KR101869647B1 - 불균일계 불소화 반응을 이용한 메조페이스 피치 제조방법 및 이에 의해 제조된 메조페이스 피치 - Google Patents

불균일계 불소화 반응을 이용한 메조페이스 피치 제조방법 및 이에 의해 제조된 메조페이스 피치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 메조페이스 피치 제조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 석유 정제 공정 또는 석탄 건류 공정으로부터 얻어진 잔사유(殘査油) 및 타르를 포함하는 저급 유분을 불소가스 분위기 하에서 연속적으로 반응시켜 벌크 메조페이스 피치를 제조하는 불균일계 불소화 반응을 이용한 메조페이스 피치 제조방법 및 이에 의해 제조된 메조페이스 피치에 관한 것이다.
본 발명의 메조페이스 피치 제조방법은 유분을 불소가스 분위기 하에서 반응시켜 메조페이스 핵종을 형성하는 핵종형성단계; 상기 메조페이스 핵종을 불소가스 분위기 하에서 반응시켜 메조페이스 피치로 성장시키는 핵종성장단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

불균일계 불소화 반응을 이용한 메조페이스 피치 제조방법 및 이에 의해 제조된 메조페이스 피치{MANUFACTURING METHOD OF MESOPHASE PITCH BY HETEROGENEOUS FLUORINATION REACTION AND MESOPHASE PITCH BY THE SAME}
본 발명은 메조페이스 피치 제조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 석유 정제 공정 또는 석탄 건류 공정으로부터 얻어진 잔사유(殘査油) 및 타르를 포함하는 저급 유분을 불소가스 분위기 하에서 연속적으로 반응시켜 벌크 메조페이스 피치를 제조하는 불균일계 불소화 반응을 이용한 메조페이스 피치 제조방법 및 이에 의해 제조된 메조페이스 피치에 관한 것이다.
최근 우주/항공, 선박, 군사무기 분야 등의 특수 산업 분야의 기술 수준이 급격하게 증가함에 따라 해당 산업에 사용되는 기초 소재의 물성 향상이 요구되고 있다. 이로 인해 고강도, 고탄성, 높은 열전도도, 낮은 열팽창률 등의 특성을 갖는 특수 소재 사업 시장이 급격하게 성장하고 있다.
한편, 범용적으로 사용하고 있는 금속, 고분자 소재는 재료적 특성으로 인하여 초고온, 초강도 분야에서 그 사용이 제한되고 있는 반면에 탄소 기반 소재는 이러한 요구조건을 충족하는 이유로 연구 및 활용이 활발히 이루어지고 있다. 대표적인 탄소 기반 소재로는 탄소 섬유, 흑연 블록, 흑연 전극봉, 탄소/탄소 복합소재, 흑연 폼 등이 있으며, 풍력 발전 블레이드, 원자력 감속재 및 차폐재, 항공기 및 선박 동체, 로켓 노즐 등에 응용되고 있다. 나아가 에너지 효율에 대한 관심이 증가하면서 범용적인 시장에서의 사용 역시 증가하고 있다.
메조페이스 피치(Mesophase pitch)는 흑연화가 용이하고 벤젠고리가 여러 개 연결되어 있는 다방향족 분자를 말하며, 열처리에 의해 흑연(Graphite)과 가까운 구조를 갖는 탄소를 형성함으로써 탄소 기반 소재의 제조에 반드시 필요한 재료 중 하나이다.
하지만, 메조페이스 피치를 제조하는 기술을 미국, 일본 등의 일부 선진국에서 독보적으로 보유하고 있는 이유로, 해당 기술 비 보유국은 관련 산업 진입을 매우 어려워하고 있는 실정이다.
또한, 종래 AlCl3, HF/BF3 등의 금속/할로겐 촉매를 이용하는 메조페이스 피치 제조방법은 최종 생산물 내 불순물의 함유로 인하여 불순물 제거를 위한 추가적인 공정이 요구되며, 고온/고압에서 이루어지는 이유로 공정 조건에 따른 높은 생산 단가 외에도 추가적인 비용이 요구되는 문제가 있다. 나아가 최종 생산물 외에 부산물이 발생하며, 이 처리 역시 매우 어렵다는 단점이 있다.
대한민국공개특허공보 제10-1993-0005524호
이에 상기와 같은 문제를 해결하고자, 본 발명은 석유 정제 공정 또는 석탄 건류 공정으로부터 얻어진 잔사유(殘査油) 및 타르를 포함하는 저급 유분을 불소가스 분위기 하에서 연속적으로 반응시켜 불순물이 없고 부산물이 최소화된 벌크 메조페이스 피치를 효과적으로 제조하는 방법 및 이에 의해 제조된 메조페이스 피치를 제공하는 데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 메조페이스 피치 제조방법은, 유분을 불소가스 분위기 하에서 반응시켜 메조페이스 핵종을 형성하는 핵종형성단계(S100); 상기 메조페이스 핵종을 불소가스 분위기 하에서 반응시켜 메조페이스 피치로 성장시키는 핵종성장단계(S200);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 유분은 저급 유분으로, 나프탈렌(Bicyclo[4.4.0]deca-1,3,5,7,9-pentaene), 안트라센(Tricyclo[8.4.0.03,8]tetradeca-1,3,5,7,9,11,13-heptaene), 플루오렌(9H-Fluorene), 페난트렌(Tricyclo[8.4.0.02,7]tetradeca-1,3,5,7,9,11,13-heptaene), 트리페닐렌(Triphenylene) 및 벤젠(Cyclohexa-1,3,5-triene)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 불소가스는 불소(Fluorine), 삼불화질소(Nitrogen trifluoride) 및 삼불화붕소(Boron trifluoride)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 핵종형성단계는 2 내지 4bar의 압력에서 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 핵종형성단계는 100 내지 120℃의 온도에서 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 핵종형성단계는 120 내지 180분의 시간 동안 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 핵종성장단계는 10 내지 15bar의 압력에서 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 핵종성장단계는 360 내지 390℃의 온도에서 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 핵종성장단계는 180 내지 360분의 시간 동안 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 핵종형성단계는 불소가스를 연속적으로 흘려주고, 상기 핵종성장단계는 상기 불소가스의 연속적으로 흘려주지 않는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 메조페이스 피치 제조방법으로 제조된 메조페이스 피치는 벌크 메조페이스 피치인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 저급 유분을 불소가스 분위기 하에서 연속적으로 반응시켜 메조페이스 피치를 제조하는 것으로, 등방성에서 이방성으로 전환되어 약 90부피% 이상의 이방화율을 갖는 벌크 메조페이스 피치를 제조하는 데 효과적이며, 종래의 제조방법보다 낮은 압력에서 진행됨으로써 생산단가가 낮아 경제적인 측면에서 우수한 효과가 있다.
또한, 최종 생산물인 메조페이스 피치 내 불순물이 전혀 없고, 메조페이스 피치 외에 발생하는 부산물의 양이 매우 적은 이유로 불순물 제거 및 부산물 처리를 위한 추가적인 공정이 필요 없어 공정의 효율성 및 환경적, 경제적인 측면에서 매우 우수한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 메조페이스 피치 제조방법의 순서도이다.
도 2는 비교 예1 내지 비교 예3 및 실시 예에 의해 제조된 메조페이스 피치의 편광현미경 사진이다.
도 3은 비교 예1 및 실시 예에 의해 제조된 메조페이스 피치의 C/H몰비(Atomic mole ratio)와 방향족화도(Aromaticity)를 비교하여 보여주는 그래프이다.
도 4는 비교 예1 및 실시 예에 의해 제조된 메조페이스 피치의 층간 간격(Interlayer spacing)을 비교하여 보여주는 그래프이다.
도 5는 비교 예1 및 실시 예에 의해 제조된 메조페이스 피치의 적층 두께(Crystalline size)를 비교하여 보여주는 그래프이다.
본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 본 발명에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 즉, 본 명세서에서 사용되는 ‘구성된다.’, ‘이루어진다.’ 또는 ‘포함한다.’ 등의 용어는 명세서상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계 들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명인 불균일계 불소화 반응을 이용한 메조페이스 피치 제조방법의 순서도로, 이에 도시된 바와 같이 본 발명의 메조페이스 피치 제조방법은 순서대로 유분을 불소가스 분위기 하에서 반응시켜 메조페이스 핵종을 형성하는 핵종형성단계(S100), 상기 메조페이스 핵종을 불소가스 분위기 하에서 반응시켜 메조페이스 피치로 성장시키는 핵종성장단계(S200)를 포함하여 진행된다. 이하, 각 단계를 보다 상세히 설명한다.
핵종형성단계(S100)는 유분이 고분자 중합반응(Polymerization)을 통해 메조페이스 핵종을 형성하는 단계로, 사용하고자 하는 유분을 일정량으로 계량한 뒤 반응기(Chemical reactor)에 넣고, 상기 반응기 내부로 불소가스를 연속적으로 주입해 흘려줌으로써 불소가스 분위기 하에서 진행된다.
여기서 메조페이스 핵종은 메조페이스 소구체(Meso carbon micro bead, MCMB)가 형성되는 씨앗(seed)으로 작용하는 것을 의미한다.
상기 유분은 석유 정제 공정 또는 석탄 건류 공정으로부터 얻어진 잔사유(殘査油) 및 타르를 포함하는 저급 유분으로, 다양한 분자량을 갖는 지방족, 방향족 화합물 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물로 이루어질 수 있다.
보다 바람직하게는 나프탈렌(Bicyclo[4.4.0]deca-1,3,5,7,9-pentaene), 안트라센(Tricyclo[8.4.0.03,8]tetradeca-1,3,5,7,9,11,13-heptaene), 플루오렌(9H-Fluorene), 페난트렌(Tricyclo[8.4.0.02,7]tetradeca-1,3,5,7,9,11,13-heptaene), 트리페닐렌(Triphenylene) 및 벤젠(Cyclohexa-1,3,5-triene)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상이다.
상기 불소가스는 유분이 고분자 중합반응을 통해 메조페이스 핵종을 형성하도록 하기 위한 촉매로 작용하는 것으로, 불소가 포함된 다양한 종류가 사용될 수 있으며, 보다 바람직하게는 불소(Fluorine), 삼불화질소(Nitrogen trifluoride) 및 삼불화붕소(Boron trifluoride)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상이나 특별히 이에 한정되지 않고 해당 기술 분야의 종사자에게 공지된 종류의 불소가스를 사용할 수 있다.
그리고 상기와 같은 핵종형성단계(S100)는 불소가스 분위기 하에서 일정범위의 압력 및 온도에서 진행되는 것이 일정 수준 이상의 메조페이스 핵종을 효과적으로 형성시키기 위해 바람직하다. 여기서 압력과 온도는 유분이 넣어진 반응기 내부의 압력(또는 불소가스의 압력) 과 온도를 의미하고, 따라서 반응기의 작동을 통해 조절 가능하다.
먼저, 핵종형성단계(S100)는 2 내지 4bar의 압력에서 이루어지는 것이 바람직하다.
여기서 상기 압력이 2bar 미만이면 유분의 고분자 중합반응이 충분히 일어나지 않아 일정 수준 이상의 메조페이스 핵종을 형성하기 어렵고, 4bar 초과이면 과불소화 반응이 일어나고 이로 인해 저분자량을 갖는 유분의 경우 파괴됨으로써 중합이 여의치 않게 되는 문제가 있다.
그 다음으로, 핵종형성단계(S100)는 100 내지 120℃의 온도에서 이루어지는 것이 바람직하다.
여기서 상기 온도가 100℃ 미만이면 촉매인 불소가스의 반응성(Reactivity)이 떨어지고 이로 인해 반응속도가 느려짐으로써 유분의 고분자 중합반응이 충분히 일어나지 않아 일정 수준 이상의 메조페이스 핵종을 형성하기 어렵고, 120℃ 초과이면 반대로 불소가스의 반응성이 급격하게 증가하고 이로 인해 반응속도가 빨라짐으로써 유분의 고분자 중합반응은 일어나지 않고 분해반응이 촉진되어 메조페이스 핵종의 형성을 방해하는 문제가 있다.
나아가 핵종형성단계(S100)는 상기 압력 및 온도의 범위에서 일정 시간 동안 진행되는 것이 메조페이스 핵종을 효과적으로 형성시키기 위해 바람직하다.
보다 구체적으로 핵종형성단계(S100)는 120 내지 180분의 시간 동안 진행되는 것이 바람직하다.
여기서 상기 시간이 120분 미만이면 유분의 고분자 중합반응이 충분히 일어나지 않아 일정 수준 이상의 메조페이스 핵종을 형성하기 어렵고, 180분 초과이면 유분의 고분자 중합반응이 미미하게 증가할 뿐 아니라 180분 이하에서도 유분의 고분자 중합반응이 충분히 일어나 일정수준의 메조페이스 핵종 형성이 가능하므로 비용 및 시간적 측면에서 공정의 효율성이 떨어지는 문제가 있다.
핵종성장단계(S200)는 핵종형성단계(S100)에서 형성된 메조페이스 핵종이 고분자 중합반응을 통해 메조페이스 피치가 되도록 성장시키는 단계로, 핵종형성단계(S100)를 진행한 이후 연속적으로 진행되며, 불소가스 분위기 하에서 진행된다.
이때, 핵종형성단계(S100)와 달리 핵종성장단계(S200)는 반응기 내부로 불소가스를 연속적으로 주입해 흘려주지 않고, 상기 반응기 내부가 불소가스에 의해 일정범위의 압력에 도달하면 불소가스의 주입을 중단한 상태에서 진행하는 것이 바람직하다.
이러한 이유는 메조페이스 핵종을 보다 안정적으로 성장시키기 위함이며, 또 유분에서 메조페이스 핵종을 형성하는 것과 달리 메조페이스 핵종을 성장시키는 것은 불소가스의 추가적인 공급으로 인한 효과가 거의 미비하므로 불소가스의 주입을 중단하는 것이 비용적 측면에서 공정이 효율성에 좋다.
상기 불소가스는 메조페이스 핵종이 성장하도록 하기 위한 촉매로 작용하는 것으로, 불소가 포함된 다양한 종류가 사용될 수 있으며, 보다 바람직하게는 불소(Fluorine), 삼불화질소(Nitrogen trifluoride) 및 삼불화붕소(Boron trifluoride)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상이나 특별히 이에 한정되지 않고 해당 기술 분야의 종사자에게 공지된 종류의 불소가스를 사용할 수 있다.
한편, 핵종성장단계(S200)를 통해 제조된 메조페이스 피치는 등방성에서 이방성으로 대부분 전환되어 메조페이스 피치의 총 부피 대비 90 내지 100 부피%의 이방화율을 갖는 벌크 메조페이스 피치인 것이 바람직하다.
이를 위해 상기 핵종성장단계(S200)는 불소가스 분위기 하에서 일정범위의 압력 및 온도에서 진행되는 것이 바람직하다. 여기서 압력과 온도는 반응기 내부의 압력(또는 불소가스의 압력)과 온도를 의미하고, 따라서 반응기의 작동을 통해 조절 가능하다.
먼저, 핵종성장단계(S200)는 10 내지 15bar의 압력에서 이루어지는 것이 바람직하다.
여기서 상기 압력이 10bar 미만이면 메조페이스 핵종이 충분히 성장하지 못하여 벌크 메조페이스 피치로 성장하기 어렵고, 15bar 초과이면 메조페이스 핵종의 고분자 중합반응이 미미하게 증가하여 성장 역시 미미할 뿐 아니라 15bar 이하에서도 메조페이스 핵종의 성장이 충분히 일어나 벌크 메조페이스 피치로 성장되므로 15bar 이하에서 진행하는 것이 비용적 측면에서 공정의 효율성이 좋다.
그 다음으로, 핵종성장단계(S200)는 360 내지 390℃의 온도에서 이루어지는 것이 바람직하다.
여기서 상기 온도가 360℃ 미만이면 고분자 중합반응이 느려져 메조페이스 핵종이 벌크 메조페이스 피치로 성장하는데 소요되는 시간이 증가하여 공정의 효율성이 떨어지고, 390℃ 초과이면 급격한 성장으로 인하여 메조페이스 피치로 성장함과 동시에 코크스화가 일어나게 되면서 벌크 메조페이스 피치로 성장하지 않는 문제가 있다.
한편, 이와 같이 핵종형성단계(S100) 및 핵종성장단계(S200)에서의 압력, 온도 및 시간의 바람직한 범위는 유분 500g을 기준으로 메조페이스 핵종을 효과적으로 형성하고, 이를 성장시켜 벌크 메조페이스 피치를 제조하기 위한 최적의 조건이 될 수 있으며, 이는 유분의 중량에 따라 적합한 압력, 온도 및 시간이 제공되도록 변경 가능할 수 있음을 의미한다.
이하, 본 발명을 비교 예 및 실시 예를 이용하여 더욱 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 하기의 비교 예 및 실시 예는 본 발명의 예증을 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이에 국한되는 것은 아니다.
비교 예1
열분해 잔사유(Pyrolysis fuel oil, 이하 'PFO'라고도 함) 500g을 반응기에 넣고, 상기 반응기의 내부가 0torr의 진공도를 갖도록 조성하였다. 이후 상온에서 분당 125cc로 불소(Fluorine, F2)가스를 반응기 내부에 연속적으로 주입해 흘려줌으로써 불소가스 분위기를 조성하였다. 이후 반응기 내부 온도는 120℃가 되도록 가열하였고, 압력은 3bar가 되도록 조성한 뒤 이를 150분 동안 유지하였다(S100). 그 다음으로 반응기 내부의 불소가스를 모두 배출시킨 뒤 질소(Nitrogen, N2)를 주입하여 반응기 내부 압력을 12bar로 조성하였고, 온도는 390℃가 되도록 가열한 뒤 이를 360분 동안 유지하였다(S200).
비교 예2
상기 비교 예1과 동일한 열분해 잔사유(Pyrolysis fuel oil, 이하 'PFO'라고도 함) 500g을 반응기에 넣고, 상기 반응기의 내부가 0torr의 진공도를 갖도록 조성하였다. 이후 상온에서 분당 125cc로 불소(Fluorine, F2)가스를 반응기 내부에 연속적으로 주입해 흘려줌으로써 불소가스 분위기를 조성하였다. 이후 반응기 내부 온도는 40℃가 되도록 가열하였고, 압력은 1bar가 되도록 조성한 뒤 이를 150분 동안 유지하였다(S100). 그 다음으로 반응기 내부의 불소가스를 모두 배출시킨 뒤 질소(Nitrogen, N2)를 주입하여 반응기 내부 압력을 12bar로 조성하였고, 온도는 390℃가 되도록 가열한 뒤 이를 360분 동안 유지하였다(S200).
비교 예3
상기 비교 예1과 동일한 열분해 잔사유(Pyrolysis fuel oil, 이하 'PFO'라고도 함) 500g을 반응기에 넣고, 상기 반응기의 내부가 0torr의 진공도를 갖도록 조성하였다. 이후 상온에서 분당 125cc로 불소(Fluorine, F2)가스를 반응기 내부에 연속적으로 주입해 흘려줌으로써 불소가스 분위기를 조성하였다. 이후 반응기 내부 온도는 40℃가 되도록 가열하였고, 압력은 3bar가 되도록 조성한 뒤 이를 150분 동안 유지하였다(S100). 그 다음으로 반응기 내부의 불소가스를 모두 배출시킨 뒤 질소(Nitrogen, N2)를 주입하여 반응기 내부 압력을 12bar로 조성하였고, 온도는 390℃가 되도록 가열한 뒤 이를 360분 동안 유지하였다(S200).
실시 예
상기 비교 예1과 동일한 열분해 잔사유(Pyrolysis fuel oil, 이하 'PFO'라고도 함) 500g을 반응기에 넣고, 상기 반응기의 내부가 0torr의 진공도를 갖도록 조성하였다. 이후 상온에서 분당 125cc로 불소(Fluorine, F2)가스를 반응기 내부에 연속적으로 주입해 흘려줌으로써 불소가스 분위기를 조성하였다. 이후 반응기 내부 온도는 120℃가 되도록 가열하였고, 압력은 3bar가 되도록 조성한 뒤 이를 150분 동안 유지하였다(S100). 그 다음으로 비교 예1 내지 비교 예3과 달리 불소가스 분위기에서 연속적으로 진행하였으며, 반응기 내부 압력이 12bar가 되도록 조성한 뒤 불소가스의 주입을 중단하였고, 온도는 390℃가 되도록 가열한 뒤 이를 360분 동안 유지하였다(S200).
도 2는 비교 예1 내지 비교 예3 및 실시 예에 의해 제조된 메조페이스 피치를 편광현미경(Polarization Microscope)을 통해 관찰 분석한 사진으로, 도 2-(a)는 실시 예, 도 2-(b)는 비교 예1, 도 2-(c)는 비교 예2 그리고 도 2-(d)는 비교 예3의 사진이다.
도 2에서 보이는 바와 같이, 비교 예1의 경우, 메조페이스 핵종이 일부 성장하여 이방성을 갖는 메조페이스 피치가 형성된 것을 육안으로 볼 수 있으나, 대부분이 등방성을 갖는 것을 통해 벌크 메조페이스 피치로의 충분한 성장은 이루어지지 못하였다는 것을 확인할 수 있었고, 비교 예2와 비교 예 3 역시 메조페이스 핵종이 형성되지 않았음을 확인할 수 있었다.
반면에 실시 예의 경우, 거의 대부분이 등방성에서 이방성으로 전환됨에 따라 높은 이방화율을 갖는 벌크 메조페이스 피치로 충분히 성장하였다는 것을 확인할 수 있었다.
도 3은 비교 예1 및 실시 예에 의해 제조된 메조페이스 피치를 원소 분석 및 푸리에 변환 적외선 분광 분석법(Fourier Transform Infrared, FT-IR)을 통해 분석하고, 분석한 결과를 토대로 산출한 C/H 몰비(Atomic mole ratio)와 방향족화도(Aromaticity)를 비교하여 보여주는 결과 그래프로, 도 3-(a)는 비교 예1이고, 도 3-(b)는 실시 예이다.
이와 같이 C/H 몰비 및 방향족화도 모두 비교 예1보다 실시 예의 경우 더 높은 값을 갖는다는 것을 확인할 수 있었고, 특히 방향족화도의 경우 비교 예1은 약 1.4이고, 실시 예는 약 1.6으로 확연한 차이를 보이는 것을 볼 수 있었다. 따라서 이를 통해 비교 예1은 벌크 메조페이스 피치로 성장하지 못한 반면에 실시 예는 벌크 메조페이스 피치로 성장하였다는 것으로 해석할 수 있었다.
도 4 및 도 5는 비교 예1 및 실시 예에 의해 제조된 메조페이스 피치를 X-선 회절 분석을 통해 분석하고, 분석한 결과를 토대로 산출한 층간 간격(Interlayer spacing)과 적층 두께(Crystalline size)를 비교하여 보여주는 결과 그래프로, 도 4-(a) 및 도 5-(a)는 비교 예1이고, 도4-(b) 및 도 5-(b)는 실시 예이다.
도 4 및 도 5와 같이 비교 예1이 실시 예보다 층간 간격은 넓고, 적층 두께는 얇다는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 이를 통해 본 발명인 불소가스 분위기가 메조페이스 피치의 성장을 촉진하고 결정성의 발달을 유도함으로써, 등방성에서 이방성으로 전환되어 약 90부피% 이상의 높은 이방화율을 갖는 벌크 메조페이스 피치로 성장시킨다는 것을 알 수 있었다.
다시 말해, 결과적으로 본 발명과 같이 불소가스 분위기 하에서 연속적으로 메조페이스 피치를 성장시키는 것이 질소가스 분위기 하에서 성장시키는 것보다 벌크 메조페이스 피치로 성장시키는 부분에 있어서 굉장히 효과적임을 알 수 있다.
나아가 질소가스 분위기 하에서 동일한 효과를 위해서는 본 발명보다 높은 압력 및 높은 온도가 요구될 뿐 아니라 시간 역시 더 소요될 수 있음을 미루어 볼 수 있는바, 이러한 점에서 본 발명의 제조방법은 공정의 효율성이 높다. 또한, 최종적으로 제조된 메조페이스 피치 내 불순물이 전혀 없고, 메조페이스 피치 외에 발생하는 부산물의 양이 매우 적은 이유로 불순물 제거 및 부산물 처리를 위한 추가적인 공정이 필요 없어 공정의 효율성 및 환경적, 경제적인 측면에서 매우 우수한 효과가 있다.
본 발명인 불균일계 불소화 반응을 이용한 메조페이스 피치 제조방법 및 이에 의해 제조된 메조페이스 피치의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 당업자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하는 바람직한 실시 예일 뿐, 전술한 실시 예 및 첨부한 도면에 한정되는 것은 아니므로 이로 인해 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 당업자에게 있어 명백할 것이며, 당업자에 의해 용이하게 변경 가능한 부분도 본 발명의 권리범위에 포함됨은 자명하다.
S100 : 핵종형성단계
S200 : 핵종성장단계

Claims (11)

  1. 유분을 불소가스 분위기 하에서 반응시켜 메조페이스 핵종을 형성하는 핵종형성단계;
    상기 메조페이스 핵종을 불소가스 분위기 하에서 반응시켜 메조페이스 피치로 성장시키는 핵종성장단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 불균일계 불소화 반응을 이용한 메조페이스 피치 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유분은 저급 유분으로, 나프탈렌(Bicyclo[4.4.0]deca-1,3,5,7,9-pentaene), 안트라센(Tricyclo[8.4.0.03,8]tetradeca-1,3,5,7,9,11,13-heptaene), 플루오렌(9H-Fluorene), 페난트렌(Tricyclo[8.4.0.02,7]tetradeca-1,3,5,7,9,11,13-heptaene), 트리페닐렌(Triphenylene) 및 벤젠(Cyclohexa-1,3,5-triene)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 불균일계 불소화 반응을 이용한 메조페이스 피치 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 불소가스는 불소(Fluorine), 삼불화질소(Nitrogen trifluoride) 및 삼불화붕소(Boron trifluoride)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 불균일계 불소화 반응을 이용한 메조페이스 피치 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 핵종형성단계는 2 내지 4bar의 압력에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 불균일계 불소화 반응을 이용한 메조페이스 피치 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 핵종형성단계는 100 내지 120℃의 온도에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 불균일계 불소화 반응을 이용한 메조페이스 피치 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 핵종형성단계는 120 내지 180분의 시간 동안 이루어지는 것을 특징으로 하는 불균일계 불소화 반응을 이용한 메조페이스 피치 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 핵종성장단계는 10 내지 15bar의 압력에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 불균일계 불소화 반응을 이용한 메조페이스 피치 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 핵종성장단계는 360 내지 390℃의 온도에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 불균일계 불소화 반응을 이용한 메조페이스 피치 제조방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 핵종성장단계는 180 내지 360분의 시간 동안 이루어지는 것을 특징으로 하는 불균일계 불소화 반응을 이용한 메조페이스 피치 제조방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 핵종형성단계는 상기 불소가스를 연속적으로 흘려주고,
    상기 핵종성장단계는 상기 불소가스의 연속적으로 흘려주지 않는 것을 특징으로 하는 불균일계 불소화반응을 이용한 메조페이스 피치 제조방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 제조방법으로 제조된 메조페이스 피치는 벌크 메조페이스 피치인 것을 특징으로 하는 메조페이스 피치.
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