JPS6234985A - 炭素材用ピツチの製造方法 - 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】 （産業上の利用分野〕 本発明は炭素材、特に炭素繊維の製造に適した特定の性
状を有するピッチを生産性よく製造する方法に関する。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする問題点〕炭素
繊維はポリアクリロニトリルを原料とする方法のほかに
、石油系ピッチを原料とし、これを熱処理して得た光学
的異方性ピッチを紡糸し、さらに焼成して製造する方法
が従来から数多く提案されている。

しかし、この石油系ピッチを原料とする方法では、熱処
理温度が低いと重質化に長い時間を要し、また、熱処理
温度が高すぎると重質化する前に原料が蒸発して収率の
低下を招くという問題があった。

そこで、本発明者は上記従来技術の問題点を解消し、短
時間で生産性よく炭素材用のピッチを製造する方法を開
発すべく鋭意研究を重ねた。

〔問題点を解決するための手段〕

その結果、原料ピッチの熱処理を比較的高温下で二段階
に分けて行なうとともに、後段の熱処理を低い圧力下に
行なうことにより目的を達成できることを見出し、本発
明を完成するに至った。

すなわち本発明は、石油系重質油中の軽質油分を除去し
た原料ピッチを温度４５０〜５５０℃。

圧力６０ｍｍＨｇ以上の条件下で第一段熱処理し、次い
で温度４５０〜５５０℃、圧力０．１〜５０１■Ｈｇの
条件下で第二段熱処理することを特徴とする炭素材用ピ
ッチの製造方法を提供するものである。

本発明の方法に用いる原料ピッチは、石油系重質油から
軽質油分を除去したものであるが、ここで石油系重質油
としては、石油類の接触分解残渣油、熱分解残渣油ある
いは水素化分解残渣油などをあげることができる。

本発明の方法においては、このような石油系重質油を予
め減圧蒸留して、沸点約４００’Ｃ以下（常圧換算）の
軽質油分を留去した残渣油を原料ピッチとして用いる。

なお、減圧蒸留に先立ち、重質油をフィルター等にて濾
過して、触媒などの固形物を除去しておくことが好まし
い。

本発明の方法では、まず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温度４５０〜５５０℃、圧力
６０ＩＩＮＨｇ以上、好ましくは温度４６０〜５２０”
ｃ、圧力１００　ｗｓｗｒ　Ｈｇ〜２　ｋｇ／　ｃｍ２
Ｇの条件下で行なわれる。なお、熱処理時間は特に制限
はなく状況に応じて適宜定めればよく、一般にはピッチ
中のトルエン不溶分の合壁が１０〜４０重量％になるま
で行なえばよい。しかし、通常は０．５分〜２時間、好
ましくは１分〜１時間である。

ここで第一段熱処理の温度が４５０℃未満では反応が遅
く熱処理に長時間を要し、生産性が低下する。一方温度
が５５０℃を超えると、コーキングが発生するので好ま
しくない。また、第一段熱処理の圧力が６０ｉｎＨｇ未
満では原料ピッチが蒸発し、収率が低下するので好まし
くない。

この第一段熱処理は短時間で行なうことが好ましいので
、スタティックミキサーなどを備えた管形反応器あるい
は薄膜蒸発器を用いると好都合である。

本発明の方法では、第一段熱処理によって生成した重質
化の進んだピッチ（主として等方性ピッチを含む）を第
二段熱処理することが必要である。

この第二段熱処理は、温度については第一段熱処理と同
様に４５０〜５５０℃とし、圧力については第一段熱処
理のときよりも低圧とずべきであって、通常は０．１〜
５０＋＋ｎＨｇの範囲において条件を設定して処理を進
行させる。また第二段熱処理のさらに好ましい条件とし
ては、温度４６０〜５３０℃、圧力０．５〜２０龍Ｈｇ
である。なお、熱処理時間は特に制限はなく状況に応じ
て適宜定めればよく、第一段熱処理で生成した等方性ピ
ッチを多く含有する重質化ピッチの大部分が異方性ピッ
チとなるに充分な時間とすればよい。

この第二段熱処理において、温度が４５０℃未満では反
応が遅く熱処理に長時間を要し、生産性が低下する。一
方温度が５５０℃を超えると、コーキングが発生するの
で好ましくない。また、圧力が０．１ｍｍ）１ｇ未満で
はピッチが蒸発しやすいため、収率の低下を招き、逆に
５０ｍ■Ｈｇを超えると、軽質分の除去が不充分となり
分子量分布が広くなるので、得られる炭素繊維等の強度
が低下し好ましくない。

なお、この第二段熱処理には滞留時間分布の狭い反応器
、特に薄膜蒸発器を用いると好都合である。

本発明の方法にしたがって、原料ピッチに第一段熱処理
および第二段熱処理を行なえば、光学的異方性相の含有
量が８０〜１００％であり、かっキノリンネ溶分の含を
量が５〜６０％、数平均分子量が８００〜１５００であ
るとともに、軟化点が２６０〜３６０℃である炭素材用
ピッチが、短時間で生産性よく製造される。

このようにして得られたピッチからピッチ系炭素繊維を
製造するには、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。

本発明の方法によって製造される炭素材用ピッチから得
られる炭素繊維等の炭素材は引張強度。

弾性率などのすぐれたものとなる。したがって、本発明
は炭素材料、特に炭素繊維をはじめ、炭素フィルム、フ
ィラメント、ヤーンなど各種炭素製品の製造に有利に利
用することができる。

Ｃ実施例〕 次に、本発明を実施例によってさらに詳しく説明する。

実施例１ 石油精製における接触分解油の残渣油を減圧蒸留して、
沸点４３０℃以上（常圧換算）の残渣油ピッチ（比重１
．１８０．硫黄分１．０５重量％。

残炭骨３５．１重量％）を得た。この残渣油ピッチ３０
ｇを反応容器（オー１−クレープ）に入れ、まず、大気
圧下、４６０℃にて１５分間熱処理（第一段熱処理）を
行なった。この結果、トルエン不溶分の含有量が２３重
量％のピッチ（等方性ピッチを多量に含有）が得られた
。

次いで、このピッチを圧力ｌＮＨｇの減圧下で温度４８
０℃にて３分間熱処理（第二段熱処理）を行なった。

上記第二段熱処理の結果、キノリンネ溶分含量７重量％
、数平均分子量１０５０．軟化点２９０℃であって、光
学的異方性相１００％（偏光顕微鏡により確認）のピッ
チが得られた。また、このピッチの収量は１２．６ｇ、
収率は４２％であった。

次に、この光学的異方性ピッチを、孔径０．５鶴のノズ
ルを用いて、３３８℃、　Ｑ、　５　ｋｇ　／　ｃｔｓ
　”Ｇの条件下で、引取速度７００ｍ／分にて紡糸した
が、糸切れはなく紡糸性は良好であった。得られた糸径
９．８μｍのピッチ繊維を空気中において２００℃から
３５０℃までの間を２０分間か＆Ｊて昇温して不融化し
た。続いて、不融化ピッチ繊維をアルゴン雰囲気中１５
００℃において１０分間焼成して炭素繊維を得た。得ら
れた炭素繊維は引張強度２８Ｑ　ｋｇ　／　ｍ”、弾性
率２４　ｔｏｎ　／　＊＊　２であった。

実施例２ 実施例１と同じ残渣油ピッチを原料ピッチとして用い、
第一段の熱処理条件を圧力大気圧、温度４８０℃２時間
１０分間とするとともに、第二段の熱処理条件を圧力１
ｔａＨｇの減圧下、温度５２０℃１時間２分間として処
理を行なった。

この結果、得られたピッチはキノリンネ溶分含量１０重
量％、数平均分子量１１００．軟化点３２０℃であって
、光学的異方性相含量１００％のものであった。また、
ピッチの収量はｌ１ｇ、収率は３７％であった。

次にこのピッチを用いて実施例１と同様にして糸径９．
８μｍの炭素繊維を得た。得られた炭素繊維は引張強度
２９０　ｋｇ／ｍｓ”、弾性率２５　ｔｏｎ／ｍｍ”で
あった。

比較例１ 実施例１と同じ残渣油ピッチを原料ピッチとして用い、
熱処理条件を５０ｗＨｇの減圧下、温度４４０℃で時間
６時間として処理を行ない、一段反応で光学的異方性相
含量９５％のピッチを得た。

このピッチはキノリンネ溶分含量６３重量％、数平均分
子量１０３０のものであった。また、ピッチの収量は９
ｇ、収率は３０％であった。

比較例２ 実施例１と同じ残渣油ピッチを原料ピッチとして用い、
第一段の熱処理条件を圧力大気圧、温度４２０℃１時間
５時間として処理を行ない、光学的異方性相含量３０％
のピッチを得た。

次に、第二段の熱処理条件を圧力大気圧、温度４４０℃
２時間３時間として処理を行ない、光学的異方性相含量
１００％のピッチを得た。

得られたピッチはキノリンネ溶分含量８２重量％、数平
均分子量１２００．軟化点３５０℃のものであった。ま
た、ピッチの収量は２４ｇ１収率は８０％であった。

次にこのピッチを用いて実施例１と同じ紡糸ノズルによ
り紡糸したが、糸切れが頻繁に生じ、きわめて紡糸性に
劣るものであった。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）石油系重質油中の軽質油分を除去した原料ピッチ
   を温度４５０〜５５０℃、圧力６０ｍｍＨｇ以上の条件
   下で第一段熱処理し、次いで温度４５０〜５５０℃、圧
   力０．１〜５０ｍｍＨｇの条件下で第二段熱処理するこ
   とを特徴とする炭素材用ピッチの製造方法