[发明专利]碳纤维的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及碳纤维的制造方法。更详细而言，本发明涉及有效地制造即使添加少量也能够赋予充分的导电性或导热性的碳纤维的方法。

背景技术

已经提出了将碳纤维作为用于改善树脂、金属、陶瓷等的导电性、导热性的填料、作为FED(场发射显示器(Field Emission Display))用的电子发射原材料、作为各种反应用的催化剂载体、作为用于吸藏氢、甲烷或其他气体的介质、或作为电池、电容器等电化学元件用的电极材料或向电极材料中的添加剂等使用。

作为碳纤维的制造方法，已知有将催化剂作为核使其生长的方法、所谓化学气相沉积法(以下称作CVD法)。对于该CVD法，已知有使用将催化剂元素负载于载体而成的催化剂进行制造的方法；和不使用载体而使有机金属配合物等在气相中进行热分解来生成催化剂，同时进行制造的方法(流动气相法)。

由流动气相法得到的碳纤维的碳层的结晶缺陷多、结晶性过低，因此即使以填料的形式添加到树脂等中也不会体现出导电性。通过对利用流动气相法得到的该碳纤维在高温下进行热处理，从而碳纤维自身的导电性升高，但是即便如此对树脂材料等的导电性赋予效果未必是充分的水平。

另一方面，使用负载催化剂进行制造的方法可以大致分为：使用基板载体进行制造的方法(基板法)、和使用细粒状载体进行制造的方法。

对于使用基板载体进行制造的方法，需要对基板负载催化剂、自基板回收碳纤维等繁琐的工序，因此出于经济上的理由不适于工业的大量生产。

另一方面，在使用细粒状载体进行制造的方法中，与使用基板载体进行制造的方法相比，催化剂载体的比表面积大，因此存在下述优点：不仅装置效率良好，还可以使用各种各样的化学合成中所使用的反应装置，不仅可以采用基板法那样的以分批处理为前提的生产方式还可以连续处理。

作为细粒状载体，已知有氧化铝、氧化镁、二氧化硅、沸石、氢氧化铝等。例如专利文献1中公开了下述内容：利用使用作为载体的γ-氧化铝、氧化镁而得到的催化剂能够得到微小纤维的聚集体。

另外，专利文献2中公开了下述内容：利用使催化剂金属或催化剂金属前体负载于对氢氧化铝加热处理得到的细粒状载体而成的催化剂能够得到碳纤维聚集体。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：美国专利5456897

专利文献2：WO2010/101215

发明内容

发明要解决的问题

本发明的课题在于提供有效地制造即使添加少量也能够赋予充分的导电性或导热性的碳纤维的方法。

用于解决问题的方案

本发明人等为了实现上述目的进行了深入研究。其结果，完成了包含以下所述的方案的本发明。

〔1〕一种碳纤维的制造方法，其包括：

使催化剂元素负载于由二氧化硅二氧化钛颗粒形成的载体，得到催化剂，

使该催化剂和含碳元素物质在气相中接触。

〔2〕根据〔1〕所述的制造方法，其中，二氧化硅二氧化钛颗粒呈核壳结构。

〔3〕根据〔2〕所述的制造方法，其中，二氧化硅二氧化钛颗粒的核包含二氧化硅，且壳包含二氧化钛。

〔4〕根据〔2〕或〔3〕所述的制造方法，其中，二氧化硅二氧化钛颗粒的核/壳的质量比为90/10～99/1。

〔5〕根据〔1〕～〔4〕中的任一项所述的制造方法，其中，二氧化硅二氧化钛颗粒的二氧化硅/二氧化钛的质量比为90/10～99/1。

〔6〕根据〔1〕～〔5〕中的任一项所述的制造方法，其中，二氧化硅二氧化钛颗粒的体积基准累积粒度分布中的50％粒径为10μm～5000μm。

〔7〕根据〔1〕～〔6〕中的任一项所述的制造方法，其中，二氧化硅二氧化钛颗粒的BET比表面积为50～500m²/g。

〔8〕根据〔1〕～〔7〕中的任一项所述的制造方法，其中，二氧化硅二氧化钛颗粒的细孔容积为0.1～10ml/g。

〔9〕根据〔1〕～〔8〕中的任一项所述的制造方法，其中，二氧化硅二氧化钛颗粒的细孔容积为0.6～1.5ml/g、且比表面积为150～400m²/g。

〔10〕根据〔1〕～〔9〕中的任一项所述的制造方法，其中，催化剂元素包含选自过渡金属元素中的至少1种。