碳纖維用瀝青的制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及碳纖維用漸青的制備方法,更具體地,設及利用包含煤焦油的碳質原 料來制備碳纖維用漸青的方法。
【背景技術】
[0002] 作為碳材料的代表性例,碳纖維根據原料物質分為聚丙締臘(PAN, polyacrylonitrile)類、纖維素類、漸青類、酪醒樹脂類,其中,漸青類碳纖維根據作為前 體(precursor)的漸青的種類大致分為中間相(Mesophase)漸青類碳纖維和各向同性 (Isotropic)漸青類碳纖維。
[0003] 上述中間相漸青類碳纖維作為前體使用光學各向異性的中間相漸青來制備,各向 同性漸青類碳纖維作為前體使用光學各向同性的各向同性漸青來制備。就碳纖維的機械物 性而言,若中間相漸青類碳纖維一般呈現高強度及高彈性,則各向同性漸青類碳纖維呈現 低強度及低彈性的通用物性。
[0004] 但是,就中間相漸青類碳纖維而言,超高溫材料等應用范圍受限制,因而還需要制 備用于制備通用碳纖維的各向同性前體漸青。運種通用碳纖維的價格低廉,但需要高強度 及高彈性,因而當前,要想提高物性,還需要研究初期原料和制備工序。 陽〇化]一般,漸青類碳纖維使用紡絲機對作為前體的漸青進行烙融紡絲來實現纖維化 后,在150~350°C溫度范圍的氧化性氣氛下,對經纖維化的漸青進行規定時間的氧化穩定 化處理之后,在700~3000°C溫度范圍的非活性氣氛下,根據用途處理規定時間來制備。
[0006] 眾所周知,當制備碳纖維時,纖維的制備成本受作為原料的前體漸青的價格、前體 漸青的放射性、氧化穩定化的速度、碳化處理后碳化收率等的影響,就不同制備工序所需時 間而言,必須反應長時間的氧化穩定化工序需要最長時間,從而開發氧化穩定性性能優秀 的前體漸青成為重要的技術。
[0007] 作為使用于各向同性漸青類碳纖維的原料的、軟化點為200°CW上的各向同性漸 青的制備方法,可例舉通過真空蒸饋及溶劑萃取來除去煤類漸青的低分子量成分的方法、 通過簡單的熱縮合來對原料中的低分子量成分進行縮合,從而變為高分子成分的方法W及 同時使用如上所述的兩種方法來制備的方法。
[0008] 其中,上述煤類漸青被提及為煤焦油(coaltar)或煤焦油漸青(coaltar pitch),上述煤類漸青可通過對煤進行高溫干饋巧00~1300°C)或低溫干饋(400~ 900°C)來得到,通過高溫干饋來生成的煤類漸青被稱為高溫煤焦油或高溫煤焦油漸青,通 過低溫干饋來生成的煤類漸青被稱為低溫煤焦油或低溫煤焦油漸青。
[0009] 并且,作為用于制備現有碳材料用漸青的碳質原料,提出了通過煤的低溫干饋所 生成的低溫煤焦油(日本公開特許公報第1980-001342號),但被提到在利用低溫煤焦油來 制備碳纖維的情況下,碳纖維的收率低,且制備的碳纖維的強度也不充分的問題。
[0010] 因此,在使用煤焦油作為用于制備碳材料用漸青的碳質原料的情況下,主要利用 了通過煤的高溫干饋所生成的高溫煤焦油。只是,在高溫煤焦油的情況下,通過熱聚合所生 成的高分子成分和通過熱分解所生成的低分子成分共存,因而存在加熱時有可能實現中間 相,且漸青纖維的不相容性降低的缺點。
[0011] 其結果,由于可選擇碳質原料來改善漸青的特性的部分的研究和理解不足,因而 為了解決如上所述的問題,在漸青的制備工序內導入了各種前處理或后處理。
[0012] 一般,運種前處理或后處理有在非活性氣體的氣氛下實施熱處理的方法、將 碳質原料氨化后吹入空氣或氧化性氣體并實施熱處理的方法(日本公開特許公報第 1994-256767號)、添加硝基化合物等反應添加物或氯化侶之類的催化劑來實施熱處理的 方法(日本公開特許公報第1993-132767號)或添加自由基產生劑及交聯劑之類的添加劑 來實施熱處理的方法(日本公開特許公報2005-281490號)等。
[0013] 只是,要想氨化碳質原料,就需要高價的催化劑,且工序變得復雜,因而漸青的生 產成本增加。并且,在硝基化合物、自由基產生劑或交聯劑之類的添加劑的情況下,反而比 漸青,高價的化合物更多,從而存在難W在商業上適用的新的問題。
【發明內容】
[0014] 本發巧要解決的巧術間顆
[0015] 本發明的目的在于,提供從相互不同的煤類碳質原料的混合物制備碳纖維用漸青 的方法。 1;〇〇1引巧術方案
[0017] 根據本發明的一實施方式,可提供碳纖維用漸青的制備方法,上述碳纖維用漸青 的制備方法包括:步驟(a),對包含煤焦油(coaltar)作為主要成分的第一碳質原料及包 含帶有至少一個徑基(-0巧的單環或雙環芳香族碳氨化合物的第二碳質原料進行混合,使 上述第一碳質原料的含量高于上述第二碳質原料的含量的比率進行混合來生成混合物;步 驟化),對上述混合物實施熱處理;W及步驟(C),從經熱處理的上述混合物中除去低沸點 成分。
[0018] 在一實施例中,上述第一碳質原料可W為在900~1300°C溫度下對煤進行干饋時 所生成的副產物。
[0019] 在一實施例中,上述第一碳質原料可W為高溫煤焦油。
[0020] 在一實施例中,上述第二碳質原料的氧含量可W為5~20質量百分比。
[0021] 在一實施例中,上述第二碳質原料可W為焦油酸工序殘渣油或在450~900°C溫 度下對煤進行干饋時所生成的副產物。
[0022] 在一實施例中,在450~900°C溫度下對煤進行干饋時所生成的上述副產物可W 為低溫煤焦油。
[0023] 在一實施例中,上述第二碳質原料的酸性油及堿性油的含量可高于上述第一碳質 原料的酸性油及堿性油的含量。
[0024] 在一實施例中,上述第二碳質原料可包含選自苯酪(phenol)、甲酪(cresol)、二 甲酪(巧lenol)、乙基苯酪(eth}d地enol)、枯醇(cumenol)及糞酪(naphthol)中的至少一 種。
[00巧]在一實施例中,上述步驟(a)可W為相對于100重量份的上述第一碳質原料,混合 1至50重量份的上述第二碳質原料來生成混合物的步驟。 陽0%] 在一實施例中,上述步驟(a)可W為在100~200°C溫度下混合上述第一碳質原料 和上述第二碳質原料來生成混合物的步驟。
[0027] 在一實施例中,上述步驟化)可W為在300~350°C溫度下對上述混合物實施熱處 理來誘導聚合反應的步驟。
[0028] 在一實施例中,上述步驟化)可W為在氧化性氣體氣氛下對上述混合物實施熱處 理來誘導聚合反應的步驟。
[0029] 在一實施例中,上述氧化性氣體可W為選自空氣、氧及臭氧中的至少一種。
[0030] 在一實施例中,上述步驟(C)可W為在常壓或減壓條件下將經熱處理的上述混合 物加熱至340~370°C的溫度范圍內來除去低沸點成分的步驟。
[0031] 有益效果
[0032] 本發明的碳纖維用漸青的制備方法具有如下效果。
[0033] 根據本發明的一實施例,從相互不同的煤類碳質原料的混合物制備碳纖維用漸 青,從而可提高碳質原料的聚合反應的效率,并增加制備的漸青的氨含量。
[0034] 并且,根據本發明的一實施例制備的漸青可通過增加的氨含量大大縮短不相容時 間。
[0035] 并且,當通過根據本發明的一實施例制備的漸青來制備碳纖維時,將每單位時間 的生產量最大化,并且,盡管使用各向同性漸青,也可制備高強度的碳纖維。
【具體實施方式】
[0036] 為了更容易理解本發明,為了方便在本發明中定義特定術語。只要在本發明中不 進行其他的定義,本發明中使用的科學術語及技術術語就具有由本發明所屬技術領域的普 通技術人員通常所理解的含義。并且,應理解為只要上下文中不特別指定,單數形態的術語 就包括其的復數形態,復數形態的術語還包括其的單數形態。
[0037] 包括第一、第二之類的序數的術語可用于說明各種結構要素,但相應結構要素不 局限于運些術語。運些術語僅用于區別一個結構要素和其他結