JP7026442B2 - Stabilized mesophase pitch modified product and its manufacturing method - Google Patents

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Description

本発明は、安定化メソフェーズピッチ変性体及びその製造方法に関する。詳しくは、熱可塑性樹脂中に安定化メソフェーズピッチを含有してなる複合体を、特定雰囲気下で加熱することで得られる安定化メソフェーズピッチ変性体及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a stabilized mesophase pitch modified product and a method for producing the same. More specifically, the present invention relates to a stabilized mesophase pitch modified product obtained by heating a composite containing a stabilized mesophase pitch in a thermoplastic resin under a specific atmosphere, and a method for producing the same.

カーボンナノ材料、特に、平均繊維径が1μm以下である極細炭素繊維は、高結晶性、高導電性、高強度、高弾性率、軽量等の優れた特性を有していることから、高性能複合材料のナノフィラーとして使用されている。その用途は、機械的強度向上を目的とした補強用ナノフィラーに留まらず、炭素材料に備わった高導電性を生かし、各種電池やキャパシタの電極への添加材料、電磁波シールド材、静電防止材用の導電性ナノフィラーとして、あるいは樹脂向けの静電塗料に配合するナノフィラーとしての用途が検討されている。また、炭素材料としての化学的安定性、熱的安定性、微細構造の特徴を生かし、フラットディスプレー等の電界電子放出材料としての用途も期待されている。 Carbon nanomaterials, especially ultrafine carbon fibers having an average fiber diameter of 1 μm or less, have excellent properties such as high crystallinity, high conductivity, high strength, high elastic modulus, and light weight, and thus have high performance. It is used as a nanofiller for composite materials. Its applications are not limited to reinforcing nanofillers aimed at improving mechanical strength, but by taking advantage of the high conductivity of carbon materials, it is an additive material for electrodes of various batteries and capacitors, electromagnetic shielding materials, and antistatic materials. It is being studied for use as a conductive nanofiller for resin or as a nanofiller to be blended in an electrostatic coating material for resins. In addition, it is expected to be used as a field electron emission material such as a flat display by taking advantage of its chemical stability, thermal stability, and fine structure as a carbon material.

例えば、特許文献1には、(1)熱可塑性樹脂100質量部と、熱可塑性炭素前駆体であるメソフェーズピッチ1~150質量部と、からなる混合物から前駆体成型体を形成する工程、(2)前駆体成型体を安定化処理に付して前駆体成形体中の熱可塑性炭素前駆体を安定化して安定化樹脂組成物を形成する工程、(3)安定化樹脂組成物から熱可塑性樹脂を、減圧下で除去して繊維状炭素前駆体を形成する工程、(4)繊維状炭素前駆体を炭素化もしくは黒鉛化する工程、を経る炭素繊維の製造方法が開示されている。 For example, Patent Document 1 describes (1) a step of forming a precursor molded product from a mixture of 100 parts by mass of a thermoplastic resin and 1 to 150 parts by mass of a mesophase pitch which is a thermoplastic carbon precursor, (2). ) A step of subjecting the precursor molded body to a stabilizing treatment to stabilize the thermoplastic carbon precursor in the precursor molded body to form a stabilized resin composition, (3) From the stabilized resin composition to the thermoplastic resin. Is disclosed under reduced pressure to form a fibrous carbon precursor, and (4) a step of carbonizing or graphitizing the fibrous carbon precursor, and a method for producing carbon fiber.

国際公開第2009/125857号公報International Publication No. 2009/125857

特許文献1に記載された方法は、混合物成型体から熱可塑性樹脂を減圧下で除去して安定化メソフェーズピッチ変性体を形成する。したがって、熱可塑性樹脂の除去工程において、減圧処理が必要になるため、工程が長時間化しするとともに煩雑化する。さらには、特許文献1に記載された方法は、減圧下において加熱するため、除去する熱可塑性樹脂への熱伝導が低くなる。そのため、減圧度(真空度)によっては熱可塑性樹脂の一部が除去できずに残存する場合(残炭形成)がある。その結果、最終的に得られる極細炭素繊維中に、熱可塑性樹脂由来のアモルファスカーボンが異物として残存することがあり、導電性や強度、弾性率の低下が生じている。したがって、混合物成型体の目付を十分に低くして、残炭形成を抑制することが必要であり、低効率である。 The method described in Patent Document 1 removes the thermoplastic resin from the mixture molded body under reduced pressure to form a stabilized mesophase pitch modified product. Therefore, in the step of removing the thermoplastic resin, a reduced pressure treatment is required, which makes the step longer and more complicated. Furthermore, since the method described in Patent Document 1 heats under reduced pressure, the heat conduction to the thermoplastic resin to be removed becomes low. Therefore, depending on the degree of decompression (degree of vacuum), a part of the thermoplastic resin may not be removed and may remain (residual coal formation). As a result, amorphous carbon derived from the thermoplastic resin may remain as a foreign substance in the finally obtained ultrafine carbon fibers, resulting in a decrease in conductivity, strength, and elastic modulus. Therefore, it is necessary to sufficiently lower the basis weight of the mixture molded body to suppress the formation of residual coal, which is low efficiency.

本発明の目的は、熱可塑性樹脂中に安定化メソフェーズピッチが含有してなる複合体から、残炭形成の抑制された安定化メソフェーズピッチ変性体及びその製造方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a stabilized mesophase pitch modified product in which residual coal formation is suppressed from a composite in which a stabilized mesophase pitch is contained in a thermoplastic resin, and a method for producing the same.

本発明者らは、上記の従来技術に鑑みて鋭意検討を重ねた結果、熱可塑性樹脂の除去を行うにあたり特定の条件を設定することで、効率的に所定の性状を有する安定化メソフェーズピッチ変性体を得ることができ、得られた安定化メソフェーズピッチ変性体は、炭素化工程及び/又は黒鉛化工程を経て炭素繊維としても、熱可塑性樹脂由来のアモルファスカーボンが異物として含まれないため、高物性の極細炭素繊維が提供できることを見出した。以上の知見に基づき、本発明を完成するに至った。 As a result of diligent studies in view of the above-mentioned prior art, the present inventors have set specific conditions for removing the thermoplastic resin to efficiently modify the stabilized mesophase pitch having predetermined properties. A body can be obtained, and the obtained stabilized mesophase pitch modified product is high in carbon fiber because it does not contain amorphous carbon derived from a thermoplastic resin as a foreign substance even after undergoing a carbonization step and / or a graphitization step. We have found that ultrafine carbon fiber with physical properties can be provided. Based on the above findings, the present invention has been completed.

即ち、上記課題を解決する本発明は以下に記載するものである。 That is, the present invention that solves the above problems is described below.

〔1〕 元素分析法で測定される酸素Oと炭素Cの元素組成比(O/C)が0.1以上であって、窒素Nと炭素Cの元素組成比(N/C)が0.02以上であり、かつX線光電子分光法で測定されるN1s軌道由来のピークがピリジン型の芳香族N(398eV)とピロール型芳香族NH(400eV)とを含むことを特徴とする安定化メソフェーズピッチ変性体。 [1] The elemental composition ratio (O / C) of oxygen O and carbon C measured by the elemental analysis method is 0.1 or more, and the elemental composition ratio (N / C) of nitrogen N and carbon C is 0. Stabilized mesophase characterized by having a peak of 02 or more and having a peak derived from the N1s orbital measured by X-ray photoelectron spectroscopy containing a pyridine-type aromatic N (398 eV) and a pyrrole-type aromatic NH (400 eV). Pitch denatured body.

〔2〕 前記安定化メソフェーズピッチ変性体の形態が繊維状であり、平均繊維径が100~900nmである〔1〕に記載の安定化メソフェーズピッチ変性体。 [2] The stabilized mesophase pitch modified product according to [1], wherein the stabilized mesophase pitch modified product has a fibrous morphology and an average fiber diameter of 100 to 900 nm.

〔3〕 熱可塑性樹脂と、安定化メソフェーズピッチと、から成る複合体を、溶剤の存在下で加熱することを特徴とする〔1〕に記載の安定化メソフェーズピッチ変性体の製造方法。 [3] The method for producing a stabilized mesophase pitch modified product according to [1], wherein the complex composed of the thermoplastic resin and the stabilized mesophase pitch is heated in the presence of a solvent.

〔4〕 加熱温度が溶剤の融点以上沸点未満であり、加熱時間が0.5~5時間である、〔3〕に記載の安定化メソフェーズピッチ変性体の製造方法。 [4] The method for producing a stabilized mesophase pitch modified product according to [3], wherein the heating temperature is equal to or higher than the melting point of the solvent and lower than the boiling point, and the heating time is 0.5 to 5 hours.

〔5〕 前記複合体が、前記熱可塑性樹脂100質量部と、前記熱可塑性樹脂100質量部に対して前記安定化メソフェーズピッチが1~150質量部と、から成る複合体である、〔3〕又は〔4〕に記載の安定化メソフェーズピッチ変性体の製造方法。 [5] The composite is a composite composed of 100 parts by mass of the thermoplastic resin and 1 to 150 parts by mass of the stabilized mesophase pitch with respect to 100 parts by mass of the thermoplastic resin. [3] Alternatively, the method for producing a stabilized mesophase pitch modified product according to [4].

〔6〕 前記複合体が、前記熱可塑性樹脂中に前記安定化メソフェーズピッチが分散して成る複合体である、〔3〕~〔5〕のいずれかに記載の安定化メソフェーズピッチ変性体の製造方法。 [6] Production of the stabilized mesophase pitch modified product according to any one of [3] to [5], wherein the complex is a complex in which the stabilized mesophase pitch is dispersed in the thermoplastic resin. Method.

〔7〕 前記複合体の目付けが20000g/m以下である〔3〕~〔6〕のいずれかに記載の安定化メソフェーズピッチ変性体の製造方法。 [7] The method for producing a stabilized mesophase pitch modified product according to any one of [3] to [6], wherein the basis weight of the complex is 20000 g / m 2 or less.

〔8〕 熱可塑性樹脂と、安定化メソフェーズピッチと、から成る複合体を、水蒸気雰囲気下で加熱することを特徴とする〔1〕に記載の安定化メソフェーズピッチ変性体の製造方法。 [8] The method for producing a stabilized mesophase pitch modified product according to [1], wherein the composite composed of the thermoplastic resin and the stabilized mesophase pitch is heated in a steam atmosphere.

〔9〕 加熱温度が350~600℃であり、加熱時間が0.01~5時間である、〔8〕に記載の安定化メソフェーズピッチ変性体の製造方法。 [9] The method for producing a stabilized mesophase pitch modified product according to [8], wherein the heating temperature is 350 to 600 ° C. and the heating time is 0.01 to 5 hours.

〔10〕 前記複合体が、前記熱可塑性樹脂100質量部と、前記熱可塑性樹脂100質量部に対して前記安定化メソフェーズピッチが1~150質量部と、から成る複合体である、〔8〕又は〔9〕に記載の安定化メソフェーズピッチ変性体の製造方法。 [10] The composite is a composite composed of 100 parts by mass of the thermoplastic resin and 1 to 150 parts by mass of the stabilized mesophase pitch with respect to 100 parts by mass of the thermoplastic resin. [8] Alternatively, the method for producing a stabilized mesophase pitch modified product according to [9].

〔11〕 前記水蒸気雰囲気が、酸素濃度が50体積ppm以下の水蒸気雰囲気である、〔8〕~〔10〕のいずれかに記載の安定化メソフェーズピッチ変性体の製造方法。 [11] The method for producing a stabilized mesophase pitch modified product according to any one of [8] to [10], wherein the water vapor atmosphere is a water vapor atmosphere having an oxygen concentration of 50% by volume or less.

〔12〕 前記複合体が、前記熱可塑性樹脂中に前記安定化メソフェーズピッチが分散して成る複合体である、〔8〕~〔11〕のいずれかに記載の安定化メソフェーズピッチ変性体の製造方法。 [12] Production of the stabilized mesophase pitch modified product according to any one of [8] to [11], wherein the complex is a complex in which the stabilized mesophase pitch is dispersed in the thermoplastic resin. Method.

〔13〕 前記複合体の目付けが20000g/m以下である〔8〕~〔12〕のいずれかに記載の安定化メソフェーズピッチ変性体の製造方法。 [13] The method for producing a stabilized mesophase pitch modified product according to any one of [8] to [12], wherein the complex has a basis weight of 20000 g / m 2 or less.

〔14〕 前記複合体の目付けX(kg/m)と、加熱時間Y(分)と、が下式(1)
Y≧2.5X+3 ・・・(式1)
を満たす〔8〕~〔13〕のいずれかに記載の安定化メソフェーズピッチ変性体の製造方法。
[14] The basis weight X (kg / m 2 ) of the complex and the heating time Y (minutes) are given by the following formula (1).
Y ≧ 2.5X + 3 ・ ・ ・ (Equation 1)
The method for producing a stabilized mesophase pitch modified product according to any one of [8] to [13].

本発明によれば、残炭形成の抑制された安定化メソフェーズピッチ変性体を提供することができ、得られた安定化メソフェーズピッチ変性体は、炭素化工程及び/又は黒鉛化工程を経て炭素繊維としても、熱可塑性樹脂由来のアモルファスカーボンが異物として含まれないため、高物性の極細炭素繊維が提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a stabilized mesophase pitch modified product in which residual carbon formation is suppressed, and the obtained stabilized mesophase pitch modified product is carbon fiber through a carbonization step and / or a graphitization step. However, since amorphous carbon derived from the thermoplastic resin is not contained as a foreign substance, ultrafine carbon fibers having high physical characteristics can be provided.

実施例2のメソフェーズピッチ変性体のSEM写真(200倍)である。3 is an SEM photograph (200 times) of the mesophase pitch denatured product of Example 2. 実施例2のメソフェーズピッチ変性体のXPSスペクトルである。It is an XPS spectrum of the mesophase pitch modified product of Example 2. 実施例3のメソフェーズピッチ変性体のSEM写真(200倍)である。3 is an SEM photograph (200 times) of the mesophase pitch denatured product of Example 3. 比較例1のメソフェーズピッチ変性体のSEM写真(1000倍)である。6 is an SEM photograph (1000 times) of the mesophase pitch denatured product of Comparative Example 1. 比較例1のメソフェーズピッチ変性体のSEM写真(5000倍)である。6 is an SEM photograph (5000 times) of the mesophase pitch denatured product of Comparative Example 1.

以下、本発明について詳細に説明する。なお、本発明において、平均繊維長とは特に断りのない限り、画像解析粒度分布計を用いて測定される体積平均値を意味する。また、平均繊維径とは、特に断りのない限り、電子顕微鏡写真を画像解析することで測定された平均値を意味する。また、本発明において、安定化処理後のメソフェーズピッチを「安定化メソフェーズピッチ」ともいう。 Hereinafter, the present invention will be described in detail. In the present invention, the average fiber length means a volume average value measured by using an image analysis particle size distribution meter unless otherwise specified. Further, the average fiber diameter means an average value measured by image analysis of an electron micrograph, unless otherwise specified. Further, in the present invention, the mesophase pitch after the stabilization treatment is also referred to as "stabilized mesophase pitch".

本発明の安定化メソフェーズピッチ変性体は、元素分析法で測定される酸素Oと炭素Cの元素組成比(O/C)が0.1以上であって、窒素Nと炭素Cの元素組成比(N/C)が0.02以上であり、かつX線光電子分光法で測定されるN1s軌道由来のピークがピリジン型の芳香族N(398eV)とピロール型芳香族NH(400eV)とを含む。 The stabilized mesophase pitch modified product of the present invention has an elemental composition ratio (O / C) of oxygen O and carbon C measured by an elemental analysis method of 0.1 or more, and an elemental composition ratio of nitrogen N and carbon C. (N / C) is 0.02 or more, and the peak derived from the N1s orbital measured by X-ray photoelectron spectroscopy contains pyridine-type aromatic N (398 eV) and pyrrole-type aromatic NH (400 eV). ..

O/Cは、0.1~0.3であることが好ましく、0.1~0.2であることがより好ましい。 The O / C is preferably 0.1 to 0.3, and more preferably 0.1 to 0.2.

N/Cは、0.02~0.1であることが好ましく、0.02~0.05であることがより好ましい。 The N / C is preferably 0.02 to 0.1, more preferably 0.02 to 0.05.

X線光電子分光法で測定されるN1s軌道由来のピークは、ピリジン型の芳香族N(398eV)、及びピロール型芳香族NH(400eV)がそれぞれ、ベースラインに対して強度が0.1E+4以上であることが好ましく、0.2E+4以上であることが好ましい。 The peaks derived from the N1s orbital measured by X-ray photoelectron spectroscopy show that the pyridine-type aromatic N (398 eV) and the pyrrole-type aromatic NH (400 eV) have an intensity of 0.1 E + 4 or more with respect to the baseline, respectively. It is preferably 0.2E + 4 or more.

上記の範囲にある、安定化メソフェーズピッチ変性体であれば、炭素化工程及び/又は黒鉛化工程を経て炭素繊維としても、熱可塑性樹脂由来のアモルファスカーボンが異物として含まれないため、高物性の炭素繊維とすることが可能である。 If the stabilized mesophase pitch modified product is in the above range, it has high physical characteristics because the amorphous carbon derived from the thermoplastic resin is not contained as a foreign substance even as carbon fibers through the carbonization step and / or the graphitization step. It can be carbon fiber.

本発明の安定化メソフェーズピッチ変性体は、形態が繊維状であり、その平均繊維径は100~900nmであることが好ましく、100~600nmであることがより好ましく、150~400nmであることが特に好ましい。 The stabilized mesophase pitch modified product of the present invention is fibrous in morphology, and the average fiber diameter thereof is preferably 100 to 900 nm, more preferably 100 to 600 nm, and particularly preferably 150 to 400 nm. preferable.

このような範囲にあれば、炭素化工程及び/又は黒鉛化工程を経て得られる炭素繊維はいわゆるナノカーボン材料であるので、前掲の通り、高結晶性、高電導性、高強度、軽量等の特性から、高性能複合材料のフィラーとして好適に用いることができる。 Within such a range, the carbon fiber obtained through the carbonization step and / or the graphitization step is a so-called nanocarbon material. Due to its properties, it can be suitably used as a filler for high-performance composite materials.

本発明の安定化メソフェーズピッチ変性体は、形態が繊維状であり、その平均繊維長は1μm以上であることが好ましく、1~200μmであることがより好ましく、20~150μmであることが特に好ましい。繊維長が上記一定長程度あれば、フィラーとしての高電導性付与の度合が更に向上する。 The stabilized mesophase pitch modified product of the present invention is fibrous in morphology, and its average fiber length is preferably 1 μm or more, more preferably 1 to 200 μm, and particularly preferably 20 to 150 μm. .. When the fiber length is about the above-mentioned constant length, the degree of imparting high conductivity as a filler is further improved.

安定化メソフェーズピッチ変性体を炭素繊維にするにあたっては、常法に従えばよく、公知の炭素化及び/又は黒鉛化の条件を設定すれば極細炭素繊維を作製することができる。 In converting the stabilized mesophase pitch modified product into carbon fibers, a conventional method may be followed, and ultrafine carbon fibers can be produced by setting known carbonization and / or graphitization conditions.

このようにして作製される極細炭素繊維は、実質的に分岐構造を有さない直線構造であって、かつ、平均繊維径が10~900nm、好ましくは100~600nmである。ここで、分岐構造を実質的に有さないとは、分岐度が0.01個/μm以下であることをいう。 The ultrafine carbon fiber thus produced has a linear structure having substantially no branched structure, and has an average fiber diameter of 10 to 900 nm, preferably 100 to 600 nm. Here, "substantially having no branch structure" means that the degree of branching is 0.01 pieces / μm or less.

上記より得られた極細炭素繊維は、例えば非水電解質二次電池用の電極を構成する導電助材として有用である。非水電解質二次電池用の電極を構成する導電助材として用いる場合、極細炭素繊維の平均繊維長(L)と平均繊維径(D)との比(アスペクト比:L/D)は30以上であることが好ましく、50以上であることがより好ましく、100以上であることがさらに好ましい。アスペクト比を30以上とすることにより、電極内において極細炭素繊維による導電パスが効率的に形成され、得られる電池のサイクル特性を高くすることができる。30未満の場合、電極内において極細炭素繊維による導電パスの形成が不十分になり易く、電極の膜厚方向の抵抗値が十分に低下しない場合がある。比(L/D)の上限値は特に限定されないが、一般に10000以下であり、1000以下であることが好ましく、800以下であることがより好ましい。 The ultrafine carbon fiber obtained from the above is useful as a conductive auxiliary material constituting an electrode for, for example, a non-aqueous electrolyte secondary battery. When used as a conductive auxiliary material constituting an electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery, the ratio (aspect ratio: L / D) between the average fiber length (L) and the average fiber diameter (D) of the ultrafine carbon fibers is 30 or more. It is preferably 50 or more, more preferably 100 or more, and even more preferably 100 or more. By setting the aspect ratio to 30 or more, a conductive path made of ultrafine carbon fibers is efficiently formed in the electrode, and the cycle characteristics of the obtained battery can be improved. If it is less than 30, the formation of the conductive path by the ultrafine carbon fibers tends to be insufficient in the electrode, and the resistance value in the film thickness direction of the electrode may not be sufficiently lowered. The upper limit of the ratio (L / D) is not particularly limited, but is generally 10,000 or less, preferably 1000 or less, and more preferably 800 or less.

なお、この極細炭素繊維は、全体として繊維状の形態を有していればよく、例えば、上記アスペクト比の好ましい範囲未満のものが接触したり結合したりして一体的に繊維形状を持っているもの(例えば、球状炭素が数珠状に連なっているもの、極めて短い少なくとも1本または複数本の繊維が融着等によりつながっているものなど)も含む。 It should be noted that the ultrafine carbon fibers may have a fibrous form as a whole, and for example, those having an aspect ratio less than the preferable range may come into contact with or bond with each other to have an integral fiber shape. (For example, those in which spherical carbons are connected in a bead shape, those in which at least one or a plurality of extremely short fibers are connected by fusion or the like) are also included.

また、上記極細炭素繊維は、X線回折法により測定した(002)面の平均面間隔d002が、0.335~0.350nmの範囲である。 Further, in the above-mentioned ultrafine carbon fiber, the average plane spacing d002 of the (002) plane measured by the X-ray diffraction method is in the range of 0.335 to 0.350 nm.

このように、本発明の安定化メソフェーズ系ピッチ変性体から得られた極細炭素繊維は結晶性が非常に高いので、電気伝導性や熱伝導性に優れている。 As described above, the ultrafine carbon fibers obtained from the stabilized mesophase pitch modified product of the present invention have extremely high crystallinity, and thus are excellent in electrical conductivity and thermal conductivity.

また、この極細炭素繊維を導電助材として用いる場合は、単独で用いてもよく、アセチレンブラック等の公知の導電助剤とを併用して複合化したもの等であってもよい。 When this ultrafine carbon fiber is used as a conductive auxiliary material, it may be used alone or in combination with a known conductive auxiliary agent such as acetylene black.

本発明の安定化メソフェーズピッチ変性体の製造方法としては、例えば、熱可塑性樹脂と、安定化メソフェーズピッチと、から成る複合体を、溶剤の存在下で加熱することにより、前記複合体から前記熱可塑性樹脂を除去する方法を採用することができる。 As a method for producing a stabilized mesophase pitch modified product of the present invention, for example, by heating a composite composed of a thermoplastic resin and a stabilized mesophase pitch in the presence of a solvent, the heat from the composite is obtained. A method of removing the plastic resin can be adopted.

加熱の温度は、取扱い性の観点から溶剤の融点以上沸点未満あることが好ましい。加熱の時間としては、加熱温度ないし、溶剤の熱可塑性樹脂溶解能との関連があるが、0.5~5時間程度で設定すればよい。 The heating temperature is preferably equal to or higher than the melting point of the solvent and lower than the boiling point from the viewpoint of handleability. The heating time is related to the heating temperature or the thermoplastic resin dissolving ability of the solvent, but may be set to about 0.5 to 5 hours.

溶剤としては、熱可塑性樹脂を溶解し、メソフェーズピッチへの影響を与えないものであればいずれも用いることが可能である。溶解対象となる熱可塑性樹脂によって、より溶解性の高い溶媒が使用される。例えば、熱可塑性樹脂がポリオレフィンであれば、シクロヘキサン、デカリン、トルエン等を用いることができ、ポリカーボネートであれば、塩化メチレンやテトラヒドロフランを用いることができる。 As the solvent, any solvent that dissolves the thermoplastic resin and does not affect the mesophase pitch can be used. Depending on the thermoplastic resin to be dissolved, a more soluble solvent is used. For example, if the thermoplastic resin is polyolefin, cyclohexane, decalin, toluene and the like can be used, and if it is polycarbonate, methylene chloride and tetrahydrofuran can be used.

本発明の製造方法では、複合体を、支持基材上に目付け20000g/m以下で保持して行うことが好ましい。支持基材に保持することによって、熱可塑性樹脂除去時の安定化メソフェーズピッチ変性体の凝集を抑制することができる。さらには、溶剤通過性を保つことが可能となり、溶剤除去の効率化、及び熱可塑性樹脂の溶解物の系外への排出を行い易くなる。支持基材の材質としては、溶剤や加熱によって変形や腐食を生じないことが必要である。また、支持基材の耐熱温度としては、上記の熱可塑性樹脂除去工程の加熱温度で変形しなければいずれも採用することができる。ステンレスなどの金属材料やアルミナ、シリカなどのセラミックス材料を用いることができる。 In the production method of the present invention, it is preferable to hold the complex on a supporting substrate at a basis weight of 20000 g / m 2 or less. By holding it on the supporting substrate, it is possible to suppress the aggregation of the stabilized mesophase pitch modified product when the thermoplastic resin is removed. Further, it becomes possible to maintain the solvent permeability, improve the efficiency of solvent removal, and facilitate the discharge of the melt of the thermoplastic resin to the outside of the system. As the material of the supporting base material, it is necessary that the material does not deform or corrode due to the solvent or heating. Further, as the heat resistant temperature of the supporting base material, any of them can be adopted as long as it is not deformed by the heating temperature of the above-mentioned thermoplastic resin removing step. Metallic materials such as stainless steel and ceramic materials such as alumina and silica can be used.

また、支持基材の形態としては、面垂直方向への溶剤通過性を有する形状であることが好ましい。このような形状としては、網目構造が例示される。 Further, the shape of the supporting base material is preferably a shape having solvent permeability in the direction perpendicular to the plane. A network structure is exemplified as such a shape.

本発明において、熱可塑性樹脂と、安定化メソフェーズピッチと、から成る複合体としては、熱可塑性樹脂を海成分とし、安定化メソフェーズピッチを島成分とする海島構造を有する複合体が例示される。熱可塑性樹脂から成るマトリクス樹脂中に後述する原料としてのメソフェーズピッチを分散してメソフェーズピッチ組成物を作製し、このメソフェーズピッチ組成物を各種形状に成形することにより、熱可塑性樹脂中に分散する原料メソフェーズピッチの形状が制御される。メソフェーズピッチが所期の形状となり、マトリクス樹脂が不要となった後、該マトリクス樹脂は除去される。 In the present invention, examples of the composite composed of the thermoplastic resin and the stabilized mesophase pitch include a composite having a sea-island structure having the thermoplastic resin as a sea component and the stabilized mesophase pitch as an island component. A mesophase pitch composition as a raw material to be described later is dispersed in a matrix resin made of a thermoplastic resin to prepare a mesophase pitch composition, and the mesophase pitch composition is formed into various shapes to be dispersed in the thermoplastic resin. The shape of the mesophase pitch is controlled. After the mesophase pitch becomes the desired shape and the matrix resin is no longer needed, the matrix resin is removed.

また、本発明の安定化メソフェーズピッチ変性体の製造方法としては、例えば、熱可塑性樹脂と、安定化メソフェーズピッチと、から成る複合体を、水蒸気雰囲気下で加熱することにより、前記複合体から前記熱可塑性樹脂を熱分解して除去する方法を採用することができる。 Further, as a method for producing a stabilized mesophase pitch modified product of the present invention, for example, a composite composed of a thermoplastic resin and a stabilized mesophase pitch is heated from the composite to the above in a steam atmosphere. A method of thermally decomposing and removing the thermoplastic resin can be adopted.

ここで言う水蒸気雰囲気とは、200℃以上の水蒸気が50体積%以上、好ましくは80体積%以上満たされていることである。 The water vapor atmosphere referred to here means that the water vapor at 200 ° C. or higher is filled with 50% by volume or more, preferably 80% by volume or more.

熱可塑性樹脂の除去は、水蒸気雰囲気により不活性雰囲気が保たれている中で行う。ここでいう不活性雰囲気とは、その酸素濃度が50体積ppm以下であることが好ましく、30体積ppm以下であることがより好ましく、20体積ppm以下であることがさらに好ましい。また、水蒸気以外の不活性ガスが含まれていても良い。不活性ガスとしては、二酸化炭素、窒素、アルゴンなどが挙げられる。 The thermoplastic resin is removed while the inert atmosphere is maintained by the water vapor atmosphere. The inert atmosphere referred to here preferably has an oxygen concentration of 50% by volume or less, more preferably 30% by volume or less, and even more preferably 20% by volume or less. Further, an inert gas other than water vapor may be contained. Examples of the inert gas include carbon dioxide, nitrogen, argon and the like.

熱分解の温度は、350~600℃であることが好ましく、380~550℃であることがより好ましい。熱分解の温度が350℃未満である場合、安定化メソフェーズピッチの熱分解は抑えられるものの、熱可塑性樹脂の熱分解を十分行うことができない場合がある。一方、600℃を超える場合、熱可塑性樹脂の熱分解は十分行うことができるものの、安定化メソフェーズピッチまでが熱分解される場合があり、収率が低下し易い。熱分解の時間としては、0.01~5時間であることが好ましく、0.05~3時間であることがより好ましい。 The thermal decomposition temperature is preferably 350 to 600 ° C, more preferably 380 to 550 ° C. When the thermal decomposition temperature is less than 350 ° C., the thermal decomposition of the stabilized mesophase pitch can be suppressed, but the thermal decomposition of the thermoplastic resin may not be sufficiently performed. On the other hand, if the temperature exceeds 600 ° C., the thermoplastic resin can be sufficiently thermally decomposed, but the stabilized mesophase pitch may be thermally decomposed, and the yield tends to decrease. The thermal decomposition time is preferably 0.01 to 5 hours, more preferably 0.05 to 3 hours.

本発明の製造方法では、複合体を、支持基材上に目付け20000g/m以下で保持して行うことが好ましい。支持基材に保持することによって、熱可塑性樹脂除去時の安定化メソフェーズピッチ変性体の凝集を抑制することができる。さらには、通気性を保つことが可能となり、加熱の効率化、及び熱可塑性樹脂の分解物の系外への排出を行い易くなる。支持基材の材質としては、溶剤や加熱によって変形や腐食を生じないことが必要である。また、支持基材の耐熱温度としては、上記の熱可塑性樹脂除去工程の熱分解温度で変形しないことが必要であることから、600℃以上の耐熱性を有していることが好ましい。このような材質としては、ステンレスなどの金属材料やアルミナ、シリカなどのセラミックス材料を挙げることができる。 In the production method of the present invention, it is preferable to hold the complex on a supporting substrate at a basis weight of 20000 g / m 2 or less. By holding it on the supporting substrate, it is possible to suppress the aggregation of the stabilized mesophase pitch modified product when the thermoplastic resin is removed. Further, it becomes possible to maintain the air permeability, improve the efficiency of heating, and facilitate the discharge of the decomposition product of the thermoplastic resin to the outside of the system. As the material of the supporting base material, it is necessary that the material does not deform or corrode due to the solvent or heating. Further, the heat resistant temperature of the supporting base material is preferably 600 ° C. or higher because it is necessary that the supporting base material is not deformed by the thermal decomposition temperature of the above-mentioned thermoplastic resin removing step. Examples of such a material include a metal material such as stainless steel and a ceramic material such as alumina and silica.

また、支持基材の形態としては、面垂直方向への通気性を有する形状であることが好ましい。このような形状としては、網目構造が例示される。 Further, the shape of the supporting base material is preferably a shape having air permeability in the direction perpendicular to the plane. A network structure is exemplified as such a shape.

上記樹脂複合安定化繊維の目付けX(kg/m)と、熱分解の時間Y(分)と、は下式(1)
Y≧2.5X+3 ・・・(式1)
を満たすことが好ましい。上記関係を満たすことにより、残炭率が低い安定化メソフェーズピッチ変性体を製造することができる。
The basis weight X (kg / m 2 ) of the resin composite stabilized fiber and the thermal decomposition time Y (minutes) are given by the following formula (1).
Y ≧ 2.5X + 3 ・ ・ ・ (Equation 1)
It is preferable to satisfy. By satisfying the above relationship, a stabilized mesophase pitch modified product having a low residual coal ratio can be produced.

本発明において、熱可塑性樹脂と、安定化メソフェーズピッチと、から成る複合体としては、熱可塑性樹脂を海成分とし、安定化メソフェーズピッチを島成分とする海島構造を有する複合体が例示される。熱可塑性樹脂から成るマトリクス樹脂中にメソフェーズピッチを分散してメソフェーズピッチ組成物を作製し、このメソフェーズピッチ組成物を各種形状に成形することにより、熱可塑性樹脂中に分散するメソフェーズピッチの形状が制御される。メソフェーズピッチが所期の形状となり、マトリクス樹脂が不要となった後、該マトリクス樹脂は除去される。 In the present invention, examples of the composite composed of the thermoplastic resin and the stabilized mesophase pitch include a composite having a sea-island structure having the thermoplastic resin as a sea component and the stabilized mesophase pitch as an island component. By dispersing the mesophase pitch in a matrix resin made of a thermoplastic resin to prepare a mesophase pitch composition and molding the mesophase pitch composition into various shapes, the shape of the mesophase pitch dispersed in the thermoplastic resin is controlled. Will be done. After the mesophase pitch becomes the desired shape and the matrix resin is no longer needed, the matrix resin is removed.

<熱可塑性樹脂>
本発明における熱可塑性樹脂は、熱分解ないし溶剤により系外に除去され得る熱可塑性樹脂である。このような熱可塑性樹脂としては、ポリオレフィン、ポリメタクリレート、ポリメチルメタクリレート等のポリアクリレート系ポリマー;ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリエステル、ポリアミド、ポリエステルカーボネート、ポリサルホン、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリケトン、ポリ乳酸等が好ましい。これらの中でも、ポリオレフィンが好ましく用いられる。
<Thermoplastic resin>
The thermoplastic resin in the present invention is a thermoplastic resin that can be removed from the system by thermal decomposition or a solvent. Examples of such thermoplastic resins include polyacrylate-based polymers such as polyolefin, polymethacrylate, and polymethylmethacrylate; polystyrene, polycarbonate, polyarylate, polyester, polyamide, polyester carbonate, polysulfone, polyimide, polyetherimide, polyketone, and polylactic acid. Etc. are preferable. Among these, polyolefin is preferably used.

ポリオレフィンの具体例としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ-4-メチルペンテン-1及びこれらを含む共重合体が挙げられる。系外に除去し易いという観点からは、ポリエチレンを用いることが好ましい。ポリエチレンとしては、高圧法低密度ポリエチレン、気相法・溶液法・高圧法直鎖状低密度ポリエチレンなどの低密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、高密度ポリエチレンなどの単独重合体又はエチレンとα-オレフィンとの共重合体;エチレン・酢酸ビニル共重合体などのエチレンと他のビニル系単量体との共重合体が挙げられる。 Specific examples of the polyolefin include polyethylene, polypropylene, poly-4-methylpentene-1, and a copolymer containing these. From the viewpoint of easy removal from the system, it is preferable to use polyethylene. Examples of polyethylene include low-density polyethylene such as high-pressure method low-density polyethylene, vapor-phase method / solution method / high-pressure method linear low-density polyethylene, medium-density polyethylene, homopolymers such as high-density polyethylene, or ethylene and α-olefin. Copolymer; Examples thereof include a copolymer of polyethylene such as an ethylene / vinyl acetate copolymer and another vinyl-based monomer.

本発明で使用する熱可塑性樹脂は、JIS K 7210(1999年度)に準拠して測定されたメルトマスフローレート(MFR)が0.1~25g/10minであることが好ましく、0.1~15g/10minであることがより好ましく、0.1~10g/10minであることが特に好ましい。MFRが上記範囲であると、熱可塑性樹脂中にメソフェーズピッチを良好にミクロ分散することができる。また、メソフェーズピッチ組成物を成形する際に、熱可塑性樹脂中のメソフェーズピッチが引き延ばされることにより、得られる安定化メソフェーズピッチ変性体を繊維形状にすることができる。本発明で使用する熱可塑性樹脂は、メソフェーズピッチと容易に溶融混練できるという点から、非晶性の場合はガラス転移温度が250℃以下、結晶性の場合は融点が300℃以下であることが好ましい。 The thermoplastic resin used in the present invention preferably has a melt mass flow rate (MFR) of 0.1 to 25 g / 10 min measured in accordance with JIS K 7210 (1999), preferably 0.1 to 15 g / min. It is more preferably 10 min, and particularly preferably 0.1 to 10 g / 10 min. When the MFR is in the above range, the mesophase pitch can be satisfactorily microdispersed in the thermoplastic resin. Further, when the mesophase pitch composition is formed, the mesophase pitch in the thermoplastic resin is stretched, so that the obtained stabilized mesophase pitch modified product can be formed into a fiber shape. The thermoplastic resin used in the present invention has a glass transition temperature of 250 ° C. or lower in the case of amorphous and a melting point of 300 ° C. or lower in the case of crystalline from the viewpoint that it can be easily melt-kneaded with the mesophase pitch. preferable.

<原料メソフェーズピッチ>
メソフェーズピッチとは、溶融状態において光学的異方性相(液晶相)を形成しうるピッチである。本発明で使用する原料としてのメソフェーズピッチ(以下、「原料メソフェーズピッチ」ということがある)としては、石炭や石油の蒸留残渣を原料とするものや、ナフタレン等の芳香族炭化水素を原料とするものが挙げられる。例えば、石炭由来の原料メソフェーズピッチは、コールタールピッチの水素添加・熱処理を主体とする処理、水素添加・熱処理・溶剤抽出を主体とする処理等により得られる。
<Raw material mesophase pitch>
The mesophase pitch is a pitch that can form an optically anisotropic phase (liquid crystal phase) in a molten state. The mesophase pitch as a raw material used in the present invention (hereinafter, may be referred to as “raw material mesophase pitch”) is a material obtained from a distillation residue of coal or petroleum, or an aromatic hydrocarbon such as naphthalene as a raw material. Things can be mentioned. For example, the coal-derived raw material mesophase pitch can be obtained by a treatment mainly for hydrogenation / heat treatment of coal tar pitch, a treatment mainly for hydrogenation / heat treatment / solvent extraction, and the like.

原料メソフェーズピッチの光学的異方性含有量(メソフェーズ率)は、80%以上であることが好ましく、90%以上であることがより好ましい。 The optically anisotropic content (mesophase ratio) of the raw material mesophase pitch is preferably 80% or more, and more preferably 90% or more.

また、原料メソフェーズピッチの軟化点は100~400℃であることが好ましく、150~350℃であることがより好ましい。 The softening point of the raw material mesophase pitch is preferably 100 to 400 ° C, more preferably 150 to 350 ° C.

<複合体>
本発明において、熱可塑性樹脂と安定化メソフェーズピッチとから成る複合体(以下、単に「複合体」ともいう)としては、熱可塑性樹脂と、この熱可塑性樹脂100質量部に対して1~150質量部の安定化メソフェーズピッチと、を含んで成る複合体が例示される。安定化メソフェーズピッチの含有量は5~100質量部であることが好ましい。安定化メソフェーズピッチの含有量が150質量部を超えると、熱可塑性樹脂中にメソフェーズピッチを良好に分散することができない場合がある。また、安定化メソフェーズピッチの含有量が1質量部未満であると、熱可塑性樹脂を除去して安定化メソフェーズピッチを得るための処理コストが上昇する。
<Complex>
In the present invention, the composite composed of the thermoplastic resin and the stabilized mesophase pitch (hereinafter, also simply referred to as “composite”) includes the thermoplastic resin and 1 to 150 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the thermoplastic resin. An example is a complex comprising a stabilizing mesophase pitch of the moiety. The content of the stabilized mesophase pitch is preferably 5 to 100 parts by mass. If the content of the stabilized mesophase pitch exceeds 150 parts by mass, the mesophase pitch may not be well dispersed in the thermoplastic resin. Further, if the content of the stabilized mesophase pitch is less than 1 part by mass, the processing cost for removing the thermoplastic resin to obtain the stabilized mesophase pitch increases.

以下に、本発明の安定化メソフェーズピッチ変性体、さらには極細炭素繊維を製造する方法について説明する。 The method for producing the stabilized mesophase pitch modified product of the present invention and the ultrafine carbon fiber will be described below.

先ず、熱可塑性樹脂中に原料メソフェーズピッチを分散して、熱可塑性樹脂と原料メソフェーズピッチの混合物(以下、「メソフェーズピッチ組成物」ともいう)が作製される。 First, the raw material mesophase pitch is dispersed in the thermoplastic resin to prepare a mixture of the thermoplastic resin and the raw material mesophase pitch (hereinafter, also referred to as “mesophase pitch composition”).

メソフェーズピッチ組成物は、熱可塑性樹脂と原料メソフェーズピッチとを溶融状態において混練することにより作製できる。 The mesophase pitch composition can be prepared by kneading the thermoplastic resin and the raw material mesophase pitch in a molten state.

熱可塑性樹脂と原料メソフェーズピッチとの溶融混練は公知の装置を用いて行うことができる。例えば、一軸式混練機、二軸式混練機、ミキシングロール、バンバリーミキサーからなる群より選ばれる1種類以上を用いることができる。これらの中でも、熱可塑性樹脂中に原料メソフェーズピッチを良好にミクロ分散させるという目的から、二軸式混練機を用いることが好ましく、特に各軸が同方向に回転する二軸式混練機を用いることが好ましい。 The melt-kneading of the thermoplastic resin and the raw material mesophase pitch can be performed using a known device. For example, one or more types selected from the group consisting of a uniaxial kneader, a biaxial kneader, a mixing roll, and a Banbury mixer can be used. Among these, it is preferable to use a biaxial kneader for the purpose of satisfactorily microdispersing the raw material mesophase pitch in the thermoplastic resin, and in particular, use a biaxial kneader in which each axis rotates in the same direction. Is preferable.

混練温度としては、熱可塑性樹脂と原料メソフェーズピッチとが溶融状態であれば特に制限されないが、100~400℃であることが好ましく、150~350℃であることが好ましい。混練温度が100℃未満であると、原料メソフェーズピッチが溶融状態にならず、熱可塑性樹脂中にミクロ分散させることが困難であるため好ましくない。一方、400℃を超える場合、熱可塑性樹脂及び原料メソフェーズピッチの分解が進行するため好ましくない。 The kneading temperature is not particularly limited as long as the thermoplastic resin and the raw material mesophase pitch are in a molten state, but is preferably 100 to 400 ° C, preferably 150 to 350 ° C. If the kneading temperature is less than 100 ° C., the raw material mesophase pitch does not become a molten state and it is difficult to micro-disperse it in the thermoplastic resin, which is not preferable. On the other hand, if the temperature exceeds 400 ° C., the decomposition of the thermoplastic resin and the raw material mesophase pitch proceeds, which is not preferable.

溶融混練の時間としては、0.5~20分間であることが好ましく、1~15分間であることがより好ましい。溶融混練の時間が0.5分間未満の場合、原料メソフェーズピッチのミクロ分散が困難であるため好ましくない。一方、20分間を超える場合、生産性が著しく低下するため好ましくない。 The melt-kneading time is preferably 0.5 to 20 minutes, more preferably 1 to 15 minutes. If the melt-kneading time is less than 0.5 minutes, microdispersion of the raw material mesophase pitch is difficult, which is not preferable. On the other hand, if it exceeds 20 minutes, the productivity is significantly lowered, which is not preferable.

本発明で使用する原料メソフェーズピッチは、溶融混練時に酸素と反応することにより変性してしまい、熱可塑性樹脂中へのミクロ分散を阻害することがある。このため、不活性雰囲気下で溶融混練を行い、酸素と原料メソフェーズピッチとの反応を抑制することが好ましい。溶融混練は、酸素ガス含有量が10体積%未満の不活性雰囲気下で行うことが好ましく、酸素ガス含有量が5体積%未満の不活性雰囲気下で行うことがより好ましく、酸素ガス含有量が1%体積未満の不活性雰囲気下で行うことが特に好ましい。 The raw material mesophase pitch used in the present invention may be denatured by reacting with oxygen during melt-kneading, and may hinder microdispersion in the thermoplastic resin. Therefore, it is preferable to perform melt kneading in an inert atmosphere to suppress the reaction between oxygen and the raw material mesophase pitch. The melt-kneading is preferably carried out in an inert atmosphere having an oxygen gas content of less than 10% by volume, more preferably in an inert atmosphere having an oxygen gas content of less than 5% by volume, and having an oxygen gas content of less than 5% by volume. It is particularly preferred to carry out under an inert atmosphere of less than 1% volume.

平均繊維径が100~900nmである繊維状の安定化メソフェーズピッチ変性体を製造するためには、メソフェーズピッチ組成物における原料メソフェーズピッチの分散径を0.01~50μmとすることが好ましく、0.01~30μmとすることがより好ましい。メソフェーズピッチ組成物中における原料メソフェーズピッチの分散径が0.01~50μmの範囲を逸脱すると、極細炭素繊維を製造することが困難となることがある。即ち、0.01μm未満である場合、繊維形状を維持することが困難であり、繊維長が短くなり易い。また、50μmを超える場合、極細の繊維を製造することが困難であり、繊維径が大きくなり易い。 In order to produce a fibrous stabilized mesophase pitch modified product having an average fiber diameter of 100 to 900 nm, it is preferable that the dispersion diameter of the raw material mesophase pitch in the mesophase pitch composition is 0.01 to 50 μm. It is more preferably 01 to 30 μm. If the dispersion diameter of the raw material mesophase pitch in the mesophase pitch composition deviates from the range of 0.01 to 50 μm, it may be difficult to produce ultrafine carbon fibers. That is, when it is less than 0.01 μm, it is difficult to maintain the fiber shape, and the fiber length tends to be short. Further, when it exceeds 50 μm, it is difficult to produce ultrafine fibers, and the fiber diameter tends to be large.

なお、メソフェーズピッチ組成物中において、原料メソフェーズピッチは球状又は楕円状の島相を形成するが、本発明における分散径とは、島成分が球状の場合はその直径を意味し、楕円状の場合はその長軸径を意味する。 In the mesophase pitch composition, the raw material mesophase pitch forms a spherical or elliptical island phase, but the dispersion diameter in the present invention means the diameter when the island component is spherical, and in the case of an elliptical shape. Means its major axis diameter.

上記0.01~50μmの分散径は、メソフェーズピッチ組成物を300℃で3分間保持した後においても上記範囲内を維持していることが好ましく、300℃で5分間保持した後においても維持していることがより好ましく、300℃で10分間保持した後においても維持していることが特に好ましい。一般に、メソフェーズピッチ組成物を溶融状態で保持しておくと、熱可塑性樹脂中において原料メソフェーズピッチが時間の経過と共に凝集する。原料メソフェーズピッチが凝集して、その分散径が50μmを超えると、所望の安定化メソフェーズピッチ変性体や炭素繊維を製造することが困難となる場合がある。メソフェーズピッチ組成物中における原料メソフェーズピッチの凝集速度は、使用する熱可塑性樹脂及び原料メソフェーズピッチの種類により変動する。 The dispersion diameter of 0.01 to 50 μm is preferably maintained within the above range even after the mesophase pitch composition is held at 300 ° C. for 3 minutes, and is maintained even after being held at 300 ° C. for 5 minutes. It is more preferable that the product is maintained at 300 ° C. for 10 minutes, and it is particularly preferable that the product is maintained at 300 ° C. for 10 minutes. In general, when the mesophase pitch composition is kept in a molten state, the raw material mesophase pitch aggregates in the thermoplastic resin over time. If the raw material mesophase pitch is aggregated and the dispersion diameter exceeds 50 μm, it may be difficult to produce a desired stabilized mesophase pitch modified product or carbon fiber. The aggregation rate of the raw material mesophase pitch in the mesophase pitch composition varies depending on the thermoplastic resin used and the type of the raw material mesophase pitch.

メソフェーズピッチ組成物は、熱可塑性樹脂中に分散する原料メソフェーズピッチを繊維形状にするために、紡糸等により成形される(以下、成形後のメソフェーズピッチ組成物を「樹脂複合繊維」ともいう)。 The mesophase pitch composition is molded by spinning or the like in order to form the raw material mesophase pitch dispersed in the thermoplastic resin into a fiber shape (hereinafter, the molded mesophase pitch composition is also referred to as "resin composite fiber").

メソフェーズピッチ組成物を成形する方法としては、メソフェーズピッチ組成物を紡糸口金より溶融紡糸する方法、メソフェーズピッチ組成物を矩形口金より溶融製膜する方法、射出成型などを例示することができる。これにより、メソフェーズピッチ組成物に含まれる原料メソフェーズピッチを伸長して初期配向性が高い状態で繊維形態に成形することができる。 Examples of the method for forming the mesophase pitch composition include a method of melt-spinning the mesophase pitch composition from a spinning cap, a method of melt-forming a mesophase pitch composition from a rectangular cap, injection molding, and the like. As a result, the raw material mesophase pitch contained in the mesophase pitch composition can be extended and formed into a fiber form with high initial orientation.

成形する際の温度は、原料メソフェーズピッチの溶融温度よりも高いことが必要であり、150~400℃であることが好ましく、180~350℃であることがより好ましい。400℃を超える場合、原料メソフェーズピッチの変形緩和速度が大きくなり、繊維の形態を保つことが難しくなる。 The temperature at the time of molding needs to be higher than the melting temperature of the raw material mesophase pitch, and is preferably 150 to 400 ° C, more preferably 180 to 350 ° C. When the temperature exceeds 400 ° C., the deformation relaxation rate of the raw material mesophase pitch increases, and it becomes difficult to maintain the morphology of the fibers.

樹脂複合繊維は、その後の冷却工程において冷却されてもよい。冷却工程としては、溶融紡糸の場合、紡糸口金の下流の雰囲気を冷却する方法が例示される。溶融製膜の場合、矩形口金の下流に冷却ドラムを設ける方法が例示される。冷却工程を設けることにより、原料メソフェーズピッチが伸長により変形する領域を制御でき、ひずみの速度を制御することができる。また、冷却工程を設けることにより、紡糸又は製膜後の樹脂複合繊維を直ちに冷却固化させて安定した成形が可能となる。 The resin composite fiber may be cooled in the subsequent cooling step. As the cooling step, in the case of melt spinning, a method of cooling the atmosphere downstream of the spinneret is exemplified. In the case of melt film formation, a method of providing a cooling drum downstream of the rectangular base is exemplified. By providing the cooling step, the region where the raw material mesophase pitch is deformed by elongation can be controlled, and the strain rate can be controlled. Further, by providing the cooling step, the resin composite fiber after spinning or film formation can be immediately cooled and solidified to enable stable molding.

次いで、樹脂複合繊維は、内部に含まれる原料メソフェーズピッチに対して安定化処理(不融化処理ともいう)が施される。なお、本発明において、安定化処理後の原料メソフェーズピッチを「安定化メソフェーズピッチ」ともいう。安定化処理は、樹脂複合繊維に気相状態の窒素酸化物を含むガスを接触させることにより行われる。(安定化処理後の樹脂複合繊維を「樹脂複合安定化繊維」ともいう。) Next, the resin composite fiber is subjected to a stabilization treatment (also referred to as an infusibilization treatment) with respect to the raw material mesophase pitch contained therein. In the present invention, the raw material mesophase pitch after the stabilization treatment is also referred to as "stabilized mesophase pitch". The stabilization treatment is performed by contacting the resin composite fiber with a gas containing nitrogen oxides in a vapor phase state. (The resin composite fiber after the stabilization treatment is also referred to as "resin composite stabilized fiber".)

上記ガスは窒素酸化物単独であっても良いし、その他の酸化性気体と併用しても良い。酸化性気体としては、空気、酸素及びこれらの混合物が例示される。酸化性気体と併用すると、原料メソフェーズピッチに対する安定化反応によって還元された窒素酸化物を再び酸化して窒素酸化物とすることができるため、窒素酸化物を効率良く使用することができ、生産性が向上する。また、上記ガスには、酸化性気体以外の気体が含まれていても良い。酸化性気体以外の気体としては、二酸化炭素、窒素、アルゴンなどの不活性ガスを挙げることができる。 The gas may be nitrogen oxide alone or may be used in combination with other oxidizing gases. Examples of the oxidizing gas include air, oxygen and a mixture thereof. When used in combination with an oxidizing gas, the nitrogen oxides reduced by the stabilization reaction to the raw material mesophase pitch can be oxidized again to form nitrogen oxides, so that the nitrogen oxides can be used efficiently and productivity can be achieved. Is improved. Further, the gas may contain a gas other than the oxidizing gas. Examples of the gas other than the oxidizing gas include an inert gas such as carbon dioxide, nitrogen and argon.

安定化の反応温度は、25~100℃が好ましい。この範囲の温度で安定化処理することにより、反応熱による熱暴走が抑制され、樹脂複合繊維が過度に融着することを防ぎ、樹脂複合繊維に含まれる安定化メソフェーズピッチの配向性が高く維持される。 The stabilization reaction temperature is preferably 25 to 100 ° C. By the stabilization treatment at a temperature in this range, thermal runaway due to the heat of reaction is suppressed, the resin composite fiber is prevented from being excessively fused, and the orientation of the stabilized mesophase pitch contained in the resin composite fiber is maintained high. Will be done.

安定化の処理時間は、10~300分間が好ましく、20~200分間が好ましい。 The stabilization treatment time is preferably 10 to 300 minutes, preferably 20 to 200 minutes.

上記安定化処理により得られる安定化メソフェーズピッチは、その軟化点が著しく上昇している。安定化メソフェーズピッチの軟化点は400℃以上であることが好ましく、500℃以上であることがさらに好ましい。軟化点が400℃以上であることにより、後工程で熱可塑性樹脂を熱分解する際の安定化メソフェーズピッチの軟化が抑制される。 The softening point of the stabilized mesophase pitch obtained by the above stabilizing treatment is remarkably increased. The softening point of the stabilized mesophase pitch is preferably 400 ° C. or higher, more preferably 500 ° C. or higher. When the softening point is 400 ° C. or higher, the softening of the stabilizing mesophase pitch at the time of thermally decomposing the thermoplastic resin in the subsequent step is suppressed.

樹脂複合安定化繊維の形態は、繊維状である場合、50~350dtexであることが好ましく、シート状やその他の形状であれば厚みが10μm~2mmであることが好ましい。 The form of the resin composite stabilized fiber is preferably 50 to 350 dtex when it is fibrous, and preferably 10 μm to 2 mm in thickness when it is in the form of a sheet or other.

次に、上述のようにして得られる樹脂複合安定化繊維を、溶剤ないし水蒸気雰囲気下で加熱して、熱可塑性樹脂を除去する。この工程では、安定化メソフェーズピッチの分解等を抑制しながら、熱可塑性樹脂を除去することにより、残炭の抑制された安定化メソフェーズピッチ変性体を得る。熱可塑性樹脂の除去の条件は、上述したとおりである。 Next, the resin composite stabilized fiber obtained as described above is heated in a solvent or steam atmosphere to remove the thermoplastic resin. In this step, the thermoplastic resin is removed while suppressing the decomposition of the stabilized mesophase pitch to obtain a stabilized mesophase pitch modified product in which the residual coal is suppressed. The conditions for removing the thermoplastic resin are as described above.

本発明の熱可塑性樹脂の除去方法によって製造される安定化メソフェーズピッチ変性体は、熱可塑性樹脂由来の異物(残炭)が生じ難い。具体的には、残炭率が安定化メソフェーズピッチ変性体の質量に対して0.1質量%以下であり、好ましくは0.01質量%以下である。 The stabilized mesophase pitch modified product produced by the method for removing a thermoplastic resin of the present invention is unlikely to generate foreign matter (residual carbon) derived from the thermoplastic resin. Specifically, the residual coal ratio is 0.1% by mass or less, preferably 0.01% by mass or less, based on the mass of the stabilized mesophase pitch modified product.

この範囲にあれば、得られた安定化メソフェーズピッチ変性体を、炭素化工程及び/又は黒鉛化工程を経て炭素繊維としても、熱可塑性樹脂由来のアモルファスカーボンが異物として含まれないため、高物性の極細炭素繊維が提供できる。 Within this range, even if the obtained stabilized mesophase pitch modified product is used as carbon fiber through a carbonization step and / or a graphitization step, the amorphous carbon derived from the thermoplastic resin is not contained as a foreign substance, so that the physical characteristics are high. Ultra-fine carbon fiber can be provided.

以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されない。実施例中の各種測定や分析は、それぞれ以下の方法に従って行った。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples. Various measurements and analyzes in the examples were carried out according to the following methods.

(1)安定化メソフェーズピッチ変性体の形状の確認
走査型電子顕微鏡(株式会社JEOL製 JCM-6000)を用いて観察及び写真撮影を行った。
(1) Confirmation of the shape of the stabilized mesophase pitch modified product Observation and photography were performed using a scanning electron microscope (JCM-6000 manufactured by JEOL Ltd.).

(2)安定化メソフェーズピッチ変性体のXPS測定
X線光電子分光装置(THERMO SCIENTIFIC社製)を用いてNarrow ScanにてN1s軌道由来のスペクトル測定を行った。
(2) XPS measurement of stabilized mesophase pitch modified product Spectral measurement derived from N1s orbital was performed by Narrow Scan using an X-ray photoelectron spectrometer (manufactured by THERMO SCIENTIFIC).

(3)元素分析(窒素、炭素)
元素分析装置 NCH-22F型(株式会社住化分析センター製)を用いて、TCD検出方式にて測定を行った。
(3) Elemental analysis (nitrogen, carbon)
Measurement was performed by the TCD detection method using an elemental analyzer NCH-22F type (manufactured by Sumika Chemical Analysis Service Co., Ltd.).

(4)元素分析(酸素)
元素分析装置 EMGA-920(株式会社堀場製作所製)を用いて、NDIR検出方式にて測定を行った。
(4) Elemental analysis (oxygen)
Measurement was performed by the NDIR detection method using an elemental analyzer EMGA-920 (manufactured by HORIBA, Ltd.).

(5)残炭率
熱可塑性樹脂を除去した後の安定化メソフェーズピッチ変性体の質量(g)をA、熱可塑性樹脂を除去する際の目付(g/m)をB、およびメソフェーズピッチ組成物中の原料メソフェーズピッチの質量比をCとして以下の式を用いて、1mあたりの残炭率を算出した。
残炭率(%)=A/(B×1×C)×100-100
(5) Residual coal rate The mass (g) of the stabilized mesophase pitch modified product after removing the thermoplastic resin is A, the texture (g / m 2 ) when removing the thermoplastic resin is B, and the mesophase pitch composition. Using the following formula with the mass ratio of the raw material mesophase pitch in the product as C, the residual coal ratio per 1 m 2 was calculated.
Residual coal rate (%) = A / (B x 1 x C) x 100-100

[参考例1] (原料メソフェーズピッチの製造方法)
キノリン不溶分を除去した軟化点80℃のコールタールピッチを、Ni-Mo系触媒存在下、圧力13MPa、温度340℃で水添し、水素化コールタールピッチを得た。この水素化コールタールピッチを常圧下、480℃で熱処理した後、減圧して低沸点分を除き、メソフェーズピッチを得た。このメソフェーズピッチを、フィルターを用いて温度340℃でろ過を行い、ピッチ中の異物を取り除き、精製された原料メソフェーズピッチを得た。
[Reference Example 1] (Manufacturing method of raw material mesophase pitch)
A coal tar pitch with a softening point of 80 ° C. from which the quinoline insoluble matter was removed was hydrogenated at a pressure of 13 MPa and a temperature of 340 ° C. in the presence of a Ni—Mo catalyst to obtain a hydrogenated coal tar pitch. This hydrogenated coal tar pitch was heat-treated at 480 ° C. under normal pressure and then reduced in pressure to remove low boiling points to obtain a mesophase pitch. This mesophase pitch was filtered at a temperature of 340 ° C. using a filter to remove foreign substances in the pitch to obtain a purified raw material mesophase pitch.

[参考例2] (樹脂複合繊維の製造方法1)
熱可塑性樹脂として直鎖状低密度ポリエチレン(Exceed(登録商標)1018HA、Exxon Mobil製、MFR=1g/10min)80質量部、及び参考例1で得られた原料メソフェーズピッチ(メソフェーズ率90.9%、軟化点303.5℃)20質量部を同方向二軸押出機(東芝機械株式会社製「TEM-26SS」、バレル温度300℃、窒素気流下)で溶融混練してメソフェーズピッチ組成物を調製した。上記メソフェーズピッチ組成物を、シリンダー式単孔紡糸機を用いて、340℃の紡糸口金より紡糸し、樹脂複合繊維(原料メソフェーズピッチを島成分とし、直鎖状低密度ポリエチレンを海成分とする海島型複合繊維)を作製した。
[Reference Example 2] (Manufacturing method 1 of resin composite fiber)
As a thermoplastic resin, 80 parts by mass of linear low-density polyethylene (Exceed® 1018HA, ExxonMobil, MFR = 1 g / 10 min), and the raw material mesophase pitch obtained in Reference Example 1 (mesophase ratio 90.9%). , Softening point 303.5 ° C) 20 parts by mass is melt-kneaded with a twin-screw extruder in the same direction (“TEM-26SS” manufactured by Toshiba Machinery Co., Ltd., barrel temperature 300 ° C, under nitrogen stream) to prepare a mesophase pitch composition. did. The above mesophase pitch composition is spun from a spinneret at 340 ° C. using a cylinder type single-hole spinning machine, and a resin composite fiber (a sea island containing the raw material mesophase pitch as an island component and linear low-density polyethylene as a sea component). Mold composite fiber) was produced.

[参考例3] (樹脂複合繊維の製造方法2)
直鎖状低密度ポリエチレンを60質量部、原料メソフェーズピッチを40質量部とし、紡糸口金360℃とした以外は参考例2と同様に樹脂複合繊維を作製した。
[Reference Example 3] (Manufacturing method 2 of resin composite fiber)
A resin composite fiber was produced in the same manner as in Reference Example 2 except that the linear low-density polyethylene was 60 parts by mass, the raw material mesophase pitch was 40 parts by mass, and the spinneret was 360 ° C.

[参考例4] (樹脂複合安定化繊維の製造方法1)
参考例2で得られた樹脂複合繊維2.5kgを反応容器(容積33L)に仕込み、室温下、反応容器系内に二酸化窒素を含む混合ガスを300分間かけて導入した。これにより、原料メソフェーズピッチを安定化させ、樹脂複合安定化繊維を得た。
[Reference Example 4] (Manufacturing method 1 of resin composite stabilized fiber)
2.5 kg of the resin composite fiber obtained in Reference Example 2 was charged into a reaction vessel (volume 33 L), and a mixed gas containing nitrogen dioxide was introduced into the reaction vessel system at room temperature over 300 minutes. As a result, the raw material mesophase pitch was stabilized, and a resin composite stabilized fiber was obtained.

[参考例5] (樹脂複合安定化繊維の製造方法2)
参考例3で得られた樹脂複合繊維2.5kgを反応容器(容積33L)に仕込み、室温下、反応容器系内に二酸化窒素を含む混合ガスを720分間かけて導入した。これにより、原料メソフェーズピッチを安定化させ、樹脂複合安定化繊維を得た。
[Reference Example 5] (Manufacturing method 2 of resin composite stabilized fiber)
2.5 kg of the resin composite fiber obtained in Reference Example 3 was charged into a reaction vessel (volume 33 L), and a mixed gas containing nitrogen dioxide was introduced into the reaction vessel system at room temperature over 720 minutes. As a result, the raw material mesophase pitch was stabilized, and a resin composite stabilized fiber was obtained.

[実施例1]
参考例4で得られた複合安定化繊維を、フラスコに仕込み、溶剤としてのシクロヘキサン中で、50℃、1時間加熱することにより、熱可塑性樹脂を除去して安定化メソフェーズピッチ変性体を得た。この時の平均繊維径は280nmであった。また、得られた安定化メソフェーズピッチ変性体の質量より残炭率を求めたところ0%であった。
この繊維状の安定化メソフェーズピッチ変性体を元素分析法で測定したところ、酸素Oと炭素Cの元素組成比(O/C)が0.12であり、窒素Nと炭素Cの元素組成比(N/C)が0.03であった。また、X線光電子分光法で測定されたN1s軌道由来のピークを確認したところ、ピリジン型の芳香族N(398eV)、及びピロール型芳香族NH(400eV)のピークが観察された。
得られたメソフェーズピッチ変性体を炭素繊維としたところ、熱可塑性樹脂由来のアモルファスカーボンが異物として含まれていないものが得られた。
[Example 1]
The composite stabilized fiber obtained in Reference Example 4 was placed in a flask and heated at 50 ° C. for 1 hour in cyclohexane as a solvent to remove the thermoplastic resin and obtain a stabilized mesophase pitch modified product. .. The average fiber diameter at this time was 280 nm. Further, the residual coal ratio was calculated from the mass of the obtained stabilized mesophase pitch modified product and found to be 0%.
When this fibrous stabilized mesophase pitch modified product was measured by an elemental analysis method, the elemental composition ratio (O / C) of oxygen O and carbon C was 0.12, and the elemental composition ratio of nitrogen N and carbon C (elemental composition ratio) ( N / C) was 0.03. Moreover, when the peak derived from the N1s orbital measured by X-ray photoelectron spectroscopy was confirmed, the peaks of the pyridine type aromatic N (398 eV) and the pyrrole type aromatic NH (400 eV) were observed.
When the obtained mesophase pitch modified product was used as carbon fiber, one in which amorphous carbon derived from a thermoplastic resin was not contained as a foreign substance was obtained.

[比較例1]
参考例4で得られた複合安定化繊維を、フラスコに仕込み、シクロヘキサン中で、50℃、0.017時間加熱することにより、熱可塑性樹脂を除去して安定化メソフェーズピッチ変性体を得た。この安定化メソフェーズピッチ変性体の電子顕微鏡写真を図4、5に示した。繊維状の安定化メソフェーズピッチ変性体が存在していることは確認されたが、一方で熱可塑性樹脂が残存している様子が観察された。この時の平均繊維径は350nmであった。また、得られた安定化メソフェーズピッチ変性体の質量より残炭率を求めたところ15%であった。
この繊維状の安定化メソフェーズピッチ変性体を元素分析法で測定したところ、酸素Oと炭素Cの元素組成比(O/C)が0.07であり、窒素Nと炭素Cの元素組成比(N/C)が0.01であった。また、X線光電子分光法で測定されたN1s軌道由来のピークを確認したところ、ピリジン型の芳香族N(398eV)、及びピロール型芳香族NH(400eV)のピークが観察されなかった。
得られたメソフェーズピッチ変性体を炭素繊維としたところ、熱可塑性樹脂由来のアモルファスカーボンが異物として含まれていた。
[Comparative Example 1]
The composite stabilized fiber obtained in Reference Example 4 was placed in a flask and heated in cyclohexane at 50 ° C. for 0.017 hours to remove the thermoplastic resin to obtain a stabilized mesophase pitch modified product. Electron micrographs of this stabilized mesophase pitch denatured product are shown in FIGS. 4 and 5. It was confirmed that the fibrous stabilized mesophase pitch modified product was present, but on the other hand, it was observed that the thermoplastic resin remained. The average fiber diameter at this time was 350 nm. Further, the residual coal ratio was calculated from the mass of the obtained stabilized mesophase pitch modified product and found to be 15%.
When this fibrous stabilized mesophase pitch modified product was measured by an elemental analysis method, the elemental composition ratio (O / C) of oxygen O and carbon C was 0.07, and the elemental composition ratio of nitrogen N and carbon C (elemental composition ratio) ( N / C) was 0.01. Moreover, when the peak derived from the N1s orbital measured by X-ray photoelectron spectroscopy was confirmed, the peaks of the pyridine type aromatic N (398 eV) and the pyrrole type aromatic NH (400 eV) were not observed.
When the obtained mesophase pitch modified product was used as carbon fiber, amorphous carbon derived from a thermoplastic resin was contained as a foreign substance.

[実施例2]
参考例4で得られた複合安定化繊維を、目付けが540g/mになるようSUS304製の金網に載置して炉に仕込み、水蒸気雰囲気下、500℃(炉の設定温度)、0.08時間加熱することにより、熱可塑性樹脂を除去して繊維状の安定化メソフェーズピッチ変性体を得た。なお、複合安定化繊維を炉に入れた直後の水蒸気雰囲気は100体積%であり、樹脂の除去とともに、水蒸気雰囲気は98体積%となった(2体積%は樹脂の分解ガス)。この繊維状の安定化メソフェーズピッチ変性体の電子顕微鏡写真を図1に示したが、熱可塑性樹脂が残存していない様子が観察された。この時の平均繊維径は267nmであった。また、得られた安定化メソフェーズピッチ変性体の質量より残炭率を求めたところ0%であった。なお、図1からわかるように、得られた安定化メソフェーズピッチ変性体は凝集した凝集体や束状のものは見られず、きれいに分散していた。
この繊維状の安定化メソフェーズピッチ変性体を元素分析法で測定したところ、酸素Oと炭素Cの元素組成比(O/C)が0.11であり、窒素Nと炭素Cの元素組成比(N/C)が0.03であった。また、X線光電子分光法で測定されたN1s軌道由来のピークを図2に示したが、ピリジン型の芳香族N(398eV)、及びピロール型芳香族NH(400eV)のピークが観察された。
得られたメソフェーズピッチ変性体を炭素繊維としたところ、熱可塑性樹脂由来のアモルファスカーボンが異物として含まれていないものが得られた。
[Example 2]
The composite stabilized fiber obtained in Reference Example 4 was placed on a wire mesh made of SUS304 so as to have a grain size of 540 g / m 2 , and charged into a furnace. By heating for 08 hours, the thermoplastic resin was removed to obtain a fibrous stabilized mesophase pitch modified product. The water vapor atmosphere immediately after the composite stabilized fiber was placed in the furnace was 100% by volume, and the water vapor atmosphere became 98% by volume with the removal of the resin (2% by volume is the decomposition gas of the resin). An electron micrograph of this fibrous stabilized mesophase pitch modified product is shown in FIG. 1, and it was observed that no thermoplastic resin remained. The average fiber diameter at this time was 267 nm. Further, the residual coal ratio was calculated from the mass of the obtained stabilized mesophase pitch modified product and found to be 0%. As can be seen from FIG. 1, the obtained stabilized mesophase pitch denaturants were not found to be aggregated or bundled, and were dispersed neatly.
When this fibrous stabilized mesophase pitch modified product was measured by an elemental analysis method, the elemental composition ratio (O / C) of oxygen O and carbon C was 0.11, and the elemental composition ratio of nitrogen N and carbon C (elemental composition ratio) ( N / C) was 0.03. Moreover, the peak derived from the N1s orbital measured by X-ray photoelectron spectroscopy is shown in FIG. 2, and the peaks of the pyridine-type aromatic N (398 eV) and the pyrrole-type aromatic NH (400 eV) were observed.
When the obtained mesophase pitch modified product was used as carbon fiber, one in which amorphous carbon derived from a thermoplastic resin was not contained as a foreign substance was obtained.

[実施例3]
参考例5で得られた複合安定化繊維を、目付けが1350g/mになるように載置して炉に仕込み、水蒸気雰囲気下、500℃、0.17時間加熱することにより、熱可塑性樹脂を除去して繊維状の安定化メソフェーズピッチ変性体を得た。なお、複合安定化繊維を炉に入れた直後の水蒸気雰囲気は100体積%であり、樹脂の除去とともに、水蒸気雰囲気は96.5体積%となった(3.5体積%は樹脂の分解ガス)。この繊維状の安定化メソフェーズピッチ変性体の電子顕微鏡写真を図3に示したが、熱可塑性樹脂が残存していない様子が観察された。この時の平均繊維径は380nmであった。また、得られた安定化メソフェーズピッチ変性体の質量より残炭率を求めたところ0%であった。
この繊維状の安定化メソフェーズピッチ変性体を元素分析法で測定したところ、酸素Oと炭素Cの元素組成比(O/C)が0.11であり、窒素Nと炭素Cの元素組成比(N/C)が0.04であった。また、X線光電子分光法で測定されたN1s軌道由来のピークを確認したところ、ピリジン型の芳香族N(398eV)、及びピロール型芳香族NH(400eV)のピークが観察された。
得られたメソフェーズピッチ変性体を炭素繊維としたところ、熱可塑性樹脂由来のアモルファスカーボンが異物として含まれていないものが得られた。
[Example 3]
The composite stabilized fiber obtained in Reference Example 5 was placed in a furnace so as to have a texture of 1350 g / m 2 , and heated at 500 ° C. for 0.17 hours in a steam atmosphere to obtain a thermoplastic resin. Was removed to obtain a fibrous stabilized mesophase pitch modified product. The water vapor atmosphere immediately after the composite stabilized fiber was placed in the furnace was 100% by volume, and the water vapor atmosphere became 96.5% by volume with the removal of the resin (3.5% by volume is the decomposition gas of the resin). .. An electron micrograph of this fibrous stabilized mesophase pitch modified product is shown in FIG. 3, and it was observed that no thermoplastic resin remained. The average fiber diameter at this time was 380 nm. Further, the residual coal ratio was calculated from the mass of the obtained stabilized mesophase pitch modified product and found to be 0%.
When this fibrous stabilized mesophase pitch modified product was measured by an elemental analysis method, the elemental composition ratio (O / C) of oxygen O and carbon C was 0.11, and the elemental composition ratio of nitrogen N and carbon C (elemental composition ratio) ( N / C) was 0.04. Moreover, when the peak derived from the N1s orbital measured by X-ray photoelectron spectroscopy was confirmed, the peaks of the pyridine type aromatic N (398 eV) and the pyrrole type aromatic NH (400 eV) were observed.
When the obtained mesophase pitch modified product was used as carbon fiber, one in which amorphous carbon derived from a thermoplastic resin was not contained as a foreign substance was obtained.

Claims (7)

熱可塑性樹脂中に原料メソフェーズピッチを分散して、熱可塑性樹脂と原料メソフェーズピッチとの混合物から成るメソフェーズピッチ組成物を得、
前記メソフェーズピッチ組成物を溶融紡糸又は溶融製膜して前記メソフェーズピッチ組成物に含まれる前記原料メソフェーズピッチを伸長して繊維形態に成形し、
次いで、前記原料メソフェーズピッチに対して安定化処理を行い、前記熱可塑性樹脂と、安定化メソフェーズピッチと、から成る複合体を得、
前記複合体を、水蒸気雰囲気下で加熱することにより、前記複合体から前記熱可塑性樹脂を熱分解して除去することを特徴とする、
元素分析法で測定される酸素Oと炭素Cの元素組成比(O/C)が0.1~0.3であって、窒素Nと炭素Cの元素組成比(N/C)が0.02~0.1であり、かつX線光電子分光法で測定されるN1s軌道由来のピークがピリジン型の芳香族N(398eV)とピロール型芳香族NH(400eV)とを含む安定化メソフェーズピッチ変性体の製造方法。
The raw material mesophase pitch is dispersed in the thermoplastic resin to obtain a mesophase pitch composition composed of a mixture of the thermoplastic resin and the raw material mesophase pitch.
The mesophase pitch composition is melt-spun or melt-formed to extend the raw material mesophase pitch contained in the mesophase pitch composition and form it into a fiber form.
Next, the raw material mesophase pitch was subjected to a stabilization treatment to obtain a complex composed of the thermoplastic resin and the stabilized mesophase pitch.
By heating the complex in a steam atmosphere, the thermoplastic resin is thermally decomposed and removed from the complex .
The elemental composition ratio (O / C) of oxygen O and carbon C measured by the elemental analysis method is 0.1 to 0.3, and the elemental composition ratio (N / C) of nitrogen N and carbon C is 0. Stabilized mesophase pitch modification with a peak of 02 to 0.1 and from the N1s orbital measured by X-ray photoelectron spectroscopy containing pyridine-type aromatic N (398 eV) and pyrrole-type aromatic NH (400 eV). How to make a body.
水蒸気雰囲気下での加熱温度が350~600℃であり、加熱時間が0.01~5時間である、請求項1に記載の安定化メソフェーズピッチ変性体の製造方法。 The method for producing a stabilized mesophase pitch modified product according to claim 1, wherein the heating temperature in a steam atmosphere is 350 to 600 ° C. and the heating time is 0.01 to 5 hours. 前記複合体が、前記熱可塑性樹脂100質量部と、前記熱可塑性樹脂100質量部に対して前記安定化メソフェーズピッチが1~150質量部と、から成る複合体である、請求項1又は2に記載の安定化メソフェーズピッチ変性体の製造方法。 The composite according to claim 1 or 2, wherein the composite is composed of 100 parts by mass of the thermoplastic resin and 1 to 150 parts by mass of the stabilized mesophase pitch with respect to 100 parts by mass of the thermoplastic resin. The method for producing a stabilized mesophase pitch modified product according to the above. 前記水蒸気雰囲気が、酸素濃度が50体積ppm以下の水蒸気雰囲気である、請求項1~3のいずれか1項に記載の安定化メソフェーズピッチ変性体の製造方法。 The method for producing a stabilized mesophase pitch modified product according to any one of claims 1 to 3, wherein the water vapor atmosphere is a water vapor atmosphere having an oxygen concentration of 50 parts by volume or less. 前記複合体が、前記熱可塑性樹脂中に前記安定化メソフェーズピッチが分散して成る複合体である、請求項1~4のいずれか1項に記載の安定化メソフェーズピッチ変性体の製造方法。 The method for producing a stabilized mesophase pitch modified product according to any one of claims 1 to 4, wherein the composite is a composite in which the stabilized mesophase pitch is dispersed in the thermoplastic resin. 前記複合体の目付けが20000g/m以下である請求項1~5のいずれか1項に記載の安定化メソフェーズピッチ変性体の製造方法。 The method for producing a stabilized mesophase pitch modified product according to any one of claims 1 to 5, wherein the complex has a basis weight of 20000 g / m 2 or less. 前記複合体の目付けX(kg/m)と、加熱時間Y(分)と、が下式(1)
Y≧2.5X+3 ・・・(式1)
を満たす請求項1~6のいずれか1項に記載の安定化メソフェーズピッチ変性体の製造方法。
The basis weight X (kg / m 2 ) of the complex and the heating time Y (minutes) are given by the following formula (1).
Y ≧ 2.5X + 3 ・ ・ ・ (Equation 1)
The method for producing a stabilized mesophase pitch modified product according to any one of claims 1 to 6.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2535590B2 (en) * 1988-02-05 1996-09-18 新日本製鐵株式会社 Method for producing mesophase pitch carbon fiber
JPH04218590A (en) * 1990-08-06 1992-08-10 Koa Oil Co Ltd Production of elastic graphite

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017008429A (en) 2015-06-18 2017-01-12 帝人株式会社 Method for producing ultra fine carbon fiber and ultra fine carbon fiber, and carbon-based auxiliary conductive agent containing the ultra fine carbon fiber

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