JPH03206127A - 高密度炭素材、粘結剤、含浸材、バインダー用ピッチ組成物 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ピッチ組戊物に関し、特に、等方性高密度炭
素材、Ｃ／Ｃコンポジット、汎用炭素繊維、活性炭素繊
維に代表される高級炭素材料の原料として有用なピッチ
組成物に関する。

［従来の技術とその課題コ 一般に、人造黒煙電極、等方性高密度炭素材、Ｃ／Ｃコ
ンボジットなどの炭素材料は、骨材としてピッチコーク
ス、二一ドルコークス、炭素繊維などを用い、これにピ
ッチ、合成樹脂などの粘着剤を添加した後、成型、焼成
して製造されている。

さらにピッチ、合成樹脂などの含浸剤を含浸し、焼成す
る工程を繰り返すことにより高密度化を達成している。

ここで使用されている粘着剤、含浸剤などのマトリック
ス原料に必要な特性は、第１に、加熱時の溶融性が良い
ことである。溶融性が良いことにより、粘着剤の場合は
骨材との濡れ性等が向上し、含浸剤の場合は炭素材料の
気孔への浸透性が向上して最終的に得られる炭素材料は
、高密度かつ高強度なものとなる。

ここで、従来から粘着剤、含浸剤として使用されている
石油系ピッチあるいはコールタールピッチなどの場合、
焼成後の光学組織が大きく、かつ不均一な異方性である
ため、焼成時の骨材からの剥離、あるいは局部的かつ異
方的な収縮による亀裂のため、最終的に得られる炭素製
品の機械的強度の低下、あるいは製品の強度のばらつき
が避けられなかった。そこで、マトリックス材料として
必要な第２の特性は、焼成後の光学組織が等方性あるい
は均質かつ微細な異方性組織であることである。

また、汎用炭素繊維、活性炭素繊維は、紡糸用ピッチを
溶融紡糸し、得られたピッチ繊維を酸化性雰囲気で不融
化した後、炭化あるいは賦活化することにより製造され
る。ここで、原料となる紡糸用ピッチの要求特性は、光
学的に等方性であり、かつ不融化時間の短縮のために比
較的高い軟化点を有していること、さらに紡糸温度で適
正な粘度を有していることである。ここで、紡糸温度付
近で温度変化による粘度の変化幅が小さい方が好ましい
。

そこで、光学的に等方性のピッチを製造する方法として
、特開昭６１−２８０２０号に示されるものがある。こ
の発明は、重質油またはピッチに酸素またはオゾンを含
有する気体を吹き込みつつ１００〜４００℃で熱処理す
ることにより軟化点２００℃以上、等方性向上戊分含有
量５〜６０％のピッチを得る方法である。ところが、こ
の方法により得たピッチは、加熱時の溶融紡糸性能が悪
く、粘度が高いため使用する骨材との濡れ性、含浸性能
あるいは紡糸性能が悪く、原料としては不十分である。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、高軟
化点を有し、しかも、光学的に等方性であり、かつ、高
温で優れた溶融性を示すと共に、炭化物の光学組織制御
が可能であるため、高品質の炭素製品を容易に得ること
ができるピッチ組成物を提供するものである。

［課題を解決するための手段コ 本発明は、１００〜４５０℃の範囲の軟化点を有し、か
つ、光学的に等方性であることを特徴とするピッチ組成
物である。

ピッチ組成物の出発原料には、含酸素官能基を有する芳
香族化合物とピッチ類との混合物を使用する。ここで、
含酸素官能基としては、水酸基、カルボキシル基、アル
デヒド基、キノン基、ニトロ基、スルホン基等を挙げる
ことができる。これら官能基を有する芳香族化合物とし
ては、フェノール、ナフトール、ノボラック型フェノー
ル樹脂初期重合物、エポキシ樹脂等があり、これらの中
の１種あるいは複数種を使用する。ここで、含酸素官能
基を有する芳香族化合物であれば本発明の効果を得るこ
とができるが、分子量が２００〜３０００程度のものが
特に好ましい。一方、ピッチ類とは、石油、石炭化学プ
ロセスで副生ずる残渣ｌ由或いはピッチ状物質であり、
例えば常圧残渣油、減圧残渣油、エチレンタールビッチ
、コールタール、コールタールピッチ等を挙げることが
できる。

また、含酸素官能基を有する芳香族化合物とピッチ類と
の混合物の熱処理は１５０〜４５０℃の温度で行なうの
が好ましい。窒素などの不活性気体を吹き込んでも良い
し、還流下あるいは加圧下で熱処理しても良い。ここで
、熱処理温度が１５０℃未満の場合は熱分解・重縮合に
よる含酸素官能基を有する芳香族化合物とピッチ類との
相互の反応が起こ難＜、４５０℃を越えるとコーキング
の恐れがあるので好ましくない。

［作用］ 本発明にかかるピッチ組成物によれば、３ｏｏ℃以上の
軟化点を有する場合にも光学的に等方性を呈するととも
に加熱時の溶融性にも優れる。そのため、黒鉛電極、等
方性高密度炭素材、Ｃ／Ｃコンボジットなどの粘結剤と
して使用する場合には、ピッチコークス、ニ一ドルコー
クス、炭素繊維などの骨材との濡れ性が良く優れたバイ
ンダー性能を示す。また、含浸剤として使用する場合に
は、加熱時の溶融粘度が低いため優れた含浸性能を発揮
する。さらに、本発明にかかるピッチ組成物を原料に製
造した炭素材料は、光学的に等方性、あるいは微細な異
方性組織にすることが可能であり、焼成時の局部的な収
縮による亀裂・割れを防止できる。また、得られた炭素
製品が破壊する場合の亀裂伝播も最小限に抑えることが
できる。

また本発明にかかるピッチ組成物を炭素繊維、后性炭素
繊維原料として使用する場合には加熱時の溶融性か良く
、かつ温度変化に対する粘度の変化幅か従来のピッチに
比べ小さいので優れた紡糸性能を示す。

［実施例］ 以下、本発明の実施例について説明する。

実施例１ あらかじめキノリン不溶分を除去した軟化点９５℃（メ
トラー法）のコールタールピッチ６０重量部とノボラッ
ク型フエルノール樹脂初期重合物（分子量９２０）４０
重量部を粒度１關以下に粉砕後、粉末の状態で混合した
。得られた混合物４００ｇを１ｇオートクレープに仕込
み、窒素雰囲気下、反応温度４００℃で２時間処理して
収率７５％でピッチ状物を得た。得られたピッチ状物は
軟化点３２０℃で光学的に全面等方性であった。

粘度の測定結果を下記第１表に示す。また、このピッチ
組成物を窒素雰囲気中で６００℃で焼成した炭化物の光
学相織は微細な異方性組織（単位径１μｍ以下）であっ
た。

実施例２ ２ナフトル４００ｇ及び溶媒としてノーブタノール８０
ｇを１２のガラス製反応容器に入れ、さらホルムアデヒ
ド２００ｇに触媒として硫酸４ｇヲ加エ、１１０℃で３
０分間処理して下記（１）式に示す生或物（分子量３０
０）を得た。得られた生成物２４０ｇと実施例１で使用
したものと同じゴールタールピッチ１６０ｇを粉末の状
態で混合した。混合物を１ｐオートクレープに仕込み、
実施例１と同様の条件で処理して収率６５％でピッチ状
物を得た。得られたピッチ状物は軟化点３０５℃で全面
等方性であった。粘度の測定結果を第１表に併記する。

また、このピッチ組成物の炭化後の光学組織は微細な異
方性組織（単位径１〜３μｍ）であった。

比較例１ 実施例］と同じコールタールピッチを窒素雰囲気下で反
応温度４００℃、反応時間２時間処理した。得られたピ
ッチ状物は軟化点２９６℃で、光学顕微鏡で観察した結
果、直径１０〜５０μｍの異方性球晶が多数観察された
。粘度の測定結果を第１表に併記する。また、このピッ
チ組成物の炭化物の光学紐織は大きな流れ状であり、多
数の亀裂が観察された。

比較例２ 実施例１と同じコールタールピッチを空気を１（１／分
の量で吹き込みながら反応温度３２０℃、反応時間４時
間処理した。得られたピッチ状物は軟化点３１２℃で光
学顕微鏡で観察した結果、全面等方性であった。粘度の
測定結果を第１表に示す。また、このピッチ組成物の炭
化性の光学組織は一部微細なモザイフ状組織を有する大
部分等方性の組織であった。

第１表 （注） 表内数字の単位はｐｏｉｓｅ ［発明の効果］ 以上説明した如く、本発明にかかるピッチ組成物によれ
ば、高軟化点であるにもかかわらず光学的に等方性であ
り、かつ高温で優れた溶融性を示す。さらに炭化物の光
学組織制御が可能なので、高品質の炭素製品を容易に得
ることができる等顕著な効果を発揮するものである。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）１００〜４５０℃の範囲の軟化点を有し、かつ、
   光学的に等方性であることを特徴とするピッチ組成物。
2. （２）原料が、含酸素官能基を有する芳香族化合物とピ
   ッチ類との混合物である請求項第１項記載のピッチ組成
   物。
3. （３）含酸素官能基を有する芳香族化合物とピッチ類と
   の混合物は、温度１５０〜４５０℃で熱処理することに
   より得られるものである請求項第１項記載のピッチ組成
   物。