无定形碳粒子及使用它的复合材料制造技术

本发明专利技术提供一种无定形碳粒子，该碳粒子是从石油焦炭的燃烧灰中提取的无定形碳粒子，其中，粒子具有非圆形截面，在空气存在下于温度５００℃保持６０分钟时的质量减少率低于３０％，且平均粒径为５０～１μｍ；还提供一种复合材料，其中，在包含有机物或无机物的基质中配合上述无定形碳粒子。本发明专利技术可以廉价地获得刚性、强度优良，且比表面积和细孔容积极小的无定形碳粒子，并且通过配合这样的无定形碳粒子，可以提供改善了特性的复合材料。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及无定形碳粒子及使用它的复合材料。详细地说，本专利技术涉及材质强度、耐腐蚀性、导电性、耐热性、尺寸稳定性等特性优异、且经济性也良好的无定形碳粒子及使用它的复合材料。
技术介绍
无定形碳为具备均质的玻璃质组织构造的异质碳材料，由于优良的机械强度、耐碱性、耐酸性、导电性等特性，近年期待着在各种领域的应用。以往，作为这样的无定形碳的制造方法，例如，如专利文献1～3所公开，已知将酚醛树脂或糠醇树脂等热固性树脂的成型体煅烧碳化的方法，但这样通过煅烧碳化热固性树脂的方法得到的无定形碳不仅费用高，且煅烧时的残碳率不够充分，材质强度等也比期望值差。然而，石油焦炭是比煤发热量高、并且便宜的碳系燃料，现在，广泛用作工业用锅炉等的燃料。使用了这样的石油焦炭的燃烧炉所排出的燃烧灰中，通常含有70质量％以上比例的未燃碳成分，因为干燥热量等同于煤，因此再次作为燃料用于水泥煅烧室中使用作为燃料，或者作为精炼厂的熔融炉等的还原用碳材料使用。但是，由于石油焦炭燃烧灰中所含的未燃碳成分的活性或反应性极低，并且燃烧灰中含有大量碳成分以外的杂质，因此作为石油焦炭燃烧灰的燃料或碳材料的评价低，可预测在不久的将来作为工业废弃物掩埋等处理的可能性高。提出了各种想要有效利用燃料灰中的未燃碳成分的技术，但此技术大多不能适用于石油焦炭燃烧灰中的未燃碳成分。例如，在专利文献4中，公开了将微粉碳锅炉灰与比重小于1且和与水为非混合性的有机溶剂混合，并将此混合物投入水中，使该微粉碳锅炉灰中的碳成分与该有机溶剂共同浮起，并将此浮起物与碳成分一起作为燃料使用的技术，但石油焦炭燃烧灰中的未燃碳成分为与该有机溶剂分离且沉于水底不会浮起。另外，在专利文献5中，公开了在燃烧炉中使燃料、氧化剂从喷嘴喷出所形成的燃烧气体中，将含碳的飞灰与氧化剂一起由喷嘴喷出，使飞灰中的碳燃烧，同时使飞灰熔融，然后用冷却炉将此溶融的飞灰骤冷，制造碳少且玻璃化率高的飞灰的技术，但由于在石油焦炭燃烧灰中二氧化硅成分极少，因此不能制造飞灰。这些技术主要是应对以重油或煤作为燃料的工业用锅炉的燃烧灰，并不能适用于以石油焦炭作为燃料的工业用锅炉的燃烧灰。另外，这些技术是利用以重油或煤作为燃料的燃烧灰中所含碳成分作为燃料，或者除去碳成分以提高飞灰品质的技术，并不是着眼于来自以石油焦炭作为燃料的工业用锅炉的燃烧灰中所含碳成分的特异性，作为更高附加价值的材料利用的技术。日本特公昭39-20061号公报日本特公昭63-59963号公报日本特开平3-164416号公报日本特开平7-213949号公报日本特开平10-281438号公报
技术实现思路
专利技术要解决的课题因此，本专利技术的课题在于廉价地提供刚性、强度优良，且比表面积及细孔容积极小的无定形碳粒子。另外，本专利技术的课题还在于提供通过配合这样的无定形碳粒子来改善特性的复合材料。解决课题的方法解决上述课题的本专利技术是一种无定形碳粒子，该碳粒子是从石油焦炭的燃烧灰中提取的无定形碳粒子，其特征在于，粒子具有非圆形截面，在空气存在下于温度500℃保持60分钟时的质量减少率低于30％，且平均粒径为50～1μm。本专利技术还示出用BET法测定的比表面积为20～1m2/g、以氮吸附法测定的细孔容积为0.020～0.001ml/g的上述无定形碳粒子。本专利技术还示出通过X射线衍射测定的面间隔为3.43以上的上述无定形碳粒子。另外，解决上述课题的本专利技术是一种复合材料，其在包含有机物或无机物的基质中配合了无定形碳粒子，所述碳粒子是从石油焦炭的燃烧灰中提取的无定形碳粒子，其中，粒子具有非圆形截面，在空气存在下于温度500℃保持60分钟时的质量减少率低于30％，且平均粒径为50～1μm。本专利技术还示出复合材料的10～70质量％配合无定形碳粒子的上述复合材料。解决上述课题的本专利技术还是一种碳-碳复合材料，其是使无定形碳粒子和其他的碳粒子复合而形成的，所述碳粒子是从石油焦炭的燃烧灰中提取的无定形碳粒子，其中，粒子具有非圆形截面，在空气存在下于温度500℃保持60分钟时的质量减少率低于30％，且平均粒径为50～1μm。本专利技术碳-碳复合材料还是复合材料的10～70质量％配合无定形碳粒子的碳-碳复合材料。解决上述课题的本专利技术还是一种水泥组合物，其中至少配合无机粘合材料和上述无定形碳粒子。本专利技术的水泥组合物还是总固体成分的10～70质量％配合无定形碳粒子的水泥组合物。专利技术的效果按照本专利技术，由于可以从石油焦炭的燃烧灰获得刚性、强度优良，且比表面积和细孔容积极小的无定形碳粒子，因此是经济的。另外，通过将此无定形碳粒子配合到树脂或橡胶等有机物、金属、玻璃或陶瓷等无机物、水泥组合物、或其他碳材料中，可以提供改善电阻性、带电特性、耐热性、机械强度等特性的复合材料，因此，可以期待其在各种成型制品及结构体领域、半导体领域、传热体领域等中的有用性。附图说明图1为示出本专利技术的无定形碳粒子的粒子形状的倍率1000倍的电子显微镜照片。图2为示出本专利技术的无定形碳粒子的粒子形状的倍率20000倍的电子显微镜照片。图3为示出将本专利技术的无定形碳粒子配合到树脂中时的状态的倍率2000倍的电子显微镜照片。具体实施例方式以下，基于实施方式详细地说明本专利技术。本专利技术的无定形碳粒子是从石油焦炭的燃烧灰中提取的。以往，已知在石油焦炭的燃烧灰中，在灰粒子中含有大量未燃碳，但这样的燃烧灰再次燃烧仅被利用为除去未燃碳的程度。本专利技术人等在研究这样的燃烧灰的有效利用的过程中，发现将来自燃烧灰的灰分(金属氧化物)进行酸洗涤，将碳成分固液分离、干燥、粉碎、整粒而得到的碳为非晶质，即为非晶物质，刚性、强度、耐热性优良，比表面积和细孔容积极小，粒子不是片状或球状而为具有锐角边缘的非圆形截面，并显示在粒子表面具有锐角突起或平滑曲面的复杂形状，以单体、或配合在树脂或橡胶等基质中，可以发挥优异的性能，以至完成了本专利技术。众所周知，本专利技术的无定形碳粉末的原材料的石油焦炭是在原油精制过程中，通过在500℃～600℃中加热主要由减压蒸馏装置所流出的重质残渣油(沥青部分)而引起焦化反应，进行热分解，并使挥发的汽油、灯油、轻油馏分等分离后，作为固体物副产的碳制品。根据原油产地以及制造步骤使得性状有所差异，不应特别限定，作为石油焦炭的性状，可以举出，例如，总水分4～8％、灰成分0.3～0.6％、挥发成分10～14％、发热量8000～9000kcal/kg、硫成分0.5～6％、钒成分300～2500ppm左右的石油焦炭。本专利技术的无定形碳是从以这样的石油焦炭为燃料的燃烧炉，例如，微粉碳锅炉、气化炉等所产生的燃烧灰中提取的。作为在这样的燃烧炉中的燃烧条件，没有特别的限定，可以举出，例如，在氧化环境下在800～1300℃中进行1～24小时。作为原料的燃烧灰的组成，没有特别限定，可以举出，例如，H2O 0.1～1质量％、C 72～90质量％、H 0.1～1.5质量％、O 1～10质量％、Cl 0.01～0.1质量％、NH31～3质量％、SO43～20质量％、V 0.50～2.50质量％、Fe 0.10～1.00质量％、Mg 0.02～0.10质量％、P 0.01～0.10质量％、Ca 0.05～0.25质量％、Na 0.05～0.25质量％、K 0.01～0.05质量％、Al 0.05～本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无定形碳粒子，该碳粒子是从石油焦炭的燃烧灰中提取的无定形碳粒子，其中，粒子具有非圆形截面，在空气存在下于温度５００℃保持６０分钟时的质量减少率低于３０％，且平均粒径为５０～１μｍ。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：高木阳一，
申请(专利权)人：三菱商事株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]