JPH0632679A - 活性化炭素多孔体及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 従来技術の難点を解決し、微細な連続気孔と
低い嵩密度による低い圧力損失と、優れた吸着性とを有
し、更に高い強度を示す活性化炭素多孔体と、当該活性
化炭素多孔体を極めて容易に製造することのできる方法
を提供することを目的とする。 【構成】 本発明の活性化炭素多孔体は、連続気孔を有
すると共にポリカルボジイミド樹脂が含侵したメラミン
樹脂発泡体、ウレタン樹脂発泡体、フェノール樹脂発泡
体等の樹脂発泡体を、炭化及び賦活化してなることを特
徴とするものであり、又、本発明の活性化炭素多孔体の
製造方法は、連続気孔を有するメラミン樹脂発泡体、ウ
レタン樹脂発泡体、フェノール樹脂発泡体等の樹脂発泡
体に、ポリカルボジイミド樹脂を含侵させた後、炭化及
び賦活化することを特徴とするものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、活性化炭素多孔体及び
その製造方法に関するものであり、更に詳しくは、微細
な連続気孔と低い嵩密度及び強度を有する活性化炭素多
孔体と、当該活性化炭素多孔体を極めて容易に製造する
ことのできる方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、環境汚染に対する関心が強まるに
つれて、空気の浄化、有機溶剤の回収や上水関係の水処
理等に使用される吸着材に対して要求される性能も益々
厳しくなっている。即ち、こうした吸着材には、少なく
とも、吸着性能が高いこと及び圧力損失が小さいことの
二点を満たす必要があるのであるが、より高い吸着性能
と少ない圧力損失、更には高い強度を具えた吸着材が要
求されているのである。

【０００３】活性炭は、これらの要望を満たしうる有望
な材料として種々検討されており、例えば、粉状、粒
状、或いは繊維状の三種類の形状としての利用が検討或
いは実用されている。しかしながら、活性炭を通気性が
要求される吸着材として用いるには、次のような問題が
あり、解決が望まれていた。

【発明が解決しようとする課題】

【０００４】即ち、活性炭を例えば空気浄化用の吸着材
として使用する場合について説明すれば、粉状の活性炭
については、そのまま使用すれば粉状の活性炭が飛散し
てしまうことは明らかであって、空気浄化という目的を
達成することは不可能であり、飛散防止のためのフィル
ターを併用すれば空気浄化用の吸着材としての使用も可
能となるが、空気浄化用の吸着材としては高価なものと
なってしまう。又、粉状の活性炭をウレタンフォーム等
に坦持させたものを空気浄化用の吸着材として使用する
ことも考えられるが、このように活性炭をウレタンフォ
ーム等に坦持する処理は、活性炭の本来の性質を損なう
ために、吸着性能はより劣ったものになってしまう。

【０００５】一方、粒状の活性炭は、外表面積が小さい
という問題点があり、又、繊維状の活性炭は、単位重量
当たりの吸着性能は優れているものの、圧力損失が大き
くなるために厚くすることができないという問題を有し
ている。

【０００６】本発明は、上記説明した従来技術の問題を
解消するためになされたもので、その目的とするところ
は、微細な連続気孔と低い嵩密度による低い圧力損失
と、優れた吸着性とを有し、更に高い強度を示す活性化
炭素多孔体と、当該活性化炭素多孔体を極めて容易に製
造することのできる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】

【０００７】上記目的を達成するために本発明が採用し
た活性化炭素多孔体の構成は、連続気孔を有すると共に
ポリカルボジイミド樹脂が含侵したメラミン樹脂発泡
体、ウレタン樹脂発泡体、フェノール樹脂発泡体等の樹
脂発泡体を、炭化及び賦活化してなることを特徴とする
ものであり、又、その製造方法の構成は、連続気孔を有
するメラミン樹脂発泡体、ウレタン樹脂発泡体、フェノ
ール樹脂発泡体等の樹脂発泡体に、ポリカルボジイミド
樹脂を含侵させた後、炭化及び賦活化することを特徴と
するものである。

【０００８】即ち、本発明の発明者らは、上記目的を達
成するため鋭意研究した結果、ポリカルボジイミド樹脂
が焼成後の収縮率も小さく、且つ、強度の高いことに着
目し、連続気孔を有する樹脂発泡体にポリカルボジイミ
ド樹脂を含侵させた後に、炭化及び賦活化することによ
り、微細な連続気孔と低い嵩密度による低い圧力損失
と、優れた吸着性とを有し、更に高い強度を示す活性化
炭素多孔体が簡便に得られることを知得し、本発明を完
成させた。

【０００９】以下に本発明を詳細に説明する。

【００１０】本発明に用いる樹脂発泡体を構成する樹脂
としては、ウレタン樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹
脂、ポリ塩化ビニール樹脂、フェノール樹脂等を挙げる
ことができる。尚、これらの樹脂は例示であって、本発
明では、副反応を起こすことなく、焼成した後に炭化す
るか、或いは消失してしまうものであれば、いずれも使
用することができる。

【００１１】本発明に用いる樹脂発泡体は、上記樹脂を
適宜の方法で発泡させて得られる連続気孔を有するもの
である。ここでいう連続気孔とは、樹脂を発泡させる際
に生成した気泡の壁が、高度の膨張により或いは機械的
な加工により破られ、外部の大気と連通したものを意味
する。ほとんどの樹脂発泡体は、この連続気孔と共に独
立気泡を含んでいるが、本発明に用いる樹脂発泡体につ
いては、連続気孔を、連続気孔率でおおむね３０％以上
有するものを使用することが好ましい。

【００１２】本発明に用いる樹脂発泡体における連続気
孔率が３０％を大きく下回る場合は、後述するポリカル
ボジイミドを通常の方法で含侵させることが困難とな
り、好ましくない。

【００１３】また、本発明において使用されるポリカル
ボジイミド樹脂それ自体は、既知のもの或いは既知のも
のと同様にして製造することができるものであって〔米
国特許第２，９４１，９６６号明細書；特公昭４７−３
３２９７号公報；Ｊ．Ｏｒｇ．Ｃｈｅｍ．，２８，２０
６９−２０７５（１９６３）；Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｒｅ
ｖｉｅｗ，１９８１，Ｖｏｌ．８１，Ｎｏ４，６１９−
６２１等参照〕、例えば、有機ジイソシアネートの脱二
酸化炭素を伴う縮合反応により容易に製造することがで
きる。このポリカルボジイミドに使われる有機ジイソシ
アネートは、脂肪族系、脂環式系、芳香族系、芳香−脂
肪族系等いずれのタイプのものであってもよく、これら
は単独で用いても、又、２種類以上組み合わせて用いて
共重合体としてもよい。

【００１４】而して、本発明の方法において使用される
ポリカルボジイミド樹脂には、式 −Ｒ−Ｎ＝Ｃ＝Ｎ− （式中、Ｒは有機ジイソシアネート残基を表す。ここで
有機ジイソシアネート残基とは、有機ジイソシアネート
分子から２つのイソシアネート基（ＮＣＯ）を除いた残
りの部分をいう。）で示される少なくとも１種の繰り返
し単位からなる単独共重合体又は、共重合体が包含され
る。

【００１５】上記式における有機ジイソシアネート残基
Ｒとしては、数あるものの中でも芳香族ジイソシアネー
ト残基が好適である。このようなポリカルボジイミド樹
脂の具体例としては、次のようなものを挙げることがで
きる。

【化１】

【００１６】上記各式において、重合度ｎは、１０−１
０，０００の範囲内、好ましくは５０−５、０００の範
囲である。尚、前記のポリカルボジイミド樹脂の端末
は、モノイソシアネート等を用いて封止されていてもよ
い。

【００１７】而して、本発明炭素多孔体を製造するに
は、まず、樹脂発泡体に、例えば溶媒を用いて溶液とし
たポリカルボジイミド樹脂を含侵させる。この溶媒とし
ては、テトラクロロエチレン、トリクロロエチレン、テ
トラヒドロフラン、ジオキサン、モノクロロベンゼン、
ジクロロベンゼン、ジメチルホルムアミド、ジメチルア
セトアミド、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、ジメチルス
ルフォキシド等を使用することができる。

【００１８】次いで、ポリカルボジイミド樹脂溶液を含
侵して得た複合多孔体を加熱処理して溶媒除去を行い、
ポリカルボジイミド樹脂が含侵した複合多孔体とする。

【００１９】次に、得られたポリカルボジイミド樹脂が
含侵した複合多孔体に対し、炭化及び賦活処理を行う。
賦活処理は従来より知られているいずれの方法によって
もよく、例えばガス賦活法や薬品賦活法を挙げることが
できる。

【００２０】ガス賦活法においては、炭化した後、賦活
を行ってもよいし、炭化と賦活を同時に行うこともでき
る。ガス賦活法において、炭化と賦活を別々に行う場合
には、まず減圧下又はアルゴンガス、窒素ガス等の非酸
化性雰囲気下で５００℃〜１２００℃、好ましくは６０
０℃〜１０００℃で炭化焼成し、次いで酸化性ガス中で
５００℃〜１２００℃、好ましくは７００℃〜１０００
℃で数分〜数十時間賦活処理を行う。酸化性ガスとして
は、水蒸気、炭酸ガス、空気等或いはそれらの混合ガス
を使用することができる。ガス賦活法で炭化と賦活を同
時に行う場合には、水蒸気、炭酸ガス、空気等の酸化性
ガス中で、５００℃〜１２００℃の所定の温度で所定時
間処理すれば良い。

【００２１】薬品賦活法の場合は、塩化亜鉛、リン酸や
塩化カルシウム等を含有させたポリカルボジイミド樹脂
を樹脂発泡体に含侵させ、この複合多孔体を非酸化性雰
囲気下で４００℃〜１２００℃の温度で焼成することに
より、炭化と賦活を同時に行うことができる。

【発明の効果】

【００２２】本発明の活性化炭素多孔体の特徴は、低い
嵩密度と連続気孔構造を有することに起因して、低い圧
力損失を示すことであり、又、約２５０ｍ²／ｇ、乃
至、実施例の条件によれば約１０００ｍ²／ｇ以上とい
う大きな比表面積を有しており、吸着性能に優れ、各種
吸着材として液体中の微粒子や空気中のちり等の除去に
有効であることである。

【００２３】又、本発明の活性化炭素多孔体は、連続気
孔を有すると共にポリカルボジイミド樹脂が含侵した樹
脂発泡体を、炭化及び賦活化してなるものであり、原料
となった樹脂発泡体の形状を忠実に保ち、且つ、高い強
度を有しており、しかも加工性に優れ、板状や円筒状等
の様々な形状の炭素多孔体に加工することができ、更に
粉落ちが少いという特徴を有している。

【００２４】従って、本発明の活性化炭素多孔体を、例
えば空気浄化用の吸着材として使用した場合は、従来の
活性炭とフィルターとを併用する方法に比べ、極めて簡
便に空気中のちり等を除去することができる。又、繊維
状の活性炭に比べ、圧力損失が小さいために厚い吸着材
に成形して使用できるという利点がある。このように、
本発明の活性化炭素多孔体は、上記の利点を活かし、上
水や排水の脱臭、有機物の除去、汚染空気の浄化等のた
めの吸着材として、極めて有効に用いることができるも
のである。

【００２５】更に、本発明の炭素多孔体の製造方法は、
連続気孔を有する樹脂発泡体に、ポリカルボジイミド樹
脂を含侵させた後、炭化及び賦活化するものであり、極
めて簡便に上記本発明の活性化炭素多孔体を製造するこ
とができる。

【００２６】

【実施例】以下、実施例により、本発明を具体的に説明
する。

【００２７】実施例１ ２，４−トリレンジイソシアネート／２，６−トリレン
ジイソシアネート（８０／２０）の混合物５４ｇを、テ
トラクロロエチレン５００ｍｌ中で、カルボジイミド化
触媒（１−フェニル−３−メチルホスフォレンオキサイ
ド）０．１２ｇと共に、１２０℃で４時間反応させ、ポ
リカルボジイミド樹脂溶液を得た。

【００２８】嵩密度０．０１１ｇ／ｃｍ³のメラミン樹
脂発泡体に、上記ポリカルボジイミド樹脂溶液を含侵さ
せ、得られた複合多孔体を空気中、１２０℃、２４時間
放置し、その後窒素ガス雰囲気の中で、７００℃まで３
０℃／ｈｒで焼成し、炭素多孔体を得た。その後、炭素
ガスを窒素ガスと混合して炉内に導入し、９２０℃で賦
活処理を行った。得られた活性化炭素多孔体の嵩密度、
比表面積、メチレンブルー脱色力、曲げ強度、圧力損失
及び粉落ち性について測定した。尚、比表面積はＢＥＴ
（Ｂｒｕｎａｕｅｒ−Ｅｍｍｅｔｔ−Ｔｅｌｌｅｒ）法
によって、メチレンブルー脱色力についてはＪＩＳ Ｋ
１４７０に従って測定した。又、圧力損失については、
送風管に連結されている９ｍｍΦの導管の一部に形成さ
れたサンプルホルダーに試料をセットし、次いで送風機
を作動させて、送風管内の空気を２ｌ／ｍｉｎの速度で
導管を通じて排出し、このときの試料前後の圧力損失
（ｍｍＨ₂Ｏ）を測定した。測定結果を表１に示す。

【００２９】実施例２ 実施例１で作成したポリカルボジイミド溶液を用いて、
嵩密度０．０１５ｇ／ｃｍ³のウレタンフォームに含浸
し、複合多孔体を作成した。この複合多孔体に対し、実
施例１と同様の方法で焼成及び賦活を行った。得られた
活性化炭素多孔体について、収率、嵩密度、比表面積、
メチレンブルー脱色力、圧力損失及び粉落ち性を測定し
た。測定結果を表１に示す。

【００３０】比較例 粉末活性炭をアクリルゴム系ラテックス（固形分：４５
％）中に分散させ、嵩密度０．０１５ｇ／ｃｍ³のウレ
タンフォームに含浸、付着させることにより炭素多孔体
を得た。得られた炭素多孔体について、収率、嵩密度、
比表面積、メチレンブルー脱色力、圧力損失及び粉落ち
性を測定した。測定結果を表１に示す。

【００３１】

【表１】

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 連続気孔を有すると共にポリカルボジイ
   ミド樹脂が含侵したメラミン樹脂発泡体、ウレタン樹脂
   発泡体、フェノール樹脂発泡体等の樹脂発泡体を、炭化
   及び賦活化してなることを特徴とする活性化炭素多孔
   体。
2. 【請求項２】 連続気孔を有するメラミン樹脂発泡体、
   ウレタン樹脂発泡体、フェノール樹脂発泡体等の樹脂発
   泡体に、ポリカルボジイミド樹脂を含侵させた後、炭化
   及び賦活化することを特徴とする活性化炭素多孔体の製
   造方法。