(57)【要約】【課題】混練性、分散性、加工性、機能発現性に優れ、かつ安価な炭素質微細繊維状体を提供する。【解決手段】ヨウ素吸着量が２０〜３００ｍｇ／ｇであり、好ましくは窒素吸着法による比表面積は２０〜２５０ｍ２／ｇである炭素質微細繊維状体。【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヨウ素吸着量が２０〜３００ｍｇ／ｇであることを特徴とする炭素質微細繊維状体。
【請求項２】
窒素吸着法による比表面積が２０〜２５０ｍ２／ｇであることを特徴とする請求項１に記載の炭素質微細繊維状体。
【請求項３】
炭素源ガスを触媒存在下、３００℃以上８５０℃未満の温度で反応させることにより得られることを特徴とする請求項１又は２に記載の炭素質微細繊維状体。
【請求項４】
炭素源ガスとして、炭化水素及び／又は炭素酸化物を用いたことを特徴とする請求項３に記載の炭素質微細繊維状体。
【請求項５】
炭素源ガスとして、メタン及び／又は二酸化炭素を用いたことを特徴とする請求項４に記載の炭素質微細繊維状体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は炭素質微細繊維状体に係り、詳しくは混練性、分散性、加工性、機能発現性に優れ、かつ安価な炭素質微細繊維状体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、カーボンナノチューブに代表される、炭素質微細繊維状体（カーボンナノファイバー等）が、その形状と潜在用途から注目されている。特に、カーボンナノチューブは、従来の炭素材料と比較して著しく高強度かつ高導電性であるなどの性質により、近年、新材料として特に注目されている。
【０００３】
しかしながら、カーボンナノチューブは大量生産法が確立されておらず、樹脂補強材、導電性材料、機能性顔料、ゴム補強材等に使用するには高価であるため、その利用が制限されていた。また、カーボンナノチューブは、樹脂等のマトリックス材料への混練性、分散性において難点があり、これを上記の用途に用いるには、分散性向上のために、チューブ表面を予め処理するか、或いは特殊な手段を用いて分散させる必要があり、これらの特殊な技術を採用しないと実用は極めて困難であると言われている。
【０００４】
一方、上記の用途においては従来から、炭素材料としてカーボンブラックを用いることが知られている。カーボンブラックは価格も安価であり、これら一般的な用途においては広く用いられている。しかし、特に導電性などの特性の向上のためには、カーボンブラックでは十分な向上効果が得られないことから、カーボンブラックでは、近年の製品に対する更なる性能向上への要求には、対応が困難となってきている。カーボンブラックの充填量を増加させることにより、導電性の向上を図ることは可能であるが、この場合には製品の機械的強度が損なわれる恐れがある。即ち、従来のカーボンブラックでは、機械的強度と導電性とを両立することは困難であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述の如く、カーボンナノチューブは、大量生産法が確立されておらず、さらに、工業的に使用するにはコスト面、技術面での課題が残されている。一方で、カーボンブラックは安価であるが、性能面では不十分である。
【０００６】
このように従来においては、加工性及び機能性を含めた性能と価格において、共に有利な炭素材料は提供されていないのが現状である。
【０００７】
従って、本発明は、混練性、分散性、加工性、機能発現性に優れ、かつ安価な炭素質微細繊維状体を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の炭素質微細繊維状体は、ヨウ素吸着量が２０〜３００ｍｇ／ｇであることを特徴とする。
【０００９】
ヨウ素吸着量が２０〜３００ｍｇ／ｇの本発明の炭素質微細繊維状体は、混練性、分散性、加工性、機能発現性に優れる。
【００１０】
この炭素質微細繊維状体は、特に、窒素吸着法による比表面積（以下「窒素吸着比表面積」と称す。）が２０〜２５０ｍ２／ｇであることが好ましい。
【００１１】
なお、本発明において、ヨウ素吸着量及び窒素吸着比表面積は、カーボンブラックの分析法として一般的に用いられている、ＪＩＳ　６２１７−１及びＫ６２１７により測定した値である。
【００１２】
このような本発明の炭素質微細繊維状体は、炭素源ガスを触媒存在下、３００℃以上８５０℃未満の温度で反応させることにより、容易かつ安価に製造される。この炭素源ガスとしては、炭化水素及び／又は炭素酸化物を用いることが好ましく、特に、メタン及び／又は二酸化炭素を用いることが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の炭素質微細繊維状体の実施の形態を詳細に説明する。
【００１４】
本発明の炭素質微細繊維状体は、ヨウ素吸着量の測定において、その測定値が２０〜３００ｍｇ／ｇ、好ましくは５０〜２００ｍｇ／ｇであることを特徴とする。
【００１５】
この測定値が３００ｍｇ／ｇを超える炭素質微細繊維状体では、樹脂、ゴムや塗料に配合する際の分散性が低下する恐れがあるため好ましくない。また、この測定値が２０ｍｇ／ｇ未満であることは、炭素質微細繊維状体の直径が太いことを意味し、同一配合量においての電気伝導度や強度といった特性の改善効果が劣るものとなり、好ましくない。
【００１６】
また、本発明の炭素質微細繊維状体は、窒素吸着比表面積の測定において、その測定値が２０〜２５０ｍ２／ｇ、特に５０〜２００ｍ２／ｇであることが好ましい。この測定値が２５０ｍ２／ｇを超える炭素質微細繊維状体では、樹脂、ゴムや塗料に配合する際の分散性が低下する恐れがあるため好ましくない。また、この測定値が２０ｍ２／ｇ未満であることは、炭素質微細繊維状体の直径が太いことを意味し、同一配合量においての電気伝導度や強度といった特性の改善効果が劣るものとなり、好ましくない。
【００１７】
このような本発明の炭素質微細繊維状体を製造する方法としては、上記物性を備える炭素質微細繊維状体を製造することができる方法であれば良く、特に制限はない。本発明の炭素質微細繊維状体の製造法としては、例えば、アーク放電法、レーザ蒸発法、プラズマ法、気相法等が挙げられるが、これらの中では、安価に炭素質微細繊維状体を製造できるという点で気相法が好ましい。特に、炭素源ガスを触媒存在下に反応させる方法が、安価に製造するという点で、より好ましい。
【００１８】
気相法により本発明の炭素質微細繊維状体を製造する場合において、反応に用いる炭素源ガスとしては、反応系にガス状で導入することができる炭素化合物であれば良く、特に制限はないが、好ましくは炭化水素及び／又は炭素酸化物を含むガスが用いられる。特に、炭素源ガスとしては、炭化水素、二酸化炭素、一酸化炭素などの中から選択され、例えば二酸化炭素、水素、バイオガス（メタンと二酸化炭素との混合ガス）等のプロセス排ガスを回収利用することは、製造コストの低減のみならず、環境維持にも有効である。二酸化炭素及びメタンを炭素源ガスとして使用する場合、両者が等モルであれば、下記のような反応式に従って、メタン及び二酸化炭素を炭素質生成物として固定化させることが可能となる。
ＣＨ４　→　Ｃ＋２Ｈ２
　　　２Ｈ２＋ＣＯ２　→　Ｃ＋２Ｈ２Ｏ
【００１９】
炭素源ガスとして、二酸化炭素や一酸化炭素のような炭素酸化物のガスを用いる場合、同時に反応に用いるガスとしては還元性ガスを用いる。ここでいう還元性ガスとは、それ自体が還元性を有しているか、又はそのガスが反応系中にて分解して、かかる還元性を有するガスを発生するガスを指す。上記の反応式ではメタンガスが炭素源ガスであると同時に、分解して還元性を有する水素を発生するため、還元性ガスでもある。このような還元性ガスには、水素ガス、更には各種炭化水素ガス、即ちメタン、エタン、プロパン、ブタンのような化合物が挙げられる。
【００２０】
一方、触媒としては、炭素源ガスからの炭素質微細繊維状体の生成反応を効率的に行うことのできるものであれば、化学的組成並びに形状等において特に制限されないが、通常、遷移金属及びその化合物が好ましく用いられる。触媒としては特に、ニッケル、コバルト、鉄などの金属触媒が好ましい。これら金属は１種を単独で用いても、２種以上を適宜組み合わせて使用しても良い。また、これら金属は、元素状態でも、酸化物、水酸化物、炭酸塩といった化合物でも使用することができる。更に、これらの触媒成分をシリカなどの担体に担持したものであっても良い。この場合、担体に対する触媒成分の担持量は、担体重量に対して１〜９０重量％程度とするのが好ましい。その触媒のパーティクル形状には特に制限はなく、一般に知られている形状、例えば球状等の粒状であっても良い。
【００２１】
触媒粒子としては、触媒成分を担体に担持してなる担持触媒粒子が好適に用いられ、この担持触媒粒子の平均粒径は１〜２０μｍであることが好ましい。なお、この担持触媒粒子の平均粒径とは、担持触媒粒子の個々の粒径の平均値であり、担持触媒粒子の凝集体の粒径は平均粒径の対象としない。
【００２２】
このような触媒粒子の使用量には特に制限はないが、反応器に導入される炭素源ガスが、触媒有効成分量に対して１０〜６０Ｌ／ｇ・ｈｒ程度となるような量とすることが好ましい。
【００２３】
また、反応は、一般的な流動層反応器等を用いて実施することができ、反応条件は、通常、反応温度３００℃以上８５０℃未満、好ましくは４００℃以上６５０℃未満である。反応温度がこの範囲よりも低いと十分な反応速度が得られず炭素質微細繊維状体の製造効率の点で不利であり、この範囲よりも高いと、一旦生成した炭素と反応雰囲気ガスとの反応が生起して炭素質微細繊維状体の収率が低下する場合があり好ましくない。
【００２４】
また、反応圧力は、原料の炭素源ガスが効率的に反応するような条件であれば良く、特に制限はないが、好ましくはゲージ圧１〜２００ｋＰａ、より好ましくはゲージ圧３〜５０ｋＰａである。
【００２５】
このようにして製造される炭素質微細繊維状体の形状や大きさ、性状や結晶構造、その他の物性は、用いる触媒の特性、原料の炭素源ガスの組成、反応時間、反応温度などに依存して変化するため、所望のヨウ素吸着量及び窒素吸着比表面積が得られるように適宜反応条件等を設定すれば良い。なお、本発明の炭素質微細繊維状体の直径、長さについては特に制限はないが、通常、直径１０〜１００ｎｍ、長さ５０ｎｍ〜１００μｍ程度であることが好ましい。
【００２６】
本発明の炭素質微細繊維状体は、従来のカーボンナノチューブより分散性、混練性等の加工性が良好であり、導電性付与、強度向上等の機能性改善効果についてはカーボンブラックよりも優れ、従来のカーボンブラックと同様の用途、例えば樹脂、ゴム、エラストマー等の補強、着色、導電性付与の等の機能性付与のための添加剤として、また、機能性顔料として塗料、インキ、トナー等の配合成分として、工業的に有利に用いることができる。
【００２７】
【実施例】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に何ら限定されるものではない。
【００２８】
実施例１
原料ガスとして、二酸化炭素とメタンとの１：１（モル比）混合ガスを用い、これを触媒の存在下に流動層反応器で反応させることにより、本発明の炭素質微細繊維状体を製造した。
【００２９】
触媒としては、略球状のシリカ担体に金属ニッケルを担持させた、平均粒径１５μｍの担持触媒粒子を用いた。流動層反応器の反応条件は、温度５５０℃、ゲージ圧４０ｋＰａとし、原料ガスは、触媒有効成分量に対して３０Ｌ／ｇ・ｈｒの割合で導入した。
【００３０】
流動層反応器から取り出した炭素質微細繊維状体の直径は１０〜１００ｎｍで、長さは５０ｎｍ〜１００μｍであり、ヨウ素吸着量は１１０ｍｇ／ｇ、窒素吸着比表面積は１１０ｍ２／ｇであった。
【００３１】
実施例２
実施例１において、流動層反応器の反応温度を５００℃としたこと以外は同様にして反応を行ったところ、表１に示す物性の炭素質微細繊維状体を製造することができた。
【００３２】
実施例３
実施例１において、流動層反応器の原料ガス導入量を触媒有効成分量に対して１５Ｌ／ｇ・ｈｒとしたこと以外は同様にして反応を行ったところ、表１に示す物性の炭素質微細繊維状体を製造することができた。
【００３３】
比較例１
表１に示す直径及び長さの市販の多層カーボンナノチューブについて、ヨウ素吸着量及び窒素吸着比表面積を測定したところ、表１に示す通りであり、混練性、分散性、加工性は劣るものであった。
【００３４】
【表１】
2004019019.tif 000002
【００３５】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の炭素質微細繊維状体によれば、混練性、分散性、加工性、機能発現性に優れ、かつ安価な炭素質微細繊維状体を提供される。
本発明の炭素質微細繊維状体は、カーボンナノチューブと比較して加工性に優れ、さらに従来のカーボンブラックと同等の方法で混練することが可能であり、同様の用途、例えば樹脂、ゴム、エラストマー等の補強、着色、導電性付与の等の機能性付与のための添加剤として、また、機能性顔料として塗料、インキ、トナー等の配合成分として、工業的に有利に用いることができる。