JPS60137989A - 炭素材用ピツチの製造法 - 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】 本発明は炭素材、特に炭素繊維の製造に好適なピッチの
製造法に門する。

プラスチックや金属の複合材料として知られている炭素
繊維は、従来ポリアクリロニトリルの繊維を焼成して製
造されてきたが、原料繊Ｍ１が高価である上に焼成時の
疾化収率が低いという問題があった。このため近年はピ
ッチを原料とする炭素繊維の製法が数多く提案されてい
る。

しかしながら、ピッチを加熱処理して炭素繊維を製造す
る場合、メソ相ピッチの含量が少ないとメソ相ピッチと
等方性ピッチとの相溶性が恕いために均一な紡糸ができ
ず、製品の機械的強度も十分でない。

また、同様な加熱処理によってピッチ全体を本質的に１
００％メン相にすると、部分的にコークス化が起るため
紡糸が困闘［であるという６′ｆＥ点がある。

このため、メソ相含有ピッチを製造した後、メソ相ピッ
チと等方性ピッチを比重差を利用して分離し等方性ピッ
チを除去してメソ相ピッチを得る方法が提案されている
が、メソ相ピッチのウチでもこのように原料の熱処理初
期に生成するものはコークス化し易く、紡糸性に劣ると
いう問題がある。そこで、比重差を利用してメソ相ピッ
チと等方性ピッチを分離した後、熱処理初期に生成した
メソ相ピッチを除去し、得られた等方性ピッチをさらに
熱処理してメソ相ピッチを得る方法が提案されている。

しかしながら、この熱処理初期に生成したメソ相ピッチ
を必要以上に除去することは収率の低下をきたし、製法
上効率が悪い。

本発明者らは上記従来の問題点を解消すべく鋭意研究を
爪ねた結果、比重差によりメソ相ピッチを分離除去する
にあたシ、熱処理初期、すなわち第一段熱処理により生
成する低品質のメソ相ピッチを除去する割合を、同時に
生成する等方性ピッチ中のトルエン不溶分が１０〜７０
爪爪％の含量となった時点での生成メソ相を除去すれば
よいこと、換言すれば第一段熱処理を、この第一段の熱
処ν１１反応により生成するピッチ中の等方性ピッチの
トルエン不溶分の含有量が１０〜７０重垣％となるまで
行なえばよいことを見出し、本発明を完成するに到った
。

すなわち本発明は石油系残油を熱処理することによりピ
ッチを製造するにあたシ、石油系残油中の軽質油分を分
離除去した後、第一段の熱処［１１を、この第一段の熱
処理反応により生成するピッチ中の等方性ピッチのトル
エン不溶分の含有量が１０〜７０重世％となるように行
ない、この第１段熱処理と同時に或いは反応停止後比重
差分離を行ｔ「つでメソ相ピッチを分降除去し、次いで
得られる等方性ピッチを第一段熱処理してメソ相ピッチ
を得ることを特徴とする炭素材用ピッチの製造法を提供
するものである。

本発明の方法に用いる原料油は、石油系残油であるが、
ここで石油系残油としては石油留分の接触分解残油、ナ
フサ等の熱分解残油など芳香族炭化水素含量の高いもの
が好適に用いられる。

本発明の方法においては、このような石油系残油を予め
減圧蒸留して、沸点約４００’Ｃ以下の軽質油分を留去
した残油を原料ピッチとして用いる。

なお、減圧蒸留するにあたり、予めフィルター等によシ
石油系残油中の灰分を除去しておくことが好ましい。

次いで上記原料ピッチを第一段熱処理する。この第一段
熱処理は常圧または減圧下において行なわれ、常圧で行
なう場合、不活性ガスの存在下に行ｔ「う。本発明にお
いてはこの第一段の熱処理を、この第一段の熱処理反応
により生成するピッチ中の等方性ピッチのトルエン不溶
分の含有量が１０〜７０重Ｊ？１％、好ましくは２０〜
６０重量％となるように行２Ｃうことか必要である。具
体的に番Ｊ上記の如く常圧または減圧下において、４０
０〜５００°Ｃにて生成するピッチ中の等方性ビッヂの
トルエン不溶分の含有量が１０〜７０重量％となる時間
反応を行なえばよい。この等方性ピッチのトルエン不溶
分の含有量の調整は、この含有量を大とするには熱処理
温度は高くすればよく、また反応時間は長くすればよい
。

この第一段熱処理と共に或いはその後比重差分離を行ｔ
「ってメソ相ピッチを分離除去する。すなわち、第一段
の熱処理反応中に熱処理反応器の底部からメソ相ピッチ
を抜き出してもよいし、第一段の熱処理反応後、静置又
は緩やかに攪拌しながら重いメソ相ピッチを槽底部に集
積させて除去してもよい・なお、この比重差分部は通常
５５０〜４２０°Ｃの温度において行なわれる。

叙上の第一段熱処理および比重差分離により、第一段の
熱処理反応（より生成する等方性ピッチ中のトルエン不
溶分が１ｏ〜７ｏ重爪％の含量となった時点での生成メ
ソ相ピッチが除去される。

この熱処理初期に生成するメソ相ピッチは原料中の高分
子量物質から生成するもので低品質のものである。なお
、このメソ相ピッチの抜き出し量は、原料として高分子
物が多いものを用いるとメソ相ピッチの生成量が増加す
るので、抜き出し量が増加することになるが、通常原料
に対し５〜５０重量％とするのが適当である。

このようにして得られる等方性′ピッチを第二段熱処理
して高品質のメソ相ピッチを得る。この第一段熱処理は
熱処理初期に生成したメソ相ピッチを分離除去後の等方
性ピッチを通常温度４００〜５００℃にて５分間〜１０
時間処理するものである。なお、この場合の圧力は常圧
ないし減圧下に行なえばよい。また上記各操作はバッチ
式で行なつてもよく、或いは連続法で行なってもよい。

以上の如くして目的とするメソ相ピッチを製造すること
ができる。

本発明によって得られたメソ相ピッチからビッヂ系炭素
繊卸を則ｊ造するには常法によりまずこのピッチを紡糸
し、次いで不融化処理し、さらに焼成すればよい。

本発明によりは収率の低下を招くことなく低品質のメソ
相ピッチを除去することが可能である。

したがって、最終的には均質でしかも紡糸性の良好なメ
ソ相ピッチを得ることができる。また＼このピッチから
得らオ］る炭素繊維は引張強度や弾性率が高く、非常に
すぐれたものである。

それ故、本発明は、炭素繊維、フィラメント。

ヤーン、フィルム、バインダーピッチなど各種炭素材料
・とりわけ炭素繊維の製造に有効に利用することができ
る。

以下、本発明を実施例によりさらに詳しく説明する。

実施例１ 油をフィルターにより灰分を除去したのち、減圧蒸留し
て得られたＩ！ｉｌ＋点４３０’Ｃ（常圧換算）以上の
残油からなる原料ピッチ１００ｚを４２０″Ｃ１１０Ｔ
ｏｒｒ　において１時間第一段の熱処理をし、生成した
端方性ピッチ中のトルエン不溶分（Ｊ工Ｓ−に−２４２
５に準拠）の含有量が４０重黛％のピッチを得た０ここ
で得られたピッチは、そのまま静置して重いメソ相ピッ
チを反応器底部に集め、このメソ相ピッチ２０ｆを抜き
出した。

次いで、反応器上部の等方性ピッチを巧度４２０”Ｃ，
１ｏ　Ｔｏｒｒ　において２時間第二段の熱処理をして
炭；に材用ピッチ５０Ｐをイー）だ。このものはメソ相
ピッチの含有割合が４８ｒＲ；ｔ％であり、キノリンネ
溶分が５９重量％であった。ここで得られたメソ相ピッ
チは上記同様に比重差分馳して実質的にメソ相ｔＩｔｔ
１ｏｏ％の炭素材用ピッチを得た。

次に、この炭素材用ピッチを用いて紡糸速度７００ｍ／
分にて糸径７μの炭素繊維を紡糸した。

この紡糸工Ｃ４中、糸切れは全くなかった。次いで、得
られた繊維を空気中で３００℃において１時間不ｆ；ｋ
ｌ＋化処理した後、アルゴン雰囲気下に１５００”Ｃに
おいて１０分間（（′６成して炭ゼソ繊維を得た。得ら
れた炭素ｔｋ　４１１°の′物性を第１表に示１゜実施
例２ 宸施例１と同様の原料ピッチ１００ｇ−を用い、４２０
°Ｃ，１０Ｔｏｒｒ　において２時間第一段熱処理し、
等方性ピッチ中のトルエン不溶分の含有ｎ」が５３重ｈ
１％のピッチを得た。ここで得られプξビツヂは静置し
て反応器ｒ′ＩＣ部から３０１のメソ相ピッチを彷き出
した。反応器上部の等方性ピッチは常圧下、４６０’Ｃ
において５０分間第二段熱処理を行ない、炭素材用ピッ
チ４０１７を得た。このものはメソ相ピッチの含有１１
１合は１ｏｏｒｌＨｒｔ％であり、キノリンネ溶分は５
２重ｔｉｔ％であった。

次に、この１４２未相用ビツヂを用いて、紡糸速度５５
０ｍ／ｌＡＫで糸径１０μの炭素供Ｍ［を紡糸した。紡
糸中、糸切れはほとんどみられなかった。

得られた奈慟（維を実施例１と同様に不融化処理および
焼成して炭素れｌＩＣを得だ。得られた炭素紗］維の物
性を第１表に示す。

比較（ｉｌｌ　１ 丈り、１１し１］１と同様の原イ５１ピッチ１００１を
用いて４００°Ｃ，１０Ｔｏｒｒ　において２時間バ一
段の熱処理をし、等方性ピッチ中のｉルエン不溶分の含
有ｔ、；が５噴量％のビツヂを得た。ここで得られたピ
ッチは全量等方性ピッチであったため、反応外爪）　ｔ
ｔ＋＋からのピッチのｔｌｚき出しを行なうことなく等
方性ピッチを４２０°Ｃ，１ｎ　Ｔｏｒｒ　において１
時間３０分にわたり第二段熱槽１１シて炭素利用ビツヂ
とした。このもののメソ相ピッチの含８割合は６８＠旦
％であった。このメソ相ピッチｔ　分１’ｉ！Ａ　シて
キノリンネ溶分を測定したところ４４爪夛”汁％であっ
た。

次に、この炭素利用ピッチを用いて紡糸油田７００ｍ７
分で糸径９μの炭零縄糸１１を紡糸した。

紡糸に際して１０分間に２回糸切れした。ここで得られ
た繊維についても実施１り・１１と同（・１ζに不ｖ）
１１化処理およびｔ；Ｚ成して炭素用＃（Ｉｉをイード
だ。？１）らｊｌだ炭素繊維の物性を第１表に示す。

比較例２ 実施例１と同様の原料ピッチ１００ｇ−を用い、４６０
°Ｃ＋　５０　Ｔｏｒｒ　において１時間第一段の熱槽
１ＪＩＩをしプ（、ｏこの結果、実目的にメソ相１００
％のピッチが得られた。したがって、反応器底ｆ′１１
（からのメソ相ピッチの抜き出しおよび第二段の熱処理
は行なわなかった。

このメソ相ピッチ中のキノリンネ溶分は６７重１狭％で
あった。

次に、このビツヂを用いて紡糸を試みたが、糸切れが７
γ１しく紡糸がきわめて困ｌ１ｉｉであった。

第１表

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、　石油系残油を熱処理することによりピッチを製メ
   ジするにあたり、石油系残油中の軽質油分を分降除去し
   た後、第一段の熱処理を、この第一段の熱処理反応によ
   り生成するピッチ中の等方性ピッチのトルエン不溶分の
   含有ａｔが１０〜７０重量％となるように行ない、この
   第一段熱処理と同１１ｐに或いは反応停止後比重差分離
   を行なってメソ相ピッチを分離除去し、次いで得られる
   等方性ピッチを第二段熱処理してメソ相ピッチを？−ト
   ることを特徴とする炭素材用ピッチの製造法。