JPH03103375A - 多孔質炭素粒の製造方法 - 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、触媒担体、土壌改良材などとして好適な球形
ペレット状の多孔質炭素粒を製造する方法に関する． 〔従来の技術〕 多孔質炭素粒としては、断熱材を目的としてカーボンブ
ラックペレットの表層部にガラス状カーボンを形威被着
した構造のものが本出願人により開発されている（特開
昭６３−１９０７６７号公報）。この種カーボンブラッ
ク系の多孔質炭素粒に形戒される細孔分布の状態、細孔
容積、比表面積などの特性は、基材として用いるカーボ
ンブラックの粒子径およびストラクチャ一のグレードに
大きく依存する．例えば、粒組織の平均細孔半径につい
てみると、ストラクチャーの指標となるＤＢＰ吸油量の
レベルが同等のカーボンブラックの場合には粒子径の大
きさに応じてかなり正確に変動する。

しかし、粒子径１５〜３０００入、ＤＢＰ吸油１６０〜
２００　１ＩＩ．／１００ｇの特性をもつ通常品種のカ
ーボンブラックを基材としたときの平均細孔半径は、０
．０１〜０．１　μ麟という極めて果クロな範囲内でし
か変動しない。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記のような理由で、カーボンブラック単味を基材とし
て形成される多孔質炭素粒は、幅広い細孔分布が要求さ
れる触媒担体や土壌改良材等に対して通用することがで
きない問題点があった。

したがって、本発明の目的は、カーボンブラックを原料
成分として０．Ｏｌ〜１００μ―範囲の広い細孔分布を
備え、優れた嵩密度と細孔容積特性を有する多孔質炭素
粒の製造方法を提供するところにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達或するための本発明による多孔質炭素粒
の製造方法は、木材パルブを炭化性樹脂溶液中で解繊・
乾燥したパルブ成分とカーボンブラックとを配合し、熱
可塑性樹脂からなる熱揮散性バインダーと熱硬化性樹脂
またはタール・ピッチからなる炭化性バイングーを混合
した溶液もしくはエマルジョンを造粒媒体として転動造
粒化し、造粒ベレットの表面を前記炭化性バインダーと
同種の樹脂で被覆処理したのち焼成炭化することを構成
上の特徴とするものである。

本発明に用いる木材パルブの種類としては、溶解パルプ
、あるいはサルファイドパルプ、クラフトパルプ、セミ
ヶごカルパルプ、ケごグラウンドパルプ、サーモメカニ
カルパルプ、リファイナリーグラウンドパルブ、砕木パ
ルプ、そのほか藁、麻等のパルプを含む各種の製紙パル
ブを挙げることができるが、特に不純物含有量が少なく
強度の高い長繊維質のクラフトパルブが効果的に使用さ
れる．これら木材パルプは、まず炭化性樹脂溶液中でジ
ューサー５キサーのような回転カッターを有する攪拌装
置で解繊処理し、濾過、乾燥して炭化性樹脂が付着した
解繊パルプ或分を作製するも炭化性樹脂溶液にはフラン
系樹脂を有機溶媒に溶解した溶液などの通用も可能であ
るが、濃度管理および取扱の容易なフェノール樹脂の水
溶液を用いることが望ましい。

カーボンブランクの適用品種には特に限定を受けること
はなく、通常のファーネスブラック、サーマルブラック
、チャンネルブラック、ランプブランク、アセチレンフ
゛ラックなどから目的とする細孔径の形或に適合する粒
子径およびストラクチャーを備えるものを選択使用する
。

パルプ成分とカーボンブラックの混合割合は、目的とす
る細孔分布、細孔容積、比表面積などを配慮して定めら
れるが、重量比（Ｐ／ＣＢ）として１０：９０〜８０　
：　２０、特に２０　：　８０〜７〇二３０の範囲に設
定することが好適である。この範囲を越えるパルプ威分
の配合は焼威炭化後における組織の強度低下を招き、ま
たカーボンブラックが前記範囲を上廻る場合には粒強度
は上昇するものの、パルブ添加によるマクロ細孔の形成
が減殺される。

ついで、パルプ成分とカーボンブラックの配合物は、カ
ーボンブラックのペレット化に常用されているようなビ
ン型造粒機を用いて小球形に転動造粒される。この際、
造粒媒体として熱可塑性樹脂からなる熱揮散性バインダ
ーと熱硬化性樹脂またはタール・ピッチからなる炭化性
六イングーを混合した溶液もしくはエマルジョンを使用
する。

熱可塑性樹脂からなる熱揮散性バインダーとは、後工程
の焼或炭化段階で成分の大部分が分解散失する性質の粘
結材で、樹脂の種類としてはポリビニルアルコール、ボ
リスチレンなどが該当するが本発明の目的にはポリビニ
ルアルコールが効果的に用いられる． また、炭化性バインダーとは後工程の焼成段階で成分の
大部分が炭化残留する性質の粘結材で、フェノール系あ
るいはフラン系の熱硬化性樹脂またはタール・ピッチが
使用される。

これら熱揮散性バインダーと炭化性バインダーの混合比
率は目的とする細孔組織に応して適宜に設定されるが、
パルプ成分とカーボンブラックの総量に対するバインダ
ー全体の樹脂分としては４０重量％以下になるように量
設定することが良好であり、これ以上の添加は円滑な細
孔形戒に対して弊害となる。

得られた造粒ペレットは乾燥したのち、前記炭化性バイ
ンダーと同種のフェノール系またはフラン系樹脂で被覆
処理を施す。この表面被覆処理は、例えばフェノール樹
脂あるいはフラン樹脂の溶液をカラム中に充填した造粒
ベレット層に散布流下するか、回転円筒管中で造粒ペレ
ットを転動させながら同樹脂溶液を噴霧したのち、加熱
硬化する方法でおこなうことができる。

このようにして表面被覆処理された造粒ベレットは、最
終的に非酸化性雰囲気中で７００゜Ｃ以上の温度条件に
より焼威して熱揮散性樹脂威分を揮散させるとともに炭
化性樹脂或分を炭化させることにより本発明の多孔質炭
素粒が製造される．〔作　用〕 上記の工程で原材料として配合したパルブ成分は、造粒
段階においてカーボンブラック中に均一に分散して繊維
質骨格を組織し、焼威段階において一部は揮散してボア
形或に寄与し、残部はそのまま炭化して粒強度の保持に
機能する。

また、造粒媒体となるバインダーのうち熱揮散性樹脂或
分は、造粒過程において共用する炭化性バインダーとと
もに賦形化を助け、焼成段階では揮敗して主にマクロな
細孔を形或する作用をなす。

一方、炭化性バインダーを構戒する熱硬化性樹脂は、そ
のまま炭化残留して強固な粒組織を形戒するために機能
する。

さらに造粒ベレットを被覆した炭化性樹脂は炭化して極
めて強固、平滑な表面層を形威し、力一ボンブラック成
分の飛散を防止すると共に、真球形となってハンドリン
グに要求される良好な転流動性を与える． このような機能が複合かつ相乗的に作用して、カーボン
ブラック構造の有する０．０１〜０．１　μｍ範囲のミ
クロ細孔から１００μｍ単位のマクロ細孔に至る広い細
孔分布を有し、低嵩密度、高細孔容積、高比表面積およ
び優れた強度特性を具備する多孔質炭素粒を製造するこ
とが可能となる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を比較例と対比して説明する。

実施例１〜５、比較例 木材パルブ（ＬＢＫＰ）をｌＯ％濃度のフェノール樹脂
〔住友デュレズ■製、“スミライトレジンＰＲ　−　５
０７８１″〕水冫容液とともにジューサー亀キサーに投
入し、攪拌して解繊したのち濾過処理した。

これを１７０゜Ｃで乾燥後、再びジューサー【キサーに
入れて乾式撹拌して十分に解繊した。

解繊したパルプ或分と、平均粒子径３８１１＃ｌ、よう
素吸着１５３＋ｅｇ／ｇ，　Ｄ　Ｂ　Ｐ吸油量１３３　
ｉＮ／１００ｇの特性を有するＭＡＦ級ファーネスブラ
ックＣＢ［東清カーボン■製、“シースト１１６”］を
表１に示す割合で秤量した。

表　　１ 上記パルプ或分とカーボンブラックを、その総量に対し
、１０重量％（樹脂分）に相当する熱揮散性バインダー
となるポリビニルアルコール〔関東化学■製、分子量２
７００、ケン化度７８〜８２モル％〕７％溶液と、同１
０％（樹脂分）に相当する量の炭化性バインダーとなる
フェノール樹脂（住友デュレズ■製、“スミライトレジ
ンＰＲ　−　５０７８　）水冫容冫夜を混合した造粒媒
体と共にピン型造粒機に入れて造粒し、粒径１〜２問の
ものを分級採取して１７０゜Ｃで乾燥した． 造粒ベレットを回転ドラムに移し、１０ｒｐｍで回転さ
せながら炭化性バインダーと同一フェノール樹脂の２０
％水溶液を噴霧して表面を均等に湿潤させた。ついで、
表面の樹脂を２００℃の温度で加熱硬化してのち、窒素
ガス雰囲気に保持された焼威炉で１０００“Ｃの温度で
焼成炭化した。

このようにして得られた多孔質炭素粒の各種特性を測定
し、その値を表２に示した。

表ｌの結果から、樹脂処理後の解繊パルプを配合した実
施例による多孔質炭素粒は比較例に比べ、嵩比重、比表
面積、細孔容積などの多孔組織特性が全て改善されてお
り、また熱伝導率も有意に減少していることが認められ
る．なお、実施例の強度特性は比較例より若干低下傾向
にある．この程度の強度低下は実用上問題はないが、パ
ルプ配合比が９０の実施例５の場合には強度不足が顕著
となった。

〔発明の効果〕

以上のとおり、本発明に従えば広範囲の多孔分布を有し
、低密度、高比表面積、高細孔容積の組織でありながら
優れた粒強度を兼ね備えた高性能の多孔質炭素質粒を製
造することができる．したがって、特に幅広い細孔分布
性状が要求される触媒担体、土壌改良材等の用途分野に
有用性が期待される．

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、木材パルプを炭化性樹脂溶液中で解繊・乾燥したパ
   ルプ成分とカーボンブラックとを配合し、熱可塑性樹脂
   からなる熱揮散性バインダーと熱硬化性樹脂またはター
   ル・ピッチからなる炭化性バインダーを混合した溶液も
   しくはエマルジョンを造粒媒体として転動造粒化し、造
   粒ペレットの表面を前記炭化性バインダーと同種の樹脂
   で被覆処理したのち焼成炭化することを特徴とする多孔
   質炭素粒の製造方法。 ２、炭化性樹脂溶液がフェノール樹脂水溶液、熱揮散性
   バインダーを構成する熱可塑性樹脂がポリビニルアルコ
   ール、そして炭化性バインダーを構成する熱可塑性樹脂
   がフェノール樹脂またはフラン樹脂である請求項１記載
   の多孔質炭素粒の製造方法。