[发明专利]碳纤维和碳纤维制造用催化剂

说明书

技术领域

本发明涉及碳纤维和碳纤维制造用催化剂。更详细地讲，涉及作为添 加到金属、树脂、陶瓷等材料中为改善导电性、导热性而使用的填料材料， 或者，作为FED(场致发射显示器)用的电子放出材料，作为各种反应用 的催化剂载体，以及作为吸藏氢、甲烷或各种气体的介质，作为电池、电 容器等电化学元件的电极材料而使用的碳纤维以及用于制造该碳纤维的催 化剂。

背景技术

以往，在碳纤维的制造中，人们已经熟知将合成纤维、石油沥青纤维 等有机纤维进行碳化的方法、和将作为碳源的苯、甲烷等的烃在催化剂下 进行热分解从而生成碳纤维的采用气相法的制造法。

关于采用气相法的碳纤维的制造法，从1980年代后半期开始进行了各 种研究，提出了涉及催化剂的各种方案。

例如，在专利文献1中，公开了通过共沉淀法得到的、含有具有由铁 或铁和钼构成的原纤维形成催化剂的性质的金属、和氧化铝或氧化镁的催 化剂。利用该催化剂，可得到使催化剂金属的不纯度水平为1.1重量％以 下、催化剂载体的不纯度水平为5重量％以下的碳纤维。

在专利文献2中，公开了含有Fe和选自V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、 Mn、Tc和Re中的至少一种元素的催化剂。专利文献2，具体地公开了以 下内容，即，利用浸渍法将如Fe和Mo、Fe和Cr、Fe和Ce、Fe和Mn 等那样组合的金属担载于载体上而得到催化剂。

在专利文献3中，公开了利用共沉淀法得到的、将由Mn、Co和Mo 的组合、Mn和Co的组合构成的金属担载于氧化铝、氧化镁上而成的催化 剂。另外，在专利文献4中，公开了含有由镍、铬、钼和铁的组合、或钴、 钇、镍和铜的组合构成的金属的催化剂。

在专利文献5中，示出了通过流动气相法得到的碳以外的元素浓度为 0.3～0.7质量％、过渡金属元素的浓度为0.1～0.2％的纤维。

专利文献1：特开平2003-205239号公报

专利文献2：美国专利5707916号公报

专利文献3：国际公开公报WO2006/50903

专利文献4：美国专利6518218号公报

专利文献5：特开2001-80913号公报

发明内容

然而，人们已知专利文献1和3所示出的利用共沉淀法的催化剂制造 效率低、成本高。另外，得到的碳纤维其导电性比较低。利用专利文献2 的催化剂得到的碳纤维，杂质浓度高，作为向树脂中添加的填料材料使用 时，有时树脂复合材料的强度降低。在专利文献4中，由于利用溅射法等 使载体担载上述金属，因此生产率低。专利文献5中记载的方法，通常需 要高温反应场，因此生产成本变高。另外，通常作为使碳纤维的杂质浓度 降低的方法，是进行酸洗涤，但由于工序增加，因此生产成本变高。

这样，以往的方法，难以将导热性和导电性维持在高水平并且以低成 本得到降低了杂质浓度的碳纤维。

本发明的目的是，提供可高效地制造杂质少的碳纤维的碳纤维制造用 催化剂、以及导电性、导热性高、且向树脂等中的填充分散性优异的碳纤 维。

本发明者们为了达到上述目的而进行深入研究的结果发现，若使用下 述碳纤维制造用催化剂进行气相生长，则可得到碳以外的杂质少的碳纤维， 所述碳纤维制造用催化剂，是通过将含有选自Fe、Co和Ni中的至少一种 元素〔I〕的化合物、含有选自Sc、Ti、V、Cr、Mn、Cu、Y、Zr、Nb、 Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、镧系元素、Hf、Ta、Re、Os、Ir、Pt和Au中的 至少一种元素〔II〕的化合物、以及含有选自W和Mo中的至少一种元素 〔III〕的化合物溶解或分散于溶剂中，将该溶液或分散液混合到载体中， 接着进行干燥而得到。另外发现，该碳纤维向树脂等的填充分散性优异， 可将树脂复合材料的导电性、导热性维持得较高。本发明是基于这些见解， 进一步进行研究而完成的。

即，本发明包含以下方案。

(1)一种碳纤维，其含有

选自Fe、Co和Ni中的至少一种元素〔I〕、

选自Sc、Ti、V、Cr、Mn、Cu、Y、Zr、Nb、Tc、Ru、Rh、Pd、 Ag、镧系元素、Hf、Ta、Re、Os、Ir、Pt和Au中的至少一种元素〔II〕、 和

选自W和Mo中的至少一种元素〔III〕，