(57)【要約】  多孔性炭素質組成物を調製するための硬化性液体炭素前駆体配合物であって、（ａ）少なくとも１種の芳香族エポキシ樹脂、（ｂ）（ｉ）少なくとも１種の芳香族共反応性硬化剤、もしくは（ｂ）（ｉｉ）少なくとも１種の触媒硬化剤、または（ｂ）（ｉｉｉ）これらの混合物、および（ｃ）少なくとも１種のポロゲンを含み、液体組成物が、ポロゲンの添加前、任意成分の添加前、硬化前、および炭化前に、２５℃で、１０，０００ｍＰａ−ｓ未満の純粘度を有し、さらに、硬化される液体組成物が、組成物中に存在するポロゲンおよびいずれの任意成分の重量にも関係なく、少なくとも３５重量パーセントの炭素収率を有する配合物；配合物を硬化するステップ、および配合物の硬化により得られる硬化生成物を炭化し、それにより、多孔性炭素質組成物が生成されるステップを含む上記配合物から多孔性炭素質組成物を調製するプロセス；および、上記プロセスにより作られる多孔性炭素質組成物。  【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔性炭素質組成物を調製するための硬化性液体炭素前駆体配合物であって、（ａ）少なくとも１種の芳香族エポキシ樹脂、（ｂ）（ｉ）少なくとも１種の芳香族共反応性硬化剤、（ｂ）（ｉｉ）少なくとも１種の触媒硬化剤、または（ｂ）（ｉｉｉ）これらの混合物、および（ｃ）少なくとも１種のポロゲンを含み、前記液体組成物が、ポロゲンの添加前、任意成分の添加前、硬化前、および炭化前に、２５℃で、１０，０００ｍＰａ−ｓ未満の純粘度を有し、さらに、硬化される前記液体組成物が、前記組成物中に存在する前記ポロゲンおよびいずれの任意成分の重量にも関係なく、少なくとも３５重量パーセントの炭素収率を有する配合物。
【請求項２】
前記ポロゲンが、発泡剤、分散ガス、犠牲テンプレート、中空材料、またはこれらの組み合わせを含む請求項１に記載の配合物。
【請求項３】
前記発泡剤が、１５０℃未満の沸点を有する液体を含み、前記液体が、液体炭化水素、フルオロカーボン、クロロカーボン、クロロフルオロカーボン、およびこれらの混合物を含む請求項２に記載の配合物。
【請求項４】
前記分散ガスが、２０℃未満の沸点を有するガスを含み、前記分散ガスが、空気、窒素、ガス状炭化水素、二酸化炭素、およびこれらの混合物を含む請求項２に記載の配合物。
【請求項５】
前記犠牲テンプレートが、６００℃未満の温度で熱分解するポリマー粒子を含む請求項２に記載の配合物。
【請求項６】
前記中空材料が、球、管、円柱、円板、立方体、星形、およびこれらの混合物などの任意の形状物を含む請求項２に記載の配合物。
【請求項７】
前記エポキシ樹脂または前記硬化剤が、ポロゲンを含む請求項１に記載の配合物。
【請求項８】
前記配合物が、無溶媒低粘度液体芳香族エポキシ樹脂を含み、前記液体芳香族エポキシ樹脂液体配合物が、少なくとも１種のジビニルアレーンジオキシドを含む請求項１に記載の配合物。
【請求項９】
（ｄ）少なくとも１種の硬化触媒を含む請求項１に記載の配合物。
【請求項１０】
多孔性炭素質組成物を調製するための硬化炭素前駆体組成物であって、（ａ）少なくとも１種の芳香族エポキシ樹脂、（ｂ）（ｉ）少なくとも１種の芳香族共反応性硬化剤、（ｂ）（ｉｉ）少なくとも１種の触媒硬化剤、または（ｂ）（ｉｉｉ）これらの混合物、および（ｃ）少なくとも１種のポロゲンを含む硬化性液体炭素前駆体配合物の硬化反応生成物を含み、前記液体組成物が、ポロゲンの添加前、任意成分の添加前、硬化前、および炭化前に、２５℃で、１０，０００ｍＰａ−ｓ未満の純粘度を有し、さらに、硬化される前記液体組成物が、前記組成物中に存在する前記ポロゲンおよびいずれの任意成分の重量にも関係なく、少なくとも３５重量パーセントの炭素収率を有し、および、ポロゲンおよびいずれの任意成分も存在しない場合に測定して、前記硬化炭素前駆体組成物が少なくとも３５重量パーセントの炭素収率を有する硬化炭素前駆体組成物。
【請求項１１】
前記少なくとも１種のポロゲンが、硬化の間に気孔を生成し、硬化多孔性炭素前駆体組成物を形成する請求項１０に記載の硬化炭素前駆体組成物。
【請求項１２】
前記少なくとも１種のポロゲンが、分散ガス、発泡剤、またはこれらの混合物を含む請求項１０に記載の硬化炭素前駆体組成物。
【請求項１３】
多孔性炭素質組成物であって、（ａ）少なくとも１種の芳香族エポキシ樹脂、（ｂ）（ｉ）少なくとも１種の芳香族共反応性硬化剤、（ｂ）（ｉｉ）少なくとも１種の触媒硬化剤、または（ｂ）（ｉｉｉ）これらの混合物、および（ｃ）少なくとも１種のポロゲンを含む硬化性液体炭素前駆体配合物から調製された硬化組成物の炭化反応生成物を含み、前記液体組成物が、ポロゲンの添加前、任意成分の添加前、硬化前、および炭化前に、２５℃で、１０，０００ｍＰａ−ｓ未満の純粘度を有し、さらに、硬化される前記液体組成物が、前記組成物中に存在する前記ポロゲンおよびいずれの任意成分の重量にも関係なく、少なくとも３５重量パーセントの炭素収率を有し、および、前記硬化炭素前駆体組成物が、前記組成物中に存在する前記ポロゲンおよびいずれの任意成分の重量にも関係なく、少なくとも３５重量パーセントの炭素収率を有する多孔性炭素質組成物。
【請求項１４】
前記少なくとも１種のポロゲンが、炭化の間に気孔を生成し、発泡炭素質組成物を形成する請求項１３に記載の多孔性炭素質組成物。
【請求項１５】
前記少なくとも１種のポロゲンが、犠牲テンプレートを含む請求項１４に記載の多孔性炭素質組成物。
【請求項１６】
多孔性炭素質組成物の調製のための硬化性液体炭素前駆体配合物を調製するプロセスであって、（ａ）少なくとも１種の芳香族エポキシ樹脂、（ｂ）（ｉ）少なくとも１種の芳香族共反応性硬化剤、もしくは（ｂ）（ｉｉ）少なくとも１種の触媒硬化剤、または（ｂ）（ｉｉｉ）これらの混合物、および（ｃ）少なくとも１種のポロゲンを混合することを含み、前記液体組成物が、ポロゲンの添加前、任意成分の添加前、硬化前、および炭化前に、２５℃で、１０，０００ｍＰａ−ｓ未満の純粘度を有し、さらに、硬化される前記液体組成物が、前記組成物中に存在する前記ポロゲンおよびいずれの任意成分の重量にも関係なく、少なくとも３５重量パーセントの炭素収率を有するプロセス。
【請求項１７】
硬化炭素前駆体組成物を調製するプロセスであって、
（Ｉ）（ａ）少なくとも１種の芳香族エポキシ樹脂、（ｂ）（ｉ）少なくとも１種の芳香族共反応性硬化剤、もしくは（ｂ）（ｉｉ）少なくとも１種の触媒硬化剤、または（ｂ）（ｉｉｉ）これらの混合物、および（ｃ）少なくとも１種のポロゲンを混合することを含む多孔性炭素質組成物を調製するための硬化性液体炭素前駆体配合物を用意するステップであって、前記液体組成物が、ポロゲンの添加前、任意成分の添加前、硬化前、および炭化前に、２５℃で、１０，０００ｍＰａ−ｓ未満の純粘度を有し、さらに、前記硬化炭素前駆体組成物が、前記組成物中に存在する前記ポロゲンおよびいずれの任意成分の重量にも関係なく、少なくとも３５重量パーセントの炭素収率を有するステップ、ならびに、
（ＩＩ）前記ステップ（Ｉ）の配合物を硬化させて、硬化炭素前駆体組成物を形成するステップであって、前記硬化炭素前駆体組成物が、前記組成物中に存在する前記ポロゲンおよびいずれの任意成分の重量にも関係なく、少なくとも３５重量パーセントの炭素収率を有するステップ、
を含むプロセス。
【請求項１８】
多孔性炭素質組成物を調製するプロセスであって、
（Ｉ）（ａ）少なくとも１種の芳香族エポキシ樹脂、（ｂ）（ｉ）少なくとも１種の芳香族共反応性硬化剤、もしくは（ｂ）（ｉｉ）少なくとも１種の触媒硬化剤、または（ｂ）（ｉｉｉ）これらの混合物、および（ｃ）少なくとも１種のポロゲンを混合することを含む多孔性炭素質組成物を調製するための硬化性液体炭素前駆体配合物を用意するステップであって、前記液体組成物が、ポロゲンの添加前、任意成分の添加前、硬化前、および炭化前に、２５℃で、１０，０００ｍＰａ−ｓ未満の純粘度を有し、さらに、硬化される前記液体組成物が、前記組成物中に存在する前記ポロゲンおよびいずれの任意成分の重量にも関係なく、少なくとも３５重量パーセントの炭素収率を有するステップ、
（ＩＩ）前記ステップ（Ｉ）の配合物を硬化させて、硬化炭素前駆体組成物を形成するステップであって、前記硬化炭素前駆体組成物が、前記組成物中に存在する前記ポロゲンおよびいずれの任意成分の重量にも関係なく、少なくとも３５重量パーセントの炭素収率を有するステップ、ならびに、
（ＩＩＩ）前記ステップ（ＩＩ）の硬化炭素前駆体組成物を炭化して、多孔性炭素質組成物を形成するステップ、
を含むプロセス。
【請求項１９】
前記ステップ（ＩＩ）で配合物を硬化させる前に、前記ステップ（Ｉ）の配合物を発泡させるステップを含む請求項１７または請求項１８に記載のプロセス。
【請求項２０】
前記ステップ（Ｉ）の配合物を同時に発泡および硬化させるステップを含む請求項１７または請求項１８に記載のプロセス。
【請求項２１】
前記炭化ステップ（ＩＩＩ）の前に、前記ステップ（ＩＩ）の硬化生成物に形状付与するステップを含む請求項１７または請求項１８に記載のプロセス。
【請求項２２】
前記少なくとも１種のポロゲンが、硬化、炭化、またはこれらの組み合わせの間に発泡構造体を生成する請求項１８に記載のプロセス。
【請求項２３】
前記請求項１７に記載のプロセスにより調製される硬化多孔性物品。
【請求項２４】
前記請求項１８に記載のプロセスにより調製される炭化多孔性炭素質組成物物品。
【請求項２５】
熱絶縁材料を含む請求項２４に記載の炭化多孔性物品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多孔性炭素質組成物および多孔性炭素質組成物を製造するプロセスに関する。
【背景技術】
【０００２】
熱管理は、電子産業にとって重大な問題である。温度に関連する問題が電子製品の故障の原因の５５パーセント（％）超を占める。部品の温度を１０℃下げることにより製品の寿命を２倍にすることができる。現在、熱管理用に一般的に使われる材料は、アルミニウムおよび銅などの金属であるが、この先行技術の材料を使用する場合、（１）より優れた熱放散（より速く、より効率的な）、（２）低熱応力（ＣＴＥ適合）、（３）より軽い重量およびより小さい容量、ならびに（４）低コスト、などのいくつかのまだ満たされていないニーズがある。近年、多孔性炭素質組成物が電子産業用の材料として使用されているが、既知の多孔性炭素質組成物は、複雑な製造プロセスを必要とし、これが既知の多孔性炭素質組成物を不経済なものにしている。
【０００３】
多くの初期の文献が高分子発泡体の製造およびそれに続く高分子発泡体の炭化について記載している。しかし、業界は、熱処理から得られる黒鉛型炭素を高度に含むより優れた炭素品質を求めてメソフェーズおよびピッチに次第に焦点を絞りつつある。当技術分野で、炭素質発泡体を製造するための低粘度エポキシ炭素前駆体の使用に関する開示はない。
【０００４】
炭素質発泡体は、最初は、フェノールホルムアルデヒド発泡体の炭化（米国特許第３，１２１，０５０号および同３，３４２，５５５号）、およびウレタン発泡形成薬品を含む部分重合フルフリルアルコールの炭化（米国特許第３，３４５，４４０号）により製造された。Ｃｈｅｎ  ｅｔ  ａｌ．，Ｃａｒｂｏｎ，Ｖｏｌｕｍｅ  ４４，Ｉｓｓｕｅ  ８，Ｊｕｌｙ  ２００６，Ｐａｇｅｓ  １５３５−１５４３、によれば、上記の既知の発泡体は、均一の気泡サイズおよび中等度の機械的強度を有している。しかし、Ｐｒｉｅｔｏ  ｅｔ  ａｌ．，Ｃａｒｂｏｎ，Ｖｏｌｕｍｅ  ５０，Ｉｓｓｕｅ  ５，Ａｐｒｉｌ  ２０１２，Ｐａｇｅｓ  １９０４−１９１２、によれば、これらの既知の発泡体の主な欠点は、炭素質材料の黒鉛化できない性質にある。
【０００５】
１９９０代に、石油由来、石炭由来およびメソフェーズピッチなどの代替の黒鉛化可能な熱可塑性前駆体から製造される炭素発泡体世代が登場した。それ以降、高コークス収率、低軟化点、および高流動度というメソフェーズピッチの魅力的な性質に起因して、メソフェーズピッチが高性能炭素質材料用の好適な前駆体として広く使用されてきた。
【０００６】
従来の発泡形成プロセスは、吹込技術、または圧力解放を利用して、メソフェーズピッチから発泡体を製造する。産業界ではよく採用されているが、これらの製造技術は多くの欠点を有する。例えば、最終発泡体製品中の生成気孔の容量比率に対する完全な制御ができず、さらに、気孔の形状と分布の管理が困難であるか、または管理不可能とも言える。さらに困難なことは、メソフェーズピッチは、その軟化点を超えると寸法的に安定ではないので、メソフェーズピッチが炭化される前に、安定化処理が必要となる点である。そうしないと、後段の熱処理の間にメソフェーズピッチ由来の発泡体構造が膨張または軟化により失われる。安定化処理（熱硬化または不融化とも呼ばれる）は、低流量の空気流中、低温（例えば、１７０℃）での短時間の熱処理から構成される。
【０００７】
上記文献のＣｈｅｎ、らは、芳香族メソフェーズ樹脂を、低コスト石炭、石炭Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）溶媒抽出物、石油ピッチ、コールタールピッチ、および水素添加石炭溶媒抽出物（石炭ベースＳｙｎＰｉｔｃｈ）で置き換えることにより安定化ステップを省くことに成功した。しかし、石炭および石油由来ピッチは、発泡が行われる前に処理が必要である。一方、メソフェーズＡＲピッチは、前処理なしで直接発泡させることができる発泡体前駆体の調製に使用可能である。これらの非処理前駆体の主要な問題は、通常、これらの可塑性が発泡形成の要件と合致しない点である。前処理は、主に、熱処理によるピッチの重合／縮合を含む。
【０００８】
米国特許第６，５００，４０１号は、熱分解可能材料と非熱分解可能材料の混合物の調製および熱分解後の非熱分解可能材料の除去を含む鋳型手法により製造される多孔性炭素質組成物を開示している。熱分解可能材料は、糖またはセルロースなどの有機化合物として定義され、他方、非熱分解可能材料は、塩などの無機材料として定義されている。炭素質発泡体は、非熱分解可能材料の除去後に得られる。
【０００９】
米国特許第６，２６１，４８５号は、比較的均質な気孔構造および構造中に高度に整列した黒鉛面を有する多孔性炭素質組成物を開示している。この発泡体は、熱的および構造的用途向けの高温サンドイッチパネルを作製することを目標にしている。
【００１０】
米国特許第６，２４１，９５７号は、低コスト多孔性炭素質組成物および石炭抽出物から多孔性炭素質組成物を製造するプロセスを開示している。石炭抽出物から生成されるこれらの発泡体は、種々の航空宇宙および軍事商業用途を目標にしている。
【００１１】
米国特許第６，２１７，８００号は、再生黒鉛から調製される可撓性多孔性黒鉛炭素質組成物材料を開示している。
【００１２】
他の既知の多孔性炭素質組成物には、例えば、Ｅｎｔｅｇｒｉｓから市販されているＰＯＣＯＦｏａｍ（登録商標）などの化学蒸気浸透法により製造された高強度多孔性炭素質組成物、およびＨｏｎｅｙｗｅｌｌから市販されている低温ピッチベース多孔性炭素質組成物が挙げられる。ピッチベース多孔性炭素質組成物は、３５０℃で融解するメソフェーズおよび低分子量溶媒を混合することにより製造される。しかし、上記先行技術で記載の既知の多孔性炭素質組成物の全てが、下記の欠点または問題を抱えている。
（１）ほとんどの石炭および石油由来ピッチは、発泡を行う前に処理が必要であり、前処理は、主に、熱処理によるピッチの重合／縮合を含む、および
（２）メソフェーズピッチは、安定化処理が必要であり、この処理をしなければ、後段の熱処理の間の膨張または軟化により発泡体構造が失われる。
【００１３】
このようにして液体炭素前駆体の硬化により生成された熱硬化物の軟化温度は、炭化温度よりも高い。硬化ポリマーエポキシである未処理の炭素質発泡体は、炭化の熱処理に耐えるための追加の処理ステップを必要としない。
【００１４】
溶媒の必要性により追加の乾燥処理が必要となるか、または高温プロセスが必要となるＡＲメソフェーズまたは他のピッチ材料とは対照的に、液体炭素前駆体の粘度が室温（約２５℃）で低いという理由で本発明は優れている。
【００１５】
上記で引用の文献のいずれも、高炭素収率の低粘度液体炭素前駆体を開示していない。産業界において必要なものは、溶媒を必要とせず、従って、追加の乾燥処理または高温プロセスを必要としない、室温で低粘度の液体炭素前駆体である。さらに、産業界で必要なものは、独立気泡の発泡体へと硬化して電子産業などの用途に有用な経済性に優れ、機械的に強い多孔性炭素質組成物を形成できる高炭素収率の低粘度エポキシ配合物である。
【発明の概要】
【００１６】
本発明の一実施形態は、多孔性炭素質組成物を調製するための硬化性液体炭素前駆体配合物を対象とし、この配合物は、（ａ）少なくとも１種の芳香族エポキシ樹脂、（ｂ）（ｉ）少なくとも１種の芳香族共反応性硬化剤、（ｂ）（ｉｉ）少なくとも１種の触媒硬化剤、または（ｂ）（ｉｉｉ）これらの混合物、および（ｃ）少なくとも１種のポロゲンを含み、液体組成物は、ポロゲン添加前、任意成分の添加前、硬化前、および炭化前に２５℃で１０，０００ｍＰａ−ｓ未満の純粘度を有し、硬化される液体組成物は、組成物中に存在するポロゲンおよびいずれの任意成分の重量にも関係なく、少なくとも３５重量パーセントの炭素収率を有する。
【００１７】
本発明の別の実施形態は、多孔性炭素質組成物を調製するための硬化炭素前駆体組成物を対象とし、この組成物は、（ａ）少なくとも１種の芳香族エポキシ樹脂、（ｂ）（ｉ）少なくとも１種の芳香族共反応性硬化剤、もしくは（ｂ）（ｉｉ）少なくとも１種の触媒硬化剤、または（ｂ）（ｉｉｉ）これらの混合物、および（ｃ）少なくとも１種のポロゲンからなる硬化反応生成物を含み、液体組成物は、ポロゲン添加前、任意成分添加前、硬化前、および炭化前に、２５℃で１０，０００ｍＰａ−ｓ未満の純粘度を有し、硬化炭素前駆体組成物は、組成物中に存在するポロゲンおよびいずれの任意成分の重量にも関係なく、少なくとも３５重量パーセントの炭素収率を有する。
【００１８】
また別の本発明の実施形態は、多孔性炭素質組成物を対象とし、この組成物は、（ａ）少なくとも１種の芳香族エポキシ樹脂、（ｂ）（ｉ）少なくとも１種の芳香族共反応性硬化剤、もしくは（ｂ）（ｉｉ）少なくとも１種の触媒硬化剤、または（ｂ）（ｉｉｉ）これらの混合物、および（ｃ）少なくとも１種のポロゲンからなる硬化組成物の炭化反応生成物を含み、液体組成物は、ポロゲン添加前、任意成分添加前、硬化前、および炭化前に、２５℃で１０，０００ｍＰａ−ｓ未満の純粘度を有し、硬化炭素前駆体組成物は、組成物中に存在するポロゲンおよびいずれの任意成分の重量にも関係なく、少なくとも３５重量パーセントの炭素収率を有する。
【００１９】
また他の本発明の実施形態は、（ｉ）多孔性炭素質組成物を調製するための硬化性液体炭素前駆体配合物の調製、（ｉｉ）多孔性炭素質組成物を調製するための硬化炭素前駆体組成物の調製、および（ｉｉｉ）多孔性炭素質組成物の調製、のためのプロセスを対象とする。例えば、本発明の一実施形態は、低粘度液体エポキシ樹脂配合物から出発する多孔性炭素質組成物の調製プロセスを対象とし、このプロセスは、
（Ｉ）多孔性炭素質組成物を調製ための硬化性液体炭素前駆体配合物を用意するステップであって、（ａ）少なくとも１種の芳香族エポキシ樹脂、（ｂ）（ｉ）少なくとも１種の芳香族共反応性硬化剤、もしくは（ｂ）（ｉｉ）少なくとも１種の触媒硬化剤、または（ｂ）（ｉｉｉ）これらの混合物、および（ｃ）少なくとも１種のポロゲンを混合することを含み、液体組成物が、ポロゲン添加前、任意成分添加前、硬化前、および炭化前に、２５℃で１０，０００ｍＰａ−ｓ未満の純粘度を有し、硬化される液体組成物が、組成物中に存在するポロゲンおよびいずれの任意成分の重量にも関係なく、少なくとも３５重量パーセントの炭素収率を有するステップ、
（ＩＩ）ステップ（Ｉ）の液体配合物を硬化し、硬化炭素前駆体組成物を形成するステップであって、硬化炭素前駆体が、組成物中に存在するポロゲンおよびいずれの任意成分の重量にも関係なく、少なくとも３５重量パーセントの炭素収率を有するステップ、ならびに
（ＩＩＩ）ステップ（ＩＩ）の硬化炭素前駆体組成物を炭化して、多孔性炭素質組成物を形成するステップ、
を含む。
【００２０】
本発明を説明するために、図は、現時点で好ましい本発明の形態を示している。しかし、本発明は、図に示される詳細な内容に限定されないことを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、液体組成物の硬化前のポロゲン粒子を含む本発明の液体組成物試料を示す模式図である。
【図２】図２は、図１の液体組成物の硬化後で、硬化組成物の炭化前のポロゲン粒子を含む本発明の硬化組成物試料を示す模式図である。
【図３】図３は、図２の硬化組成物の炭化後の本発明の多孔性炭素質組成物試料を示す模式図である。
【図４】図４は、硬化炭素質組成物の炭化の前のポロゲン粒子を含む本発明の硬化炭素質組成物試料の部分断面写真である。
【図５】図５は、図４に示すような本発明の硬化炭素質組成物試料の炭化後の本発明の多孔性炭素質組成物試料を示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本明細書における「多孔性炭素質組成物」は、種々の大きさ、形状、構造および分布の、例えば、開放炭素気泡、独立炭素気泡および開放・独立混合炭素気泡を含む気孔、空隙、溝、割れ目、または空洞を有する炭素質組成物を意味する。
【００２３】
本明細書における「ポロゲン」は、炭化処理の前またはその間に１個または複数個の空隙を生成する成分を意味する。
【００２４】
本明細書において「多孔性」は、材料片の内部連続性の欠如を意味する。
【００２５】
最も広い範囲では、本発明は、多孔性炭素質組成物を調製するための硬化性液体炭素前駆体配合物を対象とし、この配合物は、（ａ）少なくとも１種の芳香族エポキシ樹脂、（ｂ）（ｉ）少なくとも１種の芳香族共反応性硬化剤、（ｂ）（ｉｉ）少なくとも１種の触媒硬化剤、または（ｂ）（ｉｉｉ）これらの混合物、および（ｃ）少なくとも１種のポロゲンを含み、液体組成物は、ポロゲン添加前、任意成分添加前、硬化前、および炭化前に、２５℃で１０，０００ｍＰａ−ｓ未満の純粘度を有し、硬化される液体組成物は、組成物中に存在するポロゲンおよびいずれの任意成分の重量にも関係なく、少なくとも３５重量パーセントの炭素収率を有する。
【００２６】
本明細書において「炭化すること」、「炭化」または「熱分解すること」は、窒素などの不活性雰囲気下で組成物を１０℃／分で２５℃〜１，０００℃まで加熱することにより、組成物から大部分の非炭素成分を除去することを意味する。
【００２７】
本明細書の硬化組成物に関連する「炭素収率」は、炭化後の組成物中に存在するポロゲンおよびいずれの任意成分の重量にも関係なく、窒素などの不活性雰囲気下、１０℃／分で２５℃〜１，０００℃まで処理された組成物の硬化試料中に残存している重量パーセントを意味する。
【００２８】
硬化性液体炭素前駆体配合物で有用な芳香族エポキシ樹脂化合物（成分（ａ））は、１種の芳香族エポキシ樹脂化合物でも、または２種以上のエポキシ樹脂化合物の組み合わせであってもよく、エポキシ樹脂化合物の少なくとも１種は、芳香族エポキシ樹脂である。例えば、本発明で有用な芳香族エポキシ樹脂の好ましい一実施形態は、ジビニルアレーンジオキシドであってもよい。
【００２９】
一実施形態では、本発明の硬化性液体炭素前駆体組成物に有用なジビニルアレーンジオキシドには、米国特許出願第１３／１３３，５１０号に記載のいずれかのジビニルアレーンジオキシドを含んでもよい。
【００３０】
別の実施形態では、本発明の硬化性液体炭素前駆体組成物の調製に有用なジビニルアレーンジオキシドには、例えば、任意の環位置に１個または複数個のビニル基を有する任意の置換または未置換アレーン核が含まれてもよい。例えば、ジビニルアレーンジオキシドのアレーン部分は、ベンゼン、置換ベンゼン、（置換）縮環ベンゼンまたは同族結合（置換）ベンゼン、またはこれらの混合物から構成されてもよい。ジビニルアレーンジオキシドのジビニルベンゼン部分は、オルト、メタ、もしくはパラ異性体またはこれらの任意の混合物であってもよい。追加の置換基は、飽和アルキル、アリール、ハロゲン、ニトロ、イソシアナート、またはＲＯ−（式中、Ｒは、飽和アルキルまたはアリールであってもよい）などのＨ２Ｏ２耐性基から構成されてもよい。縮環ベンゼンは、ナフタレン、およびテトラヒドロナフタレンから構成されてもよい。同族結合（置換）ベンゼンは、ビフェニル、およびジフェニルエーテルから構成されてもよい。
【００３１】
本発明の配合物の調製に使われるジビニルアレーンジオキシドは、以下の化学構造Ｉ〜ＩＶで一般的に示すことができる：
【化１】
2015519292.tif 000003
【００３２】
本発明で有用なジビニルアレーンジオキシドの上記構造Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ、およびＩＶで、それぞれ、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３およびＲ４は、個別に、水素、アルキル、シクロアルキル、アリールまたはアラルキル基であるか、または例えば、ハロゲン、ニトロ、イソシアナート、またはＲＯ基などのＨ２Ｏ２耐性基であってもよく、式中、Ｒは、アルキル、アリールまたはアラルキルであってもよく、ｘは、０〜４の整数であってもよく、ｙは、２以上の整数であってもよく、ｘ＋ｙは、６以下の整数であってもよく、ｚは、０〜６の整数であってもよく、およびｚ＋ｙは、８以下の整数であってもよく、さらに、Ａｒは、例えば、１，３−フェニレン基を含むアレーンフラグメントである。さらに、Ｒ４は、エポキシド、イソシアナートなどの反応性基、または任意の反応性基であってもよく、Ｚは、置換のパターンに応じて０〜６の整数であってもよい。
【００３３】
一実施形態では、本発明で有用なジビニルアレーンジオキシドは、例えば、Ｍａｒｋｓ、らによる２００８年１２月３０日出願の米国特許仮出願第６１／１４１４５７号に記載のプロセスにより製造できる。この特許出願は、参照により本明細書に組み込まれる。別の実施形態では、例えば、米国特許第２，９２４，５８０号（参照により本明細書に組み込まれる）に本発明で有用なジビニルアレーンジオキシドが開示されている。
【００３４】
また別の実施形態では、本発明で有用なジビニルアレーンジオキシドには、例えば、ジビニルベンゼンジオキシド（ＤＶＢＤＯ）、ジビニルナフタレンジオキシド、ジビニルビフェニルジオキシド、ジビニルジフェニルエーテルジオキシド、またはこれらの混合物が含まれてもよい。
【００３５】
本発明の好ましい一実施形態では、本発明の硬化性液体炭素前駆体組成物に使われるジビニルアレーンジオキシドは、例えば、ＤＶＢＤＯであってもよい。例えば、ＤＶＢＤＯなどのジビニルアレーンジオキシドは、比較的低い液体粘度を有するが、従来のエポキシ樹脂よりも高い剛性と架橋密度を有するジエポキシドの種類に属する。
【００３６】
別の好ましい実施形態では、本発明で有用なジビニルアレーンジオキシド化合物には、例えば、次の化学式の構造Ｖで示されるＤＶＢＤＯが含まれる：
【化２】
2015519292.tif 000004
構造Ｖ
【００３７】
上記ＤＶＢＤＯ化合物の化学式：Ｃ１０Ｈ１０Ｏ２；ＤＶＢＤＯの分子量：１６２．２；ＤＶＢＤＯの元素分析：Ｃ、７４．０６；Ｈ、６．２１；Ｏ、１９．７３；エポキシド等量：８１ｇ／ｍｏｌ。
【００３８】
下記の構造ＶＩは、本発明で有用な好ましいＤＶＢＤＯの化学構造の別の実施形態を示す：
【化３】
2015519292.tif 000005
構造ＶＩ
【００３９】
下記の構造ＶＩＩは、本発明で有用な好ましいＤＶＢＤＯの化学構造のまた別の実施形態を示す：
【化４】
2015519292.tif 000006
構造ＶＩＩ
【００４０】
ＤＶＢＤＯが当技術分野で既知のプロセスで調製される場合、３種の可能な異性体：オルト、メタ、およびパラの内の１種を得ることができる。従って、本発明は、上記構造の内のいずれか１種により示されるＤＶＢＤＯを個々に含むか、またはこれらの混合物として含む。上記構造ＶＩおよびＶＩＩは、ＤＶＢＤＯのメタ（１，３−ＤＶＢＤＯ）異性体およびパラ（１，４−ＤＶＢＤＯ）異性体をそれぞれ示す。オルト異性体は希であり、通常、ＤＶＢＤＯは、大部分、凡そ９：１〜１：９の範囲のメタ（構造ＶＩ）対パラ（構造ＶＩＩ）比率の異性体が生成される。本発明は、好ましくは、一実施形態では、構造ＶＩ対構造ＶＩＩを６：１〜１：６の比率の範囲で含み、他の実施形態では、構造ＶＩ対構造ＶＩＩの比率は、４：１〜１：４または２：１〜１：２であってもよい。
【００４１】
さらに別の本発明の実施形態では、ジビニルアレーンジオキシドは、多量の（例えば、２０ｗｔ％未満など）の置換アレーン、および／またはアレーンオキシドを含めることができる。ジビニルアレーンジオキシド組成物と混合される置換アレーンおよび／またはアレーンオキシドの量と構造は、ジビニルアレーン前駆体の調製に使用され、さらには、ジビニルアレーンジオキシドの調製に使われるプロセスに依存する。例えば、ジビニルベンゼン（ＤＶＢ）などのジビニルアレーン前駆体は、ジエチルベンゼン（ＤＥＢ）の脱水素により調製でき、得られる生成組成物は、多量のエチルビニルベンゼン（ＥＶＢ）およびＤＥＢを含む場合がある。過酸化水素などの酸化剤が存在するＤＥＢの脱水素反応の間に、反応混合物中に存在するＥＶＢは、過酸化水素と反応してエチルビニルベンゼン酸化物を生成する場合があり、一方、ＤＥＢは、未変化のまま残る。ジビニルアレーンジオキシド中のエチルビニルベンゼン酸化物およびＤＥＢの存在は、ジビニルアレーンジオキシドのエポキシド等量を純粋なジビニルアレーンジオキシド化合物の値より大きい値にまで増やす可能性がある。
【００４２】
一実施形態では、本発明で有用なジビニルアレーンジオキシド（例えば、ＤＶＢＤＯ）は、低粘度液体エポキシ樹脂を含む。例えば、本発明で使われるジビニルアレーンジオキシドの粘度は、２５℃で、大凡で、一実施形態では、０．００１Ｐａ−ｓ〜０．１Ｐａ−ｓ、別の実施形態では、０．０１Ｐａ−ｓ〜０．０５Ｐａ−ｓ、および、また別の実施形態では、０．０１Ｐａ−ｓ〜０．０２５Ｐａ−ｓの範囲である。
【００４３】
本発明で有用なジビニルアレーンジオキシドの１つの有利な性質は、その剛性である。ジビニルアレーンジオキシドの剛性は、Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，Ｄｅｋｋｅｒ，Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，１９９３、に記載のＢｉｃｅｒａｎｏの方法を使って、側鎖を除くジオキシドの計算回転自由度の数によって測定される。本発明に使われるジビニルアレーンジオキシドの剛性は、大凡で、一実施形態では、６〜１０回転自由度、別の実施形態では、６〜９回転自由度、およびまた別の実施形態では、６〜８回転自由度の範囲であってもよい。
【００４４】
本発明の硬化性液体炭素前駆体組成物に有用な芳香族エポキシ樹脂は、ジビニルアレーンジオキシド以外の当技術分野で既知の各種の芳香族エポキシ樹脂を含むことができる。芳香族エポキシ樹脂は、置換されていても、未置換でもよい。芳香族エポキシ樹脂は、単量体でも、ポリマーでもよい。芳香族エポキシ樹脂は、単一の芳香族エポキシ樹脂を含んでも、または２種以上の芳香族エポキシ樹脂の組み合わせを含んでもよい。
【００４５】
例えば、本発明で有用な芳香族エポキシ樹脂には、Ｐｈａｍ，Ｈ．Ｑ．ａｎｄ  Ｍａｒｋｓ，Ｍ．Ｊ．，Ｅｐｏｘｙ  Ｒｅｓｉｎｓ，ｔｈｅ  Ｋｉｒｋ−Ｏｔｈｍｅｒ  Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ  ｏｆ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ  ＆  Ｓｏｎｓ，Ｉｎｃ．：オンライン、２００４年１２月４日、およびその中の参考文献；Ｌｅｅ，Ｈ．ａｎｄ  Ｎｅｖｉｌｌｅ，Ｋ．，Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｅｐｏｘｙ  Ｒｅｓｉｎｓ，ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ  Ｂｏｏｋ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，１９６７，Ｃｈａｐｔｅｒ  ２，ｐａｇｅｓ  ２−１〜２−３３、およびその中の参考文献；Ｍａｙ，Ｃ．Ａ．Ｅｄ．，Ｅｐｏｘｙ  Ｒｅｓｉｎｓ：Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｍａｒｃｅｌ  Ｄｅｋｋｅｒ  Ｉｎｃ．：Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，１９８８およびその中の参考文献、ならびに、米国特許第３，１１７，０９９号に記載されている１種または複数種の芳香族エポキシ樹脂化合物を含んでもよい。これらの文献の全ては、参照により本明細書に組み込まれる。
【００４６】
一部の本発明で有用な芳香族エポキシ樹脂化合物には、例えば、多官能性フェノール、芳香族アミン、またはアミノフェノールと、エピクロロヒドリンとの反応生成物をベースにしたエポキシ化合物が含まれる。いくつかの非制限的実施形態には、例えば、ｐ−アミノフェノールのビスフェノールＡジグリシジルエーテル、ビスフェノールＦジグリシジルエーテル、レゾルシノールジグリシジルエーテル、およびトリグリシジルエーテルが含まれる。他の適切な当技術分野で既知のエポキシ化合物には、例えば、エピクロロヒドリンと、ｏ−クレゾールノボラック、炭化水素ノボラック、およびフェノールノボラックとの反応生成物が含まれる。また、エポキシ化合物は、例えば、Ｔｈｅ  Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能な、Ｄ．Ｅ．Ｒ．３３１（登録商標）、Ｄ．Ｅ．Ｒ．３３２、Ｄ．Ｅ．Ｒ．３５４、Ｄ．Ｅ．Ｒ．５８０、Ｄ．Ｅ．Ｎ．４２５、Ｄ．Ｅ．Ｎ．４３１、またはＤ．Ｅ．Ｎ．４３８エポキシ樹脂、などの市販の製品から選択してもよい。
【００４７】
上述のように、硬化性液体炭素前駆体組成物は、（ａ）上述の少なくとも１種の芳香族エポキシ樹脂を、（ｂ）（ｉ）少なくとも１種の芳香族共反応性硬化剤、もしくは（ｂ）（ｉｉ）少なくとも１種の触媒硬化剤、または（ｂ）（ｉｉｉ）少なくとも１種の芳香族共反応性硬化剤および少なくとも１種の触媒硬化剤の混合物、と混合することにより調製できる。
【００４８】
本明細書における「芳香族共反応性硬化剤」は、芳香族エポキシ樹脂のエポキシドと反応して、芳香族エポキシ樹脂のエポキシド基と、芳香族共反応性硬化剤の官能基との縮合により硬化させる官能基を有する芳香族化合物を意味する。
【００４９】
本明細書における「触媒硬化剤」は、芳香族エポキシ樹脂のエポキシド基と反応して、エポキシド単独重合により芳香族エポキシ樹脂の硬化を開始する化合物を意味する。
【００５０】
本発明の炭素前駆体組成物の少なくとも１種の芳香族共反応性硬化剤または少なくとも１種の触媒硬化剤は、例えば、上記硬化剤の１種の、または２種以上の組み合わせを含むことができる。本発明で有用な炭素前駆体組成物の芳香族共反応性硬化剤および触媒硬化剤は、任意の芳香族共反応性硬化剤または当技術分野で既知のエポキシ樹脂用の任意の触媒硬化剤から選択してもよい。
【００５１】
例えば、本発明で有用な芳香族共反応性硬化剤（硬化剤（ｈａｒｄｅｎｅｒ）または架橋剤とも呼ばれる）は、エポキシ樹脂の反応性エポキシ基と反応する活性基を有する任意の芳香族化合物であってもよい。このような硬化剤の化学的性質は、上記で言及したエポキシ樹脂に関する本に記載されている。本発明で有用な芳香族共反応性硬化剤には、アミンおよびその誘導体などの窒素含有化合物、カルボン酸末端ポリエステル、無水物、フェノールホルムアルデヒド樹脂、アミノホルムアルデヒド樹脂、フェノール、ビスフェノールＡおよびクレゾールノボラックなどの酸素含有化合物、ならびにフェノール末端エポキシ樹脂、が含まれる。
【００５２】
好ましい一実施形態では、例えば、ジアミノジフェニルスルホンおよびその異性体、アミノベンゾアート、種々の酸無水物、フェノールノボラック樹脂およびクレゾールノボラック樹脂を本発明で使用できるが、本発明は、これらの化合物の使用に限定されない。
【００５３】
最適な芳香族共反応性硬化剤は、配合物に使われる芳香族エポキシ樹脂に依存する場合がある。通常、本発明で有用な芳香族共反応性硬化剤は、限定されないが、例えば、フェノール、ベンゾキサジン、芳香族無水物、芳香族アミン、芳香族カルボジイミド、芳香族ポリエステル、芳香族ポリイソシアナート、およびこれらの混合物、から選択してもよい。芳香族エポキシ樹脂として使われるジビニルアレーンジオキシドの場合には、芳香族共反応性硬化剤に、フェノール、ジフェノール、またはポリフェノールを同様に含めることができる。
【００５４】
一実施形態では、少なくとも１種の芳香族共反応性硬化剤には、メチレンジアニリン（ＭＤＡ）、トルエンジアミン（ＴＤＡ）、ジエチルトルエンジアミン（ＤＥＴＤＡ）、ジアミノジフェニルスルホン（ＤＡＤＳ）などの芳香族アミンの１種または複数種；ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、１，１−ビス（４−ヒドロキシフェニル）−エタン、ヒドロキノン、レゾルシノール、カテコール、テトラブロモビスフェノールＡなどのポリフェノール；フェノールノボラック、ビスフェノールＡノボラック、ヒドロキノンノボラック、レゾルシノールノボラック、ナフトールノボラックなどのノボラック；無水フタル酸、無水トリメリト酸などの無水物；およびこれらの混合物を含めてもよい。
【００５５】
好ましい実施形態では、本発明の硬化性炭化組成物液体前駆体の調製で、例えば、ジビニルアレーンジオキシドなどの少なくとも１種の芳香族エポキシ樹脂と混合される芳香族共反応性硬化剤は、化合物が炭化または熱分解を受ける場合に、例えば、３５パーセントを超える炭素収率を得るのに適するいずれかの化合物を含めてもよい。一実施形態では、高炭素収率を得るのに適する芳香族共反応性硬化剤には、例えば、モノフェノール、ジフェノール、ポリフェノール、またはこれらの混合物などのフェノール性化合物を含めてもよい。モノフェノールには、例えば、ｐ−クレゾールもしくはｍ−クレゾールまたは他のフェノール、およびこれらの混合物などのフェノールを含めることができる。好ましい一実施形態には、本発明の硬化性組成物に有用な例えば、ｐ−クレゾールなどのフェノール化合物が含まれる。
【００５６】
通常、芳香族エポキシ樹脂のエポキシド当量の、本発明で使われる高炭素収率を与えるために適する芳香族共反応性硬化剤の共反応性基に対する比率ｒは、例えば、一実施形態では、０．１〜１０、別の実施形態では、０．２〜８、また別の実施形態では、０．４〜６；およびさらに別の実施形態では、１〜５であってもよい。ｒが１．０より大きい場合、硬化後、過剰エポキシドが未反応で残るか、または熱硬化物ネットワークと反応する場合がある。芳香族エポキシ樹脂がジビニルアレーンジオキシドで、芳香族共反応性硬化剤がフェノールの場合、ｒは、同時係属の米国特許仮出願第６１／６６０，３９７号で記載されるように定義される。
【００５７】
本発明で有用な触媒硬化剤には、例えば、ブレンステッド酸、ルイス酸、ルイス塩基、アルカリ塩基、ルイス酸−ルイス塩基複合体、４級アンモニウム化合物、４級ホスホニウム化合物、またはこれらの混合物を含んでもよい。ブレンステッド酸の好適例には、硫酸、スルホン酸、過塩素酸、リン酸、リン酸部分エステル、およびこれらの混合物が含まれる。ルイス酸の一好適例には、ホウ素トリフルオリドが含まれる。ルイス塩基の好適例には、三級アミン、イミダゾール、アミジン、置換尿素およびこれらの混合物が含まれる。アルカリ塩基の一好適例には、水酸化カリウムが含まれる。ルイス酸−ルイス塩基複合体の一好適例には、ホウ素トリフルオリド−エチルアミン複合体が含まれる。４級アンモニウム化合物の一好適例は、ベンジルトリメチル水酸化アンモニウムである。４級ホスホニウム化合物の一好適例は、テトラブチルホスホニウム水酸化物である。
【００５８】
さらに、ジビニルアレーンジオキシドなどの芳香族エポキシ樹脂が使われる場合、本発明で有用な触媒硬化剤は、同時係属の米国特許仮出願第６１／６６０，４０３号に記載の潜触媒を含めてもよい。
【００５９】
通常、本発明で使われる触媒硬化剤の量は、例えば、一実施形態では、０．０１ｗｔ％〜２０ｗｔ％、別の実施形態では、０．１ｗｔ％〜１０ｗｔ％、また別の実施形態では、０．１ｗｔ％〜５ｗｔ％、およびさらに別の実施形態では、０．１ｗｔ％〜３ｗｔ％の触媒であってもよい。低レベルの触媒硬化剤の使用は、反応性を低下させ、より少ない架橋ネットワークとなるであろう。また、より高いレベルの触媒硬化剤の使用は、非経済的であろう。
【００６０】
多孔性炭素質組成物の調製に有用な硬化性配合物を形成するために、ポロゲンが硬化性配合物に添加される。一実施形態では、本発明の硬化性配合物に添加されるポロゲンは、単一ポロゲン化合物であっても、２種以上の異なるポロゲン化合物の組み合わせであってもよい。
【００６１】
例えば、硬化性配合物に有用なポロゲンは、発泡剤、分散ガス、犠牲テンプレート、中空材料、またはこれらの組み合わせであってもよい。
【００６２】
一実施形態では、発泡剤には、１５０℃未満の沸点の液体、例えば、水、液体炭化水素、フルオロカーボン、クロロカーボン、クロロフルオロカーボン、アルコール、ケトン、エーテル、エステル、水、およびこれらの混合物が含まれる。
【００６３】
別の実施形態では、分散ガスには、２０℃未満の沸点のガス、例えば、空気、窒素、ガス状炭化水素、二酸化炭素、およびこれらの混合物を含んでもよい。
【００６４】
熱で分解されて（すなわち、活性化される）、ガス状生成物を発生し、その後、発泡体生成物を形成する化学発泡剤を本発明で使用できる。
【００６５】
本発明で有用な物理的発泡剤には、例えば、永久ガス、例えば、Ｎ２、ＣＯ２、フルオロカーボン、ヒドロフルオロカーボン、ヒドロフルオロオレフィン、クロロカーボン、クロロフルオロカーボン、ヒドロクロロフルオロカーボン、水、ＳＦ６などの他の不活性のガス、またはこれらの混合物が含まれる。
【００６６】
別の実施形態では、本発明で有用な化学発泡剤には、例えば、化学反応生成物による気孔が形成される化学発泡剤が含まれる。化学発泡剤の例には、重炭酸ナトリウム、クエン酸、ヒドラジンおよび他の窒素ベース物質、例えば、アゾジカルボンアミド、ｐ−トルエンスルホニルヒドラジド、ｐ−トリルスルホニルセミカルバジド、４，４−オキシビスベンゼンスルホニルヒドラジド、５−フェニルテトラゾールおよびジニトロソペンタメチレンテトラミンが含まれる。さらに、イソシアナートと水との間の反応を使って、気孔を生成できる。本発明で有用な他の発泡剤には、Ｒｈｏｍｉｅ  ｅｔ  ａｌ．，「Ｂｌｏｗｉｎｇ  Ａｇｅｎｔｓ」，Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ  Ｏｆ  Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，（ＤＯＩ：１０．１００２／０４７１４４０２６４．ｐｓｔ０３２；０２−１５−２０１１）に記載されているものを含めてもよい。
【００６７】
犠牲テンプレートには、例えば、スチレン、メチルメタクリル酸塩、ブタジエン、エチレン、プロピレン、アクリロニトリル、ならびにこれらの混合物のポリマーおよび共重合体、などの６００℃未満で熱分解するポリマー粒子を含めてもよい。
【００６８】
硬化性配合物中にポロゲンとして添加できる中空材料の例は、球、管、円柱、円板、立方体、星形、およびこれらの混合物、などのいずれの形状であってもよい。
【００６９】
別の実施形態では、硬化性配合物に使用されるエポキシ樹脂または硬化剤が、ポロゲンであってもよい。
【００７０】
通常、本発明で有用なポロゲン化合物の量は、例えば、一実施形態では、０．１容量パーセント（ｖｏｌ％）〜９９．９ｖｏｌ％、別の実施形態では、１ｖｏｌ％〜９９ｖｏｌ％、また別の実施形態では、１０ｖｏｌ％〜９０ｖｏｌ％、およびさらに別の実施形態では、２０ｖｏｌ％〜８０ｖｏｌ％であってもよい。
【００７１】
別の好ましい実施形態では、ポロゲン化合物は、溶媒であってもよく、または本発明の硬化性配合物の調製で溶媒と混合されてもよい。
【００７２】
本発明の硬化性液体炭素前駆体組成物の調製で、例えば、少なくとも１種の硬化触媒などの任意の化合物を硬化性液体炭素前駆体組成物に添加してもよい。本明細書における「硬化触媒（ｃｕｒｉｎｇ  ｃａｔａｌｙｓｔ）」または「硬化触媒（ｃｕｒｅ  ｃａｔａｌｙｓｔ）」は、少なくとも１種の芳香族エポキシ樹脂と、芳香族共反応性硬化剤化合物との反応を容易にするために使用される化合物を意味する。硬化触媒は、本発明組成物中で採用されるエポキシ樹脂および採用される芳香族共反応性硬化剤に基づいて選択できる。
【００７３】
エポキシ樹脂が、例えば、ジビニルアレーンジオキシドで、硬化剤が、例えば、フェノールである場合の一例示的実施形態では、本発明で有用な任意の硬化触媒には、ジビニルアレーンジオキシド化合物とフェノールとの反応を容易にするための少なくとも１種の酸化合物関連硬化触媒を含めてもよい。一実施形態では、本発明で有用な触媒には、例えば、米国特許仮出願第６１／５５６９７９号で記載の触媒のいずれかの１種または複数種、例えば、ブレンステッド酸（例えば、Ｃｙｔｅｃから市販されているＣＹＣＡＴ（登録商標）６００）、ルイス酸、およびこれらの混合物を含めてもよい。別の実施形態では、触媒には、例えば、潜在性アルキル化エステル、例えば、国際公開第ＷＯ９５１８１６８号に記載の触媒のいずれか１種または複数種を含めてもよい。
【００７４】
別の実施形態では、潜在性アルキル化エステル硬化触媒は、例えば、スルホン酸のエステル、例えば、メチルｐ−トルエンスルホナート（ＭＰＴＳ）、エチルｐ−トルエンスルホナート（ＥＰＴＳ）、およびメチルメタンスルホナート（ＭＭＳ）；α−ハロゲン化カルボン酸のエステル、例えば、メチルトリクロロアセタートおよびメチルトリフルオロアセタート；ならびにホスホン酸のエステル、例えば、テトラエチルメチレンジホスホナート；またはこれらの任意の組み合わせを含んでもよい。本発明で使われる硬化触媒の好ましい一実施形態は、例えば、ＭＰＴＳを含んでもよい。本発明で有用な他の硬化触媒は、例えば、同時係属の米国特許仮出願第６１／６６０，３９７号に記載のものを含んでもよい。
【００７５】
通常、本発明で使われる触媒硬化剤または任意の硬化触媒の量は、例えば、一実施形態では、０．０１ｗｔ％〜２０ｗｔ％、別の実施形態では、０．１ｗｔ％〜１０ｗｔ％、また別の実施形態では、０．１ｗｔ％〜５ｗｔ％、およびさらに別の実施形態では、０．１ｗｔ％〜３ｗｔ％触媒であってもよい。低レベルの触媒硬化剤または任意の硬化触媒の使用は、反応性を低下させ、より少ない架橋ネットワークになるであろう。また、より高いレベルの触媒硬化剤または任意の硬化触媒の使用は不経済になるであろう。
【００７６】
本発明の硬化性配合物は、任意の化合物として、ＤＶＢＤＯなどの上述の第１の芳香族エポキシ樹脂とは異なる少なくとも１種の別の第２のエポキシ化合物を含んでもよい。例えば、第２のエポキシ化合物には、１種のエポキシ化合物を含んでもよく、または２種以上のエポキシ化合物の組み合わせを含んでもよい。本発明で有用なエポキシ化合物には、当技術分野で既知の各種のエポキシ化合物を含めてもよい。例えば、エポキシ化合物は、飽和または不飽和の、脂肪族、脂環式、芳香族またはヘテロ環式であってもよく、さらに、置換されていてもよい。エポキシ化合物は、単量体であっても、ポリマーであってもよい。
【００７７】
例えば、本発明の配合物には、当技術分野で既知の１種または複数種のエポキシ化合物、例えば、Ｐｈａｍ，Ｈ．Ｑ．ａｎｄ  Ｍａｒｋｓ，Ｍ．Ｊ．，Ｅｐｏｘｙ  Ｒｅｓｉｎｓ，ｔｈｅ  Ｋｉｒｋ−Ｏｔｈｍｅｒ  Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ  ｏｆ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ  ＆  Ｓｏｎｓ，Ｉｎｃ．：オンライン２００４年１２月４日；Ｌｅｅ，Ｈ．ａｎｄ  Ｎｅｖｉｌｌｅ，Ｋ．，Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｅｐｏｘｙ  Ｒｅｓｉｎｓ，ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ  Ｂｏｏｋ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，１９６７，Ｃｈａｐｔｅｒ  ２，ｐａｇｅｓ  ２−１〜２−３３，およびその中の参考文献；Ｍａｙ，Ｃ．Ａ．Ｅｄ．，Ｅｐｏｘｙ  Ｒｅｓｉｎｓ：Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｍａｒｃｅｌ  Ｄｅｋｋｅｒ  Ｉｎｃ．：Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，１９８８；および米国特許第３，１１７，０９９号；に記載のエポキシ化合物を含めてもよい。全てのこれらの文献は、参照により本明細書に組み込まれる。
【００７８】
第２のエポキシ樹脂として有用な一部のエポキシ化合物には、例えば、多官能性アルコール、フェノール、脂環式カルボン酸、芳香族アミン、またはアミノフェノールとエピクロロヒドリンとの反応生成物をベースにしたエポキシ化合物を含めてもよい。いくつかの非制限的実施形態には、例えば、パラアミノフェノールのビスフェノールＡジグリシジルエーテル、ビスフェノールＦジグリシジルエーテル、レゾルシノールジグリシジルエーテル、およびトリグリシジルエーテルが含まれる。当技術分野で既知の他の適するエポキシ化合物には、例えば、エピクロロヒドリンと、ｏ−クレゾールノボラック、炭化水素ノボラック、およびフェノールノボラックとの反応生成物が含まれる。また、エポキシ化合物は、例えば、Ｔｈｅ  Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能なＤ．Ｅ．Ｒ．３３１（登録商標）、Ｄ．Ｅ．Ｒ．３３２、Ｄ．Ｅ．Ｒ．３５４、Ｄ．Ｅ．Ｒ．５８０、Ｄ．Ｅ．Ｎ．４２５、Ｄ．Ｅ．Ｎ．４３１、Ｄ．Ｅ．Ｎ．４３８、Ｄ．Ｅ．Ｒ．７３６、またはＤ．Ｅ．Ｒ．７３２エポキシ樹脂、などの市販の製品から選択してもよい。
【００７９】
本明細書で単一の芳香族エポキシ樹脂が使われる場合、または芳香族エポキシ樹脂が組み合わせて、または１種または複数種の他の非芳香族、脂肪族、または脂環式エポキシ化合物と混合して使われる場合、本発明に有用な配合物に使われるエポキシ樹脂の合計量は、反応生成物の組成物中の他の成分の割合に応じて、大凡で、一実施形態では０．５重量パーセント（ｗｔ％）〜１００ｗｔ％、別の実施形態では、１ｗｔ％〜９９ｗｔ％、また別の実施形態では、２ｗｔ％〜９８ｗｔ％、およびさらに別の実施形態では、５ｗｔ％〜９５ｗｔ％の範囲であってもよい。
【００８０】
本発明の硬化性液体炭素前駆体組成物に添加してもよい他の任意の化合物には、当業者に既知の硬化性樹脂配合物に通常使われる化合物を含めてもよい。例えば、任意成分には、適用性（例えば、表面張力調整剤または流動助剤）、信頼性（例えば、接着促進剤）、反応速度、反応の選択性、および／または触媒寿命を改善するために組成物に添加できる化合物を含めてもよい。
【００８１】
硬化性液体炭素前駆体組成物に添加してもよい他の任意の化合物には、例えば、組成物の初期粘度からさらに配合物の粘度を下げる溶媒、芳香族エポキシ樹脂とは異なる他のエポキシ樹脂（例えば、脂肪族グリシジルエーテルまたは脂環式エポキシ樹脂）、芳香族共反応性硬化剤および触媒硬化剤とは異なる他の硬化剤、充填剤、顔料、強化剤、流動調整剤、接着促進剤、希釈剤、安定剤、可塑剤、硬化触媒、触媒不活化剤、難燃剤、芳香族炭化水素樹脂、コールタールピッチ、石油ピッチ、炭素ナノチューブ、グラフェン、カーボンブラック、炭素繊維、またはこれらの混合物が挙げられる。
【００８２】
好ましい一実施形態では、多孔性炭素質組成物を調製するための硬化性液体炭素前駆体配合物には、芳香族エポキシ樹脂とは異なる追加のエポキシ樹脂、芳香族共反応性硬化剤および触媒硬化剤とは異なる追加の硬化剤、充填材、反応性希釈剤、可撓性付与剤、加工助剤、強化剤、またはこれらの混合物を含めることができる。
【００８３】
通常、本発明で使われる場合の他の任意の化合物の量は、例えば、一実施形態では、０ｗｔ％〜９０ｗｔ％、別の実施形態では、０．０１ｗｔ％〜８０ｗｔ％、また別の実施形態では、０．１ｗｔ％〜６５ｗｔ％、およびさらに別の実施形態では、０．５ｗｔ％〜５０ｗｔ％の硬化剤であってもよい。
【００８４】
上記硬化性高炭素収率低純粘度液体炭素前駆体配合物または組成物の調製のための一実施形態は、例えば、（ａ）少なくとも１種の芳香族エポキシ樹脂、（ｂ）（ｉ）少なくとも１種の芳香族共反応性硬化剤、（ｂ）（ｉｉ）少なくとも１種の触媒硬化剤、または（ｂ）（ｉｉｉ）これらの混合物、および（ｃ）少なくとも１種のポロゲン（液体組成物は、ポロゲンの添加前、任意成分の添加前、硬化前、および炭化前に、２５℃で、１０，０００ｍＰａ−ｓ未満の純粘度を有し、ならびに、硬化される液体組成物は、組成物中に存在するポロゲンおよびいずれの任意成分の重量にも関係なく、少なくとも３５重量パーセントの炭素収率を有する）、ならびに、（ｄ）必要に応じ、任意選択で、少なくとも１種の硬化触媒または他の任意成分を混合するステップを含む。
【００８５】
硬化性液体炭素前駆体組成物の作製に使われる化合物は、好都合にも、特別な努力を要しないで混ざる低粘度物質である。例えば、本発明の硬化性液体炭素前駆体組成物の調製は、組成物の成分を磁気攪拌子ミキサーまたはペールミキサーで混合することにより容易に達成される。例えば、硬化性液体炭素前駆体組成物は、標準的ペールミキサーを使って１ｒｐｍ〜２００ｒｐｍで混合できる。
【００８６】
本発明の硬化性液体炭素前駆体組成物または配合物の必須および任意成分または構成要素は、典型的な例では、特定の適用に対し所望の性質のバランスを有する効果的な硬化性組成物の調製を可能とする温度で混合・分散される。例えば、成分の混合中の温度は、大凡で、一実施形態では、−１０℃〜１００℃、別の実施形態では、０℃〜５０℃であってもよい。より低い混合温度は、樹脂と硬化剤成分の反応を最小化し、配合物の使用可能時間を最大化するのを助ける。
【００８７】
非限定的一例示的実施形態として、ジビニルベンゼンジオキシド、ｐ−クレゾール、硬化触媒、ならびに他の望ましいおよび任意の添加物、例えば、追加のエポキシ樹脂を、一緒に混合して、本発明の硬化性液体炭素前駆体組成物を形成できる。
【００８８】
本発明の硬化性液体炭素前駆体組成物の調製、および／または、そのいずれかのステップは、バッチプロセスであっても、または連続プロセスであってもよい。プロセスで使われる混合設備は、当業者によく知られたいずれの容器および補助的設備でもよい。
【００８９】
いずれかの任意の化合物の添加前、硬化前、および炭化前の本発明で有用な硬化性液体炭素前駆体組成物は、２５℃で、１０，０００ｍＰａ−ｓ未満の純粘度を有する。例えば、任意の化合物を含まず、硬化と炭化前の硬化性液体炭素前駆体組成物は、２５℃で、大凡で、一実施形態では、１０，０００ｍＰａ−ｓ未満、別の実施形態では、１ｍＰａ−ｓ〜５，０００ｍＰａ−ｓ、また別の実施形態では、５ｍＰａ−ｓ〜３，０００ｍＰａ−ｓ、および、さらに別の実施形態では、１０ｍＰａ−ｓ〜１，０００ｍＰａ−ｓの純粘度を有する。他の実施形態では、硬化前の硬化性液体炭素前駆体組成物の純粘度は、１ｍＰａ−ｓ以上、５ｍＰａ−ｓ以上、または１０ｍＰａ−ｓ以上を含んでよい。他の実施形態では、硬化前の硬化性液体炭素前駆体組成物の純粘度は、１０，０００ｍＰａ−ｓ以下、５，０００ｍＰａ−ｓ以下、３，０００ｍＰａ−ｓ以下、または１，０００ｍＰａ−ｓ以下、を含んでよい。
【００９０】
上記低粘度配合物（１０，０００ｍＰａ−ｓ未満）は、好都合にも、配合物を溶媒で希釈して低粘度を得る必要なく使用できる。さらに、配合物は、好都合にも、炭素表面に対し良好な親和性を示し、最終的には、高炭素収率（例えば、３５％を超える）を与える。別の実施形態では、カーボンカーボン複合材料の調製プロセスは、低粘度配合物の使用により、緻密化サイクルの数を減らして（典型的な例では、１回または複数回のサイクルを減らせる）、均一に緻密化されたカーボンカーボン複合材料（すなわち、炭素繊維などの炭素質マトリックスと含浸樹脂との間の界面移行のない複合材）ならびに緻密化時に最小気孔率のカーボンカーボン複合材料（典型的な例では、１０ｌｂｓ／立方フィートを超える）が得られるために、有益である。
【００９１】
本発明の硬化性液体炭素前駆体組成物の低粘度の１つの利点は、低粘度により炭素繊維などの炭素質マトリックスによる処理に適する量の樹脂の取り込みが可能となるという点である。
【００９２】
低粘度に加えて、硬化前の硬化性液体炭素前駆体組成物は、一実施形態では、２５℃で、１０ｍＮ／ｍ〜７０ｍＮ／ｍ、別の実施形態では、２０ｍＮ／ｍ〜６０ｍＮ／ｍ、およびまた別の実施形態では、３０ｍＮ／ｍ〜６０ｍＮ／ｍであってもよい表面張力を有する。他の実施形態では、硬化前の硬化性液体炭素前駆体組成物の表面張力は、１０ｍＮ／ｍ以上、２０ｍＮ／ｍ以上、または３０ｍＮ／ｍ以上を含んでよい。他の実施形態では、硬化前の硬化性液体炭素前駆体組成物の表面張力は、７０ｍＮ／ｍ以下、または６０ｍＮ／ｍ以下を含んでよい。
【００９３】
さらに、本発明の硬化性液体炭素前駆体組成物は、炭素基材または部材の表面を容易に、効率的に濡らすのに十分な濡れ性を有することができる。すなわち、液体前駆体は、基材の表面上に広がる能力に変換される液体と表面との間の親和性を有する。
【００９４】
別の本発明の実施形態では、上記硬化性配合物は、硬化されて硬化炭素前駆体組成物を形成し、さらには、これを多孔性炭素質組成物を調製するために使用できる。例えば、硬化炭素前駆体組成物は、（ａ）少なくとも１種の芳香族エポキシ樹脂、（ｂ）（ｉ）少なくとも１種の芳香族共反応性硬化剤、もしくは（ｂ）（ｉｉ）少なくとも１種の触媒硬化剤、または（ｂ）（ｉｉｉ）これらの混合物、および（ｃ）少なくとも１種のポロゲンからなる硬化反応生成物を含み、液体組成物は、ポロゲンの添加前、任意成分の添加前、硬化前、および炭化前に、２５℃で、１０，０００ｍＰａ−ｓ未満の純粘度を有し、ならびに、硬化炭素前駆体組成物は、組成物中に存在するポロゲンおよびいずれの任意成分の重量にも関係なく、少なくとも３５重量パーセントの炭素収率を有する。
【００９５】
本発明の硬化炭素前駆体組成物は、硬化中に気孔を生成して硬化多孔性炭素前駆体組成物を形成する少なくとも１種のポロゲンを含む。別の実施形態では、硬化炭素前駆体組成物は、例えば、分散ガス、発泡剤、またはこれらの混合物などの少なくとも１種のポロゲンを含む。
【００９６】
本発明の硬化炭素前駆体組成物を製造する第１のステップは、上述の本発明の硬化性配合物を用意すること、および、その後、硬化性配合物を硬化することである。
【００９７】
本発明のプロセスは、上述の硬化性液体炭素前駆体組成物を硬化して硬化物質または硬化生成物、すなわち、硬化炭素前駆体組成物を形成することを含む。硬化性液体炭素前駆体組成物の硬化は、液体炭素前駆体組成物を硬化するために十分な所定の温度で、所定の時間行うことができる。例えば、硬化性液体炭素前駆体組成物または配合物を硬化する温度は、大凡で、一実施形態では、１０℃〜３５０℃、別の実施形態では、２５℃〜２００℃、また別の実施形態では、１００℃〜１９０℃、およびさらに別の実施形態では、１２５℃〜１７５℃であってもよい。他の実施形態では、硬化温度は、１０℃以上、２５℃以上、１００℃以上、または１２５℃以上を含んでよい。他の実施形態では、硬化温度は、３５０℃以下、２００℃以下、１９０℃以下、または１７５℃以下を含んでよい。
【００９８】
通常、硬化性液体炭素前駆体組成物または配合物を硬化するための硬化時間は、一実施形態では、１分〜９０日の間、別の実施形態では、２分〜７日、３分〜１日、５分〜８時間、７分〜４時間の間、および、また別の実施形態では、１０分〜２時間の間、から選択できる。他の実施形態では、硬化時間は、１分以上、２分以上、３分以上、５分以上、７分以上、または１０分以上を含んでよい。他の実施形態では、硬化時間は、９０日以下、７日以下、１日以下、８時間以下、４時間以下、または２時間以下を含んでよい。
【００９９】
硬化プロセスは、硬化および炭化前に配合物を型中に注入することにより配合物を成形するステップを含んでもよい。あるいは、いずれか他の当技術分野で既知の成形またはプレス成形技術を使うこともできる。例えば、プロセスの成形ステップは、硬化および炭化前の射出成形、流延成形、コーティング、押出成形、鋳込み成形、吹付けおよびこれらの組み合わせ成形法を含んでもよい。
【０１００】
本発明の硬化性組成物のエポキシ樹脂成分の一実施形態であるＤＶＢＤＯなどの本発明のジビニルアレーンジオキシドを単独の樹脂として使って、最終硬化性液体炭素前駆体組成物または配合物中のエポキシマトリックスを形成でき、またはジビニルアレーンジオキシド樹脂を、ジビニルアレーンジオキシドとは異なる別のエポキシ樹脂と組み合わせて、最終硬化性液体炭素前駆体組成物または配合物中のエポキシ成分として使用できる。
【０１０１】
本明細書記載のように、硬化物質を炭化することにより硬化物質から炭化組成物が得られる。組成物中に存在するポロゲンおよびいずれの任意成分の重量にも関係なく、硬化組成物の炭素収率が測定され、熱重量分析（ＴＧＡ）により測定される。硬化物質は、好都合にも、大凡で、少なくとも３５ｗｔ％の炭素収率を有する。例えば、ＴＧＡで測定した硬化生成物の炭素収率は、硬化組成物の合計重量をベースにして、大凡で、一実施形態では、３５ｗｔ％〜９５ｗｔ％、別の実施形態では、４０ｗｔ％〜９０ｗｔ％、また別の実施形態では、４５ｗｔ％〜８５ｗｔ％、またはさらに別の実施形態では、５０ｗｔ％〜８０ｗｔ％であってもよい。他の実施形態では、硬化生成物の炭素収率は、３５ｗｔ％以上、４０ｗｔ％以上、４５ｗｔ％以上、または５０ｗｔ％以上を含んでよい。他の実施形態では、硬化生成物の炭素収率は、９５ｗｔ％以下、９０ｗｔ％以下、８５ｗｔ％以下、または８０ｗｔ％以下を含んでよい。
【０１０２】
２５℃で１０，０００ｍＰａ−ｓ未満の純粘度を有する硬化性液体炭素前駆体組成物の硬化時に得られる硬化組成物は、炭化またはさらなる処理に適する。硬化性液体炭素前駆体組成物の硬化時の硬化組成物は、構造体を炭化する前に所望のプリホーム構造体に成形または形状付与できる固形物を含む。
【０１０３】
上述の硬化性液体炭素前駆体組成物を硬化して得られた硬化物質（すなわち、架橋した生成物）は、硬化プリホーム前駆体を形成し、これは、さらに、本発明に従って炭化されて、いくつかの性質が改善された炭化組成物または炭化生成物（多孔性炭素質組成物）を形成できる。
【０１０４】
一実施形態では、上述の硬化ステップを、炭化ステップの全体または一部と同時に行うことができる。別の実施形態では、炭化ステップを、硬化ステップとは別々のステップとして行うことができる。
【０１０５】
例えば、本発明のプロセスは、３５ｗｔ％を超える炭素収率を有する硬化物質を炭化するのに十分な所定の温度と所定の時間、硬化物質を窒素または真空などの不活性の雰囲気中で炭化するステップを含むことができる。例えば、硬化物質を炭化する温度は、大凡で、一実施形態では、３５０℃〜４，０００℃、別の実施形態では、４００℃〜３，５００℃、また別の実施形態では、５００℃〜３，０００℃、およびさらに別の実施形態では、８００℃〜２，０００℃であってもよい。
【０１０６】
一般に、硬化物質の炭化時間は、炭素質材料の量、炭素物品の大きさ、および炭素物品の複雑さに依存することがある。一例示的実施形態では、硬化物質の炭化時間は、例えば、一実施形態では、１分〜９０日、別の実施形態では、３０分〜７日、およびまた別の実施形態では、１時間〜２４時間の範囲から選択できる。
【０１０７】
本発明の炭化組成物の１つの利点は、炭化組成物が少量の不純物しか含まないという点である。不純物には、例えば、金属および非金属が含まれてもよい。炭化組成物中の不純物の存在は、得られた炭化材料の種々の用途における性質に有害作用をもたらす場合がある。
【０１０８】
ポロゲンを含む液体配合物を硬化し、硬化炭素質マトリックスの炭化後、本発明で、いくつかのその他の任意の熱処理、および／またはさらなる製造方法を採用可能にする。
【０１０９】
例えば、図１〜３を参照すると、本発明の炭素質発泡体の製造プロセスステップを順番に示すそれぞれの処理ステップ後の樹脂ブロックの経時的模式図が示されている。図１から説明すると、例えば、硬化性液体炭素前駆体配合物の全体が数字１０で示されており、これは、ポロゲン粒子１２を含む液体マトリックス１１を含む。配合物の硬化または炭化が完了する前は、図１に示されているポロゲン粒子は、液体配合物中に存在する。
【０１１０】
図２を参照すると、図１のステップの後の２番目の処理ステップが示されており、全体硬化生成物が数字２０で示され、ポロゲン粒子２２を含む硬化マトリックス２１を含み、このポロゲン粒子は、粒子１２と同じままで残っても、そうでなくてもよい。図２は、硬化性液体配合物本体中にあった以前のポロゲン１２が、ここでは、硬化液体配合物２１中に埋め込まれているポロゲン粒子２２であることを示す。
【０１１１】
図３を参照すると、図２のステップ後の３番目の処理ステップが示され、全体炭化生成物が数字の３０で示されており、図２の硬化配合物の炭化により生じた炭素質マトリックス３１および気孔または空隙３２を含む。炭素質マトリックス３１中の生成気孔３２が、発泡構造体３０を与える。
【０１１２】
図３は、図２の硬化組成物の炭化後の本発明の多孔性炭素質組成物を示す。図４は、本発明の硬化組成物の部分断面を示す写真であり、数字４０は上記硬化プロセスにより調製されたままの全体を示す。硬化生成物４０は、硬化炭素質組成物の炭化の前に、硬化マトリックス４１および含有ポロゲン粒子４２から作製される。図４は、マトリックス中の球状塊として識別できる埋め込まれたポロゲンを含む硬化液体炭素配合物の一部の断面図を示す。
【０１１３】
さらに、図５は、図４の硬化炭素質組成物の炭化後の本発明の多孔性炭素質組成物を示す写真で、炭素質マトリックス５１およびポロゲン粒子５２を含む。図５は、図４の配合物から作製された炭化組成物の部分断面図を示し、マトリックス中に埋め込まれたポロゲンがマトリックス中の球状塊として識別可能である。硬化物質の炭化時に、多孔性炭素質組成物の生成物が形成される。図５を参照すると、本発明のプロセスにより作成された多孔性炭素質組成物の写真が示されている。多孔性炭素質組成物は、全体が、図５の参照数字５０により示されており、空隙、または独立気泡５２を含む炭素質マトリックス５１を含む。
【０１１４】
炭素／黒鉛発泡体を含む本発明の多孔性炭素質組成物を使って、例えば、電子デバイス、半導体、熱絶縁体および伝導体、建設材料、電気化学的貯蔵、積層体、分離、高温熱絶縁体、高熱伝導ヒートシンク、エネルギー貯蔵用電極、エネルギー吸収材料、触媒担体およびフィルター、高温絶縁体、燃料電池電極、熱交換器、ブレーキディスク、エンジン部品、および骨手術材料などの種々の多孔性炭素質組成物物品を製造できる。
【０１１５】
実施例
次の実施例は、本発明をさらに詳細に例示するが、その範囲を限定するものと解釈されるべきではない。
下記の実施例で使われている種々の用語および表記を、ここで下記により説明する。
「ＤＶＢＤＯ」は、少なくとも９５％の純度のジビニルベンゼンジオキシドを意味する。
「ＭＰＴＳ」は、メチルｐ−トルエンスルホナートを意味する。
「ＴＧＡ」は、熱重量分析を意味する。
【０１１６】
実施例では、以下の標準的分析機器および方法を使用する。
前駆体組成物の粘度の測定
本発明の硬化性液体炭素前駆体配合物の粘度を、液体試料の温度およびペルチェプレートの表面に作用する法線力の両方を制御する５０ｍｍ直径平滑ステンレス鋼上部プレートおよび下部ペルチェプレートアセンブリを備えたねじりレオメータ（ｔｏｒｓｉｏｎａｌ  ｒｈｅｏｍｅｔｅｒ）ＴＡ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ  ＡＲ２０００で測定した。約２ｍＬの配合物を下部プレート上に置いた後で、２枚のプレートの間が３００ミクロンのギャップになるまで上部プレートを液体配合物上に下ろした。その後、上部プレートを０．００１  ｒａｄ／ｓの名目速度で回転させ、この間に、下部プレートの温度を１０℃／分の速度で２５℃から６５℃に上げた。ＴＡソフトウェアで粘度を自動的に計算し、温度の関数として出力した。
【０１１７】
炭素収率の測定
炭素収率（％Ｃ）を、ＴＡ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ  Ｑ５０００  Ｔｈｅｒｍｏｇｒａｖｉｍｅｔｒｉｃ  Ａｎａｌｙｚｅｒを使った熱重量分析により、窒素下、１０℃／分の速度で２５℃から１，０００℃まで昇温させて測定した。「％Ｃ」を上記分析完了時のｗｔ％炭素残渣と定義する。
【０１１８】
実施例１
この実施例１では、独立気泡多孔性炭素質組成物をＴｈｅ  Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙから市販されている１００−２００Ｄｏｗｅｘ（商標）１ｘ８イオン交換樹脂であるポロゲンを使って製造した。
【０１１９】
約３５重量％のポロゲンを、ＤＶＢＤＯ、ｐ−クレゾールおよびＭＰＴＳの８５／１４／１の重量比の混合物から作製された硬化性液体炭素前駆体配合物に加えた。得られた配合物をＦｌａｃｋ  Ｔｅｋ  Ｉｎｃ．のＳｐｅｅｄｍｉｘｅｒ（商標）（高剪断ミキサー）で約１分間振盪した。
【０１２０】
配合物を型に注入して円盤形状部材を成形し、次いで、下記の硬化スケジュールに従って配合物を硬化した。
【表１】
2015519292.tif 000007
【０１２１】
円盤形状硬化配合物は、直径：約７ｃｍで厚さ：約１．５ｍｍであった。上記円板の中心部からの１．８ｍｇ試料切り取り部（すなわち、上記で得られた硬化炭素前駆体組成物の一部）をＴＧＡ  Ｑ５００を使って、２５℃から１，０００℃まで１０℃／分の速度で昇温させて熱分解し、それにより、図５に示すような多孔性炭素質組成物が得られた。
【０１２２】
多孔性炭素質組成物の、例えば、次の性質を測定することにより、上記で得られた多孔性炭素質組成物の利点の一部を示すことができる：当技術分野で既知の方法による密度、絶縁性、吸着性、構造強度、純度（灰分含量）、圧力低下、透過性、および加工性。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2015519292.tif 000012
【国際調査報告】
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2015519292.tif 000014
2015519292.tif 000015