JPS6357649A - カ−ボンフオ−ムおよびその製造方法 - 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、Ｅの利用分野〉 本発明は、多孔質炭素材であるカーボンフオームおよび
その製造方法に関し、特にバイオリアクタおよび芳香成
分保持材などの用途に用いられる媒体を保持するだめの
開気孔容量の大きいカーボンフオームおよびその製造方
法に関する。

〈従来技術〉 従来、カーボンフオームはその軽量性および断熱性のた
め、軽量浮力材や耐熱断熱材として利用されている。

従来、カーボンフオームの製造方法としては、■ポリウ
レタンフォームを酸化、不融化および炭化する方法 ■コークス粉をバインダと共に加圧成型後、炭化する方
法 ■炭素質微小中空体をバインダと共に成型後、炭化する
方法 等がある。

これらの方法でＩＨＨられるカーボンフオームは炭素の
粒または膜またはハニカム状の壁部と連通した開気孔部
とからできているか、あるいは閉気孔のフオーム部と連
通した開気孔部とからできている。

例えば特公昭５１−５８３６号公報には、炭素質微小中
空体とバインダとして用いる樹脂粉末とを混合してホッ
トプレス等により加圧下で熱硬化させたり、バインダと
して用いる液状樹脂を用いて含浸成型することにより、
前記炭素質微小中空体と前記樹脂との複合成型体からカ
ーボンフオームを製造する方法が開示されている。

゛この時、前記炭素質微小中空体は独立した気泡を多く
有する事が望まれるので、成型にあたり、前記炭素質微
小中空体が極力破壊されない範囲の圧力に加圧する必要
があった。この理由は前記炭素質微小中空体を複合材す
なわちカーボンフオームに用いる目的が前述したような
中空体に由来する軽量性や断熱性の向上を主目的として
いるからである。

これに対し、近年、カーボンフオームの用途は悪臭成分
を化学的に除去する消臭液保持材または、芳再成分を空
気中に放出する芳香成分保持材などのようにカーボンフ
オームの開気孔に液体、固体などの媒体を保持させて使
用したり、あるいは、バイオリアクタなどのようにカー
ボンフオームの開気孔に酵素などを固定して、この開気
孔をそのまま利用して原料液を反応させて使用する方面
に向けられるようになった。

ところが、このような用途に使用されるカーボンフオー
ムには大きな開気孔容量が求められるため、従来の方法
で得られる軽量性や断熱性を主目的としたカーボンフオ
ームでは不十分である。

〈発明の目的〉 本発明の目的はバイオリアクタおよび芳香成分保持材な
どの用途に用いられる媒体を保持するための開気孔部の
容積を著しく増加させたカーボンフオームおよびその製
造方法を提供することにある。

〈発明の構成〉 本発明者等は幾多の研究の結果、 ■炭素質微小中空体をバインダと共に成型後、炭化して
得られるカーボンフオームにおいて、炭素質微小中空体
を炭化した部分を実質的に球状を保ったまま破壊した、
従来にない構造にする事により、著しく開気孔容量を大
きくする事が出来る事、 ０球状の形を保ったまま破壊させるには炭素質微小中空
体をバインダと共に成型した成型体を実質的に球状の形
を保ったまま破壊する様に加圧した後炭化する事、 により、上記カーボンフオームが得られる事を見い出し
本発明を完成するに至ったものである。

すなわち、本発明によれば、炭素質微小中空体をバイン
ダとともに成型後、炭化して得られるカーボンフオーム
において、実質的に球状の形を保ったまま、破壊されて
いる炭化さ九た炭素質微小中空体を含むことを特徴とす
るカーボンフオームが提供される。

また、本発明によれば、炭素質微小中空体をバインダと
共に成型した後、この成型体を該成型体の圧縮強度以下
に加圧し、該成型体中の炭素質微小中空体の少なくとも
一部を実質的に球状の形を保ったまま破壊させた後で炭
化させることを特徴とするカーボンフオームの製造方法
が提供される。

以丁に本発明のカーボンフオームを添付の図面を参照し
つつ、さらに詳細に説明する。

第１図に示すように、本発明のカーボンフオームの成型
体１は、球状の形体を保ったまま適度に破壊された炭素
質微小中空体２とバインダ３とから構成され、その間に
空隙部４を有している。炭素質微小中空体２はその球状
の形体を保っているけれども、その内に亀裂または破壊
部５を有し、空隙部４と共に開気孔部となる。これらの
開気孔部は液体、固体などの媒体を保持する働きを有し
、その内部表面積に悪臭成分などを吸着する働きをイ丁
する。

本発明に用いられる炭素質微小中空体は用途に応じて種
々使い分けられ、媒体保持の可能な通常の球状の炭素質
微小中空体であればいかなる粒径のものでもよく、また
種々の粒径のものを混合して、媒体保持量を調整するこ
とができるが、２００〜２０００７Ｊ１ｍのものが好適
である。

本発明に用いられるバインダすなわ゛ち結合材は炭素−
微小中空体を結合できるものであれば何でもよいが、例
えば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂およびフラン樹脂
等などの熱硬化性樹脂、ピッチおよび無機系バインダ等
が好適である。

次に、本発明のカーボッオームにおいて、前記炭素質微
小中空体はその成型体中でその中空性を損なわないまま
適度に破壊されているすなわち、その球状の形体を保っ
たまま亀裂が生じており、破壊されていることが好まし
い、この理由は前記炭素質微小中空体を全く破壊しない
場合は、成型されたフオーム材の軽量化や断熱性付与の
目的は達せられるが、本発明の目的である液体、固体な
どの媒体保持量の増加や内部表面積の増加を得ることが
できないからである。一方、前記炭素質微小中空体をそ
の球状の形体を留めないように破壊した場合には、中空
部が破片またはバインダで充填され、もはや、中空部が
消滅してしまうため本発明の成型体ではなくなるので好
ましくない。

さらに、本発明のカーボンフオームにおいて、前記炭素
質微小中空体すなわちカーボンバルーンは用途に応じた
所定の媒体保持量が得られればすべての前記カーボンバ
ルーンが好ましく破壊されている必要はなく、全く破壊
されていないカーボンバルーンと破壊されているカーボ
ンバルーンが混合されていてもよい。その混合割合は用
途に応じても適当に選択されるもので、あくまで程度の
問題である。しかし、より好ましくは好適に破壊されて
いるカーボンバルーンの個数が２０％以上あった方がよ
い。好適に破壊されているカーボンバルーンの個数が２
０％未満では十分な媒体保持量が得られない場合が多く
なってくるからである。

以下に、本発明のカーボンフオームの製造方法について
添付の図面を参照しつつ、詳細に説明する。

まず、第２図に示すように、破壊されていない炭素質微
小中空体７とバインダ３として、粉末状の熱硬化性樹脂
とを炭素質微小中空体フが割れないように混合後、加熱
容器に入れて加圧成型し、カーボンフオームの予備成型
体６を得る。この予備成型体６はその内に亀裂または破
壊部を持たない炭素質微小中空体７とバインダ３とから
構成され、その間に空隙部４を有している。さらに、必
要に応じキユアリングを行う。この時、バインダ３とし
ての前記粉末状の熱硬化性樹脂は２５０−（６０メツシ
ユ）以下の粒径の粉末を用いるのが望ましい。この理由
は粒径が２５０％（６０メツシユ）超のものではバイン
ダ３部分の体積が大きくなり、単位体積中に占める炭素
質微小中空体７の数が減ること、ならびに、バインダと
しての有効性が減るからである。

また、加圧成型は炭素質微小中空体７が割れないような
成型圧で行うのが好ましい。

次いで、このようにして得られた第２図に示す予備成型
体６を炭素質微小中空体７の破壊が起こる最小の圧力以
上で加圧し、第１図に示す炭素質微小中空体２のように
破壊または亀裂を生ぜしめる。この加圧は炭素質微小中
空体７がその球状の形体を出来るだけ留めるような圧力
で行うことが特に重要であり、得られた成型体６の圧縮
強度以下で行うことが好ましい。これは、第１図に示す
ように前記成型体を損なうことなく、前記炭素質微小中
空体のみを実質的に球状を保ったまま亀裂を生じさせ、
破壊させるためである。

最後に、前述したようにして得た成型体を真空中あるい
は非酸化性ガス（Ｎ２、Ａ「、Ｉｌｃのほか■２も含む
）中で加熱して炭化することにより本発明のカーボンフ
オームを得ることができる。最終炭化温度は用途に合わ
せて、最適な条件を選択することができる。こうして得
られたカーボンフオームは用途に耐える十分な媒体保持
能と十分な強度とをイＴする。

以上、本発明のカーボンフオームの製造方法の一例につ
いて述べたが、航述した方法に限られるものではなく、
炭素質微小中空体をバインダと共に成型し、次にこの成
型体を加圧して該成型体中の前記炭素質微小中空体をそ
の形状を保ったまま破壊させた後に炭化する方法であれ
ばいかなる方法であってもよい。

例えば、本発明のカーボンフオームの製造方法の他の例
においては、炭素質微小中空体の表面に液状のバインダ
を噴霧や混練等通常の方法で被覆した後、冷間または熱
間で前記炭素質微小中空体が破壊されないように加圧成
型し、次いで前述の例と同様に前記炭素質微小中空体の
破壊を軽度に生ぜしめた後に炭化して、本発明のカーボ
ンフオームを得ることができる。

また、炭素質微小中空体をバインダと共に成型する際の
予備成型圧力と予備成型後に前記炭素質微小中空体のみ
を亀裂を生じさせ、その球状の形体を保持したまま破壊
させるための圧力は前記炭素質微小中空体の強度、特に
圧潰強度と密接な関係があることは明らかである。圧潰
強度は炭素質微小中空体の一粒について強度範囲を測定
できるが、現実にはバインダで結合された成型体となる
と、単に前記炭素質微小中空体の圧Ｔ１１強度がわかっ
ていても、それを参考にはできるが、前記炭素質微小中
空体を適度に破壊する強度の上丁限を定めることはでき
ない。それは前記炭素質微小中空体の強度はその粒径や
殻厚やその構成状態によって大幅に変動し、また、予備
成型体中の前記炭素質微小中空体の破壊圧力はバインダ
と成型したことにより、前記炭素質微小中空体そのもの
の圧潰強度より大きくなり、バインダの種類によっても
異ったものとなることも明らかである。

以上のことより、本発明においては、炭素質微小中空体
をバインダと共に成型する際の予備成型圧力は該炭素質
微小中空体が割れないように成型できる圧力であればよ
く、該炭素質微小中空体自身の圧潰圧力より大きい圧力
であってもよい。これは、前述したように、バインダと
共に成型したことにより、成型体中の前記炭素質微小中
空体の一粒毎にかかる圧力が等方性を持ち、かつ軽減さ
れるためである。

また、前記成型体中の前記炭素質微小中空体を好適に破
壊する圧力は前記炭素質微小中空体をその球状の形体を
保持したまま破壊させる圧力であればよく、その下限は
炭素質微小中空体の圧潰圧力より大きく、かつ成型体の
圧縮強度以下の圧力であわばよい。

〈実施例〉 以下に、本発明の実施例について、具体的に説明する。

（実施例） 平均粒径２００−１嵩密度０．１２ｇ／ｃｍ３の炭素質
微小中空体５０ｗｔ％と熱硬化性樹脂として粒径７４７
Ａｌｌ（２００メツシユ）以下に粉砕したフェノール樹
［１（昭和高分子製）５０ｗＬ％とを配合し、３０分分
間上う混合した後、１５０Ｘ　１５０Ｘ５０ｍｍの金型
に入れて２００℃で３０分間キユアリングをおこなった
。またこの間に前記樹脂が塑性状態になったとき、５　
ｋｇ／ｃｍ”の加圧後に常圧に戻す操作を３度繰り返し
、バインダによる前記炭素質中空体の結合を良くし、か
つ前記炭素質中空体の充填を密にせしめた。このように
して得た予備成型体に、さらに５０　ｋｇ／ｃｍ２の圧
力を加えて、前記成型体中の前記炭素質中空体を破壊せ
しめた。次いで該成型体を４０℃／ｈｒの昇温速度で、
１０００℃まで加熱してカーボンフオームを得た。

得られたカーボンフオーム中の前記炭素質中空体は顕微
鏡で観察した結果、第３図に示すように好ましく破壊さ
れており、かつ前記炭素質微小中空体の配列状態が確認
された。

〈発明の効果〉 以上詳述したように、本発明により得られるカーボンフ
オームはその構成要素である炭素質微小中空体の少なく
とも一部が、その球状の形体を保持したまま亀裂が生じ
、破壊されているため、従来のカーボンフオームに比べ
て、極めて大きな開気孔容積を有している。このため本
発明のカーボンフオームは従来のカーボンフオームに比
べて、大きな液体、固体のような種々の媒体保持能力が
あり、また、大きな内部表面積を持ち、吸着能力にも優
れているため、炭素の優れた性能と合せて、芳香成分保
持材、悪臭除去材保持材およびバイオリアクタなどを始
めとして多くの産業分野への利用が可能である。

また、本発明のカーボンフオームの製造方法によれば、
炭素質微小中空体をバインダと共に成型して得た予備成
型体を該成型体中の前記炭素質微小中空体をその球状の
形体を保持したまま亀裂、破壊を生じさせるよう圧潰し
た後に炭化させるため、極めて容易に液体保持能力、吸
着能力に優れたカーボンフオームを得ることができる。

さらに、本発明によれば、前記炭素質微小中空体の大き
さや破壊の程度を変えることにより、容易に用途に応じ
た液体保持量を有するカーボンフオームを得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のカーボンフオームの成形体の斜視断
面図である。 第２図は、炭素質微小中空体を破壊する前の予備成形体
の斜視断面図である。 第３図は、「粒子構造」を示す図面代用写真である。第
３図は、実施例で得られた本発明のカーボンフオームの
光学顕微鏡写真（１００倍）である。 符号の説明 １・・・・カーボンフオームの成型体 ２・・・・破壊部を有する炭素質微小中空体３・・・・
バインダ ４・・・・空隙部 ５・・・・破壊部 ６・・・・カーボンフオームの予備成型体７・・・・炭
素質微小中空体（破壊前）ＦＩＧ、１ ＦＩＧ、２ ＦＩＧ−３

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）炭素質微小中空体をバインダとともに成型後、炭
   化して得られるカーボンフォームにおいて、実質的に球
   状の形を保ったまま、破壊されている炭化された炭素質
   微小中空体を含むことを特徴とするカーボンフォーム。
2. （２）炭素質微小中空体をバインダと共に成型した後、
   この成型体を該成型体の圧縮強度以下に加圧し、該成型
   体中の炭素質微小中空体の少なくとも一部を実質的に球
   状の形を保ったまま破壊させた後で炭化させることを特
   徴とするカーボンフォームの製造方法。