(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
テレフタル酸ナトリウム結晶を不活性ガス中で５００℃〜１０００℃に加熱し炭化させて製造された固相成長炭素繊維であって、
前記固相成長炭素繊維は、直径が１０〜２００ｎｍの極細繊維である
ことを特徴とする固相成長炭素繊維。
【請求項２】
テレフタル酸ナトリウム結晶を不活性ガス中で５００〜１０００℃に加熱し炭化させる固相成長炭素繊維の製造方法において、
前記固相成長炭素繊維は、直径が１０〜２００ｎｍの極細繊維である
ことを特徴とする固相成長炭素繊維の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固相成長炭素繊維とその製造方法に関する。更に詳しくは、テレフタル酸ナトリウムを主成分とする原料を５００〜１０００℃の温度で熱分解することにより炭素繊維と炭酸ナトリウム化合物の複合物を形成させ、それを水で洗浄して炭酸ナトリウムを除去して乾燥することにより、１０〜２００nmの極微細な固相成長炭素繊維とその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
炭素繊維は、有機繊維を不活性ガス中で７００〜１８００℃で加熱し炭化させてつくった繊維であり、軽くて強く、耐熱性がある微細なグラファイト結晶構造をもつ繊維状の炭素物質として知られている。有機繊維は、衣料の原料等知られているアクリル樹脂や石油、石炭からとれるピッチ等を繊維化して作られる。
【０００３】
従来の繊維状炭素材料としては、アクリル繊維等を熱分解して得られる炭素繊維（例えば、特許文献１参照。）や、触媒存在下でベンゼンなどの有機化合物を熱分解して得られる気相成長炭素繊維等があげられる。しかし前者では繊維を形作る紡糸工程や熱処理中の溶融を防ぐための不融化処理等の多くの工程が必要であること、また後者では流動状態の触媒表面上へ炭素繊維を析出させるため、大量の炭素繊維を製造することが困難であるなどの欠点があった。
【０００４】
また、ポリエステル織物のアルカリ減料加工廃液中のテレフタル酸をカルシウム塩として分離し、これを炭化し炭素材料として利用する方法が提案されている（特許文献２）。しかしながら、この方法は、ｐＨ調整した上に塩化カルシウムを添加する必要があり、工程数が多い。更に、製造された炭化物は、炭素繊維ではなく炭化物であり、炭素繊維を作るものではない。
【特許文献１】特開２００５−１２６８５７号公報
【特許文献２】特許第２６９４６０１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の炭素繊維の製造方法では、紡糸工程や不融化工程などの多くの製造工程を要することや、大量の炭素繊維を製造することが困難であるなどの欠点があった。以上のような技術背景から、本発明は、以下の目的を達成する。
【０００６】
本発明の目的は、紡糸工程や不融化工程等が必要のない固相成長炭素繊維の製造方法を提供することにある。
【０００７】
本発明の他の目的は、コストの安い固相成長炭素繊維の製造方法を提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、ＰＥＴボトル等の廃棄物を原料とする固相成長炭素繊維の製造方法を提供することにある。
【０００９】
本発明の他の目的は、テレフタル酸ナトリウムを不活性ガス中で加熱して炭化させるのみで炭素繊維を製造するテレフタル酸ナトリウムを原料とする固相成長炭素繊維の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の固相成長炭素繊維とその製造方法は、テレフタル酸ナトリウム結晶を主成分とする原料を５００〜１０００℃の温度で熱分解させ、それを水で洗浄した後、乾燥処理することにより、１０〜２００nmの極微細な炭素繊維を製造するものである。即ち、本発明者らは、単にテレフタル酸ナトリウムを主成分とする原料を５００〜１０００℃の温度で熱分解させ、それを水で洗浄、乾燥することにより、１０〜２００nmの極微細な炭素繊維が製造できることを見いだした。このような炭素繊維の製造方法はこれまで報告されていない。そしてこの製造方法は、洗浄処理のときに発生するアルカリ性廃液などは再度、テレフタル酸のナトリウム塩調製に使用することができ、廃棄物をほとんど発生させない優れた製造方法であることがわかった。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の固相成長炭素繊維の製造方法は、簡便な操作により、これまでにない極微細な炭素繊維を大量に製造することが可能になる。更にはその製造工程において廃液や廃棄物をほとんど発生させることがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明は、テレフタル酸ナトリウムを主成分とする原料を５００℃以上の温度で熱分解することにより炭素と炭酸ナトリウム化合物の複合物を形成させ、それを更に水で洗浄して炭酸ナトリウムを除去することにより、１０〜２００nmの極微細な炭素繊維を製造することができる。
【実施例１】
【００１３】
１モルのテレフタル酸に対して２モルの水酸化ナトリウム水溶液を加えてテレフタル酸ナトリウム水溶液を調製し、この溶液を乾固させてテレフタル酸ナトリウム結晶を得た。この結晶をアルミナボートに入れて横型炉中でアルゴン雰囲気下において６００℃で２時間熱処理し、その後放冷した。生成物を水洗して反応で生成した炭酸ナトリウムを洗浄除去し、それを乾燥することにより、原料のテレフタル酸ナトリウム結晶と同じ形状の炭素粒子を調製した。熱処理温度と熱分解物および炭素粒子（繊維）の収率との関係を図１に示す。
【００１４】
図２は、テレフタル酸ナトリウム原料と生成された炭素繊維を示す走査型子顕微鏡写真を示すものであり、図２（ａ）はテレフタル酸ナトリウム原料、図２（ｂ）は得られた炭素粒子、図２（ｃ）は炭素粒子の破断面、及び図２（ｄ）は炭素粒子中の炭素繊維をそれぞれ示す。得られる炭素繊維の形状は製造条件により異なり、より高温で熱処理するにつれて、炭素繊維同士がより結合した構造となる傾向が見られた。そして、高温では炭素と炭酸ナトリウムとの反応によりミクロ孔が発達した活性炭繊維類似の構造を持つようになることがわかった。図３は、熱処理温度と比表面積との関係を示すものである。
【００１５】
次に示す表１は、この実施例で製造した炭素繊維の元祖分析結果である。
【表１】
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【００１６】
本方法を用いることにより、従来法で問題となっていた複雑な製造工程や大量生産に適さない製造方法を改善することができるとともに、これまでの市販の炭素繊維よりも更に微細な炭素繊維が得られる。また、本方法の原料として使用するテレフタル酸は、ＰＥＴ樹脂原料として工業的に用いられている比較的に安価な有機原料であり、製造コストの面でも優位性を有している。また、ＰＥＴボトル等の廃棄物を分解して得られたテレフタル酸ナトリウムを原料として使用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、原料、熱分解物、及び炭素繊維のＸ線回析結果を示す図である。
【図２】図２は、テレフタル酸ナトリウム原料と生成された炭素繊維を示す走査型子顕微鏡写真を示すものであり、図２（ａ）はテレフタル酸ナトリウム原料、図２（ｂ）は得られた炭素粒子、図２（ｃ）は炭素粒子の破断面、及び図２（ｄ）は炭素粒子中の炭素繊維をそれぞれ示すものである。
【図３】図３は、実施例１で製造した炭素繊維の比表面積の熱処理温度依存性を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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