JPH062793B2 - Method for producing low softening point optically anisotropic pitch - Google Patents

Method for producing low softening point optically anisotropic pitch

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JPH062793B2
JPH062793B2 JP21807885A JP21807885A JPH062793B2 JP H062793 B2 JPH062793 B2 JP H062793B2 JP 21807885 A JP21807885 A JP 21807885A JP 21807885 A JP21807885 A JP 21807885A JP H062793 B2 JPH062793 B2 JP H062793B2
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pitch
xylene
softening point
low softening
tetramer
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肇 吉田
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、高強度・高弾性率炭素繊維(高性能炭素繊
維)およびその他の炭素材の製造原料として優れた性能
を有する光学的異方性ピッチの製造方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Use) The present invention is an optical anisotropic material having excellent performance as a raw material for producing high-strength, high-modulus carbon fibers (high-performance carbon fibers) and other carbon materials. The present invention relates to a method for manufacturing a sex pitch.

更に詳しくは、キシレンがメチレン基を介して四個以上
結合した、キシレン四量体以上の留分から成る化合物を
出発原料とすることを特徴とする、低軟化点の、均質で
かつ分子配向性の優れた光学的異方性ピッチの製造方法
に関するものである。
More specifically, xylene is bound to four or more via a methylene group, a compound consisting of a xylene tetramer or higher fraction is used as a starting material, which has a low softening point, is homogeneous and has a molecular orientation. The present invention relates to a method for producing an excellent optically anisotropic pitch.

(従来の技術) はじめに、本明細書では、ピッチの「光学的異方性」と
は、常温近くで固化したピッチ塊の断面を研磨し、反射
型偏光顕微鏡で直交ニコル下で観察したときに光揮が認
められる部分をいう。
(Prior Art) First, in the present specification, "optical anisotropy" of pitch means that when a cross section of a pitch lump solidified near room temperature is polished and observed under a crossed Nicols with a reflection type polarization microscope. The part where light emission is recognized.

なお、光学的異方性の割合は、面積%で示す。「トルエ
ン不溶分」、「キノリン不溶分」とは、JIS−K−2
425に規定された方法によって決定される。
The ratio of optical anisotropy is shown by area%. "Toluene insoluble matter" and "quinoline insoluble matter" are JIS-K-2.
425.

「軟化点」とは、ホットステージ型顕微鏡で、窒素雰囲
気中でピッチ粉末を10℃/分で昇温し、ピッチ粉末が
変形しはじめる温度をいう。
The "softening point" refers to the temperature at which the pitch powder starts to deform when the pitch powder is heated at 10 ° C / min in a nitrogen atmosphere with a hot stage microscope.

ところで、一般に、炭素繊維は、工業的にはレーヨン、
PAN、ピッチを主な原料として作られている。
By the way, in general, carbon fiber is industrially made of rayon,
Mainly made from PAN and pitch.

しかしながら、PANを原料とした場合、原料が高価で
あり、炭化収率も低いという欠点がある。
However, when PAN is used as a raw material, the raw material is expensive and the carbonization yield is low.

この点、ピッチは、価格が安く、経済的に魅力がある。In this respect, the pitch is cheap and economically attractive.

しかし、ピッチの中でも、等方性ピッチから製造された
低コスト炭素繊維は、分子配向性が悪いため、強度が低
く、高性能品は得られていない。
However, among pitches, low-cost carbon fibers manufactured from isotropic pitches have poor molecular orientation and thus have low strength, and high performance products have not been obtained.

これと対照的に、メソフェーズピッチと呼ばれる光学的
異方性ピッチから製造された炭素繊維は、高度の分子配
向性を有しており、強度と弾性率が高く、優れた機械的
特性を示す。
In contrast, carbon fibers produced from an optically anisotropic pitch called mesophase pitch have a high degree of molecular orientation, high strength and elastic modulus, and excellent mechanical properties.

そして、石油の接触分解残油、ナフサタールピッチある
いはコールタールピッチからメソフェーズピッチを作る
研究が広く進められている。
Further, researches for producing mesophase pitch from catalytic cracking residual oil of oil, naphtha tar pitch or coal tar pitch have been widely promoted.

確かに、これらを原料としたメソフェーズピッチを紡糸
すると、縮合多環芳香族を中心とする分子が繊維軸方向
に配列して、高性能炭素繊維が得られることが多くの実
験で確かめられている。
It has been confirmed in many experiments that high-performance carbon fibers can be obtained by spinning mesophase pitches using these as raw materials, with molecules centered on condensed polycyclic aromatics being aligned in the fiber axis direction. .

しかし、上記のメソフェーズピッチは、縮合多環芳香族
同志の相互作用が大きいため、粘度が高く、このため、
軟化点が高くなるという欠点がある。
However, the above mesophase pitch has a high viscosity because of the large interaction between the condensed polycyclic aromatic compounds, and therefore,
There is a drawback that the softening point becomes high.

一般に、ピッチの紡糸温度は、軟化点より40〜100
゜C高いとされており、軟化点が高いと長時間安定して紡
糸することが困難となる。
Generally, the spinning temperature of the pitch is 40-100 from the softening point.
It is said to be high in ° C, and if the softening point is high, it will be difficult to perform stable spinning for a long time.

このため、軟化点を下げて紡糸性を改善するための研究
が種々行なわれている。
Therefore, various studies have been conducted to lower the softening point and improve the spinnability.

しかし、従来の石油系ピッチやコールタールピッチは、
組成が様々で複雑な混合物である接触分解残油、ナフサ
タールあるいはコールタールを出発原料とし、これを加
熱処理して縮合多環芳香族構造を発達させたピッチであ
り、その分子量は連続的に広く分布している。
However, conventional petroleum pitch and coal tar pitch are
A pitch in which a condensed polycyclic aromatic structure is developed by heating this catalytically cracked residual oil, naphthatal or coal tar, which is a complex mixture with various compositions, as a starting material, and its molecular weight is continuously wide. It is distributed.

このため、従来の出発原料によるピッチでは、化学構造
まで制御することが難しく、極端に軟化点を下げること
は困難であった。
For this reason, it has been difficult to control the chemical structure and to extremely lower the softening point with the conventional pitch of the starting material.

従来、光学的異方性の発達したメソフェーズピッチは、
300゜C以下の温度で紡糸することは困難であり、多く
は340〜380゜Cの高温で紡糸されていた。
Conventionally, mesophase pitch with developed optical anisotropy is
It is difficult to spin at a temperature of 300 ° C or lower, and most of them were spun at a high temperature of 340 to 380 ° C.

このため、紡糸時に熱分解および熱縮合反応が起こりや
すく、ガスや高分子量物質が生成しがちであり、長時間
安定な紡糸が困難であった。
For this reason, thermal decomposition and thermal condensation reactions are likely to occur during spinning, gas and high molecular weight substances tend to be produced, and stable spinning for a long time is difficult.

この欠点を改良するための試みとしては、例えば、メソ
フェーズピッチを部分的に水素化してその積層状態を適
度に弱め、等方性のピッチとして紡糸する方法(特公昭
59−30192号)、紡糸時には等方性であるが、炭
化時には光学的異方性に転換する、特異なプリメソフェ
ーズピッチを用いる方法(特開昭58−18421号)
などがある。
As an attempt to improve this drawback, for example, a method of partially hydrogenating mesophase pitch to appropriately weaken its laminated state and spinning it as an isotropic pitch (Japanese Patent Publication No. 59-30192), at the time of spinning, A method using a unique pre-mesophase pitch that is isotropic but converts to optical anisotropy during carbonization (Japanese Patent Laid-Open No. 58-18421)
and so on.

しかし、これらは、いずれも分子配向性の弱い等方性の
段階で紡糸するために、繊維中の分子配向性が光学的異
方性のものより劣る。
However, since all of them are spun at an isotropic stage where the molecular orientation is weak, the molecular orientation in the fiber is inferior to that of the optically anisotropic one.

また、縮合多環芳香族が積層した粘度の高いピッチを水
素化することは、工業的に有利ではない。
Further, it is not industrially advantageous to hydrogenate a highly viscous pitch in which condensed polycyclic aromatics are laminated.

更に、従来技術の出発原料とするコールタール、ナフサ
タール、あるいは石油留分の接触分解残油中には、フリ
ーカーボンや触媒粉などの灰分となる無機質が含まれて
いる。
Further, the catalytic cracking residual oil of coal tar, naphtha tar, or petroleum fraction, which is a starting material in the prior art, contains inorganic substances such as free carbon and catalyst powder that become ash.

これらの物質は、ピッチを紡糸する際の障害となるばか
りでなく、これらの微粒子が繊維中に含まれると、炭素
繊維に欠陥を生じ、強度を弱める原因となる。
These substances not only hinder the spinning of the pitch, but when these fine particles are contained in the fiber, they cause defects in the carbon fiber and cause the strength to be weakened.

このため、これらの除去法が様々に工夫されているが、
サブミクロン粒子まで取り除くことは困難であり、強度
および弾性率が上がらない原因となっている。
Therefore, various removal methods have been devised,
It is difficult to remove even submicron particles, which causes the strength and elastic modulus not to increase.

(発明が解決しようとする問題点) 高性能炭素繊維を得るためには、曳糸状態で繊維軸方向
に沿って分子が配向していることが肝要である。このた
め、ピッチは、光学的異方性の高いことが望ましい。
(Problems to be Solved by the Invention) In order to obtain a high-performance carbon fiber, it is important that the molecules are oriented along the fiber axis direction in the towed state. Therefore, it is desirable that the pitch has high optical anisotropy.

また、繊維の強度を高くするためには、配向した分子の
構造が繊維軸方向に長いほうが有利である。
Further, in order to increase the strength of the fiber, it is advantageous that the structure of the oriented molecules is long in the fiber axis direction.

更に、ピッチの軟化点は低い方が望ましい。軟化点が低
いと、紡糸が容易となり、かつ長時間安定して紡糸でき
る。
Furthermore, it is desirable that the softening point of the pitch is low. When the softening point is low, spinning becomes easy and stable spinning can be performed for a long time.

但し、軟化点が低くなりすぎると、紡糸ノズルから出た
繊維同志が融着するようになるため使用できない。
However, if the softening point becomes too low, the fibers ejected from the spinning nozzle will be fused and cannot be used.

本発明は、従来のピッチ原料とは全く異なり、化学合成
の手段により調整された、限定された化学構造をもつ化
合物を出発原料として、従来のメソフェーズピッチより
はるかに低い温度で容易にかつ安定して紡糸できる、低
軟化点の、均質でかつ分子配向性の優れた光学的異方性
ピッチの製造方法を提供することを目的とする。
The present invention is completely different from the conventional pitch raw material, and uses a compound having a limited chemical structure prepared by means of chemical synthesis as a starting raw material, and is easily and stable at a temperature much lower than that of the conventional mesophase pitch. It is an object of the present invention to provide a method for producing an optically anisotropic pitch that has a low softening point, is homogeneous, and has excellent molecular orientation that can be spun.

(問題点を解決するための手段) (1)出発原料 本発明の低軟化点光学的異方性ピッチの製造方法は、今
まで殆ど利用されていなかった、化学構造の限定された
化合物を出発原料とする。
(Means for Solving Problems) (1) Starting Material The method for producing a low softening point optically anisotropic pitch of the present invention starts with a compound having a limited chemical structure, which has hardly been used until now. Use as raw material.

この化合物は、キシレンがメチレン基を介して四個以上
結合した形の、キシレン四量体以上の留分から成る化合
物である。
This compound is a compound composed of a xylene tetramer or higher fraction in a form in which four or more xylenes are bonded via a methylene group.

キシレンが二個および/または三個結合した形の化合物
から得られる光学的異方性ピッチは、収率が低く、製造
装置が大きくなり、また、エネルギー的にも不経済であ
る。
The optically anisotropic pitch obtained from a compound in which two and / or three xylenes are bonded has a low yield, requires a large manufacturing apparatus, and is uneconomical in terms of energy.

この化合物は、その調整方法がいかなる方法であって
も、上記の化学構造であれば本発明の出発原料として使
用できる。
This compound can be used as the starting material of the present invention, as long as it has the above-mentioned chemical structure, regardless of the preparation method.

この化合物は、例えば、キシレンとホルムアルデヒドを
原料として、プロトン酸を触媒として重合した重合物か
ら得ることができる。
This compound can be obtained, for example, from a polymer obtained by polymerizing xylene and formaldehyde as raw materials using a protonic acid as a catalyst.

また、キシレンとキシレンホルマリン樹脂を原料とし
て、プロトン酸を触媒として脱水縮合して得ることがで
きる。
Alternatively, it can be obtained by dehydration condensation using xylene and xylene formalin resin as raw materials and a protonic acid as a catalyst.

また、キシレンとキシレンホルマリン樹脂を原料とし
て、パラトルエンスルホン酸を触媒として反応させた後
減圧蒸留して得ることができる。
Alternatively, it can be obtained by reacting xylene and xylene formalin resin as raw materials with paratoluenesulfonic acid as a catalyst and then distilling under reduced pressure.

また、キシレンに酸触媒下でジメチルスチレンを付加さ
せることによっても得ることができる。
It can also be obtained by adding dimethylstyrene to xylene under an acid catalyst.

上記の原料は、いずれも石油化学原料または石油化学製
品である。
The above raw materials are all petrochemical raw materials or petrochemical products.

そして、前述の灰分微粒子を含有するコールタール、ナ
フサタール、あるいは接触分解残油と異なり、フリーカ
ーボンや触媒粉などの無機質を本質的に全く含んでいな
いため、極めて優れた原料である。
And, unlike coal tar, naphtha tar, or catalytic cracking residual oil containing ash fine particles described above, it essentially contains no inorganic matter such as free carbon and catalyst powder, and is therefore an extremely excellent raw material.

更に、上記の原料は、高度に精製されており、硫黄分な
どの異種元素は殆ど含まれていない。
Furthermore, the above raw materials are highly refined and contain almost no foreign elements such as sulfur.

なお、出発原料を重合あるいは縮合反応によって調整す
る場合は、出発原料(キシレン四量体以上の留分)中の
酸素含有量を5重量%以下、好ましくは2重量%以下に
する必要がある。
When the starting material is adjusted by polymerization or condensation reaction, the oxygen content in the starting material (fraction of xylene tetramer or higher) needs to be 5% by weight or less, preferably 2% by weight or less.

酸素含有量の多いものは、加熱処理の際に分解されやす
く、ピッチの収率が低くなる。また、ピッチの軟化点が
高くなり、本発明の目的には使用できない。
Those having a high oxygen content are easily decomposed during heat treatment, resulting in a low pitch yield. Further, the softening point of the pitch becomes high, and it cannot be used for the purpose of the present invention.

(2)製造方法 上記出発原料を、不活性雰囲気中で、環流下または加圧
下で温度380〜460゜C、時間0.5〜10時間の条
件下で反応させた後、不活性ガスを吹き込むかまたは減
圧蒸留して、軽質分を除去しながらメソフェーズピッチ
化すると、本発明の目的とする、低軟化点の、均質でか
つ分子配向性の優れた光学的異方性ピッチを製造するこ
とができる。
(2) Production method The starting materials are reacted in an inert atmosphere under reflux or under pressure at a temperature of 380 to 460 ° C. for a time of 0.5 to 10 hours, and then an inert gas is blown in. Or by vacuum distillation to form a mesophase pitch while removing light components, it is possible to produce an optically anisotropic pitch having a low softening point, which is uniform and excellent in molecular orientation, which is the object of the present invention. it can.

あるいは、はじめから軽質分を除去しながら加熱処理し
てメソフェーズピッチ化することにより、本発明の目的
とする光学的異方性ピッチを得ることもできる。
Alternatively, the optically anisotropic pitch that is the object of the present invention can be obtained by heat treatment while removing light components from the beginning to form a mesophase pitch.

(3)ピッチの性状 高性能炭素繊維およびその他の炭素材を得るためには、
原料ピッチの光学的異方性は85%以上、好ましくは9
5%以上であることが必要である。
(3) Pitch property To obtain high performance carbon fiber and other carbon materials,
The optical anisotropy of the material pitch is 85% or more, preferably 9
It should be 5% or more.

しかし、一般に、光学的異方性が高いほど軟化点が高く
なる。
However, in general, the higher the optical anisotropy, the higher the softening point.

本発明によって得られる光学的異方性ピッチの驚くべき
特徴は、光学的異方性が100%でも、軟化点が200
〜250゜Cであるということである。
The surprising feature of the optically anisotropic pitch obtained by the present invention is that even if the optical anisotropy is 100%, the softening point is 200.
It is ~ 250 ° C.

そして、更に必要があれば、軟化点250℃以上のピッ
チも調整することができる。
Further, if further necessary, the pitch having a softening point of 250 ° C. or higher can be adjusted.

また、光学的異方性が発達した状態で、かつ軟化点が低
くなるためには、炭化の進み具合の指標となるH/C(水
素と炭素の原子比)値が0.60〜0.75、特に0.
65〜0.70が好ましい。この点は、従来のメソフェ
ーズピッチのH/C値が0.5〜0.6であるのに比し
て、著しく異なっている。
Further, in the state where the optical anisotropy is developed and the softening point is lowered, the H / C (atomic ratio of hydrogen and carbon) value, which is an index of the progress of carbonization, is 0.60 to 0. 75, especially 0.
65 to 0.70 is preferable. This point is significantly different from the conventional H / C value of the mesophase pitch of 0.5 to 0.6.

また、更に驚くべきことは、本発明によって得られるピ
ッチは、トルエン不溶分が少なく、いってみればトルエ
ン可溶性の光学的異方性ピッチである。
Further, what is more surprising is that the pitch obtained by the present invention is an optically anisotropic pitch in which the content of insolubles in toluene is small, that is, it is soluble in toluene.

トルエン不溶分の量は、出発原料の分子量あるいは加熱
処理条件によって調節できる。
The amount of toluene-insoluble matter can be adjusted by the molecular weight of the starting material or heat treatment conditions.

低い軟化点で光学的異方性を高くするためには、トルエ
ン不溶分は50重量%以下、好ましくは20〜40重量
%である。また、キノリン不溶分は10重量%以下、好
ましくは3重量%以下である。
To increase the optical anisotropy at a low softening point, the toluene insoluble content is 50% by weight or less, preferably 20 to 40% by weight. The quinoline insoluble content is 10% by weight or less, preferably 3% by weight or less.

(作用) 本発明で使用する出発原料(キシレンがメチレン基を介
して四個以上結合した形のキシレン四量体以上の留分)
を加熱処理すると、アルキル側鎖を介して隣接したベン
ゼン環同志が環化し、いわゆるカタ型の縮合環構造が比
較的多くできやすい。
(Function) Starting material used in the present invention (a fraction of xylene tetramer or more in a form in which four or more xylene are bonded via a methylene group)
Is heat-treated, benzene rings adjacent to each other via an alkyl side chain are cyclized, so that a so-called “cata” type condensed ring structure is relatively likely to be formed.

しかも、環化されないアルキル置換基は、加熱処理の段
階でもある程度保持される。
Moreover, the non-cyclized alkyl substituents are retained to some extent during the heat treatment stage.

このため、光学的異方性が高いにもかかわらず、従来技
術が使用する出発原料よりも、縮合多環芳香族同志の相
互作用が緩やかになり、軟化点の低下、溶剤可溶という
作用をもたらす。。
For this reason, despite the high optical anisotropy, the interaction of the condensed polycyclic aromatic compounds becomes slower than that of the starting material used in the prior art, and the softening point is lowered and the solvent is soluble. Bring .

従って、本発明によって製造されたピッチを原料とする
と、高強度・高弾性率の高性能炭素繊維やその他の炭素
材を得ることができる。
Therefore, when the pitch produced by the present invention is used as a raw material, high-performance carbon fibers having high strength and high elastic modulus and other carbon materials can be obtained.

(実施例) 次に、実施例により本発明を更に具体的に説明するが、
本発明はこれに限定されるものではない。
(Examples) Next, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.
The present invention is not limited to this.

実施例1 攪拌羽根および還流冷却器を備えたフラスコに、キシレ
ン550g、パラホルムアルデヒド100g、83%硫
酸200gを仕込み、反応温度110℃で5時間反応さ
せた。
Example 1 A flask equipped with a stirring blade and a reflux condenser was charged with 550 g of xylene, 100 g of paraformaldehyde and 200 g of 83% sulfuric acid, and reacted at a reaction temperature of 110 ° C. for 5 hours.

反応終了後、トルエン500gで希釈した後、トルエン
と反応液の混合物を純水で水層が中性になるまで洗浄し
た。
After completion of the reaction, the mixture was diluted with 500 g of toluene, and the mixture of toluene and the reaction solution was washed with pure water until the aqueous layer became neutral.

その後、減圧蒸留(120℃/10mmHg)で未反応物を
除去し、重合物を300g得た。
Then, unreacted substances were removed by vacuum distillation (120 ° C / 10 mmHg) to obtain 300 g of a polymer.

その後、更に減圧蒸留(240℃/1mmHg)し、留出油
190gと釜残として重質物110gを得た。
Then, further vacuum distillation (240 ° C / 1 mmHg) was performed to obtain 190 g of distillate oil and 110 g of a heavy product as a bottom residue.

この重質物を元素分析、GPCおよび質量分析による分
子量分布の測定の結果、キシレンがメチレン基を介して
四個以上結合した留分が主体であることを確認した。
As a result of measuring the molecular weight distribution of this heavy material by elemental analysis, GPC and mass spectrometry, it was confirmed that the main component was a fraction in which four or more xylenes were bonded via a methylene group.

この重質物60gを窒素を用いた不活性雰囲気中で、4
20℃で還流させながら7時間反応させた後、減圧蒸留
(400℃/10mmHg)で軽質分を除去しながらメソフ
ェーズピッチ化を行ない、ピッチ25.8gを得た。
60 g of this heavies in an inert atmosphere with nitrogen, 4
After reacting for 7 hours while refluxing at 20 ° C., mesophase pitching was performed while removing light components by vacuum distillation (400 ° C./10 mmHg) to obtain a pitch of 25.8 g.

このピッチの性状は、光学的異方性100%、軟化点2
25℃、H/C値0.670、トルエン不溶分38.2重
量%、キノリン不溶分2.8重量%であった。
The properties of this pitch are 100% optical anisotropy and 2 softening points.
At 25 ° C., H / C value was 0.670, toluene insoluble content was 38.2% by weight, and quinoline insoluble content was 2.8% by weight.

このピッチを、紡糸温度270℃で、ノズル孔0.5mm
φの紡糸ノズルを用いて溶融紡糸したところ、ピッチ繊
維直径15μmにおいて糸切れなく円滑に紡糸できた。
This pitch, spinning temperature 270 ℃, nozzle hole 0.5mm
When melt spinning was carried out using a φ spinning nozzle, a pitch fiber diameter of 15 μm could be smoothly spun without yarn breakage.

このピッチ繊維(原糸)を空気雰囲気中で徐々に温度を
上げながら最終的に300℃で不融化した後、不活性ガ
ス雰囲気中で1000℃まで炭化燃成した。
This pitch fiber (original yarn) was finally made infusible at 300 ° C. while gradually raising the temperature in an air atmosphere, and then carbonized to 1000 ° C. in an inert gas atmosphere.

得られた炭素繊維の引張り強度は18.3Ton/cm2、弾
性率1660Ton/cm2であった。
The tensile strength of the obtained carbon fiber was 18.3 Ton / cm 2 and the elastic modulus was 1660 Ton / cm 2 .

実施例2および実施例3 実施例1と同様な方法で、出発原料の調整条件およびピ
ッチ化条件を変えて行なった。
Example 2 and Example 3 The same method as in Example 1 was carried out by changing the starting material adjustment conditions and the pitching conditions.

以上、実施例1〜実施例3について、 表1に出発原料の調整条件と性状を示す。As described above, Table 1 shows the adjustment conditions and properties of the starting materials for Examples 1 to 3.

表3にピッチの製造条件と性状を示す。Table 3 shows the pitch manufacturing conditions and properties.

表4に炭素繊維性状を示す。Table 4 shows the carbon fiber properties.

実施例4 攪拌羽根および還流冷却器を備えたフラスコに、キシレ
ン100g、市販のキシレンホルマリン樹脂(商品名ニ
カノールL、酸素含有量8.8重量%)100g、パラ
トルエンスルホン酸20gを仕込み、反応温度120℃
で5時間反応させた。
Example 4 A flask equipped with a stirring blade and a reflux condenser was charged with 100 g of xylene, 100 g of a commercially available xylene formalin resin (trade name Nikanol L, oxygen content 8.8% by weight), and 20 g of paratoluenesulfonic acid, and a reaction temperature. 120 ° C
And reacted for 5 hours.

反応終了後、トルエン300gで希釈した後、トルエン
と反応液の混合物を純水で水層が中性になるまで洗浄し
た。
After completion of the reaction, the mixture was diluted with 300 g of toluene, and the mixture of toluene and the reaction solution was washed with pure water until the aqueous layer became neutral.

その後、減圧蒸留(240℃/1mmHg)し、釜残として
重質物を140g得た。
Then, vacuum distillation (240 ° C / 1 mmHg) was performed to obtain 140 g of a heavy product as a residue of the kettle.

この重質物を元素分析、GPCおよび質量分析による分
子量分布の測定の結果、キシレンがメチレン基を介して
四個以上結合した留分であることを確認した。
As a result of measuring the molecular weight distribution of this heavy product by elemental analysis, GPC and mass spectrometry, it was confirmed that xylene was a fraction in which four or more xylenes were bonded via a methylene group.

この留分の酸素含有量は、0.4重量%であった。The oxygen content of this fraction was 0.4% by weight.

この重質物60gを窒素を用いた不活性雰囲気中で、4
00℃で還流させながら8時間反応させた後、窒素の導
入管を液中に入れ、400cc/分の窒素を流しながら4
00℃で軽質分を除去して、ピッチ24.0gを得た。
60 g of this heavies in an inert atmosphere with nitrogen, 4
After reacting for 8 hours under reflux at 00 ° C., put a nitrogen introduction tube in the liquid, and while flowing nitrogen of 400 cc / min,
Light components were removed at 00 ° C. to obtain a pitch of 24.0 g.

このピッチの性状は、光学的異方性90%、軟化点23
5℃、H/C値0.668、トルエン不溶分39.2重量
%、キノリン不溶分9.0重量%であった。
The properties of this pitch are 90% optical anisotropy and 23 softening points.
At 5 ° C, H / C value was 0.668, toluene insoluble content was 39.2% by weight, and quinoline insoluble content was 9.0% by weight.

このピッチを、ノズル孔0.5mmφの紡糸ノズルを用い
て290℃で溶融紡糸したところ、ピッチ繊維直径13
μmで糸切れなく紡糸できた。
When this pitch was melt-spun at 290 ° C. using a spinning nozzle having a nozzle hole of 0.5 mmφ, the pitch fiber diameter was 13
The yarn could be spun without breakage in μm.

このピッチ繊維を空気雰囲気中で徐々に温度を上げなが
ら最終的に300℃で不融化した後、不活性ガス雰囲気
中で1000℃まで炭化焼成した。
This pitch fiber was finally infusibilized at 300 ° C. while gradually raising the temperature in an air atmosphere, and then carbonized to 1000 ° C. in an inert gas atmosphere.

得られた炭素繊維の引張り強度は17.8Ton/cm2、弾
性率1650Ton/cm2であった。
The tensile strength of the obtained carbon fiber was 17.8 Ton / cm 2 and the elastic modulus was 1650 Ton / cm 2 .

表2に出発原料の調整条件と性状を示す。Table 2 shows the adjustment conditions and properties of the starting materials.

表3にピッチの製造条件と性状を示す。Table 3 shows the pitch manufacturing conditions and properties.

表4に炭素繊維性状を示す。Table 4 shows the carbon fiber properties.

実施例5 実施例4と同様な方法で、出発原料の調整条件およびピ
ッチ化条件を変えて行なった。
Example 5 The same method as in Example 4 was carried out by changing the starting material adjustment conditions and the pitching conditions.

表2に出発原料の調整条件と性状を示す。Table 2 shows the adjustment conditions and properties of the starting materials.

表3にピッチの製造条件と性状を示す。Table 3 shows the pitch manufacturing conditions and properties.

比較例1 市販のキシレンホルマリン樹脂(商品名ニカノールL)
を出発原料として使用した。
Comparative Example 1 Commercially available xylene formalin resin (trade name Nikanol L)
Was used as the starting material.

なお、この樹脂の酸素含有量を分析したところ、8.8
重量%であった。
The oxygen content of this resin was analyzed and found to be 8.8.
% By weight.

この樹脂100gを、実施例1と同様に、窒素を用いた
不活性雰囲気中で、400℃で還流させながら7時間反
応させた後、減圧蒸留(400℃/10mmHg)で軽質分
を除去しながらメソフェーズピッチ化を行なったとこ
ろ、ピッチの収率は2.0gに過ぎなかった。
100 g of this resin was reacted in an inert atmosphere using nitrogen under reflux at 400 ° C. for 7 hours as in Example 1, and then light distillation was performed by vacuum distillation (400 ° C./10 mmHg). When mesophase pitching was performed, the yield of pitch was only 2.0 g.

このピッチの性状は、光学的異方性90%、軟化点30
0℃、トルエン不溶分66.0重量%、キノリン不溶分
35.0重量%であった。
The properties of this pitch are 90% optical anisotropy and 30 softening points.
At 0 ° C., the toluene insoluble content was 66.0% by weight and the quinoline insoluble content was 35.0% by weight.

紡糸性は、不良であった。The spinnability was poor.

表3にピッチの製造条件と性状を示す。Table 3 shows the pitch manufacturing conditions and properties.

比較例2 実施例1で得られたキシレンの二、三量体留分500g
をとり、実施例1と同様に、窒素を用いた不活性雰囲気
中で、400℃で還流させながら12時間反応させた
後、減圧蒸留(400℃/10mmHg)で軽質分を除去し
ながらメソフェーズピッチ化を行なったところ、ピッチ
の収率は10.0gに過ぎなかった。
Comparative Example 2 500 g of dimer and trimer fraction of xylene obtained in Example 1
Then, in the same manner as in Example 1, after reacting for 12 hours under reflux at 400 ° C. in an inert atmosphere using nitrogen, vacuum distillation (400 ° C./10 mmHg) was performed to remove light components and mesophase pitch. As a result, the pitch yield was only 10.0 g.

表3にピッチの性状を示す。Table 3 shows the properties of the pitch.

比較例3 流動接触分解残油の400℃以上の重質油を原料とし
て、実施例1と同様な条件でピッチを製造した。
Comparative Example 3 A pitch was produced under the same conditions as in Example 1 using a heavy oil of fluid catalytic cracking residual oil at 400 ° C. or higher as a raw material.

このピッチの性状は、光学的異方性90%、軟化点28
0℃、H/C値0.58であった。
The properties of this pitch are 90% optical anisotropy and 28 softening points.
The H / C value was 0.58 at 0 ° C.

このピッチを、ノズル孔0.5mmφの紡糸ノズルを用い
て350℃で溶融紡糸したところ、ピッチ繊維直径13
μmで糸切れなく紡糸できた。
When this pitch was melt-spun at 350 ° C. using a spinning nozzle having a nozzle hole of 0.5 mmφ, the pitch fiber diameter was 13
The yarn could be spun without breakage in μm.

このピッチ繊維を空気雰囲気中で徐々に温度を上げなが
ら最終的に300℃で不融化した後、不活性ガス雰囲気
中で1000℃まで炭化焼成した。
This pitch fiber was finally infusibilized at 300 ° C. while gradually raising the temperature in an air atmosphere, and then carbonized to 1000 ° C. in an inert gas atmosphere.

得られた炭素繊維の引張り強度は16.3Ton/cm2、弾
性率1370Ton/cm2であった。
The tensile strength of the obtained carbon fiber was 16.3 Ton / cm 2 and the elastic modulus was 1370 Ton / cm 2 .

表4に炭素繊維性状を示す。Table 4 shows the carbon fiber properties.

(発明の効果) 本発明の光学的異方性ピッチの製造方法は、従来殆ど利
用されていなかった、化学構造の限定された化合物を出
発原料とするところに特徴がある。
(Effects of the Invention) The method for producing an optically anisotropic pitch of the present invention is characterized in that a starting material is a compound having a limited chemical structure, which has been hardly used in the past.

そして、従来のメソフェーズピッチよりはるかに低い温
度で紡糸できる、全く新しいタイプの光学的異方性ピッ
チの製造方法である。
And, it is a completely new type of optically anisotropic pitch manufacturing method capable of spinning at a temperature much lower than that of the conventional mesophase pitch.

本発明によって製造されたピッチは、光学的異方性が高
度に発達している。
The pitch produced according to the present invention has a highly developed optical anisotropy.

このため、このピッチを用いて製造された炭素繊維その
他の炭素材は、繊維などの黒鉛構造の発達が進み易く、
高い弾性率が得られる。
For this reason, carbon fibers and other carbon materials produced using this pitch, the graphite structure of the fibers and the like easily develop,
A high elastic modulus is obtained.

また、従来のメソフェーズピッチのように繊維の欠陥の
原因となる灰分などの不純物が少ないため、高い繊維強
度が得られる。
Further, as in the case of conventional mesophase pitch, impurities such as ash that cause defects in fibers are small, and thus high fiber strength can be obtained.

そして、光学的異方性100%でも、軟化点が200〜
250℃であるため、紡糸は、250〜300℃とい
う、従来技術では困難であった低い温度で可能である。
And even if the optical anisotropy is 100%, the softening point is 200 to
Since it is 250 ° C., spinning is possible at a low temperature of 250 to 300 ° C., which is difficult in the conventional technique.

しかも、ピッチの変質もなく相分離も起こらず、紡糸時
の糸切れなどの障害も少ないため、長時間安定して紡糸
することができる。
Moreover, there is no change in pitch, phase separation does not occur, and there are few obstacles such as yarn breakage during spinning. Therefore, stable spinning can be performed for a long time.

更に、本発明によって製造されたピッチを従来のメソフ
ェーズピッチに混ぜることにより、光学的異方性含有量
を減ずることなく、軟化点を下げて紡糸性を改善するこ
ともできる。
Furthermore, by mixing the pitch produced according to the present invention with a conventional mesophase pitch, it is possible to lower the softening point and improve the spinnability without reducing the optically anisotropic content.

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】次の一般式で表されるキシレン四量体以上
の留分から成る化合物を出発原料として、該出発原料を
不活性雰囲気中で還流下または加圧下で温度380〜4
60゜C、時間0.5〜10時間の条件下で反応させた
後、不活性ガスを吹き込むかまたは減圧蒸留して、軽質
分を除去しながらメソフェーズピッチ化する、低軟化点
光学的異方性ピッチの製造方法。 (ただし、m≧3 Rは水素またはメチル基。)
1. A compound comprising a xylene tetramer or more distillate represented by the following general formula as a starting material, and the starting material is refluxed or under pressure in an inert atmosphere at a temperature of 380 to 4.
After reacting at 60 ° C for 0.5 to 10 hours, blow an inert gas or distill under reduced pressure to remove light components and form mesophase pitch. Low softening point Optically anisotropic Method for manufacturing sex pitch. (However, m ≧ 3 R is hydrogen or a methyl group.)
【請求項2】次の一般式で表されるキシレン四量体以上
の留分から成る化合物を出発原料として、該出発原料を
還流させずまたは加圧せず温度380〜460゜C、時間
0.5〜10時間の条件下で加熱処理して、軽質分を除
去しながらメソフェーズピッチ化する、低軟化点光学的
異方性ピッチの製造方法。 (ただし、m≧3 Rは水素またはメチル基。)
2. A compound consisting of a xylene tetramer or more distillate represented by the following general formula as a starting material, which is not refluxed or pressurized and has a temperature of 380 to 460 ° C. and a time of 0. A method for producing a low softening point optically anisotropic pitch, which comprises heat-treating for 5 to 10 hours to form a mesophase pitch while removing light components. (However, m ≧ 3 R is hydrogen or a methyl group.)
【請求項3】キシレンとホルムアルデヒドを原料とし
て、プロトン酸を触媒として重合して得たキシレン四量
体以上の留分から成る化合物を出発原料とする、特許請
求の範囲第1項または第2項記載の低軟化点光学的異方
性ピッチの製造方法。
3. The compound according to claim 1 or 2, wherein the starting material is a compound consisting of a xylene tetramer or higher distillate obtained by polymerizing xylene and formaldehyde as a raw material using a protonic acid as a catalyst. Method for producing low softening point optically anisotropic pitch of.
【請求項4】キシレンとキシレンホルマリン樹脂を原料
として、プロトン酸を触媒として脱水縮合して得たキシ
レン四量体以上の留分から成る化合物を出発原料とす
る、特許請求の範囲第1項または第2項記載の低軟化点
光学的異方性ピッチの製造方法。
4. A compound comprising a xylene tetramer or more fraction obtained by dehydration condensation of xylene and xylene formalin resin as a raw material using a protonic acid as a catalyst, as a starting material. The method for producing a low softening point optically anisotropic pitch according to item 2.
【請求項5】キシレンとキシレンホルマリン樹脂を原料
として、パラトルエンスルホン酸を触媒として反応させ
た後減圧蒸留して得たキシレン四量体以上の留分から成
る化合物を出発原料とする、特許請求の範囲第1項また
は第2項記載の低軟化点光学的異方性ピッチの製造方
法。
5. A compound comprising a xylene tetramer or more fraction obtained by reacting xylene and xylene formalin resin as raw materials with paratoluenesulfonic acid as a catalyst and then distilling under reduced pressure is used as a starting raw material. A method for producing a low softening point optically anisotropic pitch according to claim 1 or 2.
【請求項6】キシレン四量体以上の留分から成る化合物
の酸素含有量が5重量%以下である、特許請求の範囲第
3項、第4項または第5項記載の低軟化点光学的異方性
ピッチの製造方法。
6. The low softening point optical anisotropy according to claim 3, 4 or 5, wherein the oxygen content of the compound consisting of a xylene tetramer or higher fraction is 5% by weight or less. Method for manufacturing anisotropic pitch.
【請求項7】キシレン四量体以上の留分から成る化合物
の酸素含有量が2重量%以下である、特許請求の範囲第
3項、第4項または第5項記載の低軟化点光学的異方性
ピッチの製造方法。
7. The low softening point optical anisotropy according to claim 3, 4, or 5, wherein the oxygen content of the compound consisting of a xylene tetramer or higher fraction is 2% by weight or less. Method for manufacturing anisotropic pitch.
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