KR102249296B1 - Method of feed stock for isotropic pitch - Google Patents

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Abstract

본 발명은 등방성 피치 제조용 원료의 제조방법으로서, 구체적으로 특정 물성 및 화합물을 포함하는 원시재료를 사용하여 전처리 과정 및 여과를 거치는 제조방법이며, 제조된 등방성 피치 제조용 원료는 고강도, 고탄성 탄소섬유를 제조하기 위한 고연화점을 가지는 등방성 피치 제조에 사용될 수 있다. The present invention is a manufacturing method of a raw material for isotropic pitch manufacturing, specifically, a manufacturing method that undergoes pretreatment and filtration using a raw material containing a specific physical property and a compound, and the manufactured raw material for manufacturing the isotropic pitch is a high strength, high elasticity carbon fiber. It can be used in the production of isotropic pitch having a high softening point for.

Description

등방성피치 제조용 원료의 제조방법{Method of feed stock for isotropic pitch}Manufacturing method of raw material for isotropic pitch manufacturing {Method of feed stock for isotropic pitch}

본 발명은 등방성 피치 제조를 위한 원료의 제조방법으로서, 원시재료에 포함되는 특정 화합물 함량 및 이들의 비가 매우 제한적인 조건을 만족하고, 이로부터 제조된 등방성 피치 제조용 원료는 탄소 슬러지의 생성이 억제되고 쉽게 메조페이스 상태로 전환되지 않는 뛰어난 물성 및 방사성을 가지는 등방성 피치를 고수율로 제조하는데 사용될 수 있다. The present invention is a method for producing a raw material for producing isotropic pitch, in which the content of a specific compound contained in the raw material and the ratio thereof satisfy very limiting conditions, and the raw material for producing the isotropic pitch prepared therefrom is suppressed to produce carbon sludge. It can be used to prepare an isotropic pitch having excellent physical properties and spinnability that is not easily converted into a mesophase state in high yield.

석유계중질유, 잔사유, 석탄 콜 타르 등은 탄화수율이 높고 가격이 낮아 탄소재료용 원료 물질로 기대되어 왔다. 특히 나프타 분해 잔사유(naphtha cracker bottom oil, NCB oil)는 방향족화도가 높고 황 및 질소, 금속 불순물, 그리고 불용분이 적어 탄소섬유에 적합한 재료로 주목받아왔다. NCB oil은 열처리시 조건에 따라서, 등방성(isotropic) 또는 이방성(anisotropic)의 피치로 제조될 수 있는데, 각각의 피치로부터 제조되는 탄소섬유는 그 특성을 달리한다. 고강도의 탄소섬유를 얻기 위해서는 주로 광학적으로 이방성을 나타내는 이방성 피치가 사용되며, 무정형인 등방성 피치로부터 제조되는 탄소섬유는 상대적으로 강도가 낮아 짧은 필라멘트 또는 스테이플 형태로 제조되어 단열재, 복합재 용도의 첨가제, 활성탄소섬유 등의 용도로 범용으로 사용되고 있고 구조재용 복합재 용도로는 사용되지 못하고 있다.Petroleum-based heavy oil, residual oil, and coal coal tar have high carbonization yields and low prices, so they have been expected as raw materials for carbon materials. In particular, naphtha cracker bottom oil (NCB oil) has been attracted attention as a suitable material for carbon fiber due to its high degree of aromatization and low sulfur, nitrogen, metal impurities, and insoluble content. NCB oil may be manufactured with pitches of isotropic or anisotropic, depending on conditions during heat treatment, and carbon fibers produced from each pitch have different properties. In order to obtain high-strength carbon fiber, anisotropic pitch, which is mainly optically anisotropic, is used, and carbon fiber produced from amorphous isotropic pitch is relatively low in strength, so it is manufactured in the form of short filaments or staples. It is widely used for purposes such as carbon fiber, and has not been used for composite materials for structural materials.

탄소섬유는 상대적으로 강한 강도에 비해 무게가 가벼워 스포츠 용품, 항공산업, 자동차 등 다양한 분야에 사용될 수 있어, 고강도 및 고탄성의 탄소섬유를 얻기 위해 많은 연구가 거듭되고 있다. 고강도, 고탄성의 탄소섬유는 주로 PAN계 공중합 고분자 섬유를 산화안정화 및 탄화하여 제조된다. 또한, 이방성 피치로부터 제조된 피치계 탄소섬유가 고강도 및 고탄성의 물성을 가지나, 원하는 강도나 탄성을 얻기 위해서는 제조과정이 번거롭고 이에 따른 생산 비용의 상승에 문제가 있다. 이에, 최근에는 고강도, 고탄성의 등방성 피치계 탄소섬유에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. Carbon fiber is light in weight compared to its relatively strong strength, so it can be used in various fields such as sports goods, aviation industry, and automobiles, so many studies are being conducted to obtain high strength and high elasticity carbon fiber. High-strength, high-elasticity carbon fibers are mainly manufactured by oxidation-stabilizing and carbonizing PAN-based copolymerized polymer fibers. In addition, although the pitch-based carbon fiber manufactured from anisotropic pitch has high strength and high elastic properties, the manufacturing process is cumbersome in order to obtain a desired strength or elasticity, and there is a problem in an increase in production cost accordingly. Accordingly, in recent years, studies on high strength and high elasticity isotropic pitch-based carbon fibers have been actively conducted.

고강도, 고탄성의 등방성피치계 탄소섬유를 제조하기 위해서는 탄소섬유 제조용 등방성 피치의 조성이 매우 중요한데, 종래 일본 특개 1996-144131의 경우 일정 범위의 분자량을 가진 탄소섬유 제조용 등방성 피치 발명이나 이로부터 제조된 탄소섬유는 인장강도가 1GPa 이하여서 범용 탄소섬유 정도로만 사용될 수 있었다. In order to manufacture high-strength, highly elastic isotropic pitch-based carbon fibers, the composition of the isotropic pitch for carbon fiber production is very important. The fiber had a tensile strength of 1 GPa or less, so it could only be used as a general-purpose carbon fiber.

또한, 일본 특허 3695007은 촉매를 이용한 등방성 피치 제조 발명이나 연화점의 범위가 너무 넓고 이로부터 제조된 탄소섬유의 물성에 대한 기재도 구체적이지 않아 고강도, 고탄성 탄소섬유 제조용 등방성 피치라고 보기 어려워 보인다. In addition, Japanese Patent No. 3695007 has an invention for producing an isotropic pitch using a catalyst or a range of a softening point that is too wide, and a description of the physical properties of the carbon fiber produced therefrom is not specific.

이와 같이, 종래 발명은 대부분 등방성 피치를 제조하기 위한 재료로 석유계중질유, 잔사유, 석탄 타르나 이들의 혼합물 또는 유분을 첨가한 것을 사용하고 제조 공정 주목하였을 뿐이었다.As described above, most of the conventional inventions use petroleum heavy oil, residual oil, coal tar or a mixture or oil thereof as a material for manufacturing isotropic pitch, and only pay attention to the manufacturing process.

이러한 문제를 인식하고 본 발명자들은 고강도, 고탄성을 가지는 등방성피치계 탄소섬유 제조를 위해 등방성 피치 제조를 위한 초기 원시재료에서부터 물성 및 조성을 분석하고 이에 적합한 제조방법을 연구하였다. 그 결과 기존보다 물성 및 방사성이 월등히 뛰어난 등방성 피치를 제조할 방법을 개발하기에 이르렀다.Recognizing this problem, the present inventors analyzed the physical properties and composition from the initial raw material for the production of isotropic pitch for the production of isotropic pitch-based carbon fibers having high strength and high elasticity, and studied a suitable manufacturing method therefor. As a result, it has come to develop a method for manufacturing an isotropic pitch that is superior in physical properties and radioactivity than before.

일본특허 제3695007호Japanese Patent No. 33695007

본 발명은 물성이 뛰어난 등방성피치계 탄소섬유 제조용 등방성 피치를 얻기 위한 원료의 제조방법 제공을 목적으로 한다. 상기 목적은 특정 물성 범위 및 화합물 조성을 가지는 원시재료의 사용 및 이에 적합한 제조방법으로 달성될 수 있다.An object of the present invention is to provide a method for producing a raw material for obtaining an isotropic pitch for producing an isotropic pitch-based carbon fiber excellent in physical properties. The above object can be achieved by the use of a raw material having a specific range of physical properties and a compound composition, and a production method suitable therefor.

본 발명은 등방성 피치 제조용 원료의 제조방법에 관한 것으로 특정 물성 및 화합물 조성을 가지는 원시재료의 전처리 및 여과를 거치는 제조방법을 제공한다. The present invention relates to a method for preparing a raw material for producing isotropic pitch, and provides a method for preparing a raw material having specific physical properties and compound composition through pretreatment and filtration.

본 발명에서 상기 전처리 과정은 원시재료를 열처리 및 분획하는 것을 포함하며, 여과를 통해 전처리된 원시재료에서 고상 물질을 제거하는 제조방법을 제공한다. In the present invention, the pretreatment process includes heat treatment and fractionation of the raw material, and provides a manufacturing method for removing solid substances from the pretreated raw material through filtration.

본 발명에서 등방성 피치 제조용 원료의 제조를 위해 탄소와 수소 원자비, 방향족화도, 평균분자량, 포함된 화합물의 함량 및 이들의 비가 특정 범위를 만족하는 원시재료를 이용한 제조방법을 제공한다.In the present invention, for the production of a raw material for isotropic pitch production, a method using a raw material in which the atomic ratio of carbon and hydrogen, the degree of aromatization, the average molecular weight, the content of the compound contained, and the ratio thereof satisfy a specific range is provided.

본 발명에 따른 제조방법은 특정 범위의 분자량, 방향족화도 등의 특징적인 물성 및 화합물 조성을 가진 등방성 피치 제조용 원료를 제공할 수 있고, 이를 이용하여 제조된 등방성 피치는 특정범위의 연화점, 분자량 및 뛰어난 방사성을 가져 탄소 슬러지나 메조페이즈(mesophase)의 생성을 억제하며 이로부터 제조되는 탄소섬유의 기계적인 물성을 극대화 할 수 있다. The manufacturing method according to the present invention can provide a raw material for producing an isotropic pitch having characteristic physical properties and compound composition such as a specific range of molecular weight and degree of aromatization, and the isotropic pitch manufactured using this can provide a specific range of softening point, molecular weight, and excellent spinnability. It suppresses the generation of carbon sludge or mesophase, and maximizes the mechanical properties of the carbon fiber produced therefrom.

도 1은 원시재료의 조성과 이로부터 제조된 원료물질의 대표적인 조성 비교를 나타낸다.
도 2는 원시재료 중 한 개의 방향족 고리를 포함하는 화합물의 조성과 이로부터 제조된 원료물질 중 한 개의 방향족 고리를 포함하는 화합물의 조성 비교를 나타낸다.
도 3은 원시재료 중 두 개의 방향족 고리를 포함하는 화합물의 조성과 이로부터 제조된 원료물질 중 두 개의 방향족 고리를 포함하는 화합물의 조성 비교를 나타낸다.
1 shows a composition of a raw material and a comparison of a representative composition of a raw material prepared therefrom.
FIG. 2 shows a comparison of the composition of a compound containing one aromatic ring among raw materials and a compound containing one aromatic ring among raw materials prepared therefrom.
3 shows a composition comparison of a compound including two aromatic rings among raw materials and a compound including two aromatic rings among raw materials prepared therefrom.

본 발명에 대한 설명에서 따로 정의하지 않는 용어는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진자가 본 발명의 내용을 이해하기에 적합하도록 이해될 수 있으며, 설명 및 첨부된 도면에서 발명의 요지를 흐릴 수 있는 공지의 내용에 대하여는 따로 기재되지 않을 수 있다.Terms that are not separately defined in the description of the present invention may be understood to be suitable for those of ordinary skill in the field to which the present invention belongs to understand the contents of the present invention, and will obscure the subject matter of the present invention in the description and the accompanying drawings. It may not be described separately for the contents of the notices that may be made.

본 발명에서 등방성 피치 제조용 원료의 제조방법은 다음과 같다.In the present invention, a method of preparing a raw material for producing isotropic pitch is as follows.

(a) 석유계중질유, 나프타 분해 잔사유 또는 석탄 타르 유분 중 적어도 하나 이상이 포함된 원시재료를 열처리 및 분획하여 전처리하는 단계; 및(a) heat-treating and fractionating a raw material containing at least one of petroleum-based heavy oil, naphtha cracking residual oil, or coal tar fraction to pretreatment; And

(b) 상기 (a)에서 전처리된 원시재료를 여과하는 단계;(b) filtering the raw material pretreated in (a);

를 포함하는 등방성 피치 제조용 원료의 제조방법이다.It is a method for producing a raw material for isotropic pitch production comprising a.

상기 제조방법에서 원시재료는 석유계중질유, 잔사유, 나프타 분해 잔사유(naphta cracking botto oil, NCBO), 석탄 타르 유분에서 선택되거나 이들의 혼합물 또는 특정 탄소 수를 가지는 유분이 첨가된 원시재료를 전처리 과정을 거친 후 여과과정을 포함하는 등방성 피치 제조용 원료의 제조방법이다. In the above manufacturing method, the raw material is Filtering after pretreatment of raw materials selected from petroleum heavy oil, residual oil, naphta cracking botto oil (NCBO), coal tar fraction, or a mixture thereof or to which an oil having a specific carbon number is added. It is a method for producing a raw material for producing isotropic pitch containing.

원시재료는 나프타 분해공정 잔사유의 일종인 열분해 연료유(pyrolized fuel oil, PFO)를 포함할 수 있다. PFO는 나프타 크래킹 공정(naphtha cracking center; NCC)의탑저부위(bottom)에서 생성되는 것으로 방향화도가 높고 수지의 함량이 풍부하여 본 발명의 원시재료로 사용될 수 있다. The raw material may include pyrolized fuel oil (PFO), which is a kind of naphtha cracking process residue. PFO is produced at the bottom of a naphtha cracking center (NCC) and can be used as a raw material of the present invention due to its high degree of aromatization and rich in resin content.

열분해 연료유는 납사크래킹 공정의 탑저부위에서 생성되는 것으로, 포화화합물뿐만 아니라 벤젠류(benzene)류, 나프탈렌(naphthalene)류, 인덴(indene) 류 및 비페닐(biphenyl)류 등과 같은 다양한 방향족 탄화수소류를 포함할 수 있다. 구체적으로는 에틸벤젠(ethylbenzene), 1-에테닐-3-메틸벤젠(1-ethenyl-3-methyl benzene), 인덴(Indene), 1-에틸-3-메틸벤젠(1-ethyl-3-methyl benzene),1-메틸에틸벤젠(1-methylethylbenzene),2-에틸-1,3-디메틸벤젠(2-ethyl-1,3-dimethyl benzene), 프로필벤젠(propylbenzene), 1-메틸-4-(2-프로페닐)-벤젠(1-methyl-4-(2-propenyl) benzene), 1,1a,6,6a-테트라히드로-시클로프로파인덴(1,1a,6,6a-tetrahydro-cycloprop[a]indene), 2-에틸-1H-인덴(2-ethyl-1H-indene), 1-메틸-1H-인덴(1-methyl-1H-indene), 4,7-디메틸-1H-인덴(4,7-dimethyl-1H-indene),1-메틸-9H-플루오렌(1-methyl-9HFluorene),1,7-디메틸나프탈렌(1,7-dimethyl naphthalene), 2-메틸인덴(2-methylindene), 4,4'-디메틸비페닐(4,4'-dimethyl biphenyl), 나프탈렌(naphthalene), 4-메틸-1,1'-비페닐(4-methyl-1,1'-biphenyl), 안트라센(Anthracene), 2-메틸나프탈렌(2-methylnaphthalene) 및 1-메틸나프탈렌(1-methylnaphthalene) 등이 있으며 다양한 치환체들이 더 존재할 수 있다.Pyrolysis fuel oil is produced at the bottom of the naphtha cracking process, and is a variety of aromatic hydrocarbons such as benzene, naphthalene, indene and biphenyl as well as saturated compounds. It may include. Specifically, ethylbenzene, 1-ethenyl-3-methyl benzene, indene, 1-ethyl-3-methylbenzene (1-ethyl-3-methyl) benzene),1-methylethylbenzene,2-ethyl-1,3-dimethyl benzene, propylbenzene, 1-methyl-4-( 2-propenyl)-benzene (1-methyl-4-(2-propenyl) benzene), 1,1a,6,6a-tetrahydro-cyclopropaneden (1,1a,6,6a-tetrahydro-cycloprop[ a]indene), 2-ethyl-1H-indene, 1-methyl-1H-indene, 4,7-dimethyl-1H-indene (4 ,7-dimethyl-1H-indene),1-methyl-9H-fluorene,1,7-dimethyl naphthalene, 2-methylindene ), 4,4'-dimethyl biphenyl, naphthalene, 4-methyl-1,1'-biphenyl, anthracene (Anthracene), 2-methylnaphthalene, 1-methylnaphthalene, and the like, and various substituents may further exist.

원시재료는 석유계중질유, 잔사유, 나프타 분해 잔사유에 고비점유분이 더 포함되거나 석유계중질유, 나프타 분해 잔사유 또는 석탄 타르 유분 중 적어도 하나 이상이 포함된 원시재료일 수 있다. 고비점유분은 원유를 분별 증류하여 얻을 수 있는 성분 중 비점이 높고 탄소수가 많은 성분을 뜻하는 것으로, 주로 탄소수 5이상, 바람직하게는 7 이상의 경질 또는 중질 방향족 나프타를 포함할 수 있다. The raw material may be a raw material containing at least one of petroleum heavy oil, residue oil, naphtha cracking residue and a high boiling fraction, or at least one of petroleum heavy oil, naphtha cracking residue oil, or coal tar oil. The high-boiling fraction refers to a component having a high boiling point and a large number of carbon atoms among components obtained by fractional distillation of crude oil, and may mainly include a light or heavy aromatic naphtha having 5 or more carbon atoms, preferably 7 or more.

원시재료의 주요 물성은 탄소와 수소의 원자비, 방향족화도, 평균분자량 및 점도 등이 있는데, 특정범위의 물성을 가지는 원시재료는 등방성 피치 제조용 원료의 제조방법에 있어 중요하다.The main physical properties of raw materials include the atomic ratio of carbon and hydrogen, degree of aromatization, average molecular weight, and viscosity. Raw materials having a specific range of physical properties are important in the manufacturing method of raw materials for isotropic pitch production.

원시재료의 원자비(H/C)는 0.90 내지 1.10일 수 있다. 원자비가 0.90 미만이거나 1.10 초과하는 경우 등방성 피치 제조용 원료의 수율이 떨어지고, 적절한 연화점 및 평균분자량을 가지는 등방성 피치가 제조되지 않을 수 있다.The atomic ratio (H/C) of the raw material may be 0.90 to 1.10. If the atomic ratio is less than 0.90 or exceeds 1.10, the yield of the raw material for producing isotropic pitch is lowered, and isotropic pitch having an appropriate softening point and average molecular weight may not be produced.

원시재료의 원자비(H/C)는 0.90 내지 1.10일 수 있다. 원자비가 0.90 미만이거나 1.10 초과하는 경우 등방성 피치 제조용 원료의 수율이 떨어지고, 적절한 연화점 및 점도를 가지는 등방성 피치가 제조되지 않을 수 있다.The atomic ratio (H/C) of the raw material may be 0.90 to 1.10. If the atomic ratio is less than 0.90 or exceeds 1.10, the yield of the raw material for producing the isotropic pitch decreases, and the isotropic pitch having an appropriate softening point and viscosity may not be produced.

원시재료의 중량평균분자량(Mw)은 120 내지 260의 분포를 가질 수 있으며, 바람직하게는 130 내지 240의 분포를 가질 수 있다. 원시재료의 적정 분자량 및 범위는 등방성 피치 제조용 원료 역시 적정 분자량 및 범위로 제조될 수 있게 하고, 이 후 등방성 피치의 분자량 및 범위에도 영향을 미치게 되므로, 등방성 피치계 탄소섬유의 물성에까지 영향을 미치게된다. 저분자량의 원시재료를 통해 제조된 탄소섬유는 쉽게 끊어지고, 고분자량의 원시재료는 탄소섬유의 길이 및 직경에 영향을 미쳐 고강도 및 고탄성의 탄소섬유 제조를 위한 원시재료로 적합하지 않을 수 있다.The weight average molecular weight (Mw) of the raw material may have a distribution of 120 to 260, and preferably may have a distribution of 130 to 240. The proper molecular weight and range of the raw material allows the raw material for isotropic pitch production to be prepared with an appropriate molecular weight and range, and then affects the molecular weight and range of the isotropic pitch, so that the physical properties of the isotropic pitch-based carbon fiber are affected. . Carbon fibers manufactured from low molecular weight raw materials are easily broken, and high molecular weight raw materials affect the length and diameter of carbon fibers, and thus may not be suitable as a raw material for manufacturing high strength and high elastic carbon fibers.

본 발명의 원시재료에 포함된 화합물은 방향족 고리의 수에 따라, 포화화합물, 한 개의 방향족 고리를 포함하는 화합물, 두 개의 방향족 고리를 포함하는 화합물, 세 개의 방향족 고리를 포함하는 화합물, 네 개 이상의 방향족 고리를 포함하는 화합물을 포함할 수 있다. 상기 한 개 이상의 방향족 고리를 포함하는 화합물에서 방향족 고리는 축합고리구조뿐만 아니라 비페닐과 같이 방향족 고리가 단일 또는 다중 결합으로 연결된 구조를 포함하는 화합물일 수 있다. 구체적으로, 한 개 이상의 방향족 고리를 포함하는 화합물은 벤젠류, 인덴류, 나프탈렌류, 비페닐류 등이 있으나 이에 한정되는 것은 아니며 매우 다양한 방향족고리를 포함하는 화합물이 존재할 수 있다.The compounds included in the raw material of the present invention are saturated compounds, compounds containing one aromatic ring, compounds containing two aromatic rings, compounds containing three aromatic rings, four or more, depending on the number of aromatic rings. It may include a compound containing an aromatic ring. In the compound including one or more aromatic rings, the aromatic ring may be a compound including a condensed ring structure as well as a structure in which the aromatic ring is connected by single or multiple bonds, such as biphenyl. Specifically, compounds containing one or more aromatic rings include, but are not limited to, benzene, indenes, naphthalenes, and biphenyls, and compounds containing a wide variety of aromatic rings may exist.

원시재료에서 방향족 고리를 포함하는 화합물의 종류는 매우 다양하나, 이 중에서 원하는 물성 및 방사성을 지닌 등방성 피치를 제조하기 위해서는 원시재료에서 함량이 조절될 필요가 있는 주요 화합물이 존재한다.The types of compounds containing aromatic rings in the raw material are very diverse, but among them, there are major compounds whose content needs to be adjusted in the raw material in order to produce an isotropic pitch having desired physical properties and radioactivity.

한 개의 방향족고리를 포함하는 화합물 중에서는 특히 알케닐 벤젠, 인덴류의 함량을 조절하는 것이 중요하고, 두 개의 방향족고리를 포함하는 화합물 중에서는 특히 비페닐류 및 나프탈렌류의 함량을 조절하는 것이 중요하며, 세 개의 방향족고리를 포함하는 화합물 및 네 개 이상의 방향족고리를 포함하는 화합물의 함량은 전체적으로 조절되어야 본 발명에서 목적하는 원료를 제조할 수 있다. 그리고 나아가 상기 원료를 사용하여 물성 및 방사성이 뛰어난 등방성 피치를 제조할 수 있고, 최종적으로 고탄성 및 고강도 물성을 지닌 탄소섬유를 제조할 수 있다. 그 이유는 피치 합성 단계에서 반응에 참여하지 않거나 지나치게 반응성이 큰 화합물들에 의해 불용고형분 또는 합성된 피치에 부분적으로 메조페이스를 생성하기 때문이다. 이러한 불용고형분과 메조페이스 부분은 피치의 물성 및 방사성과 탄소섬유의 기계적 물성을 저하시키는 주요 요인이 되어 본 발명에서 목적하는 고강도 탄소섬유 제조용 등방성 피치를 수득할 수 없게 된다.Among compounds containing one aromatic ring, it is particularly important to control the content of alkenyl benzene and indenes, and among compounds containing two aromatic rings, it is particularly important to control the content of biphenyls and naphthalenes. And, the content of the compound containing three aromatic rings and the compound containing four or more aromatic rings must be adjusted as a whole to prepare the target raw material in the present invention. Further, by using the above raw materials, an isotropic pitch having excellent physical properties and spinnability can be produced, and finally, carbon fibers having high elasticity and high strength properties can be produced. The reason is that in the pitch synthesis step, a mesophase is partially generated in an insoluble solid or synthesized pitch by compounds that do not participate in the reaction or are too reactive. These insoluble solids and mesophase portions become a major factor deteriorating the physical properties and spinnability of the pitch and the mechanical properties of the carbon fiber, so that the isotropic pitch for producing high-strength carbon fibers that is desired in the present invention cannot be obtained.

즉, 고강도 및 고탄성 탄소섬유를 제조를 위한 등방성 피치를 수득하기 위해서는 매우 제한된 조건을 가지는 원시재료 및 이를 사용한 제조방법으로부터 제조된 원료를 사용해야 한다.That is, in order to obtain an isotropic pitch for manufacturing high strength and high elastic carbon fibers, it is necessary to use a raw material having very limited conditions and a raw material prepared from a manufacturing method using the same.

원시재료에 포함된 화합물의 함량 및 이들의 비는 다음과 같다. The content of compounds contained in the raw material and their ratio are as follows .

우선, 원시재료에 포함된 화합물의 함량에 있어서 한 개의 방향족고리를 포함하는 화합물은 원시재료 총량 대비 30.0 내지 60.0중량%가 바람직하다. 이 중에서 인덴류는 전처리 과정 동안 일부가 나프탈렌류로 전환될 수 있으나 강한 반응성을 가진 물질이므로 본 발명에 따른 원료로부터 제조되는 등방성 피치의 물성 및 방사성에 악영향을 미칠 수 있어 함량을 조절할 필요가 있다. 인덴류의 함량은 한 개의 방향족고리를 포함하는 화합물의 총량 대비 25.0 내지 70.0중량%, 바람직하게는 30.0 내지 65.0중량%이고, 원시재료의 총량대비 5.0% 내지 50.0중량%, 바람직하게는 10.0 내지 40.0중량%이다. 그리고, 올레핀인 알케닐 벤젠류 역시 인덴류와 유사하게 매우 강한 반응성을 가지나, 전처리 과정 중 대부분 휘발되어 함량이 크게 제한되지 않으며 바람직하게는 3.0중량%이하이다.First, in terms of the content of the compound contained in the raw material, the compound containing one aromatic ring is preferably 30.0 to 60.0% by weight based on the total amount of the raw material. Among them, indenes may be partially converted to naphthalenes during the pretreatment process, but since they are materials with strong reactivity, the physical properties and radioactivity of the isotropic pitch prepared from the raw material according to the present invention may adversely affect the properties, so the content needs to be adjusted. The content of indenes is 25.0 to 70.0% by weight, preferably 30.0 to 65.0% by weight, based on the total amount of the compound containing one aromatic ring, and 5.0% to 50.0% by weight, preferably 10.0 to 40.0, based on the total amount of the raw material. It is weight percent. In addition, alkenyl benzenes, which are olefins, also have very strong reactivity similar to indenes, but are mostly volatilized during the pretreatment process, so their content is not greatly limited, and preferably 3.0% by weight or less.

두 개의 방향족 고리를 포함하는 화합물은 원시재료 총량 대비 30.0중량%이상, 바람직하게는 35.0 내지 65.0중량%이다. 이 중에서 나프탈렌류의 함량은 두 개의 방향족고리를 포함하는 화합물의 총량 대비 30.0중량%이상, 바람직하게는 35.0중량%이상이고 원시재료의 총량대비 10.0중량%이상, 바람직하게는 10.0 내지 45.0중량%이어야 이 후 충분한 나프탈렌류가 포함된 등방성 피치 제조용 원료를 생성할 수 있다. 비페닐류는 중합 반응에 크게 기여하지 못하므로 그 함량이 적은 것이 좋은데 두 개의 방향족고리를 포함하는 화합물의 총량 대비 15.0중량%이하, 바람직하게는 10.0중량%이하이고 원시재료 총량 대비 10.0중량%이하, 바람직하게는 5.0중량%이하, 더 바람직하게는 측정할 수 없을 정도로 극소량이거나 없는 것이 좋다. The compound containing two aromatic rings is 30.0% by weight or more, preferably 35.0 to 65.0% by weight, based on the total amount of the raw material. Among them, the content of naphthalenes should be 30.0% by weight or more, preferably 35.0% by weight or more, and 10.0% by weight or more, preferably 10.0 to 45.0% by weight, based on the total amount of the compound containing two aromatic rings. After that, it is possible to produce a raw material for producing isotropic pitch containing sufficient naphthalenes. Since biphenyls do not contribute significantly to the polymerization reaction, it is preferable that their content is small, but 15.0% by weight or less, preferably 10.0% by weight or less, and 10.0% by weight or less of the total amount of raw materials. , Preferably 5.0% by weight or less, more preferably a very small amount or not so that it cannot be measured.

세 개의 방향족고리를 포함하는 화합물 및 네 개 이상의 방향족고리를 포함하는 화합물은 중합반응에 참여하지 않거나 알케닐 벤젠과 같은 올레핀과 인덴과 같은 납센계 화합물의 영향으로 과도하게 많은 고리 수를 가지는 축합방향족고리 화합물을 형성할 수 있다. 즉, 세 개의 방향족 고리를 포함하는 화합물 및 네 개 이상의 방향족고리를 포함하는 화합물의 함량이 많으면 뛰어난 물성 및 방사성을 가진 등방성 피치를 제조하는데 적합한 원료가 제조되지 않을 수 있다. 세 개의 방향족고리를 포함하는 화합물은 원시재료의 총량 대비 8.0%이하, 바람직하게는 5.0중량%이하, 더 바람직하게는 측정할 수 없을 정도로 극소량이 포함되거나 없는 것이 좋다. 네 개 이상의 방향족고리를 포함하는 화합물은 3.0중량%이하거나, 바람직하게는 측정할 수 없을 정도로 극소량이 포함되거나 없는 것이 좋다.Compounds containing three aromatic rings and compounds containing four or more aromatic rings do not participate in the polymerization reaction or condensed aromatics having an excessively large number of rings under the influence of olefins such as alkenyl benzene and leadene compounds such as indene. Cyclic compounds can be formed. That is, if the content of a compound containing three aromatic rings and a compound containing four or more aromatic rings is large, raw materials suitable for producing isotropic pitch having excellent physical properties and radioactivity may not be prepared. The compound containing three aromatic rings is preferably 8.0% or less, preferably 5.0% by weight or less, and more preferably in a very small amount so as not to be measurable, relative to the total amount of the raw material. It is preferable that the compound containing four or more aromatic rings is 3.0% by weight or less, or preferably contains or does not contain a very small amount to the extent that it cannot be measured.

다음으로, 원시재료에 포함된 화합물의 함량비는 다음과 같다.Next, the content ratio of the compound contained in the raw material is as follows.

방향족고리를 포함한 화합물의 각 함량비(중량비)는 Ar1/Ar2에 있어서 0.50<Ar1/Ar2<2.00, 바람직하게는 0.55<Ar1/Ar2<1.75이다. 다음으로 Ar1/Ar3에 있어서 5.00<Ar1/Ar3<30.00, 바람직하게는 8.00<Ar1/Ar3<25.00이다. 그리고 Ar2/Ar3에 있어서 5.00<Ar2/Ar3<20.00, 바람직하게는 10.00<Ar2/Ar3<15.00 이다. 상기 함량비에서 Ar1는 원시재료 총량 대비 한 개의 방향족고리를 포함하는 화합물의 함량이고, Ar2는 원시재료 총량 대비 두 개의 방향족고리를 포함하는 화합물의 함량이며, Ar3는 원시재료 총량 대비 세 개의 방향족고리를 포함하는 화합물의 함량을 나타낸다. 또한 원시재료 총량 대비 네 개 이상의 방향족고리를 포함하는 화합물의 함량은 Ar4로 나타낼 수 있다.Each of the content ratio (by weight) of a compound containing an aromatic ring is in the Ar 1 / Ar 2 0.50 <Ar 1 / Ar 2 <2.00, preferably 0.55 <Ar 1 / Ar 2 < 1.75. Next, in Ar 1 /Ar 3 , 5.00 <Ar 1 /Ar 3 <30.00, preferably 8.00 <Ar 1 /Ar 3 <25.00. And in Ar 2 /Ar 3 , 5.00<Ar 2 /Ar 3 <20.00, preferably 10.00<Ar 2 /Ar 3 <15.00 to be. In the above content ratio, Ar 1 is the content of the compound containing one aromatic ring relative to the total amount of the raw material, Ar 2 is the content of the compound containing two aromatic rings relative to the total amount of the raw material, and Ar 3 is the content of the compound containing two aromatic rings relative to the total amount of the raw material. It indicates the content of the compound containing two aromatic rings. In addition, the content of the compound containing four or more aromatic rings relative to the total amount of the raw material can be expressed as Ar 4.

원시재료 총량 대비 인덴류와 나프탈렌류의 함량비(중량비)는 0.20<인덴류 중량/나프탈렌류 중량<4.00, 바람직하게는 0.25<인덴류 중량/나프탈렌류 중량<3.50이다. The content ratio (weight ratio) of indenes and naphthalenes to the total amount of raw materials is 0.20<indenes weight/naphthalenes weight <4.00, preferably 0.25<indenes weight/naphthalenes weight<3.50.

두 개의 방향족고리를 포함하는 화합물 총량 대비 비페닐류와 나프탈렌류의 함량비(중량비)는 비페닐류 중량/나프탈렌류 중량<0.15, 바람직하게는 비페닐류 중량/나프탈렌류 중량<0.10이다.The content ratio (weight ratio) of biphenyls and naphthalenes to the total amount of the compound containing two aromatic rings is biphenyls weight/naphthalenes weight <0.15, preferably biphenyls weight/naphthalenes weight <0.10.

본 발명의 제조방법에서 원시재료에 포함된 화합물 및 이들의 함량비 만족하는 원시재료를 사용하는 것이 가장 바람직하다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 Ar1, Ar2의 함량 및 Ar1/Ar2를 만족하여야 등방성피치를 제조를 위한 원료를 제조할 수 있다. 그리고 여기에 보다 구체적으로 인덴류, 나프탈렌류, 비페닐류 등 구체적인 화합물의 함량 및 비의 범위를 더 조절하여 등방성피치 제조용 원료를 제조할 수 있다. In the production method of the present invention, it is most preferable to use a raw material that satisfies the compound contained in the raw material and the content ratio thereof. According to an embodiment of the present invention Ar 1 , When the content of Ar 2 and Ar 1 /Ar 2 are satisfied, raw materials for isotropic pitch can be prepared. Further, more specifically, the content and ratio of specific compounds such as indenes, naphthalenes, and biphenyls may be further adjusted to prepare a raw material for isotropic pitch production.

반면, 본 발명의 일 실시예에 따르면 상기에서 설명한 화합물의 함량 및 이들의 비를 부분적으로 만족하는 원시재료를 사용하는 경우 원료의 함량 및 비가 적절하지 못할 수 있다. 예를 들어, 함량비(중량비)에 있어 인덴류/나프탈렌류가 중요한데 상기 바람직한 범위를 벗어나는 경우 다른 조건을 만족하여도 등방성 피치 제조를 위한 원료의 함량 및 비가 적절하지 못할 수 있다.On the other hand, according to an embodiment of the present invention, when a raw material that partially satisfies the content and ratio of the compounds described above is used, the content and ratio of the raw material may not be appropriate. For example, indenes/naphthalenes are important in the content ratio (weight ratio), but if it is outside the above preferred range, the content and ratio of raw materials for isotropic pitch production may not be appropriate even if other conditions are satisfied.

이상에서 설명한 원시재료의 조건을 만족하는 제조방법은,The manufacturing method that satisfies the conditions of the raw material described above,

(a) 석유계중질류, 나프타 분해 잔사유, 석탄 타르 또는 이들의 혼합물로서 하기 (1) 내지 (4)식을 만족하는 원시재료를 열처리 및 분획하여 전처리하는 단계; 및(a) pretreatment by heat treatment and fractionation of raw materials satisfying the following formulas (1) to (4) as petroleum-based heavys, naphtha decomposition residue oil, coal tar, or a mixture thereof; And

30.0 ≤ Ar1 ≤ 60.0중량% --- (1)30.0 ≤ Ar 1 ≤ 60.0% by weight --- (1)

35.0 ≤ Ar2 ≤ 65.0중량% --- (2)35.0 ≤ Ar 2 ≤ 65.0% by weight --- (2)

0.0 ≤ Ar3 ≤ 5.0중량% --- (3)0.0 ≤ Ar 3 ≤ 5.0% by weight --- (3)

0.55 < Ar1/Ar2 < 1.75 --- (4)0.55 <Ar 1 /Ar 2 <1.75 --- (4)

(b) 상기 (a)에서 전처리된 원시재료를 여과하는 단계;(b) filtering the raw material pretreated in (a);

를 포함하는 등방성 피치 제조용 원료의 제조방법으로 나타낼 수 있다.It can be represented by a method of manufacturing a raw material for isotropic pitch production comprising a.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 조건을 모두 만족하여야 방사시 단사가 일어나지 않거나 극히 낮은 단사빈도를 가지면서 탄화수율이 높은 등방성 피치를 제조할 수 있는 원료가 제조되고, 나아가 상기 등방성 피치로부터 제조되는 탄소섬유가 최소 1.5GPa이상의 현저히 높은 강도를 가지면서 신장률도 2%이상이 될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, a raw material capable of producing an isotropic pitch having a high carbonization yield while not causing single yarn during spinning or having an extremely low single yarn frequency when spinning must be satisfied with all of the above conditions is prepared, and further prepared from the isotropic pitch. The carbon fiber to be used may have a remarkably high strength of at least 1.5 GPa, and the elongation may be 2% or more.

상기 제조방법의 (1) 내지 (4)를 만족하는 원시재료에서 총량 대비 인덴류의 함량은 10.0 내지 40.0중량%이고, 나프탈렌류의 함량은 10.0 내지 45.0중량%인 것이 바람직하다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 인덴류 또는 나프탈렌류 중 어느 하나 이상이 상기 범위를 만족하지 못하는 경우 방사시 단사가 일어나거나 탄화수율이 낮은 등방성 피치가 제조되고, 나아가 상기 등방성 피치로부터 제조되는 탄소섬유의 강도가 급격히 낮아지거나 신장률도 떨어진다.In the raw material satisfying (1) to (4) of the above preparation method, the content of indenes relative to the total amount is 10.0 to 40.0% by weight, and the content of naphthalenes is preferably 10.0 to 45.0% by weight. According to an embodiment of the present invention, when any one or more of indenes or naphthalenes does not satisfy the above range, single yarn occurs during spinning or isotropic pitch having a low carbonization yield is produced, and further, carbon fibers produced from the isotropic pitch The strength of the material is rapidly decreased or the elongation rate is also decreased.

본 발명의 제조방법 중 전처리 단계는 열처리 및 분획과정을 포함할 수 있으며, 피치 합성단계에서 중합 반응에 의해 고분자화 될 가능성이 낮은 저분자물질을 제거하는 단계로, 주로 포화 화합물과 한 개의 방향족 고리를 함유한 화합물이 제거된다. 전처리 단계는 150 내지 250℃, 바람직하게는 190 내지 220℃의 온도에서 휘발분이 발생하지 않을 때까지 상압에서 진행하거나, 가압 또는 감압 하에서도 진행할 수 있다. 이 때 감압을 통해 보다 낮은 온도에서 전처리 공정을 진행할 수 있으며 가압하는 경우에는 보다 높은 온도에서 전처리 공정을 진행하게 되지만 장치의 설계를 보완하여 보다 정밀하게 분획할 수 있는 장점이 있다. 전처리 과정은 상압과 동일한 효과를 얻을 수 있는 범위 내에서 압력 및 온도를 자유롭게 조절할 수 있다.In the manufacturing method of the present invention, the pretreatment step may include heat treatment and fractionation, and in the pitch synthesis step, a low molecular weight substance that is unlikely to be polymerized by a polymerization reaction is removed. The contained compound is removed. The pretreatment step may be performed at normal pressure at a temperature of 150 to 250°C, preferably 190 to 220°C until no volatile matter is generated, or may be performed under pressure or reduced pressure. At this time, the pretreatment process can be performed at a lower temperature through reduced pressure, and when pressurized, the pretreatment process is performed at a higher temperature, but there is an advantage of being able to fractionate more precisely by supplementing the design of the device. The pretreatment process can freely control the pressure and temperature within a range that can obtain the same effect as normal pressure.

전처리 단계에서는 원시재료를 구성하는 성분 주 일부가 화학적으로 전환되어 피치 합성 반응에 긍정적이거나 부정적인 성분이 될 수 있으며, 조건에 따라 피치 합성 단계에서 중요한 반응물로 작용하는 성분 중 일부가 휘발될 수도 있다. 따라서, 전처리 단계에서 가열온도는 등방성 피치 제조용 원료에 포함된 성분의 조성비와 나아가서는 이로부터 제조될 수 있는 등방성 피치 및 탄소섬유의 기계적인 물성에 영향을 줄 수 있다.In the pretreatment step, some of the components constituting the raw material are chemically converted to become positive or negative components for the pitch synthesis reaction, and depending on conditions, some of the components acting as important reactants in the pitch synthesis step may be volatilized. Accordingly, the heating temperature in the pretreatment step may affect the composition ratio of the components included in the raw material for producing the isotropic pitch and the mechanical properties of the isotropic pitch and carbon fibers that can be produced therefrom.

여과 과정은 고상 물질을 제거하는 공정으로, 이들 고상 물질은 금속, 황, 질소 등의 불순물이 포함된 고체상의 잔류물로서 탄소섬유의 제조시 결점이나 균열을 유발하여 강도저하를 저하시킬 수 있다.The filtration process is a process of removing solid substances, and these solid substances are solid residues containing impurities such as metals, sulfur, and nitrogen, and may cause defects or cracks in the manufacture of carbon fibers, thereby reducing strength deterioration.

여과단계는 당업계에서 통상적으로 수행하는 방식, 예를 들어 여과, 원심분리, 침강, 흡착, 추출 등으로 수행할 수 있다.The filtration step may be performed in a manner commonly performed in the art, for example, filtration, centrifugation, sedimentation, adsorption, extraction, and the like.

본 발명의 제조방법에 따라 제조된 등방성 피치 제조용 원료의 물성 및 화합물의 조성은 우수한 물성 및 방사성을 가진 등방성 피치의 제조에 사용될 수 있다.The physical properties and the composition of the compound of the raw material for producing the isotropic pitch prepared according to the production method of the present invention can be used in the production of the isotropic pitch having excellent physical properties and spinnability.

제조된 원료의 방향족화도는 0.75 내지 0.95, 바람직하게는 0.80 내지 0.90이고 평균분자량은 100 내지 300, 바람직하게는 150 내지 250이다. 그리고, 상기 원료의 Ar'1은 20.0 내지 40.0중량%, Ar'2는 55.0 내지 70.0중량%, 이들의 함량비(중량비)는 0.30< Ar'1/Ar'2<0.70이고, Ar'3는 10.0중량%이하 바람직하게는 8.0중량%이하, 더 바람직하게는 측정될 수 없을 정도로 극소량이 포함되거나 없는 것이 좋다. 또한, Ar'4는 5.0중량%이하, 바람직하게는 측정할 수 없을 정도로 극소량이 포함되거나 없는 것이 좋다. The degree of aromatization of the prepared raw materials is 0.75 to 0.95, preferably 0.80 to 0.90, and the average molecular weight is 100 to 300, preferably 150 to 250. And, Ar' 1 of the raw material is 20.0 to 40.0% by weight, Ar' 2 is 55.0 to 70.0% by weight, their content ratio (weight ratio) is 0.30 <Ar' 1 / Ar' 2 <0.70, Ar' 3 is 10.0% by weight or less, preferably 8.0% by weight or less, and more preferably, it is preferable that a very small amount is included or not so that it cannot be measured. In addition, it is preferable that Ar' 4 is 5.0% by weight or less, and preferably contains or does not contain a very small amount so that it cannot be measured.

보다 구체적으로, 원료의 총량 대비 인덴류는 8.0 내지 27.5중량%, 나프탈렌류는 15.0 내지 60.0중량%이고 이들의 함량비(중량비)는 0.15<인덴류 중량/나프탈렌류 중량<1.50이고, 원료의 총량 대비 비페닐류는 8.0중량%이하이고 비페닐류와 나프탈렌류의 함량비(중량비)는 0.15미만이 바람직하다. More specifically, relative to the total amount of raw materials, indenes are 8.0 to 27.5% by weight, naphthalenes are 15.0 to 60.0% by weight, and their content ratio (weight ratio) is 0.15<indenes weight/naphthalenes weight <1.50, and the total amount of raw materials In contrast, biphenyls are preferably less than 8.0% by weight, and the content ratio (weight ratio) of biphenyls and naphthalenes is preferably less than 0.15.

상기 Ar'1은 원료의 총량 대비 한 개의 방향족고리를 포함하는 화합물의 함량, Ar'2은 원료의 총량 대비 두 개의 방향족고리를 포함하는 화합물의 함량, Ar'3은 원료의 총량 대비 세 개의 방향족고리를 포함하는 화합물의 함량, Ar'4은 원료의 총량 대비 네 개 이상의 방향족고리를 포함하는 화합물의 함량이다. Ar' 1 is the content of a compound containing one aromatic ring relative to the total amount of the raw material, Ar' 2 is the content of a compound containing two aromatic rings relative to the total amount of the raw material, Ar' 3 is three aromatics relative to the total amount of the raw material. The content of the compound containing a ring, Ar' 4 is the content of the compound containing four or more aromatic rings relative to the total amount of the raw material.

상기 원료의 물성 및 화합물의 조성은 우수한 물성 및 방사성을 가지는 등방성 피치 제조를 위한 매우 제한적인 조건을 만족한다. The physical properties of the raw material and the composition of the compound satisfy very restrictive conditions for producing an isotropic pitch having excellent physical properties and spinnability.

등방성 피치는 본 발명에 따른 등방성 피치 제조용 원료로부터 열중합법 또는 할로겐화법으로 제조될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 등방성 피치는 열중합법으로 제조하였으나, 할로겐화법으로 제조된 등방성 피치는 열중합법으로 제조된 등방성 피치보다 물성이 향상될 수 있다.The isotropic pitch may be prepared from the raw material for producing the isotropic pitch according to the present invention by a thermal polymerization method or a halogenation method, but is not limited thereto. According to an embodiment of the present invention, the isotropic pitch is manufactured by the thermal polymerization method, but the isotropic pitch manufactured by the halogenation method may have improved physical properties than the isotropic pitch manufactured by the thermal polymerization method.

본 발명에 따른 등방성 피치 제조용 원료는 방사성이 매우 우수한 물성을 가지는 등방성 피치를 제조하는데 적합하다. 상기 등방성 피치는 용융방사(melt spinning)가 가능하고 이를 통해 탄소장섬유를 제조할 수 있을 정도로 우수한 방사성을 가지고 탄화수율이 뛰어난 고강도, 고탄성을 가지는 등방성피치계 탄소섬유를 제조할 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 제조방법에 따른 등방성 피치용 원료는 축중합방향족 분자가 지방 족사슬에 의해 연결된 연속된 고분자 구조가 적층된 등방성피치의 구조에서 상기 지방족 사슬이 지나치게 짧거나 지방족 측쇄를 최소화 시켜 탄화수율 및 탄소섬유의 강도를 현저히 증가시킬 수 있다.The raw material for producing an isotropic pitch according to the present invention is suitable for producing an isotropic pitch having very good spinning properties. The isotropic pitch is capable of melt spinning and has excellent spinnability to the extent that long carbon fibers can be produced through it, and has excellent carbonization yield. It is possible to manufacture isotropic pitch-based carbon fibers having high strength and high elasticity. Specifically, the raw material for isotropic pitch according to the manufacturing method of the present invention is an isotropic pitch structure in which a continuous polymer structure in which condensation polymerization aromatic molecules are connected by an aliphatic chain is stacked, and the aliphatic chain is too short or the aliphatic side chain is minimized. The carbonization yield and the strength of the carbon fiber can be remarkably increased.

또한, 현재 분석 기술로는 측정하기 어려운 극히 미세한 불용고형분의 생성이나 등방성 피치의 구조에서 상대적으로 짧은 분자 사슬이 두껍게 적층된 구조는 여과단계에서 제거되지 않아 용융방사시 단사빈도를 증가시키는 문제가 발생하는데, 본 발명에 따라 제조된 등방성 피치의 원료는 상기 문제를 해결하여 용융방사시 단사가 극히 드물거나 일어나지 않는 등방성 피치의 제조에 적합하다. In addition, the generation of extremely fine insoluble solids, which are difficult to measure with the current analysis technology, or structures in which relatively short molecular chains are thickly stacked in the isotropic pitch structure are not removed in the filtration step, causing the problem of increasing the single yarn frequency during melt spinning. However, the raw material of the isotropic pitch prepared according to the present invention solves the above problem and is suitable for producing an isotropic pitch in which single yarns are extremely rare or do not occur during melt spinning.

탄소섬유의 제조는 등방성피치의 용융방사 후 안정화 단계와 탄화단계를 거쳐 제조될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 탄소섬유 제조단계에서 섬유간 점착 방지를 위한 집속제를 사용할 수 있고, 탄화 단계 후 표면처리 및 사이징 단계를 추가하여 복합재 제조 시 매트릭스 레진과의 부착성을 향상시킬 수 있다. 또한, 방사조건은 방사기의 홀 수나 제조 설비의 용량에 따라 자유롭게 변경될 수 있다. The carbon fiber may be manufactured through a stabilization step and a carbonization step after melt spinning of an isotropic pitch, but is not limited thereto. In the carbon fiber manufacturing step, a binding agent for preventing adhesion between fibers may be used, and surface treatment and sizing steps may be added after the carbonization step to improve adhesion to the matrix resin when manufacturing the composite material. In addition, the spinning conditions can be freely changed depending on the number of holes in the spinning machine or the capacity of the manufacturing facility.

이하에서 실시예를 통해 본 발명에 따른 등방성피치 제조방법에 대하여 더욱 자세히 설명한다. 하기 실시예에서 각 실시예 및 비교예는 본 발명을 바람직하게 실시하기 위한 예시에 해당하며, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the method for manufacturing an isotropic pitch according to the present invention will be described in more detail through examples. In the following examples, each of the examples and comparative examples corresponds to an example for preferably carrying out the present invention, and the present invention is not limited thereto.

물성 측정 방법How to measure physical properties

1. 탄소와 수소 원자비(H/C)1. Carbon and hydrogen atomic ratio (H/C)

CHNS 원소분석기로 측정하였다.It was measured with a CHNS elemental analyzer.

2. 방향족화도(fa)2. Aromatization degree (fa)

13C NMR로 측정(ASTM D5292)하였다. Measured by 13 C NMR (ASTM D5292).

3. 평균분자량(Mw)3. Average molecular weight (Mw)

TOF-MS로 측정하였다.Measured by TOF-MS.

4. 조성분석4. Composition analysis

액체상태의 시료를 분취하여 적정량의 DCM(Dimethylchloride)으로 희석한 후 2D-GC로 분석였다. A liquid sample was collected, diluted with an appropriate amount of DCM (Dimethylchloride), and analyzed with 2D-GC.

5. 연화점(℃)5. Softening point (℃)

연화점은 TMA (Thermo Mechanical Analyzer)로 측정하였다.The softening point was measured by TMA (Thermo Mechanical Analyzer).

6. 수율6. Yield

수율은 투입된 원시재료 중량 대비 최종 수득된 피치의 중량에 의해 계산되었다.The yield was calculated by the weight of the final pitch obtained relative to the weight of the raw material input.

7. 탄화수율7. Carbonization yield

탄화수율은 용융방사된 등방성피치 섬유의 중량 대비 최종 수득된 탄소섬유의 중량에 의해 계산되었다.The carbonization yield was calculated by the weight of the finally obtained carbon fiber relative to the weight of the melt-spun isotropic pitch fiber.

8. 기계적 물성8. Mechanical properties

인장강도(GPa)와 신장율(%)을 산출하기 위해 탄소섬유의 샘플에 대해 2N의 로드셀을 장착한 UTM(Universal Test Machine)으로 Stress-Strain 커브를 측정하였고, 인장강도는 상기 측정 결과와 전자현미경에 의해 분석된 섬유의 직경으로부터 계산되었다. In order to calculate the tensile strength (GPa) and elongation (%), the stress-strain curve was measured with a UTM (Universal Test Machine) equipped with a 2N load cell for a sample of carbon fiber, and the tensile strength was determined by the above measurement result and an electron microscope. It was calculated from the diameter of the fiber analyzed by.

<실시예 및 비교예><Examples and Comparative Examples>

등방성피치Isotropic pitch 제조용 원료의 제조 Preparation of raw materials for manufacturing

원시재료로 Naphtha Cracker Bottom Oil(NCBO)를 준비하였다. 각 실시예 1~3 및 비교예 1~2에서 사용한 NCBO의 물성 및 화합물의 조성이 표 1 내지 5에 나타내었다.Naphtha Cracker Bottom Oil (NCBO) was prepared as a raw material. The physical properties of NCBO and the composition of the compound used in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 2 are shown in Tables 1 to 5.

원자비(H/C)Atomic ratio (H/C) 방향족화도(fa)Aromatization degree (fa) 평균 분자량(Mw)Average molecular weight (Mw) 비교예 1Comparative Example 1 1.121.12 0.600.60 120120 실시예 1Example 1 0.960.96 0.740.74 170170 실시예 2Example 2 1.101.10 0.650.65 140140 실시예 3Example 3 0.930.93 0.800.80 220220 비교예 2Comparative Example 2 0.920.92 0.850.85 260260

포화탄화물(중량%)Saturated carbide (% by weight) 방향족고리
1개 포함
(Ar1)(중량%)
Aromatic ring
1 included
(Ar 1 ) (% by weight)
방향족고리 2개 포함
(Ar2)(중량%)
Includes 2 aromatic rings
(Ar 2 ) (% by weight)
방향족고리 3개 포함
(Ar3)(중량%)
Contains 3 aromatic rings
(Ar 3 ) (% by weight)
방향족고리
4개 이상포함
(Ar4)(중량%)
Aromatic ring
4 or more included
(Ar 4 ) (% by weight)
총량
(%)
Total amount
(%)
비교예 1Comparative Example 1 2.32.3 62.462.4 33.233.2 2.12.1 00 100100 실시예 1Example 1 1.81.8 51.851.8 43.143.1 3.43.4 00 실시예 2Example 2 1.71.7 59.859.8 35.735.7 2.82.8 00 실시예 3Example 3 1.41.4 34.234.2 59.859.8 4.14.1 0.50.5 비교예 2Comparative Example 2 1.51.5 29.629.6 56.356.3 8.48.4 4.24.2

표 2를 보면 실시예의 Ar1은 34.2~51.8중량%, Ar2는 35.7~59.8중량%, Ar3는 4.1중량%이하, Ar4는 0.5중량%이하에 속했다. 이들의 함량비 중 Ar1/Ar2는 0.570~1.670, Ar3/Ar2는 0.068~0.078, Ar1/Ar3은 8.340~21.350에 속했다. Referring to Table 2, Ar 1 in the example was 34.2 to 51.8 wt%, Ar 2 was 35.7 to 59.8 wt%, Ar 3 was 4.1 wt% or less, and Ar 4 was 0.5 wt% or less. Among these content ratios, Ar 1 /Ar 2 belonged to 0.570 to 1.670, Ar 3 /Ar 2 to 0.068 to 0.078, and Ar 1 /Ar 3 to 8.340 to 21.350.

방향족 고리 1개 포함 화합물(중량%)Compound containing one aromatic ring (% by weight) 총량
(%)
Total amount
(%)
알킬 벤젠Alkyl benzene 알케닐 벤젠Alkenyl benzene 인단(indan) 유도체Indan derivatives 인덴류Indens 기타Etc 비교예 1Comparative Example 1 6.16.1 4.64.6 3.43.4 66.066.0 19.919.9 100100 실시예 1Example 1 6.96.9 5.45.4 3.33.3 52.752.7 31.731.7 실시예 2Example 2 5.25.2 4.04.0 3.23.2 65.065.0 22.722.7 실시예 3Example 3 8.58.5 6.76.7 6.16.1 31.031.0 47.747.7 비교예 2Comparative Example 2 10.810.8 8.48.4 8.18.1 29.029.0 43.643.6

방향족 고리 2개 포함 화합물(중량%)Compound containing two aromatic rings (% by weight) 총량(%)Total amount (%) 비페닐류Biphenyls 나프탈렌류Naphthalene 기타Etc 비교예 1Comparative Example 1 1.21.2 34.034.0 64.864.8 100100 실시예 1Example 1 0.50.5 62.162.1 37.437.4 실시예 2Example 2 0.30.3 35.035.0 64.764.7 실시예 3Example 3 6.56.5 68.968.9 24.624.6 비교예 2Comparative Example 2 11.511.5 73.773.7 14.714.7

표 2에서 표 4까지의 결과를 종합하여 정리하면 표 5와 같은 조성으로 나타낼 수 있다.If the results from Table 2 to Table 4 are summarized and summarized, it can be expressed in the composition shown in Table 5.

포화탄화물(중량%)Saturated carbide (% by weight) 방향족고리
1개 포함(중량%)
Aromatic ring
Includes 1 (% by weight)
방향족 고리
2개 포함(중량%)
Aromatic ring
Includes 2 (% by weight)
방향족고리
3개
포함 (중량%)
Aromatic ring
Three
Included (% by weight)
방향족 고리
4개
이상 포함(중량%)
Aromatic ring
4
Contains more than (% by weight)
총량
(%)
Total amount
(%)
알킬벤젠Alkylbenzene 알케닐벤젠Alkenylbenzene 인단류Indanyu 인덴류Indens 기타Etc 비페닐류Biphenyls 나프탈렌류Naphthalene 기타Etc 비교예 1Comparative Example 1 2.32.3 3.83.8 2.92.9 2.12.1 41.241.2 12.412.4 0.40.4 11.311.3 21.521.5 2.12.1 00 100100 실시예 1Example 1 1.81.8 3.63.6 2.82.8 1.71.7 27.327.3 16.416.4 0.20.2 26.726.7 16.116.1 3.43.4 00 100100 실시예 2Example 2 1.71.7 3.13.1 2.42.4 1.91.9 38.938.9 13.513.5 0.10.1 12.512.5 23.123.1 2.82.8 00 100100 실시예 3Example 3 1.41.4 2.92.9 2.32.3 2.12.1 10.610.6 16.316.3 3.93.9 40.240.2 15.715.7 4.14.1 0.50.5 100100 비교예 2Comparative Example 2 1.51.5 3.23.2 2.52.5 2.42.4 8.68.6 12.912.9 6.56.5 41.541.5 8.38.3 8.48.4 4.24.2 100100

표 5를 보면 실시예에서 주요 화합물 중 인덴류의 함량은 10.6~38.9중량%, 나프탈렌류의 함량은 12.5~40.2중량%, 비페닐류 함량은 0.1~3.9중량%에 속했다. 이들의 함량비 중 인덴류 중량/나프탈렌류 중량은 0.26~3.11, 비페닐류 중량/나프탈렌류 중량은 0.007~0.094에 속했다.Referring to Table 5, in the examples, the content of indenes was 10.6 to 38.9% by weight, the content of naphthalenes was 12.5 to 40.2% by weight, and the content of biphenyls was 0.1 to 3.9% by weight. Among these content ratios, the weight of indenes/naphthalenes was 0.26 to 3.11, and the weight of biphenyls/naphthalenes was 0.007 to 0.094.

표 1 내지 5와 같은 물성 및 화합물 조성을 가진 NCBO를 전처리 온도 200℃에서 휘발분이 발생하지 않을 때까지 상압 증류하고 여과하여 등방성 피치 제조용 원료를 제조하였다. 제조된 등방성 피치 제조용 원료의 물성 및 화합물의 조성은 표 6 내지 표 10에 나타내었다. NCBO having the physical properties and compound composition as shown in Tables 1 to 5 were distilled under atmospheric pressure at a pretreatment temperature of 200° C. until no volatile matter was generated and filtered to prepare a raw material for isotropic pitch production. The physical properties of the raw materials for preparing the prepared isotropic pitch and the composition of the compound are shown in Tables 6 to 10.

원자비(H/C)Atomic ratio (H/C) 방향족화도
(fa)
Degree of aromatization
(fa)
평균 분자량
(Mw)
Average molecular weight
(Mw)
비교예 1Comparative Example 1 1.111.11 0.650.65 150150 실시예 1Example 1 0.940.94 0.840.84 220220 실시예 2Example 2 1.051.05 0.820.82 170170 실시예 3Example 3 0.930.93 0.860.86 250250 비교예 2Comparative Example 2 0.920.92 0.890.89 270270

포화탄화물(중량%)Saturated carbide (% by weight) 방향족고리
1개 포함
(Ar'1)(중량%)
Aromatic ring
1 included
(Ar' 1 ) (% by weight)
방향족 고리
2개 포함
(Ar'2)(중량%)
Aromatic ring
Includes 2
(Ar' 2 ) (% by weight)
방향족 고리
3개 포함
(Ar'3)(중량%)
Aromatic ring
Includes 3
(Ar' 3 ) (% by weight)
방향족 고리
4개 이상포함
(Ar'4)(중량%)
Aromatic ring
4 or more included
(Ar' 4 ) (% by weight)
총량
(%)
Total amount
(%)
비교예 1Comparative Example 1 0.90.9 41.241.2 52.352.3 5.65.6 00 100100 실시예 1Example 1 1.31.3 30.030.0 61.461.4 7.37.3 00 실시예 2Example 2 1.51.5 36.236.2 55.555.5 6.86.8 00 실시예 3Example 3 1.21.2 22.522.5 66.666.6 7.47.4 2.32.3 비교예 2Comparative Example 2 1.31.3 19.819.8 61.961.9 10.510.5 6.56.5

표 7를 보면 실시예의 Ar'1은 22.5~36.2중량%, Ar'2는 55.5~66.6중량%, Ar'3은 6.8~ 7.4중량%, Ar'4는 2.3중량%이하에 속했다. 이들의 함량비(중량비) 중 Ar'1/Ar'2는 0.33~0.65, Ar'3/Ar'2는 0.11~0.12, Ar'1/Ar'3은 3.04~5.32에 속했다. Referring to Table 7, Ar' 1 of the example was 22.5 to 36.2 wt%, Ar' 2 55.5 to 66.6 wt%, Ar' 3 6.8 to 7.4 wt%, and Ar' 4 belonged to 2.3 wt% or less. Among these content ratios (weight ratio), Ar' 1 /Ar' 2 was 0.33 to 0.65, Ar' 3 /Ar' 2 was 0.11 to 0.12, and Ar' 1 /Ar' 3 was 3.04 to 5.32.

방향족 고리 1개 포함 화합물(중량%)Compound containing one aromatic ring (% by weight) 총량
(%)
Total amount
(%)
알킬 벤젠Alkyl benzene 알케닐 벤젠Alkenyl benzene 인단(indan) 유도체Indan derivatives 인덴류Indens 기타Etc 비교예 1Comparative Example 1 7.37.3 00 8.38.3 71.671.6 12.912.9 100100 실시예 1Example 1 8.38.3 00 13.313.3 56.756.7 21.621.6 실시예 2Example 2 7.77.7 00 10.510.5 70.270.2 11.611.6 실시예 3Example 3 13.813.8 00 20.920.9 40.440.4 24.924.9 비교예 2Comparative Example 2 19.219.2 00 24.724.7 34.334.3 21.721.7

방향족 고리 2개 포함 화합물(중량%)Compound containing two aromatic rings (% by weight) 총량(%)Total amount (%) 비페닐류Biphenyls 나프탈렌류Naphthalene 기타Etc 비교예 1Comparative Example 1 8.08.0 27.327.3 64.664.6 100100 실시예 1Example 1 7.77.7 52.052.0 40.440.4 실시예 2Example 2 6.86.8 39.139.1 54.154.1 실시예 3Example 3 7.47.4 73.973.9 18.818.8 비교예 2Comparative Example 2 12.612.6 76.076.0 11.411.4

포화탄화물(중량%)Saturated carbide (% by weight) 방향족고리
1개 포함(중량%)
Aromatic ring
Includes 1 (% by weight)
방향족 고리
2개 포함(중량%)
Aromatic ring
Includes 2 (% by weight)
방향족 고리
3개
포함(중량%)
Aromatic ring
Three
Included (% by weight)
방향족 고리
4개
이상
포함(중량%)
Aromatic ring
4
More than
Included (% by weight)
총량
(%)
Total amount
(%)
알킬벤젠Alkylbenzene 알케닐벤젠Alkenylbenzene 인단류Indanyu 인덴류Indens 기타Etc 비페닐류Biphenyls 나프탈렌류Naphthalene 기타Etc 비교예 1Comparative Example 1 0.90.9 3.03.0 0.00.0 3.43.4 29.529.5 5.35.3 4.24.2 14.314.3 33.833.8 5.65.6 0.00.0 100100 실시예 1Example 1 1.31.3 2.52.5 0.00.0 4.04.0 17.017.0 6.56.5 4.74.7 31.931.9 24.824.8 7.37.3 0.00.0 100100 실시예 2Example 2 1.51.5 2.82.8 0.00.0 3.83.8 25.425.4 4.24.2 3.83.8 21.721.7 30.030.0 6.86.8 0.00.0 100100 실시예 3Example 3 1.21.2 3.13.1 0.00.0 4.74.7 9.19.1 5.65.6 4.94.9 49.249.2 12.512.5 7.47.4 2.32.3 100100 비교예 2Comparative Example 2 1.31.3 3.83.8 0.00.0 4.94.9 6.86.8 4.34.3 7.87.8 47.047.0 7.17.1 10.510.5 6.56.5 100100

표 10를 보면 나프타 분해 잔사유의 전처리 과정을 통해 원료에서 알케닐벤젠은 대부분 휘발된 것을 알 수 있고, 알킬벤젠 및 인단류는 전체적으로 함량이 감소한 것을 알 수 있다. 반면 인단류, 비페닐류 및 세 개 이상의 방향족고리를 포함한 화합물은 전체적으로 소폭 증가하였고, 나프탈렌류의 함량은 전체적으로 대폭 증가하였다. 실시예에서 주요 화합물 중 인덴류의 함량은 9.1~25.4중량%, 나프탈렌류의 함량은 21.7~49.2중량%, 비페닐류 함량은 3.8~4.9중량%에 속했다. 이들의 함량비(중량비) 중 인덴류 중량/나프탈렌류 중량은 0.18~1.17, 비페닐류 중량/나프탈렌류 중량은 0.11~0.12에 속했다.Table 10 shows that most of the alkenylbenzene was volatilized from the raw material through the pretreatment process of the naphtha decomposition residue, and the contents of alkylbenzene and phosphorus were reduced as a whole. On the other hand, compounds containing indans, biphenyls, and three or more aromatic rings increased slightly overall, and the content of naphthalenes increased significantly. In Examples, the content of indenes among the main compounds was 9.1 to 25.4% by weight, the content of naphthalenes was 21.7 to 49.2% by weight, and the content of biphenyls was 3.8 to 4.9% by weight. Among these content ratios (weight ratio), the weight of indenes/naphthalenes was 0.18 to 1.17, and the weight of biphenyls/naphthalenes was 0.11 to 0.12.

등방성Isotropic 피치의 제조 Manufacture of pitch

등방성 피치 제조용 원료 100 중량부를 금속 재질의 용기에 투입하고 370℃에서 0.5시간 동안 가열하였다. 공정이 종료된 후, 박막 증발장치에서 진공분위기, 340℃에서 10분간 가열하여 등방성 피치를 제조하였다.100 parts by weight of a raw material for producing isotropic pitch was put into a metal container and heated at 370° C. for 0.5 hours. After the process was completed, an isotropic pitch was prepared by heating at 340° C. for 10 minutes in a vacuum atmosphere in a thin film evaporator.

실시예 1,2 및 3에 따라 제조된 등방성 피치는 용융방사가 가능하고, 700rpm에서 20분간 방사시 단사가 발생하기 않았고, 비교예 1 및 2는 각각 7회 및 5회의 단사가 발생하였다. 단사빈도는 표 11에 나타내었다. The isotropic pitches prepared according to Examples 1,2 and 3 were melt spinning, and no single yarns occurred when spinning at 700 rpm for 20 minutes, and Comparative Examples 1 and 2 had 7 and 5 single yarns, respectively. The single yarn frequency is shown in Table 11.

탄소섬유의Carbon fiber 제조 Produce

제조된 등방성 피치로 탄소섬유를 제조하였다. 용융방사는, 등방성전구체 피치를 원통형의 용기에 각각 주입한 후, 질소분위기에서 0.8 ㎏f/㎝2의 압력을 가하여 방사하였다. 이때 권취기의 직경은 150㎜였으며, 권취속도는 700rpm이었다. 용융방사 후, 방사가 끝난 피치섬유는 관형 전기로에 각각 장입한 후, 공기를 150 ㎖/min의 유량으로 공급하였다. 또한 1℃/min의 속도로 승온하여, 290℃에 도달한 후 1시간 동안 유지하여 안정화하였다. 안정화공정 이후 탄화단계로, 피치섬유를 질소150ml/min의 속도로 주입함과 동시에 5℃/min의 속도로 승온하여 800℃에 도달한 후 0.5시간 동안 유지하여 탄소장섬유를 제조하였다. 제조된 탄소장섬유의 기계적인 물성을 측정하여 표 11에 기재하였다.Carbon fibers were prepared with the prepared isotropic pitch. In the melt spinning, the isotropic precursor pitch was injected into a cylindrical container, and then spun by applying a pressure of 0.8 kgf/cm 2 in a nitrogen atmosphere. At this time, the diameter of the take-up machine was 150 mm, and the take-up speed was 700 rpm. After melt-spinning, the pitch fibers after spinning were each charged into a tubular electric furnace, and air was supplied at a flow rate of 150 ml/min. In addition, the temperature was raised at a rate of 1°C/min, and after reaching 290°C, it was maintained for 1 hour to stabilize. In the carbonization step after the stabilization process, the pitch fiber was injected at a rate of 150 ml/min of nitrogen and heated at a rate of 5° C./min to reach 800° C. and maintained for 0.5 hours to prepare a carbon filament. The mechanical properties of the prepared carbon filaments were measured and described in Table 11.

단사빈도Single yarn frequency 직경(㎛)Diameter(㎛) 인장강도(Gpa)Tensile strength (Gpa) 신장률(%)Elongation (%) 탄화수율(%)Carbonization yield (%) 비교예 1Comparative Example 1 77 6.896.89 0.80.8 2.82.8 5252 실시예 1Example 1 00 7.347.34 1.71.7 2.32.3 7272 실시예 2Example 2 00 7.027.02 1.51.5 2.12.1 6565 실시예 3Example 3 00 8.218.21 1.61.6 2.22.2 7979 비교예 2Comparative Example 2 55 8.328.32 1.11.1 1.91.9 6868 단사빈도는 20분 연속 방사 중 끊김의 빈도로 측정Single yarn frequency is measured as the frequency of interruption during continuous spinning for 20 minutes

표 11을 보면 실시예 1, 2 및 3은 20분간의 연속 방사 시 단사가 발생하지 않았으나 비교예 1은 7회, 비교예 2는 5회의 단사가 발생하였다. 그리고 실시예 1, 2 및 3은 적절한 연화점을 가지는 등방성 피치 및 최소 1.5GPa 이상의 인장강도를 가지면서 신장률 2% 이상인 등방성계 탄소섬유를 제조할 수 있었고, 원료로부터 각각 65%, 72% 79%의 높은 탄화수율을 갖는 탄소섬유를 제조할 수 있었다. 반면, 비교예 1, 2는 연화점 및 점도가 너무 높거나 낮은 등방성 피치가 제조되어 직경에 따른 탄소섬유의 물성이 떨어지고, 탄소섬유의 인장강도도 각각 0.8GPa 및 1.1GPa로써 실시예보다 현저히 떨어진다. Referring to Table 11, in Examples 1, 2, and 3, single yarns did not occur during continuous spinning for 20 minutes, but in Comparative Example 1, 7 times, and in Comparative Example 2, 5 single yarns occurred. In addition, Examples 1, 2 and 3 were able to prepare isotropic carbon fibers having an elongation of 2% or more while having an isotropic pitch having an appropriate softening point and a tensile strength of at least 1.5 GPa, and 65%, 72% and 79%, respectively, from raw materials. Carbon fibers having a high carbonization yield could be produced. On the other hand, in Comparative Examples 1 and 2, an isotropic pitch having a softening point and viscosity of too high or low was prepared, so that the physical properties of the carbon fiber according to the diameter were deteriorated, and the tensile strength of the carbon fiber was also 0.8 GPa and 1.1 GPa, which was significantly inferior to that of the Example.

이를 통해 실시예 1, 2 및 3과 같이 매우 제한적인 조건을 만족하는 원시재료를 사용하여야 방사성 및 물성이 우수한 등방성피치 원료가 제조되고, 이러한 원료를 사용하여 제조된 등방성 피치는 물성 및 방사성이 우수하고 나아가 고강도 및 고탄성 탄소섬유를 제조할 수 있음을 알 수 있다.
Through this, raw materials satisfying very restrictive conditions as in Examples 1, 2, and 3 are used to produce isotropic pitch raw materials having excellent spinnability and physical properties, and isotropic pitch prepared using these raw materials has excellent physical properties and spinnability. Furthermore, it can be seen that high-strength and high-elasticity carbon fibers can be manufactured.

Claims (11)

(a) 석유계중질류, 나프타 분해 잔사유, 석탄 타르 또는 이들의 혼합물로서 하기 (1) 내지 (4)식을 만족하는 원시재료를 열처리 및 분획하여 전처리하는 단계; 및
30.0 ≤ Ar1 ≤ 60.0중량% --- (1)
35.0 ≤ Ar2 ≤ 65.0중량% --- (2)
0.0 ≤ Ar3 ≤ 5.0중량% --- (3)
0.55 < Ar1/Ar2 < 1.75 --- (4)
(b) 상기 (a)에서 전처리된 원시재료를 여과하는 단계;
를 포함하는 등방성 피치 제조용 원료의 제조방법.
(상기 Ar1은 원시재료 총량 대비 한 개의 방향족고리를 포함하는 화합물의 함량, 상기 Ar2는 원시재료 총량 대비 두 개의 방향족고리를 포함하는 화합물의 함량, 상기 Ar3는 원시재료 총량 대비 세 개의 방향족고리를 포함하는 화합물의 함량이다.)
(a) pretreatment by heat treatment and fractionation of raw materials satisfying the following formulas (1) to (4) as petroleum-based heavys, naphtha decomposition residue oil, coal tar, or a mixture thereof; And
30.0 ≤ Ar 1 ≤ 60.0% by weight --- (1)
35.0 ≤ Ar 2 ≤ 65.0% by weight --- (2)
0.0 ≤ Ar 3 ≤ 5.0% by weight --- (3)
0.55 <Ar 1 /Ar 2 <1.75 --- (4)
(b) filtering the raw material pretreated in (a);
Method for producing a raw material for isotropic pitch production comprising a.
(The Ar 1 is the content of the compound containing one aromatic ring relative to the total amount of the raw material, the Ar 2 is the content of the compound containing two aromatic rings relative to the total amount of the raw material, and Ar 3 is three aromatics relative to the total amount of the raw material. It is the content of the compound containing the ring.)
제 1항에 있어서,
상기 원시재료는 총량 대비 10.0중량%≤인덴류≤40.0중량% 및 10.0중량%≤나프탈렌류≤45.0중량%를 만족하는 원시재료인 등방성 피치 제조용 원료의 제조방법.
The method of claim 1,
The raw material is a raw material that satisfies the total amount of 10.0% by weight ≤ indenes ≤ 40.0% by weight and 10.0% by weight ≤ naphthalene ≤ 45.0% by weight.
제 2항에 있어서,
상기 원시재료는 0.25<인덴류 중량/나프탈렌류 중량<3.50을 만족하는 등방성 피치 제조용 원료의 제조방법.
The method of claim 2,
The raw material is a method of producing a raw material for isotropic pitch that satisfies 0.25 <weight of indenes / weight of naphthalenes <3.50.
제 3항에 있어서,상기 원시재료는 총량 대비 비페닐류≤5.0중량%를 만족하는 원시재료인 등방성 피치 제조용 원료의 제조방법.The method of claim 3, wherein the raw material is a raw material that satisfies biphenyls ≤ 5.0% by weight relative to the total amount. 제 1항에 있어서,
상기 원시재료는 Ar4≤3.0중량%을 만족하는 등방성 피치 제조용 원료의 제조방법.
(상기 Ar4는 원시재료 총량 대비 네 개 이상의 방향족고리를 포함하는 화합물의 함량이다.)
The method of claim 1,
The raw material is a method for producing a raw material for isotropic pitch production satisfying Ar 4 ≤3.0% by weight.
(The Ar 4 is the content of a compound containing four or more aromatic rings relative to the total amount of the raw material.)
제 1항 내지 5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 열처리는 190 내지 220℃에서 휘발분이 발생하지 않을 때까지 진행하는 등방성 피치 제조용 원료의 제조방법.
The method according to any one of claims 1 to 5,
The heat treatment is a method for producing a raw material for isotropic pitch production proceeds until no volatile matter is generated at 190 to 220°C.
제 6항에 있어서,
상기 원료는 하기 (1) 내지 (4)를 만족하는 등방성 피치 제조용 원료의 제조방법.
20.0 ≤ Ar'1 ≤ 40.0중량% --- (1)
55.0 ≤ Ar'2 ≤ 70.0중량% --- (2)
0.0 ≤ Ar'3 ≤ 8.0중량% --- (3)
0.30 < Ar'1/Ar'2 < 0.70 --- (4)
(상기 Ar'1은 원료 총량 대비 한 개의 방향족고리를 포함하는 화합물의 함량, 상기 Ar'2는 원료 총량 대비 두 개의 방향족고리를 포함하는 화합물의 함량, 상기 Ar'3는 원료 총량 대비 세 개의 방향족고리를 포함하는 화합물의 함량이다.)
The method of claim 6,
The raw material is a method for producing a raw material for isotropic pitch production satisfying the following (1) to (4).
20.0 ≤ Ar' 1 ≤ 40.0% by weight --- (1)
55.0 ≤ Ar' 2 ≤ 70.0% by weight --- (2)
0.0 ≤ Ar' 3 ≤ 8.0% by weight --- (3)
0.30 <Ar' 1 /Ar' 2 <0.70 --- (4)
(The Ar' 1 is the content of a compound containing one aromatic ring relative to the total amount of raw materials, Ar' 2 is the content of a compound containing two aromatic rings relative to the total amount of raw materials, and Ar' 3 is three aromatics relative to the total amount of raw materials. It is the content of the compound containing the ring.)
제 7항에 있어서,
상기 원료는 총량 대비 8.0≤인덴류≤27.5중량% 및 15.0≤나프탈렌류≤60.0중량% 를 만족하는 등방성 피치 제조용 원료의 제조방법.
The method of claim 7,
The raw material is a method of producing a raw material for isotropic pitch that satisfies 8.0≤indenes≤27.5% by weight and 15.0≤naphthalenes≤60.0% by weight relative to the total amount.
제 8항에 있어서,
상기 원료는 0.15<인덴류 중량/나프탈렌류 중량<1.50을 만족하는 등방성 피치 제조용 원료의 제조방법.
The method of claim 8,
The raw material is a method of manufacturing a raw material for isotropic pitch that satisfies 0.15 <weight of indenes/weight of naphthalenes <1.50.
제 9항에 있어서,
상기 원료는 총량 대비 비페닐류≤6.0중량% 및 비페닐류 중량/나프탈렌류 중량<0.15를 만족하는 등방성 피치 제조용 원료의 제조방법.
The method of claim 9,
The raw material is a method for producing a raw material for isotropic pitch that satisfies the total amount of biphenyls ≤ 6.0% by weight and the weight of biphenyls / weight of naphthalenes <0.15.
제 6항에 있어서,
상기 원료는 Ar'4≤5.0중량%을 만족하는 등방성 피치 제조용 원료의 제조방법.
(상기 Ar'4는 원료 총량 대비 네 개 이상의 방향족고리를 포함하는 화합물의 함량이다.)
The method of claim 6,
The raw material is Ar' 4 A method of producing a raw material for producing an isotropic pitch satisfying ≤5.0% by weight.
(The Ar' 4 is the content of a compound containing four or more aromatic rings relative to the total amount of raw materials.)
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