(57)【要約】【課題】廃タイヤ等の原料を有効に用い、簡便に、良質で工業有用な材料を得る製造方法及びそのような製造方法により得られる炭素粒子を提供する。【課題手段】ゴムタイヤを特定温度に昇温した後特定時間加熱する非燃焼加熱分解を行ない炭化物を得；水を添加し混合物を得；混合物を通気しながら２５０〜４００℃にて加熱し；水を添加し急冷し；加圧下特定温度で水分の蒸発が完結するまで加熱し；加圧を急激に解放し常圧とする工程を含む炭素粒子の製造方法及び当該方法で得られた炭素粒子。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
（１）ゴムタイヤを、２５０〜４５０℃に昇温した後当該温度にて１．０〜２．０時間加熱する非燃焼加熱分解を行ない、炭化物を得る工程；
（２）前記炭化物に、水を添加し混合物を得る工程；
（３）工程（２）で得られた前記混合物を、通気しながら２５０〜４００℃にて加熱する工程；
（４）工程（３）で得られた材料に水を添加し急冷する工程；
（５）工程（４）で得られた材料を、加圧下で２５０〜４００℃で、水分の蒸発が完結するまで加熱する工程；及び
（６）加圧を急激に解放し常圧とする工程
を含む炭素粒子の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法で得られた炭素粒子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、炭素粒子の製造方法及び炭素粒子に関し、より詳細には、廃タイヤ等の原料を有効に用い、簡便に良質な炭素粒子を製造する方法及びそのような方法により製造された炭素粒子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
廃タイヤは、一般的に製鉄所や発電所の燃料として、又は単に処分するために焼却されることが多いが、廃タイヤの焼却においては悪臭や有毒ガスの発生が問題となる。
【０００３】
悪臭や有毒ガスの発生のより少ない廃タイヤの処分方法として、廃タイヤを乾溜熱分解することが従来より提案されている（例えば、特許文献１参照）が、その場合、係る処理により発生するゴム炭と呼ばれるゴムの炭化物をさらにどのように処分するかが問題となる。
【０００４】
係るゴム炭の処分方法としては、廃棄物として埋立により処分する方法が考えられるが、そのように処分される廃棄物の量を減少させることが求められるため、係る廃タイヤ又はその乾留熱分解により発生するゴム炭を有効に利用する方法が求められる。
【０００５】
ところで、活性炭、カーボンブラック等の炭素粒子は、工業上有用な材料であり、その製造方法としては、従来より数多くのものが知られている（例えば、特許文献２参照）が、前記ゴム炭を原料として用いる方法であって、且つ簡便な方法により係る炭素粒子を製造する方法は、これまで特に提案されていない。
【０００６】
【特許文献１】
特開平８−１０４８７９号公報
【特許文献２】
特開平５−１９３９１８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、廃タイヤ等の原料を有効に用い、簡便に、良質で工業有用な材料を得る製造方法及びそのような製造方法により得られる炭素粒子を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、（１）ゴムタイヤを、２５０〜４５０℃に昇温した後当該温度にて１．０〜２．０時間加熱する非燃焼加熱分解を行ない、炭化物を得る工程；
（２）前記炭化物に、水を添加し混合物を得る工程；
（３）工程（２）で得られた前記混合物を、通気しながら２５０〜４００℃にて加熱する工程；
（４）工程（３）で得られた材料に水を添加し急冷する工程；
（５）工程（４）で得られた材料を、加圧下で２５０〜４００℃で、水分の蒸発が完結するまで加熱する工程；及び
（６）加圧を急激に解放し常圧とする工程
を含む炭素粒子の製造方法が提供される。
【０００９】
また、本発明によれば、前記方法で得られた炭素粒子が提供される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の炭素粒子の製造方法は、ゴムタイヤを、２５０〜４５０℃に昇温した後当該温度にて１．０〜２．０時間加熱する非燃焼加熱分解を行ない、炭化物を得る工程（工程（１））を含む。
【００１１】
前記非燃焼加熱分解は、いわゆる無酸素状態、即ちゴムタイヤを収容した容器等の下で、外部から空気を供給しない条件下で加熱することにより行なうことができる。更に具体的には、乾溜ガスを導出する開口以外の開口を有さない密封容器にゴムタイヤを収容し、容器外部から加熱することにより行なうことができる。なお係る非燃焼加熱分解によりゴムタイヤより発生した乾溜ガスは、冷却管を通して凝集させ回収したり、ガス燃焼炉を通して燃焼させ処分することにより、より環境負荷の少ない加熱を行なうことができる。
【００１２】
工程（１）に供する前記ゴムタイヤとしては、通常市販され、廃棄されたものなどの各種の合成ゴムタイヤ等のタイヤを挙げることができる。
【００１３】
工程（１）における加熱分解温度は２５０〜４００℃であり、３００〜３７０℃程度が好ましい。また加熱分解時間は、当該温度に昇温した後当該温度にて１．０〜２．０時間であり、加熱を開始してから２．０〜３．０時間程度の加熱により行なうことができる。加熱時間を上記時間の範囲内とすることにより、良質な粒子を製造することができる。
【００１４】
工程（１）により得た炭化物は、必要に応じて炭化したゴム以外の成分（スチールなど）を取り除き、粒径０．５ｍｍ程度以下に粉砕した後、下記工程（２）に供することができる。または、当該粉砕は、後述する工程（２）において水を添加した後に撹拌しながら行なうこともでき、それによってより微細な粉砕物を簡単に得ることができる。
【００１５】
本発明の炭素粒子の製造方法は、前記炭化物に、水を添加し混合物を得る工程（工程（２））を含む。水の添加割合は、特に限定されないが、飽和状態即ち前記炭化物が均一に湿潤する程度に添加することが好ましい。より具体的には前記炭化物１ｋｇに対し水１．０〜１．５リットル程度を添加することが好ましい。
【００１６】
工程（２）においては、水の添加に加えて、他の成分を併せて添加することができる。当該他の成分としては、鉄粉、界面活性剤等を挙げることができる。
【００１７】
前記鉄粉の添加割合は、前記炭化物１００質量部に対して３質量部程度とすることができる。
【００１８】
前記界面活性剤としては、脂肪酸ナトリウム等の弱アルカリ性の界面活性剤等を用いることができ、また、市販の洗剤を界面活性剤として添加することもできる。
【００１９】
前記界面活性剤の添加割合は、炭化物１質量部に対して１／１０〜１／２０質量部とすることができる。
【００２０】
工程（２）終了後、必要に応じて炭化物と添加した物が均一になるよう撹拌した後、混合物を下記工程（３）に供することができる。
【００２１】
本発明の炭素粒子の製造方法は、工程（２）で得られた混合物を、通気しながら２５０〜４００℃にて加熱する工程（工程（３））を含む。
【００２２】
工程（３）における加熱は、間接的な加熱、即ち混合物を収容した容器の外部から熱源により加熱する態様で行なうことが、均一な加熱を行なうことができ好ましい。
【００２３】
工程（３）における加熱の温度は、２５０〜４００℃であり、２５０〜３５０℃とすることが好ましい。加熱時間は、特に限定されないが油質や夾雑物の揮発や分解が完結するまで、例えば１５〜３０分間の範囲で行なうことができる。具体的には例えば、加熱中の混合物を観察し、煙等の発生が終了するまで加熱することができる。
【００２４】
工程（３）終了後の材料は、そのまま後述する工程（４）に供することもできるが、その前に、工程（３）で得られた材料に水を添加し急冷する工程（以下工程（Ａ）という。）、ベントナイトを添加する工程（以下工程（Ｂ）という。）、及び工程（Ｂ）で得られた材料を通気しながら２５０〜４００℃にて加熱する工程（以下工程（Ｃ）という。）を行なった後に工程（４）に供することができる。
【００２５】
前記工程（Ｂ）におけるベントナイトの添加割合は、炭化物１質量部に対して１／１０〜１／２０質量部とすることができる。また前記工程（Ａ）及び（Ｃ）は、それぞれ前記工程（２）及び（３）と同様に行なうことができる。
【００２６】
本発明の炭素粒子の製造方法では、工程（３）で得られた材料を、そのまま、若しくは上記工程（Ａ）〜（Ｃ）に供した後、水を添加し急冷する工程（工程（４））を含む。
【００２７】
工程（４）における水の添加の操作は、任意の態様で行なうことができる。具体的には例えば、工程（３）又は工程（Ｃ）で使用した反応容器中の材料に水を加える方法、又は後の工程に使用する容器中に予め水を入れ、ここに工程（３）等の終了後の材料を入れることにより行なう方法等により行なうことができる。
【００２８】
本発明の炭素粒子の製造方法では、工程（４）で得られた材料を、加圧下で２５０〜４００℃で、水分の蒸発が完結するまで加熱する工程（以下工程（５）という。）を含む。
【００２９】
前記加圧としては、常圧に加えて０．７５〜１０気圧の範囲の圧力を加えることができる。このような圧力は、工程（４）で得られた材料を、圧力容器に入れ、圧力が一定となるように水蒸気等の気体を逃がしながら加熱することによりかけることができる。工程（５）は、工程（４）で得られた材料と、その５倍以上の体積の空気とを収容した圧力容器内において行なうことが好ましい。
【００３０】
工程（５）における加熱温度は、２５０〜４００℃であり、好ましくは３００〜４００℃とすることができる。また、加熱は水分の蒸発が完結するまで行なう。具体的には例えば、１５〜２５分間加熱することができる。
【００３１】
本発明の炭素粒子の製造方法は、工程（５）の後、加圧を急激に解放して常圧とする工程（工程（６））を含む。工程（６）は、工程（５）を行なった圧力容器の上部の蓋を一瞬の間だけ開放すること等により行なうことができる。
【００３２】
本発明の炭素粒子の製造方法においては、工程（１）〜（６）をそれぞれこの順に１回ずつ行なって実施することができるが、工程（１）〜（６）を行なった後、さらに工程（４）〜（６）を繰返すこともできる。このように工程（４）〜（６）を繰返すことにより、所望の形状の炭素粒子を形成することができる。
【００３３】
工程（６）を行なった後、生成した炭素粒子を必要に応じてさらに加熱して乾燥させることにより、炭素粒子の製品を得ることができる。また、必要に応じて、残存する鉄粉を磁石等により取り除いてから製品とすることもできる。
【００３４】
いかなる理論にも拘束されないが、本発明の製造方法においては、ゴムタイヤを特定の穏和な条件で非燃焼加熱分解する（工程（１））ことにより得た、ある程度の不純物を含む炭化物を元にして、これを加水通気加熱及び急冷（工程（２）〜（４））に供し、さらに加圧下水分の蒸発が完結するまで特定の温度範囲内で加熱し（工程（５））、さらに圧力を急激に解放して水蒸気爆発のような衝撃を加える（工程（６））ことにより、炭化物に対する物理的及び化学的作用が相俟って微細な炭素粒子が得られるものと考えられる。
【００３５】
本発明の炭素粒子は、前記本発明の製造方法で得られた炭素粒子である。本発明の炭素粒子は、粒径８０〜１８０ｎｍ程度の、均質な粒径のものとすることができる。特に、製造において前記工程（Ａ）〜（Ｃ）を行なったものについては、粒径１００ｎｍ程度の、大きさの比較的揃った炭素粒子を製造することができる。
【００３６】
本発明の炭素粒子は、耐熱性の高い粒子として得ることができる。具体的には、約２０００℃まで加熱しても溶解しない粒子とすることができる。また、吸水力や他の物質を吸着する能力にも優れた粒子として得ることができる。
【００３７】
本発明の炭素粒子は、軽く、熱に強く、硬いため種々の用途に用いることができる。具体的には例えば、ベルトコンベヤ、タイヤ等のゴム製品への添加物、ブレーキ、防火材、バッテリー、その他電子部品等の材料等として用いることができる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明の炭素粒子の製造方法は、廃タイヤ等の廃棄することが求められている資材を原料として有効に用い、簡便に良質で工業上有用な炭素粒子を製造することができる。また、本発明の炭素粒子は、廃材を原料として簡便に製造することができ、且つ耐熱性、吸着性などの特性に優れ、粒径の揃ったものとすることができ、各種の工業用原料等として有用である。
【００３９】
【実施例】
以下、本発明を、実施例を参照してより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されない。
【００４０】
【実施例１】
（１）回収した合成ゴム廃タイヤを、乾溜ガスを導出する開口以外の開口を有さない密封容器に収容し、容器外部から加熱した。加熱開始後１．０時間で約３５０℃まで昇温し、その後当該温度を１．５時間維持した。加熱により発生した乾留ガスは装置から排出した。加熱終了後、容器から炭化物を回収し、スチール等の不純物を取り除き、数ｍｍ程度の粒径に粉砕した。
【００４１】
（２）（１）で得られた炭化物に、界面活性剤（市販の洗剤、商品名「アタック」、花王株式会社製）を炭化物１ｋｇに対し１００ｇの割合で添加し、水を炭化物１ｋｇに対し１．０リットルの割合で添加し、均一になるよう撹拌し、飽和状態に湿潤させた混合物とした。
【００４２】
（３）（２）で得られた混合物を、加熱容器に入れ、外気を取り入れ撹拌しながら３００℃で加熱した。１５分間経過し、煙の発生が消失した時点で加熱を停止した。
【００４３】
（３’）（３）の終了後直ちに、加熱容器に水を、炭化物１ｋｇに対し１．５リットルの割合で添加して急冷した。
【００４４】
（３’’）続いてベントナイトを、炭化物１ｋｇに対して１００ｇの割合で添加し、外気を取り入れ撹拌しながら３００℃で加熱した。１５分間経過し、煙の発生が消失した時点で加熱を停止した。
【００４５】
（４）圧力釜中に、水を、炭化物１ｋｇに対し２．５リットルの割合で満たし、これに加熱停止直後の混合物を添加して急冷した。
【００４６】
（５）圧力釜の蓋を密閉し、釜を、釜内部の温度が３００℃となるよう加熱した。この際、常圧に加えて約１気圧の圧力が加わるように排気弁を調整した。排気弁より蒸気が排出されなくなるまで、約２０分間加熱を続けた。
【００４７】
（６）つづいて直ちに圧力釜の蓋を一瞬の間開放した。その後さらに蓋をして、内容物を冷却し、自然乾燥し、炭素粒子の製品を得た。
【００４８】
得られた炭素粒子は、粒径が１００ｎｍ程度であり、均一で、吸着力に優れ、また約２０００℃まで加熱しても溶解しなかった。
【００４９】
【実施例２】
工程（２）において界面活性剤を添加しなかった他は、実施例１と同様に操作し、炭素粒子を得た。得られた炭素粒子は、粒径が８０〜１６０ｎｍ程度であり、吸着力に優れ、また約２０００℃まで加熱しても溶解しなかった。
【００５０】
【実施例３】
工程（３’）及び（３’’）を実施しなかった他は、実施例１と同様に操作し、炭素粒子を得た。得られた炭素粒子は、粒径が８０〜１８０ｎｍ程度であり、吸着力に優れ、また約２０００℃まで加熱しても溶解しなかった。
【００５１】
【実施例４】
工程（２）において界面活性剤を添加せず、また工程（３’）及び（３’’）を実施しなかった他は、実施例１と同様に操作し、炭素粒子を得た。得られた炭素粒子は、粒径が８０〜１５０ｎｍ程度であり、吸着力に優れ、また約２０００℃まで加熱しても溶解しなかった。
【００５２】
【比較例１】
工程（１）において、加熱時間を約８．５時間とし、加熱温度を約７５０℃とした他は、実施例１と同様に操作し、炭素粒子を得た。得られた炭素粒子においては、添加物等の残存は見られなかったが、粒径が、工程（２）の段階と殆ど変わらず１０〜５００μｍ程度の範囲にわたり、また加熱すると、２０００℃に昇温するまでに燃焼し消失した。