JPH02252798A - 等方性ピッチからメソフェーズピッチを生成する方法 - Google Patents
等方性ピッチからメソフェーズピッチを生成する方法Info
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- JPH02252798A JPH02252798A JP1268863A JP26886389A JPH02252798A JP H02252798 A JPH02252798 A JP H02252798A JP 1268863 A JP1268863 A JP 1268863A JP 26886389 A JP26886389 A JP 26886389A JP H02252798 A JPH02252798 A JP H02252798A
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10C—WORKING-UP PITCH, ASPHALT, BITUMEN, TAR; PYROLIGNEOUS ACID
- C10C3/00—Working-up pitch, asphalt, bitumen
- C10C3/08—Working-up pitch, asphalt, bitumen by selective extraction
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10C—WORKING-UP PITCH, ASPHALT, BITUMEN, TAR; PYROLIGNEOUS ACID
- C10C3/00—Working-up pitch, asphalt, bitumen
- C10C3/002—Working-up pitch, asphalt, bitumen by thermal means
-
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- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10C—WORKING-UP PITCH, ASPHALT, BITUMEN, TAR; PYROLIGNEOUS ACID
- C10C3/00—Working-up pitch, asphalt, bitumen
- C10C3/02—Working-up pitch, asphalt, bitumen by chemical means reaction
- C10C3/04—Working-up pitch, asphalt, bitumen by chemical means reaction by blowing or oxidising, e.g. air, ozone
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
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Description
【発明の詳細な説明】
[関連出願]
本件出願は1987年11月27日付出願の米国特許出
願第125.988号の部分継続であり、この米国特許
出願第125,968号は既に放棄されている。
願第125.988号の部分継続であり、この米国特許
出願第125,968号は既に放棄されている。
[産業上の利用分野]
本発明は、カーボンファイバーの製造に適当な、約50
%から100%の範囲の中間相(sesophase
)内容物を有する炭質ピッチ生成物を生成する改良され
たプロセスに関する。より具体的には、本発明は、等方
性ピッチを調製するように、高温下において原料を酸化
ガスに接触させ、次にカーボンファイバーの製造に適当
な中間相ピッチ生成物を回収するように、等方性ピッチ
の溶媒分留を行うことにより、高強度カーボンファイバ
ーを生成することが可能な中間相含有ピッチを作成する
プロセスに関する。
%から100%の範囲の中間相(sesophase
)内容物を有する炭質ピッチ生成物を生成する改良され
たプロセスに関する。より具体的には、本発明は、等方
性ピッチを調製するように、高温下において原料を酸化
ガスに接触させ、次にカーボンファイバーの製造に適当
な中間相ピッチ生成物を回収するように、等方性ピッチ
の溶媒分留を行うことにより、高強度カーボンファイバ
ーを生成することが可能な中間相含有ピッチを作成する
プロセスに関する。
[従来の技術]
望ましい弾性係数、引張り強度、及び伸長性を有するカ
ーボンファイバーの製造に適当な、中間相含有ピッチへ
の、炭質ピッチ供給材料の変換に関して、近年広範囲に
亘る特許文献が展開されている。
ーボンファイバーの製造に適当な、中間相含有ピッチへ
の、炭質ピッチ供給材料の変換に関して、近年広範囲に
亘る特許文献が展開されている。
米国特許第4,209.500号(チワステアクに対し
て付与)は、カーボンファイバーの製造に使用可能な高
中間相ピッチの生成に関する。この特許は、カーボンフ
ァイバーの生成に適当な中間相ピッチを生成する為のプ
ロセスに関する一連の特許の内の1つである。上記各特
許は、広義には、カーボンファイバーの製造の為のより
適当なピッチ生成物を生成する為、撹拌しながら及び/
または不活性ガスを通しながら、炭質フィードを熱処理
若しくは熱浸漬することを含む。
て付与)は、カーボンファイバーの製造に使用可能な高
中間相ピッチの生成に関する。この特許は、カーボンフ
ァイバーの生成に適当な中間相ピッチを生成する為のプ
ロセスに関する一連の特許の内の1つである。上記各特
許は、広義には、カーボンファイバーの製造の為のより
適当なピッチ生成物を生成する為、撹拌しながら及び/
または不活性ガスを通しながら、炭質フィードを熱処理
若しくは熱浸漬することを含む。
上記チワステアク特許において述べられているように、
ルイ、ス等に付与された先行の米国特許第3.978.
729号及び第4.017,327号は、熱処理中、炭
質出発物質を撹拌することを含む。熱処理中の不活性散
布ガスの使用はマツクヘンリーに付与された米国特許第
3.974.2B4号及び4,026,788号におい
て見出だされる。不活性ガスで散布しながら出発物質を
撹拌することはまた、上記マツクヘンリーの特許に開示
される。
ルイ、ス等に付与された先行の米国特許第3.978.
729号及び第4.017,327号は、熱処理中、炭
質出発物質を撹拌することを含む。熱処理中の不活性散
布ガスの使用はマツクヘンリーに付与された米国特許第
3.974.2B4号及び4,026,788号におい
て見出だされる。不活性ガスで散布しながら出発物質を
撹拌することはまた、上記マツクヘンリーの特許に開示
される。
米国特許第4.277.324号(グリーンウッド)は
、溶媒分留による等方性ピッチの異方性(中間相)ピッ
チへの変換を開示する。等方性ピッチは先ず、有機融剤
と混合される。融剤混合物中の懸濁不溶固体は次に、濾
過のような物理的な手段により除去される。固体除去融
剤液体は次に、抗溶剤で処理され、中間相ピッチが沈殿
される。上記特許は更に、溶媒分留に先立ち、350℃
−450℃で等方性ピッチを熱浸漬することをも開示す
る。
、溶媒分留による等方性ピッチの異方性(中間相)ピッ
チへの変換を開示する。等方性ピッチは先ず、有機融剤
と混合される。融剤混合物中の懸濁不溶固体は次に、濾
過のような物理的な手段により除去される。固体除去融
剤液体は次に、抗溶剤で処理され、中間相ピッチが沈殿
される。上記特許は更に、溶媒分留に先立ち、350℃
−450℃で等方性ピッチを熱浸漬することをも開示す
る。
米国特許第4.283.269号(グリーンウッド)は
、熱浸漬工程が融剤処理されたピッチに対してされる点
を除いて、米国特許第4.277.324号に類似のプ
ロセスを開示する。
、熱浸漬工程が融剤処理されたピッチに対してされる点
を除いて、米国特許第4.277.324号に類似のプ
ロセスを開示する。
日本特許85090/85は、中間相ピッチを調製する
為に、酸化ガスの存在下において、炭質フィードを35
0−500℃に加熱することを開示する。
為に、酸化ガスの存在下において、炭質フィードを35
0−500℃に加熱することを開示する。
米国特許第4.484,248号(ディッカキアン)は
、等方性ピッチの触媒熱浸漬調製を開示し、ここで上記
ピッチは次に中間相を生成する為に溶媒分留される。
、等方性ピッチの触媒熱浸漬調製を開示し、ここで上記
ピッチは次に中間相を生成する為に溶媒分留される。
米国特許第3.595.946号(ジジー等)及び米国
特許第4.088.737号(ロマプアセク)は、カー
ボンファイバーの作成に使用される重質等方性ピッチを
生成する為、エアーのような酸化反応性材料の使用につ
いて言及している。
特許第4.088.737号(ロマプアセク)は、カー
ボンファイバーの作成に使用される重質等方性ピッチを
生成する為、エアーのような酸化反応性材料の使用につ
いて言及している。
米国特許第4,474.617号(ネムラ等)は、改良
されたカーボンファイバーを生成する為、200−35
0℃の温度において、酸化ガスにより低中間相内容物ピ
ッチを処理することを開示する。
されたカーボンファイバーを生成する為、200−35
0℃の温度において、酸化ガスにより低中間相内容物ピ
ッチを処理することを開示する。
従って、従来の技術は、溶媒分留において中間相ピッチ
を産出する等方性ピッチを形成する為、フィードを熱浸
漬することが知られていることを示している。
を産出する等方性ピッチを形成する為、フィードを熱浸
漬することが知られていることを示している。
[発明の要約]
本発明によれば、中間相ピッチが実質的にない炭質原料
が適当な条件(高温を含む)下で酸化ガスと接触すると
、等方性ピッチを含有する生成物が形成されるが、それ
以上中間相ピッチに変換されないことが見出だされてい
る。その後、等方性ピッチ生成物は溶媒分留され、光学
異方性により測定される、50−100体積%の中間相
を含有するピッチ生成物が得られる。酸化ガスは加熱工
程中、溶媒分留可能な中間相フォーマの形成を促す。溶
媒分留からのピッチ生成物は高引張り応力及び高引張り
強度を有するファイバーを提供する。本発明の2工程実
施例において、炭質原料は低温度レベルで酸化ガスと接
触し、その結果得られた等方性ピッチ生成物は溶媒分留
に先立って、高温で熱浸漬を受ける。この熱浸漬は非酸
化散布ガスの存在若しくは不存在のいずれかにおいて、
溶融相内で実施される。溶融相の使用は、実質的に全ピ
ッチが散布ガスと接触することを可能とすると共に、上
記溶融ピッチが実質的に連続的な溶融相を提供すること
を可能とする。従って、本発明は、少ない時間で等量の
中間相を産出する為に、中間相形成の酸化促進を利用す
る。
が適当な条件(高温を含む)下で酸化ガスと接触すると
、等方性ピッチを含有する生成物が形成されるが、それ
以上中間相ピッチに変換されないことが見出だされてい
る。その後、等方性ピッチ生成物は溶媒分留され、光学
異方性により測定される、50−100体積%の中間相
を含有するピッチ生成物が得られる。酸化ガスは加熱工
程中、溶媒分留可能な中間相フォーマの形成を促す。溶
媒分留からのピッチ生成物は高引張り応力及び高引張り
強度を有するファイバーを提供する。本発明の2工程実
施例において、炭質原料は低温度レベルで酸化ガスと接
触し、その結果得られた等方性ピッチ生成物は溶媒分留
に先立って、高温で熱浸漬を受ける。この熱浸漬は非酸
化散布ガスの存在若しくは不存在のいずれかにおいて、
溶融相内で実施される。溶融相の使用は、実質的に全ピ
ッチが散布ガスと接触することを可能とすると共に、上
記溶融ピッチが実質的に連続的な溶融相を提供すること
を可能とする。従って、本発明は、少ない時間で等量の
中間相を産出する為に、中間相形成の酸化促進を利用す
る。
[実施例]
本発明のプロセスにおいて使用される炭質原料は、ピッ
チとして示される望ましい材料を含む、重質芳香族石油
留分及び石炭由来重質炭化水素留分である。使用される
原料の全ては、実質的に中間相ピッチを含まない。
チとして示される望ましい材料を含む、重質芳香族石油
留分及び石炭由来重質炭化水素留分である。使用される
原料の全ては、実質的に中間相ピッチを含まない。
ここで使用される用語「ピッチ」は、石油ピッチ、ナフ
サの分解工業において副生物として得られる天然アスフ
ァルト及び重質オイル、石油アスファルトから得られる
高カーボン含有ピッチ、並びに種々の工業生成プロセス
において副生物として生成されるピッチの特性を有する
他の物質を意味する。用語「石油ピッチ」は石油蒸留分
若しくは残分の熱及び触媒分解から得られる残さい炭質
材料を示す。
サの分解工業において副生物として得られる天然アスフ
ァルト及び重質オイル、石油アスファルトから得られる
高カーボン含有ピッチ、並びに種々の工業生成プロセス
において副生物として生成されるピッチの特性を有する
他の物質を意味する。用語「石油ピッチ」は石油蒸留分
若しくは残分の熱及び触媒分解から得られる残さい炭質
材料を示す。
用語「異方性ピッチ若しくは中間相ピッチ」は、相互作
用により連係して光学的に秩序のある液晶を形成してい
る芳香族構造を有する分子からなるピッチを意味する。
用により連係して光学的に秩序のある液晶を形成してい
る芳香族構造を有する分子からなるピッチを意味する。
用語「等方性ピッチ」は、光学的に秩序のある液晶に整
一していない分子からなるピッチを意味する。
一していない分子からなるピッチを意味する。
用語「樹脂」は中間相形成材料若しくは中間相先駆物の
存在を示すのに使用される。樹脂の存在は、一般的にピ
ッチの不溶物含量に直接関係し、即ち、ペンタン若しく
はトルエン不溶物含量はピッチの樹脂内容物に直接関係
する。
存在を示すのに使用される。樹脂の存在は、一般的にピ
ッチの不溶物含量に直接関係し、即ち、ペンタン若しく
はトルエン不溶物含量はピッチの樹脂内容物に直接関係
する。
一般的に、高度の芳香族性を有する原料は本発明を実施
するのに適当である。核磁気共鳴分光学により測定され
る、約40%から約90%の芳香族カーボン含量を有す
る炭質ピッチはこのプロセスにおいて特に有用である。
するのに適当である。核磁気共鳴分光学により測定され
る、約40%から約90%の芳香族カーボン含量を有す
る炭質ピッチはこのプロセスにおいて特に有用である。
また、上記ピッチを含有する若しくは上記ピッチに変換
可能な高沸点高芳香族流も有用である。
可能な高沸点高芳香族流も有用である。
重量ベースにおいて、有用な原料は約88%がら約93
%の炭素と、約9%がら約4%の水素を含むであろう。
%の炭素と、約9%がら約4%の水素を含むであろう。
数少ないが、硫黄及び窒素のような炭素及び水素以外の
元素も通常上記ピッチ内に存在するが、これらの他の元
素は原料の約5重量%をことが超えないことが重要であ
る。またこれらの有用な原料は典型的には、約200か
ら1000の単位の平均分子重量を有するであろう。
元素も通常上記ピッチ内に存在するが、これらの他の元
素は原料の約5重量%をことが超えないことが重要であ
る。またこれらの有用な原料は典型的には、約200か
ら1000の単位の平均分子重量を有するであろう。
通常、いかなる石油若しくは石炭由来重質炭水化物留分
は本発明のプロセスにおいて炭質原料として使用可能で
ある。石油ピッチに加えて適当な原料は、重質芳香族石
油流、エチレン分解タール、石炭由来物、石油熱タール
、流体触媒分解樹脂、及び65G−950°Fの沸点を
有する芳香族残分である。石油ピッチ型のフィードの使
用が望ましい。
は本発明のプロセスにおいて炭質原料として使用可能で
ある。石油ピッチに加えて適当な原料は、重質芳香族石
油流、エチレン分解タール、石炭由来物、石油熱タール
、流体触媒分解樹脂、及び65G−950°Fの沸点を
有する芳香族残分である。石油ピッチ型のフィードの使
用が望ましい。
前述の如く、溶媒分留を受けるように等方性ピッチを調
製する為のプロセスは1工程により、即ち、約320°
F以上の高温下における酸化処理で実施可能である。代
わりに、本発明は2工程で実施可能で、即ち、先ず低温
度(約320°F以下)で酸化処理され、次に、散布非
酸化ガスの使用若しくは不使用を伴って、ピッチを溶融
するのに十分な高温度(約820″F以上)で熱浸漬さ
れ、そして溶媒分留を受けさせる。いずれのプロセスを
使用しても、炭質原料の酸化処理の為の望ましいガスは
、空気若しくは酸素及び窒素の他の混合物である。
製する為のプロセスは1工程により、即ち、約320°
F以上の高温下における酸化処理で実施可能である。代
わりに、本発明は2工程で実施可能で、即ち、先ず低温
度(約320°F以下)で酸化処理され、次に、散布非
酸化ガスの使用若しくは不使用を伴って、ピッチを溶融
するのに十分な高温度(約820″F以上)で熱浸漬さ
れ、そして溶媒分留を受けさせる。いずれのプロセスを
使用しても、炭質原料の酸化処理の為の望ましいガスは
、空気若しくは酸素及び窒素の他の混合物である。
オゾン、過酸化水素、二酸化窒素、ぎ酸蒸気、及び塩化
水素蒸気のような酸素(02)以外のガスもまた本プロ
セスにおける酸化成分として使用可能である。これらの
酸化ガスは、単独で、或いは窒素、アルゴン、キセノン
、ヘリウム、メタン、炭化水素ベース燃焼ガス、スチー
ム、及びこれらの混合物のような、不活性(非酸化性と
いう意味で)成分と混合されて使用可能である。通常、
適当な酸化成分と共に、あるガス流若しくは種々のガス
混合流が使用され、原料分子との反応が、樹脂含量(中
間相先駆物)が増加した炭質材料を提供するが、しかし
中間相ピッチに変換されないようにように生じるように
なっている。
水素蒸気のような酸素(02)以外のガスもまた本プロ
セスにおける酸化成分として使用可能である。これらの
酸化ガスは、単独で、或いは窒素、アルゴン、キセノン
、ヘリウム、メタン、炭化水素ベース燃焼ガス、スチー
ム、及びこれらの混合物のような、不活性(非酸化性と
いう意味で)成分と混合されて使用可能である。通常、
適当な酸化成分と共に、あるガス流若しくは種々のガス
混合流が使用され、原料分子との反応が、樹脂含量(中
間相先駆物)が増加した炭質材料を提供するが、しかし
中間相ピッチに変換されないようにように生じるように
なっている。
1工程の酸化プロセスにおいて使用される温度は、32
0℃以上で、約100時間度であり、ここでピッチは溶
融状態で、実質的に連続的な溶融相を提供すると共に、
散布ガスにより実質的に全ピッチを接触可能とする。望
ましくは酸化プロセス温度範囲は約350℃−約400
℃である。使用酸化ガス量は、少なくともフィード1ポ
ンド当たり0,1SCPHで、望ましくは、約1.0−
2O8CF11である。酸化ガスによる散布は、大気若
しくは約1−3気圧のような幾分加圧状態で実施され、
しかし所望と在れば、より高い若しくは低い圧力も使用
可能である。散布時間は、原料、ガス供給量、及び散布
温度に依存して大きく変化するであろう。望ましくは、
上記散布時間は約2−約2θ時間である。上記散布時間
は過度とならないことが重要で、何故なら、使用温度に
おける過度な時間に亘る酸化は、所望の等方性生成物よ
りもむしろ中間相ピッチ若しくはコークス生成物を生成
するからである。
0℃以上で、約100時間度であり、ここでピッチは溶
融状態で、実質的に連続的な溶融相を提供すると共に、
散布ガスにより実質的に全ピッチを接触可能とする。望
ましくは酸化プロセス温度範囲は約350℃−約400
℃である。使用酸化ガス量は、少なくともフィード1ポ
ンド当たり0,1SCPHで、望ましくは、約1.0−
2O8CF11である。酸化ガスによる散布は、大気若
しくは約1−3気圧のような幾分加圧状態で実施され、
しかし所望と在れば、より高い若しくは低い圧力も使用
可能である。散布時間は、原料、ガス供給量、及び散布
温度に依存して大きく変化するであろう。望ましくは、
上記散布時間は約2−約2θ時間である。上記散布時間
は過度とならないことが重要で、何故なら、使用温度に
おける過度な時間に亘る酸化は、所望の等方性生成物よ
りもむしろ中間相ピッチ若しくはコークス生成物を生成
するからである。
2工程プロセスの酸化工程において使用される温度は、
1工程プロセスにおいて使用されるそれよりも低いが、
ピッチはやはり溶融相で処理される。通常約2(ロ)℃
−約350℃の温度が使用され、望ましくは約250℃
−約320℃の温度が使用される。酸化ガス量はまた、
フィード1ポンド当たりG、I 5CFHで、望ましく
は、約1.0−約20SCF11である。ピッチは溶融
物として処理される為、ピッチとガスとの間が実質的に
全体で制御され、「局部流れ」が極力回避される。使用
される圧力は、1工程プロセスのそれと概ね同じである
。酸化ガスによる散布時間は、使用される他のプロセス
の条件の変化に依存して、約2−約100時間となる。
1工程プロセスにおいて使用されるそれよりも低いが、
ピッチはやはり溶融相で処理される。通常約2(ロ)℃
−約350℃の温度が使用され、望ましくは約250℃
−約320℃の温度が使用される。酸化ガス量はまた、
フィード1ポンド当たりG、I 5CFHで、望ましく
は、約1.0−約20SCF11である。ピッチは溶融
物として処理される為、ピッチとガスとの間が実質的に
全体で制御され、「局部流れ」が極力回避される。使用
される圧力は、1工程プロセスのそれと概ね同じである
。酸化ガスによる散布時間は、使用される他のプロセス
の条件の変化に依存して、約2−約100時間となる。
より一般的には、上記散布時間は約4−約32時間であ
る。
る。
2工程プロセスの酸化工程で使用される比較的低温度に
おいて、形成される材料は、溶媒分留において中間相ピ
ッチよりも等方性ピッチ生成物を提供する。従って、炭
質フィードの低温度酸化から得られたピッチを、酸化工
程において使用した温度よりも高い温度で熱浸漬するよ
うに処理する必要がある。熱浸漬で使用される温度及び
圧力は、1工程の酸化プロセスにおいて使用されるそれ
らと同じである。浸漬時間は比較的短(、他のプロセス
の使用される変数に依存して、通常約0.1約8時間で
ある。ここで処理時間は、より長い処理から得られる中
間相ピッチよりも、等方性ピッチを提供するように制御
される。中間相ピッチの全収率を高められる点で2工程
プロセスは1工程プロセスよりも望ましい。本発明の2
工程方法は、出発物質に基づいて、中間相ピッチの高変
換を提供する。
おいて、形成される材料は、溶媒分留において中間相ピ
ッチよりも等方性ピッチ生成物を提供する。従って、炭
質フィードの低温度酸化から得られたピッチを、酸化工
程において使用した温度よりも高い温度で熱浸漬するよ
うに処理する必要がある。熱浸漬で使用される温度及び
圧力は、1工程の酸化プロセスにおいて使用されるそれ
らと同じである。浸漬時間は比較的短(、他のプロセス
の使用される変数に依存して、通常約0.1約8時間で
ある。ここで処理時間は、より長い処理から得られる中
間相ピッチよりも、等方性ピッチを提供するように制御
される。中間相ピッチの全収率を高められる点で2工程
プロセスは1工程プロセスよりも望ましい。本発明の2
工程方法は、出発物質に基づいて、中間相ピッチの高変
換を提供する。
必須ではないが、所望とあれば、熱浸漬工程は非酸化散
布ガスの存在下において溶融相中で実施される。上記ガ
スは、使用時に、1工程の酸化プロセスの記述において
先に言及された不活性ガスから選択される。幾つかの例
では、2工程プロセスにおいて酸化及び非酸化ガスの両
者を提供することは不都合となるであろう。このような
場合、プロセスに悪影響がないように、上記第1の工程
において使用される酸化ガスがまた熱浸漬工程における
散布ガスとして使用される。当然、所望と在れば、2工
程プロセスの各工程において異なる酸化ガスが使用可能
となる。
布ガスの存在下において溶融相中で実施される。上記ガ
スは、使用時に、1工程の酸化プロセスの記述において
先に言及された不活性ガスから選択される。幾つかの例
では、2工程プロセスにおいて酸化及び非酸化ガスの両
者を提供することは不都合となるであろう。このような
場合、プロセスに悪影響がないように、上記第1の工程
において使用される酸化ガスがまた熱浸漬工程における
散布ガスとして使用される。当然、所望と在れば、2工
程プロセスの各工程において異なる酸化ガスが使用可能
となる。
1工程プロセスにおける酸化処理の終了後(若しくは2
工程プロセスにおける熱浸漬後)、等方性炭質フィード
は溶媒分留を受け、溶融後、カーボンファイバーを紡ぐ
のに適当なピッチを生成する。溶媒分留は下記の工程に
より実施される。
工程プロセスにおける熱浸漬後)、等方性炭質フィード
は溶媒分留を受け、溶融後、カーボンファイバーを紡ぐ
のに適当なピッチを生成する。溶媒分留は下記の工程に
より実施される。
(1)熱溶媒中で等方性ピッチを溶剤処理する。
(2)濾過、遠心分離若しくは他の適当な手段により溶
剤不溶物を分離する。
剤不溶物を分離する。
(3)溶剤濾液を抗溶剤で希釈し、ピッチを形成する中
間相を沈殿させると共に、沈殿ピッチを洗浄及び乾燥さ
せる。溶融後、上記ピッチは中間相ピッチとして同定さ
れる。
間相を沈殿させると共に、沈殿ピッチを洗浄及び乾燥さ
せる。溶融後、上記ピッチは中間相ピッチとして同定さ
れる。
上述の溶媒分留は従来技術において公知であり、米国特
許第4.277.324号を含む多数の特許に詳細が示
されている。上記米国特許第4,277.324号はこ
こに参考として組込まれる。この特許は、溶媒分留にお
いて使用可能な多くの溶媒及び抗溶剤、並びに使用され
る操作条件及び手続きを開示する。
許第4.277.324号を含む多数の特許に詳細が示
されている。上記米国特許第4,277.324号はこ
こに参考として組込まれる。この特許は、溶媒分留にお
いて使用可能な多くの溶媒及び抗溶剤、並びに使用され
る操作条件及び手続きを開示する。
幾つかの例において、1工程酸化処理において(若しく
は2工程プロセスの熱浸漬工程において)使用される温
度及び時間は、ある中間相ピッチを含有する残留生成物
を生成するであろう。もし万が−これが起きたら、上記
中間相ピッチは、懸濁不溶固体及び高融点材料と共に、
有機溶剤溶媒で等方性ピッチを処理することにより除去
可能となる。抗溶剤による次の処理は沈殿ピッチを提供
し、ここで中間相は、中間相ピッチを特徴付ける光学的
に秩序のある液晶を形成するように組合わせ可能な分子
を形成する。
は2工程プロセスの熱浸漬工程において)使用される温
度及び時間は、ある中間相ピッチを含有する残留生成物
を生成するであろう。もし万が−これが起きたら、上記
中間相ピッチは、懸濁不溶固体及び高融点材料と共に、
有機溶剤溶媒で等方性ピッチを処理することにより除去
可能となる。抗溶剤による次の処理は沈殿ピッチを提供
し、ここで中間相は、中間相ピッチを特徴付ける光学的
に秩序のある液晶を形成するように組合わせ可能な分子
を形成する。
溶媒抽出処理は固体ピッチを生成し、これは溶融すると
、溶融紡ぎのような従来の手続きと、引続く熱処理及び
化炭の各工程により連続的異方性カーボンファイバーを
紡ぐことが可能な中間相ピッチになる。上記のように、
これらは公知の技術であり、従って、本発明の重要な特
徴を構成しない。
、溶融紡ぎのような従来の手続きと、引続く熱処理及び
化炭の各工程により連続的異方性カーボンファイバーを
紡ぐことが可能な中間相ピッチになる。上記のように、
これらは公知の技術であり、従って、本発明の重要な特
徴を構成しない。
本発明は下記の例示的な実施例を引用することにより、
より理解可能となろう。
より理解可能となろう。
例1
この例は本発明の1工程プロセスを例示する。
石油上澄みオイル(900°F十残分)がこの例及び他
の例において原料として使用された。この原料は、3.
8%トルエン不溶物及び0.1%未満TIIP不溶物を
含有した。この例において、フィードは385℃で8時
間に亘って加熱された。窒素中2%酸素ガス流が、加熱
プロセス中、フィード1ボンド当たり0.44SCPで
溶融残分中を気泡として通された。等方性ピッチを含有
する酸化処理された残留生成物は90%の収率で得られ
た。上記ピッチはまた、31%トルエン不溶物(TI)
及び9%TIIP不溶物(Tlllコ1)を含有した。
の例において原料として使用された。この原料は、3.
8%トルエン不溶物及び0.1%未満TIIP不溶物を
含有した。この例において、フィードは385℃で8時
間に亘って加熱された。窒素中2%酸素ガス流が、加熱
プロセス中、フィード1ボンド当たり0.44SCPで
溶融残分中を気泡として通された。等方性ピッチを含有
する酸化処理された残留生成物は90%の収率で得られ
た。上記ピッチはまた、31%トルエン不溶物(TI)
及び9%TIIP不溶物(Tlllコ1)を含有した。
処理されたピッチは、カーボンファイバーを紡ぐのに適
当なピッチを生成する為に、溶媒分留された。これは次
の工程によりなされた。
当なピッチを生成する為に、溶媒分留された。これは次
の工程によりなされた。
(1)等重量の加熱トルエン中で熱浸漬されたピッチを
溶剤処理した。
溶剤処理した。
(2)濾過して溶剤不溶物を除去した。
(3)トルエン中20体積%ヘプタンからなる溶媒によ
り、ピッチフィードの1g当たり8ccの溶剤濾液を希
釈した。
り、ピッチフィードの1g当たり8ccの溶剤濾液を希
釈した。
(4)溶液を周囲温度まで冷却すると共に、濾過により
沈殿ピッチを回収した。
沈殿ピッチを回収した。
(5)ピッチ生成物を洗浄及び乾燥した。
結果として得られたピッチは21%の収率で、319℃
で溶融した。溶融したサンプルはカーボンフアイバーに
紡がれ、これは安定化され、次に1350℃で化炭され
た。このファイバーは、409 Kpsiの引張り強度
及び31MpSlの引張り応力を示した。
で溶融した。溶融したサンプルはカーボンフアイバーに
紡がれ、これは安定化され、次に1350℃で化炭され
た。このファイバーは、409 Kpsiの引張り強度
及び31MpSlの引張り応力を示した。
例2
この例は更に本発明の1工程プロセスを例示する。原料
の他のサンプルに対して、2.4及び6時間酸化処理に
より、3つの別の調製がなされた。
の他のサンプルに対して、2.4及び6時間酸化処理に
より、3つの別の調製がなされた。
このプロセスは385℃で実施され、窒素中5%の酸素
が、フィード1ポンド当たり0.44SCP/hrで溶
融反応混合物中に気泡として通された。酸化処理残分の
収率及び不溶物含量は表1に示される。同表にはまた、
中間相ピッチを作る為の、酸化処理ピッチの溶媒分留か
らの収率も示される。溶媒分留条件は例1において記述
されたものに従った。
が、フィード1ポンド当たり0.44SCP/hrで溶
融反応混合物中に気泡として通された。酸化処理残分の
収率及び不溶物含量は表1に示される。同表にはまた、
中間相ピッチを作る為の、酸化処理ピッチの溶媒分留か
らの収率も示される。溶媒分留条件は例1において記述
されたものに従った。
上記中間相ピッチは夫々100%中間相であった。
これらはカーボンファイバーに紡がれ、安定化され、次
に化炭された。表に示されるように、高強度且つ高引張
り応力のファイバーが生成された。
に化炭された。表に示されるように、高強度且つ高引張
り応力のファイバーが生成された。
表1
例番号 2A 2B 2C
熱浸漬hr(385℃) 2 4 6残分収率%
94 85 81(等方性ピッチ
を含む) 残分子1% 13 32 65残
分子1(PI% 5 11 1g溶
媒分留収率% 21 24 25中間相
ピッチ溶融温度℃309317294フアイバ一化炭温
度℃l850 1650 1350カーボンフアイバー 引張り強度Kps1 387 365 47
5カーボンフアイバー 引張り応力Mpsi 24 2g
38例3 この例は反応性酸素含有ガスの不存在における熱浸漬効
果を示す。石油上澄みオイル残分原料は385℃で8時
間溶融状態に熱浸漬され、この時、フィード1ポンド当
たり0.448CF/hrで溶融窒素が吹込まれた。等
方性ピッチを含有する熱浸漬残留生成物は88%の収率
で得られた。このピッチは2996トルエン不溶物及び
11%THP不溶物を含有した。
熱浸漬hr(385℃) 2 4 6残分収率%
94 85 81(等方性ピッチ
を含む) 残分子1% 13 32 65残
分子1(PI% 5 11 1g溶
媒分留収率% 21 24 25中間相
ピッチ溶融温度℃309317294フアイバ一化炭温
度℃l850 1650 1350カーボンフアイバー 引張り強度Kps1 387 365 47
5カーボンフアイバー 引張り応力Mpsi 24 2g
38例3 この例は反応性酸素含有ガスの不存在における熱浸漬効
果を示す。石油上澄みオイル残分原料は385℃で8時
間溶融状態に熱浸漬され、この時、フィード1ポンド当
たり0.448CF/hrで溶融窒素が吹込まれた。等
方性ピッチを含有する熱浸漬残留生成物は88%の収率
で得られた。このピッチは2996トルエン不溶物及び
11%THP不溶物を含有した。
上記熱浸漬ピッチは、例1で略述された手続きにより溶
媒分留された。カーボンファイバーを紡ぐのに適当なピ
ッチが24%の収率で分離された。
媒分留された。カーボンファイバーを紡ぐのに適当なピ
ッチが24%の収率で分離された。
このピッチは292℃で溶融し、光学顕微鏡検査により
100%中間相として特徴付けられた。このピッチから
安定化され且つ化炭(l[150℃)されたファイバー
は438Kpsiの引張り強度及び34Mps Iの引
張り応力を有した。
100%中間相として特徴付けられた。このピッチから
安定化され且つ化炭(l[150℃)されたファイバー
は438Kpsiの引張り強度及び34Mps Iの引
張り応力を有した。
酸化ガスの使用の主な利益は、ファイバーの質の低下な
しに、酸化処理中に中間相形成成分をより速く形成する
ことである。例3(酸素なし)において、385”Fで
8時間の処理は、24%の中間相収率の熱浸漬ピッチを
生成する。
しに、酸化処理中に中間相形成成分をより速く形成する
ことである。例3(酸素なし)において、385”Fで
8時間の処理は、24%の中間相収率の熱浸漬ピッチを
生成する。
例2の比較において、同じ温度で5%の酸素を含有する
酸化ガスを用いた、たった4時間の処理は同じ割合の中
間相を産出する熱浸漬ピッチを生成する。
酸化ガスを用いた、たった4時間の処理は同じ割合の中
間相を産出する熱浸漬ピッチを生成する。
両鍔におけるピッチから、互いに匹敵するファイバーが
得られる。
得られる。
例4
この比較例並びに例5及び例6は、目的物が高強度及び
引張り応力のカーボンファイバーを生成するものである
時、低温度(320″F以下)酸化処理で生成された熱
浸漬ピッチの高温度熱処理の必要性を例示する。石油上
澄みオイル残留分は250℃で16時間に亘ってフィー
ド1ポンド当たり 2.03CF/hrで空気を吹込ま
れた。等方性ピッチを含有する生成物は、13.9%ト
ルエン不溶物及び1.3%TIIP不溶物を含有し、9
9.8%の収率で得られた。
引張り応力のカーボンファイバーを生成するものである
時、低温度(320″F以下)酸化処理で生成された熱
浸漬ピッチの高温度熱処理の必要性を例示する。石油上
澄みオイル残留分は250℃で16時間に亘ってフィー
ド1ポンド当たり 2.03CF/hrで空気を吹込ま
れた。等方性ピッチを含有する生成物は、13.9%ト
ルエン不溶物及び1.3%TIIP不溶物を含有し、9
9.8%の収率で得られた。
空気を吹込まれたピッチは、例1で記述された方法によ
り紡ぐのに適当なピッチを生成する為、溶媒分留された
。上記ピッチは24.9%の収率で回収され、297℃
で溶融した。上記生成物は溶融後、等方性ピッチ(0%
中間相)であった。上記ピッチはカーボンファイバーに
紡がれ、安定化され、そして1300℃で化炭された。
り紡ぐのに適当なピッチを生成する為、溶媒分留された
。上記ピッチは24.9%の収率で回収され、297℃
で溶融した。上記生成物は溶融後、等方性ピッチ(0%
中間相)であった。上記ピッチはカーボンファイバーに
紡がれ、安定化され、そして1300℃で化炭された。
上記ファイバーは、115Kpsiの引張り強度及び5
.1Mpsiの引張り応力を有した。
.1Mpsiの引張り応力を有した。
帆至
この例において、例4の等方性ピ・ソチ原料が、300
℃で8時間空気を吹込まれた。空気の量は、フィード1
ボンド当たり 2.08CF/hrであった。等方性ピ
ッチを含有する生成物が、30.1%トルエン不溶物及
び7.7%TIIP不溶物を含有する、97.8%の収
率で回収された。
℃で8時間空気を吹込まれた。空気の量は、フィード1
ボンド当たり 2.08CF/hrであった。等方性ピ
ッチを含有する生成物が、30.1%トルエン不溶物及
び7.7%TIIP不溶物を含有する、97.8%の収
率で回収された。
空気の吹込まれたピッチは、例1で略述された工程によ
り溶媒分留され、307℃で溶融する等方性ピッチが3
5,4%の収率で得られた。上記ピ・ソチはカーボンフ
ァイバーに紡がれ、安定化され、そして1300℃で化
炭された。上記ファイバーは150Kpsiの引張り強
度及び6 、3Mps iの引張り応力を有した。
り溶媒分留され、307℃で溶融する等方性ピッチが3
5,4%の収率で得られた。上記ピ・ソチはカーボンフ
ァイバーに紡がれ、安定化され、そして1300℃で化
炭された。上記ファイバーは150Kpsiの引張り強
度及び6 、3Mps iの引張り応力を有した。
例に
の例は本発明の2工程プロセスを示す。例4の原料が2
50℃で16時間空気を吹込まれ、空気の量は、フィー
ド1ボンド当たり 1.QscP/hrであった。次に
385℃で4時間熱浸漬され、この間フィード1ポンド
当たり 2.08CF/hrで窒素との混合物が吹込ま
れた。等方性ピッチを含有する残留生成物が79.9%
の収率で回収され、33.4%トルエン不溶物及び11
.5%T)IF不溶物を含有した。
50℃で16時間空気を吹込まれ、空気の量は、フィー
ド1ボンド当たり 1.QscP/hrであった。次に
385℃で4時間熱浸漬され、この間フィード1ポンド
当たり 2.08CF/hrで窒素との混合物が吹込ま
れた。等方性ピッチを含有する残留生成物が79.9%
の収率で回収され、33.4%トルエン不溶物及び11
.5%T)IF不溶物を含有した。
上記熱浸漬ピッチは、例1で略述された工程に従って溶
媒分留された。中間相ピッチ(溶融時に100%異方性
)が28.4%の収率で回収された。上記中間相は31
7℃で溶融した。上記中間相ピッチはカーボンファイバ
ーに紡がれ、安定化され、そして1650℃で化炭され
た。上記ファイバーは343Kpsiの引張り強度及び
20Mpsiの引張り応力を有した。
媒分留された。中間相ピッチ(溶融時に100%異方性
)が28.4%の収率で回収された。上記中間相は31
7℃で溶融した。上記中間相ピッチはカーボンファイバ
ーに紡がれ、安定化され、そして1650℃で化炭され
た。上記ファイバーは343Kpsiの引張り強度及び
20Mpsiの引張り応力を有した。
第2のテストが、熱浸漬中の窒素吹込みがない点を除い
て同じ手順を用いて実施された。等方性ピッチを含有す
る生成物が79.9%の収率で回収され、24%トルエ
ン不溶物及び11%THF不溶物を含有した。溶媒分留
の結果、中間相ピッチ(溶融時に100%異方性)が2
6.1%の収率で回収され、この融点は323℃であっ
た。
て同じ手順を用いて実施された。等方性ピッチを含有す
る生成物が79.9%の収率で回収され、24%トルエ
ン不溶物及び11%THF不溶物を含有した。溶媒分留
の結果、中間相ピッチ(溶融時に100%異方性)が2
6.1%の収率で回収され、この融点は323℃であっ
た。
例7
例4及び例5に匹敵するガス量及び同一の手順を用いて
、他の多くのテストが実施された。これらのテストで実
施された酸化処理の結果は表2に示される。
、他の多くのテストが実施された。これらのテストで実
施された酸化処理の結果は表2に示される。
サン
プル
表2
反応 反応 02ガxi 残留不溶物%温度℃
時間hr 体積% トルエン TIIFフィーF
−3,80,1
250825,80,2 25016 2 7.1 0.2200
8 20本5.3 0.22(to 13
20*7.2 0.3250 8 20*
8.8 0.3300 1[120* 55.
7 22.9(*はガスとして空気を使用したもの)上
記例は酸化処理は樹脂材料を生出すことを示している。
時間hr 体積% トルエン TIIFフィーF
−3,80,1
250825,80,2 25016 2 7.1 0.2200
8 20本5.3 0.22(to 13
20*7.2 0.3250 8 20*
8.8 0.3300 1[120* 55.
7 22.9(*はガスとして空気を使用したもの)上
記例は酸化処理は樹脂材料を生出すことを示している。
これらの増量不溶物原料の処理は、本発明に係る中間相
材料の生成を可能とするであろう。
材料の生成を可能とするであろう。
以上本発明を例示する目的で、幾つかの実施例が例示さ
れてきたが、当業者によれば、本発明の思想若しくは範
囲から逸脱することなく、これらに種々の変更改良が可
能となることは明白であろう。
れてきたが、当業者によれば、本発明の思想若しくは範
囲から逸脱することなく、これらに種々の変更改良が可
能となることは明白であろう。
出願人代理人 弁理士 鈴江武彦
Claims (17)
- (1)50体積%から100体積%の中間相含量を有す
ると共に、カーボンファイバーの製造に適当なピッチ生
成物を生成する為の方法であって、中間相先駆物を含有
する実質的に等方性のピッチ生成物を生成するように、
十分な時間に亘って、酸化反応ガス成分を含有する散布
ガスを溶融原料中に通過させながら、中間相ピッチが実
質的にない炭質原料を高温溶融相に加熱し、次に上記ピ
ッチ生成物を溶媒分留し、溶融時に上記中間相含量を有
する固体ピッチ生成物を生成することを特徴とする方法
。 - (2)上記高温が320℃より高い請求項(1)記載の
方法。 - (3)上記高温が約200℃から約320℃であり、等
方性ピッチを含有する上記ピッチ生成物が、溶媒分留に
先立ち、320℃より高い温度で、酸化反応ガスの不存
在下において溶融相中に熱浸漬される請求項(1)記載
の方法。 - (4)上記熱浸漬が非酸化散布ガスの存在下において実
施される請求項(3)記載の方法。 - (5)上記高温が320℃より高く約500℃までであ
る請求項(1)記載の方法。 - (6)上記高温が約350℃から約400℃の間である
請求項(1)記載の方法。 - (7)上記酸化反応ガス成分が、酸素、オゾン、過酸化
水素、二酸化窒素、ぎ酸蒸気、塩化水素蒸気、及びこれ
らの混合物からなる群から選択される請求項(6)記載
の方法。 - (8)上記酸化反応ガスが不活性ガスとの混合物として
使用される請求項(7)記載の方法。 - (9)上記酸化反応ガスが酸素と窒素との混合物である
請求項(8)記載の方法。 - (10)上記ピッチ生成物が、融点が360℃以下の実
質的に100%の中間相である請求項(6)記載の方法
。 - (11)上記酸化反応ガス成分が、酸素、オゾン、過酸
化水素、二酸化窒素、ぎ酸蒸気、塩化水素蒸気、及びこ
れらの混合物からなる群から選択される請求項(4)記
載の方法。 - (12)上記酸化反応ガスが不活性ガスとの混合物とし
て使用される請求項(11)記載の方法。 - (13)上記酸化反応ガスが酸素と窒素との混合物であ
る請求項(12)記載の方法。 - (14)上記ピッチ生成物が、融点が360℃以下の実
質的に100%の中間相である請求項(13)記載の方
法。 - (15)上記酸化処理の時間が約2から約100時間で
あり、上記酸化処理炭質原料の上記熱浸漬が、約0.1
から約8時間の間に亘って実施される請求項(14)記
載の方法。 - (16)上記高温が約200℃から約320℃であり、
等方性ピッチを含有する上記ピッチ生成物が、溶媒分留
に先立ち、320℃より高い温度で、酸化反応ガスの存
在下において熱浸漬される請求項(1)記載の方法。 - (17)上記方法の両工程において同じ酸化ガスが使用
される請求項(16)記載の方法。
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US07/298,536 US4892642A (en) | 1987-11-27 | 1989-01-17 | Process for the production of mesophase |
US298,536 | 1989-01-17 |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH02252798A true JPH02252798A (ja) | 1990-10-11 |
JP2980619B2 JP2980619B2 (ja) | 1999-11-22 |
Family
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
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---|---|
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CA (1) | CA1334011C (ja) |
DE (1) | DE68910803T2 (ja) |
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CA2055092C (en) * | 1990-12-14 | 2002-01-15 | Conoco Inc. | Organometallic containing mesophase pitches for spinning into pitch carbon fibers |
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CN105567274B (zh) * | 2014-10-08 | 2019-11-01 | Gs加德士公司 | 碳纤维用沥青的制备方法以及碳纤维用沥青 |
US11248172B2 (en) | 2019-07-23 | 2022-02-15 | Koppers Delaware, Inc. | Heat treatment process and system for increased pitch yields |
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FR2135128B1 (ja) * | 1971-05-05 | 1975-10-24 | Koppers Co Inc | |
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-
1989
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- 1989-09-29 CA CA000614809A patent/CA1334011C/en not_active Expired - Fee Related
- 1989-10-16 JP JP1268863A patent/JP2980619B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1989-11-21 EP EP89312059A patent/EP0378901B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1989-11-21 DE DE89312059T patent/DE68910803T2/de not_active Expired - Fee Related
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