(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器中で触媒の存在下でアセチレンガスを爆発臨界圧以上で爆発分解させて炭素微粉を生成させるフラーレン類（Ｃ６０、Ｃ７０、Ｃ６０及びＣ７０の水素化合物）含有原料の製造方法。
【請求項２】
容器中で触媒の存在下でアセチレンガスを爆発臨界圧以上で爆発分解させる分解工程と、当該分解工程により製造した炭素微粉を溶媒中に分散させて当該溶媒中からフラーレン（Ｃ６０、Ｃ７０、Ｃ６０及びＣ７０の水素化合物）を抽出分離する抽出工程と、から成るフラーレン類（Ｃ６０、Ｃ７０、Ｃ６０及びＣ７０の水素化合物）の製造方法。
【請求項３】
上記のアセチレンガスが、ヘリウム、アルゴン、ネオン、水素、酸素、及び窒素のいずれか１種又は２種以上と混合されて当該容器中で触媒の存在下で爆発分解させる請求１又は２に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、導電材料、磁性材料、特に超電導材料としての用途の可能性を有する炭素の球状クラスター、即ちフラーレン類を安価・多量に製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フラーレンとは、炭素Ｃの６０個原子が一定の空間配置を保持して集合したクラスター状分子であって、５個のＣ原子が形成する５員環１２個が球面状に配置されて、互いに近接する各５角形のＣ原子が２０個の６員環を形成するような閉じた多面体構造を有する炭素分子で、Ｃ６０と表記されている。このような多面体構造を有する炭素分子には、他に、炭素Ｃの７０個原子から成るものＣ７０が知られており、こうした球状の炭素クラスターは、フラーレン類と総称されている。
【０００３】
フラーレンＣ６０は、等軸性の結晶で、熱的には安定で、絶縁体であるが、不純物金属元素との共存で結晶は電導性を示し、導体や半導体となり、また磁性を示す。特に、ハロゲン元素、アルカリ金属やアルカリ土類金属を添加したＣ６０の結晶は超電導性を示すことが知られている。ＣｅとＲｂを添加した化合物では、臨界温度３０Ｋ以上の超電導体となるとされている。
フラーレン類は、化学的にも機械的にも、興味ある挙動を示し、産業上への用途利用が期待されている。
【０００４】
フラーレンＣ６０などフラーレン類の製造方法については、従来は、圧力１００TorrのＨｅ雰囲気中で、一対の炭素電極の間にアークを発生させ、蒸発した炭素蒸気をＨｅ雰囲気中で急冷して、炭素微粉とし、その炭素微粉である煤に含まれる微量のクラスター状炭素をベンゼンなどの溶剤に溶解し、その溶剤からクラスター状炭素を抽出分離する方法があった。また、炭素の表面にレーザビームを照射して、ススを発生させ、同様に、溶剤から抽出する方法や、炭素棒に通電して高温にジュール加熱して、蒸発した炭素微粉から同様に抽出する方法等があった。
【０００５】
【発明が解決しょうとする課題】
従来の上記製造方法では、アーク又はレーザビームにより炭素表面を３０００℃程度にまで加熱して、炭素を蒸発させるものであるが、炭素の蒸気圧ガ極めて小さいから、炭素の蒸発速度が小さくて、炭素微粉の煤の発生量自体が少なく、この煤から分離されるクラスター状炭素・フラーレン類の生成量は極めて少ないものであり、製造装置を１日中作動させても、フラーレンの生産量は、日産１ｇ以下であった。
この方法での製造過程では、アーク又はレーザビームの発生のための電気エネルギーを必要とし、生産量が少ないことから、生産コストが高く、フラーレンの用途開発や実用的利用に大きな障害となっていた。
【０００６】
本発明は、このような諸問題に鑑み、生産性が高く、生産コストが低く、且つ、市場への多量供給の可能なフラーレン類の製造方法を提供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、不飽和炭化水素ガスとしてアセチレンガスを容器中で爆発臨界圧以上で爆発分解させて炭素微粉を生成して、フラーレン類を含有する原料を製造する方法を特徴とするものである。
【０００８】
本発明のフラーレン類の製造方法は、不飽和炭化水素ガスとしてアセチレンガスを容器中で爆発臨界圧力以上で爆発分解して炭素微粉を生成する分解工程と、生成した炭素微粉を溶媒中に分散させて当該溶媒中に溶解したフラーレン類を抽出分離する抽出工程、とから成るものである。
【０００９】
アセチレンガスを爆発分解させると、水素ガスと微粉状の炭素とが生成し、この分解反応過程で炭素クラスターのフラーレン類が生成して、炭素微粉中に含有される。この炭素微粉をフラーレン類製造用原料として利用し、後述の抽出工程でフラーレン類を分離して製造するのである。
【００１０】
アセチレンガスは、一定の爆発臨界圧力以上に保持すると、不安定となり、僅かな衝撃により、爆発的に分解して、水素ガスと微粉状炭素になる。この分解反応では、容器内は高温高圧となり、瞬時に反応は終了する。アセチレンガスの分解により生成した炭素微粉中には、フラーレン類が含まれている。
【００１１】
反応開始の衝撃には、電極間のスパークや金属線の通電加熱が利用される。アセチレンは、このように僅かな初期エネルギーの投入により反応を開始して、アセチレン等の分解エネルギーにより反応が進行・完了するため、反応中に外部から全くエネルギーを添加する必要がない。
本発明の爆発分解の工程に使用する容器は、炭化水素ガス供給口と反応開始の衝撃用の発火源とを備えた極めて簡単な構造の耐圧容器で足りるのも特徴となっている。
【００１２】
アセチレンガスは、好ましくは、ヘリウム、アルゴンもしくはネオンの不活性ガス又は水素、酸素もしくは窒素と混合して、容器中に充填される。これらのガス２種以上が炭化水素ガスに添加して使用することも可能である。不活性ガスの共存は、生成したフラーレン類の水素化反応を抑制する傾向がある。
【００１３】
また、当該容器中には、マグネシウム、亜鉛、遷移金属（但し、銅と銀を除く。）もしくは希土類金属、特に、ニッケルもしくは白金が、粉状、綿状又は線条の形で装入されていることが好ましい。これらの金属は高温の炭素からフラーレン類の生成の際に触媒として作用して、分解工程でのフラーレン類の収率を高める。
【００１４】
次の抽出工程では、分解工程で生成した炭素微粉即ち煤を容器からかき出して溶媒中に投入攪拌するか、又は、容器内に溶媒を注入して容器ごと震蕩して、溶媒中にはフラーレン類を溶解させる。この溶媒にベンゼン、トルエンなどを使用すると、この液はフラーレン類を溶解するが煤の主成分、不定型炭素を溶解しないので、フラーレン類を抽出することができる。この溶液を瀘過して、蒸発乾固すれば、フラーレン類が得られる。
このようにして得られたフラーレン類は必要によりさらに精製工程で高純度にして、Ｃ６０やＣ７０に単離され、必要により水素化物を除去するため加熱して脱水素を行い、使用に供される。
【００１５】
【実施例】
本発明のフラーレン類の製造方法の実施例を以下に説明する。
原料アセチレンを使用し、図１に示す反応装置により、爆発分解による分解工程を採用した。
【００１６】
図１において、反応容器１は、鋼製の内容積１０ｌの円筒状の耐圧４０ｋｇ／ｃｍ２  以上の耐圧容器であって、当該容器の一方には、内面に爆発着火用のプラグ１１が取着された鏡板がフランジを介して、取りつけられ、その容器内部には、白金線が適度にコイル状にして、装入されている。その容器の他端側に取着されたガス導入管には、バルブを介して、真空ポンプ２とガス供給系とが切替え可能に接続され、ガス供給系は、アセチレンボンベ３からのアセチレンガスの供給とアルゴンボンベ６からのアルゴンガスの供給とが可能になっている。
アセチレンボンベ３からのアセチレンガスは、吸着剤入りＵ字管４を通過させ、アセチレンボンベ３中に充填されている溶剤アセトン等の微量流出を防いでいる。
【００１７】
分解工程においては、先ず、反応容器１中を減圧置換して後、アセチレンガスを当該容器１内に注入し、次いで、アルゴンガスを注入して、容積比でアセチレン６０％とアルゴン４０％の混合ガスを全圧５ｋｇ／ｃｍ２  （絶対圧）に調整した。
着火用プラグは、一対の電極間に白金線を張架した構造のもので、白金線に電流を流して加熱して、当該混合ガスを着火し爆発させた。爆発は１sec 以内に瞬時に完了した。
【００１８】
次に、抽出工程では、爆発終了後の当該容器のフランジ部を取り外し、トルエン１ｌを注入して、容器ごと振蕩して、内容物を洗い出した。この溶液は既に赤褐色に着色しており、これを瀘過してのち、蒸発乾燥させて、固形のフラーレン類を得た。瀘過残渣の乾燥物２８ｇに対して、フラーレン類０．８４ｇが得られ、その収率は約３％であった。
【００１９】
【発明の効果】
本発明のフラーレン類の製造方法では、原料物質にアセチレンを使用するので、原料が容易に且つ極めて安価に入手することができ、さらに、アセチレンガスの爆発分解反応が早く、高純度のガスは容易に入手可能で、生成したフラーレン類の純度も比較的高く、フラーレン類の収率も大きいので、作業性と生産性に優れ、製造コストの低減が容易である。
特に、アセチレンの爆発分解を使用するので、分解反応は瞬時に完結するから、分解の炭素微粉の生成に要するエネルギーが極めて少なく、反応容器の大型化も容易であるから、特別の装置を必要としないので、大量生産が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  炭化水素ガスから炭素微粉を生成させる分解工程の装置系統図。
【符号の説明】
１    反応容器
１１  着火プラグ
２    真空ポンプ
３    アセチレンボンベ
６    アルゴンボンベ
【図１】
0003782118.tif 000002