專利名稱：一種中間相瀝青的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種中間相瀝青的制備方法，具體涉及一種利用精萘作原料制 備中間相瀝青方法。
背景技術：
瀝青基碳材料和高導熱碳基材料是軍民兩用的新型材料，制造瀝青基碳材 料和高導熱碳基材料的原材料是中間相瀝青，較為常用的中間相瀝青是由石油 瀝青和煤焦油瀝青制備的。在制備高性能瀝青基碳材料及其他高級碳材料時， 要求形成中間相的原料瀝青具有雜原子及灰分含量低、結構組成均一、芳香度 高、縮合度低、結構中富含烷基短鏈和環垸基團等特點，然而通常所用的原料 煤焦油瀝青和石油瀝青卻不能完全滿足以上要求，需對其進行預處理或/和改性 處理以脫除灰分雜質和調整原料結構及組成分布。這樣采用石油瀝青和煤焦油 瀝青制備的中間相瀝青存在一些缺點，例如制備工藝復雜、制備成本高，碳纖 維性能提高幅度卻不大。目前也有由精萘制備中間相瀝青的方法，但這些方法 在溫度、壓力選擇方面有不足，所得產品的性能較差，軟化點高，可紡性較差。
發明內容
本發明的目的是提供一種利用精萘作原料制備中間相瀝青的方法，該制備 方法的工藝步驟簡單且制得的產品性能優越。
為實現上述目的，本發明采用以下技術方案 一種中間相瀝青的制備方法，
包括以下步驟(1)將精萘、氟化氫和三氟化硼按10 : 1 5 : 2 6的質量比配 料，送入聚合釜中；(2)開啟攪拌，控制壓力為10 25MPa，溫度為150 200 °C，反應4 6小時；(3)然后升高壓力至25 30MPa，升高溫度至260 310°C, 繼續反應4 6小時得到中間相瀝青。所述步驟(2)和(3)過程中向聚合釜內通入氮氣吹掃進行純化。 所述氮氣由聚合釜底部通入。
所述步驟(2)中的壓力為15 20MPa,溫度為160 190°C。 所述步驟(3)中的壓力為27 29MPa，溫度為270 300°C。 所述聚合釜的材料為蒙乃爾400合金。 所述精萘的純度為99%以上。
本發明采用精萘為原料，以氟化氫和三氟化硼作為催化劑在高溫高壓下發 生一系列的物理化學變化，形成萘聚合物及大分子瀝青，在瀝青熱解體系的液 相階段，隨中間相小球的出現、成長、融并和形變等一系列結構的變化，最終 形成融并體型的光學各向異性中間相(特性)，生成的中間相瀝青收率可達到90% 以上，中間相含量達到100%。由于氟化氫和三氟化硼的腐蝕性較大，采用蒙乃 爾400合金材料的聚合釜能抗腐蝕；反應過程中通入氮氣起到攪拌、促進傳熱 傳質、反應均勻的目的，另外還起到保護氣體的作用，使反應體系在無氧環境 下進行，避免物質在高溫下的氧化和燃燒，再者就是將體系中未反應的原料(包 括萘和催化劑)及未轉化為中間相的小分子反應產物除去。
以下為采用本發明方法所制得產品一中間相瀝青的相關性質測定
1、 中間相瀝青的轉化率》90% (基于原料芳烴)；
2、 采用偏光顯微鏡法測得產品中間相瀝青的中間相含量(又叫光學各向異 性含量)為100%，觀察光學各向異性顯微形態——大域融并體或粗流線型織構， 偏光顯微鏡的型號為Olympus BX51M;
3、 采用元素分析儀測得產品中間相瀝青的元素組成——主要由碳元素組 成，含有少許H、 N等元素，組成情況為C》95 wt%， H《5 wt%， N《0. lwt%， 元素分析儀的型號為Carbo 1106;
4、 采用GB294-80方法測定產品中間相瀝青的軟化點(SP): 220 270°C;
5、 灰分《0,2wt%;(采用GB/T2295-2008方法測得)
6、 按GB2293-80方法測定吡啶不溶物含量(PI):《40wt%;按GB2292-80方法測定甲苯不溶物含量(TI):《70wt%;
7、采甩Instron 1121方法測定抗拉強度高達40GPa，模量800GPa。 分析以上測定數據可以看出，所制得的中間性瀝青的軟化點低、灰分低、 可紡性好且抗拉強度和模量高，在甲苯不溶物的含量較高，吡啶不溶物含量較 低的情況下，能使中間相瀝青的可溶性好、流動性好；整個反應過程中間相瀝 青的收率高達90%以上，所制得中間相瀝青的光學各向異性顯微形態除少許表面 的小球外，大多數呈現流線狀或大域融并體型形態，是優異的中間相瀝青形態。 本發明采用簡單的制備過程制得性能優異的中間相瀝青，是用于制備瀝青基碳 材料和高導熱碳基材料等新型材料的優異原料，本發明為瀝青基碳材料和高導 熱碳基材料等新型材料的發展提供了更大的空間，為我國航天、航空、軍工、 核工業及民用業做出了較大貢獻。
圖1為實施例1制得的中間相瀝青的光學各向異性顯微形態； 圖2為實施例2制得的中間相瀝青的光學各向異性顯微形態； 圖3為實施例3制得的中間相瀝青的光學各向異性顯微形態； 圖4為實施例4制得的中間相瀝青的光學各向異性顯微形態。 以上各實施例的光學各向異性顯微形態由偏光顯微鏡法測得，偏光顯微鏡
的型號為Olympus X51M。
具體實施例方式
實施例1:
包括以下步驟(l)將精萘、氟化氫和三氟化硼按10 : 1 : 2的質量比配料， 送入由蒙乃爾400材料制成的聚合釜中；(2)開啟攪拌，控制壓力為10MPa，溫 度為20(TC，反應4小時；(3)然后升高壓力至25MPa，升高溫度至31(TC,繼 續反應4小時得到中間相瀝青。步驟(2)和(3)過程中通入氮氣吹掃進行純 化，氮氣由聚合釜底部通入。
實施例1所制得的產品的光學各向異性顯微形態見圖1。實施例2:
包括以下步驟(1)將精萘、氟化氫和三氟化硼按10 :3:4的質量比配料， 送入由蒙乃爾400材料制成的聚合釜中；(2)開啟攪拌，控制壓力為15MPa，溫 度為190。C，反應5小時；(3)然后升高壓力至27MPa，升高溫度至30(TC，繼 續反應5小時得到中間相瀝青。步驟(2)和(3)過程中通入氮氣吹掃進行純 化，氮氣由聚合釜底部通入。
實施例2所制得的產品的光學各向異性顯微形態見圖2。
實施例3:
包括以下步驟(1)將精萘、氟化氫和三氟化硼按10 :4:5的質量比配料， 送入由蒙乃爾400材料制成的聚合釜中；(2)開啟攪拌，控制壓力為20MPa，溫 度為16(TC，反應5小時；(3)然后升高壓力至29MPa，升高溫度至270'C，繼 續反應5小時得到中間相瀝青。步驟(2)和(3)過程中通入氮氣吹掃進行純 化，氮氣由聚合釜底部通入。
實施例3所制得的產品的光學各向異性顯微形態見圖3。
實施例4:
包括以下步驟(1)將精萘、氟化氫和三氟化硼按10 : 5 : 6的質量比配料， 送入由蒙乃爾400材料制成的聚合釜中；(2)開啟攪拌，控制壓力為25MPa，溫 度為150。C，反應6小時；(3)然后升高壓力至30MPa，升高溫度至26(TC，繼 續反應6小時得到中間相瀝青。步驟(2)和(3)過程中通入氮氣吹掃進行純 化，氮氣由聚合釜底部通入。
實施例4所制得的產品的光學各向異性顯微形態見圖4。
以上實施例中精萘的純度為99%以上。
由圖1 4所述的實施例1 實施例4產品的光學各向異性顯微形態可以看 出，中間相瀝青的光學各向異性顯微形態除少許表面的小球外，大多數呈現流 線狀或大域融并體型形態，是優異的中間相瀝青形態。
權利要求
1、一種中間相瀝青的制備方法，其特征在于包括以下步驟(1)將精萘、氟化氫和三氟化硼按10∶1～5∶2～6的質量比配料，送入聚合釜中；(2)開啟攪拌，控制壓力為10～25MPa，溫度為150～200℃，反應4～6小時；(3)然后升高壓力至25～30MPa，升高溫度至260～310℃，繼續反應4～6小時得到中間相瀝青。
2、 如權利要求1所述的中間相瀝青的制備方法，其特征在于所述步驟(2) 和(3)過程中向聚合釜內通入氮氣吹掃進行純化。
3、 如權利要求2所述的中間相瀝青的制備方法，其特征在于所述氮氣由 聚合釜底部通入。
4、 如權利要求1至3任一項所述的中間相瀝青的制備方法，其特征在于 所述步驟(2)中的壓力為15 20MPa，溫度為160 190°C。
5、 如權利要求4所述的中間相瀝青的制備方法，其特征在于所述步驟(3) 中的壓力為27 29MPa，溫度為270 300°C。
6、 如權利要求5所述的中間相瀝青的制備方法，其特征在于所述聚合釜 的材料為蒙乃爾400合金。
7、 如權利要求6所述的中間相瀝青的制備方法，其特征在于所述精萘的 純度為99%以上。
全文摘要
本發明提供一種中間相瀝青的制備方法，包括以下步驟(1)將精萘、氟化氫和三氟化硼按10∶1～5∶2～6的質量比配料，送入聚合釜中；(2)開啟攪拌，控制壓力為10～25MPa，溫度為150～200℃，反應4～6小時；(3)然后升高壓力至25～30MPa，升高溫度至260～310℃，繼續反應4～6小時得到中間相瀝青。本發明方法的過程簡單，制備成本低，所制得中間相瀝青的光學各向異性顯微形態除少許表面的小球外，大多數呈現流線狀或大域融并體型形態，是優異的中間相瀝青形態，所制得的中間性瀝青的軟化點低、灰分低、可紡性好，結構優良，且抗拉強度和模量高。
文檔編號C10C3/00GK101525543SQ20091006456
公開日2009年9月9日 申請日期2009年4月7日 優先權日2009年4月7日
發明者巫得收, 郭有鏡 申請人:汝南縣東旭碳材塑料有限公司