JPS599517B2 - 炭化けい素ホイスカ−の製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 イネ科植物の果実殼もし《は茎などは、農業廃棄物とし
て多量に副生ずるうえ、焼却すると大部分が無定形の二
酸化けい素に転化するため、炭化けい素ホイスカー製造
用の安価有用なけい素源原料としての適格性を有してい
る。

出願人は、既にこの点に着目して研究を重ね、？記イネ
科植物系の灰化物をけい素源原利としこれに最適な炭材
としてカーボンブラックを選定配合して原材料とするこ
とによりβ型炭化けい素ホイスカーを高水準の収率なら
びに収量で製造する方法を開発提供（特開昭５７−２０
９８１３号公報）したが、引続《研究により、造粒カー
ボンブラックを炭材に適用すると一層生産収率の向上が
得られることを確認した。

本発明は、上記知見に基づいて改良発展させたもので、
その主要な構成は、イネ科植物の果実殼もし《は茎の灰
化物とペレット状造粒カーボンブラックの混合物を反応
容器に充填し、非酸化性雰囲気下で工３００〜Ｉ７００
℃に加熱することを特徴とする。

出発原刺となるイネ科植物の果実殼もし《は茎は、稲、
麦、粟などの穀物類のほか葺、茅等の草本類が対象とさ
れるが、これらのうちでは、けい素成分含有量の多い籾
５殼が最も使用目的に適っている。

出発原料は、必要に応じて破砕、裁断したのち、電気炉
のような加熱装置により６００℃以上の温度で加熱焼却
する。

該焼却処理により得られる灰化物は、出発原料に対しｌ
Ｏ〜２０重量係程度の残留率でその９０受以上が微粉状
の無定形ＳｉＯからなる組成のけい素源原刺に転化する
。

炭材には、石油系あるいは石炭系の重質炭化水素油を熱
分解して得られるカーボンブラックを造粒ペレット化し
たものが用いられる。

ペレット状造粒カーボンブラックは、粒径が２５０〜１
０００μｍの範囲にある球形ビードで、通常、ゴム用カ
ーボンブラック製造過程でおこなわれている強制攪拌式
造粒機による湿式造粒品が有効に適用される。

カーボンブラックは、特有のストラクチアー構造により
コークス粉、黒鉛粉のような一般の炭素質物とは異質の
表面性状と粒子形態を有しており、これら特性が炭材と
しての最適性、即ち炭化けい素ホイスカーの生成反応を
迅速、円渭に進行させ、結晶の伸長に必要な内部空間を
形成するために有効に機能するが、ペレット状造粒カー
ボンブラックを用いると、未造粒物に比べ前記機能が一
層強進じて生成炭化けい素ホイスカーの収率ならびにア
スペクト比の増大効果が付与される。

ペレット状造粒カーボンブラック（炭材）は、けい素源
原刺となる灰化物に対し１１０〜４００重量％の配合比
率で均質に混合したのち、黒鉛製の耐熱性反応容器に充
填する。

反応容器は、上部に蓋を付し周囲をコークス粒などのカ
ーボンパッキング材で被覆して通電する方法を用い、非
酸化性雰囲気下で１３００〜１７００℃、望まし《は１
５００〜１６００℃の温度ｌこ少くとも２時間保時する
ことにより加熱処理する。

加熱過程で原刺物質中のけい素成分と炭素成分は気相反
応により微小繊維状の炭化けい素単結晶に転化し、最終
的にカーボンブラック粒子構造の内部および相互空間の
全域に亘って綿状のホイスカ一として密生する。

生成物中には、若干の粒子状炭化けい素と未反応のカー
ボンブラックが混在する。

このうち粒子状炭化けい素は、特に反応容器の周辺部分
に大粒物が偏って生成する。

この傾向は、炭材にペレット状造１ｆｎカーボンブラッ
クを用いる際に生ずる個有の現象であるが、これは原料
装入にあたり、主原料である灰化物（けい素源原刺）と
べレソト状造６カーボンブラックの混合物を中心部に、
その周辺を灰化物（けい素源原料）と未造粒カーボンブ
ラックの混合物で被包するように反応容器に充填するこ
とにより解消することができ、併せて全体としての粒子
状炭化けい素の生成度合を抑制しえる利点がもたらされ
る。

原料物質には、Ｎ ａＣｔ ， Ｎａ Ｆ ， ＫＣＬ
などのアルカリ金属ハロゲン化物またはＭｇＣｔ２，Ｃ
ａＦ２などのアルカリ士類金属ハロゲン化物を予め灰化
物（けい素源原料）に対し８０〜２００重量係の配合割
合で混合すると、得られる炭化けい素ホイスカ一の生成
収率と結晶の伸長を助長促進する効果を与える。

生成物中に残留する未反応カーボンブラックは、燃焼処
理することにより容易に除去することができる。

燃焼処理後の生成物は、９０係以上がβ型炭化けい素ボ
イスカ一からなる淡緑白色の藻草状物質で、未造粒カー
ボンブラック炭材使用時に比べ出発原料対比で１％程度
の収率向上が認められるうえにアスペクト比の増大効果
が得られる。

以上のように本発明は、炭材としてペレット状造粒カー
ボンブラックを選択適用することにより特開昭５７−２
０９８１３号に係る先願発明の技術的効果を一層改善し
たものであるが、このほかに粉塵飛散のないペレット状
炭材の使用により、ハンドリングの面でも著るし《至便
性が増す実用上の利点もある。

以下、本発明を実施例に基づいて説明する。

実施例 Ｉ 乾燥した籾殻（出発原料）を、電気炉中で６００℃の温
度を保持しながら恒量となるまで暁却灰化した。

得られた灰化物は淡灰色を呈する微粉末で、残留率は２
０．５重量係、Ｓ１０２含有率は９１．９重量％であっ
た。

上記灰化物をけい素源原料とし、これに炭材として粒径
２５０〜１０００μｍのペレツｔ’ 状’ＩＭ 粒カー
ボンブラックを２００重量係の配合比率で混合した。

ペレット状造粒カーボンブラックとしては、Ｎ３３９グ
レードのファーネスカーボンブラックを湿式造粒したよ
う素吸着量９ ０ ｍｓ’／？、吸油量（ＪＩＳ−Ａ法
）ＩＩ９ｃｃ／１０（ＨＰの特性を有するもの〔東海カ
ーボン■製、”ＳＥＡＳＴＫＨ“〕を用いた。

混合した原料物質の５０．Ｏｆを内径７０朋、高さ１５
０朋の高純度黒鉛製反応容器に軽《充填し、反応容器の
上部に黒鉛蓋を付してクリプトール炉に移したのち、周
囲をコークス粒パッキングで被覆した。

ついで炉を通電昇温し、炉内を非酸化性雰囲気に保持し
ながら１６００℃の温度に４時間加熱した。

加熱後の反応容器内部は、淡緑白色の綿状生成物が未反
応カーボンブラック中に分散密生していたが、反応容器
の周辺部分に白色粒子状物が偏在している様子が観察さ
れた。

反応容器から内容物を集収し、大気中で７００℃の温度
に熱処理して残留する炭材成分を燃焼除去した。

燃焼処理後の生成物につきＸ線回折をおこなったところ
、β−ＳｉｃｉＤ原子間距離２。

５１人、１．５４人の波長位置に明確なピークが現出し
たが、Ｓｉ０２やＣに相当する回折線は全《認められず
、β型の純粋な炭化けい素であることが確認された。

上記の灰化物（けい素源原料）とペレット状造粒カーボ
ンプラックとの混合物に、更に灰化物に対し１００重量
％の配合比率で精製Ｎ ａ Ｃ ｌを混合して原材料と
し同一の条件により処理した。

また、比較のために、灰化物（けい素源原料）に炭材と
してＮ３３９グレードの未造粒カーボンブラック（上述
ペレット状造粒カーボンブラックの造粒前のもの）を同
配合比率で混合し、同一条件で処理した。

以上の生成結果を対比して表■に示した。

表１の結果は、炭材にペレット状造粒カーボンブラック
を用いると未造粒カーボンブラック使用時（比較例）に
比べて、得られるＳｉＣホイスカーの収率が１係程度向
上するとともにアスペクト比も増大することを示してい
る。

またこの傾向は、ＮａＣＢｒ）添加により一層助長され
ることが判明する。

実施例 ２ 実施例■で用いた籾殻灰化物（けい素源原料）に対しペ
レット状造粒カーボンブラック炭材および未造粒カーボ
ンブランク炭材（比較例適用原＃４）を実施例１の配合
比率により各別個に混合して原材刺とし、このうち前者
を反応容器の中心部に入れ、これを周辺から後者で扱包
するような状態に充填したのち実施例ｌと同一処理条件
を用いて炭化けい素ボイスカ一を生成させた。

加熱反応処理後の状況は、ペレット状造粒カーボンブラ
ック炭材の単味使用時に生ずる反応容器周辺部分におけ
る犬粒ＳｉＣの偏在生成現象は全く認められず、極めて
均質な組織状態を呈していた。

得られたβ型ＳｉＣホイスカ一の収率（対出発原料、重
量係）は、ＩＯ．２％であった。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ イネ科植物の果実殼もし《は茎の灰化物とペレット
   状造粒カーボンブラックの混合物を反応容器に充填し、
   非酸化性雰囲気下で■３００〜工７００℃Ｃこ加熱する
   ことを特徴とする炭化けい素ホイスカーの製造法。 ２ イネ科植物の果実殼もしくは茎の灰化物とペレット
   状造粒カーボンブラックの混合物を中心部に、その周辺
   を前記灰化物と未造粒カーボンブラックの混合物で被包
   するように反応容器に充填する特許請求の範囲第１項記
   載の炭化けい素ボイスカ一の製造法。 ３ イネ科植物の果実殼もし《は茎の灰化物とべレソト
   状造粒カーボンブラックまたは未造粒カーボンブラック
   に、アルカリ金属・アルカリ士類金属のハロゲン化物を
   混合する特許請求の範囲第１項および第２項記載の炭化
   けい素ホイスカーの製造法。