JPH02311529A - Metal-containing aromatic polycyclic polymer and its preparation - Google Patents

Metal-containing aromatic polycyclic polymer and its preparation

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JPH02311529A
JPH02311529A JP1131296A JP13129689A JPH02311529A JP H02311529 A JPH02311529 A JP H02311529A JP 1131296 A JP1131296 A JP 1131296A JP 13129689 A JP13129689 A JP 13129689A JP H02311529 A JPH02311529 A JP H02311529A
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JP
Japan
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polymer
pitch
polycyclic aromatic
bonding unit
group
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JP1131296A
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Japanese (ja)
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Taketami Yamamura
武民 山村
Junichi Kugimoto
純一 釘本
Toshihiro Ishikawa
敏弘 石川
Yasuhiro Shioji
塩路 泰広
Masaki Shibuya
昌樹 渋谷
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Ube Corp
Original Assignee
Ube Industries Ltd
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Abstract

PURPOSE:To improve the mechanical properties and resistance to oxidation, abrasion, and heat by thermally reacting and/or thermally melting a specific random copolymer with an arom. polycyclic compd. CONSTITUTION:100 pts.wt. random copolymer (A) comprising a transition metal-contg. organosilicon polymer and an arom. polycyclic compd. consisting of a thermally treated petroleum- or coal-derived pitch, wherein Si atoms of said organosilicon polymer are bonded at least partially to C atoms on arom. rings of said polycyclic compd. through Si-C linkage, and 50 to 20000 pts.wt. optically isotropic arom. polycyclic compd. (B) contg. a latent anisotropy-forming component are thermally reacted and/or thermally melted at 200 to 500 deg.C. Said organosilicon polymer mainly comprises a bonding unit, Si-CH2, or said bonding unit and another bonding unit, Si-Si, contains H, a lower alkyl, phenyl or silyl group as a side chain attached to Si, and contains at least one metal selected from the group consisting of Ti, Zr, and Hf bonded directly or through an oxygen atom to at least a part of Si atoms in said bonding units in the main polymer chain. Said arom. compd. (B) is obtd. by thermally treating a petroleum- or coal-derived pitch to give a mesophase-contg. pitch, hydrogenating and thermally treating the resulting pitch.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、機械的性質、耐酸化性、複合材料用マトリッ
クスに対する適合性に優れた無機繊維や、機械的特性、
耐酸化性、耐磨耗性、耐熱性等に優れた複合材料用マト
リックス、成形体等の製造に好適な前駆体ポリマー及び
その製造方法に関する。
Detailed Description of the Invention (Field of Industrial Application) The present invention provides an inorganic fiber with excellent mechanical properties, oxidation resistance, and compatibility with a matrix for composite materials;
The present invention relates to a precursor polymer suitable for producing matrices for composite materials, molded articles, etc. with excellent oxidation resistance, abrasion resistance, heat resistance, etc., and a method for producing the same.

(従来の技術及びその問題点) 炭素繊維は、軽量でしかも高強度、高弾性であるため、
スポーツ・レジャー用品をはじめ、航空機、自転車、建
材など広い分野に亙ってその利用が図られている。
(Conventional technology and its problems) Carbon fiber is lightweight, has high strength and high elasticity,
It is being used in a wide range of fields, including sports and leisure goods, aircraft, bicycles, and building materials.

炭素繊維としては、ポリアクリロニトリルを原料とした
PAN系炭素繊維と、石油系、石炭系のピッチを原料と
する、所謂ピッチ系炭素繊維が知られている。
As carbon fibers, PAN-based carbon fibers made from polyacrylonitrile and so-called pitch-based carbon fibers made from petroleum-based and coal-based pitches are known.

ピッチ系炭素繊維は、一般に強度がPAN系炭素繊維に
比べて劣るが、原料が安価なことから、強度を高める方
法について種々の検討がなされ、例えば、特開昭59−
223316号公報には、効果的にメソフェーズを生成
させ、紡糸時に配向させる方法が開示されている。
Pitch-based carbon fibers are generally inferior in strength to PAN-based carbon fibers, but since the raw materials are cheap, various studies have been conducted on ways to increase the strength.
No. 223316 discloses a method for effectively generating mesophase and orienting it during spinning.

しかし、基本的には、炭素繊維は結晶性の繊維であるた
め、硬く、毛羽が発生し易く、また複合材料とする際マ
トリックスとの濡れ性も劣るという欠点がある。
However, since carbon fibers are basically crystalline fibers, they are hard, tend to fluff, and have poor wettability with a matrix when used as a composite material.

そこで種々の炭素繊維の表面処理法が提案され、現在知
られている方法として、繊維に柔軟性を付与するととも
に、毛羽発生を抑制する目的で、ポリビニルアルコール
、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂のようなサイ
ジング剤を表面に塗布する方法や、マトリックスとの接
着性を向上させる目的でその表面を乾式又は湿式で酸化
処理する方法等がある。
Therefore, various methods for surface treatment of carbon fibers have been proposed, and the currently known methods use materials such as polyvinyl alcohol, unsaturated polyester resins, and epoxy resins for the purpose of imparting flexibility to the fibers and suppressing the generation of fuzz. There are methods such as applying a suitable sizing agent to the surface, and dry or wet oxidation treatment of the surface for the purpose of improving adhesion to the matrix.

これらの処理のうち、特に表面酸化層を設ける方法では
、酸化時に繊維に損傷を与えるため、物性は低下する傾
向にある。更に、炭素繊維は500°Cを超える酸化雰
囲気中では、燃焼するため使用できない。
Among these treatments, the method of providing a surface oxidation layer in particular damages the fibers during oxidation, so that physical properties tend to deteriorate. Furthermore, carbon fiber cannot be used in an oxidizing atmosphere at a temperature exceeding 500°C because it will burn.

このような背景から、高強度、高弾性率を有し、しかも
マトリックスとの濡れ性、接着性が良好で、従来広範囲
の分野で使用されているPAN系炭素繊維よりも安価な
新繊維の開発が強く要望されてきた。
Against this background, we are developing a new fiber that has high strength and high modulus, has good wettability and adhesion with the matrix, and is cheaper than the PAN-based carbon fiber that has been used in a wide range of fields. has been strongly requested.

また、炭素繊維のより高温での耐酸化性を向上させるこ
とが種々の分野で強く望まれている。
Furthermore, it is strongly desired in various fields to improve the oxidation resistance of carbon fibers at higher temperatures.

一方、強化繊維として炭素繊維、無機質マトリックスと
して炭素を用いた、所謂C/Cコンポジットや炭素成形
体は、比強度、比弾性、非酸化性雰囲気中における耐熱
性、靭性、摩擦特性に優れ、耐熱構造材、ブレーキ材と
して有望なものである。
On the other hand, so-called C/C composites and carbon molded bodies that use carbon fiber as the reinforcing fiber and carbon as the inorganic matrix have excellent specific strength, specific elasticity, heat resistance in a non-oxidizing atmosphere, toughness, and friction properties, and are heat resistant. It is promising as a structural material and brake material.

しかし、C/Cコンポジットや炭素成形体はマトリック
スが炭素のみからなるため、酸化性雰囲気中での長時間
の使用は困難であり、また、摩擦特性においても潤滑性
には優れているものの、耐摩耗性は必ずしも充分とは言
えず、一層の機械的特性の向上が期待されている。
However, since the matrix of C/C composites and carbon molded bodies consists only of carbon, it is difficult to use them for long periods in an oxidizing atmosphere, and although they have excellent friction properties and lubricity, Abrasion resistance is not necessarily sufficient, and further improvement in mechanical properties is expected.

前記繊維における問題点を解決する方法として、例えば
、特開昭62−209139号公報、特開昭62−21
5016号公報には、石炭系又は石油系ピッチ中の有機
溶媒可溶成分とポリシランを混合・加熱反応させてオル
ガノボリアリールシランを合成し、それを紡糸、不融化
、焼成により炭化珪素繊維と炭素繊維の中間の性質を有
する無機質繊維を製造する方法が記載されている。
As a method for solving the problems with the fibers, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-209139 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-21
No. 5016 discloses that organoboriarylsilane is synthesized by mixing and heating an organic solvent-soluble component in coal-based or petroleum-based pitch and polysilane, and then it is spun, infusible, and fired to form silicon carbide fibers and carbon. A method for producing inorganic fibers with properties intermediate to that of fibers is described.

しかし、上記方法では、一方の出発物質として、有機溶
媒不溶分を全く含まないピッチを選び、オルガノボリア
リールシラン製造においても前記不溶分が全く生成しな
い条件下で反応を行っている。
However, in the above method, pitch, which does not contain any organic solvent insoluble matter, is selected as one of the starting materials, and the reaction is carried out under conditions in which the insoluble matter is not produced at all in the production of organoboriarylsilane.

すなわち、得られる生成物である紡糸原料中には、炭素
繊維の強度発現に必須である配向性の成分が含まれてお
らず、上記紡糸原料からは高弾性無機繊維は得られてい
ない。
That is, the spinning raw material that is the obtained product does not contain an oriented component that is essential for developing the strength of carbon fibers, and high elasticity inorganic fibers are not obtained from the spinning raw material.

更に上記公報の方法では、ピッチ成分が多くなる程、不
活性ガス中の耐熱性は向上するものの、耐酸化性は逆に
低下し、しかも機械的特性が著しく低下するという問題
点がある。
Furthermore, the method disclosed in the above-mentioned publication has the problem that as the pitch component increases, the heat resistance in an inert gas improves, but the oxidation resistance decreases, and furthermore, the mechanical properties deteriorate significantly.

また、前記炭素マトリックスの持つ木質的欠点を補う方
法として、Am、Ceram、 Soc、Bull、6
2(1983)916において、ウォーカー(B、E、
Walker、Jr )らは、C/Cコンポジットに有
機珪素高分子を含浸後、熱分解し、マトリックスへの炭
化珪素成分の導入を図るという方法について記載してい
るが、得られた複合材の曲げ強度は158MPと低強度
である。
In addition, as a method of compensating for the woody defects of the carbon matrix, Am, Ceram, Soc, Bull, 6
2 (1983) 916, Walker (B.E.
Walker, Jr.) have described a method in which a C/C composite is impregnated with an organosilicon polymer and then thermally decomposed to introduce silicon carbide components into the matrix. The strength is low at 158MP.

また、Proc、 of Int、Symp、on C
eramic+Compon。
Also, Proc, of Int, Symp, on C
eramic+compon.

for Engine、1983+Japan、p50
5において、フィッツアー(E、Fitzer)らは、
C/(、Iンボジットに珪素融液を含浸し、マトリック
スの炭化珪素化を図るという方法について記載している
が、得られた複合材は、そのマトリックス粒子間に未反
応のまま残存する金属珪素のため、1300″C以上の
高温ではクリープ変成を生じ、C/Cコンポジットの有
する高温特性を有していない。
for Engine, 1983+Japan, p50
In 5, Fitzer et al.
C/(, I describes a method in which silicon melt is impregnated into the ingot and the matrix is made into silicon carbide. However, the resulting composite material is made up of metal silicon remaining unreacted between the matrix particles. Therefore, creep metamorphosis occurs at high temperatures of 1300″C or higher, and it does not have the high-temperature properties of C/C composites.

上記のいずれのプロセスも、従来の複雑なC/Cコンポ
ジット製造過程に加え、さらに煩雑なプロセスが付加さ
れ、工業的利用の困難なものであった。
In addition to the conventional complicated C/C composite manufacturing process, each of the above-mentioned processes involves an additional complicated process, making it difficult to use industrially.

そこで、無機化により容易に、優れた炭素質無機繊維や
複合材料用マトリックス等に変換しうる前駆体ポリマー
の開発が強く要望されている。
Therefore, there is a strong demand for the development of precursor polymers that can be easily converted into excellent carbonaceous inorganic fibers, matrices for composite materials, etc. by mineralization.

(問題点を解決するための手段) 本発明の目的は、機械的性質、耐酸化性、複合材料用マ
トリックスに対する適合性に優れた無機繊維や、機械的
特性、耐酸化性、耐磨耗性、耐熱性等に優れた複合材料
用マトリックス、成形体等の製造に好適な、上記問題点
を解決した前駆体ポリマー及びその製造方法を提供する
ことにある。
(Means for Solving the Problems) An object of the present invention is to provide inorganic fibers with excellent mechanical properties, oxidation resistance, and compatibility with matrix for composite materials; It is an object of the present invention to provide a precursor polymer which solves the above-mentioned problems and is suitable for the production of matrixes for composite materials, molded articles, etc., which have excellent heat resistance, etc., and a method for producing the same.

本発明によれば、 (A)結合単位(S i  CHz )、又は結合単位
(S i  CHz )と結合単位(Si−−Si)か
ら主としてなり、珪素原子の側鎖に水素原子、低級アル
キル基、フェニル基及びシリル基からなる群から選ばれ
る置換基を有し、且つチタン、ジルコニウム及びハフニ
ウムからなる群から選ばれる少なくとも一種類の原子が
、直接又は酸素原子を介して、珪素原子の少なくとも一
部と結合している遷移金属含有有機珪素重合体単位、及
び(B)潜在的異方性形成成分を含む光学的に等方性の
多環状芳香族化合物単位、 からなり、前記(A)の珪素原子の少なくとも一部が、
前記(B)の芳香族環の炭素原子と結合していることを
特徴とする金属含有多環状芳香族重合体が提供される。
According to the present invention, (A) mainly consists of a bonding unit (S i CHz ) or a bonding unit (S i CHz ) and a bonding unit (Si--Si), and has a hydrogen atom or a lower alkyl group in the side chain of a silicon atom. , a substituent selected from the group consisting of a phenyl group and a silyl group, and at least one type of atom selected from the group consisting of titanium, zirconium and hafnium directly or via an oxygen atom, at least one of the silicon atoms. (B) an optically isotropic polycyclic aromatic compound unit containing a potential anisotropy-forming component; At least some of the silicon atoms are
There is provided a metal-containing polycyclic aromatic polymer characterized in that the metal-containing polycyclic aromatic polymer is bonded to the carbon atom of the aromatic ring (B).

さらに本発明によれば、 l)結合単位(SiCH2)、又は結合単位(S i 
−CH,)と結合単位(Si−Si)とから主としてな
り、珪素原子の側鎖に水素原子、低級アルキル基、フェ
ニル基あるいはシリル基を有し、上記結合単位からなる
主骨格の珪素原子に、チタン、ジルコニウム及びハフニ
ウムからなる群から選ばれる少なくとも一種類の原子が
、直接又は酸素原子を介して、珪素原子の少なくとも一
部と結合している遷移金属含有有機珪素重合体の珪素原
子の少な(とも一部が、石油系又は石炭系のピッチある
いはその熱処理物である多環状芳香族化合物の芳香族環
の炭素と珪素−炭素連結基を介して結合したランダム共
重合体、及び 2)石油系又は石炭系のピッチを熱処理して得られるメ
ソフェーズを含むピッチを水素化処理後、再び熱処理し
て得られる潜在的異方性形成成分を含む光学的に等方性
の多環状芳香族化合物とを、200〜500°Cの範囲
の温度で加熱反応及び/又は加熱溶融することを特徴と
する金属含有多環状芳香族重合体の製造方法が提供され
る。
Furthermore, according to the invention, l) a bonding unit (SiCH2) or a bonding unit (S i
-CH,) and a bonding unit (Si-Si), and has a hydrogen atom, a lower alkyl group, a phenyl group, or a silyl group in the side chain of a silicon atom, and has a silicon atom in the main skeleton consisting of the above bonding units. , titanium, zirconium, and hafnium, are bonded directly or via oxygen atoms to at least a portion of the silicon atoms of the transition metal-containing organosilicon polymer. (2) a random copolymer in which a portion of petroleum-based pitch or a heat-treated product thereof is bonded to the carbon of the aromatic ring of a polycyclic aromatic compound via a silicon-carbon linking group; and 2) petroleum-based pitch. An optically isotropic polycyclic aromatic compound containing a potential anisotropy-forming component obtained by heat-treating a mesophase-containing pitch obtained by heat-treating a mesophase-based pitch or a coal-based pitch and then heat-treating it again. Provided is a method for producing a metal-containing polycyclic aromatic polymer, which comprises heating-reacting and/or heating-melting at a temperature in the range of 200 to 500°C.

まず、本発明の金属含有多環状芳香族重合体について説
明する。以下の記載において、「部」はすべて「重量部
」であり、成分含有量の単位としてのパーセント(%)
は全て重量%である。
First, the metal-containing polycyclic aromatic polymer of the present invention will be explained. In the following description, all "parts" are "parts by weight" and are percentages (%) as a unit of component content.
are all weight %.

本発明の金属含有多環状芳香族重合体(4)は、構成成
分(A)、(B)からなり、構成成分(A)の珪素原子
の少なくとも一部が、構成成分(B)の芳香族環の炭素
原子と結合している。構成成分(A)と構成成分CB)
の重量比率が1:0.5〜200であることが好ましい
The metal-containing polycyclic aromatic polymer (4) of the present invention consists of components (A) and (B), and at least a part of the silicon atoms of component (A) are aromatic atoms of component (B). Bonded to a carbon atom in the ring. Constituent component (A) and constituent component CB)
It is preferable that the weight ratio is 1:0.5 to 200.

構成成分(A)と構成成分(B)との重量比率が0.5
未満では、金属含有多環状芳香族重合体(4)中の配向
性の成分が不足し、例えば、この重合体より無機繊維を
製造しても、強度、弾性率が低いものしか得られない。
The weight ratio of component (A) and component (B) is 0.5
If it is less than this, the oriented component in the metal-containing polycyclic aromatic polymer (4) will be insufficient, and for example, even if inorganic fibers are produced from this polymer, only those with low strength and elastic modulus will be obtained.

また、上記割合が200を越えた場合は、金属含有多環
状芳香族重合体(4)中の有機珪素成分の不足により、
この重合体の無機化物の耐酸化性が低下し、プラスチッ
ク等との濡れ性が低くなる。
In addition, when the above ratio exceeds 200, due to the lack of organosilicon component in the metal-containing polycyclic aromatic polymer (4),
The oxidation resistance of the inorganic compound of this polymer decreases, and the wettability with plastics etc. decreases.

本発明の金属含有多環状芳香族重合体(4)は、珪素原
子を0.25〜30%含有しており、重量平均分子量が
200〜11000で、融点が220〜320°Cであ
る。金属含有多環状芳香族重合体(4)中の珪素原子含
有量が0.25%未満では、該重合体の無機化物におけ
るSt、C,Oよりなる非晶相又はβ−SiC超微粒子
の量が少なすぎるため、例えばFRPマトリックスに対
する濡れ性や耐酸化性の向上が顕著に表れず、30%を
越えた場合は、上記無機化物中のグラファイト超微粒結
晶の配向による高弾性、非酸化性雰囲気中での耐熱性向
上が達成できない。
The metal-containing polycyclic aromatic polymer (4) of the present invention contains 0.25 to 30% of silicon atoms, has a weight average molecular weight of 200 to 11,000, and a melting point of 220 to 320°C. When the silicon atom content in the metal-containing polycyclic aromatic polymer (4) is less than 0.25%, the amount of an amorphous phase consisting of St, C, and O or β-SiC ultrafine particles in the inorganic product of the polymer For example, if the amount exceeds 30%, a highly elastic, non-oxidizing atmosphere due to the orientation of the ultrafine graphite crystals in the mineral compound is required. It is not possible to improve the heat resistance inside.

金属含有多環状芳香族重合体(4)の重量平均分子量が
200より低いものは、実質的に配向性成分をほとんど
含んでいないため、高性能の無機繊維、複合材、成形体
を提供できず、11000より大きい場合は、高融点と
なり流動性に乏しく任意の形状に成形しにくくなる。
Metal-containing polycyclic aromatic polymers (4) with a weight average molecular weight lower than 200 do not substantially contain any orienting components, and therefore cannot provide high-performance inorganic fibers, composite materials, or molded bodies. , 11,000, the melting point is high and the fluidity is poor, making it difficult to mold into any shape.

金属含有多環状芳香族重合体(4)の融点が220°C
より低い場合は、実質的に配向性成分を含んでいないう
え、この重合体を紡糸して無機繊維を製造する場合、プ
レカーサー糸は不融化時に融着しやすく、強度、弾性率
の高い焼成糸は得られない。
Melting point of metal-containing polycyclic aromatic polymer (4) is 220°C
If it is lower than that, it does not substantially contain any orienting components, and when this polymer is spun to produce inorganic fibers, the precursor yarn is easily fused during infusibility and is a fired yarn with high strength and elastic modulus. cannot be obtained.

一方、上記重合体の融点が320°Cより高い場合は、
軟化・流動部一度が高温となり、重合体の分解が起こり
好ましくない。
On the other hand, if the melting point of the above polymer is higher than 320°C,
Once the softening/flowing zone reaches a high temperature, the polymer may decompose, which is undesirable.

また、金属含有多環状芳香族重合体(4)は珪素原子の
他にM(MはTi、Zr及びHfから選択される少なく
とも一種の元素である。)を0.0 O5〜10%含有
する。該重合体の無機化物は、Mを含有するため一層優
れた機械的特性及び他のマトリックスに対する適合性を
有する。
Further, the metal-containing polycyclic aromatic polymer (4) contains 0.05 to 10% of M (M is at least one element selected from Ti, Zr, and Hf) in addition to silicon atoms. . The mineralized product of the polymer has better mechanical properties and compatibility with other matrices because it contains M.

Mの含有量がO,Q O5%未満では、上記特性は、殆
ど発揮されず、10%を越えた場合は、重合体中に極度
に架橋の進行した高融点物と未反応のMX4が混在する
こととなり、該重合体をドープとした溶融紡糸は著しく
困難となり、また、加熱時の発泡等により成形にも悪影
響を及ぼす。
If the content of M is less than 5% of O, Q O, the above characteristics are hardly exhibited, and if it exceeds 10%, highly crosslinked high melting point substances and unreacted MX4 are mixed in the polymer. This makes it extremely difficult to perform melt spinning using the polymer as a dope, and also has a negative effect on molding due to foaming during heating.

金属含有多環状芳香族重合体(4)は、320″C以下
の比較的低い温度で軟化・流動するため、例えば無機繊
維の前駆体として好適に使用される。
Since the metal-containing polycyclic aromatic polymer (4) softens and flows at a relatively low temperature of 320''C or less, it is suitably used, for example, as a precursor for inorganic fibers.

次に、本発明の製造方法を説明する。Next, the manufacturing method of the present invention will be explained.

まず有機珪素重合体とピッチとを、不活性ガス中で、好
ましくは250〜500°Cの範囲の温度で加熱反応さ
せて前駆重合体(1)を調製する。
First, a precursor polymer (1) is prepared by heating and reacting an organosilicon polymer and pitch in an inert gas, preferably at a temperature in the range of 250 to 500°C.

原料の一つである有機珪素重合体は公知の方法で合成す
ることができ、例えば、ジメチルジクロロシランと金属
ナトリウムの反応により得られるポリジメチルシランを
、不活性ガス中で400°C以上に加熱することにより
得られる。
The organosilicon polymer, which is one of the raw materials, can be synthesized by a known method. For example, polydimethylsilane obtained by the reaction of dimethyldichlorosilane and metallic sodium is heated to 400°C or higher in an inert gas. It can be obtained by

上記有機珪素重合体は、結合単位(Si  CH2)、
又は結合単位(Si  ’CHz )と結合単位(Si
−−Si)より主としてなり、結合単位(Si−CH,
)の全数対結合単位(Si−−32)の全数の比率は1
:0〜20の範囲内にある。
The organosilicon polymer has a bonding unit (Si CH2),
Or the bonding unit (Si 'CHz) and the bonding unit (Si 'CHz)
--Si), and the bonding unit (Si-CH,
) to the total number of bonding units (Si--32) is 1
: Within the range of 0 to 20.

有機珪素重合体の重量平均分子1 (MW )は、一般
的には300〜1000で、Mlが400〜800のも
のが、優れた無機繊維、複合材、成形体等を得るための
中間原料であるランダム共重合体(2)を調製するため
に特に好ましい。
The weight average molecule 1 (MW) of the organosilicon polymer is generally 300 to 1000, and those with Ml of 400 to 800 are used as intermediate raw materials for obtaining excellent inorganic fibers, composite materials, molded objects, etc. Particularly preferred for preparing certain random copolymers (2).

もう一つの出発原料である多環状芳香族化合物は石油類
及び/又は石炭類から得られるピッチで、特に石油類の
流動接触分解により得られる重質油、その重質油を蒸留
して得た留出成分又は残渣油及びそれらを熱処理して得
られるピッチである。原料油及び/または原料炭のソー
ス及び得られるピッチの性状、物性については特別の制
限はないが、最終生成物である金属含有多環状芳香族重
合体(4)を無機繊維製造の原料ドープとして用いる場
合には、特に、ベンゼン、トルエン、キシレン、テトラ
ヒドロフランなどの有機溶媒に不溶の成分を5〜98重
量%含有し、重量平均分子量(M−)が300〜300
0で、融点ガフ0〜200°Cであるピッチが好ましい
。重量平均分子量は以下のようにして求めた値である。
Another starting material, a polycyclic aromatic compound, is pitch obtained from petroleum and/or coal, especially heavy oil obtained by fluid catalytic cracking of petroleum, and pitch obtained by distilling the heavy oil. Distillate components or residual oils and pitch obtained by heat-treating them. There are no particular restrictions on the source of raw oil and/or raw coal and the properties and physical properties of the pitch obtained, but the final product, the metal-containing polycyclic aromatic polymer (4), can be used as a raw material dope for producing inorganic fibers. When used, in particular, it contains 5 to 98% by weight of components insoluble in organic solvents such as benzene, toluene, xylene, and tetrahydrofuran, and has a weight average molecular weight (M-) of 300 to 300.
0 and a melting point gaff of 0 to 200°C is preferred. The weight average molecular weight is a value determined as follows.

即ち、ピッチがベンゼン、トルエン、キシレン、テトラ
ヒドロフラン、クロロホルム及びジクロロベンゼン等の
ゲルパーミュエーションクロマトグラフ(GPC)測定
用有機溶媒不溶分を含有しない場合はそのままGPC測
定し、ピッチが上記有機溶媒不溶分を含有する場合は、
温和な条件で水添処理し、上記有機溶媒不溶分を上記有
機溶媒可溶な成分に変えて後GPC測定する。(上記有
機溶媒不溶分を含有する重合体の重量平均分子量は、上
記と同様の処理を施し求めた値である)。
That is, if the pitch does not contain organic solvent insoluble components for gel permeation chromatography (GPC) measurement, such as benzene, toluene, xylene, tetrahydrofuran, chloroform, and dichlorobenzene, the pitch is directly measured by GPC, and the pitch is determined from the above organic solvent insoluble components. If it contains
Hydrogenation is performed under mild conditions to convert the organic solvent-insoluble components into the organic solvent-soluble components, followed by GPC measurement. (The weight average molecular weight of the polymer containing organic solvent insoluble matter is the value obtained by performing the same treatment as above).

ピッチの使用割合は、有機珪素重合体100部当たり2
〜1900部であることが好ましい。ピッチ成分の使用
割合が過度に小さい場合は、有機珪素成分が多くなり、
メソフェーズ多環状芳香族化合物との相溶性が悪化し、
溶融時における均一性が損なわれ、繊維成形体を製造し
た場合、弾性率が低下する。また、その割合が過度に多
い場合は、有機珪素重合体成分が少なすぎるため、本発
明の重合体から製造される複合材におけるマトリックス
に対する濡れ性、耐酸化性が低下する。
The proportion of pitch used is 2 per 100 parts of organosilicon polymer.
It is preferable that it is 1900 parts. If the proportion of the pitch component used is too small, the organic silicon component will increase,
Compatibility with mesophase polycyclic aromatic compounds deteriorates,
Uniformity during melting is impaired, and when a fiber molded article is produced, the elastic modulus is reduced. Furthermore, if the proportion is too high, the organosilicon polymer component is too small, resulting in decreased matrix wettability and oxidation resistance in the composite material produced from the polymer of the present invention.

上記反応の反応温度が過度に低いと、珪素原子と芳香族
炭素の結合が生成しにくくなり、反応温度が過度に高い
と、生成した前駆重合体(1)の分解及び高分子量化が
激しく起こり好ましくない。ここで言う前駆重合体(1
)には、有機珪素重合体とピッチが珪素−炭素連結基を
介して結合した共重合体に加え、有機珪素重合体及びピ
ッチの各々の重縮合物が含まれる。
If the reaction temperature of the above reaction is too low, it will be difficult to form bonds between silicon atoms and aromatic carbon, and if the reaction temperature is too high, the resulting precursor polymer (1) will be violently decomposed and its molecular weight will increase. Undesirable. The precursor polymer (1
) includes copolymers in which an organosilicon polymer and pitch are bonded via a silicon-carbon linking group, as well as polycondensates of the organosilicon polymer and pitch.

不活性ガスとしては、窒素、アルゴン等が好適に使用さ
れる。
As the inert gas, nitrogen, argon, etc. are preferably used.

次に、前駆重合体(1)と式MX、で示される遷移金属
化合物とを100〜500°Cの温度の範囲で反応させ
てランダム共重合体(2)を調製する。前記M X 4
において、Xは縮合により、Mが前駆重合体(1)の珪
素と直接あるいは酸素原子を介して結合し得るものであ
ればよく、特に規定はないが、ハロゲン原子、アルコキ
シ基又はβ−ジケトンのような錯体形成基が好ましい。
Next, the random copolymer (2) is prepared by reacting the precursor polymer (1) with a transition metal compound represented by the formula MX at a temperature of 100 to 500°C. Said M x 4
In the above, X may be one that can bond M to the silicon of the precursor polymer (1) directly or via an oxygen atom through condensation, and is not particularly limited, but may be a halogen atom, an alkoxy group, or a β-diketone. Complex-forming groups such as are preferred.

反応温度が過度に低いと、前駆重合体(])と弐MX4
との縮合反応が進行せず、反応温度が過度に高いと、M
を介した前駆重合体(1)の架橋反応が過度に進行しゲ
ル化が起こったり、前駆重合体(1)自体が縮合し高分
子量化したり、あるいは、場合によっては、MX、が揮
散じて優れた無機繊維、複合材、成形体を得るための中
間原料であるランダム共重合体(2)が得られない。−
例を挙げれば、MがTiで、XがQC,I(、の場合、
反応温度は200〜400 ’Cが適している。
If the reaction temperature is too low, the precursor polymer (]) and NiMX4
If the condensation reaction with M does not proceed and the reaction temperature is excessively high, M
The crosslinking reaction of the precursor polymer (1) via Random copolymer (2), which is an intermediate raw material for obtaining excellent inorganic fibers, composite materials, and molded articles, cannot be obtained. −
For example, if M is Ti and X is QC, I (,
A suitable reaction temperature is 200-400'C.

この反応によって、前駆重合体(1)の珪素原子の少な
くとも一部を金属Mと直接あるいは酸素原子を介して結
合させたランダム共重合体(2)が調製される。金属M
は前駆重合体(1)の珪素原子に−MX。
Through this reaction, a random copolymer (2) in which at least some of the silicon atoms of the precursor polymer (1) are bonded to the metal M directly or via oxygen atoms is prepared. metal M
is -MX at the silicon atom of the precursor polymer (1).

あるいは−〇−MX、のような結合様式で側鎖状に結合
することもできるし、前駆重合体(1)の珪素原子を直
接又は酸素を介して架橋した結合様式もとり得る。
Alternatively, they may be bonded in a side chain form in a bonding mode such as -0-MX, or may be bonded in a bonding mode in which the silicon atoms of the precursor polymer (1) are crosslinked directly or via oxygen.

ランダム共重合体(2)を調製する方法としては、前述
の方法以外に、有機珪素重合体とM X aを反応させ
、得られた生成物にピッチをさらに反応させて調製する
方法も可能である。
As a method for preparing the random copolymer (2), in addition to the above-mentioned method, it is also possible to prepare the random copolymer (2) by reacting an organosilicon polymer with M X a and further reacting the resulting product with pitch. be.

ランダム共重合体(2)と潜在的異方性形成成分を含む
光学的に等方性の多環状芳香族化合物(以下、これを単
に「多環状芳香族化合物(3)」と言うことがある。)
を200〜500°Cで加熱反応及び/又は加熱溶融し
て、金属含有多環状芳香族重合体(4)を調製する。
Random copolymer (2) and an optically isotropic polycyclic aromatic compound containing a potential anisotropy-forming component (hereinafter, this may be simply referred to as "polycyclic aromatic compound (3)") .)
A metal-containing polycyclic aromatic polymer (4) is prepared by heating reaction and/or heating melting at 200 to 500°C.

多環状芳香族化合物(3)は、例えば、前記FCCスラ
リーオイルより軽質留分を除去して得られたピッチを3
00〜500℃で熱処理する方法等により得られた光学
的異方性のメソフェーズピッチを、その中に含まれてい
るメソフェーズが実質的にキノリン可溶成分に変化し、
ピッチ全体が光学的に等方性の均一相を形成するまで水
素化処理を行うことにより得ることができる。水素化の
方法は、芳香核への水素添加に採用されている従来公知
の種々の方法を用いることができ、例えば、アルカリ金
属、アルカリ土類金属及びそれらの化合物を用いて還元
する方法、電解還元法、錯体触媒等による均一系の水素
添加法、固体触媒を用いる不均一系での水素添加法、無
触媒上水素加圧による水素添加法、テトラリン等水素供
与物を用いての水素添加法等が挙げられる。
The polycyclic aromatic compound (3) is, for example, a pitch obtained by removing the light fraction from the FCC slurry oil.
Optically anisotropic mesophase pitch obtained by a method of heat treatment at 00 to 500 ° C., the mesophase contained therein is substantially changed to a quinoline-soluble component,
It can be obtained by hydrogenating until the entire pitch forms an optically isotropic homogeneous phase. As the hydrogenation method, various conventionally known methods employed for hydrogenation to aromatic nuclei can be used, such as reduction methods using alkali metals, alkaline earth metals, and their compounds, electrolysis, etc. Reduction method, homogeneous hydrogenation method using complex catalysts, etc., heterogeneous hydrogenation method using solid catalyst, hydrogenation method using hydrogen pressure without catalyst, hydrogenation method using hydrogen donor such as tetralin etc.

水素化の条件は、使用する方法により異なるが、400
°C以下の温度、200気圧以下の圧力で行うことがで
きる。得られた水素化ピッチを、その熱安定性を高める
ため、溶融状態で加熱保持することは、本発明の目的を
何ら妨げるものではない。
Hydrogenation conditions vary depending on the method used, but 400
It can be carried out at a temperature of 0.degree. C. or less and a pressure of 200 atmospheres or less. The purpose of the present invention is not hindered in any way by heating and maintaining the obtained hydrogenated pitch in a molten state in order to improve its thermal stability.

この場合の加熱温度は、溶融温度以上でかつ450度℃
以下が好ましい。高温加熱により、新たにメソフェーズ
を大量に生成させることは、軟化点を上昇させ、好まし
くない。
The heating temperature in this case is above the melting temperature and 450 degrees Celsius.
The following are preferred. Generating a large amount of new mesophase by high-temperature heating increases the softening point, which is not preferable.

上記方法で得られた多環状芳香族化合物(3)は、一般
に融点が200〜300°Cの範囲にあり、また、重量
平均分子量が200〜6000のキノリン可溶のピッチ
である。
The polycyclic aromatic compound (3) obtained by the above method is generally a quinoline-soluble pitch having a melting point in the range of 200 to 300°C and a weight average molecular weight of 200 to 6,000.

ここで言う潜在的異方性とは、剪断力や延伸力などの外
力を加えることにより、その外力の方向に分子が配向す
ることに起因する異方性を言う。
The term "potential anisotropy" as used herein refers to anisotropy caused by molecules being oriented in the direction of the external force when an external force such as a shearing force or a stretching force is applied.

例えば、このピッチを用い、通常のピッチ系炭素繊維の
製造方法に従い、紡糸、不融化、焼成を行えば、繊維軸
方向に配向性を持った繊維が得られる。
For example, if this pitch is used and subjected to spinning, infusibility, and sintering according to a conventional method for producing pitch-based carbon fibers, fibers with orientation in the fiber axis direction can be obtained.

多環状芳香族化合物(3)の使用割合は、ランダム共重
合体(2) 100部当たり5〜900部であることが
好ましく、5部未満では、生成する重合体における潜在
的に配向性を持った成分含有量が不足するため、得られ
た重合体を無機化しても、高弾性の繊維や成形体は得ら
れず、また、900部より多い場合は、珪素成分の不足
のためマトリックスに対する濡れ性に優れた繊維や、耐
酸化性の向上した成形体は得られない。
The proportion of the polycyclic aromatic compound (3) used is preferably 5 to 900 parts per 100 parts of the random copolymer (2), and if it is less than 5 parts, the resulting polymer may potentially have orientation properties. Due to the insufficient silicon component content, even if the obtained polymer is mineralized, highly elastic fibers or molded articles cannot be obtained.If the content is more than 900 parts, the wetting of the matrix is insufficient due to the lack of silicon components. Fibers with excellent properties and molded articles with improved oxidation resistance cannot be obtained.

上記溶融混合温度が200°Cより低いと不融部分が生
じ、系が不均一となり、また、溶融混合温度が500℃
より高いと縮合反応が激しく進行し、生成重合体が高融
点となり、その流動性が失われる。
If the above-mentioned melt mixing temperature is lower than 200°C, an infusible portion will occur and the system will become non-uniform;
If the temperature is higher than this, the condensation reaction proceeds rapidly, the resulting polymer has a high melting point, and its fluidity is lost.

金属含有多環状芳香族重合体(4)を調製する方法とし
ては、前述の方法以外に、有機珪素重合体とピッチを反
応させ、得られた生成物に多環状芳香族化合物(3)と
MX、を同時に又は順次添加し、さらに反応させて調製
する方法も可能である。
As a method for preparing the metal-containing polycyclic aromatic polymer (4), in addition to the above-mentioned method, an organosilicon polymer and pitch are reacted, and the resulting product is reacted with the polycyclic aromatic compound (3) and MX. It is also possible to prepare by adding , simultaneously or sequentially, and further reacting.

(効果) 本発明による金属含有多環状芳香族重合体(4)は、重
合体中に遷移金属含有有機珪素共重合体及び潜在的異方
性形成成分を含有するため、この重合体を溶融紡糸、不
融化、焼成することにより、超微粒子のグラファイト結
晶上にSi、M、C及び0からなる非晶質及び/又はβ
−SiC,MC1β−SiCとMCの固溶体、及びMC
,−x  (0<X〈1)の各結晶超微粒子と非晶質の
Sin、(0〈y≦2)及びM Og  (0< z≦
2)からなる集合体が分散した構造の高強度、高弾性に
して、しかもプラスチックとの濡れ性に優れた炭素系無
機繊維を得ることができる。このように、機械特性とプ
ラスチックとの濡れ性を同時に満足できる繊維は従来存
在しなかったため、特にFRP用の用途の開発が大きく
期待される。
(Effect) The metal-containing polycyclic aromatic polymer (4) according to the present invention contains a transition metal-containing organosilicon copolymer and a potential anisotropy-forming component in the polymer, so this polymer can be melt-spun. , amorphous and/or β consisting of Si, M, C and 0 on ultrafine graphite crystals by infusibility and firing.
-SiC, MC1β-Solid solution of SiC and MC, and MC
, -x (0<X<1) and amorphous Sin, (0<y≦2) and M Og (0<z≦
It is possible to obtain a carbon-based inorganic fiber having a structure in which aggregates consisting of 2) are dispersed, which has high strength and high elasticity, and has excellent wettability with plastics. As described above, since there has not been a fiber that can satisfy both mechanical properties and wettability with plastics, there are great expectations for the development of applications, especially for FRP.

また、本発明の重合体から得られる繊維は、炭素系繊維
の高温酸化雰囲気での使用を可能とすると共に、本発明
の重合体を成形加工することにより耐酸化性炭素系材料
及び繊維強化セラミック(FRC)用マトリックス等に
利用することができる。また、本発明は、ピッチの有効
利用の観点からも資するところ大なるものがある。
Furthermore, the fibers obtained from the polymer of the present invention can be used in high-temperature oxidizing atmospheres for carbon fibers, and can be made into oxidation-resistant carbon-based materials and fiber-reinforced ceramics by molding the polymer of the present invention. (FRC) matrix, etc. Further, the present invention greatly contributes from the viewpoint of effective use of pitch.

(実施例) 以下実施例によって本発明を説明する。(Example) The present invention will be explained below with reference to Examples.

参考例1(有機珪素重合体の製法) 5!の三ロフラスコに無水キシレン2.52及びナトリ
ウム400gを入れ、窒素ガス気流下でキシレンの沸点
まで加熱し、ジメチルジクロロシラン11を1時間で滴
下した。滴下終了後、10時間加熱還流し沈澱物を生成
させた。沈澱を濾過し、メタノールついで水で洗浄して
、白色粉末のポリジメチルシラン420gを得た。
Reference Example 1 (Production method of organosilicon polymer) 5! 2.52 g of anhydrous xylene and 400 g of sodium were placed in a three-ring flask, heated under a nitrogen gas stream to the boiling point of xylene, and dimethyldichlorosilane 11 was added dropwise over 1 hour. After the dropwise addition was completed, the mixture was heated under reflux for 10 hours to form a precipitate. The precipitate was filtered and washed with methanol and then water to obtain 420 g of white powder polydimethylsilane.

このポリジメチルシラン400gを、ガス導入管、攪拌
機、冷却器及び留出管を備えた32の三ロフラスコに仕
込み、攪拌しながら50m/分の窒素気流下に420°
Cで加熱処理して、留出受器に350gの無色透明な少
し粘性のある液体を得た。
400 g of this polydimethylsilane was charged into 32 three-hole flasks equipped with a gas inlet tube, a stirrer, a condenser, and a distillation tube, and heated at 420 degrees under a nitrogen flow of 50 m/min while stirring.
C. to obtain 350 g of a colorless and transparent slightly viscous liquid in a distillation receiver.

この液体の数平均分子量は薄気圧浸透法で測定したとこ
ろ470であった。
The number average molecular weight of this liquid was 470 as measured by thin pressure osmosis method.

この物質の赤外線吸収スペクトルを測定したところ、6
50〜900cm−’と1250CI11−’にSiC
H:lの吸収、2100cm−’に5t−Hの吸収、1
020cl’付近と1355cm−’に5i−CHz−
Siの吸収、2900cm−’と2950cm−’にC
−Hの吸収が認められ、またこの物質の遠赤外線だ液状
物質は、主として(S i  CHz )結合単位及び
(Si−32)結合単位からなり、珪素の側鎖に水素原
子及びメチル基を有する有機珪素重合体であることが判
明した。
When the infrared absorption spectrum of this substance was measured, it was found that 6
SiC on 50~900cm-' and 1250CI11-'
H: absorption of l, absorption of 5t-H at 2100 cm-', 1
5i-CHz- around 020cl' and 1355cm-'
Absorption of Si, C at 2900 cm-' and 2950 cm-'
-H absorption was observed, and the far-infrared rays of this substance The liquid material mainly consists of (Si CHz) bond units and (Si-32) bond units, and has hydrogen atoms and methyl groups in the silicon side chain. It turned out to be an organosilicon polymer.

核磁気共鳴分析及び赤外線吸収分析の測定結果から、こ
の有機珪素重合体は(Si−  CH2)結合単位の全
数対(Si−32)結合単位の全数の比率がほぼ1:3
である重合体であることが確認された。
According to the measurement results of nuclear magnetic resonance analysis and infrared absorption analysis, the ratio of the total number of (Si-CH2) bond units to the total number of (Si-32) bond units in this organosilicon polymer is approximately 1:3.
It was confirmed that the polymer was

上記有機珪素重合体300gをエタノールで処理して低
分子量物を除去して、数平均分子量が1200の重合体
40gを得た。
300 g of the above organosilicon polymer was treated with ethanol to remove low molecular weight substances to obtain 40 g of a polymer having a number average molecular weight of 1200.

この物質の赤外線吸収スペクトルを測定したところ、上
記と同様の吸収ピークが認められ、この物質は主として
(Si−  CH2)結合単位及び(Si−Si)結合
単位からなり、珪素の側鎖に水素原子及びメチル基を有
する有機珪素重合体であることが判明した。
When the infrared absorption spectrum of this substance was measured, absorption peaks similar to those above were observed, and this substance mainly consists of (Si-CH2) bond units and (Si-Si) bond units, and has hydrogen atoms in the side chains of silicon. It turned out to be an organosilicon polymer having methyl groups.

核磁気共鳴分析及び赤外線吸収分析の測定結果から、こ
の有機珪素重合体は(Si  CH2)結合単位の全数
対(Si−Si)結合単位の全数の比率がほぼ7:1で
ある重合体であることが確認された。
According to the measurement results of nuclear magnetic resonance analysis and infrared absorption analysis, this organosilicon polymer is a polymer in which the ratio of the total number of (Si CH2) bond units to the total number of (Si-Si) bond units is approximately 7:1. This was confirmed.

参考例2(F’CCスラリーオイルの製法)石油留分の
うち、軽油以上の高沸点物をシリカ・アルミナ系分解触
媒の存在下、500°Cの温度で流動接触分解・精密を
行い、その塔底より残渣を得た。以下この残渣をFCC
スラリーオイルと呼ぶ。
Reference Example 2 (Production method for F'CC slurry oil) Among petroleum fractions, substances with a boiling point higher than that of light oil are subjected to fluid catalytic cracking and precision at a temperature of 500°C in the presence of a silica/alumina cracking catalyst. A residue was obtained from the bottom of the tower. This residue will be sent to FCC below.
It is called slurry oil.

このFCCスラリーオイルは、元素分析の結果、炭素原
子対水素原子の原子比(C/H)が0.75で、核磁気
共鳴分析による芳香炭素率が0.55であった。
As a result of elemental analysis, this FCC slurry oil had an atomic ratio of carbon atoms to hydrogen atoms (C/H) of 0.75, and an aromatic carbon ratio of 0.55 as determined by nuclear magnetic resonance analysis.

実施例1 (第1工程) 参考例2で得られたFCCスラリーオイル500gを窒
素ガス気流下450°Cに加熱し、同温度における留出
分を留去後残渣を200°Cにて熱時濾過し、同温度に
おける不融部を除去し、軽質骨除去ピッチ225gを得
た。
Example 1 (First step) 500 g of the FCC slurry oil obtained in Reference Example 2 was heated to 450°C under a nitrogen gas flow, and after distilling off the distillate at the same temperature, the residue was heated at 200°C. It was filtered to remove the infusible portion at the same temperature to obtain 225 g of light bone-removed pitch.

この軽質骨除去ピッチは75%のキシレン不溶分を含む
光学的に等方性のピッチであった。
This light bone removal pitch was an optically isotropic pitch containing 75% xylene insolubles.

このピッチ49gに参考例1で得た有機珪素重合体21
g及びキシレン20成を加え、攪拌しながら昇温し、キ
シレンを留去後400°Cで6時間反応させ39gの前
駆重合体(すを得た。
21 of the organic silicon polymer obtained in Reference Example 1 was added to 49 g of this pitch.
g and 20 g of xylene were added, the temperature was raised while stirring, and after the xylene was distilled off, the reaction was carried out at 400° C. for 6 hours to obtain 39 g of a precursor polymer.

前駆重合体(1)は赤外線吸収スペクトル測定の結果、
有機珪素重合体中に存在する5t−H結合(IR: 2
100cm−’)の減少及び新たな5t−C(ベンゼン
環の炭素)結合(I R: 1135cm−’)の生成
が認められることより有機珪素重合体の珪素原子の一部
が多環状芳香族環と直接結合した部分を有する重合体で
あることがわかった。
As a result of infrared absorption spectrum measurement, the precursor polymer (1) was found to be
5t-H bond (IR: 2
100 cm-') and the formation of new 5t-C (benzene ring carbon) bonds (I R: 1135 cm-'), it is clear that some of the silicon atoms in the organosilicon polymer are polycyclic aromatic rings. It was found that it is a polymer that has a part directly bonded to.

(第2工程) 前駆重合体(1)39gにテトラオクトキシチタン(T
 i (QCs H1?) a ) 2.75 gのキ
シレン溶液(25%キシレン溶液11g)を加え、キシ
レン留去後、340 ’Cで2時間反応させ、ランダム
共重合体(2) 38 gを得た。
(Second step) Tetraoctoxytitanium (T
i (QCs H1?) a) Add 2.75 g of xylene solution (11 g of 25% xylene solution), and after distilling off the xylene, react at 340'C for 2 hours to obtain 38 g of random copolymer (2). Ta.

この重合体はキシレン不溶部を含まず重量平均分子量は
1650、融点は272°Cであった。
This polymer contained no xylene-insoluble parts, had a weight average molecular weight of 1650, and a melting point of 272°C.

(第3工程) 参考例2で得られたFCCスラリーオイル400gを窒
素ガス気流下420°Cに加熱し、同温度における留出
分を留去後残渣を150 ’Cにて熱時濾過を行い、同
温度における不融部を除去後、窒素気流下、反応により
生成する軽質分を除去しなから400 ’Cで9時間重
縮合を行い、熱処理ピッチ75gを得た。この熱処理ピ
ッチは融点が275°Cで、軟化点が305°C、キシ
レン不溶分を96%、キノリンネ溶分を25%それぞれ
含有しており、研磨面の偏光顕微鏡観察による光学的異
方性が95%のメソフェーズピッチであった。
(Third step) 400 g of the FCC slurry oil obtained in Reference Example 2 was heated to 420°C under a nitrogen gas stream, the distillate at the same temperature was distilled off, and the residue was filtered while hot at 150°C. After removing the infusible portion at the same temperature, polycondensation was carried out at 400'C for 9 hours under a nitrogen stream without removing light components generated by the reaction, to obtain 75 g of heat-treated pitch. This heat-treated pitch has a melting point of 275°C, a softening point of 305°C, and contains 96% of xylene-insoluble matter and 25% of quinoline-soluble matter, and its optical anisotropy was observed by polarizing microscope observation of the polished surface. It was 95% mesophase pitch.

このメソフェーズピッチをゼオライトを担体としたニッ
ケル・コバルト固体触媒を用い、360°C1水素圧1
00 )cg/c1n”で1時間水素化した。
Using this mesophase pitch as a nickel-cobalt solid catalyst with zeolite as a carrier, 360°C1 hydrogen pressure 1
00) cg/c1n'' for 1 hour.

水素化生成物は、キノリンネ溶分を含まず、研磨面の偏
光顕微鏡観察の結果、光学的に等方性のピッチであった
。このピッチを窒素気流下、400℃で30分間保持し
て熱安定化を行い多環状芳香族重合体(3)を得た。得
られた多環状芳香族重合体(3)は、キノリンネ溶分を
含まず融点が230°Cで、軟化点が238°Cの光学
的に等方性のピッチであった。しかし、この多環状芳香
族重合体(3)を口径0、5 mmのキャピラリーを用
い繊維状とし、空気中300″Cで不融化後、窒素気流
中で1000°Cで焼成し、その断面観察の結果、繊維
軸方向への配向が確認され、潜在的に異方性ピッチであ
ることがわかった。
The hydrogenated product did not contain any quinolinated components, and observation of the polished surface with a polarizing microscope revealed that it was an optically isotropic pitch. This pitch was thermally stabilized by holding it at 400° C. for 30 minutes under a nitrogen stream to obtain a polycyclic aromatic polymer (3). The obtained polycyclic aromatic polymer (3) was an optically isotropic pitch with a melting point of 230° C. and a softening point of 238° C. without containing a quinolinated component. However, this polycyclic aromatic polymer (3) was made into a fibrous form using a capillary with a diameter of 0.5 mm, made infusible at 300°C in air, then fired at 1000°C in a nitrogen stream, and its cross section was observed. As a result, orientation in the fiber axis direction was confirmed, and it was found that the pitch was potentially anisotropic.

(第4工程) 第2工程で得られたランダム共重合体(2) 40 g
と第3工程で得られた多環状芳香族重合体(3)80g
を窒素雰囲気下350″Cで1時間溶融混合し、均一な
状態にある金属含有多環状芳香族重合体(4)を得た。
(4th step) Random copolymer (2) obtained in the 2nd step 40 g
and 80 g of polycyclic aromatic polymer (3) obtained in the third step.
were melt-mixed for 1 hour at 350''C under a nitrogen atmosphere to obtain a metal-containing polycyclic aromatic polymer (4) in a uniform state.

この金属含有多環状芳香族重合体(4)は、キノリンネ
溶分を含まず、キシレン不溶分が38%の光学的に等方
性の重合体であり、融点が248°Cで、軟化点が27
0°Cであった。また、ゲルパーミユエイションクロマ
トグラフィー(GPC)により重量平均分子量(M8)
を測定したところ、M8=1020であった。
This metal-containing polycyclic aromatic polymer (4) is an optically isotropic polymer that does not contain any quinoline-soluble matter and has a xylene-insoluble matter of 38%, and has a melting point of 248°C and a softening point of 27
It was 0°C. In addition, the weight average molecular weight (M8) was determined by gel permeation chromatography (GPC).
When measured, it was found that M8=1020.

この金属含有多環状芳香族重合体(4)を空気中、10
00°Cに加熱し、得られた灰分にアルカリ溶融、塩酸
処理を施し、水に溶解後、その水溶液について、高周波
プラズマ発光分光分析装置(ICP)を用い金属濃度測
定を行ったところ、金属含有多環状芳香族重合体(4)
中の珪素含量は5.2%で、チタン含量は0.2%であ
ることがわかった。
This metal-containing polycyclic aromatic polymer (4) was dissolved in air for 10
The ash obtained was heated to 00°C, subjected to alkali melting and hydrochloric acid treatment, and dissolved in water.The metal concentration of the aqueous solution was measured using an high-frequency plasma emission spectrometer (ICP). Polycyclic aromatic polymer (4)
The silicon content therein was found to be 5.2% and the titanium content to be 0.2%.

実施例2 (第1工程) 実施例1の第1工程と同様にして前駆重合体(1)39
gを得た。
Example 2 (First step) Precursor polymer (1) 39 was prepared in the same manner as the first step of Example 1.
I got g.

(第2工程) 前駆重合体(1) 39 gにテトラキスアセチルアセ
トナトシルコニウム5.4gのエタノール−キシレン溶
液(1,5%)を加え、溶媒留去後250°Cで1時間
重合し、39.5 gのランダム共重合体(2)を得た
(Second step) An ethanol-xylene solution (1.5%) of 5.4 g of tetrakis acetylacetonatosilconium was added to 39 g of precursor polymer (1), and after the solvent was distilled off, polymerization was carried out at 250°C for 1 hour. 39.5 g of random copolymer (2) was obtained.

(第3工程) メソフェーズ化条件を、420°C14時間とし、水素
化を金属リチウムとエチレンジアミンを用い、95°C
で2時間水素化を行った以外は実施例1と同様にして多
環状芳香族重合体(3)を得た。この多環状芳香族重合
体(3)は融点が225°Cで、軟化点が231℃で実
施例1と同様にして潜在的に異方性ピッチであることを
確認した。
(Third step) The mesophasing conditions were 420°C for 14 hours, and the hydrogenation was carried out at 95°C using metallic lithium and ethylenediamine.
A polycyclic aromatic polymer (3) was obtained in the same manner as in Example 1, except that hydrogenation was carried out for 2 hours. This polycyclic aromatic polymer (3) had a melting point of 225°C, a softening point of 231°C, and was confirmed to be potentially anisotropic pitch in the same manner as in Example 1.

(第4工程) 第2工程で得たランダム共重合体(2) 20 gと第
3工程得た多環状芳香族重合体(3) 50 gを35
0°Cで1時間溶融混合し、67gの珪素及びジルコニ
ウムを含有した多環状芳香族重合体を得た。
(4th step) 20 g of the random copolymer (2) obtained in the 2nd step and 50 g of the polycyclic aromatic polymer (3) obtained in the 3rd step were combined into 35 g
Melt mixing was performed at 0°C for 1 hour to obtain 67 g of a polycyclic aromatic polymer containing silicon and zirconium.

この金属含有多環状芳香族重合体(4)は融点が242
°Cで、軟化点が268°Cで、55%のキシレン不溶
分を含んでおり、平均重量分子量が960であった。
This metal-containing polycyclic aromatic polymer (4) has a melting point of 242
It had a softening point of 268°C, contained 55% xylene insoluble matter, and had an average weight molecular weight of 960.

また、この重合体中の珪素及びジルコニウムの含有率は
各々、4.1%及び0.8%であった。
Further, the silicon and zirconium contents in this polymer were 4.1% and 0.8%, respectively.

実施例3 (第1工程) 実施例1で得られたピッチ60g及び有機珪素重合体4
0gより、実施例1と同様にして57gの前駆共重合体
(1)を得た。
Example 3 (1st step) 60 g of pitch obtained in Example 1 and organosilicon polymer 4
From 0 g, 57 g of precursor copolymer (1) was obtained in the same manner as in Example 1.

(第2工程) 前駆共重合体(1) 40 gにハフニウムクロライド
7.2gのエタノール−キシレン溶液を加え、キシレン
留去後、250°Cで1時間重合し、43.5 gのラ
ンダム共重合体(2)を得た。
(Second step) An ethanol-xylene solution of 7.2 g of hafnium chloride was added to 40 g of precursor copolymer (1), and after distilling off the xylene, polymerization was carried out at 250°C for 1 hour to give 43.5 g of random copolymerization. Coalescence (2) was obtained.

(第3工程) メソフェーズ化条件を、430°C11時間とし、水素
化を無触媒、水素圧80kg/cm”で、420°Cで
1時間行った以外は実施例1と同様にして多環状芳香族
重合体(3)を得た。この多環状芳香族重合体(3)は
融点が233“Cで、軟化点が241 ”Cで実施例1
と同様にして潜在的に異方性ピ・ンチであることを確認
した。
(Third step) The polycyclic aromatic compound was produced in the same manner as in Example 1, except that the mesophasing conditions were 430°C for 11 hours, and the hydrogenation was carried out without a catalyst at 420°C for 1 hour at a hydrogen pressure of 80 kg/cm. A polycyclic aromatic polymer (3) was obtained. This polycyclic aromatic polymer (3) had a melting point of 233"C and a softening point of 241"C.
Similarly, it was confirmed that there was a potential anisotropic pinch.

(第4工程) 第2工程で得たランダム共重合体(2) 20 gと第
3工程で得た多環状芳香族重合体(3) 50 gを3
50°Cで1時間溶融混合し、95gの珪素及びノ\フ
ニウムを含有した多環状芳香族重合体を得た。
(4th step) 20 g of the random copolymer (2) obtained in the 2nd step and 50 g of the polycyclic aromatic polymer (3) obtained in the 3rd step were combined into 3
The mixture was melt-mixed at 50°C for 1 hour to obtain 95g of a polycyclic aromatic polymer containing silicon and nophnium.

この金属含有多環状芳香族重合体(4)は融点が248
°Cで、軟化点が271°Cで、63%のキシレン不溶
分を含んでおり、平均重量分子量が890であった。
This metal-containing polycyclic aromatic polymer (4) has a melting point of 248
It had a softening point of 271°C, contained 63% xylene insoluble matter, and had an average weight molecular weight of 890.

また、この重合体中の珪素及びハフニウムの含有率は各
々、3.6%及び1.9%であった。
Further, the silicon and hafnium contents in this polymer were 3.6% and 1.9%, respectively.

比較例1 (第1工2程) 参考例2で得たFCCスラリーオイル200gを窒素ガ
ス気流下、420°Cに加熱し、同温度における軽質留
分を留去し軽質骨除去ピッチを114g得た。得られた
ピッチを、130°Cのキシレン500戒に溶解し、キ
シレン不溶分69gを除去した後、得られたピッチ中の
キシレン可溶部45gに参考例1で得た有機珪素重合体
45gを加え、400°Cで6時間共重合を行わせ32
gの前駆重合体を得た。
Comparative Example 1 (Step 1, Step 2) 200 g of the FCC slurry oil obtained in Reference Example 2 was heated to 420°C under a stream of nitrogen gas, and the light fraction at the same temperature was distilled off to obtain 114 g of light bone-removed pitch. Ta. The obtained pitch was dissolved in 500 g of xylene at 130°C to remove 69 g of the xylene insoluble portion, and then 45 g of the organosilicon polymer obtained in Reference Example 1 was added to 45 g of the xylene soluble portion of the obtained pitch. In addition, copolymerization was carried out at 400 °C for 6 hours32
g of a precursor polymer was obtained.

(第2工程) 第1工程で得たキシレン可溶のピッチ成分200gを、
窒素ガス気流下、400°Cにて2時間熱処理しキノリ
ンネ溶分を含まない光学的等方性のピッチ65gを得た
。このピッチは、実施例1の方法により剪断を作用させ
ても、まった(配回せず潜在的異方性成分を含んでいな
いものであった。
(Second step) 200g of the xylene soluble pitch component obtained in the first step,
Heat treatment was performed at 400° C. for 2 hours under a nitrogen gas stream to obtain 65 g of optically isotropic pitch containing no quinoline solvate. Even when shearing was applied by the method of Example 1, this pitch did not become stable (distributed) and did not contain any potential anisotropic components.

(第3工程) 第1工程で得た前駆重合体30gと第2工程で得た熱処
理ピッチ60gを340°Cで1時間加熱混合した。得
られた生成物の重量平均分子量(Ml、l)は1450
で、珪素含有率は9.8%であり、融点は185°Cで
あった。
(Third step) 30 g of the precursor polymer obtained in the first step and 60 g of the heat-treated pitch obtained in the second step were heated and mixed at 340° C. for 1 hour. The weight average molecular weight (Ml, l) of the obtained product was 1450
The silicon content was 9.8% and the melting point was 185°C.

比較例2 実施例1で得た軽質骨除去ピッチ100gに参考例1で
得た有機珪素重合体50gを加え400°Cで6時間反
応し、79gの前駆重合体を得た。
Comparative Example 2 50 g of the organosilicon polymer obtained in Reference Example 1 was added to 100 g of the light bone-removed pitch obtained in Example 1 and reacted at 400° C. for 6 hours to obtain 79 g of a precursor polymer.

得られた重合体は融点が252°C2珪素含有率が15
%で、平均重量分子量(Mい)は1400であり、キシ
レン不溶分を含まず、メソフェーズ部分も存在しなかっ
た。
The resulting polymer has a melting point of 252°C and a silicon content of 15
%, and the average weight molecular weight (M) was 1400, containing no xylene-insoluble matter and no mesophase portion.

実施例4 実施例1、実施例2、実施例3で得た金属含有多環状芳
香族重合体(4)を紡糸ドープとし、口径0゜15mm
のノズルを用い溶融紡糸した。得られたプレカーサー糸
を空気流通下、300°Cにて不融下し、アルゴン気流
下1300°Cで焼成し、炭素質無機繊維を得た。この
繊維の糸径、引張強度、引張弾性率は、それぞれ、実施
例1のドープの場合で、9.0μ、360kg/mm”
 、30 t /薗2、実施例2のドープの場合で、1
0.9μ、365kg/ffl+12.33t/111
ffI2、実施例3のドープの場合で、11.2μ、3
51 kg/IIfln” 、32 t 7mm”であ
った。
Example 4 The metal-containing polycyclic aromatic polymer (4) obtained in Example 1, Example 2, and Example 3 was used as a spinning dope, and the diameter was 0° and 15 mm.
Melt spinning was performed using a nozzle. The obtained precursor yarn was unmelted at 300°C under air flow and fired at 1300°C under argon flow to obtain carbonaceous inorganic fibers. The yarn diameter, tensile strength, and tensile modulus of this fiber are 9.0 μ and 360 kg/mm, respectively, in the case of the dope of Example 1.
, 30 t/Sono 2, in the case of the dope of Example 2, 1
0.9μ, 365kg/ffl+12.33t/111
ffI2, in the case of doping of Example 3, 11.2μ, 3
The weight was 51 kg/II fln", 32 t 7 mm".

走査型電子顕微鏡による繊維断面の観察の結果、いずれ
の繊維もサンゴ様ランダム構造、ラジアルを基本とした
ランダム−ラジアル構造、渦巻状オニオン構造をしてお
り、ドープ中のメソフェーズ成分が、紡糸、不融化、焼
成過程で繊維軸方向に配向したことを示していた。
Observation of the cross section of the fibers using a scanning electron microscope revealed that all the fibers had a coral-like random structure, a radial-based random-radial structure, and a spiral onion structure, and the mesophase components in the dope were found to be different from spinning and non-spinning. This indicates that the fibers were oriented in the axial direction during the melting and firing process.

比較例3 比較例1及び2で得られた重合体を実施例4と同条件下
で紡糸、不融化、焼成を行い焼成糸を得た。各々の繊維
の糸径、引張強度、引張弾性率は、それぞれ、比較例1
のドープの場合で、17μ、95 kg/mm” 、6
. Ot 7mm” 、比較例2のドープの場合で、1
6μ、75kg/胴”、5.Ot/飾2であった。
Comparative Example 3 The polymers obtained in Comparative Examples 1 and 2 were spun, infusible, and fired under the same conditions as in Example 4 to obtain fired yarn. The thread diameter, tensile strength, and tensile modulus of each fiber are those of Comparative Example 1.
17μ, 95 kg/mm”, 6
.. Ot 7mm'', in the case of the dope of Comparative Example 2, 1
It was 6μ, 75kg/body”, 5.Ot/decoration 2.

また、繊維断面は何ら配向した構造の部分を含んでいな
かった。
Further, the fiber cross section did not include any oriented structure.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)(A)結合単位(Si−CH_2)、又は結合単
位(Si−CH_2)と結合単位(Si−Si)から主
としてなり、珪素原子の側鎖に水素原子、低級アルキル
基、フェニル基及びシリル基からなる群から選ばれる置
換基を有し、且つチタン、ジルコニウム及びハフニウム
からなる群から選ばれる少なくとも一種類の原子が、直
接又は酸素原子を介して、珪素原子の少なくとも一部と
結合している遷移金属含有有機珪素重合体単位、及び(
B)潜在的異方性形成成分を含む光学的に等方性の多環
状芳香族化合物単位、 からなり、前記(A)の珪素原子の少なくとも一部が、
前記(B)の芳香族環の炭素原子と結合していることを
特徴とする金属含有多環状芳香族重合体。
(1) (A) Mainly composed of a bonding unit (Si-CH_2), or a bonding unit (Si-CH_2) and a bonding unit (Si-Si), with hydrogen atoms, lower alkyl groups, phenyl groups and It has a substituent selected from the group consisting of silyl groups, and at least one type of atom selected from the group consisting of titanium, zirconium, and hafnium is bonded to at least a portion of the silicon atoms directly or via an oxygen atom. transition metal-containing organosilicon polymer units, and (
B) an optically isotropic polycyclic aromatic compound unit containing a potential anisotropy-forming component, in which at least a portion of the silicon atoms of (A) are
A metal-containing polycyclic aromatic polymer, which is bonded to the carbon atom of the aromatic ring of (B).
(2)1)結合単位(Si−CH_2)、又は結合単位
(Si−CH_2)と結合単位(Si−Si)とから主
としてなり、珪素原子の側鎖に水素原子、低級アルキル
基、フェニル基あるいはシリル基を有し、上記結合単位
からなる主骨格の珪素原子に、チタン、ジルコニウム及
びハフニウムからなる群から選ばれる少なくとも一種類
の原子が、直接又は酸素原子を介して、珪素原子の少な
くとも一部と結合している遷移金属含有有機珪素重合体
の珪素原子の少なくとも一部が、石油系又は石炭系のピ
ッチあるいはその熱処理物である多環状芳香族化合物の
芳香族環の炭素と珪素−炭素連結基を介して結合したラ
ンダム共重合体、及び 2)石油系又は石炭系のピッチを熱処理して得られるメ
ソフェーズを含むピッチを水素化処理後、再び熱処理し
て得られる潜在的異方性形成成分を含む光学的に等方性
の多環状芳香族化合物とを、200〜500℃の範囲の
温度で加熱反応及び/又は加熱溶融することを特徴とす
る金属含有多環状芳香族重合体の製造方法。
(2) 1) Mainly composed of a bonding unit (Si-CH_2), or a bonding unit (Si-CH_2) and a bonding unit (Si-Si), and the side chain of the silicon atom is a hydrogen atom, a lower alkyl group, a phenyl group, or At least one type of atom selected from the group consisting of titanium, zirconium, and hafnium is attached directly or via an oxygen atom to at least a portion of the silicon atoms in the main skeleton that has a silyl group and consists of the above-mentioned bonding units. At least a part of the silicon atoms of the transition metal-containing organosilicon polymer bonded to the silicon-carbon linkage with the carbon of the aromatic ring of the polycyclic aromatic compound which is petroleum-based or coal-based pitch or its heat-treated product. a random copolymer bonded through a group, and 2) a potential anisotropy-forming component obtained by hydrogenating a pitch containing a mesophase obtained by heat-treating petroleum-based or coal-based pitch and then heat-treating it again. A method for producing a metal-containing polycyclic aromatic polymer, which comprises heating-reacting and/or heating-melting an optically isotropic polycyclic aromatic compound containing the following at a temperature in the range of 200 to 500°C. .
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63182348A (en) * 1987-01-23 1988-07-27 Ube Ind Ltd Organometallic polymer
JPH01131300A (en) * 1987-08-21 1989-05-24 Internatl Lubricants Inc Jojoba oil and jojoba oil derivative lubricant composition

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