820705A JP56118711A JP11871181A JPS5820705A JP S5820705 A JPS5820705 A JP S5820705A JP 56118711 A JP56118711 A JP 56118711A JP 11871181 A JP11871181 A JP 11871181A JP S5820705 A JPS5820705 A JP S5820705A
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carbon black
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porous carbon
balls
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満 田中
Eiji Maruyama
英治 丸山
Shin Kobayashi
伸 小林
Akihiro Matsuki
章浩 松木
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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】 本発明は医療用として望ましい吸着容量と吸着速度を有
する多孔質球状炭素粒子に関する。
詳しくは、カーボンブラックと炭素バインダーから製造
された多孔質炭素からなる吸着剤で医療用、特に肝臓疾
患並びに腎臓疾患の患者のだめの人工臓器充填用として
、優れた特性を備えた多孔質球状炭素粒子に関する。特
に高い破壊強度及び比較的小さい細孔が形成する細孔容
積と、その吸着容積を速かに発揮させることのできる比
較的大きい細孔が形成する表面積が高い値を示す多孔質
球状炭素粒子に関する。
従来より、人工肝臓や人工腎臓などの人工臓器はセルロ
ース系やポリメチル・メタクリレート等の膜を用いて人
工的に面液を透析するもので、広く実用に供せられてい
るが、近年になり透析法の欠点たとえば中分子量の腎i
素や肝性昏睡因子の除去不能等が指摘され、又、透析装
置のコンパクト化さらには透析時間の短縮化等の改善が
望まれて来ている。この−環として多孔質炭素粒子を用
いた吸着剤が透析液、血漿あるいは血液中からの不要物
や老廃物を除去する目的で利用されている。
これらの多孔質炭素粒子として球状の゛石油系活性炭、
ヤシガラ炭やスチレンおよびアクリロニトリル等の焼成
、賦活品等が用いられている。
しかしながら、昨今医療用としては低不純物すなわち低
灰分含有であること、可能な限り粉化による炭塵の発生
が少ない事はもとよりさらに吸着性能面で、より一層優
れたものが要求されている。
この様な事情に鑑み、本発明者等らは医療用として低不
純物であること、炭塵の発生を可能な限り低減するため
の十分なる破壊強度などの諸性質を損わずに吸着特性の
優れた多孔性炭素粒子を提供すべく鋭意研究を重ねた結
果、効率的に被吸着物質を吸着させるには、比較的小さ
い細孔が形成する細孔容積とこの吸着能力をいかんなく
すばやく発揮する比較的大きな細孔が形成する比表面積
とが大きく関与していることに着目し、比較的小さな細
孔が形成する細孔容積と、比較的大きな細孔が形成する
表面積等の関係において新規な特性バランスを有する多
孔性炭素粒子を発明するに至った。
すなわち、本発明の目的は粉化による炭塵発生の少ない
、優れた機械強度及び低灰分量をもち、吸着剤として被
吸着物の吸着容量に関与する比較的小さい細孔が瘉成す
る細孔容積と、被吸着物を吸着材内部へ早く、拡散させ
ることのできる比較的大きい細孔が形成する比表面積が
大きい特性を有する医療用炭素粒子を提供することであ
り而して、この目的は、細孔直径/θ〜3ooXのとこ
ろの細孔容積が0.6cc711以上で、且つ細孔直径
/30〜1sooooA のところの比表面積が301
11″/11以上であり、含有灰分がl−以下で、且つ
粒子の破壊強度0 、6 F14/ray2以上である
粒子直径0./ −/、j rmの範囲の球状多孔性炭
素粒子により達成される。
次に本発明の詳細な説明する。
本発明に於いて一定吸着温度下で、ある濃度の被吸着物
質の最大吸着量は比較的小さい細孔が形成する細孔容積
とよく関係しており細孔容積の増加につれて、その吸着
量は増大する。この細孔容積が少なければ、その吸着剤
の潜在的な最大容量吸着量は低下する。
本発明の多孔性炭素粒子では0−ACr−11以上、好
ましくはo、7cr、7g以上の細孔容積を有する。
なお、/ 、 0 (X、7g以上となる表粒子の破壊
強度が減少する傾向がある。
又、被吸着物質の吸着を速やかにその最大吸着容量にま
で近ずけること、すなわち吸着速度を増大させるには比
較的大きい細孔が形成する表面積を増大させればよいこ
とを見いだした。
本発明の多孔性炭素粒子ではこの表面積が30m″/y
以上、好ましくは33m″/g以上を有する。
又、粒子径は医療用吸着剤のモジュール化を実施したと
きの圧損を考慮してθ、l〜八!■へ範囲とする。
さらに医療用として可能なかぎり不純物を含有しないこ
とが望まれており、灰分含量はへ〇チ以下テあり、粒子
の破壊強度が0.t −jt、OK171m2、好まし
くは/、 0− j、OKg/−の特性を有することに
よって特徴付けられる多孔性炭素粒子である。
次にこのような多孔性炭素粒子を製造する方法の一例に
ついて詳しく説明する。拳法で用いる7つの原料として
100〜3oooX単位の粒子径範囲のカーボンブラッ
クが使用され゛る。
カーボンブラックは一般に個々の粒子が凝集して大きな
鎖状高次構造(ストラフチャーといわれる)を形成して
おり、本発明によって得られる多孔性炭素粒子の比較的
大きな細孔が形成する比表面積は、カーボンブラック粒
子径およびストラフチャーの大きさによって大きく影響
される。ストラフチャーの大きさの程度はカーボンブラ
ックの吸油量、例えばり、B、P、吸収量(カーボンブ
ラックtoolに吸収されるジ・ブチル・フタレートの
容量、単位ニー//θOg)によって表わされる。そし
て通常のカーボンブラックでは、そのり、B、P、吸収
量は約Ao〜300d/l o o y。
特殊のものでは300d11009以上もある。
而して、本発明において、粒子径範囲がio。
〜3oooX単位で、D、 B、 P、吸収量がto〜
so。
m7!/ / 00 Elの範囲にあるカーボンブラッ
クを用いることにより、細孔直径がiso〜/zo、o
ooXの範囲にある比表面積が30m″/I以上でちる
多孔性炭素粒子を得ることができる。医療用吸着剤に用
いられる多孔性炭素粒子の望ましい比表面積は細孔直径
iso〜/jo、ooo大の範囲で30m″/g以上で
あり、カーボンブラックの粒子径およびり、B、P、吸
収量は、多孔性炭素粒子の細孔直径/jO〜/jO,0
00Xの範囲の比表面積を考慮して、前記範囲から適宜
決定される。
カーボンブラックの種類については、種々公知のものを
使用することができ、例えば、三菱カーボンブラックφ
100.φb o o、(以上、三菱化成工業株式会社
製品)などのチャンネルブラック(チャンネル法、によ
り製造されるカーボンブラック)、ダイアブラックA1
ダイアブラックL工、ダイアブラックエ、ダイアブラッ
クH1ダイアブラックG(以上、三菱化成工業株式会社
登録商標)などのファーネスブラック(ファーネス法に
より製造されるカーボンブラック)、旭サーマルFT(
旭カーボン株式会社商品名)などのサーマルブラック(
天然ガスまたはコークス炉ガスなどを熱分解することに
より製造されるカーボンブラック)などが好適に使用さ
れる。
本発明においては、まず、上記カーボンブラックを球状
体に造粒することが必要である0カーボンブラツクの造
粒は、種々公知の方法に従って、行なうことができるが
、特に、転勤法又はビングラニユレータ−法等によれば
、流動性の良好な球状体を簡便に得ることができ、有利
である。
これらの方法により通常0./ −j mの球径の球状
体が得られる。
次いで、得られた球状体に、炭化性バインダーを含浸さ
せる。炭化性バインダーを球状体に含浸させるには、通
常、球状体に炭化性バインダーを含む溶媒を含浸するこ
とによって行なう。
この含浸処理によって炭化性バインダーがカーボンブラ
ックの粒子間隙に侵入し、この後の焼成処理により各カ
ーボンブラック粒子な、いしはストラフチャーを結合さ
せる作用を有する。
炭化性パイン・ダーとしては、・カーボンブラックを結
合させる作用を有するとともに、焼成による炭化収率が
、20%以上のものであれば種々任意のものを使用する
ことができ、例えば、フェノールホルムアルデヒド樹脂
、フルフリルアルコール樹脂などが挙げられる。
また、炭化性バインダーとして重合可能なモノマーを溶
媒に溶解し、この溶媒をカーボンブラック粒子に含浸し
たのち、溶媒を加熱することなどによりモノマーを重合
硬化・させる方法を採用しても良い。
カーボンブラック球状体を炭化イバインダーを含む溶媒
を含浸する時間は、約7〜75分間で十分であり、必要
に応じて緩く攪拌してもよい0 炭化性バインダーはその分子量によって含浸性が異なる
為、破壊強度と細孔直径、200〜/30,0θoXの
範囲の比表面積や細孔直径10〜3qoX  の範囲の
細孔容積等との−かね合いから適宜選択する必要がある
炭化性バインダーを含む溶媒をカーボンブラック球状体
に含浸したのちは、溶媒を揮発除去し、次いでこれを不
活性雰囲気下で炭化焼成する。
カーボンブラック球状体を不活性雰囲気下で炭化焼成す
るには、電気炉またはロータリーキルン等を用い、窒素
などの不活性ガス雰囲気下で加熱焼成すればよい。
このとき焼成温度が低ければ、炭化焼成が進行せず、逆
に高すぎても炭化焼成の進行を促進することもないので
、通常SOO〜/、200℃、好ましくはzoo−♂o
o℃である。
昇温速度については、lO〜1000℃/時間の範囲が
適尚である。
次に炭化焼成後の炭素粒子の比表面積を増大させるには
、カーボンブラックに水蒸気賦活処理または炭酸ガス賦
活処理を施せばよい。
多孔性炭素粒子は水蒸気または炭酸ガスと均一に接触さ
せることが好ましく、このために、本発明における賦活
処理ではたとえば、ロータリーキルン、ヘレショフ型炉
、流動床炉等が好適に用いられる。
以上、詳細に説明したように、得られた多孔性炭素粒子
は、水銀法により細孔直径範囲/jO〜/ jf O,
000^ を測定して、得られる比表面積が30m″/
I!以上であり、又、窒素吸着法により細孔直径範囲1
0〜3ooA を測定して0.tcC7g以上の細孔容
積および0.1〜!、OKq/−の破壊強度と7.0%
以下の灰分含有量を有する。
なお、フェノール樹脂に於いてレゾールタイプを用いた
場合、重合剤としてのアルカリが混入している為、水洗
を行なえば容易に灰分含有量i、o%以下のものが得ら
れる。
次に、本発明を実施例を挙げて詳細に説明するが、本発
明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に限定され
るものではない。     ゛実施例/ 300X単位の粒子径を有するカーボンブラック(ファ
ーネスブラック)をビングラニユレータ−法により、カ
ーボンブラックにその1)、 El、P。
吸収量に相当する量(DjJP、/ 、2 gml//
 00 # C!、B。
のカーボンブラック/gに対して水/、−gg)の水を
加えて造粒した。乾燥後、得られた球状体よ。、7.〜
i、o o−0邊径範□よ篩別、、、、。
次いで、レゾール型のフェノール樹脂をメタノールに溶
解して、得た均一溶液を一カーボンブラック球状体に含
浸し、緩やかに攪拌した。
その後、カーボンブラックを100℃に加熱して溶媒を
揮発除去した0溶媒除去後、レゾールタイプのフェノー
ル樹脂を含浸したカーボンブラック球状体をロータリー
キルンにより窒素気流中、700℃で一時間炭化焼成し
た。このときの昇温速度はaOO℃/hrである。
炭化焼成後の炭素粒子7 K9を1030℃に加熱した
ヘレショフ炉中で水蒸気雰囲気下(水蒸気110体積チ
、炭酸ガス7体積チおよび窒素53体積%)にてpoo
分の賦゛活を施した。
賦活処理後、粒子表面に付着している粉塵と水溶性灰分
を除去する為に水洗を行った。得られた多孔性炭素粒子
の諸物性を測定した。その結果を表/に示す。
実施例コ 実施例/と同一方法で造粒、含浸及び炭化処理を行い、
実施例/と同−装置並びに同−水蒸気雰囲気下でsoO
分賦活処理を施した°0賦活後、粒子表面に付着してい
る粉卑と水溶性灰分を除去する為に水洗を行なった。
得られた諸物性値を表/に示す。    。
7  なお、比較のために市販品等3例について表 ・
中に併記した。
なお、これら諸物性のうち、多孔性炭素粒子の破壊強度
は、光学顕微鏡で球状体直径を測定したのち、インスト
ロン形の引張りおよび圧縮ン株式会社製)を用いて測定
し、細孔直径/s。
だ比表面積および細孔直径10〜300^の範囲て、低
温窒素吸着法により窒素吸着量を測定し、これから、B
、E、T式を用いて多点法により表面直径/θ〜300
Xの範囲のところの細孔容積−を算出した。  − 実施例3 生理食塩水にクレアチニンが、20■/d4の濃度とな
る様に溶解し、これのSO−を三角フラスコに取り、3
7℃に加温しながら実施例1の多孔質炭素粒子をroo
my投入し、投入後7〜30分間を適宜、2jO7lt
ずつサンプリングし、アボツ)VP生化学分析装置(ア
ボット株式会社製)で分析した。その結果は第1図の通
りである。
なお、比較として表/記載の比較例/、、2゜3の試料
を加えた。第1図より明らかに本発明品のクレアチニン
の吸着速度は速く、最大吸着量が多い。同様に、リン酸
緩衝溶液(,2o′CpH7,+ )に尿酸が、20■
/(1tの濃度となる様に溶解し、これの、!’ Om
lを三角フラスコに取り、37℃に加温しながら実施例
/の多孔性炭素粒子をjQO■投入し、投入後7〜30
分間を適宜260μtずつサンプリングし、アポ7)V
P生化学分析装置(アボット株式会社製)で分析した。
その結果は第2図の通りである。
なお、比較として、比較例/ 、2.3の試料を加えた
第2図より明らかに本発明品の尿酸の吸着速度は速く、
最大吸着量が多い。
実施例グ 微粉末の遊離テストを行なった。実施例2で得られた多
孔性炭素粒子及び比較として比較例/、−を用いた。
水307!に100メツシユの網を通さない炭素粒子2
g入れ、振とう器を用いて振巾3C1n/ざO回/分の
速度で30分振とうした後、岬100メツシュの網で濾
過後、F液をミリポアフィルタ−(O,+1μ)で濾過
し、フィルターに付着した微粉末を観察した。
実施例2で得られた本発明品は微粉末の遊離がきわめて
少ない。それに対し比較例のものは遊離量が多く、特に
比較例−のものは遊離が極めて多かった。(参考資料参
照)
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明実施例/及び3比較例°の多孔性炭素粒
子のクレアチニンの吸着について吸着時間に対するクレ
アチニンの濃度変化を示すグラフである。 第2図は同じく尿素の吸着について吸着時間に対する尿
酸の濃度変化を示すグラフである。 べ 浅 晃1 図 吸1時百(分)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)細孔直径/so−/5ooooXのところの比表
    面積が30th’/1/以上で、細孔直径10〜3oo
    Xのところの細孔容積が0.tcC/11以上であり含
    有灰分がへ〇S以下で、且つ、粒子破壊強度が0 、6
     Kg/−以上である直径0./〜/、jmmの範囲の
    多孔性炭素粒子。
JP56118711A 1981-07-29 1981-07-29 多孔性炭素粒子 Granted JPS5820705A (ja)

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