JPH0633196B2 - 多孔質炭素材の製造方法 - Google Patents
多孔質炭素材の製造方法Info
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- JPH0633196B2 JPH0633196B2 JP63155162A JP15516288A JPH0633196B2 JP H0633196 B2 JPH0633196 B2 JP H0633196B2 JP 63155162 A JP63155162 A JP 63155162A JP 15516288 A JP15516288 A JP 15516288A JP H0633196 B2 JPH0633196 B2 JP H0633196B2
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- Japan
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- porous carbon
- paper
- carbon material
- resin solution
- thermosetting resin
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B38/00—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof
- C04B38/06—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof by burning-out added substances by burning natural expanding materials or by sublimating or melting out added substances
- C04B38/0615—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof by burning-out added substances by burning natural expanding materials or by sublimating or melting out added substances the burned-out substance being a monolitic element having approximately the same dimensions as the final article, e.g. a porous polyurethane sheet or a prepreg obtained by bonding together resin particles
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、高度の気孔構造と強度特性を兼備する多孔質
炭素材の製造方法に関する。
炭素材の製造方法に関する。
多孔質炭素材の製造技術としては、粒度を揃えたコーク
ス粉をタールピッチのようなバインダーと共に捏合した
のち粉砕、成形および焼成処理する手段が典型的方法と
されているが、この方法は均質かつ安定な多孔質構造を
得るための条件設定が難しいため量産性に乏しい欠点が
ある。
ス粉をタールピッチのようなバインダーと共に捏合した
のち粉砕、成形および焼成処理する手段が典型的方法と
されているが、この方法は均質かつ安定な多孔質構造を
得るための条件設定が難しいため量産性に乏しい欠点が
ある。
また、炭素繊維の骨格形体を利用した多孔質炭素板の製
造方法も開発されている。この方法は炭素繊維製造用有
機繊維とパルプ、またはこれに炭素質粉末を配合した原
料を抄紙してシート化し、これに有機質高分子物質ある
いは炭素質粉末を懸濁した有機質高分子物質の溶液を含
浸したのち焼成するもので、二次電池に用いる電極材な
どに好適とされている（特開昭61-236664号公報、同61-
236665号公報）。
造方法も開発されている。この方法は炭素繊維製造用有
機繊維とパルプ、またはこれに炭素質粉末を配合した原
料を抄紙してシート化し、これに有機質高分子物質ある
いは炭素質粉末を懸濁した有機質高分子物質の溶液を含
浸したのち焼成するもので、二次電池に用いる電極材な
どに好適とされている（特開昭61-236664号公報、同61-
236665号公報）。
しかしながら、上記の方法においては原料に用いる炭素
繊維製造用有機繊維が高価であるうえに煩雑な抄紙工程
を必要とするため、製品コストが高騰化する難点があ
る。
繊維製造用有機繊維が高価であるうえに煩雑な抄紙工程
を必要とするため、製品コストが高騰化する難点があ
る。
本発明は、安価な紙類原料を用い簡易なプロセスにより
高性能の多孔質炭素材を低コストで製造する方法を提供
するものである。
高性能の多孔質炭素材を低コストで製造する方法を提供
するものである。
すなわち、本発明による多孔質炭素材の製造方法は、平
均気孔径50〜150μｍ、気孔率50％以上の性状を有する
紙の所定の厚さに積層し、これに残炭率40％以上の熱硬
化性樹脂溶液を含浸して加熱硬化したのち、非酸化性雰
囲気下1000℃以上の温度域で焼成炭化処理することを構
成上の特徴とする。
均気孔径50〜150μｍ、気孔率50％以上の性状を有する
紙の所定の厚さに積層し、これに残炭率40％以上の熱硬
化性樹脂溶液を含浸して加熱硬化したのち、非酸化性雰
囲気下1000℃以上の温度域で焼成炭化処理することを構
成上の特徴とする。
本発明の原料は、一般に市販されている家庭用簿葉紙、
雑種紙、段ボール原紙など製紙パルプから製造される紙
あるいは板紙のうち、平均気孔径50〜150μｍ、気孔率5
0％以上の性状を有するものを選定使用する。原料紙の
平均気孔径および気孔率がそれぞれ50μｍ、50％を下廻
る場合には、熱硬化性樹脂溶液の含浸から焼成炭化処理
に至る後工程において気孔の閉塞化を誘発し、他方、平
均気孔径が150μｍを越えると強度特性の低下が著しく
なる。
雑種紙、段ボール原紙など製紙パルプから製造される紙
あるいは板紙のうち、平均気孔径50〜150μｍ、気孔率5
0％以上の性状を有するものを選定使用する。原料紙の
平均気孔径および気孔率がそれぞれ50μｍ、50％を下廻
る場合には、熱硬化性樹脂溶液の含浸から焼成炭化処理
に至る後工程において気孔の閉塞化を誘発し、他方、平
均気孔径が150μｍを越えると強度特性の低下が著しく
なる。
原料紙は所定の厚さになるように積層し、必要により圧
縮したのち熱硬化性樹脂溶液を浸漬、塗布、スプレーな
どの手段を用いて含浸する。
縮したのち熱硬化性樹脂溶液を浸漬、塗布、スプレーな
どの手段を用いて含浸する。
この際、原料紙は積層前に予め50〜200℃程度の温度域
で加熱処理を施し、水分の除去と表面の改質をおこなっ
ておくと樹脂溶液との濡れが効果的に改善される。
で加熱処理を施し、水分の除去と表面の改質をおこなっ
ておくと樹脂溶液との濡れが効果的に改善される。
含浸に使用する熱硬化性樹脂には、残炭率が40％以上の
ものを選択する必要がある。残炭率とは、樹脂を非酸化
雰囲気中1000℃で焼成したときに残留する炭素分の重量
％を指し、これが40％未満の場合には得られる多孔質炭
素材の強度を実用水準まで向上させることが極めて困難
となる。この種残炭率40％以上の熱硬化性樹脂の例とし
てはフェノールホルムアルデヒド、フルフリルアルコー
ル、ジビニルベンゼン等が挙げられ、いずれも本目的に
有効使用される。
ものを選択する必要がある。残炭率とは、樹脂を非酸化
雰囲気中1000℃で焼成したときに残留する炭素分の重量
％を指し、これが40％未満の場合には得られる多孔質炭
素材の強度を実用水準まで向上させることが極めて困難
となる。この種残炭率40％以上の熱硬化性樹脂の例とし
てはフェノールホルムアルデヒド、フルフリルアルコー
ル、ジビニルベンゼン等が挙げられ、いずれも本目的に
有効使用される。
熱硬化性樹脂の溶液化は樹脂をアルコール、アセトンな
ど常用の有機溶媒に溶解することによっておこなわれる
が、溶液の濃度は10〜40重量％に設定することが望まし
い。この理由は、溶液濃度が10重量％を下廻ると強度特
性の減退を招き、また、40重量％を越えると円滑な含浸
が阻害されるうえに気孔の閉塞を伴うからである。
ど常用の有機溶媒に溶解することによっておこなわれる
が、溶液の濃度は10〜40重量％に設定することが望まし
い。この理由は、溶液濃度が10重量％を下廻ると強度特
性の減退を招き、また、40重量％を越えると円滑な含浸
が阻害されるうえに気孔の閉塞を伴うからである。
含浸物は、次いで加熱硬化する。加熱硬化処理の好まし
い条件は、80℃程度の温度で約10時間に亘り予備硬化し
たのち、温度を180〜300℃に昇温して完全硬化させるこ
とである。
い条件は、80℃程度の温度で約10時間に亘り予備硬化し
たのち、温度を180〜300℃に昇温して完全硬化させるこ
とである。
予備硬化の段階で、再度、熱硬化性樹脂溶液の含浸をお
こない、あるいはこの操作を反復することにより多孔質
炭素材の密度および気孔率等の構造特性を調整すること
も可能である。
こない、あるいはこの操作を反復することにより多孔質
炭素材の密度および気孔率等の構造特性を調整すること
も可能である。
加熱硬化後の材料は焼成炉に移し、窒素、アルゴン、二
酸化炭素などの非酸化性雰囲気下で1000℃以上の温度に
焼成炭化処理して多孔質炭素材を得る。
酸化炭素などの非酸化性雰囲気下で1000℃以上の温度に
焼成炭化処理して多孔質炭素材を得る。
本発明によれば、平均気孔径50〜150μｍ、気孔率50％
以上の性状を有する紙を原料基材とし、これに残炭率40
％以上の熱硬化性樹脂溶液を含浸する構成により、前記
原料基材が具備する特有の気孔構造と熱硬化性樹脂溶液
から生成する炭素分のバインダー的な機能が相乗的に作
用して、微細な通気性気孔が均質に分布した強度の高い
多孔質炭素構造の生成を実現する。
以上の性状を有する紙を原料基材とし、これに残炭率40
％以上の熱硬化性樹脂溶液を含浸する構成により、前記
原料基材が具備する特有の気孔構造と熱硬化性樹脂溶液
から生成する炭素分のバインダー的な機能が相乗的に作
用して、微細な通気性気孔が均質に分布した強度の高い
多孔質炭素構造の生成を実現する。
また、熱硬化性樹脂溶液の濃度を10〜40重量％に設定す
ると上記の作用はより助長され、一層、高性能の多孔質
炭素材を得ることができる。
ると上記の作用はより助長され、一層、高性能の多孔質
炭素材を得ることができる。
以下、本発明を実施例および比較例を対比しながら説明
する。
する。
実施例１〜３、比較例１〜３、 平均気孔径および気孔率の異なる雑種紙（書道用紙）を
電気乾燥機に入れ、100℃の温度で12時間加熱処理し
た。処理後の原料紙40枚密着状に積層（厚さ約４mm）し
たのち、残炭率45％のフェノールホルムアルデヒド樹脂
〔住友デュレズ(株)製、“スミライトレジン PR940″〕
の20重量％濃度エタノール溶液に浸漬して原料紙組織内
に樹脂溶液を十分に含浸した。
電気乾燥機に入れ、100℃の温度で12時間加熱処理し
た。処理後の原料紙40枚密着状に積層（厚さ約４mm）し
たのち、残炭率45％のフェノールホルムアルデヒド樹脂
〔住友デュレズ(株)製、“スミライトレジン PR940″〕
の20重量％濃度エタノール溶液に浸漬して原料紙組織内
に樹脂溶液を十分に含浸した。
含浸は80℃の温度に10時間保持して予備硬化し、再度、
前記熱硬化性樹脂溶液を含浸して同様に予備硬化した。
引続き温度を180℃に上昇し、１時間加熱処理して含浸
樹脂を完全に硬化した。
前記熱硬化性樹脂溶液を含浸して同様に予備硬化した。
引続き温度を180℃に上昇し、１時間加熱処理して含浸
樹脂を完全に硬化した。
次いで、硬化後の材料を焼成炉に移し、窒素雰囲気下、
1400℃の温度により焼成炭化処理して厚さ約2.5mmの多
孔質炭素板を得た。
1400℃の温度により焼成炭化処理して厚さ約2.5mmの多
孔質炭素板を得た。
このようにして得られた各多孔質炭素板の各種物理特性
を測定し、用いた原料紙の平均気孔径および気孔率と対
比させて表１に示した。
を測定し、用いた原料紙の平均気孔径および気孔率と対
比させて表１に示した。
なお、各特性の測定は、平均気孔径および気孔率は水銀
圧入法、曲げ強度および曲げ弾性率はJIS K6911、見掛
比重および固有抵抗はJIS R7202の方法に従っておこな
った。
圧入法、曲げ強度および曲げ弾性率はJIS K6911、見掛
比重および固有抵抗はJIS R7202の方法に従っておこな
った。
なお、原料に炭素繊維用有機繊維を用いた従来の多孔質
炭素材の特性についても表１に併載した（従来例）。
炭素材の特性についても表１に併載した（従来例）。
本発明の実施例はいずれも強度、気孔構造および固有抵
抗ともに従来例と同等以上の特性を示したが、本発明で
特定した原料紙の平均気孔径または／および気孔率を外
れる比較例は各性能が著しく劣るものであった。
抗ともに従来例と同等以上の特性を示したが、本発明で
特定した原料紙の平均気孔径または／および気孔率を外
れる比較例は各性能が著しく劣るものであった。
実施例４〜６、比較例４〜６、 平均気孔径60μｍ、気孔率60％の雑種紙（書道用紙）を
原料紙とし、実施例１〜３と同様に加熱処理および積層
したのち残炭率ならびに濃度の異なるフェノールホルム
アルデヒド樹脂のエタノール溶液に浸漬して原料紙組織
内に樹脂溶液を十分に含浸した。
原料紙とし、実施例１〜３と同様に加熱処理および積層
したのち残炭率ならびに濃度の異なるフェノールホルム
アルデヒド樹脂のエタノール溶液に浸漬して原料紙組織
内に樹脂溶液を十分に含浸した。
次いで、含浸物を実施例１〜３と同一条件により予備硬
化、再含浸、加熱硬化および焼成炭化処理して多孔質炭
素材を製造した。
化、再含浸、加熱硬化および焼成炭化処理して多孔質炭
素材を製造した。
このようにして得られた各多孔質炭素材の物理特性を測
定し、用いた樹脂溶液の残炭率および溶液濃度と対比さ
せて表２に示した。
定し、用いた樹脂溶液の残炭率および溶液濃度と対比さ
せて表２に示した。
表２の結果から、熱硬化性樹脂の残炭率が40％未満の比
較例４は本発明の実施例に比べ特に強度特性が低い。ま
た、残炭率が40％以上の場合においても樹脂溶液の濃度
が10〜40重量％を外れる比較例５および６では強度ある
いは気孔構造が若干減退することが認められた。
較例４は本発明の実施例に比べ特に強度特性が低い。ま
た、残炭率が40％以上の場合においても樹脂溶液の濃度
が10〜40重量％を外れる比較例５および６では強度ある
いは気孔構造が若干減退することが認められた。
〔発明の効果〕 以上のように、本発明に従えば安価な原料基材を用い簡
易な製造プロセスにより高度の気孔構造と強度特性を兼
備する多孔質炭素材を製造することができる。したがっ
て、高温断熱構造材、二次電池用の電極材などの部材と
して低コストで提供することが可能となる。
易な製造プロセスにより高度の気孔構造と強度特性を兼
備する多孔質炭素材を製造することができる。したがっ
て、高温断熱構造材、二次電池用の電極材などの部材と
して低コストで提供することが可能となる。
Claims (2)
- 【請求項１】平均気孔径50〜150μｍ、気孔率50％以上
の性状を有する紙を所定の厚さに積層し、これに残炭率
40％以上の熱硬化性樹脂溶液を含浸して加熱硬化したの
ち、非酸化性雰囲気下1000℃以上の温度域で焼成炭化処
理することを特徴とする多孔質炭素材の製造方法。 - 【請求項２】残炭率40％以上の熱硬化性樹脂溶液の濃度
を10〜40重量％に設定する請求項１記載の多孔質炭素材
の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63155162A JPH0633196B2 (ja) | 1988-06-23 | 1988-06-23 | 多孔質炭素材の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63155162A JPH0633196B2 (ja) | 1988-06-23 | 1988-06-23 | 多孔質炭素材の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01320279A JPH01320279A (ja) | 1989-12-26 |
| JPH0633196B2 true JPH0633196B2 (ja) | 1994-05-02 |
Family
ID=15599874
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63155162A Expired - Fee Related JPH0633196B2 (ja) | 1988-06-23 | 1988-06-23 | 多孔質炭素材の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0633196B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2607397B2 (ja) * | 1990-12-06 | 1997-05-07 | 東海カーボン株式会社 | 多孔質ガラス状カーボン材の製造方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61236665A (ja) * | 1985-04-11 | 1986-10-21 | 新王子製紙株式会社 | 多孔質炭素板の製法 |
-
1988
- 1988-06-23 JP JP63155162A patent/JPH0633196B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01320279A (ja) | 1989-12-26 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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