[RU]

Настоящее изобретение предоставляет пористый углеродный материал, который включает в себя часть, имеющую непрерывную пористую структуру, и часть, по существу, не имеющую непрерывной пористой структуры, и который имеет однородный размер пор и матричный размер в своей центральной части материала, вследствие чего из него можно легко получить композит с другими материалами, и он может быть использован в различных областях приложения; предшественник пористого углеродного материала; способ получения предшественника пористого углеродного материала и способ получения пористого углеродного материала. Пористый углеродный материал изобретения представляет собой пористый углеродный материал, который включает в себя часть, имеющую непрерывную пористую структуру, и часть, по существу, не имеющую непрерывной пористой структуры, в котором часть, имеющая непрерывную пористую структуру, имеет структурный период от 0,002 до 1 мкм.

(57) Реферат / Формула:

Настоящее изобретение предоставляет пористый углеродный материал, который включает в себя часть, имеющую непрерывную пористую структуру, и часть, по существу, не имеющую непрерывной пористой структуры, и который имеет однородный размер пор и матричный размер в своей центральной части материала, вследствие чего из него можно легко получить композит с другими материалами, и он может быть использован в различных областях приложения; предшественник пористого углеродного материала; способ получения предшественника пористого углеродного материала и способ получения пористого углеродного материала. Пористый углеродный материал изобретения представляет собой пористый углеродный материал, который включает в себя часть, имеющую непрерывную пористую структуру, и часть, по существу, не имеющую непрерывной пористой структуры, в котором часть, имеющая непрерывную пористую структуру, имеет структурный период от 0,002 до 1 мкм.

---

2420-528085ЕА/050 ПОРИСТЫЙ УГЛЕРОДНЫЙ МАТЕРИАЛ, ПРЕДШЕСТВЕННИК ПОРИСТОГО УГЛЕРОДНОГО МАТЕРИАЛА, СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПРЕДШЕСТВЕННИКА ПОРИСТОГО УГЛЕРОДНОГО МАТЕРИАЛА И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРИСТОГО
УГЛЕРОДНОГО МАТЕРИАЛА Область техники, к которой относится изобретение [0001]
Настоящее изобретение относится к пористому углеродному материалу, который может быть использован в различных областях приложения, предшественнику пористого углеродного материала, способу получения предшественника пористого углеродного материала и способу получения пористого углеродного материала.
Уровень техники [0002]
В качестве пористых углеродных материалов известны разновидности активированного углерода, имеющие как макропоры, которые представляют собой относительно крупные поры, так и микропоры, такие как разновидности активированного углерода в форме частиц и волокна активированного углерода; и разновидности мелкодисперсного углерода, представленные углеродными нанотрубками и разновидностями мезопористого углерода, полученными с использованием мезопористого кремнеземного или цеолитного темплата. [0003]
Среди них разновидности активированного углерода
применяются в качестве адсорбирующих материалов и носителей
катализаторов, главным образом в области промышленных
материалов, с целью использования преимущества присущей им
большой удельной площади поверхности. В частности, поскольку
поры формируют активированием материала в массе, который
предварительно был карбонизирован, разновидности
активированного углерода дополнительно имеют преимущество в том, что пористые материалы могут быть доставлены с относительно низкими затратами. Однако в обычных способах активирования поры формируют однонаправленно с поверхности углеродного материала в направлении его внутренней части и,
следовательно, затруднительно произвести материал, имеющий сообщающиеся поры, которые представляют собой поры, которые сообщаются друг с другом. Существует, следовательно, проблема, касающаяся, например, применения в композиционных материалах, поскольку затруднительно наполнить поры другим материалом в высокой степени. [0004]
В патентном документе 1 описана технология получения пористых углеродных волокон смешением карбонизируемого материала с удаляемым материалом. Однако карбонизируемый материал и удаляемый материал представляют собой сочетание, которое образует несовместимую систему, и простое добавление агента, улучшающего совместимость, не могло приводить к формированию непрерывных пор. [0005]
В патентном документе 2 описана технология, в которой пористые углеродные волокна, описанные в патентном документе 1, дополнительно активируют, чтобы сформировать в них поры, получая тем самым волокна активированного углерода. Однако поскольку стадия активирования предназначена для того, чтобы формировать поры с поверхности углеродного материала главным образом окислением, как указано выше, данной технологией также невозможно сформировать непрерывные поры. [0006]
В патентных документах 3 и 4 показаны примеры, в которых
углеродный материал, который сам имеет введенную в него
непрерывную пористую структуру, получают смешением
термореактивной смолы с термопластичной смолой, отверждением термореактивной смолы, последующим удалением термопластичной смолы, а затем проведением карбонизации.
Документы уровня техники
Патентные документы [0007]
Патентный документ 1: JP-A-2-160923 Патентный документ 2: JP-A-2-160924 Патентный документ 3: JP-A-2004-259593
Патентный документ 4: JP-A-2006-240902 Сущность изобретения
Проблемы, подлежащие решению изобретением [0008]
Настоящее изобретение предоставляет пористый углеродный материал, который одновременно включает в себя часть, имеющую непрерывные поры, и часть, не имеющую непрерывных пор, и который благодаря данной конфигурации является превосходным по электропроводности, теплопроводности, стойкости к давлению и прочности в плане стойкости к растяжению или сжатию.
Средство решения проблем [0009]
Первый вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой пористый углеродный материал, который включает в себя часть, имеющую непрерывную пористую структуру, и часть, по существу не имеющую непрерывной пористой структуры, в котором часть, имеющая непрерывную пористую структуру, имеет структурный период от 0,002 до 1 мкм. [0010]
Второй вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой предшественник пористого углеродного материала, который включает в себя часть, имеющую непрерывную пористую структуру, и часть, по существу не имеющую непрерывной пористой структуры, в котором центральная часть непрерывной пористой структуры имеет структурный период от 0,003 до 2 мкм. [ООН]
Третий вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой предшественник пористого углеродного материала, включающий в себя часть, в которой карбонизируемая смола и удаляемая смола, каждая, образуют непрерывную фазу, и часть, которая по существу состоит только из карбонизируемой смолы, в котором часть, в которой карбонизируемая смола и удаляемая смола, каждая, образуют непрерывную фазу, имеет структурный период от 0,003 до 2 мкм.
[0012]
Четвертый вариант осуществления настоящего изобретения
представляет собой способ получения предшественника пористого углеродного материала, причем способ включает в себя:
стадию 1: стадию, на которой от 10 до 90% по массе карбонизируемой смолы и от 90 до 10% по массе удаляемой смолы приводят в состояние совместимого смешения, чтобы получить смоляную смесь; и
стадию 2: стадию, на которой на смоляную смесь, полученную на стадии 1, воздействуют с тем, чтобы она претерпевала фазовое разделение, и разделенные фазы фиксируют.
[0013]
Пятый вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой способ получения пористого углеродного материала, причем способ включает в себя:
стадию 1: стадию, на которой от 10 до 90% по массе карбонизируемой смолы и от 90 до 10% по массе удаляемой смолы приводят в состояние совместимого смешения, чтобы получить смоляную смесь;
стадию 2: стадию, на которой на смоляную смесь, полученную на стадии 1, воздействуют с тем, чтобы она претерпевала фазовое разделение, и разделенные фазы фиксируют, чтобы получить предшественник пористого углеродного материала; и
стадию 3: стадию, на которой предшественник пористого углеродного материала, полученный на стадии 2, карбонизируют пиролизом.
Преимущество изобретения
[0014]
Согласно изобретению, благодаря части, имеющей непрерывную пористую структуру, возможно придание функции путем наполнения пор текучей средой и/или прохождения текучей среды через поры, которые составляют непрерывную пористую структуру. Более того, поскольку ветви являются непрерывными, электропроводность и теплопроводность в некоторой степени повышаются. Кроме того, создается эффект, при котором ветви опираются друг на друга, поддерживая структуру, и благодаря данному эффекту материал обладает некоторой степенью стойкости к деформациям, таким как деформации, вызванные растяжением или сжатием. Поскольку
материал настоящего изобретения содержит не только часть, имеющую непрерывную пористую структуру, но также включает в себя часть, по существу не имеющую непрерывной пористой структуры, электропроводность и теплопроводность дополнительно повышаются, и возможно заметное увеличение стойкости к деформациям, вызванным растяжением, сжатием и так далее, в частности, стойкости к компрессионному разрыву. Особенно в случае, когда материал имеет конфигурацию, в которой часть, не имеющая непрерывной пористой структуры, покрывает часть, имеющую непрерывную пористую структуру, возможно более эффективное и легкое придание функции путем наполнения пор текучей средой и/или прохождения текучей среды через поры, которые составляют непрерывную пористую структуру. Краткое описание чертежей [0015]
[Фиг.1] На фиг.1 представлена полученная с помощью сканирующего электронного микроскопа микрофотография пористого углеродного материала примера 1.
[Фиг.2] На фиг.2 представлена полученная с помощью просвечивающего электронного микроскопа микрофотография предшественника пористого углеродного материала примера 9, который не имеет пор.
[Фиг.З] На фиг.3 представлена полученная с помощью просвечивающего электронного микроскопа микрофотография предшественника пористого углеродного материала примера 10, который имеет поры.
Варианты осуществления изобретения
[0016]
Пористый углеродный материал
Пористый углеродный материал (здесь в дальнейшем иногда именуемый просто "материал") изобретения включает в себя часть, имеющую непрерывную пористую структуру, и часть, по существу не имеющую непрерывной пористой структуры. [0017]
Термин "непрерывная пористая структура" в пористом углеродном материале изобретения означает, что когда образец
пористого углеродного материала, который был достаточно охлажден, например, в жидком азоте, срезают пинцетом или тому подобное и поверхность среза исследуют с помощью сканирующего электронного микроскопа (СЭМ) или тому подобное, то наблюдается структура, в которой ветви (углеродная часть) 1 и поры (пустоты) 2, соответственно, продолжаются вовнутрь, в частности, как показано на фиг.1, на которой представлена полученная с помощью сканирующего электронного микроскопа микрофотография пористого углеродного материала примера 1. [0018]
Часть, имеющая непрерывную пористую структуру, в пористом углеродном материале изобретения может быть изготовлена так, чтобы показывать свойства фракционирования, такие как разделение, адсорбция или удаление, путем наполнения пор текучей средой и/или пропускания текучей среды через поры, которые составляют непрерывную пористую структуру, или может быть изготовлена так, чтобы иметь функции, требуемые в случае материалов батарей, путем применения электролитического раствора. Более того, поскольку непрерывные ветви приводят к увеличенной электропроводности и теплопроводности, пористый углеродный материал может быть предусмотрен не только в качестве материала батареи, имеющего низкое сопротивление и низкие потери, но также высокая теплопроводность обеспечивает возможность быстрого переноса тепла, генерированного внутри непрерывной пористой структуры, наружу и делает возможным поддержание высокой температурной однородности. Кроме того, благодаря эффекту, при котором ветви опираются друг на друга, поддерживая структуру, данный материал обладает высокой стойкостью к деформациям, таким как деформации, вызванные растяжением, сжатием и так далее. [0019]
В то же время термин "часть, по существу не имеющая непрерывной пористой структуры" означает, что когда поперечное сечение, сформированное способом с применением полировщика поперечного сечения (способ CP) , исследуют при увеличении,
дающем 1+0,1 (нм/пиксель) , тогда часть, в которой любые поры имеют размер меньший, чем разрешение, и, следовательно, не наблюдаются отчетливо видимые поры, присутствует на площади, которая не меньше, чем область квадрата, у которого каждая сторона соответствует трехкратному структурному периоду L, рассчитанному из данных рентгеновского исследования, как будет описано позднее. [0020]
Поскольку имеется часть, по существу не имеющая непрерывной пористой структуры, углерод плотно упакован, и, следовательно, электропроводность повышается. Следовательно, электропроводность и теплопроводность можно поддерживать на определенном уровне или выше него. Из-за этого в случае, когда пористый углеродный материал используют, например, в качестве материала батареи, возможно быстрое отведение тепла реакции из системы и поддержание низкого сопротивления переносу электронов. Следовательно, можно добиться вклада в получение высокоэффективных батарей. Кроме того, благодаря присутствию части, не имеющей непрерывной пористой структуры, возможно заметное повышение стойкости, в частности, к компрессионному разрыву.
[0021]
Особенно в случае, когда пористый углеродный материал имеет конфигурацию, в которой часть, не имеющая непрерывной пористой структуры, покрывает часть, имеющую непрерывную пористую структуру, возможно более эффективное наполнение текучей средой пор, которые составляют непрерывную пористую структуру, и/или прохождение текучей среды через такие поры. Также возможно применение данного пористого углеродного материала в качестве функционального материала, в котором часть, имеющая непрерывную пористую структуру, служит каналом, а часть, не имеющая непрерывной пористой структуры, служит функциональной частью. А именно, функциональные вещества могут быть разделены путем использования в качестве канала части, имеющей непрерывную пористую структуру, и пропусканием газа или
жидкости через нее для проведения фильтрации за счет части, не имеющей непрерывной пористой структуры. [0022]
В то же время, часть, имеющая непрерывную пористую структуру, в пористом углеродном материале изобретения имеет узкое распределение структурного размера. Данный пористый углеродный материал, следовательно, подходит также в качестве материала колонки ВЭЖХ, что дает колонку с высокой степенью фракционирующих свойств. Более того, закрепление катализатора на поверхности части, имеющей непрерывную пористую структуру, может способствовать применению пористого углеродного материала в микрореакторах, катализаторах очистки выхлопного газа и тому подобное, в которых часть, не имеющая непрерывной пористой структуры, служит для контроля. [0023]
На долю части, не имеющей непрерывной пористой структуры, не налагаются особые ограничения, и она может быть отрегулирована произвольным образом в соответствии с областями приложения. Однако в случае, когда пористый углеродный материал используют в качестве фракционирующего материала, в котором часть, не имеющая непрерывной пористой структуры, служит стеночной поверхностью, или в случае, когда пористый углеродный материал используют в качестве материала батареи, тогда и в том и в другом случае предпочтительно, чтобы на часть, не имеющую непрерывной пористой структуры, приходилось 5% по объему или более. Это обусловлено тем, что данная конфигурация может предотвратить вытекание текучей среды из непрерывной пористой структуры изобретения при сохранении фракционирующих свойств или обеспечивает возможность сохранения электропроводности и теплопроводности на высоком уровне. [0024]
Важно, чтобы часть, имеющая непрерывную пористую структуру, в пористом углеродном материале изобретения имела структурный период от 0,002 до 1 мкм. Структурный период части, имеющей непрерывную пористую структуру, в пористом углеродном материале изобретения определяют облучением образца пористого
углеродного материала изобретения рентгеновскими лучами и вычислением структурного периода по углу рассеивания 9, соответствующему положению, где интенсивность рассеянного света имеет максимальное значение, используя следующее уравнение. [0025]
[Математическая формула 1]
2л sin#
[0026]
Структурный период: L
X: длина волны падающих рентгеновских лучей %: отношение длины окружности к ее диаметру
В случае, когда структурный период непрерывной пористой структуры находится в диапазоне от 0,002 до 1 мкм, не только можно наполнить текучей средой непрерывную пористую структуру и/или пропустить через нее текучую среду, но также возможно гарантировать электропроводность и теплопроводность через ветви. Кроме того, данная непрерывная пористая структура может быть однородной, делая пористый углеродный материал подходящим для использования в качестве идеального фракционирующего материала. Когда материал анализируют с помощью рентгеновских лучей для определения структурного периода, часть, не имеющая непрерывной пористой структуры, не оказывает влияния на анализ, поскольку ее структурный период находится вне диапазона, и структурный период, рассчитанный по вышеупомянутому уравнению, принимают за структурный период части, имеющей непрерывную пористую структуру. [0027]
Чем короче структурный период, тем тоньше структура и больше площадь поверхности на единицу объема или единицу массы. Более короткие структурные периоды, следовательно, предпочтительны, например, в случае, когда катализатор закреплен, поскольку эффективность контакта между катализатором и текучей средой заметно повышается. В то же время, чем длиннее структурный период, тем в большей степени может быть уменьшена
потеря давления и тем в большей степени можно произвести наполнение текучей средой и/или пропускание текучей среды. Следовательно, более длинные структурные периоды являются предпочтительными. Следовательно, предпочтительно, чтобы структурный период был задан произвольно в соответствии с областью приложения, в которой пористый углеродный материал подлежит применению. [0028]
Предпочтительно, чтобы в пористом углеродном материале (здесь в дальнейшем иногда именуемом просто "материал") изобретения часть, имеющая непрерывную пористую структуру, образовывала сердцевинный слой, а часть, по существу не имеющая непрерывной пористой структуры, образовывала оболочечный слой.
Сердцевинный слой
Сердцевинный слой представляет собой слой, который имеет непрерывную пористую структуру. В случае, когда пористый углеродный материал имеет такую структуру, погружение другого материала в непрерывную пористую структуру легко осуществляется через поперечное сечение материала, который находится в форме, например, волокна или пленки. Кроме того, данный материал можно использовать в качестве пути для осуществления прохождения веществ через него. Следовательно, возможно использование данного материала в качестве канала колонны разделения или в качестве газового канала газоразделительной мембраны. [0029]
Более того, поскольку непрерывная пористая структура по изобретению представляет собой изотропную структуру, которая не является упорядоченной в определенном направлении, данный пористый углеродный материал является превосходным по механическим свойствам в плане сжатия, изгиба, растяжения и так далее, и данная структура способствует улучшению в плане хрупкости, которой отличаются карбонизированные материалы. [0030]
Предпочтительно, непрерывная пористая структура
сердцевинного слоя сформирована так, что его центральная часть имеет структурный период от 0,002 до 1 мкм. Здесь термин
"центральная часть" означает центр тяжести в предположении, что массовое распределение в поперечном сечении пористого углеродного материала является однородным. Например, в случае частицы порошка ее центр тяжести представляет собой центральную часть. В случае, когда материал находится в форме волокна, которое имеет круглое поперечное сечение, "центральная часть" указывает на точку, где расстояния от поверхности волокна являются одинаковыми в поперечном сечении волокна, перпендикулярном оси волокна. Однако в случае пленочной формы, для которой затруднительно четко определить ее центр тяжести, ее "центральную часть" определяют следующим образом. А именно, проводят вертикальную линию с поверхности пленки в поперечном сечении, перпендикулярном поперечному (TD) или продольному (MD) направлению. Тогда совокупность точек, которые размещены на половине толщины пленки на вертикальной линии, определяют как "центральную часть". Подобно этому, в случае полого волокна, у которого его центр тяжести находится не внутри материала, его "центральную часть" определяют следующим образом. А именно, проводят вертикальную линию от касательной линии к внешней поверхности полого волокна. Тогда совокупность точек, которые размещены на половине толщины материала на вертикальной линии, определяют как "центральную часть". [0031]
Структурный период определяют исследованием в сканирующем электронном микроскопе следующим образом. При увеличении, которое задано так, что размер каждой стороны в 10-100 раз превышает структурный период, собирают данные изображения с разрешением 7 00000 пикселей или более. Собранные данные изображения обрезают так, чтобы получить квадратную область, у которой каждая сторона имеет 512 пикселей, а затем подвергают двумерному преобразованию Фурье и обработке круговым усреднением, получая тем самым одномерный спектр. Определяют характеристическую длину волны, соответствующую положению пика на результирующей кривой, и из обратной длины волны определяют структурный период. Структурный период центральной части представляет собой структурный период, определяемый, когда
анализ проводят так, что центральная часть материала лежит в центре обрезанной области. [0032]
Если материал имеет структурный период 0,002 мкм или длиннее, то из данного материала не только можно легко получить композит с другими материалами, но он также может проявлять превосходные разделительные свойства при использовании, например, в качестве материала разделительной колонки. Следовательно, данный вариант осуществления является предпочтительным. В то же время, если материал имеет структурный период 1 мкм или короче, то данный материал имеет в своей структуре мало дефектов и может представлять собой механически превосходный материал. Значение структурного периода может быть выбрано произвольно в пределах вышеупомянутого диапазона в соответствии с областями приложения. [0033]
Предпочтительно, непрерывная пористая структура
сердцевинного слоя представляет собой таковую, в которой ее центральная часть имеет среднюю пористость от 10 до 80%. Термин "средняя пористость" означает пористость, определенную посредством получения точного поперечного сечения внедренного образца способом с применением полировщика поперечного сечения (способ CP) , исследования поперечного сечения при увеличении, отрегулированном так, чтобы давать 1+0,1 (нм/пиксель) , и с разрешением 7 00000 пикселей или более, задания на полученном изображении квадратной области исследования для расчета, у которой каждая сторона имеет 512 пикселей, и расчета средней пористости, используя следующее уравнение, в котором А представляет собой площадь области исследования и В представляет собой площадь пор. [0034]
Средняя пористость (%)= В/Ах100
Чем выше ее средняя пористость, тем в большей степени может быть повышена эффективность наполнения, если из материала
получают композит с другими материалами, и можно добиться меньшей потери давления и большей скорости потока, если сердцевинный слой используют в качестве канала для газов или жидкостей. В то же время, чем меньше ее средняя пористость, тем выше сопротивление силам, прилагаемым в направлениях поперечного сечения, таким как сжатие и изгиб, и, следовательно, тем в большей степени материал обеспечивает преимущество в плане удобства в обращении с ним и применения под давлением. Ввиду указанного, средняя пористость центральной части пористого углеродного материала изобретения предпочтительно находится в диапазоне от 15 до 75%, предпочтительнее в диапазоне от 18 до 70%. [0035]
Предпочтительно, непрерывная пористая структура
сердцевинного слоя имеет по меньшей мере один максимальный диаметр в диапазоне от 5 до 4 00 нм на ее кривой распределения пор по диаметру. Распределение пор по диаметру определяют способом внедрения ртути или способом адсорбции газа. Способ внедрения ртути подходит для получения распределений пор по диаметру у материалов, имеющих длинный структурный период, поскольку с его помощью можно получить кривые распределения пор по диаметру в широком диапазоне от 5 нм до 50 0 мкм. В отличие от этого, способ адсорбции газа подходит для получения распределений пор по диаметру в диапазоне вплоть до примерно 100 нм, что представляет собой малое значение в сравнении с таковым в способе внедрения ртути. Для определения распределения пор по диаметру можно надлежащим образом выбрать в соответствии со структурным периодом пористого углеродного материала изобретения либо способ внедрения ртути, либо способ адсорбции газа. Чем меньше значение максимального диаметра на кривой распределения пор по диаметру, тем короче расстояние между пористым углеродным материалом и сочетаемым с ним материалом другого вида. Особенно в диапазоне вплоть до примерно десятков нанометров легко сформировать состояние, в котором благодаря квантовому туннельному эффекту ток способен течь между материалом другого вида и пористым углеродным
материалом изобретения. В то же время, чем больше его значение, тем легче осуществляется сочетание с частицами, имеющими большой диаметр, и так далее. Ввиду указанного, максимальный диаметр на кривой распределения пор по диаметру пористого углеродного материала изобретения находится более предпочтительно в диапазоне от 5 до 350 нм, еще более предпочтительно в диапазоне от 5 до 300 нм. [0036]
В этой связи, поскольку оболочечный слой, который будет описан ниже, по существу не имеет пор, распределение пор по диаметру для сердцевинного слоя можно определить путем определения распределения пор по диаметру для всего материала. Кривая распределения пор по диаметру сердцевинного слоя может быть аппроксимирована кривой распределения пор по диаметру всего материала.
Оболочечный слой
Термин "оболочечный слой" означает слой, который сформирован вокруг сердцевинного слоя и по существу не имеет непрерывной пористой структуры. Выражение "по существу не имеет непрерывной пористой структуры" означает, что когда поперечное сечение, сформированное способом с применением полировщика поперечного сечения (способ CP) , исследуют при увеличении,
дающем 1+0,1 (нм/пиксель) , тогда часть, в которой любые поры имеют размер меньший, чем разрешение, и, следовательно, не наблюдаются отчетливо видимые поры, присутствует на площади, которая не меньше, чем область квадрата, у которого каждая сторона соответствует трехкратному структурному периоду L, рассчитанному из данных наблюдения в сканирующем электронном микроскопе. [0037]
На толщину оболочечного слоя не налагаются особые ограничения и ее можно выбирать надлежащим образом в соответствии с областями приложения материала. Однако в случае, когда оболочечный слой является слишком толстым, данный пористый углеродный материал демонстрирует тенденцию к
пониженной пористости. Следовательно, его толщина составляет предпочтительно 100 мкм или менее, предпочтительнее 50 мкм или менее, наиболее предпочтительно 20 мкм или менее. Хотя для нее отсутствует конкретный нижний предел, с точки зрения поддержания формы материала и придания оболочечному слою способности к проявлению функции, отличной от таковой сердцевинного слоя, толщина оболочечного слоя составляет предпочтительно 1 нм или более. [0038]
Как описано выше, предпочтительно, чтобы пористый углеродный материал изобретения имел асимметричную структуру, включающую в себя сердцевинный слой и оболочечный слой. Данный вариант осуществления является предпочтительным, поскольку в случаях, когда пористый углеродный материал, имеющий такую асимметричную структуру, сочетают с другим материалом для того, чтобы получить композиционный материал, предпочтительно получать композиционный материал, в котором часть с оболочечным слоем не наполнена материалом другого вида, и только непрерывная пористая структура сердцевинного слоя наполнена материалом другого вида. Такой композиционный материал может иметь такую конфигурацию, что часть с оболочечным слоем обнаруживает свойства, которыми обладает сам углеродный материал, такие как химическая стабильность и тепло- и электропроводность, и такую, что различные функциональные материалы закреплены на сердцевинном слое, и можно полагать, что он может быть использован в различных областях приложения, включая материалы батарей, носители катализаторов и армированные волокнами композиционные материалы. Более того, поскольку данный пористый углеродный материал имеет асимметричную структуру, включающую в себя оболочечный слой и сердцевинный слой, становится возможным эффективное фильтрование и разделение, когда пористый углеродный материал применяют, например, в относящихся к мембранному разделению областях приложения путем использования оболочечного слоя в качестве разделяющего функционального слоя, а сердцевинный слой в качестве канала для текучих сред. Следовательно, такой
вариант осуществления является предпочтительным. Форма пористого углеродного материала
На форму пористого углеродного материала изобретения не налагаются особые ограничения, и ее примеры включают в себя насыпную форму, стержневидную форму, плоскую пластинчатую форму, дисковидную форму и сферическую форму. Однако в предпочтительном варианте осуществления пористый углеродный материал находится в форме волокна, пленки или порошка, выбираемой среди упомянутых форм. [0039]
Термин "в форме волокна" означает форму, в которой средняя длина по меньшей мере в 100 раз превышает средний диаметр. Материал может представлять собой нити или длинные волокна, или может представлять собой штапеля, короткие волокна или рубленые нити. На форму поперечного сечения волокна не налагаются какие-либо ограничения, и поперечное сечение может иметь любую форму, такую как круглое поперечное сечение, многолепестковое поперечное сечение, например, треугольное поперечное сечение, плоское поперечное сечение или полое поперечное сечение.
[0040]
В случае, когда материал находится в форме волокна, возможно наполнение текучей средой части, имеющей непрерывную пористую структуру, и/или пропускание текучей среды через часть, имеющую непрерывную пористую структуру. Особенно в случае, когда пропускают электролитический раствор, в непрерывной пористой структуре могут быть индуцированы эффективные химические реакции. Следовательно, такой материал представляет собой предпочтительный вариант осуществления. В случаях, когда наполнение текучей средой и/или пропускание текучей среды осуществляют при высоком давлении, данный материал показывает высокую стойкость к сжатию, поскольку материал имеет такую структуру, что ветви, которые составляют часть, имеющую непрерывную пористую структуру, опираются друг на друга, обеспечивая возможность эффективного наполнения текучей средой и/или пропускания текучей среды. [0041]
Более того, в случае, когда осуществляют наполнение текучей средой, которая представляет собой смесь, и/или пропускание такой текучей среды, адсорбция и десорбция происходят на поверхности, которая образует непрерывную пористую структуру. Данный материал в качестве материала фракционирующей колонны показывает превосходные фракционирующие свойства и, следовательно, представляет собой предпочтительный вариант осуществления. Более того, благодаря присутствию части, не имеющей непрерывной пористой структуры, материал может сочетать в себе электропроводность и теплопроводность, что облегчает удаление тепла реакции, которое сопутствует электрохимическим реакциям. Кроме того, когда данный материал используют в качестве материала фракционирующей колонны, деформация, которая может быть вызвана воздействием давления из-за потери давления текучей среды, может быть сведена к минимуму и материал фракционирующей колонны может показывать стабильные рабочие характеристики. [0042]
В случае, когда материал находится в форме волокна, которое включает в себя сердцевинный слой и оболочечный слой, и когда данный материал используют, например, в качестве разделительной мембраны для текучих сред, сами волокна могут быть собраны в модуль. Данная конфигурация имеет преимущества, например в том, что текучую среду легко пропустить через пустоты сердцевинного слоя для того, чтобы вызвать выполнение материалом разделительной функции на поверхности раздела между сердцевинным слоем и оболочечным слоем, и в том, что возможно достижение большей площади мембраны на единицу объема в сравнении с плоскими мембранами. Кроме того, поскольку данный материал имеет повышенную стойкость к силам, прилагаемым в направлениях поперечного сечения, модуль можно эксплуатировать также при высоких давлениях, обеспечивая возможность высокоэффективного мембранного разделения. Следовательно, данная конфигурация является предпочтительной. Более того, модуль, включающий в себя данный материал, также подходит для применения в качестве колонны для разделения в
высокоэффективной жидкостной хроматографии или тому подобное. В случае, когда пористый углеродный материал изобретения находится в форме волокна, включающего в себя сердцевинный слой и оболочечный слой, структурная однородность высока и удельная площадь поверхности велика, поскольку в сердцевинном слое сформирована однородная непрерывная пористая структура. Благодаря этому рабочие характеристики разделения смеси могут быть заметно повышены без повышения потери давления, которая затрудняет эксплуатацию. Следовательно, данный вариант осуществления является предпочтительным. [0043]
В случае, когда материал используют в форме коротких волокон, из данного материала легко получают композит путем смешивания в расплаве материала со смолой, служащей в качестве матрицы, тем самым заполняя матричной смолой пустоты части, имеющей непрерывную пористую структуру. В случае, когда используют пористый углеродный материал изобретения, который находится в таком состоянии, материал имеет большую площадь контакта с матрицей в сравнении с обычными углеродными волокнами, что обеспечивает возможность легкого улучшения механических свойств с достижением высокой прочности и высокого модуля упругости. [0044]
В частности, в случае, когда материал имеет полое поперечное сечение, полость может быть наполнена другим материалом и, следовательно, данному материалу сообщается возможность применения, например, в материалах батарей и тому подобное путем наполнения электролитическим раствором или активным материалом. Кроме того, данный материал можно использовать в качестве мембраны из полых волокон для разделения веществ. На форму полости не налагаются особые ограничения, и полость может иметь любую форму, такую как круглое поперечное сечение, многолепестковое поперечное сечение, например, треугольное поперечное сечение, плоское поперечное сечение, или форму, имеющую множество полостей. [0045]
На средний диаметр волокон не налагаются особые ограничения и его можно определить произвольно в соответствии с областями приложения. Однако, с точки зрения поддержания удобства в обращении и пористости, их средний диаметр предпочтительно составляет 10 нм или более. С точки зрения обеспечения изгибной жесткости для улучшения удобства в обращении, их средний диаметр предпочтительно составляет 5000 мкм или менее. [0046]
В случае, когда пористый углеродный материал находится в
форме пленки, часть, имеющую непрерывную пористую структуру,
можно сочетать с другим материалом, и получаемый в результате
композиционный материал как таковой можно использовать в виде
листа. Следовательно, данный пористый углеродный материал
подходит для применения в таких областях приложения, как
электроды из числа материалов батарей и материалы для
экранирования электромагнитного излучения. Особенно в случае,
когда данный материал имеет сердцевинный слой и оболочечный
слой, оболочечный слой может сохранять электропроводность и
теплопроводность на высоком уровне и функционировать в качестве
поверхности раздела, которая подходит, например, для адгезии с
другими материалами. Следовательно, данный вариант
осуществления является предпочтительным. В случаях, когда данный материал имеет конфигурацию, в который оболочечный слой сформирован только на одной поверхности пленки, легко реализовать сочетание сердцевинного слоя, который представляет собой часть, имеющую непрерывную пористую структуру, с другим материалом. Следовательно, данный материал представляет собой предпочтительный вариант осуществления. [0047]
На толщину пленки не налагаются особые ограничения и ее можно определить произвольно в соответствии с областями приложения. Однако если принимать во внимание удобство в обращении, ее толщина предпочтительно составляет 10 нм или более и предпочтительно 5000 мкм или менее с точки зрения предотвращения повреждений из-за изгиба.
В случае, когда пористый углеродный материал находится в форме порошка, данный материал может быть нанесен, например, на материалы батарей и так далее. Часть, не имеющая непрерывной пористой структуры, составляет некоторую часть каждой из частиц, составляющих порошок, то есть составляет некоторую часть каждой частицы. Благодаря этому может быть заметно повышена не только электропроводность и теплопроводность внутри частицы, но также может быть повышено сопротивление сжатию самой частицы, что, тем самым, препятствует возникновению ухудшения рабочих характеристик при высоких давлениях. Следовательно, данный материал является предпочтительным. Кроме того, благодаря конфигурации, в которой часть, не имеющая непрерывной пористой структуры, составляет некоторую часть каждой из частиц, которые составляют порошок, может быть повышена не только электропроводность и теплопроводность внутри частицы, но также части, не имеющие непрерывной пористой структуры, соответствующих частиц приходят в контакт друг с другом, тем самым обеспечивая возможность дополнительного повышения электропроводности и теплопроводности. Следовательно, данный материал является предпочтительным. Более того, в таких случаях, когда часть, не имеющая непрерывной пористой структуры, составляет некоторую часть каждой из частиц, которые составляют порошок, текучая среда, которую побуждают к течению через порошок, проходит вдоль частей, не имеющих непрерывной пористой структуры. Результатом является сложная форма каналов, и текучая среда может быть эффективно смешана. Части, не имеющие непрерывной пористой структуры, могут, таким образом, сообщать свойства, которые делают пористый углеродный материал подходящим для применения в качестве материала набивки разделительной колонны. Следовательно, данный материал представляет собой предпочтительный вариант осуществления. [0049]
С точки зрения обеспечения возможности того, чтобы материал обнаруживал указанные свойства, предпочтительно, чтобы доля части, не имеющей непрерывной пористой структуры,
составляла 5% по объему или более. Долю части, не имеющей непрерывной пористой структуры, можно определить общеизвестными способами анализа. В предпочтительном способе, однако, трехмерную форму каждой частицы определяют электроннолучевой томографией, рентгеновской микротомографией или тому подобное и указанную долю рассчитывают из объема части, имеющей непрерывную пористую структуру, и такового части, не имеющей непрерывную пористую структуру. [0050]
В случае, когда пористый углеродный материал находится в форме порошка и каждая из частиц, составляющих порошок, включает в себя сердцевинный слой и оболочечный слой, данный материал может быть использован в качестве легкого наполнителя полых частиц. Следовательно, данный материал представляет собой предпочтительный вариант осуществления. [0051]
На размер частиц порошка не налагаются особые ограничения и его можно выбрать надлежащим образом в соответствии с областями приложения. Однако его предпочтительный диапазон составляет от 10 нм до 10 мм, поскольку с материалом, имеющим такой размер частиц, можно обращаться, как с порошком. В частности, порошок, имеющий размер частиц 10 мкм или менее, при его использовании, например, в качестве твердого ингредиента для составления пасты, дает исключительно гладкую пасту, и, следовательно, можно предотвратить возникновение эффектов, обусловленных данной пастой, таких как отслаивание или растрескивание пасты на стадиях ее нанесения или тому подобное. В то же время, порошок, имеющий размер частиц 0,1 мкм или более, в качестве наполнителя может в достаточной степени проявлять эффект улучшения прочности при его использовании для получения композиционных материалов со смолами. Следовательно, данный материал представляет собой предпочтительный вариант осуществления.
Предшественник пористого углеродного материала Предшественник пористого углеродного материала изобретения включает в себя предшественник пористого углеродного материала,
имеющий поры, и предшественник пористого углеродного материала, не имеющий пор. Предшественник пористого углеродного материала, имеющий поры, содержит часть, имеющую непрерывную пористую структуру, и часть, по существу не имеющую непрерывной пористой структуры, и центральная часть непрерывной пористой структуры имеет структурный период от 0, 003 до 2 мкм. В то же время, предшественник пористого углеродного материала, не имеющий пор, содержит часть, в которой карбонизируемая смола и удаляемая смола, каждая, образуют непрерывную фазу, и часть, которая образована по существу только карбонизируемой смолой, в котором часть, в которой карбонизируемая смола и удаляемая смола, каждая, образуют непрерывную фазу, имеет структурный период от 0,0 03 до 2 мкм. [0052]
В случае предшественника пористого углеродного материала,
имеющего поры, термин "непрерывная пористая структура"
означает, что наблюдается структура, в которой ветви (часть с
карбонизируемой смолой) 3 и поры (пустоты) 2, соответственно,
продолжаются вовнутрь, как показано на фиг.З, на которой
представлена полученная с помощью просвечивающего электронного
микроскопа микрофотография предшественника пористого
углеродного материала (пример 10), имеющего поры, полученного
из предшественника пористого углеродного материала (пример 9),
не имеющего пор, который показан на фиг.2, посредством
воздействия обработки, вызывающей разложение, на
предшественник, используя воду, которая будет описана позднее, чтобы удалить PVP (поливинилпирролидон), служащий удаляемой смолой.
[0053]
В случае предшественника пористого углеродного материала, не имеющего пор, термин "непрерывная фаза" означает, что наблюдается структура, в которой ветви (часть с карбонизируемой смолой) 3 и часть с удаляемой смолой (часть, которая должна будет представлять собой пустоты) 4, соответственно, продолжаются вовнутрь, как показано на фиг.2, на которой представлена полученная с помощью просвечивающего электронного
микроскопа микрофотография предшественника пористого
углеродного материала, не имеющего пор, примера 9. Часть с карбонизируемой смолой в случае, показанном на фиг.2, представляет собой часть с полиакрилонитрильной смолой (белая фаза), а представленная там часть с удаляемой смолой представляет собой часть со смолой PVP (черная фаза). [0054]
Выражение "состояние, в котором карбонизируемая смола и удаляемая смола, каждая, образуют непрерывную фазу" означает здесь, что состояние, в котором карбонизируемая смола и удаляемая смола, каждая, образуют непрерывную фазу, можно наблюдать либо посредством упрощенного способа, используя просвечивающий электронный микроскоп, либо подробного анализа, используя электроннолучевую томографию, или способом рентгеновской микротомографии. В случаях, когда получаемый от воздействия пучка электронов контраст между карбонизируемой смолой и удаляемой смолой недостаточен и исследование состояния затруднительно, предпочтительный вариант осуществления заключается в выполнении электронного окрашивания с соответствующим использованием тяжелого металла или тому подобное перед исследованием предшественника. В то же время, выражение "часть, которая образована по существу только карбонизируемой смолой" означает такую часть, что когда ее поперечное сечение, сформированное способом с применением полировщика поперечного сечения (способ CP), исследуют при увеличении 1+0,1 (нм/пиксель), размер любой удаляемой смолы меньше разрешения, и, следовательно, отчетливо видимая удаляемая смола не наблюдается. А именно, такое выражение означает, что на площади, которая не меньше, чем область квадрата, у которого каждая сторона соответствует трехкратному структурному периоду L, рассчитанному из данных рентгеновского исследования, как будет описано позднее, присутствует часть, в которой наблюдается только карбонизируемая смола. [0055]
Предшественник пористого углеродного материала по
изобретению, имеющий поры, содержит часть, имеющую непрерывную пористую структуру, и часть, по существу не имеющую непрерывной пористой структуры, и пригоден для использования, поскольку данный предшественник, будучи карбонизированным, становится пористым углеродным материалом изобретения, который содержит часть, имеющую непрерывную пористую структуру, и часть, по существу не имеющую непрерывной пористой структуры. В то же время, предшественник пористого углеродного материала по изобретению, не имеющий пор, содержит часть, в которой карбонизируемая смола и удаляемая смола, каждая, образуют непрерывную фазу, и часть, которая образована по существу только карбонизируемой смолой, а удаляемая смола исчезает в ходе карбонизации с образованием пор. Следовательно, данный предшественник пригоден для использования, поскольку предшественник, будучи карбонизированным, становится пористым углеродным материалом изобретения, который содержит часть, имеющую непрерывную пористую структуру, и часть, по существу не имеющую непрерывной пористой структуры. [0056]
Важно, чтобы часть, имеющая непрерывную пористую структуру, предшественника пористого углеродного материала по изобретению, имеющего поры, имела структурный период от 0,003 до 2 мкм. Структурный период части, имеющей непрерывную пористую структуру, предшественника пористого углеродного материала по изобретению, имеющего поры, определяют по структурному периоду, рассчитанному посредством способа малоуглового рассеяния рентгеновских лучей, описанного в разделе "Структурный период части, имеющей взаимосвязанную пористую структуру". [0057]
Также важно, чтобы часть, в которой карбонизируемая смола и удаляемая смола, каждая, образуют непрерывную фазу, в предшественнике пористого углеродного материала по изобретению, не имеющем пор, имела структурный период от 0,003 до 2 мкм. Структурный период части, в которой карбонизируемая смола и удаляемая смола, каждая, образуют непрерывную фазу, в
предшественнике пористого углеродного материала по изобретению, не имеющем пор, определяют по структурному периоду, рассчитанному посредством способа малоуглового рассеяния рентгеновских лучей, описанного, как указано выше, в разделе "Структурный период части, имеющей взаимосвязанную пористую структуру". При определении структурного периода часть, образованная по существу только карбонизируемой смолой, не оказывает влияния на данные, поскольку ее структурный период находится вне диапазона. Следовательно, в изобретении структурный период, определенный исследованием образца в состоянии, содержащем часть, по существу включающую в себя только карбонизируемую смолу, принимают за структурный период части, в которой карбонизируемая смола и удаляемая смола, каждая, образуют непрерывную фазу. [0058]
В данном изобретении "предшественник пористого углеродного
материала" представляет собой термин, который в особенности
означает материал-предшественник, который наличествует
непосредственно перед воздействием на него карбонизации для
получения в конечном итоге пористого углеродного материала. А
именно, предшественник пористого углеродного материала
представляет собой материал-предшественник, который может быть
превращен в пористый углеродный материал лишь обработкой,
осуществляемой после карбонизации. В случае, когда "способ
получения пористого углеродного материала", который будет
описан позднее, включает в себя одну или более других стадий,
включая тепловую обработку, обработку для придания неплавкости
и обработку, вызывающую разложение, которые будут описаны
позднее, в дополнение к стадии 1 и стадии 2 перед стадией
пиролиза, указанный термин означает материал-предшественник,
который подвергся таким другим стадиям. В то же время, в данном
описании простое выражение "материал-предшественник"
представляет собой общий термин для каждого из материалов на соответствующих этапах до карбонизации в способе получения пористого углеродного материала по изобретению. [0059]
А именно, термин "предшественник пористого углеродного материала, не имеющий пор" означает предшественник, который находится в таком состоянии, что пористый углеродный материал получают лишь воздействием на предшественник обработкой, осуществляемой после карбонизации, чтобы тем самым вызвать исчезновение удаляемой смолы и карбонизировать часть с карбонизируемой смолой. В то же время, термин "предшественник пористого углеродного материала, имеющий поры" означает предшественник, который уже имеет поры перед карбонизацией, поскольку по меньшей мере часть удаляемой смолы исчезла благодаря обработке, вызывающей разложение, и так далее, и который, в случае, когда в нем не остается удаляемой смолы, находится в таком состоянии, что пористый углеродный материал получают из него карбонизацией части с карбонизируемой смолой. Следует, однако, отметить, что предшественники пористого углеродного материала перед стадией карбонизации могут быть подвергнуты надлежащим образом обработке для придания неплавкости и обработке, вызывающей разложение, которые будут описаны позднее, с целью повышения качества или выхода.
Способ получения предшественников пористого углеродного материала
Предшественники пористого углеродного материала по изобретению могут быть получены, например, способом получения, включающим в себя: стадию, на которой карбонизируемую смолу и удаляемую смолу приводят в состояние совместимого смешения, чтобы получить смоляную смесь (стадия 1); и стадию, на которой получают предшественник пористого углеродного материала путем стадии, на которой вызывают фазовое разделение смоляной смеси, находящейся в состоянии совместимого смешения, и разделенные фазы фиксируют (стадия 2) . Существуют случаи, когда способ дополнительно включает в себя другие стадии, включая тепловую обработку, обработку для придания неплавкости и обработку, вызывающую разложение, которые будут описаны позднее, в дополнение к стадии 1 и стадии 2. Относящиеся к ним подробности описаны ниже в разделе "Способ получения пористого углеродного материала".
Способ получения пористого углеродного материала
Пористый углеродный материал изобретения может быть
получен, например, способом получения, включающим в себя:
стадию, на которой карбонизируемую смолу и удаляемую смолу
приводят в состояние совместимого смешения, чтобы получить
смоляную смесь (стадия 1); стадию, на которой получают
материал-предшественник или предшественник пористого
углеродного материала, путем стадии, на которой вызывают фазовое разделение смоляной смеси, находящейся в состоянии совместимого смешения, и разделенные фазы фиксируют (стадия 2); и стадию, на которой предшественник пористого углеродного материала карбонизируют пиролизом (стадия 3). Стадия 1
Стадия 1 представляет собой стадию, на которой от 10 до 90% по массе карбонизируемой смолы и от 90 до 10% по массе удаляемой смолы приводят в состояние совместимого смешения, чтобы получить смоляную смесь. [0060]
Карбонизируемая смола представляет собой смолу, которая карбонизируется при пиролизе и остается в виде углеродного материала, и можно использовать как термопластичную смолу, так и термореактивную смолу. В случае термопластичной смолы предпочтительно выбирать смолу, которой неплавкость может быть придана простым способом, таким как нагрев или облучение высокоэнергетическими лучами. В случае термореактивной смолы существует много случаев, когда обработка для придания неплавкости не является необходимой, и термореактивные смолы также включены в подходящие материалы. Примеры термопластичной смолы включают в себя поли(фениленоксид), поли(виниловый спирт), полиакрилонитрил, фенольные смолы и полностью ароматические сложные полиэфиры. Примеры термореактивной смолы включают в себя ненасыщенные сложные полиэфирные смолы, алкидные смолы, меламиновые смолы, мочевинные смолы, полиимидные смолы, диаллилфталатные смолы, лигниновые смолы и уретановые смолы. Данные смолы можно использовать либо в одиночку, либо в смешанном состоянии. Однако в варианте
осуществления, который предпочтителен с точки зрения легкости формования, термопластичные смолы смешивают друг с другом или термореактивные смолы смешивают друг с другом. [0061]
С точек зрения выхода карбонизации, формуемости и рентабельности, в предпочтительном варианте осуществления используют термопластичные смолы, выбираемые среди указанных. Среди них в качестве подходящих можно использовать поли(фениленоксид), поли(виниловый спирт), полиакрилонитрил и полностью ароматические сложные полиэфиры.
[0062]
В то же время, удаляемая смола представляет собой смолу, которая может быть удалена после стадии 2, которая будет описана позднее, на любом из следующих этапов: одновременно с обработкой для придания неплавкости; после обработки для придания неплавкости; и одновременно с пиролизом. На способы удаления удаляемой смолы, то есть "обработку, вызывающую разложение", не налагаются особые ограничения, и подходящие способы включают в себя: способ, в котором удаляемую смолу удаляют химически, например, проводя деполимеризацию, используя химикат; способ, в котором удаляемую смолу растворяют добавлением растворителя, способного растворять удаляемую смолу; и способ, в котором смоляную смесь нагревают, чтобы уменьшить молекулярную массу удаляемой смолы посредством термического разложения, тем самым удаляя удаляемую смолу. Данные технические приемы могут быть использованы в одиночку или в сочетании. В случае использования сочетания технические приемы могут быть осуществлены одновременно или по отдельности.
[0063]
С точек зрения рентабельности и удобства в обращении, в качестве способа, в котором смолу удаляют химически, предпочтительным является способ, в котором смолу гидролизуют, используя кислоту или щелочь. Примеры смол, которые чувствительны к гидролизу кислотами или основаниями, включают в себя сложные полиэфиры, поликарбонаты и полиамиды.
Предпочтительные примеры способа, в котором удаляемую смолу удаляют добавлением растворителя, способного растворять удаляемую смолу, включают в себя: способ, в котором растворитель непрерывно подают к карбонизируемой смоле и удаляемой смоле, которые были смешаны, тем самым растворяя и удаляя удаляемую смолу; и способ, в котором растворитель и смолы смешивают порциями, чтобы растворить и удалить удаляемую смолу.
[0065]
Конкретные примеры удаляемой смолы, которые подходят для способа удаления добавлением растворителя, включают в себя полиолефины, такие как полиэтилен, полипропилен и полистирол, акриловые смолы, метакриловые смолы, поливинилпирролидон, алифатические сложные полиэфиры и поликарбонаты. С точки зрения растворимости в растворителе предпочтительными из них являются аморфные смолы, и их примеры включают в себя полистирол, метакриловые смолы и поликарбонаты. [0066]
Примеры способа, в котором молекулярную массу удаляемой смолы уменьшают термическим разложением и посредством него удаляют такую смолу, включают в себя: способ, в котором карбонизируемую смолу и удаляемую смолу, которые были смешаны, нагревают порциями, чтобы разложить удаляемую смолу; и способ, в котором карбонизируемую смолу и удаляемую смолу, которые были смешаны, непрерывно подают к источнику нагрева и нагревают, чтобы тем самым разложить удаляемую смолу. [0067]
Предпочтительно, чтобы удаляемая смола представляла собой, среди указанных смол, смолу, которая исчезает на стадии 3, которая будет описана позднее, в результате термического разложения, когда карбонизируемую смолу карбонизируют пиролизом. Предпочтительно, чтобы удаляемая смола представляла собой термопластичную смолу, которая не претерпевает значительного химического изменения, когда карбонизируемую смолу подвергают обработке для придания неплавкости, которая будет описана позднее и которая в результате пиролиза дает
выход карбонизации менее 10%. Конкретные примеры таких
удаляемых смол включают в себя полиолефины, такие как
полиэтилен, полипропилен и полистирол, акриловые смолы,
метакриловые смолы, полиацетали, поливинилпирролидон,
алифатические сложные полиэфиры, ароматические сложные полиэфиры, алифатические полиамиды и поликарбонаты. Данные смолы можно использовать либо в одиночку, либо в смешанном состоянии.
[0068]
На стадии 1 карбонизируемую смолу и удаляемую смолу приводят в состояние совместимого смешения, чтобы получить смоляную смесь (полимерный сплав). Выражение "приведенный в состояние совместимого смешения" означает здесь, что надлежащим выбором условий, относящихся к температуре и/или растворителю, получают такое состояние, при котором в оптическом микроскопе не наблюдается структура, в которой карбонизируемая смола и удаляемая смола присутствуют как отдельные фазы. [0069]
Карбонизируемая смола и удаляемая смола могут быть приведены в состояние совместимого смешения путем смешения самих смол друг с другом, либо путем дополнительного добавления к ним растворителя. [0070]
Примеры системы, в которой несколько смол приведены в состояние совместимого смешения, включают в себя: систему, которая показывает фазовую диаграмму, относящуюся к типу диаграмм с верхней критической температурой растворения (UCST), в которой смолы находятся в состоянии фазового разделения при низких температурах, но образуют единственную фазу при высоких температурах; и систему, которая наоборот показывает фазовую диаграмму, относящуюся к типу диаграмм с нижней критической температурой растворения (LCST), в которой смолы находятся в состоянии фазового разделения при высоких температурах, но образуют единственную фазу при низких температурах. Более того, особенно в случае системы, в которой по меньшей мере одна из карбонизируемой смолы и удаляемой смолы была растворена в
растворителе, предпочтительные примеры включают в себя систему, в которой фазовое разделение, которое будет описано позднее, вызывается инфильтрацией нерастворителя. [0071]
На подлежащий добавлению растворитель не налагаются особые ограничения. Предпочтительным является такой растворитель, что абсолютное значение разницы между его параметром растворимости (значение SP) и средней величиной значений SP карбонизируемой смолы и удаляемой смолы составляет 5,0 или менее, причем абсолютное значение представляет собой показатель растворяющих свойств. Известно, что чем меньше абсолютное значение разницы со средней величиной значений SP, тем выше растворяющие свойства. Следовательно, предпочтительно, чтобы разница равнялась нулю. В то же время, чем больше абсолютное значение разницы со средней величиной значений SP, тем ниже растворяющие свойства и тем сложнее достичь состояния совместимого смешения карбонизируемой смолы и удаляемой смолы. Ввиду этого абсолютное значение разницы со средней величиной значений SP предпочтительно составляет 3,0 или менее, наиболее предпочтительно 2,0 или менее. [0072]
Конкретные примеры сочетаний карбонизируемой
смолы/удаляемой смолы, подлежащие приведению в состояние
совместимого смешения, в случае, когда система не содержит
растворителя, включают в себя поли(фениленоксид)/полистирол,
поли(фениленоксид)/стирол-акрилонитрильный сополимер, полностью
ароматический сложный полиэфир/поли(этилентерефталат),
полностью ароматический сложный полиэфир/поли(этиленнафталат) и полностью ароматический сложный полиэфир/поликарбонат. Конкретные примеры сочетаний в случае, когда система содержит растворитель, включают в себя полиакрилонитрил/поли(виниловый спирт), полиакрилонитрил/поливинилфенол, полиакрилонитрил/поливинилпирролидон,
полиакрилонитрил/поли(молочная кислота), поли(виниловый
спирт)/сополимер винилацетата-винилового спирта, поли(виниловый
спирт)/поли(этиленгликоль) , поли(виниловый
спирт)/поли(пропиленгликоль) и поли(виниловый спирт)/крахмал. [0073]
На способы смешения карбонизируемой смолы с удаляемой смолой не налагаются особые ограничения, и можно использовать различные известные способы смешения при условии, что с их помощью возможно равномерное смешение. Их примеры включают в себя ротационный смеситель, имеющий перемешивающие лопасти, и смешивающий экструдер со шнеками. [0074]
В предпочтительном варианте осуществления температура (температура смешения), при которой смешивают друг с другом карбонизируемую смолу и удаляемую смолу, не меньше температуры, при которой размягчаются как карбонизируемая смола, так и удаляемая смола. В качестве температуры, при которой размягчаются смолы, надлежащим образом может быть выбрана либо температура плавления карбонизируемой смолы или удаляемой смолы в случае, когда смола представляет собой кристаллический полимер, либо ее температура стеклования в случае, когда смола представляет собой аморфную смолу. Путем задания температуры смешения при температуре, не меньшей температуры, при которой размягчаются как карбонизируемая смола, так и удаляемая смола, может быть понижена вязкость обеих смол и, следовательно, возможны более эффектное перемешивание и смешение. Для температуры смешения отсутствует конкретный верхний предел, но с точки зрения предотвращения ухудшения свойств смолы из-за термического разложения, данная температура предпочтительно составляет 400°С или менее, в результате чего получают предшественник пористого углеродного материала, который имеет превосходное качество. [0075]
На стадии 1 от 10 до 90% по массе карбонизируемой смолы смешивают с удаляемой смолой в количестве от 90 до 10% по массе. В случае, когда доли карбонизируемой смолы и удаляемой смолы находятся в указанных диапазонах, можно произвольным образом реализовать оптимальный размер пор и оптимальную
пористость. Следовательно, указанные диапазоны долей являются предпочтительными. Пока доля карбонизируемой смолы составляет 10% по массе или более, возможно не только предоставление карбонизированного материала, который сохраняет механическую прочность, но также результатом является улучшенный выход; следовательно, такие доли являются предпочтительными. В то же время, пока доля карбонизируемого материала составляет 90% по массе или менее, удаляемая смола может эффективно образовывать пустоты; следовательно, такие доли являются предпочтительными. [0076]
Соотношение смешения между карбонизируемой смолой и удаляемой смолой может быть произвольно выбрано в данном диапазоне, принимая во внимание совместимость каждого материала. А именно, поскольку совместимость смол обычно ухудшается по мере приближения соотношения между ними к 1:1, предпочтительные варианты осуществления в случае, когда в качестве исходных материалов выбрана система, имеющая не такую высокую совместимость, включают в себя один вариант, в котором совместимость улучшают путем того, что на смесь воздействуют с тем, чтобы она приблизилась к состоянию так называемой частичной композиции за счет увеличения или уменьшения количества карбонизируемой смолы. [0077]
В предпочтительном варианте осуществления растворитель
добавляют, когда карбонизируемую смолу и удаляемую смолу
смешивают друг с другом. Добавление растворителя не только
снижает вязкость карбонизируемой смолы и удаляемой смолы, что
способствует формованию, но также облегчает приведение
карбонизируемой смолы и удаляемой смолы в состояние
совместимого смешения. Здесь также не налагаются особые
ограничения на растворитель, и можно использовать любой
растворитель, который является жидким при обычной температуре и
в котором растворима или способна к набуханию по меньшей мере
одна из карбонизируемой смолы и удаляемой смолы. В более
предпочтительном варианте осуществления используют
растворитель, в котором растворяется как карбонизируемая смола,
так и удаляемая смола, поскольку совместимость между обеими смолами может быть улучшена. [0078]
С точек зрения улучшения совместимости между карбонизируемой смолой и удаляемой смолой и снижения их вязкости для улучшения текучести, предпочтительно, чтобы количество подлежащего добавлению растворителя составляло 2 0% по массе или более в расчете на суммарную массу карбонизируемой смолы и удаляемой смолы. В то же время, с точки зрения стоимости извлечения и повторного использования растворителя, его добавленное количество предпочтительно составляет 90% по массе или менее в расчете на суммарную массу карбонизируемой смолы и удаляемой смолы.
Стадия 2
Стадия 2 представляет собой стадию, на которой на смоляную смесь, которая на стадии 1 была приведена в состояние совместимого смешения, воздействуют с тем, чтобы она претерпела фазовое разделение с образованием микроструктуры, и данную микроструктуру фиксируют с получением либо материала-предшественника, либо предшественника пористого углеродного материала, не имеющего пор. [0079]
На способы, посредством которых на карбонизируемую смолу и удаляемую смолу, которые были совместно смешаны, воздействуют с тем, чтобы они претерпели фазовое разделение, не налагаются особые ограничения. Их примеры включают в себя: способ вызываемого температурой фазового разделения, в котором фазовое разделение вызывается изменением температуры; способ вызываемого нерастворителем фазового разделения, в котором фазовое разделение вызывается добавлением нерастворителя; и способ вызываемого реакцией фазового разделения, в котором фазовое разделение вызывается с использованием химической реакции.
[0080]
Данные способы фазового разделения могут быть использованы в одиночку или в сочетании. Конкретные примеры способов в
случае использования сочетания включают в себя: способ, в котором смесь пропускают через коагуляционную ванну, чтобы привести к вызываемому нерастворителем фазовому разделению, а затем смесь нагревают, чтобы привести к вызываемому нагревом фазовому разделению; способ, в котором к вызываемому нерастворителем фазовому разделению и вызываемому нагревом фазовому разделению одновременно приводят посредством контроля температуры коагуляционной ванны; и способ, в котором охлаждают материал, выталкиваемый из прядильной фильеры, чтобы привести к вызываемому нагревом фазовому разделению, а затем приводят в контакт с нерастворителем. [0081]
В предпочтительном варианте осуществления фазовое разделение не сопровождается химической реакцией. Выражение "не сопровождается химической реакцией" означает здесь, что ни карбонизируемая смола, ни удаляемая смола, которые были смешаны, не претерпевают изменения первичной структуры в результате смешения. Термин "первичная структура" означает химическую структуру, которая образует карбонизируемую смолу или удаляемую смолу. В случае, когда фазовое разделение не сопровождается химической реакцией, предшественник пористого углеродного материала, не имеющий пор, может быть получен без ухудшения механических и химических свойств карбонизируемой смолы и/или удаляемой смолы, и, следовательно, структуры любой желаемой формы, такой как волоконная или пленочная форма, могут быть сформованы без существенного изменения условий формования. Следовательно, данный вариант осуществления является предпочтительным. Особенно в случае, когда микроструктура была сформирована посредством фазового разделения, не вызывая реакции сшивки или тому подобное, и микроструктура была фиксирована, не наблюдается существенного увеличения модуля упругости из-за реакции сшивки, и в ходе формования может быть сохранена гибкая структура. Благодаря этому можно добиться превосходной пригодности для прохождения через стадии получения волокна или пленки без опасности разрыва нити или повреждения пленки, так что материал-предшественник или предшественник
пористого углеродного материала, не имеющий пор, может быть эффективно получен с малыми затратами. Обработка, вызывающая разложение
Предпочтительно, чтобы материал-предшественник или предшественник пористого углеродного материала, не имеющий пор, который представляет собой смоляную смесь, в которой микроструктура, образующаяся в результате фазового разделения, была фиксирована на стадии 2, подвергали обработке, вызывающей разложение, перед воздействием на него стадии карбонизации (стадии 3). Материал-предшественник, из которого удаляемая смола была удалена данной обработкой, вызывающей разложение, и который находится в таком состоянии, что пористый углеродный материал может быть получен из него проведением карбонизации после данной стадии, становится предшественником пористого углеродного материала, имеющим поры. А именно, материал-предшественник или предшественник пористого углеродного материала, не имеющий пор, в результате обработки, вызывающей разложение, становится либо материалом-предшественником, либо предшественником пористого углеродного материала, имеющим поры, поскольку из него удалена удаляемая смола. На способы обработки, вызывающей разложение, не налагаются особые ограничения, и можно использовать любой способ, при условии, что удаляемая смола может быть разложена и тем самым удалена. А именно, подходящие способы включают в себя: способ, в котором удаляемую смолу разлагают химически и снижают ее молекулярную массу, используя кислоту, щелочь или фермент, и тем самым удаляют; способ, в котором удаляемую смолу растворяют с помощью растворителя, способного растворять удаляемую смолу; и способ, в котором удаляемую смолу деполимеризуют, используя излучение, такое как электронные пучки, гамма-лучи, ультрафиолетовые лучи или инфракрасные лучи, чтобы тем самым удалить удаляемую смолу. [0082]
Особенно в случае предшественника пористого углеродного материала, в котором удаляемая смола может быть разложена путем термического разложения, можно использовать способ, в котором термическую обработку проводят предварительно при такой
температуре, что по меньшей мере 8 0% по массе удаляемой смолы исчезает, или можно использовать способ, в котором удаляемую смолу газифицируют путем термического разложения и удаляют одновременно с карбонизацией на стадии карбонизации (стадия 3) или при обработке для придания неплавкости, которая будет описана позднее. С точки зрения уменьшения числа стадий с целью повышения производственной эффективности, в более подходящем варианте осуществления выбирают способ, в котором удаляемую смолу газифицируют путем термического разложения и удаляют одновременно с термической обработкой на стадии карбонизации (стадия 3) или при обработке для придания неплавкости, которая будет описана позднее. В частности, можно использовать способ, в котором предшественник пористого углеродного материала, не имеющий пор, подвергают обработке, вызывающей разложение, одновременно с карбонизацией на стадии карбонизации (стадия 3). Данный способ представляет собой предпочтительный вариант осуществления, поскольку можно ожидать не только уменьшения издержек благодаря уменьшению числа стадий, но также повышения выхода.
Обработка для придания неплавкости
Предпочтительно, чтобы материал-предшественник или предшественник пористого углеродного материала, представляя собой смоляную смесь, в которой микроструктура, образующаяся в результате фазового разделения, была фиксирована на стадии 2, подвергали обработке для придания неплавкости перед воздействием на него стадии карбонизации (стадии 3) . Материал-предшественник, который, таким образом, был приведен в такое состояние, что пористый углеродный материал может быть получен из него простым проведением карбонизации после обработки для придания неплавкости, становится предшественником пористого углеродного материала. На способы обработки для придания неплавкости не налагаются особые ограничения, и можно использовать известные способы. Конкретные примеры способов включают в себя: способ, в котором предшественник нагревают в присутствии кислорода, чтобы тем самым вызвать окислительную сшивку; способ, в котором предшественник облучают
высокоэнергетическими лучами, такими как электронные пучки или гамма-лучи, чтобы сформировать сшитую структуру; и способ, в котором погружают или примешивают вещество, имеющее реакционноспособную группу, чтобы сформировать сшитую структуру. Из них способ, в котором предшественник нагревают в присутствии кислорода, чтобы тем самым вызвать окислительную сшивку, является предпочтительным, поскольку такой способ прост в осуществлении и могут быть снижены затраты на производство. Данные технологические приемы могут быть использованы в одиночку или в сочетании, и технологические приемы можно использовать либо одновременно, либо отдельно. [0083]
Температура нагрева в способе, в котором предшественник нагревают в присутствии кислорода, чтобы тем самым вызвать окислительную сшивку, с точки зрения воздействия, обеспечивающего эффективное протекание реакции сшивки, предпочтительно представляет собой температуру 150°С или выше,
но предпочтительно температуру 350°С или ниже с точки зрения предотвращения снижения выхода по причине потери массы из-за термического разложения, сгорания и так далее карбонизируемой смолы.
[0084]
На концентрацию кислорода в ходе обработки не налагаются особые ограничения. Однако предпочтительным вариантом осуществления является вариант, в котором подают газ, имеющий концентрацию кислорода 18% или выше, в частности, подают воздух как таковой, поскольку использование такого газа позволяет снизить затраты на производство. На способы подачи газа не налагаются особые ограничения и их примеры включают в себя способ, в котором воздух подают сам по себе в нагревательное устройство, и способ, в котором чистый кислород подают в нагревательное устройство, используя, например, бомбу.
[0085]
Примеры способа, в котором предшественник облучают высокоэнергетическими лучами, такими как электронные пучки или
гамма-лучи, чтобы сформировать сшитую структуру, включают в
себя способ, в котором коммерческое устройство, такое как
генератор электронных пучков или генератор гамма-лучей,
используют для облучения карбонизируемой смолы электронными
пучками или гамма-лучами, чтобы тем самым вызвать сшивку. С
точки зрения эффективного введения сшитой структуры путем
облучения, нижний предел интенсивности облучения
предпочтительно составляет 1 кГр или выше, и интенсивность облучения предпочтительно составляет 1000 кГр или менее с точки зрения предотвращения снижения прочности материала по причине уменьшения молекулярной массы из-за расщепления главной цепи. [0086]
Примеры способа, в котором погружают или примешивают
вещество, имеющее реакционноспособную группу, чтобы
сформировать сшитую структуру, включают в себя: способ, в
котором низкомолекулярное соединение, имеющее
реакционноспособную группу, погружают в смоляную смесь, после чего следует нагрев или облучение высокоэнергетическими лучами, чтобы вызвать протекание реакции сшивки; и способ, в котором низкомолекулярное соединение, имеющее реакционноспособную группу, предварительно примешивают, после чего следует нагрев или облучение высокоэнергетическими лучами, чтобы вызвать протекание реакции сшивки. [0087]
Подходящий способ заключается в проведении обработки, вызывающей разложение, одновременно с обработкой для придания неплавкости, поскольку можно ожидать преимущества снижения затрат из-за уменьшения числа стадий. Материал-предшественник или предшественник пористого углеродного материала, не имеющий пор, становится предшественником пористого углеродного материала, имеющим поры, в результате обработки, вызывающей разложение, проводимой одновременно с обработкой для придания неплавкости.
Стадия 3
Стадия 3 представляет собой стадию, на которой предшественник пористого углеродного материала, который
представляет собой смоляную смесь, в которой на стадии 2 была фиксирована микроструктура, являющаяся результатом фазового разделения, подвергают пиролизу и карбонизации, чтобы получить пористый углеродный материал. В случае, когда данным предшественником является тот, который предварительно подвергся обработке, вызывающей разложение, данный предшественник представляет собой предшественник пористого углеродного материала, имеющий поры. В то же время, в случае, когда предшественником является тот, который подлежит обработке, вызывающей разложение, одновременно с данной стадией, данный предшественник представляет собой предшественник пористого углеродного материала, не имеющий пор. [0088]
Предпочтительно, чтобы пиролиз проводился нагревом
предшественника пористого углеродного материала в атмосфере
инертного газа при 600°С или выше, чтобы в достаточной степени
карбонизировать предшественник. Термин "инертный газ" означает
здесь газ, который химически инертен в ходе нагрева. Его
примеры включат в себя гелий, неон, азот, аргон, криптон,
ксенон и диоксид углерода. В варианте осуществления,
предпочтительном с точки зрения рентабельности, из них
используют азот или аргон. Особенно в случае, когда температура
карбонизации составляет 1500°С или выше, с точки зрения
предотвращения образования нитридов предпочтительно
использовать аргон. [0089]
На скорость потока инертного газа не налагаются ограничения, при условии, что концентрация кислорода в атмосфере внутри нагревательного устройства может быть в достаточной степени понижена, и предпочтительно, чтобы оптимальное значение выбиралось надлежащим образом в соответствии с размером нагревательного устройства, количеством вводимого подаваемого материала, температурой нагрева и так далее. Хотя отсутствует конкретный верхний предел для его скорости потока, предпочтительным с точки зрения рентабельности
и уменьшения перепадов температуры внутри нагревательного
устройства является надлежащее установление скорости потока в
соответствии с температурным распределением или конструкционным
исполнением нагревательного устройства. В более
предпочтительном варианте осуществления газы, которые генерируются в ходе карбонизации, выпускаются из системы. Это обусловлено тем, что в случаях, когда газы могут быть выпущены в достаточной степени, можно получить пористый углеродный материал, обладающий превосходным качеством. Следовательно, предпочтительным является задание скорости потока инертного газа так, чтобы концентрация генерированных газов в системе составляла 3000 ч/млн (частей на миллион) или менее. [0090]
Для температуры, при которой нагревают предшественник, отсутствует верхний предел. Однако с точки зрения рентабельности предпочтительными являются температуры не выше 3000°С, поскольку при таких температурах карбонизация может протекать в достаточной степени и поскольку оборудование не требует специальной обработки. [0091]
Что касается способов нагрева в случае, когда обработку, вызывающую карбонизацию, проводят непрерывно, то можно использовать способ, в котором материал непрерывно подают в нагревательное устройство и отбирают из нагревательного устройства, температуру которого поддерживают постоянной, используя валики, транспортер или тому подобное. Данный способ является предпочтительным, поскольку может быть повышена производственная эффективность. [0092]
В то же время, в случае, когда в нагревательном устройстве проводят периодическую обработку, для скорости нагрева и скорости охлаждения отсутствует конкретный нижний предел. Однако предпочтительными являются скорости 1°С/мин или более, поскольку период времени, требующийся для нагрева и охлаждения, можно сократить при таких скоростях, чтобы тем самым повысить
производственную эффективность. Для скорости нагрева и скорости охлаждения отсутствует конкретный верхний предел. Однако предпочтительным является использование скорости, которая ниже сопротивления тепловому удару элемента, который образует нагревательное устройство. [0093]
Также предпочтительно, чтобы продукт, полученный карбонизацией предшественника пористого углеродного материала путем пиролиза, дополнительно подвергался обработке по превращению в порошок. Для обработки по превращению в порошок может быть выбран общеизвестный способ, и предпочтительным является надлежащий выбор способа в соответствии с размером частиц, который необходимо получить в результате обработки по превращению в порошок, и со степенью обработки. Примеры способов обработки по превращению в порошок включают в себя шаровую мельницу, бисерную мельницу и струйную мельницу. Хотя обработка по превращению в порошок может быть непрерывной или периодической, непрерывная обработка является предпочтительной с точки зрения производственной эффективности. Наполняющий материал, подлежащий загрузке в шаровую мельницу, выбирают надлежащим образом. Однако предпочтительно, чтобы в данных приложениях использовался материал на основе оксида металла, такого как оксид алюминия, диоксид циркония или диоксид титана, или материал, полученный нанесением на нержавеющую сталь, железо или тому подобное, выступающих в качестве сердцевин, покрытия из нейлона, полиолефина, фторированного полиолефина или тому подобное, где включение металлического материала нежелательно. В случае других приложений можно надлежащим образом использовать металл, такой как нержавеющая сталь, никель или железо.
[0094]
В варианте осуществления, который предпочтителен с точки зрения повышения эффективности превращения в порошок, в ходе превращения в порошок используют вспомогательное средство для превращения в порошок. Вспомогательное средство для превращения в порошок выбирают произвольно из воды, спиртов, гликолей,
кетонов и так далее. Этанол и метанол представляют собой
предпочтительные спирты с точек зрения доступности и стоимости.
В случае применения гликоля, гликоль предпочтительно
представляет собой этиленгликоль, диэтиленгликоль,
пропиленгликоль или тому подобное. В случае применения кетона,
кетон предпочтительно представляет собой ацетон,
этилметилкетон, диэтилкетон или тому подобное. [0095]
В предпочтительном варианте осуществления пористый углеродный материал, который подвергся обработке по превращению в порошок, сортируют, чтобы предоставить материал, который является однородным по размеру частиц. Пористый углеродный материал, который однороден по размеру частиц, может образовывать однородную структуру при использовании в качестве наполнителя, добавки к пастам и так далее и, следовательно, обеспечивает возможность стабилизации эффективности наполнения и стадии нанесения пасты. Следовательно, можно ожидать повышения производственной эффективности с достижением сокращения издержек. Что касается размера частиц, то предпочтительным является надлежащий выбор размера в соответствии с областями приложения превращенного в порошок пористого углеродного материала.
ПРИМЕРЫ
[0096]
Предпочтительные примеры осуществления изобретения описаны ниже, но нижеследующие примеры не следует истолковывать как ограничивающие настоящее изобретение.
Способы оценки
Структурный период части, имеющей непрерывную пористую структуру, или части, в которой карбонизируемая смола и удаляемая смола, каждая, образуют непрерывную фазу
Пористый углеродный материал или предшественник пористого углеродного материала помещали посредине между предметными пластинами, и положение линейного источника CuKa, а также положения образца и двумерного детектора регулировали таким
образом, что из рентгеновского источника от линейного источника СиКа получали информацию об углах рассеяния менее 10 градусов. Из данных изображения (информация о яркости), полученных от двумерного детектора, исключали данные для центральной части, на которую влиял поглотитель пучка. Из центра пучка проводили радиус-векторы и суммировали значения яркости для диапазона
3 60° с угловыми интервалами 1°, чтобы получить кривую распределения интенсивности рассеянного света. Из угла рассеяния 9, соответствующего положению пика на полученной кривой, используя нижеследующее уравнение, получали структурный период части, имеющей непрерывную пористую структуру, или части, в которой карбонизируемая смола и удаляемая смола, каждая, формировали непрерывную фазу. [0097]
[Математическая формула 2]
2ж sin#
[0098]
Структурный период: L
X: длина волны падающих рентгеновских лучей
%: отношение длины окружности к ее диаметру Средняя пористость
Пористый углеродный материал или предшественник пористого углеродного материала внедряют в смолу, а затем с помощью бритвенного лезвия или тому подобное обнажают поперечное сечение пористого углеродного материала или предшественника пористого углеродного материала. Используя полировщик SM-09010 производства JEOL Ltd., аргоновыми ионными пучками ударяют по поверхности образца при ускоряющем напряжении 5,5 кВ, чтобы осуществить травление поверхности. Центральную часть полученного в результате поперечного сечения пористого углеродного материала исследуют с помощью сканирующего микроскопа в режиме вторичных электронов при увеличении, отрегулированном так, чтобы давать 1+0,1 (нм/пиксель), и при разрешении 7 000 00 пикселей или выше, и на полученном в
результате изображении задают квадратную область исследования для расчета, у которой каждая сторона имеет 512 пикселей. Среднюю пористость рассчитывают, используя следующее уравнение, в котором А представляет собой площадь области исследования и В представляет собой площадь пор или части с удаляемой смолой. [0099]
Средняя пористость (%)= В/Ах100
В случае, когда получаемый от воздействия пучка электронов контраст между карбонизируемой смолой и удаляемой смолой был слабым и исследование образца было затруднительным, перед исследованием проводили электронное окрашивание посредством надлежащего использования тяжелого металла или тому подобное в зависимости от использованной смолы.
Получение кривой распределения пор по диаметру
Пористый углеродный материал или предшественник пористого углеродного материала, имеющий поры, высушивали в вакууме в условиях нагрева при 300°С в течение 5 часов, чтобы тем самым удалить газовые компоненты, которые были адсорбированы. После этого, используя порозиметр AutoPore IV9500 производства Shimadzu Corp., получали кривую распределения пор по диаметру.
Структурный период сердцевинного слоя
В жидком азоте разрезают пористый углеродный материал или предшественник пористого углеродного материала и исследуют центральную часть полученной в результате поверхности среза материала, используя микроскоп S-5500 производства Hitachi High-Technologies Corp., при увеличении, которое задавали таким образом, что размер по меньшей мере одной стороны превышает в 10-100 раз структурный период сердцевинного слоя. Получают данные изображения, соответствующие изображению во вторичных электронах и имеющие разрешение 7 00000 пикселей или более, и полученные данные изображения обрезают так, чтобы получить квадратную область, у которой каждая сторона имеет 512 пикселей. Квадратную область подвергают двумерному преобразованию Фурье и определяют характеристическую длину волны, соответствующую положению пика на результирующем
одномерном спектре. Из ее обратного значения определяют структурный период сердцевинного слоя. Данную операцию повторяли три раза для разных образцов, и среднее значение, полученное для них, принимали за структурный период. Пример 1
В разборную колбу вводили 7 0 г полиакрилонитрила (Mw
150000) производства Polysciences, Inc., 70 г
поливинилпирролидона (Mw 4 0000) производства Aldrich Со. ив качестве растворителя 400 г диметилсульфоксида (ДМСО) производства Wakenyaku Co. Ltd. Содержимое нагревали при 150°С в течение 3 часов при перемешивании с обратным холодильником, тем самым получая однородный и прозрачный раствор. В данном растворе концентрация полиакрилонитрила и концентрация поливинилпирролидона в каждом случае составляли 13% по массе. [0100]
Полученный раствор в ДМСО охлаждали до 2 5°С, а затем выдавливали со скоростью 3 мл/мин из форсунки с одним отверстием, имеющей диаметр отверстия 0, б мм, и продукт экструзии направляли в содержащую чистую воду коагуляционную ванну, температуру которой поддерживали при 25°С, после чего отводили со скоростью 5 м/мин и собирали в баке, получая тем самым сырые волокна. В данной операции воздушный зазор задавали равным 5 мм, а длина погружения в коагуляционную ванну составляла 15 см. Полученные сырые волокна были полупрозрачными и претерпели фазовое разделение. [0101]
Полученные сырые волокна сушили в течение 1 часа в циркуляционной сушильной печи, температуру которой поддерживали при 25°С, тем самым удаляя воду, присутствующую на поверхности волокон. После этого проводили вакуумную сушку при 2 5°С в течение 5 часов, получая высушенные сырые волокна в качестве материала-предшественника. [0102]
Затем сырые волокна в качестве материала-предшественника вводили в электрическую печь, температуру которой поддерживали
при 250°С, и нагревали в атмосфере кислорода в течение 1 часа, проводя тем самым обработку для придания неплавкости. Сырые волокна, которые подверглись обработке для придания неплавкости, изменяли цвет на черный. [0103]
Структуру полученных неплавких сырых волокон, то есть предшественника пористого углеродного материала, который не имел пор и не подвергся обработке, вызывающей карбонизацию, исследовали электроннолучевой томографией. В результате было обнаружено, что структура, полученная из полиакрилонитрила в качестве карбонизируемой смолы, формировала непрерывную фазу. Часть, имеющая непрерывную пористую структуру, имела структурный период 0,18 мкм. Сравнение структуры данного предшественника со структурой пористого углеродного материала, который будет описан позднее, выявило, что структурный период той части пористого углеродного материала, которая имела непрерывную пористую структуру, был по большей части короче, чем таковой предшественника пористого углеродного материала, поскольку полиакрилонитрильная смола сжалась в ходе обработки, вызывающей карбонизацию, и что, несмотря на такое изменение, образец, состоящий как из части, имеющей непрерывную пористую структуру, так и части, по существу не имеющей непрерывной пористой структуры, оставался неизменным.
[0104]
Полученные неплавкие сырые волокна подвергали обработке, вызывающей карбонизацию, в условиях скорости потока азота 1 л/мин, скорости нагрева 10°С/мин, максимальной температуры 150 0°С и времени выдержки 1 минута, получая тем самым пористые углеродные волокна.
[0105]
Центральная часть полученных пористых углеродных волокон, то есть пористого углеродного материала, имела среднюю пористость 4 0%, и его часть, имеющая непрерывную пористую структуру, имела структурный период 0,10 мкм. Данный пористый углеродный материал давал кривую распределения пор по диаметру,
которая имела пики распределения пор по диаметру, соответственно, при 50 и 200 нм, и анализ его поперечных сечений выявил, что диаметр волокна составлял 150 мкм, а оболочечный слой, который представлял собой часть, не имеющую непрерывной пористой структуры, имел толщину 5 мкм. Сердцевинный слой, то есть центральная часть материала, который представлял собой часть, имеющую непрерывную пористую структуру, имел структурный период 0,3 мкм. Более того, в центральной части волокна была сформирована однородная непрерывная пористая структура. Результаты показаны в таблице 1.
Пример 2
Предшественник пористого углеродного материала, не имеющий пор, который представлял собой неплавкие сырые волокна, и пористые углеродные волокна, то есть пористый углеродный материал, получали так же, как в примере 1, за исключением того, что массу полиакрилонитрила и массу поливинилпирролидона изменяли в каждом случае на 60 г, и того, что концентрация полиакрилонитрила и концентрация поливинилпирролидона в каждом случае составляли 11,5% по массе. [0106]
Центральная часть полученных пористых углеродных волокон, то есть пористого углеродного материала, имела среднюю пористость 4 5%, и его часть, имеющая непрерывную пористую структуру, имела структурный период 0,12 мкм. Данный пористый углеродный материал давал кривую распределения пор по диаметру, которая имела пики распределения пор по диаметру, соответственно, при 70 и 250 нм, и анализ его поперечных сечений выявил, что диаметр волокна составлял 130 мкм, а оболочечный слой, который представлял собой часть, не имеющую непрерывной пористой структуры, имел толщину 7 мкм. Сердцевинный слой, то есть центральная часть материала, который представлял собой часть, имеющую непрерывную пористую структуру, имел структурный период 0,33 мкм. Более того, в центральной части волокна была сформирована однородная непрерывная пористая структура. Было обнаружено, что данный
пористый углеродный материал представляет собой материал, имеющий структуру с превосходной однородностью и способный к легкому формированию композитов с другими материалами. Результаты показаны в таблице 1. Пример 3
Предшественник пористого углеродного материала, не имеющий пор, который представлял собой неплавкие сырые волокна, и пористые углеродные волокна, то есть пористый углеродный материал, получали так же, как в примере 2, за исключением того, что поливинилпирролидон (Mw 4 0000) заменяли на поливинилпирролидон (Mw 3 60000). [0107]
Центральная часть полученных пористых углеродных волокон, то есть пористого углеродного материала, имела среднюю пористость 43%, и его часть, имеющая непрерывную пористую структуру, имела структурный период 0,11 мкм. Данный пористый углеродный материал давал кривую распределения пор по диаметру, которая имела пики распределения пор по диаметру, соответственно, при 60 и 230 нм, и анализ его поперечных сечений выявил, что диаметр волокна составлял 130 мкм, а оболочечный слой, который представлял собой часть, не имеющую непрерывной пористой структуры, имел толщину б мкм. Сердцевинный слой, то есть центральная часть материала, который представлял собой часть, имеющую непрерывную пористую структуру, имел структурный период 0,31 мкм. Более того, в центральной части волокна была сформирована однородная непрерывная пористая структура. Было обнаружено, что данный пористый углеродный материал представляет собой материал, имеющий структуру с превосходной однородностью и способный к легкому формированию композитов с другими материалами. Результаты показаны в таблице 1.
Пример 4
В разборную колбу вводили 7 0 г полиакрилонитрила (Mw
150000) производства Polysciences, Inc., 70 г
поливинилпирролидона (Mw 4 0000) производства Aldrich Со. ив качестве растворителя 400 г ДМСО производства Wakenyaku Со.
Ltd. Содержимое нагревали при 150°С в течение 3 часов при перемешивании с обратным холодильником, тем самым получая однородный и прозрачный раствор. В данном растворе концентрация полиакрилонитрила и концентрация поливинилпирролидона в каждом случае составляли 13% по массе. [0108]
Полученный раствор в ДМСО помещали в виде капель на стеклянную подложку, температуру которой поддерживали при 2 5°С, и наносили на нее устройством нанесения, имеющим зазор 100 мкм и ширину 90 мм. После этого нанесенный раствор погружали вместе со стеклянной подложкой в чистую воду на 30 секунд, а затем отслаивали. Полученная пленка была полупрозрачной, и в ней протекало фазовое разделение.
[0109]
Полученную пленку сушили в течение 1 часа в циркуляционной сушильной печи, температуру которой поддерживали при 25°С, тем самым удаляя воду, присутствующую на поверхности пленки. После этого проводили вакуумную сушку при 2 5°С в течение 5 часов, получая высушенную пленку в качестве материала-предшественника.
[ОНО]
Затем пленку в качестве материала-предшественника вводили в электрическую печь, температуру которой поддерживали при 250°С, и нагревали в течение 1 часа, проводя тем самым обработку для придания неплавкости. Пленка, которая подверглась обработке для придания неплавкости, изменяла цвет на черный.
[0111]
Полученную неплавкую пленку, то есть предшественник пористого углеродного материала, не имеющий пор, подвергали обработке, вызывающей карбонизацию, в условиях скорости потока азота 1 л/мин, скорости нагрева 10°С/мин, максимальной температуры 150 0°С и времени выдержки 1 минута, получая тем самым пористую углеродную пленку.
[0112]
Центральная часть полученной пористой углеродной пленки, то есть пористого углеродного материала, имела среднюю
пористость 3 9%, и ее часть, имеющая непрерывную пористую структуру, имела структурный период 0,09 мкм. Данный пористый углеродный материал давал кривую распределения пор по диаметру, которая имела пики распределения пор по диаметру, соответственно, при 50 и 200 нм, и из формы ее поперечных сечений было найдено, что толщина пленки составляла 8 0 мкм, а оболочечный слой, который представлял собой часть, не имеющую непрерывной пористой структуры, имел толщину 5 мкм. Сердцевинный слой, то есть центральная часть материала, который представлял собой часть, имеющую непрерывную пористую структуру, имел структурный период 0,29 мкм. Более того, в центральной части пленки была сформирована однородная непрерывная пористая структура. Было обнаружено, что данный пористый углеродный материал представляет собой материал, имеющий структуру с превосходной однородностью и способный к легкому формированию композитов с другими материалами. Результаты показаны в таблице 1. Сравнительный пример 1
Два сополимера, то есть 60% по массе акрилонитрильного сополимера (сополимер PAN), состоящего из 98% по моль акрилонитрила и 2% по моль метакриловой кислоты и имеющего относительную вязкость 0,24, и 40% по массе разлагающегося при нагревании сополимера (сополимер РИМА), состоящего из 99% по моль метилметакрилата и 1% по моль метилакрилата и имеющего относительную вязкость 0,21, смешивали друг с другом и растворяли в диметилформамиде (ДМФА) в качестве растворителя, так что концентрация смеси двух сополимеров в растворителе составляла 24,8% по массе, получая тем самым раствор смеси в ДМФА. Полученный раствор был визуально однородным. Однако при исследовании в оптическом микроскопе наблюдались капельки, указывая на то, что фазовое разделение уже произошло на этапе получения раствора. [0113]
Использовали данный раствор смеси в ДМФА и прядение, придание неплавкости и обработку, вызывающую карбонизацию, проводили так же, как описано в примере 1, с получением
неплавких сырых волокон и пористых углеродных волокон. Полученные неплавкие сырые волокна и пористые волокна были неоднородными по форме и размеру пор в пределах поперечного сечения, и оболочечный слой был выражен нечетко. В частности, большое число пор было сформировано в части с оболочечным слоем, и, следовательно, полученные пористые волокна имели такую форму, что было затруднительно получить композит пористых волокон с другими материалами или использовать пористые волокна в качестве материала разделительной мембраны. Хотя была предпринята попытка расчета для определения структурного периода, полученный спектр не имел пика, что указывало на то, что пористые волокна являлись неудовлетворительными в плане структурной однородности. Результаты показаны в таблице 1. Сравнительный пример 2
В 325 мл хлороформа растворяли 15,0 г поли(фениленоксида).
К раствору по каплям добавляли раствор, полученный растворением
8,5 мл хлорсульфоновой кислоты в 85 мл хлороформа. Полученная
смесь реагировала при комнатной температуре в течение 3 0 минут,
давая сульфонированный поли(фениленоксид). Данный
сульфонированный поли(фениленоксид) растворяли в количестве 4,0 г в качестве карбонизируемой смолы в 10,5 г метанола с получением однородного раствора, содержащего производный полимер поли(фениленоксида) в концентрации 2 7,5% по массе. [0114]
Использовали данный метанольный раствор и прядение, придание неплавкости и обработку, вызывающую карбонизацию, проводили так же, как описано в примере 1, с получением неплавких сырых волокон и пористых углеродных волокон. Полученные неплавкие сырые волокна и пористые углеродные волокна были неоднородными по форме и размеру пор в пределах поперечного сечения, и оболочечный слой и центральная часть материала имели большое число сформированных в них крупных пор. Следовательно, полученные пористые волокна имели такую форму, что было затруднительно получить композит пористых волокон с другими материалами или использовать пористые волокна в качестве материала разделительной мембраны. Хотя была
предпринята попытка расчета для определения структурного периода, полученный спектр не имел пика, что указывало на то, что пористые волокна являлись неудовлетворительными в плане структурной однородности. Результаты показаны в таблице 1. Сравнительный пример 3
Неплавкие сырые волокна и пористые углеродные волокна получали так же, как в примере 1, за исключением того, что полиакрилонитрил (Mw 150000) производства Polysciences, Inc. использовали в количестве 14 0 г, поливинилпирролидон (Mw 4 0000) производства Sigma-Aldrich Corp. не добавляли и концентрацию полиакрилонитрила устанавливали равной 2 6% по массе. Раствор в ДМСО, также полученный при 150°С путем 3-часового перемешивания с обратным холодильником, был прозрачным и однородным. [0115]
Полученные неплавкие сырые волокна и пористые углеродные волокна были неоднородными по форме и размеру пор в пределах поперечного сечения, и оболочечный слой и центральная часть материала имели большое число сформированных в них крупных пор. Следовательно, полученные пористые волокна имели такую форму, что было затруднительно получить композит пористых волокон с другими материалами или использовать пористые волокна в качестве материала разделительной мембраны. Хотя была предпринята попытка расчета для определения структурного периода сердцевинного слоя, полученный спектр не имел пика, что указывало на то, что пористые волокна являлись неудовлетворительными в плане структурной однородности. Результаты показаны в таблице 1.
Пример 5
Предшественник пористого углеродного материала, не имеющий пор, который представлял собой неплавкие сырые волокна, и пористые углеродные волокна, то есть пористый углеродный материал, получали так же, как в примере 1, за исключением того, что поливинилпирролидон (Mw 40000) производства Sigma-Aldrich Corp. заменяли на сополимер поли(N-винилпирролидон 70%/винилацетат 30%) (Р(VP7/VAC3)) от Wako Pure Chemical
Industries, Ltd. Свойства полученных неплавких сырых волокон и пористых углеродных волокон показаны в таблице 1. Пример 6
Предшественник пористого углеродного материала, не имеющий пор, который представлял собой неплавкие сырые волокна, и пористые углеродные волокна, то есть пористый углеродный материал, получали так же, как в примере 1, за исключением того, что поливинилпирролидон (Mw 40000) производства Sigma-Aldrich Corp. заменяли на сополимер поли(стирол 94%/аллиловый спирт б%) (PS94AA6) производства Polysciences, Inc. Свойства полученных неплавких сырых волокон и пористых углеродных волокон показаны в таблице 1.
Пример 7
Пористые углеродные волокна, полученные в примере 1, превращали в порошок, используя шаровую мельницу, чтобы получить пористый углеродный порошок. В полученном пористом углеродном порошке часть, имеющая непрерывную пористую структуру, имела среднюю пористость 4 0% и структурный период 0,10 мкм. Данный порошок имел структуру, которая дополнительно включала в себя в качестве некоторой части каждой частицы часть, не имеющую непрерывной пористой структуры. Результаты показаны в таблице 1.
Пример 8
Предшественник пористого углеродного материала, не имеющий пор, который представлял собой неплавкие сырые волокна, и пористые углеродные волокна получали так же, как в примере 1, за исключением того, что когда раствор в ДМСО, который был получен и охлажден до 25°С, выдавливали со скоростью 3 мл/мин из форсунки с одним отверстием, имеющей диаметр отверстия 0, б мм, чистую воду, температуру которой поддерживали при 25°С, использовали только в отношении поверхности с одной стороны волокна. Полученные пористые углеродные волокна представляли собой, каждое, волокно, большая часть которого имела непрерывную пористую структуру, но которое имело такую структуру, что поверхность волокна частично имела часть, не
имеющую непрерывной пористой структуры. На часть, не имеющую непрерывной пористой структуры, приходилось 10% по объему волокон. Та часть полученных пористых углеродных волокон, которая имела непрерывную пористую структуру, имела структурный период 0,11 мкм. Пример 9
Предшественник пористого углеродного материала, не имеющий пор, который представлял собой неплавкие сырые волокна, и пористые углеродные волокна получали так же, как в примере 1, за исключением того, что массу полиакрилонитрила и массу поливинилпирролидона изменяли в каждом случае на 35,3 г, и того, что концентрация полиакрилонитрила и концентрация поливинилпирролидона в каждом случае составляли 7,5% по массе.
[0116]
Центральная часть полученных пористых углеродных волокон, то есть пористого углеродного материала, имела среднюю пористость 44%, и его часть, имеющая непрерывную пористую структуру, имела структурный период 0,22 мкм. Данный пористый углеродный материал давал кривую распределения пор по диаметру, которая имела пики распределения пор по диаметру, соответственно, при 80 и 320 нм, и анализ его поперечных сечений выявил, что диаметр волокна составлял 14 0 мкм, а оболочечный слой, который представлял собой часть, не имеющую непрерывной пористой структуры, имел толщину б мкм. Сердцевинный слой, то есть центральная часть материала, который представлял собой часть, имеющую непрерывную пористую структуру, имел структурный период 0,45 мкм. Более того, в центральной части волокна была сформирована однородная непрерывная пористая структура. Было обнаружено, что данный пористый углеродный материал представляет собой материал, имеющий структуру с превосходной однородностью и способный к легкому формированию композитов с другими материалами.
Пример 10
Предшественник пористого углеродного материала, не имеющий пор, который был получен в примере 9, погружали на 2 4 часа в дистиллированную воду, температуру которой поддерживали при
90°С, при соотношении в ванне 1:100. После этого предшественник сушили в течение б часов в печи с циркуляцией горячего воздуха при 90°С с получением предшественника пористого углеродного материала, имеющего поры, сформированного разложением удаляемой смолы. Получаемый в результате предшественник пористого углеродного материала, имеющий поры, имел структурный период 0,23 мкм.
[0117]
Последующую процедуру проводили так же, как в примере 9, получая пористые углеродные волокна. Свойства полученных пористых углеродных волокон показаны в таблице 1. [0118]
Структурный
период непрерывной
мкм
0,10
0,12
0,11
0,09
пористой
структуры
Толщина оболочечного слоя
мкм
нечеткая
нечеткая
нечеткая
Структурный период
мкм
0,300
0,330
0,310
0,290
сердцевинного слоя
Непрерывная пористая структура
присутствует/ отсутствует
присутствует
присутствует
присутствует
присутствует
отсутствует
отсутствует
отсутствует
Средняя пористость
Распределение пор по диаметру
пик 1
100
пик 2
220
380
200
320
330
Структурный период
непрерывной пористой структуры
мкм
0,13
0,32
0,10
0,11
0,22
0,23
Толщина оболочечного слоя
мкм
Структурный период сердцевинного слоя
мкм
0,320
0,310
0,450
0,450
Непрерывная пористая структура
присутствует/ отсутствует
присутствует
присутствует
присутствует
присутствует
присутствует
присутствует
Описание ссылочных позиций и знаков [0119]
1: Ветви (углеродная часть) 2: Поры (пустоты)
3: Ветви (часть с карбонизируемой смолой)
4: Часть с удаляемой смолой (часть, которая будет представлять собой пустоты)
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Пористый углеродный материал, содержащий часть, имеющую непрерывную пористую структуру, и часть, по существу не имеющую непрерывной пористой структуры,
в котором часть, имеющая непрерывную пористую структуру, имеет структурный период от 0,002 до 1 мкм.
2. Пористый углеродный материал по п.1, в котором часть, имеющая непрерывную пористую структуру, образует сердцевинный слой и часть, по существу не имеющая непрерывной пористой структуры, образует оболочечный слой, где оболочечный слой сформирован вокруг сердцевинного слоя и центральная часть непрерывной пористой структуры имеет структурный период от 0,0 02 до 1 мкм.
3. Пористый углеродный материал по п.1 или 2, имеющий среднюю пористость от 10 до 80%.
4. Пористый углеродный материал по любому из пп.1-3, в котором непрерывная пористая структура имеет по меньшей мере один максимальный диаметр в диапазоне от 2 до 4 00 нм на его кривой распределения пор по диаметру.
5. Пористый углеродный материал по любому из пп.2-4, который находится в форме волокна, пленки или порошка.
6. Предшественник пористого углеродного материала, содержащий часть, имеющую непрерывную пористую структуру, и часть, по существу не имеющую непрерывной пористой структуры,
в котором центральная часть непрерывной пористой структуры имеет структурный период от 0,003 до 2 мкм.
7. Предшественник пористого углеродного материала, содержащий часть, в которой карбонизируемая смола и удаляемая смола, каждая, образуют непрерывную фазу, и часть, которая по существу состоит только из карбонизируемой смолы,
в котором часть, в которой карбонизируемая смола и удаляемая смола, каждая, образуют непрерывную фазу, имеет структурный период от 0,003 до 2 мкм.
8. Способ получения предшественника пористого углеродного
материала, включающий:
стадию 1: стадию, на которой от 10 до 90% по массе
карбонизируемой смолы и от 90 до 10% по массе удаляемой смолы приводят в состояние совместимого смешения, чтобы получить смоляную смесь; и
стадию 2: стадию, на которой на смоляную смесь, полученную на стадии 1, воздействуют с тем, чтобы она претерпевала фазовое разделение, и разделенные фазы фиксируют.
9. Способ по п.8, в котором на стадии 2 фазовое разделение
не сопровождается химической реакцией.
10. Способ по п. 8 или 9, в котором на стадии 1
дополнительно добавляют растворитель в количестве от 20 до 90%
по массе в расчете на суммарное количество карбонизируемой
смолы и удаляемой смолы, чтобы привести карбонизируемую смолу и
удаляемую смолу в состояние совместимого смешения.
11. Способ по любому из пп.8-10, в котором после стадии 2 дополнительно проводят обработку для придания неплавкости.
12. Способ по любому из пп.8-11, в котором после стадии 2 дополнительно проводят обработку, вызывающую разложение.
13. Способ получения пористого углеродного материала, включающий:
стадию 1: стадию, на которой от 10 до 90% по массе карбонизируемой смолы и от 90 до 10% по массе удаляемой смолы приводят в состояние совместимого смешения, чтобы получить смоляную смесь;
стадию 2: стадию, на которой на смоляную смесь, полученную на стадии 1, воздействуют с тем, чтобы она претерпевала фазовое разделение, и разделенные фазы фиксируют, чтобы получить предшественник пористого углеродного материала; и
стадию 3: стадию, на которой предшественник пористого углеродного материала, полученный на стадии 2, карбонизируют пиролизом.
14. Способ по п.13, в котором продукт, полученный на стадии 3 карбонизацией предшественника пористого углеродного материала путем пиролиза, дополнительно подвергают обработке по превращению в порошок.
По доверенности
ФИГ. 1
528085
ФИГ. 3
[0048]
[0064]
1/3
1/3
2/3
2/3
3/3
3/3