JPH0629435B2 - 低融点中間相ピッチ類 - Google Patents

低融点中間相ピッチ類

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JPH0629435B2
JPH0629435B2 JP58106581A JP10658183A JPH0629435B2 JP H0629435 B2 JPH0629435 B2 JP H0629435B2 JP 58106581 A JP58106581 A JP 58106581A JP 10658183 A JP10658183 A JP 10658183A JP H0629435 B2 JPH0629435 B2 JP H0629435B2
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trichlorobenzene
heptane
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シ・ヒユイ・チエン
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EIDP Inc
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EI Du Pont de Nemours and Co
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10CWORKING-UP PITCH, ASPHALT, BITUMEN, TAR; PYROLIGNEOUS ACID
    • C10C1/00Working-up tar
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10CWORKING-UP PITCH, ASPHALT, BITUMEN, TAR; PYROLIGNEOUS ACID
    • C10C3/00Working-up pitch, asphalt, bitumen
    • DTEXTILES; PAPER
    • D01NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01FCHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F9/00Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments
    • D01F9/08Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments of inorganic material
    • D01F9/12Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof
    • D01F9/14Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments
    • D01F9/145Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments from pitch or distillation residues

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Description

【発明の詳細な説明】 高度の異方性を有する繊維又はフイルムの形状の炭素質
又は黒鉛物品は炭素先駆物質として特殊の化学構造及び
性質を有する物質を選択することによつて製造される。
一つの公知の方法は原料としてピツチを使用し、それは
溶融紡糸によつて繊維の形状に形成され、その後不融化
処理(infusibilization treatment)に、次いで炭素化(c
arbonization)に付される。このような処理は、例えば
米国特許第3,629,378号;第4,016,247号;Re27,794及
び欧州特許出願公告第0026647号に記載されている。
炭素繊維の紡糸には原料として高パーセントの中間相(m
esophase)を有するピッチ類を使用するのが一般に望ま
しい。然しながら、これらのピッチ類は屡々高い軟化温
度を有しかつ軟化点より約40℃以上高いところの処中
に遭遇する温度で紡糸するとき分解する。中間相ピッチ
(mesophasepitch)から非中間相成分(non-mesophasecomp
onent)の大部分を除去するための溶剤分離技術によるネ
オ中間相(neomesophase)の生成は米国特許第4,184,942
号;第4,208,267号に記載されている。然しながら、ネ
オ中間相ピッチ類は、なお、寧ろ高い紡糸温度を必要と
し、かつ非ニユートン流れ(non-Newtonian flow)と最低
の安定度とを示す。
紡糸される材料の溶融温度を低下し、それにより紡糸温
度を低下するために可塑性を添加するのは繊維紡糸には
普通のことである。残念乍ら、良好な可塑剤と考えられ
る低分子物質は中間相構造には一般に有害である。可塑
性は一般に等方性液体を形成しそれ故可塑性ピッチ系に
おける中間相転移温度を低下させる。分裂(disruption)
の程度は特殊の可塑性により変るが、斯る材料はすべて
分裂性(disruptive)である。
もしある原料が特殊の手段で処理されるならば、生成物
は低融点、低分子量の中間相ピッチであり、それは紡糸
によつて炭素繊維を得るのにそれ自体で使用できるか又
は炭素繊維を生成するのに使用される中間相又はネオ中
間相ピッチと可塑剤として使用できることが意外にも発
見された。
従って、このような低融点、低分子量の中間相ピッチ類
及びその製造方法を提供するのが本発明の目的である。
本発明のこれらの目的及びその他の目的は以下の説明に
より当業者には明らかになるであろう。
本発明は前述の通り低融点、低分子量の中間相ピッチ類
及びその製造方法に関するものであり、特に、クリセ
ン、トリフエニレン、パラテルフエニル並びにその混合
物及び上記物質を含有する炭化水素留分を0.4ポイズ
より大きいが700ポイズを越えない溶融粘度を有する
ようになるまで加熱し、この加熱した均熱物質を1、
2、4−トリクロロベンゼンで溶解し、不溶解物を回収
し、そして1、2、4−トリクロロベンゼン可溶分をヘ
プタンと接触せしめて低分子量の中間相ピッチをそれか
ら沈澱することによつて生成することのできる低融点、
低分子量のヘプタン不溶性、1、2、4−トリクロロベ
ンゼン可溶性の中間相ピッチに関するものである。
クリセン、トリフエニレン及びパラテルフエニルは幾何
学的に全く異なるけれども、それらの各各又はその混合
物並びに実質的な量のそれらを含有する炭化水素留分は
本発明の低融点中間相ピツチ類の形成に供給物質として
利用できる。さらに、これらの先駆物質は228〜23
0の分子量を有しかつ1.29〜1.5の同じC/H比
を有することに注目すべきである。生成する中間相留分
は900〜1000の分子量、比較的低い粘度及び1.
5〜1.7のC/H比を有する。このデータは平均構造
が処理中に生ずる僅かの環縮合(ring fusion)を有す
る四量体であることを示している。又変色は最低であ
り、これは追加の環縮合のないことゝ合致している。こ
れに対し、熱的に製造した中間相ピッチ類は同様の分子
量を有するが、高い融点を有するとともに、環縮合のし
るしである著しく高いC/H比を有する。本明細書に示
す分子量は気相浸透圧法によって測定されている。
本発明方法の第1工程において、クリセン、トリフエニ
レン、パラ−テルフエニル又はその混合物は例えば非酸
化性雰囲気において長時間、普通の手段で高温度に均熱
することによって重質化(heavy)される。例えば、米
国特許第3,718,574号を参照せられたい。熱処理による
ピッチ類の重質化(heavying)は主として重縮合に基く
ものである。触媒が使用されないときは、一般に高温度
とは約300〜600℃の範囲、通常は少くとも400
℃であり、時間は実質的なパーセントの中間相を含有す
る均熱された生成物を得るために0.5〜30時間以上
で変えることができる。均熱は生成する均熱された材料
が好ましくは少くとも95重量%の炭素含有量、400
以上の平均分子量を有し、320〜480℃の温度範囲
の均一な溶融状態を呈することができ、かつ0.4ポイ
ズより大きいが700ポイズを超えない溶融粘度を有す
るまで、選ばれた時間と温度のパラメーターの下で続け
られる。
所望のピッチを生成するために使用される時間と温度の
条件は、原料でπ型錯化合物を生成することのできるル
イス酸触媒例えばAlCl、FeCl3及びその同効物を採用
することによつて実質的に低減することができる。この
ような触媒が使用されるときは、触媒残渣は均熱せる材
料を適当な溶剤に溶解し然る後適当の量の酸及び(又
は)塩基を添加することによつて破壊させるべきであ
る。
本発明方法の次の工程において、均熱された原料は十分
な量の1、2、4−トリクロロベンゼンと接触せしめ
て、それに可溶性のすべての部分を溶解する。一般に、
少くとも約50mlの1、2、4−トリクロロベンゼンが
均熱せる原料1gに対し使用される。この工程は周囲の
温度と圧力の状態の下で行なわれ、その後可溶性留分は
過によるような適当な手段によつて集められる。
本発明方法の次の工程において、1、2、4−トリクロ
ロベンゼン可溶性留分は十分な量のヘプタンと、ヘプタ
ン可溶性成分がそれに溶解されるように接触せしめられ
る。一般に、ヘプタン溶剤の容量は処理される溶液の容
量の少くとも約5倍量であり、好ましくは過剰のヘプタ
ンがヘプタン可溶性留分の完全な溶解を獲保するのに使
用される。この工程も又周囲の温度及び圧力の状態の下
で行なうことができる。
ヘプタン不溶性、1、2、4−トリクロロベンゼン可溶
性留分の回収後、それは普通の中間相及びネオ中間相ピ
ッチ類に対し可塑剤としてそれ自体で使用することがで
きる。別に、ヘプタン不溶性留分は蒸発乾涸され、普通
の炭素繊維紡糸に使用することができる。経済的な理由
で、このように製造された低融点、低分子量の中間相ピ
ツチ類を可塑剤として使用するのが好ましい。
本発明方法によつて実現されるヘプタン不溶性、1、
2、4−トリクロロベンゼン可溶性ピツチは低融点、低
分子量、100%中間相ピツチである。一般に、分子量
は約1000より少なく、又融点は約250℃以下、好
ましくは約230℃である。
新規の低融点、低分子量の中間相ピツチは、可塑剤とし
て使用されるとき、有効な可塑化する量で使用される。
使用される特殊の量は勿論、添加される特殊の中間相又
はネオ中間相ピツチにより変り、正確な量は当業者によ
り容易に決定することができる。
繊維又はフイルムは普通の手段で可塑剤として本発明の
低融点、低分子量中間相ピツチ類を含有する中間相ピツ
チより生成される。繊維状の形状は溶融紡糸により生成
され、その後生成繊維を不融化処理にかけ、次いで炭素
化に付される。
成形後の不融化処理は通常、オゾン、酸素、窒素の酸化
物、ハロゲン及び三酸化硫黄の如き酸化性雰囲気又はこ
れらのガスの1つ又はそれ以上を含有する雰囲気又は硫
黄蒸気において行なわれる。酸化処理後ピツチ繊維のア
ンモニアガスとの接触は通常不融化処理を促進し又炭素
化の収率及び炭素繊維の機械的強度を改善する。不融化
処理にかけられた成形体は次いで非酸化性雰囲気におい
て炭素化又は黒鉛化される。
本発明を次の実施例により説明する。本明細書中、部及
び%はすべて重量であり、又温度はすべて摂氏である。
実施例1 クリセンの重量に対し6%に等しいAlCl3の量をクリセ
ンと混合し、生成混合物を270℃で20時間均熱す
る。加熱処理した混合物を1、2、4−トリクロロベン
ゼン(TCB)に溶解して10g/lの濃度となし、不
溶性部分を過により除去する。可溶性部分は60mlに
真空蒸留され、次いで10g/lの濃度で塩基を有する
KOH溶液60mlと結合される。KOH溶液は分別漏斗
によつてトリクロロベンゼンより除去される。処理は次
いで10%塩酸溶液60mlを使用して繰返される。
その後、トリクロロベンゼン溶液は600mllのヘプタ
ンと混合され、沈澱した固体は過によつて集められ
る。
実施例2 クリセンの代りにトリフエニレンを使用し、260℃で
10時間均熱を行なう以外は実施例1を繰返す。中間相
形成は250℃で観察される。
実施例3 クリセンの代りにパラーテルフエニルを使用し、300
℃で4時間均熱する以外は実施例1を繰返す。加熱処理
した混合物は20g/lの濃度でトルエンに溶解され
る。トルエン不溶性部分は過により回収され、次いで
TCBに再溶解される。残りの処理は実施例1と同じと
する。中間相形成は約250℃で観察される。
種々の変更及び修正を本発明の精神と範囲を逸脱するこ
となしで本発明の方法及び製品に実施することができ
る。斯くして、例えば、熱的処理又は触媒処理が、温和
な重合を包含すると考えられる熱処理工程を行なうのに
使用できる。他方、種種の段階で使用される溶剤は、そ
れらの作用が未反応供給材料、二量体及び三量体の如き
中間副生物並びに等方性及び非一中間相の前者を所望の
留分より除去することにあるので、変えられる。特に、
1、2、4−トリクロロベンゼン及びヘプタンと実質上
同じ作用を行なう溶剤も又本発明を実施するのに利用す
ることができる。使用される特殊の溶剤の選択は熱処理
に続く反応生成混合物のC/H比及び融点並びに所望の
最終製品の正確な形式によりある程度変わる。もし望む
ならば、高分子量成分を除くために中間の溶剤抽出工程
と同様に追加の予備の溶剤抽出工程を採用することもで
きる。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】クリセン、トリフェニレン及びパラテルフ
    ェニル並びにその混合物及び実質的な量のそれらを含有
    する炭化水素留分よりなる群より選択される供給材料
    を、0.4ポイズより大きいが700ポイズを越えない溶
    融粘度を有するようになるまで加熱し、加熱した材料を
    1、2、4−トリクロロベンゼンで溶解し、可溶性部分
    をそこから回収し、生成する1、2、4−トリクロロベ
    ンゼン溶液をヘプタンと接触させて、ヘプタン不溶性で
    1、2、4−トリクロロベンゼン可溶性の中間相ピッチ
    を沈澱させることにより得られ、約250℃以下の融
    点、約1000以下の分子量及び約1.5〜1.7のC
    /H比を有する低融点、低分子量のヘプタン不溶性、
    1、2、4−トリクロロベンゼン可溶性の中間相ピッ
    チ。
  2. 【請求項2】クリセン、トリフェニレン及びパラテルフ
    ェニル並びにその混合物及び実質的な量のそれらを含有
    する炭化水素留分よりなる群より選択される供給材料
    を、0.4ポイズより大きいが700ポイズを越えない溶
    融粘度を有するようになるまで加熱し、加熱した材料を
    1、2、4−トリクロロベンゼンで溶解し、可溶性部分
    をそこから回収し、生成する1、2、4−トリクロロベ
    ンゼン溶液をヘプタンと接触させて、ヘプタン不溶性で
    1、2、4−トリクロロベンゼン可溶性の中間相ピッチ
    を沈澱させることからなる、約250℃以下の融点、約
    1000以下の分子量及び約1.5〜1.7のC/H比
    を有する低融点、低分子量のヘプタン不溶性、1、2、
    4−トリクロロベンゼン可溶性の中間相ピッチの製造方
    法。
  3. 【請求項3】供給材料がクリセンである特許請求の範囲
    第2項に記載の方法。
  4. 【請求項4】供給材料がトリフェニレンである特許請求
    の範囲第2項に記載の方法。
  5. 【請求項5】供給材料がパラテルフェニルである特許請
    求の範囲第2項に記載の方法。
  6. 【請求項6】加熱が約300℃以上の温度における均熱
    によって行われる特許請求の範囲第2項に記載の方法。
JP58106581A 1982-06-14 1983-06-14 低融点中間相ピッチ類 Expired - Lifetime JPH0629435B2 (ja)

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JPS594682A JPS594682A (ja) 1984-01-11
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