JPH02129012A - 成形炭素材組成物の製造方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は活性炭、活性炭素繊維等を粉砕した粉末炭素材
を所望の形状に成形する成形炭素材組成物の製造方法に
関する。

［従来の技術］ 炭素材、特に多孔質炭素材は、そのすぐれた特性から吸
着材、触媒あるいはその担体等として産業上の利用分野
で使用されている。多孔質炭素材は通常大きく分けて成
形体あるいは粉体の形で使用されているが、取り扱い性
の良さ、応用範囲の広さでは成形体が優れ、その需要及
び応用範囲は今後とも拡大することが予想される。

従来、多孔質炭素材成形物は、一部を除き、粉末の多孔
質炭素材に、結合剤としてタール、ピッチ、メチルセル
ロース、ポリビニールアルコール、フェノール樹脂等の
有機質系、あるいは、水ガラス、コロイダルシリカ等の
無機質系バインダーと、可塑性を賦与するための成形助
剤、さらに粘度調整用に水を加え、良く混練りした後、
押し出し成型し、乾燥、焼成の工程を経て得られていた
。

［発明か解決しようとする課題］ しかしながら、従来の成形炭素材組成物においては、成
形体の形状を保持するため’ｌの結合剤を含有させる必
要があり、原料費がかさむ、炭素材の比表面積や細孔容
積の減少など物性が劣化するという問題点があった。

さらに、成形体に機械的強度を付与し、あるいは成形時
に減少した比表面積、細孔容積を回復するため、成形後
に高温で焼成する必要があった。

また、多量に添加している結合剤と炭素材との熱収縮特
性の差から、乾燥時あるいは焼成時に、き裂が入ったり
、割れたりし易いという欠点を有していた。

このようにして得られる板、シート、フィルムあるいは
ベレット状の炭素成形体組成物には、成形体とするため
に多量の結合剤の添加が必要であるが、結合剤の添加量
が増すにつれて、強度、すなわち圧壊強度あるいは固さ
（ＪＩＳ　Ｋ１４７４）は増加するものの、炭素材の比
表面積は低下し、焼成によっても十分には回復しないた
め性能が低く、割れや、き裂が入り易いという問題点が
あった。

本発明の目的は上記の従来法の欠点を解決し、吸着能力
、触媒能力などの機能性の高い多孔質炭素材等の粉末か
ら、その機能をほとんど低下させることなく、板、シー
ト、フィルムあるいはベレット状などに成形する成形炭
素材組成物の製造方法を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明者らは、前記従来法の問題点を解消した成形炭素
材組成物及びその製造方法について種々検討の結界、添
加剤として特定の樹脂化合物を使用し、特定の処理を施
すことによりすぐれた性能を有する成形炭素材組成物が
容易に得られることを見出した。

すなわち本発明は、炭素材の粉末１００重量部に対し、
粉末あるいは水性懸濁液のポリフッ化エチレン樹脂１〜
５重量部を添加し、圧縮、せん断力を作用させながら混
練したのち、得られた混練物を成形することにより製造
する成形炭素材組成物の製造方法であり、得られる該組
成物は、１〜５重量部のポリフッ化エチレン樹脂の網状
構造体中に１００重量部の炭素材微粒子が分散して成る
構造を有している。該製造方法は各種炭素材の成形体の
製造に適用できるが、特に活性炭、活性炭素繊維、活性
コークス等の多孔質炭素材の粉末から成形炭素材を製造
するのに好適である。

本発明の製造方法は、結合剤としてポリフッ化エチレン
樹脂を用いるものであり、該樹脂は軟化点以下の温度で
の伸展性、粘着性に優れており、炭素材微粒子に網状に
からまり該微粒子を結合することにより、原料の炭素材
の比表面積等もほとんど低下させず該炭素材の機能を十
分に保持したまま成形体とすることを可能としている。

該成形炭素材組成物は柔軟性に富み、割れ、折れなどが
なく、形状として板状、シート状、フィルム状の他ペレ
ット状等所望の形に成形されているものである。特にベ
レット状のものでは耐摩耗性に優れている。

本発明による成形炭素材組成物の組織構造、すなわちポ
リフッ化エチレン樹脂の網状構造体中に炭素材微粒子が
分散している構造は、用いる炭素材の種類、成形炭素材
組成物の製造方法、形状により若干異なるが、基本的に
は炭素材微粒子同士の間に網状に伸びたポリフッ化エチ
レン樹脂が入り込み、該粒子同士を結合している構造で
ある。

ポリフッ化エチレン樹脂は、炭素材１００重量部当り１
〜５重量部含有されているが、該樹脂の含有量が１重量
部未満では結合力が不充分となり、また５重量部を越え
ると凝集力が大きくなり過ぎるためいずれも好ましくな
い。

本発明で使用するポリフッ化エチレン樹脂は二百万以上
の高分子量を有し、室温以上の温度において混練し、圧
縮、せん新作用をＭｉすことによってくもの巣状のネッ
トワークを形成する性質を有するものである。このよう
な特性を有するポリフッ化エチレン樹脂は粉末、水性懸
濁液等適宜好ましい形で用いることができ、例えば各種
成形原料や防塵プロセス用などに市販されている粉末あ
るいは水性懸濁液（例えば三井−デュポンフロロケミカ
ル社製の商品名テフロン６−Ｊ　、　７−Ｊ　。

ＫＩＯ−Ｊ　、に２０−Ｊ　）等を使用することができ
る。

次に、本発明の製造方法を、多孔質炭素材粉末を使用し
た場合について詳細に説明するが、これ以外の炭素材の
粉末についても同様に行なうことができる。先ず、原料
の炭素材を粉砕し２５０μｍ以下、好ましくは１２５μ
以下の微粉末とする。次いで得られた多孔質炭素材（以
下単に炭素材粉末と称す）　１００重量部に対し、粉末
あるいは水性懸濁液のポリフッ化エチレン樹脂１〜５重
量部を添加し、混練する。

本発明において圧縮、せん断力を作用させながら混練す
るとは、ポリフッ化エチレン樹脂が混練による圧縮、せ
ん断効果により充分延伸し、炭素材の微粉末粒子にくも
の巣状にからまったネットワークをつくる程度の圧縮せ
ん断力を付与しながら混練することであり、混練が十分
に行なわれた状態では、直径が１−以下のポリフッ化エ
チレン樹脂が炭素材の微粒子にからまっている様子が顕
微鏡で観察できる。又得られた混練混合物はもはや他の
物体に接触していても炭素材粉末が付着することはなく
、しかも可塑性のある塊状ものである。混練は、自動乳
鉢、ニーダ−、ボールミル等圧縮、せん新作用を付与で
きる一般的混線機で十分行なうことができるが、特にせ
ん断効果のすぐれたものが好ましい。混練は通常室温付
近で行なえばよいか１００〜１５０℃の熱間で混線を行
なうと、可塑性が向上し後工程の成形において好都合で
ある。混練の所要時間は、原料の炭素材の性状、ポリフ
ッ化エチレン樹脂の添加量、使用する混線機の種類や混
線条件により異なるが通常２０〜１００分間程度である
。

ポリフッ化エチレン樹脂の使用量は炭素材粉末１００重
量部に対し１〜５重量部とする。使用量が１重量部未満
では十分に炭素材を網状に包み込むことができず、また
５重量部を越えると凝集力か大きくなり過ぎて成形性が
悪くなるので好ましくない。

このようにして得られた混練混合物は各種成形機を用い
て成形することにより板状、シート状、フィルム状ある
いはベレット状なと所望の形状の成形体とすることがで
きる。例えば、加圧成形機を用いて加圧成形することに
より板状の成形炭素材組成物を得ることができ、さらに
カレンダーロールにより　０．５〜１ｍｍの厚さのシー
ト状炭素材や０．１〜０．２ｍｍ厚のフィルム状炭素材
とすることができる。また、水性懸濁液状のポリフッ化
エチレン樹脂を用いた場合や混練混合物の可塑性を向上
させるために［ｔの水を添加した場合には、さらにニー
ダ−等で混練したのち、押出し成形し、次いで乾燥する
ことにより所望の形状のベレット状成形炭素材組成物と
することができる。得られた板、シートあるいはフィル
ム状の成形体はいずれも柔軟性に富み、割れ、折れ等の
機械的破損がなく、また、ベレット状成形体は、高い耐
摩耗強度を有している。

本発明によれば、得られる成形炭素材組成物は、結合剤
の添加量が極〈少量ですむため比表面積の減少等物性面
への影響が少なく、本来炭素材の有する吸着材、触媒と
しての機能をそのまま保持しており、しかも原料の炭素
材の飛散による汚染か全くないので、そのまま、あるい
は簡単な通気性の包装をすることにより、脱臭剤、鮮度
保持剤、触媒等として利用することができる。

［実施例］ 以下実施例により本発明の方法をさらに具体的に説明す
る。

実施例１ 表１に示すＡＮＧの７種類の炭素材を、１００メツシユ
バスの粒度に粉砕した粉末１００重団部に対し、ポリフ
ッ化エチレン樹脂（４−フッ化エチレン樹脂、商品名テ
フロンＫＩＯ−Ｊ三井−デュポンフロロケミカル社製）
の粉末をそれぞれ１，２．５および５重量部（Ｅ、Ｆに
ついては１および２．５重量部のみ）添加し、自動乳鉢
で２０分間室温で混練して１９種類の混練物を得た。

これらの混練物の比表面積を測定した結果は表１に示す
とおりであり、各試料ともポリフッ化エチレン樹脂の添
加量の増加についてほぼ同一の比率で、比表面積が低下
したが、その低下割合はＡ−Ｇの各試料の平均値で該樹
脂の添加量Ｉ　ｔＩｒ量部で５．４％、　２．５重１部
で１４．５％、５重量部でも１４．８％であって比較的
小さかった。

これらの混合物はいずれも成形性が良好で、加圧成形機
で加圧成形することによって厚さ５ｍｍの板状成形体が
得られた。この板状成形体をさらにカレンダーロールで
条件を変えて圧延処理し、厚さ　０．５ｍｍのシート状
および厚さ　０．２ｍｍのフィルム状成形体を得ること
ができた。中でもポリフッ化エチレン樹脂の添加量が２
．５１１ｉ部のものが最も良好な成形性を示した。また
、成形処理工程における比表面積の低下はほとんどなく
、各成形体の比表面積は、表１に示した混練物における
比表面積とほぼ同一であった。

又テフロンＫＩＯ−，１の変りに、テフロン６−Ｊを使
用してもほぼ同様の結果を得ることができた。

表１　原料炭素材と混練物の比表面４’！（ｍ２／ｇ、
ｃＯ□ＢＥＴ法）ａ）成形活性コークスを燃焼排ガスの
脱硫・脱硝用として移動層にて循環使用した際に、摩耗
により発生した微粉状活性コークス比較例 実施例１で使用した活性炭Ｃ（比表面Ｍ４７５０ｍ２／
ｇ）の粉末１００重量部に対し、フェノール樹脂の６７
％メタノール溶＠５重量部を添加して混練したが、得ら
れた混練物は極めて成形性が悪く、成形不能であった。

次に、同じ活性炭Ｃの粉末１００重量部に、前記フェノ
ール樹脂溶液５０重量部と水１００重量部を添加して混
練した。この混練物を５１１１１１１厚の板状に加圧成
形したものの比表面積は３７ｍ２７ｇであフた。この板
状成″形物を不活性ガス雰囲気下に８００℃で１時間焼
成したところ比表面積は４３５ｍ２７ｇにまで回復した
が、原料の活性炭に比べると４２％も低い値であった。

また、この成形物は、強度が弱く、手で押すだけで簡単
に崩壊してしまい実用にはならないものであった。

さらに、同じ活性炭Ｃの粉末【００重量部に、コロイダ
ルシリカ２０％を含む水性懸濁液５０重量部を添加して
混練したが、得られた混練物は成形性が悪く、成形不能
であった。

実施例２ 実施例１において、活性炭Ｃ１００重Ｍ部に実施例１で
用いたと同様のポリフッ化エチレン樹脂を２．５重量部
添加して混練、成形して作成した厚さ０．５ｍｍのシー
トを使用し、エチレンガスの吸着量（１気圧のエチレン
ガス雰囲気中で、炭素材１ｇが６０分間に吸着するエチ
レンガスの重量）を測定したところ４７ｍｇ／ｇであフ
た。一方、活性炭Ｃ微粉末についてエチレンガスの吸着
量を、測定した結果はｓ＜ｍｇ／ｇであフた。すなわち
、粉末炭素材をシート状に成形してもエチレンガス吸着
能力の低下はごくわずかであり、本発明の方法によれば
丼種炭素材を、その性能をそこなうことなく、所望の使
い易い形状に成形加重できるので、炭素材の応用範囲の
拡大に有効であることがわかる。

実施例３ 実施例１で使用した活性コークスの粉末１００重量部に
対し実施例１で用いたと同様のポリフッ化エチレン樹脂
の粉末２．５重量部を添加１ノ、ボールミルで９０分間
混練した。この混線物１００１１’Ｅｉ　ｉｔ部に対し
水１００重量部を加え、ニーダ−を用いて　１２０〜１
４０℃の温度で６０分間混練したのち、押し出し成形機
にて５ｍｍφのベレット状成形物を得た。このベレット
の耐摩耗強度指数は９７％と十分な強度を有していた。

このベレットを用い、１３０℃で燃焼排ガス中のＮＯｘ
の還元無害化反応活性を調べた結果、反応開始後３０時
間で定常活性に達し、このときの脱硝率は５９％であっ
た。一方、一般の脱硝用活性コークスベレット（５ｍｍ
φ、耐摩耗強度指数９８％）の同条件下での脱硝率は５
０〜６０％であった。このように使用済の粉末活性コー
クスからも、一般の脱硝用活性コークスベレットと同等
の脱硝性能および耐摩耗強度を有するベレットを製造す
ることができた。

なお、本実施例において脱硝性能評価試験および耐摩耗
強度指数の測定は、次の方法に従って実施した。

駄■１皿北璽ス１ ベレット３００＋ｎＩ！、をガラス製０字管に充填し、
１３０℃油溶中に漬ける。この充填床に、ＮＯ及びＮ１
１３をそれぞれ２００ｐｐｍ含んだ０□：　４．５％、
　Ｎ２０　　：１０％、Ｎ２：残りの混合ガスを供給し
、充填床出口のＮＯ濃度を連続的に分析した。

内径２００ｍｍφ、深さ７０ｍｍで内部に２枚の羽根を
有するロガ試験機に、ベレット約３０ｇを績秤して入れ
、５０ｒｐｒａでｉ、ｏｏｏ回転後、３■の篩で篩い分
ける。このときの３ｍｍ上の歩留りを％で表示し、耐摩
耗強度指数とする。

［発明の効果］ 以上説明したように、ポリフッ化エチレン樹脂の網状構
造により炭素材を成形体とすることにより得られる板状
、シート状あるいはフィルム状の成形炭素材組成物はい
ずれも原料である炭素材の性能を十分に保持した成形体
であり柔軟性に富み、割れ、折れなどの機械的破損がな
く、さらにベレット状の成形物は高い耐摩耗強度を有し
たものとすることができるため、該成形炭素材組成物は
脱臭剤、鮮度保持剤、触媒等として広範囲な利用が期待
できる。

また、該成形炭素材組成物を吸着能力、触媒能力などの
機能性の高い多孔質炭素材等の炭素材の粉末に、少量の
ポリフッ化エチレン樹脂を添加して圧縮、せん断力を付
与しながら混練し、次いで成形し製造することによって
、その機能をほとんど低下させることなく、板、シート
、フィルムあるいはベレット状など所望の形状の成形炭
素材を製造することができる。また本発明の方法は触媒
用アルミナ粉末等の成形にも適用しつるものである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、炭素材の粉末１００重量部に対し、ポリフッ化エチ
   レン樹脂１〜５重量部を添加し、圧縮、せん断力を作用
   させながら混練したのち、得られた混練物を成形するこ
   とを特徴とする成形炭素材料組成物の製造方法。