JPS59164604A - 高密度等方性炭素材の製造方法 - Google Patents

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、バルクメソフェーズを原料として高密度等方
性炭素材を製造する方法に関する。

従来より特殊炭素材料として、高密度で等方性の炭素材
が広く用いられている。一般にこれら高密度炭素材は、
ピッチ等の加熱重質化により得られた生コークス等の炭
化性物質を単独で長時間微粉砕して成形し、あるいはピ
ッチ等の炭化性物質をコークス等の骨材とともに成形し
て得られた成形体を焼成し、更に必要に応じて黒鉛化す
ることにより得られていた。また、必要に応じて、一旦
、焼成により得られた炭素材にピッチを含浸させた後、
焼成することにより一層高密度の炭素材を得ることも広
（行なわれている。

しかしながら、上述したような従来の高密度炭素材の製
造法においては、焼成前の成形体の構成物質が一様でな
いため、これを焼成しても均質な高密度炭素材が得られ
ないという欠点がある。これは、コークス等の骨材とピ
ッチとの混合成形体を焼成する場合にはもちろんである
が、生コークスを成形原料とする場合にも然りである。

′ｆなわち、生コークスも微視的には多様な炭素質物質
の混合物であり、なかには、容易にコーク化が進む成分
と、コークス化が進行しない成分が含まれている。した
がってこのような生コークスを焼成した場合にも、均質
な高密度炭素材が得られないのはむしろ当然と考えられ
る。

一方、炭素前駆体としては、メンカーボンマイクロビー
ズも知られている。これは、石油系重質油、石炭タール
、オイルサンド油等の炭化水素系重質油を４００〜５０
０℃で熱処理して炭化させる場合、その初期の段階で得
られる溶融熱処理ピッチ中に生成する微小球晶体（メン
フェーズ球体）の単離物であり、一般にマトリクスピッ
チをキノリン、アントラセン油等の溶剤により選択的に
溶解することにより単離されている。しかしながら、こ
のようなメソカーボン・マイクロビーズは、熱処理ピッ
チ中に高々１５重量％程度まで生成するに過ぎず、また
その単離のためには２００重量倍以上の溶剤を使用する
必要があるため、これを高密度炭素材の製造原料とする
ことは工業的には不適当である。

これに対し、本発明者らは、熱処理ピッチ中のメソカー
ボン・マイクロ・ビーズの効率的な回収方法を研究した
結果、これらメソフェーズ小球体の乱流下での合体によ
り得られるバルクメソフェーズはマトリクスピッチから
沈降分離等の手段により比較的容易に回収されることを
見出し、そのための方法および装置を既に提案している
（特願昭５６−８３９６５号、特願昭５７−１３９４６
７号）。

本発明者らは、上記バルクメソ７エーズの回収技術から
、更に進んで、適当性状を有するように後処理したバル
クメソフェーズは、これをそのまま焼成炭化するときに
は異方性の炭素材を与えるが、一旦粉砕後に圧縮成形し
てから焼成炭化するときは優れた特性の高密度炭素材を
与えることを見出した。

本発明の高密度等方性炭素材の製造方法は、このような
知見に基づくものであり、より詳しくは。

キノリンネ溶分９０〜９９％、揮発分５〜１５％のバル
クメソフェーズを２００メツシユ以細に粉砕したのち、
圧縮成形し、焼成することを特徴とするものである。

本発明の方法により優れた高密度炭素材が得られる理由
は、原料であるバルクメソフェーズがほとんど均質物質
でありながら成形に適した粘性と優れた黒鉛化性ないし
はその前段階としての優れた炭化性を有するためと考え
られる。したがって、微粉砕により炭化生成物の異方性
を除いてやれば、本発明の目的に適した高密度等方性炭
素が得られるわけである。

以下、本発明を更に詳細に説明する。

本発明の方法において、成形原料として用いるのは、キ
ノリンネ溶分９０％以上（本明細書中ｒ％」は特に断ら
ない限り「重量％」を意味するものとする。）、揮発分
１５％以下のバルクメンフェーズである。キノリンネ溶
分が９０％未満であることはそれだけバルクメソフェー
ズ中にマトリクスピッチが残留することを意味し、均質
物質としてのバルクメソフェーズを原料として用いるこ
とを特徴とする本発明所定の効果が得られない。上記揮
発分範囲は、キノリンネ溶含量範囲と逆の意味で定まる
。

このような、バルクメソフェーズは、好ましく（５）　
　　　　　　　　　　　　、Ａマイクロビーズを含む熱
処理ピッチを溶融下に乱流に付して含まれるメソカーボ
ンマイクロビーズを合体凝集せしめた後、マトリクスピ
ッチから沈降分離し、更に、適宜の方法により沈降分離
したバルクメソフェーズから残留するピッチを分離する
ことにより得られる。すなわち、上記した沈降分離後の
バルクメソフェーズは、依然として１０〜３０％程度の
ピッチ分を含むのでこれを除き、成形原料として適した
所定の（社）〜に）％のキノリンネ溶分を含むバルクメ
ソフェーズへと加工することが望ましい。このような加
工は、好ましくは、バルクメソ７エーズを２００〜３５
０℃の温度に加熱溶融し、１００　Ｇ以上の遠心力を付
加した状態でたとえばあメツシュより細かいフルイな通
して選択的にピッチを通過させ、更にバルクメソフェー
ズを窒素等の不活性ガス雰囲気中、４００〜５００℃の
温度で加分〜１０時間加熱熟成することにより行い、こ
れにより、高密度炭素材の原料として適切な性状（６） へと調整することが出来る。

一般にこのような処理によりキノリンネ溶分が９９％以
下まで増大し、揮発分が５％以上まで増大したバルクメ
ソフェーズが得られる。このようなバルクメソフェーズ
の処理によっては、わずかなキノリン可溶分および揮発
分の残存は避げらｔ″Ｌ、ないが、成形炭素材の性状か
らいって問題とならない範囲である。

本発明においては、このようにして得られた所定のキノ
リンネ溶分を有するバルクメソフェーズを２００メツシ
ユ以下に粉砕して用いる。こＪｔによりバルクメソフェ
ーズをそのまま成形して用いる場合に比べて成形を容易
にし且つ等方性の炭素材を製品として得ることができる
。

なお、＋原料粒径を細かくすることは、製品炭素材の高
密度化にも効果があり、同一粉砕粒度であれば従来のよ
うに粘結性の乏しい生コークスを原料とする場合に比べ
て、より高密度の炭素材が得られる。

得られたバルクメソ７エーズ粉砕物を所望の形状に加圧
成形する。成形は、５００　Ｋｒ　ｆ／ｃａ以上の圧力
をかげて行えばよい。得られた生成形体を非酸化性雰囲
気中８００〜１３００℃で加熱して炭化し、更に２００
０〜２８００℃で加熱することにより黒鉛化する。

このようにして得られる炭素材は、実質的に成形性が良
好で、Ｃ／Ｈ原子比が高くまた易黒鉛化性の優れるメソ
フェーズのみの炭化物であるため、それ自体で高密度の
炭素材ないしは黒鉛化材となる。しかしながら、必要に
応じて、常法に従い、更にピッチを含浸して焼成を行う
ことにより一層の高密度化をはかることも可能である。

また得られる高密度炭素材は、本質的に易黒鉛化性の優
れたメソフェーズのみの炭化物であるため電気伝導度が
よく、また硬度が低いため二次加工性も良好である等の
特性を有する。

上述したように、本発明によれば、所定のキノリンネ溶
分及び揮発分を有するように調整したバルクメンフェー
ズを粉砕したのち、加圧成形し、焼成することにより、
緒特性の優れた高密度等方性炭素材が得られ、またメソ
フェーズの高密度等方性炭素材原料としての工業的利用
が可能となる。

以下、実施例、比較例により本発明を更に具体的に説明
する。

実施例１ 接触分解のデカントオイルを４３０℃、平均滞留時間約
３時間で処理後、４２０℃で乱流の付与により熱処理ピ
ッチ中のメンカーボンマイクロビーズを凝集させ、沈降
分離して、キノリンネ溶分７０．６％、揮発分３４２％
、Ｃ／）Ｉ原子比１．７０のバルクメソフェーズを得た
（特願昭５７−１３９４６７号明細書に記載の装置を使
用）。

このバルクメンフェーズを、２５０℃に加熱し、６００
Ｇの遠心力で（イ）メツシュのフルイな用いて遠心濾過
を行い、含まれるピッチ分を除去した。処理後のバルク
メソフェーズのキノリンネ溶分は８３．０％、揮発分は
２２％であった。これをさらに常圧下、窒素雰囲気中４
４０℃で５時間加熱熟成して、キノリンネ溶分９８．０
％、揮発分１２．’５％の炭素材原料を得た。

この原料を２００メツシユ（７４μｍ）以細に粉砕し、
静水圧プレスにより１０００Ｋｒ・ｆ／ｃｒＡ　　の圧
力で成形し、かさ密度、１．３０ｆ〜の生成形体を得た
。

この生成形体をアルゴンガス雰囲気中、５℃／時間の昇
温速度で１０００℃へと昇温し、この温度で６０分間保
持することによってかさ密度１．６７　ｆ／ｄｌの焼成
品を得た。次いでこの焼成品にコールタール軟ピツチを
１回含浸させた後、２８００℃で加分間の黒鉛化を行う
ことにより、かさ密度１．８３１Ｆ／ｍの高密度炭素材
を得た。この固有抵抗は０．９　Ｘ　１０−３Ω−ｃｍ
、熱膨張係数は４．３　Ｘ　１０”’にであった。

実施例２ 上記実施例−１と同じ原料を最大粒径が加μになるまで
粉砕した後、静水圧プレスにより１０００に９拳ｆ／Ｗ
　　の圧力で成形し、かさ密度１．３２１の生成形体を
得た。この生成形体を実施例１と同様にして１０００℃
での焼成を行い、次いでピッチ含浸を行うことなく、２
８００℃で加分間の黒鉛化を行うことによりかさ密度１
．９３　ｔ／ｃｒ／ｌの高密度炭素材を得た。この固有
抵抗は１．５　Ｘ　１０””Ω−ｃｍ、熱膨張係数は６
．４Ｘ１０’／℃であった。

比較例１ ディレートコ−カーで得られる揮発分８．３％の生コー
クスを成形原料とした。これを２００メツシユ（７４μ
）取組に粉砕し、静水圧プレスにより、１０００　Ｋｒ
　ｆ／ｃｒｌｌの圧力で成形したところ、得られた生成
形体のかさ密度は１　、０６　ｆｊ’／ｃｒ／１　と低
（、非常に脆いものであった。

次に、この２００メツシユ以細の生コークスを更にらい
かい機で即時間粉砕することによって１６μ以細の粒度
となった。この微粉砕生コークスを静水圧プレスにより
１０００　Ｋｆ−ｆ／ｄの圧力で成形し、かさ密度１．
１６ｆ／ｄの生成形体が得られ、これを１０００℃で焼
成することによって、かさ密度は１．５４　ｔ／ｃｄ　
、　２８００℃で黒鉛化することにより、かさ密度１．
７１ｆ／７の炭素成形体が得られた。

このように生コークスは、バルクメンフェーズと比較し
て、７４μ程度の粒度では成形性が悪（，１６μ以細に
微粉砕してもそのかさ密度は低いものであり、バルクメ
ソフェーズが高密度炭素材に適した原料であると言える
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、キノリンネ溶分９０％以上、揮発分１５％以下のバ
   ルクメソフェーズを２００メツシユ以細に粉砕したのち
   、加圧成形し、焼成することを特徴とする高密度等方性
   炭素材の製造方法。 ２、前記バルクメソフェーズが、キノリンネ溶分８０％
   以下のピッチ含有バルクメソフェーズを遠心濾過し、沖
   過残分を更に不活性ガス雰囲気中４００〜５００℃で加
   熱熟成して得られたものである特許請求の範囲第１項記
   載の方法。