JP3024697B2 - 炭素フィブリル材料 - Google Patents

炭素フィブリル材料

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    • B29K2307/00—Use of elements other than metals as reinforcement

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野及び従来の技術】本出願は、米
国特許出願番号第678,701 号（出願人:Tennent）で現在
米国特許第4,663,230 号となっている出願（この出願内
容は参照により本明細書中に含める）の一部継続出願で
ある1986年 6月 6日に出願された米国特許出願番号第87
2,215 号（出願人：Tennent et al)の一部継続出願であ
る。前記米国特許出願番号第872,215 号は本出願と同じ
譲受人に譲渡されており、その出願内容も参照により本
明細書中に含める。また、前記Tennent の米国特許第4,
663,230 号の一部継続出願である本出願と同じ譲受人に
譲渡された1986年 6月 6日に出願された米国特許出願番
号第871,676 号および第871,675 号の出願内容も参照に
より本明細書中に含める。
【０００２】本発明は炭素フィブリル材料に係る。
【０００３】炭素堆積は一般に、非晶質、円板状及び微
細糸状の主として３つの形態で形成される。炭素フィブ
リルは、 500nm未満の直径をもつ微細糸状の炭素堆積物
である。これらのフィブリルは、フィラメント（中実）
及びチューブ（中空）のごとき種々の形態で存在し、金
属表面で種々の炭素含有ガスを接触分解させることによ
って製造されている。
【０００４】Tennent の米国特許第 4,663,230号明細書
は、連続的な熱炭素被覆がなくフィブリル軸に実質的に
平行な多数の黒鉛質外層をもつ炭素フィブリルを開示し
ている。これらの炭素フィブリルは、炭素含有ガスを
鉄、コバルトまたはニッケル含有触媒と 850〜1200℃の
温度で接触させることによって製造される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の１つの目的
は、前出のTennent 特許に開示されたものと同種の炭素
フィブリルからなる炭素フィブリル材料を提供すること
である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】個々の炭素フィブリルの
長手方向に沿った主な形態学的特徴は、連続的な熱炭素
被覆（即ち、フィブリルの製造に使用されたガス供給物
の熱クラッキングによって熱分解付着した炭素被覆）が
なく、フィブリル軸に実質的に平行な黒鉛質の層をもつ
微細糸状チューブ(vermicular tube）の形態を有するこ
とである。熱炭素被覆で覆われた表面積は合計で好まし
くは50％以下、より好ましくは25％以下であり、更に好
ましくは 5％以下である。フィブリル軸上黒鉛質層の投
影部分の長さは、フィブリル直径の２倍以上（好ましく
は５倍以上）の値である。本発明の一定容量の炭素フィ
ブリルにおいて有効量の炭素フィブリル（この量は所望
の特定用途によって決まる）が上記した形態学的特徴を
もつのが好ましい。好ましい炭素フィブリル材料は、上
記の形態学的特徴をもつフィブリルを10％以上（好まし
くは50％以上、より好ましくは75％以上）含有する。
【０００７】
【発明の実施の形態】上記の形態学的特徴をもつフィブ
リルが生成するために十分な温度及びその他の反応条件
下に反応器内で金属触媒を炭素含有ガスと接触させるこ
とによってフィブリルを製造する。反応温度は好ましく
は 400〜850 ℃、より好ましくは 600〜750 ℃である。
反応器を反応温度に加熱し、金属触媒粒子を導入し、次
に触媒を炭素含有ガスと連続的に接触させることによっ
てフィブリルを連続的に製造するのが好ましい。適当な
ガスは例えば、エチレン、プロピレン、プロパン及びメ
タンのごとき脂肪族炭化水素類、一酸化炭素、ベンゼ
ン、ナフタリン及びトルエンの如き芳香族炭化水素類、
並びに酸素含有炭化水素類である。フィブリルの成長が
（反応器の壁部に限られずに）反応器の容積全体におい
て生起されるが好ましく、また触媒の金属含量に対する
生成フィブリルの重量比が1:1000〜1000:1の範囲である
のが好ましい。
【０００８】好ましい触媒は非水性であり（即ち触媒が
非水性溶媒を用いて調製される）、鉄と、好ましくはＶ
族（例えばバナジウム）、VI族（例えばモリブデン、タ
ングステンまたはクロム）、VII 族（例えばマンガン）
またはランタニド類（例えばセリウム）から選択された
１種類以上の元素とを含有する。非水性触媒が好ましい
理由は、再現性がよく、また pＨまたは触媒の熱履歴の
慎重な制御が不要なためである。好ましくは金属粒子の
形態の触媒を、支持体例えばアルミナ（好ましくは蒸着
アルミナfumed alumina)に付着されてもよい。これらの
触媒は、炭素フィブリル一般及びTennent 特許に記載の
種類のフィブリルの製造に有用である。好ましくは、触
媒のクロム含量は８重量％未満である。
【０００９】かくして製造された炭素フィブリルの長さ
対直径比は５以上、より好ましくは100以上である。長
さ対直径比が1000以上のフィブリルはより好ましい。フ
ィブリルの壁厚はフィブリル外径の約 0.1〜0.4 倍であ
る。
【００１０】フィブリルの外径は好ましくは 3.5〜75nm
の範囲である。フィブリルの直径分布に関し、有効量の
（この量は所望の特定用途によって決まる）所望の形態
学的特徴をもつフィブリルは所定範囲内、好ましくは
3.5〜75nmの範囲の直径をもつ。好ましくは10％以上、
より好ましくは50％以上、特に好ましくは75％以上のフ
ィブリルが上記範囲内の直径をもつ。高強度フィブリル
が必要な用途（例えばフィブリルを強化材として使用す
る用途）では、フィブリル直径の３倍以上（好ましくは
10倍以上、より好ましくは25倍以上）の長さにわたって
フィブリルの外径が15％以上変動しないのが好ましい。
【００１１】本発明は、優れた機械的特性例えば引張強
さを与える形態学的特徴及び微細組織（実質的に平行な
黒鉛質層、大きい長さ対直径比、連続的な熱炭素被覆の
欠如）をもつ炭素フィブリルからなる炭素フィブリル材
料を提供する。比較的低温を使用すること及び反応器の
全容積を利用し得ることの双方によって、方法の経済性
及び効率が向上する。
【００１２】フィブリルは多様な用途に有用である。例
えば、繊維強化複合構造体またはハイブリッド複合構造
体（即ちフィブリルに加えて連続繊維のごとき強化材を
含有する複合材料）における強化材として使用され得
る。複合体は更に、カーボンブラック及びシリカのごと
き充填材を１種類または数種類同時に含有してもよい。
強化可能マトリックス材料の例は、無機または有機のポ
リマー類、セラミックス（例えばポルトランドセメン
ト）、炭素、及び金属類（例えば鉛または銅）である。
マトリックスが有機ポリマーの場合、該マトリクッス
は、エポキシ、ビスマレイミド、ポリイミドもしくはポ
リエステル樹脂のごとき熱硬化性樹脂でもよく、熱可塑
性樹脂でもよく、または反応射出成形樹脂(reaction in
jection moldedresin）でもよい。フィブリルはまた連
続繊維を強化するために使用され得る。フィブリルによ
って強化され得る連続繊維またはハイブリッド複合体中
に混入され得る連続繊維の例は、アラミド、炭素及びガ
ラス繊維であり、これらは単独でも併用されてもよい。
連続繊維は、編織し得るし、巻縮も可能であり、また真
っ直ぐにすることもできる。
【００１３】複合体は発泡体及びフィルムのごとき多く
の形態で存在し、光線吸収材（例えばレーダーまたは可
視光線）、接着剤、あるいはクラッチまたはブレーキの
摩擦材として使用され得る。特に好ましいものは、例え
ばスチレン−ブタジエンゴム、シス− 1,4−ポリブタジ
エンまたは天然ゴムのごときエラストマーマトリックス
を用いるフィブリル強化複合体である。かかるエラスト
マーベースの複合体は更に、カーボンブラック及びシリ
カのような充填材を１種類または数種類含有してもよ
い。（カーボンブラックまたはシリカ充填材を任意に含
む）これらの複合体はタイヤの形態に製造されると有用
である。フィブリルはタイヤに添加できるオイルの量を
増加させ得る。
【００１４】強化材として使用される以外にも、フィブ
リルは熱伝導率、電気導伝率及び光学的特性の強化され
た複合体を製造するために、マトリックスと結合して使
用され得る。フィブリルはまた複層コンデンサープレー
トまたは電極の表面積を拡大するために使用され得る。
フィブリルはまた、マット（例えば紙またははり合わせ
不織布）に形成してもよく、フィルター、遮蔽材（例え
ば断熱または防音）、強化材として使用されてもよく、
またはカーボンブラックの表面に接着されて「起毛(fuz
zy）」カーボンブラックを形成してもよい。更に、フィ
ブリルは例えばクロマトグラフィー分離の吸着材として
も使用され得る。
【００１５】500nm以下の直径をもつ微細糸状チューブ
状の炭素フィブリル材料で強化した複合体は、複合体中
のフィブリル材料の量が他のタイプの強化材に比較して
有意に少なく（例えは50部以下、好ましくは25部以下、
より好ましくは10部以下）、強化材の量が少ないにもか
かわらず予想外の優れた機械的特性（例えば弾性率及び
引裂強さ）を示すことが知見された。好ましくはフィブ
リルは連続的な熱炭素被覆がなく、前記したごとくフィ
ブリル軸に実質的に平行な黒鉛層をもつ。
【００１６】本発明の他の特徴及び利点は、実施例に関
する以下の記載及び特許請求の範囲より明らかである。
【００１７】
【実施例】製造 炭素フィブリルの製造を以下の実施例で説明する。
【００１８】実施例１ 温度 550〜850 ℃の垂直式管状反応器において、重力ま
たはガス噴射（例えば不活性ガス使用）によって金属含
有触媒粒子を炭素含有ガス流に導入することによって炭
素フィブリルを製造する。触媒粒子は、前駆的化合物例
えばフェロセンの分解によって反応器中で形成されても
よい。反応器は、触媒粒子を受けとめる石英ウールの内
部プラグと反応器の温度をモニターする熱電対とを備え
た石英管を含む。触媒、反応ガス及びパージガス例えば
アルゴンを夫々導入する入口ポート及び反応器のガス抜
き用出口ポートが設けられている。
【００１９】適当な炭素含有ガスは、飽和炭化水素類、
例えばメタン、エタン、プロパン、ブタン、ヘキサン及
びシクロヘキサン、不飽和炭化水素類例えばエチレン、
プロピレン、ベンゼン及びトルエン、酸素含有炭化水素
類例えばアセトン、メタノール及びテトラヒドロフラ
ン、並びに一酸化炭素である。好ましいガスはエチレン
及びプロパンである。好ましくは水素ガスを添加する。
典型的には、炭素含有ガス対水素ガスの比は1:20〜20:1
の範囲である。好ましい触媒は、蒸着アルミナに付着さ
せた鉄、モリブデン−鉄、クロム−鉄、セリウム−鉄及
びマンガン−鉄粒子である。
【００２０】フィブリルを成長させるために、反応管を
550〜850 ℃に加熱し、同時に例えばアルゴンでパージ
する。（熱電対で測定して）反応管が所定温度に達する
と、水素流及び炭素含有ガス流の導入を開始する。１イ
ンチ長さの反応管にとって、約 100ml／分の水素流量及
び約 200ml／分の炭素含有ガス流量が適当である。反応
管を上記流量の反応ガスで５分間以上パージした後、触
媒を石英ウールプラグに落とす。次に反応ガスを反応器
内全体において、触媒と（典型的には 0.5〜１時間）反
応させる。反応時間が終了すると、反応ガス流を停止
し、炭素非含有ガス例えばアルゴンをパージして反応器
を室温まで冷却する。次に反応管からフィブリルを回収
して計量する。
【００２１】典型的には、フィブリルの収率は触媒の鉄
含量の30倍以上である。
【００２２】上記手順によって、下記の形態学的特徴を
もつフィブリルを有効な量（好ましくは10％以上、より
好ましくは50％以上、特に好ましくは75％以上）で含有
する一定容量の炭素フィブリルが得られる。フィブリル
は太さ 3.5〜75nmであり、太さの５倍以上から1000倍以
上の長さをもつ微細糸状黒鉛チューブである。この微細
糸状チューブを構成する黒鉛質層は、より詳細に後述す
るごとく、フィブリル軸に実質的に平行である。フィブ
リルはまた連続的な熱炭素被覆をもたない。
【００２３】図１は、上記のごとく製造した炭素フィブ
リル10を示す。フィブリル10は、中空のコア領域14と、
該コア領域を包囲しフィブリル軸16に実質的に平行な黒
鉛質層12とから成る。
【００２４】代表的な黒鉛質層13の投影部（projectio
n）18の長さが、フィブリル10の外形20に比較して比較
的大きい例えばフィブリル直径の２倍以上、好ましくは
フィブリル直径の５倍以上）ことによって実質的な平行
性が得られる。これは図２のフィブリル20と対照的であ
る。図２では、中空コア24を包囲する黒鉛質層22の投影
部28のフィブリル軸26に沿った長さは、フィブリル直径
30よりもかなり短い。この短い投影部は、図１のごとき
実質的に平行な形態学的特徴でなく、図２に示す魚骨形
の形態学的特徴を与える。
【００２５】図１のフィブリル10はまた連続的熱炭素被
覆をもたない。かかる被覆は一般に、フィブリルの製造
に使用されたガス供給の熱クラッキングによって生じた
熱分解付着炭素である。熱炭素被覆で覆われる表面積の
合計は50％以下（より好ましくは25％以下、特に好まし
くは 5％以下）が好ましい。
【００２６】実施例２ ３ｌの丸底フラスコに80.08 ｇのDegussa 蒸着アルミナ
と 285mlのメタノールとを導入した。混合物を粘性のペ
ースト状になるまで撹拌し、78.26 ｇ（ 0.194モル）の
硝酸第二鉄・９水和物と4.00ｇ（ 0.123モル）のモリブ
デン（VI）オキシドビス（2,4-ペンタンジオネート）
（Ｆｅ対Ｍｏの原子比94:6）との300 mlメタノール溶液
をゆっくり添加した。フラスコの側面で収集した粘性ペ
ーストを、65mlのメタノールで十分に洗浄し、混合物を
１時間撹拌後に室内真空（28 in.Hg）を作用させて１晩
撹拌した。紫色を帯びた固体を 100℃（28 in.Hg）の真
空炉内に29時間維持した。合計 110.7ｇの触媒が得られ
た。触媒を粉砕し、使用する前に80メッシュの篩に通し
た。分析によれば触媒は、9.43％の鉄と0.99％のモリブ
デンとを含有していた。
【００２７】内部石英ウールプラグと熱電対とを備えた
１インチ長の石英管を収容した垂直式炉を、 100ml／分
の水素と 200ml／分のエチレンとの下向流でもって 650
℃で平衡させた。管に（石英ウールプラグに）0.1044ｇ
の上記触媒を導入した。30分後、エチレン流を停止さ
せ、炉を室温近傍まで冷却した。合計1.2434ｇのフィブ
リルを回収した。これは触媒の鉄含量の 126倍の収率に
相当する。
【００２８】実施例３ 実施例２の触媒試料（1.6371ｇ）を横型炉に入れ、アル
ゴン下に 300℃に加熱した。この温度に30分間維持後、
炉を冷却し、1.4460ｇの触媒を回収した（12重量％減
量）。この結果11.1％の鉄と 1.2％のモリブデンとが触
媒中に残存する。
【００２９】内部石英ウールプラグと熱電対とを備えた
１インチ長の石英管を収容した垂直式管状炉を、 100ml
／分の水素の下向流と 200ml／分のエチレン流との下、
650℃で平衡させた。高温石英管に0.1029ｇの上記触媒
を添加した。30分後、エチレン流を停止し、炉を室温近
傍まで冷却した。合計1.3705ｇのフィブリルを単離し
た。この収率は理論的鉄含量に基づいて鉄含量の120 倍
の収率に相当する。
【００３０】実施例４ 実施例２の垂直式管状炉を 100ml／分の水素と 200ml／
分のプロパン流との下700℃で平衡させた。石英ウール
プラグに0.1041ｇの実施例２の触媒を添加した。30分後
に燃料ガスを停止し、生成物をアルゴン下に冷却した。
合計0.3993ｇのフィブリルを単離した。この収量は触媒
鉄含量の41倍に相当する。
【００３１】実施例５ 実施例２の触媒を0.1004ｇ使用し、 650℃で実施例４の
手順を反復した。合計0.3179ｇのフィブリルを回収し
た。この収率は触媒の鉄含量の34倍に相当する。
【００３２】実施例６ 丸底フラスコに4.25ｇのDegussa 蒸着アルミナと30mlの
メタノールとを導入した。混合物を機械的に撹拌しなが
ら、4.33ｇ（10.7ミリモル）の硝酸第二鉄・９水和物と
0.51ｇ（1.56ミリモル）のモリブデン（VI）オキシドビ
ス（2,4-ペンタンジオネート）との50mlメタノール溶液
をゆっくりと添加した。混合物を１時間撹拌後に回転蒸
発器で溶媒を除去した。得られた湿性固体を 105℃、28
in.Hgで18時間真空乾燥した。得られた触媒を粉砕し、
80メッシュの篩に通した。合計5.10ｇの触媒が得られ
た。分析の結果、触媒は9.04％の鉄と2.18％のモリブデ
ンとを含有していた。
【００３３】0.0936ｇの上記触媒を使用し、 650℃で実
施例２の手順を用いてフィブリルを製造した。合計0.94
87ｇのフィブリルを単離した。この収量は鉄の重量含量
の 126倍に相当する。
【００３４】実施例７ 丸底フラスコに3.80ｇのDegussa 蒸着アルミナと30mlの
メタノールとを導入した。混合物を機械的に撹拌しなが
ら、4.33ｇ（10.7ミリモル）の硝酸第二鉄・９水和物と
2.04ｇ（6.25ミリモル）のモリブデン（VI）オキシドビ
ス（2,4-ペンタンジオネート）との 100mlメタノール溶
液をゆっくりと添加した。混合物を１時間撹拌後に回転
蒸発器で溶媒を除去した。得られた湿性固体を 105℃、
28 in.Hgで17時間真空乾燥した。乾燥した触媒を80メッ
シュの篩に通して6.10ｇの粉末を得た。分析の結果、触
媒は8.61重量％の鉄と8.13重量％のモリブデンとを含有
していた。
【００３５】0.1000ｇの上記触媒を使用し、 650℃で実
施例２の手順を用いてフィブリルを製造した。合計0.88
16ｇのフィブリルを単離した。この収量は鉄の重量含量
の 102倍に相当する。
【００３６】実施例８ メタン及び0.1016の触媒を使用し、 700℃で実施例７の
手順を反復した。合計0.0717ｇのフィブリルを単離し
た。この収量は触媒の鉄含量の 8.2倍に相当する。
【００３７】実施例９ 500mlの丸底フラスコに4.37ｇのDegussa 蒸着アルミナ
と28mlのメタノールとを導入した。4.33ｇ（10.7ミリモ
ル）の硝酸第二鉄・９水和物と0.46ｇ（1.32ミリモル）
のアセチルアセトン酸クロムとの75mlメタノール溶液を
添加した。混合物を１時間撹拌後に 105℃及び28 in.Hg
で18時間乾燥した。触媒を粉砕し、篩（80メッシュ）に
通して5.57ｇの粉末を得た。理論的金属含量は、鉄11.9
重量％及びクロム 1.4重量％であった。
【００３８】0.0976ｇの上記触媒を使用し、 650℃で実
施例２の手順でフィブリルを製造した。合計0.9487ｇの
フィブリルを単離した。この収量は理論的鉄含量の82倍
に相当する。
【００３９】実施例10 500mlの丸底フラスコに4.40ｇのDegussa 蒸着アルミナ
と35mlのメタノールとを導入した。粘性ペーストに35ml
メタノール中の4.32ｇ（10.7ミリモル）の硝酸第二鉄・
９水和物を添加した。混合物を45分間撹拌後に固体を95
℃及び28 in.Hgで18時間乾燥した。触媒を粉砕し、篩
（80メッシュ）に通した。
【００４０】0.0930ｇの上記触媒を使用し、 650℃で実
施例２の手順でフィブリルを製造した。合計0.4890ｇの
フィブリルを単離した。この収量は理論的鉄含量の46倍
に相当する。
【００４１】実施例11 丸底フラスコに4.33ｇのDegussa 蒸着アルミナと30mlの
メタノールとを導入した。撹拌ペーストに4.33ｇ（10.7
ミリモル）の硝酸第二鉄・９水和物と0.42ｇ（1.19ミリ
モル）のアセチルアセトン酸第二鉄との50mlメタノール
溶液を添加した。混合物を75分間撹拌し、 105℃及び28
in.Hgで17時間乾燥した。固体を粉砕し、篩（80メッシ
ュ）に通して5.87ｇの触媒を得た。分析によれば、触媒
中の鉄含量は、鉄13.79 ％であった。
【００４２】0.0939ｇの上記触媒を使用して 650℃で実
施例２の手順でフィブリルを製造し、0.3962ｇのフィブ
リルを得た。この収量は触媒の理論的鉄含量の31倍に相
当する。
【００４３】実施例12 丸底フラスコに20ml水中4.33ｇのDegussa 蒸着アルミナ
を導入し、次に4.33ｇ（10.7ミリモル）の硝酸第二鉄・
９水和物と0.17ｇ(0.138ミリモル）のモリブデン酸アン
モニウムとの40ml水溶液を導入した。混合物を機械的に
１時間撹拌した。減圧下40℃で水を一晩かけて除去し
た。 140℃及び26 mm Hgで21時間最終乾燥し、5.57ｇの
固体を得た。分析によれば、触媒は9.87％の鉄と1.45％
のモリブデンとを含有していた。
【００４４】0.0794ｇの上記触媒を使用して 650℃で実
施例２の手順を用いてフィブリルを製造し、0.8659ｇの
フィブリルを得た。これは触媒の鉄含量の 111倍に相当
する。
【００４５】実施例13 4.33ｇのDegussa 蒸着アルミナと30mlのメタノールとを
収容した丸底フラスコに、4.33ｇ（10.7ミリモル）の硝
酸第二鉄・９水和物と0.16ｇ（ 0.368ミリモル）の硝酸
セリウムとの50mlメタノール溶液を添加した。20mlの追
加のメタノールを使用してフラスコ内の全部の塩を洗浄
した。混合物を１時間撹拌後に減圧下に溶媒を除去し
た。固体 130℃及び27 mm Hgで４日間乾燥し、5.32ｇの
触媒を得た。分析によれば、固体は9.40％の鉄と0.89重
量％のセリウムとを含有していた。
【００４６】0.0914ｇの触媒を用いて 650℃で実施例２
の手順でフィブリルを製造し、0.7552ｇのフィブリルを
得た。これは触媒の鉄含量の88倍に相当する。
【００４７】実施例14 丸底フラスコに4.33ｇのDegussa 蒸着アルミナと30mlの
メタノールとを導入した。4.33ｇ（10.7ミリモル）の硝
酸第二鉄と0.31ｇ（1.22ミリモル）のアセチルアセトン
酸マンガン（II）との50mlメタノール溶液をアルミナに
注いだ。減圧下（27 mm Hg）に溶媒を除去し、湿性固体
を 140℃で真空乾燥して5.18ｇの固体を得た。分析によ
れば、触媒は9.97％の鉄と1.18％のマンガンとを含有し
てした。
【００４８】0.070ｇの上記触媒を使用して 650℃で実
施例２の手順でフィブリルを製造し、0.4948ｇのフィブ
リルを得た。これは触媒の鉄含量の66倍に相当する。
【００４９】実施例15 4.33ｇのDegussa 蒸着アルミナと30mlのメタノールとを
丸底フラスコに導入した。4.33ｇ（10.7ミリモル）の硝
酸第二鉄と0.43ｇ（1.22ミリモル）のアセチルアセト酸
マンガン（III ）との50mlメタノール溶液をアルミナに
注いだ。減圧下に溶媒を除去し、湿性固体を 140℃で真
空乾燥して5.27ｇの固体を得た。分析によれば、触媒は
10.00 ％の鉄と1.18％のマンガンとを含有してした。
【００５０】0.723ｇの触媒を使用し、 650℃で実施例
２の手順で0.7891ｇのフィブリルを製造した。この収量
は触媒の鉄含量の 110倍に相当する。
【００５１】実施例16 Degussa 蒸着アルミナ(400ｇ）と脱イオン水(8.0ｌ）と
を、撹拌器、 pＨメーター、プローブ及び２つの 2ｌ添
加漏斗を備えた22ｌフラスコに導入した。一方の漏斗に
は水5654ml中に硝酸第二鉄・９水和物 511ｇを溶解させ
た溶液が入れてあり、他方の漏斗には水5700ml中に重炭
酸ナトリウム 480ｇ溶解した溶液が入れてある。
【００５２】pＨを上げるためには重炭酸ナトリウム溶
液を加え、 pＨを下げるためには硝酸第二鉄溶液を加え
ることによって、アルミナスラリーの pＨを 6.0に調整
した。次に pＨを 6.0に維持してよく攪拌させながら３
〜４時間に亘って両溶液を同時に加えた。添加終了後更
に1/2 時間攪拌を続け、その後32cmブフナー漏斗でスラ
リーを濾過した。次いでフィルターケーキを脱イオン水
で洗浄し、22ｌフラスコに戻した。次に脱イオン水を更
に加えて、スラリーを更に1/2 時間攪拌した。そのバッ
チを濾過し、脱イオン水で洗浄し、 100℃で真空乾燥さ
せて所定重量(475ｇ）を得た。乾燥後、生成物を粉砕
し、−80メッシュの篩にかけて、所期の触媒を調製し
た。
【００５３】実施例17 底部が閉じた４インチの石英管を、直径４インチＸ長さ
24インチの炉内に置いた。石英管を 620℃に加熱しなが
ら、アルゴンでパージした。管が加熱されたなら、４イ
ンチ管の底部に接続している排出管を通して、ガス供給
を水素(1.0ｌ／分）とエチレン(5.6ｌ／分）の混合物に
切り替えた。５分間パージした後、触媒添加を開始し
た。
【００５４】実施例16に記載したようにして調製した触
媒を全部で 41.13ｇ触媒溜めに加えた。約６時間にわた
って高温の反応器に触媒を少量(0.2ｇ）加えた。更に１
時間反応させてから、アルゴンを供給しながら室温に冷
却した。反応管からフィブリルを取り出して計量する
と、このバッチからは合計 430ｇが生産された。
【００５５】実施例18 実施例17に記載した管及び炉をアルゴンでパージしなが
ら 650℃に加熱した。管が加熱されたなら、実施例17に
記載したように水素及びエチレンにガス供給を切り替え
た。
【００５６】実施例17に記載したような方法で、実施例
２の触媒（Fe−Mo）を合計20.4ｇ加えると、このバッチ
からは合計 255ｇが生産された。
【００５７】実施例19 炭素フィブリルの連続製造を以下のように実施した。
【００５８】再生及び調製COを、実施例２に記載したよ
うにして調製した触媒と一緒にれんがで裏打ちしてある
フロータワー反応器（直径0.30メートル、高さ20メート
ル）に供給した。再生CO及び調製COの混合流は、同タワ
ー頂部から入って、混合ガス流の温度を1100℃に加熱す
るセラミックストリップヒーターを通って下向きに流れ
る。スターフィーダーによって触媒をCO流に供給する。
【００５９】反応領域を流れるガス流量は0.16ｍ/secで
あり、同反応領域の長さは約10メートルである。反応は
低温(100℃）のガスを注入することによって停止させる
ことができる。生成フィブリルは多孔セラミックフィル
ター上に集積する。流出ガスを約 1.3気圧に再圧縮す
る。反応器内で形成された未知の不純物および供給CO中
に含まれる未知の不純物を均衡させるために、流出ガス
からパージ用ガスを少量取り出した。調製COを加える前
にガス流を KOHベッド（直径 0.5ｍＸ長さ２ｍ）に通
す。次いでこの流れを、９ｇ／秒で熱交換機を通る流れ
と、３ｇ／秒で反応タワーに戻る流れとに分割する。
【００６０】３時間後、装置全体を停止させ、冷却し、
セラミックフィルターを取り外す。フィルター上にマッ
ト化した炭素フィブリルが得られる。
【００６１】実施例20 触媒を、実施例２のように調製し、粉砕し、 500メッシ
の篩にかけた。分析すると、触媒中には鉄9.84％及びモ
リブテン0.95％が存在した。
【００６２】粗石英フリットを含有する直径１インチの
石英管を炉内に垂直に設置した。反応器を、ちょうど石
英フリットの下に位置する熱電対で測定して 630℃に加
熱した。フリット上方の温度は、フリットからの距離に
応じて20〜40℃高くなる。供給ガス流の組成は、エチレ
ン1390ml／分及び水素 695ml／分であった。触媒を反応
器のフリット上方に導入し、５分間反応させた。10秒間
ガス流を４倍にすることによって反応器から生成物をパ
ージした。サイクロンによって生成物を分離させた。短
時間平衡状態を保ってから、上記過程を繰り返した。23
サイクル繰り返すと、充填した触媒に含まれる鉄含有量
の22倍の生産量が得られた。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明を具体化するフィブリルの一部
の平面図である。
【図２】図２は、実質的に平行な黒鉛質層をもたない本
発明の範囲外のフィブリルの一部の平面図である。
【符号の説明】
１０、２０ 炭素フィブリル １２、１３、２２ 黒鉛質層 １４、２４ 中空コア領域 １６、２６ フィブリル軸 １８、２８ 投影部 ２０ 外径
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ダブリユ・ハリー・マンデビル アメリカ合衆国、マサチユーセツツ・ 01940、リンフイールド、ピリングス・ ポンド・ロード・７ (72)発明者 ハワード・ジー・テネント アメリカ合衆国、ペンシルバニア・ 19348、ケネツト・スクエアー、チヤン ドラー・ミル・ロード・301 (72)発明者 ラリー・ケイ・トウルースデイル アメリカ合衆国、マサチユーセツツ・ 01845、ノース・アンドウバ、クロスボ ウ・レイン・148 (72)発明者 ジエイムズ・ジエイ・バーバー アメリカ合衆国、マサチユーセツツ・ 01274、アーリントン、キンボール・ロ ード・24 (56)参考文献 特開 昭58−156512（ＪＰ，Ａ) 特表 昭62−500943（ＪＰ，Ａ) ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＣＡＴＡＬＹ ＳＩＳ 30，ｐ86〜95（1973) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) D01F 9/127

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 連続的な熱炭素被覆をもたず、複数の黒
    鉛質層を有する中空微細糸状チューブ形態の多数の炭素
    フィブリルを含む吸着材用炭素フィブリル材料であっ
    て、該黒鉛質層の投影部のフィブリル軸に沿った長さが
    フィブリル直径の２倍以上でありかつ該フィブリルの壁
    厚がフィブリル外径の約 0.1〜0.4倍であり、該フィブ
    リルが吸着剤を形成し、該フィブリルの外径が3.5〜75
    ｎｍであることを特徴とする前記材料。
  2. 【請求項２】 前記吸着材をクロマトグラフィー分離に
    使用する請求項１に記載の材料。
  3. 【請求項３】 連続的な熱炭素被覆をもたず、複数の黒
    鉛質層を有する中空微細糸状チューブ形態の多数の炭素
    フィブリルを含み、該黒鉛質層の投影部のフィブリル軸
    に沿った長さがフィブリル直径の２倍以上でありかつ該
    フィブリルの壁厚がフィブリル外径の約 0.1〜0.4倍で
    あり、該フィブリルの外径が3.5〜75ｎｍである炭素フ
    ィブリル材料より成る強化材用連続ファイバー。
  4. 【請求項４】 連続的な熱炭素被覆をもたず、複数の黒
    鉛質層を有する中空微細糸状チューブ形態の多数の炭素
    フィブリルを含むフィルター用炭素フィブリル材料であ
    って、該黒鉛質層の投影部のフィブリル軸に沿った長さ
    がフィブリル直径の２倍以上でありかつ該フィブリルの
    壁厚がフィブリル外径の約 0.1〜0.4倍であり、該フィ
    ブリルがフィブリルマットの形態にあり、前記マットを
    フィルターとして使用することおよび該フィブリルの外
    径が3.5〜75ｎｍであることを特徴とする前記材料。
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